JP2015204655A - 電動アシスト用電源制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主電源から補助電源への電力供給を制御する充電制御部と、補助電源からモータ側への電力供給を制御する電力供給系統切替制御部と、補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であるかを検出する蓄電量監視部と、補助電源からモータ側への電力供給がなされているかを検出する電力供給状態監視部とを備え、充電制御部は蓄電量監視部が補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であると検出し、かつ、電力供給状態監視部が補助電源からモータ側への電力供給がなされていないことを検出したことに基づいて主電源から補助電源への電力供給を許容して補助電源を充電するようにした。
【選択図】図2
Description
本構成によれば、電力供給系統切替制御部が、補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であり、かつ、補助電源からモータ側への電力供給がなされていることに基づいて補助電源からの電力供給を維持するため、モータに対して主電源及び補助電源から電力が供給されている状態から突如として補助電源からの電力供給が遮断されることがなく、ステアリングホイールの操作中にアシスト力が減少することを防止でき、運転者に不快感を与えることがない。また、電力供給系統切替制御部によって補助電源からモータ側への電力供給が遮断され、主電源から補助電源への電力供給が許容されるため、補助電源を主電源からの電力供給によって充電することが可能となる。
本構成によれば、主電源から補助電源への電力中、もしくは充電中は、電力供給系統切替制御部による補助電源からモータ側への電力供給を遮断し、補助電源からモータ側への電力供給の遮断を補助電源の蓄電量が閾値まで維持するので、充電後の蓄電量を直ちに閾値に達するまで復帰できるとともに、補助電源からモータ側への電力供給の開始を可能にできる。
本構成によれば、運転者がステアリングホイールの操作時に、モータによるアシスト力が減少することを事前に認識することが可能となり、不快感を低減することができる。また、補助電源の蓄電量が減少していることを把握することができる。
また、上述の各構成において補助電源をリチウムイオンキャパシタにより構成することが可能であり、本構成によれば、モータ側に高い電力を供給できるとともに、充電を速やかに行うことが可能となる。
操舵機構10は、車両の運転席に設けられたコラム12と、運転手によって回転操作可能なステアリングホイール14と、コラム12内においてステアリングホイール14の回転中心部と連結されたシャフト15と、シャフト15と舵取り機構30とを連結する中間シャフト16とを備える。
舵取り機構30は、シャフト15の回転力を直線運動に変換して操舵輪に伝達するラックアンドピニオン機構を主たる構成とする。ラックアンドピニオン機構は、中間シャフト16とともに回転するピニオンギア31と、ピニオンギア31の回転を車体幅方向への直線運動に変換するラック軸32と備える。ピニオンギア31及びラック軸32は、車体に固定されるケーシング33内に収容される。
アシスト機構50は、運転者によるステアリングホイール14の操舵力を操舵トルクTとして検出するトルクセンサ52と、操舵トルクTに応じたアシスト力を発生するアシストモータ54と、アシストモータ54の駆動を制御するモータ制御装置60と、モータ制御装置60に供給する電力を制御する電源制御装置70とを備える。
なお、本実施形態においては、アシストモータ54の駆動によりラック軸32を直動動作させるものとしたが、シャフト15、中間シャフト16、或いはピニオン軸31aを回転動作させる構成としてもよい。
図2に示すように、モータ制御装置60は、モータ電流算出部62と、電流値比較部63と、制御信号生成部64とを備える。なお、以下に説明するモータ制御装置60及び電源制御装置70の各部は、プログラムに従ったCPUの処理機能を表すものである。
主電源5は、アシストモータ54の他、車両に設けられた各種電気負荷200に電力を供給する電源であり、例えば12Vを定格電圧とする鉛蓄電池、リチウムイオン電池、或いはニッケル水素電池などの2次電池である。ここで、各種電気負荷とは、主電源5から供給される電力に基づいて駆動する電気負荷である。電気負荷としては、エンジン、トランスミッション、ブレーキ、アクティブスタビライザ、エアサスペンション等を駆動する各種アクチュエータや、これらを制御する制御装置等が挙げられる。また、オーディオ装置や空調装置、ヘッドランプ、フォグランプ等のランプ類、カーナビゲーションやパワーウィンドを駆動するアクチュエータ等をも含む。
図3は、操舵操作による補助電源のセル電圧変化の一例及び各モードとの関係を示すグラフであり、補助電源の電圧変化を2つの閾値により監視し、閾値に対するセル電圧により補助電源に対して実行される各モードを示している。
