WO2017175381A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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circuit
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飯田　一
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三菱電機株式会社
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a function of a power supply circuit for battery voltage fluctuation in an electric power steering apparatus.
  • the electric power steering device is supplied with power to each circuit by the power source from the in-vehicle battery.
  • this in-vehicle battery has a large voltage fluctuation, and the reduction thereof is severe especially when the engine is started.
  • Patent Document 1 sets a predicted voltage when the battery voltage decreases when the engine is started, and designs the minimum operating voltage of the booster circuit to a value lower than this setting. Thus, even when the engine is started, the arithmetic circuit such as a CPU is not reset, and the arithmetic circuit can be operated normally.
  • 5V is set as the battery drop predicted voltage
  • the minimum operating voltage of the booster circuit is set as 3V
  • the boosted voltage is set to ensure 9V.
  • the assist control of the steering force which is a basic function of the power steering, is performed, it is possible to ensure that the small current driving components such as the mounted sensor and CPU operate normally with the boosted voltage of 9V.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can prevent wasteful power consumption even when the battery voltage fluctuates. .
  • An electric power steering apparatus includes an electric motor that rotates a steering mechanism of a vehicle, an electric motor that drives the electric motor, and a control unit that includes a CPU that is a controller and a plurality of power supply circuits.
  • a power supply control circuit for outputting a stop signal for individually stopping the output functions of the plurality of power supply circuits based on a reading result of the input voltage commonly supplied to the plurality of power supply circuits is further provided.
  • the plurality of power supply circuits generate a first output voltage to be supplied to a circuit unit other than the CPU from the input voltage and a second output voltage to be supplied to the CPU in the control unit from the input voltage.
  • the first output voltage is higher than the second output voltage
  • the power supply control circuit relates to the input voltage range.
  • the voltage range divided into at least the upper level, intermediate level, and lower level is set in advance according to the required specifications, and the input voltage is in the lower level voltage range according to the read result of the input voltage. Is output to both the first power supply circuit and the second power supply circuit, and when the input voltage is included in the intermediate voltage range, the first power supply circuit is stopped.
  • the stop signal is not output and the first power supply circuit and the second power supply circuit are controlled.
  • the control unit includes at least two power supply circuits, and the input voltage range supplied to the device is divided into at least three ranges according to the required specifications, and the voltage to which the input voltage belongs. According to the range, it has the structure which can control execution and stop of the output function of each power supply circuit. As a result, an electric power steering device that can prevent wasteful power consumption even when the battery voltage fluctuates can be obtained.
  • Embodiment 1 is an overall circuit diagram of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows the circuit structure of the power supply circuit in Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which put together the operating voltage range of each power supply circuit in Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which put together the operating voltage range of each power supply circuit in Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is an overall circuit diagram of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 includes a control unit 1 and two sets of motors 2 in three phases. Further, the control unit 1 mainly includes a control circuit unit 4 on which the CPU 10 is mounted, an inverter circuit 3 that supplies current to the motor 2, a switching element 5 for power relay, and a filter unit 17.
  • the control unit 1 is connected to a power source + B and GND from a battery 6 mounted on the vehicle via a filter unit 17. Further, when the ignition switch (IG) 7 is turned on, the power of the battery 6 is turned on to the first power supply circuit 13, the second power supply circuit 14, and the third power supply circuit 15 of the control circuit unit 4.
  • IG ignition switch
  • information such as a torque sensor for detecting a steering torque mounted near the steering wheel and a speed sensor for detecting the traveling speed of the vehicle is input from the sensors 8 to the control circuit unit 4.
  • Information from the sensors 8 is transmitted to the CPU 10 via the input circuit 12 of the control circuit unit 4.
  • the CPU 10 calculates a current value that is a control amount for rotating the motor 2 from the input information, and outputs it. This output signal is transmitted to the drive circuit 11 and the inverter circuit 3 constituting the output circuit.
  • the drive circuit 11 receives a command signal from the CPU 10 and outputs a drive signal for driving each switching element of the inverter circuit 3.
  • the drive circuit 11 is attached to the control circuit unit 4 because only a small current flows, but can be arranged in the inverter circuit 3.
  • the inverter circuit 3 is for a motor relay that connects / disconnects the wiring between the upper and lower arm switching elements 31 and 32 for the three-phase windings (U phase, V phase, W phase) of the motor 2 and the motor windings.
  • a switching element 34, a current detecting shunt resistor 33, and a noise suppressing capacitor 30 are mainly configured.
  • the inverter circuit 3 has the same circuit configuration with respect to the windings of each phase, and can supply current to each phase winding independently.
  • the potential difference between both ends of the shunt resistor 33 and the voltage of the motor winding terminal are also transmitted to the input circuit 12. These pieces of information are also input to the CPU 10. Then, the CPU 10 calculates the difference between the calculated current value and the corresponding detected value and performs so-called feedback control, thereby supplying a desired motor current and assisting the steering force.
  • the CPU 10 also outputs a drive signal for the power relay switching element 5 that operates as a relay for connecting / cutting off the power of the battery + B and the inverter circuit 3.
  • the CPU 10 can cut off the current supply to the motor 2 itself by controlling the power relay switching element 5.
  • the motor relay switching element 34 is also disposed between the inverter circuit 3 and the motor 2 and can block each phase.
  • a filter unit 17 composed of a capacitor and a coil is disposed in the vicinity of the battery 6 (+ B, GND).
  • the switching element 5 for power relay may be included in the inverter circuit 3 because a large current flows and generates heat.
  • the CPU 10 has an abnormality detection function for detecting an abnormality in the drive circuit 11, the inverter circuit 3, the motor winding, and the like. And when CPU10 detects abnormality, according to the abnormality, it can interrupt
  • the motor 2 is a brushless motor in which three-phase windings are star-connected. Since the motor 2 is a brushless motor, a rotation sensor 9 for detecting the rotational position of the rotor is mounted. The rotation information detected by the rotation sensor 9 is also transmitted to the input circuit 12 of the control circuit unit 4.
