JP2009120087A

JP2009120087A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2009120087A
Application number: JP2007297765A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nagase; 茂樹長瀬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: US20100207558A1; WO2009063772A1; EP2208658A1; CN101801762B; CN101801762A; EP2208658A4; US8330399B2; EP2208658B1; JP5136013B2

Abstract

【課題】補助電源を使用する電動パワーステアリング装置において、主電源のバッテリから過大な電流が引き出されるという事態を防止する。
【解決手段】主電源としてのバッテリ９の電圧Ｖ_Bを検出する電圧検出器１７と、補助電源１４の電圧Ｖ_Cを検出する電圧検出器１８とを設け、制御回路６は、バッテリ９に流れる最大電流値として予め設定された上限値Ｉ_Bに基づいて、補助電源１４を使用しない第１の出力状態が選択されているときはモータ４に供給する電力の上限値をη・Ｖ_B・Ｉ_Bに設定し（ηは駆動回路５の効率）、補助電源１４をバッテリ９と直列に使用する第２の出力状態が選択されているときはモータ４に供給する電力の上限値をη・（Ｖ_B＋Ｖ_C）・Ｉ_Bに設定する。
【選択図】図１

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。

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、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。）。

特開２００５−２８７２２２号公報（図１）

上記のような従来の電動パワーステアリング装置では、バッテリに補助電源を直列接続した電源から電力を供給する状態において、補助電源の電圧が低下してくると、電流を増大させて所定の電力を維持しようとする制御が行われる。その結果、バッテリから過大な電流が引き出され、バッテリの寿命が短くなる。また、回路保護用のヒューズが溶断する場合もある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、補助電源を使用する電動パワーステアリング装置において、主電源のバッテリから過大な電流が引き出されるという事態を防止することを目的とする。

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、前記モータを駆動する、効率ηの駆動回路と、前記モータに電力を供給する主電源としてのバッテリと、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、前記主電源の電圧Ｖ_Bを検出する電圧検出器と、前記補助電源の電圧Ｖ_Cを検出する電圧検出器と、前記主電源に基づいて前記補助電源の充電を行うとともに、前記主電源の電圧Ｖ_Bにより前記モータへ電力を供給する第１の出力状態と、前記主電源に対して直列に前記補助電源が接続された状態で電圧Ｖ_B＋Ｖ_Cにより前記モータへ電力を供給する第２の出力状態とを選択的に構成する充放電回路と、操舵補助に必要な電力に応じて前記モータに電力を供給し、前記充放電回路の出力状態を選択する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記主電源に流れる最大電流値として予め設定された上限値Ｉ_Bに基づいて、前記第１の出力状態が選択されているときは前記モータに供給する電力の上限値をη・Ｖ_B・Ｉ_Bに設定し、前記第２の出力状態が選択されているときは前記モータに供給する電力の上限値をη・（Ｖ_B＋Ｖ_C）・Ｉ_Bに設定することを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、主電源に流れる最大電流値として予め設定された上限値Ｉ_B（固定値）並びに、そのときの主電源の電圧Ｖ_B（変数）及び補助電源の電圧Ｖ_C（変数）に基づいて、出力状態に応じた電力の上限値（変数）が設定される。主電源の電圧Ｖ_B及び補助電源の電圧Ｖ_Cが変動すれば電力の上限値もそれに合わせて変動することになるので、主電源に流れる最大電流値は、常に、上限値Ｉ_B以下に制限される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、主電源に流れる最大電流値は、常に、上限値Ｉ_B以下に制限されるので、主電源のバッテリから過大な電流が引き出されるという事態を防止することができる。

以下、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について、図面を参照して説明する。
図１は、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概略構成の一例を示す図である。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から操舵軸２ａに減速機（図示せず。）を介して伝達される操舵補助力とによって駆動される。モータ４は、３相ブラシレスモータであり、駆動回路５により駆動される。制御回路６はマイクロコンピュータを含むものであり、車速センサ７から入力される車速信号及び、トルクセンサ８から入力される操舵トルク信号に基づいて必要となる操舵補助力を決定し、その操舵補助力が操舵軸２ａに付与されるように、駆動回路５を制御する。

駆動回路５に電力を供給するための回路は、主電源としてのバッテリ９と、リレー１０と、ダイオード１１及びスイッチ１２を含む充電回路１３と、補助電源１４と、スイッチ１５とを、図示のように接続して構成されている。これらによって構成される回路のうち、バッテリ９、リレー１０及び補助電源１４を除く回路部分は、充放電回路１６を構成している。この充放電回路１６は、バッテリ９に基づいて補助電源１４の充電を行う他、バッテリ９のみによってモータ４へ電力を供給する第１の出力状態と、バッテリ９及び補助電源１４からモータ４へ電力を供給する第２の出力状態とを選択的に構成することができるようになっている。

