JP4146408B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステアリング制御装置、特に電動パワーステアリング装置や自動操舵装置など、車両用のステアリング制御装置に関するものである。

従来、大電力の車載機器の効率を高めるために、電源電圧を高くすることが一般的に行われている。例えば、乗用車の電源（バッテリ）は通常１２Ｖのものが使用されるが、大電力が必要なトラックなどの商用車の電源は２４Ｖが一般的である。また近年、車載機器の増加に伴い乗用車でも電源電圧の４２Ｖ化が検討されている。さらに、電気自動車では２００Ｖや３００Ｖなど、さらに高電圧の電源が搭載されている。ところが、各種車載機器を制御する制御装置を構成するマイクロコントローラや演算増幅器などは、３．３Ｖ、５Ｖ、８Ｖなどの低電圧で動作するものが一般的である。このような制御装置に高電源電圧を供給すると電源回路の電圧降下が大きくなり、損失が増大することとなる。

このような高電圧系の車両に搭載されるステアリング制御装置として、従来、例えば特許文献１（特開２００２−１６６８３７号公報）に示されるような電動パワーステアリング装置が知られている。このような電動パワーステアリング装置では、図３に示すように、バッテリ１からモータ２の駆動手段３２へ直接、高電圧を供給する一方、上記バッテリ１の電圧を一旦スイッチングレギュレータ４で降圧してシリーズレギュレータ３３を介してマイクロコントローラ等からなる制御手段３１に電力を供給することで、24V、36Vといった比較的高電圧のバッテリ１を有する車両においても、シリーズレギュレータ３３での急激な電圧降下を抑えることにより電力損失を低減すると共に、モータ駆動手段３２にはバッテリ１から電力を直接供給することで、モータ駆動回路の効率を高め、全体として高効率のステアリング制御装置を実現するものである。

ところが、このような電動パワーステアリング装置では、マイクロコントローラ等からなる制御手段３１の動作・不動作に拘わらず、スイッチングレギュレータ４は常時動作されるものであり、シリーズレギュレータ３３へ電力を供給し続ける構成となっていたので、バッテリの電力消費が無視できないものとなっていた。例えば一旦スイッチングレギュレータ４の自励発振が始まると、イグニションスイッチがオフした後も発振は持続するため、イグニションスイッチのオフ期間にも拘らずバッテリ１の電力消費を招くことになる。

特開２００２−１６６８３７号公報（図１、段落（００１５）参照）

この発明は、マイクロコントローラ等からなる制御手段が作動しないときには、上記制御手段への電力供給を遮断するように構成することにより待機電力を確実に低減させることができるステアリング制御装置を提供するものである。

この発明に係わるステアリング制御装置は、電源と、上記電源により直接電力を供給されモータを駆動するモータ駆動手段と、上記電源と上記モータ駆動手段の接続点より電力を供給されるスイッチングレギュレータと、上記スイッチングレギュレータにより電力を供給されて上記モータ駆動手段を制御する制御手段とからなるモータ制御装置において、上記スイッチングレギュレータは、外部からの第１の起動信号または上記制御手段からの第２の起動信号によってスイッチングを開始し、上記第１の起動信号と第２の起動信号がともに消失した場合にスイッチングが停止するように構成されると共に、上記第１の起動信号を上記電源からモータ駆動手段への電力供給回路と並列に挿入されたイグニッションスイッチにより発生するようにしたものである。
また、この発明に係わるステアリング制御装置は、電源と、上記電源により直接電力を供給されモータを駆動するモータ駆動手段と、上記電源と上記モータ駆動手段の接続点より電力を供給されるスイッチングレギュレータと、上記スイッチングレギュレータから電力を供給されて上記モータ駆動手段を制御する制御手段とからなるモータ制御装置において、上記スイッチングレギュレータは、外部からの第１の起動信号により非発振状態で上記制御手段に電力を供給し、上記制御手段からの第２の起動信号によってスイッチング（発振）を開始し、上記制御手段からの停止信号によってスイッチング（発振）が停止するように構成されると共に、上記第１の起動信号を上記電源からモータ駆動手段への電力供給回路と並列に挿入されたイグニッションスイッチにより発生するようにしたものである。

