JP2009012665A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ電圧の変動に影響されることなく操舵補助力の発生を継続することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】少なくとも操舵トルクＴに基づいて電動モータ１２を駆動制御する電動パワーステアリング装置において、制御演算部２３の電圧源である電源電圧ＶＢＡＴＴが設定電圧ＶＣＣ以下に低下する低電圧状態を検出する低電圧検出部２７と、上記低電圧状態を検出したとき、バッテリ電圧ＶＢ及びイグニッション電圧ＶＩＧを制御演算部２３へ供給する電源として選択し、低電圧状態を非検出であるとき、バッテリ電圧ＶＢのみを制御演算部２３へ供給する電源として選択する電源切替部２８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を与える電動モータを有する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング制御装置としては、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する電動モータを駆動するＨブリッジ回路を構成する４つの電界効果トランジスタのうち、電源電圧側の２つの電界効果トランジスタに夫々チャージポンプを接続して、これらチャージポンプで電源電圧の２倍までの電圧を発生させて電界効果トランジスタのゲートに供給することにより、電界効果トランジスタをパルス幅変調信号で駆動する場合のデューティ比１００％近傍でデューティ比制限を行う必要がないようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平８−３４０６９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、上記電界効果トランジスタについてはバッテリ電圧をチャージポンプで昇圧して供給することで、電界効果トランジスタをオンさせるために必要なゲート電圧を維持することができるというものであるが、バッテリ電圧が低下した場合には、チャージポンプから出力される昇圧電圧自体も低下することになり、電界効果トランジスタをオンさせるために必要なゲート電圧を確保できない場合が生じる。

また、電動パワーステアリング装置全体で見た場合、例えばモータの回転を検出するためにレゾルバを適用した場合には、バッテリ電圧が低下しているときに、バッテリ電圧低下の影響を受けてレゾルバ信号の上限側がカットされて歪んだり、トルクセンサでも磁気信号を電気的な信号に変換する際に励磁回路を用いるので、この励磁回路の線形な範囲がバッテリ電圧の低下の影響を受けて狭まってしまったり、モータ電流を検出するモータ電流検出回路では、シャント抵抗の両端の電位差を演算増幅器で増幅するが、この場合もバッテリ電圧の低下の影響を受けて正確な電流検出値を得ることができなかったり、操舵角センサを適用する場合においてもバッテリ電圧の低下の影響を受けて、正確な舵角情報が得られなかったりする。

そこで、本発明は、バッテリ電圧の変動に影響されることなく操舵補助力の発生を継続することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータと、車載バッテリから電源供給され、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
車載バッテリのバッテリ電圧に応じて、前記モータ制御手段へ供給する電源として、バッテリ電圧及び車載バッテリからイグニッションスイッチを介して供給されるイグニッション電圧と、バッテリ電圧とのうち何れか一方を選択する電源選択手段を備えることを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記バッテリ電圧を前記モータ制御手段へ供給する第１の電源供給路と、前記イグニッション電圧を前記モータ制御手段へ供給する第２の電源供給路と、前記車載バッテリのバッテリ電圧が所定電圧以下に低下する低電圧状態を検出する低電圧状態検出手段とを備え、前記第１の電源供給路は常時通電状態であって、前記電源選択手段は、前記第２の電源供給路の通電／非通電状態を切替可能な切替手段を有し、前記低電圧状態検出手段で低電圧状態を検出したとき、前記切替手段により前記第２の電源供給路を通電状態とし、前記低電圧状態検出手段で低電圧状態を非検出であるとき、前記切替手段により前記第２の電源供給路を非通電状態とすることを特徴としている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車載バッテリのバッテリ電圧に応じて、ＥＣＵへ供給する電源として、バッテリ電圧及びイグニッション電圧と、バッテリ電圧とのうち何れか一方を選択するので、例えば、バッテリ電圧が設定電圧以下に低下した低電圧状態では、ＥＣＵの電源としてバッテリ電圧とイグニッション電圧の両方を利用することで、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧低下を改善し、ＥＣＵが停止することを防止することができ、安定して操舵アシスト制御を継続させることができる。また、バッテリ電圧が設定電圧より高い定常状態では、ＥＣＵの電源としてバッテリ電圧のみを利用することで、ＥＣＵからイグニッション入力ハーネスに伝搬するノイズを抑制し、イグニッション入力ハーネスからの放射ノイズを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１２とを備えている。
トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。このトルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔはコントローラ１５に入力される。また、コントローラ１５には、操舵トルクＴの他に車速センサ１６から出力される車速検出値Ｖも入力される。

