JP2007205496A

JP2007205496A - 電力供給装置

Info

Publication number: JP2007205496A
Application number: JP2006026233A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ezaka; 俊▲徳▼ 江坂; Takeshi Tachibana; 武立花; Yasumi Ito; 耕巳伊藤; Hideaki Matto; 秀哲松任
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】補助電源の充電率が十分でない場合にオルタネータの発電量を増加させるためにエンジンの回転数を増加させても、クリープ力が増大することによる車両の飛び出し感の発生を招くことを抑制することができる電力供給装置を提供する。
【解決手段】主電源３の電力供給不足を検出した場合に補助電源４から電動モータ２に電力を供給するように制御する電力制御手段５と、前記補助電源４の充電率を測定する充電率測定手段１２と、車両のアイドル状態およびブレーキ操作を検出する車両状態検出手段１５を備える電力供給装置であって、前記電力制御手段５が前記主電源３の前記電動モータ２への電力供給不足を検出した場合に、前記充電率測定手段１２が測定した充電率が所定値以下で、かつ、前記車両状態検出手段１５がアイドル状態を検出したときに、シフト制御手段１４がシフトアップを行ってから前記補助電源４から前記電動モータ２に電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の電動モータに電力を供給する電力供給装置に関する。

近年の車両においては、運転者の操作力の低減を目的として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が装備されることが多い。電動パワーステアリング装置とは、ステアリングシャフトにトーションバー等のトルクセンサを設け、当該トルクセンサにより運転者のステアリングホイールの操作力を検出し、当該操作力に応じて、電動モータを駆動して、操作力のアシストを行うものである。

従来、上述したような電動パワーステアリング装置に電力を供給する電力供給装置としては、主電源を備えてオルタネータにより発電した電力を蓄え、前記電動モータに電力を供給するものがある。ところが、このような構成の電力供給装置においては、据切り（車両を停止させたままステアリング装置を操作すること）時等の大電力を必要とする場合に、オルタネータの発電量を増やす必要があり、エンジンのアイドル回転数を急上昇させる必要があった。このため、特にＡ／Ｔ車の場合に、クリープ力が増大して車両の飛び出し感が発生したり、エンジンとオルタネータの応答性の違いに起因して、エンジンのハンチングが発生したりするという問題があった。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載されたような電力供給装置が提案されている。当該電力供給装置においては、電動パワーステアリング装置の電動モータに電力を供給するために、主電源と補助電源を備え、据切り時等の大電力を必要とする場合に、主電源とともに補助電源からも電動モータに電力を供給している。これにより、オルタネータの発電量を増やすことなく、また、主電源の大容量化を伴わずに、電動モータに一時的な大電力を供給することを可能として、電動パワーステアリング装置のアシスト力の追随性を向上させている。
特開２００３−３２０９４２号公報

しかしながら、このような電力供給装置においても、補助電源の充電率が十分でない場合には、エンジン回転数を増やしてオルタネータの発電量を増やして、電動モータへの電力供給を増大させる必要がなお生じることとなり、クリープ力が増大して車両の飛び出し感が発生してしまう、あるいは、エンジンとオルタネータの応答性の違いに起因して、エンジンのハンチングが発生したりするという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み、補助電源の充電率が十分でない場合にオルタネータの発電量を増加させるためにエンジンの回転数を増加させても、クリープ力が増大することによる車両の飛び出し感の発生を招くことを抑制し、エンジンとオルタネータの応答性の違いに起因して、エンジンのハンチングの発生を招くことを抑制することができる電力供給装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る電力供給装置は、電動モータに電力を供給する主電源と、前記電動モータに補助的に電力を供給する補助電源と、前記主電源の前記電動モータへの電力供給不足を検出するとともに前記主電源の電力供給不足を検出した場合に前記補助電源から前記電動モータに電力を供給するように制御する電力制御手段と、前記補助電源の充電率を測定する充電率測定手段と、変速機のシフトアップあるいはシフトダウンを行うシフト制御手段と、車両のアイドル状態およびブレーキ操作を検出する車両状態検出手段を備える電力供給装置であって、
前記電力制御手段が前記主電源の前記電動モータへの電力供給不足を検出した場合に、前記充電率測定手段が測定した充電率が所定値以下で、かつ、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出したときに、前記シフト制御手段がシフトアップを行うことを特徴とする。

