JP2009154581A - ステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの補助電源として使用されるキャパシタないしはコンデンサの内部抵抗の増加を抑制して電力の損失を減少させることができるステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ９Ｂの補助電源としてキャパシタ１０を備えており、電動モータ４の駆動力を利用するステアリング装置２における制御装置。前記キャパシタ１０への通電電流を検出する電流検出器２１と、前記キャパシタ１０の端子間電圧を検出する電圧検出器２０と、前記電流検出器２１から得られる電流値と前記電圧検出器２０から得られる電圧値とから前記キャパシタの内部抵抗を求める演算手段と、前記キャパシタ１０への充電及び当該キャパシタ１０からの放電を行う充放電回路１３と、前記演算手段により求められた内部抵抗が所定の閾値よりも大きい場合に、前記充放電回路１３を駆動させて前記キャパシタ１０の充放電を行う制御回路６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はステアリング装置の制御装置に関する。さらに詳しくは、バッテリの補助電源としてキャパシタないしはコンデンサを備えており、電動モータの駆動力を利用するステアリング装置における制御装置に関する。

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てきたときは、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１参照）。

また、本出願人は、さきに前記補助電源としてキャパシタ（電気二重層コンデンサ）を用いた、小型化されたモータ制御装置を提案している（特願２００６−２４０５３１）。

特開２００３−３２０９４２号公報

電気二重層コンデンサは、特許文献１などにおいて補助電源として提案されている二次電池に比べて大容量の放電が可能であり、また従来のコンデンサに比べて長時間の放電が可能であるという利点を有するが、低温時は内部抵抗が増加するため、電力の損失が増大するという問題がある。すなわち、電気二重層コンデンサは、−１０℃程度まで雰囲気温度が低下すると急激に内部抵抗が増加し、その結果、当該電気二重層コンデンサの充電効率及び放電効率が大幅に低下してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの補助電源として使用されるキャパシタないしはコンデンサの内部抵抗の増加を抑制して電力の損失を減少させることができるステアリング装置の制御装置を提供することを目的としている。

本発明のステアリング装置の制御装置（以下、単に「制御装置」ともいう）は、バッテリの補助電源としてキャパシタを備えており、電動モータの駆動力を利用するステアリング装置における制御装置であって、
前記キャパシタへの通電電流を検出する電流検出器と、
前記キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出器と、
前記電流検出器から得られる電流値と前記電圧検出器から得られる電圧値とから前記キャパシタの内部抵抗を求める演算手段と、
前記キャパシタへの充電及び当該キャパシタからの放電を行う充放電回路と、
前記演算手段により求められた内部抵抗が所定の閾値よりも大きい場合に、前記充放電回路を駆動させて前記キャパシタの充放電を行う制御回路と
を備えたことを特徴としている。

補助電源として使用されるキャパシタは、低温になると内部抵抗が増加するが、本発明の制御装置では、この内部抵抗を当該キャパシタを流れる電流値とキャパシタの端子間電圧とから求めている。具体的には、キャパシタへの通電電流を検出する電流検出器と、キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出器とを設け、演算手段によって、前記電流検出器から得られる電流値と前記電圧検出器から得られる電圧値とから前記キャパシタの内部抵抗を求めている。そして、得られた内部抵抗を所定の閾値と比較し、内部抵抗が所定の閾値よりも大きい場合に、キャパシタの充放電を行っている。充放電を繰り返し行うことにより、キャパシタの温度を上昇させて当該キャパシタの内部抵抗を下げることができる。その結果、電力の損失を減少させることができる。

本発明の制御装置によれば、バッテリの補助電源として使用されるキャパシタないしはコンデンサの内部抵抗の増加を抑制して電力の損失を減少させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の制御ユニットの実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の制御装置を含む電動パワーステアリング装置１の電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。図１に示されるように、ステアリング装置２は、ステアリングホイール（ハンドル）３に付与される運転者の操舵トルクと、モータ４から操舵軸２ａに減速機（図示せず）を介して伝達される操舵補助力とによって駆動される。モータ４は、３相ブラシレスモータであり、駆動回路５により駆動される。制御回路６はマイクロコンピュータを含むものであり、車速センサ７から入力される車速信号、及びトルクセンサ８から入力される操舵トルク信号に基づいて必要となる操舵補助力を決定し、その操舵補助力が操舵軸２ａに付与されるように、駆動回路５を制御する。

駆動回路５には、主電源９の電圧又は必要によりこれに補助電源であるキャパシタ（電気二重層コンデンサ）１０の電圧を加えた直流電圧が付与される。主電源９は、バッテリ９Ｂとオルタネータ（整流及びレギュレータ機能を有するもの）９Ａとによって構成され、この主電源９の電圧を駆動回路５に導く電路Ｌ１、Ｌ３の途中に、放電回路の切り換えのためのスイッチ１１が設けられている。一方、キャパシタ１０は、主電源９に対して直列に接続されている。主電源９にキャパシタ１０を直列接続した出力電圧は、電路Ｌ２からスイッチ１１、電路Ｌ３を介して、駆動回路５に導かれる。

