JP5135971B2

JP5135971B2 - 電動パワーステアリング装置のモータ制御装置

Info

Publication number: JP5135971B2
Application number: JP2007250629A
Authority: JP
Inventors: 由信冷水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009078744A

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、据切り時や急操舵時等、必要とされる操舵補助力が大きい場合には、予め電力を貯えていた補助電源からも電力を供給し、車載バッテリの電力不足を補うようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、補助電源として例えば電気二重層コンデンサ（キャパシタ）が用いられている。
特開２００３−３２０９４２号公報

上記のような電気二重層コンデンサは、複数のセルを直列に接続することにより構成されており、各セル間に充電量のバラツキが生じると耐久性が低下するため、長時間使用しない場合にはキャパシタを放電することによって全てのセルの充電量を均一にゼロにしておく必要がある。このため、車両のエンジンを停止するタイミングでキャパシタの放電を行うことが考えられる。

しかし、この場合、エンジンを停止してから短時間しか経っていないうちに再度エンジンを始動するようなときにもキャパシタの放電が行われるため、エンジンを再始動する時点でキャパシタの充電量が少量乃至ゼロとなり、充電が完了するまでの間モータに供給可能な電力が少なくなる。特に、エンジン始動直後に車両を動かし始める場合は、ステアリングホイールの据切り等のために大きな操舵力を要求されることが多いため、補助電源が負担するモータへの電力に不足が生じる可能性が高くなる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、エンジン停止後短時間でエンジンを再始動して車両を走行させるような場合等であっても、モータに対する電力不足が生じないように補助電源の放電を適切に制御す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を提供することを目的とする。

本発明は、電動パワー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電気二重層コンデンサからなる補助電源とが備えられ、操舵補助力が所定値以下のときには前記補助電源は放電されず、操舵補助力が所定値を超えたときに前記補助電源が放電される電動パワーステアリング装置のモータ制御装置であって、車両のイグニッションスイッチのオフ状態を検出するイグニッション検出手段と、前記イグニッションスイッチのオフ状態検出後の経過時間を計測するタイマーと、前記オフ状態検出から所定時間経過後に前記補助電源を放電させる制御回路と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、イグニッション検出手段によってイグニッションスイッチのオフ状態が検出されると（すなわち、エンジンの停止が検出されると）、その後の経過時間がタイマーにより計測される。そしてオフ状態検出から所定時間経過した場合に制御回路により補助電源の放電が開始される。したがって、エンジンを停止してから再始動するまでの時間が、所定時間に達していない場合は補助電源の放電は行われず、エンジン再始動直後であってもモータに供給される電力に不足が生じることはない。

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は、
電動パワー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電気二重層コンデンサからなる補助電源と、
車両のイグニッションスイッチのオフ状態を検出するイグニッション検出手段と、
前記イグニッションスイッチのオフ状態検出後の経過時間を計測するタイマーと、
前記オフ状態検出からの時間の経過に応じて単位時間あたりの放電量が増大するように前記補助電源を放電させる制御回路と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、イグニッション検出手段によってイグニッションスイッチのオフ状態が検出されると（すなわち、エンジンの停止が検出されると）、その後の経過時間がタイマーにより計測される。そして、オフ状態検出からの時間の経過に応じて単位時間あたりの放電量が増大するように、制御回路によって補助電源が放電される。したがって、エンジンを停止してから再始動するまでの時間が短いほど、補助電源の単位時間あたりの放電量が少なくなり、全体の放電量を少なくすることができるので、エンジン再始動後、補助電源の充電が完了するまでの時間を短縮することができる。したがって、補助電源を用いてモータに供給される電力が不足する可能性を低くすることができる。

本発明によれば、エンジン停止後、短時間でエンジンを再始動して車両を走行させるような場合等であっても、モータに対する電力不足が生じないように補助電源の放電を適切に制御することができる。

図１は、本発明の第１の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を示す回路図である。図１において、車両のステアリング装置１ｓには、ブラシレスモータ等のモータ１ｍにより操舵補助力が付与される。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。非接地側電路５と接地側電路１０との間には平滑用の電解コンデンサ１１が設けられている。

