JP4391611B2 - 車両用電源診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両始動以前および車両を始動する時または車両運転中に車両内で現在のバッテリの電流、電圧を把握し、予め記憶されているバッテリの異常時の特性値と比較して故障劣化診断を行うことができる車両用電源診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実開平１−６７５８４号公報に開示してある、従来のバッテリ診断方法は、全国に多数あるガソリンスタンドや自動車整備工場でバッテリに診断用の負荷を数秒間接続してバッテリを放電させバッテリの端子の電圧を基準のバッテリ端子電圧と比較し、良否判定を行うものは知られている。
【０００３】
また、特公平１−３９０６９号公報に開示してある従来のバッテリ診断方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、この検出値に基づいてバッテリの起電力および短絡電流を算出し、これを予め実験的に求めた最大出力とバッテリ残容量の相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出し、このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っているものは知られている。
【０００４】
図１７に従来のバッテリ診断方法のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図を示す。
図１７において、横軸は放電電流Ｉｂ、縦軸はバッテリの端子電圧Ｖｂ、実線ａは測定された放電特性（Ｖｂ−Ｉｂ特性）をそれぞれ示している。
【０００５】
スタータ駆動時（クランキング時）のように大電流の放電域においては、この放電特性は、ほとんど直線で近似することができる。
また、バッテリの起電力Ｅｏは、この直線で近似した放電特性のＩｂ＝０にした値から求められ、バッテリを短絡したデッドショート電流Ｉｓは、直線で近似した放電特性のＶｂ＝０にした値から求められる。
【０００６】
このデッドショート電流Ｉｓと起電力Ｅｏとを乗算すると、バッテリから取り出し得る最大電力の４倍の値Ｐｏが得られ、これはｂの部分の面積で表わすことができる。
また、ｃの部分の面積は、Ｐｏ／４になり、バッテリの最大出力に対応していて、この面積がバッテリの残容量となる。
このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
全国に多数あるガソリンスタンドや自動車整備工場で行う従来のバッテリ診断は、診断設備を有する特定の場所に出向かなければ診断ができなく不便であるという課題がある。
また、車両を始動する時および自動車を運転しながら現在のバッテリ容量を把握することができず、バッテリの容量不足による走行障害に対処できないという課題がある。
【０００８】
図１８は従来のバッテリ診断方法の二つのバッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図を示す。
図１８において、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出する従来のバッテリ診断方法は、バッテリの起電圧と短絡電流より残容量を計算するので、起電圧が大きく短絡電流が小さい、例えば充電放電サイクル末期の劣化したバッテリを充電したような状態（バッテリ１）と、起電圧が小さく短絡電流が大きい、例えば充電放電サイクルは初期でありながら放電深度の深い状態（バッテリ２）とは、バッテリの残容量からは区別が付かない。
【０００９】
ここで、たとえば車両の負荷電流ＩLが、バッテリより持ち出された時、バッテリ１とバッテリ２では、バッテリ１の端子電圧は、ＥL1であり、バッテリ２の端子電圧は、ＥL2になりバッテリ２の端子電圧がバッテリ１の端子電圧より大きく、端子電圧に差（ＥL2＞ＥL1）が生じる。
【００１０】
例えばある制御装置の最低作動電圧をＶthとすると、バッテリ２の端子電圧ＥL2は、最低作動電圧Ｖthより大きい（ＥL2＞Ｖth）ため作動可能であるが、バッテリ１においては、端子電圧ＥL1は、最低作動電圧Ｖthより小さく（ＥL1＜Ｖth）なり作動不可能になる制御装置が出てくるという課題がある。
【００１１】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は車両始動以前および車両を始動する時または車両運転中に車両内で、現在のバッテリの端子電圧、電流を把握し、予め記憶された異常時のバッテリの特性値と比較して、バッテリの異常、または劣化診断を行うことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用電源診断装置は、車両に搭載したバッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、検出した端子電圧値および放電電流値とに基づいて異常を判定する異常判定手段とを備え、車両の前輪の操舵系車両用可変舵角比操舵装置に適用される車両用電源診断装置であり、上記異常判定手段が、検出した上記の端子電圧値および放電電流値と、記憶手段に予め記憶されたバッテリの異常時の特性値とを比較することに基づいて上記異常の判定を行った時には、前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置の舵角比を正常時よりも小さくするように切り替える制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る異常判定手段は、異常判定手段によって現在のバッテリの端子電圧と電流を把握し、予め記憶された異常時のバッテリ特性値と比較することに基づきバッテリが異常であると判断された時には、前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置に適用することにより、バッテリの異常時に舵角比を切り替える制御手段によってその舵角比を正常時よりも小さくするように切り替えるようにしたため、電源からの消費電流を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、この発明に係る異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に異常と判定するので、エンジン始動前にバッテリの劣化および異常を検出することができ、ドライバーにバッテリの異常を警告することができる。
【００１６】
さらに、この発明に係る異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、タイマ設定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、タイマ設定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定するので、エンジン始動中のバッテリの劣化および異常を検出することができ、走行前にドライバーにバッテリの異常を警告することができる。
【００１８】
また、この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定することを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定するので、放置（半ドア、ライト消し忘れ等）後の走行前にバッテリの放電状態を検知することができる。
【００２０】
さらに、この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリの端子電圧を端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値を記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、車両の始動前および車両を始動する時、または車両運転中に車両内で現在のバッテリの端子電圧、電流を把握し、バッテリの異常劣化診断を行うものである。
【００３５】
図１はこの発明に係る車両用電源診断装置の全体構成図である。
図１において、車両用電源診断装置１は、電流検出手段３、端子電圧検出手段４、異常判定手段６、電流制限手段７、異常警告手段８、バッテリ２、イグニッションスイッチ９、バックアップ電源１０、発電器１１、ダイオード２０とで構成される。
【００３６】
電流検出手段３は、たとえばオペレーショナルアンプおよび電流検出抵抗から成る差動増幅器、Ａ／Ｄ変換手段等で構成され、バッテリ２、イグニッションスイッチ９を経て供給されるバッテリの端子電圧Ｖｂに基づいて、電流検知抵抗に流れる電流により発生する電圧降下を差動増幅し、出力された電圧値と電流検知抵抗との関係から電流を求めることができ、この出力された電圧値をディジタル値に変換し、さらに対応した電流値に変換して異常判定手段６に検出電流信号Ｉｄとして供給する。
【００３７】
図２は電流検出手段の一実施例構成図を示す。
図２において、電流検出手段３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、検知抵抗Ｒｄと、検出した出力電圧Ｅａを出力する差動増幅器３０、出力電圧Ｅａを対応した電流値に変換する電流変換手段２９とで構成する。
【００３８】
図２の構成で検知抵抗Ｒｄの両端の検出電圧Ｖｉ、差動増幅器３０の入力が図２に示すように設定されると、差動増幅器３０の出力電圧Ｅａは、数１で表わせる。
【００３９】
【数１】
Ｅａ＝（Ｒ２／Ｒ１）＊Ｖｉ
【００４０】
但し、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｒｄは検知抵抗、Ｅａは出力電圧、Ｖｉは検知抵抗Ｒｄの両端の検出電圧である。
また、数１は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３が等しく（Ｒ１＝Ｒ３）、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４が等しい（Ｒ２＝Ｒ４）時のＥａとＶｉの関係を表わす。
さらに、出力電圧Ｅａは、５Ｖ未満（Ｅａ＜５Ｖ）となるようにＲ１と、Ｒ２を設定する。
これにより端子電流Ｉｂは、検出電流信号Ｉｄに変換される。
【００４１】
端子電圧検出手段４は、オペレーショナルアンプ、抵抗で構成される反転増幅回路とＡ／Ｄ変換手段等からなり、バッテリ２から、イグニッションスイッチ９を経て供給されるバッテリの端子電圧Ｖｂは、反転増幅回路の抵抗と出力電圧より算出できるので、反転増幅回路の出力電圧を求め、この反転増幅回路の出力電圧をディジタル値に変換し、バッテリの端子電圧Ｖｂを端子電圧信号Ｖｄとして異常判定手段６に供給する。
【００４２】
また、端子電圧検出手段４は、車両の放置時（半ドア、長期放置、ライト消し忘れ等）におけるバッテリの状態を検出するために使用され、イグニッションスイッチがオフでもバッテリの端子電圧Ｖｃを検出する。
このイグニッションスイッチがオフの時のバッテリの端子電圧Ｖｃを端子電圧信号Ｖｅとして異常判定手段６に供給する。
【００４３】
異常判定手段６は、マイクロプロセッサを基本に各種演算回路、処理回路、信号発生回路、メモリ等で構成し、相関関係算出手段、タイマ、異常判定手段、記憶消去手段等を備える。
また、異常判定手段６は、電流検出手段３と端子電圧検出手段４で検出された検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧信号Ｖｄとに基づいて記憶回路に記憶されている異常バッテリの境界値と比較し、バッテリを異常と判定すると異常信号Ｋｃを電流制限手段７および異常警告手段８に供給する。
また、この異常信号Ｋｃは、バッテリの交換時まで出力し続ける。
【００４４】
電流制限手段７は、リレー、トランジスタ等の切替器で構成され、異常判定手段６でバッテリ異常と判定された時、異常判定手段６から異常信号Ｋｃが供給され、車両の走行中に電流供給を制限しても支障の少ない電気設備（オーディオ、エアコン、ナビゲーション等）に対して電流の遮断を行うための電流制限信号Ｋｄを出力する。
【００４５】
また、電流制限手段７は、発電器１１からの発電器異常信号Ｋｅが入力された時に、この発電器異常信号Ｋｅにより、車両の走行中に電流供給を制限しても支障の少ない電気設備（オーディオ、エアコン、ナビゲーション等）に対して電流の遮断を行うための電流制限信号Ｋｄを出力する。
