JPH0920263A - 電動ポンプ式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体圧ポンプ駆動用の電動モータを電気自動
車のメインバッテリに直接接続して駆動する場合に消費
電力の低減と部品点数の削減、構成の簡素化を図る。 【解決手段】 パワーシリンダに圧油を給送する油圧ポ
ンプを駆動する電動モータとして、直流ブラシレスモー
タ１２を用いる。また、車載用メインバッテリ７とし
て、電気自動車のメインバッテリである９６〜６００Ｖ
程度の直流高電圧電源を用いる。そして、これらのバッ
テリと電動モータとを直接接続して駆動するように、バ
ッテリからモータに直接ＰＷＭ制御して電力を供給する
制御装置１５，１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、舵取りハンドルの
舵取り操作に応じて流体圧をパワーシリンダに給送する
ことにより操舵補助力（以下、ステアリングアシスト力
またはアシスト力という）を得ている動力舵取装置に関
し、特に流体圧源である流体圧ポンプをＤＣ（直流）ブ
ラシレスモータを用いて駆動している電動ポンプ式動力
舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動力舵取装置の油圧源として電動モータ
で駆動する油圧ポンプを用い、車輌の走行条件、たとえ
ば車速、操舵角等に応じた圧油をパワーシリンダに給送
し、所要のアシスト力を得ている電動ポンプ式のもの
が、たとえば実開昭５６−６７３９１号公報等を始めと
して種々提案されている。ここで、このような従来の装
置では、電動モータとして一般にはブラシ付きＤＣモー
タを用いている。

【０００３】最近は電気自動車またはハイブリッド型電
気自動車の開発が進められており、このような車輌に搭
載される車載用のメインバッテリとしては、一般的なガ
ソリン自動車における１２Ｖまたは２４Ｖの直流電源と
は異なり、たとえば９６〜６００Ｖ程度の高電圧を得る
直流高電圧電源が用いられるようになっている。

【０００４】このような電気自動車におけるメインバッ
テリである直流高電圧電源によって電動モータであるブ
ラシ付きＤＣモータを駆動するために従来一般には、電
圧降圧用としてＤＣ−ＤＣコンバータを用い、このコン
バータで１２Ｖに降圧するように電圧変換し、これをド
ライバである制御装置を介して給電するような構造が採
用されていた。しかし、このようなＤＣ−ＤＣコンバー
タを用いた場合、電圧変換にあたって発熱などが多く、
電力損失が大きく、エネルギ変換効率が悪い。また、こ
のようなＤＣ−ＤＣコンバータを含めて装置に必要な部
品点数も多く構造が複雑で、装置全体が大がかりとな
る。

【０００５】このため、上述したポンプ駆動用の電動モ
ータを、直流高電圧電源により駆動するためのドライバ
である制御装置を用い、この制御装置により直流高電圧
電源からのたとえば２８８Ｖ程度の電源電圧を、パルス
幅変調（以下、ＰＷＭという）により制御した状態で、
ポンプ駆動用モータに直接印加することが考えられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の構造によれば、電動モータであるブラシ付きＤ
Ｃモータを起動する際に、このモータにたとえば２８８
Ｖという高電圧の電源電圧が瞬時に印加されるため、モ
ータ、特にブラシ回りの摺接部での発熱が大きくなり、
モータが破損するという問題を生じるおそれがあった。

【０００７】このため、たとえば特開平６−２６３０５
３号公報には、上述した電気自動車の車載用メインバッ
テリである直流高電圧電源からの高電圧を、電動モータ
であるブラシ付きＤＣモータに直接給電して駆動するに
あたって、バッテリ電源とモータとの給電回路上に、チ
ョークコイル、さらにはフライホィールダイオードを設
けた構造によるものが提案されている。

【０００８】すなわち、この従来の装置は、直流高電圧
電源からの高電圧を、制御装置により０Ｖと電源電圧と
が交互に現れる繰り返し電圧からなるＰＷＭ制御された
直流高電圧として出力する。このスライス状の直流高電
圧であるＰＷＭ出力を、ポンプ駆動用モータと直列接続
したチョークコイルによって、０Ｖよりも大きな電圧と
電源電圧よりも小さな電圧とが交互に現れる平滑化され
た電圧波形とする。そして、この平滑化された電圧波形
からなるＰＷＭ出力をモータに供給するため、モータの
ブラシ部分に印加する平滑化された電圧波形による電流
を低下させ、その電流の立ち上がりの傾きを緩やかにし
ようとしたものである。

【０００９】しかしながら、このような構造では、チョ
ークコイル、フィライホィールダイオードなどを設ける
必要性から構成部品点数が多く構造が複雑であり、配線
接続も面倒である等の不具合があった。

