JP5233377B2

JP5233377B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5233377B2
Application number: JP2008101361A
Authority: JP
Inventors: 圭亮泉谷; 一恭吉田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: US20110035107A1; EP2261100A1; WO2009125714A1; EP2261100A4; EP2261100B1; JP2009248850A; US8660751B2

Description

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、イグニッションキーのオフ操作をした後の動作に関する。

一般に、電動パワーステアリング装置はイグニッションキーがオンの位置にあってエンジンが回転しているとき使用可能である。従って、イグニッションキーをオフ操作してエンジンを停止させると、モータによる操舵力のアシストはできなくなる。具体的には、モータに電力を供給する主回路にモータリレーの接点が介挿されており（例えば、特許文献１参照。）、イグニッションキーのオフ操作によって、このモータリレーの接点が開くように制御される。

特開２００６−７８６０（図２）

しかしながら、例えば、運転者が車を車庫入れしてエンジンを停止させたものの、前輪の停止位置が気に入らない、という場合がある。このような場合、電動パワーステアリング装置のアシストによって前輪の位置を変更するには、一旦停止させたエンジンを始動しなければならず、面倒である。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、エンジン停止後にもアシストが可能な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。

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であって、前記モータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータに電力を供給することが可能なバッテリと、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、前記補助電源を充電する回路並びに前記バッテリ及び補助電源を放電させる回路を構成する他、前記補助電源についてその充電を回避しつつ放電のみを可能とする放電優先回路を構成し得る充放電回路と、前記充放電回路を制御するとともに、必要な操舵補助力に応じて前記モータ駆動回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、イグニッションキーのオフ操作から所定時間が経過するまで制御を継続するパワーラッチを実行し、かつ、前記充放電回路に前記放電優先回路を構成させることにより前記補助電源の放電を伴う操舵補助を可能とすることを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、イグニッションキーのオフ操作から所定時間が経過するまで制御回路は制御を継続し、かつ、補助電源の放電を伴う操舵補助が可能である。

また、上記電動パワーステアリング装置において、パワーラッチは、バッテリに直列に補助電源を接続した電源により実行されるよう構成してもよい。
この場合、補助電源に残っている電力をパワーラッチのために有効利用することができるので、その分、バッテリの電力消費を抑制することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置は、モータの温度情報を取得する手段を備え、制御回路は、所定時間の経過後にパワーラッチを終了させ、その時点での温度情報を記憶するものであってもよい。
この場合、制御回路は、記憶した温度情報に基づいて、次に電動パワーステアリング装置を動作させるときの温度条件の設定を適切に行うことができる。

また、上記電動パワーステアリング装置は、電気二重層コンデンサからなる補助電源を全放電させる全放電回路を備え、制御回路は、パワーラッチの終了後、補助電源を全放電回路により全放電させるようにしてもよい。
この場合、充電された状態での時間よりも全放電した状態での時間が長いほど寿命が長いという性質を有する電気二重層コンデンサからなる補助電源が、全放電した状態で次の使用機会まで待機することになるので、補助電源の寿命が延びる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、イグニッションキーのオフ操作から所定時間が経過するまで制御回路は制御を継続し、かつ、補助電源の放電を伴う操舵補助が可能であるため、この間に、ステアリングホイールの操舵が行われれば、補助電源に残っている電力を有効活用して、モータによる操舵補助を行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の、電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。図において、ステアリング装置２は、ステアリングホイール（ハンドル）３に付与される運転者の操舵トルクと、モータ４が発生する操舵補助力とによって駆動される。モータ４は、３相ブラシレスモータであり、モータ駆動回路５により駆動される。モータ駆動回路５には、バッテリ６のみから、又は、バッテリ６に直列に補助電源７を接続した電源から、電圧が付与される。補助電源７は、電気二重層コンデンサで構成されている。モータ４の制御機能を搭載したユニットであるＥＣＵ１ｅは、モータ４に近接して設けられている。

バッテリ６の電圧は、電源リレー８の接点８ａ及びＭＯＳ−ＦＥＴ９が介挿された電路Ｌ１を経て、モータ駆動回路５及びモータ４に導かれる。このＭＯＳ−ＦＥＴ９はＮチャネルであり、ソースがバッテリ６側、ドレインがモータ駆動回路５側になるように、接続されている。また、寄生ダイオード９ｄは、バッテリ６からモータ４に電力を供給するときに電流が流れる方向が順方向となるように構成されている。

