JP2009018668A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーの大型化を回避しつつ、急峻なハンドル操舵時にも操舵開始直後から十分なアシスト力を付与することが可能な操舵制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の操舵制御装置３０によれば、走行中の車両１００を危険回避のために予め定められた基準値（８［ｒａｄ／秒］）以上の操舵速度で急峻にハンドル操舵を行うと、短絡ライン５０のＦＥＴ５１がオンに切り替わり、ノイズフィルタ３６の両端間が短絡ライン５０によって短絡される。これにより、ノイズフィルタ３６による電力損失を従来よりも抑えることができるから、バッテリー６０の大型化を回避しつつ、急峻なハンドル操舵時にも操舵開始直後から十分なアシスト力を付与することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータによってハンドルの操舵をアシストする電動パワーステアリングの操舵制御装置に関する。

従来より、電動パワーステアリングの操舵制御装置は、車両に備えられたバッテリーからの直流を三相交流に変換してモータに供給するモータ駆動回路（インバータ回路）を備えている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、モータ駆動回路では、半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）をオンオフ制御している。そのスイッチング動作によってバッテリーとモータ駆動回路との間を接続した給電ラインの電圧及び電流が変化して、給電ラインから所謂、ラジオノイズが放射されるという問題があった。

この問題を解決するために、従来は、給電ラインの途中にノイズフィルタを設けて、給電ラインから放射されるラジオノイズの低減を図っていた。
特開２００６−９４５９４号公報（段落［００２５］、［００２６］、第１図）

ところで、例えば、走行中の車両の危険を回避させるための急ハンドル（所定の操舵速度以上でのハンドル操舵）時には、ラジオノイズの低減よりもハンドル操舵のアシスト、即ち、モータへの電力供給を優先したいところである。ところが、上述した従来の操舵制御装置では、急峻なハンドル操舵に伴ってバッテリーからの出力電流が急激に増大すると、ノイズフィルタが抵抗となって電力損失が起きるため、ハンドルの操舵開始時（切り始め）に十分なアシスト力を付与できない虞がある。そのため、ノイズフィルタでの電力損失分を見越して、予めバッテリーを大型化（大容量化）しておく必要があった。

しかしながら、上記のような急峻なハンドル操舵は、極めて稀であるので、車両への設置スペースやコストを考慮すると、バッテリーの大型化は容認し難かった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、バッテリーの大型化を回避しつつ、急峻なハンドル操舵時にも操舵開始直後から十分なアシスト力を付与することが可能な操舵制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る操舵制御装置（３０）は、電動パワーステアリング（１０）の駆動源であるモータ（２０）に、モータ駆動電流を流すためのモータ駆動回路（３１）と、モータ駆動回路（３１）と車両（１００）に搭載されたバッテリー（６０）との間に接続されたノイズフィルタ（３６）とを備えた操舵制御装置（３０）において、バッテリー（６０）とモータ駆動回路（３１）との間にノイズフィルタ（３６）と並列に接続されかつスイッチ素子（５１）を有し、スイッチ素子（５１）がオンすることでノイズフィルタ（３６）の両端間を短絡することが可能な短絡回路（５０）と、通常は、スイッチ素子（５１）をオフ状態に保持し、車両（１００）の走行中にハンドル（１５）の操舵速度が予め定められた所定の基準値以上になった場合に、スイッチ素子（５１）をオンするスイッチ制御部（３５）とを備えたところに特徴を有する。

本発明によれば、通常のハンドル操舵時には、短絡回路のスイッチ素子がオフしているのでノイズフィルタを介してモータ駆動回路に電力が供給され、バッテリーとモータ駆動回路との間の給電ラインからのラジオノイズの放射が防止される。これに対し、例えば、走行中の車両を危険回避のために所定の基準値以上の操舵速度で急峻にハンドル操舵を行うと、スイッチ制御部によってスイッチ素子がオンされ、ノイズフィルタの両端間が短絡回路によって短絡される。これにより、ノイズフィルタによる電力損失を従来よりも抑えることができるから、バッテリーの大型化を回避しつつ、急峻なハンドル操舵時にも操舵開始直後から十分なアシスト力を付与することができる。また、ノイズフィルタに流れる電流の最大値を従来より下げることができるから、ノイズフィルタの電流に対するスペックを抑えて、コストダウンを図ることができる。

さらに、スイッチ素子は短絡回路に設けられているから、スイッチ素子がオフ状態で失陥したとしても、短絡ラインが不通になるだけで、ノイズフィルターを介した給電は可能なので、継続してモータ駆動回路に電力供給を行うことができる。つまり、ハンドル操舵のアシストを継続して行うことができる。

ここで、スイッチ素子は、メカニカルリレーでもよいし半導体スイッチング素子でもよい。但し、半導体スイッチング素子は、メカニカルリレーに比べて小型、軽量、耐久性に優れ、また、オンオフ切り替えを素早く行うことができるので、スイッチ素子としては半導体スイッチング素子の方が好ましい。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に示すように、この電動パワーステアリング１０は、車両１００に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１１と、その転舵輪間シャフト１１の外側を覆ったシャフトケース１２とを備えている。転舵輪間シャフト１１の両端は、タイロッド１１Ｔ，１１Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１２は、車両１００の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１１の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１２の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。

ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト１３（以下、「インタミシャフト１３」という）が連結され、そのインタミシャフト１３の上端部にはステアリングシャフト１４が連結され、さらにそのステアリングシャフト１４の上端部にはハンドル１５が連結されている。そして、インタミシャフト１３とステアリングシャフト１４との連結部分に、減速機構１６を介して電動モータ２０が連結されている。

電動モータ２０は、例えばブラシレスの三相交流モータであって、Ｕ相とＶ相とＷ相からなる三相巻線（図示せず）を備えている。また、電動モータ２０には、転舵角センサ２１（例えば、エンコーダ又はレゾルバ）が一体に備えられ、電動モータ２０の三相巻線と転舵角センサ２１の信号線とが共に操舵制御装置３０（具体的には、ＥＣＵ）に接続されている。

また、ステアリングシャフト１４には、操舵角センサ１７とトルクセンサ１８とが取り付けられ、ハンドル１５の操舵角θ１を検出すると共に、ステアリングシャフト１４にかかる操舵抵抗Ｔｆ（負荷トルク）を検出している。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ１９が設けられている。

そして、操舵制御装置３０が、転舵角センサ、操舵角センサ１７、トルクセンサ１８及び車速センサ１９の検出信号に基づいた運転状況に応じて電動モータ２０を駆動し、これにより電動モータ２０によるアシスト力と運転者によるハンドル１５の操舵力との合力によって転舵輪１０１，１０１が転舵される。

図２に示すように、操舵制御装置３０には、電動モータ２０に三相交流を給電するためのインバータ回路３１（本発明の「モータ駆動回路」に相当する）が備えられている。このインバータ回路３１は、ＦＥＴの３相ブリッジ回路である。詳細には、図３に示すように、インバータ回路３１は、直流電源としてのバッテリー６０の正極６０Ａと負極６０Ｂとの間に並列接続された図示しない３つの並列ライン３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗにそれぞれ１対のＦＥＴ３３，３３を直列接続して備え、各並列ライン３２Ｕ，３２Ｖ，３２ＷにおけるＦＥＴ３３，３３の共通接続部に出力ライン３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗを分岐接続した構造になっている。そして、これら出力ライン３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗがライン切替スイッチ３７を通して、電動モータ２０に接続可能になっている。

インバータ回路３１の各ＦＥＴ３３は、操舵制御装置３０に備えた制御回路３５によってオンオフ制御（詳細には、ＰＷＭ制御）される。具体的には、制御回路３５は、転舵角センサ２１、操舵角センサ１７、トルクセンサ１８及び車速センサ１９等から運転状況に関する情報を取り込み、それら情報に基づいて電動モータ２０への電流指令値Ｉｓを決定する。そして、電流指令値Ｉｓに応じた電流がインバータ回路３１から電動モータ２０へと流れるように、インバータ回路３１の各ＦＥＴ３３をオンオフ制御する。

ここで、インバータ回路３１に備えた各ＦＥＴ３３がスイッチング動作すると、インバータ回路３１とバッテリー６０との間を接続した送電線４０における電流及び電圧が変化する。この電流及び電圧の変動による送電線４０からのラジオノイズの放射を防ぐために、送電線４０の途中には、ノイズフィルタ３６が接続されている。ノイズフィルタ３６は、例えば、チョークコイルであって、ラジオノイズを熱に変換することで、送電線４０からのラジオノイズの放射を防止している。

さて、本実施形態の操舵制御装置３０には、図２に示すように、送電線４０から分岐した短絡ライン５０（本発明の「短絡回路」に相当する）が備えられている。短絡ライン５０の一端は、送電線４０のうちバッテリー６０の正極６０Ａとノイズフィルタ３６との間の第１接続点４０Ａに接続され、他端は、送電線４０のうちノイズフィルタ３６とインバータ回路３１との間の第２接続点４０Ｂに接続され、これにより短絡ライン５０とノイズフィルタ３６とが並列に設けられている。また、短絡ライン５０の途中には、本発明の「スイッチ素子」としての半導体スイッチング素子、より詳細には低オン抵抗のＦＥＴ５１が備えられており、制御回路３５からの信号によりオンオフするようになっている。なお、制御回路３５は、本発明の「スイッチ制御部」に相当する。

以上が、本実施形態の電動パワーステアリング１０に備えた操舵制御装置３０の構成の説明であって、以下、動作について説明する。

操舵制御装置３０に備えた制御回路３５は、所定周期で図４に示すＦＥＴ５１のオンオフ制御プログラムＰＧ１を実行している。オンオフ制御プログラムＰＧ１が実行されると、まず、車速センサ１９が検出した車速Ｖが５［ｋｍ／時］以上か否かを判定する（Ｓ１）。車速Ｖが５［ｋｍ／ｈ］未満であれば（ステップＳ１でＮＯ）、スイッチング素子、即ち、ＦＥＴ５１をオフにする（Ｓ４）。これにより、バッテリー６０の電力はノイズフィルタ３６を介してインバータ回路３１に給電される。

