JP2013514755A - 操舵モータ電力供給方法及び係る方法に適応される電源システム - Google Patents

Abstract

本発明は、高電圧源（４４）と低電圧源（４８）を装備した陸上自動車両（Ｔ）に搭載された電動操舵システムの電力供給を制御する方法であって、第１及び第２の操舵モータ（１０，２０）が、前記低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作し、前記高電圧源によって給電され、第１及び第２の公称動作電力を取り込むことができ、昇圧回路（５０）が、前記低電圧源（４８）に接続され、前記高電圧源（４４）が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応される。本方法では、前記高電圧源（４４）が故障した場合に、優先規則に基づいて、前記２台のモータ（１０，２０）のそれぞれに取り込まれるバックアップ電力が限定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車両に搭載された２つの電動操舵モータの電力供給を制御する方法に関する。本発明は、また、係る方法を実行するように適応された電源システムに関する。

幾つかの車両は、高電圧電力網と低電圧電力網の異なる電圧の２つの電力網を装備しており、高電圧電力網と低電圧電力網はそれぞれ、バッテリなどの自分自身の電力貯蔵システムを装備している。様々な電気システムが、例えばそれらの所用電力に応じて、いずれかの前記電力網に接続される。

このことは、牽引モータに給電する高電圧牽引電力網と、照明、車両の電子制御システム、パワーウインドウ・モータ、防風ワイパー・モータなどの従来の車載機器システムに給電する低電圧網とを備えることが知られている電動車両又はハイブリッド電気自動車に最もよくある。

特許文献１より、電気モータを含む操舵支援システムは、牽引電力網のような場合に車両の高電圧電力網に接続されることがあることが知られている。この文献より、低電圧源に接続された昇圧回路を提供することも知られており、前記昇圧回路は、牽引高電圧源が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応されている。

幾つかの車両は、２つの操舵軸を有する。これらの操舵軸を操作するために、各操舵軸はそれ自体の電動操舵システムを備えることがある。各電気システムは、電気システムが操舵システムを既知の半自動操縦システムとして勝手に動作させる完全電気システムでもよく、電気システムが機械システムと並列に動作して、運転者が機械システムに関わって操舵システムを操作しなければならない労力を軽減する、より従来の操舵支援システムでもよい。各電動操舵システムが、電動操舵モータを備えてもよく、各モータが、高電圧網によって給電されてもよい。電動操舵システムは、完全電気システムか操舵支援システムかに関わらず、操舵機構に直接作用することができ、例えば、操舵モータが、ラックアンドピニオン機構によって操舵機構と直接係合するか、操舵モータが間接的に、油圧操舵アクチュエータに供給する油圧ポンプを駆動する。

高電圧網が故障した場合、特許文献１に記載されたようなバックアップ・システムを使用して、２つの操舵モータにバックアップ電力を供給できることを想像することができる。しかし、そのような場合、使用可能電力が減少し、各モータは、通常使用と同じように動作することができず、そのことは、２つの操舵モータに給電しなければならないときにも当てはまる。したがって、操舵システムが、使用可能電力が減少しても動作可能なままであるようにするためには、２台のモータの動作状態の制御を最適化することが必要とされる。

特開２００７−１３２４号公報

本発明は、陸上自動車両に搭載された２台の電動操舵モータの電力供給を制御する方法を提案することを目的とし、この方法は、２台のモータ間の優先順位を管理し、２台のモータが少ない電力で適切に動作することを可能にする。

この目的のために、本発明は、高電圧源と低電圧源を装備した陸上自動車両に搭載された電動操舵システムの電力供給を制御する方法に関し、第１の操舵モータが、低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作し、高電圧源によって給電され、第１の公称動作電力を取り込むことができ、昇圧回路が、前記低電圧源に接続され、前記高電圧源が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応された方法であって、操舵システムは、低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作する第２の操舵モータを含み、第２の操舵モータは、高電圧源によって給電され、第２の公称動作電力を取り込むことができ、高電圧源が故障した場合に、２台のモータのそれぞれによって取り込まれるバックアップ電力が、優先規則に基づいて制限される方法。

本発明により、各モータは、優先規則に従って有限電力を取り込む。これにより、牽引網が故障した場合に２台のモータに取り込まれる全電力を減少し、その結果、バックアップ網を小型化することができる。

