JP5233160B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等の車両の操舵を電動機によって補助する電動パワーステアリング装置に関する。

乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、電動機によって操舵を補助する、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置がある。電動パワーステアリング装置は、減速機を介して電動機の駆動力をステアリングシャフトやステアリング機構のラック軸等に付与することで、運転者がステアリングホイールを操作する際の操作力を軽減するものである。このような電動パワーステアリング装置は、例えば、特許文献１に開示されるようなものが知られている。

特開平８−２０７８０４号公報

ところで、電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を制御する制御装置には、車両に搭載される電源（例えばバッテリー）の出力が供給される。また、車載電源の出力は、電動パワーステアリング装置以外の電装機器に対しても供給される。例えば、ブレーキロック防止制御装置の駆動、エアーコンディショナーの駆動、前照灯や方向指示灯の点灯、ワイパーの駆動等にも、車載電源が用いられる。特に、近年の車両は電装機器の増加により、車両全体の消費電力が増加する傾向にある。

車両に搭載される電装機器による消費電力の増加によって、車載電源の電圧降下が発生することがある。車載電源の電圧降下が発生すると、電動パワーステアリング装置や、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置の動作に影響を与えるおそれがある。特許文献１に開示されている技術は、車載電源の電圧降下が発生した場合において、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置に与える影響については言及されておらず、かかる点については改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両に搭載される電源の電圧が低下した場合には、少なくとも電動パワーステアリング装置を制御する制御装置の動作を確保することを目的とする。

上述した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明は、車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング機構に補助操舵力を付与する電動機と、少なくとも前記操舵トルクに基づき前記電動機に対する制御指令値を演算する指令値演算手段及び前記電動機に対する電流指令値と前記電動機の電流値とに基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段を有する制御装置とを備える電動パワーステアリング装置において、前記車両に搭載される電源の電圧低下を判定する電圧判定手段と、前記電源の電圧を昇圧し、かつ前記制御装置が動作可能な電圧を発生させることが可能であり、発生させた電圧を前記電動機駆動制御手段に供給する電圧発生手段と、前記電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、前記電源に代えて前記電動機駆動制御手段の電圧発生手段の出力を前記制御装置に供給する切替手段と、
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記電圧発生手段は、前記電源の電圧を入力して、前記電源の電圧よりも高い電圧に昇圧することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記電圧発生手段は、前記電動機駆動制御手段を動作させるための昇圧手段であることが好ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記指令値演算手段は、前記電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、前記電動機を電磁的に制動することのみに限定して、路面からの入力によって前記ステアリング機構が動くこと（ハンドルキックバック）を抑制することが好ましい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両に搭載される電源の電圧が低下した場合には、少なくとも電動パワーステアリング装置を制御する制御装置の動作を確保できる。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によって本発明が限定されるものではない。

本実施形態は、車両に搭載される電源（車載電源）の電圧低下を判定する電圧判定手段と、前記制御装置が動作可能な電圧を発生させることが可能な電圧発生手段と、車載電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、車載電源に代えて電圧発生手段の出力を前記制御装置に供給する切替手段とを備える点に特徴がある。

図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、エンジン１０２を動力発生手段とする車両１００に搭載される。電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２、ステアリングシャフト３、第１ユニバーサルジョイント４Ａ、ステアリングジョイント５、第２ユニバーサルジョイント４Ｂ、ステアリングギヤ入力シャフト６及びステアリングギヤ７、電動パワーステアリング装置の制御装置（以下ＥＰＳ（Electric Power Steering）制御装置という）５０を含んで構成される。そして、ステアリングシャフト３、第１ユニバーサルジョイント４Ａ、ステアリングジョイント５、第２ユニバーサルジョイント４Ｂ、ステアリングギヤ入力シャフト６及びステアリングギヤ７が、ステアリング機構１Ｃを構成する。電動パワーステアリング装置１は、電動機９によってステアリング機構１Ｃへ補助操舵力を付与することにより、運転者によるステアリングホイール２の操作を補助する。

電動パワーステアリング装置１は、運転者によってステアリングホイール２に入力される操舵トルクが、入力軸３Ｉと出力軸３Ｅとを有するステアリングシャフト３に伝達される。このステアリングシャフト３は、ステアリング機構１Ｃのケーシングに回転自在に支持される。そして、ステアリングシャフト３は、入力軸３Ｉの一端がステアリングホイール２に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ４０を介して出力軸３Ｅの一端に連結される。ステアリングホイール２に入力される操舵トルクは、まずステアリングシャフト３の入力軸３Ｉへ伝達され、トルクセンサ４０を介して出力軸３Ｅへ伝達される。

