JP2007001324A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高電圧バッテリ５１を用いた電動パワーステアリング装置において、電源バックアップを低コストにて行うことを目的とする。
【解決手段】 高圧バッテリ５１と降圧回路５３とを有する主電源供給部５０と、低圧バッテリ６１を有する副電源供給部６０とを並列に接続し、その接続された電源供給合流出力ライン９０に昇圧回路７０を設け、その昇圧回路７０の出力をモータ駆動回路３２の電源とする。高圧バッテリ５１が劣化して主電源供給部５０の出力電圧が低下した場合には、昇圧回路７０にて定格電圧にまで昇圧し、さらに、主電源供給部５０の出力電圧が低下した場合には、副電源供給部６０からの電源供給に切り替え昇圧回路７０で昇圧してモータ駆動回路３２に電源供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵ハンドルの回動操作に応じて操舵輪に操舵力を付与する電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の電源装置に関する。

従来から、この種の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵アシスト力を付与するように電動モータを備え、この電動モータの電流量を変化させる通電制御を行ってアシスト力を調整する。
こうした電動パワーステアリング装置は、その電源としてバッテリーが使用される。そして、電源異常に対する配慮から、特許文献１のものでは、同一電圧の2系統の電源を備え、一方の電源に異常が生じたときに、もう一方の電源からの電源供給に切り替えるようにした構成を採用している。
特開２００４−２９１８５２

しかしながら、電動パワーステアリングの電動モータの消費電力量が大きいことから、高電圧タイプのバッテリーを電源に用いたシステムを構成しようとすると、電源異常時のバックアップ用としてもう一つ別の高電圧タイプのバッテリが必要となってしまう。このため、電動パワーステアリング用電源のコストが非常に高くなってしまい好ましくない。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、高電圧タイプのバッテリを用いたパワーステアリング装置において、電源バックアップを低コストにて行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、電源装置から電力供給される電動モータと、該電動モータの作動を制御するモータ制御手段とを備え、操舵ハンドルの操舵状態に応じて上記電動モータを作動して操舵輪に操舵力を付与する電動パワーステアリング装置において、上記電源装置は、第１電圧の高圧バッテリを有する主電源供給部と、上記第１電力より低い第2電圧の低圧バッテリを有する副電源供給部との少なくとも２つの電源供給部を並列に備え、通常時においては上記主電源供給部から上記電動モータに電源供給し、上記主電源供給部の出力電圧低下時においては、上記副電源供給部の上記低圧バッテリの電圧を昇圧回路により昇圧して上記電動モータに電源供給することにある。

上記のように構成した本発明においては、高圧バッテリを有する主電源供給部から優先的に電動モータに電源供給するが、高圧バッテリの電圧低下に伴って主電源供給部の出力電圧が低下すると、低圧バッテリの電圧を昇圧回路により昇圧して電動モータに供給する。このため、高圧バッテリを2組用意する必要がなく、一般的な電気負荷に使用される低圧バッテリを高圧バッテリのバックアップ電源として利用できることから、低コストにて電動パワーステアリング装置の電源装置を構成することが可能となる。

この場合、上記主電源供給部の電源供給出力ラインに、上記副電源供給部の電源供給出力ラインを逆流防止素子を介して接続し、上記接続して合流した電源供給合流ラインに昇圧回路を設ければ、主電源供給部からの電力が副電源供給部に流れることはなく、両電源供給部の出力電圧の大小関係に応じて、出力電圧の高い側の電源供給部から自動的に電源供給される。従って、電源供給部を切り替えるための切替装置を設けないように構成することができる。また、電源供給する側の電源供給部の出力電圧が低下している場合であっても、その電圧を昇圧回路で所定電圧にまで昇圧して電動モータに電力供給する事ができるため、電動モータは所定の性能を発揮できる。

また、上記逆流防止素子としてツェナーダイオードが用いてもよい。これによれば、主電源供給部からの電力の副電源供給部への流入を防止する一方、電動モータで回生電力が発生した場合には、低圧バッテリ側に回生電力を流して吸収することができる。

また、本発明の他の特徴は、上記主電源供給部の電源供給出力ラインと上記副電源供給部の電源供給出力ラインとのいずれか一方を、上記電動モータへの電源供給合流ラインに接続する機械式リレーと、上記機械式リレーを介して上記電源供給合流ライン供給される電源電圧を検出する電圧検出手段と、通常時は上記機械式リレーを上記主電源供給部の電源供給出力ライン側に接続し、上記電圧検出手段により上記電源供給電圧の低下を検出したときに、上記機械式リレーを切り替えて上記副電源供給部からの電源供給に切り替えるリレー切替手段とを備えたことにある。例えば、副電源供給部の電源供給出力ラインにダイオード等の逆流防止素子を設けた場合には、その逆流防止素子の異常や副電源供給部の異常を検出するためには新たな検出回路を必要とするが、この発明では、機械式リレーにより電源供給部の切り替えを行うようにし、その出力電圧を検出することで、機械式リレーの異常や副電源供給部の異常も検出することができる。