有利であるが必須でない本発明の更に他の態様によれば、そのような方法は、以下の特徴のうちの１つ又は幾つかを含んでもよい。
−高電圧源が故障した場合に、第１の操舵モータが、その公称動作電力の第１の比率以下の電力を取り込むように制御され、第２の操舵モータは、その公称動作電力の第２の比率以下の電力を取り込むように制御され、第１の比率は第２の比率より高い。
−高電圧源が故障した場合に、バックアップ電力の第１の部分が、第１の操舵モータによって取り込まれ、バックアップ電力の第２の部分が、第２のモータに取り込まれ、第１の部分は第２の部分より多い。
−優先規則は、少なくとも１つの車両パラメータに従って変化する。
−各モータの回転速度は、牽引高電圧源が故障した場合に、前記高電圧源の通常構成で提供できるトルク値と等しい値を有するトルク能力を生成することができるように制御される。
−高電圧源は、車両の動力伝達系路に駆動トルクを提供することができる牽引モータが接続された車両の高電圧電力網に接続される。
−低電圧源は、車両の低電力消費機構が接続された車両の低電圧電力供給網に接続される。

本発明は、また、高電圧源と低電圧源を装備した陸上自動車両に搭載された電動操舵システムのための電源システムに関し、第１の操舵モータが、低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作し、高電圧源によって給電され、第１の公称動作電力を取り込むことができ、昇圧回路が、前記低電圧源に接続され、前記牽引高電圧源が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応された電源システムであって、操舵システムが、低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作する第２の操舵モータを有し、第２の操舵モータが、高電圧源によって給電され、第２の公称動作電力を取り込むことができ、電源システムは、牽引高電圧源が故障した場合に、データセットに含まれる優先規則に基づいて各モータに取り込まれる電力を制限するように各モータの回転速度を制御する手段を有する電源システム。

有利であるが必須でない本発明の更に他の態様によれば、そのような電源システムは、以下の特徴のうちの一つ又は幾つかを含んでもよい。
−各モータの回転速度を制御する手段が、それぞれ１台のモータに接続された２つのインバータと、２つのインバータに接続された電力管理装置とを含む。
−第１のモータは、車両の前車軸操舵支援システムにトルクを提供し、第２のモータは、車両の後側車軸操舵支援システムにトルクを提供する。
−制御手段は、データセットが記憶された記憶装置を有し、制御手段は、前記記憶装置にアクセスする。
−データセット（Ｄ）は、固定式でもよく調整式でもよい。

本発明は、次に、本発明の目的を限定することなく、添付図面に対応して説明的な例として説明される。

本発明による電源システムの図である。 本発明による方法を実行することができる２台のモータの動作条件を表わすトルクと回転速度の関係を表すグラフである。

本発明は、以下において、２本の操舵軸を備えたトラックＴなどのハイブリッド電気自動車の文脈で説明され、これらの操舵軸はそれぞれ、電気供給操舵モータによって駆動される操舵支援システムを装備する。前車軸操舵支援システム１４は、前側操舵モータ１０を装備し、後車軸操舵支援システム２４は、後側操舵モータ２０を装備する。前側モータ１０と後側モータ２０はそれぞれ、例えば、交流モータであり、したがって、それぞれ三相インバータ１２，２２を介して電源システムＳにそれぞれ接続される。インバータ１２及び２２は、操舵モータ１０及び２０のそれぞれの回転速度ω_１０及びω_２０を制御するように適応される。前側モータと後側モータは、同じ公称電力定格を有してもよく、異なる公称動作電力を有してもよい。公称動作電力定格は、通常動作条件下でモータが取り込むことができる最大電力と見なすことができる。

電源システムＳは、特に電子制御信号Ｓ_１２及びＳ_２２を提供するために、２つのインバータと通信するように適応された電子式電力管理装置３０を備える。電源システムには記憶装置３２が組み込まれる。この記憶装置は、データセットＤを収めるように適応される。記憶装置３２は、別個の構成要素として実現されてもよい。あるいは、記憶装置３２は、電力管理装置３０に組み込まれてもよい。

インバータ１２とインバータ２２はそれぞれ、高電圧線４０を介して、高電圧バッテリ・セット４４が接続された高電圧電力網４２と接続される。この例では、高電圧網は、車両の牽引モータが接続された牽引網である。牽引網の公称電圧は、２５０〜１０００ボルトで構成されてもよい。しかしながら、高電圧網は、例えば３０〜１００ボルトで構成された低い公称電圧を有してもよい。

