JP5067099B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものである。これは、舵輪（操舵部材、ハンドル）が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、車載バッテリから電源供給され、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減するように構成してある。

電動パワーステアリング装置に使用される操舵補助用のモータが例えばブラシレスモータである場合、その特性は、印加される電圧が大きい程、回転数は大きくなるが、流される電流により定まる回転トルクの最大値は、電圧によらず一定であり、印加される電圧が大きい程、同じ回転トルクでもより高速に回転させることが可能である。その為、電動パワーステアリング装置によっては、昇圧回路を備え、モータの回転数に応じて、モータへの印加電圧を昇圧又は降圧するものも存在する。

特許文献１には、高圧バッテリを有する主電源供給部と、低圧バッテリを有する副電源供給部との少なくとも２つの電源供給部を並列に備え、通常時においては、主電源供給部から操舵補助用の電動モータに電源供給し、主電源供給部の出力電圧低下時においては、副電源供給部の低圧バッテリの電圧を昇圧回路で昇圧して電動モータに電源供給する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００７−１３２４号公報 特開平１１−２０８４８８号公報 特開平１１−２８６２７８号公報

上述したような電動パワーステアリング装置では、車載バッテリと操舵補助用のモータの駆動回路との間には、駆動回路への給電をオン／オフする電源リレー（スイッチ手段）が設けられ、イグニッションスイッチのオン／オフに応じてオン／オフするように構成されている。この電源リレーのオン／オフ時には、後段側のモータのインダクタンスにより過渡電圧及び過渡電流が発生し、リレー接点を損傷し、その寿命を短縮させるという問題がある。特に、後段側に昇圧回路が設けられている場合は、モータのインダクタンスに昇圧回路のインダクタンス及びコンデンサの充放電電流が加わり、過渡電圧及び過渡電流がより大きくなり、リレー接点の損傷がより激しくなるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、昇圧回路を備えていても、給電をオン／オフするスイッチ手段のオン／オフ時に、そのスイッチ接点が損傷し難く、その寿命が短縮させられ難い電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
第２発明では、給電をオン／オフするスイッチ手段のオン／オフ時に、そのスイッチ接点が損傷し難く、その寿命が短縮させられ難い電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、車載バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路が昇圧した電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記昇圧回路及び駆動回路の間に接続されたスイッチ手段とを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータを駆動制御すると共に、前記スイッチ手段が駆動回路への給電をオン／オフするように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、車載バッテリの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記車載バッテリ及び駆動回路間に接続され、イグニッションスイッチのオン／オフに応じて、前記駆動回路への給電をオン／オフするスイッチ手段とを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、前記車載バッテリ及びスイッチ手段の間に接続され、所定周波数でスイッチングするスイッチング回路を備え、前記イグニッションスイッチがオンになったときは、前記スイッチ手段をオンにし、前記スイッチング回路がデューティ比を徐々に増大させながらスイッチングを開始し、前記イグニッションスイッチがオフになったときは、前記スイッチング回路がデューティ比を徐々に減少させながらスイッチングを開始し、前記スイッチ手段をオフにするように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、スイッチ手段が、昇圧回路及び駆動回路の間に接続され、スイッチ手段が駆動回路への給電をオン／オフするので、昇圧回路を備えていても、スイッチ手段のオン／オフ時の昇圧回路のコンデンサの充放電電流が小さくなって、過渡電圧及び過渡電流が小さくなり、スイッチ手段のスイッチ接点が損傷し難く、その寿命が短縮させられ難い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、イグニッションスイッチがオンになったときは、スイッチ手段をオンにし、スイッチング回路が所定周波数でデューティ比を徐々に増大させながらスイッチングを開始し、イグニッションスイッチがオフになったときは、スイッチング回路がデューティ比を徐々に減少させながらスイッチングを開始し、スイッチ手段をオフにするので、給電をオン／オフするスイッチ手段のオン／オフ時の過渡電圧及び過渡電流が小さくなり、そのスイッチ接点が損傷し難く、その寿命が短縮させられ難い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。
この電動パワーステアリング装置は、図示しない操舵部材に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ１０により検出され、検出された操舵トルク値は、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（コントローラ）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値は、減算手段２１、指令電流方向指定部１９及び制御部２０へ与えられる。

