JP5487542B2 - 電動パワーステアリング装置のモータ制御装置 - 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を制御する装置に関する。

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

前述した補助電源を用いる構成においては、図３に示されるように、充放電閾値として所定の電力値を設定しておき、モータの消費電力がこの充放電閾値以下のときは、車載バッテリだけで必要な電力を負担するとともに補助電源を充電し、一方、モータの消費電力が前記充放電閾値を超えるときは、この超える分の電力を補助電源に負担させることが考えられる。

補助電源が負担するエネルギー量は、前記充放電閾値以上の電力の積算値で決まり、電動パワーステアリング装置の良好な操作性を確保するためには、最悪条件（最も大きな操舵補助力を必要とする条件）を見越した容量をもたせる必要がある。この最悪条件は、通常、車庫入れ時や駐車時に運転者がステアリングホイールの据切りを行う際に発生することから、このときの必要電力量に若干のバラツキを考慮して前記補助電源の容量を決定することが考えられる。

ところで、例えば車両が高速で走行しているときは小さな操舵補助力しか必要としないことから、前記補助電源を利用することがほとんどない。一方、前記車載バッテリは、電動パワーステアリング装置のモータ以外にも種々の電気機器に対して電力を供給しており、これらの電気機器を安定して動作させるために当該車載バッテリの負担を軽減させることが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、補助電源のエネルギー残量に応じて充放電閾値を変更させることにより当該補助電源の電力を有効利用して、主電源である車載バッテリの負担を軽減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を提供することを目的としている。

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（以下、単に「モータ制御装置」ともいう）は、
車両の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を補助するための、
前記モータに電力を供給することができる補助電源と、
充放電閾値として設定される電力値に基づいて、前記補助電源による前記モータへの電力供給を制御する制御回路と
を備えており、前記制御回路は、補助電源のエネルギー残量をモニタリングし、このエネルギー残量に基づいて前記充放電閾値を変更し得ると共に、前記充放電閾値を超えた量を補助電源が負担し、
前記制御回路は、補助電源のエネルギー残量が所定量以上のときは、前記充放電閾値を第１の閾値とし、エネルギー残量が前記所定量よりも少なくなるに従い充放電閾値を前記第１の閾値よりも大きくし、また、消費電力が前記充放電閾値より低い場合、当該充放電閾値と消費電力との差分を充電できるように、構成されていることを特徴としている。

本発明のモータ制御装置は、補助電源を充放電させるときの閾値を当該補助電源のエネルギー残量に応じて変更するよう構成されている。したがって、補助電源のエネルギー残量に余裕があるときは、充放電閾値を小さくして補助電源からの放電機会を増やすことができ、その分主電源であるバッテリの負担を減らすことができる。その結果、主電源の電圧を安定させることができ、当該主電源により電力供給されるスタビリティーコントロールやオーディオ等の他の機器ないしは装置を安定して動作させることができる。そして、補助電源のエネルギー残量が少ないときは、充放電閾値を大きくして補助電源からの放電機会を減らし、逆に補助電源への充電機会を増やすことで当該補助電源のエネルギー残量を増加させる。

前記制御回路を、補助電源のエネルギー残量が所定量以上のときは、前記充放電閾値を第１の閾値とし、エネルギー残量が前記所定量よりも少なくなるに従い充放電閾値を前記第１の閾値よりも大きくするよう構成することができる。この場合、補助電源のエネルギー残量が所定量以上であり余裕があるときは充放電閾値を小さくして補助電源からの放電機会を増やすことができ、その分主電源であるバッテリの負担を減らすことができる。そして、エネルギー残量が前記所定量よりも少なくなるに従い充放電閾値を前記第１の閾値よりも大きくすることで、補助電源のエネルギー残量が少なくなるほど補助電源からの放電機会を減らし、逆に補助電源への充電機会を増やすことができ、これにより当該補助電源のエネルギー残量を増加させることができる。

本発明のモータ制御装置によれば、補助電源の電力を有効利用して、主電源である車載バッテリの負担を軽減させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のモータ制御装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、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１の制御装置２の回路図である。図において、車両のステアリング装置１ｓには、モータ１ｍにより操舵補助力が付与される。より詳細には、ステアリング装置１ｓのステアリングシャフト（図示せず）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）に応じてモータ１ｍが駆動制御され、ステアリングシャフト又はステアリングギヤ（ラックピニオンやラックシャフト等）へのアシストが行われる。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。このダイオード６のカソードと接地側電路７との間には、平滑用の電解コンデンサ８が設けられている。

一方、補助電源９は電気二重層コンデンサ（キャパシタ）で構成されており、主電源４に対して直列に接続されている。なお、補助電源としては、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）以外に、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池などの二次電池や、コンデンサを用いることもできる。

補助電源９の給電電路（高電位側電路）１０は、放電制御回路１１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１１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１ａとＰＷＭ方式の電圧源１１ｂとを含んでおり、ゲート電圧をＰＷＭ制御することにより、放電電流を制御することができる。補助電源９の低電位側には、リアクトル１２を介してダイオード１３のアノードが接続され、当該ダイオード１３のカソードは補助電源９の給電電路１０に接続されている。また、ダイオード１３のアノードと接地側電路７との間には、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４が設けられている。保護用のダイオード１４ｄは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４に並列接続又は内蔵されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のゲートは、ゲート駆動回路２０により駆動される。

前記給電電路１０には、補助電源９からの放電電流を検出する電流検出器３１が配設されている。また、補助電源９の端子間電圧を検出する電圧検出器３２が配設されている。前記電流検出器３１及び電圧検出器３２からの各信号は制御回路１５に送信される。