ステアリングシャフト３の出力軸３Ｅに伝達された操舵トルクは、第１ユニバーサルジョイント４Ａを介してステアリングジョイント５に伝達され、さらに、第２ユニバーサルジョイント４Ｂを介してステアリングギヤ入力シャフト６に伝達される。ステアリングギヤ入力シャフト６に伝達された操舵トルクは、ステアリングギヤ７を介してタイロッド８に伝達され、車両１００の転舵輪、すなわち左側前輪１０１ｌ及び右側前輪１０１ｒを操舵する。ここで、ステアリングギヤ７は、ステアリングギヤ入力シャフト６に連結されたピニオンギヤ７ｐと、このピニオンギヤ７ｐにかみ合うラックギヤ７ｒとを有する、いわゆるラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオンギヤ７ｐの回転運動を、ラックギヤ７ｒで直進運動に変換する。

ステアリングシャフト３の出力軸３Ｅには、減速ギヤ１０が取り付けられており、電動機９の発生する出力は、減速ギヤ１０を介することによって増幅されて、出力軸３Ｅへ伝達される。これによって、電動パワーステアリング装置１のステアリングシャフト３を介して、ステアリング機構１Ｃへ補助操舵力が付与される。

ステアリングシャフト３の入力軸３Ｉに取り付けられるトルクセンサ４０は、ステアリングホイール２を介して入力軸３Ｉに伝達された操舵トルクを検出するものである。トルクセンサ４０は、例えば、ステアリングシャフト３の入力軸３Ｉと出力軸３Ｅとの間に介在させたトーションバーによって、運転者によって入力される操舵トルクを捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位をポテンショメータで検出するように構成される。

トルクセンサ４０から出力される電圧値は、図１に示すように、トルク検出値ＴとしてＥＰＳ制御装置５０に入力される。このＥＰＳ制御装置５０には、トルク検出値Ｔの他に、車速センサ４１で検出した車両１００の速度の検出値（以下車速検出値という）ｖ、及び電動機９の電流値、すなわち電動機９に流れて電動機９を駆動する電流（電動機駆動電流の値、以下駆動電流値という）Ｉｍが入力される。そして、ＥＰＳ制御装置５０は、トルク検出値Ｔ及び車速検出値ｖに応じた補助操舵力を電動機９に発生させるために必要な、電動機９へ供給する電流の値（以下電流指令値という）Ｉ＿ｃを演算する。ＥＰＳ制御装置５０は、演算した電流指令値Ｉ＿ｃと駆動電流値Ｉｍとの差分が０になるように、駆動電流値Ｉｍをフィードバック制御する。ここで、補助操舵力は、減速ギヤ１０を介して出力軸３Ｅに伝達される電動機９の力である。次に、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１を制御するＥＰＳ制御装置５０の構成を説明する。

図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するＥＰＳ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。ＥＰＳ制御装置５０は、バス５１、不揮発性メモリ５２、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ５３、入力インターフェース５４、クロック発生回路５５、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５６、ＲＯＭ（Read Only Memory）５７、ＲＡＭ（Random Access Memory）５８、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）５９、電動機駆動制御手段であるプリドライバ６０、電動機駆動回路６１、電動機相電流検出回路６２、６３、全電流検出回路６４、ＲＤ（Resolver Digital）コンバータ６５、入力部リレー６６、電動機用リレー６７、６８を含んで構成される。

また、ＥＰＳ制御装置５０は、電圧判定手段である電圧判定回路３０と、切替手段である切替回路３１と、例えば鉛蓄電池等の車載電源１１の出力を所定の電圧に変換してＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等へ供給する定電圧電源（レギュレータ）３２と、電圧発生手段及び昇圧手段である昇圧回路３３とを備える。定電圧電源３２は、直流電源である車載電源１１の電圧（例えば１２Ｖ）を、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９が動作可能な電圧、例えば直流の５Ｖに変換する機能を有する。昇圧回路３３は、直流電源である車載電源１１の電圧、例えば直流の１２Ｖを、プリドライバ６０が電動機駆動回路６１を動作させるために必要な電圧、例えば直流の３６Ｖに昇圧する機能を有する。