コントローラ１５は、車載のバッテリ１７（例えば、定格電圧が１２Ｖ）から電源供給されることによって作動する。バッテリ１７の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１８を介してコントローラ１５に接続されると共に、当該イグニッションスイッチ１８を介さずにもコントローラ１５に接続されている。
コントローラ１５は、図２に示すように、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生するためのモータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを出力するマイクロコンピュータで構成される制御演算部２３と、電動モータ１２を駆動する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるモータ駆動回路２４と、制御演算部２３から出力される相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御処理を実行し、モータ駆動回路２４の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するＦＥＴ駆動部２５と、を備えている。

前記ＦＥＴ駆動部２５は、昇圧回路２５ａを有し、この昇圧回路２５ａは、バッテリ電圧ＶＢに基づいて形成される制御電圧を昇圧し、これをＦＥＴゲート駆動回路２５ｂに供給する。そして、ＦＥＴゲート駆動回路２５ｂは、モータ駆動回路２４のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６を、制御演算部２３から出力される電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて決定されるデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗのＰＷＭ信号によってＯＮ／ＯＦＦするようになっている。

また、バッテリ１７の正極に接続されるライン３０には、電源ライン３１と第２電源供給ライン３２ｂとが接続されている。
電源ライン３１には、図示しない電源リレーとバッテリ電圧ＶＢを昇圧する上述した昇圧回路２５ａとが設けられると共に、上記電源リレーと昇圧回路２５ａとの間には、第１電源供給ライン３２ａが分岐して設けられている。

第１電源供給ライン３２ａと第２電源供給ライン３２ｂとは、接続点３３で合流し、この接続点３３から制御演算部２３にかけて電源供給ライン３４が設けられている。
また、第１電源供給ライン３２ａには、ダイオード３６ａが設けられ、第２電源供給ライン３２ｂには、イグニッションスイッチ１８と、後述する切替スイッチ３５と、ダイオード３６ｂとが設けられている。ここで、ダイオード３６ａ，３６ｂは、それぞれカソードを電源出力側に、アノードをバッテリ１７側にして設けられている。

また、電源供給ライン３４には、電源生成部２６が設けられている。この電源生成部２６は、入力された電源電圧ＶＢＡＴＴを、制御演算部２３の電源用として制御電圧ＶＣＣ（例えば、５Ｖ）に調整するレギュレータ２６ａを備えており、所定の作動可能範囲の入力電圧を、制御演算部２３の適正電源電圧である５Ｖに変換して出力するようになっている。

さらに、コントローラ１５は、低電圧検出部２７を備えている。この低電圧検出部２７は、抵抗Ｒ１及びＲ２が直列に接続されて電源生成部２６の入力電圧である電源電圧ＶＢＡＴＴを検出する分圧回路２７ａと、抵抗Ｒ３及びＲ４が直列に接続されて電源生成部２６の出力電圧である制御電圧ＶＣＣを検出する分圧回路２７ｂと、オペアンプ２７ｃとを備えている。

そして、オペアンプ２７ｃの反転入力端（−）には電源電圧ＶＢＡＴＴが接続され、非反転入力端（＋）には制御電圧ＶＣＣが接続されている。また、オペアンプ２７ｃの出力端は、電源切替部２８の切替スイッチ３５に接続されている。
このような構成により、制御演算部２３の制御電圧ＶＣＣが所定の設定電圧（本実施形態では５Ｖ）より低下する低電圧状態にあるときには、切替スイッチ３５がオン状態に切り替わり、第２電源供給ライン３２ｂを通電状態に切り替えることになる。

