JP6183267B2 - パワーステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリングシステムに関するものである。

従来より、Ｗ／Ｈ（ワイヤーハーネス）、モータ内部巻線、等の故障時であっても、通常制御を継続できるように、電源からモータへの電力供給ラインを冗長構成とするパワーステアリングシステムが知られている。

位置センサ、電気モータ、制御装置、及びこれらの各種部品を接続する電気的ラインを三重の冗長構成とすることにより、信頼性を高めた車両用電動ステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２００８４０号公報

しかしながら、冗長化された電源の電力供給性能が低い程、多相交流モータの各相コイルへの発熱集中によるエネルギーロスの影響が大きくなり、パワーステアリングシステムにおける電力供給ラインの信頼性を低下させてしまう。

そこで、電力供給ラインの信頼性を向上させたパワーステアリングシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一態様によれば、
二つの多相コイルを含むモータと、
二つの電源を含む電源部と、
前記多相コイルに対応して設けられるインバータを含み、前記二つの多相コイルの各々に対して供給される電力を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、一方の電源が故障した場合に、他方の電源から、前記二つの多相コイルのうち一方の多相コイルと他方の多相コイルとを交互に、且つ、前記モータの回転方向と同じ方向に、前記電力を供給する、パワーステアリングシステムが提供される。

一態様によれば、電力供給ラインの信頼性を向上させたパワーステアリングシステムを提供することができる。

パワーステアリングシステムの構成例を示す図である。 パワーステアリングシステムの構成例を示す図である。 ３相巻線に対する通電制御の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜パワーステアリングシステムの構成＞
図１に、本実施の形態に係るパワーステアリングシステムの概略構成の一例を示す。パワーステアリングシステム１００は、電源部１１０、ＥＣＵ（電子制御装置）１２０、モータ１３０、等を含む。パワーステアリングシステム１００は、二系統の電源、二系統のインバータ、二系統のモータを有する完全二重系であり、電源供給ラインは、二重の冗長構成を有している。パワーステアリングシステム１００は、主に、コラム式、ラック式のパワーステアリングシステムに適用することが可能である。なお、本明細書において、電源、インバータ、モータにおけるそれぞれの組合せの単位を「系統」と呼ぶ。

電源部１１０は、第１電源系統１１１、第２電源系統１１２を含む。電源部１１０は、例えば、一方の電源系統が故障した場合、他方の電源系統からＥＣＵ１２０、モータ１３０へと電力を供給する。

第１電源系統１１１は、ＨＶバッテリ１１３（例えば、２８８Ｖの直流電源）、ＤＣＤＣコンバータ１１４（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２は、バッテリ１１５（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２の電力供給性能は、第１電源系統１１１の電力供給性能と比較して低い。

ＥＣＵ（制御部）１２０は、インバータ１２１（第１インバータ系統）、インバータ１２２（第２インバータ系統）、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５、電源リレー２０１、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３、等を含む。

インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０の直流電流と、モータ１３０の交流電流との変換を行う電力交換装置であり、モータ１３０を駆動させる駆動装置でもある。例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、エンジンの動力によりモータ１３０で発電する交流電流を、直流電流に変換して出力する（回生制御）。又、例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０から供給される直流電流を、交流電流に変換してモータ１３０を駆動させる（力行制御）。

インバータ１２１は、電源リレー２０１を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１により制御される。又、インバータ１２１は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３により制御される。

インバータ１２２は、電源リレー２０２を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２により制御される。又、インバータ１２２は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３により制御される。

モータ（多相交流モータ）１３０は、２組の多相コイル（第１の３相巻線１３１、第２の３相巻線１３２）、ステータ、ロータ、及びシャフト（図示せず）、等を含む。

第１の３相巻線１３１は、インバータ１２１に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を含む３相コイルである。第１の３相巻線１３１の３相端末（ノードＵ１、ノードＶ１、ノードＷ１）と、第１の３相巻線１３１に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２１とは、接続される。

