(57)【要約】【課題】車載用のバッテリと車載用アクチュエータが離れた場所にあり、かつ、車載用アクチュエータ用にバッテリの電圧より大きな電圧を必要とする場合において、電線の取り回しを容易にする。【解決手段】車両の前方又は後方のいずれか一方に配置された車載用バッテリ１０と、車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路１３と、昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車載用アクチュエータを制御する制御回路１４とを備えると共に、昇圧回路及び車載用バッテリを車両の前方又は後方のいずれか一方に配置し、車載用アクチュエータを車両の前方又は後方のいずれか他方に配置した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前方又は後方のいずれか一方に配置された車載用バッテリと、該車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車載用アクチュエータを制御する制御回路とを備えると共に、前記昇圧回路及び前記車載用バッテリを車両の前方又は後方のいずれか一方に配置し、前記車載用アクチュエータを車両の前方又は後方のいずれか他方に配置した車載用大電力制御装置。
【請求項２】
車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車両後部に備えられた車載用アクチュエータを制御する制御回路とを備えると共に、前記昇圧回路を前記車載用バッテリと車載用アクチュエータの中間よりも車載用バッテリ側に配置した車載用大電力制御装置。
【請求項３】
車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車載用後輪操舵アクチュエータを制御する後輪操舵制御回路とを備えると共に、前記昇圧回路を前記車載用バッテリと車載用アクチュエータの中間よりも車載用バッテリ側に配置した車載用大電力制御装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、前記昇圧回路の出力電圧が所定の電圧を超えないように、スイッチングデューティ比を制限することを特徴とする車載用大電力制御装置。
【請求項５】
請求項３において、前記後輪操舵制御回路は、車両の速度、軸荷重と運転者の操作状態である操舵速度の少なくとも１つ以上に応じて昇圧指令値を昇圧回路に出力することを特徴とする車載用大電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用大電力制御装置に関するものであり、例えば、後輪操舵装置のように、車載用バッテリの電圧を昇圧した電圧を利用する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
後輪操舵装置では、車両の低速走行時に舵角を大きくし小回り制御を行うと共に、車両の高速走行時に小舵角で舵角を制御することで車両の走行安定性を保つことが要求される（特許文献１参照）。このため、特に、後輪操舵装置用の電動モータは低回転時に高トルクが必要となる。高回転時には低トルクでよい。また、車両の搭載性の面から、小型化及び省エネルギー化が求められる。
【０００３】
また、バッテリ電圧を昇圧することで、電気パワーステアリング装置のモータの小型化を行う技術（特許文献２参照）がある。この技術では、モータ回転数、トルク、電流に応じて昇圧指令値を出力している。
【０００４】
また、車両用の昇圧電源装置として、コンデンサの電圧に基づいてデューティ比を制御し、バッテリ電圧に基づいてデューティ比を制限するか、電圧に異常が発生した場合はスイッチングを停止したり、制限値を演算するようにしている技術（特許文献３参照）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−８７４８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２６０９０７号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平０９−２４０４２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
後輪操舵装置のアクチュエータのように、大電力をバッテリと離れた場所で消費するシステムにおいては、アクチュエータの近くに昇圧回路を内蔵した制御回路を配置すると、電線での損失が大きいため極端にバッテリと制御回路間の電線を太くする必要が生じるか、場合によっては、システムの成立が難しくなる。
【０００９】
また、上記の従来技術においては、モータ回転数、トルク、電流に応じて昇圧指令値を出力しているが、後輪操舵システムでは必ずしもモータ回転数、トルク、電流で必要な電圧が決定されるものではなく、車両の他の運転状態によっても決定が必要である。
【００１０】
また、後輪操舵装置のような装置の場合、車両の状態によってはスイッチングを停止すると、電圧の急激な変化で車両挙動に影響を及ぼすことがある。
【００１１】
また、バッテリ電圧に基づいてスイッチングデューティ比を制限すると、負荷が軽くなった場合に出力電圧が上昇してしまうことに対応できない。
【００１２】