バス５１は、Ａ／Ｄコンバータ５３、入力インターフェース５４、クロック発生回路５５、ＣＰＵ５６、ＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８、ロジックＩＣ５９等の間でデータの送受信を行うためのものである。Ａ／Ｄコンバータ５３は、トルクセンサ４０から出力されたトルク検出値Ｔ、電動機相電流検出回路６２、６３から検出される駆動電流値、ＲＤコンバータ６５からのモータ回転角信号、電動機９の端子間電圧を、ディジタル信号に変換するためのものである。

入力インターフェース５４は、車速センサ４１からの車速検出値ｖをディジタル信号に変換する。ＲＯＭ５７は、電動機９の制御プログラム、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）の演算プログラム、フェールセーフプログラム等を記憶するためのメモリとして使用される。また、ＲＡＭ５８は、前記のプログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。不揮発性メモリ５２は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリ等により構成され、ＥＰＳ制御装置５０の通電が停止された後においても、記憶した内容を保持することができる。

プリドライバ６０は、ＣＰＵ５６で演算された、電動機９に発生させるトルクを表す信号、すなわち電流指令値を、パルス幅変調されたデューティ指令値Ｗ、Ｖ、Ｕ、Ｗｂ、Ｖｂ、Ｕｂに変換するためのものである。ここで、デューティ指令値Ｗ、Ｖ、Ｕは正相の三相信号を表し、デューティ指令値Ｗｂ、Ｖｂ、Ｕｂは逆相の三相信号を表す。構成される電動機駆動回路６１には、図１に示すように、車両１００が搭載する車載電源１１が接続されており、電動機９を駆動するために車載電源１１の出力が供給される。電動機駆動回路６１は、Ｗ、Ｖ、Ｕの三相電流を発生させるための３つのインバータ回路より構成されており、各インバータ回路は、電源電圧側のスイッチングトランジスタ６１Ａと、接地電位側のスイッチングトランジスタ６１Ｂとを有している。

電源電圧側のスイッチングトランジスタ６１Ａのゲートには正相のデューティ指令値Ｗ、Ｖ、Ｕが入力され、接地電位側のスイッチングトランジスタ６１Ｂには逆相のデューティ指令値Ｗｂ、Ｖｂ、Ｕｂが入力されている。すなわち、電源電圧側、接地電位側のスイッチングトランジスタ６１Ａ、６１Ｂは相補接続されており、交互にオン、オフ動作を繰り返すことにより、トルク検出値Ｔ、車速検出値ｖ、駆動電流値のフィードバック電流値等に基づいてＣＰＵ５６が演算したパルス幅の電動機駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを生成する。

なお、電源電圧側のスイッチングトランジスタ６１Ａと接地電位側のスイッチングトランジスタ６１Ｂとが同時にオンにならないように、デッドタイム、すなわち両者がオフになる時間が、正相のデューティ指令値Ｗ、Ｖ、Ｕのオンの時間と、逆相のデューティ指令値Ｗｂ、Ｖｂ、Ｕｂのオンの時間との前後に設けられている。このように、デッドタイムを設けることにより、電源電圧側、接地電位側のスイッチングトランジスタ６１Ａ、６１Ｂの短絡を回避することができる。ＲＤコンバータ６５は、励磁電流をレゾルバ４２に与えるとともに、レゾルバ４２からの出力信号を回転角信号としてＡ／Ｄコンバータ５３に出力する。

プリドライバ６０が電動機駆動回路６１を駆動するために、昇圧回路３３は、車載電源１１の出力電圧（例えば１２Ｖ）を、例えば２倍〜３倍に昇圧してプリドライバ６０へ供給する。本実施形態において、昇圧回路３３は、例えば、いわゆるチャージポンプ回路を用いている。チャージポンプ回路は、コンデンサを利用した昇圧方式であり、例えば、プリドライバ６０に外付けでコンデンサを取り付けることで簡易に構成できるので、ＥＰＳ制御装置５０への組み込みが容易になる。なお、昇圧回路３３は、チャージポンプ回路に限定されるものではなく、例えば、コイルを利用したものやトランスを利用したもの等を用いることができる。

電動機相電流検出回路６２、６３は、電動機駆動電流の値、すなわち駆動電流値を検出する電流検出回路であり、例えば、抵抗のような電流−電圧変換素子を含んで構成される。電動機相電流検出回路６２、６３は、電動機駆動電流Ｉｕ、Ｉｗを検出し、電動機駆動電流Ｉｕ、Ｉｗに応じた電圧を出力する。電動機相電流検出回路６２、６３の出力した電圧はＡ／Ｄコンバータ５３に入力され、ここでディジタル信号に変換されてＣＰＵ５６に取り込まれる。そして、ＣＰＵ５６内で、電動機相電流検出回路６２、６３の出力した電圧の値が電流値に変換されて、駆動電流値が求められる。