ここでブレーキ操作の有無によりきめ細かい制御を行うように、前記充電率測定手段が測定した充電率が所定値以下で、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出し、かつ、ブレーキ操作を検出する場合に、前記シフト制御手段がシフトアップを行い、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出し、かつ、ブレーキ操作を検出しないときには、前記シフト制御手段がシフトダウンを行ってもよい。

本発明によれば、補助電源の充電率が十分でない場合でも、クリープ力が増大して車両の飛び出し感が発生してしまうことを抑制し、エンジンとオルタネータの応答性の違いに起因して、エンジンのハンチングが発生することを抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の一実施例を示す回路図である。

本実施例の電動パワーステアリング装置の電力供給装置１は、電動モータ２に電力を供給する主電源であるＰｂバッテリ１と、電動モータ２に補助的に電力を供給する補助電源であるキャパシタ２と、Ｐｂバッテリ１の電動モータ２への電力供給不足を検出するとともにＰｂバッテリの電力供給不足を検出した場合にキャパシタ２から電動モータ２に電力を供給するように制御する電力制御手段としてのＥＣＵ（電子制御装置）５とをまず備え、Ｐｂバッテリ１の正極側にはエンジン６により回転されるオルタネータ７の正極側に接続されるとともに、車両の一般負荷８にも接続され、電動パワーステアリング装置の電動モータ２にもダイオード９を介して接続されて、Ｐｂバッテリ３の正極側とキャパシタ４の正極側との間に、Ｐｂバッテリ３がキャパシタ４を充電する場合の充電電流を制御する充電回路１０が設けられ、さらに、充電回路１０の下流側かつキャパシタ４の上流側部分と電動パワーステアリング装置の電動モータ２の上流側かつダイオード９の下流側とが昇圧回路１１を介して接続されてキャパシタ４と電動モータ２との間に昇圧回路１１が設けられ、さらに、キャパシタ４の充電率を測定する充電率測定手段１２と、変速機１３のシフトアップあるいはシフトダウンを行うシフト制御手段１４と、車両のアイドル状態およびブレーキ操作を検出する車両状態検出手段１５を備えて構成される。この構成において、電力制御手段としてのＥＣＵ５がＰｂバッテリ３の電動モータ２への電力供給不足を検出した場合に、充電率測定手段１２が測定した充電率が所定値以下で、かつ、車両状態検出手段１５がアイドル状態を検出するときに、シフト制御手段１４が変速機１３のシフトアップを行ってから、エンジン６の回転数を増やしてオルタネータ７の発電量を増やす。

主電源は周知のＰｂバッテリなどの充電可能な電源により構成され、補助電源４は電気二重層キャパシタや二次電池で構成することもできる。

充電回路１０を設けることにより、Ｐｂバッテリ３からキャパシタ４に電力を供給する場合のキャパシタ４の充電電流を制御することができ、キャパシタ４の充電電流が大きくなり過ぎることによる主電源３の電圧降下を抑制して、主電源からの車両の一般負荷への電力供給を安定化することができる。なお、充電回路１０は周知のＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えば図示しないチョークコイルとスイッチング素子を組み合わせた周知の構成とし、Ｐｂバッテリ３からキャパシタ４へ電力を供給する場合にその出力電流および出力電圧は、チョークコイルの充電時間と放電時間との比率、それらの交互の繰返し周期を変化させることにより制御される。

昇圧回路１１を設けることにより、キャパシタ４の出力電圧を昇圧することができるとともに、キャパシタ４の放電電流を制御でき、かつ、キャパシタ４内の電荷を有効に使用して、キャパシタ４の容量の小型化を図ることができる。なお、昇圧回路１１も周知のＤＣ／ＤＣコンバータであり、例えば図示しないチョークコイルとスイッチング素子を組み合わせた周知の構成とし、キャパシタ４から電動モータ２へ電力を供給する場合にその出力電流および出力電圧は、チョークコイルの充電時間と放電時間との比率、それらの交互の繰返し周期を変化させることにより制御される。

