JP5034856B2

JP5034856B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5034856B2
Application number: JP2007265456A
Authority: JP
Inventors: 順土持
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: JP2009090911A

Description

本発明は、車載発電機及び車載バッテリに並列接続され、操舵補助用のモータに流す電流を補助する為の補助電源を備え、トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、モータに流れる電流を制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、操舵部材（舵輪、ハンドル）が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、車載発電機及び車載バッテリから電源供給され、舵取機構の動作を補助するモータとを設けてある。このような構成で、トルク検出器が検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減する。

電動パワーステアリング装置では、「据え切り時」等に大電流を必要とするが、このように大電流を必要とする期間は僅かであるので、電動パワーステアリング装置専用にバッテリ又は大容量キャパシタ等の補助電源を設け、「据え切り時」等の大負荷時に、車載発電機及び車載バッテリと補助電源とから電流を供給するように構成したものがある。

特許文献１には、ステアリングギヤのパワーアシストに供される電動モータへの電力供給源として、主電源と補助電源とを備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。
特許文献２には、高圧バッテリから降圧システムを介してＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）に電力を供給するメイン電力系統と、補機用バッテリから昇圧システムを介してＥＰＳに電力を供給するバックアップ電力系統とが並列的に構成された電力供給系統で、メイン電力系統からＥＰＳに正常に電力を供給できないときは、昇圧システムを制御してバックアップ電力系統からＥＰＳに電力を供給する電源制御装置が開示されている。
特開２００３−３２０９４２号公報特開２００６−２１３２７３号公報

上述したように補助電源を設けた電動パワーステアリング装置では、補助電源と主電源である車載発電機及び車載バッテリとで出力特性が異なる為、補助電源と主電源とを単純に並列接続しただけでは、一方の電源に負荷が偏ってしまう。例えば、補助電源より主電源の方が出力電圧が高いと、主電源にのみ負荷が偏って、操舵補助用のモータに電流が供給される為、大負荷時に主電源の負担が軽くならず、主電源の放電を早め、電動パワーステアリング装置の動作時間が短くなったり、主電源の劣化が早まるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、並列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとから所定比率で、操舵補助用のモータに電流を供給すると共に、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、補助電源に充電することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記車載発電機及び車載バッテリに並列接続され、前記モータに流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する第１検出器とを備え、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流す電流値を制御するように構成してある電動パワーステアリング装置において、前記車載発電機及び車載バッテリから前記駆動回路に流れる電流値を検出する第２検出器と、前記補助電源の出力電圧を変換して前記駆動回路に印加する変換手段と、該変換手段から前記駆動回路に流れる電流値を検出する第３検出器と、前記第２検出器及び第３検出器が各検出した各電流値の比が所定値となるように、前記変換手段の出力電圧を昇降制御する手段と、前記第１検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する判定手段と、前記補助電源と前記車載発電機及び車載バッテリとの並列接続を切断する切断手段とを備え、前記判定手段が０であると判定しているときは、前記切断手段が切断せず、前記判定手段が０でないと判定しているときは、前記切断手段が切断するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する手段を更に備え、該手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記変換手段が作動し、前記補助電源が前記モータに流す電流を補助するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、判定手段が、第１検出器が検出した電流値が０であると判定しているときは、切断手段が切断せず、判定手段が０でないと判定しているときは、切断手段が切断するので、並列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとから所定比率で、操舵補助用のモータに電流を供給すると共に、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、補助電源に充電することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、判定する手段が、第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であると判定しているときに、変換手段が作動し、補助電源が操舵補助用のモータに流す電流を補助するので、大負荷時に操舵補助用のモータに流す電流を補助することができると共に、その場合に、並列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとから所定比率で、操舵補助用のモータに電流を供給することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この電動パワーステアリング装置は、操舵部材２３（舵輪、ハンドル）に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器）１０により検出される。検出された操舵トルク値は、操舵方向を示す正負符号付きであり、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。

トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値は、モータ制御における目標値を示す値であり、減算手段２１へ与えられる。
指令電流方向指定部１９は、トルク−電流テーブル１６から与えられた操舵トルク値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路（駆動回路）１３に与える。

モータ駆動回路１３には、リレー接点１５ａを通じて、車載バッテリ２６の出力電圧、及び図示しないエンジンに連動するオルタネータ（車載発電機、交流発電機）３４の出力電圧が与えられる。オルタネータ３４の出力電圧は、付加されたレギュレータにより一定電圧に保持され、また直流に整流されている。
モータ駆動回路１３には、また、電動パワーステアリング装置専用の補助電源２９の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ（変換手段）２７が変換した出力電圧が与えられる。

補助電源２９には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池又は大容量キャパシタ（電気二重層コンデンサ）等が用いられ（図１，２では、蓄電池を図示）、リレー接点１５ａ及びリレー接点（切断手段）３０ａを通じて、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４から充電される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電流は、逆流防止用のダイオード２８及び電流検出器３２（第３検出器）を通じて、モータ駆動回路１３に与えられる。

操舵補助を行うモータ１８は、本実施の形態ではブラシレスＤＣモータであり、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３に与えられる。
モータ電流検出回路（第１検出器）１７が、モータ１８に流れる電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１及び制御部２０に与える。
減算手段２１は、トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。

電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調部２４へ与える。
ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３へ与える。
制御部２０は、モータ電流検出回路１７が検出した電流値、電流検出器３２が検出した電流値、及びリレー接点１５ａを流れる電流値を検出する電流検出器３１が検出した電流値が与えられ、与えられた各電流値に基づき、リレー駆動回路３０をオン／オフ制御し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧を昇降制御する。