一方、補助電源１２は、電気二重層コンデンサからなっており、主電源４に対して直列に接続されている。補助電源１２の給電電路（高電位側電路）１３は、放電制御回路１４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１４は、放電制御用のＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ２０とダイオード２１と電圧源２２とを備えている。ＭＯＳ−ＦＥＴ２０とダイオード２１とは互いに並列接続され、このＭＯＳ−ＦＥＴ２０に対して電圧源２２がゲート駆動を行う。この放電制御回路１４は、電圧源２２によるゲート電圧をＰＷＭ制御することによって放電電流を制御可能である。

補助電源１２の低電位側には、リアクトル１５を介してダイオード１６のアノードが接続され、カソードは補助電源１２の給電電路１３に接続されている。また、ダイオード１６のアノードと接地側電路１０との間には、ＰチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ１７が設けられている。保護用のダイオード１７ｄは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７に並列接続又は内蔵されている。ＭＯＳ―ＦＥＴ１７のゲートは、ゲート駆動回路１８により、駆動される。

上記モータ駆動回路３、放電制御回路１４、及び、ゲート駆動回路１８は、制御回路１９の指令信号を受けて動作する。この制御回路１９には、運転者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１９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。

ＭＯＳ−ＦＥＴ１７がオン状態のときは、オルタネータ４ａからリアクトル１５、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７を通って電流が流れるが、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７がオフ状態に転じると、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１５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１２が充電される。このようにＭＯＳ−ＦＥＴ１７のオン・オフを繰り返して、補助電源１２を充電することができる。

上記の構成において、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１９は放電制御回路１４をオフ状態とする。従って、主電源４の電圧は平滑コンデンサ１１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１９による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。このとき、補助電源１２の電圧はモータ駆動回路３に供給されない。

一方、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１９は、放電制御回路１４に制御信号を与えてＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオン状態とする。この結果、主電源４と補助電源１２とが互いに直列に接続された状態で、その電圧に基づいて、放電制御回路１４により設定される電流がモータ駆動回路３に供給される。このとき、ダイオード６のカソードはアノードより高電位、すなわち、逆電圧であることにより、補助電源１２から主電源４への電流の回り込みは阻止される。なお、給電電路１３には電流検出部２３が設けられ、この電流検出部２３の検出値は制御回路１９に入力される。また、補助電源１２の両端子間の電圧を計測する電圧検出部２４が設けられ、この電圧検出部２４の検出値も制御回路１９に入力される。

制御回路１９には、車両のイグニッションスイッチのオンオフ状態を検出するイグニッション検出手段３０の検出信号が入力されるようになっている。また、制御回路１９には、イグニッション検出手段３０によってオフ状態が検出されてからの経過時間（オフ状態の検出信号を受け付けてからの経過時間）を計測するタイマー３１が備わっている。
制御回路１９は、イグニッションスイッチのオフ状態の検出信号とタイマーにより計測した経過時間に基づき、放電制御回路１４のＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオン状態にし、補助電源１２を強制放電するようになっている。以下、この点について図２及び図３を参照して説明する。

図２は、補助電源の放電制御の手順を示すフローチャートであり、図３は、イグニッションスイッチがオフ状態とされてからの経過時間と放電量との関係を示すグラフである。
車両のエンジンを停止するために、イグニッションスイッチがオフ状態に操作されると、イグニッション検出手段３０（図１参照）が当該オフ状態を検出し、その検出信号を制御回路１９に出力する。図２に示すように、制御回路１９は、イグニッション検出手段３０からオフ状態の検出信号を受け付けると（ステップＳ１）、タイマー３１を起動して経過時間ｔ（図３参照）の計測を開始する（ステップＳ２）。ステップＳ３において、制御回路１９は当該経過時間ｔが予め設定された所定の時間ｔ１（例えば、１０分）に達したか否かを判断する。そして、所定の時間ｔ１に達すると、制御回路１９は放電制御回路１４に制御信号を与え、放電制御回路１４はＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオン状態にして放電を開始する（ステップＳ４）。この際、制御回路１９は、モータ１ｍを駆動する形態とは異なる形態でモータ駆動回路３内のスイッチングを行い、モータ１ｍを駆動しない状態で放電電流がモータ駆動回路３内の抵抗を通って接地側電路１０に流れるように制御を行う。

