(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵アシスト力を付与する電動モータと、電動モータを制御するコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係するオルタネータと、このオルタネータを調整するレギュレータとを備え、しかも、上記コントローラーは、電動モータに電圧を印加する駆動回路と、電源電圧の脈動周波数からオルタネータの脈動周波数を検出するオルタネータ脈動検出回路と、駆動回路をＰＷＭ制御する一方、オルタネータの脈動周波数からエンジン回転数を算出する制御回路とからなる電動式パワーステアリング装置において、所定の周波数範囲における脈動電圧のみをオルタネータ脈動検出回路に伝えるフィルターを設け、このフィルターは、設定した周波数よりも高い周波数の脈動電圧を伝えるハイパスフィルターと、設定した周波数よりも低い周波数の脈動電圧を伝えるローパスフィルターとからなり、しかも、レギュレータの調整による電圧変動の脈動周波数をハイパスフィルターの設定周波数よりも低く、また、ＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数をローパスフィルターの設定周波数よりも高くしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
フィルターを通過した脈動電圧を所定の基準電圧と比較し、矩形波に変換するコンパレータを設け、オルタネータ脈動検出回路は、この矩形波の周期から、オルタネータの脈動周波数を検出する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オルタネータの脈動周波数からエンジン回転数を算出する電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、６に示す従来例の電動パワーステリング装置では、アシスト力を付与するための電動モータｍが、コントローラーＣを介して、バッテリＢに接続している。
上記バッテリＢには、オルタネータ１を接続している。オルタネータ１は、図示しないエンジンに連動して駆動し、交流電圧を発電する。そして、この交流電圧を整流して、バッテリＢに蓄電させるものである。
このオルタネータ１には、オルタネータの１の発電量を調節するレギュレータ１ａが組み込まれている。つまり、バッテリ電圧が上昇すると、レギュレータ１ａがオルタネータ１の発電を停止させ、反対に、バッテリ電圧が降下すると、レギュレータ１ａがオルタネータ１に発電を開始させる。このようにしてレギュレータ１ａがオルタネータ１をオン・オフ調整し、バッテリＢの蓄電量を一定に保っている。
【０００３】
また、上記コントローラーＣは、電動モータｍを制御するためのもので、電動モータｍに電圧を印加する駆動回路２、この駆動回路２をＰＷＭ制御する制御回路３、及びコントローラーＣに電源電圧を印加する電源回路４などから構成されている。
上記駆動回路２は、主にモータ駆動素子から構成されている。そして、これらモータ駆動素子は、車両の走行状態に応じて制御回路３によりＰＷＭ制御され、電動モータｍを正転あるいは逆転させる。このようにして電動モータｍが駆動すると、その出力が図示しない操舵機構に伝えられ、操舵をアシストすることになる。
【０００４】
さらに、このコントローラーＣには、オルタネータ脈動検出回路５を設けている。そして、次のようにして、エンジン回転数Ｎを算出している。
電動式パワーステアリング装置の電源電圧Ｖには、オルタネータ１の発電交流電圧を整流した電圧が重畳している。
ここで、オルタネータ１はエンジンにより駆動するため、オルタネータ１の発電した交流電圧は、エンジン回転Ｎの脈動に比例した脈動周波数を有する。したがって、この交流電圧を整流した電圧の脈動周波数も、エンジン回転数Ｎに比例することになる。
つまり、図６に示すように、電源電圧Ｖは、オルタネータ１の脈動周波数と同じ脈動周波数を有することになる。したがって、この電源電圧Ｖの脈動周波数をオルタネータ脈動検出回路５で検出すれば、オルタネータ１の脈動周波数Ｆを知ることができる。そして、オルタネータの脈動周波数Ｆを知ることができれば、エンジン回転数Ｎを算出できる。
