JP2009096410A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＡＮケーブルを用いて昇圧回路とＥＰＳＥＣＵとを接続したときとは異なり、ＣＡＮ通信用のインターフェース回路を具備しなくても、簡単な構成で、昇圧回路の温度が所定値以上の温度になったとき、昇圧回路の出力電圧値を下げることができるようにすることで、過熱による昇圧回路の破壊を防止できるようにすることを目的とする。
【解決手段】昇圧回路２１に、温度を検出する温度センサ２１ａと、この温度センサ２１ａの検出結果に基づいて昇圧回路２１が所定温度以上であるか否かを判定して前記判定結果をＥＰＳＥＣＵ２２に送出すると共に、昇圧回路２１の温度が所定温度以上であるとき、ＥＳＰＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥを低下させるＣＰＵ２１ｃを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の操舵系システムに電動機による操舵補助力を付与する電力パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置では、操舵入力トルクに応じて補助モータが十分に操舵を補助できるようにするため、昇圧回路によってバッテリーの電源電圧をいったん昇圧してから、ＥＰＳＥＣＵ（Electronic Power Steering Electronic Control Unit）の制御に基づき、補助モータへ駆動電流を供給する。なお、ＥＰＳＥＣＵは、昇圧回路からの出力電圧が大きいとき、即ち、バッテリーの電源電圧を昇圧回路で昇圧して得られた電圧が大きいとき、補助モータに供給する駆動電力を大きくするよう制御することにより、補助モータの駆動力を大きくしている。例えば、車速が遅いとき、端的には、停車中に“据え切り”するときは、必要とされる補助操舵力が大きくなるため、昇圧回路からの出力電圧を大きくすることにより、補助モータへ供給する駆動電力を大きくすることで、補助モータの駆動力を大きくしている。

電動パワーステアリング装置では、車速、操舵角等の車両の状態によっては、昇圧回路の出力電圧を大きくしなければならない場合があり、この場合、昇圧回路の温度が上昇して所定値（例えば、１２０℃）以上の温度になることがある。即ち、昇圧回路が過熱状態となることがある。過熱状態が所定時間以上継続すると昇圧回路に不具合が生じることがあるが、この昇圧回路の不具合を防止するために、昇圧回路が過熱状態になったとき、昇圧回路からの出力電圧を下げることができるようにすることが好ましい。そこで、下記の通り、従来例の電動パワーステアリング装置では、昇圧回路に温度センサを具備すると共に、ＥＰＳＥＣＵが昇圧回路の温度を監視し、昇圧回路の温度が所定値以上の温度になったとき、昇圧回路の出力電圧値を下げるように制御している。

以下、従来例の電動パワーステアリング装置について、図８を用いて説明する。図８は従来例の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
従来例の電動パワーステアリング装置では、昇圧回路８１とＥＰＳＥＣＵ８２とをＣＡＮ（controller area network）ケーブル８８を用いて接続している。この接続により、昇圧回路８１は、内蔵した温度センサ８１ａにより検知した温度データを、ＣＡＮケーブル８８を介してＥＰＳＥＣＵ８２に送出し、ＥＰＳＥＣＵ８２は、昇圧回路８１からの温度データに基づいて、昇圧回路８１の出力電圧ＶＥを下げる指令を、ＣＡＮケーブル８８を介して昇圧回路８１に送出する。その結果、温度センサ８１ａで検知した温度が所定値以上となったとき、ＥＰＳＥＣＵ８２は昇圧回路８１の出力電圧値ＶＥを下げるように制御することにより、昇圧回路８１の温度が下がるため、過熱による昇圧回路８１の不具合を防止することができる。

なお、ＣＡＮケーブル８８は、車載ネットワーク用ケーブルであることにより、ＥＰＳＥＣＵ８２と昇圧回路８１との接続だけに用いられるだけでなく、ＥＰＳＥＣＵ８２と昇圧回路８１以外の他の機器との接続にも用いられるため、ＥＰＳＥＣＵ８２には、エンジン回転速度信号ＮＥＰ、車速信号ＶＰ等の信号が入力され、これらの入力を基に、ＥＰＳＥＣＵ８２は、昇圧回路８１等の機器を制御する。
前述の従来例の電動パワーステアリング装置の様に、昇圧回路の温度が所定値以上となることにより過熱状態になったとき、昇圧回路の出力電圧値を小さくすることで、昇圧回路の温度を下げる技術については、特許文献１（特開２００３−３１２５２２号公報）に開示されている。
特開２００３−３１２５２２号公報

