JP2008201198A

JP2008201198A - 電気式動力舵取装置

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Publication number: JP2008201198A
Application number: JP2007037633A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Shintani; 泰規新谷; Takeaki Yonetani; 豪朗米谷
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP5135819B2

Abstract

【課題】昇圧回路に異常が生じても操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続し得る電気式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】昇圧回路２５が異常であると判定され（Ｓ１０１でＮＯ）、かつ、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂以下と判定された場合であって（Ｓ１０３でＮＯ）、車両の車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０（２０ｋｍ／ｈ）よりも大きいとき（Ｓ１０５でＹＥＳ）、電源電圧出力回路３０は、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、０（ゼロ）Ｖから１２Ｖまで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整してインバータ１２に出力し、車両の車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０以下のとき（Ｓ１０５でＮＯ）、電源電圧出力回路３０は、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、即時にインバータ１２に出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電源電圧を昇圧する昇圧回路を備える電気式動力舵取装置に関するものである。

従来より、電源電圧を昇圧する昇圧回路を備える電気式動力舵取装置として、下記特許文献１に示す、「電動パワーステアリング装置」が知られている。この電動パワーステアリング装置における昇圧回路は、アシスト力を出力するモータの回転角とこのモータに流す相電流値とに基づいて、直流電源からの電源電圧を昇圧する。また、各種センサの出力信号に基づいてシステムの異常が検出されると、昇圧回路の出力電力を時間経過とともに徐々に低減させることによりアシスト力を徐々に低減させてフェールセーフを図るようになっている。
特開２００６−０２７５１１号公報

しかしながら、例えば、昇圧回路内のＦＥＴが故障して当該昇圧回路に異常が生じると、モータに供給される駆動電圧が０（ゼロ）Ｖになり、ステアリングホイールによる操舵が全くアシストされないこととなる。上記特許文献１では、上述のような昇圧回路の異常は想定されていなかった。したがって、上述のような昇圧回路の異常によりステアリングホイールの操舵が重くなると、運転者、特に、高齢者や女性は、意図したハンドル角で切り込むことが非常に困難になる可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、昇圧回路に異常が生じても操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続し得る電気式動力舵取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の電気式動力舵取装置では、車両に搭載される電源から供給される電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、前記昇圧された電圧に基づく駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動電力の供給により制御されるモータと、前記昇圧回路の異常を検出する異常検出手段と、を備え、前記モータを駆動源として前記車両の操舵系にアシスト力を付与する電気式動力舵取装置であって、前記異常検出手段により前記昇圧回路が異常であると判定された場合には、前記電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から前記電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、前記駆動回路に出力する電源電圧出力回路を有することを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項２の電気式動力舵取装置では、請求項１記載の電気式動力舵取装置において、前記車両の車速を検出する車速センサを備え、前記電源電圧出力回路は、前記異常検出手段により前記昇圧回路が異常であると判定された場合であって、前記車速が所定の速度閾値よりも大きいとき、前記電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から前記電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、前記駆動回路に出力し、前記車速が前記所定の速度閾値以下のとき、前記電源電圧を、即時に前記駆動回路に出力することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、異常検出手段により昇圧回路が異常であると判定された場合、電源電圧出力回路は、電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、駆動回路に出力する。

例えば、昇圧回路内のＦＥＴの故障等により当該昇圧回路に異常が生じ昇圧回路から駆動回路に出力される電圧が急に低下すると、操舵を補助するアシスト力が不足することとなり、ステアリングホイールの操舵が重くなってしまう。このような場合に電源電圧を即時に駆動回路に出力するとアシスト力が急に増加するので、一度重くなった操舵が急に軽くなってしまう。そうすると、重くなった操舵に対応しようとして、運転者が力を入れた場合には、ステアリングホイールが切れすぎてしまう等、操舵が不安定になる場合が想定される。

そこで、昇圧回路に異常が生じた場合には、昇圧回路システムとしてではなく電源直接駆動システムとして機能させるため、電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から電源電圧まで徐々に増加させるようにして駆動回路を介しモータに供給する。これにより、昇圧回路に異常が生じても、電源からの電圧をスムーズにモータに供給することにより上述のように操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続することができる。

