JP4666623B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来から公知の電動パワーステアリング装置において、特許文献１は、電動パワーステアリング装置とエアコンとの同時作動が指令された場合に、電動パワーステアリング装置の電気負荷の大きさに基づいてエアコンの消費電力を逆方向に制御し、これによりエンジンストールを防止することを提案している。
特開２００４−１８９１４０号公報

上記した従来公報によれば、電動パワーステアリング装置の作動指令時に、エンジンにより機械駆動されるエアコンの起動指令を遅延させることにより、電動パワーステアリング作動とエアコン起動との両方によりエンジン回転数が低下してエンジンストールを招くことを防止することができる。

しかしながら、電動パワーステアリング装置はしばしば大電力を消費する場合があり、この時、エンジン回転数維持及びバッテリ電圧維持のためのフィードバック制御系のレスポンス遅れのためにバッテリが一時的に大放電することが知られている。

ところが、バッテリの劣化が大きく進行していたり、その残存容量が小さかったりする場合があり、この場合には、エンジン始動後に電動パワーステアリング装置が大電力を消費すると、それによりバッテリ電圧が低下して電動パワーステアリング装置のモータへの給電が不足したり、このモータを御する電動パワーステアリング装置の制御装置の安定動作が保証できないという懸念が生じ、たとえばエンジン始動後に走行開始しても操舵アシストができない可能性が生じる。この懸念を減らすには車載バッテリを大容量化することが有効であるが、それは車両重量やエンジンルーム内の部品スペースの増大を招くため、車両の小型軽量化の目的に反する。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、車載バッテリの重量体格を増大することなく、動作信頼性を向上可能な電動パワーステアリング装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する第１、第２発明の電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車載バッテリから給電されて操舵をアシストするアシストトルクを発生する操舵アシストモータと、検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵アシストモータに前記アシストトルクの発生を指令する操舵モータ制御装置とを備える公知の電動パワーステアリング装置に適用される。この種の電動パワーステアリング装置はよく知られており、これ以上の説明は省略する。

第１、第２発明では特に、バッテリ状態検出手段によりバッテリの電圧及び電流から、操舵アシストモータの最大電力消費時における前記バッテリの電圧である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を推定し、この最大電力消費時バッテリ電圧推定値が電動パワーステアリング装置の最低動作保証電圧を下回る場合に、少なくとも最大電力消費時バッテリ電圧推定値がこの最低動作保証電圧を上回る範囲までバッテリに接続された所定の電気負荷の消費電力低減を指令する。なお、ここで言う消費電力低減はこの電気負荷の全面的な遮断でもよく、その消費電力の部分的な低減でもよい。

このようにすれば、バッテリの劣化や残存容量の低下に起因して電動パワーステアリング装置の消費電力増大時にバッテリ電圧が低下することにより、電動パワーステアリング装置の動作が不安定となったり、必要性能を発揮できないという問題を解決することができる。たとえば、電動パワーステアリング装置に大きな操舵トルクアシストを指令する場合、劣化が進行したバッテリや残存容量が小さいバッテリでは、この時のバッテリ電圧は大きく低下し、その結果として電動パワーステアリング装置の制御装置の最低許容電源電圧を下回り、電動パワーステアリング装置を確実に制御できない可能性が生じる。これに対して、この発明では、電動パワーステアリング装置の作動によりバッテリ電圧が電動パワーステアリング装置の最低動作保証電圧を下回ると判定した場合に、バッテリから給電する特定の電気負荷の消費電力の低減を行うので、電動パワーステアリング装置の動作を安全に確保することができる。なお、特定の電気負荷としては、エアコンやデフロスタなど車両走行に直接関係がない電気負荷が選択される。なお、上記に言う電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値は、電動パワーステアリング装置の最大電力消費より多少（たとえば３０％）小さい値又は多少（たとえば３０％）大きい値としてもよい。前者の場合には節電による不具合を減らすことができ、後者の場合には電動パワーステアリング装置の動作余裕を拡大することができる。

第１発明では更に、バッテリ状態検出手段は、操舵アシストモータへの通電時に前記バッテリの電圧及び電流を検出する。このようにすれば、最新の電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値を精度よく検出することができるため、正確にバッテリ電圧が電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値を下回るかどうか判定することができる。