  • the motor 2 may not be a three-phase star connection brushless motor, but may be a delta connection or a two-pole two-pair brushed motor. In addition, distributed winding and concentrated winding can be adopted as the winding specification as in the conventional device.
  • the motor 2 may be a double three-phase motor having two windings. In this case, two sets of inverter circuits 3 are required for two sets of three-phase windings.
  • the electric power steering apparatus includes three power supply circuits having different output voltages.
  • the first power supply circuit 13 is mainly a power supply for the sensors 8 and has, for example, a 6.5V output.
  • the second power supply circuit 14 is mainly a power supply for the CPU 10 and has a 5V output.
  • the third power supply circuit 15 is a power supply for the inverter circuit 3, and is a boosted power supply that is about 10V higher than the battery voltage.
  • the output voltage of the first power supply circuit 13 is indicated by ⁇
  • the output voltage of the second power supply circuit 14 is indicated by ⁇
  • the output voltage of the third power supply circuit 15 is indicated by ⁇ .
  • the first power supply circuit 13, the second power supply circuit 14, and the third power supply circuit 15 are connected to the CPU 10 through signal lines 16a, 16b, and 16c, respectively.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the power supply circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Each power supply circuit has substantially the same function. Therefore, specific functions will be described using the first power supply circuit 13 as an example with reference to FIG.
  • the first power supply circuit 13 has both a step-down function and a step-up function. Power from the battery 6 is supplied to the terminal 13b via the IG (7).
  • the driver circuit 13h controls the step-up / step-down switching elements 13c and 13g.
  • the step-down unit includes a switching element 13c, a diode 13d, and an inductance 13e.
  • the boosting unit includes a switching element 13g, a diode 13f, and an inductance 13e.
  • the driver circuit 13h has a buck boost terminal for step-down and a boost output for boost.
  • the driver circuit 13h further includes a Vreg terminal for voltage feedback of the output terminal 13a and an osc terminal to which an oscillation capacitor 13i is connected.
  • the driver circuit 13h stops the output signal. As a result, the step-up / step-down function is stopped, and no voltage is output to the output terminal 13a.
  • the first power supply circuit 13 outputs a constant voltage of 6.5V from the output terminal 13a by the step-down function.
  • the first power supply circuit 13 also operates the boosting function to ensure an output voltage of 6.5V.
  • the first power supply circuit 13 cannot completely generate a voltage at the output terminal 13a.
  • the first power supply circuit 13 configured with a circuit as shown in FIG. 2 operates when the input voltage to the terminal 13b is 4 to 5V, but cannot output a constant voltage of 6.5V. There is a possibility. That is, there is always an input voltage region (hereinafter, this region is referred to as an incomplete region) whose function cannot be guaranteed as the first power supply circuit 13.
  • the first power supply circuit 13 when the first power supply circuit 13 is used in an incomplete region, for example, the power supplied to the sensors 8 is not stable. As a result, the sensors 8 operate at a low voltage, and the data acquired from the sensors 8 may not be accurate.
  • the first power supply circuit 13 cannot be used in such an incomplete region. In other words, in such an incomplete region, it is not necessary to operate the first power supply circuit 13, and when it is operated, current consumption is wasted.
  • the CPU 10 monitors the voltage of the battery 6 or the voltage of the IG 7 through the input circuit 12. Then, when the monitored voltage becomes an incomplete region (for example, 5 V or less), the CPU 10 stops the first power supply circuit 13 by outputting a control signal to the Stop terminal.
  • the incomplete area is monitored by the CPU 10, and in this incomplete area, the function of the power supply circuit itself is stopped to reduce unnecessary current consumption. .
  • the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration in which a Stop signal is output by a circuit network (power supply control circuit) added in place of the CPU 10 is also possible.
  • the second power supply circuit 14 also has substantially the same step-up / step-down function as the first power supply circuit 13 described above. However, the voltage of each part of the second power supply circuit 14 is different from that of the first power supply circuit 13. That is, the output voltage of the second power supply circuit 14 is 5 V mainly supplied to the CPU 10, the input circuit 12, its peripheral circuits, and the like.
  • this 5V supplied from the second power supply circuit 14 also requires accuracy.
  • the first power supply circuit 13 stops the boosting function when the input voltage becomes 5 V or less. Therefore, the second power supply circuit 14 needs to be set so as to be able to supply 5V up to a voltage lower than 5V, for example, 3.5V.
  • the second power supply circuit 14 cannot secure 5V as the output voltage when the input voltage is less than 3V. Therefore, the second power supply circuit 14 needs to have a Stop function that stops the output when the input voltage becomes 3.5 V or less.
  • the CPU 10 usually has a voltage monitoring function such as an A / D converter. Therefore, if the voltage supplied from the second power supply circuit 14 to the CPU 10 is not an accurate constant voltage, accurate voltage monitoring cannot be performed.
  • the output voltage of 5V from the second power supply circuit 14 is directly monitored by a voltage monitor circuit (not shown) which is an additional circuit. For example, when the output voltage becomes 4.7V or less. Further, it is possible to adopt a configuration in which an abnormal signal for notifying the CPU 10 of a reset or power supply abnormality is transmitted.
  • the signal line 16b input from the CPU 10 to the second power supply circuit 14 corresponds to a control signal for Stop output from the CPU 10
  • the signal line 16b input from the additional circuit in the second power supply circuit 14 to the CPU 10 is This corresponds to an abnormal signal output from the additional circuit and indicating a 5 V constant voltage drop.
  • the third power supply circuit 15 is a booster circuit mainly for the switching elements 31, 32 and 34 of the inverter circuit 3. Therefore, the third power supply circuit 15 does not need a step-down function.
  • the output voltage 15a boosted by the third power supply circuit 15 is the battery voltage + 10V.