【００１０】また、このような従来例では、ポンプ駆動
用モータとしてブラシ付きのものを用いていることか
ら、モータ軸上の整流子へのブラシの摺接による電気的
接続部を必ず必要としており、この摺接部分での摩耗を
生じ易く、寿命や騒音問題を生じ、頻繁なメンテナンス
を要するという不具合があった。

【００１１】さらに、上述したブラシ付きモータでは、
モータ特性上から高電圧に対応することが困難であり、
たとえばＤＣ１００Ｖ程度以上の高電圧化を図るとブラ
シの摩耗が大きくなり、電圧降下、リーク電圧が多くな
る等の問題があり、このような点に配慮することが必要
とされている。

【００１２】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、ステアリングアシスト力を得るための流体圧
源である流体圧ポンプを駆動する電動モータとしてのＤ
Ｃブラシレスモータを、電気自動車（ハイブリッド型電
気自動車を含む）の車載用メインバッテリとしてのたと
えば９６〜６００Ｖ程度の直流高電圧電源に直接接続し
て駆動できるようにし、構成の簡素化と消費電力の低減
とを図った電動ポンプ式動力舵取装置を得ることを目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係る電動ポンプ式動力舵取装置は、車載
用バッテリに接続した電動モータにより流体圧ポンプを
駆動し、舵取り操作に応じて流体圧をパワーシリンダに
給送することによりステアリングアシスト力を発生させ
るにあたって、車載用バッテリとして電気自動車の車載
用メインバッテリを、電動モータとして直流ブラシレス
モータを用いるとともに、これらのメインバッテリと電
動モータとの間に、メインバッテリから電動モータに、
直接ＰＷＭ制御して電力を供給する制御装置を設けるよ
うに構成している。

【００１４】本発明によれば、動力舵取装置のアシスト
力発生源となる流体圧ポンプを駆動するＤＣブラシレス
モータを、電気自動車に搭載される直流高電圧電源で構
成されるメインバッテリに直接接続し、制御装置でＰＷ
Ｍ制御して電力を供給することによって、電力損失を少
なくし、少ない消費電力によって所要の状態での駆動を
可能としている。

【００１５】なお、電気自動車とは、原動機として電動
機を備えている自動車であって、走行状態に応じて原動
機として内燃機関を選択的に用いるハイブリッド型電気
自動車も含むものとする。また、このような電気自動車
のメインバッテリとしては、たとえば９６〜６００Ｖ程
度の高電圧を得る車載用バッテリであるが、６００Ｖ以
上の高電圧を得るものを用いてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る電動ポンプ式
動力舵取装置の一つの実施の形態を示す概要図であり、
この図において、符号１は油圧式動力舵取装置の装置本
体部であり、図示しない自動車の左、右操舵輪２，２に
ナックルアームを介して連結されるタイロッド３が設け
られている。この装置本体部１は、詳細な図示は省略す
るが、広く知られているように舵取りハンドル４での舵
取り操作がステアリングシャフト５により伝達されるこ
とにより油圧流路を切換える流路切換弁と、舵取り操作
をタイロッド３側に伝達する伝達部と、左、右室のいず
れかに油圧を導入することで舵取り操作に応じたアシス
ト力を発生させるパワーシリンダを備えている。

【００１７】７はこの自動車、たとえば電気自動車（Ｅ
Ｖ）に搭載したＥＶ駆動用メインバッテリであって、９
６〜６００Ｖ（この実施の形態では３３６Ｖ）の直流高
電圧電源により構成されている。また、８はワイパーの
ような補機類を駆動するための低電圧電源である、たと
えば１２Ｖの補助用バッテリである。なお、上述したメ
インバッテリ７でのバッテリ電圧３３６Ｖは１２Ｖの整
数倍によって得られた数値である。

【００１８】１０は前記装置本体部１に流体圧として圧
油を送るモータ駆動型のオイルポンプ部であり、ベーン
型のオイルポンプ（図示せず）とその周囲を覆うケーシ
ングによるオイルタンク１１とこれに連設され前記ポン
プを駆動する電動モータとしてのＤＣブラシレスモータ
１２とによって構成されている。１３は前記ＤＣブラシ
レスモータ１２のロータ回転位置を検出することにより
モータ回転数を得るためのエンコーダであり、モータ１
２のタンク１１と反対側の端部に付設されている。な
お、図中１４ａ，１４ｂは前記オイルポンプからの圧油
を装置本体部１に給送する供給側配管およびタンク１１
への戻り側配管である。

