(57)【要約】【課題】補助電源により主電源に電力を供給することが可能な構成の電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ＥＰＳ１は、操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータ２１と、主電源４に接続されて電動モータ２１に放電することが可能なキャパシタ４５を有する補助電源装置４０と、補助電源装置４０の動作を制御する制御装置３０とを備えている。制御装置３０は、主電源４および補助電源装置４０の接続形態として、主電源４とキャパシタ４５とを直列に接続しかつキャパシタ４５の高電位側と電動モータ２１とが接続される第２接続形態（第１供給形態）と、主電源４とキャパシタ４５とを直列に接続しかつキャパシタ４５の低電位側と電動モータ２１とが接続される第１接続形態および第３接続形態（第２供給形態）と、主電源４とキャパシタ４５とが並列に接続される第４接続形態（主電源充電形態）とを切り替える。【選択図】図２
2014097743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源を有する補助電源装置と、前記補助電源装置の動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記主電源および前記補助電源装置の接続形態として、前記主電源と前記補助電源とを直列に接続されかつ前記補助電源の高電位側と前記電動モータとが接続される第１供給形態と、前記主電源と前記補助電源とを直列に接続されかつ前記補助電源の低電位側と前記電動モータとが接続される第２供給形態と、前記主電源と前記補助電源とが並列に接続される主電源充電形態とを切り替える
電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御装置は、車両の機関停止時かつ機関始動するための始動機器の駆動時に前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記主電源の電圧低下速度が閾値以上のとき、前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記制御装置は、操舵をアシストするアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力が前記主電源から前記補助電源への充電と前記補助電源から前記電動モータへの放電との切り替えの基準値となる充放電閾値未満のとき、前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える
請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記主電源と前記補助電源とが通電状態となるオン状態および前記主電源と前記補助電源とが非通電状態となるオフ状態を切り替える第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と前記補助電源との間に一端が接続されかつ他端が接地されて、前記第１スイッチング素子と前記補助電源との間の接続点が接地状態となるオン状態および前記接続点が接地状態とならないオフ状態を切り替える第２スイッチング素子と
を有し、
前記制御装置は、前記第１供給形態および前記第２供給形態のとき、前記第１スイッチング素子をオン状態および前記第２スイッチング素子をオフ状態に変更し、前記主電源充電形態のとき、前記第１スイッチング素子をオフ状態および前記第２スイッチング素子をオン状態に変更する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電源を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリング装置は、主電源と直列に接続された補助電源装置を有する。この電動パワーステアリング装置は、補助電源としてのキャパシタのエネルギー残量に応じて変更された充放電閾値に基づいて主電源によるキャパシタの充電および主電源とキャパシタとによるモータ駆動回路への放電を切り替える。なお、特許文献１は、従来の電動パワーステアリング装置の構成の一例を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動パワーステアリング装置においては、キャパシタはモータ駆動回路に放電する構成であり、キャパシタから主電源に放電する構成ではない。このため、キャパシタにより主電源に電力を供給することができない。
【０００５】
本発明は、上記背景を踏まえて創作されたものであり、補助電源により主電源に電力を供給することが可能な構成の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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本手段は「操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源を有する補助電源装置と、前記補助電源装置の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記主電源および前記補助電源装置の接続形態として、前記主電源と前記補助電源とを直列に接続されかつ前記補助電源の高電位側と前記電動モータとが接続される第１供給形態と、前記主電源と前記補助電源とを直列に接続されかつ前記補助電源の低電位側と前記電動モータとが接続される第２供給形態と、前記主電源と前記補助電源とが並列に接続される主電源充電形態とを切り替える電動パワーステアリング装置」を有する。
【０００７】
上記電動パワーステアリング装置においては、制御装置により接続形態が主電源充電形態に切り替えられるとき、主電源と補助電源とが並列に接続される。このため、上記電動パワーステアリング装置は、主電源の電圧が補助電源の電圧よりも低い場合、補助電源の電力を主電源に供給することができる。
【０００８】
（２）上記手段の一形態は「前記制御装置は、車両の機関停止時かつ機関始動するための始動機器の駆動時に前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える電動パワーステアリング装置」を有する。
