JP2009107407A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】車載発電機３４及び車載バッテリ２６からの出力電圧が印加される駆動回路１３により駆動される操舵補助用のモータ１８と、モータ１８に流す電流を補助する為の補助電源２９と、操舵トルク値及び車両速度に対応して、モータ１８に流すべき電流値を指示する第１電流指示手段１６とを備える電動パワーステアリング装置。補助電源２６が故障していることを検知する検知手段２０と、検知手段２０が故障を検知したときに、操舵トルク値及び車両速度に対応して、モータ１８に流すべき電流値を指示する第２電流指示手段１６とを備え、検知手段２０が故障を検知したときは、操舵トルク値及び車両速度に対応して、第２電流指示手段１６が指示した電流値をモータ１８に流す構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載発電機及び車載バッテリに接続され、操舵補助用のモータに流す電流を補助する為の補助電源と、操舵トルク値及び車両速度に対応して、操舵補助用のモータに流すべき電流値を指示する電流指示手段とを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、操舵部材（舵輪、ハンドル）が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、車載発電機及び車載バッテリから電源供給され、舵取機構の動作を補助するモータとを設けてある。このような構成で、トルク検出器が検出した操舵トルク、及び車両側から与えられた車両速度に応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減する。

電動パワーステアリング装置では、「据え切り時」等に大電流を必要とするが、このように大電流を必要とする期間は僅かであるので、電動パワーステアリング装置専用にバッテリ又は大容量キャパシタ等の補助電源を設けておき、「据え切り時」等の大負荷時に、車載発電機及び車載バッテリと補助電源とから電流を供給するように構成したものがある。

特許文献１には、ステアリングギヤのパワーアシストに供される電動モータへの電力供給源として、主電源と補助電源とを備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。
特許文献２には、高圧バッテリから降圧システムを介してＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）に電力を供給するメイン電力系統と、補機用バッテリから昇圧システムを介してＥＰＳに電力を供給するバックアップ電力系統とが並列的に構成された電力供給系統で、メイン電力系統からＥＰＳに正常に電力を供給できないときは、昇圧システムを制御してバックアップ電力系統からＥＰＳに電力を供給する電源制御装置が開示されている。
特開２００３−３２０９４２号公報 特開２００６−２１３２７３号公報

上述したように補助電源を設けた電動パワーステアリング装置では、補助電源が故障した場合に、故障していない場合と同様に、操舵補助用のモータを駆動制御すると、主電源の負担が増加し、容量を使い果たしてしまったり、あるいは、ハーネス及びリレー接点が劣化する虞があるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない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。
第３発明では、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、車載発電機及び車載バッテリから補助電源に充電することができると共に、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない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。
第４発明では、補助電源から流出する電流値に基づき、補助電源の故障を検知でき、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない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。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、該モータ及び駆動回路に流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する電流検出器と、前記トルク検出器が検出する操舵トルク値、及び車両側から与えられる車両速度に対応して、前記モータに流すべき電流値を指示する第１電流指示手段とを備える電動パワーステアリング装置において、前記補助電源が故障していることを検知する検知手段と、該検知手段が故障を検知したときに、前記操舵トルク値及び車両速度に対応して、前記モータに流すべき電流値を指示する第２電流指示手段とを備え、前記検知手段が故障を検知したときは、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値、及び車両側から与えられた車両速度に対応して、前記第２電流指示手段が指示した電流値を前記モータに流すように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記電流検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する判定手段を更に備え、該判定手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記補助電源が前記モータ及び駆動回路に流す電流を補助するように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記電流検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する手段と、該手段が０であると判定しているときに、前記車載発電機及び車載バッテリから前記補助電源に充電する手段とを更に備えることを特徴とする。

