JP4593391B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用操舵装置に関するものである。

車両においては、負荷に対して複数の電源（メイン電源とサブ電源）を並列接続して電源の冗長化を図ったシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２６２０７号公報

ところで、通常はメイン電源から電力供給を行い、必要に応じてサブ電源をメイン電源のバックアップに用いるようにシステムを組む場合がある。また、一般に、電源と負荷の間には継電手段を設置するが、この継電手段を作動させるにも電力が必要である。
ここで、サブ電源と負荷との間の継電手段で消費される電力をサブ電源で賄うと、サブ電源から負荷に供給可能な電力が、継電手段の消費電力分だけ少なくなるという課題がある。
そこで、この発明は、サブ電源の消費を低減することができる車両用電源装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、転舵輪を転舵させる力を発生するメイン転舵モータ（例えば、後述する実施例におけるメイン転舵モータ９）と該メイン転舵モータに電力を供給可能なメイン電源（例えば、後述する実施例におけるメイン電源２０）とを有するメインシステム（例えば、後述する実施例におけるメインシステム３１）と、前記メイン転舵モータのバックアップを行うサブ転舵モータ（例えば、後述する実施例におけるサブ転舵モータ１４）と該サブ転舵モータに電力を供給可能なサブ電源（例えば、後述する実施例におけるバックアップバッテリー１１）とが継電手段（例えば、後述する実施例における第２電磁リレー１２）を介して接続されたサブシステム（例えば、後述する実施例におけるサブシステム３２）と、を備え、前記継電手段は、前記メイン電源と前記サブ電源からの電力供給により作動可能で、且つ、前記サブ電源よりも前記メイン電源からの電力供給が優先されるように構成されていることを特徴とする車両用操舵装置である。
このように構成することにより、継電手段にはサブ電源よりもメイン電源からの電力供給が優先されるので、サブ電源の消費を抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記メイン電源は、ダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該ダイオードのアノード側を前記メイン電源に接続され、カソード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、且つ、前記サブ電源は、ツェナーダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該ツェナーダイオードのアノード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続され、カソード側を前記サブ電源に接続されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記メイン電源は、第１ダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該第１ダイオードのアノード側を前記メイン電源に接続され、カソード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、且つ、前記サブ電源は、複数のダイオードからなる第２ダイオード群を介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、前記第２ダイオード群の極性は、総て同一方向に並んでおり、前記第１ダイオードに比べ、前記第２ダイオード群の方が、スレッシュホールド電圧が高く、前記第２ダイオード群のアノード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続され、カソード側を前記サブ電源に接続されていることを特徴とする。

請求項１から請求項３に係る発明によれば、サブ電源の消費を抑制することができる。

この発明に係る車両用操舵装置の実施例１を図１および図２の図面を参照して説明する。
この実施例１における車両用操舵装置は、運転者が操作を行う操作部（例えば、ハンドル）と転舵輪を転舵させる転舵部とが機械的に連結されていない所謂ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置（以下、ＳＢＷと略す）である。
実施例１のＳＢＷは、転舵輪を転舵させる力を発生する２つの転舵モータ（後述するメイン転舵モータ９とサブ転舵モータ１４）が共通のラックに連係していて、メイン転舵モータ９またはサブ転舵モータ１４で前記ラックを軸方向に移動させることにより転舵輪を転舵するように構成されている。

図１は実施例１における車両の電源系のブロック図である。この図１に示すように、エンジンにより駆動されるオルタネータ２およびレクチファイア（整流器）３からなる１４Ｖの発電機１が、１２Ｖの鉛バッテリーからなるメインバッテリー４とセルモータ５に接続されており、図示しないスタートスイッチをＯＮすることによりメインバッテリー４からセルモータ５に電力を供給してエンジン（図示略）をクランキングすることができ、また、オルタネータ２で発生させた交流をレクチファイア３で直流に整流してメインバッテリー４に充電することができる。なお、この実施例１において、発電機１とメインバッテリー４はメイン電源２０を構成する。
また、発電機１とメインバッテリー４は、イグニッションスイッチ６を介して操舵系の電子ユニット、燃料噴射点火（ＦＩ／ＩＧ）系の電子ユニット５１、その他（ワイパー、ヘッドライト等）の電子ユニット５２に接続され、それぞれに電力を供給可能にしている。