なお実際には、バッテリ９に並列に、図示しないオルタネータ（整流及びレギュレータ機能を有するもの）が接続され、バッテリ９と共に主電源を構成するが、ここでは簡略化して、主電源はバッテリ９であるとして説明する。
上記リレー１０及びスイッチ１２，１５は、制御回路６により制御される。補助電源１４は、電気二重層コンデンサや、リチウムイオン電池によって構成されている。
スイッチ１２，１５は、実際にはＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて、図示の接点と等価な動作をするように構成される。また、スイッチ１２，１５は互いに同期して動作し、一方が図の実線で示す接点接続状態にあるときは、他方も図の実線で示す接点接続状態にある。

バッテリ９の電圧（端子間電圧）Ｖ_Bは、並列に接続された電圧検出器１７により検出される。また、補助電源１４の電圧（端子間電圧）Ｖ_Cは、並列に接続された電圧検出器１８により検出される。そして、各電圧検出器１７及び１８の出力信号すなわち、バッテリ９及び補助電源１４の電圧を示す各信号は、制御回路６に入力される。

上記リレー１０は、電動パワーステアリング装置１の正常動作中においては閉じており、何らかの異常が発生した場合にのみ、フェールセーフの観点から、開くように制御される。スイッチ１２が図示の実線の接点接続状態にあるときは、バッテリ９の＋側からリレー１０の接点１０ａ、ダイオード１１、補助電源１４及びスイッチ１２を経由してバッテリ９の接地側に戻る回路が形成され、補助電源１４が充電される。また、スイッチ１２が図示の点線の接点接続状態にあるときは、充電停止となる。

また、スイッチ１２，１５が図示の実線の接点接続状態にあるときは、バッテリ９から接点１０ａ及びスイッチ１５（電路Ｌ１からＬ３）を経由して駆動回路５に至る回路が構成され、バッテリ９の電圧Ｖ_Bにより、駆動回路５及びモータ４に電力が供給される（第１の出力状態）。このとき、補助電源１４から駆動回路５へ至る電路は、スイッチ１５により断路されている。一方、スイッチ１２，１５が図示の点線の接点接続状態にあるときは、バッテリ９から接点１０ａ、スイッチ１２、補助電源１４及びスイッチ１５（電路Ｌ２からＬ３）を経由して駆動回路５に至る回路が構成され、バッテリ９と補助電源１４とを互いに直列に接続した電圧Ｖ_B＋Ｖ_Cにより、駆動回路５及びモータ４に電力が供給される（第２の出力状態）。

図２は、図１とは異なるタイプの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概略構成を示す図である。図１との違いは充放電回路１９であり、その他の構成は同一である。このタイプの構成において、充電回路２０は、バッテリ９の電圧を昇圧して補助電源１４を充電する機能を備えている。充電回路２０は、制御回路６の制御により、補助電源１４の充電を行う。また、バッテリ９の電圧は、リレー１０の接点１０ａを介してスイッチ１５に至る電路Ｌ１に付与され、補助電源１４の低電位側が、この電路Ｌ１に接続されている。

スイッチ１５が図示の実線の接点接続状態にあるときは、バッテリ９から接点１０ａ及びスイッチ１５（電路Ｌ１からＬ３）を経由して駆動回路５に至る回路が構成され、バッテリ９の電圧Ｖ_Bにより、駆動回路５及びモータ４に電力が供給される（第１の出力状態）。このとき、補助電源１４から駆動回路５へ至る電路は、スイッチ１５により断路されている。一方、スイッチ１５が図示の点線の接点接続状態にあるときは、バッテリ９から接点１０ａ、補助電源１４及びスイッチ１５（電路Ｌ２からＬ３）を経由して駆動回路５に至る回路が構成され、バッテリ９と補助電源１４とを互いに直列に接続した電圧Ｖ_B＋Ｖ_Cにより、駆動回路５及びモータ４に電力が供給される（第２の出力状態）。

次に、上記各タイプの回路構成（図１，図２）に共通な、電力の制限に関する制御回路６の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。図３は、制御回路６の処理の一部を示すフローチャートであり、この処理は、通常のアシスト制御と並行して高速に繰り返し実行される。また、この処理は、電動パワーステアリング装置１の始動と同時に開始される。

まず、アシスト制御に関して、制御回路６は、トルクセンサ８（図１，図２）から送られてくる操舵トルク信号及び、車速センサ７（図１，図２）から送られてくる車速信号に基づいて、必要とされる操舵補助力を得るために必要な電力を推定し、充放電回路１６（図１），１９（図２）に対して第１の出力状態又は第２の出力状態を選択する指示を与えるとともに、駆動回路５を制御してモータ４を駆動させる。

