JP2009280039A

JP2009280039A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2009280039A
Application number: JP2008132982A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Oya; 敏明應矢
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】補助電源の放電開始に係る閾値設定がより好適なものとなる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】バッテリ７と、バッテリ７に対して直列に接続される補助電源１０と、モータ５に供給される電力を検出する電力検出手段（８，９，１１）と、補助電源１０の充電を行う充電回路２１と、バッテリ７のみからモータ５に電力を供給する第１の状態と、バッテリ７及び補助電源１０からモータ５に電力を供給する第２の状態とを、選択的に構成する放電回路１５とを備えた電動パワーステアリング装置１において、車両の加速度を検出する加速度センサ２７と、モータ５に供給される電力と閾値との比較に基づいて、放電回路１５に第１の状態又は第２の状態を選択させ、加速度の増加・減少に応じて当該閾値を増加・減少させる制御回路２０とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載され、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵トルクに応じてモータにより操舵補助力を生じさせる装置である。近年、大型車への電動パワーステアリング装置の需要が急増しており、かかる大型車の場合、必要とされる操舵補助力も増大する。従って、より大きな電力をモータに供給しなければならない。しかし、主電源としてのバッテリだけでは、このような大電力を十分にまかなえない場合がある。そこで、バッテリとは別に２次電池の補助電源を設け、通常はバッテリのみで対応し、より大きな電力を必要とするときはバッテリと補助電源とを互いに直列に接続して両電源で電力を供給する、という構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−２８７２２２号公報（図１）

上記のような従来の電動パワーステアリング装置では、補助電源を使用するか否かの基準となる電力の閾値は、一定値とされており、バッテリの消費電力が、この閾値以上になれば、補助電源が使用され、放電する。この閾値が低い値に設定されるほど、補助電源の使用開始のタイミングが早くなる。その結果、補助電源の使用頻度が高くなり、バッテリからの大電力の持ち出しは抑制されるが、補助電源の充電を迅速に行わなければ、充電が間に合わなくなる場合がある。逆に、閾値が高い値に設定されるほど、補助電源の使用開始のタイミングが遅くなる。その結果、補助電源の使用頻度は低くなるが、バッテリから大電力を持ち出すことが多くなり、バッテリの消耗を早めたり、他の電装品への電力供給が不十分になる恐れがある。すなわち、閾値をどこに設定しても課題は残る。

かかる課題に鑑み、本発明は、補助電源の放電開始に係る閾値設定がより好適なものとな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。

本発明は、車両に搭載され、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリに対して直列に接続され、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、前記モータに供給される電力を検出する電力検出手段と、前記バッテリの電圧に基づいて前記補助電源の充電を行う充電回路と、前記バッテリのみから前記モータに電力を供給する第１の状態と、前記バッテリ及び補助電源から前記モータに電力を供給する第２の状態とを、選択的に構成する放電回路と、前記車両の加速度を検出する加速度検出手段と、前記モータに供給される電力と閾値との比較に基づいて、前記放電回路に前記第１の状態又は第２の状態を選択させ、前記車両の進行方向への加速度の増加・減少に応じて当該閾値を増加・減少させる制御回路とを備えたものである。

