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JP2009040149A - 操舵補助装置 - Google Patents

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JP2009040149A JP2007205553A JP2007205553A JP2009040149A JP 2009040149 A JP2009040149 A JP 2009040149A JP 2007205553 A JP2007205553 A JP 2007205553A JP 2007205553 A JP2007205553 A JP 2007205553A JP 2009040149 A JP2009040149 A JP 2009040149A
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Kenichiro Hidaka
研一郎 日高
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Denso Corp
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Abstract

【課題】昇圧された出力電圧を検出することなく、入力される直流電源の電圧を昇圧でき、安価に構成することができる昇圧装置を備えた操舵補助装置を提供する。
【解決手段】本発明の電動パワーステアリング装置1の制御装置6は昇圧部60を備えている。昇圧部60は、電界効果トランジスタ602、603と、マイクロコンピュータ62とを備えている。マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧と出力電圧の目標値とに基づいて、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングし、バッテリ15の直流電圧を昇圧して出力する。ところで、マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧を検出する。バッテリ15の直流電圧は、当然のことながら昇圧部60の出力電圧より低い。そのため、検出部分に高い耐圧性を要しない。従って、マイクロコンピュータ62に内蔵されている標準的なA/D変換回路を用いて昇圧部60を安価に構成することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両において、ステアリングホイールの操舵を補助する操舵補助装置に関する。
車両において、ステアリングホイールの操舵を補助する操舵補助装置として、電動パワーステアリング装置、伝達比可変操舵装置及び後輪操舵装置等がある。また、これらの装置を組合せたものもある。
従来、このような操舵補助装置として、例えば特開2003−319699号公報に開示されている電動パワーステアリング装置がある。この電動パワーステアリング装置は、バッテリの出力電圧を昇圧してモータ駆動装置に供給する昇圧回路を備えている。昇圧回路は、コイルと、第1及び第2トランジスタと、コンデンサと、昇圧回路制御装置とから構成されている。昇圧回路制御装置は、昇圧された出力電圧を検出する。そして、検出した出力電圧と目標出力電圧の大小関係に基づいて第1トランジスタをスイッチングするためのPWM駆動信号を出力する。第1トランジスタは、昇圧回路制御装置の出力するPWM駆動信号に基づいてスイッチングする。これにより、バッテリの出力電圧が昇圧され、モータ駆動装置に供給される。
特開2003−319699号公報
ところで、前述した電動パワーステアリング装置では、昇圧回路制御装置は、昇圧された出力電圧と目標出力電圧に基づいてPWM駆動信号を出力している。そのため、出力電圧を検出するための検出回路が必要になる。しかも、電圧が高いため、検出回路には、充分な耐圧の部品を用いなければならない。そのため、昇圧回路制御装置を安価に構成することが困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、昇圧された出力電圧を検出することなく、入力される直流電源の電圧を昇圧でき、安価に構成することができる昇圧装置を備えた操舵補助装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段及び発明の効果
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、入力される直流電源の電圧と出力電圧の目標値に基づいてスイッチング素子をスイッチングさせることで、昇圧された出力電圧を検出することなく直流電源の電圧を昇圧できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項1に記載の操舵補助装置は、一端が直流電源の正極端子に接続されるコイルと、コイルの他端と直流電源の負極端子との間に接続されるスイッチング素子と、一端がコイルとスイッチング素子の接続点に接続され、他端側から一端側への電流の逆流を防止する逆流防止用素子と、逆流防止用素子の他端と直流電源の負極端子との間に接続されるコンデンサと、スイッチング素子の制御端子に接続され、スイッチング素子をスイッチングさせる制御手段とを有し、入力される直流電源の電圧を昇圧して出力する昇圧装置を備え、ステアリングホイールの操舵を補助する操舵補助装置において、制御手段は、直流電源の電圧と出力電圧の目標値とに基づいてスイッチング素子をスイッチングすることを特徴とする。
この構成によれば、制御手段は、入力される直流電源の電圧と出力電圧の目標値とに基づいてスイッチング素子をスイッチングする。そのため、直流電源の電圧を検出する検出手段が必要となる。しかし、直流電源の電圧は、当然のことながら出力電圧より低い。そのため、従来のように、検出手段に高い耐圧性を要求する必要もない。従って、昇圧装置を安価に構成することができる。
請求項2に記載の操舵補助装置は、請求項1に記載の操舵補助装置において、操舵補助装置は、それぞれモータを有し、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する電動パワーステアリング装置、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との間の回転伝達比を変化させる伝達比可変操舵装置、及び、ステアリングホイールの操舵に伴って後輪の転舵角を変化させる後輪操舵装置の少なくともいずれかであることを特徴とする。この構成によれば、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置、伝達比可変操舵装置、後輪操舵装置からなる操舵補助装置を安価に構成することができる。