  • the output voltage of the third power supply circuit 15 does not need to be as accurate as the first power supply circuit 13 and the second power supply circuit 14, and may be about 10V. The reason is that the output voltage of the third power supply circuit 15 is for driving the switching element. If the switching element is an FET, the FET can be sufficiently driven if it is about 10 V higher than the drain voltage. Because.
  • the normal operating range of the electric power steering apparatus in the first embodiment is set to a battery voltage of 10 V or higher. In this case, if the battery voltage is 10 V or more, all the power supply circuits operate normally from the beginning, and it is necessary to supply a desired current to the motor 2.
  • the battery voltage is less than 10V, for example, in the voltage range of 8V or more and less than 10V, a specification that the normal current may not be supplied to the motor 2 or the control is stopped is adopted. Furthermore, if it is a low voltage of less than 8V, a specification for interrupting control is adopted.
  • the CPU 10 or an additional circuit (not shown) outputs a Stop signal for stopping the third power supply circuit 15 from the result of voltage monitoring.
  • the CPU 10 does not output a Stop signal.
  • the CPU 10 can be changed to control that limits the normal current supplied to the motor 2.
  • FIG. 3 summarizes how the system and the circuit operate in response to the input voltage supplied from the battery 6 to each power supply circuit based on the above-described contents.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram summarizing the operating voltage range of each power supply circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 3 indicates the input voltage supplied to each of the first power supply circuit 13, the second power supply circuit 14, and the third power supply circuit 15, and corresponds to a battery voltage or an IG voltage.
  • the input voltage is 10V or higher, all circuits and all functions will operate normally.
  • the first power supply circuit 13 outputs 6.5V
  • the second power supply circuit 14 outputs 5.0V
  • the third power supply circuit 15 outputs the battery voltage + 10V. Output.
  • Such a state means that only the drive unit is stopped or interrupted. Therefore, when the power supply voltage rises again, this corresponds to a standby state so that control can be started immediately.
  • the second power supply circuit 14 When the input voltage is in the range of 3.5V to 5V, only the second power supply circuit 14 operates normally. Further, in the range where the input voltage is 3 V or less, all functions and all circuits are stopped.
  • the second power supply circuit 14 When the input voltage is in the range of 3V to 3.5V, the second power supply circuit 14 is operating, but it can be said that it is unstable whether or not a constant voltage of 5V can be output. In this range, as described above, the output voltage of the second power supply circuit 14 is monitored, and for example, another circuit can be provided to stop the CPU 10 when the output voltage becomes 4.7 V or less. .
  • the CPU 10 can be operated normally if the output voltage exceeds 4.7 V, and the CPU 10 can be stopped if the output voltage is less than this. As a result, the operation of the CPU 10 does not become unstable when the input voltage is in the range of 3V to 3.5V.
  • the output function of the power supply circuit is provided in an unnecessary area according to the voltage supplied to each of the plurality of power supply circuits. It has a configuration that can be stopped. With such a configuration, useless current consumption in the power supply circuit can be reduced, and heat generation in the power supply circuit itself can be suppressed.
  • the control of other power supply circuits can be handled by the CPU.
  • additional circuits can be reduced.
  • Embodiment 2 a case where the minimum operating voltage of each power supply circuit is different from that of the first embodiment will be described.
  • the circuit configuration of the electric power steering apparatus in the second embodiment is the same as that in FIG. 1 in the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram summarizing the operating voltage range of each power supply circuit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the input voltage supplied to each of the first power circuit 13, the second power circuit 14, and the third power circuit 15, and corresponds to the battery voltage or the IG voltage.
  • the third power supply circuit 15 needs to operate normally when the input voltage is in the range of 8V or more. For this reason, the third power supply circuit 15 itself operates so as to generate a normal output voltage at least at 6V or less, which is less than 8V. However, the CPU 10 or the additional circuit controls to stop the output of the third power supply circuit 15 when the battery voltage falls below 8 V in order to ensure a stable operation.
  • the output voltage 13a of the first power supply circuit 13 is mainly supplied to the sensors 8. Accordingly, the minimum operating voltage of the first power supply circuit 13 is lower than the battery voltage predicted when the engine is started, and is set to 3 V, for example.
  • the other functions are the same as those of the first power supply circuit 13 in the first embodiment, and the first power supply circuit 13 in the second embodiment outputs when a signal from the outside is input to the Stop terminal. The voltage 13a is not output.
  • the CPU 10 monitors the battery voltage or the IG7 voltage through the input circuit 12. Then, the CPU 10 outputs a control signal to the Stop terminal and stops the first power supply circuit 13 when the monitored voltage value becomes an area where it is not necessary to operate, for example, 6 V or less.
  • the second power supply circuit 14 needs to output a regular output voltage 14a up to 3V. That is, the second power supply circuit 14 outputs the lowest lowest voltage than other power supply circuits. The second power supply circuit 14 consumes the least current compared to other power supply circuits. For this reason, the second power supply circuit 14 consumes less wasted current than other power supply circuits even if the minimum operating voltage is low.
  • the CPU 10 is supplied with a voltage by the second power supply circuit 14. Therefore, as long as the regular output voltage 14a is supplied from the second power supply circuit 14, the CPU 10 does not output an incorrect control command or make an erroneous abnormality determination due to fluctuations in the power supply voltage.
  • the CPU 10 monitors whether or not the input voltages to the plurality of power supply circuits are outside the guaranteed operation range. Then, the CPU can stop the function of the power supply circuit itself in the region where the input voltage is not guaranteed to reduce the wasteful current consumption.
  • the electric power steering apparatus can flexibly support various product specifications by changing the setting of the monitoring voltage by the CPU according to the product specifications.
  • the level at which the output function is stopped can be appropriately divided for each power supply circuit, and wasteful current consumption by the power supply circuit can be reduced.
  • the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration in which a Stop signal is output by a circuit network (power supply control circuit) added in place of the CPU 10 is also possible.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • a configuration using two power supply circuits in which a power supply for a CPU and a power supply for a circuit other than the CPU are separated, or a configuration using four or more power supply circuits by subdividing can be adopted, and similar effects can be obtained. be able to.
