JP3205651B2 - 電源電圧制御装置を備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電源電圧制御装置を備えた電動パワーステアリング装置

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直之 前田
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車載バッテリーである
電源から操舵補助用のモーターへの給電を制御する電源
電圧制御装置を備えた車両用の電動パワーステアリング
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、操舵補助用のモーターを使用し
た電動パワーステアリング装置において、車載バッテリ
ーの電源電圧は、車両の運転状態に応じて電子制御回路
を介してモーターに供給される。具体的に、電子制御回
路は、検出された車速に応じた車速感応特性、及び検出
された操舵(操舵速度、操舵トルク)に応じた操舵感応
特性が付加された制御信号を出力し、それによって電動
パワーステアリング装置は、車速の増加に伴って操舵補
助力を減少させ、或いは操舵速度及び操舵トルクの増加
に伴って操舵補助力を増加させるように構成されてい
る。
【0003】このような従来の電動ステアリング装置に
おいて、その操舵補助の最大負荷時(ドライパーキング
及び超低速走行時)に、例えば12ボルトの車載バッテ
リーに数10アンペアの電流が流れるために、その内部
抵抗による相当の電圧降下を生じ、従って、電子制御回
路に入力される電圧が減少する。更にこの入力電圧は電
子制御回路内の半導体素子(例えば、MOSFET)の
電圧降下、電子制御回路とモーターを接続するワイヤケ
ーブルの電圧降下も受けて、実際にモータに供給される
電圧が7ボルト程度にまで減少して通電効率が著しく低
下するという欠点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明によって解決し
ようとする問題点は、操舵補助の最大負荷時に、車載バ
ッテリーからモーターへの通電効率が著しく低下する点
にある。
【0005】また、従来の電動パワーステアリング装置
において、モーター巻線に比較的大きな電流が供給され
るために、励磁電流に起因する電磁波ノイズが発生され
る。
【0006】更に、従来の電動パワーステアリング装置
においては、最大操舵負荷時の大電流に耐え得るよう
に、適当な大電流容量の半導体素子の使用を余儀なくさ
れ、また、それに伴う電子制御回路部の大型化やコスト
高の問題もあった。
【0007】一般に、前述のような電圧降下及び電磁波
ノイズは、いずれも電流値の2乗に比例することは良く
知られている。従って、このような電流値の低減化が可
能であれば、極めて良好な結果が期待できる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、操舵補助時に
車速の減少に応じて、車載バッテリーの電源電圧を昇圧
する電源電圧制御装置を設けて電子制御回路及びモータ
ーを高電圧機器化することによって電気系統全体の抵抗
損失を低減することを実現した。
【0009】更に、本発明は、操舵補助時に、車速の減
少及び舵速の増加に応じて、車載バッテリーの電源電圧
を昇圧する電源電圧制御装置を提供する。
【0010】
【実施例】図1は、電源電圧制御装置が適用できる本発
明の電動パワーステアリング装置の概略図である。
【0011】図1を参照して、電動パワーステアリング
装置の動作を説明する。ステアリングホイール1の操舵
は、ラック・ピニオン・ギャー2、ハウジング3内のラ
ックギャーを介してラック・ギャー両端のラック・バー
をその軸方向に移動させる。ラック・バーの軸方向の移
動は更にタイロッド4を介してホイール5に伝達され
る。ハウジング3内のラック・ギャーには操舵補助用の
モーター6が連結されており、モーター6の回動によっ
てラック・バーの軸方向の移動を補助するように構成さ
れている。車載バッテリー7の電源電圧は、電子制御回
路8を介してモーター6に供給される。電子制御回路8
は、車速センサ9で検出された車速信号、舵速センサ1
0で検出された舵速信号、操舵トルク・センサ11で検
出された操舵トルク信号をそれぞれ入力して、車速感応
特性及び操舵感応特性を示す制御信号を出力する。従っ
て、モーター6は、電子制御回路8から出力される制御
信号に応じて回転制御され、所望の操舵補助力を達成す
る。
【0012】図2は本発明の電源電圧制御装置を備えた
電動パワーステアリング装置のブロック回路図であり、
車載バッテリー7、電源電圧制御装置20、車速センサ
9、操舵トルク・センサ11、パワー駆動回路21、パ