【００４６】
異常警告手段８は、フリップフロップのような２値状態になる論理回路と可視表示のできるランプ等で構成され、異常判定手段６でバッテリ異常と判定された時、異常判定手段６から異常信号Ｋｃが供給され、この異常信号Ｋｃにより論理回路が起動され、ランプを付けて異常状態を表示する。
この状態は一度動作するとバッテリの端子電圧Ｖｂが復帰しても復旧することはなく、図示しない専用の警告解除手段を用いて解除するまで警告を発し続ける。
【００４７】
また、異常警告手段８は、発電器１１からの発電器異常信号Ｋｅが入力された時に、この発電器異常信号Ｋｅにより論理回路が起動され、ランプを付けて異常状態を表示する。
【００４８】
バッテリ２は、充電可能な電解液が入った鉛蓄電池が多く使用され、１２Ｖまたは２４Ｖのバッテリを使用する。
また、バッテリの使用目的は、エンジン始動時にスタータに充分な電力を供給することにあるが、始動装置を働かせる場合には、短時間に大電流の放電を要求する。
この放電電流が大きくなると、放電初期の端子電圧の電圧降下も大きく放電終止電圧に達する時間も急激に短くなる。
【００４９】
バックアップ電源１０は、小容量の予備の電源に使用するのが目的の電池で、バッテリ２の端子電圧Ｖｃが低下して車両用電源診断装置１の端子電圧検出手段４や異常判定手段６にある記憶手段の記憶機能が電圧低下によって作動不能になるのを防止するために、切り替えて使用するもので、バッテリ２からの端子電圧Ｖｃが低下した時に、端子電圧検出手段４および異常判定手段６に内蔵されたダイオードによりバックアップ電源１０に自動的に切替えることができ、バックアップ電源の端子電圧Ｖｆを端子電圧検出手段４および異常判定手段６に供給する。
なお、ダイオード２０は、バックアップ電源１０の充電ラインに設けられた逆流防止用ダイオードである。
【００５０】
発電器１１は、エンジンによって駆動される発電機と、整流器および逆流防止ダイオード、レギュレータ、発電電圧異常検出回路等によって構成され、発電機によって発電された交流電圧を整流して直流電圧に直し、さらにレギュレータによって出力電圧を一定に制御して、直流電流をバッテリ２とバッテリ１０に、充電電流として供給し、またバッテリ２とバッテリ１０からの電流の逆流防止にダイオードを内部接続している。
さらに、発電器内部にある図示しない発電電圧異常検出回路等により、発電電圧に異常があれば発電器異常信号Ｋｅを電流制限手段７と異常警告手段８に出力する。
【００５１】
図３は、この発明に係る異常判定手段の要部ブロック図である。
図３において、異常判定手段６は、比較判別手段１４、記憶手段１５、タイマ１６、記憶消去手段１８とで構成する。
比較判別手段１４は、マイクロプロセッサ、各種演算器、タイマ、複数の比較器等で構成され、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄの同時入力に基づいて、記憶手段１５から供給される特性信号Ｈｋと比較判別し、特性信号Ｈｋを下回った時に異常と判定し異常信号Ｋｃを、電流制限手段７と、異常警告手段８とに供給する。
【００５２】
また、比較判別手段１４は、イグニッションスイッチ９を投入時の、まだ電装品が起動していない状態の時に、端子電圧検出手段４で検出された端子電圧信号Ｖｄを入力し、予め記憶手段１５に設定してある、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧値と比較し、所定値よりも低い時に異常と判定し、異常信号Ｋｃを電流制限手段７と、異常警告手段８とに供給する。
【００５３】
さらに、比較判別手段１４は、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段４で検出された端子電圧信号Ｖｄを入力し、この入力時からタイマを起動して所定の時間経過した時の端子電圧信号Ｖｄを、予め設定してある、記憶手段１５から供給される特性信号Ｈｋと比較判別し、これよりも低い時に異常信号Ｋｃを、電流制限手段７と異常警告手段８とに供給する。
【００５４】
なお、特性信号Ｈｋは、バッテリの異常値の境界値信号、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧信号、端子電圧検出手段４から入力されるバッテリ電圧信号等を表わす。
【００５５】
記憶手段１５は、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶回路で構成し、予め入力されているバッテリの異常値の境界値と、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧信号、端子電圧検出手段４から供給される端子電圧信号Ｖｅ等を記憶している。
また、記憶手段１５は、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄと、端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄとが比較判別手段１４に同時供給されるのとタイミングを合せて、バッテリの異常値の境界値の特性信号Ｈｋを比較判別手段１４に供給する。
さらに、記憶手段１５は、タイマ１６からの起動信号Ｂｃによりイグニッションスイッチの投入時の特性信号Ｈｋを比較判別手段１４に供給する。
【００５６】
タイマ１６は、所定時間が設定できるプログラマブルタイマで構成し、エンジン始動のクランキングが開始するとイグニッションスイッチの信号でタイマを起動し、所定時間経過後に起動信号Ｂｃを出力する。
【００５７】
記憶消去手段１８は、ノンロックスイッチで構成し、片側が接地されている。
また、記憶消去手段１８は、バッテリ交換時にノンロックスイッチが押されると、記憶手段１５に接地信号Ｈｉが出力され、記憶手段１５に記憶してある端子電圧信号Ｖｅを所定値にリセットする。
【００５８】
図４はこの発明に係る異常または正常バッテリの境界特性図である。
図４において、境界特性Ｃで囲まれた範囲内の端子電圧値およびバッテリ電流値が検出された時は、バッテリの異常である。
境界特性Ｃは、バッテリから大電流（例えば、エンジンスタート時のクランキングやリアデフォッガの通電等）が持出された時およびＩＧＳＷ投入時のバッテリ電圧、バッテリ電流に基づいて算出された境界値特性である。
【００５９】
また、記憶手段１５には、境界特性Ｃの値が記憶されていて、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄの検出値と、予め記憶手段１５に記憶されたバッテリ電流値および端子電圧値（境界特性Ｃ）とを比較し、検出値が記憶手段１５に記憶されている値を下回った時に異常と判別する。
【００６０】
このバッテリの正常または異常の判別は、一定のタイミングで行われているが、特にエンジンスタート時もしくは、ＩＧＳＷ投入後、所定時間内にリヤデフォッガを通電する時には必ず行われる。
【００６１】
図５はこの発明に係るイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図である。
図５において、図５（ａ）は、イグニッションスイッチのオン・オフ状態を示し、図５（ｂ）は、イグニッションスイッチのオン・オフ状態の時の端子電圧を示し、この端子電圧の値によりバッテリの異常を判定する。
【００６２】
イグニッションスイッチ９投入時の、電装品を何も起動していない状態の時のバッテリ端子電圧信号Ｖｂを端子電圧検出手段４で検出し、この検出したバッテリの端子電圧信号Ｖｄを異常判定手段６の比較判別手段１４で比較し、記憶手段１５からの特性信号Ｈｋと比較し、所定値Ｖｇより小さい時はバッテリ異常と判定する。
【００６３】
図６はこの発明に係るエンジン始動クランキング時のバッテリ端子電圧の特性図である。
図６において、クランキング時のバッテリの端子電圧Ｖｂを端子電圧検出手段４で検出し、この値を異常判定手段６の比較判別手段１４で比較し、所定時間（ｔｃ）以内に、記憶手段１５からの特性信号Ｈｋより求められる所定値Ｖｘ以下となった時にバッテリ異常と判定する。
この特性図で、状態Ａは正常なバッテリを使用した時の特性図であり、状態Ｂは、例えば充電放電サイクル末期の劣化した異常のバッテリである。
【００６４】
図７はこの発明に係る車両放置時（半ドア、ライト消し忘れ等）におけるイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図である。
図７において、図７の（ａ）は、イグニッションスイッチをオンオフした図であり、（ｂ）は、例えばヘッドライトを消し忘れた時のバッテリ負荷電流の特性図、（ｃ）は、同端子電圧の特性図である。
【００６５】
この図７からイグニッションスイッチ９をオフにした時に、例えばヘッドライトを消し忘れるとバッテリ電流が流れ続け、その結果バッテリの端子電圧は低下する。
このイグニッションスイッチ９をオフにした時にもバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段４および記憶手段１５により検出と記憶をする。
【００６６】
ここでバッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回った時に、端子電圧検出手段４および記憶手段１５が作動できなくなるので、バックアップ電源に切換えて端子電圧検出手段４および記憶手段１５が正常に動作するようにするため、バッテリ端子電圧を確実に記憶できる。
このバッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回った時は、次のイグニッションスイッチ９投入時に異常警告手段８内にランプを付けて異常状態を表示し、警告を発する。
【００６７】
また、エンジンスタートができないほどバッテリが過放電した場合で、外部からジャンプスタートでエンジンを始動した場合でも、バッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回ったという以前のバッテリ状態の記憶データを読みだし、異常警告手段８内にランプを付けて異常状態を表示し、警告を発する。
この警告は一度発するとバッテリ電圧が復帰しても停止しないで、図示しない警告解除装置を用いて解除するまで発し続ける。
【００６８】
図８はこの発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態基本構成図である。
さらにこの操舵装置には電動パワーステアリング装置９７も設けられている。
そして操舵トルクに応じた補助トルクをラック軸に付加するように構成されている。
図８において、可変舵角比操舵装置４１は、ハンドル４４、ステアリングシャフト４５、自在継ぎ手４６、可変舵角比機構６５の入力軸４７および出力軸（ピニオン）４８、出力軸４８のピニオンと係合するラック軸４９、操向車輪５０、車両用電源診断装置１とを備える。
【００６９】
また、可変舵角比操舵装置４１は、可変舵角比機構６５の駆動系を構成する電動機Ｍ２、可変舵角比機構６５のセンサ系を構成し、実舵角比を検出して電気的な実舵角比ＣJに変換する舵角比センサ５２、車両の車速Ｖを検出する車速センサ５１を備える。
【００７０】
さらに、可変舵角比操舵装置４１は、可変舵角比機構６５の制御系である舵角比制御手段５４と、駆動系である舵角比用電動機Ｍ２を備える。
【００７１】
ドライバーがハンドル４４を操作すると、ハンドル舵角に応じた回転角がステアリングシャフト４５および自在継ぎ手４６を介して可変舵角比機構６５の入力軸４７に伝達する。
【００７２】
入力軸４７の外周には、入力軸４７の中心（Ａ）を偏心させながら中心（Ｏ）で回転する可動ハウジング（図示せず）を備え、この可動ハウジングは舵角比用電動機Ｍ２に接続されたウォームギア（図示せず）により回転する。
ウォームギアにより回転された可動ハウジングの変位量を舵角比センサ５２で検出し、この変位量に対応した電気信号を可変舵角比機構６５の実舵角比信号ＣJとして舵角比制御手段５４に供給する。
また、車速センサ５１が検出した車速に対応した電気信号を車速信号Ｖとして舵角比制御手段５４に供給する。
【００７３】
舵角比制御手段５４は、車速センサ５１から供給される車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号ＣSを発生し、この目標舵角比信号ＣSと実舵角比信号ＣJとの偏差（ＣS−ＣJ）に基づいて電動機電圧ＶM2を制御し、舵角比用電動機Ｍ２をＰＷＭ駆動してウォームギアを介して可動ハウジングを回転し、実舵角比信号ＣJと目標舵角比信号ＣSが等しくなるよう制御する。
