(57)【要約】【課題】  電圧の自由度が高く、メンテナンスが容易で部品寿命が長く、バッテリに与える負担が少なく、操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置の実現を課題とする。【解決手段】  電動パワーステアリング装置１０内部の制御手段を介してモータに電力を供給するバッテリ２と、バッテリの出力電圧を昇圧して制御手段を介してモータに供給する昇圧手段３と、昇圧手段３の出力側に設けられモータに出力する電力を充放電するコンデンサＣとを具備することを特徴とする。また、コンデンサＣは、昇圧手段３の出力線にダイオードＤを介して接続されることが好ましい。【選択図】  図２
2006273061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操舵入力検出手段からの出力信号に基づいて目標電流を算出し、操舵補助力を出力するモータに流れる電流を制御する制御手段を有する電動パワーステアリング装置であって、
バッテリの出力電圧を昇圧して前記制御手段を介して前記モータに電力を供給する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力側に設けられ、前記モータに出力する電力を充放電する容量手段とを具備することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記容量手段は、前記昇圧手段の出力線にダイオードを介して接続され、
前記昇圧手段の出力電圧が前記容量手段の充電電圧よりも低くなったとき、前記容量手段から前記昇圧手段の出力側に向けて前記モータに電力を供給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。
【請求項３】
前記昇圧手段に供給される電力の状況を監視する供給電力監視手段を有し、この供給電力監視手段からの信号に基づいて前記容量手段からの電力の放電を制御することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記昇圧手段への供給電力の電圧が低下するにつれて前記容量手段からの放電電力を増加させることを特徴とする請求項３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、電源に昇圧装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルを操舵する際にステアリング軸に発生する操舵トルクを検出し、この検出信号に基づいて大きな操舵力が必要なとき、モータを駆動して操舵補助力を発生させ、操向ハンドルの操舵力を軽減するように動作する。すなわち、操向ハンドルが操舵されているときに、その操舵トルクが大きい場合には大きな操舵力が必要とされるので大きな操舵補助力を供給するようにモータ電流の目標値を設定して、モータの実電流値をこの目標値と一致するようにフィードバック制御を行う。また、操舵トルクが小さい場合には大きな操舵力を必要としないので小さな操舵補助力を供給するようにモータ電流の目標値を設定する。
【０００３】
ところでこのようなシステムでは、モータに常に電流が流れるわけではなく、操向ハンドルが駆動されない限りモータに電流は流れない。しかし、モータが電流を必要とする場合には、大電流を流す必要がある。最大の操舵補助力を必要とする据切りなどのとき、要求される電力は通常の２０００ｃｃクラスの自動車で６００ワット〜８００ワット程度になり、電源を１２Ｖバッテリに求めるとモータ効率を考えて６０Ａ以上の電流が必要となることがある。
【０００４】
ところで、このような大きな電流を制御するためには大電流に対応した半導体スイッチング素子が必要になる。半導体スイッチング素子の大きさは流しうる電流の大きさによって決まる。しかも、実際に大電流をチョッパ制御するためには、モータに流す最大電流の１．５倍乃至２倍のピーク電流値を有する半導体スイッチング素子が必要になり、このため、回路が大型化し、高価になることが避けられない。さらに大きな電流を流すためには、回路周辺の配線も電流を流すに充分な太さが要求されることになり、配線の重量やレイアウトが問題になってくる。また、モータの回転が速い状態では、モータからの起電力が大きくなって電流が流れ難くなるという現象も知られている。さらに、電池から大きな電流を取ると、ハンドルを操舵するたびに電池の電圧が低下し、電気系統に雑音が発生したり、夜間走行中などではヘッドランプの明るさに変動を起こしたりする原因になっていた。
【０００５】
このような問題を解決するため、第１の電池と、この第１の電池に接続された昇圧装置と、この昇圧装置の出力側に接続された第２の電池と、この第２の電池に接続され、ハンドルの回転力信号に対応したステアリングモータの駆動電力を供給する制御回路と、この制御回路に接続されたステアリングモータとで構成した電動パワーステアリング用の電源装置の例が報告されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
