(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、必要に応じて前記車載発電機及び車載バッテリに直列接続され、前記モータに流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する第１検出器とを備え、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流れる電流値を制御するように構成してある電動パワーステアリング装置において、
前記車載発電機及び車載バッテリから前記駆動回路に印加される電圧値を検出する第２検出器と、前記補助電源の出力電圧値を変換して、前記モータに流す電流を補助する変換手段と、該変換手段の出力電圧値を検出する第３検出器と、前記第２検出器及び第３検出器が各検出した各電圧値の比が所定値となるように、前記変換手段の出力電圧を昇降制御する手段とを備え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】
前記第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する手段を更に備え、該手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記変換手段が、前記車載発電機及び車載バッテリに直列接続され作動するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記第１検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する判定手段と、前記補助電源と前記車載発電機及び車載バッテリとを並列に接続する接続手段とを更に備え、前記判定手段が０であると判定しているときは、前記接続手段が接続し、前記判定手段が０でないと判定しているときは、前記接続手段が接続しないように構成してある請求項１又は２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、車載発電機及び車載バッテリに直列接続され、操舵補助用のモータに流す電流を補助する為の補助電源を備え、トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、モータに流れる電流を制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、操舵部材（舵輪、ハンドル）が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、車載発電機及び車載バッテリから電源供給され、舵取機構の動作を補助するモータとを設けてある。このような構成で、トルク検出器が検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減する。
【０００３】
電動パワーステアリング装置では、「据え切り時」等に大電流を必要とするが、このように大電流を必要とする期間は僅かであるので、電動パワーステアリング装置専用にバッテリ又は大容量キャパシタ等の補助電源を設け、「据え切り時」等の大負荷時に、車載発電機及び車載バッテリと補助電源とを直列に接続し、補助電源からも電流を供給するように構成したものがある。
【０００４】
特許文献１には、ステアリングギヤのパワーアシストに供される電動モータへの電力供給源として、主電源と補助電源とを備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。
特許文献２には、高圧バッテリから降圧システムを介してＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）に電力を供給するメイン電力系統と、補機用バッテリから昇圧システムを介してＥＰＳに電力を供給するバックアップ電力系統とが並列的に構成された電力供給系統で、メイン電力系統からＥＰＳに正常に電力を供給できないときは、昇圧システムを制御してバックアップ電力系統からＥＰＳに電力を供給する電源制御装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２０９４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１３２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、大負荷時に車載発電機及び車載バッテリと補助電源とを直列に接続する電動パワーステアリング装置では、補助電源と主電源である車載発電機及び車載バッテリとは、流れる電流値は同じである。その為、補助電源と主電源との負荷の分担割合は、出力電圧に比例するので、補助電源の出力電圧が低い場合には、補助電源を有効に利用することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、直列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとにより、所定の分担割合で、操舵補助用のモータを駆動制御することができ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。
第３発明では、直列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとにより、所定の分担割合で、操舵補助用のモータを駆動制御すると共に、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、補助電源に充電することができ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、車載発電機及び車載バッテリからの出力電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータと、必要に応じて前記車載発電機及び車載バッテリに直列接続され、前記モータに流す電流を補助する為の補助電源と、操舵部材に加わる操舵トルク値を検出するトルク検出器と、前記モータに流れる電流値を検出する第１検出器とを備え、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流れる電流値を制御するように構成してある電動パワーステアリング装置において、前記車載発電機及び車載バッテリから前記駆動回路に印加される電圧値を検出する第２検出器と、前記補助電源の出力電圧値を変換して、前記モータに流す電流を補助する変換手段と、該変換手段の出力電圧値を検出する第３検出器と、前記第２検出器及び第３検出器が各検出した各電圧値の比が所定値となるように、前記変換手段の出力電圧を昇降制御する手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する手段を更に備え、該手段が所定電流値以上であると判定しているときに、前記変換手段が、前記車載発電機及び車載バッテリに直列接続され作動するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記第１検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定する判定手段と、前記補助電源と前記車載発電機及び車載バッテリとを並列に接続する接続手段とを更に備え、前記判定手段が０であると判定しているときは、前記接続手段が接続し、前記判定手段が０でないと判定しているときは、前記接続手段が接続しないように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、第２検出器が、車載発電機及び車載バッテリから駆動回路に印加される電圧値を検出し、変換手段が、補助電源の出力電圧値を変換して、モータに流す電流を補助し、第３検出器が、変換手段の出力電圧値を検出し、第２検出器及び第３検出器が各検出した各電圧値の比が所定値となるように、昇降制御する手段が、変換手段の出力電圧を昇降制御するので、直列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとにより、所定の分担割合で、操舵補助用のモータを駆動制御する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。
