(57)【要約】【課題】接点の良好な接触状態を損なうことなく、リレーの電力消費を抑制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。【解決手段】モータ４に電力を供給する電路にリレー９の接点９ｃを介挿した電動パワーステアリング装置において、ＦＥＴ１２等のスイッチング素子を用いてリレーコイル９ｓを励磁する。制御部１（リレー制御部１Ｒ）は、ＦＥＴ１２をパルス幅変調信号により駆動するとともに、リレー９の動作時における接点９ｃの負荷側の電圧を検知することによって当該接点９ｃのバウンス時間を求め、このバウンス時間に応じてパルス幅変調信号のデューティを変化させる。【選択図】図１
2009154677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを電源として、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに電力を供給する電路に介挿された接点を開閉可能なリレーと、
前記リレーを動作させるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動するとともに、前記リレーの動作時における前記接点の負荷側の電圧を検知することによって当該接点のバウンス時間を求め、求めたバウンス時間に応じて当該パルス幅変調信号のデューティを変化させる制御部と
を備えた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】
前記制御部は、前記バッテリの電源電圧に応じて前記パルス幅変調信号のデューティを調整する請求項１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、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置に関し、特にその電気回路の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じてモータにより操舵補助力を生じさせる装置である。このような電動パワーステアリング装置のモータ制御は、主としてＣＰＵや電子回路によって行われる。しかしながら、モータ制御に関わる何れかの部材に故障が発生した場合に、モータへの給電を確実に停止して安全を確保すべく、モータへの給電電路にリレーの接点が介挿されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
電動パワーステアリング装置が正常に動作している場合には、上記接点を閉路すべく、リレーは常に励磁されており、リレーコイルには数百ミリアンペア程度の電流が流れ続けている。そのため、バッテリーに蓄えられている電力を消費する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８２１６６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような電力消費は、車両の電装品が増加した昨今においては省エネルギーの観点から、なるべく抑制したい。電力消費を抑制するには、励磁電圧を低下させればよい。しかしながら、接点の接触面の状態はリレーの個体差、異物付着、経年劣化等により異なるため、一律にリレーの励磁電圧を低下させることは、接点の良好な接触状態を維持するためには好ましくない場合もある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、接点の良好な接触状態を損なうことなく、リレーの電力消費を抑制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】
【０００６】
本発明は、バッテリを電源として、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、前記モータに電力を供給する電路に介挿された接点を開閉可能なリレーと、前記リレーを動作させるスイッチング素子と、前記スイッチング素子をパルス幅変調信号により駆動するとともに、前記リレーの動作時における前記接点の負荷側の電圧を検知することによって当該接点のバウンス時間を求め、求めたバウンス時間に応じて当該パルス幅変調信号のデューティを変化させる制御部とを備えたものである。