請求項２の発明では、異常検出手段により昇圧回路が異常であると判定された場合であって、車両の車速が所定の速度閾値よりも大きいとき、電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、駆動回路に出力し、車速が所定の速度閾値以下のとき、電源電圧を即時に前記駆動回路に出力する。

これにより、高速走行している車両に搭載されている昇圧回路が異常を生じたために電源電圧を駆動回路に出力する場合には、電源電圧が駆動回路に即時に出力されることなく徐々に出力されるので、高速走行時の操舵が上述のように不安定になることがない。

一方、低速走行している車両に搭載されている昇圧回路が異常を生じたために電源電圧を駆動回路に出力する場合には、電源電圧が駆動回路に即時に出力される。低速走行時では、上述のように駆動回路に出力される電圧の変動によりアシスト力が急変してステアリングホイールが切れすぎてしまったとしても、高速走行時の場合と比較して車両の挙動には影響が少ない。そこで、低速走行時では、迅速にアシスト力を発生させるために、電源電圧を駆動回路に即時に出力する。
したがって、昇圧回路に異常が生じても、上述のように操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続することができる。

以下、本発明を昇圧回路を備える電気式動力舵取装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電気式動力舵取装置１は、車両の操舵系にアシスト力を付与する駆動源としてのモータ２と、このモータ２を制御するＥＣＵ３とを備えている。

ステアリングホイール（ステアリング）４は、ステアリングシャフト５を介してラックアンドピニオン機構６に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト５の回転は、ラックアンドピニオン機構６にてラックの往復直線運動に変換され図略の操舵輪に伝達される。本実施形態の電気式動力舵取装置１は、モータ２がラックと同軸に配置された所謂ラック型ＥＰＳであり、モータ２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラックに伝達される。そして、ＥＣＵ３は、このモータ２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

図２に示すように、ＥＣＵ３は、モータ制御信号を出力するマイコン１１と、モータ制御信号に基づいてモータ２に駆動電力を供給する駆動回路として機能するインバータ１２とを備えている。尚、本実施形態のモータ２はブラシレスモータであり、インバータ１２は、モータ制御信号に基づいて三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。

マイコン１１には、操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ１４、及び車両の車速Ｖを検出するための車速センサ１５が接続されており（図１参照）、マイコン１１は、入力された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力、即ちモータ２が発生するアシストトルクを決定する。

また、マイコン１１には、モータ２に通電される電流値を検出するための電流センサ１７，１８、及びモータ２の回転角（電気角）θを検出するための回転角センサ１９が接続されており、マイコン１１は、これら各センサの出力信号に基づいてモータ２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びその回転角θを検出する。そして、マイコン１１は、この検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θに基づいて、モータ２に上記決定されたアシストトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する。

尚、本実施形態では、マイコン１１は、相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ変換し、ｄ−ｑ座標系における電流制御、詳しくは、ｑ軸電流値がアシストトルクの目標値となるｑ軸電流指令値に追従するように制御する。そして、マイコン１１は、このｄ−ｑ座標系における電流制御に基づき決定されたモータ制御信号をインバータ１２に出力する。

また、図２及び図３に示すように、電気式動力舵取装置１は、電源電圧Ｖinを昇圧してインバータ１２に出力する昇圧回路２５を備えており、この昇圧回路２５は、直流電源（バッテリー）２０とインバータ１２との間の電力供給経路に設けられている。そして、昇圧回路２５は、プリドライバ１１ａに制御されることにより直流電源２０の電源電圧Ｖinを、例えば、１２Ｖから２７Ｖに昇圧してインバータ１２に出力する。なお、プリドライバ１１ａ及び後述するＦＥＴドライブ１１ｂは、マイコン１１の一部の機能を便宜上ブロックとして表したものである。

また、直流電源２０と昇圧回路２５との間には、リレー２９が設けられており、このリレー２９を駆動することにより、直流電源２０から昇圧回路２５への電圧の供給を停止する。