通常、車両の加速度が大きいときに大電力を要する操舵が行われることは無く、大電力を要する操舵が行われるのは、加速度が小さいとき又は負（減少）のときである。そこで、上記のような電動パワーステアリング装置では、車両の加速度が増大するほど制御回路は閾値を増大させ、バッテリは比較的大きな電力まで負担する。一方、加速度が減少するほど制御回路は閾値を減少させ、所要電力が比較的小さい段階から補助電源を使用できる状態とする。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御回路は、第１の状態が選択されている場合において、電力検出手段の検出する電力が充電閾値以下になると、充電回路により補助電源を充電させ、かつ、当該充電閾値を、加速度の増加・減少に応じて増加・減少させるようにしてもよい。
この場合、車両の加速度が増大すると制御回路は充電閾値を増大させ、所要電力が比較的大きくても補助電源の充電が行われる。すなわち、加速度が比較的大きく、大電力操舵の可能性が低いときは充電閾値を高くして、充電を促進することができる。逆に、加速度が減少すると制御回路は充電閾値を減少させることにより、所要電力が比較的小さくなければ補助電源の充電は行われないようにする。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御回路は、補助電源を充電するときの充電時目標電流を、加速度の増加・減少に応じて増加・減少させるようにしてもよい。
この場合、加速度が比較的大きく、大電力操舵の可能性が低いときは充電時目標電流を多くして、高速充電を行うことができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御回路は、電力検出手段の検出する電力が充電閾値より大きい放電閾値以上になると、放電回路に第２の状態を選択させ、かつ、加速度の増加・減少に応じて当該放電閾値を増加・減少させるようにしてもよい。
この場合、放電閾値と充電閾値との間に差があることになるので、放電・充電が頻繁に切り替わることを、防止することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御回路は、補助電源の端子間電圧が、満充電を示す所定値に達している場合、充電回路による充電を禁止するようにしてもよい。
この場合、無駄な充電を防止することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、制御回路は、補助電源の端子間電圧が所定の下限値を下回る場合、電力検出手段の検出する電力が前記充電閾値より大きい放電閾値以上になっても、放電回路を第１の状態に維持するようにしてもよい。
この場合、無理な放電を防止することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、加速度検出手段は、車両の横方向への加速度に基づいて進行方向への加速度を推定するものであってもよい。
通常、横方向への加速度が大きいほど進行方向への加速の意図は少なく、逆に、横方向への加速度が小さいほど進行方向へ加速しようとしているものと判断することができるので、横方向の加速度に基づいて、進行方向への加速度を推定することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、加速度が比較的小さいとき又は負のときは大電力操舵に備えて閾値を低くし、補助電源の放電が開始されるタイミングを早めることができるので、閾値設定がより好適なものとなる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の電気回路を主体とした構成を示す回路図である。図において、ステアリング装置３は、ステアリングホイール（ハンドル）４に付与される運転者の操舵トルクと、モータ５が発生する操舵補助力とによって駆動される。モータ５は、３相ブラシレスモータであり、モータ駆動回路６により駆動される。モータ駆動回路６は、３相ブリッジ回路を構成する６個のスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）６１〜６６と、これらをスイッチングする駆動回路（ＦＥＴドライバ）６７とを備えている。駆動回路６７は、制御回路２０によって制御される。

モータ駆動回路６は、接地側電路ＬＧを介して、バッテリ７の負極と接続されている。バッテリ７は、主電源としてモータ駆動回路６に電力を供給する。バッテリ７には、直列に電流検出器８が、並列に電圧検出器９が、それぞれ接続されている。電流検出器８はバッテリ７の出力する電流（Ｉ_Bとする。）を検出して、その検出信号を制御回路２０に送る。電圧検出器９はバッテリ７の端子間に生じる電圧（Ｖ_Bとする。）を検出して、その検出信号を制御回路２０に送る。制御回路２０では、２つの検出信号に基づき乗算処理を行い、電力（Ｖ_B・Ｉ_B）を求める。

補助電源１０は、電気二重層コンデンサで構成されており、バッテリ７に対して、直列に接続されている。また、補助電源１０に並列に、電圧検出器１１が接続されている。電圧検出器１１は補助電源１０の端子間に生じる電圧（Ｖ_Cとする。）を検出して、検出信号を制御回路２０に送る。電流検出器８における電圧降下は小さいのでこれを無視すると、電路Ｌ１にはバッテリ７の電圧Ｖ_Bが印加され、他方、電路Ｌ２には、バッテリ７の電圧Ｖ_Bと補助電源１０の電圧Ｖ_Cとの和の電圧（Ｖ_B＋Ｖ_C）が印加される。従って、補助電源１０を使用した場合にモータ駆動回路６を介してモータ５に供給される電力は、（Ｖ_B＋Ｖ_C）・Ｉ_Bとなる。また、補助電源１０を使用しない場合にモータ駆動回路６を介してモータ５に供給される電力は、Ｖ_B・Ｉ_Bとなる。このように、電流検出器８、電圧検出器９及び１１は、制御回路２０と共に、モータ５に供給される電力の検出手段を構成する。