ダイオード９により、昇圧回路１１の出力電流が、一般負荷８や主電源３に流れることを防止することができる。

電力制御手段としてのＥＣＵ（電子制御装置）５は、Ｐｂバッテリ３の出力電流Ｉｐｂ、オルタネータ７の出力電流Ｉａｌｔ、昇圧回路１１の出力電流Ｉｄｄｃ、電動パワーステアリング装置の電動モータ電流Ｉｅｐｓを検出して、電動モータ電流Ｉｅｐｓの立ち上がりが大きく、Ｐｂバッテリ３の電動モータ２への電力供給不足が発生することを検出した場合に、キャパシタ４から電動モータ２に電力を供給するべく、昇圧回路１１を制御する。さらに、オルタネータ７の発電量を増加させるためにエンジン６の回転数を上昇させる（アイドルアップ）制御も行う。

このような電力供給装置１においては、例えば、図２に示すように、電動パワーステアリング装置ＥＰＳの動作により、電動モータ２に大電流が必要となり、約２００ｍｓで電動モータ電流Ｉｅｐｓを増加させねばならない場合には、キャパシタ４の充電率が充分である場合には、ＥＣＵ５の制御により、図中斜線で示す部分の電流を補助電源たるキャパシタ４から供給して、オルタネータ７の出力電流Ｉａｌｔをなるべくゆっくり（２００ｍｓ＋所定値β）増加させることができる。これにより、エンジン６のアイドル回転数をゆっくり増加させる（Δｎ／Δｔをなるべく小さくする）ことができ、クリープ力が増大して車両の飛び出し感を招くことを防止し、エンジンとオルタネータの応答性の違いに起因して、エンジンのハンチングを招くことを防止することができる。

ところが、上述したように、補助電源としてのキャパシタ４の充電率が十分でない場合には、エンジン６の回転数を増やしてオルタネータ７の発電量を増やして、電動モータ２への電力供給を増大させる必要がなお生じることとなり、クリープ力が増大して車両の飛び出し感を招く、あるいは、エンジン６とオルタネータ７の応答性の違いに起因して、エンジン６のハンチングを招くという問題は依然として残る。

そこで本発明に係るパワーステアリング装置の電力供給装置１は、上述したように、補助電源４の充電率を測定する充電率測定手段１２と、変速機１３のシフトアップあるいはシフトダウンを行うシフト制御手段１４と、車両のアイドル状態およびブレーキ操作を検出する車両状態検出手段１５を備えて、主電源としてのＰｂバッテリ３から電動モータ２へ供給する電力が不足した場合に、充電率測定手段１２が測定した充電率が所定値以下で、かつ、車両状態検出手段１５がアイドル状態を検出する場合には、シフト制御手段１４が変速機１３のシフトアップを行ってから、エンジン６の回転数を増やしてオルタネータ７の発電量を増やす。

これによれば、補助電源としてのキャパシタ４の充電率が十分でない場合において、エンジン６の回転数を増やしてオルタネータ７の発電量を増やしても、事前に、変速機１３のシフトダウンを行っているため、クリープ力が増大して車両の飛び出し感を招くことを防止し、エンジン６とオルタネータ７の応答性の違いに起因して、エンジン６のハンチングが発生することを抑制することができる。

以下にこれらの制御内容を、フローチャートを用いて説明する。図３は本発明に係るパワーステアリング装置の電力供給装置の一実施例を示すフローチャートである。

Ｓ１において、車両状態検出手段１５が、アクセル操作の有無を検出して車両がアイドル状態であるかを検出し、アイドル状態が検出される場合は、Ｓ２にすすみ、検出されない場合は制御を終了する。Ｓ２において、電力制御手段としてのＥＣＵ５によりＥＰＳの電動モータ２が動作中であるかどうかが前述した電動モータ電流Ｉｅｐｓの検出により判定され、動作中であればＳ３にすすみ、動作中でなければ制御を終了する。Ｓ３において、ＥＣＵ５によりオルタネータ７の発電力不足が発生するかどうかが電動モータ電流Ｉｅｐｓの立ち上がりの検出により判定され、発電力不足が発生する場合はＳ４にすすみ、発生しない場合は制御を終了する。