【０００９】
車両の機関停止時かつ始動機器の駆動時においては、主電源の電圧が急激に低下する。これに対して、本電動パワーステアリング装置は、車両の機関停止時かつ始動機器の駆動時において制御装置により接続形態が主電源充電形態に切り替えられることにより主電源の電圧が昇圧される。このため、主電源の電圧の低下が抑制される。
【００１０】
（３）上記手段の一形態は「前記制御装置は、前記主電源の電圧低下速度が閾値以上のとき、前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える電動パワーステアリング装置」を有する。
【００１１】
上記電動パワーステアリング装置においては、主電源の電圧低下速度が閾値以上のとき、制御装置により接続形態が主電源充電形態に切り替えられる。このため、補助電源により主電源の電圧が昇圧されるため、主電源の電圧の低下が抑制される。
【００１２】
（４）上記手段の一形態は「前記制御装置は、操舵をアシストするアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力が前記主電源から前記補助電源への充電と前記補助電源から前記電動モータへの放電との切り替えの基準値となる充放電閾値未満のとき、前記接続形態を前記主電源充電形態に切り替える電動パワーステアリング装置」を有する。
【００１３】
上記電動パワーステアリング装置においては、電動パワーステアリング装置の電源電力が充放電閾値未満のとき、制御装置により接続形態が主電源形態に切り替えられる。すなわち、制御装置は、車両の機関停止時かつ始動機器の駆動時または主電源の電圧低下速度が閾値以上のときであっても電動パワーステアリング装置の電源電力が充放電閾値以上のときには、接続形態を主電源充電形態に切り替えない。したがって、上記電動パワーステアリング装置は、補助電源により主電源を充電することよりも補助電源の電力を電動モータに供給することを優先する。
【００１４】
（５）上記手段の一形態は「前記主電源と前記補助電源とが通電状態となるオン状態および前記主電源と前記補助電源とが非通電状態となるオフ状態を切り替える第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記補助電源との間に一端が接続されかつ他端が接地されて、前記第１スイッチング素子と前記補助電源との間の接続点が接地状態となるオン状態および前記接続点が接地状態とならないオフ状態を切り替える第２スイッチング素子とを有し、前記制御装置は、前記第１供給形態および前記第２供給形態のとき、前記第１スイッチング素子をオン状態および前記第２スイッチング素子をオフ状態に変更し、前記主電源充電形態のとき、前記第１スイッチング素子をオフ状態および前記第２スイッチング素子をオン状態に変更する電動パワーステアリング装置」を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本電動パワーステアリング装置は、補助電源により主電源に電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図。
【図２】実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図。
【図３】実施形態の電動パワーステアリング装置の接続形態と各スイッチング素子の状態との関係を示す表。
【図４】実施形態の電動パワーステアリング装置の簡略化した回路構成を示す回路図であり、（ａ）は第１接続形態の回路構成を示す回路図、（ｂ）は第２接続形態の回路構成を示す回路図、（ｃ）は第３接続形態の回路構成を示す回路図、（ｄ）は第４接続形態の回路構成を示す回路図。
【図５】実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、要求される電源電力の推移を示すグラフ。
【図６】実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、バッテリ電圧の推移を示すグラフ。
【図７】実施形態の制御装置により実行される接続形態設定制御の処理手順を示すフローチャート。
【図８】その他の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ１」）の構成について説明する。
ＥＰＳ１は、ＥＰＳ本体１０、アシスト装置２０、制御装置３０、補助電源装置４０、トルクセンサ５０、および車速センサ６０を有する。ＥＰＳ１は、主電源４および補助電源装置４０から制御装置３０を介してアシスト装置２０に電力が供給される構成を有する。ＥＰＳ１は、トルクセンサ５０および車速センサ６０に基づいて、アシスト装置２０によりステアリングホイール２の操作をアシストする。
【００１８】
ＥＰＳ本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、および２個のタイロッド１６を有する。ＥＰＳ本体１０は、ステアリングホイール２の回転にともないコラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、およびピニオンシャフト１３を一体的に回転させる。ＥＰＳ本体１０は、ピニオンシャフト１３の回転によりラックシャフト１４を往復動させることにより車輪３の転舵角を変化させる。
【００１９】
ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギヤ（図示略）およびラックシャフト１４のラックギヤ（図示略）が互いに噛み合わせられた構成を有する。ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンギヤおよびラックギヤの噛み合いによりピニオンシャフト１３の回転をラックシャフト１４の往復動に変換する。
【００２０】
アシスト装置２０は、３相ブラシレスモータとしての電動モータ２１および減速機構２２を有する。アシスト装置２０は、減速機構２２を介して電動モータ２１の回転をコラムシャフト１１に伝達することによりコラムシャフト１１を回転させる力（以下、「アシストトルク」）をコラムシャフト１１に付与する。このようにＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。