しかしながら、前述の従来の電動パワーステアリング装置では、ＣＡＮケーブルを用いて昇圧回路とＥＰＳＥＣＵとを接続しているが、このＣＡＮケーブルは、前述の通り、車載ネットワーク用ケーブルであることにより、機器同士を接続する際、各機器にＣＡＮ通信用のインターフェース回路を具備しなければならないため、昇圧回路、ＥＰＳＥＣＵ共に、ＣＡＮ通信用のインターフェース回路を内蔵しなければならない。ＣＡＮは、オフィスで使われるＬＡＮ（Local Area Network）よりも高い信頼性が要求される用途に使われることが想定されるため、マルチキャスト・マルチタスク機能、高い拡張性、優れた衝突防止機能（データ同士の衝突防止）などを備えており、そのためＣＡＮ通信用のインターフェース回路は高価であり、その結果、製造費用が高価になるという問題点がある。

更に、図８の通り、ＣＡＮケーブルを用いて機器同士を接続する場合、ＣＡＮ−ＨとＣＡＮ−Ｌの２本の信号線を用いて接続しなければならないことにより、製造、保守が煩わしくなるという問題点がある。

そこで本発明では、通信に関する構成を簡略化しても適切な制御が行え、低コストな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。

前述の目的を達成するために、本発明では、操舵入力（トルクセンサからの入力）に応じて制御回路（ＥＰＳＥＣＵ）が目標電流を算出し、昇圧回路で昇圧された昇圧電力によってモータを駆動することで操舵を行う電動パワーステアリング装置において、昇圧回路は自身の温度状態を検出する温度状態検出手段（温度センサ）を備え、温度が所定以上の状態を検出した際に、昇圧回路の出力を低下させると共に、過熱状態であることを示すステータス信号を前記制御回路に送信するようにした。

本発明によれば、通信に関する構成を簡略化しても適切な制御が行え、低コストな電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置について、説明する。
＜操舵系システムの全体構成＞
まず、本実施形態の電動パワーステアリング装置を備えた操舵系システムの全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の電動パワーステアリング装置を備えた操舵系システムの全体構成を示す図である。運転者がステアリングホイール１を操作すると、ステアリングホイール１に連結したステアリングシャフト２が回転する。ステアリングシャフト２にはトーションバー３が設けられ、このトーションバー３には、操舵入力トルクを検出するためのトルクセンサ４が装着されている。即ち、ステアリングシャフト２が回転してトーションバー３に力が作用すると、作用した力に応じてトーションバー３が捩れ、その捩れ、即ち、ステアリングホイール１に作用した操舵入力トルクをトルクセンサ４が検出する構成とされている。

トルクセンサ４で検出した操舵入力トルク等から、制御部５は、操舵補助力を計算する。そして、制御部５が計算した操舵補助力で補助モータ６を駆動させるように制御する。この補助モータ６の回転軸にはギア７ａが固着され、このギア７ａに噛み合うギア７ｂがステアリングシャフト２に固着されることにより、両ギア７ａ、７ｂから成る減速機７には、操舵入力トルクだけでなく、補助モータ６を駆動させた操舵補助力も作用する。

この減速機７にはピニオンシャフト８が固着され、このピニオンシャフト８の先端にはピニオン９が固着され、ピニオン９はラック１０と噛み合っており、ラック１０の両端にはタイロッド１１が固設され、各タイロッド１１の先端部にはナックル１２が回動可能に連結され、ナックル１２には前輪１３が固着され、ナックル１２の一端は、クロスメンバ１３に回動可能に連結されている。この構造により、運転者がステアリングホイール１を操作したことで、前述の通り、補助モータ６が駆動すると、補助モータ６の回転が減速機７、ピニオンシャフト８、ピニオン９に伝達され、ラック１０で直線運動に変換され、ラック１０は、タイロッド１１を介してナックル１２に設けられた前輪１３の向きを変更する。従って、本実施形態の電動パワーステアリング装置１５は、運転者がステアリングホイール１を操作すると、制御部５からの指令により、補助モータ６が駆動して、この駆動力が前輪１３に伝えられることにより、運転者による操舵操作を手助けするよう動作する。

