JP2022023538A - 補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】補助電源の小容量化を可能とする。
【解決手段】主電源装置２０から電動パワーステアリング装置１０への給電経路に設置される補助電源装置３０は、充放電可能な蓄電装置である補助電源３２と、電動パワーステアリング装置１０及び補助電源３２と主電源装置２０とを断接する断接スイッチ３１と、断接スイッチ３１を操作する操作部３５と、を備える。操作部３５は、主電源装置２０から補助電源装置３０に供給される電圧が既定の電圧低下判定値以下となっており、かつ車速が既定の低車速判定値を超えていることを条件に断接スイッチ３１をオンからオフに切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステムに関する。

車両に搭載されるシステムとして、運転者の操舵支援や自動操舵のための操舵力をモータにより発生する電動パワーステアリングシステムがある。そして特許文献１には、主電源と、主電源の給電圧が低下した際に電力を供給する補助電源と、を備える電動パワーステアリングシステムが記載されている。

特開２００７－０４５３８８号公報

上記従来の電動パワーステアリングシステムでは、主電源の給電圧が低下した際にも、補助電源からの電力供給により、電動パワーステアリングシステムの動作を継続できる。ただし、コストを考えると、使用される場面が限られる補助電源の容量は必要最小に抑えることが望ましい。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、補助電源の小容量化を可能とした補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステムを提供することにある。

上記課題を解決する補助電源装置は、主電源装置から電動パワーステアリング装置への給電経路に設置され、充放電可能な蓄電装置である補助電源と、電動パワーステアリング装置及び補助電源と主電源装置とを断接する断接スイッチと、主電源装置から当該補助電源装置に供給される電圧が既定の電圧低下判定値以下となっているときに断接スイッチをオフとするように同断接スイッチを操作する操作部であって、車速が既定の低車速判定値を超えていることを条件に断接スイッチをオンからオフに切替える操作部と、を備えている。

上記補助電源装置が搭載された車両では、断接スイッチがオンとなっているときには、電動パワーステアリング装置及び補助電源が主電源装置に接続される。このとき、主電源装置が十分な電力を供給していれば、主電源装置からの電力供給により電動パワーステアリング装置が動作される。また、このときには、主電源装置から供給される電力により補助電源が充電される。一方、断接スイッチがオフとなると、電動パワーステアリング装置及び補助電源が主電源装置から切り離される。そして、補助電源からの給電により電動パワーステアリング装置が動作される。

なお、低車速時や停車時には、操舵に大きいトルクが必要となり、電動パワーステアリング装置の消費電力が多くなる。そのため、車速に関わらず、低車速時や停車時にも断接スイッチをオフとする場合には、断接スイッチがオフの状態で補助電源だけで電動パワーステアリング装置の動作をある程度の時間維持するには、大容量の補助電源が必要となる。その点、上記補助電源装置では、車速が低車速判定値以下のときには、主電源装置から供給される電圧が低下しても、断接スイッチをオンからオフに切替えないようにしている。そのため、電動パワーステアリング装置の動作を断接スイッチがオフとされた状態で一定の時間維持するために必要な電力の最大値が、車速に関わらず断接スイッチをオフとする場合に比べて小さくなる。したがって、補助電源の小容量化が可能となる。

上記補助電源装置における操作部は、断接スイッチがオフとなっているときに車速が低車速判定値以下となった場合には、断接スイッチをオフからオンに切替えることが望ましい。こうした場合には、断接スイッチのオフ後に車速が低下して電動パワーステアリング装置の消費電力が増加した場合にも、同電動パワーステアリング装置の動作が維持され易くなる。

上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、電力の供給を受けて車両の操舵力を発生する操舵モータと、操舵モータに電力を供給する主電源装置と、充放電可能な蓄電装置である補助電源と、操舵モータ及び補助電源と主電源装置とを断接する断接スイッチと、主電源装置が操舵モータに供給する電圧が既定の電圧低下判定値以下となっているときに断接スイッチをオフとする操作部であって、車速が既定の低車速判定値を超えていることを条件に断接スイッチをオンからオフに切替える操作部と、を備えている。