以上のように本実施の形態では、車両のエンジンを停止するためにイグニッションスイッチがオフ状態に操作されると、すぐには補助電源１２の放電が開始されず、所定の時間ｔ１だけ経過したのちに放電が開始される。そのため、エンジンを停止してから所定時間ｔ１経過する前にエンジンを再始動すると、補助電源１２は充電されたままであるので、大きな操舵補助力が必要とされる場合であってもモータ駆動回路３へ供給する電力が不足することはない。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る補助電源の制御手順をフローチャートである。本実施形態のモータ制御回路２の回路図は、図１に示したものと同じである。図４に示すように、本実施形態では、車両のエンジンを停止するために、イグニッションスイッチがオフ状態に操作されると、イグニッション検出手段３０が当該オフ状態を検出し、その検出信号を制御回路１９に出力する。制御回路１９は、イグニッション検出手段３０からオフ状態の検出信号を受け付けると（ステップＳ１１）、タイマー３１を起動して経過時間ｔの計測を開始する（ステップＳ１２）。さらに、ステップＳ１３において、制御回路１９は、当該経過時間ｔについての関数ｆ（ｔ）を用いて単位時間あたりの放電量を求める。この関数ｆ（ｔ）は、図５に示すように、経過時間ｔの進行に応じて単位時間あたりの放電量を増加させるような関数として定められる。制御回路１９は、求められた放電量に応じた制御信号を放電制御回路１４へ送り、放電制御回路１４は、当該放電量に応じてＭＯＳ−ＦＥＴ２０をＰＷＭ制御し、放電を開始する。この際、電流検出部２３から入力される検出値に基づき、フィードバック制御によって放電量を補正してもよい。ステップＳ１５において、制御回路１９は放電が完了したかを判断し、完了していない場合には処理をステップＳ１２に戻し、完了している場合には処理を終了する。なお、放電が完了しているか否かの判断は、制御回路１９に入力された電圧検出部２４の検出値に基づいて行うことができる。また、関数ｆ（ｔ）は、例えばイグニッションスイッチのオフ状態検出から１０分程度経過したのちに放電が完了するように設定することができる。

以上のように本実施の形態では、車両のエンジンを停止するためにイグニッションスイッチがオフ状態に操作され、当該オフ状態の検出信号が制御回路１９へ出力されると、即座に補助電源１２の放電が始まる。しかしながら、その単位時間あたりの放電量は、経過時間が短いほど小さく、経過時間が長くなるほど大きくなる。そのため、エンジンを停止してから再始動するまでの時間が短ければ（例えば、図５の時間ｔａ）、全体の放電量ｗも少なくなるので、エンジン再始動後に補助電源１２の充電が完了するまでの時間を短縮することができる。したがって、エンジン始動後に大きな操舵補助力が必要になったとしても、補助電源１２を用いてモータ駆動回路３に供給する電力に不足が生じる可能性を低くすることができる。

本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、放電制御回路１４において半導体スイッチング素子としてＭＯＳ−ＦＥＴ２０を使用しているが、ＭＯＳ−ＦＥＴ以外の他の半導体スイッチング素子（例えばＢＪＴ、ＩＧＢＴ）の使用も可能である。第１実施形態において、所定の経過時間は、補助電源１２の充放電性能やその他の条件に応じて適宜変更することができる。また、第２実施形態では、図５に示すように、経過時間ｔの進行に応じて単位時間あたりの放電量を連続的に増加させているが、段階的（例えば、３〜５段階）に増加させることも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ制御装置の回路図である。補助電源の放電制御の手順を示すフローチャートである。経過時間と放電量の関係を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る補助電源の放電制御の手順を示すフローチャートである。経過時間と放電量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
４主電源
１２補助電源（電気二重層コンデンサ）
１９制御回路
３０イグニッション検出手段
３１タイマー

Claims

電動パワー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電気二重層コンデンサからなる補助電源とが備えられ、操舵補助力が所定値以下のときには前記補助電源は放電されず、操舵補助力が所定値を超えたときに前記補助電源が放電される電動パワーステアリング装置のモータ制御装置であって、
車両のイグニッションスイッチのオフ状態を検出するイグニッション検出手段と、
前記イグニッションスイッチのオフ状態検出後の経過時間を計測するタイマーと、
前記オフ状態検出から所定時間経過後に前記補助電源を放電させる制御回路と、を備えてい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。
電動パワー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電気二重層コンデンサからなる補助電源と、
車両のイグニッションスイッチのオフ状態を検出するイグニッション検出手段と、
前記イグニッションスイッチのオフ状態検出後の経過時間を計測するタイマーと、
前記オフ状態検出からの時間の経過に応じて単位時間あたりの放電量が増大するように前記補助電源を放電させる制御回路と、を備えてい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。