一方、図３において制御回路６は、電圧検出器１７及び１８の出力信号に基づいて、バッテリ９の電圧Ｖ_B及び補助電源１４の電圧Ｖ_Cを読み取る（ステップＳ１）。そして、制御回路６は、現時点の出力状態が、「第１」であるか「第２」であるかにより、異なる処理を行う（ステップＳ２）。例えば、第１の出力状態が選択されているとすると、ステップＳ３の処理が行われる。ステップＳ３において制御回路６は、電力の上限値としてのリミッタ値Ｐ_LIMを、
Ｐ_LIM＝η・Ｖ_B・Ｉ_B ．．．（１）
と設定する。

ここで、ηは駆動回路５の効率、Ｉ_Bは、バッテリ寿命の短命化防止や、回路保護用のヒューズ溶断防止を考慮した上で、バッテリ９から引き出してよいと考えられる上限値（固定値）である。従って、リミッタ値Ｐ_LIMは、そのときのバッテリ９の電圧Ｖ_Bにおける、バッテリ９から提供可能な最大電力となる。
アシスト制御における必要な電力が式（１）のリミッタ値Ｐ_LIM以下であれば、必要な電力がそのままの値でモータ４に供給されるが、必要な電力がリミッタ値Ｐ_LIMを超える場合には、リミッタ値Ｐ_LIMの電力がモータ４に供給される。従って、バッテリ９から引き出される電流値は、上限値Ｉ_Bを超えることはない。

一方、図３のステップＳ２において、第２の出力状態が選択されているとすると、ステップＳ４の処理が行われる。ステップＳ４において制御回路６は、電力の上限値としてのリミッタ値Ｐ_LIMを、
Ｐ_LIM＝η・（Ｖ_B＋Ｖ_C）・Ｉ_B ．．．（２）
と設定する。

従って、この場合のリミッタ値Ｐ_LIMは、そのときのバッテリ９の電圧Ｖ_Bに及び補助電源１４の電圧Ｖ_Cにおける、バッテリ９と補助電源１４との直列電源から提供可能な最大電力となる。
アシスト制御における必要な電力が式（２）のリミッタ値Ｐ_LIM以下であれば、必要な電力がそのままの値でモータ４に供給されるが、必要な電力がリミッタ値Ｐ_LIMを超える場合には、リミッタ値Ｐ_LIMの電力がモータ４に供給される。従って、バッテリ９から引き出される電流値は、上限値Ｉ_Bを超えることはない。

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では、バッテリ９に流れる最大電流値として予め設定された上限値Ｉ_B（固定値）並びに、そのときのバッテリ９の電圧Ｖ_B（変数）及び補助電源１４の電圧Ｖ_C（変数）に基づいて、出力状態に応じた電力の上限値（変数）が設定される。バッテリ９の電圧Ｖ_B及び補助電源１４の電圧Ｖ_Cが変動すれば電力の上限値もそれに合わせて変動することになるので、バッテリ９に流れる最大電流値は、常に、上限値Ｉ_B以下に制限される。従って、主電源のバッテリ９から過大な電流が引き出されるという事態を防止することができる。

なお、上記実施形態では、制御回路６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、これを基に、出力状態を選択するが、他の選択の仕方も可能である。例えば、駆動回路５に供給される電流は、制御回路６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９の電圧と、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、この現在値を基に、出力状態を選択するようにしてもよい。

バッテリの電圧で補助電源を充電し、補助電源使用時は、補助電源を主電源のバッテリと直列に接続するタイプの、電動パワーステアリング装置の電気回路を主体とした概略構成を示す図である。バッテリの電圧を昇圧して補助電源を充電し、補助電源使用時は、補助電源を主電源のバッテリと直列に接続するタイプの、電動パワーステアリング装置の電気回路を主体とした概略構成を示す図である。制御回路の処理の一部を示すフローチャートである。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
４モータ
６制御回路
９バッテリ（主電源）
１４補助電源
１６，１９充放電回路
１７，１８電圧検出器

Claims

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、
前記モータを駆動する、効率ηの駆動回路と、
前記モータに電力を供給する主電源としてのバッテリと、
前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
前記主電源の電圧Ｖ_Bを検出する電圧検出器と、
前記補助電源の電圧Ｖ_Cを検出する電圧検出器と、
前記主電源に基づいて前記補助電源の充電を行うとともに、前記主電源の電圧Ｖ_Bにより前記モータへ電力を供給する第１の出力状態と、前記主電源に対して直列に前記補助電源が接続された状態で電圧Ｖ_B＋Ｖ_Cにより前記モータへ電力を供給する第２の出力状態とを選択的に構成する充放電回路と、
操舵補助に必要な電力に応じて前記モータに電力を供給し、前記充放電回路の出力状態を選択する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記主電源に流れる最大電流値として予め設定された上限値Ｉ_Bに基づいて、前記第１の出力状態が選択されているときは前記モータに供給する電力の上限値をη・Ｖ_B・Ｉ_Bに設定し、前記第２の出力状態が選択されているときは前記モータに供給する電力の上限値をη・（Ｖ_B＋Ｖ_C）・Ｉ_Bに設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。