前記モータ駆動回路３、放電制御回路１１及びゲート駆動回路２０は、制御回路１５の指令信号を受けて動作する。この制御回路１５には、ドライバーによるステアリングホイールの操舵トルクや、車速センサ３３からの車速情報が入力されるようになっており、制御回路１５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。

前記ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオン状態のときは、オルタネータ４ａからリアクトル１２、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４を通って電流が流れるが、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオフに転じると、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１２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９が充電される。このように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のオン・オフを繰り返して、補助電源９を充電することができる。

前記構成において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいとき（モータ消費電力が充放電閾値よりも小さいとき）は、制御回路１５は放電制御回路１１をオフ状態にする。したがって、主電源４の電圧は平滑コンデンサ８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１５による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。一方、補助電源９の電圧はモータ駆動回路３に供給されない。

また、必要とされる操舵補助力が比較的大きく（モータ消費電力が充放電閾値よりも大きく）、主電源４のみではまかないきれないときは、制御回路１５は放電制御回路１１をオン状態にする。この結果、主電源４と補助電源９とが互いに直列にされた状態でその電圧に基づいて、放電制御回路１１により規定された電流がモータ駆動回路３に供給される。

本実施の形態では、前記制御回路１５が、補助電源９のエネルギー残量をモニタリングし、このエネルギー残量に基づいて前記充放電閾値を変更し得るように構成されている。より詳細には、制御回路１５は、定期的に（例えば、５０ミリ秒毎に、又は、主電源４若しくはこれに補助電源９を加えた電源により操舵補助（アシスト）を開始する毎に）補助電源９のエネルギー残量Ｗ（Ｊ）を次の式（１）に従い算出する。

ここに、Ｃはキャパシタ容量（Ｆ）、Ｖ１はキャパシタ端子電圧（Ｖ）、Ｖ２はキャパシタ下限電圧（放電限界）（Ｖ）であり、これらのうちキャパシタ端子電圧Ｖ１は電圧検出器３２により得られ、キャパシタ容量Ｃ及びキャパシタ下限電圧Ｖ２は定数である。
そして、得られた補助電源９のエネルギー残量に基づいて充放電閾値が設定される。図２は、補助電源であるキャパシタの残り（充電）エネルギー（Ｊ）と充放電閾値（Ｗ）との関係の一例を示す図である。この例では、補助電源９のエネルギー残量がＷｍａｘ／４以上の場合、充放電閾値は第１の閾値であるＴａとされ、一方、補助電源９のエネルギー残量がＷｍａｘ／４より小さくなると、充放電閾値は直線的にＴｂまで大きくなるように設定されている。なお、Ｗｍａｘは、キャパシタ端子電圧Ｖ１が最大値（上限電圧）のときの補助電源９のエネルギー残量、すなわち補助電源９の最大充電エネルギーである。

図２に示される例の場合、補助電源９のエネルギー残量が所定量（Ｗｍａｘ／４）以上であり余裕があるときは充放電閾値を小さな第１の閾値として補助電源９からの放電機会を増やすことができ、その分車載バッテリ４ｂの負担を減らすことができる。そして、エネルギー残量が前記所定量よりも少なくなるに従い充放電閾値を前記第１の閾値よりも大きくすることで、補助電源のエネルギー残量が少なくなるほど補助電源９からの放電機会を減らし、逆に補助電源９への充電機会を増やすことができ、これにより当該補助電源９のエネルギー残量を増加させることができる。

なお、前記所定量は、Ｗｍａｘ／４に限定されるものではなく、例えばＷｍａｘ／３やＷｍａｘ／２等の他の値とすることもできる。また、補助電源９のエネルギー残量が所定量よりも小さいときの充放電閾値の変化は、直線的に増加させる以外に、例えば曲線的に増加させることもできる。さらに、図２に示される例では、補助電源９のエネルギー残量が所定量以上のときは、充放電閾値を一定値としているが、補助電源９のエネルギー残量が多くなるに従い直線的又は曲線的に充放電閾値が減少するようにしてもよい。充放電閾値は、予め制御回路１５の記憶部１５ａに記憶されているマップや数式に基づいて決定することができる。

また、本発明において、補助電源９の数は、１つに限定されるものではなく、２以上であってもよい。この場合、同種の補助電源を複数用いてもよいし、種類の異なる補助電源を併用してもよい。

本発明のモータ制御装置の一実施の形態の回路図である。 補助電源のエネルギー残量と充放電閾値との関係の例を示す図である。 補助電源の充放電と充放電閾値との関係を説明する図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
１ｓ ステアリング装置
１ｍ モータ
２ 制御装置
３ モータ駆動回路
４ 主電源
４ａ オルタネータ
４ｂ 車載バッテリ
９ 補助電源
１５ 制御回路
３１ 電流検出器
３２ 電圧検出器
３３ 車速センサ

Claims (1)

1. 車両の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を補助するための、
   前記モータに電力を供給することができる補助電源と、
   充放電閾値として設定される電力値に基づいて、前記補助電源による前記モータへの電力供給を制御する制御回路と
   を備えており、前記制御回路は、補助電源のエネルギー残量をモニタリングし、このエネルギー残量に基づいて前記充放電閾値を変更し得ると共に、前記充放電閾値を超えた量を補助電源が負担し、
   前記制御回路は、補助電源のエネルギー残量が所定量以上のときは、前記充放電閾値を第１の閾値とし、エネルギー残量が前記所定量よりも少なくなるに従い充放電閾値を前記第１の閾値よりも大きくし、また、消費電力が前記充放電閾値より低い場合、当該充放電閾値と消費電力との差分を充電できるように、構成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のモータ制御装置。

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