【００１１】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、第１検出器が検出した電流値が所定電流値以上であるか否かを判定し、所定電流値以上であると判定しているときに、変換手段が、車載発電機及び車載バッテリに直列接続され作動するので、大電流を必要とするときに、直列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとにより、所定の分担割合で、操舵補助用のモータを駆動制御する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。
【００１２】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、第１検出器が検出した電流値が０であるか否かを判定し、０であると判定しているときは、補助電源と車載発電機及び車載バッテリとを並列に接続し、０でないと判定しているときは、並列に接続しないので、直列接続された補助電源と車載発電機及び車載バッテリとにより、所定の分担割合で、操舵補助用のモータを駆動制御すると共に、操舵補助用のモータに電流を供給しないときに、補助電源に充電する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】
【００１３】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この電動パワーステアリング装置は、操舵部材２３（舵輪、ハンドル）に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器）１０により検出される。検出された操舵トルク値は、操舵方向を示す正負符号付きであり、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。
【００１４】
トルク−電流テーブル１６では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。
【００１５】
トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値は、モータ制御における目標値を示す値であり、減算手段２１へ与えられる。
指令電流方向指定部１９は、トルク−電流テーブル１６から与えられた操舵トルク値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路（駆動回路）１３に与える。
【００１６】
モータ駆動回路１３には、リレー接点１５ａ及び切替スイッチ２８を通じて、車載バッテリ２６の出力電圧、及び図示しないエンジンに連動するオルタネータ（車載発電機、交流発電機）３４の出力電圧が与えられる。オルタネータ３４の出力電圧は、付加されたレギュレータにより一定電圧に保持され、また直流に整流されている。
モータ駆動回路１３には、また、切替スイッチ２８が切替えられたときに、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４に直列に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ（変換手段）２７の出力電圧が更に印加される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、電動パワーステアリング装置専用の補助電源２９の出力電圧値を変換して出力する。切替スイッチ２８は、制御部２０に制御されて、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４にＤＣ−ＤＣコンバータ２７を直列接続するか否かを切替える。
【００１７】
補助電源２９には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池又は大容量キャパシタ（電気二重層コンデンサ）等が用いられ（図１，２では、蓄電池を図示）、リレー接点１５ａ、切替スイッチ２８及びリレー接点（接続手段）３１を通じて、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４から充電される。その際、補助電源２９の負極端子は、リレー接点（接続手段）３２により接地される。リレー接点３１，３２は、リレー駆動回路３０によりオン／オフにされる。
電圧検出器（第２検出器）３５が、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４の出力電圧値を検出し、電圧検出器（第３検出器）３６が、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧値を検出し、それぞれ制御部２０に与える。
【００１８】
操舵補助を行うモータ１８は、本実施の形態ではブラシレスＤＣモータであり、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３に与えられる。
モータ電流検出回路（第１検出器）１７が、モータ１８に流れる電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１及び制御部２０に与える。
減算手段２１は、トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の目標値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。
【００１９】
電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調部２４へ与える。
ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３へ与える。
制御部２０は、モータ電流検出回路１７が検出した電流値、及び電圧検出器３５，３６が検出した各電圧値に基づき、切替スイッチ２８を切替え制御し、リレー駆動回路３０をオン／オフ制御すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧を昇降制御する。
【００２０】
また、制御部２０は、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）３３のオン／オフ信号を与えられ、ＩＧスイッチ３３がオン／オフにされるのに応じて、リレー駆動回路１５をオン／オフ制御して、リレー接点１５ａをオン／オフ（閉／開）にする。
尚、上述したＥＣＵ２５内の位相補償器１２、トルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。
【００２１】
図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置のモータ１８、モータ駆動回路１３、モータ電流検出回路１７及び電源系統の構成例を示すブロック図である。ブラシレスモータであるモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃの各一方の端子がスター結線された固定子１８ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転する回転子（ロータ）１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器（ロータリエンコーダ）１４とを備えている。