Ｓ４において補助電源たるキャパシタ４の充電率が充分かどうかが充電率測定手段１２により測定された充電率と所定値の比較により判定され、充分であればＳ５にすすみ、充分でなければＳ７にすすむ。Ｓ５において主電源としてのＰｂバッテリ３の持ち出し電流を増やさないように昇圧回路１１が制御され、オルタネータ７の電流不足（ΔＩｅｐｓ−ΔＩａｌｔ）を、補助電源であるキャパシタ４に蓄積した電力をＥＰＳの電動モータ２に供給することで補い、Ｓ６にすすんで、ＥＰＳの動作が終了すれば制御を終了し、終了していなければ、Ｓ１に戻る。

Ｓ４において補助電源たるキャパシタ４の充電率が充分でないと判定された場合には、Ｓ７にすすみ変速機１３のシフトアップ（ローからセカンド）を行い、Ｓ８にすすんでオルタネータ７の回転数つまりはエンジン６の回転数を上げてアイドルアップを行い、オルタネータ７の発電量を増加させる。

以上述べた電力供給装置１においては、運転者のブレーキ操作の有無により制御内容を区別していなかったが、ブレーキ操作の有無によりよりきめ細かい制御を行うように、充電率測定手段１２が測定した充電率が所定値以下で、車両状態検出手段１５が運転者のアクセル操作の有無によりアイドル状態を検出し、かつ、運転者のブレーキ操作を検出する場合に、シフト制御手段１４がシフトアップを行い、車両状態検出手段１５がアイドル状態を検出し、かつ、ブレーキ操作を検出しない場合には、シフト制御手段１４がシフトダウンを行ってもよい。

つまり、ブレーキ操作が検出される場合は、エンジンの回転数上昇に伴い車両の飛び出し感を招くことを防止することを優先させてシフトアップを行い、ブレーキ操作が検出されない場合は、車両速度の急上昇を防止することを優先するためにシフトアップを行って、これにより、ブレーキの操作の有無により制御を場合分けして、よりきめ細かい適切な制御を行うことができる。

以下にこれらの制御内容を、フローチャートを用いて説明する。図４は本発明に係るパワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示すフローチャートである。

Ｓ１１において、車両状態検出手段１５が、車両がアイドル状態であるかを検出し、アイドル状態が検出される場合は、Ｓ１２にすすみ、検出されない場合は制御を終了する。Ｓ１２において、ＥＣＵ５によりＥＰＳの電動モータ２が動作中であるかどうかが判定され、動作中であればＳ１３にすすみ、動作中でなければ制御を終了する。Ｓ１３において、ＥＣＵ５によりオルタネータ７の発電力不足が発生するかどうかが判定され、発電力不足が発生する場合はＳ１４にすすみ、発生しない場合は制御を終了する。

Ｓ１４において補助電源たるキャパシタ４の充電率が充分かどうかが充電率測定手段１２の測定した充電率と所定値との比較により判定され、充分であればＳ１５にすすみ、充分でなければＳ１７にすすむ。Ｓ１５において主電源であるＰｂバッテリ３の持ち出し電流を増やさないように昇圧回路１１が制御され、オルタネータ７の電流不足（ΔＩｅｐｓ−ΔＩａｌｔ）を、補助電源であるキャパシタ４の蓄積した電力をＥＰＳの電動モータ２に供給することで補い、Ｓ１６にすすんで、ＥＰＳの動作が終了すれば制御を終了し、終了していなければ、Ｓ１１に戻る。

Ｓ１４において補助電源たるキャパシタ４の充電率が充分でないと判定された場合には、Ｓ１７にすすみブレーキ操作の有無が車両状態検出手段１５により判定され、ブレーキ操作がある場合にはＳ１８にすすみ、変速機１３のシフト位置がローであるかどうかが車両状態検出手段１５により判定され、ローである場合にはＳ１９にすすんで変速機１３のシフトアップ（ローからセカンド）を行い、Ｓ２０にすすんでオルタネータ７の回転数つまりはエンジン６の回転数を上げてアイドルアップを行い、オルタネータ７の発電量を増加させる。Ｓ１８においてシフト位置がローでないと判定される場合にはＳ２０にすすんでシフトアップを行わずに、オルタネータ７の回転数つまりはエンジンの回転数６を上げて、アイドルアップを行う。