【０００５】
このようにしてエンジン回転数Ｎを算出できれば、例えば、制御回路３が電源回路４を制御し、必要なときにだけコントローラーＣに主電源を印加させることができる。つまり、算出したエンジン回転数Ｎが設定値よりも大きければ、制御回路３が電源回路４を動作させて、主電圧をコントローラーＣに印加させる。それに対し、エンジン回転数Ｎが設定値以下であれば、制御回路３はシステムを起動する必要が無いと判断し、電源回路４を動作させて、バックアップ電圧のみをコントローラーＣに印加させる。
このようにすれば、コントローラーＣのオン・オフを、外部のイグニションスイッチＩＧに連動させる必要がなくなり、外部配線を少なくできる。そして、外部配線を少なくできれば、それだけ電動式パワーステアリング装置のコストダウン及び小型化が可能となる。
また、エンジン回転数Ｎは車速とほぼ比例するので、エンジン回転数Ｎが分かれば、車速を推定することもできる。したがって、車速を検出する必要な場合にも、車速センサを設ける必要がなく、コストダウン及び小型化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例における電動式パワーステアリング装置では、エンジン回転数Ｎを正確に算出できないことがあった。
その第１の理由は、オルタネータ１がレギュレータ１ａによりオン・オフ調整されているからである。つまり、このオン・オフが繰り返されると、オルタネータ１が発電・停止を繰り返し、その電圧変動が電源電圧Ｖに重畳してしまう。そのため、電源電圧Ｖの脈動周波数に、オン・オフによる電圧変動の脈動周波数が混ざってしまい、オルタネータ１の脈動周波数Ｆを正確に検出することができなかった。
第２の理由は、駆動回路５のモータ駆動素子が、制御回路３によりＰＷＭ制御されているからである。つまり、モータ駆動素子がＰＷＭ制御されると、その電圧変動が電源電圧Ｖにも重畳してしまう。そのため、電源電圧Ｖの脈動周波数に、ＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数が混ざってしまい、オルタネータ１の脈動周波数Ｆを正確に検出することができなかった。
【０００７】
第３の理由は、バッテリＢには、この電動式パワーステアリング装置以外にも、他の電気負荷６を接続しているからである。つまり、例えば、他の電気負荷６を停止・起動させると電圧変動が生じてしまい、その電圧変動が電源電圧Ｖに重畳してしまう。そのため、電源電圧Ｖの脈動周波数に、他の電気負荷６で発生した電圧変動の脈動周波数が混ざってしまい、オルタネータ１の脈動周波数Ｆを正確に検出することができなかった。
この発明の目的は、正確にオルタネータの脈動周波数を検出し、正確なエンジン回転数を算出できる電動式パワーステアリング装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、操舵アシスト力を付与する電動モータと、電動モータを制御するコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係するオルタネータと、このオルタネータを調整するレギュレータとを備え、しかも、上記コントローラーは、電動モータに電圧を印加する駆動回路と、電源電圧の脈動周波数からオルタネータの脈動周波数を検出するオルタネータ脈動検出回路と、駆動回路をＰＷＭ制御する一方、オルタネータの脈動周波数からエンジン回転数を算出する制御回路とからなる電動式パワーステアリング装置を前提とする。
そして、第１の発明は、所定の周波数範囲における脈動電圧のみをオルタネータ脈動検出回路に伝えるフィルターを設け、フィルターは、設定した周波数よりも高い周波数の脈動電圧を伝えるハイパスフィルターと、設定した周波数よりも低い周波数の脈動電圧を伝えるローパスフィルターとからなり、しかも、レギュレータの調整による電圧変動の脈動周波数をハイパスフィルターの設定周波数よりも低く、また、ＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数をローパスフィルターの設定周波数よりも高くした点に特徴を有する。
