(57)【要約】【課題】最小限のコスト増及びスペース増で、主電源のバックアップ機能を有するとともに補助電源の故障にも対応することができるステアリング装置の制御装置を提供する。【解決手段】車両のステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、前記モータに電力を供給することができる、切り替え可能な複数の補助電源と、この補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御回路とを備えている。前記制御部は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有している。前記複数の補助電源の蓄電容量の合計は２０００〜３０００Ｊである。  【選択図】      図１
2009120097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給することができる、切り替え可能な複数の補助電源と、
この補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御回路と
を備えており、
前記制御回路は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、且つ、
前記複数の補助電源の蓄電容量の合計が２０００〜３０００Ｊであることを特徴とするステアリング装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御回路が、複数の補助電源を交互に切り替えて使用するように構成されている請求項１に記載のステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステアリング装置の制御装置に関する。さらに詳しくは、電動モータの駆動力を利用するステアリング装置における制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置は必要とされる操舵補助力が大きいほど、モータに大電流を流す必要があるので、車載バッテリだけでは電力が不足することがある。そこで、通常は主電源である車載バッテリからモータに電力を供給するが、車庫入れ時や駐車時などの負荷増大によって主電源の端子電圧が低下してきたときは、予め電力を貯えておいた補助電源から電力を供給して主電源の負担を減らすようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２０９４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８７２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した補助電源を備えた電動パワーステアリング装置において、補助電源が故障したときのフェイルセーフ対策として、予備の補助電源を主たる補助電源と切り替え可能に並設することが考えられる。
【０００５】
一方、主電源である車載バッテリについても、何らかの原因で電圧が極端に低下する等の故障が発生することがある。車載バッテリが故障した場合、電動パワーステアリング装置の供給電力が不足し、安定した操舵補助力が継続的に得られなくなる。このため、主電源のバックアップ機能を補助電源にもたせることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、主電源をバックアップするために必要なエネルギー量は、補助電源に本来要求されるエネルギー量、すなわち操舵補助のための電力のピークカットに必要なエネルギー量よりも大きな値である。したがって、仮に、前述した切り替え可能な補助電源の双方に主電源をバックアップできる蓄電容量をもたせると、コスト面及びスペース面での負担が大きくなる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、最小限のコスト増及びスペース増で、主電源のバックアップ機能を有するとともに補助電源の故障にも対応することができるステアリング装置の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のステアリング装置の制御装置（以下、単に「制御装置」ともいう）は、車両のステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給することができる、切り替え可能な複数の補助電源と、
この補助電源による前記モータへの供給電力を制御する制御回路と
を備えており、
前記制御回路は、前記主電源が故障したか否かを判定し、前記主電源が故障したと判定した場合、前記補助電源に前記モータへの電力供給を行わせる主電源故障判定部を有しており、且つ、
前記複数の補助電源の蓄電容量の合計が２０００〜３０００Ｊであることを特徴としている。
【０００９】