【００２１】
トルクセンサ５０は、コラムシャフト１１の中間部分に接続されたトーションバー５１の捩れ、すなわちステアリングホイール２の操作にともないコラムシャフト１１に付与されたトルク（以下、「操舵トルクτ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。トルクセンサ５０は、電圧信号を制御装置３０に出力する。
【００２２】
車速センサ６０は、車両の駆動軸（図示略）の回転数すなわち車両の走行速度（以下、「車速Ｖ」）に応じて電圧信号の出力レベルが変化する。車速センサ６０は、電圧信号を制御装置３０に出力する。
【００２３】
制御装置３０は、トルクセンサ５０の電圧信号に基づいて操舵トルクτの大きさおよび方向を算出する。制御装置３０は、車速センサ６０の電圧信号に基づいて車速Ｖを算出する。制御装置３０は、操舵をアシストするアシスト制御を実行する。具体的には、制御装置３０は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づいて目標アシストトルクを算出する。そして制御装置３０は、目標アシストトルクに応じた電力を電動モータ２１に供給することにより電動モータ２１の動作を制御する。電動モータ２１は、目標アシストトルクに基づいてアシストトルクを生じさせる。
【００２４】
図２を参照して、主電源４、制御装置３０、および補助電源装置４０の詳細な構成について説明する。
主電源４は、車載バッテリ４Ａおよびオルタネータ４Ｂを有する。主電源４は、車載バッテリ４Ａおよびオルタネータ４Ｂが並列に接続される構成を有する。主電源４は、一端において補助電源装置４０およびセルモータ５と直列に接続され、他端において接地される。なお、セルモータ５は「始動機器」に相当する。
【００２５】
オルタネータ４Ｂは、車両の内燃機関のクランクシャフト（ともに図示略）の回転にともないオルタネータ４Ｂの出力軸が回転することにより発電する。オルタネータ４Ｂは、発電した電力を車載バッテリ４Ａに供給する。セルモータ５は、機関始動のために主電源４から電力が供給されることによりクランクシャフトを回転させる。
【００２６】
制御装置３０は、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン３１」）、モータ駆動回路３４、電流センサ３５、および電圧センサ３６を有する。制御装置３０は、マイコン３１によりモータ駆動回路３４の動作および補助電源装置４０の動作を制御する。
【００２７】
電流センサ３５は、電動モータ２１に供給される実電流（以下、「モータ電流ＩＭ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ３５は、電圧信号をマイコン３１のモータ制御部３３に出力する。
【００２８】
電圧センサ３６は、補助電源装置４０とモータ駆動回路３４との間の電圧、すなわちモータ駆動回路３４に印加される電圧（以下、「モータ駆動電圧ＶＭＤ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電圧センサ３６は、電圧信号をマイコン３１の電源管理部３２に出力する。
【００２９】
マイコン３１は、電源管理部３２およびモータ制御部３３を有する。マイコン３１は、電源管理部３２において補助電源装置４０の充放電の動作を制御する。マイコン３１は、モータ制御部３３においてモータ駆動回路３４の動作を制御する。
【００３０】
電源管理部３２は、補助電源装置４０のリレー４１、昇圧回路４３、充放電回路４４、および切替回路４６の動作を制御する。電源管理部３２は、リレー４１の動作を制御するためのリレー信号ＳＲをリレー４１に出力する。電源管理部３２は、昇圧回路４３の動作を制御するための昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２を昇圧回路４３に出力する。電源管理部３２は、充放電回路４４の動作を制御するための充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２を充放電回路４４に出力する。電源管理部３２は、切替回路４６の動作を制御するための切替信号ＳＳ１，ＳＳ２を切替回路４６に出力する。
【００３１】
モータ制御部３３は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づいて目標アシストトルクを演算する。モータ制御部３３は、モータ電流ＩＭが目標アシストトルクに対応する電流指令値に一致するように電流フィードバック制御する。モータ制御部３３は、電流フィードバック制御の実行により生成したモータ制御信号ＳＭをモータ駆動回路３４に出力する。なお、モータ制御信号ＳＭは、モータ駆動回路３４をＰＭＷ制御する信号としての機能も有する。また、目標アシストトルクは、操舵トルクτの絶対値が大きくなるにつれて、または車速Ｖの絶対値が小さくなるにつれて大きくなる。
【００３２】
モータ駆動回路３４は、電動モータ２１の各相に対して２個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）が直列に接続される周知の構成を有する。モータ駆動回路３４においては、モータ制御部３３のモータ制御信号ＳＭに基づいて、モータ駆動回路３４の各相の二個のスイッチング素子が交互にオン状態およびオフ状態に切り替えられる。モータ駆動回路３４は、各スイッチング素子のオン状態およびオフ状態の切り替えによりモータ駆動電圧ＶＭＤをＰＷＭ駆動として電動モータ２１に印加する。
【００３３】
補助電源装置４０は、主電源４とは個別に形成されている。補助電源装置４０は、リレー４１、電流センサ４２、昇圧回路４３、充放電回路４４、補助電源としてのキャパシタ４５、切替回路４６、および電圧センサ４７を有する。補助電源装置４０は、キャパシタ４５により電動モータ２１への放電および主電源４への放電が可能である。
【００３４】
リレー４１は、主電源４と昇圧回路４３との間に配置されている。リレー４１は、主電源４がモータ駆動回路３４に電力を供給するオン状態と、主電源４がモータ駆動回路３４に電力を供給しないオフ状態とを切り替える。
【００３５】