第４発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記補助電源から流出する電流値を検出する検出器を更に備え、前記判定手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記検知手段は、前記検出器が検出した電流値に基づき故障を検出するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、検知手段が補助電源の故障を検知したときは、操舵トルク値及び車両速度に対応して、第２電流指示手段が指示した電流値を操舵補助用のモータに流すことにより、ハーネス及びリレー接点に過大な電流を流さないので、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電流検出器が検出した操舵補助用のモータに流れる電流値が所定電流値以上であると判定しているときに、補助電源が操舵補助用のモータ及び駆動回路に流す電流を補助するので、大電流を必要とするときに、補助電源、車載発電機及び車載バッテリにより、操舵補助用のモータを駆動することができると共に、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電流検出器が検出した電流値が０であると判定しているときに、車載発電機及び車載バッテリから補助電源に充電するので、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、車載発電機及び車載バッテリから補助電源に充電することができると共に、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第４発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、判定手段が操舵補助用のモータに流れる電流を所定電流値以上であると判定しているときに、検知手段は、検出器が検出した補助電源から流出する電流値に基づき故障を検出するので、補助電源から流出する電流値に基づき、補助電源の故障を検知できると共に、補助電源が故障した場合に、ハーネス及びリレー接点が過熱し劣化する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この電動パワーステアリング装置は、操舵部材２３（舵輪、ハンドル）に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器）１０により検出され、検出された操舵トルク値は、操舵方向を示す正負符号付きであり、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６は、図５（ａ）に示すような、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められたマップ（第１電流指示手段）を内蔵している。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められており、トルク−電流テーブル１６は、マップにより定められたモータ電流の目標値を出力する。

トルク−電流テーブル１６は、また、前記マップの他に、後述する補助電源２９が故障したときに用いられるマップ（第２電流指示手段）を内蔵している。このマップは、図５（ｂ）又は（ｃ）に示すように、同じ操舵トルク値及び車速値でも、図５（ａ）に示すマップに比較して小さいモータ電流の目標値に、例えば、補助電源２９により補助されるべきであった電流分が差し引かれた値に定められている。トルク−電流テーブル１６は、補助電源２９が故障したときは、このマップにより定められたモータ電流の目標値を出力する。
図５（ｂ）に示すマップでは、電流値のピークのみをカットし、主電源のみで動作を続ける方法であり、図５（ｃ）に示すマップでは、電流値を一律に削減し、全体での出力を抑えて主電源のみで動作を続ける方法である。

トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値は、モータ制御における目標値を示す値であり、減算手段２１へ与えられる。
指令電流方向指定部１９は、トルク−電流テーブル１６から与えられた操舵トルク値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路（駆動回路）１３に与える。

モータ駆動回路１３には、電源リレー接点１５ａを通じて、車載バッテリ２６の出力電圧、及び図示しないエンジンに連動するオルタネータ（車載発電機、交流発電機）３４の出力電圧が与えられる。オルタネータ３４の出力電圧は、付加されたレギュレータにより一定電圧に保持され、また直流に整流されている。
モータ駆動回路１３には、また、電動パワーステアリング装置専用の補助電源２９の出力電圧が、補助電源リレー接点３０ａを通じて与えられる。
補助電源２９には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池又は大容量キャパシタ（電気二重層コンデンサ）等が用いられ（図１，２では、蓄電池を図示）、電源リレー接点１５ａ及び補助電源リレー接点３０ａ（充電する手段）を通じて、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４から充電される。電流検出器（検出器）２８が、補助電源２９から補助電源リレー接点３０ａを通じて流出する電流値を検出する。

操舵補助を行うモータ１８は、本実施の形態ではブラシレスＤＣモータであり、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３に与えられる。
モータ電流検出回路（電流検出器）１７が、モータ１８に流れる電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１及び制御部２０に与える。
減算手段２１は、トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。

電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調部２４へ与える。
ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３へ与える。
制御部２０は、モータ電流検出回路１７が検出した電流値に基づき、補助電源リレー駆動回路３０をオン／オフ制御し、補助電源リレー接点３０ａをオン／オフにすると共に、モータ電流検出回路１７及び電流検出器２８が検出した各電流値に基づき補助電源２９の故障を検知する。また、補助電源２９の故障を検知したときは、表示部３１に表示する。尚、補助電源２９の故障は、補助電源リレー接点３０ａをオフにしたときの、補助電源２９の出力電圧値、又はセル電池毎の電圧値に基づいて検知することも可能である。