本発明の制御装置は、複数の補助電源を有しており、これら複数の補助電源の蓄電容量の合計が２０００〜３０００Ｊに設定されている。複数の補助電源を有しているので、仮に一部の補助電源に故障が発生しても残りの補助電源で操舵補助用の電力をモータに供給することができる。したがって、必要な操舵補助力を安定して得ることができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、複数の補助電源の蓄電容量の合計が２０００〜３０００Ｊに設定されているが、この２０００〜３０００Ｊという量は、後述するように、前記主電源故障判定部によって主電源が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力に相当する。したがって、主電源が故障したとしても、補助電源に蓄電された電力がモータに供給されることにより、車両を安全な位置に移動させるまでの一定時間の間、継続して電動パワーステアリング装置に操舵補助力を発生させることができる。
【００１１】
この場合に、本発明の制御装置では、主電源の故障と補助電源の故障が同時に起こる確立は極めて小さく、無視できる程度であるとの前提に立って、各補助電源に主電源バックアップ用の蓄電容量をもたせるのではなく、切り替え可能な複数の補助電源の蓄電容量の合計を２０００〜３０００Ｊに設定している。そして、主電源故障時には、これら複数の補助電源を順次切り替えて使用することで、車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を得ている。すなわち、補助電源全体で主電源のバックアップを行うようにしているので、それぞれの補助電源の容量を小さく抑えることができる。したがって、主電源のバックアップ及び補助電源の故障時対応のためのコスト増及びスペース増を最小限に抑えることができる。
【００１２】
前記制御回路が、複数の補助電源を交互に切り替えて使用するように構成されているのが好ましい。複数の補助電源を交互に切り替えて使用することで、各補助電源の充放電回数、ひいては寿命を均一化させることができ、その交換時期を揃えることができるので、メンテナンスが容易となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のステアリング装置の制御装置によれば、最小限のコスト増及びスペース増で、主電源のバックアップ機能を有するとともに補助電源の故障にも対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の制御装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の制御装置２の回路図である。図において、車両のステアリング装置１ｓには、モータ１ｍにより操舵補助力が付与される。より詳細には、ステアリング装置１ｓのステアリングシャフト（図示せず）に取り付けられたトーションバー式等のトルクセンサの出力（操舵トルク）に応じてモータ１ｍが駆動制御され、ステアリングシャフト又はステアリングギヤ（ラックピニオンやラックシャフト等）へのアシストが行われる。モータ１ｍへの給電はモータ駆動回路３により行われる。
【００１５】
主電源４は、車載バッテリ４ｂとオルタネータ４ａとによって構成され、この主電源４をモータ駆動回路３に導く非接地側電路５の途中に、その方向を順方向とするダイオード６が設けられている。このダイオード６のカソードと接地側電路７との間には、平滑用の電解コンデンサ８が設けられている。車載バッテリ４ｂの非接地側電路５と、接地側電路７との間には、電圧検出器３３が接続されている。この電圧検出器３３は、主電源４が現状供給可能な電力を電圧値Ｖとして出力する。
【００１６】
一方、補助電源９は、互いに並列に接続された２つの補助電源９ａ、９ｂからなっており、各補助電源９ａ、９ｂは電気二重層コンデンサ（キャパシタ）で構成されている。補助電源９ａ、９ｂは主電源４に対して直列に接続されている。なお、補助電源としては、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）以外に、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池などの二次電池や、コンデンサを用いることもできる。
【００１７】
補助電源９の給電電路（高電位側電路）１０は、放電制御回路１１を介してモータ駆動回路３に接続されている。放電制御回路１１は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１ａとＰＷＭ方式の電圧源１１ｂとを含んでおり、ゲート電圧をＰＷＭ制御することにより、放電電流を制御することができる。補助電源９の低電位側には、リアクトル１２を介してダイオード１３のアノードが接続され、当該ダイオード１３のカソードは補助電源９の給電電路１０に接続されている。また、ダイオード１３のアノードと接地側電路７との間には、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４が設けられている。保護用のダイオード１４ｄは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４に並列接続又は内蔵されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のゲートは、ゲート駆動回路２０により駆動される。
