JP5082739B2 - 電動パワーステアリング装置のモータ制御装置、及びこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、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のモータ制御装置、及びこれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

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たり、供給電力がモータの負荷に対して不足したりするときには、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１〜２参照）。

特開２００３−３２０９４２号公報 特開２００６−２１３２７３号公報

上記従来例の電動パワーステアリング装置は、主に主電源である車載バッテリから供給される電力によって駆動されるが、例えば、何らかの原因で車載バッテリの電圧が極端に低下する等、車載バッテリが故障した場合、電動パワーステアリング装置の供給電力が不足し、安定した操舵補助力が継続的に得られなくなる。このため、当該車両の運転者は、車両を安全な場所まで移動させて停止させる必要が生じる。
一方、電動パワーステアリング装置は、上述のように、車載バッテリに対して補助的に用いられる補助電源を有しているので、この補助電源に蓄電された電力によって電動パワーステアリング装置を駆動することが考えられる。
しかし、この場合、車載バッテリが故障した直後から、当該車両の運転者が車両を安全な場所にまで移動させるまでの間については、補助電源からのみ電力が供給されることとなるので、前記補助電源に蓄電されている電力が消費され電圧が低下してしまうと、車両を安全な場所に移動させるまでに、電動パワーステアリング装置による操舵補助力が失われてしまう。このため、運転者が、車両を安全な場所に移動させるための運転操作を適切に行う上で支障をきたすおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、車載バッテリが故障した場合にも、一定時間継続して操舵補助力を発生させることができる電動パワーステアリング装置のモータ制御装置、及びこれを用いた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。

上記目的を達成するための本発明は、車両の操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを駆動するための電力を供給する主電源と、前記モータを駆動するための電力を供給することができる補助電源と、前記補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、前記制御部は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、前記補助電源は、前記制御部によって前記主電源が故障したと判定されたときから前記車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を前記モータに供給することができる蓄電容量として、２５００Ｊ以上に設定されており、前記主電源故障判定部は、前記主電源の供給可能な電力を検知し、前記電力の値に基づいて前記主電源が故障したか否かを判定し、前記電力の値が所定値以下であることによって前記主電源が故障したと判定した場合、前記主電源による電力供給に加え、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせることを特徴としている。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置のモータ制御装置によれば、制御部の主電源故障判定部は、主電源が故障したと判定すると、補助電源にモータへの電力供給を行わせる。さらに、この補助電源は、主電源が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでの間、モータに操舵補助力を発生させるための電力を供給可能な蓄電容量に設定されている。従って、主電源が故障したとしても、補助電源に蓄電された電力がモータに供給されることにより、車両を安全な位置に移動させるまでの一定時間の間、継続して電動パワーステアリング装置に操舵補助力を発生させることができる。

また、前記補助電源の蓄電容量が、２５００Ｊ以上に設定されているので、主電源が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を確実にモータに供給することができる。
また、本発明は、車両の操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを駆動するための電力を供給する主電源と、前記モータを駆動するための電力を供給することができる補助電源と、前記補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、前記制御部は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、前記補助電源は、前記制御部によって前記主電源が故障したと判定されたときから前記車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を前記モータに供給することができる蓄電容量に設定されており、前記主電源故障判定部は、前記主電源の供給可能な電力を検知し、前記電力の値に基づいて前記主電源が故障したか否かを判定し、前記電力の値が所定値以下であることによって前記主電源が故障したと判定した場合、前記主電源による電力供給に加え、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせることを特徴としている。