本発明は、車載用のバッテリと車載用アクチュエータが離れた場所にあり、かつ、車載用アクチュエータ用にバッテリの電圧より大きな電圧を必要とする場合において、電線の取り回しを容易にすることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、車両の前方又は後方のいずれか一方に配置された車載用バッテリと、車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車載用アクチュエータを制御する制御回路とを備えると共に、昇圧回路及び車載用バッテリを車両の前方又は後方のいずれか一方に配置し、車載用アクチュエータを車両の前方又は後方のいずれか他方に配置したことである。
【００１４】
これによれば、昇圧回路及び車載用バッテリとが近傍に置かれ、昇圧回路とバッテリ間の大電流が流れる太い電線を短くできる。昇圧回路と制御回路及び車載用アクチュエータの間はバッテリの電圧よりも高い電圧となるが、この間に流れる電流は小さくなるため、細く長い電線でよい。
【００１５】
また、上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車両後部に備えられた車載用アクチュエータを制御する制御回路とを備えると共に、昇圧回路を車載用バッテリと車載用アクチュエータの中間よりも車載用バッテリ側に配置したことである。
【００１６】
これによれば、昇圧回路及び車載用バッテリとが近傍に置かれ、昇圧回路とバッテリ間の大電流が流れる太い電線を短くできる。昇圧回路と制御回路及び車載用アクチュエータの間はバッテリの電圧よりも高い電圧となるが、この間に流れる電流は小さくなるため、細く長い電線でよい。
【００１７】
また、上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、車載用バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の昇圧した電圧を受けて車載用後輪操舵アクチュエータを制御する後輪操舵制御回路とを備えると共に、昇圧回路を車載用バッテリと車載用アクチュエータの中間よりも車載用バッテリ側に配置したことである。
【００１８】
これによれば、昇圧回路及び車載用バッテリとが近傍に置かれ、昇圧回路とバッテリ間の大電流が流れる太い電線を短くできる。昇圧回路と後輪操舵制御回路及び車載用後輪操舵アクチュエータの間はバッテリの電圧よりも高い電圧となるが、この間に流れる電流は小さくなるため、細く長い電線でよい。
【００１９】
また、上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、昇圧回路の出力電圧が所定の電圧を超えないように、スイッチングデューティ比を制限するようにしたことである。
【００２０】
これによれば、昇圧電圧は急激に変化しない。また、負荷が軽くなった場合にも所定電圧を超えることがない。
【００２１】
また、上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、後輪操舵制御回路を、車両の速度、軸荷重と運転者の操作状態である操舵速度の少なくとも１つ以上に応じて昇圧指令値を昇圧回路の出力するようにしたことである。
【００２２】
これによれば、後輪操舵アクチュエータに必要な電圧が車両の状況に応じて適切に得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に従った実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、バッテリと大電力消費場所が離れる具体的システムとして車載用の電動装置に適用したものである。
【００２４】
図１に昇圧回路とモータ制御部の配置を示す。昇圧回路はＤＣ−ＤＣコンバータである。バッテリ１０はエンジンコンパートメント内に配置する。これに応じて、昇圧回路が内蔵された制御回路１２を車両の前方で、なるべくバッテリ１０の近くで、好ましくはエンジンコンパートメント内に配置する。これはバッテリ１０からＤＣ−ＤＣコンバータまで大電流が流れるので、細いハーネスで電圧ドロップが大きくなることを防止するためである。車載用アクチュエータとなる電動モータ１１は車両の後方に配置される。昇圧回路はバッテリの電圧を昇圧し、後方のモータ１１及び制御回路に高電圧低電流で大電力を送るようにしてある。電線での発生損失は流れる電流の２乗と電線抵抗に比例するので、電線を細くすることも可能になる。
【００２５】
このように、前方にモータ１１の制御回路１２を配置することも可能であるが、電動モータ１１に３相ブラシレスモータを使用する場合には、制御回路とモータの間に３本の電力線を前方から後方に配索することになる。この場合、図２に示すように、昇圧回路１３と制御回路１４を分け、昇圧回路１３をバッテリ１０とモータ１１の中間に配置することが考えられる。昇圧回路１３と制御回路１４間の電線が２本であれば、配線長を短くするために、制御回路１４とアクチュエータであるモータ１１は近い位置に置くのが好ましい。制御回路とアクチュエータ間、昇圧回路と制御装置間のそれぞれの配線数が同じであれば、昇圧に伴う制御回路の配置についての制約はない。
【００２６】
この例では、昇圧部とモータ制御部を別々に配置しているが、モータの容量が小さい場合では、図１のようにすることで、昇圧部と制御部を分離しなくても電線損失を低減できる。
【００２７】
図３はモータのＮ（回転数）−Ｔ（トルク）特性を示す。例えば、後輪操舵装置を電動モータで動かす場合、回転数が高い領域では必要なトルクは低く、回転数が低い領域で高トルクが必要になる。高回転数時の必要なトルクの点を図示Ｐ１とする。また、低回転時の必要トルクを図示Ｐ２とする。このＰ１、Ｐ２を満足するために、バッテリの電圧そのままで作動するモータの設計をする場合を考える。まず、Ｐ１、Ｐ２を満足するため、モータの特性を、点線２４のようなＮ−Ｔ特性にすると、消費電流は、点線２２のようになって、高トルクを出すときに消費電流が大きくなり、効率が悪くなる。そこで、線２３のように低トルク時のＰ１を満足し、高トルク時の回転数を高めに設定するモータ設計とすることが考えられるが、この場合はモータが大型化してしまう。