【００７４】
また、舵角比制御手段５４は、車両用電源診断装置１から供給される異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比信号ＣS1を発生し、この目標舵角比信号ＣS1を目標舵角比信号ＣSとし、実舵角比信号ＣJとの偏差（ＣS−ＣJ）に基づいて電動機電圧ＶM2を制御し、バッテリおよび電源装置に異常があった時は、ラックストロークに対するハンドル回転角が大きくなる。
【００７５】
目標舵角比信号ＣSとは、ハンドル４４の操舵角（α）に対する操向車輪５０の転舵角（β）の目標とする比を規定するものであり、例えば仮に目標舵角比信号ＣSが０.５に設定された状態で、操舵角（α）を６０度に設定すると転舵角（β）は３０度に設定されるような目標の値である。
【００７６】
また、実舵角比信号ＣJとは、目標舵角比信号ＣSが車速信号Ｖで設定されると、可変舵角比機構６５で実際に具現化される値であり、ハンドル４４の実際の操舵角（α）に対する出力軸４８のピニオンの回転運動をラック軸４９の直線運動に変換して操向車輪５０を転舵した場合の実際の転舵角（β）の比である。
【００７７】
図９はこの発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図である。
図９において、可変舵角比操舵装置４１は、車速センサ５１、舵角比センサ５２、舵角比制御手段５４、可変舵角比機構６５、舵角比用電動機Ｍ２、車両用電源診断装置１とを備える。
車速センサ５１は、車両のスピードメータ等で構成し、車速を電気信号に変換し、車速信号Ｖとして舵角比制御手段５４に供給する。
【００７８】
舵角比センサ５２は、変位センサ等で構成し、舵角比用電動機Ｍ２で可変舵角比機構６５のウォームギアの回転に伴って回転する可変ハウジングの変位量ＴMを検出し、この変位量ＴMが可変舵角比機構６５に供給され、可変舵角比機構６５からメカ的な位置信号Ｐｊが舵角比センサ５２に供給され、このメカ的な位置信号Ｐｊを電気信号に変換し、実舵角比信号ＣJとして舵角比制御手段５４の偏差演算手段６２に供給する。
【００７９】
舵角比制御手段５４は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、メモリ、アナログ回路等で構成し、目標舵角比設定手段６１、偏差演算手段６２、舵角比駆動制御手段６３、舵角比用電動機駆動手段６４を備える。
【００８０】
目標舵角比設定手段６１は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値に基づいて決定した図１０に示す車速信号Ｖ−目標舵角比ＣSデータと、異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比ＣS1データとが記憶され、車速センサ５１から車速信号Ｖが供給されると対応する目標舵角比ＣSデータを読み出し、目標舵角比信号ＣSを偏差演算手段６２に供給する。
【００８１】
また、目標舵角比設定手段６１は、車両用電源診断装置１から異常信号Ｋｃが供給されると正常時の目標舵角比ＣSよりも小さい目標舵角比ＣS1データを読み出し、目標舵角比信号ＣS1を目標舵角比信号ＣSとして偏差演算手段６２に供給して舵角比を変更する。
これにより操舵トルクが小さくなるので、電動パワーステアリング装置で発生させる補助トルクが減少し、電動パワーステアリング装置における電流の消費を抑制できる。
【００８２】
舵角比制御手段５４は、異常信号Ｋｃが供給されると、車速信号Ｖがあっても、車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号ＣSを発生しないで、異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比信号ＣS1を発生し、ラックストロークに対するハンドル回転角を大きくする。
この時、目標舵角比信号ＣS1は、車速信号Ｖにかかわらず一定であるので、異常信号ＫCが出力されている間は舵角比用電動機Ｍ2を駆動する必要がなくなり、電流の消費を抑制できる。
【００８３】
なお、目標舵角比信号ＣSは、図８に示すハンドル４４の操舵角αに対する操向車輪５０の目標転舵角βSの比（βS／α）を表し、図１０に示すように、車速信号Ｖが大きくなるに従って減少するように設定する。
また、実舵角比信号ＣJは、目標舵角比信号ＣSによって可変舵角比機構６５が駆動され、ハンドル４４の操舵角αに対する操向車輪５０の実転舵角βJの比（βJ／α）を表す。
【００８４】
図１１は可変舵角比操舵装置のラックストロークとハンドル回転角の特性図である。
図１１において、車両用電源診断装置１が正常時には、ハンドル操舵角が片側１８０度から３６０度でラックが片側フルストールする舵角比設定がなされているが、車両用電源診断装置１の異常時には、ハンドル操舵角が片側５４０度でラックが片側フルストールするように舵角比設定を変更する。
【００８５】
このように、車両用電源診断装置１が異常を検出した時、異常警告手段８により異常を警告するとともに可変舵角比操舵装置４１により舵角比を正常時よりも小さくして電動パワーステアリング装置によるアシスト量を低減させて電動パワーステアリング装置の電流の消費を抑制する。
【００８６】
偏差演算手段６２は、減算機能を備え、目標舵角比設定手段６１から供給される目標舵角比信号ＣSと舵角比センサ５２から供給される実舵角比信号ＣJとの偏差ΔＣ（＝ＣS−ＣJ）を演算し、偏差信号ΔＣを舵角比駆動制御手段６３に供給する。
【００８７】
舵角比駆動制御手段６３は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号を発生する制御信号発生手段等で構成し、偏差演算手段６２から供給される偏差信号ΔＣに基づいて駆動制御信号Ｖ02を舵角比用電動機駆動手段６４に供給する。
【００８８】
舵角比用電動機駆動手段６４は、比較的小電力の容量を有する４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等で構成し、舵角比駆動制御手段６３から供給される駆動制御信号Ｖ02に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）の電動機電圧ＶM2を発生して舵角比用電動機Ｍ２をＰＷＭ駆動し、舵角比用電動機Ｍ２を正回転または逆回転する。
【００８９】
なお、舵角比制御手段５４は、舵角比センサ５２から実舵角比信号ＣJを偏差演算手段６２に供給することにより、負帰還（ＮＦＢ：Negative Feedback）制御を形成する。
【００９０】
この負帰還（ＮＦＢ：Negative Feedback）制御により、可変舵角比機構６５は、短い時間で目標舵角比信号ＣSと実舵角比信号ＣJとの偏差ΔＣ（＝ＣS−ＣJ）は０となり、実舵角比信号ＣJは目標舵角比信号ＣSに一致（ＣJ＝ＣS）する。
例えば、舵角比が０.５に設定されている場合、図８に示すハンドル４４を３０度回転（操舵角３０°）させると操向車輪５０も追従して１５度（転舵角１５°）回転することになる。
【００９１】
可変舵角比操舵装置４１の原理を図１２に基づいて説明する。
図１２はこの発明に係る可変舵角比操舵装置の動作原理説明図である。
図１２において、Ａ点は入力軸４７の回転中心であり、既に説明したように車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号（ＣS）に基づいて舵角比用電動機Ｍ２を駆動することにより、可動ハウジングを回転させてＸ1方向またはＸ2方向に移動させることができる。
【００９２】
Ｂ点は出力軸４８の回転中心であってＣ点はＢ点から一定距離だけ偏心した位置にあり、Ｃ点とＢ点の関係を石臼に例えるとＣ点が作用点、Ｂ点が石臼の中心となる。
また、Ａ点の回転はＣ点に伝わるので、Ｂ点からＡ点の距離をａ、Ｂ点からＣ点の距離をｂとすると、操舵角αとピニオンの回転角γの関係は数２で表される。
なお、転舵角β＝Ｋ＊γ（Ｋ：定数）で表わされる。
【００９３】
【数２】
ｂ＊ｓｉｎγ＝（ｂ＊ｃｏｓγ−ａ）＊ｔａｎα
【００９４】
なお、図１２はハンドル４４を時計回り方向（右操舵）の場合について示したものであるが、反時計回り方向（左操舵）の場合にも同様な関係にある。
なお、可変舵角比操舵装置４１の具体的構成については、特開平７−２５７４０６号公報により公知であるので、詳細な説明は割愛する。
【００９５】
図１３はこの発明に係る可変舵角比機構の操舵角α−ピニオンの回転角γ特性図である。
図１３において、操舵角αに対するピニオンの回転角γは、例えば車速Ｖが低車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａO（＝０）とすると、ピニオンの回転角γと操舵角αの比は１である。
【００９６】
また、車速が中車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａ1で、ピニオンの回転角γと操舵角αの比（転舵角比）は１より小さい値となる。
【００９７】
さらに、車速が高車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａ2で、ピニオンの回転角γと操舵角αの比（転舵角比）は１より更に小さい値となる。
【００９８】
このように、可変舵角比操舵装置４１は操舵角αに対するピニオンの回転角γ（結果として転舵角β）を車速が低車速から高車速になるにつれて小さく設定するので、低車速では速い操舵特性が得られ、高車速では安定した操舵特性が得られる。
【００９９】
可変操舵比操舵装置４１は、舵角比用電動機Ｍ2によりＢ点からＡ点の距離ａを変更することにより、車速をパラメータとした操舵角αに対するピニオンの回転角γを１対１の関係に設定するが、異常信号Ｋｃが供給されると距離ａを固定値ａ＝ａ3（ａ3＞ａ2）とするので、車速が変化しても距離ａは変化せず、したがって舵角比用電動機Ｍ2は駆動されないので電流の消費を抑制できる。
【０１００】
図１４はこの発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態基本構成図である。
図１４において、電動パワーステアリング装置３１は、車速センサ９３、操舵トルクセンサ９２、電動機駆動手段３５、電動機３６、電動機トルク信号検出手段３７、制御手段３８、車両用電源診断装置１とを備える。
また、電動パワーステアリング装置３１は、ステアリングホイール７２に一体的に設けられたステアリング軸７３に自在継ぎ手７４ａ、７４ｂを備えた連結軸７４を介し、ステアリング・ギアボックス７５内に設けたラック＆ピニオン機構７６のピニオン７６ａに連結されて手動操舵力発生手段７７を構成する。
【０１０１】
ピニオン７６ａに噛み合うラック歯７８ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸７８は、その両端にタイロッド７９を介して転動輪としての左右の前輪８０を連結する。
【０１０２】
このようにして、ステアリングホイール７２操舵時には、通常のラック＆ピニオン式の手動操舵力発生手段７７を介し、マニュアルステアリングで前輪８０を転動させて車両の向きを変えている。
【０１０３】
手動操舵力発生手段７７による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機３６をラック軸７８と同軸的に配設し、ラック軸７８と同軸に設けられたボールねじ機構９１を介して推力に変換し、ラック軸７８（ボールねじ軸９１ａ）に作用する。
【０１０４】
ステアリング・ギアボックス７５内には、ドライバーの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵トルクセンサ９２を配置し、操舵トルクセンサ９２が検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵トルク信号Ｔｓを制御手段３８に提供する。
また、車速センサ９３は車両の速度に対応した周波数の電気的なパルス信号として検出し、車速信号Ｖｓを制御手段３８に提供する。
【０１０５】
制御手段３８は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、車速信号Ｖｓをパラメータとして操舵トルク信号Ｔｓに対応する電動機制御信号ＶO（例えば、オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を発生して電動機駆動手段３５を駆動制御する。