上記電動パワーステアリングシステムでは、断接スイッチがオンとなっているときには、操舵モータ及び補助電源が主電源装置に接続される。このとき、主電源装置が十分な電力を供給していれば、主電源装置からの電力供給により操舵モータが動作される。また、このときには、主電源装置から供給される電力により補助電源が充電される。一方、断接スイッチがオフとなると、操舵モータ及び補助電源が主電源装置から切り離される。そして、補助電源からの給電により操舵モータが動作される。さらに、上記電動パワーステアリングシステムにおける操作部は、主電源装置から操舵モータに供給される電圧が電圧低下判定値以下となっており、かつ車速が低車速判定値を超えている場合に断接スイッチをオンからオフに切替えている。そのため、操作モータの動作を断接スイッチがオフとされた状態で一定の時間維持するために必要な電力の最大値が、車速に関わらず断接スイッチをオフとする場合に比べて小さくなる。したがって、補助電源の小容量化が可能となる。

なお、上記電動パワーステアリングシステムにおける操作部は、断接スイッチがオフとなっているときに車速が低車速判定値以下となった場合には、断接スイッチをオフからオンに切替えることが望ましい。こうした場合、断接スイッチのオフ後に車速が低下して電動パワーステアリング装置の消費電力が増加した場合にも、同電動パワーステアリング装置の動作が維持され易くなる。

また、上記電動パワーステアリングシステムは、操舵モータの電力が不足することが予測されるときに運転者への警告を行う警告装置を備えており、かつ同警告装置は、断接スイッチにおける電動パワーステアリング装置が接続される側の端子に接続されていることが望ましい。こうした場合、警告装置への電力供給態様の切替えが操舵モータの場合と同様に行われる。そのため、主電源装置からの供給電圧が低下した際に警告装置の動作が維持され易くなる。

本発明によれば、補助電源の小容量化が可能となる。

補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステムの一実施形態の構成を模式的に示す図。 同実施形態の補助電源装置に設けられた操作部が実行する断接スイッチ操作処理のフローチャート。 操舵時の電動パワーステアリング装置に流れる電流と車速との関係を示すグラフ。

以下、補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステムの一実施形態を、図１～図３を参照して詳細に説明する。本実施形態の補助電源装置、及び電動パワーステアリングシステムは、エンジンを駆動源とした車両に搭載されている。

図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリングシステムは、車両の操舵力を発生する電動パワーステアリング装置１０と、電動パワーステアリング装置１０に電力を供給する主電源装置２０と、を備えている。また、電動パワーステアリングシステムは、主電源装置２０から電動パワーステアリング装置１０への供給電圧が低下した際に電動パワーステアリング装置１０に電力を供給する補助電源装置３０を備えている。

主電源装置２０は、充放電可能な蓄電装置である主電源２１と、エンジンの回転を受けて発電を行う発電機２２と、を有する。主電源２１は、例えば鉛蓄電池である。主電源装置２０は、電力線２３を介して補助電源装置３０に接続されている。また、主電源装置２０は、電力線２４を介して、電動パワーステアリング装置１０以外の車載電装機器に接続されている。以下の説明では、電動パワーステアリング装置１０以外の車載電装機器を他の車載電装機器２５と記載する。他の車載電装機器２５には、各種の電子制御ユニットや、ワイパー、照明器具などが含まれる。

補助電源装置３０は、断接スイッチ３１、充放電可能な蓄電装置である補助電源３２、及び昇降圧回路３３を備えている。断接スイッチ３１の一方の端子３１Ａは、上述の電力線２３を介して主電源装置２０に接続されている。また、断接スイッチ３１のもう一方の端子３１Ｂは、電力線３４を介して電動パワーステアリング装置１０に接続されている。そして、断接スイッチ３１は、主電源装置２０から電動パワーステアリング装置１０への給電経路を断接するスイッチとして構成されている。本実施形態では、こうした断接スイッチ３１として無接点リレーを採用している。

補助電源３２は、昇降圧回路３３を介して電力線３４に接続されている。昇降圧回路３３は、補助電源３２が充電を行う際には、電力線３４から入力された電力を昇圧して補助電源３２に出力する。一方、昇降圧回路３３は、補助電源３２が放電を行う際には、補助電源３２が放電した電力を降圧して電力線３４に出力する。なお、本実施形態では、補助電源３２としてキャパシタを採用している。