【０００７】
上記のような電動パワーステアリング装置においては、接点の接触状態によってバウンス時間が変化するので、バウンス時間は、接点の接触状態を示す指標となる。そこで、制御部は、バウンス時間に応じてパルス幅変調信号のデューティを変化させ、リレーコイルの励磁電圧を変化させる。例えば、接点の接触状態が良いときにはデューティを小さくして励磁電圧を低下させ、リレーコイルにおける電力消費を抑制することができる。逆に、接点の接触状態が良くないときにはデューティを大きくして励磁電圧を上昇させ、接点の接触状態改善に必要な接圧を確保することができる。
【０００８】
また、上記のような電動パワーステアリング装置において、制御部は、バッテリの電源電圧に応じてパルス幅変調信号のデューティを調整するようにしてもよい。
この場合、バッテリの電源電圧が変動しても、バウンス時間に応じて求めたデューティを適宜調整することにより、リレーコイルの励磁電圧を一定に維持することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、制御部が、接点の接触状態を示す指標となるバウンス時間に応じてリレーコイルの励磁電圧を変化させるので、接点の良好な接触状態を損なうことなく、リレーの電力消費を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の電気回路を示すブロック図である。図において、ＣＰＵを含んで構成される制御部１は、その機能上、モータ制御部１Ｍと、リレー制御部１Ｒとを備えている。モータ制御部１Ｍは、トルクセンサ２から入力される操舵トルクの信号及び車速センサ３から入力される車速信号に基づいて、モータ４の駆動信号を算出する。また、モータ制御部１Ｍは、この駆動信号にパルス幅変調（ＰＷＭ）を施し、その出力信号を駆動回路５に与える。駆動回路５は３相インバータを構成するものであり、モータ制御部１Ｍからの出力信号を制御信号として、バッテリ７の直流電圧から３相交流の駆動電圧を生成する。
【００１１】
モータ４は、３相ブラシレスモータであり、駆動回路５から電路Ｕ，Ｖ，Ｗを介して供給される駆動電圧により駆動される。モータ４は、図示しない減速機を介して操舵軸１３に接続されており、操舵軸１３に操舵補助力を付与する。モータ４には回転角センサ８が設けられており、ロータ（図示せず。）の回転角の信号がモータ制御部１Ｍに送られる。  
【００１２】
電路Ｖ及びＷには電流センサ１０が設けられ、電流検出回路６は電流センサ１０の出力に基づいて電路Ｖ及びＷの電流及び演算により電路Ｕの電流を検出し、その検出出力をモータ制御部１Ｍに送る。モータ制御部１Ｍは、これらの電流と、回転角センサ８によって検出された回転角とを用いて、座標変換したｄ軸電流及びｑ軸電流を求める。そして、これらの電流がフィードバックされ、駆動信号に応じた駆動電流が流れるよう、制御が行われる。
【００１３】
上記駆動回路５には、バッテリ７からリレー９の接点９ｃを介して電源電圧が供給される。接点９ｃの両端はリレー制御部１Ｒとも接続されており、接点９ｃの電源側の電圧（バッテリ７の電源電圧と同じ。）及び負荷側の電圧が、リレー制御部１Ｒに送られる。リレーコイル９ｓは、スイッチング素子の一例としてのＦＥＴ１２のドレイン−ソース間と直列に接続され、この直列体にバッテリ７の電圧が付与される。ＦＥＴ１２のゲートには、リレー制御部１Ｒから駆動信号が付与される。リレーコイル９ｓの近傍には温度センサ１４が設けられており、リレーコイル９ｓの発熱（電力消費）を検知した温度信号がリレー制御部１Ｒに送られる。また、リレー制御部１Ｒにはイグニッションキー１１のオン・オフ信号が入力される。
【００１４】
図２は、リレーコイル９ｓの励磁と、その接点９ｃの負荷側電圧の変化とを示す波形図である。イグニッションキー１１がオフからオンに操作されると、そのオン信号を受けたリレー制御部１Ｒは、ＦＥＴ１２にゲート電圧を与えて、ターンオンさせる。これにより、リレーコイル９ｓが励磁される（時刻Ｔ０）。励磁から動作時間の経過後、電磁吸着により接点９ｃが閉路する（時刻Ｔ１）。接点９ｃの最初の閉路から安定的閉路までの間にはチャタリング（バウンス）が生じ、接点９ｃは接離を繰り返す。接点９ｃの電源側に電圧が付与されていれば、接点９ｃの閉路により負荷側には電圧が生じるので、接点９ｃの接離を図示のような電圧の検知によって捉えることができる。
