JP5245278B2

JP5245278B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5245278B2
Application number: JP2007107290A
Authority: JP
Inventors: 圭亮泉谷
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: JP2008265380A

Description

本発明は、車載電源からの給電により駆動されるモータを操舵補助力の発生源として備える電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの発生力を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源としてのモータが車載バッテリーからの給電により駆動されることから、操舵補助のためのエンジンの直接的な動力負担を軽減することができ、車両の燃費向上に寄与し得るという利点を有している。

一方操舵補助用のモータとしては、大なる路面反力に抗してなされる低速走行又は停止状態での操舵、所謂、据切り操舵時における操舵補助力を想定して大出力のモータが用いられているために、車載バッテリーの負担が大きくなるという問題がある。

このような問題に対応するために、主電源としての車載バッテリーに充放電が可能な補助電源を並設し、操舵のためのモータの負荷が大きいときには、主電源からの給電に加えて補助電源の放電によりモータを駆動することにより主電源の負担を軽減する一方、モータの負荷が小さいときには、主電源からの給電により補助電源を充電しておくように構成された電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

補助電源は、操舵補助用のモータを主電源としての車載バッテリーに接続する給電回路に設けたキャパシタであり、切換え手段により、モータの側の放電位置と主電源の側の充電位置とに切換え接続可能としてある。操舵補助用のモータを駆動制御するアシスト制御ＥＣＵは、前記モータの負荷の大小に応じて切換え手段に動作指令を発し、この動作指令に応じて切換え手段は、モータ負荷が大きい場合には放電位置に、モータ負荷が小さい場合には充電位置に切換え動作をなすように構成されている。
特開２００３−３２０９４２号公報

このように構成された電動パワーステアリング装置においては、据切り操舵に対して要求される大なる操舵補助力を、主電源としての車載バッテリーの容量を増すことなく実現することができるが、一方では、例えば、車庫入れ時、縦列駐車時等、据切り操舵が繰り返し実行され、充放電の切換えが頻繁になされた場合に、内部抵抗を流れる充放電電流の作用により補助電源が自己発熱し、この発熱による高温状態の継続が補助電源の寿命を劣化させるという不具合があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主電源に付設された補助電源の寿命が、充放電の繰り返しよって劣化することを防止し、長期に亘って安定した動作が可能となる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。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータを主電源に接続する給電回路に設けた充放電が可能な補助電源と、該補助電源を放電位置と充電位置とに切換え可能な切換え手段とを備え、該切換え手段を、前記モータの大負荷時には放電位置に切換え動作させ、小負荷時には充電位置に切換え動作させるようにした電動パワーステアリング装置において、前記補助電源の温度を検出する温度検出手段と、前記切換え手段の切換えの判定に用いる負荷の閾値を、前記温度検出手段による検出温度の高低に応じて大小に変更する切換え制御手段とを備え、該切換え制御手段は、温度検出手段による検出温度を予め定めた基準温度と比較し、前記検出温度が前記基準温度を超えている場合、前記閾値を大に設定し、前記検出温度が前記基準温度以下である場合、前記閾値を小に設定することを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、補助電源の温度を温度検出手段により検出し、補助電源の放電位置と充電位置との間の切換えを、温度検出手段の検出温度の高低に応じて大小に変更される負荷の閾値と操舵補助用のモータの負荷との比較結果に基づいて実施するから、自己発熱により補助電源の温度が高くなっている場合に充放電の切換え頻度を抑えて発熱を軽減することができ、自己発熱に起因する補助電源の寿命劣化を防止することができる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。なお本図においては、ラックピニオン式の操舵機構１を備える車両への適用例が示されているが、本発明は、操舵機構の形式の如何に拘らず適用可能であることはいうまでもない。

ラックピニオン式の操舵機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸11と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備えている。ラック軸11の両端は、ラックハウジング10の両側外部に突出させてあり、これらの突出端は、各別のタイロッド12，12を介して操舵輪としての左右の前輪13，13に連結されている。またピニオンハウジング20の外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。

ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが一体形成されており、このピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸11の中途部外面に適長に亘って設けられたラックに噛合させてある。ステアリング軸３は、筒形をなすハウジング31の内部に回転自在に支持され、該ハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取り付けてあり、ハウジング31の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール30が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラックとの噛合によりラック軸11の軸長方向の移動に変換され、この移動により左右の前輪13，13が各別のタイロッド12，12を介して押し引きされて操舵がなされる。