  • the method of dividing the operating voltage range is not limited to the division shown in FIGS. 3 and 4, and level division based on an appropriate voltage range can be performed according to the required specifications.
  • the two power supply circuits are as follows. Can be controlled individually. When the input voltage is at a lower level, a stop signal is output to both the first power supply circuit and the second power supply circuit to stop the output function. When the input voltage is at an intermediate level, a stop signal is output to the first power supply circuit to stop the output function. • When the input voltage is at the upper level, no stop signal is output and all power supply circuits continue normal operation.

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Abstract

複数の電源回路を備えた電動パワーステアリング装置であって、複数の電源回路は、制御ユニット内のＣＰＵのための第２電源回路と、その他の回路部のための第１電源回路を有し、第１電源回路の出力電圧は第２電源回路よりも高く、装置に供給される入力電圧を要求仕様に応じて上位、中間、下位の３レベルに分割し、入力電圧が下位レベルに含まれる場合には第１、第２電源回路ともに出力機能を停止させ、入力電圧が中間レベルに含まれる場合には第１電源回路の出力機能を停止させ、入力電圧が上位レベルに含まれる場合には全回路を作動させるように制御複数の電源回路を制御する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、電動パワーステアリング装置において、バッテリ電圧変動に対する電源回路の機能に関する。
　電動パワーステアリング装置は、車載バッテリからの電源により、各回路へ電源供給される。しかしながら、この車載バッテリは、電圧変動が大きく、特にエンジン始動時にはその低下が激しい。
　従来技術として、演算回路の作動を確保するための昇圧回路を設け、エンジン始動時に予測される低下電圧よりも、昇圧回路の最低動作電圧を低い値に設定した電動パワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第４８１６２９３号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献１に開示された従来の構造は、エンジン始動時にバッテリ電圧が低下する際の予測電圧を設定し、この設定よりも昇圧回路の最低動作電圧を低い値に設計している。これにより、エンジン始動時であっても、例えばＣＰＵのような演算回路にリセットが掛かることがなく、演算回路を正常に動作させることができるものではあった。
　しかしながら、例えば、特許文献１に記載されているように、５Ｖをバッテリ低下予測電圧とし、昇圧回路の最低動作電圧を３Ｖと設定し、昇圧電圧は、９Ｖを確保する設定とした場合について検討する。この場合、パワーステアリングの基本機能である操舵力のアシスト制御を行うことを考えると、搭載されたセンサ、ＣＰＵ等の小電流駆動部品は、９Ｖの昇圧電圧により正常に動作することを確保できる。
　しかしながら、例えば、バッテリ電圧６～８Ｖ付近である場合には、アシストするモータに正規の電流を供給できるかは、はなはだ問題である。また、昇圧回路の最低動作電圧付近に長時間バッテリ電圧が留まった場合には、昇圧回路の消費電力は大きく、無駄な昇圧電力を作動させている可能性があった。さらには、長時間留まっていたバッテリ電圧は、エンジン始動を妨害する可能性もあった。
　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、バッテリ電圧が変動した場合にも、無駄な電力消費を防止することのできる電動パワーステアリング装置を得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、車両の操舵機構を回転させる電動モータと、電動モータを駆動するとともに、コントローラであるＣＰＵと複数の電源回路とを有する制御ユニットとを備えて構成された電動パワーステアリング装置において、複数の電源回路に対して共通に供給される入力電圧の読み取り結果に基づいて、複数の電源回路の出力機能を個別に停止させるための停止信号を出力する電源制御回路をさらに備え、複数の電源回路は、入力電圧から、ＣＰＵ以外の回路部に供給する第１出力電圧を生成する第１電源回路と入力電圧から、制御ユニット内のＣＰＵに供給する第２出力電圧を生成する第２電源回路とを有し、第１出力電圧は、第２出力電圧よりも高い電圧であり、電源制御回路は、入力電圧の範囲に関して、少なくとも上位レベル、中間レベル、下位レベルの３つに分割された電圧範囲が、要求仕様に応じてあらかじめ設定されており、入力電圧の読み取り結果に応じて、入力電圧が下位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、第１電源回路および第２電源回路の両方に対して停止信号を出力し、入力電圧が中間レベルの電圧範囲に含まれる場合には、第１電源回路に対して停止信号を出力し、入力電圧が上位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、停止信号を出力しないようにして、第１電源回路および第２電源回路を制御するものである。
　本発明によれば、制御ユニットが少なくとも２個以上の電源回路を備え、装置に供給される入力電圧範囲を、要求仕様に応じて、少なくとも３つ以上の範囲に分割し、入力電圧が属する電圧範囲に従って、それぞれの電源回路の出力機能の実行、停止を制御できる構成を備えている。この結果、バッテリ電圧が変動した場合にも、無駄な電力消費を防止することのできる電動パワーステアリング装置を得ることができる。