また、バックアップ電力網４６は、２つのインバータに接続される。この電力網４６は、低電圧源に接続され、低電圧源は、低電圧網に関係する低電圧バッテリ・セット４８でよい。低電圧バッテリ・セット４８と高電圧線４０に昇圧回路５０が接続される。昇圧回路５０は、必要に応じて、低電圧バッテリ・セット４８によって高電圧線４０に提供される電力の電圧を高めるために使用される。低電圧網は、照明、車両の電子制御システム、パワーウインドウ・モータ、風防ワイパー・モータなどの低電力システムに給電することができる。低電圧網の公称電圧は、例えば、約１２〜２４ボルトでよい。

昇圧回路５０は、１つ又は幾つかの変圧器を備えてもよい。あるいは、昇圧回路は、直流−直流ブースト・コンバータでよい。昇圧回路の出力電圧は、様々なレベルに設定することができる。

高電圧線４０は、高電圧バッテリ・セット４４からインバータ１２，２２への電流の通過を可能にするダイオードを含む。昇圧回路５０は、ダイオードとインバータ１２，２２との間に高電圧線４０を結合するバックアップ線によって高電圧線４０に接続される。バックアップ線は、昇圧回路５０から高電圧線４０への電流の通過を可能にするダイオードを含む。

示された例では高電圧バッテリ・セット１２の陽極と陰極に接続された線４０の２本のケーブルの間に、インバータ１２，２２と並列にキャパシタが接続されてもよい。バックアップ線の２本のケーブルは、低電圧バッテリ４８の陽極と陰極にそれぞれ接続される。

電流がそれぞれのバッテリの陽極からインバータの方向にだけ流れることができるように、高電圧線とバックアップ線のケーブル上にそれぞれダイオードが配置される。両方の線の陽極ケーブルは、両方のダイオードの下流に接続される。

通常使用では、操舵モータ１０，２０は、高電圧電力網１０によって給電される。牽引電力網４２の故障が起こることがある。そのような故障は、ヒューズの破損、バッテリ・セット４４の継電器の欠陥、又は別の問題によって引き起こされることがある。牽引電力網の故障は、全体的なものであることもあり、使用可能な電圧と電力が、０に低下するか又は一部だけに減少することもあり、使用可能な電圧及び／又は電力は、公称定格より低下することもある。バッテリが部分的に故障した結果、バッテリの温度が、最適な温度範囲より低くなることがある。いずれの場合も、牽引電力網４２から利用可能な電圧及び／又は及び電力は、操舵モータ１０，２０が適切に給電されなくなるほど減少し、これにより運転者による車両の制御が失われる可能性がある。

したがって、高電圧網４２が故障した場合、バックアップ電力網４６は、操舵モータ１０及び２０が適切に動作するように、電力をインバータ１２及び２２に自動的に供給する。

バックアップ電力網４６が、２台の操舵モータを通常構成と同じ条件で動作させるのに十分な電力を提供できないので、高電圧網が適切に機能しているときに、２台のモータを動作させる優先規則が検討され、実際には、この優先規則に基づいて２台のモータに取り込まれる電力が制限され、車両の運転者が自分の経路を良好に制御し続けることができるように、一方の操舵システム、例えば前側操舵支援システム１４に優先権が与えられる。

そのような優先規則の１つの例は、高電圧源が故障した場合に、前側モータが、その公称動作電力の第１の比率以下の電力を取り込むように制御されてもよく、別のモータが、その公称動作電力の第２の比率以下の電力を取り込むように制御されてもよく、この場合、第１の比率は第２の比率より高い。例えば、高電圧網が機能しているときは両方のモータがそれらの公称動作電力の１００％で動作してもよいが、高電圧源が故障した場合は、前側モータが、その公称定格の４０％以下で動作してもよく、後側モータが、その公称電力の２５％以下で動作しもよい。

優先規則を定義する別の方法は、高電圧源が故障した場合に、バックアップ電力の第１の部分が第１のモータに取り込まれ、バックアップ電力の第２の部分が第２のモータに取り込まれ、第１の部分が第２の部分より大きくなるようにモータを制御することである。例えば、操舵システムに使用可能なバックアップ電力Ｐ_ｔｏｔのＸ％が、一方の操舵モータに割り当てられ、（１００−Ｘ）％が他方の操舵モータ２０に割り当てられるように定義することができ、ここで、Ｘは５１〜１００である。Ｘが５０より完全に大きいときは、第１の操舵システムの動作が優先される。例えば、操舵システムに利用可能なバックアップ電力Ρ_ｔｏｔの６０％を前側モータに振り当て、４０％だけを後側モータに振り当てるように決定することができる。そのような優先規則は、両方のモータが類似の公称動作電力定格を有する場合に適応される。

