JP5056282B2

JP5056282B2 - ステアリング装置のモータ制御装置

Info

Publication number: JP5056282B2
Application number: JP2007229844A
Authority: JP
Inventors: 順土持; 由信冷水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP2009061844A

Description

本発明はステアリング装置のモータ制御装置に関する。さらに詳しくは、主電源とともに補助電源を備えており、電動モータの駆動力を利用するステアリング装置におけるモータ制御装置に関する。

自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置は必要とされる操舵補助力が大きいほど、モータに大電流を流す必要があるので、車載バッテリだけでは電力が不足することがある。そこで、通常は主電源である車載バッテリからモータに電力を供給するが、車庫入れ時や駐車時などの負荷増大によって主電源の端子電圧が低下してきたときは、予め電力を貯えておいた補助電源から電力を供給して主電源の負担を減らすようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２０９４２号公報

ところで、主電源（バッテリ）及び補助電源によってモータに電力を供給している場合に当該補助電源が故障すると、アシスト力が急に低下するため、ドライバーは瞬間的に反力を感じるとともに、操舵部材（ステアリングホイール）が重くなり操作に大きな力を要するようになる。この重くなった操舵部材に対して操作を行うと、検出されるトルク値が大きくなることから、ステアリング装置のモータ制御装置は、必要とされる電力をバッテリから供給しようとする。
しかしながら、この状態が続くとバッテリの端子電圧が低下して車両の他の電気機器への給電が不十分になり、当該電気機器の動作に影響を及ぼすことが考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、補助電源が故障した場合におけるアシスト力の急激な低下を防ぐとともに、主電源の負担を制御して車両搭載の電気機器の動作を確保することできるステアリング装置のモータ制御装置を提供することを目的としている。

本発明のステアリング装置のモータ制御装置（以下、単に「モータ制御装置」ともいう）は、車両のステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給することができる補助電源と、
この補助電源の故障を検出する検出手段と、
前記主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合に、前記検出手段により当該補助電源の故障が検出されたときに、故障検出時から所定時間経過後に所定のアシスト量になるように前記主電源によるアシスト量を漸減させる制御回路と
を備え備えており、
前記制御回路は、前記主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合における主電源及び補助電源によるアシスト量をＰとし、主電源のアシスト係数をＡ（０＜Ａ＜１）とし、補助電源のアシスト係数を（１−Ａ）とすると、故障検出時におけるアシスト量がＰであり、故障検出時から所定時間経過後におけるアシスト量がＰ×Ａとなるように主電源によるアシスト量を直線的に漸減させることを特徴としている。

本発明のモータ制御装置では、主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合に、当該補助電源が故障したときに、急激にアシスト量（アシスト力）を低下させることなく、本来の主電源のみによるアシスト量に所定時間（例えば、３秒程度）をかけて徐々に低下させるようにしている。したがって、主電源とともに補助電源を使用しているときに、仮に当該補助電源が故障したとしてもアシスト量が徐々に低下するので、ドライバーが感じる反力を小さくすることができる。また、主電源によるアシスト量を、故障から所定時間経過後に主電源本来のアシスト量になるようにしているので、主電源が消耗してその端子電圧が低下し車両の他の電気機器への給電が不十分になるのを防ぐことができる。その結果、当該電気機器の所定の動作を確保することができる。さらに、故障検出時におけるアシスト量Ｐを、所定時間経過後にＰ×Ａとなるように主電源によるアシスト量を徐々に漸減させるので、ドライバーが感じる反力を小さくすることができ、また、主電源が消耗してその端子電圧が低下し車両の他の電気機器への給電が不十分になり、当該電気機器の動作に影響を及ぼすのを防ぐことができる。
なお、本明細書において、「本来の主電源のみによるアシスト量」とは、主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合における、主電源の負担分、すなわちアシスト量のことをいう。