また、本発明は、車両の操舵を行う操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記モータは、上述のモータ制御装置によって制御されることを特徴としている。
上記のように構成された電動パワーステアリング装置によれば、上述のように、主電源が故障したとしても、補助電源に蓄電された電力がモータに供給されることにより、車両を安全な位置に移動させるまでの一定時間の間、継続して操舵補助力を発生させることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置、及びこれを用いた電動パワーステアリング装置によれば、車載バッテリが故障した場合にも、一定時間継続して操舵補助力を発生させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。図１において、電動パワーステアリング装置１は、車両の操舵を行うための操舵機構１２及びこの操舵機構１２に対して操舵補助力を発生させるモータ１１を有する操舵部１０と、このモータを制御するためのモータ制御装置２０と、を備えている。
操舵部１０の操舵機構１２は、当該車両の運転者の操作に応じて操舵輪を操舵するための、ハンドルが一体に取り付けられたステアリングシャフト（図示せず）や、ステアリングギヤ（ラックピニオンやラックシャフト）等（図示せず）を有している。
モータ１１は、前記ステアリングシャフト又は前記ステアリングギヤ等を駆動するように構成されており、前記ステアリングシャフト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）に基づいて駆動制御され、運転者の操舵に応じて操舵補助力を発生させ、運転者の操舵に対してアシストが行われる。モータ１１への電力の供給はモータ制御装置２０のモータ駆動回路２１により行われる。

モータ制御装置２０は、上記モータ駆動回路２１と、モータ駆動回路２１に電力を供給する主電源２２とを有している。
主電源２２は、車載バッテリ２２ａと、オルタネータ２２ｂとによって構成されている。オルタネータ２２ｂは、車両のエンジンによって駆動され、車載バッテリ２２ａに電力を供給する。車載バッテリ２２ａは、オルタネータ２２ｂからの電力を随時蓄電する。
また、モータ制御装置２０は、さらに、補助電源２３、及び補助電源２３による放電を制御するための放電制御回路２４を有している。
補助電源２３は、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池で構成されており、車載バッテリ２２ａに対して直列に接続されている。補助電源２３の給電電路（高電位側電路）２５は、放電制御回路２４を介してモータ駆動回路２１に接続されている。放電制御回路２４は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成されており、オン状態では、補助電源２３とモータ駆動回路２１とを接続し、オフ状態では、補助電源２３の高電位側を切断し、車載バッテリ２２ａの非接地側電路２６と、モータ駆動回路２１とを直接接続する。従って、放電制御回路２４は、そのオンオフ動作によって、補助電源２３にモータ駆動回路２１へ放電させるか否かを制御することができ、モータ駆動回路２１への給電を、車載バッテリ２２ａのみによって行うか、車載バッテリ２２ａと補助電源２３とによって行うか、のいずれかを切り替えることができる。

補助電源２３には、当該補助電源２３に電力を充電するための充電回路２７が接続されている。充電回路２７は、車載バッテリ２２ａの非接地側電路２６に接続された電路２８によって接続されており、補助電源２３がモータ駆動回路２１に対して放電していない状態にあるときに、補助電源２３対して電力を充電するように構成されている。
また、車載バッテリ２２ａの非接地側電路２６と、接地側電路２９との間には、電圧計３０が接続されている。この電圧計３０は、主電源２２が現状供給可能な電力を電圧値Ｖとして出力する。

また、モータ制御装置２０は、上記各回路２１，２４，２７に接続され、これらを制御する制御部３１をさらに有している。この制御部３１は、前記ステアリングシャフトのトルクセンサや、当該車両の車速センサ（図示せず）等にも接続されており、操舵トルクや、車両の車速を検知することができる。
制御部３１は、前記トルクセンサから出力される操舵トルクや当該車両の車速等に基づいて必要な操舵補助力を発生させるためにモータ１１に供給すべき電力（消費電力）を決定し、これに基づいてモータ駆動回路２１を制御することによってモータ１１に必要な操舵補助力を発生させる。

また、制御部３１は、決定したモータ１１に供給すべき電力に応じて、放電制御回路２４のオンオフの切り替えの制御を行い、補助電源２３に放電させるか否かを制御する。すなわち、制御部３１は、モータ１１の消費電力が小さい場合には、放電制御回路２４をオフ状態とし、主電源２２のみに給電させる。
一方、主電源２２のみの給電では必要な電力が不足する程度にモータ１１の消費電力が大きい場合には、制御部３１は、放電制御回路２４をオン状態とし、補助電源２３に放電させることで、主電源２２に加えて補助電源２３にも給電させる。
制御部３１は、上記の制御（通常制御）を行うことで、モータ１１の消費電力が大きい場合にも、供給電力が不足しないようにしつつ、主電源２２の負荷を軽減することができる。