この発明によるステアリング制御装置は、マイクロコントローラ等からなる制御手段の電力損失を低減すると共に、制御手段が作動しないときには、上記制御手段への電力供給を遮断することにより待機電力を確実に低減させることができる効果を有する。

実施の形態１.
図１は、本発明を車載用のステアリング制御装置に適用した一実施例を示す回路図であり、図中制御装置３は、図３に示した従来装置と同様、マイクロコントローラ等からなる制御手段３１と、上記制御手段３１からの指示に基づいてモータ２を駆動する駆動手段３２と、シリーズレギュレータ３３とから構成されている。バッテリ１は上記モータ駆動手段３２に直接的に電力を供給すると共に、マイクロコントローラ等からなる制御手段３１にはDC―DCコンバータからなるスイッチングレギュレータ４によりバッテリ1からの電圧を所定の低電圧に変換して加えている。

ここではスイッチングレギュレータ４は自励式降圧チョッパ回路で構成した例を示している。なお、シリーズレギュレータ３３はスイッチングレギュレータ４からの電圧を別の所定の安定電圧に変換すると共に、低電圧時にはリセット信号を発生するように構成されたものである。また、１０は当該装置の外部から当該装置に起動信号、停止信号を与えるイグニションスイッチである。

スイッチングレギュレータ４は、バッテリ１の電圧を断続するための第1のトランジスタ４１と、第1のトランジスタ４１のコレクタからの断続的な電圧を平滑するためのコイル４２と、上記コイル４２の電流を環流するための第1のダイオード４３と、上記コイル４２と共に第1のトランジスタ４１のコレクタからの断続的な電圧を平滑するためのコンデンサ４４と、上記コイル４２とコンデンサ４４で平滑されたスイッチングレギュレータ４の出力電圧からのフィードバック信号を後述の第２のトランジスタ４７に入力するための第２のダイオード４５と、スイッチングレギュレータ４の出力電圧を決めるための参照信号を生成するツェナーダイオード４６と、第２のダイオード４５からのフィードバック信号と、ツェナーダイオード４６による参照信号に基づき、第１のトランジスタ４１をオン・オフし、チョッパ動作させる第２のトランジスタ４７とから主として構成されている。この発明に係る実施の形態１においては、特にイグニションスイッチ１０による起動停止信号をマイクロコントローラ３１に入力するための第３のトランジスタ５と、マイクロコントローラ３１からの信号によりスイッチングレギュレータ４の発振を停止させるための第４のトランジスタ６とを付加している。

次にこの回路の動作について説明する。今、イグニションスイッチ１０がオンすると、バッテリ１から抵抗７を介して第２のトランジスタ４７にベース電流が供給されて第２のトランジスタ４７がオンする。これによりバッテリ１から第１のトランジスタ４１のベース電流が流れ、第1のトランジスタ４１がオンする。第1のトランジスタ４１がオンすると、第１のトランジスタ４１のコレクタからコイル４２を介してコンデンサ４４に電流が流れ、スイッチングレギュレータ４の出力電圧が上昇する。スイッチングレギュレータ４の出力電圧は、第２のダイオード４５を介してフィードバック信号として第２のトランジスタ４７のエミッタに与えられる。

第２のトランジスタ４７のベースには、ツェナーダイオード４６による定電圧が参照信号として与えられており、上述のフィードバック信号と比較されフィードバック制御されている。すなわち、参照信号がフィードバック信号よりも電圧が高い場合には、第２のトランジスタ４７がオンし、第１のトランジスタをオンさせる。逆に参照信号がフィードバック信号よりも電圧が低い場合には、第２のトランジスタ４７がオフし、第１のトランジスタ４１をオフさせる。上記第１のトランジスタ４１のオン・オフ動作により発生する断続的な電圧はコイル４２に与えられ、第１のトランジスタ４１がオフの期間にはコイル４２の電流は第１のダイオード４３を通じて環流され、コンデンサ４４に蓄えられ、平滑されるものである。

