JP2009056835A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧低下により電子制御装置６０のマイクロコンピュータがリセットしてしまうことを防止する。
【解決手段】 副電源装置５０から電子制御装置６０へ電源供給する副制御系電源ライン８１を設ける。電源制御部６２は、主電源電圧ｖ１が主電源判定電圧ｖ１以下になった場合、降圧用スイッチング素子８２をオン・オフさせて副電源装置５０から電子制御装置６０に電源供給する。そして、副電源電圧ｖ２が副電源判定電圧ｖ２ref以下になったとき、副電源リレー５１をオフにして、副電源装置５０からモータ駆動回路３０への電源供給を停止し、電子制御装置６０への電源供給を継続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主電源装置と副電源装置との両方を使って電気アクチュエータに電力を供給して転舵力を発生させるステアリング装置に関する。

従来から、例えば、電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵アシストトルクを付与するように電動モータを備え、電動モータの通電制御により適切な操舵アシストトルクを発生させる。操舵アシストトルクは、運転者が操舵ハンドルに入力した操舵トルクが大きいほど、また、低車速になるほど、大きな値に設定される。電動パワーステアリング装置は、こうした操舵アシスト制御を行うための電源として車載バッテリを使用する。

しかし、据え切り操作時などにおいては車載バッテリだけでは電力不足を生じることがある。そこで、例えば、特許文献１に提案された装置では、車載バッテリを補助する副電源装置を備えている。副電源装置は、車載バッテリ（以下、主電源装置と呼ぶ）からモータ駆動回路への電源供給ラインに並列に接続される。

この提案された電動パワーステアリング装置においては、モータ駆動用電力が主電源装置から引き出されるが、据え切り操作時など主電源装置の電源能力だけでは電力不足を生じるときに、その電力不足分が副電源装置から引き出される。また、直進走行時など電力消費が少ないときには、主電源装置の電力が副電源装置に充電される。
特開２００７−９１１２２

しかしながら、主電源装置が劣化している場合には、副電源装置により電源供給を補助しても電力不足を生じてしまうことがある。この場合、主電源装置と副電源装置の電源電圧が低下し、以下の問題を招く。

電動パワーステアリング装置は、電動モータを駆動制御するためにマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置を備える。この電子制御装置は、主電源装置から電源供給される。このため、主電源装置の電源電圧が低下してマイクロコンピュータの最低作動電圧を下回ると、マイクロコンピュータがリセットしてしまう。マイクロコンピュータがリセットすると、操舵アシスト制御が突然停止するだけでなく、電源電圧が復帰しても、初期診断等を行うため操舵アシスト制御をすぐに再開できない。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、主電源装置が劣化している場合であっても、電子制御装置のマイクロコンピュータのリセットを防止することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、主電源装置と、上記主電源装置により充電される副電源装置と、車輪を転舵するための転舵力を発生する電気アクチュエータと、上記主電源装置と上記副電源装置とを並列接続した駆動系電源供給回路から電源供給され上記電気アクチュエータを駆動する駆動回路と、上記主電源装置に接続された制御系電源供給回路から電源供給され上記駆動回路に制御信号を出力して上記電気アクチュエータの作動を制御する電子制御装置とを備えたステアリング装置において、上記副電源装置と上記電子制御装置とを接続し、上記副電源装置から上記電子制御装置へ電源供給する副制御系電源供給回路を備えたことにある。

この発明においては、主電源装置と副電源装置とを並列接続した駆動系電源供給回路から電気アクチュエータの駆動回路に電源供給する。つまり、主電源装置と副電源装置との両方から電気アクチュエータの駆動回路に電源供給できる構成となっている。電子制御装置は、駆動回路に制御信号を出力して電気アクチュエータの作動を制御し、この電気アクチュエータの作動により車輪を転舵するための転舵力を発生させる。例えば、電子制御装置は、運転者の操舵操作を検出する操舵操作検出手段を備え、検出した操舵操作に応じて駆動回路に制御信号を出力する。この場合、車輪の転舵軸に軸力を付与して転舵力を発生させてもよいし、操舵ハンドルの操舵軸に操舵力を付与して転舵力を発生させてもよい。

電子制御装置は、主電源装置から電源供給される制御系電源供給回路と、副電源装置から電源供給される副制御系電源供給回路とを接続している。従って、電子制御装置は、主電源装置の電源供給能力が低下して主電源電圧が低下しても、副電源装置から電源供給を受けることができる。この結果、本発明によれば、電子制御装置に電源供給する電源電圧が電子制御装置の最低作動電圧（適正動作が保証される電源電圧範囲の最低値）を下回ってマイクロコンピュータがリセットしてしまうという不具合を抑制することができる。

尚、主電源装置としては、例えば、車両のステアリング装置以外の電気負荷に対しても電源供給する車載電源を用いることができる。

本発明の他の特徴は、上記主電源装置と上記副電源装置の電源供給能力の低下をそれぞれ検出する電源能力低下検出手段と、上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出された場合、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給よりも上記副電源装置から上記電子制御装置への電源供給を優先させる電源制御手段とを備えたことにある。