また、制御部３１は、電圧計３０に接続されており、主電源２２の供給可能な電力としての電圧値Ｖを常時検知している。制御部３１は、この電圧値Ｖに基づいて、主電源２２が故障したか否かを判定し、その判定に応じた各回路の制御を行う主電源故障判定部３１ａを機能的に有している。図２は、制御部３１による、上記判定機能及び各回路の制御の態様を示すフローチャートである。
なお、ここで、「主電源２２の故障」とは、例えば、オルタネータ２２ｂや、バッテリ２２ａが、その機能を損ない、モータ１１を駆動するために必要な電力が供給不能となる程度にまで主電源２２の電力が低下した状態をいう。

図２に示すように、制御部３１は、まず、電圧計３０から出力される電圧値Ｖが所定値より大きいか否かを、主電源故障判定部３１ａに判断させる（ステップＳ１０１）。
ここで、所定値としては、上記のように、モータ１１を駆動することができず、主電源２２が故障していると判断することができる程度にまで低下している電圧値Ｖに設定される。すなわち、主電源故障判定部３１ａは、電圧計３０の電圧値Ｖが所定値よりも大きいか否かを判断することによって、主電源２２が故障したか否かを判定する。

ステップＳ１０１において電圧値Ｖが所定値より大きい（主電源２２が故障していない）と判断された場合、制御部３１は、ステップＳ１０２に進み、上述の通常制御を行ってスタートに戻る。これによって、主電源２２がその機能を損なっていない程度の電圧値を出力している場合には、制御部３１は、通常制御を継続して行う。
一方、電圧値Ｖが所定値以下である（主電源２２が故障している）と判断した場合、制御部３１は、ステップＳ１０３に進み、主電源故障判定部３１ａに放電制御回路２４を常時オン状態となるように制御させる。その上で制御部３１は他の回路を制御し、その後スタートに戻る。
つまり、主電源２２が機能を損なっていると判断される程度にまで電圧値Ｖが低下している場合には、主電源２２の供給電力のみでは、モータ１１を駆動することはできないので、制御部３１は、常時補助電源２３に蓄電された電力をモータ１１に供給させて、操舵補助力を発生させる。
また、主電源故障判定部３１ａは、上述のように上記ステップＳ１０１において主電源２２が故障したか否かを判定し、主電源２２が故障したと判定した場合、ステップＳ１０３において補助電源２３にモータ１１への電力供給を行わせるように構成されている。

また、補助電源２３は、制御部３１（主電源故障判定部３１ａ）によって主電源２２が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力をモータ１１に供給することができる蓄電容量に設定されており、具体的には２５００Ｊ以上に設定されている。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置１及びモータ制御装置２０によれば、制御部３１の主電源故障判定部３１ａは、主電源２２が故障したと判定すると、補助電源２３にモータ１１への電力供給を行わせる。さらに、この補助電源２３は、上述の蓄電容量に設定されている。従って、主電源２２が故障したとしても、補助電源２３に蓄電された電力がモータ１１に供給されることにより、車両を安全な位置に移動させるまでの一定時間の間、継続して操舵補助力を発生させることができる。
このため、主電源２２が故障し、車両を安全な場所まで移動させて停止させる必要が生じたとしても、電動パワーステアリング装置は、上記のように一定時間の間、継続して操舵補助力を発生させることができるので、当該車両の運転者は、車両を安全な場所に移動させるための運転操作を適切に行うことができる。

ここで、上記構成の電動パワーステアリング装置１において、実際に主電源２２が故障したときに、車両を安全な位置まで移動させるのに必要な操舵補助力を発生させるために必要な電力量について、実際に走行中の車両における車載バッテリ２２ａの消費電力を測定した結果に基づいて検討する。
なお、車速が低速の場合、主電源２２が故障したとしても、大きな問題とはならないため、ここでは、比較的高速で走行している場合であって、操舵補助力が必要であると考えられる２つのケース、すなわち、急激な操舵をした場合（急激操舵条件）と、ほぼ一定の舵角で継続的に操舵を行った場合（一定操舵条件）と、を想定して検討する。