そして、上記機械式リレーを切り替えるときには、上記モータ制御手段により一時的に上記電動モータの駆動電流を通常制御時よりも少なくなるように制限する切替時モータ電流制御手段を備えてもよい。これによれば、機械式リレーの切り替え時に大電流が流れないため接点溶着が防止される。
この場合、上記電圧検出手段により上記副電源供給部からの電源供給出力ライン側に切り替わったことを検出して、上記駆動電流の制限を終了して通常時の電流制御に戻してもよい。あるいは、上記駆動電流を制限する時間を、上記機械式リレーが切り替わるのに必要とされる時間相当以上に設定してもよい。
これによれば、機械式リレーの接点溶着を確実に防止することができる。

また、本発明の他の特徴として、上記機械式リレーを、上記主電源供給部の電源供給出力ライン側と上記副電源供給部の電源供給出力ライン側とに交互に切り替えるとともに、そのときの上記電圧検出手段にて検出した各電源供給出力ラインの電圧に基づいて、上記機械式リレーの故障を検出するリレー故障検出手段を備えたことにある。
例えば、機械式リレーが正常であれば、電源供給部を切り替えたときに電圧検出手段では電圧変動を検出できるはずであるが、そうした電圧変動を検出できなければ、機械式リレーが故障していると判断できる。従って、この発明によれば、機械式リレーの故障を簡単に検出することができる。

また、本発明の他の特徴として、上記主電源供給部の電圧低下時であっても、上記主電源供給部の電源供給出力ラインの電圧が所定電圧よりも高いうちは、上記主電源供給部からの出力電圧を上記昇圧回路により昇圧して上記電動モータに供給することにある。
これによれば、昇圧回路は、低圧バッテリの電圧を昇圧するために用いられるだけでなく、主電源供給部の出力電圧が低下した場合においても使用される。つまり、昇圧回路を有効利用し、副電源供給部からの電源バックアップを行わない状態であっても、主電源供給部の出力を適正電圧に昇圧して電動モータに電源供給することができる。この結果、電動モータは所定の性能を発揮できる。

また、本発明の他の特徴として、上記昇圧回路を作動しているときは、上記モータ制御手段に対して上記電動モータの駆動電流を通常時よりも抑える電流セーブ手段を備えたことにある。これによれば、高圧バッテリを共用する他の電気負荷への悪影響を低減できる。つまり、高圧バッテリ電圧が低下している状態において、電動パワーステアリングの作動（電動モータへの通電）をそのまま行うと、高圧バッテリ電圧が更に低下して、他の電気負荷への電力供給が悪化することがある。そこで、本発明では、こうした状況下においては電動モータの駆動電流を抑えることにより、高圧バッテリの消耗度合いを減らし、他の電気負荷の誤作動を防止する。

この場合、上記電流セーブ手段が作動している場合には、上記電動モータの必要駆動電流が所定値以上のときに運転者に対して報知する報知手段を備えてもよい。これによれば、適切なタイミングで運転者に対してバッテリ交換が促される。
また、上記昇圧回路を作動させて電源供給する連続時間を所定時間内に制限する昇圧作動時間制限手段を備えてもよい。これによれば、高圧あるいは低圧バッテリの消耗を抑えることができ、他の電気負荷の誤作動を防止する。

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る電動パワーステアリング装置を概略的に示している。

この電動パワーステアリング装置は、大別すると、操舵輪へ操舵アシスト力を付与する操舵アシスト機構１０と、操舵アシスト機構１０の電動モータ１５を駆動制御するアシスト制御装置３０と、電源装置４０とから構成される。

操舵アシスト機構１０は、操舵ハンドル１１の回動操作に連動したステアリングシャフト１２の軸線周りの回転をラックアンドピニオン機構１３によりラックバー１４の軸線方向の運動に変換して、このラックバー１４の軸線方向の運動に応じて操舵輪である左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵するようになっている。ラックバー１４には電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、その回転に応じてボールねじ機構１６を介してラックバー１４を軸線方向に駆動することにより、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。電動モータ１５には回転角センサ１７が付設され、ステアリングシャフト１２の下端部には操舵トルクセンサ２０が組みつけられている。

回転角センサ１７はレゾルバにより構成され、電動モータ１５の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を出力する。操舵トルクセンサ２０は、ステアリングシャフト１２に介装されて上端および下端をステアリングシャフト１２に接続したトーションバー２１と、トーションバー２１の上端部および下端部にそれぞれ組み付けられたレゾルバ２２，２３とからなる。レゾルバ２２，２３は、トーションバー２１の上端および下端の回転角をそれぞれ検出して、検出した各回転角を表す検出信号をそれぞれ出力する。

アシスト制御装置３０は、これらの回転角センサ１７、操舵トルクセンサ２０および車両の速度を検出する車速センサ２８からの検出信号にもとづいて、電動モータ１５への通電量を調整して操舵アシスト力を制御するもので、主要部をマイクロコンピュータにて構成するアシスト用電子制御装置３１と、そのアシスト用電子制御装置３１からのモータ制御信号により電動モータ１５を駆動するモータ駆動回路３２とからなる。
本実施形態においては、電動モータ１５として３相ブラシレスモータを用い、モータ駆動回路３２としてのインバータ回路にて３相駆動電流を電動モータに流すようにするが、Ｈブリッジ回路にて２相ブラシモータを駆動制御する等、種々のモータや駆動回路を採用できる。
また、アシスト用電子制御装置３１には、運転者に対してバッテリ交換を促す報知器２９が接続される。