蓄電量監視部72は、補助電源6と接続され、補助電源6に蓄電されている蓄電残量(以下蓄電量という)を検出することにより、補助電源6からモータ駆動制御部66に電力を供給可能か、或いは充電を必要としているかについて監視する。本実施形態では、蓄電量監視部72は、補助電源6の蓄電量の増減により変化する補助電源6のセル毎のセル電圧値(以下セル電圧という)を検出することで補助電源6の蓄電量を監視するものとして説明する。
具体的には図3に示すように、蓄電量監視部72は、補助電源6を構成する各セルのセル電圧と、予め設定された2つの閾値(α1,α2)とを比較することにより補助電源6の蓄電量を監視する。ここで、閾値α1は、1つのセルの蓄電量が減少したときの充電開始の基準となる電圧値に対応する値に設定され、補助電源6を構成する1つのセルの完全放電時の電圧よりも高く、1つのセルの蓄電量が満充電状態を示す電圧値に対応する値の閾値α2よりも低く設定される。
なお、閾値α1,α2の設定は、補助電源6の種別により任意に設定可能である。例えば、補助電源6をリチウムイオンキャパシタにより構成する場合には、閾値α1を補助電源6の完全放電時の電圧よりも高く設定し、閾値α2を閾値α1よりも高く、かつ、補助電源6の完全充電時の電圧よりも低く設定するのが望ましい。即ち、一般にリチウムイオンキャパシタは、使用に適した上限電圧が設定されているため、上限電圧を超える充電がなされた場合には性能劣化を引き起こす可能性がある。よって、閾値α2を予め上限電圧未満に設定することが望ましい。一方、補助電源6を電気二重層キャパシタにより構成する場合には、性能劣化の懸念が少ないため、閾値α2を完全充電時の電圧と同値に設定してもよい。
詳細については後述するが、蓄電量監視部72により出力される電圧低下信号s4又は充電完了信号s5の入力により、充電制御部76が補助電源6に対する充電を開始又は停止するとともに、電力供給系統切替制御部78が補助電源6からのモータ駆動制御部66への電力の供給を遮断又は維持する。
電力供給状態監視部74は、補助電源6からモータ駆動制御部66側への電力供給がなされていないことに基づいて、後述の充電制御部76に対して充電許可信号s8を出力する。
電力供給系統切替制御部78は、電力供給切替信号s1が入力したことに基づいて、FET93のゲート端子への電圧信号の印加を停止するとともに、FET94のゲート端子へ電圧信号を印加する。これにより、主電源5と補助電源6とが電気的に直列に接続された状態となり、主電源5及び補助電源6からの電力が矢印X2に示す供給ルートでモータ駆動制御部66側に供給される。
即ち、電力供給系統切替制御部78は、電力供給切替信号s1の入力があったことに基づいて、矢印X1で示すモータ駆動制御部66側に対して主電源5のみから電力を供給するデフォルトの電力供給ルートを矢印X2に示す供給ルートに切り替える。
これにより、主電源5からの電力のみが矢印X1に示す供給ルートでモータ駆動制御部66側に供給されるとともに、主電源5からの電力供給が許容された補助電源6への充電が開始される。
即ち、電力供給系統切替制御部78は、充電開始信号s3の入力がある場合には、電力供給切替信号s1の入力がある場合でも電力供給切替信号s1の入力を無効として扱い、補助電源6からモータ駆動制御部66側への電力供給を遮断(禁止)し、補助電源6への充電を優先して実行する。そして、当該補助電源6の放電を禁止し、充電を優先する状態(放電禁止モード)は、充電停止信号s7の入力があるまで維持される。
このように、電力供給系統切替制御部78は、補助電源6の電圧が閾値α1以下となったこと、かつ、モータ駆動制御部66側への電力供給がなされていないことを条件として生成される充電開始信号s3に基づいて、モータ駆動制御部66側への電力供給を遮断(禁止)するとともに、補助電源6への充電を開始させる。
そして、本実施形態においては、補助電源6の電圧が閾値α1以下であっても、補助電源6からモータ駆動制御部66側への電力供給がなされている場合には、充電開始信号s3を出力することなく、矢印X2で示す主電源5及び補助電源6による電力供給を維持する状態(放電許可モード)とし、モータ駆動制御部66側に十分な電力を供給する構成としている。
図4(a)に示すように、モータ制御装置60及び電源制御装置70は互いに協働して、モータ制御処理(ステップS100)、充電制御処理(S120)、及び電力供給系統切替処理(ステップS140)を実行する。なお、当該処理はイグニッションスイッチがオンとされてからオフとされるまでの間、繰り返し実行される。
[ステップS102]
図4(b)に示すように、モータ制御装置60は、トルクセンサ52からの操舵トルクTの入力があるかを判定し、入力がある場合にステップS104に処理を移し、入力が無い場合に当該判定を繰り返す。具体的には、運転者によるステアリングホイール14の操作がなされた場合には判定がYESとなり、ステアリングホイール14の操作がなされていない場合(例えば直進走行)には判定がNOとなる。
モータ制御装置60は、トルクセンサ52から入力した操舵トルクT、及び車速センサ8から入力した車速Vに基づいて、アシストモータ54の回転駆動に要する目標電流値Iaを算出してステップS106に処理を移す。