急激操舵条件としては、車両速度約７０ｋｍ／ｈで直進走行中に、例えば障害物を避けるためにハンドルを急激に操舵し、車両に緊急回避動作させる場合を想定し、この急激操舵条件で走行したときの車載バッテリ２２ａの消費電力を測定した。
また、一定操舵条件としては、車両速度０〜約４０ｋｍ／ｈの間で、いわゆるループ橋を走行する場合（この場合、橋の途中には車両の退避スペースがないと考えられるので、橋を渡りきるまで操舵補助力が必要であるとした）を想定し、このときの車両速度に対応する車載バッテリ２２ａの消費電力を測定した。なお、このループ橋としては、総延長１．１ｋｍ、高さ４５ｍ、直径８０ｍの２重ループ橋を走行して測定した。
また、上記両条件において車載バッテリ２２ａの消費電力を測定する際には、車両に搭載された他の機器類を動作させないようにすることで、電動パワーステアリング装置１による消費電力が、車載バッテリ２２ａの消費電力に対して大きく影響するように設定した。

その結果、急激操舵条件においては、回避動作を行った約７０ｋｍ／ｈ付近の消費電力は、約５００Ｗであった。安全な場所への車両の移動させるために必要となる緊急回避動作に要する時間を５秒であると仮定すると、緊急回避動作を行うためには、約２５００Ｊ（５００（Ｗ）×５（秒））の電力量が必要となることが判る。
また、一定操舵条件においては、車載バッテリ２２ａの消費電力は、車速が約４０ｋｍ／ｈ付近において、最大約４０Ｗであった。このループ橋を渡り切り、安全な場所に車両を移動させるのに要する時間を６０秒であると仮定すると、約２４００Ｊ（４０（Ｗ）×６０（秒））の電力量が必要となることが判る。

以上より、車種等により異なるが、一般乗用車の場合、通常、約２５００Ｊの電力量があれば、主電源２２が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力をモータ１１に供給することができることが明らかとなった。
補助電源２３の蓄電容量は、２５００Ｊ以上となるように設定されているので、上記検討の結果から、本実施形態による電動パワーステアリング装置１及びモータ制御装置２０によれば、主電源２２が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を、モータ１１に対して確実に供給することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、主電源２２の故障は、電圧計３０の電圧値Ｖによって判定したが、例えば、車載バッテリ２２ａに問題がなく、これに電力を供給するオルタネータ２２ｂが故障した場合にも、主電源２２として機能しなくなる場合があるので、オルタネータ２２ｂの出力を検知することで主電源２２の故障を判定することもできる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

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の構成を示すブロック図である。 制御部による、各回路の制御の態様を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
１１ モータ
１２ 操舵機構
２０ モータ制御装置
２２ 主電源
２３ 補助電源
３１ 制御部
３１ａ 主電源故障判定部

Claims (3)

1. 車両の操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを駆動するための電力を供給する主電源と、
   前記モータを駆動するための電力を供給することができる補助電源と、
   前記補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、
   前記制御部は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、
   前記補助電源は、前記制御部によって前記主電源が故障したと判定されたときから前記車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を前記モータに供給することができる蓄電容量として、２５００Ｊ以上に設定されており、
   前記主電源故障判定部は、前記主電源の供給可能な電力を検知し、前記電力の値に基づいて前記主電源が故障したか否かを判定し、前記電力の値が所定値以下であることによって前記主電源が故障したと判定した場合、前記主電源による電力供給に加え、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせることを特徴とする電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
2. 車両の操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを駆動するための電力を供給する主電源と、
   前記モータを駆動するための電力を供給することができる補助電源と、
   前記補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、
   前記制御部は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、
   前記補助電源は、前記制御部によって前記主電源が故障したと判定されたときから前記車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力を前記モータに供給することができる蓄電容量に設定されており、
   前記主電源故障判定部は、前記主電源の供給可能な電力を検知し、前記電力の値に基づいて前記主電源が故障したか否かを判定し、前記電力の値が所定値以下であることによって前記主電源が故障したと判定した場合、前記主電源による電力供給に加え、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせることを特徴とする電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
3. 車両の操舵を行う操舵機構に対して操舵補助力を発生させるモータを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記モータは、請求項１又は２に記載のモータ制御装置によって制御されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images