また、制御部２０は、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）３３のオン／オフ信号を与えられ、ＩＧスイッチ３３がオン／オフにされるのに応じて、電源リレー駆動回路１５をオン／オフ制御して、電源リレー接点１５ａをオン／オフにする。
上述したＥＣＵ２５内の位相補償器１２、トルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、モータ電流検出回路１７及び電源系統の構成例を示すブロック図である。ブラシレスモータであるモータ１８は、所謂３相ブラシレスモータであり、固定子１８ａの各コイルの各一端がスター結線され、各他端がＵ，Ｖ，Ｗ端子として外部に引き出されている。また、回転子（ロータ）１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器（ロータリエンコーダ）１４とを備えている。

モータ駆動回路１３は、トランジスタＱ１〜Ｑ６からなる一般的な３相Ｈブリッジ回路である。
ゲート制御回路１３ａは、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
モータ電流検出回路１７は、上述したように、ブラシレスモータ１８に流れる電流値を検出して、モータ電流信号としてＥＣＵ２５に与える。

モータ駆動回路１３の正極側端子には、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４の出力電圧が与えられる。また、補助電源２９の出力電圧が、補助電源リレー接点３０ａを通じて与えられる。電流検出器２８が検出した補助電源２９から流出した電流値は、制御部２０へ与えられる。
補助電源リレー接点３０ａは、モータ電流検出回路１７が検出した電流値に基づき、制御部２０（図１）から補助電源リレー駆動回路３０を通じてオン／オフ制御される。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作の例を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２０は、ＩＧスイッチ３３がオンにされると（Ｓ１）、補助電源リレー駆動回路３０をオフにして、補助電源リレー接点３０ａをオフ（開）にする（Ｓ３）。また、パラメータＴを初期化（Ｔ＝０）するものとする。次いで、電源リレー駆動回路１５をオンにして、電源リレー接点１５ａをオン（閉）にする（Ｓ５）。
制御部２０は、次に、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込み（Ｓ７）、電流値Ｉが０を超えているか否かを判定する（Ｓ９）。

制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていなければ（Ｓ９）、補助電源リレー駆動回路３０をオンにして、補助電源リレー接点３０ａをオン（閉）にした（Ｓ２１）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていれば（Ｓ９）、読込んだ電流値Ｉ（Ｓ７）が、モータ１８の負荷が大であることを示す所定電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。

制御部２０は、電流値Ｉが所定電流値以上でなければ（Ｓ１１）、補助電源リレー駆動回路３０をオフにして、補助電源リレー接点３０ａをオフ（開）にした（Ｓ２３）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。電流値Ｉが所定電流値以上であれば（Ｓ１１）、補助電源リレー駆動回路３０をオンにして、補助電源リレー接点３０ａをオン（閉）にした（Ｓ１３）後、電流検出器２８が検出した補助電源２９側から流出する電流値Ｉｓを読込む（Ｓ１５）。
制御部２０は、次に、読込んだ電流値Ｉｓ（Ｓ１５）が０であるか否かを判定し（Ｓ１７）、０でなければ、パラメータＴをリセット（Ｔ＝０）した（Ｓ１９）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。電流値Ｉｓが０でなければ、補助電源２９は正常に作動しているものとする。

制御部２０は、電流値Ｉｓが０であれば（Ｓ１７）、パラメータＴに１を加算した（Ｓ２５）後、パラメータＴが所定数Ｎ以上であるか否かを判定する（Ｓ２７）。パラメータＴが所定数Ｎ以上でなければ、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
制御部２０は、パラメータＴが所定数Ｎ以上であれば（Ｓ２７）、パラメータＴをリセット（Ｔ＝０）する（Ｓ２９）。パラメータＴが所定数Ｎ以上であれば、補助電源２９から電流が流出するべきとき（Ｓ１１）に、所定時間以上連続して（Ｓ２７）電流が流れなかった（Ｓ１７）ことになり、これにより、制御部２０は、補助電源２９が故障していると判定する。