主電源装置の電源供給能力が低下している状態で副電源装置から駆動回路への電源供給を継続すると、副電源装置の電源供給能力が低下した場合には、副電源装置からも電子制御装置への電源供給を適切に行えなくなるおそれがある。そこで、本発明においては、電源能力低下検出手段により主電源装置と副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出されたとき、電源制御手段が、副電源装置から駆動回路への電源供給よりも副電源装置から電子制御装置への電源供給を優先させる。この結果、副電源装置から電子制御装置への適正な電源供給を維持することが可能となり、電子制御装置の障害（マイクロコンピュータのリセット）を防止することができる。

本発明の他の特徴は、上記電源制御手段は、上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出された場合、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給を禁止して上記副電源装置から上記電子制御装置への電源供給を優先させることにある。

この発明においては、主電源装置と副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出された場合、副電源装置から駆動回路への電源供給を禁止する。従って、副電源装置の保有する電力を電気アクチュエータの駆動のために消費することがなく、電子制御装置への電源供給を確実に行うことができる。

本発明の他の特徴は、上記電源制御手段は、上記副電源装置から上記駆動回路へ電源供給するための電源供給回路を遮断することにより、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給を禁止することにある。

この発明によれば、確実に副電源装置から駆動回路への電源供給を禁止することができる。

本発明の他の特徴は、上記電源能力低下検出手段は、上記主電源装置の電源電圧を検出する主電源電圧検出手段と、上記副電源装置の電源電圧を検出する副電源電圧検出手段とを備え、上記主電源装置の電源電圧が主電源判定電圧以下となり、かつ、上記副電源装置の電源電圧が副電源判定電圧以下となった場合に、上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力が低下したと推定することにある。

この発明においては、主電源装置および副電源装置の電源電圧に基づいて電源供給能力を推定しているため、電源供給能力低下の検出を簡単に行うことができる。また、電子制御装置の障害（マイクロコンピュータのリセット）は、供給される電源の電圧低下によって発生するものであるため、その電圧を直接検出することにより、電源制御手段の障害を確実に防止することができる。

本発明の他の特徴は、上記主電源装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路を備え、上記昇圧回路の出力側に上記駆動回路を接続するとともに、上記昇圧回路と上記駆動回路とのあいだに上記副電源装置を並列に接続したことにある。

この発明においては、主電源装置の出力電圧を昇圧回路により昇圧して駆動回路に電源供給する。副電源装置は、昇圧回路の出力側に接続されており主電源装置の電力を充電するとともに、充電した電力を駆動回路に供給する電源装置として機能する。従って、効率よく電気アクチュエータを駆動することができる。つまり、主電源装置および副電源装置の出力電圧を、電気アクチュエータを効率よく作動させる適正電圧に設定することができる。

本発明の他の特徴は、上記副電源装置から上記電子制御装置へ電源供給する副制御系電源供給回路に、上記副電源装置の電源電圧を降圧する降圧回路を設けたことにある。

この発明においては、昇圧回路の昇圧動作により、副電源装置の電源電圧が主電源装置の電源電圧よりも高くなっている。従って、副電源装置の電源電圧を降圧回路により降圧して電子制御装置に電源供給することにより、適正な電源供給を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係るステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態として車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を表している。

本実施形態の車両の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵操作により転舵輪を転舵するステアリング機構１０と、ステアリング機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ２０と、電動モータ２０を駆動するためのモータ駆動回路３０と、主電源装置１００の出力電圧を昇圧してモータ駆動回路３０に電源供給する昇圧回路４０と、昇圧回路４０とモータ駆動回路３０との間の電源供給回路に並列接続される副電源装置５０と、電動モータ２０の作動および装置内の電源供給状態を制御する電子制御装置６０とを主要部として備えている。

ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲを転舵するための機構で、操舵ハンドル１１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備える。このステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合って、ラックバー１４とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、タイロッド１５Ｌ，１５Ｒを介して左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲのナックル（図示略）が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲは、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ２０が組み付けられている。電動モータ２０の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに転舵力を付与して操舵操作をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速機および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ２０の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。

ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１は、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクに応じた信号を出力する。この操舵トルクセンサ２１から出力される信号により検出される操舵トルクの値を、以下、操舵トルクＴｘと呼ぶ。操舵トルクＴｘは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。

電動モータ２０には、回転角センサ２２が設けられる。この回転角センサ２２は、電動モータ２０内に組み込まれ、電動モータ２０の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力する。この回転角センサ２２の検出信号は、電動モータ２０の回転角および回転角速度の計算に利用される。一方、この電動モータ２０の回転角は、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。また、電動モータ２０の回転角を時間微分した回転角速度は、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるため、操舵ハンドル１１の操舵速度としても共通に用いられる。以下、回転角センサ２２の出力信号により検出される操舵ハンドル１１の操舵角の値を操舵角θｘと呼び、その操舵角θｘを時間微分して得られる操舵角速度の値を操舵速度ωｘと呼ぶ。操舵角θｘは、正負の値により操舵ハンドル１１の中立位置に対する右方向および左方向の舵角をそれぞれ表す。