本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置の全体の回路図である。 本発明の実施の形態１における電源回路の回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における各電源回路の作動電圧範囲をまとめた説明図である。 本発明の実施の形態２における各電源回路の作動電圧範囲をまとめた説明図である。
　以下、本発明の電動パワーステアリング装置について、図面を用いて詳細に説明する。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置の全体の回路図である。図１に示した本実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置は、制御ユニット１、および３相２組のモータ２を備えて構成されている。さらに、制御ユニット１は、ＣＰＵ１０を搭載した制御回路部４、モータ２へ電流を供給するインバータ回路３、電源リレー用スイッチング素子５、およびフィルタ部１７を主に構成されている。
　制御ユニット１には、フィルタ部１７を介して、車両に搭載されたバッテリ６から電源＋Ｂ、ＧＮＤが接続されている。また、イグニッションスイッチ（ＩＧ）７がオン状態となることにより、制御回路部４の第１電源回路１３、第２電源回路１４、第３電源回路１５にバッテリ６の電源が投入される。
　さらに、例えば、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサ等の情報が、センサ類８から制御回路部４に入力される。センサ類８からの情報は、制御回路部４の入力回路１２を介して、ＣＰＵ１０に伝達される。
　ＣＰＵ１０は、入力された情報からモータ２を回転させるための制御量である電流値を演算し、出力する。この出力信号は、出力回路を構成する駆動回路１１、およびインバータ回路３へ伝達される。
　駆動回路１１は、ＣＰＵ１０の指令信号を受け、インバータ回路３の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。なお、駆動回路１１は、小電流しか流れていないため、制御回路部４に装着されているが、インバータ回路３に配置することも可能である。
　インバータ回路３は、モータ２の３相の巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のための上下アーム用スイッチング素子３１、３２と、モータ巻線との配線を接続・遮断するモータリレー用スイッチング素子３４と、電流検出用のシャント抵抗３３と、さらにはノイズ抑制用コンデンサ３０とを主に構成されている。インバータ回路３は、各相の巻線に対して同一な回路構成を有しており、各相巻線に独立に電流供給が行える。
　また、シャント抵抗３３の両端間の電位差、および、例えばモータ巻線端子の電圧等も、入力回路１２に伝達されている。これらの情報も、ＣＰＵ１０に入力される。そして、ＣＰＵ１０は、算出した電流値と、対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うことで、所望のモータ電流を供給し、操舵力をアシストする。
　さらに、ＣＰＵ１０からは、バッテリ＋Ｂとインバータ回路３の電源の接続・遮断を行うリレーとして作動する電源リレー用スイッチング素子５の駆動信号も出力される。ＣＰＵ１０は、の電源リレー用スイッチング素子５を制御することにより、モータ２自体への電流供給を遮断することができる。モータリレー用スイッチング素子３４も、インバータ回路３とモータ２との間に配設され、各相をそれぞれ遮断することができる。
　また、インバータ回路３のＰＷＭ駆動によるノイズの放出を抑制する目的で、コンデンサおよびコイルからなるフィルタ部１７が、バッテリ６（＋Ｂ、ＧＮＤ）の近傍に配置されている。なお、電源リレー用スイッチング素子５は、大電流が流れ、発熱を伴うので、インバータ回路３に包含させてもよい。
　ＣＰＵ１０は、駆動回路１１、インバータ回路３、モータ巻線等の異常を検出する異常検出機能を有している。そして、ＣＰＵ１０は、異常を検出した場合には、その異常に応じて、所定の相のみの電流供給を遮断することができる。具体的には、ＣＰＵ１０は、異常が発生した相の上下スイッチング素子３１、３２、モータリレー用スイッチング素子３４をオフすることで、所定の相のみの電流供給を遮断することができる。または、ＣＰＵ１０は、電源自体を元から遮断するために、電源リレー用スイッチング素子５をオフすることも可能である。
　モータ２は、３相巻線がスター結線されているブラシレスモータである。モータ２は、ブラシレスモータのため、ロータの回転位置を検出するための回転センサ９が搭載されている。この回転センサ９により検出される回転情報も、制御回路部４の入力回路１２に伝達されている。
　なお、モータ２は、３相スター結線のブラシレスモータでなくても、デルタ結線であっても、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。また、巻線仕様は、従来装置と同様に、分布巻き、集中巻きも採用できる。また、モータ２は、２個の巻線を有する２重３相モータであってもよい。この場合には、２組の３相巻線のために、インバータ回路３も２組必要となる。
　次に、制御ユニット１の電源回路について説明する。本実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置は、その出力電圧がそれぞれ異なる３個の電源回路を備えている。
　第１電源回路１３は、主にセンサ類８の電源であり、例えば６．５Ｖ出力である。第２電源回路１４は、主にＣＰＵ１０の電源であり、５Ｖ出力である。第３電源回路１５は、インバータ回路３のための電源であり、バッテリ電圧より１０Ｖ程度高い昇圧電源である。
　図１において、第１電源回路１３の出力電圧は●として、第２電源回路１４の出力電圧は○として、第３電源回路１５の出力電圧は▽として、それぞれ示されている。また、第１電源回路１３、第２電源回路１４、および第３電源回路１５は、それぞれ信号ライン１６ａ、１６ｂ、１６ｃによりＣＰＵ１０と接続されている。
　図２は、本発明の実施の形態１における電源回路の回路構成を示す図である。各電源回路は、ほぼ同一の機能を有している。そこで、図２を用いて、第１電源回路１３を例に、具体的な機能を説明する。