モータ制御装置60は、ステップS104で算出された目標電流値Iaが、主電源5の出力可能な電流値の電流上限値βを上回るかを判定し、電流上限値βを上回る場合にステップS108に処理を移し、電流上限値β以下である場合に目標電流値Iaを制御信号生成部64に出力し、ステップS110に処理を移す。ここで、目標電流値Iaが電流上限値βを上回る場合とは、例えば車体が停止状態で操舵操作が行なわれる、いわゆる据え切り時や、車体が停止又は10km以下程度の低速でステアリングホール14を正方向の最大操舵角から逆方向の最大操舵角まで操舵した場合等が想定される。
モータ制御装置60は、ステップS106において目標電流値Iaが電流上限値βを上回ると判定されたことに基づいて、電源制御装置70に対して電力供給切替信号s1を出力し、ステップS110に処理を移す。当該処理の実行により、条件に応じて電力系統が主電源5から主電源5及び補助電源6に切り替わる。そして条件に応じて目標電流値Ia又は電流上限値βが制御信号生成部64に出力される。
モータ制御装置60は、ステップS106及びステップS108で出力された目標電流値Ia又は上限電流値βに基づいて、アシストモータ54をPWM制御するためのモータ駆動信号を生成し、モータ駆動制御部66に出力して処理を終了する。モータ駆動制御部66は、当該ステップS110で生成されたモータ駆動信号と、主電源5、又は主電源5及び補助電源6から供給される電力に基づいてアシストモータ54を回転駆動させ、ラック軸32を直動動作させるアシスト力を付与する。これにより、運転者は少ない操舵力により、転舵輪4;4を転舵させることができる。
図5(a)は、電源制御装置70により実行される充電制御処理を示すフローチャートである。
[ステップS122]
電源制御装置70は、補助電源6の電圧監視を開始するとともに、補助電源6のセル電圧が予め設定された閾値α2未満であるかを判定する。判定の結果、補助電源6の電圧が閾値α2未満である場合にはステップS124に処理を移し、閾値α2以上である場合には当該処理を繰り返す。
電源制御装置70は、補助電源6の電圧が予め設定された閾値α1以下であるかを判定する。判定の結果、補助電源6の電圧が閾値α1以下である場合にはステップS128に処理を移し、閾値α1を上回る場合にはステップS126に処理を移す。
電源制御装置70は、現在、補助電源6からモータ駆動制御部66に対して電力供給中であるかを判定する。判定の結果、電力供給中の場合にはステップS128に処理を移し、電力供給中でない場合には当該処理を繰り返す。
電源制御装置70は、モータ駆動制御部66への電力供給が継続中でないことに基づき、主電源5から補助電源6への電力供給を許容するように充電回路76Aに電圧信号s11を出力するとともに、充電開始信号s3を出力してステップS130に処理を移す。
電源制御装置70は、補助電源6を構成するすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α2以上であるかを判定する。判定の結果、補助電源6のすべてのセル電圧が閾値α2以上である場合にはステップS136に処理を移し、いずれかのセル電圧が閾値α2未満である場合にはステップS132に処理を移す。
電源制御装置70は、いずれかのセル電圧が閾値α2未満であることに基づき、電力供給系統切替制御部78に電力供給切替信号s1の入力があるかどうかを判定する。判定の結果、電力供給切替信号s1の入力がある場合にはステップS134に処理を移し、電力供給切替信号s1の入力がない場合にはステップS130に処理を移す。
電源制御装置70は、補助電源6のすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α1を上回っているかどうかを判定する。判定の結果、補助電源6のすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α1を上回っている場合にはステップS136に処理を移し、補助電源6のすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α1を上回っていない場合にはステップS130に処理を移す。
電源制御装置70は、主電源5から補助電源6への電力供給を阻止するように充電回路76Aへの電圧信号s11の出力を停止するとともに、充電停止信号s7を出力してステップS122に処理を移す。
電源制御装置70は、補助電源6を構成するすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α2以上であるかを判定する。判定の結果、補助電源6のすべてのセル電圧が閾値α2以上である場合にはステップS136に処理を移し、いずれかのセル電圧が閾値α2未満である場合にはすべてのセル電圧が閾値α2以上となるまで当該処理を繰り返す。
電源制御装置70は、主電源5から補助電源6への電力供給を阻止するように充電回路76Aへの電圧信号s11の出力を停止するとともに、充電停止信号s7を出力してステップS122に処理を移す。
電源制御装置70は、補助電源6を構成するすべてのセルのセル電圧が予め設定された閾値α2以上であるかを判定する。判定の結果、補助電源6のすべてのセル電圧が閾値α2以上である場合にはステップS136に処理を移し、いずれかのセル電圧が閾値α2未満である場合にはステップS132に処理を移す。
