JP2009120086A - Electric power steering device - Google Patents

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Shigeki Nagase
茂樹 長瀬
Yoshinobu Hiyamizu
由信 冷水
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric steering device, in which short-time steering assist is possible even after a battery has failed. <P>SOLUTION: A backup power 11 is connected in parallel with the battery 7, and an auxiliary power source 12 is serially connected to these to compose a three power source constitution. When failure of the battery 7 is detected based on voltage detected by a voltage detector 27, power is fed to a motor 4 from the backup power source 11 and the auxiliary power source 12 which are serially connected to each other, and control power voltage Vcc is fed from the backup power source 11 to a control circuit 23. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置に関し、特にその電気回路の構成に関する。   The present invention relates to an electric power steering apparatus that generates a steering assist force by a motor, and more particularly to a configuration of an electric circuit thereof.

電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵トルクに応じてモータにより操舵補助力を生じさせる装置である。近年、大型車への電動パワーステアリング装置の需要が急増しており、かかる大型車の場合、必要とされる操舵補助力も増大する。従って、より大きな電力をモータに供給しなければならない。しかし、主電源としてのバッテリだけでは、このような大電力を十分にまかなえない場合がある。そこで、バッテリとは別に2次電池の補助電源を設け、通常はバッテリのみで対応し、より大きな電力を必要とするときはバッテリと補助電源とを互いに直列に接続して両電源で電力を供給する、という構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   The electric power steering device is a device that generates a steering assist force by a motor in accordance with a driver's steering torque. In recent years, the demand for electric power steering devices for large vehicles has increased rapidly, and the steering assist force required for such large vehicles has also increased. Therefore, more power must be supplied to the motor. However, there are cases where such a large amount of power cannot be adequately provided by using only the battery as the main power source. Therefore, an auxiliary power source for secondary batteries is provided separately from the battery. Usually, only the battery can be used. When a larger amount of power is required, the battery and auxiliary power source are connected in series to supply power from both power sources. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−287222号公報(図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-287222 (FIG. 1)

上記のような従来の電動パワーステアリング装置においては、バッテリが故障(失陥)したとき、補助電源のみでは電力が不足し、十分な操舵補助ができない。操舵補助ができなくなるとハンドル操作が重くなり、車両を安全な場所に退避させることも容易ではなくなる。
かかる従来の課題に鑑み、本発明は、バッテリが故障しても短時間の操舵補助を可能とする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。
In the conventional electric power steering apparatus as described above, when the battery fails (fails), power is insufficient with only the auxiliary power source, and sufficient steering assistance cannot be performed. If the steering assistance cannot be performed, the steering wheel operation becomes heavy, and it is not easy to retract the vehicle to a safe place.
In view of such a conventional problem, an object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of assisting steering for a short time even if a battery fails.

本発明は、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、主電源として前記モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリと並列に接続されるバックアップ電源と、前記バッテリ及びバックアップ電源の並列体に対して直列に接続され、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、前記バッテリの出力を検出する検出器と、前記バッテリに基づいて前記補助電源の充電を行うとともに、前記バッテリの出力電圧により前記モータに電力を供給する第1の出力状態と、前記バッテリ又はバックアップ電源に前記補助電源が直列に接続された状態での出力電圧により前記モータに電力を供給する第2の出力状態とを選択的に構成する充放電回路と、必要な操舵補助力に応じて前記充放電回路の出力状態を選択するとともに、前記検出器の検出結果に基づいて前記バッテリの故障を検出したときは、前記第2の出力状態を選択して、前記バックアップ電源に前記補助電源が直列に接続された状態での出力電圧により前記モータに電力を供給させる制御回路と、前記バッテリ及びバックアップ電源の双方からそれぞれ、前記制御回路へ制御電源電圧を供給する制御電源回路とを備えたものである。   The present invention relates to an electric power steering device that generates a steering assist force by a motor, a battery that supplies electric power to the motor as a main power source, a backup power source connected in parallel with the battery, the battery and the backup power source An auxiliary power source connected in series to the parallel body of the power source and capable of supplying power to the motor, a detector for detecting the output of the battery, and charging the auxiliary power source based on the battery A first output state in which power is supplied to the motor by the output voltage of the battery; and a first output state in which power is supplied to the motor by an output voltage in a state where the auxiliary power source is connected in series to the battery or backup power source. A charge / discharge circuit that selectively configures two output states, and an output state of the charge / discharge circuit according to a required steering assist force And when the failure of the battery is detected based on the detection result of the detector, the second output state is selected, and the auxiliary power source is connected in series to the backup power source. A control circuit for supplying electric power to the motor with the output voltage, and a control power supply circuit for supplying a control power supply voltage to each of the control circuits from both the battery and the backup power supply.

上記のように構成された電動パワーステアリング装置において、制御回路は、バッテリの故障を検出したとき、充放電回路の第2の出力状態を選択することにより、バックアップ電源と補助電源とを直列に接続した電源からモータに電力を供給させる。従って、バッテリが故障しても、短時間であれば、バックアップ電源と補助電源とによって必要な操舵補助力を生じさせ、電動パワーステアリングの動作を維持することができる。なお、バッテリの電圧が失われてもバックアップ電源から制御電源電圧が供給される。   In the electric power steering apparatus configured as described above, the control circuit connects the backup power supply and the auxiliary power supply in series by selecting the second output state of the charge / discharge circuit when detecting a failure of the battery. Power is supplied to the motor from the power supply. Therefore, even if the battery breaks down, it is possible to maintain the operation of the electric power steering by generating the necessary steering assist force by the backup power source and the auxiliary power source for a short time. Even if the battery voltage is lost, the control power supply voltage is supplied from the backup power supply.

