JP2007022413A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵アシスト中にイグニッションスイッチＩＧＳがオフした場合に操舵ハンドル１１の急激な戻りを防止する制御回路を簡単に構成する。
【解決手段】 バッテリ電圧をモニタして、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ操作を検知したときに、電動モータ１５に還流電流が流れるように３相インバータ３３に制御信号を出力する。この場合、電源平滑用コンデンサ４４，４８に蓄電された電力を使ってモータ制御回路３０を作動させることで、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ時に対応するための電源供給回路を特別に設ける必要が無く、制御回路の簡素化を図ることができる。
【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が使用されるが、操舵アシスト力が加わった状態でイグニッションスイッチをオフさせた場合には、電源供給が突然停止して、反力により操舵ハンドルが急激に戻されることがある。
そこで、例えば特許文献１のものでは、イグニッションスイッチのオフによる操舵力の急変を防止するために、時間経過とともにモータ駆動電流を減少させるように制御している。
特開平１１−３４８９２号

しかしながら、このようにイグニッションスイッチのオフ後にモータ駆動電流を徐々に減少させていく制御（電流徐変制御）を行うためには、イグニッションスイッチのオフ後においてもモータ駆動電源を供給し続ける必要がある。
例えば、バッテリ電圧をモータ駆動用の所定電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータを備えたシステムにおいては、上記電流徐変制御を行おうとすると、イグニッションスイッチのオフ後もこのＤＣ−ＤＣコンバータを作動させておく必要がある。
このため、イグニッションスイッチの動作とは無関係に電源供給するための電源供給回路を別に設けなければならず、回路構成が複雑になってしまうという問題が生じる。

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、イグニッションスイッチのオフ時に対応するための電源供給回路を不要にして回路の簡素化を図ることにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、イグニッションスイッチを介してバッテリから電源供給され、操舵輪に対して所定の操舵トルクを付与する電動モータと、操舵ハンドルの操作状態に応じて上記電動モータを駆動制御するモータ制御回路とを備えた電動パワーステアリング装置において、上記モータ制御回路は、上記バッテリにより充電される蓄電手段と、上記イグニッションスイッチのオフ操作を検出するオフ検出手段とを備え、上記オフ検出手段によりイグニッションスイッチのオフ操作が検出されたとき、上記蓄電手段に蓄電された電力を電源として作動し、上記電動モータにブレーキトルクを発生するように上記電動モータを制御することにある。

上記のように構成した本発明においては、イグニッションスイッチがオフに切り替わると、蓄電手段に蓄電しておいた電力を使ってモータ制御回路を作動させ、電動モータにブレーキを発生させる。従って、イグニッションスイッチをオフしたときに、反力により操舵ハンドルが急に戻ってしまうという不具合は防止される。
電動モータにブレーキトルクを発生させるには、電動モータの端子間を短絡して還流電流が流れるように電動モータの駆動回路を制御する。この場合、電動モータには電力供給する必要なく、モータ制御回路を作動させるための電力だけが必要となる。

例えば、モータ制御回路を、スイッチング素子で構成したモータ駆動回路と、操舵ハンドルの操舵状態に応じてモータ駆動回路を制御する操舵力制御回路とで構成した場合には、そのスイッチング素子を作動させるだけの電力を確保しておけばよい。
そこで、本発明では、イグニッションスイッチがオンになっているときに蓄電手段に蓄電しておいた電力を使ってモータ制御回路を作動させる。この蓄電手段に蓄電する電力は、モータ制御回路を短時間だけ作動させるのに必要な電力でよいため、蓄電容量は少なくてすむ。
従って、イグニッションスイッチのオフ時に電動モータに電源供給するための回路構成を設ける必要がなく、回路構成が簡単になる。

また、本発明の他の特徴は、上記蓄電手段が上記バッテリから上記モータ制御回路への電源供給路に接地して設けられる電源平滑用のコンデンサで構成されることにある。これによれば、回路構成を一層簡単なものにすることができる。つまり、一般に、モータ制御回路への電源供給路には電源平滑用のコンデンサが設けられるが、このコンデンサに蓄電された電荷を一時的な電源として利用することができる。この場合、必要に応じてコンデンサの容量を大きなものに変更すればよい。