電源制御装置70は、いずれかのセル電圧が閾値α2未満であることに基づき、電力供給系統切替制御部78に電力供給切替信号s1が入力されたかどうかを判定する。判定の結果、電力供給切替信号s1が入力されている場合にはステップS136に処理を移し、電力供給切替信号s1が入力されている場合にはステップS130に処理を移す。
電源制御装置70は、主電源5から補助電源6への電力供給を阻止するように充電回路76Aへの電圧信号の出力を停止するとともに、充電停止信号s7を出力してステップS122に処理を移す。
図6は、電源制御装置70により実行される電力供給系統切替処理を示すフローチャートである。
[ステップS142]
電源制御装置70は、前述のステップS108の処理において出力される電力供給切替信号s1が入力したかを判定する。判定の結果、電力供給切替信号s1が入力した場合にステップS144に処理を移し、入力しない場合に処理を終了する。
電源制御装置70は、前述のステップS130の処理において出力される充電開始信号s3が入力したかを判定する。判定の結果、充電開始信号s3が入力した場合にステップS146に処理を移し、入力しない場合にステップS150に処理を移す。
電源制御装置70は、上述のステップS144で充電開始信号s3の入力があると判定されたことに基づいて、放電禁止モードに設定して処理を移す。当該処理の実行により、以後、放電禁止モードが解除されるまでは、モータ駆動制御部66に対して主電源5のみから電力が供給され、補助電源6への充電が継続される。
電源制御装置70は、前述のステップS124で出力される充電停止信号s7が入力したかを判定する。判定の結果、充電停止信号s7が入力した場合にはステップS150に処理を移し、入力しない場合には処理を終了する。
電源制御装置70は、放電許可モードに設定して処理を終了する。当該処理が実行されることにより、以後、再び放電禁止モードが設定されるまで、モータ駆動制御部66に対して主電源5及び補助電源6からの電力が供給される。
また、補助電源6が、蓄電量監視部72による補助電源6の電圧の監視を補助電源6が出力する電圧の基本電圧を構成するセル毎に行うとして説明したが、補助電源6の端子間電圧を監視するようにしても良い。この場合、閾値α1及び閾値α2は、補助電源6の端子間電圧に許容される充電上限値電圧、放電下限値電圧などに基づいて設定すれば良い。
また、上記実施形態において補助電源6の蓄電量を監視するために、閾値α1以下、閾値α2以上等として説明したが、以下でなく未満や下回る、以上でなく上回るなど制御における境界値の設定は任意である。
54 アシストモータ、70 電源制御装置、72 蓄電量監視部、
74 電力供給状態監視部、76 充電制御部、78 電力供給系統切替制御部、
80 報知部。
Claims (4)
- 主電源から供給される電力、又は主電源及び主電源からの電力供給により充電可能な補助電源から供給される電力に基づいて駆動するモータを備えた電動アシスト装置用の電源制御装置であって、
前記主電源から前記補助電源への電力供給を制御する充電制御部と、
前記補助電源から前記モータ側への電力供給を制御する電力供給系統切替制御部と、
前記補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であるかを検出する蓄電量監視部と、
前記補助電源から前記モータ側への電力供給がなされているかを検出する電力供給状態監視部と、
を備え、
前記充電制御部は、蓄電量監視部が前記補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であると検出したこと、かつ、電力供給状態監視部が前記補助電源から前記モータ側への電力供給がなされていないことを検出したことに基づいて前記主電源から補助電源への電力供給を許容して前記補助電源を充電し、
電力供給系統切替制御部は、蓄電量監視部が前記補助電源の蓄電量が予め設定された閾値以下であると検出したこと、かつ、電力供給状態監視部が前記補助電源から前記モータ側への電力供給がなされていることを検出したことに基づいて、前記補助電源からの電力供給を維持することを特徴とする電源制御装置。 - 前記電力供給系統切替制御部は、前記補助電源の充電中に前記補助電源から前記モータ側への電力供給を遮断し、前記補助電源から前記モータ側への電力供給の遮断を前記補助電源の蓄電量が前記閾値に達するまで維持することを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
- 前記電力供給系統切替制御部により、前記補助電源から前記モータ側への電力供給が遮断されたことに基づいて、前記モータが前記主電源から供給される電力のみにより駆動されることを報知する報知部を更に備えたことを特徴とする請求項2に記載の電源制御装置。
- 前記補助電源は、リチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の電源制御装置。
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