以上の動作により、第２のダイオード４５の順方向電圧と、第２のトランジスタ４７のベース・エミッタ間電圧が等しいとすると、スイッチングレギュレータ４の出力電圧は、ツェナーダイオード４６の電圧に等しくなるようにフィードバック制御されることとなる。 上記スイッチングレギュレータ４の出力電圧は、次にシリーズレギュレータ３３に与えられ、所定の電圧に安定化される。シリーズレギュレータ３３は、上述の安定化した電圧をマイクロコントローラ３１の電源として供給すると共に、電圧低下時や起動時にはマイクロコントローラ３１のRES端子にリセット信号を与える。シリーズレギュレータ３３から電力とリセット信号を供給されたマイクロコントローラ３１は、所定の演算を行い、モータ駆動回路３２に所定の指示を与え、モータ２を駆動する。

次に、待機電力の低減動作について説明する。今、イグニションスイッチ１０がオンしている期間は、バッテリ１から第３のトランジスタ５にベース電流が流れ、第３のトランジスタ５がオンする。この第３のトランジスタ５のオンによりマイクロコントローラ３１に起動信号が与えられることとなり、マイクロコントローラ３１が作動して各種車載機器の制御が開始される。この状態で、イグニションスイッチ１０がオフすると、第３のトランジスタ５がオフし、停止信号としてマイクロコントローラ３１に与えられ、これに伴いマイクロコントローラ３１は、モータ２を適切な加速度で減速し停止させるとともに、所定のデータをマイクロコントローラ３１に内蔵された不揮発メモリに記憶するといった所定の停止処理を行う。

上記停止処理のための所定時間が経過した後、マイクロコントローラ３１は第４のトランジスタ６のベースに停止信号を供給し、第４のトランジスタ６をオンさせることにより、第２のトランジスタ４７をオフし、スイッチングレギュレータ４の発振を停止させる。これにより、第１のトランジスタ４１はオフされ、バッテリ１からマイクロコントローラ３１への電力供給は遮断されることとなる。

以上のように、本実施例におけるステアリング制御装置は、マイクロコントローラ３１に電力供給するシリーズレギュレータ３３に、バッテリ１からスイッチングレギュレータ４を介して電力供給するように構成されているので、マイクロコントローラ３１の電源の損失を低減させることができ、さらに、マイクロコントローラ３１が作動しないときには、マイクロコントローラ３１への電力供給を遮断するように構成したので、モータ制御装置４の待機電力を極めて小さくできる。

また、本実施例におけるモータ制御装置は、スイッチングレギュレータ４を、イグニッションスイッチ１０あるいはマイクロコントローラ３１のいずれかで発振し、且つ両者からのオフ指示で停止するように構成したので、イグニッションスイッチ１０のオフ後もマイクロコントローラ３１がモータ２を減速停止させると共に所定のデータを不揮発メモリに記憶させるいわゆる停止処理のための所定時間を経過するまでスイッチングレギュレータ４による自己保持動作を実現することができる。従って、マイクロコントローラ３１が作動しないときには、マイクロコントローラ３１への電力供給を遮断するように構成したので、モータ制御装置４の待機電力を極めて小さくできる。

実施の形態２.
この実施の形態２では、スイッチングレギュレータ４として他励式チョッパ回路を用いた場合を示している。図２はその具体的な回路例を示す図であり、上記実施の形態１と同様の機能を有する部分には同一符号を付している。上記実施の形態１と対比して異なる部分は、コイル４２とコンデンサ４４で平滑されたスイッチングレギュレータ４の出力電圧からのフィードバック信号を第２のトランジスタ４７に入力するための第２のダイオード４５が存在しないことと、参照信号を生成するツェナーダイオード４６に代えて抵抗４８が挿入されている点のみである。その他の構成は重複を避けるため説明を省略する。