また、上記電動パワーステアリング装置において、バックアップ電源のエネルギーに、補助電源のエネルギーを合算すると2000〜4000ジュールであるように設計することができる。
この場合、バッテリが故障したときでも、車両を安全な場所に退避させるために必要な操舵補助力を生じさせることができる。また、バックアップ電源と補助電源とを同時に使用することにより、バックアップ電源が単独でこのエネルギーを備えている必要はない。すなわち、バックアップ電源が単独でこのエネルギーを備える場合に比べて、バックアップ電源のエネルギー負担は軽くなり、その結果、低コストになる。
Further, the electric power steering apparatus can be designed to be 2000 to 4000 joules when the energy of the auxiliary power source is added to the energy of the backup power source.
In this case, even when the battery breaks down, it is possible to generate the steering assist force necessary for retracting the vehicle to a safe place. Further, by using the backup power source and the auxiliary power source at the same time, it is not necessary for the backup power source to have this energy alone. That is, as compared with the case where the backup power supply has this energy alone, the energy burden of the backup power supply becomes lighter, resulting in lower costs.

また、上記電動パワーステアリング装置において、バッテリの+側電路と、バックアップ電源の+側電路とは、開閉制御可能なスイッチを介して互いに接続されており、制御回路は、バッテリの故障時に当該スイッチを開くように構成してもよい。
この場合、バッテリの故障時にスイッチを開くことにより、故障したバッテリの影響を排除して、バックアップ電源から制御電源電圧を供給することができる。
In the electric power steering apparatus, the + side circuit of the battery and the + side circuit of the backup power source are connected to each other via a switch that can be opened and closed, and the control circuit switches the switch when the battery fails. You may comprise so that it may open.
In this case, the control power supply voltage can be supplied from the backup power supply by opening the switch when the battery fails, thereby eliminating the influence of the failed battery.

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、バッテリが故障しても、短時間であれば、バックアップ電源と補助電源とによって必要な操舵補助力を生じさせ、電動パワーステアリングの動作を維持することができる。また、バックアップ電源と補助電源とを同時に使用することにより、個々の電源が保有すべきエネルギーを抑制することができる。一方、バッテリの電圧が失われてもバックアップ電源から制御電源電圧を供給することができ、制御回路の動作も保証される。   According to the electric power steering apparatus of the present invention, even if the battery breaks down, it is possible to maintain the operation of the electric power steering by generating the necessary steering assist force by the backup power source and the auxiliary power source for a short time. it can. Further, by using the backup power source and the auxiliary power source at the same time, the energy that each power source should have can be suppressed. On the other hand, even if the voltage of the battery is lost, the control power supply voltage can be supplied from the backup power supply, and the operation of the control circuit is also guaranteed.

図1は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置1の電気回路を主体とした構成を示す回路図である。図において、ステアリング装置2は、ステアリングホイール(ハンドル)3に付与される運転者の操舵トルクと、モータ4が発生する操舵補助力とによって駆動される。モータ4のロータ4rからステアリング装置2への動力伝達には減速機(図示せず。)が使用されている。モータ4は、3相ブラシレスモータであり、モータ駆動回路5により駆動される。モータ駆動回路5は、3相ブリッジ回路を構成するMOS−FET51〜56と、抵抗57とが図示のように接続されたものである。MOS−FET51〜56は、ゲート駆動回路(FETドライバ)6によってスイッチングされる。   FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration mainly including an electric circuit of an electric power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. In the figure, a steering device 2 is driven by a driver's steering torque applied to a steering wheel (handle) 3 and a steering assist force generated by a motor 4. A reduction gear (not shown) is used for power transmission from the rotor 4 r of the motor 4 to the steering device 2. The motor 4 is a three-phase brushless motor and is driven by a motor drive circuit 5. The motor drive circuit 5 is formed by connecting MOS-FETs 51 to 56 constituting a three-phase bridge circuit and a resistor 57 as shown in the figure. The MOS-FETs 51 to 56 are switched by a gate drive circuit (FET driver) 6.

バッテリ7は、主電源としてモータ駆動回路5に電力を供給する。バッテリ7には直列にリアクトル26が接続され、このリアクトル26に並列に電圧検出器27が接続されている。リアクトル26は、バッテリ7に流れる電流に比例した電圧降下を生じさせる低抵抗体として設けられている。但し、抵抗値は非常に小さく、従って、バッテリ7の通常の電圧から見た電圧降下分は、無視し得るほどに小さい。リアクトル26及び電圧検出器27は、バッテリ7の出力(電流)を検出する検出器28を構成する。   The battery 7 supplies power to the motor drive circuit 5 as a main power source. A reactor 26 is connected in series to the battery 7, and a voltage detector 27 is connected to the reactor 26 in parallel. Reactor 26 is provided as a low-resistance element that causes a voltage drop proportional to the current flowing through battery 7. However, the resistance value is very small. Therefore, the voltage drop as seen from the normal voltage of the battery 7 is negligibly small. The reactor 26 and the voltage detector 27 constitute a detector 28 that detects the output (current) of the battery 7.