制御部２０は、次に、トルク−電流テーブル１６がモータ１８に流すべき電流値を指示する為に用いる図５（ａ）に示すようなマップを、補助電源２９の故障時に用いる図５（ｂ）又は（ｃ）に示すようなマップに切替えた（Ｓ３１）後、補助電源２９が故障していることを表示部３１に表示する（Ｓ３３）。次いで、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。図５（ｂ）又は（ｃ）に示すようなマップに切替えることで、補助電源が故障しても主電源の負担する電力を減らしてアシストを継続することができる。

図５（ｂ）に示すようなマップでは、例えば、超低車速での操舵時のように、大電力が必要とされる場合に、補助電源の故障前に補助電源が負担していた電力に相当する部分をカットする、つまり、超低車速でのアシスト電流を、主電源が無理なく負担できる所定の電流値で制限をかけている。こうすることで、例えば、超低車速で急速な操舵を行った場合は、操舵時に重く感じるが、それ以外の操舵時には、補助電源故障前と同等の操舵フィーリングを実現できる。しかも、車速が高い場合は、補助電源故障前と同じアシストマップのままである。つまり、図５（ｂ）に示すマップでは、補助電源が故障した場合においても、操舵フィーリングの悪化を最小限に抑えることができる。

図５（ｃ）に示すようなマップでは、補助電源故障時に、全ての車速において操舵時に重さを感じることになるが、主電源の負担を少なくすることができる。例えば、補助電源が正常時に、最大アシスト電流をＩmax 、補助電源による補助が働き始める電流をＩ１とすると、補助電源故障時には、アシスト電流全体をＩ１／Ｉmax の比率だけ小さくすることで、例えば高速車において、補助電源が正常時よりもアシスト電流が小さくなる為、主電源の負担がより削減され、主電源のみでより長時間アシスト動作を行うことができると共に、ドライバに確実に補助電源の故障を警告することができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されない。例えば、低車速では図５（ｂ）に示すマップを、中高車速では図５（ｃ）に示すマップを採用することで、駐車時等の場合の操舵フィーリングの悪化を抑えつつ、主電源の負担を減らして、主電源の劣化を抑制することも考えられる。その他、請求の範囲で種々の変更が考えられる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 図１に示すモータ、モータ駆動回路、モータ電流検出回路及び電源系統の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。 トルク−電流テーブルが内蔵するマップの例を示す説明図である。

符号の説明

１０ トルクセンサ（トルク検出器）、１１ 車速センサ、１３ モータ駆動回路（駆動回路）、１５ 電源リレー駆動回路、１５ａ 電源リレー接点、１６ トルク−電流テーブル、１７ モータ電流検出回路（電流検出器）、１８ （操舵補助用の）モータ、２０ 制御部、２３ 操舵部材、２５ ＥＣＵ、２６ 車載バッテリ、２８ 電流検出器（検出器）、２９ 補助電源、３０ 補助電源リレー駆動回路、３０ａ 補助電源リレー接点、３１ 表示部（表示する手段）、３４ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）。

Claims (4)

1. 車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、該モータ及び駆動回路に流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する電流検出器と、前記トルク検出器が検出する操舵トルク値、及び車両側から与えられる車両速度に対応して、前記モータに流すべき電流値を指示する第１電流指示手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記補助電源が故障していることを検知する検知手段と、該検知手段が故障を検知したときに、前記操舵トルク値及び車両速度に対応して、前記モータに流すべき電流値を指示する第２電流指示手段とを備え、前記検知手段が故障を検知したときは、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値、及び車両側から与えられた車両速度に対応して、前記第２電流指示手段が指示した電流値を前記モータに流すように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電流検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する判定手段を更に備え、該判定手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記補助電源が前記モータ及び駆動回路に流す電流を補助するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電流検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する手段と、該手段が０であると判定しているときに、前記車載発電機及び車載バッテリから前記補助電源に充電する手段とを更に備える請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記補助電源から流出する電流値を検出する検出器を更に備え、前記判定手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記検知手段は、前記検出器が検出した電流値に基づき故障を検出するように構成してある請求項２又は３記載の電動パワーステアリング装置。

Images