JP5277614B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって操舵補助力を発生する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、エンジンの出力を利用せずに必要なときだけ電動モータを駆動して操舵補助力を発生するため、高効率で燃費への影響も少なく、従来から小型車を中心に普及してきている。さらに最近では、燃費への配慮から大型車に対する需要も増えてきている。
ところが、大型車では、車載バッテリの出力電力が現状においても限界に達しつつあるため、電動パワーステアリング装置を適用するためには更なる高出力化が必要である。

高出力化の方法の１つとして、電動モータに電力を供給することができる補助電源を車載バッテリに加えて搭載する技術が開発されている（下記特許文献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）やリチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。
特開２００３−３２０９４２号公報

大型車には、通常、ラック軸に推力を与えるラックアシストタイプのパワーステアリング装置が用いられている。従って、このパワーステアリング装置を単純に電動化する場合、互いに電気的に接続されている電動モータや補助電源、モータ駆動回路や補助電源用の充放電回路等を全てラック軸の近傍に配置することが考えられる。
しかしながら、補助電源、例えば電気二重層コンデンサは、使用温度範囲が−２０℃〜６０℃程度とされているのに対して、ラック軸が配置されるエンジンルーム内は８０℃を超えるような高温になる場合がある。そのため、エンジンルーム内に補助電源を配置すると熱影響によって特性が劣化する可能性が生じ、好ましくない。

本発明は、補助電源や充放電回路等の配置箇所を工夫することによって熱影響による補助電源の特性劣化を防止することができ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。

本発明の電動パワーステアリング装置は、電動モータの操舵補助力をエンジンルーム内に配置されたラック軸又はピニオン軸に伝達するラックアシストタイプ又はピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータに電力を供給する主電源と、前記電動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、前記主電源及び前記補助電源の電力により前記電動モータを駆動させる駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御回路と、前記補助電源を充放電させるように前記制御回路によって制御される充放電回路と、を備えており、前記電動モータ、前記駆動回路、前記制御回路、及び前記充放電回路が車両のエンジンルーム内に配置され、前記補助電源が前記エンジンルームとは区画された車室内に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、補助電源がエンジンルームとは区画された車室内に配置されるので、高温による特性劣化を防止することができる。
また、補助電源を充放電させる充放電回路は、補助電源の電力を電動モータに供給するために駆動回路や制御回路に接続される。そのため、この充放電回路については補助電源とともに車室内に配置するのではなく、電動モータ、駆動回路、制御回路とともにエンジンルーム内に配置することによって、充放電回路、駆動回路、及び制御回路の互いの接続構造等を簡素なものにすることができ、充放電回路と補助電源との間をハーネス、コネクタ等の少ない追加部品によって接続すれば足りる。また、充放電回路は、駆動回路及び制御回路とともに電子制御ユニット（ＥＣＵ）として１ユニット化することができる。

本発明によれば、熱影響による補助電源の特性劣化を防止することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の模式図であり、当該装置１は、例えば自動車に搭載され、ステアリングホイール（操舵部材）２に加わるドライバーの操舵動作に応じて、タイヤ（操向車輪）３の向きを変えるための操舵軸４を備えている。操舵軸４の下端には、自在継手５及び中間軸６を介してステアリングギヤ７が連結されている。ステアリングギヤ７は、ピニオン軸８及びラック軸９を備えたラックアンドピニオン式とされ、ピニオン軸８は、上端が自在継手５に連結され、下部にピニオン歯８ａを備えている。ラック軸９は、ピニオン歯８ａに噛み合うラック歯９ａを備えている。

ラック軸９は、ハウジング３１内において軸方向（左右方向）移動自在に支持されており、ラック軸８の軸方向両端には、タイロッド３２及びナックルアーム３３を介してタイヤ３が連結されている。ピニオン軸８は、ハウジング３１に軸心回り回転自在に支持されている。