モータ駆動回路３０は、ＭＯＳＦＥＴからなる６個のスイッチング素子３１〜３６により３相インバータ回路を構成したものである。具体的には、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２とを直列接続した回路と、第３スイッチング素子３３と第４スイッチング素子３４とを直列接続した回路と、第５スイッチング素子３５と第６スイッチング素子３６とを直列接続した回路とを並列接続し、各直列回路における２つのスイッチング素子間（３１−３２，３３−３４，３５−３６）から電動モータ２０への電源供給ライン３７を引き出した構成を採用している。

第１スイッチング素子３１，第３スイッチング素子３３，第５スイッチング素子３５のドレインは、それぞれ後述するモータ駆動ライン１１３に接続され、第２スイッチング素子３２，第４スイッチング素子３４，第６スイッチング素子３６のソースは、それぞれ接地ライン１１１に接続される。モータ駆動回路３０から電動モータ２０への電源供給ライン３７には、電流センサ３８が設けられる。この電流センサ３８は、各相ごとに流れる電流をそれぞれ検出（測定）し、その検出した電流値に対応した検出信号を電子制御装置６０に出力する。以下、この測定された電流値を、モータ電流ｉuvwと呼ぶ。また、この電流センサ３８をモータ電流センサ３８と呼ぶ。

各スイッチング素子３１〜３６は、それぞれゲートが電子制御装置６０のアシスト制御部６１（後述する）に接続され、アシスト制御部６１からのＰＷＭ制御信号によりデューティ比が制御される。これにより電動モータ２０の駆動電圧が目標電圧に調整される。尚、図中に回路記号で示すように、スイッチング素子３１〜３６を構成するＭＯＳＦＥＴには、構造上ダイオードが寄生している。

次に、電動パワーステアリング装置の電源供給系統について説明する。
電動パワーステアリング装置は、主電源装置１００から電源供給される。主電源装置１００は、主バッテリ１０１と、エンジンの回転により発電するオルタネータ１０２とを並列接続して構成される。主バッテリ１０１としては、定格出力電圧が１２Ｖの一般の車載バッテリが用いられる。

この主電源装置１００は、電動パワーステアリング装置だけでなく他の車載電気負荷への電源供給も共通して行う。主バッテリ１０１の電源端子（＋端子）に接続される電源供給元ライン１０３は、主制御系電源ライン１０４と駆動系電源ライン１０５とに分岐する。主制御系電源ライン１０４は、電子制御装置６０のみに電源供給するための電源ラインとして機能する。駆動系電源ライン１０５は、モータ駆動回路３０と電子制御装置６０との両方に電源供給する電源ラインとして機能する。

主制御系電源ライン１０４には、イグニッションスイッチ１０６が接続される。駆動系電源ライン１０５には、主電源リレー１０７が接続される。この主電源リレー１０７は、電子制御装置６０の電源制御部６２（後述する）からのオン信号により接点が閉じて主電源装置１００から電動モータ２０への電源供給を可能にし、オフ信号により接点が開いて主電源装置１００から電動モータ２０への電源供給を不能にするものである。主制御系電源ライン１０４は、電子制御装置６０の電源＋端子に接続されるが、その途中で、イグニッションスイッチ１０６よりも負荷側（電子制御装置６０側）においてダイオード１０８を備えている。このダイオード１０８は、カソードを電子制御装置６０側、アノードを主電源装置１００側に向けて設けられ、電源供給方向にのみ通電可能とする逆流防止素子である。

駆動系電源ライン１０５には、主電源リレー１０７よりも負荷側において主制御系電源ライン１０４と接続する連結ライン１０９が分岐して設けられる。この連結ライン１０９は、主制御系電源ライン１０４のダイオード１０８接続位置よりも電子制御装置６０側に接続される。また、連結ライン１０９には、ダイオード１１０が接続される。このダイオード１１０は、カソードを主制御系電源ライン１０４側に向け、アノードを駆動系電源ライン１０５側に向けて設けられる。従って、連結ライン１０９を介して駆動系電源ライン１０５から主制御系電源ライン１０４には電源供給できるが、主制御系電源ライン１０４から駆動系電源ライン１０５には電源供給できないような回路構成となっている。駆動系電源ライン１０５および接地ライン１１１は昇圧回路４０に接続される。また、接地ライン１１１は、制御系接地ライン１１８により電子制御装置６０の接地端子に接続される。従って、主制御系電源ライン１０４と制御系接地ライン１１８とにより電子制御装置６０への電源供給回路（本発明の制御系電源供給回路に相当する）が形成される。

主制御系電源ライン１０４には、主電源装置１００の電源電圧を検出する第１電圧センサ７１が設けられる。この第１電圧センサ７１は、電子制御装置６０の電源制御部６２に接続され、電源制御部６２に対して測定値である電圧ｖ１を表す信号を出力する。以下、この電圧ｖ１を主電源電圧ｖ１と呼ぶ。

昇圧回路４０は、駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられるコンデンサ４１と、コンデンサ４１の接続点より負荷側の駆動系電源ライン１０５に直列に設けられる昇圧用コイル４２と、昇圧用コイル４２の負荷側の駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられる第１昇圧用スイッチング素子４３と、第１昇圧用スイッチング素子４３の接続点より負荷側の駆動系電源ライン１０５に直列に設けられる第２昇圧用スイッチング素子４４と、第２昇圧用スイッチング素子４４の負荷側の駆動系電源ライン１０５と接地ライン１１１との間に設けられるコンデンサ４５とから構成される。昇圧回路４０の二次側には、昇圧電源ライン１１２が接続される。