【００２２】
モータ駆動回路１３は、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
【００２３】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。
【００２４】
ロータ位置検出器１４が検出した回転子１８ｂの回転位置は、ゲート制御回路１３ａに通知される。ゲート制御回路１３ａには、ＥＣＵ２５から回転方向指令及びモータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）が与えられる。ゲート制御回路１３ａは、回転方向指令と回転子１８ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。回転子１８ｂは、永久磁石であり、この回転磁界から回転力を受け回転する。
【００２５】
ゲート制御回路１３ａは、また、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、上述したように、ブラシレスモータ１８に流れる電流を検出して、モータ電流信号としてＥＣＵ２５に与える。
【００２６】
モータ駆動回路１３の正極側端子には、車載バッテリ２６及びオルタネータ３４の出力電圧が切替スイッチ２８を通じて与えられる。また、切替スイッチ２８により車載バッテリ２６及びオルタネータ３４にＤＣ−ＤＣコンバータ２７が直列接続されたときには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧が更に加えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧は、補助電源２９の出力電圧を変換した電圧である。
電圧検出器３６が検出したＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧値、並びに電圧検出器３５が検出した車載バッテリ２６及びオルタネータ３４の出力電圧値は、制御部２０へ与えられる。
【００２７】
リレー接点３１，３２は、モータ電流検出回路１７が検出した電流値に基づき、制御部２０（図１）によりリレー駆動回路３０（図１）を通じてオン／オフ制御される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２７の出力電圧は、電圧検出器３５，３６が検出した各電圧値に基づき、制御部２０（図１）により昇降制御される。
【００２８】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作の例を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２０は、ＩＧスイッチ３３がオンにされると（Ｓ１）、リレー駆動回路３０をオフにして、リレー接点（充電用リレー接点）３１，３２をオフ（開）にし（Ｓ３）、切替スイッチ２８を車載バッテリ２６及びオルタネータ３４がモータ駆動回路１３に直接接続される側（直接側）に切替える（Ｓ５）。次いで、リレー駆動回路１５をオンにして、リレー接点（電源リレー接点）１５ａをオン（閉）にする（Ｓ７）。
制御部２０は、次に、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込み（Ｓ９）、電流値Ｉが０を超えているか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００２９】
制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていなければ（Ｓ１１）、リレー駆動回路３０をオンにして、リレー接点（充電用リレー接点）３１，３２をオン（閉）にした（Ｓ２７）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ９）。
制御部２０は、電流値Ｉが０を超えていれば（Ｓ１１）、リレー駆動回路３０をオフにして、リレー接点（充電用リレー接点）３１，３２をオフ（開）にした（Ｓ１３）後、電流値Ｉ（Ｓ９）が、モータ１８の負荷が大であることを示す所定電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。
【００３０】
制御部２０は、電流値Ｉ（Ｓ９）が所定電流値以上でなければ（Ｓ１５）、切替スイッチ２８を直接側に切替え（Ｓ２９）、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７をオフにした（Ｓ３１）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ９）。電流値Ｉ（Ｓ９）が所定電流値以上であれば（Ｓ１５）、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７をオンにし（Ｓ１７）、切替スイッチ２８をＤＣ−ＤＣコンバータ２７側（補助電源２９側）に切替える（Ｓ１９）。次いで、電圧検出器３５が検出した主電源（車載バッテリ２６、オルタネータ３４）の（出力）電圧値Ｖｍ、及び電圧検出器３６が検出したＤＣ−ＤＣコンバータ２７（補助電源側）の（出力）電圧値Ｖｓを読込む（Ｓ２１）。
【００３１】
制御部２０は、次に、読込んだ電圧値Ｖｓ及び電圧値Ｖｍ（Ｓ２１）の比Ｖｓ／Ｖｍが所定比を超えているか否かを判定し（Ｓ２３）、所定比を超えていれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７に降圧指令を与えた（Ｓ３３）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ９）。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、降圧指令を与えられると、出力電圧を所定の単位電圧分降下させる。
【００３２】
制御部２０は、比Ｖｓ／Ｖｍが所定比を超えていなければ（Ｓ２３）、比Ｖｓ／Ｖｍが所定比未満であるか否かを判定し（Ｓ２５）、所定比未満であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７に昇圧指令を与えた（Ｓ３５）後、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ９）。ＤＣ−ＤＣコンバータ２７は、昇圧指令を与えられると、出力電圧を所定の単位電圧分上昇させる。
制御部２０は、比Ｖｓ／Ｖｍが所定比未満でなければ（Ｓ２５）（即ち、Ｖｓ／Ｖｍ＝所定比）、そのまま、モータ電流検出回路１７が検出したモータ１８に流れる電流値Ｉを読込む（Ｓ９）。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すモータ、モータ駆動回路、モータ電流検出回路及び電源系統の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  トルクセンサ（トルク検出器）、１３  モータ駆動回路（駆動回路）、１５  リレー駆動回路、１５ａ  リレー接点、１６  トルク−電流テーブル、１７  モータ電流検出回路（第１検出器）、１８  （操舵補助用の）モータ、２０  制御部（昇降制御する手段）、２３  操舵部材、２５  ＥＣＵ、２６  車載バッテリ、２７  ＤＣ−ＤＣコンバータ（変換手段）、２８  切替スイッチ、２９  補助電源、３０  リレー駆動回路（接続手段）、３１，３２  リレー接点（接続手段）、３５  電圧検出器（第２検出器）、３６  電圧検出器（第３検出器）、３４  オルタネータ（車載発電機、交流発電機）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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