全電流検出回路６４は、電動機駆動回路６１の接地電位端子側に設けられている。全電流検出回路６４は、電動機駆動回路６１を流れる全電流の値を検出する電流検出回路であり、例えば、抵抗のような電流−電圧変換素子を含んで構成される。全電流検出回路６４は、電動機駆動回路６１を流れる全電流Ｉａを検出し、全電流Ｉａに応じた電圧を出力する。全電流検出回路６４の出力した電圧はＡ／Ｄコンバータ５３に入力され、ここでディジタル信号に変換されてＣＰＵ５６に取り込まれる。そして、ＣＰＵ５６内で、全電流検出回路６４の出力した電圧の値が電流値に変換されて、全電流値が求められる。

電動機用リレー６７、６８は、電動機駆動回路６１と電動機９との間に設けられており、入力部リレー６６は、車載電源１１と電動機駆動回路６１との間に設けられる。電動機用リレー６７、６８及び入力部リレー６６は、ＣＰＵ５６からの指令で開閉する。また、車載電源１１とＥＰＳ制御装置５０との間にはイグニッションスイッチ（以下ＩＧＳという）６９が設けられており、ＩＧＳ６９のＯＮ、ＯＦＦにより車載電源１１の出力をＥＰＳ制御装置５０へ供給又は遮断する。ＩＧＳ６９は、入力部リレー６６と並列に配置される。

図１に示す車両１００のエンジン１０２を始動する場合、車両１００の運転者によってＩＧＳ６９がＯＮにされる。すると、車載電源１１の出力がＥＰＳ制御装置５０へ供給されて、ＥＰＳ制御装置５０は動作を開始する。ＥＰＳ制御装置５０のＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等が安定して動作するようになったら、ＣＰＵ５６は入力部リレー６６をＯＮにする。エンジン１０２を停止する場合、車両１００の運転者によってＩＧＳ６９がＯＦＦにされる。この場合、ＩＧＳ６９から供給される車載電源１１の出力は遮断されるが、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を停止する際の処理が終了するまで、入力部リレー６６はＯＮのまま維持される。ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を停止する際の処理が終了したら、ＣＰＵ５６は入力部リレー６６をＯＦＦにして、車載電源１１からＥＰＳ制御装置５０への通電を遮断する。

車両１００の運転中、すなわち、ＩＧＳ６９がＯＮになっている状態において、電動機９によって図１に示すステアリング機構１Ｃに対して補助操舵力を付与する場合、ＣＰＵ５６は、電動機用リレー６７及び６８を閉じて電動機駆動回路６１と電動機９とを接続する。また、電動機相電流検出回路６２、６３から過電流を検出した場合等に補助操舵力の付与を停止する場合、ＣＰＵ５６は、電動機用リレー６７及び６８を開いて、電動機９へ流れる電流を遮断する。

車載電源１１の電圧が低下することにより、定電圧電源３２の出力電圧が低下して、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できない場合がある。このような場合には、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等が停止して、電動パワーステアリング装置１の機能が停止するおそれがある。本実施形態では、ＥＰＳ制御装置バックアップ手段により、車載電源１１の電圧が低下した場合におけるＥＰＳ制御装置５０の動作停止を回避する。ここで、ＥＰＳ制御装置バックアップ手段は、ＥＰＳ制御装置５０の電圧判定回路３０と切替回路３１とを含んで構成される。

ＥＰＳ制御装置５０の電圧判定回路３０が、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できない程度まで車載電源１１の電圧が低下していると判定した場合には、切替回路３１が、車載電源１１の出力に代えて、プリドライバ６０の昇圧回路３３の出力を定電圧電源３２へ供給する。昇圧回路３３は、車載電源１１の電圧を、例えば２倍〜３倍程度に昇圧する機能を有するため、車載電源１１の電圧が低下した場合であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できる。その結果、車載電源１１の電圧が低下した場合であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続させて、ＥＰＳ制御装置５０の動作を維持することができる。