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る操舵補助装置を、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する電動パワーステアリング装置に適用した例を示す。
まず、図1及び図2を参照して電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここで、図1は、本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。図2は、電動パワーステアリング装置のブロック図である。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、トルクセンサ2と、車速センサ3と、モータ4と、減速装置5と、制御装置6とから構成されている。ステアリングホイール7は、ステアリングシャフト8の一端部に固定されている。ステアリングシャフト8の他端部には、ピニオンギア(図略)が形成されている。ピニオンギアは、ステアリングギアボックス9内に収容されるラック12と噛合している。ラック10の両端部には、タイロッド11及びナックルアーム12を介して、タイヤ13の装着された車輪14が回転可能に固定されている。
トルクセンサ2は、ステアリングホイール7の操舵トルクを検出するセンサである。トルクセンサ2は、ステアリングシャフト8に設置されている。
車速センサ3は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ3は、車輪14の近傍に設置されている。
モータ4は、ステアリングホイール7の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。具体的には、例えば三相ブラシレスDCモータである。モータ4には、駆動のための回転角センサ(図略)が設けられている。減速装置5は、モータ4の回転を減速し、発生したトルクをステアリングシャフト8に伝達する装置である。モータ4は、トルクセンサ2よりも反ステアリングホイール7側の設置された減速装置5を介して、ステアリングシャフト8に噛合されている。
制御装置6は、トルクセンサ2及び車速センサ3の出力に基づいてモータ4を制御する装置である。制御装置6には、直流電圧を供給するバッテリ15が接続されている。図2に示すように、制御装置6は、昇圧部60(昇圧装置)と、電力変換部61と、マイクロコンピュータ62とから構成されている。
昇圧部60は、バッテリ15の直流電圧を昇圧して出力する回路ブロックである。具体的には、12V前後の電圧を、例えば36Vに昇圧する回路ブロックである。昇圧部60は、入力用コンデンサ600と、コイル601と、電界効果トランジスタ602(スイッチング素子)、603(逆流防止用素子)と、出力用コンデンサ604(コンデンサ)と、マイクロコンピュータ62と(制御手段)とから構成されている。
入力用コンデンサ600は、バッテリ15の直流電圧を平滑するための素子である。入力用コンデンサ600は、バッテリ15の正極端子と負極端子の間に接続されている。バッテリ15の負極端子は接地されている。
コイル601は、エネルギーの蓄積、放出に伴って電圧を誘起する素子である。電界効果トランジスタ602は、スイッチングすることで、コイル601に流れる電流、つまり、コイル601のエネルギーを制御するための素子である。具体的には、nチャネル形のMOSFETである。コイル601の一端は、バッテリ15の正極端子に接続されている。電界効果トランジスタ602は、コイル601の他端とバッテリ15の負極端子との間に接続されている。具体的には、電界効果トランジスタ602のドレインがコイル601の他端に、ソースがバッテリ15の負極端子にそれぞれ接続されている。
電界効果トランジスタ603は、スイッチングすることで、昇圧された電圧を出力するとともに、出力側から入力側への電流の逆流を防止するための素子である。具体的には、nチャネル形のMOSFETである。出力用コンデンサ604は、昇圧された出力電圧を平滑するための素子である。電界効果トランジスタ603は、コイル601と電界効果トランジスタ602との接続点に接続されている。具体的には、電界効果トランジスタ603のドレインが接続点に接続されている。出力用コンデンサ604は、電界効果トランジスタ603のソースとバッテリ15の負極端子との間に接続されている。
マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧と出力電圧の目標値とに基づいて、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングするための信号を出力する素子である。後述するが、電力変換部61を制御する素子でもある。マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧と出力電圧の目標値とに基づいて、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングするための信号を発生する。具体的には、プログラムを介して信号を発生する。マイクロコンピュータ62の電源端子は、バッテリ15の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、マイクロコンピュータ62には、アナログ電圧をデジタル値に変換するA/D変換回路を内蔵している。A/D変換回路の信号入力端子は、バッテリ15の直流電圧を検出するため、バッテリ15の正極端子に接続されている。さらに、信号出力端子は、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングするため、電界効果トランジスタ602、603のゲートにそれぞれ接続されている。
電力変換部61は、昇圧部60から供給される直流電力を三相の交流電力に変換してモータ4に供給する回路ブロックである。具体的にはインバータ回路である。電力変換部61の入力端子は、昇圧部60の出力端子に接続されている。具体的には、出力用コンデンサ604の両端にそれぞれ接続されている。また、出力端子は、モータ4にそれぞれ接続されている。
前述したように、マイクロコンピュータ62は、操舵トルク、車速、及び、モータ4の回転角に基づいて、電力変換部61を制御するための素子でもある。マイクロコンピュータ62の別の信号入力端子は、トルクセンサ2、車速センサ3及び回転角センサ40にそれぞれ接続されている。また、別の信号出力端子は、電力変換部61の信号入力端子に接続されている。