図５に示すように、特許文献1の電源装置２５は、昇圧装置３２により第１の電池３１の電圧を昇圧し、第２の電池３３に電力を蓄え、第２の電池３３からモータ１９などの負荷に電力を供給するので、昇圧装置３２の小形化が図れ、回路重量の低下、価格の低減が可能となる。また機器を使用しても第１の電池３１の電圧変動は生じないので、第１の電池３１に接続される照明用ランプの明るさの変動を低減することができる。
【特許文献１】特公平８−５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このように昇圧装置の出力に第２の電池を接続する場合、
１）電圧が一般的に使用される単位バッテリの整数倍の電圧となって、電圧の自由度が少なく任意の電圧値を取ることができない。
２）昇圧電圧が第２の電池の電圧で決まってしまうので状況に応じて変更することができない。
３）通常の蓄電池は寿命があり、定期交換品であるため、メンテナンスが煩雑な維持費の高いシステムとなる。
４）所定の電圧を得るため複数の蓄電池を用いると装置が大きくなる。また、特殊な電池を用いるとコストが高くなる。
などの問題が生まれる。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決して、電圧の自由度が高く、メンテナンスが容易で部品寿命が長く、バッテリに与える負担が少なく、操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、少なくとも操舵入力検出手段からの出力信号に基づいて目標電流を算出し、操舵補助力を出力するモータに流れる電流を制御する制御手段を有する電動パワーステアリング装置であって、バッテリの出力電圧を昇圧して前記制御手段を介して前記モータに電力を供給する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力側に設けられ、前記モータに出力する電力を充放電する容量手段とを具備することを特徴とする。これにより、昇圧手段の出力側に設けられた容量手段から電力を補うようにモータに出力される。
【００１０】
前記の電動パワーステアリング装置において、前記容量手段は、前記昇圧手段の出力線にダイオードを介して接続され、前記昇圧手段の出力電圧が前記容量手段の充電電圧よりも低くなったとき、前記容量手段から前記昇圧手段の出力側に向けて前記モータに電力を供給することが好ましい。これによれば、昇圧手段の出力電圧が容量手段の充電電圧よりも高いときに、昇圧手段から容量手段に充電される。また、昇圧手段の出力電圧が容量手段の充電電圧よりも低くなったとき、昇圧手段の出力側に向けてモータに電力が供給される。
【００１１】
前記の電動パワーステアリング装置において、前記昇圧手段に供給される電力の状況を監視する供給電力監視手段を有し、この供給電力監視手段からの信号に基づいて前記容量手段からの電力の放電を制御することができる。この構成によれば、昇圧手段に供給される電力の状況の監視に基づいて容量手段からの電力の放電が制御される。
【００１２】
さらに、前記昇圧手段への供給電力の電圧が低下するにつれて前記容量手段からの放電電力を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、昇圧手段の出力側に設けられた容量手段から十分な電力がモータに出力される。また、電圧の自由度が高く、メンテナンスが容易で部品寿命が長く、バッテリに与える負担が少なく、操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を添付図面に添って詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の実施の形態である電動パワーステアリング装置１０の構成を示す。この装置は、駆動機構５と電源装置１とから構成され、駆動機構５の操向ハンドル１１を回転させると操向ハンドル１１に直結するステアリング軸１２は連結されたトルクセンサ２０（操舵入力検出手段）を介してラックピニオン機構１５を構成するピニオン１３を回転し、これによってラック軸１４を移動させて、図示しないタイロッドを介して連結された前輪１７の方向を変えて操舵する。このとき、トルクセンサ２０が検出したトルク信号Ｔと車速センサ２１が検出した車速信号Ｖとに応じて制御回路２２（制御手段）は電源装置１からモータ１９に電力を供給し、目標のモータ電流を流すよう制御する。この供給電力によってモータ１９は動力伝達機構１８を介してピニオン１３を回転させ、操向ハンドル１１の操舵トルクを軽減するように動作する。
このような電動パワーステアリング装置１０に用いられる電源装置１は、操舵補助力を与えるモータ１９に電力を供給する機能を有している。本発明の電動パワーステアリング装置１０は、充電電荷を保持するコンデンサを電源装置１の内部に有していて、昇圧回路の入力側に電力を提供しているバッテリ(一次電源)の電圧が低下したり、モータ１９に流れる電流が増加したりするときには、このコンデンサの充電電荷を出力側に与えて、不足を補う働きをするように構成されている。
【００１６】