【０１０６】
また、制御手段３８は、車両用電源診断装置１から供給される異常信号Ｋｃに対応した目標トルク信号ＩT1データを読み出し、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとし、偏差演算手段３３に供給して電動機電流を制限する。
【０１０７】
電動機駆動手段３５は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子４個を用いたブリッジ回路で構成し、制御手段３８から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号ＶOで、対角上の２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動制御することにより、電動機３６に供給する電動機電圧ＶMの電圧値と方向を設定する。
なお、電動機電圧ＶMの方向は、制御手段３８から出力される電動機制御信号ＶOの極性に対応して決定する。
【０１０８】
電動機トルク信号検出手段３７は、電動機３６と直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩMOを制御手段３８に供給する。
【０１０９】
なお、電動機トルク信号検出手段３７は、電流検知素子（例えば、抵抗器）で検出した電動機電流ＩMを電動機電流信号ＩMOに変換して制御手段３８にフィードバック（負帰還）し、ステアリングの制御系の帰還路を形成する。
【０１１０】
図１５はこの発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図である。
図１５において、電動パワーステアリング装置３１は、制御手段３８、電動機駆動手段３５、電動機３６、電動機トルク信号検出手段３７、車両用電源診断装置１を備える。
【０１１１】
操舵トルク信号Ｔは、差動トランス等を用いた変位センサ等で構成する操舵トルクセンサにより、図１４に示すステアリングホイール７２に加えられる操舵トルクを電気信号に変換し、制御手段３８に供給する。
また、車速センサにより検出された車速信号Ｖは、制御手段３８に供給される。
【０１１２】
電動機トルク検出手段３７は、電動機３６に流れる電動機電流ＩMから対応する電動機トルク信号ＩMTを発生し、電動機トルク信号ＩMTを制御手段３８に供給する。
【０１１３】
制御手段３８は、マイクロプロセッサを基本にした各種演算手段、処理手段、メモリ、アナログ回路等で構成し、目標トルク信号設定手段３２、偏差演算手段３３、駆動制御手段３４を備える。
【０１１４】
目標トルク信号設定手段３２は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値に基づいて決定した図１６に示すような車速信号Ｖをパラメータとした正常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩTデータと、操舵トルク信号Ｔのみに対応した異常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩT1データとが記憶され、操舵トルク信号Ｔと、車速信号Ｖが供給されると対応する正常時の目標トルク信号ＩTデータを読み出し、目標トルク信号ＩTを偏差演算手段３３に供給する。
【０１１５】
また、目標トルク信号設定手段３２は、車両用電源診断装置１から異常信号Ｋｃが供給されると、操舵トルクに対応する異常時の目標トルク信号ＩT1データが読み出され、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとして偏差演算手段３３に供給し、電動機電流を制限する。
【０１１６】
制御手段３８は、異常信号Ｋｃが供給されると、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖが供給されても、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに対応した正常時の目標トルク信号ＩTデータを発生しないで、操舵トルク信号Ｔのみに対応した異常時の目標トルク信号ＩT1を発生し、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとして偏差演算手段３３に供給し、ステアリング系に作用するアシスト量を低減する。
【０１１７】
このように、車両用電源診断装置１が異常を検出した時、異常警告手段８により異常を警告するとともにパワーステアリング操舵時の操舵力軽減のためのアシスト量を低減するように制御し、電源系からの消費電流を大幅に低減する。
【０１１８】
偏差演算手段３３は、減算機能を備え、目標トルク信号設定手段３２から供給される目標トルク信号ＩTと電動機トルク検出手段３７から供給される電動機トルク信号ＩMTとの偏差ΔＩ（＝ＩT−ＩMT）を演算し、偏差信号ΔＩを駆動制御手段３４に供給する。
【０１１９】
駆動制御手段３４は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号を発生する電動機制御信号発生手段等で構成し、偏差演算手段３３から偏差信号ΔＩが供給されると、偏差信号ΔＩにＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を施し、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号である電動機制御信号ＶO1を電動機駆動手段３５に供給する。
【０１２０】
電動機駆動手段３５は、大電力の容量を有する４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等で構成し、駆動制御手段３４から供給される駆動制御信号Ｖ01に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）の電動機電圧ＶM1を発生して電動機３６をＰＷＭ駆動し、電動機３６を正回転または逆回転させる。
【０１２１】
このように、車両用電源診断装置が異常のときに、可変舵角比操舵装置を制御して舵角比を変えて電動パワーステアリング装置のアシスト量を低減させたり、電動パワーステアリング装置のアシスト量を減少させてバッテリの消費電流を制限している。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る車両用電源診断装置は、その異常判定手段が、予めバッテリの異常時の境界値を記憶する記憶手段を備え、異常時の境界値と、端子電圧値および放電電流値とに基づいて異常を判定するため、走行前または走行中に運転者にバッテリの異常を警告し、突然のエンジンストールや車両制御装置が機能停止になることを防止することができ、さらに前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置に適用され、上記のようにして判定されたバッテリの異常時に舵角比を切り替える制御手段により電源からの消費電流を大幅に低減でき、車両走行中のバッテリ上がりを防止することができる。
【０１２３】
また、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に異常と判定し、エンジン始動前にバッテリの劣化および異常を検出することができ、ドライバーにバッテリの異常を警告し、走行中のバッテリ上がりを事前に防止することができる。
【０１２４】
さらに、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が所定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定するので、エンジン始動中のバッテリの劣化および異常を検出することができ、走行前にドライバーにバッテリの異常を警告することができ、走行中のバッテリ上がりを事前に防止することができる。
【０１２５】
また、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定するので、放置（半ドア、ライト消し忘れ等）後の走行前にバッテリの放電状態が検知でき、負荷が増加した時のバッテリ上がりの可能性をドライバーに警告することができ、突然のエンジンストールや車両制御装置が機能停止になることを防止できる。
【０１２６】
この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、車両放置時のバッテリの端子電圧を端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値を記憶手段に記憶するので車両を使用していない時のバッテリの電圧状態が車両始動時に検出でき、負荷が増加した時のバッテリ上がりの可能性をドライバーに警告することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る車両用電源診断装置の全体構成図
【図２】電流検出手段の一実施例構成図
【図３】この発明に係る異常判定手段の要部ブロック図
【図４】この発明に係る異常または正常バッテリの境界特性図
【図５】この発明に係るイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図
【図６】この発明に係るエンジン始動クランキング時のバッテリ端子電圧の特性図
【図７】この発明に係る車両放置時（半ドア、ライト消し忘れ等）におけるイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、そのときのバッテリの端子電圧の特性図
【図８】この発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した車両のステアリング装置の実施の形態基本構成図
【図９】この発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図
【図１０】車速信号Ｖ−目標舵角比ＣSデータ
【図１１】車両のステアリング装置のラックストロークとハンドル回転角の特性図
【図１２】この発明に係る可変舵角比操舵装置の動作原理説明図
【図１３】この発明に係る可変操舵比機構の操舵角α−ピニオンの回転角γ特性図
【図１４】この発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態基本構成図
【図１５】この発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図
【図１６】車両用電源診断装置が正常時と異常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩＴ1の特性図
【図１７】従来のバッテリ診断方法のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【図１８】従来のバッテリ診断方法の二つのバッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【符号の説明】
１…車両用電源診断装置、２…バッテリ、３…電流検出手段、４…端子電圧検出手段、６…異常判定手段、７…電流制限手段、８…異常警告手段、９…イグニッションスイッチ、１０…バックアップ電源、１１…発電器、１４…比較判定手段、１５…記憶手段、１６…タイマ、１８…記憶消去手段、２０…ダイオード、２９…電流変換手段、３８，５５…制御手段、４１…可変舵角比操舵装置、３１，４３，９７…電動パワーステアリング装置、５４…舵角比制御手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両始動以前および車両を始動する時または車両運転中に車両内で現在のバッテリの電流、電圧を把握し、予め記憶されているバッテリの異常時の特性値と比較して故障劣化診断を行うことができる車両用電源診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実開平１−６７５８４号公報に開示してある、従来のバッテリ診断方法は、全国に多数あるガソリンスタンドや自動車整備工場でバッテリに診断用の負荷を数秒間接続してバッテリを放電させバッテリの端子の電圧を基準のバッテリ端子電圧と比較し、良否判定を行うものは知られている。
【０００３】