図３に示すように、本実施形態の昇圧回路２５は、ＦＥＴ２６ａ，２６ｂ、コイル２７、及びコンデンサ２８により構成されている。コイル２７は、一端がリレー２９を介し直流電源２０に接続されるとともに他端がＦＥＴ２６ａの一端に接続されており、ＦＥＴ２６ａの他端は接地されている。また、コイル２７とＦＥＴ２６ａと間の接続点ａは、ＦＥＴ２６ｂの一端に接続されており、ＦＥＴ２６ｂの他端は、インバータ１２に接続されている。そして、ＦＥＴ２６ｂとインバータ１２との間の接続点ｂは、コンデンサ２８を介して接地されている。

また、各ＦＥＴ２６ａ，２６ｂのゲート端子は、プリドライバ１１ａに接続されており、このプリドライバ１１ａは、各ＦＥＴ２６ａ，２６ｂのゲート端子に制御信号を印加することにより、各ＦＥＴ２６ａ，２６ｂをオン／オフ制御する。

ＦＥＴ２６ａのオン／オフ制御により、接続点ａにおける電圧は、ＦＥＴ２６ａのオフ時にコイル２７に発生する逆起電力が電源電圧Ｖinに重畳された電圧となり、ＦＥＴ２６ａがオン時に接地電位となる。そして、この電圧がＦＥＴ２６ｂのオン時に接続点ｂに伝達される。そして、昇圧回路２５は、接続点ｂにおいて脈動的に変化する電圧・電流をコンデンサ２８にて平滑化する。このようにして昇圧回路２５は、直流電源２０の電圧を昇圧した出力電圧Ｖoutを出力する。インバータ１２の電圧を直流電源２０に回生する場合には、ＦＥＴ２６ｂがプリドライバ１１ａによりオン制御される。

また、図２及び図３に示すように、電気式動力舵取装置１は、後述するように昇圧回路２５が異常であると判定された場合に電源電圧Ｖinをインバータ１２に出力する電源電圧出力回路３０を備えており、この電源電圧出力回路３０は、ＦＥＴドライブ１１ｂ及びＦＥＴ３１により構成されている。ＦＥＴ３１は、その一端が直流電源２０に接続されるとともに他端がインバータ１２に接続されている。

また、ＦＥＴ３１のゲート端子は、ＦＥＴドライブ１１ｂに接続されており、このＦＥＴドライブ１１ｂは、接続点ｂとインバータ１２との間の接続点ｃの電圧、及び車速Ｖに基づきＦＥＴ３１のゲート端子に制御信号を印加することにより、ＦＥＴ３１をオン／オフ制御する。なお、ＦＥＴドライブ１１ｂによりＦＥＴ３１を制御する課程については後述する図４に示すフローチャートにて詳細に説明する。

次に、本実施形態に係る電圧印加制御における演算処理の流れを図４に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１０１において、昇圧回路２５は正常であるか否かについて判定される。ここで、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが第１の電圧閾値Ｖ_１よりも大きい場合には、昇圧回路２５は正常であると判定されて（Ｓ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０２にて、昇圧処理がなされる。この昇圧処理により、上述のように昇圧回路２５により２７Ｖに昇圧された出力電圧Ｖoutがインバータ１２に出力される。

一方、例えば、昇圧回路２５のＦＥＴ２６ａ或いはＦＥＴ２６ｂの故障により、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが第１の電圧閾値Ｖ_１以下になった場合には、昇圧回路２５は正常でないと判定されて（Ｓ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０２における昇圧処理とは異なり、以下に示すステップに従って制御される。なお、本実施形態においては、上記第１の電圧閾値Ｖ_１は、例えば、直流電源２０の電源電圧Ｖinよりも大きな２０Ｖに設定されている。また、このステップＳ１０１は、特許請求の範囲に記載の「異常検出手段」に相当し得るものである。

上述のような異常時においては、まず、ステップＳ１０３にて、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが第２の電圧閾値Ｖ₂よりも大きいか否かについて判定される。なお、本実施形態においては、上記第２の電圧閾値Ｖ₂は、直流電源２０の電源電圧Ｖinと等しい１２Ｖに設定されている。

ここで、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂よりも大きい場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０４にて即時印加処理がなされる。この処理では、電源電圧出力回路３０により、直流電源２０の電源電圧Ｖinが、即時に昇圧回路２５から出力される電圧に重畳してインバータ１２に出力される。