電源装置４０は、図２に示すように、主電源供給部５０と、バックアップ電源となる副電源供給部６０と、昇圧回路７０と、電源制御装置８０とに大別される。

主電源供給部５０は、正常時において第１電圧Ｖ１Ｈ（例えば、本実施形態ではＶ１Ｈ＝２８８Ｖ）の電力を発生する高圧バッテリ５１と、高圧バッテリ５１の電源ラインを開閉する高圧側リレー５２と、高圧バッテリ電圧Ｖ１Ｈを降圧電圧Ｖ１Ｌ（例えば、本実施形態ではＶ１Ｌ＝４２Ｖ）に降圧する降圧回路５３（ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、降圧回路５３の２次側に設けられ電動モータ１５で発生した回生電力を吸収する回生吸収回路５４とを備える。
回生吸収回路５４は、降圧された電源ラインから分岐した接地ラインに抵抗素子５５と吸収用スイッチング素子５６を設けたもので、回生電力の発生時にこの吸収用スイッチング素子５６をオンして回生電力を逃がすものである。
降圧回路５３の２次側が主電源供給部の電源供給出力ライン５７となる。

副電源供給部６０は、正常時において第２電圧Ｖ２Ｌ（例えば、本実施形態ではＶ２Ｌ＝１２Ｖ）を発生する低圧バッテリ６１と、低圧バッテリ６１の電源ラインを開閉する低圧側リレー６２とを備える。副電源供給部６０の電源供給出力ライン６４には逆流防止素子としてのダイオード６３が、そのカソード側を電源出力側に、アノードを低圧バッテリ６１側にして設けられる。

各電源供給部５０，６０は並列に設けられ、主電源供給部５０の電源供給出力ライン５７と、副電源供給部６０の電源供給出力ライン６４とが接続され、その接続して合流した電源供給合流ライン９０に昇圧回路７０が設けられる。

昇圧回路７０には、電源供給合流ライン９０に直列に設けられる昇圧用コイル７１と、昇圧用コイル７１の出力側の電源供給合流ライン９０から分岐した接地ラインに設けられる第１スイッチング素子ＳＷ１と、電源供給合流ライン９０に直列に設けられる第２スイッチング素子ＳＷ２とが設けられる。昇圧回路７０の２次側の電源出力ライン９１にはノイズ除去用のコンデンサ７２が設けられる。

第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれ電源制御装置８０からのパルス信号により速い周期でオンオフして、その出力として基準出力電圧Ｖ０（例えば、本実施形態ではＶ０＝４２Ｖ）を発生させる。つまり、昇圧目標電圧をＶ０に設定して昇圧作動する。この場合、第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、同期してオンオフするが、図３に示すように、その動作が互いに逆相（第１スイッチング素子ＳＷ１がオンのとき第２スイッチング素子ＳＷ２がオフ）となるように設定されることで、昇圧用コイル７１にて昇圧動作が行われる。
この昇圧回路７０の出力は、電源装置４０の出力としてモータ駆動回路３２に供給される。以下、この昇圧回路７０の出力を電源出力、その出力電圧を電源出力電圧と呼ぶ。

電源制御装置８０は、主要部をマイクロコンピュータにより構成され、昇圧回路７０の入力電圧Ｖｉｎ（電源供給合流ライン９０の電圧）および電源出力電圧Ｖｏｕｔ（昇圧回路７０の出力電圧）をモニタし、そのモニタ電圧に基づいて後述する昇圧制御を行う。
尚、電源制御装置８０およびアシスト用電子制御装置３１は、図示しない電源供給ラインを介して低圧バッテリ６１から電源供給される。

次に、この電源装置４０の基本的な作動について説明する。
この電源装置は、イグニッションキーのＯＮ操作により、リレー５２，６２がオンする。従って、主電源供給部５０の出力電圧と副電源供給部６０の出力電圧との関係から、その出力電圧の高いほうの電源が使用されることになる。

高圧バッテリ５１の容量が十分ある場合には、この例では主電源供給部５０の出力電圧Ｖ１Ｌは４２Ｖとなり副電源供給部６０の出力電圧（１２Ｖ）を上回るため、主電源供給部５０から電源供給されることとなる。この場合、昇圧回路７０においては、入力電圧Ｖｉｎ（４２Ｖ）が昇圧目標電圧Ｖ０と等しいため、実質的な昇圧動作は行わず、そのまま主電源供給部５０からの電力がモータ駆動回路３２に供給される。