モータ電流の目標値は、モータ制御における目標値を示す符号付きの値であり、その正負は、操舵補助の方向を示している。
指令電流方向指定部１９は、与えられたモータ電流の目標値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路１３に与える。
操舵補助を行うブラシレスＤＣモータであるモータ１８には、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３に与えられる。
モータ駆動回路１３に印加される電圧が、モータ駆動回路１３が内蔵する回路電圧検出回路２６（図２）で検出され、制御部２０に与えられる。

モータ電流検出回路１７が、モータ１８のＶ相界磁コイル、Ｕ相界磁コイル及びＷ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流を合計した電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１に与える。
減算手段２１は、トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ変調部２４へ与える。

ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３及び制御部２０へ与える。
制御部２０は、与えられたＰＷＭ値指令信号に基づき、モータ駆動回路１３に印加する電圧を変更設定し、その昇降圧指令を昇圧回路８が内蔵するＰＷＭ回路２７（図２）に与える。昇圧回路８は、車載バッテリＢａの出力電圧を昇圧して、リレー接点（スイッチ手段）１５ａを通じて、モータ駆動回路１３に印加する。

また、制御部２０は、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）２３のオン／オフ信号を与えられ、イグニッションスイッチ２３がオン／オフにされるのに応じて、リレー駆動回路１５をオン／オフにして、昇圧回路８及びモータ駆動回路１３間に接続されたリレー接点１５ａをオン／オフ（閉／開）にする。
尚、上述したＥＣＵ２５内の位相補償器１２、トルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、リレー接点１５ａ、昇圧回路８及びモータ電流検出回路１７の構成例を示すブロック図である。ブラシレスモータであるモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線された固定子１８ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転する回転子（ロータ）１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器（ロータリエンコーダ）１４とを備えている。

昇圧回路８は、昇圧チョッパ回路であり、車載バッテリＢａの出力電圧が、コイルＬを通じてダイオードＤ７のアノードに印加され、ダイオードＤ７のカソードは、リレー接点１５ａを通じて、モータ駆動回路１３の正極側端子に接続されている。ダイオードＤ７のアノードと接地端子との間に、トランジスタＱ７が接続され、トランジスタＱ７のソース−ドレイン間にはダイオードＤ８が寄生している。

ダイオードＤ７のカソードと接地端子との間に平滑コンデンサＣ１が接続され、平滑コンデンサＣ１の両端子には、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を検出する回路電圧検出回路２６が接続されている。回路電圧検出回路２６が出力した電圧検出信号はＥＣＵ２５の制御部２０に与えられる。
トランジスタＱ７のゲートには、制御部２０から与えられた昇降圧指令（昇圧指令、降圧指令）に基づき、ＰＷＭ信号を作成し出力するＰＷＭ回路２７が接続されている。

モータ駆動回路１３は、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。

トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。

ロータ位置検出器１４が検出した、回転子１８ｂの回転位置は、ゲート制御回路１３ａに通知される。ゲート制御回路１３ａには、マイクロコンピュータ１２から回転方向指令及びモータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）が与えられる。ゲート制御回路１３ａは、回転方向指令と回転子１８ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。

回転子１８ｂは、永久磁石であり、この回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路１３ａは、また、モータ電流指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ１８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてＥＣＵ２５に与える。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置のリレー接点１５ａを制御する動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２０は、先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ２３がオンになったか否かを、オンになる迄判定する（Ｓ１）。ＩＧスイッチ２３がオンになると、リレー駆動回路１５をオンにして、リレー接点１５ａをオンにする（Ｓ３）。次いで、昇圧指令の出力を開始して、昇圧回路８に昇圧を開始させる（Ｓ５）。

制御部２０は、次に、ＩＧスイッチ２３がオフになったか否かを、オフになる迄判定する（Ｓ７）。ＩＧスイッチ２３がオフになると、昇圧指令の出力を停止して、昇圧回路８に昇圧を停止させる（Ｓ９）。次いで、Ｔ１時間（数秒／１０）待機した（Ｓ１１）後、リレー駆動回路１５をオフにして、リレー接点１５ａをオフにし（Ｓ１３）、ＩＧスイッチ２３がオンになったか否かを、オンになる迄判定する（Ｓ１）。

（実施の形態２）
図４は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。
この電動パワーステアリング装置は、図１の昇圧回路８に代えて、その位置にスイッチング回路２８が接続され、スイッチング回路２８は、制御部２０からスイッチング指令が与えられる。その他の構成は、図１に示す電動パワーステアリング装置の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