電流センサ４２は、リレー４１と昇圧回路４３との間に配置されている。電流センサ４２は、主電源４の出力電流（以下、「バッテリ電流ＩＢ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ４２は、電圧信号を電源管理部３２に出力する。
【００３６】
昇圧回路４３は、主電源４の電圧（バッテリ電圧）に基づく出力電圧、すなわち主電源４と補助電源装置４０との接続点Ｐ１における出力電圧（以下、「出力電圧Ｖ１」）を昇圧してキャパシタ４５の出力端子である接続点Ｐ２に印加することによりキャパシタ４５を充電可能にしている。
【００３７】
昇圧回路４３は、一対のスイッチング素子（以下、「ＦＥＴ３およびＦＥＴ４」）および昇圧コイル４３Ａを有する。昇圧回路４３は、ＦＥＴ３およびＦＥＴ４が直列に接続される構成を有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ａの一端においてＦＥＴ３およびＦＥＴ４の接続点Ｐ３に接続される構成を有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ａの他端において出力電圧Ｖ１が印加される構成を有する。
【００３８】
ＦＥＴ３およびＦＥＴ４は、ＭＯＳＦＥＴが採用されている。上段側となるＦＥＴ３は、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。下段側となるＦＥＴ４は、一端において接地されている。ＦＥＴ３およびＦＥＴ４は、電源管理部３２の昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。
【００３９】
充放電回路４４は、昇圧回路４３と直列に接続されている。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子（以下、「ＦＥＴ１およびＦＥＴ２」）を有する。充放電回路４４は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２が直列に接続された構成を有する。充放電回路４４は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２の接続点Ｐ４においてモータ駆動回路３４に接続されている。
【００４０】
ＦＥＴ１およびＦＥＴ２は、ＭＯＳＦＥＴが採用されている。上段側となるＦＥＴ１の一端は、キャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。下段側となるＦＥＴ２の一端は、リレー４１および電流センサ４２を介して主電源４に接続されている。ＦＥＴ１およびＦＥＴ２は、電源管理部３２の充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２に基づいて導通状態であるオン状態および非導通状態であるオフ状態を周期的に切り替える。ＦＥＴ１は、オン状態のとき、キャパシタ４５（補助電源装置４０）からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が可能な状態となる。ＦＥＴ１は、オフ状態のとき、キャパシタ４５（補助電源装置４０）からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が不能な状態となる。ＦＥＴ２は、オン状態のとき、主電源４からＦＥＴ２を介してモータ駆動回路３４への給電が可能な状態となる。ＦＥＴ２は、オフ状態のとき、主電源４からＦＥＴ２を介してモータ駆動回路３４への給電が不能な状態となる。
【００４１】
キャパシタ４５は、昇圧回路４３および充放電回路４４の間において、昇圧回路４３および充放電回路４４と並列に接続されている。キャパシタ４５は、一端において接続点Ｐ２に接続され、他端において切替回路４６に接続されている。キャパシタ４５においては、接続点Ｐ２側が高電位側となり、切替回路４６側が低電位側となる。キャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが採用されている。
【００４２】
電圧センサ４７は、キャパシタ４５と並列に接続される。電圧センサ４７は、キャパシタ４５の電圧（以下、「出力電圧Ｖ２」）に応じた信号を電源管理部３２に出力する。
切替回路４６は、キャパシタ４５および主電源４の間に位置する。切替回路４６は、２個のスイッチング素子（以下、「ＦＥＴ５およびＦＥＴ６」）を有する。切替回路４６は、キャパシタ４５および主電源４の接続の形態を切り替える。なお、ＦＥＴ５は「第１スイッチング素子」に相当する。ＦＥＴ６は「第２スイッチング素子」に相当する。
【００４３】
ＦＥＴ５は、主電源４およびキャパシタ４５に直列に接続される。ＦＥＴ５は、一端においてキャパシタ４５に接続され、他端において電流センサ４２とＦＥＴ２との間に位置する接続点Ｐ５に接続される。ＦＥＴ５は、オン状態のとき、ＦＥＴ５を介して主電源４とキャパシタ４５とが通電状態となる。ＦＥＴ５は、オフ状態のとき、ＦＥＴ５を介して主電源４とキャパシタ４５とが非通電状態となる。
【００４４】
ＦＥＴ６は、ＦＥＴ５およびキャパシタ４５の間の接続点Ｐ６から分岐した電力供給線に位置する。ＦＥＴ６は、一端において接続点Ｐ６に直列に接続され、他端において接地される。ＦＥＴ６は、オン状態のとき、ＦＥＴ６を介して接続点Ｐ６が接地状態となる。ＦＥＴ６は、オフ状態のとき、ＦＥＴ６を介して接続点Ｐ６が接地状態とならない。
【００４５】
リレー４１の動作について説明する。
リレー４１は、電源管理部３２のリレー信号ＳＲに基づいてオン状態およびオフ状態が切り替えられる。リレー４１は、車両のイグニッションスイッチ（図示略）がオン操作されたとき、オフ状態からオン状態に切り替えられる。リレー４１は、イグニッションスイッチがオフ操作されたとき、オン状態からオフ状態に切り替えられる。
【００４６】
昇圧回路４３の動作について説明する。
昇圧回路４３は、下段側のＦＥＴ４がオン状態からオフ状態に切り替えられることにより生じる昇圧電圧Ｖ３をキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に印加する。具体的には、昇圧回路４３においては、ＦＥＴ４がオン状態により導通して昇圧コイル４３Ａの一端を接地する。そして、昇圧回路４３は、ＦＥＴ４がオフ状態からオン状態に切り替えられたことにより昇圧コイル４３Ａに生じる誘起電圧を出力電圧Ｖ１に重畳して出力する。なお、上段側のＦＥＴ３は、キャパシタ４５側から昇圧回路４３側への電流の回り込み（逆流）を防止する機能を有する。
