JP2007015474A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置の電源バックアップを低コストにて行うことを目的とする。
【解決手段】 電源装置４０として、高圧バッテリ５１とその高圧バッテリ５１の電圧を下げる降圧回路５５とを備えた主電源供給回路５０と、低圧バッテリ６１とその低圧バッテリ６１の電圧を上げる昇圧回路７０とを備えた副電源供給回路６０とで電源供給回路を構成し、主電源供給回路５０と副電源供給回路６０とを並列に接続して設けるとともに、副電源供給回路６０の出力電圧を、主電源供給回路５０の出力電圧よりも低く設定した。
主電源供給回路５０の出力電圧が副電源供給回路６０の目標電圧より低下した場合には、昇圧回路７０にて昇圧してモータ駆動回路３２に電源供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵ハンドルの回動操作に応じて操舵輪に操舵力を付与する電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の特に電源装置に関する。

従来から、この種の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵アシスト力を付与するように電動モータを備え、この電動モータの電流量を変化させる通電制御を行ってアシスト力を調整する。
こうした電動パワーステアリング装置は、その電源としてバッテリが使用される。そして、電源供給ラインの異常に対する配慮から、特許文献１のものでは、主バッテリと補助バッテリとの２つの同一電圧のバッテリを備え、一方の電源供給ラインに異常が生じたときに、もう一方の電源からの電源供給に切り替えるようにした構成を採用している。
特開２００４−１７７３２

しかしながら、上記従来装置においては、２つのバッテリの電源供給を切り替える切替スイッチ等の切替装置が必要となり、コストアップを生じてしまう。また、電動パワーステアリング装置においては、大きな駆動トルクが要求されることから、最近では高電圧タイプのバッテリの使用が検討されている。しかしながら、高電圧タイプのバッテリを電源に用いたシステムを構成しようとすると、電源異常時のバックアップ用としてもう一つ別の高電圧タイプのバッテリが必要となってしまう。このため、電動パワーステアリング用電源のコストが非常に高くなってしまい好ましくない。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、バックアップ電源を備えた電源装置を低コストで提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、電源装置から電力供給される電動モータと、該電動モータの作動を制御するモータ制御手段とを備え、操舵ハンドルの操舵状態に応じて上記電動モータを作動して操舵輪に操舵力を付与する電動パワーステアリング装置において、上記電源装置は、第１電圧の電力を供給する高圧バッテリと該高圧バッテリの電圧を下げる降圧回路とを備えて上記降圧された高圧バッテリの電力を供給する主電源供給回路と、上記第1電圧より低い第2電圧の電力を供給する低圧バッテリと該低圧バッテリの電圧を上げる昇圧回路とを備えて上記昇圧された低圧バッテリの電力を供給する副電源供給回路との少なくとも２つの電源供給回路を有し、上記主電源供給回路と上記副電源供給回路とを並列に接続して設けるとともに、上記昇圧された副電源供給回路の出力電圧を、上記降圧された主電源供給回路の出力電圧よりも低く設定したことにある。

上記のように構成した本発明においては、電動モータを高電圧にて駆動できるだけでなく、その電源バックアップ用として一般の電気負荷に使用されている低電圧バッテリをそのまま使用することができる。しかも、主電源供給回路の出力電圧がバックアップ電源として副電源供給回路の出力電圧よりも高く設定されているため、通常時（電源系の正常時）においては、主電源供給回路から高電圧が電動モータに供給され、主電源供給回路の出力電圧が副電源供給回路の出力電圧を下回ると、そのまま副電源供給回路からの電力供給に切り替わる。このため、複数の電源供給回路を切り替えるための切替回路を特別に設ける必要もない。
更に、バックアップ時においては、低圧バッテリ電源を昇圧回路にて昇圧して電動モータに供給するため、高い電圧にて電動モータを駆動することができ良好な操舵アシスト力が得られる。

また、本発明の他の特徴は、上記電源装置の出力電圧をモニタする出力電圧モニタ手段と、上記モニタした出力電圧が所定電圧を下回ったと判断したとき、上記副電源供給回路の昇圧回路の昇圧動作を開始させる昇圧制御手段とを備えたことにある。
これによれば、バックアップの必要なときだけ昇圧動作が行われることになり、そのぶん昇圧回路の耐久性向上、消費電力の低減を図ることができる。

また、本発明の他の特徴は、上記主電源供給回路における上記降圧回路の出力側には、上記電動モータで発生した回生電力を吸収する主回生吸収手段を備えたことにある。これによれば、電動モータに回生電力が発生した場合には、主回生吸収手段でこの回生電力を吸収するため、降圧回路に回生電流が流れなくなり、降圧回路の損傷を防止することができる。

また、本発明の他の特徴は、上記主回生吸収手段で吸収する回生電力が基準電圧を超える場合には、上記副電源供給回路の電源供給ラインを閉じて上記回生電力を上記副電源供給回路に流して吸収させるスイッチング手段を備えたことにある。
これによれば、主回生吸収手段が故障して回生電力の回収が不能になった場合であっても、この回生電力を副電源供給回路に流すことができ主電源供給回路の降圧回路を保護することができる。