図５は、図４に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、リレー接点１５ａ、スイッチング回路２８及びモータ電流検出回路１７の構成例を示すブロック図である。
スイッチング回路２８は、車載バッテリＢａの正極端子とリレー接点１５ａの一方の端子との間に、トランジスタＱ８が接続され、リレー接点１５ａの他方の端子は、モータ駆動回路１３の正極側端子に接続されている。

トランジスタＱ８のゲートには、制御部２０から与えられたスイッチング指令に基づき、ＰＷＭ信号を作成し出力するＰＷＭ回路２９が接続されている。
リレー接点１５ａの一方の端子と接地端子との間には、平滑コンデンサＣ２が接続されている。その他の構成は、図２に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、リレー接点１５ａ及びモータ電流検出回路１７の構成の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置のリレー接点１５ａを制御する動作を、それを示す図６のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２０は、先ず、イグニッション（ＩＧ）スイッチ２３がオンになったか否かを、オンになる迄判定する（Ｓ２１）。ＩＧスイッチ２３がオンになると、リレー駆動回路１５をオンにして、リレー接点１５ａをオンにした（Ｓ２３）後、スイッチング指令の出力を開始して、スイッチング回路２８に所定周波数（数１０ｋＨｚ）のスイッチングを開始させ、デューティ比を０％から徐々に増やして行く（Ｓ２５）。

制御部２０は、Ｔ１時間（１秒位）待機した（Ｓ２７）後、デューティ比が１００％になった時点で、この状態を維持し（スイッチング停止）、スイッチング回路２８を常時オンにさせる（Ｓ２９）。
制御部２０は、次に、ＩＧスイッチ２３がオフになったか否かを、オフになる迄判定する（Ｓ３１）。ＩＧスイッチ２３がオフになると、スイッチング指令の出力を開始して、スイッチング回路２８に所定周波数（数１０ｋＨｚ）のスイッチングを開始させ、デューティ比を１００％から徐々に減らして行く（Ｓ３３）。

制御部２０は、次に、Ｔ２時間（１秒位）待機した（Ｓ３５）後、デューティ比が０％になった時点で、スイッチングを停止させ（Ｓ３７）、リレー駆動回路１５をオフにして、リレー接点１５ａをオフにする（Ｓ３９）。次いで、ＩＧスイッチ２３がオンになったか否かを、オンになる迄判定する（Ｓ２１）。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 モータ、モータ駆動回路、リレー接点、昇圧回路及びモータ電流検出回路の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置のリレー接点を制御する動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 モータ、モータ駆動回路、リレー接点、スイッチング回路及びモータ電流検出回路の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置のリレー接点を制御する動作を示すフローチャートである。

符号の説明

８ 昇圧回路、１０ トルクセンサ、１３ （モータ）駆動回路、１３ａ ゲート制御回路、１４ ロータ位置検出器、１５ リレー駆動回路、１５ａ リレー接点（スイッチ手段）、１６ トルク−電流テーブル、１８ （操舵補助用の）モータ、２０ 制御部、２３ イグニッション（ＩＧ）スイッチ、２４ ＰＷＭ変調部、２５ ＥＣＵ、２７，２９ ＰＷＭ回路、２８ スイッチング回路、Ｂａ 車載バッテリー、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｌ コイル、Ｑ７，Ｑ８ トランジスタ

Claims (2)

1. 車載バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路が昇圧した電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記昇圧回路及び駆動回路の間に接続されたスイッチ手段とを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータを駆動制御すると共に、前記スイッチ手段が駆動回路への給電をオン／オフするように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 車載バッテリの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記車載バッテリ及び駆動回路間に接続され、イグニッションスイッチのオン／オフに応じて、前記駆動回路への給電をオン／オフするスイッチ手段とを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記車載バッテリ及びスイッチ手段の間に接続され、所定周波数でスイッチングするスイッチング回路を備え、前記イグニッションスイッチがオンになったときは、前記スイッチ手段をオンにし、前記スイッチング回路がデューティ比を徐々に増大させながらスイッチングを開始し、前記イグニッションスイッチがオフになったときは、前記スイッチング回路がデューティ比を徐々に減少させながらスイッチングを開始し、前記スイッチ手段をオフにするように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images