また、特公平１−３９０６９号公報に開示してある従来のバッテリ診断方法は、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出し、この検出値に基づいてバッテリの起電力および短絡電流を算出し、これを予め実験的に求めた最大出力とバッテリ残容量の相関関係を表わす関数に代入し、現在のバッテリ残容量を算出し、このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っているものは知られている。
【０００４】
図１７に従来のバッテリ診断方法のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図を示す。
図１７において、横軸は放電電流Ｉｂ、縦軸はバッテリの端子電圧Ｖｂ、実線ａは測定された放電特性（Ｖｂ−Ｉｂ特性）をそれぞれ示している。
【０００５】
スタータ駆動時（クランキング時）のように大電流の放電域においては、この放電特性は、ほとんど直線で近似することができる。
また、バッテリの起電力Ｅｏは、この直線で近似した放電特性のＩｂ＝０にした値から求められ、バッテリを短絡したデッドショート電流Ｉｓは、直線で近似した放電特性のＶｂ＝０にした値から求められる。
【０００６】
このデッドショート電流Ｉｓと起電力Ｅｏとを乗算すると、バッテリから取り出し得る最大電力の４倍の値Ｐｏが得られ、これはｂの部分の面積で表わすことができる。
また、ｃの部分の面積は、Ｐｏ／４になり、バッテリの最大出力に対応していて、この面積がバッテリの残容量となる。
このバッテリ残容量からバッテリ上がりの防止、交換の時期の予知を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
全国に多数あるガソリンスタンドや自動車整備工場で行う従来のバッテリ診断は、診断設備を有する特定の場所に出向かなければ診断ができなく不便であるという課題がある。
また、車両を始動する時および自動車を運転しながら現在のバッテリ容量を把握することができず、バッテリの容量不足による走行障害に対処できないという課題がある。
【０００８】
図１８は従来のバッテリ診断方法の二つのバッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図を示す。
図１８において、大電流放電中のバッテリ放電電流とバッテリ端子電圧を検出する従来のバッテリ診断方法は、バッテリの起電圧と短絡電流より残容量を計算するので、起電圧が大きく短絡電流が小さい、例えば充電放電サイクル末期の劣化したバッテリを充電したような状態（バッテリ１）と、起電圧が小さく短絡電流が大きい、例えば充電放電サイクルは初期でありながら放電深度の深い状態（バッテリ２）とは、バッテリの残容量からは区別が付かない。
【０００９】
ここで、たとえば車両の負荷電流ＩLが、バッテリより持ち出された時、バッテリ１とバッテリ２では、バッテリ１の端子電圧は、ＥL1であり、バッテリ２の端子電圧は、ＥL2になりバッテリ２の端子電圧がバッテリ１の端子電圧より大きく、端子電圧に差（ＥL2＞ＥL1）が生じる。
【００１０】
例えばある制御装置の最低作動電圧をＶthとすると、バッテリ２の端子電圧ＥL2は、最低作動電圧Ｖthより大きい（ＥL2＞Ｖth）ため作動可能であるが、バッテリ１においては、端子電圧ＥL1は、最低作動電圧Ｖthより小さく（ＥL1＜Ｖth）なり作動不可能になる制御装置が出てくるという課題がある。
【００１１】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は車両始動以前および車両を始動する時または車両運転中に車両内で、現在のバッテリの端子電圧、電流を把握し、予め記憶された異常時のバッテリの特性値と比較して、バッテリの異常、または劣化診断を行うことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用電源診断装置は、車両に搭載したバッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、検出した端子電圧値および放電電流値とに基づいて異常を判定する異常判定手段とを備え、車両の前輪の操舵系車両用可変舵角比操舵装置に適用される車両用電源診断装置であり、上記異常判定手段が、検出した上記の端子電圧値および放電電流値と、記憶手段に予め記憶されたバッテリの異常時の特性値とを比較することに基づいて上記異常の判定を行った時には、前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置の舵角比を正常時よりも小さくするように切り替える制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る異常判定手段は、異常判定手段によって現在のバッテリの端子電圧と電流を把握し、予め記憶された異常時のバッテリ特性値と比較することに基づきバッテリが異常であると判断された時には、前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置に適用することにより、バッテリの異常時に舵角比を切り替える制御手段によってその舵角比を正常時よりも小さくするように切り替えるようにしたため、電源からの消費電流を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、この発明に係る異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に異常と判定するので、エンジン始動前にバッテリの劣化および異常を検出することができ、ドライバーにバッテリの異常を警告することができる。
【００１６】
さらに、この発明に係る異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、タイマ設定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、タイマ設定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定するので、エンジン始動中のバッテリの劣化および異常を検出することができ、走行前にドライバーにバッテリの異常を警告することができる。
【００１８】
また、この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定することを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定するので、放置（半ドア、ライト消し忘れ等）後の走行前にバッテリの放電状態を検知することができる。
【００２０】
さらに、この発明に係る異常判定手段は、車両放置時のバッテリの端子電圧を端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値を記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、車両の始動前および車両を始動する時、または車両運転中に車両内で現在のバッテリの端子電圧、電流を把握し、バッテリの異常劣化診断を行うものである。
【００３５】
図１はこの発明に係る車両用電源診断装置の全体構成図である。
図１において、車両用電源診断装置１は、電流検出手段３、端子電圧検出手段４、異常判定手段６、電流制限手段７、異常警告手段８、バッテリ２、イグニッションスイッチ９、バックアップ電源１０、発電器１１、ダイオード２０とで構成される。
【００３６】
電流検出手段３は、たとえばオペレーショナルアンプおよび電流検出抵抗から成る差動増幅器、Ａ／Ｄ変換手段等で構成され、バッテリ２、イグニッションスイッチ９を経て供給されるバッテリの端子電圧Ｖｂに基づいて、電流検知抵抗に流れる電流により発生する電圧降下を差動増幅し、出力された電圧値と電流検知抵抗との関係から電流を求めることができ、この出力された電圧値をディジタル値に変換し、さらに対応した電流値に変換して異常判定手段６に検出電流信号Ｉｄとして供給する。
【００３７】
図２は電流検出手段の一実施例構成図を示す。
図２において、電流検出手段３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、検知抵抗Ｒｄと、検出した出力電圧Ｅａを出力する差動増幅器３０、出力電圧Ｅａを対応した電流値に変換する電流変換手段２９とで構成する。
【００３８】
図２の構成で検知抵抗Ｒｄの両端の検出電圧Ｖｉ、差動増幅器３０の入力が図２に示すように設定されると、差動増幅器３０の出力電圧Ｅａは、数１で表わせる。
【００３９】
【数１】
Ｅａ＝（Ｒ２／Ｒ１）＊Ｖｉ
【００４０】
但し、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｒｄは検知抵抗、Ｅａは出力電圧、Ｖｉは検知抵抗Ｒｄの両端の検出電圧である。
また、数１は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３が等しく（Ｒ１＝Ｒ３）、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４が等しい（Ｒ２＝Ｒ４）時のＥａとＶｉの関係を表わす。
さらに、出力電圧Ｅａは、５Ｖ未満（Ｅａ＜５Ｖ）となるようにＲ１と、Ｒ２を設定する。
これにより端子電流Ｉｂは、検出電流信号Ｉｄに変換される。
【００４１】
端子電圧検出手段４は、オペレーショナルアンプ、抵抗で構成される反転増幅回路とＡ／Ｄ変換手段等からなり、バッテリ２から、イグニッションスイッチ９を経て供給されるバッテリの端子電圧Ｖｂは、反転増幅回路の抵抗と出力電圧より算出できるので、反転増幅回路の出力電圧を求め、この反転増幅回路の出力電圧をディジタル値に変換し、バッテリの端子電圧Ｖｂを端子電圧信号Ｖｄとして異常判定手段６に供給する。
【００４２】
また、端子電圧検出手段４は、車両の放置時（半ドア、長期放置、ライト消し忘れ等）におけるバッテリの状態を検出するために使用され、イグニッションスイッチがオフでもバッテリの端子電圧Ｖｃを検出する。
このイグニッションスイッチがオフの時のバッテリの端子電圧Ｖｃを端子電圧信号Ｖｅとして異常判定手段６に供給する。
【００４３】
異常判定手段６は、マイクロプロセッサを基本に各種演算回路、処理回路、信号発生回路、メモリ等で構成し、相関関係算出手段、タイマ、異常判定手段、記憶消去手段等を備える。
また、異常判定手段６は、電流検出手段３と端子電圧検出手段４で検出された検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧信号Ｖｄとに基づいて記憶回路に記憶されている異常バッテリの境界値と比較し、バッテリを異常と判定すると異常信号Ｋｃを電流制限手段７および異常警告手段８に供給する。
また、この異常信号Ｋｃは、バッテリの交換時まで出力し続ける。
【００４４】
電流制限手段７は、リレー、トランジスタ等の切替器で構成され、異常判定手段６でバッテリ異常と判定された時、異常判定手段６から異常信号Ｋｃが供給され、車両の走行中に電流供給を制限しても支障の少ない電気設備（オーディオ、エアコン、ナビゲーション等）に対して電流の遮断を行うための電流制限信号Ｋｄを出力する。
【００４５】
また、電流制限手段７は、発電器１１からの発電器異常信号Ｋｅが入力された時に、この発電器異常信号Ｋｅにより、車両の走行中に電流供給を制限しても支障の少ない電気設備（オーディオ、エアコン、ナビゲーション等）に対して電流の遮断を行うための電流制限信号Ｋｄを出力する。
【００４６】
異常警告手段８は、フリップフロップのような２値状態になる論理回路と可視表示のできるランプ等で構成され、異常判定手段６でバッテリ異常と判定された時、異常判定手段６から異常信号Ｋｃが供給され、この異常信号Ｋｃにより論理回路が起動され、ランプを付けて異常状態を表示する。
この状態は一度動作するとバッテリの端子電圧Ｖｂが復帰しても復旧することはなく、図示しない専用の警告解除手段を用いて解除するまで警告を発し続ける。
【００４７】
また、異常警告手段８は、発電器１１からの発電器異常信号Ｋｅが入力された時に、この発電器異常信号Ｋｅにより論理回路が起動され、ランプを付けて異常状態を表示する。
【００４８】
バッテリ２は、充電可能な電解液が入った鉛蓄電池が多く使用され、１２Ｖまたは２４Ｖのバッテリを使用する。
また、バッテリの使用目的は、エンジン始動時にスタータに充分な電力を供給することにあるが、始動装置を働かせる場合には、短時間に大電流の放電を要求する。