本発明のモータ制御装置によれば、補助電源が故障した場合におけるアシスト力の急激な低下を防ぐとともに、主電源の負担を制御して車両搭載の電気機器の動作を確保することできる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のモータ制御装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１のモータ制御装置２の回路図である。図１において、車両のステアリング装置１ｓには、モータ１ｍにより操舵補助力が付与される。より詳細には、ステアリング装置１ｓのステアリングシャフト（図示せず）に取り付けられたトーションバー式等のトルクセンサの出力（操舵トルク）に応じてモータ１ｍが駆動制御され、ステアリングシャフト又はステアリングギヤ（ラックピニオンやラックシャフト等）へのアシストが行われる。モータ１ｍへの給電はモータ駆動回路３により行われる。

主電源４は、車載バッテリ４ｂとオルタネータ４ａとによって構成され、この主電源４をモータ駆動回路３に導く非接地側電路５の途中に、その方向を順方向とするダイオード６が設けられている。このダイオード６のカソードと接地側電路７との間には、平滑用の電解コンデンサ８が設けられている。

一方、補助電源９は、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）で構成されており、主電源４に対して直列に接続されている。補助電源９の給電電路（高電位側電路）１０は、放電制御回路１１を介してモータ駆動回路３に接続されている。放電制御回路１１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１ａとＰＷＭ方式の電圧源１１ｂとを含んでおり、ゲート電圧をＰＷＭ制御することにより、放電電流を制御することができる。補助電源９の低電位側には、リアクトル１２を介してダイオード１３のアノードが接続され、当該ダイオード１３のカソードは補助電源９の給電電路１０に接続されている。また、ダイオード１３のアノードと接地側電路７との間には、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４が設けられている。保護用のダイオード１４ｄは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４に並列接続又は内蔵されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のゲートは、ゲート駆動回路２０により駆動される。

前記モータ駆動回路３、放電制御回路１１及びゲート駆動回路２０は、制御回路１５の指令信号を受けて動作する。この制御回路１５には、ドライバーによるステアリングホイールの操舵トルクや、車速の情報が入力されるようになっており、制御回路１５は、これらの情報に応じて適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ１ｍを駆動させる。

前記ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオン状態のときは、オルタネータ４ａからリアクトル１２、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４を通って電流が流れるが、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオフに転じると、電流遮断による磁束変化を妨げるように高電圧がリアクトル１２に発生し、これにより、オルタネータ４ａの出力を昇圧した電圧で、補助電源９が充電される。このように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のオン・オフを繰り返して、補助電源９を充電することができる。

前記構成において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいときは、制御回路１５は放電制御回路１１をオフ状態にする。したがって、主電源４の電圧は平滑コンデンサ８で平滑された後、モータ駆動回路３に供給され、モータ駆動回路３は、制御回路１５による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。一方、補助電源９の電圧はモータ駆動回路３に供給されない。

また、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源４のみではまかないきれないときは、制御回路１５は放電制御回路１１をオン状態にする。この結果、主電源４と補助電源９とが互いに直列にされた状態でその電圧に基づいて、放電制御回路１１により規定された電流がモータ駆動回路３に供給される。

前記給電電路１０には、キャパシタからなる補助電源９からの放電電流を検出する電流検出器３１が配設されている。また、補助電源９の端子間電圧を検出する電圧検出器３２が配設されている。前記電流検出器３１及び電圧検出器３２からの各信号は制御回路１５に送信される。

前記補助電源（キャパシタ）９が内部抵抗の低下によるショートや端子の地絡等を原因として故障すると、前記電流検出器３１により検出される補助電源９からの放電電流、又は電圧検出器３２により検出される補助電源９の端子間電圧が急激に低下するか若しくはゼロとなる。制御回路１５は、電流検出器３１及び電圧検出器３２からの信号により、前記補助電源９が故障したと判断すると、所定時間経過後に主電源４のみによる所定アシスト量（補助電源の故障直前において主電源４が負担していたアシスト量）になるようにモータ駆動回路３にＰＷＭ制御信号を送信する。モータ駆動回路３は、このＰＷＭ制御信号にしたがってデューティー比を調整しモータ１ｍに所定量の給電を行う。なお、前記所定時間は、本発明において特に限定されるものではないが、操舵補助力の低下によりドライバーが受ける反力や主電源の消耗などを考慮すると、通常、１〜１０秒程度である。