そして、高圧バッテリ５１が劣化し、あるいは他の負荷の消費電力が増大してバッテリ電圧が低下すると、降圧回路５３の出力電圧も低下してくる。この場合、主電源供給部５０の出力電圧（降圧回路５３の出力電圧）が１２Ｖを超えていれば、副電源供給部６０の出力電圧を上回っているため、やはり、主電源供給部５０から電源供給される。このとき昇圧回路７０では、電源出力電圧Ｖｏｕｔが昇圧目標電圧４２Ｖとなるようにスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を制御するため、電源出力電圧は４２Ｖに維持される。

さらに高圧バッテリ５１の劣化が進み主電源供給部５０の出力電圧が１２Ｖを下回ると、副電源供給部６０の出力電圧が主電源供給部５０の出力電圧を上回り、副電源供給部６０から電源供給されることとなる。この場合においても、昇圧回路７０は、同様に昇圧作動するため電源出力電圧は４２Ｖとなる。
尚、昇圧目標電圧は、入力電圧Ｖｉｎに応じて可変する、例えば、入力電圧Ｖｉｎが低くなる程それに比例させて昇圧目標電圧を低く設定してもよい。

以上が電源装置４０の基本的な作動であるが、この場合、電源供給部の切り替えを、その出力電圧の大小関係から自然に行うことができるという利点があるものの、高圧バッテリ５１の電圧がかなり低下した時期になって電源供給を切り替えている。従って、高圧バッテリ５１から電源供給を受けている他の電気制御システムへの悪影響や、降圧回路５３の発熱といった問題が懸念される。

そこで、こうした問題が懸念されるシステムにおいては、以下に説明するように、主電源供給部５０から副電源供給部６０への切り替えタイミングを電源制御装置８０により制御する。
図４は、電源制御装置８０が実行する第１実施例の電源供給制御ルーチンを表すもので、電源制御装置８０内のＲＯＭに制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。本制御ルーチンは、図示しないイグニッションキーのＯＮ操作により起動する。また、これに同期して高圧側リレー５２と低圧側リレー６２とがＯＮすると共に、後述するフラグＦが０にセットされる。

まず、電動モータ１５から回生電力が発生しているか否かを調べるために、ステップＳ１にて出力電圧Ｖｏｕｔと回生基準電圧Ｖｋ（例えば、５０Ｖ）とを比較する。電動モータ１５から回生電力が発生している場合には、出力電圧Ｖｏｕｔが回生基準電圧Ｖｋを上回るため、ステップＳ２にて吸収用スイッチング素子５６をオンする。従って、吸収用スイッチング素子５６を介して回生電力をグランドに逃がすことができ、電源装置４０全体の回路保護を図ることができる。

一方、回生電力が発生していない場合は、吸収用スイッチング素子５６をオフ状態に維持する（Ｓ３）。
続いて、フラグＦが１にセットされているか否かを判断する（Ｓ４）。このフラグＦは、後の処理でわかるように、昇圧作動が禁止されているときに１にセットされるものである。そして、Ｆ＝１であれば本ルーチンを一旦終了し、Ｆ＝１でなければ、次に、昇圧回路７０への入力電圧Ｖｉｎが電源装置４０の定格出力電圧であるＶ０（例えば、本実施形態では４２Ｖ）を下回っているか否かを判断する（Ｓ５）。そして、入力電圧Ｖｉｎが定格出力電圧Ｖ０以上あれば、以下の昇圧作動の必要がないため本ルーチンを一旦終了するが、この場合、昇圧作動時間を計測するタイマのカウント値Ｔｘをゼロクリアする（Ｓ６）。

一方、入力電圧Ｖｉｎが定格出力電圧Ｖ０を下回っている場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、昇圧動作を行うことになるが、先に、その入力電圧Ｖｉｎの低下度合いを判断する。つまり、ステップＳ７において、入力電圧Ｖｉｎが低圧バッテリ６１の定格電圧（１２Ｖ）より所定電圧だけ高い低基準電圧Ｖ０１（例えば、本実施形態ではＶ０１＝３０Ｖ）を下回っているか否かを判断する（Ｓ７）。

高圧バッテリ５１が劣化していない場合には、入力電圧Ｖｉｎは電源装置４０の定格出力電圧Ｖ０とほぼ等しくなるが、劣化してきた場合には、降圧回路５３の出力電圧が低下して定格出力電圧Ｖ０に満たなくなる。そして、このステップＳ７においては、その入力電圧Ｖｉｎの低下度合いがどの程度なのかを判断するために、入力電圧Ｖｉｎと低基準電圧Ｖ０１とを比較する。そして、入力電圧Ｖｉｎが低基準電圧Ｖ０１を下回っている場合には、高圧側リレー５２をオフし（Ｓ８）、逆に入力電圧Ｖｉｎが低基準電圧Ｖ０１以上あれば高圧側リレー５２はそのままオン状態を保つ。
つまり、高圧バッテリ５１の劣化が検出されているものの、その程度が少なく、入力電圧Ｖｉｎが低基準電圧Ｖ０１より高ければ、高圧バッテリ５１から昇圧回路７０に電源供給し、逆に、入力電圧Ｖｉｎが低基準電圧Ｖ０１より低ければ、高圧バッテリ５１からの電力供給を遮断して、低圧バッテリ６１からの電源供給に切り替える。