次にこの回路の動作について説明する。イグニションスイッチ１０がオンすると、バッテリ１から第２のトランジスタ４７にベース電流が供給されて第２のトランジスタ４７がオンし、第1のトランジスタ４１のベースから第２のトランジスタ４７のコレクタに電流が流れ、第1のトランジスタ４１がオンする。第１のトランジスタ４１が導通すると、第１のトランジスタ４１のコレクタからコイル４２を介してコンデンサ４４に電流が流れ、スイッチングレギュレータ４の出力電圧が上昇する。スイッチングレギュレータ４の出力電圧は、次にシリーズレギュレータ３３に与えられ、所定の電圧に安定化される。

シリーズレギュレータ３３は、上述の安定化した電圧をマイクロコントローラ３１の電源として供給されると共に、電圧低下時や起動時にはマイクロコントローラ３１にリセット信号を与える。この時点では、まだスイッチングレギュレータ４はスイッチング動作しておらず、第１のトランジスタ４１は飽和領域でオンしている。従って、シリーズレギュレータ３３にはバッテリ電圧とマイクロコントローラ３１の電源電圧Vccの電位差が生じており、損失が大きい。

マイクロコントローラ３１は、起動するとすぐに第４のトランジスタ６を所定の周波数でオン・オフし、第２のトランジスタ４７を介して第１のトランジスタ４１をオン・オフする。第１のトランジスタ４１のオン・オフにより発生する断続的な電圧はコイル４２に与えられ、第１のトランジスタ４１がオフの期間にはコイル４２の電流は第１のダイオード４３で環流され、コンデンサ４４に蓄えられ、平滑される。以上の動作により、例えばトランジスタ４１のスイッチングのデューティ比50%の場合には、スイッチングレギュレータ４の出力電圧はバッテリ１の電圧の約半分となる。

イグニションスイッチ１０がオンしている期間は、第３のトランジスタ５がオンし、起動信号としてマイクロコントローラ３１に与えられている。イグニションスイッチ１０がオフすると、第３のトランジスタ５がオフし、停止信号としてマイクロコントローラ３１に与えられ、マイクロコントローラ３１は、モータ２を適切な加速度で減速し停止させると共に、所定のデータをマイクロコントローラ３１に内蔵された不揮発メモリに記憶するといった所定の停止処理を行う。上記停止処理に必要な所定時間後、マイクロコントローラ３１は第４のトランジスタ６に停止信号を供給する。この信号により第４のトランジスタ６をオンし、スイッチングレギュレータ４の発振を停止させる。その結果、第１のトランジスタはオフされ、バッテリ１からマイクロコントローラ３１への電力供給が遮断される。

以上のように、本実施例におけるモータ制御装置は、スイッチングレギュレータ４を他励式とし、イグニッションスイッチ１０がオンすると、スイッチングレギュレータ４が発振（スイッチング）しない状態でマイクロコントローラ３１が起動し、マイクロコントローラ３１の起動後にスイッチングレギュレータ４を発振（スイッチング）させ、且つ両者からのオフ指示で停止するように構成したので、実施の形態１と同様の効果を得ながら、部品点数を削減することができる。

この発明の実施の形態１に係る車載用のステアリング制御装置を示す回路図である。 この発明の実施の形態２に係る車載用のステアリング制御装置を示す回路図である。 従来の車載用のステアリング制御装置を示す回路図である。

符号の説明

１ バッテリ、
２ モータ、
３ 制御装置、
４ スイッチングレギュレータ、
５ 第３のトランジスタ、
６ 第４のトランジスタ、
３１ 制御手段、
３２ モータ駆動手段、
３３ シリーズレギュレータ、
４１ 第１のトランジスタ、
４７ 第２のトランジスタ。