＜電動パワーステアリング装置の構成＞
次に、本実施形態の電動パワーステアリング装置１５の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図である。電動パワーステアリング装置１５は、電源部２０と、昇圧回路２１と、ＥＰＳＥＣＵ２２と、補助モータ６と、イグニッションスイッチ２３と、ヒューズ２４等を含んでいる。
電源部２０は、定電圧の直流電源であって、バッテリーまたはオルタネータに接続された整流器などからなる。電源部２０の負極側は、接地されている。電源部２０の正極側は、イグニッションキー（図示せず）の操作と連動して開閉するイグニッションスイッチ２３を経て、ＥＰＳＥＣＵ２２に接続されると共に、ヒューズ２４を経て、昇圧回路２１に接続される。

昇圧回路２１は、電源部２０からヒューズ２４を経て入力された電源電圧を昇圧し、ＥＰＳＥＣＵ２２に出力する。更に、昇圧回路２１は、温度センサ２１ａとＣＰＵ２１ｃを有し、温度センサ２１ａで検知した温度が所定値（例えば、１２０℃）以上であるか否かを示すステータス信号ＳＴＯを、ＣＰＵ２１ｃはＥＰＳＥＣＵ２２に出力する。なお、ステータス信号ＳＴＯは、１（Ｈ）と０（Ｌ）の２値をとり、温度センサ２１ａで検知した温度が所定値以上のとき、ステータス信号ＳＴＯは１（Ｈ）の値をとり、逆に、温度センサ２１ａで検知した温度が所定値未満のとき、ステータス信号ＳＴＯは０（Ｌ）の値をとる。そして、昇圧回路２１は、温度センサ２１ａで検知した温度が所定値を超えると、例えば、図３の通り、ＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥを下げると共に、温度センサ２１ａで検知した温度が高いほど、ＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥを低くする。出力電圧ＶＥを低くすることにより、昇圧回路２１内の発熱部品の発熱を抑え、昇圧回路２１の温度を下げる。

なお、図３は、温度センサ２１ａで検知した温度ｔとＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥとの対応関係を示す図である。図３の通り、昇圧回路２１は、温度センサ２１ａで検知した温度が所定値（例えば、１２０℃）以上になった場合、例えば、１度温度が上がる度に０．６ＶずつＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥを下げるよう動作する。昇圧回路の詳細動作については、後述する。

ＥＰＳＥＣＵ２２は、制御プログラムをロードされたコンピュータ及び各入出力回路を含み、入力された各信号を基に、電動パワーステアリング装置１５全体の動作を司る。ＥＰＳＥＣＵ２２は、前記したステータス信号ＳＴＯと出力電圧ＶＥが入力されるだけでなく、エンジン回転信号ＮＥＰ及び車速信号ＶＰ等の信号が入力され、レゾルバ２５から電動パワーステアリング装置１５の機械的な駆動状態が入力され、トルクセンサ４から運転者がステアリングホイール１を操作することによって発生した操舵入力トルクの信号が入力される。補助モータ６は、３相ＤＣブラシレスモータであり、ＥＰＳＥＣＵ２２はこれらの信号に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流を補助モータ６に送出する。補助モータ６は、ＥＰＳＥＣＵ２２からの駆動電流によって駆動され、運転者による操舵入力を機械的に補助する。

なお、ＥＰＳＥＣＵ２２は、昇圧回路２１の温度が所定値（例えば、１２０℃）以上になったことにより、昇圧回路２１からのステータス信号ＳＴＯが１（Ｈ）の値をとると共に、出力電圧ＶＥが小さくなったとき、この出力電圧ＶＥから昇圧回路２１の温度を検知する。ＥＰＳＥＣＵ２２が出力電圧ＶＥから昇圧回路２１の温度を検知するにあたり、図３に示す温度センサ２１ａで検知した温度ｔとＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥとの対応関係のデータテーブルを格納し、このデータテーブルから昇圧回路２１の温度を検知する。更に、ＥＰＳＥＣＵ２２は、出力電圧ＶＥのレベルに基づき、補助モータ６の駆動電流値を変えることにより、即ち、出力電圧ＶＥが小さいとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流値を小さくすることにより、補助モータ６の駆動力を小さくしている。ＥＰＳＥＣＵ２２の詳細動作については、後述する。