車速Ｖが５［ｋｍ／ｈ］以上であれば（ステップＳ１でＹＥＳ）、操舵角センサ１７が検出したハンドル１５の操舵角θ１に基づいて、操舵速度が８［ｒａｄ／秒］以上か否かを判定する（Ｓ２）。操舵角度が８［ｒａｄ／秒］未満であれば（ステップＳ２でＮＯ）、スイッチング素子、即ち、ＦＥＴ５１をオフにする（Ｓ４）。これにより、バッテリー６０の電力はノイズフィルタ３６を介してインバータ回路３１に給電される。

一方、操舵速度が８［ｒａｄ／秒］以上であった場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、より具体的には、例えば、走行中の車両１００の危険回避のためにハンドル１５が急峻に操舵され、そのハンドル操舵の補助のために電動モータ２０に対して通常時よりも大きな駆動電力が必要となった場合には、制御回路３５は信号を出力して短絡ライン５０のスイッチング素子、即ち、ＦＥＴ５１をオンする（Ｓ３）。これにより、ノイズフィルタ３６の両端間が短絡ライン５０によって短絡され、バッテリー６０の電力の多くがその短絡ライン５０を通って給電される。なお、ＦＥＴ５１は低オン抵抗なので、ＦＥＴ５１での電圧降下はほとんど無い。

このように、本実施形態の操舵制御装置３０によれば、通常のハンドル操舵時には、短絡ライン５０のＦＥＴ５１がオフしているので、ノイズフィルタ３６を介してインバータ回路３１に電力が供給され、送電線４０からのラジオノイズの放射が防止される。これに対し、走行中の車両１００を危険回避のために、予め定められた基準値（８［ｒａｄ／秒］）以上の操舵速度で急峻にハンドル操舵を行った場合には、ラジオノイズの低減よりもハンドル操舵のアシストが優先される。具体的には、ＦＥＴ５１がオンに切り替わり、ノイズフィルタ３６の両端間が短絡ライン５０によって短絡される。これにより、ノイズフィルタ３６による電力損失を従来よりも抑えることができるから、バッテリー６０の大型化を回避しつつ、急峻なハンドル操舵時にも操舵開始直後から十分なアシスト力を付与することができる。また、ノイズフィルタ３６に流れる電流の最大値を従来より下げることができるから、ノイズフィルタ３６の電流に対するスペックを抑えて、コストダウンを図ることができる。

さらに、ＦＥＴ５１は短絡ライン５０の途中に設けられているから、ＦＥＴ５１がオフ状態で失陥したとしても、短絡ライン５０が不通になるだけで、ノイズフィルター３６を介した給電は可能なので、継続してインバータ回路３１に電力供給を行うことができる。つまり、ハンドル操舵のアシストを継続して行うことができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、短絡ライン５０に半導体スイッチング素子（ＦＥＴ５１）を備えていたが、これに換えて、オン抵抗がノイズフィルタ３６の抵抗よりも小さいメカニカルリレーを備えていてもよい。但し、メカニカルリレーに比べて半導体スイッチング素子は、小型、軽量、耐久性に優れ、オンオフ切り替えを素早く行うことができるから、メカニカルリレーよりも好ましい。

（２）前記実施形態ではノイズフィルタ３６としてチョークコイルを使用していたが、チョークコイルの他にフェライトコア、ビーズコア、フェライトビーズコアでもよいし、それらと他の電子部品とを組み合わせたものでもよい。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリングの概念図 操舵制御装置のブロック図 インバータ回路のブロック図 オンオフ制御プログラムのフローチャート

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング
１５ ハンドル
２０ 電動モータ
３０ 操舵制御装置
３１ インバータ回路（モータ駆動回路）
３５ 制御回路（スイッチ制御部）
３６ ノイズフィルタ
４０ 送電線
５０ 短絡ライン（短絡回路）
５１ ＦＥＴ（スイッチ素子）
６０ バッテリー
１００ 車両

Claims (1)

1. 電動パワーステアリングの駆動源であるモータに、モータ駆動電流を流すためのモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路と車両に搭載されたバッテリーとの間に接続されたノイズフィルタとを備えた操舵制御装置において、
   前記バッテリーと前記モータ駆動回路との間に前記ノイズフィルタと並列に接続されかつスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子がオンすることで前記ノイズフィルタの両端間を短絡することが可能な短絡回路と、
   通常は、前記スイッチ素子をオフ状態に保持し、前記車両の走行中に前記ハンドルの操舵速度が予め定められた所定の基準値以上になった場合に、前記スイッチ素子をオンするスイッチ制御部とを備えたことを特徴とする操舵制御装置。

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