本実施形態においては、この昇圧用スイッチング素子４３，４４としてＭＯＳＦＥＴを用いるが，他のスイッチング素子を用いることも可能である。また、図中に回路記号で示すように、昇圧用スイッチング素子４３，４４を構成するＭＯＳＦＥＴには、構造上ダイオードが寄生している。

昇圧回路４０は、電子制御装置６０の電源制御部６２により昇圧制御される。電源制御部６２は、第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のゲートに所定周期のパルス信号を出力して両スイッチング素子４３，４４をオン・オフする。これにより、昇圧回路４０は、主電源装置１００から供給された電源を昇圧して昇圧電源ライン１１２に所定の出力電圧を発生させる。この場合、第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４は、互いにオン・オフ動作が逆になるように制御される。昇圧回路４０は、第１昇圧用スイッチング素子４３をオン、第２昇圧用スイッチング素子４４をオフにして昇圧用コイル４２に短時間だけ電流を流して昇圧用コイル４２に電力をため、その直後に、第１昇圧用スイッチング素子４３をオフ、第２昇圧用スイッチング素子４４をオンにして昇圧用コイル４２にたまった電力を出力するように動作する。

第２昇圧用スイッチング素子４４の出力電圧は、コンデンサ４５により平滑される。従って、安定した昇圧電源が昇圧電源ライン１１２から出力される。この場合、周波数特性の異なる複数のコンデンサを並列に接続して平滑特性を向上させるようにしてもよい。また、昇圧回路４０の入力側に設けたコンデンサ４１により、主電源装置１００側へのノイズが除去される。

昇圧回路４０の出力電圧（昇圧電圧）は、第１、第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のデューティ比制御により調整可能となっており、第１昇圧用スイッチング素子４３のオンデューティ比が高いほど昇圧電圧は高くなる。本実施形態における昇圧回路４０は、例えば、２０Ｖ〜５０Ｖの範囲で昇圧電圧を調整できるように構成される。尚、昇圧回路４０として、汎用のＤＣ−ＤＣコンバータを使用することもできる。

昇圧回路４０の出力側となる昇圧電源ライン１１２には、第２電圧センサ７２が設けられる。この第２電圧センサ７２は、電子制御装置６０の電源制御部６２に接続され、電源制御部６２に対して測定値である電圧ｖ２を表す信号を出力する。この第２電圧センサ７２は、昇圧回路４０の昇圧電圧を検出するが、昇圧回路４０の昇圧動作が停止しているときや、主電源リレー１０７がオフしているときには、副電源装置５０の電源電圧を検出する。以下、第２電圧センサ７２により測定された電圧ｖ２を、検出状況に応じて、昇圧電圧ｖ２あるいは副電源電圧ｖ２と呼ぶ。

昇圧電源ライン１１２は、モータ駆動ライン１１３と充放電ライン１１４とに分岐する。モータ駆動ライン１１３および接地ライン１１１は、モータ駆動回路３０の電源入力部に接続される。充放電ライン１１４は、副電源装置５０の電源＋端子に接続される。

副電源装置５０は、昇圧回路４０から出力される電力を充電し、モータ駆動回路３０で大電力を必要としたときに、主電源装置１００を補助してモータ駆動回路３０に電源供給する高圧蓄電装置である。副電源装置５０は、昇圧回路４０の出力電圧相当の電圧を維持できるように複数の蓄電セルを直列に接続して構成される。副電源装置５０の接地端子は、副接地ライン１１９により接地ライン１１１と接続される。
従って、主電源装置１００と副電源装置５０とを並列接続して、モータ駆動回路３０に電源供給するモータ駆動系電源供給回路が構成されている。

充放電ライン１１４には、副電源リレー５１が直列に接続される。この副電源リレー５１は、電子制御装置６０からのオン信号により接点が閉じて副電源装置５０の充放電回路を形成し、オフ信号により接点が開いて副電源装置５０の充放電回路を遮断するものである。

充放電ライン１１４には、副電源リレー５１と副電源装置５０との間から副制御系電源ライン８１が分岐して設けられる。この副制御系電源ライン８１は、電子制御装置６０の電源＋端子に接続される。電子制御装置６０は、電源＋端子を２組備え、どちらの端子からも給電できるようになっている。電源＋端子の一方は、主制御系電源ライン１０４に接続され、他方は副制御系電源ライン８１に接続される。

副制御系電源ライン８１には、降圧回路８０が設けられる。降圧回路８０は、降圧用スイッチング素子８２と平滑用コンデンサ８３とから構成される。降圧用スイッチング素子８２としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。降圧用スイッチング素子８２は、電子制御装置６０の電源制御部６２から出力された所定周期のパルス信号をゲートに入力してオン・オフすることにより、副電源装置５０の電源電圧を降圧する。平滑用コンデンサ８３は、降圧用スイッチング素子８２の２次側（降圧側）と接地ライン１１１との間に設けられ、降圧用スイッチング素子８２の２次側の電圧を平滑化する。これにより降圧回路８０から適正電圧に降圧された電源が電子制御装置６０に供給される。

