JP2007290471A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外付け電源を変更しなくても、複数のモータを用いて大きな操舵補助力が得られるようにする。
【解決手段】主操舵補助モータ１１は、車載バッテリ３から電力の供給を受けて操舵補助力を発生させる。副操舵補助モータ２１は、補助電源２３から電力の供給を受けて操舵補助力を発生させる。ＥＣＵ４は、必要な操舵補助力が主操舵補助モータ１１の最大出力以上のときには、主操舵補助モータ１１と副操舵補助モータ２１の両方を駆動し、それ以外のときには、主操舵補助モータ１１のみを駆動すると共に、必要に応じて補助電源２３を充電する制御を行う。車載バッテリ３から副操舵補助モータ２１に電力を供給する必要がなく、２台の電動モータによる大きな操舵補助力を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータによって車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。

大型車などに搭載される電動パワーステアリング装置には、大きな操舵補助力が要求される。大きな操舵補助力を得るためには、電動モータのサイズを大きくする方法や、電動モータの駆動電流を増加させる方法が考えられる。ところが、電動パワーステアリング装置では実装スペースや発熱量に制限があるために、これらの方法を適用できないことがある。

そこで、大きな操舵補助力が得られる電動パワーステアリング装置として、特許文献１には、２台の操舵補助用モータの回転力を個別の減速機を介して操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置が記載されている。また、特許文献２には、電動モータへの電力供給源として、主電源と補助電源とを備えた電動パワーステアリング装置が記載されている。
特開平７−１７２３２６号公報 特開２００３−３２０９４２号公報

特許文献１には、電動パワーステアリング装置に対する電力の供給方法について特段の記載はない。そこで、特許文献１記載の電動パワーステアリング装置に対して、バッテリ（鉛蓄電池）から電力を供給したとする。ところが、バッテリの出力電流には一定の限界があり、様々な箇所で電力を消費する昨今の車両では、１台の操舵補助用モータを駆動するだけでもバッテリの出力電流が限界に近くなることもある。このため、大きな操舵補助力を得るために操舵補助用モータを追加すると、従来のバッテリでは性能が不足し、バッテリを大型化するなど車両の設計を大幅に変更する必要が生じることがある。

また、特許文献２に記載された電動パワーステアリング装置は、電動モータを１台しか備えていない。このため、特許文献２記載の電動パワーステアリング装置では、１台の電動モータによる操舵補助力しか得られない。

それ故に、本発明は、外付け電源を変更しなくても大きな操舵補助力が得られる、複数のモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のモータを備えた電動パワーステアリング装置であって、
車両のステアリング機構に与えられる操舵補助力を発生させる主操舵補助モータと、
前記主操舵補助モータと共に前記操舵補助力を発生させる副操舵補助モータと、
前記主操舵補助モータの電源とは別個に設けられ、前記副操舵補助モータに電力を供給する補助電源と、
必要な操舵補助力が所定量以上のときには前記主操舵補助モータと前記副操舵補助モータの両方を駆動し、それ以外のときには前記主操舵補助モータのみを駆動する制御手段とを備える。

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、必要な操舵補助力が所定量未満のときには前記補助電源を充電する制御を行うことを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記補助電源は電気２重層キャパシタであることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記補助電源は２次電池であることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、必要な操舵補助力が所定量以上のときには、主操舵補助モータと副操舵補助モータの両方が駆動されるので、２台のモータで発生する操舵補助力を合わせた大きな操舵補助力を得ることができる。また、副操舵補助モータ用に補助電源を備えているので、外付け電源から副操舵補助モータに電力を供給する必要がない。したがって、外付け電源を変更しなくても、大きな操舵補助力を得ることができる。

上記第２の発明によれば、必要に応じて補助電源を充電することにより、補助電源を長期間に亘って使用することができる。

上記第３の発明によれば、補助電源として電気２重層キャパシタを用いることにより、充放電を高速化し、補助電源を半永久的に使用することができる。

上記第４の発明によれば、補助電源として２次電池を用いることにより、装置を小型、軽量化することができる。

図１は、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の構成と、それに関連する車両の構成と共に示す概略図である。図１に示す電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ１、車速センサ２、電子制御ユニット（Electronic Control Unit ：以下、ＥＣＵという）４、主操舵補助モータ１１、減速機１２、副操舵補助モータ２１、減速機２２、および、補助電源２３を備えたコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置である。補助電源２３は、車載バッテリ３とは別個に設けられる。