バッテリ7からリアクトル26を介した電圧は、リレー接点8、MOS−FET9及びリアクトル10が介挿された電路L1,L3を経て、モータ駆動回路5及びモータ4に導かれる。このMOS−FET9はNチャネルであり、ソースがバッテリ7側、ドレインがモータ駆動回路5側になるように、接続されている。また、寄生ダイオード9dは、バッテリ7からモータ4に電力を供給するときに電流が流れる方向が順方向となるように構成されている。   The voltage from the battery 7 through the reactor 26 is guided to the motor drive circuit 5 and the motor 4 through electric paths L1 and L3 in which the relay contact 8, the MOS-FET 9 and the reactor 10 are inserted. The MOS-FET 9 is an N channel, and is connected so that the source is on the battery 7 side and the drain is on the motor drive circuit 5 side. Further, the parasitic diode 9d is configured such that a current flows in the forward direction when power is supplied from the battery 7 to the motor 4.

バックアップ電源11は、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池で構成されており、バッテリ7と並列に接続され得る状態にある。なお、厳密には、「バッテリ7と並列に」ではなく、「バッテリ7とリアクトル26とを互いに直列に接続したものに対して並列に」であるが、前述のようにリアクトル26における電圧降下は小さいので、実質的には、バックアップ電源11はバッテリ7と並列に接続される、と解することができる。
また、バッテリ7の+側電路LBと、バックアップ電源11の+側電路(電路L1)とは、開閉制御可能なスイッチとしてのリレー接点8を介して互いに接続されている。
The backup power source 11 is composed of an electric double layer capacitor or a lithium ion battery, and is in a state where it can be connected in parallel with the battery 7. Strictly speaking, it is not “in parallel with the battery 7” but “in parallel with the battery 7 and the reactor 26 connected in series with each other”, but as described above, the voltage drop in the reactor 26 is Since it is small, it can be understood that the backup power supply 11 is substantially connected in parallel with the battery 7.
Further, the + side electric circuit LB of the battery 7 and the + side electric circuit (electric circuit L1) of the backup power source 11 are connected to each other via a relay contact 8 as a switch that can be opened and closed.

補助電源12は、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池で構成されており、バッテリ7とバックアップ電源11との並列体に対して、直列に接続されている。補助電源12の高電位側電路L2は、MOS−FET13を介して、MOS−FET9のドレインとリアクトル10との接続点に接続されている。バッテリ7と補助電源12とを互いに直列に接続した状態における出力電圧(電路L2の電圧)は、MOS−FET13及びリアクトル10が介挿された電路L2,L3を経て、モータ駆動回路5及びモータ4に導かれる。このMOS−FET13はNチャネルであり、ソースがモータ駆動回路5側、ドレインが補助電源12側になるように、接続されている。また、寄生ダイオード13dは、バッテリ7及び補助電源12からモータ4に電力を供給するときに電流が流れる方向とは逆向きになっている。   The auxiliary power source 12 is composed of an electric double layer capacitor or a lithium ion battery, and is connected in series with a parallel body of the battery 7 and the backup power source 11. The high potential side electric circuit L2 of the auxiliary power source 12 is connected to a connection point between the drain of the MOS-FET 9 and the reactor 10 through the MOS-FET 13. The output voltage (voltage of the electric circuit L2) in a state where the battery 7 and the auxiliary power supply 12 are connected in series with each other passes through the electric circuits L2 and L3 in which the MOS-FET 13 and the reactor 10 are inserted, and then the motor drive circuit 5 and the motor 4 Led to. The MOS-FET 13 is an N channel, and is connected so that the source is on the motor drive circuit 5 side and the drain is on the auxiliary power supply 12 side. Further, the parasitic diode 13d is in a direction opposite to the direction in which current flows when power is supplied from the battery 7 and the auxiliary power supply 12 to the motor 4.

バッテリ7からの電圧が付与される電路L1には、昇圧回路(ブートストラップ回路)14が接続され、その出力電圧がゲート駆動回路6及び15に付与される。このゲート駆動回路15により、MOS−FET9及び13は、交互にオン状態となるように駆動される。モータ駆動回路5には、平滑用の電解コンデンサ16が並列に接続されている。   A booster circuit (bootstrap circuit) 14 is connected to the electric circuit L1 to which the voltage from the battery 7 is applied, and the output voltage is applied to the gate drive circuits 6 and 15. The gate drive circuit 15 drives the MOS-FETs 9 and 13 so that they are alternately turned on. A smoothing electrolytic capacitor 16 is connected to the motor drive circuit 5 in parallel.

一方、電路L1には、リアクトル17を介してダイオード18のアノードが接続されている。また、ダイオード18のカソードは補助電源12の高電位側電路L2に接続されている。ダイオード18のアノードと接地側電路LGとの間には、PチャネルのMOS−FET19が設けられている。MOS―FET19は、ゲート駆動回路20により駆動される。これらの各要素(17〜20)により、補助電源12の充電回路100が構成されている。   On the other hand, the anode of the diode 18 is connected to the electric circuit L <b> 1 through the reactor 17. The cathode of the diode 18 is connected to the high potential side electric circuit L <b> 2 of the auxiliary power source 12. A P-channel MOS-FET 19 is provided between the anode of the diode 18 and the ground-side electric circuit LG. The MOS-FET 19 is driven by the gate drive circuit 20. The charging circuit 100 of the auxiliary power source 12 is configured by these elements (17 to 20).