第２発明では更に、バッテリ状態検出手段は、エンジン始動時（スタータモータ通電時）に前記バッテリの電圧及び電流を検出する。このようにすれば、最新の電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値を精度よく検出することができるため、正確にバッテリ電圧が電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値を下回るかどうか判定することができる。更に、長期の車両停止時後に車両を始動させた場合でも、速やかに電動パワーステアリング装置の動作保証のための上記バッテリ状態判定を行うことができる。

好適な態様において、バッテリ状態検出手段は、操舵アシストモータへの通電時及びエンジン始動時にバッテリの電圧及び電流を検出し、バッテリ演算手段は、操舵アシストモータの最大電力消費時におけるバッテリの電圧である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を、検出したバッテリの電圧及び電流の最近値に基づいて演算する。このようにすれば、電動パワーステアリング装置の最大電力消費時バッテリ電圧推定値を操舵アシストモータ通電時とエンジン始動時との両方において実施するため、エンジン始動直後に電動パワーステアリング装置の動作信頼性を確保できるとともに、その後も最新のバッテリ状態に基づいて電動パワーステアリング装置の動作信頼性を確保することができる。

好適な態様において、バッテリ電圧回復手段は、上記消費電力低減を、最大電力消費動作が前記操舵モータへ指令される際に行う。このようにすれば、電気負荷の節電を必要最小限とすることができる。

好適な態様において、前記バッテリ電圧回復手段は、前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値に応じて前記電気負荷の消費電力低減の程度を変更する。このようにすれば、節電による不具合を抑制しつつ電動パワーステアリング装置の動作信頼性を確保することができる。なお、消費電力低減の対象とする電気負荷を予め定められた重要度に応じて変更してもよい。

好適な態様において、バッテリ電圧回復手段は、電気負荷の消費電力低減実施後、最大電力消費時バッテリ電圧推定値が最低動作保証電圧以上に回復した場合に、電気負荷の消費電力低減を停止する。このようにすれば、電気負荷の消費電力低減による不便を最小とすることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置の好適態様を以下の実施例により具体的に説明する。

図１はこの実施例の車両用電気系を示すブロック回路図である。バッテリ１は、電源ライン２を通じて電動パワーステアリング装置３、電気負荷A、電気負荷B、負荷コントローラ４及びその他の電気負荷に給電し、また発電機５から給電されている。電動パワーステアリング装置３は操舵アシストトルク発生のためのたとえばブラシレスDCモータからなるアシストモータ、それを制御するモータコントローラ、操舵トルクを検出してモータコントローラに出力する操舵トルクセンサを内蔵している。この種のモータコントローラでは操舵トルクに正相関を有するアシストトルクを発生させるようにモータへの通電電流を発生させる。この種の電動パワーステアリング装置３の構成と動作は周知のためこれ以上の説明は省略する。

なお、電気負荷A及び電気負荷Bは、内部にその消費電力を制御するための制御手段を内蔵している。この種の制御手段としては半導体パワースイッチング素子でもよく、あるいは電磁リレーでもよい。６はバッテリ１の充放電電流を検出する電流センサである。電流センサ６としてはたとえばホール素子形式のものでもよく、低抵抗形式のものでもよい。

負荷コントローラ４は、電動パワーステアリング装置３の動作確保のために電気負荷A、Bの消費電力を制御するための制御装置である。電気負荷Ａ、Ｂは負荷コントローラ４以外に、たとえば手動操作による手動運転や、所定のセンサの検出信号に基づく自動制御を行うが、これらの制御はこの実施例の要旨ではないため説明を省略する。電気負荷Ａとしてはたとえばエアコンを採用することができ、電気負荷Ｂとしてはデフロスタやその他のアニメティ系の電気負荷を採用することができる。負荷コントローラ４はバッテリ１の電圧と電流とから、電動パワーステアリング装置３が最大電力消費状態で作動する場合のバッテリ電圧値である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を推定し、この最大電力消費時バッテリ電圧推定値が電動パワーステアリング装置３の安全な電源電圧値である最低動作保障電圧を下回らないように電気負荷Ａ、Ｂの消費電力を調節する。