すなわち、制御演算部２３は、低電圧状態にない定常状態ではバッテリ電圧ＶＢのみを電圧源とし、低電圧状態ではバッテリ電圧ＶＢに加えてイグニッション電圧ＶＩＧを電圧源として動作するようになっている。
なお、図２において、制御演算部２３及び電源生成部２６がモータ制御手段に対応し、低電圧検出部２７が低電圧状態検出手段に対応し、電源切替部２８が電源選択手段に対応している。また、第１電源供給ライン３２ａが第１の電源供給路に対応し、第２電源供給ライン３２ｂが第２の電源供給路に対応し、切替スイッチ３５が切替手段に対応している。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
今、バッテリ電圧ＶＢが定常状態であり、この状態でキースイッチをオン状態とすると、バッテリ１７からバッテリ電圧ＶＢがコントローラ１５に供給される。このとき、第２電源供給ライン３２ｂは非通電状態となっていることから、第１電源供給ライン３２ａの１系統のみを経由したバッテリ電圧ＶＢが電源生成部２６の電源ＶＢＡＴＴとして供給される。そのため、電源生成部２６ではその電源電圧ＶＢＡＴＴをもとに制御電圧ＶＣＣが生成され、これが制御演算部２３に供給される。このようにして、制御演算部２３が作動状態となる。

このとき、バッテリ電圧ＶＢが定常状態にあるため、低電圧検出部２７の出力結果により電源切替部２８の切替スイッチ３５がオフ状態となって、第２電源供給ライン３２ｂが非通電状態を維持する。そのため、第１電源供給ライン３２ａのみが通電状態となって、第１電源供給ライン３２ａから供給されるバッテリ電圧ＶＢをもとに生成される制御電圧ＶＣＣを入力電圧として制御演算部２３で操舵補助制御処理が実行開始される。

このとき、車両が停車中であり、ステアリングホイール１が操作されていないものとすると、トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが“０”、車速センサ１６で検出される車速Ｖが“０”となるため、これに基づいて算出されるモータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗも“０”となる。これにより、電動モータ１２は停止状態を維持する。
この状態から、運転者がステアリングホイール１を例えば左方向へ操舵する所謂据え切りを行うと、これに伴ってトルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが制御演算部２３に入力される。そして、この操舵トルクＴに応じたモータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗが算出され、これらに基づくＰＷＭ信号によってモータ駆動回路２４のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６がＯＮ／ＯＦＦされることにより、電動モータ１２が駆動制御される。その結果、電動モータ１２でステアリングホイール１に作用された操舵トルクに応じた左方向の操舵補助力を発生させ、これが、減速ギヤ１１を介して出力軸２ｂに伝達されて、運転者は軽い操舵を行うことができる。

このように、ＥＣＵの電源としてバッテリ電圧ＶＢを利用するのが一般的であるが、バッテリ電圧ＶＢが低下した場合には、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧が低下することで、ＥＣＵ内のＣＰＵに電源が供給されなくなり、システムが機能しなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが低電圧状態であることを検出した場合には、バッテリ電圧ＶＢ及びイグニッション電圧ＶＩＧをＥＣＵの電源として利用することで、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧低下を改善する。

すなわち、上記のような操舵補助制御状態で、バッテリ１７のバッテリ電圧ＶＢが低下すると、低電圧検出部２７の出力結果により電源切替部２８の切替スイッチ３５がオン状態となって、第２電源供給ライン３２ｂが通電状態に切り替わる。そのため、第１電源供給ライン３２ａと第２電源供給ライン３２ｂとが共に通電状態となって、第１電源供給ライン３２ａ及び第２電源供給ライン３２ｂの２系統の電圧（バッテリ電圧ＶＢ及びイグニッション電圧ＶＩＧ）が、電源生成部２６の電源ＶＢＡＴＴとして供給され、これをもとに生成される制御電圧ＶＣＣを入力電圧として制御演算部２３で操舵補助制御処理が実行開始される。

このように、バッテリ１７のバッテリ電圧ＶＢが低電圧状態となったときには、第２電源供給ライン３２ｂを通電状態に切り替えて、バッテリ電圧ＶＢとイグニッション電圧ＶＩＧとの２系統の電圧を電源生成部２６の電源として供給するので、ハーネス抵抗による電圧ロス分を低減することができる。
電動パワーステアリング装置では、機能上、電動モータに大電流を流す必要があるため、ＥＣＵの電源ラインにも大電流が流れる。大電流を流すほど配線抵抗による電圧ロスが大きくなるので、電源ラインの配線抵抗を低減することが求められている。

したがって、本実施形態のように、ハーネス抵抗による電圧ロス分を低減することで、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧低下を改善し、従来のバッテリ電圧のみを電源とするシステムと比較して、ＥＣＵを停止させることなく動作を継続させることができ、安定した操舵補助制御を確保することができる。
ところで、バッテリ１７のバッテリ電圧ＶＢが低下することに起因して、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧の低下を改善するために、常にバッテリ電圧ＶＢとイグニッション電圧ＶＩＧとの両方をＥＣＵに供給するという電動パワーステアリング装置があるが、この場合、ＥＣＵの伝導ノイズが、バッテリの電源ハーネスとイグニッションスイッチの入力ハーネスとの両方を経路として放射されるため、放射ノイズの低減に不利である。