図３は、ＥＰＳ制御装置バックアップ手段のハードウェア構成例を示す説明図である。ＥＰＳ制御装置バックアップ手段は、電圧判定回路３０及び切替回路３１を含んで構成される。電圧判定回路３０は、コンパレータ（比較器）３０Ｃを備えている。コンパレータ３０Ｃには、定電圧電源３２の出力電圧（レギュレータ電圧）ＶＣＣと車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴとが入力される。そして、コンパレータ３０Ｃは、両者の大きさを比較し、その結果に応じた信号を出力する。ここで、通常ＶＣＣ＝５Ｖ前後であり、ＶＢＡＴ＝１２Ｖ前後である。

本実施形態において、電圧判定回路３０内の比較回路は、それぞれＶＢＡＴ、ＶＣＣの抵抗分圧回路で構成されており、ある閾値（ＶＢＡＴ＿ｃ）を境にコンパレータ３０Ｃの出力が［Ｈ］になるように設定されている。すなわち、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴが、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できない程度まで低下しているか否かを判定するための閾値（車載電源電圧閾値）ＶＢＡＴ＿ｃとして、定電圧電源３２の出力電圧ＶＣＣを用いる。なお、車載電源電圧閾値ＶＢＡＴ＿ｃは、定電圧電源３２の出力電圧ＶＣＣに限定されるものではなく、定電圧電源３２の出力電圧ＶＣＣ＋αとしてもよい。

ＥＰＳ制御装置バックアップ手段を構成する切替回路３１は、ＰＮＰ型の第１トランジスタ３１ＴＲ１と、ＮＰＮ型の第２トランジスタ３１ＴＲ２を備える。第１トランジスタ３１ＴＲ１及び第２トランジスタ３１ＴＲ２は、スイッチング素子として機能する。第１トランジスタ３１ＴＲ１のエミッタＥには昇圧回路３３の出力が入力され、コレクタＣは定電圧電源３２に入力され、ベースＢは第２トランジスタ３１ＴＲ２のコレクタＣと接続される。第２トランジスタ３１ＴＲ２のベースＢにはコンパレータ３０Ｃの出力が入力され、エミッタＥは接地される。

ＶＢＡＴ≧ＶＢＡＴ＿ｃである場合、コンパレータ３０ＣからはＬｏｗ信号が出力される。これによって、第２トランジスタ３１ＴＲ２のベース−エミッタ間に電流は流れないので、コレクタ−エミッタ間に電流は流れない。この状態においては、第１トランジスタ３１ＴＲ１のエミッタ−コレクタ間に電流は流れないので、車載電源１１の出力が定電圧電源３２へ入力される。

車載電源１１の電圧が低下してＶＢＡＴ＜ＶＣＣになった場合、コンパレータ３０ＣからはＨｉｇｈ信号が出力される。これによって、第２トランジスタ３１ＴＲ２のベース−エミッタ間に電流が流れる結果、コレクタ−エミッタ間に電流が流れる。第２トランジスタ３１ＴＲ２のコレクタ−エミッタ間に電流が流れると、第１トランジスタ３１ＴＲ１のエミッタ−ベース間に電流が流れるので、第１トランジスタ３１ＴＲ１のエミッタ−コレクタ間に電流が流れる。

これによって、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴが、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下した場合には、昇圧回路３３の出力が、第１トランジスタ３１ＴＲ１のエミッタ、コレクタを通って定電圧電源３２へ供給される。その結果、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できるので、車載電源１１の電圧が低下した場合であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続することができる。なお、昇圧回路３３の出力電圧を、例えばアッテネータで調整してもよい。このようにすれば、定電圧電源３２の許容電圧が制限されている場合でも、安全に昇圧回路３３の出力を定電圧電源３２へ供給することができる。

なお、切替回路３１はこの例に限定されるものではなく、例えば、リレーを用いて構成してもよい。また、ＥＰＳ制御装置バックアップ手段の構成は、上記例に限定されるものではない。例えば、上記構成においては、電圧判定回路３０をハードウェアとして構成したが、電圧判定回路３０の機能をソフトウェアで実現するように構成し、ＣＰＵ５６によって前記ソフトウェアを処理することによって、電圧判定回路３０の機能を実現してもよい。

図４は、車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の制御手順を示すフローチャートである。図５は、車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。図６は、車載電源の電圧が低下した場合における従来例によるパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。

ＥＰＳ制御装置５０の電圧判定回路３０は、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴを取得する（ステップＳ１０１）。そして、ＶＢＡＴと予め設定した車載電源電圧閾値ＶＢＡＴ＿ｃとを比較する（ステップＳ１０２）。比較の結果、ＶＢＡＴ≧ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができると判定される。この場合、電圧判定回路３０は、Ｌｏｗ信号を出力するので、車載電源１１の出力が定電圧電源３２へ入力される。