さらに補助電源装置３０は、断接スイッチ３１を開閉操作する操作部３５を備えている。操作部３５は、断接スイッチ３１の開閉操作に係る処理を実行する電子制御回路として構成されている。操作部３５には、電力線２３を介して主電源装置２０から補助電源装置３０に供給される電圧ＶＢ、及び車速ＳＰＤの検知結果が入力されている。そして、操作部３５は、それらの検知結果に基づき、断接スイッチ３１の駆動信号を出力することで、断接スイッチ３１の開閉操作を実行する。

なお、本実施形態の電動パワーステアリングシステムは、警告装置３６を備えている。警告装置３６は、電力不足により電動パワーステアリング装置１０が要求される操舵力を発生できない状態となることが予想される場合に、聴覚的手段や視覚的手段により運転者への警告を行う装置である。警告装置３６は、電力線３４に接続されている。すなわち、警告装置３６は、断接スイッチ３１における電動パワーステアリング装置１０が接続される側の端子３１Ｂに接続されている。

電動パワーステアリング装置１０は、操舵制御回路１１と、車両の操舵力を発生する操舵モータ１２と、を備えている。操舵制御回路１１は、運転者のステアリング操作や、車速などの車両走行状況等に応じて操舵モータ１２に流す電流を制御する。なお、自動操舵走行を行う車両に適用する場合には、操舵制御回路１１は、自動操作走行時には、運転者のステアリング操作によらず、車両走行状況や車線や周辺車両の検知結果に応じて操舵モータ１２に流す電流を制御する。

以上のように、本実施形態の補助電源装置３０は、主電源装置２０から電動パワーステアリング装置１０への給電経路に設置されている。また、補助電源装置３０に設けられた断接スイッチ３１は、開閉に応じて、電動パワーステアリング装置１０及び補助電源３２と、主電源装置２０と、を断接する。具体的には、断接スイッチ３１がオン、すなわち閉じられた状態にあるときには、電動パワーステアリング装置１０及び補助電源３２は主電源装置２０に接続された状態となる。一方、断接スイッチ３１がオフ、すなわち開かれた状態にあるときには、電動パワーステアリング装置１０及び補助電源３２は主電源装置２０から切断された状態となる。

次に、図２を参照して、補助電源装置３０の操作部３５が行う断接スイッチ３１の開閉操作に係る処理を説明する。操作部３５は、図２に示す処理を、既定の制御周期毎に繰り返し実行している。

各制御周期における処理が開始されると、操作部３５はまずステップＳ１００において、上述の電圧ＶＢ、及び車速ＳＰＤの検知結果を読み込む。続いて操作部３５は、ステップＳ１１０において、電圧ＶＢが既定の電圧低下判定値Ｖ１以下であるか否かを判定する。そして、操作部３５は、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１を上回っている場合（ＮＯ）にはステップＳ１２０において断接スイッチ３１をオンとした後、今回の制御周期の処理を終了する。一方、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１以下の場合（ＹＥＳ）の操作部３５は、ステップＳ１３０に処理を進める。なお、電圧低下判定値Ｖ１には、電動パワーステアリング装置１０を適切な動作を継続可能な電圧ＶＢの範囲の下限値が値として設定されている。

操作部３５は、ステップＳ１３０に処理を進めると、そのステップＳ１３０において、車速ＳＰＤが既定の低車速判定値Ｓ１を超えているか否かを判定する。そして、操作部３５は、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下であれば（ＮＯ）、上述のステップＳ１２０に処理を進めて、断接スイッチ３１をオンとした後、今回の制御周期の処理を終了する。一方、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を超えている場合（ＹＥＳ）の操作部３５は、ステップＳ１４０において、断接スイッチ３１をオフとした後、今回の制御周期における処理を終了する。

以上のように操作部３５は、主電源装置２０から補助電源装置３０に供給される電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１以下、かつ車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を超えていることを条件に断接スイッチ３１をオンからオフに切替えている。また、断接スイッチ３１がオフとなっているときに操作部３５は、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１を超えるか、或いは車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下となるか、のいずれかとなったときに、断接スイッチ３１をオフからオンに切替えている。