第２の３相巻線１３２は、インバータ１２２に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を含む３相コイルである。第２の３相巻線１３２の３相端末（ノードＵ２、ノードＶ２、ノードＷ２）と、第２の３相巻線１３２に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２２とは、接続される。

ノードＵ１及びノードＵ２は、Ｕモータ系統切替リレー１２３と接続される。ノードＶ１及びノードＶ２は、Ｖモータ系統切替リレー１２４と接続される。ノードＷ１及びノードＷ２は、Ｗモータ系統切替リレー１２５と接続される。

ロータは、シャフトと共に回転する部材であり、表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有する。ステータは、ロータを内部に収容しており、回転するロータを支持する。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、各突出部には各相コイルが巻回される。

本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００によれば、第１電源系統１１１が故障した場合、電力供給性能の低い第２電源系統１１２を利用して、モータ１３０へと電力を供給する。この際、インバータ１２１から第１の３相巻線１３１への電力供給と、インバータ１２２から第２の３相巻線１３２への電力供給とは、交互に行われ、且つ、各相コイルに対して、モータ１３０の回転方向と同じ方向に、順番に電力供給が行われる。例えば、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）という順番で電力供給が行われる。これにより、インバータ、モータの過剰な発熱集中を抑制することができる。従って、パワーステアリングシステム１００において、電力供給ラインの信頼性を向上させることができる。

＜第１電源系統１１１が故障した場合の電力供給＞
図２は、第１電源系統１１１が故障した場合の電力供給の流れを示す図である。

第１電源系統１１１が故障すると、第２電源系統１１２から、第１インバータ系統を介して第１モータ系統へと電力が供給され、第２インバータ系統を介して第２モータ系統へと電力が供給される。

制御部１２０により、電源系統切替リレー２０３が制御され（ＯＮ）、第１インバータ系統の入力と第２インバータ系統の入力とは接続となる。

制御部１２０により、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３が制御され（ＯＦＦ）、Ｕ相に対応する、第１インバータ系統の出力（ノードＵ１）と第２インバータ系統の出力（ノードＵ２）とは非接続となる。

制御部１２０により、Ｖ相モータ系統切替リレー１２３が制御され（ＯＦＦ）、Ｖ相に対応する、第１インバータ系統の出力（ノードＶ１）と第２インバータ系統の出力（ノードＶ２）とは非接続となる。

制御部１２０により、Ｗ相モータ系統切替リレー１２３が制御され（ＯＦＦ）、Ｗ相に対応する、第１インバータ系統の出力（ノードＷ１）と第２インバータ系統の出力（ノードＷ２）とは非接続となる。

第１電源系統１１１が故障した場合、パワーステアリングシステム１００は、第２電源系統１１２（例えば、補機バッテリ１１５）のみで、電力供給を行わなければならない。第２電源系統１１２は、電力供給性能が低いため、パワーステアリングシステム１００において、省電力動作、電力供給ラインの確実な信頼性確保が求められる。

図２に示す電力供給ラインによれば、故障系統（第１系統）への電力供給を停止することなく、電力ロスを小さくすることができる。従って、第１電源系統１１１が故障した場合であっても、第１系統及び第２系統の動作エネルギーを確実に確保し、通常制御を継続可能なパワーステアリングシステム１００を実現できる。

＜通電制御の一例＞
図３を用いて、第１電源系統１１１が故障した場合の、第１の３相巻線１３１、第２の３相巻線１３２に対する通電制御の一例について説明する。図３に示す通電制御は、制御部１２０によって実行される。

まず、インバータ１２１は、ノードＵ１、ノードＶ１より、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）を通電させる。

次に、インバータ１２２は、ノードＶ２、ノードＷ２より、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）を通電させる。制御部１２０は、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）の次に通電させる巻線として、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）と隣接しないＶ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）を選択する。