従って、降圧回路８０を備えた副制御系電源ライン８１と制御系接地ライン１１８とにより、電子制御装置６０へのもう一つの電源供給回路（本発明の副制御系電源供給回路に相当する）が形成される。

降圧回路８０の出力側となる副制御系電源ライン８１には、第３電圧センサ７３が設けられる。この第３電圧センサ７３は、電子制御装置６０の電源制御部６２に接続され、電源制御部６２に対して測定値である電圧ｖ３を表す信号を出力する。以下、第３電圧センサ７３により測定された電圧ｖ３を副制御電圧ｖ３と呼ぶ。

電子制御装置６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、その機能から、アシスト制御部６１と電源制御部６２とに大別される。アシスト制御部６１と電源制御部６２とは、互いに制御指令や制御データ等の授受が可能に設けられる。アシスト制御部６１は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２２、モータ電流センサ３８、車速センサ２３を接続し、操舵トルクＴｘ、操舵角θｘ、モータ電流ｉuvw、車速Ｖｘを表すセンサ信号を入力する。アシスト制御部６１は、これらのセンサ信号に基づいて、モータ駆動回路３０にＰＷＭ制御信号を出力して電動モータ２０を駆動制御し、運転者の操舵操作をアシストする。

電源制御部６２は、第１電圧センサ７１、第２電圧センサ７２、第３電圧センサ７３、昇圧回路４０，主電源リレー１０７，副電源リレー５１，降圧用スイッチング素子８２を接続する。電源制御部６２は、第２電圧センサ７２により検出した昇圧電圧ｖ２に基づいて目標昇圧電圧が得られるように昇圧回路４０にＰＷＭ制御信号を出力する。昇圧回路４０は、入力したＰＷＭ制御信号にしたがって第１，第２昇圧用スイッチング素子４３，４４のデューティ比を制御する。これにより、昇圧回路４０の出力電圧である昇圧電圧が目標昇圧電圧に制御される。

また、電源制御部６２は、主電源装置１００と副電源装置５０の電源供給能力に基づいて、電動パワーステアリング装置内の電源供給状態を制御する。この電源供給状態の制御については後述する。

次に、電子制御装置６０のアシスト制御部６１が行う操舵アシスト制御処理について説明する。図２は、アシスト制御部６１により実施される操舵アシスト制御ルーチンを表し、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶される。操舵アシスト制御ルーチンは、イグニッションスイッチ１０６の投入（オン）により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが起動すると、アシスト制御部６１は、まず、ステップＳ１１において、車速センサ２３によって検出された車速Ｖｘと、操舵トルクセンサ２１によって検出した操舵トルクＴｘとを読み込む。

続いて、ステップＳ１２において、図３に示すアシストトルクテーブルを参照して、入力した車速Ｖｘおよび操舵トルクＴｘに応じて設定される基本アシストトルクＴasを計算する。アシストトルクテーブルは、電子制御装置６０のＲＯＭ内に記憶されるもので、操舵トルクＴｘの増加にしたがって基本アシストトルクＴasも増加し、しかも、車速Ｖｘが低くなるほど大きな値となるように設定される。尚、図３のアシストトルクテーブルは、右方向の操舵トルクＴｘに対する基本アシストトルクＴasの特性を表すが、左方向の特性については方向が反対になるだけで絶対値でみれば同じである。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ１３において、この基本アシストトルクＴasに補償トルクを加算して目標指令トルクＴ＊を計算する。この補償トルクは、操舵角θｘに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の基本位置への復帰力と、操舵速度ωｘに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対向する抵抗力に対応した戻しトルクとの和として計算する。この計算に当たっては、回転角センサ２２にて検出した電動モータ２０の回転角（操舵ハンドル１１の操舵角θｘに相当）を入力して行う。また、操舵速度ωｘについては、操舵ハンドル１１の操舵角θｘを時間で微分して求める。

次に、アシスト制御部６１は、ステップＳ１４において、目標指令トルクＴ＊に比例した目標電流ｉas＊を計算する。目標電流ｉas＊は、目標指令トルクＴ＊をトルク定数で除算することにより求められる。この場合、後述する電源制御処理により目標電流の上限が設定されている状況であれば、目標指令トルクＴ＊から計算した目標電流ｉas＊が上限電流ｉaslimより大きければ、上限電流ｉaslimを新たな目標電流ｉas＊に設定する。一方、目標指令トルクＴ＊から計算した目標電流ｉas＊が上限電流ｉaslim以下であれば、目標電流ｉas＊を変更しない。

続いて、アシスト制御部６１は、ステップＳ１５において、電動モータ２０に流れるモータ電流ｉuvwをモータ電流センサ３８から読み込む。続いて、ステップＳ１６において、このモータ電流ｉuvwと先に計算した目標電流ｉas＊との偏差Δｉを計算し、この偏差Δｉに基づくＰＩ制御（比例積分制御）により目標指令電圧ｖ＊を計算する。

そして、アシスト制御部６１は、ステップＳ１７において、目標指令電圧ｖ＊に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３０に出力して本制御ルーチンを一旦終了する。本制御ルーチンは、所定の速い周期で繰り返し実行される。従って、本制御ルーチンの実行により、モータ駆動回路３０のスイッチング素子３１〜３６のデューティ比が制御されて、運転者の操舵操作に応じた所望のアシストトルクが得られる。