また、本発明の他の特徴は、上記昇圧回路は、副電源供給ラインに直列に設けられる昇圧用コイルと、上記昇圧用コイルの負荷側を開閉可能に接地する第１スイッチング素子と、上記副電源供給ラインにおける上記第１スイッチング素子の接続部よりも負荷側に直列に設けられ寄生ダイオード機能を有する第２スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子と上記第２スイッチング素子とのオンオフを制御するスイッチング制御手段と、上記電源装置の出力電圧をモニタする電圧モニタ手段を備え、上記スイッチング制御手段は、上記第１スイッチング素子のオンオフ動作に同期させて上記第２スイッチング素子をオンオフ動作させて目標電圧に昇圧制御する同期昇圧モードと、上記第２スイッチング素子をオフに維持して上記第１スイッチング素子をオンオフ動作させて目標電圧に昇圧制御する非同期昇圧モードとを有し、上記電源装置の出力電圧が所定電圧以上あれば上記非同期昇圧モードを選択し、上記電源装置の出力電圧が所定電圧を下回った場合には上記同期昇圧モードに切り替えることにある。

これによれば、電源装置の出力電圧が所定電圧以上ある場合には、副電源供給回路の昇圧回路では非同期昇圧モードにて昇圧制御され第２スイッチング素子がオフに維持されるため、主電源供給回路からの出力が副電源供給回路側に流れこむことはなく確実に電動モータに供給される。

そして、主電源供給回路の出力電圧が低下して電源装置の出力電圧が所定電圧を下回ると、副電源供給回路の昇圧回路では同期昇圧モードにて昇圧制御され第２スイッチング素子が第１スイッチング素子と同期してオンオフする。従って、目標電圧への昇圧制御が良好となり安定した昇圧電圧が得られる。また、電動モータで回生電力が発生した場合でも、第２スイッチング素子がオンオフするため、その回生電力を副電源供給回路から低圧バッテリ側に送って吸収させることができる。

尚、ここで表現している、「第１スイッチング素子のオンオフ動作に同期させて第２スイッチング素子をオンオフ動作させる」とは、第１、第２スイッチング素子を同時にオンオフさせることを意味するのではなく、両スイッチング素子を互いに関連付けてオンオフ動作させることを意味する。例えば、第２スイッチング素子をオフ、第１スイッチング素子をオンして昇圧用コイルに電流を流して昇圧用コイルに電力を貯め、その後、第１スイッチング素子をオフ、第２スイッチング素子をオンして昇圧用コイルに貯まった電力を出力するという動作を繰り返すようにする。

また、本発明の他の特徴は、上記同期昇圧モードでの昇圧制御中に、上記副電源供給回路への電力流入が検知され、その連続時間が所定時間を越えたとき、上記同期昇圧モードから上記非同期昇圧モードに切り替えることにある。

これによれば、出力電圧の低下した主電源供給回路が正常状態に戻ってその出力電圧が副電源供給回路の出力電圧を上回っても、所定時間後には非同期昇圧モードに切り替わって第２スイッチング素子がオフするため、主電源供給回路の電力が副電源供給回路へ流れ続けてしまうこともなく、両バッテリおよび回路を確実に保護することができる。また、電動モータからの回生電力であれば一時的なものであるため、所定時間内には副電源供給回路への電力流入が終了して同期昇圧モードを維持することができる。

この場合、副電源供給回路への電力流入の検知は、例えば、第１スイッチング素子のデューティ比に基づいて推定してもよい。つまり、副電源供給回路への電力流入時は電源装置の出力電圧が上昇するため、昇圧回路における昇圧動作が減少あるいは停止することから、これに伴って第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比も変化するため、これに基づいて簡単に電力流入を検知できる。また、これに第２スイッチング素子のデューティ比も加味して推定してもよい。
また、電源装置の出力電圧をモニタし、その出力電圧が所定電圧（例えば、昇圧回路の昇圧目標電圧あるいは昇圧目標電圧より所定電圧だけ高い設定電圧）を超えたときに副電源供給回路へ電力が流入したと判断してもよい。

また、本発明の他の特徴は、上記低圧バッテリの電圧低下を検出する低圧バッテリ電圧検出手段と、上記低圧バッテリの電圧低下を検出したときに、上記高圧バッテリの電力を上記主電源供給回路を経由して上記低圧バッテリに充電することにある。
これによれば、低圧バッテリへの充電が可能となり、充電系の異常時においても所定の電圧を維持することができる。
尚、この場合、過電流により副電源供給回路の昇圧回路が故障しないように、副電源供給ラインにスイッチング素子を設け、このスイッチング素子のオン時間を制限するようにしてもよい。特に、昇圧回路の第２スイッチング素子を兼用するとコストアップを抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る電動パワーステアリング装置を概略的に示している。

この電動パワーステアリング装置は、大別すると、操舵輪へ操舵アシスト力を付与する操舵アシスト機構１０と、操舵アシスト機構１０の電動モータ１５を駆動制御するアシスト制御装置３０と、電源装置４０とから構成される。
操舵アシスト機構１０は、操舵ハンドル１１の回動操作に連動したステアリングシャフト１２の軸線周りの回転をラックアンドピニオン機構１３によりラックバー１４の軸線方向の運動に変換して、このラックバー１４の軸線方向の運動に応じて操舵輪である左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵するようになっている。ラックバー１４には電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、その回転に応じてボールねじ機構１６を介してラックバー１４を軸線方向に駆動することにより、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。電動モータ１５には回転角センサ１７が付設され、ステアリングシャフト１２の下端部には操舵トルクセンサ２０が組みつけられている。

回転角センサ１７はレゾルバにより構成され、電動モータ１５の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を出力する。操舵トルクセンサ２０は、ステアリングシャフト１２に介装されて上端および下端をステアリングシャフト１２に接続したトーションバー２１と、トーションバー２１の上端部および下端部にそれぞれ組み付けられたレゾルバ２２，２３とからなる。レゾルバ２２，２３は、トーションバー２１の上端および下端の回転角をそれぞれ検出して、検出した各回転角を表す検出信号をそれぞれ出力する。