図３には、操舵時に操舵モータ１２が必要とする電流の最大値である最大操舵電流値と車速ＳＰＤとの関係を示す。同図に示すように、最大操舵電流値は、車速ＳＰＤが低いほど大きくなる。特に、停車中や微速走行時には、いわゆる据え切りの状態となり、操舵に多大なトルクが必要なため、最大操舵電流値が非常に大きくなる。上述の低車速判定値Ｓ１には、据え切りの状態となって最大操舵電流値が多大となる車速ＳＰＤの範囲の上限値よりも若干高い車速が値として設定されている。なお、以下の説明では、低車速判定値Ｓ１以下の車速ＳＰＤの範囲を低車速域と記載する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態の電動パワーステアリングシステムでは、通常は、補助電源装置３０の断接スイッチ３１をオンとした状態で、主電源装置２０から供給される電力により電動パワーステアリング装置１０を動作させる。なお、主電源装置２０は、電動パワーステアリング装置１０に加え、他の車載電装機器２５にも電力を供給する。また、このときには、主電源装置２０から供給される電力により補助電源３２の充電が行われる。

なお、主電源装置２０は、他の車載電装機器２５の稼働状況に拘わらず、電動パワーステアリング装置１０に必要十分な電力を供給可能に設計されている。しかしながら、経年劣化により主電源２１の放電圧が低下すると、他の車載電装機器２５の電力消費が増大した際に、主電源装置２０が十分な電力を電動パワーステアリング装置１０に供給できなくなることがある。電動パワーステアリング装置１０への供給電力が不足すると、操舵モータ１２の出力不足のため、運転者がステアリング操作に要する力が増大してしまう。また、電動パワーステアリング装置１０により自動操舵走行を行っている場合には、自動操舵走行を継続できなくなる。

これに対して、補助電源装置３０の操作部３５は、主電源装置２０から電動パワーステアリング装置１０に供給される電圧ＶＢが、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を上回った状態で電圧低下判定値Ｖ１以下に低下すると、断接スイッチ３１をオンからオフに切替える。これにより、電動パワーステアリング装置１０及び補助電源３２は、主電源装置２０から切り離された状態となる。そして、それまでに充電された電力が補助電源３２から放電されて電動パワーステアリング装置１０に供給される。これにより、ある程度の時間、電動パワーステアリング装置１０の動作を継続している。また、本実施形態の電動パワーステアリングシステムでは、このときの補助電源３２が放電した電力が警告装置３６にも供給される。そしてそれにより、警告装置３６による運転者への通知が実行される。

一方、操作部３５は、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１以下の場合にも、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を上回る場合には、断接スイッチ３１をオンに保持している。このときの電動パワーステアリング装置１０及び警告装置３６には、電力線２３を通じて主電源装置２０から送られた電力と、補助電源３２が放電した電力との双方が供給される。

こうした電動パワーステアリングシステムの補助電源３２には、断接スイッチ３１がオフとされた状態で一定の時間、電動パワーステアリング装置１０の動作を維持できるだけの容量が必要となる。上述のように、車速ＳＰＤが０に近い領域では、操舵モータ１２の最大操舵電流値が非常に大きくなる。そのため、車速ＳＰＤに関わらず、電圧ＶＢの低下に応じて断接スイッチ３１をオフとする場合には、補助電源３２の容量を、車速ＳＰＤが０に近い領域にあるときの最大操舵電流値に応じた電流を上記一定の時間流せるだけの大容量の補助電源３２を採用する必要がある。これに対して本実施形態では、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下のときには、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１以下となっていても、断接スイッチ３１をオンからオフに切替えないようにしている。そのため、電動パワーステアリング装置１０の動作を断接スイッチ３１がオフとされた状態で一定の時間維持するために必要な電力の最大値が、車速ＳＰＤに関わらず断接スイッチ３１をオフとする場合に比べて小さくなる。

以上の本実施形態の電動パワーステアリングシステム、及び補助電源装置３０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の補助電源装置３０における操作部３５は、主電源装置２０から補助電源装置３０に供給される電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１以下となっており、かつ車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を超えている場合に断接スイッチ３１をオンからオフに切替えている。そのため、断接スイッチ３１をオフとした状態での補助電源３２単独での電動パワーステアリング装置１０への電力供給は、電動パワーステアリング装置１０の動作に大電流が必要な低車速域では行われないようになる。したがって、補助電源３２の小容量化が可能となる。