　第１電源回路１３は、降圧、昇圧の両方の機能を有している。ＩＧ（７）を介してバッテリ６からの電源が、端子１３ｂに供給される。そして、ドライバ回路１３ｈは、昇圧、降圧用スイッチング素子１３ｃ、１３ｇを制御する。
　降圧部は、スイッチング素子１３ｃ、ダイオード１３ｄ、およびインダクタンス１３ｅにより構成される。また、昇圧部は、スイッチング素子１３ｇ、ダイオード１３ｆ、およびインダクタンス１３ｅにより構成される。
　従って、ドライバ回路１３ｈは、降圧用バックブースト（Ｂｕｃｋ）端子と、昇圧用のブースト（Ｂｏｏｓｔ）出力を備えている。さらに、ドライバ回路１３ｈは、出力端子１３ａの電圧フィードバックのためのＶｒｅｇ端子と、発振用のコンデンサ１３ｉが接続されたｏｓｃ端子も備えている。
　さらに、ドライバ回路１３ｈは、外部からの信号がＳｔｏｐ端子から入力されると、出力信号を停止する。これにより、昇降圧機能は停止され、出力端子１３ａには、電圧が出力されない。
　第１電源回路１３は、例えば、バッテリ６の電圧が８Ｖ以上であれば、降圧機能により出力端子１３ａから６．５Ｖの定電圧を出力する。また、第１電源回路１３は、バッテリ６の電圧が５～８Ｖになると、昇圧機能も作動して、６．５Ｖの出力電圧を確保する。さらに、第１電源回路１３は、例えば、バッテリ６の電圧が４Ｖ未満となると、完全に出力端子１３ａに電圧が発生できないものとする。
　通常、図２に示したような回路で構成された第１電源回路１３は、端子１３ｂへの入力電圧が４～５Ｖの場合には、作動はするが、６．５Ｖ一定の電圧を出力できない可能性もある。すなわち、第１電源回路１３として機能を保証できない入力電圧の領域（以下、この領域のことを不完全領域と称す）が必ず存在する。
　このように、不完全領域で第１電源回路１３を使用した場合には、例えば、センサ類８に供給される電源が安定しないこととなる。この結果、センサ類８が低電圧で動作することとなり、センサ類８から取得されたデータは、正確ではない可能性がある。
　従って、このような不完全領域では、第１電源回路１３を使用できないこととなる。換言すると、このような不完全領域では、第１電源回路１３を作動させる必要もなく、作動させた場合には、電流消費の無駄となる。
　そこで、ＣＰＵ１０は、入力回路１２を通じてバッテリ６の電圧、またはＩＧ７の電圧をモニタする。そして、ＣＰＵ１０は、モニタした電圧が不完全領域（例えば、５Ｖ以下）になると、Ｓｔｏｐ端子へ制御信号を出力することで、第１電源回路１３を停止させる。
　以上のように、本実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置は、不完全領域をＣＰＵ１０により監視して、この不完全領域では、電源回路自体の機能を停止させ、無駄な消費電流を削減する。
　なお、上述した具体例では、ＣＰＵ１０を介してＳｔｏｐ信号を出力する場合について説明した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ＣＰＵ１０の代わりに付加される回路網（電源制御回路）により、Ｓｔｏｐ信号を出力させる構成とすることも可能である。
　次に、第２電源回路１４について説明する。第２電源回路１４も、上述した第１電源回路１３とほぼ同一の昇降圧機能を有している。ただし、第２電源回路１４は、各部の電圧が、第１電源回路１３とは異なる。つまり、第２電源回路１４の出力電圧は、主にＣＰＵ１０、入力回路１２、その周辺回路などへ供給する５Ｖである。
　従って、第２電源回路１４から供給されるこの５Ｖは、精度も必要である。上述したように、第１電源回路１３は、入力電圧が５Ｖ以下となった場合に昇圧機能を停止させる。このことから、第２電源回路１４は、５Ｖよりもさらに低い電圧、例えば、３．５Ｖまで、５Ｖを供給できるように設定される必要がある。
　また、第２電源回路１４は、入力電圧が３Ｖ未満では、出力電圧として５Ｖが確保できないとする。そのため、第２電源回路１４は、入力電圧が３．５Ｖ以下になることで、出力を停止するＳｔｏｐ機能を有することが必要である。
　ＣＰＵ１０は、通常、Ａ／Ｄ変換器などの電圧モニタ機能を有している。従って、第２電源回路１４からＣＰＵ１０に供給される電圧は、正確な一定電圧でなければ、正確な電圧モニタができないこととなる。
　この点を考慮し、第２電源回路１４からの５Ｖの出力電圧を、付加回路である電圧モニタ回路（図示せず）により直接モニタし、例えば、出力電圧が４．７Ｖ以下となった場合に、ＣＰＵ１０へリセット、または電源異常を知らせる異常信号を伝達するような構成を採用することもできる。
　図１において、第２電源回路１４とＣＰＵ１０との間の信号線１６ｂが２本で記載されているのは、このためである。ＣＰＵ１０から第２電源回路１４に入力される信号線１６ｂは、ＣＰＵ１０から出力されたＳｔｏｐ用の制御信号に相当し、第２電源回路１４内の付加回路からＣＰＵ１０に入力される信号線１６ｂは、付加回路から出力された５Ｖ一定電圧低下を示す異常信号に相当する。
　最後に、第３電源回路１５について説明する。第３電源回路１５は、主にインバータ回路３のスイッチング素子３１、３２、３４用の昇圧回路である。そのため、第３電源回路１５には、降圧機能は不要である。第３電源回路１５により昇圧された出力電圧１５ａは、バッテリ電圧＋１０Ｖである。
　第３電源回路１５の出力電圧は、第１電源回路１３、第２電源回路１４ほど正確な電圧である必要はなく、約１０Ｖでよい。この理由は、第３電源回路１５の出力電圧は、スイッチング素子を駆動するためのものであり、スイッチング素子をＦＥＴとすると、ドレイン電圧よりも高い１０Ｖ程度であれば、ＦＥＴは、充分に駆動できるためである。
　本実施の形態１における電動パワーステアリング装置の正常な動作範囲を、バッテリ電圧１０Ｖ以上とする。この場合には、バッテリ電圧が１０Ｖ以上であれば、各電源回路は元より、すべての回路が正常に動作し、モータ２に対しては、所望の電流を供給する必要がある。
　一方、バッテリ電圧が１０Ｖ未満において、例えば、８Ｖ以上１０Ｖ未満の電圧範囲では、正規電流をモータ２へ供給しなくてもよい、あるいは制御停止するといった仕様が採用される。さらに、８Ｖ未満の低い電圧であれば、制御中断とする仕様が採用される。
　まず、制御中断の電圧を８Ｖ未満とし、バッテリ電圧が８Ｖ未満である場合を考える。この場合には、第３電源回路１５の昇圧機能を作動させる意味がない。この場合に昇圧機能を動作させた場合には、消費電流が無駄であるばかりでなく、電源回路自体の消費電流も、バッテリ電圧が低下すればするほど増加する傾向にあり、発熱も多くなる。