＜昇圧回路の構成及び詳細動作＞
次に、昇圧回路の構成及び詳細動作について、図４、図５を用いて説明する。図４は、本実施形態の電動パワーステアリング装置１５の昇圧回路２１の構成を示すブロック図、図５は、本実施形態の電動パワーステアリング装置１５の昇圧回路２１のＣＰＵの動作を示すフローチャートである。
昇圧回路２１は、図４の通り、サーミスタや熱電対等の温度センサ２１ａと、温度センサ２１ａで検出した温度ｔとＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥとの対応関係のデータテーブルを格納する記憶部２１ｂと、温度センサ２１ａで検出した温度が所定値（例えば、１２０℃）以上であるか否かを判定して判定結果を出力するＣＰＵ２１ｃと、ＣＰＵ２１ｃの制御により、電源電圧Ｂを出力電圧ＶＥ（ＶＥ＞Ｂ）に昇圧する昇圧部２１ｄとから構成されている。

以下、昇圧回路２１のＣＰＵ２１ｃの詳細動作について説明する。まず、初期設定として、ステップＳ５０でステータス信号ＳＴＯの値を０（Ｌ）にすると共に、ステップＳ５１でＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥが１６Ｖ（一定）となるように昇圧部２１ｄを制御する。なお、本実施形態では、ステータス信号ＳＴＯの値を０（Ｌ）にした後、ＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥが１６Ｖ（一定）となるように昇圧部２１ｄを制御したが、この昇圧部２１ｄの制御を行った後、ステータス信号ＳＴＯの値を０（Ｌ）となるようにしても良い。

初期設定が行われた後、ステップＳ５２で温度センサ２１ａが検出した昇圧回路２１の温度ｔが所定値（例えば、１２０℃）以上であるか否かを判定する。昇圧回路２１の温度ｔが所定値（例えば、１２０℃）以上であるとき、ステップＳ５３でステータス信号ＳＴＯの値を１（Ｈ）にすると共に、ステップＳ５４で昇圧部２１ｄに対して昇圧回路２１の温度ｔに応じた昇圧動作を行うよう指令を出す。即ち、記憶部２１ｂに格納された昇圧回路２１の温度ｔとＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥとの対応関係のデータテーブルを用いて昇圧回路２１の温度ｔから導出した出力電圧ＶＥを出力させるよう、昇圧部２１ｄを制御する。なお、本実施形態では、ステータス信号ＳＴＯの値を１（Ｈ）にした後、昇圧部２１ｄへの昇圧動作の指令をだすようにしたが、昇圧部２１ｄへの昇圧動作の指令を行った後、ステータス信号ＳＴＯの値を１（Ｈ）となるようにしても良い。

一方、昇圧回路２１の温度が所定値（例えば、１２０℃）未満であるとき、ステータス信号ＳＴＯの値を０（Ｌ）のままとすると共に、ＥＰＳＥＣＵ２２への出力電圧ＶＥが１６Ｖ（一定）となるように昇圧部２１ｄを制御する。

＜ＥＰＳＥＣＵの構成及び詳細動作＞
次に、ＥＰＳＥＣＵの構成及び詳細動作について、図６、図７を用いて説明する。図６は、本実施形態の電動パワーステアリング装置１５のＥＰＳＥＣＵ２２の構成を示すブロック図、図７は本実施形態の電動パワーステアリング装置１６のＥＰＳＥＣＵ２２のＣＰＵの動作を示すフローチャートである。
ＥＰＳＥＣＵ２２は、図６の通り、出力電圧ＶＥと昇圧回路の温度ｔとの対応関係を格納する記憶部２２ａと、この記憶部２２ａに格納された出力電圧ＶＥと昇圧回路２１の温度ｔとの対応関係を用いて出力電圧ＶＥから昇圧回路２１の温度ｔを検知し、検知した昇圧回路２１の温度ｔに基づいて補助モータ６を制御するＣＰＵ２２ｂと、ＣＰＵ２２ｂの制御に基づき、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流を補助モータ６へ送出して補助モータ６を駆動するドライバ回路２２ｃとから構成されている。