【００１５】
ここで、本発明者は、実験により、動作時間及び、最初に接点電圧が生じる時刻Ｔ１から、接点電圧が安定して生じる時刻Ｔ２までの時間、すなわちバウンス時間が、接点９ｃの接触状態によって変化することを見出した。すなわち、接触状態が良い場合は動作時間及びバウンス時間が短く、接触状態が悪くなるほど動作時間及びバウンス時間が長くなる。接触状態が良い場合は、リレーコイル９ｓの励磁電圧を動作保持電圧（一旦動作した後、その状態を保持するための最低電圧で、励磁によりリレーを動作させる時に最低必要な最低動作電圧より低い。）まで低下させても接点９ｃの電磁吸着を維持することができる。しかし、接触状態が悪くなると、励磁電圧をそこまで低下させることはできず、接触状態を改善すべく、動作保持電圧よりも十分に高い電圧が必要となる。そこで、バウンス時間、又は、（動作時間＋バウンス時間）に応じて励磁電圧を決定することが好ましいと考えられる。なお、ここで、接触状態には接点９ｃのばね力も影響しており、例えば、ばね力が強ければ接触状態も良くなると考えられる。
【００１６】
図３は、リレー制御部１Ｒの内部機能（ソフトウェア）を示すブロック図である。リレー制御部１Ｒは、リレー９の接点９ｃの負荷側電圧を検知する電圧検知部１０１、この電圧の検知に基づいてバウンス時間を演算するバウンス時間演算部１０２、バウンス時間に応じたＰＷＭのデューティを演算するデューティ演算部１０３、及び、デューティに基づいてパルス幅変調信号をＦＥＴ１２のゲートに与えるＰＷＭ部１０４を備えている。次に、このような機能を実現するフローチャートの一例（図４）について説明する。
【００１７】
図１において、イグニッションキー１１のオン操作により、リレー制御部１Ｒは、ＦＥＴ１２をターンオンして、リレーコイル９ｓを励磁する。これと同時に、図４に示す処理が開始され、リレー制御部１Ｒは時刻Ｔ０を記憶する（ステップＳ１）。さらに、リレー制御部１Ｒは、接点９ｃの負荷側電圧を読み取る処理を行う（ステップＳ２）。ここで、負荷側電圧が検知されるのを待ち（ステップＳ２，Ｓ３の繰り返し）、検知されたらその時刻Ｔ１を記憶する（ステップＳ４）。なお、時刻Ｔ０からＴ１までの経過時間が、図２における動作時間となる。
【００１８】
次にリレー制御部１Ｒは、負荷側電圧を読み取る処理を、接点９ｃがチャタリングしている状態を脱してその電圧が安定するまで繰り返す（ステップＳ５，Ｓ６の繰り返し）。電圧が一定時間以上連続して現れることにより電圧の安定を検知すると、リレー制御部１Ｒは、その時刻Ｔ２を記憶する（ステップＳ７）。そして、リレー制御部１Ｒは、バウンス時間（Ｔ２−Ｔ１）に応じたデューティを求める（ステップＳ８）。具体的には、デューティをＤ、バウンス時間をＴｂとすると、両者は、例えば図５に示されるような、Ｄ＝ａ・Ｔｂ＋ｂの関係とする（ａ，ｂは定数）。
【００１９】
リレー制御部１Ｒは、以後、求めたデューティのパルス幅変調信号でＦＥＴ１２を駆動する。従って、バウンス時間が長くなるほどデューティが大きくなり、単位時間当たりのＦＥＴ１２のオン時間の割合が長くなる。その結果、リレーコイル９ｓの励磁電圧が高くなる。逆に、バウンス時間が短くなるほどデューティは小さくなり、リレーコイル９ｓの励磁電圧は低くなる。但し、デューティの最大値Ｄmaxは１であり、このときの励磁電圧はバッテリ７の電源電圧に等しい。また、デューティの最小値Ｄminは、それによって得られる励磁電圧が、リレー９の動作保持電圧以上となるように設定される。
【００２０】
このようにして、電動パワーステアリング装置の起動時に、リレー制御部１Ｒは、まず、バウンス時間を求め、バウンス時間に応じたデューティでＦＥＴ１２をＰＷＭ制御し、リレーコイル９ｓの励磁電圧を、バッテリ７の電圧より低下させることができる。接点９ｃの接触状態が良いときにはデューティを小さくして励磁電圧を低下させ、リレーコイル９ｓにおける電力消費を抑制することができる。逆に、接点９ｃの接触状態が良くないときにはデューティを大きくして励磁電圧を上昇させ、接点９ｃの接触状態改善に必要な接圧を確保することができる。但し、この場合も、定格電圧より低い励磁電圧で足りる場合には、電力消費を抑制することができる。