電路Ｌ１及びＬ２はそれぞれ、スイッチング素子１２及び１３（ＭＯＳ−ＦＥＴ）からリアクトル２５を介して共に、電路Ｌ３に接続される。この電路Ｌ３が、モータ駆動回路６に接続されている。モータ駆動回路６には並列に平滑コンデンサ２８が接続されている。スイッチング素子１２，１３は、駆動回路（ＦＥＴドライバ）１４からＰＷＭ（パルス幅変調）制御された駆動信号が付与されることにより、スイッチングされる。駆動回路１４は、制御回路２０によって制御される。

スイッチング素子１２，１３と駆動回路１４とを含む放電回路１５は、バッテリ７のみからモータ５に電力を供給する第１の状態と、バッテリ７に補助電源１０を直列に接続した電源からモータ５に電力を供給する第２の状態とを、スイッチング素子１２，１３のオン・オフにより選択的に構成する。また、スイッチング素子１２，１３を高速にスイッチングさせることにより、２つの電圧（Ｖ_Bと（Ｖ_B＋Ｖ_C））の間で任意の値の電圧をモータ駆動回路６に付与することができる。

補助電源１０は、充電回路２１によって充電される。この充電回路２１は、リアクトル１６と、交互にオンとなるスイッチング素子１７，１８（ＭＯＳ−ＦＥＴ）と、スイッチング素子１７，１８をスイッチングする駆動回路（ＦＥＴドライバ）１９とを備えている。駆動回路１９は、制御回路２０によって制御される。充電回路２１と補助電源１０との間には電流検出器２６が介挿されており、この電流検出器２６は、充電回路２１から補助電源１０への充電電流を検出して、その検出信号を制御回路２０に送る。なお、電流検出器２６を設けずに、電流検出器８で代用してもよい。

制御回路２０には、ステアリングホイール４に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサ２２から、その出力信号が入力される。また、車速を検出する車速センサ２３の出力信号及び、車両の前進方向への加速度を検出する手段としての加速度センサ２７の出力信号が、それぞれ、制御回路２０に入力される。モータ５には、ロータの回転角度位置を検出する角度センサ２４が設けられており、その出力信号が制御回路２０に入力される。

上記の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、制御回路２０は、トルクセンサ２２から送られてくる操舵トルク信号、車速センサ２３から送られてくる車速信号、及び、角度センサ２４から送られてくるロータ角度位置信号に基づいて、適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ駆動回路６を動作させ、モータ５を駆動させる。

一方、充電回路２１においてスイッチング素子１７がオン状態、スイッチング素子１８がオフ状態のときは、バッテリ７からリアクトル１６、スイッチング素子１７を通って電流が流れる。その状態からスイッチング素子１７がオフ状態（スイッチング素子１８がオン状態）に転じると、電流遮断による磁束変化を妨げるように高電圧がリアクトル１６に発生し、これにより、バッテリ７の出力電圧を昇圧した電圧で、補助電源１０が充電される。従って、スイッチング素子１７，１８のオン・オフを繰り返すことにより、補助電源１０を充電することができる。制御回路２０は、補助電源１０の電圧Ｖ_Cを監視し、一定の電圧に達していない場合には、駆動回路１９を介してスイッチング素子１７，１８をオン・オフさせ、補助電源１０を充電する。

次に、制御回路２０を中心として行われる充放電制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２のフローチャートに示す充放電制御は、制御回路２０において繰り返し実行される。まず、制御回路２０は、電流検出器８及び電圧検出器９，１１からの出力信号に基づいて、モータ５に供給される電力を検出する（ステップＳ１）。また、予め記憶している図３及び図４の特性に基づいて、現在の加速度に対応する充電時目標電流（図３）並びに、現在の加速度に対応する放電閾値及び充電閾値（図４）を求める。