続いて、ステップＳ９にて昇圧作動を行う。このステップＳ９の昇圧作動は、第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を同期させて交互にオンオフを繰り返すことにより行われる。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔをモニタしながら、出力電圧Ｖｏｕｔが定格出力電圧Ｖ０となるように第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を制御する。
そして、この昇圧作動を行っているときには、アシスト用電子制御装置３１に対して、モータ駆動電流のセーブ指令（アシストセーブ指令）を出力するとともに（Ｓ１０）、昇圧作動連続時間を計測するタイマのカウント値Ｔｘをインクリメントする（Ｓ１１）。

次に、このタイマのカウント値Ｔｘが所定値Ｔ０に達したか否かを判断し（Ｓ１２）、タイムアップした場合（Ｔｘ＞Ｔ０）には、昇圧回路７０による昇圧作動を停止する（Ｓ１３）。つまり、第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２によるスイッチング動作を停止し、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンに維持する。そして、フラグＦを１にセットして本ルーチンを一旦終了する（Ｓ１４）。この場合、電動モータ１５の駆動により操舵トルクを付与するアシスト制御が終了する。
一方、ステップＳ１２の判断において、まだタイムアップしていない場合には、そのまま本ルーチンを一旦終了する。

こうした本制御ルーチンを繰り返し実行することで、バッテリ劣化に応じた昇圧制御、モータ駆動電流のセーブ指令、および回生電力吸収制御が行われる。
以上説明した本実施形態の電源供給制御ルーチンによれば、高圧バッテリ５１の容量が十分であれば（Ｓ５：ＮＯ）、昇圧回路７０は作動せずに高圧バッテリ５１の電力が降圧回路５３を経由してそのままモータ駆動回路３２に送られる。そして、高圧バッテリ５１の容量が低下し降圧回路５３の出力電圧が定格出力電圧Ｖ０を下回った場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、その程度に応じて、低基準電圧Ｖ０１以上であれば（Ｓ７：ＮＯ）、降圧回路５３の出力を昇圧してモータ駆動回路３２に電力供給し、低基準電圧Ｖ０２よりも下回っていれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、高圧バッテリ５１の電源供給を停止し、低圧バッテリ６１を昇圧して電源供給する。

従って、高圧バッテリ５１が劣化した場合であっても、低圧バッテリ６１で電源供給をバックアップすることができる。また、高圧バッテリ５１は、他の高圧負荷においても使用されるが、この電動パワーステアリングに使用される電力供給が制限されるため、他の高圧負荷の作動を保護することが可能となる。
しかも、昇圧作動を行う連続時間に制限を設けているため、低圧バッテリ６１からの電源供給ラインを細くすることが可能となる。また、昇圧回路７０での発熱も防止できる。また、両バッテリ５１，６１の更なる容量低下を防止することができ、他の電気負荷の誤作動を防止できる。
また、高圧バッテリ４１の劣化時には降圧回路５３の効率が落ち発熱の問題も生じるが、降圧回路５３の出力電圧の低下に基づいて、副電源供給部６０からの電源供給に切り替えるため、こうした不具合も防止される。
また、電動モータ１５から回生電力が発生した場合には、吸収用スイッチング素子５６をオンにして回生電力を逃がしているため、降圧回路５３を保護することもできる。

次に、上述した電源供給制御処理に応じたアシスト制御処理について説明する。図５は、アシスト用電子制御装置３１が実行するアシスト制御ルーチンを表すもので、アシスト用電子制御装置３１のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２１にて、電源制御装置８０からアシストセーブ指令が出力されているか否かを判断する。このアシストセーブ指令は、先に説明した電源供給制御ルーチンのステップＳ１０にて行う昇圧作動中に電源制御装置８０から出力されるもので、このセーブ指令が出力されている場合には、アシスト制限モードに設定され（Ｓ２２）、セーブ指令が出力されていない場合には、アシストノーマルモードに設定される（Ｓ２３）。このとき、アシスト制限モードに設定される場合は、フラグＦを１にセットし、アシストノーマルモードに設定される場合は、フラグＦを０にセットする。

そして、そのモードに応じた必要アシスト電流ＡＳＩを決定する（Ｓ２４）。本実施形態では、車速センサ２８によって検出された車速Vと、操舵トルクセンサ２０のレゾルバ２２，２３の回転角度信号の差によって検出された操舵トルクＴＲを入力し、アシスト電流テーブルを参照して、入力した車速Ｖおよび操舵トルクＴＲに応じた必要アシスト電流ＡＳＩを計算する。アシスト電流テーブルは、アシスト用電子制御装置３１のＲＯＭ内に記憶されるもので、図６に示すように、操舵トルクＴＲの増加にしたがって必要アシスト電流ＡＳＩも増加し、しかも、車速Ｖが低くなるほど大きな値となるように設定される。