【０００９】
このような構成にしたので、電源電圧の脈動周波数のうち、設定した範囲の外にある脈動電圧はフィルターにより減衰させることができる。特に、オルタネータのオン・オフ調整による脈動電圧や、ＰＷＭ制御による脈動電圧を減衰させることができる。
つまり、レギュレータのオン・オフ調整による電圧変動の脈動周波数は、オルタネータの脈動周波数よりも低くしているので、その脈動電圧をハイパスフィルターにより減衰させることができる。なお、この脈動周波数は、オルタネータの特性、例えばオルタネータの極数等を変更したり、レギュレータやバッテリの特性を変更したりすることで、ある程度任意に設定できる。
それに対し、駆動回路のＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数は、オルタネータの脈動周波数よりも高くしているので、その脈動電圧をローパスフィルターにより減衰させることができる。なお、この脈動周波数は、駆動回路の設計などにより、ある程度任意に設定できる。
もちろん、これら以外にも、設定範囲外にある周波数を有する脈動電圧を減衰させられるので、例えば、他の電気負荷による電圧変動の脈動周波数による影響を小さくすることができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、フィルターを通過した脈動電圧を所定の基準電圧と比較し、矩形波に変換するコンパレータを設け、オルタネータ脈動検出回路は、この矩形波の周期から、オルタネータの脈動周波数を検出する構成とした点に特徴を有する。
このような構成にしたので、矩形波に変換してから周波数を検出でき、容易に、しかも、正確に周波数を測定できる。
また、基準電圧の設定しだいでは、細かなノイズによる影響をなくすことができる。例えば、電源電圧を、高い基準電圧ＶH と低い基準電圧ＶL との２種類で比較すれば、これらＶH −ＶL よりも小さなノイズは矩形波に現れない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜４に示すこの発明の実施の形態では、オルタネータ１とオルタネータ脈動検出回路５との間に、ハイパスフィルター７、ローパスフィルター８、及びコンパレータ９を設けている。そして、それ以外の構成については従来例の電動式パワーステアリング装置と同じであり、その詳細な説明を省略する。
ハイパスフィルター７は、設定周波数ＦHよりも高い周波数を有する脈動電圧のみを伝えるものである。それに対し、ローパスフィルター８は、設定周波数ＦLよりも低い周波数を有する脈動電圧のみを伝えるものである。したがって、これらハイパスフィルター７とローパスフィルター８とによって、オルタネータ脈動検出回路５側に伝えられる脈動電圧は、周波数ＦH〜ＦLの範囲のものに限られることになる。
図２に、フィルター７、８による周波数特性を示す。この図２からも分かるように、脈動電圧の周波数が周波数ＦH〜ＦLの範囲にあれば、減衰することなくフィルター７、８を通過する。それに対し、脈動電圧の周波数が、周波数ＦH〜ＦLの範囲外にあると、フィルター７、８により減衰させられる。
なお、図２の縦軸で、Ｖａはフィルター７、８を通過する前の電源電圧あり、また、Ｖｂはフィルター７、８を通過した後の電源電圧である。
【００１２】
ここで、オルタネータ１の脈動周波数Ｆとエンジン回転数Ｎとの間には、次式(１)の関係がある。
Ｆ＝(ｋ×Ｎ×ａ)／60  ・・・(１)
ただし、Ｆ：オルタネータの脈動周波数(HZ)
ｋ：オルタネータの極数  (オルタネータの一回転で発生する脈動)
Ｎ：エンジン回転数(rpm)
ａ：プーリ比      (オルタネータ回転数／エンジン回転数)
オルタネータの極数ｋやプーリ比ａは、車種などにより異なるが、あらかじめ知ることができる数値である。また、エンジン回転数Ｎについても、車種などにより異なるが、実用されうるエンジン回転数Ｎの範囲をあらかじめ知ることができる。
したがって、オルタネータの脈動周波数Ｆがとりうる範囲は、式(１)から予測することができる。
【００１３】