【００２８】
そこで、効率を上げ、かつモータを小型化するために、昇圧回路を設け、電圧を昇圧する。ここで、モータは低回転時のＰ２のみを満足するような線２１となるＮ−Ｔ特性にて設計する。この状態では低回転、高トルクを満足するものの高回転でのトルクが得られなくなる。しかし、昇圧回路により、モータに供給する電圧を上げると、Ｎ−Ｔ特性は線２３のように上昇しＰ１を満足するようになる。このように、昇圧をすることによるモータのＮ−Ｔ特性上の高効率点を使用する設計が可能となり、モータ効率が向上する。
【００２９】
特に、後輪操舵装置では、低速走行時に後輪を大舵角で制御する際には、低速かつ高トルクが必要であり、高速走行時にヨーレートフィードバックなどの制御を行うには、高速な制御（ただしこの場合は低トルクでよい）が必要となる。よって、Ｐ１とＰ２の差が顕著であり、昇圧による効率向上が大きい。
【００３０】
図４は昇圧とモータ制御部の回路構成図である。この例では車載用アクチュエータとしての電動モータに３相ブラシレスモータを使用する。
【００３１】
昇圧回路１３はＤＣ−ＤＣコンバータであり、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔｒ１，Ｔｒ２、コイルＬ、コンデンサＣを備える。バッテリ１０はリレーとコイルＬを介して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔｒ２のドレイン及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔｒ１のドレインに接続されている。ＦＥＴＴｒ１のソースはバッテリ１０の接地側に接続されている。ＦＥＴＴｒ２のドレインは昇圧回路１３の出力端となり、制御回路１４の３相ブリッジ回路の電源端子に接続されている。コンデンサＣは昇圧回路の出力（ＦＥＴＴｒ２のドレインとバッテリ１０の接地側の間）に接続されている。アクチュエータ１１は電動モータＭを内蔵する。モータＭは３相ブリッジ回路により制御されるものである。
【００３２】
ＦＥＴＴｒ１とＴｒ２のゲートには、互いに反転する昇圧スイッチング周波数fbを持つ矩形波が与えられる。ＦＥＴＴｒ１とＴｒ２は反転動作し、バッテリ電圧が昇圧される。
【００３３】
この例ではアクチュエータを後輪操舵アクチュエータとし、制御回路を後輪操舵制御回路とした、後輪を操舵する後輪操舵装置に適用する場合に非常に適している。この場合、後輪操舵制御回路を、車両の速度、軸荷重と運転者の操作状態である操舵速度の少なくとも１つ以上に応じて昇圧指令値を昇圧回路に出力するようにするとよい。この昇圧指令値に応じて、昇圧スイッチング周波数fbを切り替える。このようにすることにより、モータが低速で回転する車両の低速走行時、高トルクとなる軸荷重が高いとき、又は操舵速度が速いときに昇圧量を下げ、もしくは昇圧量をゼロとして低回転高トルクとし、モータが高速で回転する必要のある車両の高速走行時、低トルクとなる軸荷重が低いとき、又は操舵速度が遅いときに昇圧量を上げ高回転低トルクとすることができる。この場合、モータは小型に設計でき、消費電力も少なくなる。
【００３４】
尚、本発明は、バッテリが車両の後部に配置される場合で、車両前方で大電力を必要とする車載システムの場合にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明においては、昇圧回路をバッテリに近い位置に配置するので、同一電力であれば、電線を流れる電流を下げることにより、電線損失を低減させることができる。したがって、バッテリと昇圧回路間の短い距離を太い電線で取り回し、昇圧回路と制御回路及びアクチュエータ間を細い電線で取りまわせるので、車両への搭載性が良くなる。
【００３６】
また、昇圧回路の出力電圧が所定の電圧を超えないように、スイッチングデューティ比を制限することにより、昇圧電圧が急激に変化することはなく、また、負荷が軽くなった場合にも所定電圧を超えることがない。したがって、電圧の急激な変化で車両挙動に影響を及ぼすことがない。
【００３７】
また、後輪操舵制御回路及び後輪操舵アクチュエータを用いる場合、後輪操舵制御回路を、車両の速度、軸荷重と運転者の操作状態である操舵速度の少なくとも１つ以上に応じて昇圧指令値を昇圧回路の出力するようにすることにより、後輪操舵アクチュエータに必要な電圧が車両の状況に応じて適切に得られるので、電力消費を効率化できる。
【００３８】
車載用のアクチュエータとしては、後輪操舵装置の他に、電動でハッチバックのドアやラッゲージドアを開閉するシステムや、電動４ＷＤにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の昇圧回路とモータ制御部の配置を示す構成図である。
【図２】本発明の別の実施態様の昇圧回路とモータ制御部の配置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施態様におけるＮ−Ｔ特性図である。
【図４】昇圧とモータ制御部の回路構成図である。
【符号の説明】
１０  バッテリ
１１  アクチュエータ
１２  昇圧回路内臓制御回路
１３  昇圧回路
１４  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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