【００４７】
充放電回路４４の動作について説明する。
充放電回路４４は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２のオン状態およびオフ状態の組合せに基づいて、主電源４によりキャパシタ４５が充電可能となる第１電源形態、およびキャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電可能となる第２電源形態を切り替える。なお、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２は同時にオン状態にならないように電源管理部３２により制御される。
【００４８】
第１電源形態は、上段側のＦＥＴ１がオフ状態かつ下段側のＦＥＴ２がオン状態となる。第１電源形態においては、主電源４のバッテリ電流ＩＢがキャパシタ４５に供給されかつＦＥＴ２を介してモータ駆動回路３４に給電される。第１電源形態においては、ＦＥＴ１がオフ状態のため、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電されない。第１電源形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１となる。
【００４９】
第２電源形態は、上段側のＦＥＴ１がオン状態かつ下段側のＦＥＴ２がオフ状態となる。第２電源形態は、主電源４および補助電源装置４０（キャパシタ４５）が互いに直列に接続された状態となる。第２電源形態においては、主電源４のモータ駆動回路３４への給電に加え、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電される。第２電源形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１およびキャパシタ４５の出力電圧Ｖ２の合計となる。
【００５０】
切替回路４６の動作について説明する。
切替回路４６は、ＦＥＴ５およびＦＥＴ６のオン状態およびオフ状態の組合せに基づいて、主電源４およびキャパシタ４５が直列に接続される第１切替形態、および主電源４およびキャパシタ４５が並列に接続される第２切替形態を切り替える。なお、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２は同時にオン状態にならないように電源管理部３２により制御される。
【００５１】
第１切替形態は、ＦＥＴ５がオン状態かつＦＥＴ６がオフ状態となる。第１切替形態は、切替回路４６においてキャパシタ４５から主電源４への放電が不能な状態となる。
第２切替形態は、ＦＥＴ５がオフ状態かつＦＥＴ６がオン状態となる。第２切替形態は、切替回路４６においてキャパシタ４５から主電源４への放電が可能な状態となる。
【００５２】
図３および図４を参照して、主電源４および補助電源装置４０の接続の形態（以下、「接続形態」）について説明する。なお、図４はＥＰＳ１および主電源４の回路を簡略化して示している。また、以下の説明において、図示しないＥＰＳ１に関する各構成要素は、図２に記載された各構成要素を示す。
【００５３】
ＥＰＳ１は、接続形態として、第１接続形態、第２接続形態、第３接続形態、および第４接続形態を有する。なお、第２接続形態は「第１供給形態」に相当する。第１接続形態および第３接続形態は「第２供給形態」に相当する。第４接続形態は「主電源充電形態」に相当する。
【００５４】
第１接続形態は、キャパシタ４５が満充電のときかつ主電源４の電力をモータ駆動回路３４に供給するときに設定される。第１接続形態は、昇圧回路４３が停止状態かつ充放電回路４４が第１電源形態かつ切替回路４６が第１切替形態となる。具体的には、図３に示されるように、第１接続形態は、ＦＥＴ１がオフ状態、ＦＥＴ２がオン状態、ＦＥＴ３がオフ状態、ＦＥＴ４がオフ状態、ＦＥＴ５がオン状態、ＦＥＴ６がオフ状態となる。
【００５５】
図４（ａ）に示されるように、第１接続形態においては、主電源４の電力はＦＥＴ２を介してモータ駆動回路３４に供給される。第１接続形態においては、キャパシタ４５が満充電のため、主電源４の電力はキャパシタ４５に供給されない。第１接続形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１となる。
【００５６】
第２接続形態は、主電源４の電力およびキャパシタ４５の電力をモータ駆動回路３４に供給するときに設定される。第２接続形態は、昇圧回路４３が停止状態かつ充放電回路４４が第２電源形態かつ切替回路４６が第１切替形態となる。具体的には、図３に示されるように、第２接続形態は、ＦＥＴ１がオン状態、ＦＥＴ２がオフ状態、ＦＥＴ３がオフ状態、ＦＥＴ４がオフ状態、ＦＥＴ５がオン状態、ＦＥＴ６がオフ状態となる。
【００５７】
図４（ｂ）に示されるように、第２接続形態においては、主電源４の電力はＦＥＴ５を介してキャパシタ４５を通過する。このとき、主電源４の出力電圧Ｖ１にキャパシタ４５の出力電圧Ｖ２が重畳される。そして主電源４の電力は、ＦＥＴ１を介してモータ駆動回路３４に供給される。第２接続形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２の合計となる。
【００５８】
第３接続形態は、主電源４の電力によりキャパシタ４５を充電しかつ主電源４の電力をモータ駆動回路３４に供給するときに設定される。第３接続形態は、昇圧回路４３が駆動状態かつ充放電回路４４が第１電源形態かつ切替回路４６が第１切替形態となる。具体的には、図３に示されるように、第３接続形態は、ＦＥＴ１がオフ状態、ＦＥＴ２がオン状態、ＦＥＴ４がＰＷＭ駆動状態、ＦＥＴ３がＦＥＴ４と同時にオン状態とならないようにＰＷＭ駆動する状態、ＦＥＴ５がオン状態、ＦＥＴ６がオフ状態となる。
【００５９】