図２は主電源と補助電源によるアシスト量の時間変化の例を示す説明図であり、横軸は時間（秒）、縦軸はアシスト係数Ａを示している。横軸の原点（ゼロ）は補助電源の故障検出時であり、このときまでのモータ補助エネルギーの主電源負担割合（アシスト係数）は０．５であり、同じく補助電源負担割合（アシスト係数）も０．５である。この割合は、必要とされる操舵補助力により変化し、必要とされる操舵補助力が大きくなるにしたがい補助電源負担割合（アシスト係数）が大きくなる。

図２に示される例では、補助電源故障時までのアシスト量をＰとすると、主電源が０．５Ｐを負担し、補助電源が０．５Ｐを負担している。そして、補助電源の故障が検出されると、制御回路１５は、５秒後に主電源本来のアシスト量、すなわち補助電源故障前のアシスト量である０．５Ｐまで直線的に漸減するようにモータ駆動回路３にＰＷＭ制御信号を送信する。したがって、アシスト量が急激に低下することはなく、Ｐから０．５Ｐに徐々に直線的に低下するので、ドライバーが感じる反力を小さくすることができる。また、主電源によるアシスト量を、故障から所定時間経過後に主電源本来のアシスト量になるようにしているので、主電源が消耗してその端子電圧が低下し車両の他の電気機器への給電が不十分になり、当該電気機器の動作に影響を及ぼすのを防ぐことができる。なお、補助電源故障時から所定時間経過後までのアシスト係数の変化は、図２に示される直線的な変化に限定されるものではなく、例えば曲線的に変化させることも可能である。

制御回路１５により補助電源９が故障していると判定されると、制御回路１５から警報手段３３に故障信号が送信される。警報手段３３としては、液晶表示素子、プラズマ表示素子、ランプなどの表示手段や、ブザーなどの音声発生手段を適宜組み合わせて用いることができ、制御回路１５からの故障信号を受信すると、ドライバーに補助電源９の故障を知らせる。

なお、本発明におけるステアリング装置は、電動モータによって舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に限定されるものではなく、例えば、ステアリングホイール等の操作部材と舵取り機構との間の機械的なリンクを無くし、専ら電動モータの駆動力によって舵取り車輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ・システムも含まれる。

本発明のステアリング装置の制御装置の一実施の形態の回路図である。アシスト量の時間変化の例を示す説明図である。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
１ｓステアリング装置
１ｍモータ
２モータ制御装置
３モータ駆動回路
４主電源
４ａオルタネータ
４ｂ車載バッテリ
９補助電源
１５制御回路
３１電流検出器
３２電圧検出器
３３警報手段

Claims

車両のステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給することができる補助電源と、
この補助電源の故障を検出する検出手段と、
前記主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合に、前記検出手段により当該補助電源の故障が検出されたときに、故障検出時から所定時間経過後に所定のアシスト量になるように前記主電源によるアシスト量を漸減させる制御回路と
を備えており、
前記制御回路は、前記主電源及び補助電源によってモータに電力を供給している場合における主電源及び補助電源によるアシスト量をＰとし、主電源のアシスト係数をＡ（０＜Ａ＜１）とし、補助電源のアシスト係数を（１−Ａ）とすると、故障検出時におけるアシスト量がＰであり、故障検出時から所定時間経過後におけるアシスト量がＰ×Ａとなるように主電源によるアシスト量を直線的に漸減させることを特徴とするステアリング装置のモータ制御装置。