この場合、アシストセーブモードでは、図６に示すように、必要アシスト電流ＡＳＩの最大値（上限値）がノーマルモードに比べて低い値に制限される。つまり、必要アシスト電流ＡＳＩは、予め設定された上限値ＡＳＩｍａｘ以下に制限される。従って、算出した必要アシスト電流ＡＳＩが上限値ＡＳＩｍａｘを上回っている場合には、その値が上限値ＡＳＩｍａｘに置き換えられる。
そして、次のステップＳ２５では、この算出した必要アシスト電流ＡＳＩに応じて、モータ駆動回路３２（インバータ回路）を制御する。例えば、必要アシスト電流ＡＳＩの大きさにほぼ比例したパルス幅を有する３相のパルス列信号を生成してインバータのスイッチ回路（図示略）に通電することにより、電動モータ１５に駆動電流として必要アシスト電流ＡＳＩを流し、所定のアシストトルクを発生させる。

続いて、ステップＳ２６にて、フラグＦが１に設定されているか否か、つまり、アシストセーブモードであるか否かを判断し、アシストセーブモードであれば、更に、ステップＳ２４にて決定した必要アシスト電流ＡＳＩが所定値ＡＳＩ０よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２７）。
そして、必要アシスト電流ＡＳＩが所定値ＡＳＩ０よりも大きければ、報知器２９を作動させて、運転者に対してバッテリの劣化および電動パワーステアリング装置がセーブ運転中で旨を知らせる（Ｓ２８）。この場合、報知器２９としては、ブザーやランプなど用いることができる。

尚、ステップＳ２７、２８においては、必要アシスト電流ＡＳＩが所定値ＡＳＩ０よりも大きい場合に報知器２９を作動して運転者にバッテリ劣化の注意を促したが、この処理に加えて、車速センサ２８の車速信号に基づいて、車速Ｖが基準速度Ｖ０以下になっているとき、つまり、大きなアシストトルクが必要となる低速走行時にのみ報知器２９を作動させるようにしてもよい。

以上説明した、アシスト制御処理によれば、バッテリ劣化時の昇圧作動時においては、電動モータ１５に通電する駆動電流の最大値を制限することにより、バッテリの消耗を抑えることができるため、他の電気負荷への電力供給を十分に確保することができる。この結果、バッテリ劣化時においても、各種の電気負荷との電力消費バランスを良好に保つことができ、車両の全体制御システムを良好に維持することが可能となる。

尚、本実施形態では、副電源供給部６０への逆流防止素子としてダイオード６３を設けたが、図７に示すようにスイッチング素子６５（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ）を設け、電源制御装置８０にて、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧まで低下したことを検知して、スイッチング素子６５をオンするようにしてもよい。この場合、ダイオード６３に比べて、電圧降下が少なく、大電流を流しても発熱が小さいという効果がある。

また、図８に示すように、ツェナーダイオード６６を設けて、回生電力を吸収できるようにしてもよい。この場合、ツェナー電圧を、主電源供給部５０の降圧回路５３の定格出力電圧Ｖ１Ｌおよび回生吸収回路５４の作動電圧Ｖｋよりも高く設定し、電源制御装置８０およびアシスト電子制御装置３１の素子耐圧より低く設定するとよい。
また、上述した実施形態では、昇圧回路７０は、常に定格出力電圧が得られるように目標昇圧電圧を定めて作動したが、入力電圧Ｖｉｎが極端に低下するようなケースでは目標昇圧電圧を下げるようにしてもよい。

次に、第２実施形態の電源装置について説明する。
先に説明した第１実施形態の電源装置においては、副電源供給部６０の副電源供給出力ライン６４に設けたダイオード６３の故障や、低圧バッテリ６１の異常を検出できない。そこで、この第２実施形態の電源装置では、機械的なリレーを使って電源供給を切り替えるようにする。
図９は、第２実施形態としての電源装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。以下、第１実施形態と同じ構成のものについては、図面に同一符号を付して説明を省略する。

この電源装置１４０は、主電源供給部５０と、バックアップ電源となる副電源供給部６０と、２つの電源供給部５０，６０からの電源供給を切り替える機械式リレー１００と、昇圧回路７０と、電源制御装置１８０とに大別される。

機械式リレー１００は、可動式接点を有し電気信号により接点が切替動作するもので、２つの電源入力端子１０１，１０２と、１つの電源出力端子１０３を備える。電源入力端子１０１には、主電源供給部５０の主電源供給出力ライン５７が接続され、他方の電源入力端子１０２には、副電源供給部６０の副電源供給出力ライン６４が接続される。また、電源出力端子１０３には昇圧回路７０が接続される。
そして、電源制御装置１８０からの切替制御信号により、電源入力端子１０１，１０２のいずれか一方が電源出力端子１０３と導通する。
副電源供給出力ライン６４には、ダイオード等の逆流防止素子は設けない。

電源制御装置１８０は、昇圧回路の入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔもモニタし、以下に示す電源供給制御処理を行う。
まず、電動パワーステアリング装置の起動時に行われる処理について説明する。
図１０は、電源制御装置１８０の行う起動時電源チェック制御ルーチンを表すもので、電源制御装置内のＲＯＭ内に記憶された制御プログラムの実行により行われる。
イグニッションキーがオン操作されると高圧側リレー５２と低圧側リレー６２とがオンされ本ルーチンが起動する。