また、本発明の他の特徴は、上記バッテリから上記モータ制御回路への電源供給路の上記平滑コンデンサの接続位置よりも上記バッテリ側に、上記バッテリ側への電流の逆流を防止するダイオードを設け、上記オフ検出手段は、上記バッテリの電圧を上記ダイオードよりも上記バッテリ側の電源供給路の電圧を検出することにある。
これによれば、平滑コンデンサの影響を受けることなくバッテリ電圧を検出することができるため、イグニッションスイッチのオフ操作を適正なタイミングで検知することができる。尚、バッテリ電圧の検出は、バッテリの出力電圧そのものを検出するものに限らず、バッテリ電圧に応じた電圧変化が得られる部位における電圧検出であればよい。

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への通電量を制御するモータ制御回路３０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。

モータ制御回路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、バッテリ５０の電圧をアシスト用電子制御装置３１等の電源用に電圧調整する電源部４０と、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ操作を検知するための電圧モニタ回路４１とからなる。
バッテリ５０は、本実施形態では電圧１２Ｖのものが用いられる。

モータ制御回路３０は、図２に示すように、イグニッションスイッチＩＧＳを介してバッテリ５０から制御用電源が供給される。その主電源入力ライン５１は、第１電源ライン５２と第２電源ライン５３とに分岐される。
第１電源ライン５２は、電源ＩＣ４６に電源供給するラインで、その途中に、バッテリ５０側への電流の逆流を防止するダイオード４３と、その負荷側で分岐した接地ラインに設けられる電源平滑用コンデンサ４４とを備える。
第２電源ライン５３は、モータ駆動回路３２に電源供給するラインで、その途中に、バッテリ５０側への電流の逆流を防止するダイオード４７と、その負荷側で分岐した接地ラインに設けられる電源平滑用コンデンサ４８とを備える。
電源ＩＣ４６は、バッテリ電圧（１２Ｖ）をアシスト用電子制御装置３１の電源用の電圧（５Ｖ）に調整するレギュレータである。

電源ＩＣ４６から電源供給されるアシスト用電子制御装置３１は、マイクロコンピュータを主要部として構成され、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、モータ駆動回路３２に制御信号を出力して操舵アシスト力を制御するものであるが、更に、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ動作を検出して電動モータ１５のブレーキ力徐変制御を行う。そのために、主電源入力ライン５１から分岐した電圧モニタ回路４１にてバッテリ電圧をモニタすることによりイグニッションスイッチＩＧＳのオフ操作を検出する。この電圧モニタ回路４１は、主電源入力ライン５１から分岐した接地ラインに２つの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を直列に接続したもので、アシスト用電子制御装置３１には、その抵抗素子Ｒ１、Ｒ２間の電圧（分圧）がモニタ信号として入力される。アシスト用電子制御装置３１は、内部にＡＤ変換器を備え、分圧電圧をデジタル量に変換する。

モータ駆動回路３２は、電動モータ１５（本実施形態では３相ブラシレスモータを用いる）の通電電流を制御する３相インバータ３３と、アシスト用電子制御装置３１からのモータ制御信号を３相インバータ３３駆動用の駆動信号に変換するインタフェースとしてのプリドライバ３４とから構成される。

３相インバータ３３は、図２に示すように、電動モータ１５の各コイルＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３にそれぞれ対応したスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを有する。これらのスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、プリドライバ３４からの駆動信号によりオンオフ制御され３相駆動電流を生成する。そして、各スイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬの通電期間制御（デューティ比制御）により、電動モータ１５への通電電流量が調整される。

電動モータ１５は、この３相インバータ３３を介してバッテリ５０から電力が供給される。バッテリ５０から電動モータ１５への電源供給ライン５４は、イグニッションスイッチＩＧＳの２次側の主電源入力ライン５１から分岐し、その途中にバッテリ電圧を所定電圧（本実施形態では４２Ｖ）に昇圧する昇圧回路４５（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が設けられる。
３相インバータ３３を駆動制御するプリドライバ３４は、この昇圧回路４５の出力電圧とバッテリ電圧と電源ＩＣ４６の出力電圧との３種類の電源が供給される。つまり、電源ＩＣ４６の出力（５Ｖ）がロジック回路の電源として用いられ、昇圧回路４５の出力（４２Ｖ）およびバッテリ電圧（１２Ｖ）が３相インバータ３３のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬの駆動用電源として用いられる。

次に、アシスト用電子制御装置３１が実行するアシスト制御処理について説明する。
図３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Ｓ１１にて、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によって検出した回転角度の差から演算された操舵トルクＴＲを読み込む。続いて、図４に示す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（Ｓ１２）。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４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。