Claims (10)

1. 電源と、上記電源により直接電力を供給されモータを駆動するモータ駆動手段と、上記電源と上記モータ駆動手段の接続点より電力を供給されるスイッチングレギュレータと、上記スイッチングレギュレータにより電力を供給されて上記モータ駆動手段を制御する制御手段とからなるモータ制御装置において、上記スイッチングレギュレータは、外部からの第１の起動信号または上記制御手段からの第２の起動信号によってスイッチングを開始し、上記第１の起動信号と第２の起動信号がともに消失した場合にスイッチングが停止するように構成されると共に、上記第１の起動信号を上記電源からモータ駆動手段への電力供給回路と並列に挿入されたイグニッションスイッチにより発生するようにしたことを特徴とするステアリング制御装置。
2. 電源と、上記電源により直接電力を供給されモータを駆動するモータ駆動手段と、上記電源と上記モータ駆動手段の接続点より電力を供給されるスイッチングレギュレータと、上記スイッチングレギュレータから電力を供給されて上記モータ駆動手段を制御する制御手段とからなるモータ制御装置において、上記スイッチングレギュレータは、外部からの第１の起動信号により非発振状態で上記制御手段に電力を供給し、上記制御手段からの第２の起動信号によってスイッチング（発振）を開始し、上記制御手段からの停止信号によってスイッチング（発振）が停止するように構成されると共に、上記第１の起動信号を上記電源からモータ駆動手段への電力供給回路と並列に挿入されたイグニッションスイッチにより発生するようにしたことを特徴とするステアリング制御装置。
3. 上記制御手段は、上記スイッチングレギュレータからの電圧を所定の安定電圧に変換するシリーズレギュレータを介して供給されるようにしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のステアリング制御装置。
4. 上記スイッチングレギュレータは、電源電圧を断続するための第1のトランジスタと、上記第1のトランジスタの出力電圧を平滑するための平滑回路と、上記平滑回路を構成するコイルの電流を環流させる第1のダイオードと、上記平滑された出力電圧をフィードバックする第２のダイオードと、参照信号を生成するツェナーダイオードと、第２のダイオードからのフィードバック信号とツェナーダイオードによる参照信号に基づき、上記第１のトランジスタをオン・オフし、チョッパ動作させる第２のトランジスタとから構成し、上記第２のトランジスタの制御端子に上記第１の起動信号及び第２の起動信号を入力することを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
5. 上記スイッチングレギュレータは、電源電圧を断続するための第1のトランジスタと、上記第1のトランジスタの出力電圧を平滑する平滑回路と、上記平滑回路を構成するコイルの電流を環流させるダイオードと、上記制御手段からの信号により、上記第１のトランジスタをオン・オフし、チョッパ動作させる第２のトランジスタとから構成し、上記第２のトランジスタの制御端子に上記第１の起動信号及び第２の起動信号を入力することを特徴とする請求項２に記載のステアリング制御装置。
6. 外部からの起動信号あるいは停止信号は、上記イグニッションスイッチのオン信号あるいはオフ信号であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
7. 上記イグニションスイッチによる起動信号あるいは停止信号を上記制御手段に入力させる第３のトランジスタと、上記制御手段からの信号によりスイッチングレギュレータの発振を停止させる第４のトランジスタとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
8. 上記イグニションスイッチによる起動信号あるいは停止信号を上記制御手段に入力させる第３のトランジスタと、上記制御手段からの信号によりスイッチングレギュレータの発振を開始または停止させる第４のトランジスタとを備えたことを特徴とする請求項２に記載のステアリング制御装置。
9. 上記スイッチングレギュレータは、降圧チョッパ回路であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のステアリング制御装置。
10. 上記スイッチングレギュレータは、昇降圧チョッパ回路であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のステアリング制御装置。

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