ステアリング軸３を支持するハウジング31の中途には、ステアリングホイール30の操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてあり、このトルクセンサ４の下部に操舵補助用のモータ５が取付けてある。

トルクセンサ４は、検出対象となるステアリング軸３を、捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結された上下の２軸に分割し、これらの２軸間にトーションバーの捩れを伴って生じる相対角変位を適宜の手段により検出する公知の構成を有している。

操舵補助用のモータ５は、ハウジング31の外側に軸心を略直交させて取り付けてあり、ハウジング31の内部に延びるモータ５の出力軸の回転を、ハウジング31の内部に構成されたウォームギヤ減速機により減速してステアリング軸３に伝えるようになしてある。

このように取付けられた操舵補助用のモータ５は、アシスト制御ＥＣＵ６に接続されている。アシスト制御ＥＣＵ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により所定の制御動作をなす演算制御部と、モータ５の駆動回路とを一体に備えてなり、車載バッテリーを用いてなる主電源７と補助電源８とに後述の如く接続されている。アシスト制御ＥＣＵ６には、トルクセンサ４による操舵トルクの検出値が与えられ、また補助電源８に付設された温度検出器９から、該補助電源８の温度の検出値が与えられている。

アシスト制御ＥＣＵ６は、トルクセンサ４から与えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータ５を制御対象とするアシスト制御動作をなす。このアシスト制御動作は、操舵トルクの検出値を所定のサンプリング周期にて取り込み、この検出値を予め設定された制御マップに適用して発生すべき操舵補助力の目標値（目標補助力）を定め、この目標補助力を発生すべく操舵補助用のモータ５の駆動回路を動作させて、主電源７及び補助電源８からの給電により操舵補助用のモータ５を駆動せしめる公知の動作である。

なお、操舵トルクに基づいて定まる目標補助力は、車速、ヨーレート等の操舵に影響を与える走行状態の検出結果に基づいて補正されるのが望ましい。例えば、車速による補正は、前輪13，13に加わる路面反力が小さい高速走行時には、モータ５が発生する操舵補助力を低く抑え、ステアリングホイール30に剛性感を付与してふらつきのない安定した走行を実現すべくなされ、逆に路面反力が大きい停止時及び低速走行時には、モータ５が発生する操舵補助力を高め、ステアリングホイール30の操作を軽快に行わせ、操舵に要する労力負担を軽減すべくなされる。

一方アシスト制御ＥＣＵ６は、以上の如く駆動されるモータ５の負荷の大小と、温度検出器９から与えられる補助電源８の温度検出値とに基づいて、主電源７及び補助電源８による給電回路を制御対象として以下に示す給電制御動作をなす。

図２は、給電回路の概略構成を示す図である。図示の如くアシスト制御ＥＣＵ６は、車載バッテリーを用いてなる主電源７の正極及び負極に常時給電可能に接続されている。補助電源８は、内部抵抗8bを有するキャパシタ8aであり、切換えスイッチ80を介して主電源７及びアシスト制御ＥＣＵ６に並列接続されている。

切換えスイッチ80は、図中に実線により示す充電位置と、同じく２点鎖線により示す放電位置との間で切換え可能に構成されている。切換えスイッチ80が充電位置に切り換えられている場合、補助電源８は主電源７に接続され、該主電源７との間の電位差がなくなるまで充電されてキャパシタ8aに電荷が蓄積される。一方切換えスイッチ80が放電位置に切換えられている場合、補助電源８はアシスト制御ＥＣＵ６に接続され、キャパシタ8aに蓄積された電荷がアシスト制御ＥＣＵ６に放電される。

以上のようになされる充放電中に補助電源８の温度は、充放電電流が流れる内部抵抗8bの発熱により上昇する。このように上昇する補助電源８の温度は、前述の如く温度検出器９により検出され、アシスト制御ＥＣＵ６に与えられている。切換えスイッチ80にはアシスト制御ＥＣＵ６から動作指令が与えられており、この動作指令に応じて切換えスイッチ80は、前述した充電位置及び放電位置のいずれか一方に切換えられる。

図３は、アシスト制御ＥＣＵ６によりなされる給電制御動作の内容を示すフローチャートである。本図に従う給電制御動作は、前述したアシスト制御動作に並行して所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