以下、ＥＰＳＥＣＵ２２のＣＰＵ２２ｂの詳細動作について説明する。まず、ステップＳ７０で、補助モータ６の駆動力を初期設定する。即ち、昇圧回路２１の温度が所定値（例えば、１２０℃）以下で過熱されていないときの補助操舵力で補助モータ６を駆動させる。ステップＳ７１で、昇圧回路２１から出力されたステータス信号ＳＴＯを受信したか否かを判定する。ステータス信号ＳＴＯを受信したとき、ステップＳ７２で、受信したステータス信号ＳＴＯの値が１（Ｈ）であるか０（Ｌ）であるかを判定する。即ち、昇圧回路２１が過熱しているか否かを判定する。

ステータス信号ＳＴＯの値が１（Ｈ）のとき、即ち、昇圧回路２１が過熱していると判定したとき、ステップＳ７３で、昇圧回路２１からの出力電圧ＶＥの供給を受ける。なお、前述の通り、昇圧回路２１は過熱しているため、昇圧回路２１からの出力電圧ＶＥは小さくなる。そして、ステップＳ７４で、供給された昇圧回路２１からの出力電圧ＶＥから、記憶部２２ａに格納された出力電圧ＶＥと昇圧回路２１の温度ｔとの対応関係のデータテーブルを用いて、昇圧回路２１の温度ｔを導出する。導出後、ステップＳ７５で、昇圧回路２１の温度ｔに対応した駆動力で補助モータ６を駆動させる。即ち、昇圧回路２１の温度ｔが高いほど、ドライブ回路２２ｃから出力するＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流を小さくすることで、補助モータ６による補助操舵力を小さくする。

一方、ステータス信号ＳＴＯの値が０（Ｌ）のとき、即ち、昇圧回路２１が過熱していないと判定したとき、初期設定時の駆動力で補助モータ６を駆動させる。

＜まとめ＞
以上の通り、本実施形態の電動パワーステアリング装置では、昇圧回路とＥＰＳＥＣＵとの接続にＣＡＮケーブルを用いていないことにより、ＣＡＮケーブル用のインターフェース回路が不要となるため、簡単な構成とすることができる。更に、ステータス信号ＳＴＯから昇圧回路が過熱状態である（例えば、昇圧回路の温度が１２０℃である）か否かをＥＰＳＥＣＵは把握することができる。しかも、供給された出力電圧ＶＥを測定し、出力電圧ＶＥと昇圧回路の温度ｔとの関係のデータテーブルを参照することで、昇圧回路の温度も把握することができる。その結果、昇圧回路の温度に応じたきめ細かい制御が可能となる。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置を備えた操舵系システムの全体構成を示す図。 本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図。 温度センサで検知した温度ｔとＥＰＳＥＣＵへの出力電圧ＶＥとの対応関係を示す図。 本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の昇圧回路の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の昇圧回路のＣＰＵの動作を示すフローチャート。 本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置のＥＰＳＥＣＵの構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置のＥＰＳＥＣＵのＣＰＵの動作を示すフローチャート。 従来例の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図。

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：トーションバー
４、８７：トルクセンサ
５：制御部
６、８６：補助モータ
７：減速機
７ａ、７ｂ：ギア
８：ピニオンシャフト
９：ピニオン
１０：ラック
１１：タイロッド
１２：ナックル
１３：前輪
１４：クロスメンバ
１５：電動パワーステアリング装置
２０、８０：電源部
２１、８１：昇圧回路
２１ａ、８１ａ：温度センサ
２１ｂ：記憶部
２１ｃ：ＣＰＵ
２１ｄ：昇圧部
２２、８２：ＥＰＳＥＣＵ
２２ａ：記憶部
２２ｂ：ＣＰＵ
２２ｃ：ドライバ回路
２３、８３：イグニッションスイッチ
２４、８４：ヒューズ
２５、８５：レゾルバ
８８：ＣＡＮケーブル

Claims (2)

1. 操舵入力に応じて制御回路が目標電流を算出し、昇圧回路で昇圧された昇圧電力によってモータを駆動することで操舵を行う電動パワーステアリング装置において、
   昇圧回路は自身の温度状態を検出する温度状態検出手段を備え、温度が所定以上の状態を検出した際に、昇圧回路の出力を低下させると共に、過熱状態であることを示すステータス信号を前記制御回路に送信することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御回路は前記昇圧回路が過熱状態であることを検出した際、昇圧回路の出力に基づいて昇圧回路の温度を推定し、昇圧回路の要求電力を変更することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images