このように即時印加処理を行う理由は、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂よりも大きい場合、電源電圧Ｖinを即時に昇圧回路２５から出力される電圧に重畳してインバータ１２に出力しても、インバータ１２に入力される電圧の変動が少ないため、上述のようにアシスト力が急変することなく操舵が不安定になることがないからである。

一方、コンデンサ２８に蓄えられていた電圧が放電されて接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂以下になると（Ｓ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０５にて、車両の車速Ｖが所定の速度閾値Ｖ_０よりも大きいか否かについて判定される。なお、本実施形態においては、上記所定の速度閾値Ｖ_０は、２０ｋｍ／ｈに設定されている。

ここで、車両が高速走行しており、車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０（２０ｋｍ／ｈ）よりも大きい場合には（Ｓ１０５でＹＥＳ）、ステップＳ１０６にて漸増印加処理がなされる。この処理では、電源電圧出力回路３０により、直流電源２０の電源電圧Ｖinが、０（ゼロ）Ｖから１２Ｖまで徐々に増加するように当該電圧のデューティ比を調整されて、スムーズにインバータ１２に出力される。

上記デューティ比の調整について、図５および図６を用いて詳細に説明する。電源電圧出力回路３０は、ＦＥＴドライブ１１ｂにより、ＦＥＴ３１のゲート端子に制御信号を印加して当該ＦＥＴ３１をオン／オフすることにより、直流電源２０の電源電圧Ｖinのデューティ比を調整し、この調整された電圧をスムーズにインバータ１２に出力する。

具体的には、図５に示すように、一周期の時間ｔ１の間にＦＥＴ３１をオン状態にする時間（オン時間）をｔ２とすると、オン時間ｔ２を、０（ゼロ）から一周期の時間ｔ１に相当する時間まで徐々に大きくすることで、電源電圧Ｖinのデューティ比（ｔ２／ｔ１×１００）が０（ゼロ）％から１００％まで調整される。これにより、直流電源２０からの電源電圧Ｖinが０（ゼロ）Ｖから１２Ｖまで徐々に増加するようにしてスムーズにインバータ１２に出力される。

本実施形態において、上述のようなデューティ比の調整は、例えば、図６に示すように、電源電圧出力回路３０からの出力電圧を、０．３Sec(秒)までは０（ゼロ）Ｖから直線的に増加させ、０．３Sec(秒)以上では１２Ｖに維持するように、オン時間ｔ２を変更することにより行われる。

一方、車両が低速走行しており、車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０以下の場合には（Ｓ１０５でＮＯ）、上述したステップＳ１０４における即時印加処理がなされ、電源電圧出力回路３０により、直流電源２０の電源電圧Ｖinが、即時にインバータ１２に出力される。なお、上記ステップＳ１０４における即時印加処理では、オン時間ｔ２＝一周期の時間ｔ１に変更することにより、デューティ比が常に１００％に調整されている。

このように本実施形態に係る電気式動力舵取装置１では、昇圧回路２５が異常であると判定され（Ｓ１０１でＮＯ）、かつ、接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂以下と判定された場合であって（Ｓ１０３でＮＯ）、車両の車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０（２０ｋｍ／ｈ）よりも大きいとき（Ｓ１０５でＹＥＳ）、電源電圧出力回路３０は、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、０（ゼロ）Ｖから１２Ｖまで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整してインバータ１２に出力し、車両の車速Ｖが上記所定の速度閾値Ｖ_０以下のとき（Ｓ１０５でＮＯ）、電源電圧出力回路３０は、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、即時にインバータ１２に出力する。

これにより、高速走行している車両に搭載されている昇圧回路２５のＦＥＴ２６ａ或いは２６ｂの故障等により当該昇圧回路２５に異常が生じた場合には、昇圧回路システムとしてではなく電源直接駆動システムとして機能させるために、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、当該電源電圧Ｖinである１２Ｖより低い電圧、例えば０（ゼロ）Ｖから１２Ｖまで徐々に増加させるようにしてインバータ１２を介しモータ２に供給することができる。

したがって、昇圧回路２５に異常が生じても、直流電源２０からの電源電圧Ｖinをスムーズにモータ２に供給することにより、上述のように操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続することができる。