以下、ＳＢＷの電源回路について詳述する。発電機１とメインバッテリー４は、イグニッションスイッチ６、第１電磁リレー７、ＳＢＷメインＥＣＵ８を介してＳＢＷのメイン転舵モータ９に接続されており、これらは車両用操舵装置におけるメインシステム３１を構成している。
また、発電機１とメインバッテリー４は、前記イグニッションスイッチ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してリチウムイオンバッテリーからなる１２Ｖのバックアップバッテリー（サブ電源）１１に接続され、バックアップバッテリー１１は、第２電磁リレー（継電手段）１２、ＳＢＷサブＥＣＵ１３を介してＳＢＷのサブ転舵モータ１４に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、バックアップバッテリー１１、第２電磁リレー１２、ＳＢＷサブＥＣＵ１３、サブ転舵モータ１４は、車両用操舵装置におけるサブシステム３２を構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の作動により、発電機１またはメインバッテリー４からバックアップバッテリー１１に充電することができる。但し、この車両用操舵装置では、メインバッテリー４とバックアップバッテリー１１がいずれも１２Ｖであるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は通常、１次側電圧と２次側電圧が共に１２Ｖで同一に設定される。
このようにバックアップバッテリー１１への充電をＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して行うので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の作動／停止を制御することによりバックアップバッテリー１１の充電／充電停止を制御することができ、過電流や逆流を防止することもできる。また、メイン電源２０の電圧が低いときにも、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０で昇圧してバックアップバッテリー１１を１２Ｖで充電することが可能になる。

イグニッションスイッチ６と第１電磁リレー７とを接続するメイン電力供給線３３と、バックアップバッテリー１１と第２電磁リレー１２とを接続するサブ電力供給線３４は、ダイオード２１とツェナーダイオード２２を備えるバイパス電力供給線３５によって接続されている。ダイオード２１とツェナーダイオード２２は、いずれもメイン電力供給線３３側からサブ電力供給線３４側に向かう方向を順方向として、直列に接続されている。

ダイオード２１よりもメイン電力供給線３３側のバイパス電力供給線３５は第１電磁リレー７の励磁コイル（図示略）に接続されている。第１電磁リレー７の前記励磁コイルの通電・遮断はバッテリーＥＣＵ３０によって制御され、励磁コイルに通電すると第１電磁リレー７はＯＮとなってメイン電源２０（発電機１あるいはメインバッテリー４）からＳＢＷメインＥＣＵ８に電力が供給され、励磁コイルの通電を遮断すると第１電磁リレー７はＯＦＦとなってＳＢＷメインＥＣＵ８への電力供給が停止される。なお、ダイオード２１が存在することによって、第１電磁リレー７の前記励磁コイルにはメイン電源２０からのみ電力を供給可能であり、バックアップバッテリー１１から電力を供給することはできない。

ダイオード２１とツェナーダイオード２２の間におけるバイパス電力供給線３５は第２電磁リレー１２の励磁コイル（図示略）に接続されており、第２電磁リレー１２の前記励磁コイルには、メイン電力供給線３３とサブ電力供給線３４の電圧状態に応じて、メイン電源２０あるいはバックアップバッテリー１１から電力が供給される。第２電磁リレー１２の前記励磁コイルの通電・遮断はバッテリーＥＣＵ３０によって制御され、励磁コイルに通電すると第２電磁リレー１２はＯＮとなってメイン電源２０またはバックアップバッテリー１１からＳＢＷサブＥＣＵ１３に電力が供給され、励磁コイルの通電を遮断すると第２電磁リレー１２はＯＦＦとなってＳＢＷサブＥＣＵ１３への電力供給が停止される。