上述した構成において、操舵のためにステアリングホイール２を回転操作すると、操舵軸４、中間軸６等を介して連結されたピニオン軸８が回転し、この回転が、ピニオン歯８ａとラック歯９ａとの噛合部においてラック軸９の軸方向の移動に変換される。このラック軸９の移動は、タイロッド３２を介して左右のナックルアーム３３に伝わり、これらのナックルアーム３３の押し引きにより左右のタイヤ３がステアリングホイール２の操作方向に操舵されるようになっている。

本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、電動モータ４０の操舵補助力をラック軸９に伝達するラックアシストタイプとされている。このラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置１は、ラック軸９の外周面に相対回転可能に外嵌され、ハウジング３１に軸受を介して回転自在に支持された回転体４１と、この回転体４１とラック軸９との間に形成されたボールネジ機構４２と、ハウジング３１に支持されたブラシレスモータ等からなる電動モータ４０と、電動モータ４０の回転動力を回転体４１に伝達する傘歯車等からなる伝達機構４３とを備えている。そして、電動モータ４０の回転動力は、伝達機構４３を介して回転体４１に伝達され、この回転体４１の回転はボールネジ機構４２によってラック軸９の軸方向の推力に変換される。

電動モータ４０を駆動制御するためのモータ制御装置は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０と、電動モータ４０に電力を供給する主電源１１及び補助電源１２とを備えている。ＥＣＵ１０及び主電源１１は、ラック軸９や電動モータ４０とともにエンジンルーム内に配置され、補助電源１２は、エンジンルームとは隔壁５０により区画された車室内に配置されている。特に、ＥＣＵ１０は、電動モータ４０の近傍に配置され、電動モータ４０及び主電源１１に電気配線にて接続されている。ＥＣＵ１０には、操舵トルクを検出するトルクセンサ２５の検出信号と、車速を検出する車速センサ２６の検出信号とが入力される。

図２は、モータ制御装置の概略的なブロック回路図であり、ＥＣＵ１０は、充電回路１３、放電回路１４、モータ駆動回路１５、制御回路２４を含んでいる。主電源１１は、車載バッテリ及びオルタネータによって構成され、車両の各種電気機器に電力を供給する。車載バッテリはオルタネータにより充電される。主電源１１は、給電電路１６及び第２切換スイッチ２２を介してモータ駆動回路１５に接続されている。

補助電源１２は、電気二重層コンデンサによって構成され、主電源１１によって充電されると共に、必要に応じて電動パワーステアリング装置１のモータ４０に電力を供給する。補助電源１２の一方の端子１２ａは、給電電路１６に接続された充電電路１８と、放電電路１９とに接続されている。一方、補助電源１２の他方の端子１２ｂは、第１切換スイッチ２０を介して給電電路１６又は接地電位に接続されている。充電電路１８には逆流防止用のダイオード２１が設けられ、このダイオード２１と第１切換スイッチ２０によって充電回路１３が構成されている。

放電電路１９は、第２切換スイッチ２２を介してモータ駆動回路１５に接続されている。第２切換スイッチ２２は、モータ駆動回路１５を給電電路１６と放電電路１９とに切り換えて接続するものであり、この第２切換スイッチ２２によって放電回路１４が構成されている。
モータ駆動回路１５、充電回路１３、及び放電回路１４は、制御回路２４の制御信号を受けて動作する。この制御回路２４は、トルクセンサ２５や車速センサ２６からの検出信号の入力を受け、この検出信号に応じた適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ駆動回路１５、充電回路１３、及び放電回路１４を制御してモータ４０を駆動させる。

充電回路１３を構成する第１切換スイッチ２０によって接点ｐ１，ｐ２が接続されると（実線ａで示す）、補助電源１２の他方の端子１２ｂが接地電位に接続される。この状態で、放電回路１４を構成する第２切換スイッチ２２によって接点ｐ４，ｐ５が接続されると（実線ｃで示す）、給電電路１６がモータ駆動回路１５に接続される。これにより、主電源１１の電力が給電電路１６を介してモータ駆動回路１５に供給され、補助電源１２が充電電路１８を介して主電源１１によって充電される。したがって、補助電源１２の電力はモータ駆動回路１５には供給されない。