まず、機械式リレー１００にその接点を電源入力端子１０２側（副電源供給部６０側）に切り替えるよう切替制御信号を出力する（Ｓ３１）。従って、副電源供給部６０からの電源供給状態となる。続いて、入力電圧Ｖｉｎを検出し、その入力電圧Ｖｉｎが予め設定された基準電圧Ｖｉｎ０以上あるか否かを判断する（Ｓ３２）。
入力電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｉｎ０以上ない場合には、低圧バッテリ６１が消耗していると判断して電動パワーステアリング装置の操舵アシスト制御を停止する（Ｓ３３）。つまり、電動モータ１５による操舵力のアシスト制御を禁止する。

一方、ステップＳ３２にて「ＮＯ」、つまり低圧バッテリ６１が消耗していないと判断した場合には、機械式リレー１００の接点を電源入力端子１０１側（主電源供給部５０側）と電源入力端子１０２側（副電源供給部６０側）とに交互に繰り返し切り替えるように切替制御信号を出力する（Ｓ３４）。
このとき、機械式リレー１００が正常であれば、切替信号の出力タイミングにあわせて入力電圧Ｖｉｎが変化するはずである。そこで、ステップＳ３４にて機械式リレー１００に切替信号を出力したとき、その切替信号出力に同期したタイミングで入力電圧Ｖｉｎの変化が検出されたか否かを判断する（Ｓ３５）。そして、切替信号出力に対して入力電圧Ｖｉｎの変化タイミングが適正でなければ、ステップＳ３３の処理に移行してアシスト制御を停止する。

一方、入力電圧Ｖｉｎの変化が適性タイミングで検出された場合には、機械式リレー１００の接点を電源入力端子１０１側（主電源供給部５０側）に切り替え指示し（Ｓ３６）、アシスト用電子制御装置３１にアシスト制御の開始信号を出力して（Ｓ３７）本制御ルーチンを終了する。

次に、操舵力のアシスト制御について説明する。この操舵力のアシスト制御については、先の第１実施形態と同様に行うが、そこでのステップＳ８における電源供給切替時の処理が異なる。つまり、アシスト制御中に主電源供給部５０の出力電圧が低下してくると、第１実施形態では電源制御装置８０に対して高圧側リレー５２をオフするように指令したが、この第２実施形態では、その処理に代えて、機械式リレー１００を副電源供給部６０側に切り替えるよう切替信号を出力する。

更に、機械式リレー１００の接点溶着を防止するために、モータ駆動電流を一時的に抑える。
つまり、図１１に示すように、ステップＳ７において、入力電圧Ｖｉｎが低基準電圧Ｖ０１を下回ったことを検出すると、まず、電動モータ１５に流す駆動電流を一時的に低下させる、あるいは０にする（Ｓ８１）。アシスト制御中においては、必要とされるアシスト電流ＡＳＩが計算され、それに応じた駆動電流が電動モータ１５に流されるが、このステップＳ８１では、その電動モータ１５に流すアシスト電流（駆動電流）を下げるわけである。
そして、タイマによりアシスト電流の低減指令を出力してからの経過時間Ｔ１ｘが所定時間Ｔ１０を超えるまで待って（Ｓ８２，Ｓ８３）、機械式リレー１００に切替信号を出力する（Ｓ８４）。続いて、タイマによる経過時間Ｔ１ｘが所定時間Ｔ１１（Ｔ１１＞Ｔ１０）を越えるまで待って（Ｓ８５）アシスト電流ＡＳＩの復帰指令を出力し（Ｓ８６）、タイマＴ１ｘをゼロクリアする。
つまり、この処理では、機械式リレー１００が実際に切り替わるときに、大電流が流れないようにして接点の溶着を防止している。例えば、図１２に示すように、主電源供給部５０の出力電圧がＶ０１にまで低下した時刻ｔ１において、まずアシスト電流ＡＳＩの低減指令を出力し（例えばアシスト電流ＡＳＩ＝０）、その後、実際に電源供給合流ライン９０に流れる電流の低減完了に必要な時間だけ待った時刻ｔ２において機械式リレー１００に切替信号を出力する。続いて、機械式リレー１００の接点が切替完了するのに必要な時間だけ待ってアシスト電流ＡＳＩの復帰指令を行う（時刻ｔ３）。
この結果、確実に機械式リレー１００の接点溶着を防止できる。
尚、このステップＳ８５の処理に代えて、図１３のステップＳ８８に示すように、入力電圧ＶｉｎがＶ０２（例えば、副電源供給部６０の出力電圧である１２Ｖ）以下になったことを検知して、機械式リレー１００が切り替わったと判断してもよい。