本発明の改良された実施形態では、優先規則は、車両速度、車両負荷、車両車軸荷重分割比、測位システムによって決定された車両運転場所、利用可能なバックアップ電力値などの少なくとも１つの車両パラメータにより変化する。例えば、車両が特定の速度しきい値より速い速度で走行しているときは、前側モータが、操舵システムに利用可能なバックアップ電力の６０％を受け取り、車両が前記速度しきい値より遅い速度で走行しているときは８０％を受け取ってもよい。この変化は、段階的でもよく、または例えば所定のパラメータに対して線形の漸進的でもよく、幾つかの車両動作パラメータのより複雑な関数でもよい。

優先規則を定義する要素は、データセットＤに記憶され、したがって、データセットＤは、優先規則の変化が提供されるかどうかにより、固定式でもよく調整式でもよい。

高電圧網４２が故障した場合に、モータ１０及び２０がそれぞれ、通常使用で提供するトルク能力と等しいか又は少なくともできる限りにそれに近いトルク能力を提供するように、モータ１０及び２０それぞれの回転速度ω_１０及びω_２０が制御されてもよい。トルク能力が、電力に比例し、モータの回転速度に反比例するので、使用可能な電力が減少した場合は、トルク能力が一定になるように回転速度を遅くしなければならない。

図２に示されたように、モータ１０及び２０それぞれの動作状態は、記憶装置３２に収容されたデータセットＤから導出された取り込み電力制限曲線Ｐ_ｌｉｍ１及びＰ_ｌｉｍ２を尊重するように制御される。

高電圧網４２が故障した場合は、操舵モータ１０のトルク能力Ｃ_１０が通常使用でのトルク能力と一致するように、操舵モータ１０の回転速度が遅くされ、その後、電力曲線Ｐ_ｌｉｍ１が一定になる。このために、電子式電力管理装置３０が、操舵モータ１０に適切な回転速度ω_１０を計算し、電子信号Ｓ_１２によってインバータ１２を制御する。回転速度の低下を決定するために使用される一定電力値は、データセットＤに含まれる優先規則によって提供される。通常使用では、モータ１０の動作条件点は、図２に組み合わせ（ω_０，Ｃ_０）として示される。高電圧網４２が故障した場合、動作条件点は、別の点（ω_０，Ｃ_０）で曲線Ｐ_ｌｉｍ１と一致するように移動される。回転速度ω_１０がω_０ω_Ｆに低減される間、トルクＣ_１０を一定値Ｃ_０に維持することができる。

この回転速度の低減は、トルクＣ_２０を提供するモータ２０にも行われる。後側操舵モータ２０の回転速度ω_２０は、操舵モータ１０によって使用されないバックアップ電力の量（例えば、２０％）に対応する一定の電力曲線Ｐ_ｌｉｍ２に基づいて低減される。この操作を行うために、ユニット３０によって行なわれた計算に基づいて、電子信号Ｓ_２２が、電力管理装置によってインバータ２２に送られる。

優先規則により、少なくとも所謂リンプモード（ｌｉｍｐ−ｍｏｄｅ）に従った操作のための操舵システムの十分な有効性を維持しながら、そのような条件下でモータ１０及び２０によって取り込まれる全電力を少なくすることによって、バックアップ電力網４６を小型化することができる。

操舵モータ１０及び２０は、交流モータでも直流モータでよい。例えば、操舵モータ１０及び２０は、同期の交流モータでもよく非同期の交流モータでもよい。

優先規則の設定によって、例えば、高電圧網が故障した場合に前車軸操舵支援システム１４が電力を失う危険性又は程度を制限し、これにより車両の運転しやすさが確保される。優先規則は、また、バックアップ電力網４６を小型化することによって、この電力網のサイズ、重量及びコストを低減することができる。バックアップ電力網４６が、ラジオ、照明、ヒータなどの車両の幾つかの他の電動システムに給電する低電圧バッテリセット４８に接続されているので、バックアップ電力網４６からモータ１０及び２０によって取り込まれる電力の制限は、これらの他のシステムが電力を喪失することを少なくともある程度防ぐことができる。