アシスト制御装置は、これらの回転角センサ１７、操舵トルクセンサ２０および車両の速度を検出する車速センサ２８からの検出信号にもとづいて、電動モータ１５への通電量を調整してアシスト力を制御するもので、主要部をマイクロコンピュータにて構成するアシスト用電子制御装置３１と、そのアシスト用電子制御装置３１からのモータ制御信号により電動モータ１５を駆動するモータ駆動回路３２とからなる。
本実施形態においては、電動モータ１５として３相ブラシレスモータを用い、モータ駆動回路３２としてのインバータ回路にて３相駆動電流を電動モータに流すようにするが、Ｈブリッジ回路にて２相ブラシモータを駆動制御する等、種々のモータや駆動回路を採用できる。

電源装置４０は、図２に示すように、主電源供給回路５０と、バックアップ電源としての副電源供給回路６０と、補助電源供給回路８０と、電源制御装置９０に大別される。
主電源供給回路５０は、第１電圧Ｖ１Ｈ（本実施形態ではＶ１Ｈ＝２８８Ｖ）を発生する高圧バッテリ５１と、パワーコントロールユニット５２により主電源供給ライン５３を開閉するリレー５４と、高圧バッテリ電圧Ｖ１Ｈを第１降圧電圧Ｖ１Ｌ（本実施形態ではＶ１Ｌ＝４８）に降圧する降圧回路５５（ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、降圧回路５５の２次側に設けられ電動モータ１５で発生した回生電力を吸収する回生吸収回路５６とを備える。

回生吸収回路５６は、降圧回路５５の２次側を抵抗素子５７と吸収用スイッチング素子ＳＷ３とを介して接地して回生電力を逃がす回路を構成する。この吸収用スイッチング素子ＳＷ３は、電源制御装置９０からの信号により開閉制御される。

一方、副電源供給回路６０は、第２電圧Ｖ２Ｌ（本実施形態ではＶ２Ｌ＝１２Ｖ）を発生する低圧バッテリ６１と、アシスト制御を開始するときに副電源供給ライン６３を閉じるリレー６４と、低圧バッテリ電圧Ｖ２Ｌを第２昇圧電圧Ｖ２Ｈ（本実施形態ではＶ２Ｈ＝３３Ｖ）に昇圧する昇圧回路７０とを備える。

昇圧回路７０は、副電源供給ライン６３に直列に設けられる昇圧用コイル７１と、昇圧用コイル７１の２次側の副電源供給ライン６３から分岐した接地ラインに設けられる第１スイッチング素子ＳＷ１と、副電源供給ライン６３における第１スイッチング素子ＳＷ１の接続部よりも負荷側（電力供給側）の副電源供給ライン６３に直列に設けられる第２スイッチング素子ＳＷ２と、この第２スイッチング素子ＳＷ２の入出力端を短絡するダイオード７２とを備える。

この２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にはＦＥＴが用いられる。特に、第２スイッチング素子ＳＷ２に関しては、寄生ダイオード機能を有するタイプのＦＥＴが使用される。つまり、第２スイッチング素子ＳＷ２は、オフ状態であっても順方向（電源供給方向）への通電のみ可能で逆方向には通電不能となり、オン状態では両方向への通電が可能となる。
この第２スイッチング素子ＳＷ２を短絡するダイオード７２は、カソード側を電源出力側にアノード側を低圧バッテリ側にして設けられる。このダイオード７２は、第２スイッチング素子ＳＷ２の通電容量を補うために設けられる。

第１スイッチング素子ＳＷ１は、電源制御装置９０からのパルス信号により、速い周期でオンオフして昇圧用コイル７１から目標電圧である第２昇圧電圧Ｖ２Ｈを発生させる。本実施形態では、昇圧動作時にスイッチング素子ＳＷ２をオフに維持する非同期昇圧モードと、第２スイッチング素子ＳＷ２を第１スイッチング素子ＳＷ１のオンオフ動作と同期させてスイッチングする同期昇圧モードとの２つの昇圧モードを有する。

この同期モードでは、図３に示すように、両スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２が同じ周期で互いに関連付けられてオンオフするもので、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフ、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンして昇圧用コイル７１に短時間だけ電流を流して昇圧用コイル７１に電力を貯め、その後、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンして昇圧用コイル７１に貯まった電力を出力するように動作する。

尚、必ずしも第１スイッチング素子ＳＷ１のオフ時に第２スイッチング素子ＳＷ２をオンさせるものではなく、昇圧用コイル７１に通電して電力を発生させ、その電力を負荷側に放出させるという一連の動作を互いに連携させて行なうようにするものであればよい。

主電源供給回路５０および副電源供給回路６０のそれぞれの電源供給ライン５３，６３の出力端は、モータ駆動回路３２への出力電源ライン１００に接続される。この電源装置４０の出力電源ライン１００には、電源ノイズ除去用のコンデンサ１０１が設けられる。
補助電源供給回路８０は、低圧１２Ｖ系の補助電源をアシスト制御装置３０や副電源供給ライン６３に供給するもので、高圧バッテリ５１の電圧を低電圧に変換する降圧回路８１を備える。

電源制御装置９０は、マイクロコンピュータを主要部として構成され、電源装置４０の出力電源ライン１００の電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）と、高圧バッテリ５１の電圧ＶＨｘおよび低圧バッテリ６１の電圧ＶＬｘをモニタするとともに、そのモニタ電圧に応じてスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の開閉を制御する。尚、電源制御装置９０は、図示しないが、低圧バッテリ６１からレギュレータを介して電源供給される。
尚、この電源制御装置９０と昇圧回路７０とで、本発明の昇圧回路を構成している。