この放電電流が大きくなると、放電初期の端子電圧の電圧降下も大きく放電終止電圧に達する時間も急激に短くなる。
【００４９】
バックアップ電源１０は、小容量の予備の電源に使用するのが目的の電池で、バッテリ２の端子電圧Ｖｃが低下して車両用電源診断装置１の端子電圧検出手段４や異常判定手段６にある記憶手段の記憶機能が電圧低下によって作動不能になるのを防止するために、切り替えて使用するもので、バッテリ２からの端子電圧Ｖｃが低下した時に、端子電圧検出手段４および異常判定手段６に内蔵されたダイオードによりバックアップ電源１０に自動的に切替えることができ、バックアップ電源の端子電圧Ｖｆを端子電圧検出手段４および異常判定手段６に供給する。
なお、ダイオード２０は、バックアップ電源１０の充電ラインに設けられた逆流防止用ダイオードである。
【００５０】
発電器１１は、エンジンによって駆動される発電機と、整流器および逆流防止ダイオード、レギュレータ、発電電圧異常検出回路等によって構成され、発電機によって発電された交流電圧を整流して直流電圧に直し、さらにレギュレータによって出力電圧を一定に制御して、直流電流をバッテリ２とバッテリ１０に、充電電流として供給し、またバッテリ２とバッテリ１０からの電流の逆流防止にダイオードを内部接続している。
さらに、発電器内部にある図示しない発電電圧異常検出回路等により、発電電圧に異常があれば発電器異常信号Ｋｅを電流制限手段７と異常警告手段８に出力する。
【００５１】
図３は、この発明に係る異常判定手段の要部ブロック図である。
図３において、異常判定手段６は、比較判別手段１４、記憶手段１５、タイマ１６、記憶消去手段１８とで構成する。
比較判別手段１４は、マイクロプロセッサ、各種演算器、タイマ、複数の比較器等で構成され、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄの同時入力に基づいて、記憶手段１５から供給される特性信号Ｈｋと比較判別し、特性信号Ｈｋを下回った時に異常と判定し異常信号Ｋｃを、電流制限手段７と、異常警告手段８とに供給する。
【００５２】
また、比較判別手段１４は、イグニッションスイッチ９を投入時の、まだ電装品が起動していない状態の時に、端子電圧検出手段４で検出された端子電圧信号Ｖｄを入力し、予め記憶手段１５に設定してある、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧値と比較し、所定値よりも低い時に異常と判定し、異常信号Ｋｃを電流制限手段７と、異常警告手段８とに供給する。
【００５３】
さらに、比較判別手段１４は、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段４で検出された端子電圧信号Ｖｄを入力し、この入力時からタイマを起動して所定の時間経過した時の端子電圧信号Ｖｄを、予め設定してある、記憶手段１５から供給される特性信号Ｈｋと比較判別し、これよりも低い時に異常信号Ｋｃを、電流制限手段７と異常警告手段８とに供給する。
【００５４】
なお、特性信号Ｈｋは、バッテリの異常値の境界値信号、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧信号、端子電圧検出手段４から入力されるバッテリ電圧信号等を表わす。
【００５５】
記憶手段１５は、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶回路で構成し、予め入力されているバッテリの異常値の境界値と、イグニッションスイッチ９を投入時の所定の電圧信号、端子電圧検出手段４から供給される端子電圧信号Ｖｅ等を記憶している。
また、記憶手段１５は、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄと、端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄとが比較判別手段１４に同時供給されるのとタイミングを合せて、バッテリの異常値の境界値の特性信号Ｈｋを比較判別手段１４に供給する。
さらに、記憶手段１５は、タイマ１６からの起動信号Ｂｃによりイグニッションスイッチの投入時の特性信号Ｈｋを比較判別手段１４に供給する。
【００５６】
タイマ１６は、所定時間が設定できるプログラマブルタイマで構成し、エンジン始動のクランキングが開始するとイグニッションスイッチの信号でタイマを起動し、所定時間経過後に起動信号Ｂｃを出力する。
【００５７】
記憶消去手段１８は、ノンロックスイッチで構成し、片側が接地されている。
また、記憶消去手段１８は、バッテリ交換時にノンロックスイッチが押されると、記憶手段１５に接地信号Ｈｉが出力され、記憶手段１５に記憶してある端子電圧信号Ｖｅを所定値にリセットする。
【００５８】
図４はこの発明に係る異常または正常バッテリの境界特性図である。
図４において、境界特性Ｃで囲まれた範囲内の端子電圧値およびバッテリ電流値が検出された時は、バッテリの異常である。
境界特性Ｃは、バッテリから大電流（例えば、エンジンスタート時のクランキングやリアデフォッガの通電等）が持出された時およびＩＧＳＷ投入時のバッテリ電圧、バッテリ電流に基づいて算出された境界値特性である。
【００５９】
また、記憶手段１５には、境界特性Ｃの値が記憶されていて、電流検出手段３からの検出電流信号Ｉｄおよび端子電圧検出手段４からの端子電圧信号Ｖｄの検出値と、予め記憶手段１５に記憶されたバッテリ電流値および端子電圧値（境界特性Ｃ）とを比較し、検出値が記憶手段１５に記憶されている値を下回った時に異常と判別する。
【００６０】
このバッテリの正常または異常の判別は、一定のタイミングで行われているが、特にエンジンスタート時もしくは、ＩＧＳＷ投入後、所定時間内にリヤデフォッガを通電する時には必ず行われる。
【００６１】
図５はこの発明に係るイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図である。
図５において、図５（ａ）は、イグニッションスイッチのオン・オフ状態を示し、図５（ｂ）は、イグニッションスイッチのオン・オフ状態の時の端子電圧を示し、この端子電圧の値によりバッテリの異常を判定する。
【００６２】
イグニッションスイッチ９投入時の、電装品を何も起動していない状態の時のバッテリ端子電圧信号Ｖｂを端子電圧検出手段４で検出し、この検出したバッテリの端子電圧信号Ｖｄを異常判定手段６の比較判別手段１４で比較し、記憶手段１５からの特性信号Ｈｋと比較し、所定値Ｖｇより小さい時はバッテリ異常と判定する。
【００６３】
図６はこの発明に係るエンジン始動クランキング時のバッテリ端子電圧の特性図である。
図６において、クランキング時のバッテリの端子電圧Ｖｂを端子電圧検出手段４で検出し、この値を異常判定手段６の比較判別手段１４で比較し、所定時間（ｔｃ）以内に、記憶手段１５からの特性信号Ｈｋより求められる所定値Ｖｘ以下となった時にバッテリ異常と判定する。
この特性図で、状態Ａは正常なバッテリを使用した時の特性図であり、状態Ｂは、例えば充電放電サイクル末期の劣化した異常のバッテリである。
【００６４】
図７はこの発明に係る車両放置時（半ドア、ライト消し忘れ等）におけるイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図である。
図７において、図７の（ａ）は、イグニッションスイッチをオンオフした図であり、（ｂ）は、例えばヘッドライトを消し忘れた時のバッテリ負荷電流の特性図、（ｃ）は、同端子電圧の特性図である。
【００６５】
この図７からイグニッションスイッチ９をオフにした時に、例えばヘッドライトを消し忘れるとバッテリ電流が流れ続け、その結果バッテリの端子電圧は低下する。
このイグニッションスイッチ９をオフにした時にもバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段４および記憶手段１５により検出と記憶をする。
【００６６】
ここでバッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回った時に、端子電圧検出手段４および記憶手段１５が作動できなくなるので、バックアップ電源に切換えて端子電圧検出手段４および記憶手段１５が正常に動作するようにするため、バッテリ端子電圧を確実に記憶できる。
このバッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回った時は、次のイグニッションスイッチ９投入時に異常警告手段８内にランプを付けて異常状態を表示し、警告を発する。
【００６７】
また、エンジンスタートができないほどバッテリが過放電した場合で、外部からジャンプスタートでエンジンを始動した場合でも、バッテリ端子電圧が所定値Ｖｙを下回ったという以前のバッテリ状態の記憶データを読みだし、異常警告手段８内にランプを付けて異常状態を表示し、警告を発する。
この警告は一度発するとバッテリ電圧が復帰しても停止しないで、図示しない警告解除装置を用いて解除するまで発し続ける。
【００６８】
図８はこの発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態基本構成図である。
さらにこの操舵装置には電動パワーステアリング装置９７も設けられている。
そして操舵トルクに応じた補助トルクをラック軸に付加するように構成されている。
図８において、可変舵角比操舵装置４１は、ハンドル４４、ステアリングシャフト４５、自在継ぎ手４６、可変舵角比機構６５の入力軸４７および出力軸（ピニオン）４８、出力軸４８のピニオンと係合するラック軸４９、操向車輪５０、車両用電源診断装置１とを備える。
【００６９】
また、可変舵角比操舵装置４１は、可変舵角比機構６５の駆動系を構成する電動機Ｍ２、可変舵角比機構６５のセンサ系を構成し、実舵角比を検出して電気的な実舵角比ＣJに変換する舵角比センサ５２、車両の車速Ｖを検出する車速センサ５１を備える。
【００７０】
さらに、可変舵角比操舵装置４１は、可変舵角比機構６５の制御系である舵角比制御手段５４と、駆動系である舵角比用電動機Ｍ２を備える。
【００７１】
ドライバーがハンドル４４を操作すると、ハンドル舵角に応じた回転角がステアリングシャフト４５および自在継ぎ手４６を介して可変舵角比機構６５の入力軸４７に伝達する。
【００７２】
入力軸４７の外周には、入力軸４７の中心（Ａ）を偏心させながら中心（Ｏ）で回転する可動ハウジング（図示せず）を備え、この可動ハウジングは舵角比用電動機Ｍ２に接続されたウォームギア（図示せず）により回転する。
ウォームギアにより回転された可動ハウジングの変位量を舵角比センサ５２で検出し、この変位量に対応した電気信号を可変舵角比機構６５の実舵角比信号ＣJとして舵角比制御手段５４に供給する。
また、車速センサ５１が検出した車速に対応した電気信号を車速信号Ｖとして舵角比制御手段５４に供給する。
【００７３】
舵角比制御手段５４は、車速センサ５１から供給される車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号ＣSを発生し、この目標舵角比信号ＣSと実舵角比信号ＣJとの偏差（ＣS−ＣJ）に基づいて電動機電圧ＶM2を制御し、舵角比用電動機Ｍ２をＰＷＭ駆動してウォームギアを介して可動ハウジングを回転し、実舵角比信号ＣJと目標舵角比信号ＣSが等しくなるよう制御する。
【００７４】
また、舵角比制御手段５４は、車両用電源診断装置１から供給される異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比信号ＣS1を発生し、この目標舵角比信号ＣS1を目標舵角比信号ＣSとし、実舵角比信号ＣJとの偏差（ＣS−ＣJ）に基づいて電動機電圧ＶM2を制御し、バッテリおよび電源装置に異常があった時は、ラックストロークに対するハンドル回転角が大きくなる。
【００７５】
目標舵角比信号ＣSとは、ハンドル４４の操舵角（α）に対する操向車輪５０の転舵角（β）の目標とする比を規定するものであり、例えば仮に目標舵角比信号ＣSが０.５に設定された状態で、操舵角（α）を６０度に設定すると転舵角（β）は３０度に設定されるような目標の値である。
【００７６】
また、実舵角比信号ＣJとは、目標舵角比信号ＣSが車速信号Ｖで設定されると、可変舵角比機構６５で実際に具現化される値であり、ハンドル４４の実際の操舵角（α）に対する出力軸４８のピニオンの回転運動をラック軸４９の直線運動に変換して操向車輪５０を転舵した場合の実際の転舵角（β）の比である。