補助電源７は、電路Ｌ１と、他の電路Ｌ２との間に設けられている。補助電源７の高電位側の電路Ｌ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０を介してモータ駆動回路５に接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１０はＮチャネルであり、ソースがモータ駆動回路５側、ドレインが補助電源７側になるように、接続されている。また、寄生ダイオード１０ｄは、補助電源７からモータ４に電力を供給するときに電流が流れる方向とは逆向きになっている。
上記２つのＭＯＳ−ＦＥＴ９及び１０は、ゲート駆動回路（ＦＥＴドライバ）１１により、交互にオン状態となるように駆動される。このゲート駆動回路１１や前述のモータ駆動回路５は、ＣＰＵ、メモリ、インターフェース等を含む制御回路２０によって制御される。

一方、電路Ｌ１と電路Ｌ２との間には充電回路１２が設けられている。充電回路１２は、バッテリ６の電圧を昇圧した電圧を補助電源７の端子間に印加するものであり、充電の時期は制御回路２０によって制御される。２つのＭＯＳ−ＦＥＴ９及び１０や充電回路１２を含む充放電回路２５は、補助電源７を充電する回路（充電回路１２）並びにバッテリ６及び補助電源７を放電させる回路を構成する他、充電回路１２を使用しないときには補助電源７についてその充電を回避しつつ放電のみを可能とする放電優先回路を構成することもできる。

補助電源７に並列に接続された電圧検出器１３は、補助電源７の端子間電圧（Ｖ_C）を検出してその検出信号を制御回路２０に送る。
また、補助電源７と並列に全放電回路１４が接続されている。全放電回路１４は、放電用抵抗とスイッチ（図示せず。）とを直列接続して成るものであり、当該スイッチの開閉制御が制御回路２０によって行われる。

モータ駆動回路５にモータ４を接続する３相の電路のうちの２相の電路には、モータリレー１５の接点１５ａが介挿されている。このモータリレー１５及び前述の電源リレー８は、制御回路２０の制御により開閉される。
また、制御回路２０には、ステアリングホイール３に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサ１６の出力信号、モータ４の近傍に設けられた温度センサ１７の出力信号、車速を検出する車速センサ１８の出力信号、エンジン回転数を検出する回転数センサ１９の出力信号、及び、イグニッションキー２３からのキー操作信号が、それぞれ入力される。上記温度センサ１７は、モータ４（特に巻線）の温度情報を取得する手段として設けられている。

バッテリ６は、システム電源部２１を介して、制御回路２０の制御電源電圧（Ｖｃｃ）その他のＥＣＵ１ｅ内の制御電源電圧（以下、単に制御回路２０の制御電源電圧という。）を提供する。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０の下流側（ソース）からダイオード２２を介して供給される電圧が、制御回路２０の制御電源電圧となるように回路が構成されている。なお、制御回路２０は例えば、内部に電圧のリミッタ機能を備えており、比較的広範な電圧レベルを受け付けることができる。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置１は、イグニッションキー２３のオン操作及びエンジン回転数の立ち上がりによって動作を開始し、電源リレー８及びモータリレー１５が共に、制御回路２０からの指令信号により、オン（接点閉）の状態となる。制御回路２０は、操舵トルク及び車速に基づいて、必要とされる操舵補助力を得るための所要電力を推定し、これを基準値と比較する。所要電力が基準値以下であるときは、制御回路２０の指令信号により、ＭＯＳ−ＦＥＴ９がオン状態、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０がオフ状態となり、バッテリ６の電圧がモータ駆動回路５に導かれる。

また、制御回路２０は、トルクセンサ１６から送られてくる操舵トルク信号及び車速センサ１８から送られてくる車速信号に基づいて、適切な操舵補助力を発生させるべくモータ駆動回路５を動作させ、モータ４を駆動させる。
また、補助電源７は、充電回路１２によって充電されている。この充電は、例えば、トルクセンサ１６が操舵トルクを検出していないときに行われる。

一方、所要電力が基準値を超えるとき、すなわち、バッテリ６のみでは所要電力をまかないきれないときは、制御回路２０はＭＯＳ−ＦＥＴ９をオフ状態とし、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０をオン状態とする。この結果、バッテリ６と補助電源７とが互いに直列に接続された状態で、その出力電圧がモータ駆動回路５に供給される。これにより、バッテリ６のみの出力可能電力を超える大電力を、モータ駆動回路５及びモータ４に供給することができる。なお、このとき、ＭＯＳ−ＦＥＴ９の寄生ダイオード９ｄのカソードはアノードより高電位、すなわち、逆電圧であることにより、補助電源７からの電流が電路Ｌ１に流入することは、阻止される。