操舵アシスト制御の実行中においては、特に、低速走行時でのハンドル操作や、速いハンドル回動操作したときには大きな電力が必要とされる。しかし、一時的な大電力消費に備えて主電源装置１００の大容量化を図ることは好ましくない。そこで、本実施形態の電動パワーステアリング装置においては、主電源装置１００の大容量化を図らずに、一時的な大電力消費時に電源供給を補助する副電源装置５０を備える。また、電動モータ２０を効率的に駆動するために昇圧回路４０を備え、昇圧した電力をモータ駆動回路３０および副電源装置５０に供給するシステムを構成している。

こうした電源供給システムを構成した場合、副電源装置５０により主電源装置１００の電源供給を補うことができる。しかし、主電源装置１００の電源供給能力が低下してくると電源供給システム全体の能力も低下し、モータ駆動回路３０で大電力が消費されるたびに主電源装置１００の電源電圧が低下する。電子制御装置６０は、その主要部がマイクロコンピュータにて構成されているため、供給される電源電圧が最低作動電圧を下回るとマイクロコンピュータがリセットしてしまう。

そこで、本実施形態においては、主電源装置１００の能力が低下してもマイクロコンピュータがリセットしないように、副電源装置５０から電子制御装置６０に電源供給するための電源供給回路（副制御系電源ライン８１と降圧回路８０）を備えている。副電源装置５０は、もともとモータ駆動用の電源として設けられている。従って、主電源装置１００の能力が低下した状態で副電源装置５０が使用され続けると、副電源装置５０の充電量が低下し、ついにはモータ駆動回路３０だけでなく電子制御装置６０への電源供給に支障をきたすおそれがある。そこでこうしたケースにおいては、副電源装置５０から電子制御装置６０への電源供給を優先し、モータ駆動回路３０への電源供給を禁止する。

以下、こうした電源供給制御について詳述する。図４は、電源制御部６２により実施される電源制御ルーチンを表す。この電源制御ルーチンは、電子制御装置６０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶される。電源制御ルーチンは、イグニッションスイッチ１０６がオンされると起動し、所定の速い周期で繰り返される。

本電源制御ルーチンが起動すると、電源制御部６２は、ステップＳ２１において、第１電圧センサ７１により検出された主電源電圧ｖ１を読み込む。主電源装置１００の電源供給能力と主電源電圧ｖ１とには相関関係があり、主電源装置１００の電源供給能力が低下すると、それに伴って主電源電圧ｖ１も低くなる。そこで、本実施形態においては、主電源電圧ｖ１に基づいて主電源装置１００の電源供給能力を推定する。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ２２において、主電源電圧ｖ１が主電源判定電圧ｖ１ref以下であるか否かを判断する。主電源電圧ｖ１が主電源判定電圧ｖ１refを上回っている場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、主電源装置１００の電源供給能力は低下していないと判断して、ステップＳ２３の処理を行う。電源制御部６２は、ステップＳ２３において、通常の操舵アシスト制御が行われる電源環境に設定する。つまり、主電源リレー１０７と副電源リレー５１をともにオン状態にして、モータ駆動回路３０に対して主電源装置１００と副電源装置５０との両方から電源供給できる状態にする。同時に、昇圧回路４０に対してＰＷＭ制御信号を出力して、主電源装置１００の出力電源を目標昇圧電圧にまで昇圧制御する。また、降圧用スイッチング素子８２をオフ状態に保って、副電源装置５０から電子制御装置６０への電源供給は行わない。

本制御ルーチンは、所定の周期で繰り返される。従って、主電源電圧ｖ１が主電源判定電圧ｖ１refを上回っている間は、主電源装置１００の電源が昇圧回路４０により昇圧されてモータ駆動回路３０に供給される。モータ駆動回路３０で大電力が消費される場合には、昇圧回路４０の出力電圧が一時的に下がり、それを補うようにして副電源装置５０からモータ駆動回路３０に電力供給される。また、モータ駆動回路３０での電力消費が少ない状況においては、昇圧回路４０から副電源装置５０に充電電流が流れて副電源装置５０が充電される。

こうした電源状態においては、操舵アシスト制御を適切に行うことができ、アシストトルク不足が生じたりするおそれもない。

主電源装置１００の電源供給能力が低下すると、それに伴って主電源電圧ｖ１も低くなる。そして、主電源装置１００の電源供給能力の低下が進んで主電源電圧ｖ１が主電源判定電圧ｖ１ref以下になると、電源制御部６２は、ステップＳ２２にて「ＹＥＳ」と判定し、その処理をステップＳ２４に進める。尚、主電源判定電圧ｖ１refは、電子制御装置６０の動作保証される最低作動電圧よりも高い電圧に設定されている。