また、MOS−FET9及び13を含む放電回路200は、上記の充電回路100とともに、充放電回路300を構成している。充放電回路300は、バッテリ7に基づいて補助電源12の充電を行うとともに、バッテリ7の出力電圧によりモータ4に電力を供給する第1の出力状態と、バッテリ7又はバックアップ電源11に補助電源12が直列に接続された状態での出力電圧によりモータ4に電力を供給する第2の出力状態とを選択的に構成するものとなっている。   In addition, the discharge circuit 200 including the MOS-FETs 9 and 13 constitutes a charge / discharge circuit 300 together with the charging circuit 100 described above. The charging / discharging circuit 300 charges the auxiliary power supply 12 based on the battery 7, and supplies the power to the motor 4 by the output voltage of the battery 7, and the auxiliary power supply 12 to the battery 7 or the backup power supply 11. The second output state in which electric power is supplied to the motor 4 by the output voltage in a state where the two are connected in series is selectively configured.

バッテリ7からの電圧は、ダイオード21を介して、制御電源Vccとなる。また、バックアップ電源11の電圧も、ダイオード22を介して、制御電源Vccとなる。このようにして、電源を2系統とする制御電源回路400が構成されている。リレー接点8が閉じているときはバッテリ7とバックアップ電源11とは互いに並列であり、両者は一体として制御電源Vccの提供に寄与しているが、リレー接点8が開いているときは、バッテリ7とバックアップ電源11とが互いに独立して制御電源Vccを提供し得る状態となる。   The voltage from the battery 7 becomes the control power supply Vcc via the diode 21. Further, the voltage of the backup power supply 11 also becomes the control power supply Vcc via the diode 22. In this way, the control power supply circuit 400 having two power supplies is configured. When the relay contact 8 is closed, the battery 7 and the backup power supply 11 are parallel to each other, and both contribute to the provision of the control power supply Vcc, but when the relay contact 8 is open, the battery 7 And the backup power supply 11 can provide the control power supply Vcc independently of each other.

上記モータ駆動回路5、ゲート駆動回路6,15,20、及び、リレー接点8は、マイクロコンピュータを含む制御回路23の指令信号を受けて動作する。この制御回路23には、ステアリングホイール3に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサ24から、その出力信号が入力される。また、車速を検出する車速センサ25の出力信号が、制御回路23に入力される。モータ4には、ロータ4rの回転角度位置を検出する角度センサ31が設けられており、その出力信号が制御回路23に入力される。   The motor drive circuit 5, the gate drive circuits 6, 15, 20, and the relay contact 8 operate in response to a command signal from a control circuit 23 including a microcomputer. The control circuit 23 receives an output signal from a torque sensor 24 that detects a steering torque applied to the steering wheel 3. An output signal from the vehicle speed sensor 25 that detects the vehicle speed is input to the control circuit 23. The motor 4 is provided with an angle sensor 31 that detects the rotational angle position of the rotor 4 r, and an output signal thereof is input to the control circuit 23.

リアクトル26に並列に接続された電圧検出器27は、バッテリ7を通して流れる電流に比例した電圧VBを検出してその出力信号(バッテリ電流検出信号)を制御回路23に入力する。バッテリ7から電流が流出する場合と、逆に流入する場合とでは電圧VBの符号が逆になるので、電流の大きさとともに、方向も検出することができる。
一方、バックアップ電源11には電圧検出器29が、補助電源12には電圧検出器30が、それぞれ並列に接続されている。バックアップ電源11に並列に接続された電圧検出器29は、バッテリ7とバックアップ電源11との並列電源の電圧V1を検出してその出力信号を制御回路23に入力する。補助電源12に並列に接続された電圧検出器30は、補助電源12の電圧(端子間電圧)V2を検出してその出力信号を制御回路23に入力する。
A voltage detector 27 connected in parallel to the reactor 26 detects a voltage V B proportional to the current flowing through the battery 7 and inputs the output signal (battery current detection signal) to the control circuit 23. Since the sign of the voltage V B is reversed between when the current flows out from the battery 7 and when it flows in, the direction can be detected together with the magnitude of the current.
On the other hand, a voltage detector 29 is connected to the backup power source 11 and a voltage detector 30 is connected to the auxiliary power source 12 in parallel. The voltage detector 29 connected in parallel to the backup power supply 11 detects the voltage V1 of the parallel power supply of the battery 7 and the backup power supply 11 and inputs the output signal to the control circuit 23. The voltage detector 30 connected in parallel to the auxiliary power source 12 detects the voltage (inter-terminal voltage) V <b> 2 of the auxiliary power source 12 and inputs the output signal to the control circuit 23.

