JP2015205606A - パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給ラインの信頼性を向上させたパワーステアリングシステムを提供する。
【解決手段】二つの多相コイルを含むモータ１３０と、二つの電源１１１，１１２を含み、モータ１３０の各相コイルへと電力を供給する電源部１１０と、多相コイルに対応して設けられ、電源部１１０からモータ１３０への電力供給線に流れる電流を検出するインバータ１２１、１２２を含み、各相コイルに対して供給される電力を制御する制御部１２０と、を備えたパワーステアリングシステム１００であって、制御部１２０は、一方の多相コイルへの電力供給を停止して、他方の多相コイルへの電力供給を同時に行う際に、電流に基づいて、電力供給線の不良を検出する、パワーステアリングシステム１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーステアリングシステムに関するものである。

従来より、Ｗ／Ｈ（ワイヤーハーネス）、モータ内部巻線、等の故障時であっても、通常制御を継続できるように、電源からモータへの電力供給ラインを冗長構成とするパワーステアリングシステムが知られている。

インバータのショート故障を検出したとき、故障系統のインバータへの出力を停止して、正常系統のインバータへの出力を制御することで、故障系統のインバータ又は巻線で発生する過剰な発熱を防止する多相回転機の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

モータの各相に生じた通電不良を、異常検出手段により検出することで、二相駆動時のモータ回転を円滑化して、安定的にアシスト力を付与できる電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−４８５２４号公報 特開２００９−１６６６１９号公報

しかしながら、車両が直進走行中、パワーステアリングシステムにおいて、モータの通電不良を検出できないと、電力供給ラインの信頼性を低下させてしまうという問題がある。

そこで、電力供給ラインの信頼性を向上させたパワーステアリングシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一態様によれば、
二つの多相コイルを含むモータと、二つの電源を含み、前記モータの各相コイルへと電力を供給する電源部と、前記多相コイルに対応して設けられ、前記電源部から前記モータへの電力供給線に流れる電流を検出するインバータを含み、前記各相コイルに対して供給される前記電力を制御する制御部と、を備えたパワーステアリングシステムであって、
前記制御部は、一方の多相コイルへの電力供給を停止して、他方の多相コイルへの電力供給を同時に行う際に、前記電流に基づいて、前記電力供給線の不良を検出する、パワーステアリングシステムが提供される。

一態様によれば、電力供給ラインの信頼性を向上させたパワーステアリングシステムを提供することができる。

パワーステアリングシステムの構成例を示す図である。 ３相巻線に対する通電制御の一例を示す図である。 ３相巻線に対する通電制御の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜パワーステアリングシステムの構成＞
図１に、本実施の形態に係るパワーステアリングシステムの概略構成の一例を示す。パワーステアリングシステム１００は、電源部１１０、ＥＣＵ（電子制御装置）１２０、モータ１３０、等を含む。パワーステアリングシステム１００は、二系統の電源、二系統のインバータ、二系統のモータを有する完全二重系であり、電源供給ラインは、二重の冗長構成を有している。パワーステアリングシステム１００は、主に、コラム式、ラック式のパワーステアリングシステムに適用することが可能である。なお、本明細書において、電源、インバータ、モータにおけるそれぞれの組合せの単位を「系統」と呼ぶ。

電源部１１０は、第１電源系統１１１、第２電源系統１１２を含み、ＥＣＵ１２０、モータ１３０へと電力を供給する。電源部１１０は、例えば、一方の電源系統が故障した場合、他方の電源系統からＥＣＵ１２０、モータ１３０へと電力を供給する。

第１電源系統１１１は、ＨＶバッテリ１１３（例えば、２８８Ｖの直流電源）、ＤＣＤＣコンバータ１１４（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２は、バッテリ１１５（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２の電力供給性能は、第１電源系統１１１の電力供給性能と比較して低い。

ＥＣＵ（制御部）１２０は、インバータ１２１（第１インバータ系統）、インバータ１２２（第２インバータ系統）、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５、電源リレー２０１、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３、等を含む。

インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０の直流電流と、モータ１３０の交流電流との変換を行う電力交換装置であり、モータ１３０を駆動させる駆動装置でもある。例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、エンジンの動力によりモータ１３０で発電する交流電流を、直流電流に変換して出力する（回生制御）。又、例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０から供給される直流電流を、交流電流に変換してモータ１３０を駆動させる（力行制御）。

インバータ１２１は、電源リレー２０１を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１により制御される。又、インバータ１２１は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３により制御される。

インバータ１２２は、電源リレー２０２を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２により制御される。又、インバータ１２２は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３により制御される。

インバータ１２１及びインバータ１２２は、それぞれ電流モニタを含み、電源部１１０からモータ１３０への電力供給ライン（電力供給線）に流れる電流を検出する。例えば、電流モニタは、電源系統切替リレー２０３の遮断／非遮断を検出し、電源系統からインバータ系統への電力供給ラインに、電流が流れているか否かを検出する。又、例えば、電流モニタは、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３の遮断／非遮断を検出し、インバータ系統からＵ相モータ系統への電力供給ラインに、電流が流れているか否かを検出する。又、例えば、電流モニタは、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４の遮断／非遮断を検出し、インバータ系統からＶ相モータ系統への電力供給ラインに、電流が流れているか否かを検出する。又、例えば、電流モニタは、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５の遮断／非遮断を検出し、インバータ系統からＷ相モータ系統への電力供給ラインに、電流が流れているか否かを検出する。

つまり、ＥＣＵ１２０は、各インバータに含まれる電流モニタにより検出された各系統切替リレーの遮断／非遮断に基づいて、電力供給ラインに通電不良が発生しているか否か（例えば、電力供給ラインが断線しているか否か）を検出する。

モータ（多相交流モータ）１３０は、２組の多相コイル（第１の３相巻線１３１、第２の３相巻線１３２）、ステータ、ロータ、及びシャフト（図示せず）、等を含む。

第１の３相巻線１３１は、インバータ１２１に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を含む３相コイルである。第１の３相巻線１３１の３相端末（ノードＵ１、ノードＶ１、ノードＷ１）と、第１の３相巻線１３１に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２１とは、接続される。

第２の３相巻線１３２は、インバータ１２２に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を含む３相コイルである。第２の３相巻線１３２の３相端末（ノードＵ２、ノードＶ２、ノードＷ２）と、第２の３相巻線１３２に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２２とは、接続される。

ノードＵ１及びノードＵ２は、Ｕモータ系統切替リレー１２３と接続される。ノードＶ１及びノードＶ２は、Ｖモータ系統切替リレー１２４と接続される。ノードＷ１及びノードＷ２は、Ｗモータ系統切替リレー１２５と接続される。

例えば、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の何れかに、通電不良が発生していれば、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５に、正常な電流が流れない。

例えば、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の全てに、通電不良が発生していなければ、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５に、正常な電流が流れる。

ロータは、シャフトと共に回転する部材であり、表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有する。ステータは、ロータを内部に収容しており、回転するロータを支持する。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、各突出部には各相コイルが巻回される。

本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００によれば、ＥＣＵ１２０により、第１の３相巻線１３１への電力供給を停止して、第２の３相巻線１３２の各相コイルへの電力供給を同時に行う（或いは各相コイル毎に電力供給を行う）際に、各系統切替リレーを流れる電流に基づいて、電力供給ラインの通電不良を検出する。これにより、直進走行中の（モータ１３０を回転させていない）車両に発生するモータ１３０の通電不良であっても、正確に検出することができるため、パワーステアリングシステム１００における、電力供給ラインの信頼性を向上させることができる。

＜通電制御の一例＞
図２及び図３を用いて、第１の３相巻線１３１、第２の３相巻線１３２に対する通電制御の一例について説明する。図２及び図３に示す通電制御は、ＥＣＵ１２０によって実行される。

図２は、車両が直進走行中に、ハンドル操作を行わず（モータ１３０に制御電流を流さず）、電力供給ラインの断線検出を行う場合の、ＥＣＵ１２０による通電制御の様子を示している。この場合、インバータ１２２を、電力供給ラインの断線検出のみに利用する。