電源制御部６２は、ステップＳ２４において、主電源リレー１０７へのオン信号を停止して主電源リレー１０７の接点を開く。つまり、主電源リレー１０７をオフにする。従って、主電源装置１００からモータ駆動回路３０への電源供給回路が遮断される。同時に、電源制御部６２は、昇圧回路４０へのＰＷＭ制御信号を停止して昇圧用スイッチング素子４３，４４をオフにして昇圧作動を停止する。また、電源制御部６２は、降圧用スイッチング素子８２にパルス信号を出力して降圧回路８０を作動させ、副電源装置５０から電子制御装置６０に電源供給する。この場合、電源制御部６２は、第３電圧センサ７３により検出される副制御電圧ｖ３が予め設定された設定電圧（電子制御装置６０に供給する適正電源電圧）となるように、降圧用スイッチング素子８２のデューティ比を調整する。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ２５において、第２電圧センサ７１により検出された副電源電圧ｖ２を読み込む。副電源装置５０の電源供給能力と副電源電圧ｖ２とには相関関係があり、副電源装置５０の電源供給能力が低下すると、それに伴って副電源電圧ｖ２も低くなる。そこで、本実施形態においては、副電源電圧ｖ２に基づいて副電源装置５０の電源供給能力を推定する。

続いて、電源制御部６２は、ステップＳ２６において、副電源電圧ｖ２が副電源判定電圧ｖ２ref以下であるか否かを判断する。副電源電圧ｖ２が副電源判定電圧ｖ２refを上回っている場合には（Ｓ２６：ＮＯ）、副電源装置５０の電源供給能力は低下していないと判断して、ステップＳ２７の処理を行う。電源制御部６２は、ステップＳ２７において、電流制限を加えた操舵アシスト制御が行われる電源環境に設定する。つまり、副電源リレー５１をオン状態に維持して副電源装置５０のみでモータ駆動回路３０へ電源供給するとともに、副電源装置５０の電源電圧の急激な低下を抑えるために、電動モータ２０に流すことのできる電流の上限を制限する。

電源制御部６２は、ステップＳ２７の処理を行うにあたって、図５に示すように、副電源電圧ｖ２に応じた上限電流ｉaslimを設定し、アシスト制御部６１に対して、この上限電流ｉaslimを上限値とした電流制限指令を出力する。アシスト制御部６１は、上述した操舵アシスト制御ルーチンのステップＳ１４において、電動モータ２０に流す電流がこの上限電流ｉaslim以下になるように目標電流ｉas＊を計算する。

従って、電力消費を抑えつつ操舵アシストを継続することができる。また、これにより副電源装置５０の電源電圧の急激な低下を抑えることができる。尚、本実施形態においては、副電源電圧ｖ２の低下にしたがって小さくなる上限電流ｉaslimを設定した関数あるいは参照テーブルをＲＯＭ内に記憶し、それに基づいて上限電流ｉaslimを求めるが、上限電流ｉaslimを変化させずに固定値として記憶する構成であってもよい。

こうした電流制限を加えた操舵アシスト制御が行われているときに、副電源装置５０の副電源電圧ｖ２が副電源判定電圧ｖ２ref以下にまで低下すると（Ｓ２６：ＹＥＳ）、電源制御部６２は、副電源装置５０の電源供給能力が低下したと判断して、その処理をステップＳ２８に進める。電源制御部６２は、このステップＳ２８において、副電源リレー５１へのオン信号を停止して副電源リレー５１の接点を開く。つまり、副電源リレー５１をオフにする。従って、副電源装置５０からモータ駆動回路３０への電源供給回路が遮断される。この場合、降圧回路８０の作動により、副電源装置５０から電子制御装置６０への電源供給は継続されている。

主電源装置１００と副電源装置５０の両方の電源供給能力（電源電圧）が低下している場合には、これ以上操舵アシスト制御を継続させてしまうと、主電源電圧と副電源電圧との両方が電子制御装置６０の最低作動電圧を下回ってしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、こうした状況においては、副電源装置５０からモータ駆動回路３０への電源供給回路を遮断し、副電源装置５０の保有する電力を電子制御装置６０の電源用にのみ使用する。つまり、モータ駆動回路３０への電源供給よりも電子制御装置６０への電源供給を優先させる。従って、電子制御装置６０への電源供給を確保することができ、電源電圧の低下によるマイクロコンピュータのリセットを防止することができる。

本電源制御ルーチンは、所定の速い周期で繰り返されるため、その時点における主電源装置１００と副電源装置５０との電源供給能力（電源電圧）に応じて、電動パワーステアリング装置内における電源供給状態が切り替えられる。従って、例えば、主電源装置１００と副電源装置５０の両方の電源電圧が低下している状況から、主電源電圧が正常電圧に復帰した場合には、通常の操舵アシスト制御を開始することができる。この場合、電子制御装置６０のマイクロコンピュータのリセットが防止されているため、初期診断処理等を行うことなく、そのまま通常の操舵アシスト制御に移行することができる。また、通常の操舵アシスト制御に復帰した後は、モータ駆動回路３０での電力消費が少ない状況において、昇圧回路４０から副電源装置５０に充電電流を流して副電源装置５０の充電量を増加させることができる。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、主電源装置１００の主電源電圧が低下しても、副電源装置５０から電子制御装置６０に電源供給することができる。しかも、副電源電圧が低下した場合には、副電源装置５０からモータ駆動回路３０への電源供給を停止して電子制御装置６０へ優先的に電源供給するため、一層安定した電源供給を維持することができる。この結果、電子制御装置６０の障害（マイクロコンピュータのリセット）を防止することができる。