制御回路23は、トルクセンサ24から送られてくる操舵トルク信号、車速センサ25から送られてくる車速信号、及び、角度センサ31から送られてくるロータ角度位置信号に基づいて、適切な操舵補助力を発生させるべく、ゲート駆動回路6を介してモータ駆動回路5を動作させ、モータ4を駆動させる。
リレー接点8は、制御回路23からの指令信号により、通常はオン(閉)の状態となっている。従って、バッテリ7からの電圧が電路L1に印加され、バックアップ電源11は常時充電可能とされている。
Based on the steering torque signal sent from the torque sensor 24, the vehicle speed signal sent from the vehicle speed sensor 25, and the rotor angular position signal sent from the angle sensor 31, the control circuit 23 performs appropriate steering assistance. In order to generate a force, the motor drive circuit 5 is operated through the gate drive circuit 6 to drive the motor 4.
The relay contact 8 is normally turned on (closed) by a command signal from the control circuit 23. Therefore, the voltage from the battery 7 is applied to the electric circuit L1, and the backup power supply 11 can be always charged.

一方、MOS−FET19がオン状態のときは、バッテリ7からリアクトル17、MOS−FET19を通って電流が流れる。その状態からMOS−FET19がオフ状態に転じると、電流遮断による磁束変化を妨げるように逆向きの高電圧がリアクトル17に発生し、これにより、バッテリ7の出力電圧を昇圧した電圧で、ダイオード18を介して、補助電源12が充電される。従って、MOS−FET19のオン・オフを繰り返すことにより、補助電源12を充電することができる。制御回路23は、補助電源12の電圧V2を監視し、一定の電圧に達していない場合には、ゲート駆動回路20を介してMOS−FET19をオン・オフさせ、補助電源12を充電する。この充電は、例えば、トルクセンサ24が操舵トルクを検出していないときに行われる。   On the other hand, when the MOS-FET 19 is in the ON state, a current flows from the battery 7 through the reactor 17 and the MOS-FET 19. When the MOS-FET 19 is turned off from this state, a reverse high voltage is generated in the reactor 17 so as to prevent the magnetic flux change due to the current interruption, whereby the diode 18 is a voltage obtained by boosting the output voltage of the battery 7. The auxiliary power supply 12 is charged via Therefore, the auxiliary power supply 12 can be charged by repeatedly turning on and off the MOS-FET 19. The control circuit 23 monitors the voltage V <b> 2 of the auxiliary power supply 12, and when it does not reach a certain voltage, the MOS-FET 19 is turned on / off via the gate drive circuit 20 to charge the auxiliary power supply 12. This charging is performed, for example, when the torque sensor 24 does not detect the steering torque.

また、制御回路23は、操舵トルク及び車速に基づいて、必要とされる操舵補助力を得るための所要電力を推定し、これを基準値と比較する。所要電力が基準値以下であるときは、制御回路23はMOS−FET9をオン状態とし、MOS−FET13をオフ状態とする(充放電回路300の第1の出力状態)。従って、バッテリ7からの電圧は平滑コンデンサ16で平滑され、モータ駆動回路5に供給される。モータ駆動回路5は、制御回路23による制御信号に基づいてモータ4を駆動する。この場合、補助電源12の電力はモータ駆動回路5に供給されない。なお、NチャネルMOS−FET9のオン抵抗は、寄生ダイオード9dの順方向抵抗に比べて格段に小さい(例えば1mΩ程度)ため、バッテリ7からモータ駆動回路5に流れる電流の大部分は、ソースからドレインを通り、寄生ダイオード9dに流れる電流は僅かである。   Further, the control circuit 23 estimates a required power for obtaining a required steering assist force based on the steering torque and the vehicle speed, and compares this with a reference value. When the required power is below the reference value, the control circuit 23 turns on the MOS-FET 9 and turns off the MOS-FET 13 (first output state of the charge / discharge circuit 300). Accordingly, the voltage from the battery 7 is smoothed by the smoothing capacitor 16 and supplied to the motor drive circuit 5. The motor drive circuit 5 drives the motor 4 based on the control signal from the control circuit 23. In this case, the power of the auxiliary power supply 12 is not supplied to the motor drive circuit 5. The on-resistance of the N-channel MOS-FET 9 is much smaller than the forward resistance of the parasitic diode 9d (for example, about 1 mΩ), so that most of the current flowing from the battery 7 to the motor drive circuit 5 is from the source to the drain. The current flowing through the parasitic diode 9d is small.

一方、所要電力が基準値を超えるとき、すなわち、バッテリ7のみでは所要電力をまかないきれないときは、制御回路23はMOS−FET9をオフ状態とし、MOS−FET13をオン状態とする(充放電回路300の第2の出力状態)。この結果、バッテリ7と補助電源12とが互いに直列に接続された状態で、その出力電圧がモータ駆動回路5に供給される。これにより、バッテリ7のみの出力可能電力を超える大電力を、モータ駆動回路5に供給することができる。なお、このとき、MOS−FET9の寄生ダイオード9dのカソードはアノードより高電位、すなわち、逆電圧であることにより、補助電源12からバッテリ7への電流の回り込みは阻止される。   On the other hand, when the required power exceeds the reference value, that is, when the required power cannot be covered by the battery 7 alone, the control circuit 23 turns off the MOS-FET 9 and turns on the MOS-FET 13 (charge / discharge circuit). 300 second output state). As a result, the output voltage is supplied to the motor drive circuit 5 with the battery 7 and the auxiliary power supply 12 connected in series with each other. As a result, a large amount of power exceeding the power that can be output from only the battery 7 can be supplied to the motor drive circuit 5. At this time, since the cathode of the parasitic diode 9d of the MOS-FET 9 is at a higher potential than the anode, that is, a reverse voltage, current from the auxiliary power supply 12 to the battery 7 is prevented.