【００７７】
図９はこの発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図である。
図９において、可変舵角比操舵装置４１は、車速センサ５１、舵角比センサ５２、舵角比制御手段５４、可変舵角比機構６５、舵角比用電動機Ｍ２、車両用電源診断装置１とを備える。
車速センサ５１は、車両のスピードメータ等で構成し、車速を電気信号に変換し、車速信号Ｖとして舵角比制御手段５４に供給する。
【００７８】
舵角比センサ５２は、変位センサ等で構成し、舵角比用電動機Ｍ２で可変舵角比機構６５のウォームギアの回転に伴って回転する可変ハウジングの変位量ＴMを検出し、この変位量ＴMが可変舵角比機構６５に供給され、可変舵角比機構６５からメカ的な位置信号Ｐｊが舵角比センサ５２に供給され、このメカ的な位置信号Ｐｊを電気信号に変換し、実舵角比信号ＣJとして舵角比制御手段５４の偏差演算手段６２に供給する。
【００７９】
舵角比制御手段５４は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、メモリ、アナログ回路等で構成し、目標舵角比設定手段６１、偏差演算手段６２、舵角比駆動制御手段６３、舵角比用電動機駆動手段６４を備える。
【００８０】
目標舵角比設定手段６１は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値に基づいて決定した図１０に示す車速信号Ｖ−目標舵角比ＣSデータと、異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比ＣS1データとが記憶され、車速センサ５１から車速信号Ｖが供給されると対応する目標舵角比ＣSデータを読み出し、目標舵角比信号ＣSを偏差演算手段６２に供給する。
【００８１】
また、目標舵角比設定手段６１は、車両用電源診断装置１から異常信号Ｋｃが供給されると正常時の目標舵角比ＣSよりも小さい目標舵角比ＣS1データを読み出し、目標舵角比信号ＣS1を目標舵角比信号ＣSとして偏差演算手段６２に供給して舵角比を変更する。
これにより操舵トルクが小さくなるので、電動パワーステアリング装置で発生させる補助トルクが減少し、電動パワーステアリング装置における電流の消費を抑制できる。
【００８２】
舵角比制御手段５４は、異常信号Ｋｃが供給されると、車速信号Ｖがあっても、車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号ＣSを発生しないで、異常信号Ｋｃに対応した目標舵角比信号ＣS1を発生し、ラックストロークに対するハンドル回転角を大きくする。
この時、目標舵角比信号ＣS1は、車速信号Ｖにかかわらず一定であるので、異常信号ＫCが出力されている間は舵角比用電動機Ｍ2を駆動する必要がなくなり、電流の消費を抑制できる。
【００８３】
なお、目標舵角比信号ＣSは、図８に示すハンドル４４の操舵角αに対する操向車輪５０の目標転舵角βSの比（βS／α）を表し、図１０に示すように、車速信号Ｖが大きくなるに従って減少するように設定する。
また、実舵角比信号ＣJは、目標舵角比信号ＣSによって可変舵角比機構６５が駆動され、ハンドル４４の操舵角αに対する操向車輪５０の実転舵角βJの比（βJ／α）を表す。
【００８４】
図１１は可変舵角比操舵装置のラックストロークとハンドル回転角の特性図である。
図１１において、車両用電源診断装置１が正常時には、ハンドル操舵角が片側１８０度から３６０度でラックが片側フルストールする舵角比設定がなされているが、車両用電源診断装置１の異常時には、ハンドル操舵角が片側５４０度でラックが片側フルストールするように舵角比設定を変更する。
【００８５】
このように、車両用電源診断装置１が異常を検出した時、異常警告手段８により異常を警告するとともに可変舵角比操舵装置４１により舵角比を正常時よりも小さくして電動パワーステアリング装置によるアシスト量を低減させて電動パワーステアリング装置の電流の消費を抑制する。
【００８６】
偏差演算手段６２は、減算機能を備え、目標舵角比設定手段６１から供給される目標舵角比信号ＣSと舵角比センサ５２から供給される実舵角比信号ＣJとの偏差ΔＣ（＝ＣS−ＣJ）を演算し、偏差信号ΔＣを舵角比駆動制御手段６３に供給する。
【００８７】
舵角比駆動制御手段６３は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号を発生する制御信号発生手段等で構成し、偏差演算手段６２から供給される偏差信号ΔＣに基づいて駆動制御信号Ｖ02を舵角比用電動機駆動手段６４に供給する。
【００８８】
舵角比用電動機駆動手段６４は、比較的小電力の容量を有する４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等で構成し、舵角比駆動制御手段６３から供給される駆動制御信号Ｖ02に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）の電動機電圧ＶM2を発生して舵角比用電動機Ｍ２をＰＷＭ駆動し、舵角比用電動機Ｍ２を正回転または逆回転する。
【００８９】
なお、舵角比制御手段５４は、舵角比センサ５２から実舵角比信号ＣJを偏差演算手段６２に供給することにより、負帰還（ＮＦＢ：Negative Feedback）制御を形成する。
【００９０】
この負帰還（ＮＦＢ：Negative Feedback）制御により、可変舵角比機構６５は、短い時間で目標舵角比信号ＣSと実舵角比信号ＣJとの偏差ΔＣ（＝ＣS−ＣJ）は０となり、実舵角比信号ＣJは目標舵角比信号ＣSに一致（ＣJ＝ＣS）する。
例えば、舵角比が０.５に設定されている場合、図８に示すハンドル４４を３０度回転（操舵角３０°）させると操向車輪５０も追従して１５度（転舵角１５°）回転することになる。
【００９１】
可変舵角比操舵装置４１の原理を図１２に基づいて説明する。
図１２はこの発明に係る可変舵角比操舵装置の動作原理説明図である。
図１２において、Ａ点は入力軸４７の回転中心であり、既に説明したように車速信号Ｖに対応した目標舵角比信号（ＣS）に基づいて舵角比用電動機Ｍ２を駆動することにより、可動ハウジングを回転させてＸ1方向またはＸ2方向に移動させることができる。
【００９２】
Ｂ点は出力軸４８の回転中心であってＣ点はＢ点から一定距離だけ偏心した位置にあり、Ｃ点とＢ点の関係を石臼に例えるとＣ点が作用点、Ｂ点が石臼の中心となる。
また、Ａ点の回転はＣ点に伝わるので、Ｂ点からＡ点の距離をａ、Ｂ点からＣ点の距離をｂとすると、操舵角αとピニオンの回転角γの関係は数２で表される。
なお、転舵角β＝Ｋ＊γ（Ｋ：定数）で表わされる。
【００９３】
【数２】
ｂ＊ｓｉｎγ＝（ｂ＊ｃｏｓγ−ａ）＊ｔａｎα
【００９４】
なお、図１２はハンドル４４を時計回り方向（右操舵）の場合について示したものであるが、反時計回り方向（左操舵）の場合にも同様な関係にある。
なお、可変舵角比操舵装置４１の具体的構成については、特開平７−２５７４０６号公報により公知であるので、詳細な説明は割愛する。
【００９５】
図１３はこの発明に係る可変舵角比機構の操舵角α−ピニオンの回転角γ特性図である。
図１３において、操舵角αに対するピニオンの回転角γは、例えば車速Ｖが低車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａO（＝０）とすると、ピニオンの回転角γと操舵角αの比は１である。
【００９６】
また、車速が中車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａ1で、ピニオンの回転角γと操舵角αの比（転舵角比）は１より小さい値となる。
【００９７】
さらに、車速が高車速領域ではＢ点からＡ点の距離ａ＝ａ2で、ピニオンの回転角γと操舵角αの比（転舵角比）は１より更に小さい値となる。
【００９８】
このように、可変舵角比操舵装置４１は操舵角αに対するピニオンの回転角γ（結果として転舵角β）を車速が低車速から高車速になるにつれて小さく設定するので、低車速では速い操舵特性が得られ、高車速では安定した操舵特性が得られる。
【００９９】
可変操舵比操舵装置４１は、舵角比用電動機Ｍ2によりＢ点からＡ点の距離ａを変更することにより、車速をパラメータとした操舵角αに対するピニオンの回転角γを１対１の関係に設定するが、異常信号Ｋｃが供給されると距離ａを固定値ａ＝ａ3（ａ3＞ａ2）とするので、車速が変化しても距離ａは変化せず、したがって舵角比用電動機Ｍ2は駆動されないので電流の消費を抑制できる。
【０１００】
図１４はこの発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態基本構成図である。
図１４において、電動パワーステアリング装置３１は、車速センサ９３、操舵トルクセンサ９２、電動機駆動手段３５、電動機３６、電動機トルク信号検出手段３７、制御手段３８、車両用電源診断装置１とを備える。
また、電動パワーステアリング装置３１は、ステアリングホイール７２に一体的に設けられたステアリング軸７３に自在継ぎ手７４ａ、７４ｂを備えた連結軸７４を介し、ステアリング・ギアボックス７５内に設けたラック＆ピニオン機構７６のピニオン７６ａに連結されて手動操舵力発生手段７７を構成する。
【０１０１】
ピニオン７６ａに噛み合うラック歯７８ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸７８は、その両端にタイロッド７９を介して転動輪としての左右の前輪８０を連結する。
【０１０２】
このようにして、ステアリングホイール７２操舵時には、通常のラック＆ピニオン式の手動操舵力発生手段７７を介し、マニュアルステアリングで前輪８０を転動させて車両の向きを変えている。
【０１０３】
手動操舵力発生手段７７による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機３６をラック軸７８と同軸的に配設し、ラック軸７８と同軸に設けられたボールねじ機構９１を介して推力に変換し、ラック軸７８（ボールねじ軸９１ａ）に作用する。
【０１０４】
ステアリング・ギアボックス７５内には、ドライバーの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵トルクセンサ９２を配置し、操舵トルクセンサ９２が検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵トルク信号Ｔｓを制御手段３８に提供する。
また、車速センサ９３は車両の速度に対応した周波数の電気的なパルス信号として検出し、車速信号Ｖｓを制御手段３８に提供する。
【０１０５】
制御手段３８は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、車速信号Ｖｓをパラメータとして操舵トルク信号Ｔｓに対応する電動機制御信号ＶO（例えば、オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を発生して電動機駆動手段３５を駆動制御する。
【０１０６】
また、制御手段３８は、車両用電源診断装置１から供給される異常信号Ｋｃに対応した目標トルク信号ＩT1データを読み出し、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとし、偏差演算手段３３に供給して電動機電流を制限する。
【０１０７】
電動機駆動手段３５は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子４個を用いたブリッジ回路で構成し、制御手段３８から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号ＶOで、対角上の２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動制御することにより、電動機３６に供給する電動機電圧ＶMの電圧値と方向を設定する。
なお、電動機電圧ＶMの方向は、制御手段３８から出力される電動機制御信号ＶOの極性に対応して決定する。
【０１０８】
電動機トルク信号検出手段３７は、電動機３６と直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩMOを制御手段３８に供給する。
【０１０９】