例えば、オルタネータ１の脈動周波数Ｆが、Ｆ0〜Ｆ1の範囲で変化すると予想できたとする。
このとき、ハイパスフィルター７の設定周波数ＦHを、予想される最低周波数Ｆ0よりやや小さく設定する。また、ローパスフィルター８の設定周波数ＦLを、予想される最低周波数Ｆ0よりやや大きく設定する。
このようにして設定周波数ＦH、ＦLを決めれば、電源電圧Ｖに含まれている脈動電圧のうちオルタネータ１の脈動電圧が、フィルター７、８を通過してオルタネータ脈動検出回路５側に伝えられる。しかも、周波数ＦH〜ＦLの範囲の外にある脈動を有する脈動電圧は、フィルター７、８により減衰させることができる。
【００１４】
なお、フィルター７、８を通過した電源電圧Ｖは、コンパレータ９で所定の基準電圧と比較される。そして、矩形波に変換されてから、オルタネータ脈動検出回路５に伝えられる。
このようにして矩形波に変換されたら、オルタネータ脈動検出回路５が、この矩形波の周波数を周波数測定などの方法により検出する。さらに、この周期をオルタネータ１の脈動周波数Ｆの周期とみなして、制御回路３に出力する。
そして、制御回路３で、この検出されたオルタネータの脈動周波数Ｆと、あらかじめ分かっているオルタネータの極数ｋ及びプーリ比ａとを、
Ｎ＝６０×Ｆ／(ｋ×ａ)
に代入し、エンジン回転数Ｎを算出することができる。
【００１５】
次に、この実施の形態をより具体的に説明する。
例えば、オルタネータの極数ｋ＝３６、また、プーリ比ａ＝２であるとする。この場合、エンジン回転数Ｎが実際に使用されうる４００〜１０,０００(rpm)程度の範囲で考えると、オルタネータ１の脈動周波数Ｆは、式(１)から４８０(HZ)〜１２(KHZ)の範囲にあると予想される。
ここで、電源電圧Ｖには、オルタネータ１の脈動電圧以外にも、次のような電圧変動による脈動電圧が含まれている。
【００１６】
例えば、オルタネータ１にはレギュレータ１ａが組み込まれ、オルタネータ１をオン・オフ調整している。
つまり、オルタネータ１の発電によりバッテリＢが蓄電されるが、そのバッテリ電圧が上昇すると、レギュレータ１ａがオルタネータ１をオフにし、発電を停止させる。なお、実際には、オルタネータ１が急に停止するわけではなく、その発電電流が徐々に下がることになる。これは、オルタネータ１内部のコイルに印加する電圧を停止しても、このコイルの慣性電流がある時間だけ流れつづけるためである。
反対に、バッテリ電圧が下降すると、レギュレータ１ａがオルタネータ１をオンにし、発電を始めさせる。
このようにして、レギュレータによってオルタネータ１の発電を調節し、バッテリＢの蓄電量を一定に保っている。しかし、このオン・オフによる電圧変動の脈動周波数が、電源電圧Ｖの脈動周波数に混ざってしまうことになる。
【００１７】
このオルタネータ１のオン・オフによる電圧変動の脈動周波数は、バッテリＢ及びオルタネータ１の特性(例えば、オルタネータの極数を変更する)や、電気負荷の条件などにより異なるが、図３に示すようにオルタネータの脈動周波数Ｆに比べて低い範囲で、ある程度自由に設定することができる。そして、ここでは１００(HZ)程度としている。
そこで、ハイパスフィルター７の設定周波数ＦHを、例えば４００(HZ)程度に設定すれば、オルタネータ１のオン・オフによる脈動電圧が、ハイパスフィルター７により減衰させられることになる。もちろん、前記したように、オルタネータの脈動周波数Ｆは最低でも４８０(HZ)程度なので、オルタネータ１による脈動電圧がハイパスフィルター７によって減衰させられることはない。
このように、ハイパスフィルター７を通過させることで、例えば、オルタネータ１のオン・オフによる脈動電圧を減衰させることができる。
【００１８】
また、電源電圧Ｖの脈動周波数には、モータ駆動素子のＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数も含まれている。