また、制御部２０は、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）３３のオン／オフ信号を与えられ、ＩＧスイッチ３３がオン／オフにされるのに応じて、リレー駆動回路１５をオン／オフ制御して、リレー接点１５ａをオン／オフ（閉／開）にする。
尚、上述したＥＣＵ２５内の位相補償器１２、トルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、モータ電流検出回路１７及び電源系統の構成例を示すブロック図である。
ブラシレスモータであるモータ１８は、所謂３相ブラシレスモータであり、固定子１８ａの各コイルの各一端がスター結線され、各他端がＵ，Ｖ，Ｗ端子として外部に引き出されている。また、回転子（ロータ）１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４とを備えている。
モータ駆動回路１３は、トランジスタＱ１〜Ｑ６からなる一般的な３相Ｈブリッジ回路であり、ゲート制御回路１３ａは、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。

モータ駆動回路１３の正極側端子には、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４の出力電圧が与えられる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７が変換した補助電源２９の出力電圧が与えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電流は、ダイオード２８及び電流検出器３２を通じて、モータ駆動回路１３に与えられる。電流検出器３２が検出したＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電流値は、制御部２０へ与えられる。

電流検出器３１が、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４からモータ駆動回路１３の正極側端子に与えられる電流を検出し、電流検出器３１が検出した電流値は、制御部２０へ与えられる。
リレー接点３０ａは、モータ電流検出回路１７が検出した電流値に基づき、制御部２０（図１）からリレー駆動回路３０を通じてオン／オフ制御される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧は、電流検出器３２及び電流検出器３１が検出した各電流値に基づき、制御部２０（図１）により昇降制御される。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作の例を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２０は、ＩＧスイッチ３３がオンにされると（Ｓ１）、リレー駆動回路３０をオフにして、リレー接点（充電用リレー接点）３０ａをオフ（開）にする（Ｓ３）。次いで、リレー駆動回路１５をオンにして、リレー接点（電源リレー接点）１５ａをオン（閉）にする（Ｓ５）。
制御部２０は、次に、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込み（Ｓ７）、電流値Ｉが０を超えているか否かを判定する（Ｓ９）。

制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていなければ（Ｓ９）、リレー駆動回路３０をオンにして、リレー接点（充電用リレー接点）３０ａをオン（閉）にした（Ｓ２１）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。
制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていれば（Ｓ９）、リレー駆動回路３０をオフにして、リレー接点（充電用リレー接点）３０ａをオフ（開）にした（Ｓ１１）後、電流値Ｉ（Ｓ７）が、モータ１８の負荷が大であることを示す所定電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。

制御部２０は、電流値Ｉ（Ｓ７）が所定電流値以上でなければ（Ｓ１３）、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７をオフにした（Ｓ２２）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。電流値Ｉ（Ｓ７）が所定電流値以上であれば（Ｓ１３）、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７をオンにした（Ｓ１５）後、電流検出器３１が検出した主電源（車載バッテリ２６、オルタネータ３４）からの電流値Ｉｍ、及び電流検出器３２が検出した補助電源２９側からの電流値Ｉｓを読込む（Ｓ１６）。

制御部２０は、次に、読込んだ電流値Ｉｓ及び電流値Ｉｍ（Ｓ１６）の比Ｉｓ／Ｉｍが所定比を超えているか否かを判定し（Ｓ１７）、所定比を超えていれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７に降圧指令を与えた（Ｓ２３）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、降圧指令を与えられると、出力電圧を所定の単位電圧分降下させる。

制御部２０は、比Ｉｓ／Ｉｍが所定比を超えていなければ（Ｓ１７）、比Ｉｓ／Ｉｍが所定比未満であるか否かを判定し（Ｓ１９）、所定比未満であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７に昇圧指令を与えた（Ｓ２５）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、昇圧指令を与えられると、出力電圧を所定の単位電圧分上昇させる。
制御部２０は、比Ｉｓ／Ｉｍが所定比未満でなければ（Ｓ１９）（即ち、Ｉｓ／Ｉｍ＝所定比）、そのまま、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ７）。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。図１に示すモータ、モータ駆動回路、モータ電流検出回路及び電源系統の構成例を示すブロック図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０トルクセンサ（トルク検出器）、１３モータ駆動回路（駆動回路）、１５リレー駆動回路、１５ａリレー接点、１６トルク−電流テーブル、１７モータ電流検出回路（第１検出器）、１８（操舵補助用の）モータ、２０制御部、２３操舵部材、２５ＥＣＵ、２６車載バッテリ、２７ＤＣ−ＤＣコンバータ（変換手段）、２８ダイオード、２９補助電源、３０リレー駆動回路（切断手段）、３０ａリレー接点（切断手段）、３１電流検出器（第２検出器）、３２電流検出器（第３検出器）、３４オルタネータ（車載発電機、交流発電機）。

Claims

車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、前記車載発電機及び車載バッテリに並列接続され、前記モータに流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する第１検出器とを備え、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流す電流値を制御するように構成してある電動パワーステアリング装置において、
前記車載発電機及び車載バッテリから前記駆動回路に流れる電流値を検出する第２検出器と、前記補助電源の出力電圧を変換して前記駆動回路に印加する変換手段と、該変換手段から前記駆動回路に流れる電流値を検出する第３検出器と、前記第２検出器及び第３検出器が各検出した各電流値の比が所定値となるように、前記変換手段の出力電圧を昇降制御する手段と、前記第１検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する判定手段と、前記補助電源と前記車載発電機及び車載バッテリとの並列接続を切断する切断手段とを備え、前記判定手段が０であると判定しているときは、前記切断手段が切断せず、前記判定手段が０でないと判定しているときは、前記切断手段が切断するように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する手段を更に備え、該手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記変換手段が作動し、前記補助電源が前記モータに流す電流を補助するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。