一方、第１切換スイッチ２０によって接点ｐ１，ｐ３が接続されると（点線ｂで示す）、補助電源１２の他方の端子１２ｂが主電源１１に直列に接続される。この状態で、第２切換スイッチ２２によって接点ｐ４，ｐ６が接続されると（点線ｄで示す）、放電電路１９がモータ駆動回路１５に接続され、主電源１１及び補助電源１２の電力がモータ駆動回路１５に供給される。

つまり、第１，第２切換スイッチ２０，２２を実線で示す位置ａ，ｃに切り換えると補助電源１２が充電状態になり、第１，第２切換スイッチ２０，２２を点線で示す位置ｂ，ｄに切り換えると補助電源１２が放電状態になる。

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２４は第１，第２切換スイッチ２０，２２をそれぞれ実線で示す位置ａ，ｃに切り換えて補助電源１２を充電状態にする。これにより、主電源１１の電力がモータ駆動回路１５に供給され、モータ駆動回路１５が制御回路２４による制御信号に基づいてモータ４０を駆動する。

一方、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源１１のみではまかないきれないときは、制御回路２４は、第１，第２切換スイッチ２０，２２をそれぞれ点線で示す位置ｂ，ｄに切り換えて補助電源１２を放電状態にする。これにより、主電源１１と補助電源１２とが互いに直列に接続された状態で、両者の電力がモータ駆動回路１５に供給される。

以上説明したように、本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、補助電源１２が車室内に配置されているので、エンジンルーム内の高温に曝されることはなく、定められた使用温度範囲内で補助電源１２を使用することができる。したがって、温度環境によって補助電源１２の特性に劣化が生じることはほとんどない。また、補助電源１２を充放電させる充放電回路１３，１４は、補助電源１２とともに車室内に配置されるのではなくエンジンルーム内に配置され、モータ駆動回路１５、制御回路２４とともにＥＣＵ１０に組み込まれているので、これらを個別に離反して配置する場合に必要なハーネス等の接続部品は不要であり、補助電源１２とＥＣＵ１０内の充放電回路１３，１４とをハーネスを介してコネクタ２７（図２参照）により着脱可能に接続する構成とすれば足りる。したがって、補助電源１２を車室内に配置することに伴う部品点数の増加を抑制することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、補助電源１２は、電気二重層コンデンサに限定されるものではなく、リチウムイオン電池等の二次電源とすることもできる。充電回路１３及び放電回路１４を構成する第１，第２切換スイッチ２０，２２としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いることができる。

また、主電源１１を構成する車載バッテリの故障（例えば、急激な電圧低下）を検出する手段を設け、この検出手段を制御回路２４に接続することにより、補助電源１２を主電源１１が故障したときのバックアップ用電源としても機能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は、ラックアシストタイプに限らず、電動モータ等がエンジンルームに配置される他のタイプ、例えば、ピニオンアシストタイプであってもよい。また、トルクセンサ２５や車速センサ２６の配置も特に限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置のタイプ等に応じて適宜配置することができる。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 モータ制御装置のブロック回路図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
４ モータ
１１ 主電源
１２ 補助電源
１３ 充電回路
１４ 放電回路
１５ モータ駆動回路
２４ 制御回路

Claims (1)

1. 電動モータの操舵補助力をエンジンルーム内に配置されたラック軸又はピニオン軸に伝達するラックアシストタイプ又はピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータに電力を供給する主電源と、
   前記電動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、
   前記主電源及び前記補助電源の電力により前記電動モータを駆動させる駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御回路と、
   前記補助電源を充放電させるように前記制御回路によって制御される充放電回路と、を備えており、
   前記電動モータ、前記駆動回路、前記制御回路、及び前記充放電回路が車両のエンジンルーム内に配置され、前記補助電源が前記エンジンルームとは区画された車室内に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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