図５に示すように、車載電源１１の電圧が低下して、時間ｔ＝ｔ１においてＶＢＡＴ＜ＶＢＡＴ＿ｃとなった場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下していると判断できる。この場合、電圧判定回路３０は、Ｈｉｇｈ信号を出力する。これによって、上述したように、昇圧回路３３の出力が定電圧電源３２へ入力されるので、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させるための電源が、車載電源１１から昇圧回路３３へ切り替えられる（ステップＳ１０３）。その結果、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できるので、車載電源１１の電圧が低下した場合であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続して、ＥＰＳ制御装置５０の動作を確保することができる。

次に、電圧判定回路３０は、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴを取得して、ＶＢＡＴとＶＢＡＴ＿ｃとを比較する（ステップＳ１０４）。ＶＢＡＴ＜ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、車載電源１１の電圧は、まだＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下している状態であると判定できる（図５のｔ＝ｔ１〜ｔ２）。この場合、電圧判定回路３０はＨｉｇｈ信号を出力する。これによって、昇圧回路３３の出力によってＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続することができるので（ステップＳ１０５）、ＥＰＳ制御装置５０の動作を確保することができる。

ＶＢＡＴ≧ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができる程度まで回復したと判定できる（図５のｔ＝ｔ２以降）。この場合、電圧判定回路３０はＬｏｗ信号を出力する。すると、昇圧回路３３の出力に代わって車載電源１１の出力が定電圧電源３２へ入力される（ステップＳ１０６）。これによって、車載電源１１の電圧が回復した場合には、車載電源１１によってＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させ、ＥＰＳ制御装置５０の動作を継続させる。

従来の電動パワーステアリング装置では、図６に示すように、車載電源１１の電圧が、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下すると（図６のｔ＝ｔ１〜ｔ２）、図６に示すように、定電圧電源３２の出力する電圧は０に低下してしまい、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作が停止してしまうことがある。ｔ＝ｔ２になると、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができる程度まで回復し、定電圧電源３２の出力する電圧はＶＣＣになるので、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等は動作を開始する。

しかし、ｔ＝ｔ１において、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等に供給される車載電源１１の出力は遮断されるので、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の発振安定時間の確保や初期設定等が必要になる。このため、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等が動作を開始しても、実際に電動パワーステアリング装置１を制御できるようになるためには、ある程度の時間を要する（図６ではｔ＝ｔ３）。そして、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等は、ｔ＝ｔ３から電動機９によってステアリング機構１Ｃへ補助操舵力を付与するが、操舵トルクＴｉの急激な低下を抑制するため、電動機駆動電流Ｉｍを徐変させ、電動機９が発生する補助操舵力を徐々に増加させる。そして、ｔ＝ｔ４でＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作が停止する前の状態に復帰する。

図５のｔ＝ｔ１に示すように、車載電源１１の電圧が、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下すると、電動機駆動電流Ｉｍは０になるので、ステアリング機構１Ｃへ付与される補助操舵力が０になる。これによって、運転者によってステアリングホイール２に入力される操舵トルクＴｉが増加する（ハンドルキックバック大）。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、車載電源１１の電圧が、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下した場合であっても、昇圧回路３３の出力が定電圧電源３２へ入力される。

その結果、図５に示すように、定電圧電源３２の出力電圧は、車載電源１１の電圧が所定の閾値ＶＢＡＴ＿ｃよりも低下している間（図５のｔ＝ｔ１〜ｔ２）も、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作に必要な電圧ＶＣＣを維持することができる。これによって、車載電源１１の電圧が所定の閾値ＶＢＡＴ＿ｃよりも低下している間であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等は動作を継続できる。したがって、例えば、操舵トルクＴｉの過大な増加を抑制する制御を実行することにより、運転者に与える操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。また、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続できるので、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を再起動する際における発振安定時間の確保や初期設定等に要する時間は不要になる。その結果、従来のパワーステアリング装置と比較して、より短い時間で、車載電源１１の電圧が所定の閾値ＶＢＡＴ＿ｃよりも低下する前の状態に操舵トルクＴｉを戻すことができる（ハンドルキックバック小、図５のｔ＝ｔ３）。