一方、低速走行している車両に搭載されている昇圧回路２５が異常を生じたために直流電源２０の電源電圧Ｖinをインバータ１２に出力する場合には、電源電圧Ｖinがインバータ１２に即時に出力される。低速走行時では、上述のようにインバータ１２に出力される電圧の変動によりアシスト力が急変してステアリングホイール４が切れすぎてしまったとしても、高速走行時の場合と比較して車両の挙動には影響が少ない。そこで、低速走行時では、迅速にアシスト力を発生させるために、電源電圧Ｖinを即時にモータ２に供給する。

したがって、昇圧回路２５に異常が生じても、直流電源２０からの電源電圧Ｖinを、モータ２に車速Ｖに応じてスムーズに供給するかあるいは即時に供給することにより、上述のように操舵を不安定にすることなくアシスト制御を継続することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果が得られる。
（１）図４のステップＳ１０６における漸増印加処理では、図６に示すように電源電圧Ｖinのデューティ比を調整して、この調整された電圧をインバータ１２に出力することに限らず、適宜ＦＥＴ３１をオン状態にする時間（オン時間ｔ２）を変更することにより電源電圧Ｖinのデューティ比を調整して、この調整された電圧をインバータ１２に出力するようにしてもよい。

（２）ステップＳ１０１或いはステップＳ１０３における判定処理では、接続点ｃにおける電圧だけでなく、昇圧回路２５内の複数箇所の電圧をも考慮して、判定処理を行うようにしてもよい。

（３）図４のステップＳ１０５における判定処理を廃止してもよい。この場合、ステップＳ１０３において接続点ｃにおける出力電圧Ｖoutが上記第２の電圧閾値Ｖ₂以下であると判定されると（Ｓ１０３でＮＯ）、車速Ｖにかかわらず、ステップＳ１０６における漸増印加処理を行うようにしてもよい。

（４）図４のステップＳ１０３及びＳ１０５における判定処理を廃止してもよい。この場合、昇圧回路２５は正常でないと判定されると（Ｓ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０６における漸増印加処理を行うようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。電気式動力舵取装置の電気的構成を示すブロック図である。電源電圧出力回路及び昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電圧印加制御における演算処理の流れを示すフローチャートである。ＦＥＴドライブにより電源電圧のデューティ比を調整する一例を示す説明図である。図４の漸増印加処理に用いられる出力電圧の時間変化の一例を示す説明図である。

符号の説明

１…電気式動力舵取装置
２…モータ
３…ＥＣＵ
１１…マイコン
１１ａ…プリドライバ
１１ｂ…ＦＥＴドライブ
１２…インバータ（駆動回路）
１５…車速センサ
２０…直流電源
２５…昇圧回路
２６ａ、２６ｂ、３１…ＦＥＴ
２７…コイル
２８…コンデンサ
３０…電源電圧出力回路
ａ、ｂ、ｃ…接続点
Ｖ…車速
Ｖ_０…所定の速度閾値
Ｖin…電源電圧
Ｖout…出力電圧
Ｖ_１…第１の電圧閾値
Ｖ_２…第２の電圧閾値
ｔ１…一周期の時間
ｔ２…オフ時間

Claims

車両に搭載される電源から供給される電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、
前記昇圧された電圧に基づく駆動電力を供給する駆動回路と、
前記駆動電力の供給により制御されるモータと、
前記昇圧回路の異常を検出する異常検出手段と、を備え、
前記モータを駆動源として前記車両の操舵系にアシスト力を付与する電気式動力舵取装置であって、
前記異常検出手段により前記昇圧回路が異常であると判定された場合には、前記電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から前記電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、前記駆動回路に出力する電源電圧出力回路を有することを特徴とする電気式動力舵取装置。
前記車両の車速を検出する車速センサを備え、
前記電源電圧出力回路は、前記異常検出手段により前記昇圧回路が異常であると判定された場合であって、前記車速が所定の速度閾値よりも大きいとき、前記電源電圧を、当該電源電圧より低い電圧から前記電源電圧まで徐々に増加させるように当該電圧のデューティ比を調整して、前記駆動回路に出力し、前記車速が前記所定の速度閾値以下のとき、前記電源電圧を、即時に前記駆動回路に出力することを特徴とする請求項１記載の電気式動力舵取装置。