第２電磁リレー１２の前記励磁コイルへの電力供給について詳述する。ツェナーダイオード２２に順方向電圧が加わっている場合、あるいは、ツェナーダイオード２２に逆方向電圧が加わってはいるがツェナー電圧よりも小さい場合（以下、これらの場合をまとめて「メイン電源２０の電圧値がほぼ正常な場合」と称す）には、ツェナーダイオード２２には逆方向電流が流れない。したがって、このときには第２電磁リレー１２の励磁コイルにはメイン電源２０から電力が供給される。そして、この状態で第２電磁リレー１２がＯＮにされたときにはメイン電源２０またはバックアップバッテリー１１からＳＢＷサブＥＣＵ１３に電力が供給される。
これに対して、ツェナーダイオード２２にツェナー電圧以上の逆方向電圧が加わった場合には、ツェナーダイオード２２に逆方向電流が流れるようになる。したがって、このときには第２電磁リレー１２の励磁コイルにはバックアップバッテリー１１から電力が供給される。そして、この状態で第２電磁リレー１２がＯＮにされたときにはバックアップバッテリー１１からＳＢＷサブＥＣＵ１３に電力が供給される。

バッテリーＥＣＵ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の作動／停止を制御するとともに、前述したように第１，第２電磁リレー７，１２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。なお、バッテリーＥＣＵ３０は発電機１とメインバッテリー４とバックアップバッテリー１１に並列接続されており、これらいずれの電源からもバッテリーＥＣＵ３０を動作するために必要な電力を供給可能にしている。
バッテリーＥＣＵ３０とＳＢＷメインＥＣＵ８とＳＢＷサブＥＣＵ１３は、相互に必要なデータを通信可能に接続されていて、協調制御が可能になっている。

このように構成された実施例１のＳＢＷでは、通常は、第１電磁リレー７がＯＮ、第２電磁リレー１２がＯＦＦに制御され、メインシステム３１を作動させてメイン転舵モータ９だけで転舵し、バックアップシステム３２のサブ転舵モータ１４は作動させない。このとき、ＳＢＷメインＥＣＵ８は、発電機１またはメインバッテリー４から電力を供給され、運転者によってハンドル（図示略）に加えられる操舵入力に応じてメイン転舵モータ９に流す電流を制御する。

そして、メイン転舵モータ９だけでは出力が不足する高負荷時や、メイン電源２０の電圧が低くなってメイン転舵モータ９だけでは出力が不足するときに、第２電磁リレー１２をＯＮに制御し、前記出力不足分を補うためサブ転舵モータ１４をメインモータ９とともに作動して転舵する。操舵における高負荷時とは、例えば、据え切りや速い操舵などが該当する。
このとき、ＳＢＷメインＥＣＵ８とＳＢＷサブＥＣＵ１３は、運転者によってハンドルに加えられる操舵入力に応じてメイン転舵モータ９とサブ転舵モータ１４に対する目標電流を設定し、この目標電流に基づいてＳＢＷメインＥＣＵ８はメイン転舵モータ９に流す電流を制御し、ＳＢＷサブＥＣＵ１３はサブ転舵モータ１４に流す電流を制御する。

このように構成された実施例１のＳＢＷでは、前述したように、メイン電源２０の電圧値がほぼ正常な場合には、メイン電源２０から第２電磁リレー１２に電力供給が可能になり、第２電磁リレー１２をＯＮ作動することが可能になる。つまり、このときには第２電磁リレー１２を作動させるためにバックアップバッテリー１１が消費されることはない。換言すると、第２電磁リレー１２への電力供給はバックアップバッテリー１１よりもメイン電源２０からの電力供給が優先される。その結果、バックアップバッテリー１１の消費を抑制することができ、バックアップバッテリー１１に蓄えられている電気を、真の負荷であるサブ転舵モータ１４を作動するために有効に利用することができる。