これに対して、本実施形態では、バッテリ１７のバッテリ電圧ＶＢが低下していない定常状態では、１系統の電圧（バッテリ電圧ＶＢ）のみをＥＣＵに供給するので、電源ラインからＩＧラインに伝搬されるノイズが低減されて、上記放射ノイズを低減させることができる。
このように、上記実施形態では、車載バッテリのバッテリ電圧に応じて、ＥＣＵへ供給する電源として、バッテリ電圧及びイグニッション電圧と、バッテリ電圧とのうち何れか一方を選択するので、ＥＣＵの安定作動と放射ノイズの低減との両立を実現させることができる。

バッテリ電圧が設定電圧以下に低下した低電圧状態では、ＥＣＵの電源としてバッテリ電圧とイグニッション電圧の両方を利用する。これにより、車載バッテリからバッテリ電圧とイグニッション電圧の２系統の電圧が、電源生成回路の電源として供給されるので、ハーネス抵抗による電圧ロス分を低減し、ＥＣＵの電源ＩＣに供給される電圧低下を改善することができ、従来のバッテリ電圧のみを電源とする場合と比較して、ＥＣＵが停止することなく動作し続けることが可能となり、操舵アシスト制御を継続させることができる。

また、ＥＣＵの入力電圧が設定電圧より高い定常状態では、ＥＣＵの電源としてバッテリ電圧のみを利用するので、従来の常にバッテリ電圧とイグニッション電圧とを電源とする場合と比較して、ＥＣＵからイグニッション入力ハーネスに伝搬するノイズを抑制し、イグニッション入力ハーネスからの放射ノイズを抑制することができる。
さらに、バッテリ電圧をモータ制御手段へ供給する第１の電源供給路を常時通電状態とし、バッテリ電圧の低電圧状態を検出したとき、切替手段によりイグニッション電圧をモータ制御手段へ供給する第２の電源供給路を通電状態とし、上記低電圧状態を非検出であるとき、切替手段により第２の電源供給路を非通電状態とするので、比較的簡易な回路構成でＥＣＵに供給する電源を選択することができる。

なお、上記実施形態においては、電源切替部２８の切替スイッチ３５をスイッチング素子で構成する場合について説明したが、例えば、常開の開閉リレー等により構成し、低電圧検出部２７で低電圧状態を検出したときに上記開閉リレーをオフ（開）状態に切り替えるようにすることもできる。
また、上記実施形態においては、電動モータとしてブラシレスモータを適用する場合について説明したが、ブラシモータシステムを適用することもできる。

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１７…バッテリ、１８…イグニッションスイッチ、２３…制御演算部、２４…モータ駆動回路、２５…ＦＥＴ駆動部、２５ａ…昇圧回路、２５ｂ…ＦＥＴゲート駆動回路、２６…電源生成部、２７…低電圧検出部、２８…電源切替部、３２ａ…第１電源供給ライン、３２ｂ…第２電源供給ライン、３５…切替スイッチ

Claims (2)

1. 操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータと、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   車載バッテリのバッテリ電圧に応じて、前記モータ制御手段へ供給する電源として、バッテリ電圧及び車載バッテリからイグニッションスイッチを介して供給されるイグニッション電圧と、バッテリ電圧とのうち何れか一方を選択する電源選択手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記バッテリ電圧を前記モータ制御手段へ供給する第１の電源供給路と、前記イグニッション電圧を前記モータ制御手段へ供給する第２の電源供給路と、前記車載バッテリのバッテリ電圧が所定電圧以下に低下する低電圧状態を検出する低電圧状態検出手段とを備え、前記第１の電源供給路は常時通電状態であって、前記電源選択手段は、前記第２の電源供給路の通電／非通電状態を切替可能な切替手段を有し、前記低電圧状態検出手段で低電圧状態を検出したとき、前記切替手段により前記第２の電源供給路を通電状態とし、前記低電圧状態検出手段で低電圧状態を非検出であるとき、前記切替手段により前記第２の電源供給路を非通電状態とす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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