図１に示すように、ステアリングシャフト１０２の一端にはハンドル（ステアリングホイール）１０１が固着されており、ステアリングシャフト１０２の他端はラックピニオン機構１０３を介してラック軸１０４に連結されている。ラック軸１０４の両端は、タイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０５を介して車輪１０６に連結されている。運転者がハンドル１０１を回転させると、ステアリングシャフト１０２は回転し、これに伴いラック軸１０４は往復運動を行う。ラック軸１０４の往復運動に伴い、車輪１０６の向きが変わる。

電動パワーステアリング装置は、運転者の負荷を軽減するために、以下に示す操舵補助を行う。トルクセンサ１は、ハンドル１０１の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出し、操舵トルクを示す操舵トルク信号Ｔｓを出力する。車速センサ２は、車両の速度（車速）を検出し、車速を示す車速信号Ｖｓを出力する。

ＥＣＵ４は、車載バッテリ３から電力の供給を受け、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき、主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１を駆動する（詳細は後述）。主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１は、ＥＣＵ４によって駆動されると、操舵補助力を発生させる。なお、主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１には、同じ電動モータを用いてもよく、異なる電動モータを用いてもよい。典型的には、副操舵補助モータ２１には、主操舵補助モータ１１よりも出力トルクの小さい電動モータが用いられる。

主操舵補助モータ１１とステアリングシャフト１０２との間には減速機１２が設けられ、副操舵補助モータ２１とステアリングシャフト１０２との間には減速機２２が設けられる。図２は、減速機１２、２２の一例を示す斜視図である。図２に示す例では、減速機１２は、主操舵補助モータ１１の回転軸に設けられたウォームギヤ１４と、ステアリングシャフト１０２に設けられ、ウォームギヤ１４に噛み合うウォームホイール１５とからなる。減速機２２は、副操舵補助モータ２１の回転軸に設けられたウォームギヤ２４と、ステアリングシャフト１０２に設けられ、ウォームギヤ２４に噛み合うウォームホイール２５とからなる。

主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１で発生した操舵補助力は、減速機１２、２２を介して、ステアリングシャフト１０２を回転させるように作用する。この結果、ステアリングシャフト１０２は、ハンドル１０１に加えられる操舵トルクと主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１で発生した操舵補助力の両方によって回転する。このように電動パワーステアリング装置は、２台の操舵補助モータで発生した操舵補助力を車両のステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う。

以下、図３および図４を参照して、主操舵補助モータ１１および副操舵補助モータ２１の駆動についてより詳細に説明する。図３は、図１に示す電動パワーステアリング装置に含まれる電気回路の詳細を示すブロック図である。図３に示すように、ＥＣＵ４は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）５、モータ駆動ブリッジ回路１６、２６、充電用スイッチ２７、および、放電用スイッチ２８を含んでいる。ＥＣＵ４は主電源用と補助電源用に２組の電源端子を有し、主電源用電源端子には車載バッテリ３として鉛蓄電池が接続され、補助電源用電源端子には補助電源２３として電気２重層キャパシタが接続されている。

車載バッテリ３は、エンジンの回転エネルギーの一部を電気エネルギーに変換するオルタネータ６によって充電される。マイコン５とモータ駆動ブリッジ回路１６は、車載バッテリ３から電力の供給を受ける。補助電源２３は、充電用スイッチ２７を介してオルタネータ６に接続され、充電用スイッチ２７がオンのときにオルタネータ６によって充電される。モータ駆動ブリッジ回路２６は、放電用スイッチ２８を介して補助電源２３に接続されており、放電用スイッチ２８がオンのときに補助電源２３から電力の供給を受ける。

マイコン５には、トルクセンサ１から出力された操舵トルク信号Ｔｓと、車速センサ２から出力された車速信号Ｖｓとが入力される。マイコン５は、ＥＣＵ４に内蔵されたメモリ（図示せず）に格納されたプログラムを実行することにより、主操舵補助モータ１１の駆動制御、補助電源２３の充放電制御、および、副操舵補助モータ２１の駆動制御を行う。より詳細には、マイコン５は、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき、主操舵補助モータ１１の駆動電流を制御する制御信号Ｃ１、副操舵補助モータ２１の駆動電流を制御する制御信号Ｃ２、充電用スイッチ２７の制御信号Ｃ３、および、放電用スイッチ２８の制御信号Ｃ４を出力する。