なお、電動機トルク信号検出手段３７は、電流検知素子（例えば、抵抗器）で検出した電動機電流ＩMを電動機電流信号ＩMOに変換して制御手段３８にフィードバック（負帰還）し、ステアリングの制御系の帰還路を形成する。
【０１１０】
図１５はこの発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図である。
図１５において、電動パワーステアリング装置３１は、制御手段３８、電動機駆動手段３５、電動機３６、電動機トルク信号検出手段３７、車両用電源診断装置１を備える。
【０１１１】
操舵トルク信号Ｔは、差動トランス等を用いた変位センサ等で構成する操舵トルクセンサにより、図１４に示すステアリングホイール７２に加えられる操舵トルクを電気信号に変換し、制御手段３８に供給する。
また、車速センサにより検出された車速信号Ｖは、制御手段３８に供給される。
【０１１２】
電動機トルク検出手段３７は、電動機３６に流れる電動機電流ＩMから対応する電動機トルク信号ＩMTを発生し、電動機トルク信号ＩMTを制御手段３８に供給する。
【０１１３】
制御手段３８は、マイクロプロセッサを基本にした各種演算手段、処理手段、メモリ、アナログ回路等で構成し、目標トルク信号設定手段３２、偏差演算手段３３、駆動制御手段３４を備える。
【０１１４】
目標トルク信号設定手段３２は、ＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値に基づいて決定した図１６に示すような車速信号Ｖをパラメータとした正常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩTデータと、操舵トルク信号Ｔのみに対応した異常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩT1データとが記憶され、操舵トルク信号Ｔと、車速信号Ｖが供給されると対応する正常時の目標トルク信号ＩTデータを読み出し、目標トルク信号ＩTを偏差演算手段３３に供給する。
【０１１５】
また、目標トルク信号設定手段３２は、車両用電源診断装置１から異常信号Ｋｃが供給されると、操舵トルクに対応する異常時の目標トルク信号ＩT1データが読み出され、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとして偏差演算手段３３に供給し、電動機電流を制限する。
【０１１６】
制御手段３８は、異常信号Ｋｃが供給されると、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖが供給されても、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに対応した正常時の目標トルク信号ＩTデータを発生しないで、操舵トルク信号Ｔのみに対応した異常時の目標トルク信号ＩT1を発生し、この目標トルク信号ＩT1を目標トルク信号ＩTとして偏差演算手段３３に供給し、ステアリング系に作用するアシスト量を低減する。
【０１１７】
このように、車両用電源診断装置１が異常を検出した時、異常警告手段８により異常を警告するとともにパワーステアリング操舵時の操舵力軽減のためのアシスト量を低減するように制御し、電源系からの消費電流を大幅に低減する。
【０１１８】
偏差演算手段３３は、減算機能を備え、目標トルク信号設定手段３２から供給される目標トルク信号ＩTと電動機トルク検出手段３７から供給される電動機トルク信号ＩMTとの偏差ΔＩ（＝ＩT−ＩMT）を演算し、偏差信号ΔＩを駆動制御手段３４に供給する。
【０１１９】
駆動制御手段３４は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラ、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号を発生する電動機制御信号発生手段等で構成し、偏差演算手段３３から偏差信号ΔＩが供給されると、偏差信号ΔＩにＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を施し、ＰＷＭ信号，オン信号，オフ信号の混成信号である電動機制御信号ＶO1を電動機駆動手段３５に供給する。
【０１２０】
電動機駆動手段３５は、大電力の容量を有する４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等で構成し、駆動制御手段３４から供給される駆動制御信号Ｖ01に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）の電動機電圧ＶM1を発生して電動機３６をＰＷＭ駆動し、電動機３６を正回転または逆回転させる。
【０１２１】
このように、車両用電源診断装置が異常のときに、可変舵角比操舵装置を制御して舵角比を変えて電動パワーステアリング装置のアシスト量を低減させたり、電動パワーステアリング装置のアシスト量を減少させてバッテリの消費電流を制限している。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る車両用電源診断装置は、その異常判定手段が、予めバッテリの異常時の境界値を記憶する記憶手段を備え、異常時の境界値と、端子電圧値および放電電流値とに基づいて異常を判定するため、走行前または走行中に運転者にバッテリの異常を警告し、突然のエンジンストールや車両制御装置が機能停止になることを防止することができ、さらに前輪の操舵系に係る車両用可変舵角比操舵装置に適用され、上記のようにして判定されたバッテリの異常時に舵角比を切り替える制御手段により電源からの消費電流を大幅に低減でき、車両走行中のバッテリ上がりを防止することができる。
【０１２３】
また、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が、所定値以下になった時に異常と判定し、エンジン始動前にバッテリの劣化および異常を検出することができ、ドライバーにバッテリの異常を警告し、走行中のバッテリ上がりを事前に防止することができる。
【０１２４】
さらに、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、端子電圧検出手段で検出した端子電圧値が所定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定するので、エンジン始動中のバッテリの劣化および異常を検出することができ、走行前にドライバーにバッテリの異常を警告することができ、走行中のバッテリ上がりを事前に防止することができる。
【０１２５】
また、この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、車両放置時のバッテリ端子電圧を端子電圧検出手段により検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に異常と判定するので、放置（半ドア、ライト消し忘れ等）後の走行前にバッテリの放電状態が検知でき、負荷が増加した時のバッテリ上がりの可能性をドライバーに警告することができ、突然のエンジンストールや車両制御装置が機能停止になることを防止できる。
【０１２６】
この発明に係る車両用電源診断装置の異常判定手段は、車両放置時のバッテリの端子電圧を端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値を記憶手段に記憶するので車両を使用していない時のバッテリの電圧状態が車両始動時に検出でき、負荷が増加した時のバッテリ上がりの可能性をドライバーに警告することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る車両用電源診断装置の全体構成図
【図２】電流検出手段の一実施例構成図
【図３】この発明に係る異常判定手段の要部ブロック図
【図４】この発明に係る異常または正常バッテリの境界特性図
【図５】この発明に係るイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、バッテリの端子電圧の特性図
【図６】この発明に係るエンジン始動クランキング時のバッテリ端子電圧の特性図
【図７】この発明に係る車両放置時（半ドア、ライト消し忘れ等）におけるイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、そのときのバッテリの端子電圧の特性図
【図８】この発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した車両のステアリング装置の実施の形態基本構成図
【図９】この発明に係る車両用電源診断装置を可変舵角比操舵装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図
【図１０】車速信号Ｖ−目標舵角比ＣSデータ
【図１１】車両のステアリング装置のラックストロークとハンドル回転角の特性図
【図１２】この発明に係る可変舵角比操舵装置の動作原理説明図
【図１３】この発明に係る可変操舵比機構の操舵角α−ピニオンの回転角γ特性図
【図１４】この発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態基本構成図
【図１５】この発明に係る車両用電源診断装置を電動パワーステアリング装置に使用した実施の形態要部ブロック構成図
【図１６】車両用電源診断装置が正常時と異常時の操舵トルク信号Ｔ−目標トルク信号ＩＴ1の特性図
【図１７】従来のバッテリ診断方法のバッテリ残容量を算出する、バッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【図１８】従来のバッテリ診断方法の二つのバッテリの放電電流と端子電圧との相関関係を示す特性図
【符号の説明】
１…車両用電源診断装置、２…バッテリ、３…電流検出手段、４…端子電圧検出手段、６…異常判定手段、７…電流制限手段、８…異常警告手段、９…イグニッションスイッチ、１０…バックアップ電源、１１…発電器、１４…比較判定手段、１５…記憶手段、１６…タイマ、１８…記憶消去手段、２０…ダイオード、２９…電流変換手段、３８，５５…制御手段、４１…可変舵角比操舵装置、３１，４３，９７…電動パワーステアリング装置、５４…舵角比制御手段。
Claims (5)
- 車両に搭載したバッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記バッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、検出した端子電圧値および放電電流値とに基づいて異常を判定する異常判定手段とを備え、前記車両の前輪の操舵系の車両用可変舵角比操舵装置に適用される車両用電源診断装置であって、
前記異常判定手段が、検出した前記端子電圧値および前記放電電流値と、記憶手段に予め記憶された前記バッテリの異常時の特性値とを比較することに基づいて前記異常の判定を行った時には、前記前輪の前記操舵系に係る前記車両用可変舵角比操舵装置の舵角比を正常時よりも小さくするように切り替える制御手段を備えることを特徴とする車両用電源診断装置。 - 前記異常判定手段は、イグニッションスイッチ投入時の電装品が起動していない時に、前記端子電圧検出手段で検出した前記端子電圧値が、所定値以下になった時に異常と判定することを特徴とする請求項１記載の車両用電源診断装置。
- 前記異常判定手段は、タイマを備え、エンジン始動のクランキング時に、前記端子電圧検出手段で検出した前記端子電圧値が、タイマ設定の時間以内に所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする請求項１記載の車両用電源診断装置。
- 前記異常判定手段は、車両放置時の前記バッテリの端子電圧を前記端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値が所定値以下になった時に、異常と判定することを特徴とする請求項１記載の車両用電源診断装置。
- 前記異常判定手段は、車両放置時の前記バッテリの端子電圧を前記端子電圧検出手段で検出し、端子電圧値を前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１記載の車両用電源診断装置。
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