　そこで、バッテリ電圧が８Ｖ未満の場合には、ＣＰＵ１０、または図示しない付加回路は、電圧モニタの結果から、第３電源回路１５を停止するＳｔｏｐ信号を出力する。
　また、バッテリ電圧が８～１０Ｖの場合には、ＣＰＵ１０は、Ｓｔｏｐ信号を出力しない。ただし、ＣＰＵ１０は、モータ２へ供給する正規電流を制限するような制御に変更することも可能である。
　上述した内容に基づいて、バッテリ６から各電源回路に供給される入力電圧に対して、システム、回路がどのように作動するかをまとめたものが図３である。図３は、本発明の実施の形態１における各電源回路の作動電圧範囲をまとめた説明図である。
　図３の縦軸は、第１電源回路１３、第２電源回路１４、第３電源回路１５のそれぞれに供給される入力電圧を示しており、バッテリ電圧、またはＩＧ電圧に相当する。
　入力電圧が１０Ｖ以上であれば、全回路、全機能が正常に作動する。そして、入力電圧が１０Ｖ以上の場合は、第１電源回路１３は、６．５Ｖを出力し、第２電源回路１４は、５．０Ｖを出力し、第３電源回路１５は、バッテリ電圧＋１０Ｖを出力している。
　入力電圧が８Ｖ～１０Ｖの範囲でも、電源回路はすべて正常に作動している。ただし、モータ２に供給する正規電流に制限をかけている範囲である。
　入力電圧が５Ｖ～８Ｖの範囲では、第１電源回路１３および第２電源回路１４のみが正常に作動し、第３電源回路１５は、出力停止する。電動パワーステアリング装置としては、モータ電流供給制御は、停止しているが、ＣＰＵ１０、センサ類８は作動している状態である。
　このような状態は、つまり、駆動部のみ停止、中断しているものである。従って、電源電圧が再度上昇した場合には、すぐに制御を開始できるように待機している状態に相当する。
　入力電圧が３．５Ｖ～５Ｖの範囲では、第２電源回路１４のみが正常に作動する。さらに、入力電圧が３ｖ以下の範囲では、全機能、全回路が停止状態となる。
　入力電圧が３Ｖ～３．５Ｖの範囲では、第２電源回路１４は、作動しているが、５Ｖ一定の定電圧を出力できているかどうかは不安定な状態といえる。この範囲では、前述のように、第２電源回路１４の出力電圧をモニタし、例えば、出力電圧が４．７Ｖ以下になった時点で、ＣＰＵ１０を停止するように、別回路を設けることができる。
　このような別回路を備えていれば、出力電圧が４．７Ｖ超あれば、ＣＰＵ１０を正常に作動させ、これ未満では、ＣＰＵ１０を停止させることができる。この結果、入力電圧が３Ｖ～３．５Ｖの範囲でＣＰＵ１０の作動が不安定になることはない。
　以上のように、実施の形態１によれば、複数の電源回路を備えた制御ユニットにおいて、複数の電源回路のそれぞれに供給される電圧に応じて、不必要な領域では電源回路の出力機能を停止できる構成を備えている。このような構成を備えることで、電源回路での無駄な消費電流を削減でき、さらに電源回路自体の発熱も抑制することができる。
　特に、複数の電源回路の中で、ＣＰＵ用の電源回路を、最も低い電圧でも作動するように設定することにより、他の電源回路の制御を、ＣＰＵで受け持つことができる。このような設定を採用することで、付加回路を削減することができる。
　実施の形態２．
　本実施の形態２では、各電源回路の最低作動電圧が、先の実施の形態１と異なる場合について、説明する。なお、本実施の形態２における電動パワーステアリング装置の回路構成は、先の実施の形態１における図１と同等である。
　図４は、本発明の実施の形態２における各電源回路の作動電圧範囲をまとめた説明図である。図４の縦軸は、第１電源回路１３、第２電源回路１４、第３電源回路１５のそれぞれに供給される入力電圧を示しており、バッテリ電圧、またはＩＧ電圧に相当する。
　第３電源回路１５は、図４に示したように、入力電圧が８Ｖ以上の範囲では、正常に作動する必要がある。このため、第３電源回路１５自体は、少なくとも８Ｖ未満の例えば６Ｖ以上で、正規の出力電圧が発生するように作動する。ただし、ＣＰＵ１０、または付加回路は、安定した動作を保証するために、８Ｖ未満にバッテリ電圧が下回った時点で、第３電源回路１５の出力を停止させるように制御する。
　第１電源回路１３の出力電圧１３ａは、主にセンサ類８へ供給されるものである。従って、第１電源回路１３の最低作動電圧は、エンジン始動時に予測されるバッテリ電圧よりも低く、例えば、３Ｖに設定されている。他の機能については、先の実施の形態１における第１電源回路１３と同一であり、本実施の形態２における第１電源回路１３は、Ｓｔｏｐ端子に外部からの信号が入力されると、出力電圧１３ａが出力されない状態となる。
　例えば、実際の製品仕様において、バッテリ電圧が３Ｖまで、センサ類８の性能を保証する必要がない場合がある。そのような場合には、バッテリ電圧３Ｖまで第１電源回路１３を作動させる必要はなく、作動させた場合には消費電力の無駄となる。そのため、ＣＰＵ１０は、入力回路１２を通じてバッテリ電圧、またはＩＧ７電圧をモニタする。そして、ＣＰＵ１０は、モニタされた電圧値が、作動させる必要がない領域、例えば６Ｖ以下になると、Ｓｔｏｐ端子へ制御信号を出力し、第１電源回路１３を停止させる。
　なお、第２電源回路１４は、３Ｖまでは正規の出力電圧１４ａを出す必要がある。すなわち、この第２電源回路１４は、他の電源回路よりも最も低い最低電圧を出力するものである。第２電源回路１４は、他の電源回路と比較して消費電流が最も少ない。このため、第２電源回路１４は、最低動作電圧が低くても、他の電源回路と比べて無駄な電流を消費することが少ない。
　さらに、ＣＰＵ１０は、この第２電源回路１４によって電圧を供給されている。従って、ＣＰＵ１０は、第２電源回路１４から正規の出力電圧１４ａが供給される限りは、電源電圧の変動により、誤った制御指令を出力する、あるいは間違った異常判定等をすることもない。
　以上のように、実施の形態２によれば、複数の電源回路への入力電圧が、作動保証外の領域であるか否かを、ＣＰＵ１０により監視する構成を備えている。そして、ＣＰＵは、入力電圧が作動保証外の領域では、電源回路自体の機能を停止させ、無駄な消費電流を削減することができる。
　実際の製品において要求される作動保証電圧は、様々である。これに対して、本実施の形態２における電動パワーステアリング装置は、製品仕様に応じてＣＰＵによる監視電圧を設定変更することで、フレキシブルに様々な製品仕様に対応が可能である。この結果、製品仕様に応じて、電源回路ごとに出力機能を停止するレベルを適切に分割することができ、電源回路による無駄な消費電流を削減可能である。