次に、電源制御装置９０の行う電動モータ１５への電源供給制御処理について説明する。
図４は、第１実施形態の電源供給制御ルーチンを表すもので、電源制御装置９０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。
本電源供給制御ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチの投入により、リレー５４，６４がオンしたのち起動する。

まず、ステップＳ１において、出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、その電圧が回生判定電圧ＶＫ１（例えば５０Ｖ）を超えているか否かを判断する。この判断処理は、電動モータ１５から回生電力が発生しているか否かを判断するもので、回生電力が発生している場合には、出力電圧Ｖｏｕｔがこの回生判定電圧ＶＫ１を上回るようにこの判定電圧値が設定されている。

回生電力が発生していない場合（Ｓ１：ＮＯ）には、続くステップＳ２において、出力電圧Ｖｏｕｔが副電源供給回路６０の定格出力電圧Ｖ２Ｈ（目標電圧３３Ｖ）を下回っているか否かを判断する（Ｓ２）。主電源供給回路５０が正常に作動している場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは主電源供給回路５０の定格出力電圧Ｖ１Ｌ（４８Ｖ）を維持しているため、「ＮＯ」と判断される。この場合には、モータ駆動回路３２に主電源供給回路５０から正常に電源供給されていることから、副電源供給回路６０からの電源供給は必要ないため、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２を共にオフにする（Ｓ３）。従って、昇圧回路７０の昇圧動作は行われない。また、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフにすることで、主電源供給回路５０の出力が副電源供給回路６０に流れ込んでしまうことを防止する。

一方、ステップＳ２の判断で「ＹＥＳ」、つまり、出力電圧ＶｏｕｔがＶ２Ｈ（３３Ｖ）を下まわった場合には、スイッチング素子ＳＷ１をオンオフ作動させて昇圧用コイル７１により低圧バッテリ６１の電源を昇圧する（Ｓ４）。この場合、副電源供給回路６０では目標昇圧電圧をＶ２Ｈとして昇圧する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ２Ｈ（３３Ｖ）となるように、スイッチング素子ＳＷ１のパルス通電時間割合（デューティ比）を制御する。ここでは、検出した出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧Ｖ２Ｈとの偏差が大きいほどデューティ比が大きく設定される。従って、電源装置４０としての出力としては、自動的にこの副電源供給回路６０からの電力供給に切り替わる。

こうして、主電源供給回路５０の出力電圧が低下した場合には、副電源供給回路６０からの電源供給に切り替わり、その後、主電源供給回路５０の出力電圧が復帰して副電源供給回路６０の出力電圧よりも上回ると、再び主電源供給回路５０からの電源供給に切り替わる。
このように、自動的に出力電圧が高いほうの電源供給回路５０，６０からモータ駆動回路３２に電力供給される。

こうした、電源供給の切替制御を繰り返し行う途中で、電動モータ１５から回生電力が発生し、その電圧が回生判定電圧ＶＫ１を上回ると、ステップＳ１にて「ＹＥＳ」と判断され、吸収用スイッチング素子ＳＷ３をオンオフする（Ｓ５）。この場合、その検出した出力電圧Ｖｏｕｔに応じて吸収用スイッチング素子ＳＷ３のデューティ比が調整される。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔが高いほど吸収用スイッチング素子ＳＷ３のデューティ比を大きくする。尚、このときスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２は共にオフに維持される。
従って、電動モータ１５からの回生電力は、主電源供給回路５０の回生吸収回路５６に流れ込み、吸収用スイッチング素子ＳＷ３を経由してグランドに吸収される。
従って、降圧回路５５を保護することができる。

このように、第１実施形態の電源供給制御ルーチンによれば、主電源供給回路５０からの電源供給を優先的に行い、高圧バッテリ５１の劣化等により主電源供給回路５０からの出力電圧が低下して副電源供給回路６０の定格出力電圧以下になったときには、自動的に副電源供給回路６０からモータ駆動回路３２に電源供給するようにしている。
従って、通常時においては、電動モータ１５を高い電圧で駆動して十分な操舵アシスト力が得られるとともに、主電源供給回路５０からの出力電圧が低下した場合においても、他の電気負荷と共通に使われる低圧バッテリ６１を用いて電動モータ１５を駆動するため、バックアップ用として特別なバッテリを用意する必要が無く、しかも、低圧バッテリ電源を昇圧してモータ駆動回路３２に供給するため、電源バックアップ時においても高い操舵アシスト力が得られる。

しかも、出力電圧が高いほうの電源供給回路５０，６０が自動的に選択されるため、切替スイッチ等の切替装置が不要となりコストアップを招かない。
尚、この第１実施形態の電源供給制御ルーチンでは、第２スイッチング素子ＳＷ２については、常時オフさせているものであるため、第２スイッチング素子ＳＷ２を設けずに、ダイオード７２だけの構成でもよい。

次に、電源制御装置９０の実施する第２実施形態の電源供給制御ルーチンについて説明する。この第２実施形態は、第１実施形態の制御ルーチンに対して、回生電力の吸収処理を変更したもので、ハードウエアの構成は図1、図２に示したものと同一である。
図５は、第２実施形態の電源供給制御ルーチンを表すもので、電源制御装置９０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。
尚、ステップＳ１１からステップＳ１４の処理については、先の図４に示した第１実施形態のステップＳ１からステップＳ４の処理と同様であるため、簡単な説明に留める。