次に、車両を停止させ、エンジンを停止させた後のパワーラッチ動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２の処理は、イグニッションキー２３をオンからオフ操作することにより、制御回路２０において実行される。なお、図２の処理中に、制御回路２２は充電回路１２を動作させない。すなわち、補助電源７の充電は回避される。

まず、ステップＳ１において、制御回路２０は、ＭＯＳ−ＦＥＴ９をオフ、ＭＯＳ−ＦＥＴ１０をオンの状態とすることで、バッテリ６に補助電源７を直列に接続して電力を供給し得る状態とする。従って、この状態で、運転者がステアリングホイール３を操舵すれば、その操舵トルクに基づいてエンジン回転中と同様にアシスト（操舵補助）が行われる。車両は停止しているので据え切りの状態となるが、バッテリ６に補助電源７を直列に接続した高電圧により大電力の供給が可能となる。なお、この高電圧は、制御回路２０の制御電源電圧にもなる。

次に、制御回路２０は、補助電源７が全放電したか否かを、補助電源７の端子間電圧に基づいて判断する（ステップＳ２）。ここで、全放電している場合には、制御回路２０はアシストを停止し（ステップＳ３）、モータリレー１５をオフにする(ステップＳ４)。そして、制御回路２０には、バッテリ６のみからシステム電源部２１を介して制御電源電圧が供給される（ステップＳ５）。続いて制御回路２０は、開始から所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ６）、経過していない場合にはステップＳ２に戻り、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返して所定時間が経過するのを待つ。一方、ステップＳ２において補助電源７が全放電していない場合には、ステップＳ６，Ｓ２が繰り返され、ステップＳ６で所定時間が経過するのを待つ。

上記のようなステップＳ２〜Ｓ６の処理によれば、アシストにより補助電源７が早々に全放電した場合には、開始から所定時間が経過するまでバッテリ６により制御電源電圧が供給され、逆に、アシストをしない場合や、アシストしても電力消費が少ないことにより補助電源７が全放電しないときは、制御電源電圧の供給に補助電源７も使用しながら、所定時間が経過するのを待つことになる。

次に、所定時間が経過すると、制御回路２０は、ステップＳ７でモータリレー１５をオフの状態とし（既にオフになっている場合もある。）、温度情報を、制御回路２０に内蔵するメモリに書き込む（ステップＳ８）。その後、制御回路２０は、補助電源７が全放電したか否かを判断し（ステップＳ９）、全放電している場合は電源リレー８をオフにする(ステップＳ１１)。また、全放電していない場合は、全放電回路１４により強制放電させ(ステップＳ１０)、その後、電源リレーをオフにする（ステップＳ１１）。

以上のように、第１実施形態の電動パワーステアリング装置１では、イグニッションキー２３のオフ操作から所定時間が経過するまで制御回路２０は制御を継続するパワーラッチを実行し、かつ、補助電源７の放電を伴う操舵補助が可能であるため、この間に、ステアリングホイール３の操舵が行われれば、補助電源７に残っている電力を有効活用して、モータ４による操舵補助を行うことができる。
また、バッテリ６に直列に補助電源７を接続した電源（直列電源）の電圧を、アシスト用以外に、制御電源電圧として使用することにより、補助電源７に残っている電力をパワーラッチのために有効利用することができる。従って、その分、バッテリ６の電力消費を抑制することができる。

また、制御回路２０は、所定時間の経過後にパワーラッチを終了させ、その時点での温度情報を記憶することにより、記憶した温度情報に基づいて、次に電動パワーステアリング装置を動作させるときの温度条件の設定を適切に行うことができる。
また、所定時間が経過し、温度情報の書き込みを終えた後、電気二重層コンデンサからなる補助電源７を、全放電回路１４により全放電させることで、充電された状態での時間よりも全放電した状態での時間が長いほど寿命が長いという性質を有する電気二重層コンデンサからなる補助電源７が、全放電した状態で次の使用機会まで待機することになる。従って、補助電源７の寿命が延びる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の、電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。第１実施形態との違いは、ＥＣＵ１ｅ内の回路構成にある。すなわち、当該第２実施形態では、補助電源７は、バッテリ６に直列に接続されるのではなく、バックアップ電源として控えており、バッテリ６の故障時にその電力を放出するものである。バッテリ６の＋側電路は、電源リレー８及びダイオード２４を介して補助電源７と接続されており、補助電源７はバッテリ６によって充電される。