図３は、車両が直進走行中に、ハンドル操作を行い（モータ１３０に制御電流を流し）、電力供給ラインの断線検出を行う場合の、ＥＣＵ１２０による通電制御の様子を示している。この場合、インバータ１２２を、モータ１３０の駆動制御及び電力供給ラインの断線検出の両方に利用する。

〈ハンドル操作中の場合〉
ハンドル操作中は、インバータ１２１により、第１の３相巻線１３１の各相コイル（Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１））を、順番に通電させ、モータ１３０を回転させる。

インバータ１２１は、ノードＵ１、ノードＶ１より、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）を通電させる。Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）の通電終了と同時に、インバータ１２１は、ノードＶ１、ノードＷ１より、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）を通電させる。Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）の通電終了と同時に、インバータ１２１は、ノードＷ１、ノードＵ１より、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を通電させる。

ハンドル操作の停止（車両が直進走行へ移行する）に伴って、インバータ１２１は、第１の３相巻線１３１への電力供給を停止する。

〈断線検出中に、ハンドル操作を行わない場合〉
車両が直進走行中（断線検出中）に、ハンドル操作を行わない場合、インバータ１２２は、ノードＵ２、ノードＶ２より、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）を、ノードＶ２、ノードＷ２より、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）を、ノードＷ２、ノードＵ２より、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を、同時に通電させ、モータ１３０を回転させない。

インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源系統切替リレー２０３に電流が流れているか否かを検出する。電流が流れている（電源系統切替リレー２０３がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、電源系統からインバータ系統への電力供給ラインは、断線しておらず、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（電源系統切替リレー２０３がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、電源系統からインバータ系統への電力供給ラインは、断線しており、通電不良が発生していることを検出する。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３に電流が流れているか否かを検出する。電流が流れている（Ｕ相モータ系統切替リレー１２３がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＵ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｕ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｕ相モータ系統切替リレー１２３がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＵ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｕ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４に電流が流れている否かを検出する。電流が流れている（Ｖ相モータ系統切替リレー１２４がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＶ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｖ相モータ系統切替リレー１２４がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＶ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５に電流が流れている否かを検出する。電流が流れている（Ｗ相モータ系統切替リレー１２５がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＷ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｗ相モータ系統切替リレー１２５がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＷ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｗ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。

上述のように、ＥＣＵ１２０は、第２の３相巻線１３２の各相コイルを同時に通電させ、各インバータ内の電流モニタにて、各系統切替リレーがオンとなるかオフとなるかを検出することにより、電力供給ラインに通電不良が発生しているか否かを検出する。ＥＣＵ１２０により電力供給ラインの通電不良が検出された場合には、速やかに、フェールセーフ処理を行うことで、パワーステアリングシステム１００を搭載した車両の信頼性及び安全性を高めることができる。

なお、図２では、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を、同時に通電させることにより、電力供給ラインの通電不良の検出を行っているが、各相巻線毎に通電させても良い。

例えば、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）のみを、通電させることにより、Ｕ相の通電不良を検出しても良い。又、例えば、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）のみを、通電させることにより、Ｖ相の通電不良を検出しても良い。又、例えば、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）のみを、通電させることにより、Ｗ相の通電不良を検出しても良い。いずれの場合であっても、ＥＣＵ１２０は、モータ１３０を回転させずに、電力供給ラインの通電不良の検出を行うことがでる。

〈断線検出中に、ハンドル操作を行う場合〉
車両が直進走行中（断線検出中）に、ハンドル操作を行う場合、まず、インバータ１２２は、ノードＵ２、ノードＶ２より、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）を、ノードＶ２、ノードＷ２より、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）を、ノードＷ２、ノードＵ２より、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を、同時に通電させ、モータ１３０を回転させない。そして、ハンドル操作が必要となった場合に、ハンドル操作に必要な電流を、嵩上げして、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を、順番に通電させ、モータ１３０を回転させる。

インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源系統切替リレー２０３に電流が流れているか否かを検出する。電流が流れている（電源系統切替リレー２０３がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、電源系統からインバータ系統への電力供給ラインは、断線しておらず、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（電源系統切替リレー２０３がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、電源系統からインバータ系統への電力供給ラインは、断線しており、通電不良が発生していることを検出する。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３に電流が流れているか否かを検出する。電流が流れている（Ｕ相モータ系統切替リレー１２３がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＵ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｕ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｕ相モータ系統切替リレー１２３がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＵ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｕ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。更に、インバータ１２２は、ノードＵ２、ノードＶ２より、ハンドル操作に必要な電流を、嵩上げして、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）を通電させる。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４に電流が流れている否かを検出する。電流が流れている（Ｖ相モータ系統切替リレー１２４がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＶ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｖ相モータ系統切替リレー１２４がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＶ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。更に、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）の通電終了と同時に、インバータ１２２は、ノードＶ２、ノードＷ２より、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）を通電させる。

同様に、インバータ１２１及びインバータ１２２は、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５に電流が流れている否かを検出する。電流が流れている（Ｗ相モータ系統切替リレー１２５がオンとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＷ相巻線への電力供給ラインは、断線しておらず、Ｖ相巻線には、通電不良が発生していないことを検出する。電流が流れていない（Ｗ相モータ系統切替リレー１２５がオフとなる）場合、ＥＣＵ１２０は、インバータ系統からＷ相巻線への電力供給ラインは、断線しており、Ｗ相巻線には、通電不良が発生していることを検出する。更に、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）の通電終了と同時に、インバータ１２２は、ノードＷ２、ノードＵ２より、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を通電させる。

上述のように、ＥＣＵ１２０は、第２の３相巻線１３２の各相コイルを同時に通電させ、各インバータ内の電流モニタにて、各系統切替リレーがオンとなるかオフとなるかを検出することにより、電力供給ラインに通電不良が発生しているか否かを検出する。そして、断線検出中に、ハンドル操作が必要となった場合には、更に、各相コイルを通電させ、モータ１３０を回転させることで、断線検出と同時にハンドル操作を行うことができる。

なお、多相コイルの通電制御としては、図２及び図３とは、逆の制御を行っても良い。例えば、第２の３相巻線１３２への電力供給を停止し、第１の３相巻線１３１の各相コイルを同時に通電させても良い。少なくとも、パワーステアリングシステムにおいて、電力供給ラインの信頼性を向上させることができれば、多相コイルへの通電の順序は特に限定されない。

又、例えば、モータ１３０内部の２系統の３相巻線の巻線構造、モータ内部の熱バランス等を考慮して、各相コイルへの通電を行うことも可能である。

上述の通電制御によれば、二つの多相コイルへの電力供給を工夫して、電力供給ラインに流れる電流を検出することで、車両が直進走行中であっても、電力供給ラインに通電不良が発生しているか否かを検出できる。又、車両が直進走行中にハンドル操作を行わない場合であっても、車両が直進走行中にハンドル操作を行う場合であっても、通常制御に影響を与えることなく、精度の高い断線検出を行うことができる。従って、パワーステアリングシステム１００における電力供給ラインの信頼性を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１００ パワーステアリングシステム
１１０ 電源部
１１１ 第１電源系統（電源）
１１２ 第２電源系統（電源）
１２０ ＥＣＵ（制御部）
１２１ インバータ
１２２ インバータ
１３０ モータ
１３１ 第１の３相巻線（多相コイル）
１３２ 第２の３相巻線（多相コイル）

Claims (1)

1. 二つの多相コイルを含むモータと、二つの電源を含み、前記モータの各相コイルへと電力を供給する電源部と、前記多相コイルに対応して設けられ、前記電源部から前記モータへの電力供給線に流れる電流を検出するインバータを含み、前記各相コイルに対して供給される前記電力を制御する制御部と、を備えたパワーステアリングシステムであって、
   前記制御部は、一方の多相コイルへの電力供給を停止して、他方の多相コイルへの電力供給を同時に行う際に、前記電流に基づいて、前記電力供給線の不良を検出する、パワーステアリングシステム。

Images