まず、ステップＳ１１において、出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、その電圧が回生判定電圧ＶＫ１（例えば５０Ｖ）を超えていなければ、回生電力が発生していないと判断して、ステップＳ１２の処理に移行し、出力電圧Ｖｏｕｔが副電源供給回路６０の定格電圧Ｖ２Ｈ（３３Ｖ）を下回っているか否かを判断する。主電源供給回路５０が正常に作動している場合には、「ＮＯ」と判断され、副電源供給回路６０からの電源供給は必要ないため、ステップＳ１３で第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をともにオフして昇圧動作を行わず、また、主電源供給回路５０の吸収用スイッチング素子ＳＷ３もオフにする。

一方、ステップＳ１２の判断で「ＹＥＳ」、つまり、出力電圧ＶｏｕｔがＶ２Ｈ（３３Ｖ）を下まわった場合には、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンオフ作動させて昇圧用コイル７１により低圧バッテリ６１の電源を昇圧し（Ｓ１４）、副電源供給回路６０からモータ駆動回路３２に電源供給する。

こうした、電源供給の切替制御を繰り返し行う途中で、電動モータ１５から回生電力が発生し、出力電圧Ｖｏｕｔが回生判定電圧ＶＫ１をうわまわると、ステップＳ１１にて「ＹＥＳ」と判断され、続いてステップＳ１５の判断処理を行う。このステップＳ１５では、出力電圧Ｖｏｕｔが更に吸収アシスト判定電圧ＶＫ２（ＶＫ２＞ＶＫ１：例えば、ＶＫ２＝５５Ｖ）を上回っているか否かを判断する。

出力電圧Ｖｏｕｔが吸収アシスト判定電圧ＶＫ２以下であれば、吸収用スイッチング素子ＳＷ３をオンオフして回生電力をグランドから逃がす（Ｓ１６）。この場合、副電源供給回路６０では第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフに維持して昇圧作動させない。

一方、ステップＳ１５において、出力電圧Ｖｏｕｔが吸収アシスト判定電圧ＶＫ２を上回っていると判断した場合には、回生吸収回路５６の故障（例えば、吸収用スイッチング素子ＳＷ３の故障）が考えられることから、副電源供給回路６０により回生電力の吸収を行うために、スイッチング素子ＳＷ３だけでなくスイッチング素子ＳＷ２にもオン信号を出力する（Ｓ１７）。この場合、主電源供給回路５０の回生吸収回路５６に断線故障や吸収用スイッチング素子ＳＷ３の故障が生じていても、第２スイッチング素子ＳＷ２のオン動作により副電源供給回路６０の副電源供給ライン６３が導通状態となり、回生電力を低圧バッテリ６１に流して回収できる。

このように、第２実施形態の電源供給制御ルーチンによれば、第１実施形態の効果に加えて、更に、主電源供給回路５０の回生吸収回路５６が故障した場合であっても、副電源供給回路６０にて回生電力を吸収することができ、電源装置４０の回路故障、例えば、降圧回路５５の故障などを防止できる。

次に、電源制御装置９０の実行する第３実施形態の電源供給制御ルーチンについて説明する。
図６は、第３実施形態の電源供給制御ルーチンを表すもので、電源制御装置９０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。
本電源供給制御ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチの投入により、リレー５４，６４がオンしたのち起動する。

本制御ルーチンが起動されると、まずステップＳ２１において、出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、その電圧が回生判定電圧ＶＫ１（例えば５０Ｖ）を超えているか否かを判断し、超えていれば、電動モータ１５に回生電力が発生していると判断して、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンして回生電力を低圧バッテリに流して回収する（Ｓ２２）。

一方、ステップＳ２１において「ＮＯ」、つまり電動モータ１５に回生電力が発生していないと判断した場合には、同期昇圧モード制御中であることを表すフラグＦを確認し（Ｓ２３）、Ｆ＝１であれば同期昇圧モード制御を行い（Ｓ２５）、Ｆ＝１でなければ非同期昇圧モード制御を行う（Ｓ２４）。ここで、同期昇圧モード制御と非同期昇圧モード制御について説明する。

本制御ルーチンでは、同期昇圧モード制御と非同期昇圧モード制御のどちらにおいても、出力電圧Ｖｏｕｔを常時監視し、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧（この例では、副電源供給回路の目標電圧Ｖ２Ｈ）を下回っているときに、第１スイッチング素子ＳＷ１を所定の周期でオンオフさせて昇圧回路７０の出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ２Ｈになるように、スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比を調整する。つまり、出力電圧Ｖｏｕｔと目標電圧Ｖ２Ｈとの偏差が大きいほどデューティ比を大きくするＰＷＭ制御を行う。

そして、同期昇圧モード制御中においては、第２スイッチング素子ＳＷ２をスイッチング素子ＳＷ１に同期させてオンオフさせる。
例えば、図３に示すように、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフ、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンして昇圧用コイル７１に短時間だけ電流を流して昇圧用コイル７１に電力を貯め、その後、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンして昇圧用コイル７１に貯まった電力を出力するように動作する。こうして２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の同期したオンオフ動作により昇圧用コイル７１にて昇圧動作が行われる。

一方、非同期昇圧モード制御中においては、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフに設定される。この場合においても、第２スイッチング素子ＳＷ２はその寄生ダイオード機能により出力側（モータ駆動回路側）方向にのみ通電可能となる。このため、第１スイッチング素子ＳＷ１をオンオフさせることで、低圧バッテリ電源を昇圧した電力を出力することができる。また、主電源供給回路５０の電力が副電源供給回路６０へ流れてしまうこと常時を防止している。
こうした、２つのモードの昇圧制御においては、常時出力電圧Ｖｏｕｔを監視して、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ２Ｈを下回っていれば、実質的には昇圧作動されず第１スイッチング素子ＳＷ１はオフ状態に維持される。