前記スイッチ１１は制御回路６からの制御により接続を切り換えることができる。実線で示す第１の出力状態では電路Ｌ１とＬ３とが互いに接続され、点線で示す第２の出力状態では電路Ｌ２とＬ３とが互いに接続される。なお、このスイッチ１１は、実際にはＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を用いて、図示のような回路の切り換え機能を実現するよう構成される。
また、前記キャパシタ１０には充電回路１２が並列に接続されている。充電回路１２は、主電源９の電圧を昇圧してキャパシタ１０に充電する機能を備えている。この充電回路１２が充電を行うか否かは、制御回路６によって制御される。なお、電路Ｌ１〜Ｌ３及びスイッチ１１により上記第１、第２の出力状態のいずれかを構成可能な放電回路が構成され、これにさらに充電回路１２を加えて、充放電回路１３が構成されている。

制御回路６は、トルクセンサ８から送られてくる操舵トルク信号、及び車速センサ７から送られてくる車速信号に基づいて、適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ４を駆動させる。すなわち、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６は、スイッチ１１を実線で示す第１の出力状態とする。この場合、主電源７の電圧は電路Ｌ１、Ｌ３を介して駆動回路５に供給され、駆動回路５は、制御回路６による制御信号に基づいてモータ４を駆動する。このとき、キャパシタ１０の電力は駆動回路５に供給されない。また、制御回路６は、キャパシタ１０の端子間電圧を、電圧検出器２０により監視し、一定の電圧に達していない場合には、充電回路１２を駆動してキャパシタ１０を充電する。なお、２１は、キャパシタ１０への通電電流を検出する電流検出器である。

また、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源９のみではまかないきれないときは、制御回路６は、スイッチ１１を図１の点線で示される第２の出力状態とする。この結果、主電源９とキャパシタ１０とが互いに直列に接続された状態で、その高電圧が駆動回路５に供給される。これにより、所要の大電力を、駆動回路５に供給することができる。

本実施の形態では、図２に示されるように、制御回路６において、電流検出器２１からの電流信号と、電圧検出器２０からの電圧信号とがモニタリングされており（ステップＳ１）、演算手段としての機能を有する制御回路６は、電流検出器２１から得られる電流値と電圧検出器２０から得られる電圧値とから前記キャパシタ１０の内部抵抗を求める（ステップＳ２）。そして、制御回路６は、得られた内部抵抗が当該制御回路６の記憶部（図示せず）に記憶されている所定の閾値よりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳ３）。制御回路６は、得られた内部抵抗が所定の閾値よりも大きいと判断すると、充放電回路１３を駆動させて所定のタイムスケジュール（例えば、２秒間放電した後に２秒間充電させる）でキャパシタ１０の充放電を行う（ステップＳ４）。キャパシタ１０の電流と電圧は、所定のインターバル（例えば、４０秒毎）でモニタリングされており、新たに算出されたキャパシタ１０の内部抵抗が前記閾値以下になるまで、キャパシタ１０の充放電が繰り返される。

前記閾値は、使用されるキャパシタ１０について予め求めることができる温度と内部抵抗との関係から、適宜設定することができる。本発明は、低温に起因するキャパシタの内部抵抗の増大を当該キャパシタを昇温することで抑制するものであり、この観点より、寒冷地におけるキャパシタ１０の使用を考慮して、例えば−１０℃でのキャパシタ１０の内部抵抗値を閾値とすることができる。本発明は、キャパシタの内部抵抗を下げることを目的とするものであるが、このことは、キャパシタの充放電を繰り返して当該キャパシタの温度を上げることにより達成される。そして、キャパシタの温度を上昇させてその内部抵抗を下げることにより、電力の損失を減少させることができる。

本発明の制御装置を含む電動パワーステアリング装置の電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。 充放電回路を駆動させるフローを示す図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング装置
４ モータ
６ 制御回路
９ 主電源
９Ｂ バッテリ
１０ キャパシタ（補助電源）
１３ 充放電回路
２０ 電圧検出器
２１ 電流検出器

Claims (1)

1. バッテリの補助電源としてキャパシタを備えており、電動モータの駆動力を利用するステアリング装置における制御装置であって、
   前記キャパシタへの通電電流を検出する電流検出器と、
   前記キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記電流検出器から得られる電流値と前記電圧検出器から得られる電圧値とから前記キャパシタの内部抵抗を求める演算手段と、
   前記キャパシタへの充電及び当該キャパシタからの放電を行う充放電回路と、
   前記演算手段により求められた内部抵抗が所定の閾値よりも大きい場合に、前記充放電回路を駆動させて前記キャパシタの充放電を行う制御回路と
   を備えたことを特徴とするステアリング装置の制御装置。

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