マイコン５は、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき必要な操舵補助力を求め、この操舵補助力を発生させるために主操舵補助モータ１１に供給すべき電流の量を求め、この量に応じた制御信号Ｃ１をモータ駆動ブリッジ回路１６に対して出力する。モータ駆動ブリッジ回路１６は、車載バッテリ３から電力の供給を受け、制御信号Ｃ１に従い主操舵補助モータ１１を駆動する。これにより、主操舵補助モータ１１の回転軸には、マイコン５で算出された電流量に応じたトルクＴｍ１が発生する。発生したトルクＴｍ１は、操舵補助に用いられる。

これに加えて、マイコン５は、必要な操舵補助力が主操舵補助モータ１１の最大出力以上のときには、放電用スイッチ２８をオンに制御すると共に、必要な操舵補助力から主操舵補助モータ１１の最大出力を引いた操舵補助力を発生させるために副操舵補助モータ２１に供給すべき電流の量を求め、この量に応じた制御信号Ｃ２をモータ駆動ブリッジ回路２６に対して出力する。このとき充電用スイッチ２７はオフ、放電用スイッチ２８はオンとなり、モータ駆動ブリッジ回路２６は補助電源２３から電力の供給を受ける。電力の供給を受けたモータ駆動ブリッジ回路２６は、制御信号Ｃ２に従い副操舵補助モータ２１を駆動する。これにより、副操舵補助モータ２１の回転軸には、マイコン５で算出された電流量に応じたトルクＴｍ２が発生する。発生したトルクＴｍ２も、トルクＴｍ１と共に操舵補助に用いられる。

また、マイコン５は、必要な操舵補助力が主操舵補助モータ１１の最大出力未満で、かつ、補助電源２３を充電する必要があると判断したときには、充電用スイッチ２７をオンに制御する。このとき充電用スイッチ２７はオン、放電用スイッチ２８はオフとなり、補助電源２３はオルタネータ６によって充電される。

図４は、マイコン５の処理を示すフローチャートである。マイコン５は、図４に示す処理を繰り返し実行する。なお、初期状態では、充電用スイッチ２７および放電用スイッチ２８はオフであり、車載バッテリ３および補助電源２３は十分に充電されているとする。

マイコン５は、操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓに基づき、必要な操舵補助力Ｔを求める（ステップＳ１）。次に、マイコン５は、ステップＳ１で求めた操舵補助力Ｔが主操舵補助モータ１１の最大出力Ｔｍａｘ以上か否かを判断し（ステップＳ２）、Ｙｅｓの場合はステップＳ３１へ、Ｎｏの場合はステップＳ３へ進む。後者の場合、マイコン５は、補助電源２３の充電が必要か否かを判定し（ステップＳ３）、不要な場合はステップＳ１１へ、必要な場合はステップＳ２１へ進む。

必要な操舵補助力Ｔが最大出力Ｔｍａｘ未満で、かつ、補助電源２３の充電が不要な場合には、マイコン５は、必要な操舵補助力Ｔに応じた制御信号Ｃ１を出力すると共に（ステップＳ１１）、充電用スイッチ２７および放電用スイッチ２８をオフにする制御信号Ｃ３、Ｃ４を出力する（ステップＳ１２）。この場合、主操舵補助モータ１１による操舵補助のみが行われる。

必要な操舵補助力Ｔが最大出力Ｔｍａｘ未満で、かつ、補助電源２３の充電が必要な場合には、マイコン５は、必要な操舵補助力Ｔに応じた制御信号Ｃ１を出力すると共に（ステップＳ２１）、充電用スイッチ２７をオンにする制御信号Ｃ３、および、放電用スイッチ２８をオフにする制御信号Ｃ４を出力する（ステップＳ２２）。この場合、主操舵補助モータ１１による操舵補助に加えて、補助電源２３の充電が行われる。

必要な操舵補助力Ｔが最大出力Ｔｍａｘ以上の場合には、マイコン５は、最大出力Ｔｍａｘに応じた制御信号Ｃ１、および、必要な操舵補助力Ｔから最大出力Ｔｍａｘを引いた操舵補助力（Ｔ−Ｔｍａｘ）に応じた制御信号Ｃ２を出力すると共に（ステップＳ３１）、充電用スイッチ２７をオフにする制御信号Ｃ３、および、放電用スイッチ２８をオンにする制御信号Ｃ４を出力する（ステップＳ３２）。この場合、主操舵補助モータ１１による操舵補助に加えて、補助電源２３の放電および副操舵補助モータ２１による操舵補助が行われる。