ステップＳ２３の判断において、本制御ルーチンの起動時においては、フラグＦはＦ＝０に設定されるため、ステップＳ２４の非同期昇圧モード制御に設定される。そして、主電源供給回路５０の出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧ＶＲ１（この例では、３０Ｖ）を下回っているか否かを判断し（Ｓ２６）、下回っていなければ本ルーチンを一旦抜ける。そして、本ルーチンが繰り返される間に、主電源供給回路５０の出力電圧が低下し、出力電圧ＶｏｕｔがＶＲ１を下回った場合にはフラグＦをＦ＝１にセットし一旦本ルーチンを抜ける（Ｓ２７）。

このステップＳ２７にてフラグＦが１にセットされると、次回のステップＳ２３の判断が「ＹＥＳ」となり、同期昇圧モード制御に切り替わる（Ｓ２５）。この同期昇圧モード制御では、第２スイッチング素子ＳＷ２をスイッチング素子ＳＷ１に同期させてオンオフさせる。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔが副電源供給回路６０の目標電圧Ｖ２Ｈを下回っているときに、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオンオフさせて昇圧回路７０の出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ２Ｈになるように、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比を調整する。

そして、この同期昇圧モード制御中においては、主電源供給回路５０の出力電圧の復帰により、主電源供給回路５０の電力が副電源供給回路６０に流入し続けてしまうことを防止するために、主電源供給回路５０の復帰を次のように判断する。

まず、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比Ｄ１が基準デューティ比ＤＲ１より小さく、かつ第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比Ｄ２が基準デューティ比ＤＲ２より大きいか否かを判断する。同期昇圧モード制御中においては、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧ＶＨ２になるように第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比が制御されるが、主電源供給回路５０の出力電圧が復帰して上昇してくると、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比は小さくなる。昇圧用コイル７１に通電する時間が短くなるからである。

一方、第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比は大きくなる。これは、昇圧制御により出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖ２Ｈより上昇しすぎた場合には、第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比を大きくして副電源供給回路側に昇圧電力を戻すためである。
そして、このステップＳ２８，２９にて、ともに「ＹＥＳ」と判断した場合には、主電源供給回路５０の出力電圧が復帰して昇圧回路７０の目標電圧Ｖ２よりも高くなった、あるいは、電動モータ１５から回生電力が発生したと判断できる。そして、電動モータ１５からの回生電力の発生であれば、一時的なものであるために回生電力を低圧バッテリ６１で吸収させる。そこで、以下のステップでは回生電力を吸収できる程度の時間だけ同期昇圧モードを継続させ、その後、非同期昇圧モードに切り替えている。

つまり、ステップＳ３０にて時間計測用のタイマをインクリメントし（Ｓ３０）、そのタイマ値Ｔｘが基準時間Ｔ０を越えたか否かを判断する（Ｓ３１）。そしてステップＳ２８，Ｓ２９のデューティ比条件が基準時間Ｔ０以上連続して成立した場合には、（Ｓ３１：ＹＥＳ）、主電源供給回路５０の出力電圧が昇圧回路７０の目標電圧以上に復帰したと判断して、フラグＦを０に設定し本制御ルーチンを一旦抜ける（Ｓ３２）。従って、同期昇圧モードから非同期相圧モードに切り替わる。

一方、ステップＳ２８、Ｓ２９で「ＮＯ」と判断された場合には、タイマ値Ｔｘをゼロクリアして本制御ルーチンを一旦抜ける（Ｓ３３）。従って、同期昇圧モードが継続されることとなる。

以上説明した電源供給制御ルーチンによれば、主電源供給回路５０の出力電圧が正常であれば、副電源供給回路は非同期昇圧モードで昇圧制御するため、主電源供給回路５０から副電源供給回路６０への電力の流れ込みが防止される。そして、主電源供給回路５０の出力電圧が低下すると副電源供給回路６０は同期昇圧モードで昇圧制御を行なう。この場合、第２スイッチング素子ＳＷ２を第１スイッチング素子ＳＷ１に同期させてオンオフ動作させて昇圧するため、目標電圧への昇圧制御が良好となり安定した昇圧電圧が得られる。

また、同期昇圧モードでの昇圧制御中において主電源供給回路５０の出力電圧が復帰し副電源供給回路６０の目標電圧を上回った場合には、非同期モードに切り替えて主電源供給回路５０から副電源供給回路６０への電力の流れ込み防止する。従って、両バッテリ５１，６１および回路の保護を図ることができる。
また、電動モータ１５で回生電力が発生した場合においては、副電源供給回路６０を経由して低圧バッテリ６１で回生電力を吸収することができる。
もちろん、第１、第２実施形態で奏する効果も得られる。
尚、この実施形態においては、主電源供給回路５０の出力電圧の復帰の検知（副電源供給回路６０への電力流入検知）をステップＳ２８，Ｓ２９の第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比Ｄ１，Ｄ２に基づいて判断しているが、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比Ｄ１のみに基づいてもよい。
また、このステップＳ２８，Ｓ２９の処理に代えて、図７に示すように、電源装置４０の出力電圧Ｖｏｕｔが所定電圧ＶＲ２を上回ったときに（Ｓ３４）、主電源供給回路５０の出力電圧の復帰あるいは電動モータ１５から回生電力が発生したとしてステップＳ３０のタイマカウント動作に入るようにしてもよい。例えば、この所定電圧ＶＲ２を昇圧回路７０の目標昇圧電圧あるいは目標昇圧電圧よりやや大きな所定電圧に設定する。