負荷コントローラ４の具体的な動作を図２に示すフローチャートを参照して説明する。

なお、図２に示す制御動作はエンジン始動とともにスタートされる。エンジンが始動されると、所定のリセット動作の後、バッテリ電圧Vとバッテリ電流Iとが読み込まれる（Ｓ１００）。ただし、この採取は、バッテリ電流Ｉはエンジン始動用のスタータ電流が大きい時間帯と、その後、エンジン始動が完了してスタータモータへの通電が停止された時間帯とで行われる。バッテリ電流Ｉが大きい状態で採取したバッテリ電圧Ｖの値をVb、バッテリ電流Ｉの値をIbとし、バッテリ電流Ｉが小さい状態で採取したバッテリ電圧Ｖの値をVｓ、バッテリ電流の値をIsとすると、
ΔV＝VｓーVb＝ｒ×（IbーIs）＝ｒ×ΔI
となる。この式に採取したバッテリ電圧Ｖとバッテリ電流Ｉとを代入してバッテリ１の内部抵抗ｒを算出し、この内部抵抗ｒを用いて電動パワーステアリング装置３が最大消費電力を消費する場合のバッテリ電圧Ｖの値（最大電力消費時バッテリ電圧推定値）Vxを推定する（Ｓ１０２）。

次に、推定した最大電力消費時バッテリ電圧推定値Vxが予め設定した最低動作保証電圧Vthより大きいかどうかを判定し（Ｓ１０４）、以下であれば後述する節電制御を開始し（Ｓ１０６）、大きければこの節電制御をオフする（Ｓ１０８）。次に、電動パワーステアリング装置３が所定時以上の電力消費を伴う操舵アシストモータへの通電を行っているかどうかを判定し（Ｓ１１０）、行っていればこの時のバッテリ電圧Ｖとバッテリ電流Ｉとを採取するべくステップＳ１００にリターンし、行っていなければそれが行われるまで待機する。なお、この操舵アシストモータへの通電時のバッテリ電圧Ｖとバッテリ電流Ｉとの採取は、内部抵抗ｒの演算のためにエンジン始動時と同様、十分に差がある二つの電流レベル間で行われる必要がある。

最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘの推定動作について以下に説明する。この推定には種々の方式があるが、この実施例では演算を簡単とするために以下の方法を用いる。まず、電動パワーステアリング装置３がその最大電力消費時に消費する電流をImaxとする。電源系が均衡状態にある時、電動パワーステアリング装置３の消費電流が０からImaxに増大し、このImaxをバッテリ１が負担すると、バッテリ１の電圧はImax×ｒだけ余分に低下する。したがって、現在のバッテリ電圧ＶからImax×ｒだけ減算した値が最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘとなる。したがって、この求めた最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘが予め記憶する電動パワーステアリング装置３の最低動作保証電圧Ｖｔｈ以下となるかどうかにより、ステップＳ１０６の節電制御の実施の必要性を判定すればよい。なお、ここで言う最低動作保証電圧Ｖｔｈは、電動パワーステアリング装置３の操舵アシストモータがこの電圧にて必要な最大トルクを発生できるレベルとする他に、電動パワーステアリング装置３のモータ制御装置や負荷コントローラ４が正常に動作可能なレベルとする必要がある。

ステップＳ１０６の節電制御の一例を説明する。この節電制御は、車両走行に関係がない電気負荷、たとえば電動エアコンの消費電力を制御することによりなされる。電動エアコン以外のラジオや音響装置、デフロスタなどの消費電力を制御してもよい。その他、車両走行に必要な機器の消費電力であっても短時間のオフ又は消費電力低下が可能な場合には、電動パワーステアリング装置３が最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘでの動作を行うに際してこれら車両走行に必要な機器の短時間の消費電力節減を行っても良い。このような車両走行に必要な機器としてはたとえばラジエータファンなどが挙げられる。