続いて、この算出した必要アシスト電流ＡＳＩに応じて、３相インバータ３３を制御する（Ｓ１３）。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３相インバータ３３のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ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。

こうしたアシスト制御中に、イグニッションスイッチＩＧＳがオフされると、操舵ハンドル１１が急に戻されることがある。そこで、アシスト用電子制御装置３１は、以下に示す、ブレーキ力徐変制御を行う。
図５は、アシスト用電子制御装置３１が実行するブレーキ力徐変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る。また、図６は、そのタイミングチャートを表す。

本ブレーキ力徐変制御ルーチンは、上述したアシスト制御ルーチンと並行して行われるもので、まず、イグニッションスイッチＩＧＳがオフされたか否かを判断する（Ｓ１）。つまり、電圧モニタ回路４１でバッテリ電圧をモニタし、その電圧が所定電圧以下になったか否かを判断する。イグニッションスイッチＩＧＳがオフになるまでこの判断が繰り返され、イグニッションスイッチＩＧＳがオフしたことを検出すると（図６：時刻ｔ１）、次に、ブレーキ制御を開始する（Ｓ２）。

この場合、イグニッションスイッチＩＧＳがオフしたことから、バッテリ５０からモータ制御回路３０への電源供給が停止するが、電源平滑用コンデンサ４４に充電された電力が電源ＩＣ４６を介してアシスト用電子制御装置３１およびプリドライバ３４に電源供給される。また、電源平滑用コンデンサ４８に充電された電力がプリドライバ３４のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬの駆動用電源として供給される。

ブレーキ制御が開始されると、３相インバータ３３のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨをオン保持、スイッチング素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオフ保持する。このため、今まで通電制御されていた電動モータ１５の各コイルＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３が短絡された状態となり、そこに還流電流が流れる。従って、電動モータ１５にブレーキトルクが付与される。

また、このブレーキ制御の開始にあわせてブレーキ制動時限タイマの計時を開始する（Ｓ３）。そして、ブレーキ制動時限タイマの計測時間Ｔｘ１が基準時間Ｔｓ１に達しない間は（Ｓ４：ＮＯ）この状態を継続し、ブレーキ制動時限タイマの計測時間Ｔｘ１が基準時間Ｔｓ１に達すると（Ｓ４：ＹＥＳ、図６：時刻ｔ２）、電動モータ１５のブレーキ力緩和制御を開始する（Ｓ５）。つまり、オン保持されていた３相インバータ３３のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨを所定のデューティ比でオンオフさせてブレーキ力を緩和させる。
従って、所定時間のブレーキ制御の後は、ブレーキ力が緩和されるように３相インバータ３３が制御される。

この場合、ブレーキ力緩和制御の開始に合わせてブレーキ力緩和時限タイマの計時を開始する（Ｓ６）。そして、ブレーキ力緩和時限タイマの計測時間Ｔｘ２が基準時間Ｔｓ２に達しない間は（Ｓ７：ＮＯ）この状態を継続し、ブレーキ力緩和時限タイマの計測時間Ｔｘ２が基準時間Ｔｓ２に達すると（Ｓ７：ＹＥＳ、図６：時刻ｔ３）、電動モータ１５のブレーキ力緩和制御を終了し、モータ制御回路３０自身の動作を終了させる（Ｓ８）。

以上説明した、ブレーキ力徐変制御によれは、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ検知により電動モータ１５にブレーキトルクを付与するため、操舵ハンドル１１が急激に戻されてしまうといった不具合が無い。しかも、従来のようにモータ駆動電流を徐々に減少させていくものでは、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ時に電動モータ１５への電源供給とモータ制御回路３０への電源供給をそれぞれ確保するための電源供給回路が必要であったが、本実施形態によれば、電動モータ１５の端子間を短絡してブレーキトルクを発生させるため、電動モータ１５への電源供給を確保する必要はなく、しかも、ブレーキ力徐変制御時のモータ制御回路３０の電源として電源平滑用コンデンサ４４，４８に蓄えた電力を利用しているため、新たに電源供給回路を追加構成する必要もない。