図４（ｃ）に示されるように、第３接続形態においては、主電源４の電力は昇圧回路４３を介してキャパシタ４５に供給される。このとき、出力電圧Ｖ１は昇圧回路４３において昇圧されてキャパシタ４５に印加される。このため、主電源４およびキャパシタ４５が並列に接続されたのみ構成、すなわち昇圧回路４３が省略された構成と比較して、キャパシタ４５の充電速度が大きくなる。このため、キャパシタ４５が満充電となるまでに必要な時間が短縮される。また、主電源４の電力はＦＥＴ２を介してモータ駆動回路３４に供給される。第３接続形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１となる。
【００６０】
第４接続形態は、キャパシタ４５の電力により主電源４を充電するときに設定される。第４接続形態は、昇圧回路４３が停止状態かつキャパシタ４５および主電源４を導通する状態、かつ充放電回路４４が第１電源形態、かつ切替回路４６が第２切替形態となる。具体的には、図３に示されるように、第４接続形態は、ＦＥＴ１がオフ状態、ＦＥＴ２がオン状態、ＦＥＴ３がオン状態、ＦＥＴ４がオフ状態、ＦＥＴ５がオフ状態、ＦＥＴ６がオン状態となる。
【００６１】
図４（ｄ）に示されるように、第４接続形態においては、主電源４とキャパシタ４５とが並列に接続されるため、キャパシタ４５の電圧が主電源４の電圧よりも高いときにはキャパシタ４５の電力が昇圧回路４３を介して主電源４に供給される。キャパシタ４５の電力は、ＦＥＴ５がオフ状態およびＦＥＴ１がオフ状態のため、モータ駆動回路３４に供給されない。
【００６２】
図５および図６を参照して、制御装置３０による接続形態の変更制御について作用とともに説明する。なお、図５および図６を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。
【００６３】
図５は、ＥＰＳ１がアシスト制御により主電源４に要求する電源電力の推移を示している。図５において、第１放電期間ＴＤ１は時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間を示している。第１充電期間ＴＣ１は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間を示している。第２放電期間ＴＤ２は時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間を示している。第２充電期間ＴＣ２は時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間を示している。第３放電期間ＴＤ３は時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間を示している。第３充電期間ＴＣ３は時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの期間を示している。
【００６４】
なお、以降では、主電源４からＥＰＳ１に供給される実電源電力を「電源電力ＰＳ」として示す。電源電力ＰＳは、電流センサ４２により検出されたバッテリ電流ＩＢに基づいて電源管理部３２により算出される。
【００６５】
制御装置３０は、電源電力ＰＳおよび充放電閾値ＫＥの関係に基づいて、接続形態を第１接続形態〜第３接続形態に変更する。具体的には、制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満のとき、すなわち第１充電期間ＴＣ１、第２充電期間ＴＣ２、および第３充電期間ＴＣ３においてキャパシタ４５が満充電のとき、接続形態を第１接続形態に設定する。制御装置３０は、第１充電期間ＴＣ１、第２充電期間ＴＣ２、および第３充電期間ＴＣ３においてキャパシタ４５が満充電ではないとき、接続形態を第３接続形態に設定する。制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、すなわち第１放電期間ＴＤ１、第２放電期間ＴＤ２、および第３放電期間ＴＤ３において接続形態を第２接続形態に設定する。なお、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上の場合として、車両の車庫入れ時または駐車時に運転者がステアリングホイール２の据切り操舵を行うことが挙げられる。また電源電力ＰＳは、例えば時刻ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５から接続形態が第２接続形態に変更される期間において充放電閾値ＫＥ以上となる。
【００６６】
このように制御装置３０が接続形態を第１接続形態〜第３接続形態を変更することにより、電源電力ＰＳ（バッテリ電流ＩＢ）が充放電閾値ＫＥにおいてピークカットされる。このため、主電源４の負荷が小さくなる。
【００６７】
図６は、車両がアイドリングストップを実行した状態からアイドリングストップを解除する場合における主電源４の電圧（以下、「バッテリ電圧ＶＢ」）の推移を示している。
図６において、車両は、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間にわたりアイドリングストップが実行され、時刻ｔ２２においてアイドリングストップが解除される。すなわち、車両は、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間においてオルタネータ４Ｂが停止している。このため、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間においてバッテリ電圧ＶＢは、車載バッテリ４Ａの電圧となる。そして車両は、時刻ｔ２２においてセルモータ５を駆動させる。また車両は、時刻ｔ２３以降においてセルモータ５の駆動によるクランクシャフトの回転にともない主電源４のオルタネータ４Ｂが発電する。オルタネータ４Ｂの電力は、主電源４の車載バッテリ４Ａに供給される。
【００６８】
時刻ｔ２２において、車載バッテリ４Ａの電力は、セルモータ５の駆動により消費される。一方、時刻ｔ２２においては、内燃機関が停止しているため、オルタネータ４Ｂは、車載バッテリ４Ａに電力を供給していない。このため、バッテリ電圧ＶＢは、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間において急激に低下する。そして、時刻ｔ２３以降においては、オルタネータ４Ｂの電力が車載バッテリ４Ａに供給されるため、時刻ｔ２３から時間の経過とともに車載バッテリ４Ａの電圧が上昇する。そして、時刻ｔ２５以降において主電源４の電圧が一定となる。なお、以下では、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間を「電圧低下期間」とする。