　なお、上述した実施の形態２では、ＣＰＵ１０を介してＳｔｏｐ信号を出力する場合について説明した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ＣＰＵ１０の代わりに付加される回路網（電源制御回路）により、Ｓｔｏｐ信号を出力させる構成とすることも可能である。
　なお、上述した実施の形態１、２では、第１から第３の３つの電源回路を有する場合について説明したが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。ＣＰＵ用の電源と、ＣＰＵ以外の回路用の電源を分けた２つの電源回路を用いる構成、あるいはさらに細分化して４つ以上の電源回路を用いる構成を採用することもでき、同様の効果を得ることができる。
　さらに、作動電圧範囲の分割方法も、図３、図４の分割に限定されるものではなく、要求仕様に応じて、適切な電圧範囲によるレベル分けを実施することができる。
　例えば、第１と第２の２つの電源回路を用いる場合に対して、作動電圧範囲を上位レベル、中間レベル、下位レベルの３つに分割した場合には、以下のようにして２つの電源回路を個別に制御することができる。
　・入力電圧が下位レベルの場合には、第１電源回路および第２電源回路の両方に対して停止信号を出力し、出力機能を停止させる。
　・入力電圧が中間レベルの場合には、第１電源回路に対して停止信号を出力し、出力機能を停止させる。
　・入力電圧が上位レベルの場合には、停止信号を出力せず、いずれの電源回路も通常運転を継続させる。

Claims (7)

  1. 　車両の操舵機構を回転させる電動モータと、
    　前記電動モータを駆動するとともに、ＣＰＵと複数の電源回路とを有する制御ユニットと
    　を備えて構成された電動パワーステアリング装置において、
    　前記複数の電源回路に対して共通に供給される入力電圧の読み取り結果に基づいて、前記複数の電源回路の出力機能を個別に停止させるための停止信号を出力する電源制御回路をさらに備え、
    　前記複数の電源回路は、
    　　入力電圧から、前記ＣＰＵ以外の回路部に供給する第１出力電圧を生成する第１電源回路と
    　　前記入力電圧から、前記制御ユニット内のＣＰＵに供給する第２出力電圧を生成する第２電源回路と、
    　を有し、
    　前記第１出力電圧は、前記第２出力電圧よりも高い電圧であり、
    　前記電源制御回路は、
    　　前記入力電圧の範囲に関して、少なくとも上位レベル、中間レベル、下位レベルの３つに分割された電圧範囲が、要求仕様に応じてあらかじめ設定されており、
    　　前記入力電圧の読み取り結果に応じて、前記入力電圧が前記下位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記第１電源回路および前記第２電源回路の両方に対して前記停止信号を出力し、前記入力電圧が前記中間レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記第１電源回路に対して前記停止信号を出力し、前記入力電圧が前記上位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記停止信号を出力しないようにして、前記第１電源回路および前記第２電源回路を制御する
    　電動パワーステアリング装置。
  2. 　前記第１電源回路は、前記入力電圧から、前記電動モータの駆動部および前記ＣＰＵ以外の回路部に供給する第１出力電圧を生成し、
    　前記複数の電源回路は、
    　前記入力電圧から、前記電動モータの前記駆動部に供給する第３出力電圧を生成する第３電源回路をさらに有し、
    　前記前記第３出力電圧は、前記第１出力電圧および前記第２出力電圧よりも高い電圧であり、
    　前記電源制御回路は、
    　　前記入力電圧の範囲に関して、前記上位レベルが、第１上位レベルと、前記第１上位レベルよりも高いレベルの第２上位レベルに２分割された電圧範囲として、前記要求仕様に応じてあらかじめ設定されており、
    　　前記入力電圧の読み取り結果に応じて、前記入力電圧が前記下位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記第１電源回路、前記第２電源回路、および前記第３電源回路の全てに対して前記停止信号を出力し、前記入力電圧が前記中間レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記第１電源回路および前記第３電源回路の両方に対して前記停止信号を出力し、前記入力電圧が前記上位レベル内の前記第１上位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記前記第３電源回路に対して前記停止信号を出力し、前記入力電圧が前記上位レベル内の前記第２上位レベルの電圧範囲に含まれる場合には、前記停止信号を出力しないようにして、前記第１電源回路、前記第２電源回路、および前記第３電源回路を制御する
    　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 　前記電源制御回路は、前記ＣＰＵ内に組み込まれている
    　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 　前記第３電源回路は、前記入力電圧よりも高い電圧を出力する昇圧機能を有する
    　請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 　前記第１電源回路および前記第２電源回路は、前記入力電圧よりも高い電圧および低い電圧を出力する昇降圧機能を有する
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 　前記第１電源回路および前記第２電源回路の最低動作電圧は、前記入力電圧の供給源であるバッテリ電圧の低下により予測される低下予測電圧よりも低い電圧範囲に設定されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 　前記ＣＰＵに供給される前記第２出力電圧をモニタし、前記第２出力電圧があらかじめ設定した許容最小値未満となった場合には、前記ＣＰＵ１０に対してリセット信号を出力する、または電源異常を知らせる異常信号を出力する電圧モニタ回路をさらに備える
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
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