図２は、本発明の一実施の形態である電動パワーステアリング装置１０に用いられる電源装置１ａのブロック図である。図２において、符号２はバッテリ、符号３は昇圧回路（昇圧手段）、符号１０は電動パワーステアリング装置、符号Ｃはコンデンサ（容量手段）、符号Ｄはダイオード（ダイオード手段）、符号Ｒは抵抗器である。昇圧回路３は、入力電圧を昇圧して出力するものであり、入力側にバッテリ２が接続される。昇圧回路３の出力側には電動パワーステアリング装置１０が接続され、抵抗器Ｒ及びダイオードＤが直列接続されたものが、その接続線に並列的に接続されている。また、抵抗器ＲとダイオードＤの接続点にコンデンサＣの一端が接続され、他端が接地されている。
【００１７】
この実施の形態では、バッテリ２の出力電圧は昇圧回路３で昇圧され、昇圧回路３で昇圧された電圧は電動パワーステアリング装置１０内の制御回路２２を介して操舵補助力を与えるモータ１９（図１参照）に供給される。昇圧回路３の出力は、また、抵抗器Ｒを介して大容量のコンデンサＣに接続され、コンデンサＣを充電する。
例えば、バッテリ２からの電力使用が増えて昇圧回路３への入力電圧が低下したり、昇圧回路３から電動パワーステアリング装置１０に流れる電流が増加したりするなどのために、昇圧回路３の出力電圧がコンデンサＣの充電電圧よりも低下すると、コンデンサＣの端子から昇圧回路３の出力へ順方向に接続されているダイオードＤがＯＮして、昇圧回路３の出力電力に代わってコンデンサＣの充電電力が電動パワーステアリング装置１０側に供給される。
【００１８】
このように、電動パワーステアリング装置１０ではモータ１９（図１参照）を駆動するためなどで大きな電力を必要とするときに、コンデンサＣの充電電力が昇圧回路３から出力される電力を補うように働くので、モータ１９に与えられる電圧が低下することがなく、効率よく操舵補助を行うことができると共に、電動パワーステアリング装置１０が働いてもバッテリ２に電圧変動を生じることがないので、照明用ランプの明るさが変動するようなことも少なくなる。
また、コンデンサＣの場合は、目的に応じて幅広く容量の選択ができるので、比較的小さい推力で転舵可能な車両では容量を小さく設定し、比較的大きい推力を要する車両では大きな電力（電流）がモータ１９に与えられるように容量を大きくするなど、目的に応じた選択が可能である。また、コンデンサＣの場合は、容量と充電電圧によって電荷量を正確に把握でき、さらに、動作中でも充電電圧を変えることが可能なので、充電電圧を変えて電荷量を可変にするなど、状況に応じた制御を自由に行えるという利点がある。
【００１９】
図３に、本発明の他の実施の形態である電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置１ｂのブロック図を示す。図３において、符号２はバッテリ、符号３は昇圧回路（昇圧手段）、符号４は充放電制御回路（供給電力監視手段）、符号６は制御信号、符号１０は電動パワーステアリング装置、符号Ｃはコンデンサ、符号Ｒは抵抗器である。また、符号Ｓは半導体スイッチング素子であり、ドレイン−ソース間の導通・開放がゲート電圧によって制御される。理解が容易なように図２と同一の機能には同一の符号をつけて示している。
昇圧回路３の出力側には、制御回路２２が接続され、さらに抵抗Ｒ及び半導体スイッチング素子Ｓを直列接続したものが、その接続線に並列に接続されている。コンデンサＣの一端が抵抗Ｒと半導体スイッチング素子Ｓとの接続点に接続され、他端が接地される。また、充放電制御回路４は、昇圧回路３の入力電圧及び出力電圧を監視し、半導体スイッチング素子Ｓのゲート電圧と昇圧回路３とを制御している。また、半導体スイッチング素子Ｓは内部に寄生ダイオードを備えてもよく、充放電制御回路４と昇圧回路の出力線との間にダイオードを備えてもよい。
【００２０】
この実施の形態では、バッテリ２の出力電圧は昇圧回路３で昇圧され、昇圧回路３で昇圧された電圧は、電動パワーステアリング装置１０内の制御回路２２を介して操舵補助力を与えるモータ１９（図１参照）に供給される。また、昇圧回路３の出力は、抵抗器Ｒを介して大容量のコンデンサＣに接続され、コンデンサＣを充電する。充放電制御回路４はバッテリ２の出力電圧を監視しており、バッテリ２の出力電圧が低下した場合、あるいは低下が予想される場合には、昇圧回路３に制御信号６を送って昇圧回路３の出力電圧を上げ、コンデンサＣの充電電圧を高めに設定してコンデンサＣに充電される電荷量を多くしておく。さらに充放電制御回路４は、昇圧回路３の出力電圧も監視し、電動パワーステアリング装置１０に電力が取られて昇圧回路３の出力電圧が低下するような状態が生まれた場合には、半導体スイッチング素子Ｓを導通してコンデンサＣからの電力を供給させる。
【００２１】
このように、電荷を保持するためにコンデンサＣを用いているため、充電電圧を動作中でも可変することができるので、状況に応じて充電電圧を変えて蓄積電荷量を制御することもできる。例えば、車載クーラを使用している場合や夜間走行中などバッテリ２の出力電圧が低下しそうな場合には、バッテリ２の状況を見て余裕のあるときに、昇圧回路３の出力を上げコンデンサＣの充電電圧を高くして蓄積電荷量を高めておき、必要な場合に電動パワーステアリング装置１０に出力（供給）するような方法を講じる。これにより、電動パワーステアリング装置１０で大きな電力を必要とするとき、コンデンサＣの放電電力が昇圧回路３からの電力を補うように働くので、電動パワーステアリング装置１０のモータ１９に与えられる電圧が低下することがなく、効率よく操舵補助を行うことができると共に、電動パワーステアリング装置１０が働いてもバッテリ２に電圧変動を生じることがなく、負荷が最大の場合のバッテリ２の負担を大幅に減らすことができる。