ここで、図３に示すように、充電時目標電流は、加速度の増加・減少に比例して増加・減少する。また、図４に示すように、放電閾値及び充電閾値は、加速度の増加・減少に比例して増加・減少する。ここで、放電閾値とは、電力がこの値以上になると補助電源１０を放電させるための値である。また、充電閾値とは、電力がこの値以下になると補助電源１０を充電するための値である。

図２に戻り、制御回路２０は、ステップＳ１で検出した電力が放電閾値以上か否かの判断を行う（ステップＳ２）。ここで、制御回路２０は、「ＮＯ」すなわち、放電閾値より電力が小さい場合、電力が充電閾値以下か否かの判断を行う（ステップＳ３）。充電閾値以下であれば、補助電源１０の電圧（電圧検出器１１の検出する電圧）が上限値以上か否かを判断する（ステップＳ４）。上限値とは、補助電源１０が満充電の状態となったときの端子間電圧を意味する。ステップＳ３で電力が充電閾値を超えている場合には充電を行うことなく、処理終了となる。また、ステップＳ４で補助電源電圧が上限値以上である場合には、充電の必要がないため、処理終了となる。

一方、ステップＳ４にて「ＮＯ」すなわち、補助電源電圧が上限値より小さい場合は、制御回路２０は、駆動回路１９を制御して補助電源１０の充電を行わせる。この充電は、電流フィードバック制御により行われる。電流フィードバック制御は、充電時目標電流と、電流検出器２６からフィードバックされる充電電流とを比較しつつ、充電電流が、充電時目標電流（図３）となるように実行される。

再び図２のステップＳ２に戻り、制御回路２０は、電力が放電閾値以上であるとき、補助電源電圧が下限値以上であるか否かの判断を行う（ステップＳ６）。この下限値とは、補助電源を放電させることが可能な最低限の電圧値である。ここで、補助電源電圧が下限値より小さい場合には、処理終了となる。一方、補助電源電圧が下限値以上であれば、制御回路２０は、電力が、電力目標値以下であるか否かを判断する（ステップＳ７）。ステップＳ７で電力が、電力目標値以下である場合には、電力フィードバック制御の必要がないため、処理終了となる。

一方、ステップＳ７において、電力が、電力目標値より大きい場合には、制御回路２０は、電力フィードバック制御を行う（ステップＳ８）。電力フィードバック制御は、電力目標値と、電圧検出器９及び電流検出器８からフィードバックされる値に基づく電力とを比較しつつ、電力が、電力目標値となるように実行される。

以上のように、本実施形態では、加速度に比例して充電閾値、放電閾値及び充電時目標電流を変化させる。通常、車両の加速度が大きいときに大電力を要する操舵が行われることは無く、大電力を要する操舵が行われるのは、加速度が小さいときである。そこで、車両の加速度が増大するほど制御回路２０は閾値を増大させ、バッテリ７は比較的大きな電力まで負担する。一方、加速度が減少するほど制御回路２０は閾値を減少させ、所要電力が比較的小さい段階から補助電源１０を使用できる状態とする。これにより、加速度が比較的小さいときは大電力操舵に備えて閾値を低くし、補助電源１０の放電が開始されるタイミングを早めることができるので、閾値設定がより好適なものとなる。

また、車両の加速度が増大すると制御回路２０は充電閾値を増大させ、所要電力が比較的大きくても補助電源１０の充電が行われる。すなわち、加速度が比較的大きく、大電力操舵の可能性が低いときは充電閾値を高くして、充電を促進することができる。逆に、加速度が減少すると制御回路２０は充電閾値を減少させ、所要電力が比較的小さくなければ補助電源１０の充電は行われないようにする。
さらに、加速度が比較的大きく、大電力操舵の可能性が低いときは充電時目標電流を多くして、高速充電を行うことができる。