次に、電源制御装置９０の実行する第４実施形態の電源供給制御ルーチンについて説明する。
図８は、第４実施形態の電源供給制御ルーチンを表すもので、電源制御装置９０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。
本電源供給制御ルーチンは、第３実施形態の制御ルーチンのステップＳ２８からステップＳ３３の処理に代えて、ステップＳ４０の処理を行う。尚、他のステップにかかる処理については、第３実施形態と同じであるため、図面に同一ステップ番号を付して説明を省略する。

出力電圧Ｖｏｕｔが低下して同期昇圧モードでの昇圧制御が開始されると（Ｓ２５）、ステップＳ４０の処理に移行する。このステップＳ４０の処理では、降圧回路５５に対して動作停止指令を出力する。従って、それ以降は、降圧回路５５から電動モータ１５に対して電力供給が行われなくなり、副電源供給回路６０から電源供給されることになる。この場合、電動モータ１５にて発生する回生電力は降圧回路５５に流れず、副電源供給回路６０に流れ吸収されるため、降圧回路５５を保護することができる。また、その後、高圧バッテリ５１の電圧が復帰した場合においても、高圧バッテリ５１の電力を低圧バッテリ６１に戻してしまうという不具合もない。

次に、低圧バッテリ６１が劣化して、その出力電圧が所定電圧に満たなくなった場合の電源制御装置９０の行う充電制御について説明する。
図９は、低圧バッテリ充電制御ルーチンを表すもので、電源制御装置９０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、上述した各電源供給制御ルーチンと並行して短い周期で繰り返し実行される。

イグニッションスイッチの投入により本制御ルーチンが起動すると、まず、フラグＦの状態を確認する（Ｓ４１）。このフラグＦは、低圧バッテリ６１の充電動作を禁止しているときにＦ＝１にセットされるもので、本制御ルーチンの起動時にはＦ＝０にセットされている。
従って、次のステップＳ４２に移行して、低圧バッテリ電圧Ｖｉｎ（昇圧回路７０の入力電圧）を読み込み、バッテリ電圧Ｖｉｎが予め設定した充電基準電圧ＶＲ３（例えば、１１Ｖ）を下回っているか否かを判断する。低圧バッテリが劣化しバッテリ電圧Ｖｉｎが充電基準電圧ＶＲ３を下回っている場合には、昇圧回路７０の第２スイッチング素子ＳＷ２をオンオフ制御して主電源供給回路５０の出力電力を副電源供給回路６０を経由して低圧バッテリ６１に送り充電する（Ｓ４３）。この場合、充電電圧を所定電圧（例えば１３Ｖ）に設定して第２スイッチング素子をＰＷＭ制御する。

そして、充電時間を計測するためのタイマをインクリメントする（Ｓ４４）。続いて、タイマ値Ｔｂが充電基準時間Ｔｂ０を上回ったか否かを判断し（Ｓ４５）、充電時間が充電基準時間Ｔｂ０以下であれば本ルーチンを一旦終了する。

低圧バッテリ６１の充電が開始された後、その充電時間が充電基準時間Ｔｂ０に達すると（Ｓ４５：ＹＥＳ）、フラグＦをＦ＝１にセットする（Ｓ４６）。従って、それ以降は低圧バッテリ６１の充電が禁止される。また、低圧バッテリ６１の充電途中で、バッテリ電圧Ｖｉｎが充電基準電圧ＶＲ３以上になれば、タイマ値Ｔｘをゼロクリアする（Ｓ４７）。

この低圧バッテリ充電制御ルーチンによれば、昇圧回路７０の第２スイッチング素子ＳＷ２を制御することにより高圧バッテリ５１の電力を副電源供給回路６０を経由して低圧バッテリ６１に充電することが可能となる。また、充電電圧制御や充電時間の制限により、過電流に対する昇圧回路７０や降圧回路５５の保護を図ることができる。

次に、電動モータ１５の制御であるアシスト制御処理について説明する。
図１０は、アシスト用電子制御装置３１が実行するアシスト制御ルーチンを表すもので、アシスト用電子制御装置３１のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶され、短い周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ５１にて、車速センサ２８によって検出された車速Vと、操舵トルクセンサ２０のレゾルバ２２，２３によって検出した回転角度の差から演算された操舵トルクＴＲを読み込む。続いて、図１１に示すアシスト電流テーブルを参照して、入力した車速Ｖおよび操舵トルクＴＲに応じた必要アシスト電流ＡＳＩを計算する（Ｓ５２）。アシスト電流テーブルは、アシスト用電子制御装置３１のＲＯＭ内に記憶されるもので、図１１に示すように、操舵トルクＴＲの増加にしたがって必要アシスト電流ＡＳＩも増加し、しかも、車速Ｖが低くなるほど大きな値となるように設定される。

続いて、この算出した必要アシスト電流ＡＳＩに応じて、モータ駆動回路３２（インバータ回路）を制御する（Ｓ５３）。例えば、必要アシスト電流ＡＳＩの大きさにほぼ比例したパルス幅を有する３相のパルス列信号を生成してインバータのスイッチ回路（図示略）に通電することにより、電動モータ１５に駆動電流として必要アシスト電流ＡＳＩを流し、所定のアシストトルクを発生させる。