モータ駆動素子のＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数は、回路設計によって、ある程度自由に決定することができる。そして、その脈動周波数は、図４に示すように、オルタネータ１の脈動周波数Ｆがとりうる最高値よりも高く設定している。そして、この実施の形態では、ＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数を、オルタネータ１の脈動周波数Ｆがとりうる最高値１２(KHZ)よりも高い２３(KHZ)としている。
したがって、ローパスフィルター８の設定周波数ＦLを、例えば１５(KHZ)程度に設定すれば、ＰＷＭ制御による脈動電圧は、このローパスフィルター８により減衰させられることになる。もちろん、前記したように、オルタネータ１の脈動周波数Ｆは最高でも１２(KHZ)程度なので、オルタネータ１の脈動電圧がローパスフィルター８によって減衰させられることはない。
このように、ローパスフィルター８を通過させることで、例えば、ＰＷＭ制御による脈動電圧を減衰させることができる。
【００１９】
その他にも、電源電圧Ｖに含まれる脈動周波数のうち、４００(HZ)〜１５(KHZ)の範囲以外における脈動電圧は、フィルター７、８により減衰させることができる。
したがって、他の電気負荷６で電圧変動が生じても、この電圧変動による脈動周波数が４００(HZ)〜１５(KHZ)の範囲外にあれば、その脈動電圧を減衰させることができる。
【００２０】
この実施の形態の電動式パワーステアリング装置によれば、フィルター７、８により、例えば、レギュレータ１ａのオン・オフによる電圧変動の脈動周波数や、ＰＷＭ制御による電圧変動の脈動周波数や、他の電気負荷における電圧変動の脈動周波数による影響をなくすことができる。したがって、電源電圧の脈動周波数から、正確なオルタネータの脈動周波数を知ることができる。
また、フィルター７、８を通過した周波数信号を、コンパレータ９で矩形波に変換してから周波数を測定している。したがって、細かなノイズによる影響をなくすことができ、正確なオルタネータの脈動周波数Ｆを知ることができる。
このようにして、オルタネータ１の脈動周波数を正確に知ることができれば、そこから、正確なエンジン回転数Ｎを算出することができる。
【００２１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電源電圧に含まれる脈動周波数のうち、設定範囲外にある周波数の脈動電圧を減衰させることができるので、オルタネータの脈動周波数を正確に検出できる。特に、レギュレータのオン・オフによる脈動電圧や、ＰＷＭ制御による脈動電圧や、他の電気負荷で発生した電圧変動の脈動電圧を減衰させることができる。
また、第２の発明によれば、容易にオルタネータの周波数を測定できる。しかも、の細かなノイズによる影響をなくすことができ、正確にオルタネータの脈動周波数Ｆを知ることができる。
このように、これら第１および第２の発明によれば、オルタネータの脈動周波数から、正確なエンジン回転数を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における電動式パワーステアリング装置の回路図である。
【図２】ハイパスフィルター７及びローパスフィルター８による周波数特性を示す。
【図３】レギュレータ１ａのオン・オフによる電圧変動の特性を示した図である。
【図４】ＰＷＭ制御による電圧変動の特性を示した図である。
【図５】従来例の電動式パワーステアリング装置の回路図である。
【図６】電源電圧Ｖに重畳するオルタネータの脈動電圧の特性を示した図である。
【符号の説明】
ｍ    電動モータ
Ｃ    コントローラー
Ｂ    バッテリ
１    オルタネータ
１ａ  レギュレータ
２    駆動回路
３    制御回路
５    オルタネータ脈動検出回路
７    ハイパスフィルター
８    ローパスフィルター
９    コンパレータ
ＦH、ＦL    設定周波数
【図１】
0003641027.tif 000002
【図２】
0003641027.tif 000003
【図３】
0003641027.tif 000004
【図４】
0003641027.tif 000005
【図５】
0003641027.tif 000006
【図６】
0003641027.tif 000007