【００６９】
ところで、電圧低下期間において車載バッテリ４Ａの電圧が小さくなるため、車両の空調機器および音響機器を駆動する補機（図示略）に印加される電圧が小さくなる。このため、補機を駆動するための電力が車載バッテリ４Ａから十分に供給されない場合がある。
【００７０】
この対策として、補機を駆動する駆動回路（図示略）にＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を追加することが考えられる。しかし、各補機の駆動回路に昇圧回路を追加する場合、各補機の部品点数が多くなり、コストが高くなる。
【００７１】
そこで、本実施形態のＥＰＳ１は、制御装置３０により電圧低下期間のとき、すなわちセルモータ５が駆動したとき、接続形態を第４接続形態に設定する接続形態設定制御を実行する。このため、電圧低下期間において、キャパシタ４５の電力が車載バッテリ４Ａに供給される。これにより、バッテリ電圧ＶＢの急激な低下が抑制される。したがって、各補機に印加される電圧の低下が抑制されるため、各補機に昇圧回路を追加することなく各補機に十分な電力が供給される。
【００７２】
また、ＥＰＳ１は、接続形態を第４接続形態に設定した後、バッテリ電圧ＶＢが基準値ＫＸに達するまで第４接続形態を維持する。そしてＥＰＳ１は、バッテリ電圧ＶＢが基準値ＫＸに達したとき（時刻ｔ２４）、接続形態を第４接続形態から第３接続形態に変更する。これにより、ＥＰＳ１は、キャパシタ４５を充電する。なお、基準値ＫＸは、補機に必要な電力が供給することが可能なバッテリ電圧ＶＢを示す。基準値ＫＸは、試験等により予め設定されている。
【００７３】
図７を参照して、接続形態設定制御の処理について説明する。なお、図７を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。接続形態設定制御は、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００７４】
接続形態設定制御において、制御装置３０は、以下のステップＳ１１〜Ｓ１３の判定に基づいてステップＳ２１〜Ｓ２４において接続形態を第１接続形態〜第４接続形態に設定する。
【００７５】
ステップＳ１１において、制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上か否かを判定する。
ステップＳ１２において、制御装置３０は、キャパシタ４５が満充電か否かを判定する。制御装置３０の電源管理部３２は、電圧センサ４７の出力信号に基づいて出力電圧Ｖ２を算出する。電源管理部３２は、出力電圧Ｖ２がキャパシタ４５の満充電に相当する閾値以上のとき、キャパシタ４５が満充電と判定する。電源管理部３２は、出力電圧Ｖ２が閾値よりも小さいとき、キャパシタ４５が満充電ではないと判定する。なお、閾値は、キャパシタ４５の種類により予め設定されている。
【００７６】
ステップＳ１３において、制御装置３０は、セルモータ５が駆動中か否かを判定する。制御装置３０は、車両の制御装置（図示略）からセルモータ５が駆動状態について例えばＣＡＮ通信により受信する。制御装置３０は、セルモータ５が駆動中である旨の信号（以下、「セル駆動信号ＳＳＤ」）を受信したとき、セルモータ５が駆動中と判定する。制御装置３０は、セル駆動信号ＳＳＤを受信していないとき、セルモータ５が停止状態と判定する。
【００７７】
制御装置３０は、ステップＳ１１において肯定判定のとき、ステップＳ２１において接続形態を第２接続形態に設定する。
制御装置３０は、ステップＳ１１およびステップＳ１２において否定判定のとき、ステップＳ２２において接続形態を第３接続形態に設定する。
【００７８】
制御装置３０は、ステップＳ１１において否定判定かつステップＳ１２において肯定判定かつステップＳ１３において肯定判定のとき、ステップＳ２３において接続形態を第４接続形態に設定する。
【００７９】
制御装置３０は、ステップＳ１１において否定判定かつステップＳ１２において肯定判定かつステップＳ１３において否定判定のとき、ステップＳ２４において接続形態を第１接続形態に設定する。
【００８０】
本実施形態のＥＰＳ１は以下の効果を奏する。
（１）ＥＰＳ１は、補助電源装置４０および主電源４を並列に接続される形態に切替可能な切替回路４６を有する。この構成によれば、ＥＰＳ１は、キャパシタ４５の電力を車載バッテリ４Ａに供給することができる。
【００８１】
（２）ＥＰＳ１は、接続形態設定制御においてセルモータ５の駆動時に接続形態を第４接続形態に設定する。この構成によれば、セルモータ５の駆動に起因してバッテリ電圧ＶＢが急激に低下することが抑制される。したがって、各補機に昇圧回路を追加しなくとも各補機に必要な電力が供給される。
【００８２】
（３）ＥＰＳ１は、接続形態設定制御において電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、接続形態を第２接続形態に設定する。この構成によれば、ＥＰＳ１による据え切り動作等によりＥＰＳ１に大電力が必要なとき、モータ駆動電圧ＶＭＤを大きくすることにより電源電力ＰＳのバッテリ電流ＩＢがピークカットされる。したがって、主電源４の負荷が低減される。
【００８３】
（４）補助電源装置４０は、昇圧回路４３を有する。この構成によれば、キャパシタ４５および主電源４を並列に接続することにより主電源４の電力をキャパシタ４５に供給する構成、すなわち昇圧回路４３が省略されたと比較して、ＥＰＳ１はキャパシタ４５を速やかに充電することができる。
【００８４】
本電動パワーステアリング装置は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本電動パワーステアリング装置のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
【００８５】