以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、図１４に示すように、第２実施形態の変形例として、副電源供給部６０と機械式リレー１００との間に昇圧回路７０を配置してもよい。この場合、主電源供給部５０の出力電圧が低下して機械式リレー１００が副電源供給部６０側に切り替わった後に、昇圧回路７０により低圧バッテリ６１の電源を昇圧するようにすればよく、他は先の第２実施形態と同様に構成することができる。
また、各実施形態における、電圧値（バッテリ電圧、降圧電圧、昇圧電圧、基準電圧等）については、任意に設定できるものである。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 第１実施形態の電源装置の概略回路構成図である。 昇圧用スイッチング素子への信号を表す説明図である。 第１実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 第１実施形態のアシスト制御ルーチンを表すフローチャートである。 アシストトルクテーブルを表す説明図である。 第１実施形態の変形例としての電源装置の概略回路構成図である。 第１実施形態の変形例としての電源装置の概略回路構成図である。 第２実施形態としての電源装置の概略回路構成図である。 第２実施形態の電源チェック制御ルーチンを表すフローチャートである。 第２実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 入力電圧および駆動電流の時間推移を表すグラフである。 第２実施形態の電源供給制御ルーチンの変形例を表すフローチャートである。 第２実施形態の電源装置の変形例としての概略回路構成図である。

符号の説明

操舵アシスト機構…１０、電動モータ…１５、アシスト制御装置…３０、アシスト用電子制御装置…３１、モータ駆動回路…３２、電源装置…４０、主電源供給部…５０、高圧バッテリ…５１、高圧側リレー…５２、降圧回路…５３、回生吸収回路５４、吸収用スイッチング素子…５６、副電源供給部…６０、低圧バッテリ…６１、ダイオード…６３、ツェナーダイオード…６６、昇圧回路…７０、昇圧コイル…７１、スイッチング素子…ＳＷ１，ＳＷ２、電源制御装置…８０，１８０、機械式リレー…１００。

Claims (13)

1. 電源装置から電力供給される電動モータと、該電動モータの作動を制御するモータ制御手段とを備え、操舵ハンドルの操舵状態に応じて上記電動モータを作動して操舵輪に操舵力を付与する電動パワーステアリング装置において、
   上記電源装置は、
   第１電圧の高圧バッテリを有する主電源供給部と、上記第1電力より低い第2電圧の低圧バッテリを有する副電源供給部との少なくとも２つの電源供給部を並列に備え、
   通常時においては上記主電源供給部から上記電動モータに電源供給し、上記主電源供給部の出力電圧低下時においては、上記副電源供給部の上記低圧バッテリの電圧を昇圧回路により昇圧して上記電動モータに電源供給する電動パワーステアリング装置。
2. 上記主電源供給部の電源供給出力ラインに、上記副電源供給部の電源供給出力ラインを逆流防止素子を介して接続し、上記接続して合流した電源供給合流ラインに昇圧回路を設けたことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記逆流防止素子としてツェナーダイオードが用いられることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記主電源供給部の電源供給出力ラインと上記副電源供給部の電源供給出力ラインとのいずれか一方を、上記電動モータへの電源供給合流ラインに接続する機械式リレーと、
   上記機械式リレーを介して上記電源供給合流ライン供給される電源電圧を検出する電圧検出手段と、
   通常時は上記機械式リレーを上記主電源供給部の電源供給出力ライン側に接続し、上記電圧検出手段により上記電源供給電圧の低下を検出したときに、上記機械式リレーを切り替えて上記副電源供給部からの電源供給に切り替えるリレー切替手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記機械式リレーを切り替えるときには、上記モータ制御手段により一時的に上記電動モータの駆動電流を通常制御時よりも少なくなるように制限する切替時モータ電流制御手段を備えた請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
6. 上記電圧検出手段により上記副電源供給部からの電源供給出力ライン側に切り替わったことを検出して、上記駆動電流の制限を終了して通常時の電流制御に戻すことを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置。
7. 上記駆動電流を制限する時間を、上記機械式リレーが切り替わるのに必要とされる時間相当以上に設定したことを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置。
8. 電動パワーステアリング制御の起動時に、上記機械式リレーを上記副電源供給部の電源供給出力ライン側に切り替えて、上記電圧検出手段により、その電源電圧を監視する副電源監視手段を備えた請求項４ないし請求項７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
9. 上記機械式リレーを、上記主電源供給部の電源供給出力ライン側と上記副電源供給部の電源供給出力ライン側とに交互に切り替えるとともに、そのときの上記電圧検出手段にて検出した各電源供給出力ラインの電圧に基づいて、上記機械式リレーの故障を検出するリレー故障検出手段を備えたこと特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
10. 上記主電源供給部の電圧低下時であっても、上記主電源供給部の電源供給出力ラインの電圧が所定電圧よりも高いうちは、上記主電源供給部からの出力電圧を上記昇圧回路により昇圧して上記電動モータに供給することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電動パワーステアリング用電源装置。
11. 上記昇圧回路を作動しているときは、上記モータ制御手段に対して上記電動モータの駆動電流を通常時よりも抑える電流セーブ手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
12. 上記電流セーブ手段が作動している場合には、上記電動モータの必要駆動電流が所定値以上のときに運転者に対して報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 上記昇圧回路を作動させて電源供給する連続時間を所定時間内に制限する昇圧作動時間制限手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
    

Images