また、主電源装置１００および副電源装置５０の電源電圧に基づいて電源供給能力を推定しているため、電源供給能力低下の検出を簡単に行うことができる。また、電子制御装置６０の障害（マイクロコンピュータのリセット）は、供給される電源電圧の低下によって発生するものであるため、その電圧を直接検出することにより障害発生を確実に防止することができる。

また、電動パワーステアリング装置への電源供給装置として、主電源装置１００と副電源装置５０とを使って操舵アシスト性能をフルに発揮できるようにしているため、主電源装置１００の大容量化を抑制することができる。また、昇圧回路４０により電動モータ２０を効率よく駆動することができる。また、副電源装置５０の電源電圧を降圧用スイッチング素子８２により降圧して電子制御装置６０に電源供給するため、適正な電源供給を行うことができる。

以上、本発明の実施形態として電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、副電源リレー５１を遮断して副電源装置５０からモータ駆動回路３０への電源供給を停止したが、モータ駆動回路３０へのＰＷＭ制御信号によりモータ駆動電流が流れないようにしてもよい。この場合、３相インバータ回路の上アームを構成するスイッチング素子３１，３３，３５と、下アームを構成するスイッチング素子３２，３４，３６とを互いに反転させて（一方をオン状態、他方をオフ状態）、デューティ比５０％にて高速でオン・オフさせるようにすればよい。

また、車輪に転舵力を付与するステアリング装置として、操舵ハンドルと車輪転舵軸とを機械的に切り離し、操舵操作に応じて作動する電動モータの力だけで車輪を転舵するバイワイヤ方式のステアリング装置にも適用することができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 操舵アシスト制御ルーチンを表すフローチャートである。 アシストトルクテーブルを表すグラフである。 電源制御ルーチンを表すフローチャートである。 副電源電圧に応じて設定される上限電流特性を表すグラフである。

符号の説明

１０…ステアリング機構、２０…電動モータ（電気アクチュエータ）、２１…操舵トルクセンサ、２２…回転角センサ、２３…車速センサ、３０…モータ駆動回路、４０…昇圧回路、５０…副電源装置、５１…副電源リレー、６０…電子制御装置、６１…アシスト制御部、６２…電源制御部、７１…第１電圧センサ、７２…第２電圧センサ、７３…第３電圧センサ、８０…降圧回路、８１…副制御系電源ライン、８２…降圧用スイッチング素子、８３…平滑コンデンサ、１００…主電源装置、１０１…主バッテリ、１０２…オルタネータ、１０４…主制御系電源ライン、１１１…接地ライン、１０７…主電源リレー、１１３…モータ駆動ライン、１１４…充放電ライン、１１８…制御系接地ライン、ＦＷＬ，ＦＷＲ…左右前輪。

Claims (7)

1. 主電源装置と、
   上記主電源装置により充電される副電源装置と、
   車輪を転舵するための転舵力を発生する電気アクチュエータと、
   上記主電源装置と上記副電源装置とを並列接続した駆動系電源供給回路から電源供給され上記電気アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   上記主電源装置に接続された制御系電源供給回路から電源供給され、上記駆動回路に制御信号を出力して上記電気アクチュエータの作動を制御する電子制御装置と
   を備えたステアリング装置において、
   上記副電源装置と上記電子制御装置とを接続し、上記副電源装置から上記電子制御装置へ電源供給する副制御系電源供給回路を備えたことを特徴とするステアリング装置。
2. 上記主電源装置と上記副電源装置の電源供給能力の低下をそれぞれ検出する電源能力低下検出手段と、
   上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出された場合、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給よりも上記副電源装置から上記電子制御装置への電源供給を優先させる電源制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
3. 上記電源制御手段は、上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力の低下が検出された場合、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給を禁止して上記副電源装置から上記電子制御装置への電源供給を優先させることを特徴とする請求項２記載のステアリング装置。
4. 上記電源制御手段は、上記副電源装置から上記駆動回路へ電源供給するための電源供給回路を遮断することにより、上記副電源装置から上記駆動回路への電源供給を禁止することを特徴とする請求項３記載のステアリング装置。
5. 上記電源能力低下検出手段は、
   上記主電源装置の電源電圧を検出する主電源電圧検出手段と、
   上記副電源装置の電源電圧を検出する副電源電圧検出手段と
   を備え、上記主電源装置の電源電圧が主電源判定電圧以下となり、かつ、上記副電源装置の電源電圧が副電源判定電圧以下となった場合に、上記主電源装置と上記副電源装置の両方の電源供給能力が低下したと推定することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載のステアリング装置。
6. 上記主電源装置の出力電圧を昇圧する昇圧回路を備え、上記昇圧回路の出力側に上記駆動回路を接続するとともに、上記昇圧回路と上記駆動回路とのあいだに上記副電源装置を並列に接続したことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項記載のステアリング装置。
7. 上記副電源装置から上記電子制御装置へ電源供給する副制御系電源供給回路に、上記副電源装置の電源電圧を降圧する降圧回路を設けたことを特徴とする請求項６記載のステアリング装置。

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