このようにして、所要電力に応じて、バッテリ7のみ、又は、バッテリ7+補助電源12、のいずれかを選択する制御が行われる。
なお、バッテリ7と並列の関係にあるバックアップ電源11からも、モータ4に電力が供給され得るが、放電した電荷は直ちにバッテリ7から補充されることになるので、バッテリ7が正常である限りは、結局は、バッテリ7が負担することになる。
In this way, control is performed to select either the battery 7 alone or the battery 7 + auxiliary power supply 12 according to the required power.
Note that power can be supplied to the motor 4 also from the backup power supply 11 in parallel with the battery 7, but since the discharged charge is immediately replenished from the battery 7, as long as the battery 7 is normal. Eventually, the battery 7 bears.

次に、バッテリ7の故障判定について、図2のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは、バッテリ7が故障したか否かを判定する処理の一例を示すものであり、制御回路23は、この処理を繰り返し実行する。まず、ステップS1において、制御回路23は、角度センサ31から入力される角度位置信号を時間で微分してモータ4(ロータ4r)の回転速度ω[rad/sec]を求め、これに、予め実測して得られた逆起電圧定数Keを乗じて逆起電力VGを演算する。すなわち、VG=Ke・ωである。 Next, failure determination of the battery 7 will be described with reference to the flowchart of FIG. This flowchart shows an example of a process for determining whether or not the battery 7 has failed, and the control circuit 23 repeatedly executes this process. First, in step S1, the control circuit 23 obtains the rotational speed ω [rad / sec] of the motor 4 (rotor 4r) by differentiating the angular position signal input from the angle sensor 31 with respect to time, and this is measured in advance. The counter electromotive force V G is calculated by multiplying the counter electromotive voltage constant Ke obtained as described above. That is, V G = Ke · ω.

演算後、制御回路23は、逆起電力VGが、所定値以下であるか否かを判定する(ステップS2)。モータ4が高速で回転しているときは逆起電力がバッテリ7の電圧を上回り、逆起電力による電流がバッテリ7に流れ込む(逆流する)ことがあるが、これは異常ではない。従って、このような場合には故障判定を行わないように、バッテリ7の電圧より低い、適切な所定値を設定する必要がある。そこで、制御回路23は、逆起電力VGが所定値を超えている場合には判定処理を終了し(中止し)、他方、所定値以下である場合には、電圧検出器27から出力される電圧VBの読み取りを行う(ステップS3)。 After the calculation, the control circuit 23 determines whether or not the back electromotive force V G is equal to or less than a predetermined value (step S2). When the motor 4 is rotating at high speed, the counter electromotive force exceeds the voltage of the battery 7 and the current due to the counter electromotive force may flow (reverse) into the battery 7, but this is not abnormal. Therefore, in such a case, it is necessary to set an appropriate predetermined value lower than the voltage of the battery 7 so that the failure determination is not performed. Therefore, the control circuit 23, when the counter electromotive force V G exceeds the predetermined value terminates the determination process (to cancel), on the other hand, if it is less than a predetermined value is output from the voltage detector 27 The voltage V B is read (step S3).

次に、制御回路23は、電圧VBの大きさ及び符号から、バッテリ7に所定値(ステップS2の所定値とは無関係)を超える逆流電流が流れているか否かを判定する(ステップS4)。この所定値は、バッテリ7の故障により、バッテリ外から電流が流れ込むときの電流値を推定又は実測して設定される。逆流電流の大きさが所定値以下であれば、判定処理は終了となり、所定値を超える場合には、制御回路23は、バッテリ7が故障していると判定し、バッテリ故障時の処理を行う(ステップS5)。 Next, the control circuit 23 determines whether or not a backflow current exceeding a predetermined value (regardless of the predetermined value in step S2) flows through the battery 7 from the magnitude and sign of the voltage V B (step S4). . This predetermined value is set by estimating or actually measuring a current value when a current flows from outside the battery due to a failure of the battery 7. If the magnitude of the backflow current is equal to or less than the predetermined value, the determination process ends. If the magnitude of the reverse current exceeds the predetermined value, the control circuit 23 determines that the battery 7 has failed and performs the process when the battery fails. (Step S5).

具体的には、制御回路23は、リレー接点8をオフ(開)の状態とする。このとき制御電源電圧Vccは、故障したバッテリ7からは供給されなくなるが、バックアップ電源11から供給されることにより、制御回路23その他の、制御電源電圧Vccを必要とする回路要素に提供されている制御電源電圧Vccは維持される。   Specifically, the control circuit 23 turns off the relay contact 8 (open). At this time, the control power supply voltage Vcc is not supplied from the failed battery 7 but is supplied from the backup power supply 11 to be provided to the control circuit 23 and other circuit elements that require the control power supply voltage Vcc. Control power supply voltage Vcc is maintained.