ワー出力回路22、三相モーター6で構成されている。
【0013】電源電圧制御装置20は、図3に関して後
述するように、倍電圧回路を含み、また速度センサ9か
らの速度信号を受け、それにより速度感応昇圧特性、即
ち、速度の低下に従って電源電圧を昇圧するように構成
される。
【0014】パワー駆動回路21は、三相ステップ・パ
ルス信号発生回路であり、操舵トルク・センサ11で検
出された操舵信号に応じて、パワー出力回路22の点孤
制御を行う。即ち、パワー駆動回路21から出力される
三相ステップ信号は、ステアリング・ホイール1を回転
させた時の操舵トルクの大小に応じてON−OFFデュ
ーティー比を変えたパルス幅変調(PWM)制御され、
また、ステアリング。ホイール1を回転させた時の操舵
回転方向に応じて極性弁別された三相ステップ・パルス
信号である。従って、パワー駆動回路21は、操舵トル
ク感応特性を有し、操舵トルクの大小、及び極性に応じ
て三相ステップ・パルス信号を順次出力するように構成
される。
【0015】パワー出力回路22は、前述の如き速度感
応昇圧特性を有する電源電圧制御装置20からの制御電
源電圧を三相モータの各巻線に供給する。このとき、各
巻線への給電は、前述の如き操舵トルク感応特性を有す
るパワー駆動回路21からの三相ステップ・パルス信号
の点孤制御により順次行われる。
【0016】図3は、図2のブロック回路図の詳細図で
あり、特に、電源電圧制御装置20の詳細が示されてい
る。
【0017】電源電圧制御装置20は、MOS形の電界
効果トランジスタT1 及びT2、逆流阻止ダイオード
D1及びD2、昇圧コンデンサC1及びC2、発振回路
OSC、フリップ・フロップFF、パルス幅変調回路P
WM1及びPWM2、電源駆動回路DV1及びDV2に
より構成される。かかる電源電圧制御回路20におい
て、トランジスタT1及びT2、ダイオードD1及びD
2、昇圧コンデンサC1及びC2は、D−D変換器とし
て機能する倍電圧回路を構成し、残りの回路素子は、倍
電圧回路の駆動回路を構成している。
【0018】図3の回路についての動作を以下に説明す
る。
【0019】フリップ・フロップFFは、発振回路OS
Cの出力信号を受けて交番パルス信号をパルス幅変調回
路PWM1及びPWM2に順次与える。パルス幅変調回
路PWM1及びPWM2は、それぞれ、周波数−電圧変
換器F/Vの出力信号として車速センサ9で検出された
車速信号を入力して、フリップ・フロップFFからの交
番パルス信号のON−OFFデューティー比を変更す
る。従って、パルス幅変調回路PWM1及びPWM2か
ら出力される交番パルス信号には車速感応特性が付加さ
れ、車速の低下に伴い各パルスのON期間が増大する。
このような交番パルス信号は、電源駆動回路DV1及び
DV2をそれぞれ介して、倍電圧回路のトランジスタT
1及びT2のゲート信号としてその端子G1及びG2に
与えられる。
【0020】倍電圧回路は、ゲート信号としての交番パ
ルス信号に応答して車載バッテリー7の電源電圧を昇圧
する。即ち、パルス幅変調回路PWM1から出力される
第1の交番パルスがトランジスタT1を導通させると、
先ず、バッテリー7、トランジスタT1、コンデンサC
1、ダイオードD1、バッテリー7の閉回路が形成さ
れ、コンデンサC1は、最大で電源電圧まで充填され、
次いでパルス幅変調回路PWM2から出力される第2の
交番パルスがトランジスタT2を導通させると、パッテ
リー7、ダイオードD2、コンデンサC2、トランジス
タT2、バッテリー7の閉回路が形成され、コンデンサ
C2は、コンデンサC1と同一極性で最大で電源電圧ま
で充電される。従って結果として、直列に接続されたコ
ンデンサC1及びC2の両端で電源電圧の2倍の電圧が
得られる。
【0021】倍電圧回路の出力特性は、図4に示された
ように、車速感応特性により決定され、具体的には、低
速度、例えば、10km/H以下のときに、電源電圧の
2倍の最大電圧が得られるように決定され、それ以上の
車速の増加に伴って漸減するように決定される。
【0022】車速感応特性が付加された倍電圧回路、即
ち、電源電圧制御装置20の出力は、パワー出力回路2
2(図2)の制御のもとで三相モータ6の各巻線Lu、
Lv、Lwに順次供給される。三相モータ6の相回転制
御は、図2に関連して説明したように、操舵トルク特性
が付加されたパワー駆動回路21から出力された三相ス
テップ・パルス信号が、パワー出力回路22のMOS形
電界効果トランジスタTu、Tv及びTwの各ゲートG
u、Gv及びGwを順次トリガすることによって行われ
る。尚、操舵回転方向は、操舵トルク信号の極性弁別に
より、3相ステップ・パルス信号の相変換によって行わ
れる。
【0023】以上実施例の説明において、操舵補助の負