電源リレー８の接点８ａ及びダイオード２４を介して２つの電源（バッテリ６，補助電源７）からモータ駆動回路５に至る充放電回路２５は、電源リレー８の接点８ａが閉じているときは、バッテリ６に並列に補助電源７を接続して、補助電源７を充電する回路並びにバッテリ６及び補助電源７を放電させる回路を構成し、また、接点８ａが開いているときは、補助電源７についてその充電を回避しつつ放電のみを可能とする放電優先回路を構成し得るものとなっている。
バッテリ６の故障時（例えば失陥時）には、補助電源７からモータ駆動回路５及びモータ４に電力が供給される。また、補助電源７の＋側電路は、ダイオード２２を介して制御回路２０に接続されており、補助電源７から制御回路２０の制御電源電圧を供給することができる。

次に、車両を停止させ、エンジンを停止させた後の、第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置１のパワーラッチ動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４の処理は、イグニッションキー２３をオンからオフ操作することにより、制御回路２０において実行される。まず、ステップＳ１において、制御回路２０は、電源リレー８をオフにして、補助電源７からモータ４に電力を供給し得る状態とする。従って、この状態で、運転者がステアリングホイール３を操舵すれば、その操舵トルクに基づいてエンジン回転中と同様にアシスト（操舵補助）が行われる。なお、補助電源７のみからの供給であるため、第１実施形態のような大電力を供給することはできないが、相応の操舵補助力を発生させることは可能である。

次に、制御回路２０は、補助電源７が全放電したか否かを、補助電源７の端子間電圧に基づいて判断する（ステップＳ２）。ここで、制御回路２０は、全放電している場合にはアシストを停止する（ステップＳ３）。アシストを停止した場合、及び、全放電していない場合には、制御回路２０は、開始から所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ６）、経過していない場合にはステップＳ２、Ｓ６を繰り返して所定時間が経過するのを待つ。そして、所定時間が経過した場合は、制御回路２０は、モータリレー１５をオフにする（ステップＳ７）。なお、アシストが行われなかった場合でも、補助電源７の電力は、制御回路２０の制御電源電圧を提供することに寄与する。

モータリレー１５をオフの状態とした後、制御回路２０は、温度情報を、内蔵するメモリに書き込む（ステップＳ８）。その後、補助電源７が全放電したか否かを判断し（ステップＳ９）、全放電している場合は終了となり、また、全放電していない場合は、全放電回路１４により強制放電させた(ステップＳ１０)後、終了となる。

以上のように、第２実施形態の電動パワーステアリング装置１では、イグニッションキー２３のオフ操作から所定時間が経過するまで制御回路２０は制御を継続するパワーラッチを実行し、かつ、補助電源７の放電を伴う操舵補助が可能であるため、この間に、ステアリングホイール３の操舵が行われれば、補助電源７に残っている電力を有効活用して、モータ４による操舵補助を行うことができる。
また、補助電源７の電圧を、アシスト用以外に、制御電源電圧として使用することにより、補助電源７に残っている電力をパワーラッチのために有効利用することができる。従って、その分、バッテリ６の電力消費を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の、電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。車両を停止させ、エンジンを停止させた後の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置のパワーラッチ動作を含むフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の、電気回路を主体とした概略構成を示す回路図である。車両を停止させ、エンジンを停止させた後の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置のパワーラッチ動作を含むフローチャートである。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
４モータ
５モータ駆動回路
６バッテリ
７補助電源
１４全放電回路
１７温度センサ
２０制御回路
２５充放電回路

Claims

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、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータに電力を供給することが可能なバッテリと、
前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
前記補助電源を充電する回路並びに前記バッテリ及び補助電源を放電させる回路を構成する他、前記補助電源についてその充電を回避しつつ放電のみを可能とする放電優先回路を構成し得る充放電回路と、
前記充放電回路を制御するとともに、必要な操舵補助力に応じて前記モータ駆動回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、イグニッションキーのオフ操作から所定時間が経過するまで制御を継続するパワーラッチを実行し、かつ、前記充放電回路に前記放電優先回路を構成させることにより前記補助電源の放電を伴う操舵補助を可能とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記パワーラッチは、前記バッテリに直列に前記補助電源を接続した電源により実行される請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータの温度情報を取得する手段を備え、
前記制御回路は、前記所定時間の経過後に前記パワーラッチを終了させ、その時点での前記温度情報を記憶する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
電気二重層コンデンサからなる前記補助電源を全放電させる全放電回路を備え、
前記制御回路は、前記パワーラッチの終了後、前記補助電源を前記全放電回路により全放電させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。