次に、インバータ１２１は、ノードＷ１、ノードＵ１より、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を通電させる。制御部１２０は、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）の次に通電させる巻線として、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）と隣接しないＷ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を選択する。

次に、インバータ１２２は、ノードＵ２、ノードＶ２より、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）を通電させる。制御部１２０は、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）の次に通電させる巻線として、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）と隣接しないＵ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）を選択する。

次に、インバータ１２１は、ノードＶ１、ノードＷ１より、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）を通電させる。制御部１２０は、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）の次に通電させる巻線として、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）と隣接しないＶ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）を選択する。

次に、インバータ１２２は、ノードＷ２、ノードＵ２より、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を通電させる。制御部１２０は、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）の次に通電させる巻線として、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）と隣接しないＷ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を選択する。

図３に示すように、第１の３相巻線１３１と第２の３相巻線１３２とを単に交互に通電させるだけでなく、隣接しない巻線（コイル）に対して、モータの回転方向に電力を供給する（分散通電を行う）ことにより、インバータ、モータの発熱集中を抑制することができる。

なお、図３では、Ｕ相の３相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相の３相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相の３相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）、Ｗ相の３相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）、Ｖ相の３相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）、Ｕ相の３相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、という順番で、各相コイルを通電させる例を示したが、順番の組み合わせは多数存在し、特に限定されるものではない。少なくとも、パワーステアリングシステムにおいて、エネルギーロスを低減させることが可能な通電制御を実行できる組み合わせであれば良い。

例えば、モータ１３０内部の２系統の３相巻線の巻線構造等を考慮して、各相コイルへの通電を行うことも可能である。

又、例えば、モータ内部の熱バランスを考慮して、各相コイルへの通電を行うことも可能である。

又、例えば、各相コイルの高温側コイルへの通電を極力避け、低温側コイルへの通電を行うことも可能である。Ｕ相巻線を通電させる場合、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）とＵ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）とで、低温側のＵ相巻線を選択する、Ｖ相巻線を通電させる場合、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）とＶ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）とで、低温側のＶ相巻線を選択する、Ｗ相巻線を通電させる場合、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）とＷ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）とで、低温側のＷ相巻線を選択する、ことも可能である。

上述の通電制御によれば、一方の電源系統が故障し、正常な他方の電源系統から、両方のモータ系統へと電源を供給する際、冗長化された電力供給性能の低い電源系統を利用しても、通常制御を継続することができ、電力ロスの影響を最小限に抑えられる。

例えば、自動運転技術を利用した高度運転支援システムにおいて、高速でのカーブ走行中に、第１電源系統１１１が故障した場合、フェールセーフ上、カーブを曲がりきるまでは、動作を継続することが求められる。本実施の形態に係るパワーステアリングシステムによれば、電力供給ラインを冗長構成とすることにより、通常制御を継続させるのみならず、信頼性を向上させた電力供給ラインを利用することで、省電力動作を行うことが可能になる。これにより、故障時においても信頼性の高いフェールセーフ機能を実現できるため、システムの制御継続性及び信頼性を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１００ パワーステアリングシステム
１１０ 電源部
１１１ 第１電源系統（電源）
１１２ 第２電源系統（電源）
１２０ ＥＣＵ（制御部）
１２１ インバータ
１２２ インバータ
１３０ モータ
１３１ 第１の３相巻線（多相コイル）
１３２ 第２の３相巻線（多相コイル）

Claims (1)

1. 二つの多相コイルを含むモータと、
   二つの電源を含む電源部と、
   前記多相コイルに対応して設けられるインバータを含み、前記二つの多相コイルの各々に対して供給される電力を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、一方の電源が故障した場合に、他方の電源から、前記二つの多相コイルのうち一方の多相コイルと他方の多相コイルとを交互に、且つ、前記モータの回転方向と同じ方向に、前記電力を供給することを特徴とする、パワーステアリングシステム。
   

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