なお、仮に、バッテリ7が故障したときリレー接点8が閉じたままになっていると、電圧低下した電路LBの電位が制御電源電圧Vccに影響を与え、また、バックアップ電源11からバッテリ7に逆流電流が流れ続ける。しかしながら、バッテリ7の故障時にリレー接点8を開くことにより、故障したバッテリ7の影響を速やかに排除して、バックアップ電源11から確実に制御電源電圧Vccを供給することができる。   If the relay contact 8 remains closed when the battery 7 fails, the potential of the electric circuit LB whose voltage has dropped affects the control power supply voltage Vcc, and the backflow from the backup power supply 11 to the battery 7 occurs. Current continues to flow. However, by opening the relay contact 8 when the battery 7 fails, the influence of the failed battery 7 can be quickly eliminated and the control power supply voltage Vcc can be reliably supplied from the backup power supply 11.

また、制御回路23は、バッテリ故障の検出によりMOS−FET9をオフ状態とし、MOS−FET13をオン状態とする(充放電回路300の第2の出力状態)。この結果、バックアップ電源11に補助電源12が直列に接続された状態での出力電圧により、モータ4に電力が供給される。これにより、バッテリ7が電圧を喪失しても、短時間であれば、モータ4に必要な電力を供給することができる。従って、バッテリ7が故障したときでも、車両を安全な場所に退避させるために必要な操舵補助力を生じさせることができる。   Further, the control circuit 23 turns off the MOS-FET 9 and turns on the MOS-FET 13 (second output state of the charge / discharge circuit 300) upon detection of a battery failure. As a result, electric power is supplied to the motor 4 by the output voltage when the auxiliary power supply 12 is connected in series to the backup power supply 11. Thereby, even if the battery 7 loses voltage, if it is a short time, electric power required for the motor 4 can be supplied. Therefore, even when the battery 7 breaks down, it is possible to generate the steering assist force necessary to retract the vehicle to a safe place.

以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置1によれば、制御回路23は、バッテリ7の故障を検出したとき、充放電回路300の第2の出力状態を選択することにより、バックアップ電源11に補助電源12を直列に接続した状態の出力電圧によりモータ4に電力を供給させる。従って、バッテリ7が故障しても、短時間であれば、バックアップ電源11と補助電源12とによって必要な操舵補助力を生じさせ、電動パワーステアリング1の動作を維持することができる。また、バックアップ電源11と補助電源12とを同時に使用することにより、個々の電源が保有すべきエネルギーを抑制することができる。一方、バッテリ7の電圧が失われてもバックアップ電源11から制御電源電圧Vccを供給することができ、制御回路23の動作も保証される。   As described above, according to the electric power steering apparatus 1 according to the present embodiment, the control circuit 23 selects the second output state of the charging / discharging circuit 300 when detecting a failure of the battery 7, thereby performing backup. Electric power is supplied to the motor 4 by the output voltage in a state where the auxiliary power source 12 is connected in series with the power source 11. Therefore, even if the battery 7 fails, the operation of the electric power steering 1 can be maintained by generating a necessary steering assist force by the backup power source 11 and the auxiliary power source 12 for a short time. Further, by using the backup power supply 11 and the auxiliary power supply 12 at the same time, the energy that each power supply should have can be suppressed. On the other hand, even if the voltage of the battery 7 is lost, the control power supply voltage Vcc can be supplied from the backup power supply 11, and the operation of the control circuit 23 is also guaranteed.

また、バックアップ電源11と補助電源12とは同時に使用されるので、これら2電源で、操舵補助に必要なエネルギーを備えていればよい。すなわち、バックアップ電源11が単独でこのエネルギーを備えている必要はなく、補助電源12のエネルギーとの合算で備えていればよい。従って、バックアップ電源11が単独でこのエネルギーを備える場合に比べて、バックアップ電源11のエネルギー負担は軽くなり、その結果、低コストになる。   Further, since the backup power source 11 and the auxiliary power source 12 are used at the same time, it is sufficient that these two power sources have energy necessary for steering assistance. In other words, the backup power source 11 does not need to have this energy alone, and may be provided in combination with the energy of the auxiliary power source 12. Therefore, as compared with the case where the backup power supply 11 is provided with this energy alone, the energy burden of the backup power supply 11 is reduced, and as a result, the cost is reduced.

具体的には、バックアップ電源11のエネルギーに、補助電源12のエネルギーを合算すると、2000〜4000ジュールとなるように容量を選択することにより、バッテリ7の電圧が失われても、車両を安全な場所に退避させるために必要な操舵補助力を生じさせることができる。この範囲内で選択すべきエネルギーの数値は車両により異なる。例えば、ある車両を安全な場所に退避させるために必要な操舵補助力を生じさせるエネルギーが3000ジュールであるとすれば、バックアップ電源11のエネルギーとして2000ジュール、補助電源12のエネルギーとして1000ジュール、という構成を選択することができる。従って、バックアップ電源11単独で全エネルギーを負担する場合と比べると、バックアップ電源11のエネルギー負担は大幅に軽減され、その結果、低コストとなる。   Specifically, when the energy of the auxiliary power supply 12 is added to the energy of the backup power supply 11, the capacity is selected so as to be 2000 to 4000 joules, so that the vehicle is safe even if the voltage of the battery 7 is lost. A steering assist force necessary for retreating to a place can be generated. The numerical value of energy to be selected within this range varies depending on the vehicle. For example, if the energy that generates the steering assist force necessary to retreat a vehicle to a safe place is 3000 joules, the energy of the backup power supply 11 is 2000 joules, and the energy of the auxiliary power supply 12 is 1000 joules. A configuration can be selected. Therefore, as compared with the case where the backup power supply 11 alone bears the total energy, the energy burden of the backup power supply 11 is greatly reduced, resulting in lower costs.