まずアシスト制御ＥＣＵ６は、温度検出器９から与えられる補助電源８の検出温度ｔを取込み（ステップＳ１）、この検出温度ｔを基準温度ｔ₀と比較する（ステップＳ２）。この比較に用いる基準温度ｔ₀は、補助電源８の寿命劣化を引き起こすことが想定される温度であり、例えば、補助電源８を構成するキャパシタ8aの仕様に基づいて予め定められている。

次いでアシスト制御ＥＣＵ６は、ステップＳ２での比較の結果、温度検出器９の検出温度ｔが基準温度ｔ₀を超えていると判定された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、以降の動作に用いる充放電しきい値Ｌ₀を大に設定し（ステップＳ３）、逆に、検出温度ｔが基準温度ｔ₀以下であると判定された場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、充放電しきい値Ｌ₀を小に設定して（ステップＳ４）、夫々ステップＳ５に進む。

なお図３に示すフローチャートにおいては、充放電しきい値Ｌ₀を大小２通りに設定するようにしてあるが、基準温度ｔ₀を複数定め、これらと温度検出器９の検出温度ｔとの比較結果に基づいて、補助電源８の温度の高低に応じて段階的又は連続的に大小となる充放電しきい値Ｌ₀を設定することも可能である。

このように充放電しきい値Ｌ₀を設定した後アシスト制御ＥＣＵ６は、この充放電しきい値Ｌ₀と操舵補助用のモータ５の負荷Ｌとを比較し（ステップＳ５）、現状の負荷Ｌが充放電しきい値Ｌ₀を超えていると判定された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）には、切換えスイッチ80を放電位置に切換え動作させ（ステップＳ６）、逆に、現状の負荷Ｌが充放電しきい値Ｌ₀以下であると判定された場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、切換えスイッチ80を充電位置に切換え動作させて（ステップＳ７）一回の制御動作を終える。

ステップＳ５での比較に用いるモータ５の負荷Ｌは、前述したアシスト制御動作においてアシスト制御ＥＣＵ６内にて決定される目標補助力であり、この比較の結果、決定された目標補助力の実現のために充放電しきい値Ｌ₀を超える大負荷が必要であると判定された場合、ステップＳ６において放電位置への切換えがなされるから、モータ５は、主電源７からの給電と補助電源８の放電とにより駆動され、大なる操舵補助力を発生することができる。一方、充放電しきい値Ｌ₀以下の小負荷が必要であると判定された場合には、ステップＳ７において充電位置への切換えがなされ、補助電源８は主電源７からの給電により充電され、この間のモータ５は、主電源７からの給電によって駆動される。

以上の充放電が繰り返し実行された場合、補助電源８の温度は自己発熱により上昇するが、本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、ステップＳ２〜ステップＳ４の動作により、充放電の切換え判定に用いる充放電しきい値Ｌ₀が補助電源８の温度の高低に応じて大小となるように設定されるから、自己発熱により補助電源８の温度が高くなっている状態での充放電の切換え頻度が少なくなり、更なる温度上昇を抑制することができ、充放電に伴う自己発熱に起因する補助電源８の寿命劣化を防止して、長期に亘って安定した動作を行わせることが可能となる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。給電回路の概略構成を示す図である。給電制御動作の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

５モータ、６アシスト制御ＥＣＵ（切換え制御手段）、７主電源、
８補助電源、９温度検出器（温度検出手段）、80 切換えスイッチ（切換え手段）

Claims

操舵補助用のモータを主電源に接続する給電回路に設けた充放電が可能な補助電源と、該補助電源を放電位置と充電位置とに切換え可能な切換え手段とを備え、該切換え手段を、前記モータの大負荷時には放電位置に切換え動作させ、小負荷時には充電位置に切換え動作させるようにした電動パワーステアリング装置において、
前記補助電源の温度を検出する温度検出手段と、
前記切換え手段の切換えの判定に用いる負荷の閾値を、前記温度検出手段による検出温度の高低に応じて大小に変更する切換え制御手段とを備え、
該切換え制御手段は、温度検出手段による検出温度を予め定めた基準温度と比較し、前記検出温度が前記基準温度を超えている場合、前記閾値を大に設定し、前記検出温度が前記基準温度以下である場合、前記閾値を小に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。