Ｓ１７においてブレーキ操作がないと判定される場合には、Ｓ２１にすすみ、変速機１３のシフト位置がセカンドであるかどうかが判定され、セカンドである場合には、Ｓ２２にすすんで変速機１３のシフトダウン（セカンドからロー）を行い、Ｓ２０にすすんでオルタネータ７の回転数つまりはエンジン６の回転数を上げてアイドルアップを行い、オルタネータ７の発電量を増加させる。Ｓ２１においてシフト位置がセカンドでないと判定される場合にはＳ２０にすすんでシフトダウンを行わずに、オルタネータ７の回転数つまりはエンジンの回転数６を上げて、アイドルアップを行う。

なお、図１に示した本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の前提となる回路図は種々の形態のものとすることができる。図５は、本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。

図５に示した実施例は、図１に示した実施例に比して、昇圧回路１１がスイッチング手段１６に置換されている点が異なる。これによれば、補助電源４としてのキャパシタの使用電圧範囲が限定されるものの、より簡単な構成とすることができる。ここでスイッチング手段とは、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、ＩＰＭ等の半導体スイッチング素子を指すものとする。ＥＣＵ５、充電回路１０および昇圧回路１１の動作は図１に示したものと同様であるので説明は割愛する。なお、ここでは充電率測定手段１２、変速機１３、シフト制御手段１４、車両状態検出手段１５の図示は省略している。

それ以外の形態としては以下のものが挙げられる。図６は、本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。

図６に示した実施例は、図１に示した実施例に比して、補助電源４としてのキャパシタとして、電子制御ブレーキシステム１７（ＥＣＢ）のバックアップ用のキャパシタを使用している点が異なる。これによれば既存のキャパシタを使用して、本発明に係る電圧供給装置を構成することができる。ＥＣＵ５、充電回路１０および昇圧回路１１の動作は図１に示したものと同様であるので説明は割愛する。なお、ここでも充電率測定手段１２、変速機１３、シフト制御手段１４、車両状態検出手段１５の図示は省略している。

さらにそれ以外の形態としては、以下のものがあげられる。図７は、本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。

図７に示した実施例は、図５に示した実施例に比して、昇圧回路１１がスイッチング手段１４により置換されている点が異なる。これによれば、補助電源４としてのキャパシタの使用電圧範囲が限定されるものの、より簡単な構成とすることができる。ＥＣＵ５、充電回路１０および昇圧回路１１の動作は図１に示したものと同様であるので説明は割愛する。なお、ここでも充電率測定手段１２、変速機１３、シフト制御手段１４、車両状態検出手段１５の図示は省略している。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の一実施例を示す回路図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の各電流波形を示す模式図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の一実施例の制御内容を示すフローチャートである。本発明に係る電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例の制御内容を示すフローチャートである。本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。本発明による電動パワーステアリング装置の電力供給装置の他の実施例を示す回路図である。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置の電力供給装置
２電動パワーステアリング装置の電動モータ
３Ｐｂバッテリ
４キャパシタ
５ＥＣＵ
６エンジン
７オルタネータ
８一般負荷
９ダイオード
１０充電回路
１１昇圧回路
１２充電率測定手段
１３変速機
１５車両状態検出手段
１６スイッチング手段
１７電子制御ブレーキシステム
１８スイッチング手段

Claims

電動モータに電力を供給する主電源と、前記電動モータに補助的に電力を供給する補助電源と、前記主電源の前記電動モータへの電力供給不足を検出するとともに前記主電源の電力供給不足を検出した場合に前記補助電源から前記電動モータに電力を供給するように制御する電力制御手段と、前記補助電源の充電率を測定する充電率測定手段と、変速機のシフトアップあるいはシフトダウンを行うシフト制御手段と、車両のアイドル状態およびブレーキ操作を検出する車両状態検出手段を備える電力供給装置であって、
前記電力制御手段が前記主電源の前記電動モータへの電力供給不足を検出した場合に、前記充電率測定手段が測定した充電率が所定値以下で、かつ、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出したときに、前記シフト制御手段がシフトアップを行うことを特徴とする電力供給装置。
前記充電率測定手段が測定した充電率が所定値以下で、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出し、かつ、ブレーキ操作を検出する場合に、前記シフト制御手段がシフトアップを行い、前記車両状態検出手段がアイドル状態を検出し、かつ、ブレーキ操作を検出しないときには、前記シフト制御手段がシフトダウンを行うことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。