なお、図２に示すように、サブ電力供給線３４側からメイン電力供給線３３側に向かう方向を順方向とするダイオードを多数直列に接続してダイオード群２３を構成すると、ダイオード群２３の順方向のスレッシュホールド電圧を大きくすることができるので、このダイオード群２３をツェナーダイオード２２の代わりに用いても前述と同様の作用・効果を得ることができる。
また、メインシステム３１の異常など所定の条件が満たされたときに、第１電磁リレー７をＯＦＦ、第２電磁リレー１２をＯＮにして、サブ転舵モータ１４だけにより転舵を可能にしてもよい。

次に、この発明に係る車両用操舵装置に関連する技術の参考例を図３の図面を参照して説明する。
参考例の車両用操舵装置が実施例１のものと相違する点は、ＳＢＷの電源回路にあり、それ以外の構成については実施例１と同じである。以下、参考例におけるＳＢＷの電源回路を図３に示す電源系のブロック図を参照して説明する。なお、実施例１と同一態様部分には同一符号を付して説明する。
発電機１とメインバッテリー４は、イグニッションスイッチ６、第１電磁リレー７、ＳＢＷメインＥＣＵ８を介してＳＢＷのメイン転舵モータ９に接続されており、これらは車両用操舵装置におけるメインシステム３１を構成している。なお、図３では省略するが、第１電磁リレー７の励磁コイルへの電力供給はメイン電力供給線３３から供給される。
参考例においても、第１電磁リレー７の前記励磁コイルの通電・遮断はバッテリーＥＣＵ３０によって制御され、励磁コイルに通電すると第１電磁リレー７はＯＮとなってメイン電源２０（発電機１あるいはメインバッテリー４）からＳＢＷメインＥＣＵ８に電力が供給され、励磁コイルの通電を遮断すると第１電磁リレー７はＯＦＦとなってＳＢＷメインＥＣＵ８への電力供給が停止される。

また、発電機１とメインバッテリー４は、前記イグニッションスイッチ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介してリチウムイオンバッテリーからなる１２Ｖのバックアップバッテリー（サブ電源）１１に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の作動により、発電機１またはメインバッテリー４からバックアップバッテリー１１に充電することができるように構成されている。これらの構成については実施例１と同じである。

しかしながら、参考例のＳＢＷの電源回路では、バックアップバッテリー１１は、半導体リレー（継電手段）１５、ＳＢＷサブＥＣＵ１３を介してＳＢＷのサブ転舵モータ１４に接続されている。つまり、参考例では、バックアップバッテリー１１とＳＢＷサブＥＣＵ１３との間に設置される継電手段として、電磁リレーではなく半導体リレー１５が用いられている。
参考例において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、バックアップバッテリー１１、半導体リレー１５、ＳＢＷサブＥＣＵ１３、サブ転舵モータ１４は、車両用操舵装置におけるサブシステム３２を構成している。
半導体リレー１５のＯＮ／ＯＦＦはバッテリーＥＣＵ３０によって制御され、半導体リレー１５をＯＮにするとバックアップバッテリー１１からＳＢＷサブＥＣＵ１３に電力が供給され、ＯＦＦにするとＳＢＷサブＥＣＵ１３への電力供給が停止される。
また、参考例では、メイン電力供給線３３とサブ電力供給線３４は接続されておらず、実施例１におけるバイパス電力供給線３５、ダイオード２１、ツェナーダイオード２２がない。

このように構成された参考例のＳＢＷでは、通常は、第１電磁リレー７がＯＮ、半導体リレー１５がＯＦＦに制御され、メインシステム３１を作動させてメイン転舵モータ９だけで転舵し、バックアップシステム３２のサブ転舵モータ１４は作動させない。このとき、ＳＢＷメインＥＣＵ８は、発電機１またはメインバッテリー４から電力を供給され、運転者によってハンドル（図示略）に加えられる操舵入力に応じてメイン転舵モータ９に流す電流を制御する。