【００１８】
各補助電源９ａ、９ｂと非接地側電路５との間には、スイッチ手段３０ａ、３０ｂがそれぞれ配設されており、これらのスイッチ手段３０ａ、３０ｂは、後述する制御回路により互いに独立して開閉制御される。スイッチ手段３０ａ、３０ｂは、通常（補助電源非使用時）は、「閉」にされている。
前記給電電路１０には、補助電源９からの放電電流を検出する電流検出器３１が配設されている。また、各補助電源９ａ、９ｂの端子間電圧を検出する電圧検出器３２ａ、３２ｂが配設されている。前記電流検出器３１及び電圧検出器３２ａ、３２ｂからの各信号は制御回路１５に送信される。
【００１９】
前記モータ駆動回路３、放電制御回路１１及びゲート駆動回路２０は、制御回路１５の指令信号を受けて動作する。この制御回路１５には、ドライバーによるステアリングホイールの操舵トルクや、車速の情報が入力されるようになっており、制御回路１５は、これらの情報に応じて適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ１ｍを駆動させる。
【００２０】
前記ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオン状態のときは、オルタネータ４ａからリアクトル１２、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４を通って電流が流れるが、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４がオフに転じると、電流遮断による磁束変化を妨げるように高電圧がリアクトル１２に発生し、これにより、オルタネータ４ａの出力を昇圧した電圧で、補助電源９が充電される。このように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１４のオン・オフを繰り返して、補助電源９を充電することができる。
【００２１】
前記構成において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいときは、制御回路１５は放電制御回路１１をオフ状態にする。したがって、主電源４の電圧は平滑コンデンサ８で平滑された後、モータ駆動回路３に供給され、モータ駆動回路３は、制御回路１５による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。一方、補助電源９の電圧はモータ駆動回路３に供給されない。
【００２２】
また、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源４のみではまかないきれないときは、制御回路１５は放電制御回路１１をオン状態にする。この結果、主電源４と補助電源９とが互いに直列にされた状態でその電圧に基づいて、放電制御回路１１により規定された電流がモータ駆動回路３に供給される。
【００２３】
本実施の形態では、補助電源９として２つの互いに並列に接続された補助電源９ａ、９ｂが用いられている。また、２つの補助電源９ａ、９ｂの蓄電容量の合計は２０００〜３０００ジュール（Ｊ）に設定されている。２つの補助電源９ａ、９ｂの蓄電容量は、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよいが、部品点数を削減するとともに部品の共通化を図ることができることから、同一の蓄電容量であるのが好ましい。
【００２４】
制御回路１５は、電圧検出器３３に接続されており、主電源４の供給可能な電力としての電圧値Ｖを常時検知している。制御回路１５は、この電圧値Ｖに基づいて、主電源４が故障したか否かを判定し、その判定に応じた各回路の制御を行う主電源故障判定部１５ａを機能的に有している。
なお、ここで、「主電源４の故障」とは、例えば、オルタネータ４ａや、バッテリ４ｂが、その機能を損ない、モータ１ｍを駆動するために必要な電力が供給不能となる程度にまで主電源４の電力が低下した状態をいう。
【００２５】
制御回路１５は、電圧検出器３３から出力される電圧値Ｖが所定値より大きいか否かを、主電源故障判定部１５ａに判断させる。
ここで、所定値としては、前記のように、モータ１ｍを駆動することができず、主電源４が故障していると判断することができる程度にまで低下している電圧値Ｖに設定される。すなわち、主電源故障判定部１５ａは、電圧検出器３３の電圧値Ｖが所定値よりも大きいか否かを判断することによって、主電源４が故障したか否かを判定する。
【００２６】
そして、電圧値Ｖが所定値より大きい（主電源４が故障していない）と判断された場合、制御回路１５は、前述した通常制御を行う。
一方、電圧値Ｖが所定値以下である（主電源４が故障している）と判断した場合、制御回路１５は、主電源故障判定部１５ａに放電制御回路１１を常時オン状態となるように制御するとともに、一方の補助電源、例えば補助電源９ｂのスイッチ手段３０ｂを「開」にして、他方の補助電源９ａからモータ１ｍへ電力供給を行わせる。
【００２７】