図７は、車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の他の制御手順を示すフローチャートである。図８は、車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。このパワーステアリング装置の制御手順は、図４のフローチャートを用いて説明したパワーステアリング装置の制御手順とほぼ同様であるが、車載電源１１の電圧が所定の閾値ＶＢＡＴ＿ｃよりも低下しているときに、補助操舵力が０になることによってステアリングホイール２が急激に戻ることを抑制する制御（ステアリング戻り抑制制御）を介入させる点が異なる。

このパワーステアリング装置の制御を実行するにあたり、ＥＰＳ制御装置５０の電圧判定回路３０は、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴを取得する（ステップＳ２０１）。そして、ＶＢＡＴと予め設定した車載電源電圧閾値ＶＢＡＴ＿ｃとを比較する（ステップＳ２０２）。比較の結果、ＶＢＡＴ≧ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができると判定される。この場合、電圧判定回路３０は、Ｌｏｗ信号を出力するので、車載電源１１の出力が定電圧電源３２へ入力される。

図８に示すように、車載電源１１の電圧が低下して、時間ｔ＝ｔ１においてＶＢＡＴ＜ＶＢＡＴ＿ｃとなった場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下していると判断できる。この場合、電圧判定回路３０は、Ｈｉｇｈ信号を出力する。これによって、上述したように、昇圧回路３３の出力が定電圧電源３２へ入力されるので、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させるための電源が、車載電源１１から昇圧回路３３へ切り替えられる（ステップＳ２０３）。その結果、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作電圧が確保できるので、車載電源１１の電圧が低下した場合であっても、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続することができる。

次に、ＣＰＵ５６は、ステアリング戻り抑制制御フラグＦを１に設定し（ステップＳ２０４、図８のｔ＝ｔ１）、ステアリング戻り抑制制御を実行する（ステップＳ２０５）。電動機９によってステアリング機構１Ｃへ補助操舵力を付与しているときに電動機駆動電流Ｉｍ＝０になると（図８のｔ＝ｔ１）、補助操舵力が０になるため、ステアリングホイール２への操舵トルクＴｉは大きくなり、ステアリングホイール２の戻りが発生する場合がある。

これを抑制するため、このパワーステアリング装置の制御では、例えば、ＣＰＵ５６が電動機駆動回路６１の接地電位側のスイッチングトランジスタ６１ＢをＯＮにすることによって電動機９を電磁的に制動する。これによって、ステアリングホイール２への操舵トルクＴｉの増加を抑制できるとともに、ステアリングホイール２の戻りを抑制できるので、安全性が向上する。

次に、電圧判定回路３０は、車載電源１１の出力電圧ＶＢＡＴを取得して、ＶＢＡＴとＶＢＡＴ＿ｃとを比較する（ステップＳ２０６）。ＶＢＡＴ＜ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、車載電源１１の電圧は、まだＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下している状態であると判定できる（図８のｔ＝ｔ１〜ｔ２）。この場合、電圧判定回路３０はＨｉｇｈ信号を出力する。これによって、昇圧回路３３の出力によってＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を駆動する状態が継続するので（ステップＳ２０７）、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続することができる。また、ステアリング戻り抑制制御も継続されるので、ステアリングホイール２への操舵トルクＴｉの増加を抑制できるとともに、ステアリングホイール２の戻りを抑制できる。

ＶＢＡＴ≧ＶＢＡＴ＿ｃである場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、車載電源１１の電圧は、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができる程度まで回復したと判定できる（図８のｔ＝ｔ２以降）。この場合、電圧判定回路３０はＬｏｗ信号を出力する。これによって、昇圧回路３３の出力に代わって車載電源１１の出力が定電圧電源３２へ入力される（ステップＳ２０８）。これによって、車載電源１１によって、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させる。その後、ＣＰＵ５６は、ステアリング戻り抑制制御フラグＦを０に設定する（ステップＳ２０９）。

このパワーステアリング装置の制御では、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等を動作させることができない程度まで低下している場合であっても、昇圧回路３３によってＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等の動作を継続することができる。したがって、ＣＰＵ５６やロジックＩＣ５９等により、ステアリング戻り抑制制御を実行する。これによって、ステアリングホイール２への操舵トルクＴｉの増加（ハンドルキックバック）を抑制して、ステアリングホイール２の戻りを抑制できる。その結果、車載電源１１の電圧が所定の閾値ＶＢＡＴ＿ｃよりも低下する前の状態に操舵トルクＴｉを戻す際の戻し量を低減して、操舵トルクＴｉの戻し時間をより短縮することができる。