また、図４において、放電閾値と充電閾値との間には電力の差がある。このような閾値間領域の存在により、放電・充電が頻繁に切り替わることを、防止することができる。
一方、図２のステップＳ４において、制御回路２０は、補助電源１０の端子間電圧が、満充電を示す上限値に達している場合、充電回路２１による充電を禁止することにより、無駄な充電を防止することができる。
また、図２のステップＳ６において、制御回路２０は、補助電源１０の端子間電圧が下限値を下回る場合、放電をさせない（放電回路１５を第１の状態に維持する）ことにより、無理な放電を防止することができる。

なお、上記実施形態では、車両の前方向への加速度を検出すべく加速度センサ２７を設けたが、これに代えて、又は、これと併用して、車両の横方向への加速度（いわゆる横Ｇ）を検出する加速度センサを設けてもよい。通常、横方向への加速度が大きいほど進行方向への加速の意図は無く、逆に、横方向への加速度が小さいほど進行方向へ加速しようとしているものと判断することができるので、横方向の加速度に基づいて、進行方向への加速度を推定することができる。

また、加速度センサを設けることなく、速度センサ２３の出力信号を時間で微分して加速度を求めることにより、速度センサ２３が制御回路２０と協働して加速度検出手段を構成するようにしてもよい。
さらにまた、加速度センサとして、スロットル開度（又はアクセル踏み込み量）を検出するセンサを使用してもよい。

なお、上記実施形態では充電閾値及び放電閾値並びに充電時目標電流が加速度の増減に比例して増減する特性を示したが、「比例」に限定されるものではない。例えば高次の関数や、非線形な特性を与えてもよい。要するに、加速度の増加・減少に応じて充電閾値及び放電閾値並びに充電時目標電流が増加・減少する特性を用意すればよい。
さらに、加速度の増加時と減少時とでヒステリシスを持たせた特性にすれば、さらに高度な制御の提供が可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気回路を主体とした構成を示す回路図である。充放電制御のフローチャートである。加速度に対する充電時目標電流の変化特性を示すグラフである。加速度に対する放電閾値及び充電閾値の変化特性を示すグラフである。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
７バッテリ
８電流検出器
９電圧検出器
１０補助電源
１１電圧検出器
１５放電回路
２０制御回路
２１充電回路
２６電流検出器

Claims

車両に搭載され、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリに対して直列に接続され、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
前記モータに供給される電力を検出する電力検出手段と、
前記バッテリの電圧に基づいて前記補助電源の充電を行う充電回路と、
前記バッテリのみから前記モータに電力を供給する第１の状態と、前記バッテリ及び補助電源から前記モータに電力を供給する第２の状態とを、選択的に構成する放電回路と、
前記車両の加速度を検出する加速度検出手段と、
前記モータに供給される電力と閾値との比較に基づいて、前記放電回路に前記第１の状態又は第２の状態を選択させ、前記車両の進行方向への加速度の増加・減少に応じて当該閾値を増加・減少させる制御回路と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御回路は、前記第１の状態が選択されている場合において、前記電力検出手段の検出する電力が充電閾値以下になると、前記充電回路により前記補助電源を充電させ、かつ、当該充電閾値を、前記加速度の増加・減少に応じて増加・減少させる請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御回路は、前記補助電源を充電するときの充電時目標電流を、前記加速度の増加・減少に応じて増加・減少させる請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御回路は、前記電力検出手段の検出する電力が前記充電閾値より大きい放電閾値以上になると、前記放電回路に前記第２の状態を選択させ、かつ、前記加速度の増加・減少に応じて当該放電閾値を増加・減少させる請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御回路は、前記補助電源の端子間電圧が、満充電を示す所定値に達している場合、前記充電回路による充電を禁止する請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御回路は、前記補助電源の端子間電圧が所定の下限値を下回る場合、前記電力検出手段の検出する電力が前記充電閾値より大きい放電閾値以上になっても、前記放電回路を前記第１の状態に維持する請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
前記加速度検出手段は、前記車両の横方向への加速度に基づいて進行方向への加速度を推定する請求項１記載の電動パワーステアリング装置。