本発明は、ステアリング・ホイールを有するトラック、バス、自動車及び他の陸上自動車両に適用可能である。

１０，２０ 操舵モータ
１２，２２ インバータ
１４ 前車軸操舵支援システム
３０ 制御手段
３２ 記憶装置
４４ 高電圧源
４８ 低電圧源
５０ 昇圧回路
Ｔ トラック

Claims (13)

1. 高電圧源（４４）と低電圧源（４８）を装備した陸上自動車両（Ｔ）に搭載された電動操舵システムの電力供給を制御する方法であって、第１の操舵モータ（１０）が、前記低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作し、前記高電圧源によって給電され、第１の公称動作電力を取り込むことができ、昇圧回路（５０）が、前記低電圧源（４８）に接続され、前記高電圧源（４４）が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応された方法であって、前記操舵システムが、前記低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作する第２の操舵モータ（２０）を有し、前記第２の操舵モータ（２０）が、前記高電圧源によって給電され、第２の公称動作電力を取り込むことができ、前記高電圧源（４４）が故障した場合に、優先規則に基づいて、前記２台のモータ（１０，２０）のそれぞれに取り込まれるバックアップ電力が限定される方法。
2. 前記高電圧源（４４）が故障した場合に、前記第１の操舵モータ（１０）が、その公称動作電力の第１の比率以下の電力を取り込むように制御され、前記第２の操舵モータ（２０）が、その公称動作電力の第２の比率以下の電力を取り込むように制御され、第１の比率が第２の比率より多い、請求項１に記載の方法。
3. 前記高電圧源（４４）が故障した場合に、前記モータは、前記バックアップ電力の第１の部分が前記第１の操舵モータ（１０）に取り込まれ、前記バックアップ電力の第２の部分が第２のモータ（２０）に取り込まれ、前記第１の部分が前記第２の部分より大きくなるように制御される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記優先規則が、少なくとも１つの車両パラメータにより変化する、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記モータ（１０，２０）それぞれの回転速度（ω_１０，ω_２０）が、前記牽引高電圧源（４４）が故障した場合に、前記高電圧源の通常構成で提供することができるトルク値と等しい値のトルク能力（Ｃ_１０，Ｃ_２０）を生成することができるように制御される、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記高電圧源が、前記車両の動力伝達系路に駆動トルクを提供することができる牽引モータが接続された前記車両の高電圧電力網に接続された、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記低電圧源が、前記車両の低電力消費機構が接続された前記車両の低電圧電力網に接続された、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 高電圧源（４４）と低電圧源（４８）を装備した陸上自動車両に搭載された電動操舵システムのための電源システムであって、第１の操舵モータ（１０）が、前記低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作し、前記高電圧源によって給電され、第１の公称動作電力を取り込むことができ、昇圧回路（５０）が、前記低電圧源（４８）に接続され、前記牽引高電圧源（４４）が故障した場合にバックアップ電力を提供するように適応された電源システムであって、前記操舵システムが、前記低電圧源の電圧よりも高い公称動作電圧で動作する第２の操舵モータ（２０）を有し、前記第２の操舵モータ（２０）が、前記高電圧源によって給電され、第２の公称動作電力を取り込むことができ、前記電源システムが、前記牽引高電圧源（４４）が故障した場合に、データセット（Ｄ）に含まれる優先規則に基づいて各モータ（１０，２０）に取り込まれる電力を制限するように、前記モータ（１０，２０）それぞれの回転速度（ω_１０，ω_２０）を制御する手段（１２，２２，３０，３２）を有する、電源システム。
9. 各モータ（１０，２０）の回転速度（ω_１０，ω_２０）を制御する手段が、それぞれ１台のモータ（１０，２０）に接続された２つのインバータ（１２，２２）と、前記２つのインバータ（１２，２２）に接続された電力管理装置（３０）と有する、請求項８に記載の電源システム。
10. 第１のモータ（１０）が、前記車両の前車軸操舵支援システム（１４）にトルクを提供し、第２のモータ（２０）が、前記車両の後側車軸操舵支援システム（２４）にトルクを提供する、請求項８または９に記載の電源システム。
11. 前記制御手段は、データセット（Ｄ）が記憶された記憶装置（３２）を有し、前記制御手段（３０）が、前記記憶装置（３２）にアクセスする、請求項９に記載の電源システム。
12. 前記データセット（Ｄ）が固定式である、請求項８乃至１１のいずれかに記載の電源システム。
13. 前記データセット（Ｄ）が、調整式である、請求項８乃至１１のいずれかに記載の電源システム。

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