なお、最初にバウンス時間を求める際のＦＥＴ１２のゲート電圧は、デューティ１のＰＷＭ信号によって与えられる。
【００２１】
また、起動後の電動パワーステアリング装置において、バッテリ７の電源電圧は変動するので、変動に応じてデューティを調整することが好ましい。そこで、リレー制御部１Ｒは、上述のデューティを求めた際の電源電圧を基準電圧として、その後のバッテリ７の電源電圧に応じてデューティを調整する。すなわち、バッテリ７の電圧が基準電圧より高いときは、基準電圧の場合よりデューティを小さくしても同じ励磁電圧を得ることができるので、電圧差に応じた低減率を初期のデューティに乗じて、デューティを下方修正する。逆に、バッテリ７の電圧が基準電圧より低いときは、基準電圧の場合よりデューティを大きくして同じ励磁電圧を得る必要があるので、電圧差に応じた増大率を初期のデューティに乗じて、デューティを上方修正する。このようにして、バッテリ７の電源電圧が変動しても、初期にバウンス時間に応じて求めたデューティを適宜調整することにより、リレーコイルの励磁電圧を一定に維持することができる。
【００２２】
なお、起動後の電動パワーステアリング装置においては、さらに、温度センサ１４の検出する温度からリレーコイル９ｓの温度を推定し、温度に応じてデューティを調整することができる。具体的には、接点９ｃの接触状態が良くない場合は接触抵抗の増大により発熱が大きくなると考えられるので、温度が所定値より高くなると、デューティを初期値より大きくして励磁電圧を高め、接圧を増大させる。接圧の増大により接触抵抗が低下すれば、発熱も低下する。
【００２３】
図６は、本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング装置の電気回路を示すブロック図である。第１実施形態との違いは、リレー９の接点９ｃを、駆動回路５の電源側ではなく、駆動回路５とモータ４とを接続する電路（例えばＵ，Ｖ）に介挿し、その接点９ｃの両側（電源側・負荷側）の電圧をリレー制御部１Ｒに取り込むようにした点である。その他は、第１実施形態と同様である。この場合、接点９ｃの電源側に所定の電圧を付与した状態でリレーコイル９ｓを励磁し、そのときの接点９ｃの負荷側の電圧変化に基づいてバウンス時間をリレー制御部１Ｒで求めることにより、同様の制御を行うことができる。なお、図示の例では電路Ｖに介挿された接点の両側の電圧を取り込むようにしたが、電路Ｕに介挿された接点についても、その両側の電圧を取り込み、２つのバウンス時間の長い方に基づいてデューティを求めるようにしてもよい。
【００２４】
なお、上記各実施形態ではデューティＤをバウンス時間Ｔｂに基づいて求めるとしたが、接点９ｃの接触状態によってバウンス時間のみならず動作時間も影響を受けるので、デューティＤを、（動作時間＋バウンス時間Ｔｂ）に基づいて求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の電気回路を示すブロック図である。
【図２】リレーコイルの励磁と、その接点の負荷側電圧の変化とを示す波形図である。
【図３】リレー制御部の内部機能（ソフトウェア）を示すブロック図である。
【図４】リレー制御部において実行される処理のフローチャートである。
【図５】バウンス時間とデューティとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング装置の電気回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    制御部
１Ｒ  リレー制御部
４    モータ
７    バッテリ
９    リレー
９ｃ  接点
１２    ＦＥＴ（スイッチング素子）
【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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