そして、メイン転舵モータ９だけでは出力が不足する高負荷時や、メイン電源２０の電圧が低くなってメイン転舵モータ９だけでは出力が不足するときに、半導体リレー１５をＯＮに制御し、前記出力不足分を補うためサブ転舵モータ１４をメインモータ９とともに作動して転舵する。操舵における高負荷時とは、例えば、据え切りや速い操舵などが該当する。
このとき、ＳＢＷメインＥＣＵ８とＳＢＷサブＥＣＵ１３は、運転者によってハンドルに加えられる操舵入力に応じてメイン転舵モータ９とサブ転舵モータ１４に対する目標電流を設定し、この目標電流に基づいてＳＢＷメインＥＣＵ８はメイン転舵モータ９に流す電流を制御し、ＳＢＷサブＥＣＵ１３はサブ転舵モータ１４に流す電流を制御する。

この参考例では、サブシステム３２の継電手段に半導体リレー１５を用いているが、電磁リレーに比較して半導体リレー１５の消費電力は極めて小さい。例えば、電磁リレーをＯＮ作動させるためには数百ミリアンペアの電流が必要なのに対して、半導体リレー１５をＯＮ作動させるためには数ミリアンペアの電流で済む。したがって、この半導体リレー１５をＯＮ作動させるための電力をバックアップバッテリー１１から供給するようにした場合にも、バックアップバッテリー１１の消費を抑制することができる。その結果、バックアップバッテリー１１に蓄えられている電気を、真の負荷であるサブ転舵モータ１４を作動するために有効に利用することができる。
この参考例においても、メインシステム３１の異常など所定の条件が満たされたときに、第１電磁リレー７をＯＦＦ、第２電磁リレー１２をＯＮにして、サブ転舵モータ１４だけにより転舵を可能にしてもよい。

この発明に係る車両用操舵装置の実施例１における電源系のブロック図である。 実施例１の変形例を示す電源系のブロック図である。 この発明に係る車両用操舵装置に関連する技術の参考例における電源系のブロック図である。

符号の説明

９ メイン転舵モータ
１１ バックアップバッテリー（サブ電源）
１２ 第２電磁リレー（継電手段）
１４ サブ転舵モータ
１５ 半導体リレー（継電手段）
２０ メイン電源
３１ メインシステム
３２ サブシステム

Claims (3)

1. 転舵輪を転舵させる力を発生するメイン転舵モータと該メイン転舵モータに電力を供給可能なメイン電源とを有するメインシステムと、
   前記メイン転舵モータのバックアップを行うサブ転舵モータと該サブ転舵モータに電力を供給可能なサブ電源とが継電手段を介して接続されたサブシステムと、
   を備え、前記継電手段は、前記メイン電源と前記サブ電源からの電力供給により作動可能で、且つ、前記サブ電源よりも前記メイン電源からの電力供給が優先されるように構成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記メイン電源は、ダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該ダイオードのアノード側を前記メイン電源に接続され、カソード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、且つ、前記サブ電源は、ツェナーダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該ツェナーダイオードのアノード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続され、カソード側を前記サブ電源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記メイン電源は、第１ダイオードを介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、該第１ダイオードのアノード側を前記メイン電源に接続され、カソード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、且つ、前記サブ電源は、複数のダイオードからなる第２ダイオード群を介して前記継電手段の駆動電源消費部に接続されており、前記第２ダイオード群の極性は、総て同一方向に並んでおり、前記第１ダイオードに比べ、前記第２ダイオード群の方が、スレッシュホールド電圧が高く、前記第２ダイオード群のアノード側を前記継電手段の駆動電源消費部に接続され、カソード側を前記サブ電源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。

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