荷増大に対して電源電圧を昇圧するために、車速をモニ
ターして電源電圧制御装置20に車速感応特性を付加し
たが、操舵補助の負荷増大は、停車時或いは超低速走行
時に限らず、ステアリングホイールの操作速度の増大に
伴って生ずる。従って、車速をモニターすると共に舵速
をモニターすることも効果的である。
【0024】この場合、図3に破線で示されたように、
パルス幅変調回路PWM1及びPWM2に舵速センサ1
0で検出された舵速信号を入力して、交番パルス信号に
車速感応特性と共に舵速感応特性が付加される。舵速感
応特性を図5の電源電圧−車速特性曲線に反映すると、
破線と実線の相違として理解できる。
【0025】更に、以上実施例の説明において、操舵補
助用の電動モーターとして、三相モーターが例示されて
いるが、三相又は四相の如き多相ステップ・モーター、
一般のDCモーター、ACサーボ・モーター等を使用す
ることも可能である。
【0026】また、実施例の説明において、電動モータ
ーによりラック軸を直接駆動して操舵補助力を加える形
式の電動パワーステアリング装置が例示されているが、
電動パワーステアリング装置として、電動モーターで油
圧ポンプを駆動し、油圧により操舵補助力を加える油圧
式のものも含まれることは勿論である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
DC−DC変換機能を利用して、操舵補助時に、車速の
減少に伴ってまた、車速の減少及び舵速の増加に伴っ
て、車載パッテリーの電源電圧を昇圧することにより、
負荷電流を実質的に減少させることから、電動パワース
テアリング装置の電気系統全体に亘って抵抗損失を減少
できる。従って、車載バッテリーから操舵補助用モータ
ーへの通電効率を改善することができる。
【0028】また、本発明によれば、負荷電流の減少に
より電子制御回路を構成する半導体素子、更にモーター
自体を比較的小電流容量の高電圧機器で構成することが
でき、従って、電子制御回路、特にその電力部を小型化
できると共に、電子制御回路とモーターとを接続するワ
イヤーケーブルから漏れる電磁波ノイズを低減すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電源電圧制御回路が適用できる本発明の電動パ
ワーステアリング装置の概略図である。
【図2】本発明の電源電圧制御装置を備えた電動パワー
ステアリング装置のブロック回路図である。
【図3】図2のブロック回路の詳細図である。
【図4】本発明の動作特性曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 ステアリング・ホイール 2 ラック・ピニオン・ギャー 3 ハウジング 4 タイロッド 5 ホイール 6 (三相)モーター 7 車載バッテリー 8 電子制御回路 9 車速センサ 10 舵速センサ 11 操舵トルク・センサ 20 電源電圧制御装置 21 パワー駆動回路 22 パワー出力回路 T1,T2,Tu,Tv,Tw MOS形電界効果トラ
ンジスタ D1,D2 逆流阻止ダイオード C1,C2 昇圧コンデンサ OSC 発振回路 FF フリップフロップ PWM1,PWM2 パルス幅変調回路 DV1,DV2 電源駆動回路 F/V 周波数−電圧変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車速センサによって検出された車速信号に
    応答して、車速感応特性が付加された制御信号を出力す
    る電子制御回路を備え、操舵補助用のモーターに供給さ
    れる車載バッテリーの電源電圧が前記制御信号に応じて
    制御されるように構成された電動パワーステアリング装
    置において、 前記電子制御回路が更に、舵速センサによって検出され
    た舵速信号に応答し、車速の減少と共に舵速の増加に
    じて、前記車載バッテリーの電源電圧を昇圧する電源電
    圧制御装置を含むように構成されたこと、 を特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 【請求項2】前記電源電圧制御装置が、所定の車速以下
    のときに、最大で前記車載バッテリーの電源電圧のほぼ
    2倍の電圧まで昇圧するように構成されたことを特徴と
    する請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
JP22243193A 1993-09-07 1993-09-07 電源電圧制御装置を備えた電動パワーステアリング装置 Expired - Lifetime JP3205651B2 (ja)

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