例えば、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ時に、電動モータ１５への電源供給とモータ制御回路３０への電源供給を確保しようとすると、図７に示すように、イグニッションスイッチＩＧＳを迂回してバッテリ電源を取り込むバイパス電源入力ライン６０と、そのバイパス電源入力ライン６０を開閉する電源リレー６１と、バイパス電源入力ライン６０から昇圧回路４５へ電源供給するための昇圧回路副電源入力ライン６２と、その昇圧回路副電源入力ライン６２を開閉する昇圧回路用リレー６３とを設ける必要がある。また、これらのリレー６１，６３を開閉する制御回路や、制御システム、例えば、上位電源システムとの電源供給に関する通信システムも必要となってくる。このため、回路構成が複雑になりコストアップに繋がってしまう。

これに対して、本実施形態によれば、イグニッションスイッチＩＧＳがオフされた後は、電動モータ１５の端子間を短絡してブレーキトルクを発生させるため、電動モータ１５を駆動するための電力を必要としない。そのため、昇圧回路４５への電力供給を確保する必要が無く、結果として、３相インバータ３３を作動させるモータ制御回路３０の電力のみを確保すればよく、電源平滑用コンデンサ４４，４８で十分電源供給をまかなうことが可能となる。
この結果、回路構成が簡素化されコストダウンを図ることができる。
また、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ後は、電源を確保しておく必要がないため、上位電源システムに対しての電源供給に関する通信を廃止することが可能となる。

更に、本実施形態では、第１電源入力ライン５２および第２電源入力ライン５３にダイオード４３，４７を設けて、電源平滑用コンデンサ４４，４８に貯まった電荷が電圧モニタ回路４１に逆流しないようにしているため、そのモニタ電圧がバッテリ電圧に応じたものとなり、イグニッションスイッチＩＧＳのオフ操作検出が遅れず正確になる。

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、本実施形態では、電動モータ１５として３相ブラシレスモータを用い、３相インバータ３３にて電動モータ１５を駆動制御する構成を採用しているが、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、本実施形態では、電源平滑用コンデンサ４４，４８に貯まった電荷をモータ制御回路３０の作動電源として用いているが、モータ制御回路３０作動用の他の蓄電手段を用いてもよい。
また、本実施形態においては、電動モータ15の駆動用電源として、モータ制御回路３０の電源と共通の低圧のバッテリ５０を使用しているが、別に高圧バッテリを設けて電動モータ１５に電源供給してもよい。例えば、図８に示すように、２８８Ｖの高圧バッテリ７０を別途備えて、そのバッテリ電圧を降圧回路７１にて降圧して（例えば４２Ｖ）、モータ駆動回路３２に電源供給するようにしてもよい。

本発明の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。 モータ制御回路の概略回路構成図である。 アシスト電流制御ルーチンを表すフローチャートである。 アシスト電流テーブルを表す説明図である。 ブレーキ力徐変制御ルーチンを表すフローチャートである。 ブレーキ力徐変制御ルーチンを表すタイミングチャートである。 参考例としての電源供給回路を付加したモータ制御回路の概略回路構成図である。 モータ制御回路の別実施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、モータ制御回路…３０、アシスト用電子制御装置…３１、モータ駆動回路…３２、３相インバータ…３３、プリドライバ…３４、電源部…４０、電圧モニタ回路…４１、ダイオード…４３，４７、電源ＩＣ…４６、電源平滑用コンデンサ…４４，４８、昇圧回路…４５、バッテリ…５０、イグニッションスイッチ…ＩＧＳ。

Claims (3)

1. イグニッションスイッチを介してバッテリから電源供給され、操舵輪に対して所定の操舵トルクを付与する電動モータと、操舵ハンドルの操作状態に応じて上記電動モータを駆動制御するモータ制御回路とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記モータ制御回路は、
   上記バッテリにより充電される蓄電手段と、
   上記イグニッションスイッチのオフ操作を検出するオフ検出手段と
   を備え、
   上記オフ検出手段によりイグニッションスイッチのオフ操作が検出されたとき、上記蓄電手段に蓄電された電力を電源として作動し、上記電動モータにブレーキトルクを発生するように上記電動モータを制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記蓄電手段は、上記バッテリから上記モータ制御回路への電源供給路に接地して設けられる電源平滑用のコンデンサで構成される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. 上記バッテリから上記モータ制御回路への電源供給路の上記平滑コンデンサの接続位置よりも上記バッテリ側に、上記バッテリ側への電流の逆流を防止するダイオードを設け、
   上記オフ検出手段は、上記バッテリの電圧を上記ダイオードよりも上記バッテリ側の電源供給路の電圧を検出す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。
   

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