なお、上記実施形態の制御電源回路400においては、リレー接点8を、開閉制御可能なスイッチとして使用したが、これに代えて、MOS-FET等の半導体スイッチング素子を使用することも可能である。   In the control power supply circuit 400 of the above-described embodiment, the relay contact 8 is used as a switch that can be controlled to open and close, but instead, a semiconductor switching element such as a MOS-FET can be used.

また、上記実施形態では、モータ4への電力供給に補助電源12を使用するか否かを決めるに当たって、制御回路23は、必要とされる操舵補助力を得るための所要電力を推定し、これを基準値と比較するとしたが、これ以外の決め方も可能である。例えば、モータ駆動回路5に供給される電流は、制御回路23、ゲート駆動回路6及びモータ駆動回路5によるアシスト制御によって、必要とされる操舵補助力に応じて変化する。従って、バッテリ7の電圧と、モータ駆動回路5に供給される電流とを実際に検出して、これらを乗じて電力の現在値を求め、この現在値が、バッテリ7のみから電力供給する場合の最大電力以下であればバッテリ7のみから電力を供給し、当該最大電力を超えていればバッテリ7と補助電源12との直列電源から電力を供給する、としてもよい。   In the above embodiment, when determining whether or not to use the auxiliary power supply 12 to supply power to the motor 4, the control circuit 23 estimates the required power for obtaining the required steering assist force, Is compared with the reference value, but other ways of determination are possible. For example, the current supplied to the motor drive circuit 5 changes according to the steering assist force required by the assist control by the control circuit 23, the gate drive circuit 6 and the motor drive circuit 5. Therefore, when the voltage of the battery 7 and the current supplied to the motor drive circuit 5 are actually detected and multiplied to obtain the current value of the power, the current value is supplied from the battery 7 alone. Power may be supplied only from the battery 7 if the power is below the maximum power, and power may be supplied from a series power supply of the battery 7 and the auxiliary power supply 12 if the maximum power is exceeded.

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の回路図である。1 is a circuit diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. バッテリの故障判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the failure determination process of a battery.

符号の説明Explanation of symbols

1 電動パワーステアリング装置
4 モータ
7 バッテリ
8 リレー接点
11 バックアップ電源
12 補助電源
23 制御回路
28 故障検出器
300 充放電回路(充電回路100,放電回路200)
400 制御電源回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering apparatus 4 Motor 7 Battery 8 Relay contact 11 Backup power supply 12 Auxiliary power supply 23 Control circuit 28 Fault detector 300 Charging / discharging circuit (charging circuit 100, discharging circuit 200)
400 Control power circuit

Claims (3)

モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
主電源として前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリと並列に接続されるバックアップ電源と、
前記バッテリ及びバックアップ電源の並列体に対して直列に接続され、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
前記バッテリの出力を検出する検出器と、
前記バッテリに基づいて前記補助電源の充電を行うとともに、前記バッテリの出力電圧により前記モータに電力を供給する第1の出力状態と、前記バッテリ又はバックアップ電源に前記補助電源が直列に接続された状態での出力電圧により前記モータに電力を供給する第2の出力状態とを選択的に構成する充放電回路と、
必要な操舵補助力に応じて前記充放電回路の出力状態を選択するとともに、前記検出器の検出結果に基づいて前記バッテリの故障を検出したときは、前記第2の出力状態を選択して、前記バックアップ電源に前記補助電源が直列に接続された状態での出力電圧により前記モータに電力を供給させる制御回路と、
前記バッテリ及びバックアップ電源の双方からそれぞれ、前記制御回路へ制御電源電圧を供給する制御電源回路と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
An electric power steering device that generates a steering assist force by a motor,
A battery for supplying power to the motor as a main power source;
A backup power source connected in parallel with the battery;
An auxiliary power source connected in series to the parallel body of the battery and the backup power source and capable of supplying power to the motor;
A detector for detecting the output of the battery;
A first output state in which the auxiliary power source is charged based on the battery and power is supplied to the motor by the output voltage of the battery, and the auxiliary power source is connected in series to the battery or backup power source A charge / discharge circuit that selectively configures a second output state for supplying power to the motor by an output voltage at
While selecting the output state of the charge / discharge circuit according to the necessary steering assist force, and when detecting a failure of the battery based on the detection result of the detector, select the second output state, A control circuit for supplying electric power to the motor by an output voltage in a state where the auxiliary power supply is connected in series to the backup power supply;
A control power supply circuit that supplies a control power supply voltage to each of the control circuits from both the battery and the backup power supply.
前記バックアップ電源のエネルギーに、前記補助電源のエネルギーを合算すると2000〜4000ジュールである請求項1記載の電動パワーステアリング装置。   2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the energy of the auxiliary power source is added to the energy of the backup power source to be 2000 to 4000 joules. 3. 前記バッテリの+側電路と、前記バックアップ電源の+側電路とは、開閉制御可能なスイッチを介して互いに接続されており、前記制御回路は、前記バッテリの故障時に当該スイッチを開く請求項1記載の電動パワーステアリング装置。   The positive side circuit of the battery and the positive side circuit of the backup power supply are connected to each other via a switch that can be controlled to open and close, and the control circuit opens the switch when the battery fails. Electric power steering device.
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