【００２２】
図４に、本発明のさらに他の実施の形態である電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置１ｃのブロック図を示す。図３の各部の符号は図３のそれと同じにしてある。この実施の形態が図３と異なる点は、昇圧回路３に２つの回路を設け別々に出力した点である。
この構成によると、制御回路２２に出力される電力とは別に、コンデンサＣの充電のためだけに昇圧回路３の一方の出力が用いられるので、電動パワーステアリング装置１０に供給される電圧とは別個に自由に充電電圧を設定できる。
また、図４で示すようにコンデンサの出力側にリレーＲｅを挿入することで半導体スイッチング素子ＳやコンデンサＣへの突入電流を防止するようにしてもよい。リレーＲｅを備えることでコンデンサＣを保護するためのダイオード等の保護素子が不要となり、その保護素子による電圧降下を防止することができる。したがって、より効率的に出力電圧を向上させることが可能となる。
以上のように、電動パワーステアリング装置１０への昇圧回路３の出力とは無関係に、必要に応じてコンデンサＣの充電電圧を変えて蓄積電荷量を変化させることができ、電動パワーステアリング装置１０が要求する電力に応じてコンデンサＣの充電電荷で昇圧回路３の出力を補助することができる。さらに、本発明は、ステアリング系Ｓにおけるステアリングホイールと前輪とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）にも適用可能である。
また、本実施形態では抵抗器Ｒを介してコンデンサＣを充電する構成としたが、定電流によって充電を行ってもよい。
【００２３】
以上に述べたように、前記各実施の形態の電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置１ａ，１ｂ，１ｃは、昇圧回路の出力を充放電するコンデンサＣを出力側に設け、電動パワーステアリング装置が大きな電力を必要とするとき、充電電力を放電して昇圧回路の出力を補助するようにしている。コンデンサＣを用いているため、目的に応じてその容量を選択でき、また、充電電荷量を正確に把握できて動作中でも充電電圧を可変にできるので、充電電圧を変えて充電電荷量を可変するなど状況に応じた制御が自由に行える。さらに、装置を小型廉価で且つ長寿命、メンテナンスフリーにすることができる。この電源装置１ａ，１ｂ，１ｃを用いることにより、バッテリ２の負担を小さくすることができ、バッテリの出力電圧の変動や雑音を少なくすることができ、さらに、電動パワーステアリング装置へ流す電流を少なくして、電動パワーステアリング装置及びモータを小型軽量にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の電動パワーステアリング装置は前記のように構成したので、特に小型軽量化の面で効果を上げることができるので、乗用車両などなどに広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態である電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態である電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置のブロック図である。
【図３】本発明の他の実施の形態である電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置のブロック図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態である電動パワーステアリング装置に用いられる電源装置のブロック図である。
【図５】従来の電動パワーステアリング用電源装置の昇圧回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ    電源装置
２    バッテリ
３    昇圧回路（昇圧手段）
４    充放電制御回路（供給電力監視手段）
５    駆動機構
６    制御信号
１０  電動パワーステアリング装置
１１  操向ハンドル
１２  ステアリング軸
１３  ピニオン
１４  ラック軸
１５  ラックピニオン機構
１７  前輪
１８  動力伝達機構
１９  モータ
２０  トルクセンサ（操蛇入力検出手段）
２２  制御回路（制御手段）
２５  電源装置
３１  第１の電池
３２  昇圧装置
３３  第２の電池
Ｃ    コンデンサ（容量手段）
Ｄ    ダイオード（ダイオード手段）
Ｒ    抵抗器
Ｓ    半導体スイッチング素子
Ｒｅ  リレー
【図１】
2006273061.tif 000003
【図２】
2006273061.tif 000004
【図３】
2006273061.tif 000005
【図４】
2006273061.tif 000006
【図５】
2006273061.tif 000007