以上、本実施形態では、ＥＰＳ制御装置を動作させるための車載電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、この車載電源に代えて、ＥＰＳ制御装置のプリドライバが備える昇圧回路の出力をＥＰＳ制御装置に供給する。これによって、ＥＰＳ制御装置の動作が停止する程度までＥＰＳ制御装置を動作させるための車載電源の電圧が低下した場合でも、ＥＰＳ制御装置の動作を継続して、ＥＰＳ制御装置の停止を回避できる。

特に、近年においては、カーナビゲーションシステム、エアーコンディショナー、オーディオ、ブレーキロック防止制御、電子制御式ブレーキ等、車載の電装機器が増加し、車載電源の負荷が大きくなる傾向にある。このような状況においては、車載電源の電圧低下が発生しやすくなるが、本実施形態によれば、車載電源の電圧低下が発生した場合でも、ＥＰＳ制御装置の停止を回避できるので、電装機器の増加した近年の車両に対しては、特に有効である。

また、本実施形態では、ＥＰＳ制御装置のプリドライバを動作させるための昇圧回路を利用して、車載電源の代わりにＥＰＳ制御装置を駆動する。これによって、電圧判定回路及び切替回路を追加するのみで、ＥＰＳ制御装置のバックアップ手段を構成することができる。その結果、部品増加を最小限に抑え、低コストにＥＰＳ制御装置のバックアップ手段を構成することができる。また、ＥＰＳ制御装置のバックアップ手段の配置スペースも確保しやすくなるため、ＥＰＳ制御装置の寸法増加を抑制できる。

また、本実施形態では、車載電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合に、ＥＰＳ制御装置を動作させる電源を昇圧回路に切り替える。これによって、常に昇圧回路の出力でＥＰＳ制御装置を駆動する場合と比較して、昇圧回路の容量増加を抑制することができる。また、ＥＰＳ制御装置を動作させるための電圧を発生させる定電圧電源回路に対して、必要な場合にのみ昇圧回路の出力が供給されるので、定電圧電源回路の容量増加も抑制することができる。

以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動パワーステアリング装置において車載電源の電圧が変動した場合に有用であり、特に、車載電源の電圧が低下した場合に、ＥＰＳ制御装置の動作を確保することに適している。

本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するＥＰＳ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 ＥＰＳ制御装置バックアップ手段のハードウェア構成例を示す説明図である。 車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の制御手順を示すフローチャートである。 車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。 車載電源の電圧が低下した場合における従来例によるパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。 車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の他の制御手順を示すフローチャートである。 車載電源の電圧が低下した場合における本実施形態に係るパワーステアリング装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
１Ｃ ステアリング機構
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
９ 電動機
１１ 車載電源
３０ 電圧判定回路
３０Ｃ コンパレータ
３１ 切替回路
３１ＴＲ１ 第１トランジスタ
３１ＴＲ２ 第２トランジスタ
３２ 定電圧電源
３３ 昇圧回路
４０ トルクセンサ
４１ 車速センサ
４２ レゾルバ
５０ ＥＰＳ制御装置（電動パワーステアリング装置の制御装置）
５９ ロジックＩＣ
６０ プリドライバ
６１ 電動機駆動回路
１００ 車両
１０２ エンジン

Claims (4)

1. 車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング機構に補助操舵力を付与する電動機と、少なくとも前記操舵トルクに基づき前記電動機に対する制御指令値を演算する指令値演算手段及び前記電動機に対する電流指令値と前記電動機の電流値とに基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段を有する制御装置とを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記車両に搭載される電源の電圧低下を判定する電圧判定手段と、
   前記電源の電圧を昇圧し、かつ前記制御装置が動作可能な電圧を発生させることが可能であり、発生させた電圧を前記電動機駆動制御手段に供給する電圧発生手段と、
   前記電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、前記電源に代えて前記電動機駆動制御手段の電圧発生手段の出力を前記制御装置に供給する切替手段と、
   を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電圧発生手段は、
   前記電源の電圧を入力して、前記電源の電圧よりも高い電圧に昇圧することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電圧発生手段は、
   前記電動機駆動制御手段を動作させるための昇圧手段であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記指令値演算手段は、
   前記電源の電圧が所定の閾値よりも低下した場合には、前記電動機を電磁的に制動することによって、路面からの入力によって前記ステアリング機構が動くことを抑制することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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