そして、この他方の補助電源９ａの端子間電圧が閾値以下に低下したことを電圧検出器３２ａにより検出すると、制御回路１５は、前記一方の補助電源９ｂのスイッチ手段３０ｂを「閉」にするとともに、他方の補助電源９ａのスイッチ手段３０ａを「開」して補助電源９ｂからモータ１ｍへ電力供給を行わせる。
【００２８】
この場合、補助電源９ａ及び補助電源９ｂの合計の蓄電容量は、制御回路１５（主電源故障判定部１５ａ）によって主電源４が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力をモータ１ｍに供給することができる値（２０００〜３０００Ｊ）に設定されている。
【００２９】
したがって、主電源４が故障したとしても、補助電源９ａ及び補助電源９ｂに蓄電された各電力がモータ１ｍに供給されることにより、車両を安全な位置に移動させるまでの一定時間の間、継続して操舵補助力を発生させることができる。
【００３０】
ここで、前記構成の電動パワーステアリング装置１において、実際に主電源４が故障したときに、車両を安全な位置まで移動させるのに必要な操舵補助力を発生させるために必要な電力量について、実際に走行中の車両における車載バッテリ４ｂの消費電力を測定した結果に基づいて検討する。
なお、車速が低速の場合、主電源４が故障したとしても、大きな問題とはならないため、ここでは、比較的高速で走行している場合であって、操舵補助力が必要であると考えられる２つのケース、すなわち、急激な操舵をした場合（急激操舵条件）と、ほぼ一定の舵角で継続的に操舵を行った場合（一定操舵条件）と、を想定して検討する。
【００３１】
急激操舵条件としては、車両速度約７０ｋｍ／ｈで直進走行中に、例えば障害物を避けるためにハンドルを急激に操舵し、車両に緊急回避動作させる場合を想定し、この急激操舵条件で走行したときの車載バッテリ４ｂの消費電力を測定した。
また、一定操舵条件としては、車両速度０〜約４０ｋｍ／ｈの間で、いわゆるループ橋を走行する場合（この場合、橋の途中には車両の退避スペースがないと考えられるので、橋を渡りきるまで操舵補助力が必要であるとした）を想定し、このときの車両速度に対応する車載バッテリ４ｂの消費電力を測定した。なお、このループ橋としては、総延長１．１ｋｍ、高さ４５ｍ、直径８０ｍの２重ループ橋を走行して測定した。
また、前記両条件において車載バッテリ４ｂの消費電力を測定する際には、車両に搭載された他の機器類を動作させないようにすることで、電動パワーステアリング装置１による消費電力が、車載バッテリ４ｂの消費電力に対して大きく影響するように設定した。
【００３２】
その結果、急激な操舵条件においては、回避動作を行った約７０ｋｍ／ｈ付近の消費電力は、約５００Ｗであった。安全な場所への車両の移動させるために必要となる緊急回避動作に要する時間を５秒であると仮定すると、緊急回避動作を行うためには、約２５００Ｊ（５００（Ｗ）×５（秒））の電力量が必要となることが判る。
また、一定操舵条件においては、車載バッテリ４ｂの消費電力は、車速が約４０ｋｍ／ｈ付近において、最大約４０Ｗであった。このループ橋を渡り切り、安全な場所に車両を移動させるのに要する時間を６０秒であると仮定すると、約２４００Ｊ（４０（Ｗ）×６０（秒））の電力量が必要となることが判る。
【００３３】
以上より、車種等により異なるが、一般乗用車の場合、通常、２０００〜３０００Ｊの電力量があれば、主電源４が故障したと判定されたときから車両を安全な位置まで移動させるまでに必要な操舵補助力を発生させるための電力をモータ１ｍに供給することができることが明らかとなった。
【００３４】
本実施の形態では、電圧検出器３２ａ、３２ｂにより補助電源９ａ、９ｂそれぞれの端子間電圧を検出しており、この電圧の異常（急激な低下等）により当該補助電源９ａ、９ｂの故障を検出し得るように構成されている。そして、故障検出手段である電圧検出器により故障が検出された補助電源を除く補助電源から電力が供給されるように構成されている。これにより、複数の補助電源の１つが故障をしても、残りの正常な補助電源によってアシストを続けることができ、故障時の出力低下を最低限に抑えることができる。前記故障の検出は、例えば、制御回路１５により前記スイッチ手段３０ａ、３０ｂのうち１つだけを順次「閉」にすることで行うことができる。
なお、補助電源の数は、２つに限定されるものではなく、各補助電源の容量や必要とされる補助電源容量に応じて適宜選定することができ、３つ以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の制御装置の一実施の形態の回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      電動パワーステアリング装置
１ｓ    ステアリング装置
１ｍ    モータ
２      制御装置
３      モータ駆動回路
４      主電源
４ａ    オルタネータ
４ｂ    車載バッテリ
９      補助電源
１５      制御回路
３０      スイッチ手段
３１      電流検出器
３２      電圧検出器
３３      電圧検出器
【図１】
2009120097.tif 000003