（２）断接スイッチ３１をオフとしたときには車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１を超えていても、その後に車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下に低下すると、操舵モータ１２の電流値が大きくなり、補助電源３２に充電された電力だけでは十分な時間、電動パワーステアリング装置１０の動作を維持できなくなる場合がある。その点、本実施形態の補助電源装置３０における操作部３５は、断接スイッチ３１がオフとなっているときに車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下となった場合には、断接スイッチ３１をオフからオンに切替えている。断接スイッチ３１がオフからオンに切替えられると、主電源装置２０及び補助電源３２の双方から電動パワーステアリング装置１０に電力が供給される。このときの補助電源３２は、主電源装置２０が電動パワーステアリング装置１０に供給する電力の不足分を供給することになる。そのため、断接スイッチ３１のオフ後に車速ＳＰＤが低下した場合にも、電動パワーステアリング装置１０の動作を維持し易くなる。

（３）断接スイッチ３１における電動パワーステアリング装置１０が接続される側の端子３１Ｂに警告装置３６が接続されている。そのため、電圧ＶＢの低下時に警告装置３６の動作が維持され易くなる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
〇上記実施形態では、断接スイッチ３１における電動パワーステアリング装置１０が接続される側の端子３１Ｂに警告装置３６を接続していたが、他の車載電装機器２５と同様に、警告装置３６への電力供給を主電源装置２０から直接行うようにしてもよい。

〇上記実施形態における操作部３５は、断接スイッチ３１のオフ後、車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下となった場合には、断接スイッチ３１をオフからオンに切替えるようにしていた。断接スイッチ３１のオフ後に車速ＳＰＤが低車速判定値Ｓ１以下に低下しても、電圧ＶＢが電圧低下判定値Ｖ１を超えるまでは断接スイッチ３１をオフに維持するようにしてもよい。

〇上記実施形態では、主電源装置２０として、鉛二次電池を主電源２１として備える装置を採用していたが、こうした主電源装置２０の構成を適宜変更してもよい。例えばハイブリッド車両では、走行モータに電力を供給する電源として、リチウムイオンバッテリなどの高電圧バッテリを備えており、高電圧バッテリＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して車載電装機器に供給している。こうしたハイブリッド車両では、高電圧バッテリ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを主電源装置２０として用いることができる。

〇上記実施形態では、補助電源３２としてキャパシタを用いていたが、二次電池などのキャパシタ以外の蓄電装置を補助電源３２として用いるようにしてもよい。

１０…電動パワーステアリング装置、１２…操舵モータ、２０…主電源装置、３０…補助電源装置、３１…断接スイッチ、３２…補助電源、３５…操作部、３６…警告装置。

Claims (5)

1. 主電源装置から電動パワーステアリング装置への給電経路に設置される補助電源装置であって、
   充放電可能な蓄電装置である補助電源と、
   前記電動パワーステアリング装置及び前記補助電源と前記主電源装置とを断接する断接スイッチと、
   前記主電源装置から当該補助電源装置に供給される電圧が既定の電圧低下判定値以下となっているときに前記断接スイッチをオフとするように同断接スイッチを操作する操作部であって、車速が既定の低車速判定値を超えていることを条件に前記断接スイッチをオンからオフに切替える操作部と、
   を備える補助電源装置。
2. 前記操作部は、前記断接スイッチがオフとなっているときに前記車速が前記低車速判定値以下となった場合には、前記断接スイッチをオフからオンに切替える請求項１に記載の補助電源装置。
3. 電力の供給を受けて車両の操舵力を発生する操舵モータと、
   前記操舵モータに電力を供給する主電源装置と、
   充放電可能な蓄電装置である補助電源と、
   前記操舵モータ及び前記補助電源と前記主電源装置とを断接する断接スイッチと、
   前記主電源装置が前記操舵モータに供給する電圧が既定の電圧低下判定値以下となっているときに前記断接スイッチをオフとする操作部であって、車速が既定の低車速判定値を超えていることを条件に前記断接スイッチをオンからオフに切替える操作部と、
   を備える電動パワーステアリングシステム。
4. 前記操作部は、前記断接スイッチがオフとなっているときに前記車速が前記低車速判定値以下となった場合には、前記断接スイッチをオフからオンに切替える請求項３に記載の電動パワーステアリングシステム。
5. 前記操舵モータの電力が不足することが予測されるときに運転者への警告を行う警告装置を備えており、かつ同警告装置は、前記断接スイッチにおける電動パワーステアリング装置が接続される側の端子に接続されている請求項３又は請求項４に記載の電動パワーステアリングシステム。

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