次に、図1及び図2を参照して電動パワーステアリング装置1の動作について説明する。
図2において、電圧が供給されると、マイクロコンピュータ62は作動を開始する。マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧Vbatを検出する。そして、検出した直流電圧Vbatと、出力電圧の目標値Vout*とに基づいて、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングするためのPWM1信号及びPWM2信号を出力する。電界効果トランジスタ602をスイッチングするためのPWM1信号のオン時間ton及びオフ時間toffは、コイル601、電界効果トランジスタ602、603及び出力用コンデンサ604の特性を考慮し、数1によって求められる。
Figure 2009040149
これに対し、電界効果トランジスタ603をスイッチングするためのPWM2信号は、PWM1信号を反転した信号として求められる。
PWM1信号及びPWM2信号に基づいて、電界効果トランジスタ602がオンし、電界効果トランジスタ603がオフすると、バッテリ15からコイル601に電流が流れ、エネルギーが蓄積される。その後、電界効果トランジスタ602がオフし、電界効果トランジスタ603がオンすると、コイル601に誘起された電圧が、バッテリ15の直流電圧に重畳される。そして、コイル601は、蓄積されたエネルギーを放出しながら、出力用コンデンサ604を充電する。以降、同様の動作が繰り返され、バッテリ15の直流電圧が、36Vに昇圧されて出力される。ここで、バッテリ15の直流電圧が変化した場合、マイクロコンピュータ62は、数1に基づいてPWM1信号及びPWM2信号のオン時間及びオフ時間を変化させる。そのため、バッテリ15の直流電圧を安定して昇圧することができる。
マイクロコンピュータ62は、操舵トルク、車速、及び、モータ4の回転角に基づいて、電力変換部61を制御する。電力変換部61は、昇圧部60から供給される直流電力を三相の交流電力に変換し、モータ4に供給する。三相の交流電力が供給されることで、モータ4は、図1におけるステアリングホイール7の操舵を補助するためのトルクを発生する。これにより、ステアリングホイール7の操舵が適切に補助され、操舵時の負荷が軽減される。
最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧Vbatと、出力電圧の目標値Vout*とに基づいて、電界効果トランジスタ602、603をスイッチングする。そのため、マイクロコンピュータ62は、バッテリ15の直流電圧Vbatを検出しなければならない。しかし、バッテリ15の直流電圧は、12V前後であり、当然のことながら昇圧部60の出力電圧より低い。そのため、従来のように、検出部分に高い耐圧性を要求する必要もない。従って、マイクロコンピュータ62に内蔵されている標準的なA/D変換回路を用いて昇圧部60を安価に構成することができる。それに伴って、電動パワーステアリング装置1を安価に構成することができる。
なお、本実施形態では、本発明に係る操舵補助装置を電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げているが、これに限られるものではない。ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との間の回転伝達比を変化させる伝達比可変操舵装置や、ステアリングホイールの操舵に伴って後輪の転舵角を変化させる後輪操舵装置に適用してもよい。
また、本実施形態では、バッテリ15の直流電圧と出力電圧の目標値とに基づいて、プログラムを介して信号を出力している例を挙げているが、これに限られるものではない。回路を構成することによって信号を出力するようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、逆流防止用素子して電界効果トランジスタ603を用いている例を挙げているが、これに限られるものではない。当然のことながらダイオードを用いてもよい。
本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。 電動パワーステアリング装置のブロック図である。
符号の説明
1・・・電動パワーステアリング装置、2・・・トルクセンサ、3・・・車速センサ、4・・・モータ、5・・・減速装置、6・・・制御装置、60・・・昇圧部(昇圧装置)、600・・・入力用コンデンサ、601・・・コイル、602・・・電界効果トランジスタ(スイッチング素子)、603・・・電界効果トランジスタ(逆流防止用素子)、604・・・出力用コンデンサ(コンデンサ)、61・・・電力変換部、62・・・マイクロコンピュータ(制御手段)、7・・・ステアリングホイール、8・・・ステアリングシャフト、9・・・ステアリングギアボックス、10・・・ラック、11・・・タイロッド、12・・・ナックルアーム、13・・・タイヤ、14・・・車輪、15・・・バッテリ

Claims (2)

  1. 一端が直流電源の正極端子に接続されるコイルと、前記コイルの他端と前記直流電源の負極端子との間に接続されるスイッチング素子と、一端が前記コイルと前記スイッチング素子の接続点に接続され、他端側から一端側への電流の逆流を防止する逆流防止用素子と、前記逆流防止用素子の他端と前記直流電源の負極端子との間に接続されるコンデンサと、前記スイッチング素子の制御端子に接続され、前記スイッチング素子をスイッチングさせる制御手段とを有し、入力される前記直流電源の電圧を昇圧して出力する昇圧装置を備え、ステアリングホイールの操舵を補助する操舵補助装置において、
    前記制御手段は、前記直流電源の電圧と出力電圧の目標値とに基づいて前記スイッチング素子をスイッチングすることを特徴とする操舵補助装置。
  2. 前記操舵補助装置は、それぞれモータを有し、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する電動パワーステアリング装置、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との間の回転伝達比を変化させる伝達比可変操舵装置、及び、ステアリングホイールの操舵に伴って後輪の転舵角を変化させる後輪操舵装置の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の操舵補助装置。
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