・実施形態のＥＰＳ１は、接続形態が第４接続形態のとき、キャパシタ４５の電力は、昇圧回路４３の昇圧コイル４３Ａを介して主電源４の車載バッテリ４Ａに供給される。ただし、キャパシタ４５から車載バッテリ４Ａへの電力の供給経路は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、昇圧回路４３を通らずにキャパシタ４５の電力を車載バッテリ４Ａに供給する。詳細には、図８に示されるように、変形例のＥＰＳ１は、昇圧回路４３のＦＥＴ３との接続点Ｐ７と、主電源４とを連結する電力供給線ＰＬと、電力供給線ＰＬを介して主電源４およびキャパシタ４５と直列に接続されるスイッチング素子（以下、「ＦＥＴ７」）とを有する。変形例のＥＰＳ１においては、接続形態が第１接続形態〜第３接続形態のとき、ＦＥＴ７がオフ状態、すなわち電力供給線ＰＬを介して主電源４とキャパシタ４５とが電気的に接続されていない状態となる。変形例のＥＰＳ１においては、接続形態が第４接続形態のとき、ＦＥＴ７がオン状態、すなわち電力供給線ＰＬを介して主電源４とキャパシタ４５とが電気的に接続された状態となる。このため、キャパシタ４５の電力が電力供給線ＰＬを介して車載バッテリ４Ａに供給される。また、変形例のＥＰＳ１においては、接続形態が第４接続形態のとき、ＦＥＴ３がオフ状態となる。
【００８６】
・実施形態のＥＰＳ１において、接続形態が第１接続形態のとき、ＦＥＴ５をオフ状態とすることもできる。
・実施形態の車両において、セルモータ５に代えてオルタネータ４Ｂにより内燃機関のクランクシャフトを回転させることもできる。オルタネータ４Ｂによりクランクシャフトを回転させる場合、接続形態設定制御のステップＳ１３において、セルモータ５が駆動中か否かの判定に代えてオルタネータ４Ｂが駆動中か否かの判定に変更される。
【００８７】
・実施形態のＥＰＳ１は、接続形態設定制御において、セル駆動信号ＳＳＤを受信したとき、セルモータ５が駆動中と判定する。ただし、セルモータ５が駆動中と判定する構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、車両の制御装置がセルモータ５の駆動を制御する駆動信号を制御装置３０が受信することによりセルモータ５が駆動中と判定する。
【００８８】
・実施形態のＥＰＳ１は、接続形態を第４接続形態に設定した後、バッテリ電圧ＶＢが基準値ＫＸに達するときに接続形態を第４接続形態から第３接続形態に変更する。ただし、接続形態を第４接続形態から第３接続形態に変更するタイミングは実施形態の内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、接続形態を第４接続形態に設定した後、所定期間が経過したことをもって接続形態を第４接続形態から第３接続形態に変更する。
【００８９】
・実施形態のＥＰＳ１は、接続形態設定制御のステップＳ１３においてセルモータ５が駆動中か否かを判定する。ただし、接続形態設定制御のステップＳ１３の内容は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、接続形態設定制御のステップＳ１３においてセルモータ５が駆動中か否かの判定に代えて、バッテリ電圧ＶＢの電圧低下速度が閾値以上か否かの判定に変更する。なお、閾値は、バッテリ電圧ＶＢの低下により補機に十分な電力が供給することができないおそれがある電圧低下速度である。閾値は、試験等により予め設定されている。変形例のＥＰＳ１においては、実施形態のＥＰＳ１の（２）の効果に準じた効果を奏する。
【００９０】
・実施形態のＥＰＳ１において、複数個の補助電源装置４０を有してもよい。
・実施形態の補助電源装置４０は、補助電源としてキャパシタ４５を有する。ただし、補助電源装置４０の構成は実施形態に例示した内容に限られない。例えば、変形例の補助電源装置４０は、補助電源として、キャパシタ４５に代えてリチウムイオン電池等の二次電池を有する。
【００９１】
・実施形態のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが採用されている。ただし、キャパシタ４５の種類は実施形態に例示した内容に限られない。例えば、変形例のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサに代えて、リチウムイオンキャパシタが採用される。
【００９２】
・実施形態の充放電回路４４は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２としてＭＯＳＦＥＴが採用されている。ただし、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２の種類は実施形態に例示した内容に限られない。例えば、変形例の充放電回路４４は、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２としてＩＧＢＴ等の他の構成のスイッチング素子が採用される。なお、切替回路４６のＦＥＴ５およびＦＥＴ６についても同様に変更することができる。
【００９３】
・実施形態の電動モータ２１は、３相ブラシレスモータの構成を有する。ただし、電動モータ２１の構成は実施形態に例示した内容に限られない。例えば、変形例の電動モータ２１はブラシ付きモータの構成を有する。
【００９４】
・実施形態のＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。ただし、ＥＰＳ１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、ピニオンアシスト型、デュアルピニオンアシスト型、ラック同軸型、またはラックパラレル型の構成を有する。
【符号の説明】
【００９５】
１…ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）、４…主電源、５…セルモータ（始動機器）、２１…電動モータ、３０…制御装置、４０…補助電源装置、４５…キャパシタ（補助電源）、ＦＥＴ５…スイッチング素子（第１スイッチング素子）、ＦＥＴ６…スイッチング素子（第２スイッチング素子）、Ｐ６…接続点、ＰＳ…電源電力、ＫＥ…充放電閾値、τ…操舵トルク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014097743.tif 000009
【図８】
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