ステップＳ１０６の通電制御の一例を説明する。ただし、フローチャートの図示は省略する。まず最大電力消費での動作が指令されたかどうかを電動パワーステアリング装置３から受信する信号により判定し、指令されたら電気負荷Ａ、Ｂのうち、現在通電中の方を遮断する。また、両方通電されている場合には最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘの大きさに応じてその一方又は両方を遮断する。更に、電気負荷Ａ、Ｂの両方に通電されていない場合には、その他の電気負荷のうち、重要度が低い負荷を選択して遮断する。これにより、電動パワーステアリング装置３が最大電力消費動作に移行しても、電気負荷の遮断によりバッテリ１の放電電流の増加が抑止されるため、バッテリ電圧Ｖの低下が減少し、電動パワーステアリング装置３のモータ制御装置などの電源電圧をその許容最低レベル以上に確保することができる。

なお、上記実施例では、最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘが最低動作保証電圧Ｖｔｈ以下の場合において最大電力消費動作が必要な際の電気負荷Ａ、Ｂの遮断動作のみを説明したが、最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘの大きさに応じて電気負荷Ａ、Ｂの消費電力を段階的あるいは無段階に制御してもよいことは明白である。

（変形態様）
その他、最大電力消費時バッテリ電圧推定値Ｖｘが最低動作保証電圧Ｖｔｈ以下であることを判定した場合には、その後に電動パワーステアリング装置３が最大電力消費モードで作動するのに備えて、発電機５に指令してバッテリ電圧Ｖを高く維持するように発電を増加するように指令しても良い。この指令を実施すると、バッテリ１の充電が促進されるため、バッテリ劣化が深く進行していない場合にはその内部抵抗ｒの低減を図ることもできる。この発電機５の発電電圧制御の一例を図３に示す。もちろん、図３の制御は図２の制御と一緒に実施することができる。

実施例の電動パワーステアリング装置への給電状態を示すブロック回路図である。 図１の負荷コントローラの負荷制御動作を示すフローチャートである。 図１の負荷コントローラの変形態様を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
２ 電源ライン
３ 電動パワーステアリング装置
４ 負荷コントローラ
５ 発電機

Claims (6)

1. 操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車載バッテリから給電されて操舵をアシストするアシストトルクを発生する操舵アシストモータと、検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵アシストモータに前記アシストトルクの発生を指令する操舵モータ制御装置とを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵アシストモータへの通電時に前記バッテリの電圧及び電流を検出するバッテリ状態検出手段と、
   前記操舵アシストモータの最大電力消費時における前記バッテリの電圧である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を、検出した前記バッテリの電圧及び電流に基づいて演算するバッテリ演算手段と、
   演算した前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値が前記電動パワーステアリング装置の最低動作保証電圧を下回る場合に、前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値が前記最低動作保証電圧を少なくとも上回るまで、前記バッテリに接続された所定の電気負荷の消費電力低減を指令するバッテリ電圧回復手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車載バッテリから給電されて操舵をアシストするアシストトルクを発生する操舵アシストモータと、検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵アシストモータに前記アシストトルクの発生を指令する操舵モータ制御装置とを備える電動パワーステアリング装置において、
   エンジン始動時に前記バッテリの電圧及び電流を検出するバッテリ状態検出手段と、
   前記操舵アシストモータの最大電力消費時における前記バッテリの電圧である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を、検出した前記バッテリの電圧及び電流に基づいて演算するバッテリ演算手段と、
   演算した前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値が前記電動パワーステアリング装置の最低動作保証電圧を下回る場合に、前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値が前記最低動作保証電圧を少なくとも上回るまで、前記バッテリに接続された所定の電気負荷の消費電力低減を指令するバッテリ電圧回復手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１及び２記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記バッテリ状態検出手段は、
   前記操舵アシストモータへの通電時及びエンジン始動時に前記バッテリの電圧及び電流を検出し、
   前記バッテリ演算手段は、
   前記操舵アシストモータの最大電力消費時における前記バッテリの電圧である最大電力消費時バッテリ電圧推定値を、検出した前記バッテリの電圧及び電流の最大値に基づいて演算する電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記バッテリ電圧回復手段は、
   前記消費電力の遮断又は低減を、最大電力消費動作が前記操舵モータへ指令される際に行う電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記バッテリ電圧回復手段は、
   前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値に応じて前記電気負荷の消費電力低減の程度を変更する電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記バッテリ電圧回復手段は、
   電気負荷の消費電力低減の実施後、前記最大電力消費時バッテリ電圧推定値が前記最低動作保証電圧以上に回復した場合に、前記消費電力低減を停止する電動パワーステアリング装置。

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