以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、各実施形態１〜４の電源供給制御において、高圧バッテリ５１の電圧が低下した場合には、降圧回路５５の作動を停止させて副電源供給回路６０にて電源供給を行うようにしてもよい。
つまり、図１２に示すように、高圧バッテリ５１の電圧ＶＨｉｎをモニタするとともに、そのバッテリ電圧ＶＨｉｎが予め設定した基準電圧ＶＨＲ（例えば２００Ｖ）を上回っているか否かの判断によって（Ｓ６１）、バッテリ電圧ＶＨｉｎが基準電圧ＶＨＲ以下であれば降圧回路５５の作動を停止させ（Ｓ６２）、バッテリ電圧ＶＨｉｎが基準電圧ＶＨＲを上回っていれば降圧回路５５を作動させる（Ｓ６３）ようにしてもよい。

また、本実施形態では、昇圧回路７０にダイオード７２を第２スイッチング素子ＳＷ２をバイパスさせて設けているが省略してもよい。また、副電源供給回路６０への回生電力の吸収を行わない場合には、第２スイッチング素子ＳＷ２を省略してダイオード７２のみにしてもよい。
また、主電源供給回路５０の出力電圧が低下し副電源供給回路６０にて電源供給中においては、図示しない報知器（例えばランプやブザー）を作動させて運転者にバッテリ交換を促すようにしてもよい。
また、各実施形態における、電圧値（バッテリ電圧、降圧電圧、昇圧電圧、基準電圧等）については、任意に設定できるものである。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 実施形態の電源装置の概略回路構成図である。 同期昇圧モードにおける第１、第２スイッチング素子への制御信号を表す説明図である。 第１実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 第２実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 第３実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 第３実施形態の電源供給制御ルーチンの変形例を表すフローチャートである。 第４実施形態の電源供給制御ルーチンを表すフローチャートである。 低圧バッテリの充電制御ルーチンを表すフローチャートである。 アシスト制御ルーチンを表すフローチャートである。 アシスト電流テーブルを表す説明図である。 降圧回路制御ルーチンを表すフローチャートである。

符号の説明

操舵アシスト機構…１０、電動モータ…１５、アシスト制御装置…３０、アシスト用電子制御装置…３１、モータ駆動回路…３２、電源装置…４０、主電源供給回路…５０、高圧バッテリ…５１、主電源供給ライン…５３、降圧回路…５５、回生吸収回路…５６、吸収用スイッチング素子…ＳＷ３、副電源供給回路…６０、低圧バッテリ…６１、副電源供給ライン…６３、昇圧回路…７０、昇圧用コイル…７１、第１スイッチング素子…ＳＷ１、第２スイッチング素子…ＳＷ２、ダイオード…７２、電源制御装置…９０、出力電源ライン…１００。

Claims (7)

1. 電源装置から電力供給される電動モータと、該電動モータの作動を制御するモータ制御手段とを備え、操舵ハンドルの操舵状態に応じて上記電動モータを作動して操舵輪に操舵力を付与する電動パワーステアリング装置において、
   上記電源装置は、
   第１電圧の電力を供給する高圧バッテリと該高圧バッテリの電圧を下げる降圧回路とを備えて上記降圧された高圧バッテリの電力を供給する主電源供給回路と、
   上記第1電圧より低い第2電圧の電力を供給する低圧バッテリと該低圧バッテリの電圧を上げる昇圧回路とを備えて上記昇圧された低圧バッテリの電力を供給する副電源供給回路との少なくとも２つの電源供給回路を有し、
   上記主電源供給回路と上記副電源供給回路とを並列に接続して設けるとともに、上記昇圧された副電源供給回路の出力電圧を、上記降圧された主電源供給回路の出力電圧よりも低く設定したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記電源装置の出力電圧をモニタする出力電圧モニタ手段と、
   上記モニタした出力電圧が所定電圧を下回ったと判断したとき、上記副電源供給回路の昇圧回路の昇圧動作を開始させる昇圧制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記主電源供給回路における上記降圧回路の出力側には、上記電動モータで発生した回生電力を吸収する主回生吸収手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記主回生吸収手段で吸収する回生電力が基準電圧を超える場合には、上記副電源供給回路の電源供給ラインを閉じて上記回生電力を上記副電源供給回路に流して吸収させるスイッチング手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記昇圧回路は、副電源供給ラインに直列に設けられる昇圧用コイルと、上記昇圧用コイルの負荷側を開閉可能に接地する第１スイッチング素子と、上記副電源供給ラインにおける上記第１スイッチング素子の接続部よりも負荷側に直列に設けられ寄生ダイオード機能を有する第２スイッチング素子と、上記第１スイッチング素子と上記第２スイッチング素子とのオンオフを制御するスイッチング制御手段と、上記電源装置の出力電圧をモニタする電圧モニタ手段を備え、
   上記スイッチング制御手段は、上記第１スイッチング素子のオンオフ動作に同期させて上記第２スイッチング素子をオンオフ動作させて目標電圧に昇圧制御する同期昇圧モードと、上記第２スイッチング素子をオフに維持して上記第１スイッチング素子をオンオフ動作させて目標電圧に昇圧制御する非同期昇圧モードとを有し、上記電源装置の出力電圧が所定電圧以上あれば上記非同期昇圧モードを選択し、上記電源装置の出力電圧が所定電圧を下回った場合には上記同期昇圧モードに切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 上記同期昇圧モードでの昇圧制御中に、上記副電源供給回路への電力流入が検知され、その連続時間が所定時間を越えたとき、上記同期昇圧モードから上記非同期昇圧モードに切り替えることを特徴とする請求項５記載のパワーステアリング装置。
7. 上記低圧バッテリの電圧低下を検出する低圧バッテリ電圧検出手段と、
   上記低圧バッテリの電圧低下を検出したときに、上記高圧バッテリの電力を上記主電源供給回路を経由して上記低圧バッテリに充電することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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