以上に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、主操舵補助モータ１１は車載バッテリ３から電力の供給を受けて操舵補助力を発生させるのに対し、副操舵補助モータ２１は補助電源２３から電力の供給を受けて操舵補助力を発生させる。ＥＣＵ４は、必要な操舵補助力が所定量以上のときには、主操舵補助モータ１１と副操舵補助モータ２１の両方を駆動し、必要な操舵補助力が所定量未満のときには、主操舵補助モータ１１のみを駆動すると共に必要に応じて補助電源２３を充電する制御を行う制御手段として機能する。

したがって、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置によれば、必要な操舵補助力が所定量以上のときには、主操舵補助モータ１１と副操舵補助モータ２１で発生する操舵補助力を合わせた大きな操舵補助力を得ることができる。また、副操舵補助モータ２１用に補助電源２３を備えているので、車載バッテリ３から副操舵補助モータ２１に電力を供給する必要がない。したがって、車載バッテリ３を大容量のものに変更しなくても、大きな操舵補助力を得ることができる。

また、補助電源２３は必要に応じて充電されるので、補助電源２３を長期間に亘って使用することができる。また、補助電源２３として電気２重層キャパシタを用いることにより、充放電を高速化し、補助電源２３を半永久的に使用することができる。

なお、以上に述べた電動パワーステアリング装置については、種々の変形例を構成することができる。例えば以上の説明では、補助電源２３として電気２重層キャパシタを用いることとしたが、これに代えて、補助電源２３として、ニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池などの２次電池を使用してもよい。これにより、電動パワーステアリング装置を小型、軽量化することができる。

また、図２では、２台の電動モータはステアリングシャフト１０２の同じ側に互いに接近して配置されており、２つのウォームギヤはステアリングシャフト１０２を挟んで反対側に設けられ、異なるウォームホイールに噛み合うこととした。これに代えて、２台の電動モータをステアリングシャフト１０２を挟んで反対側に配置してもよく、２台の電動モータを互いに離して配置してもよく、２つのウォームギヤをステアリングシャフト１０２の同じ側に設けてもよく、２つのウォームギヤを同じウォームホイールに噛み合わせてもよい。

また、図３では、補助電源２３をＥＣＵ４の外部に設け、副操舵補助モータ２１用の追加回路（モータ駆動ブリッジ回路２６、充電用スイッチ２７および放電用スイッチ２８）をＥＣＵ４の内部に設けることとしたが、補助電源２３をＥＣＵ４の内部に設けてもよく、副操舵補助モータ２１用の追加回路の全部または一部をＥＣＵ４の外部に設けてもよい。また、図４では、補助電源２３に放電させるか否かを判定するときと、補助電源２３を充電するか否かを判定するときとで同じ閾値を用いることとしたが、各判定で異なる閾値を用いてもよい。

また、本発明は、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置にも適用でき、ブラシモータを備えた電動パワーステアリング装置にもブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置にも適用できる。

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の構成をそれに関連する車両の構成と共に示す概略図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置に含まれる減速機の一例を示す斜視図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置に含まれる電気回路の詳細を示すブロック図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置に含まれるマイコンの処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…トルクセンサ、２…車速センサ、３…車載バッテリ、４…ＥＣＵ、５…マイコン、６…オルタネータ、１１…主操舵補助モータ、１２、２２…減速機、１４、２４…ウォームギヤ、１５、２５…ウォームホイール、１６、２６…モータ駆動ブリッジ回路、２１…副操舵補助モータ、２３…補助電源、２７…充電用スイッチ、２８…放電用スイッチ

Claims (4)

1. 複数のモータを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   車両のステアリング機構に与えられる操舵補助力を発生させる主操舵補助モータと、
   前記主操舵補助モータと共に前記操舵補助力を発生させる副操舵補助モータと、
   前記主操舵補助モータの電源とは別個に設けられ、前記副操舵補助モータに電力を供給する補助電源と、
   必要な操舵補助力が所定量以上のときには前記主操舵補助モータと前記副操舵補助モータの両方を駆動し、それ以外のときには前記主操舵補助モータのみを駆動する制御手段とを備えた、電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御手段は、必要な操舵補助力が所定量未満のときには前記補助電源を充電する制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記補助電源は電気２重層キャパシタであることを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記補助電源は２次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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