【００１９】１５は前記補助用バッテリ８に接続された
シグナルコントローラで、このシグナルコントローラ１
５には、図中１６で示す車速センサからの車速信号、前
記エンコーダ１３からのモータ回転数信号が送られるよ
うに構成されている。１７はこのシグナルコントローラ
１５によって前記ＤＣブラシレスモータ１２に駆動電流
を供給するパワーコントローラである。このパワーコン
トローラ１７は、操作スイッチ１８を介して前記直流高
電圧電源であるメインバッテリ７と接続可能に構成され
ている。そして、このスイッチ１８がオン操作すること
により、このパワーコントローラ１７は前記シグナルコ
ントローラ１５からの信号によってＤＣブラシレスモー
タ１２に駆動電圧を印加するように構成されている。

【００２０】ここで、これらのシグナルコントローラ１
５とパワーコントローラ１７とによって、前記ブラシレ
スモータ１２を駆動制御するための制御装置が構成され
ている。すなわち、前記シグナルコントローラ１５は、
車速センサ１６からの車速Ｖを入力することにより、こ
の車速Ｖに対するモータ１２の目標回転数Ω0 を求める
マップを有する。また、このシグナルコントローラ１５
には、前記エンコーダ１３からのモータ回転数Ωを入力
するように構成されている。

【００２１】このようなシグナルコントローラ１５にお
いて、前記モータ１２の目標回転数Ω0 とモータ回転数
Ωとの絶対値をとり、この偏差がΔΩ以下となるように
ＰＷＭ制御信号を前記パワーコントローラ１７に送り、
メインバッテリ７からの直流高電圧のパルス幅変調制御
を行なう。これにより、前記ブラシレスモータ１２への
ＰＷＭ出力電圧は平均化され、０Ｖと電源電圧３３６Ｖ
との間の任意の出力電圧（たとえば２００Ｖ）になり、
ブラシレスモータ１２を所望の回転数、すなわち所望の
ポンプ吐出流量が得られる状態で駆動することができ
る。

【００２２】そして、このようにブラシレスモータ１２
を駆動することにより、ポンプ（図示せず）を所要の状
態で作動し、装置本体部１における図示を省略した流路
切換弁を介してパワーシリンダに所要圧力の圧油を給送
する。これにより、自動車の低速走行域での操舵時には
アシスト力を大きくして操舵力を軽く、中高速走行域で
の操舵時はこれとは逆にアシスト力を小さくして操舵力
を重くするように、舵取りハンドル４の操舵時における
アシスト力を制御することができる。

【００２３】ここで、上述したようなメインバッテリ７
からの電源電圧は使用状況によって常に変動するが、こ
れを加味したモータ１２の駆動制御を行なうとよい。す
なわち、図２中３３６Ｖで示す車速とモータ回転数との
モータ特性が、図中３３６±αで示すモータ特性間で図
中矢印で示すように電源電圧が変動した場合において、
車速に対するモータの目標回転数Ω0 とモータ１２の実
際の回転数Ωとの絶対値による偏差｜Ω0 −Ω｜をΔΩ
以下にするためには、常にＰＷＭ信号を制御し、図中２
００Ｖ以下の特性線で示すように変動させるとよい。こ
こで、この図２は電流Ｉとモータ回転数Ωとの関係から
示されるモータ特性を示す。なお、Ｉ0 は目標回転数Ω
0 が得られる任意の電流値である。

【００２４】以上の構成によれば、アシスト力を得るた
めの油圧源であるオイルポンプを駆動する電動モータと
してＤＣブラシレスモータ１２を、車載用メインバッテ
リ７である直流高電圧電源に直接接続して駆動すること
ができる。特に、このような構成では、従来の装置で用
いていたＤＣ−ＤＣコンバータや、チョークコイル、フ
ライホィールダイオードを不要とし、構成部品点数を削
減し、構成の簡素化を図り、また消費電力の低減を達成
することができる。さらに、上述した構成では、高電圧
電源であるメインバッテリ７にブラシレスモータ１２を
直結して駆動していることから、ブラシ付きモータとは
異なり、摺動部がないため、モータの長寿命化を図るこ
とができ、またモータ部分での騒音も低減できるという
利点がある。

【００２５】図３の（Ａ），（Ｂ）は電動ポンプ式動力
舵取装置において従来一般的であった１２Ｖの車載用バ
ッテリに代えて電気自動車のメインバッテリであるたと
えば９６〜６００Ｖ程度の直流高電圧電源を用いるにあ
たって単純に考えることができる構造による装置を、同
図の（Ｃ）は前述した本発明に係る電動ポンプ式動力舵
取装置を示し、これらの図において前述した図１と同一
または相当する部分には同一番号を付す。なお、図中Ｐ
はポンプ、ＰＳは装置本体部１、ＤＣ／ＤＣはＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータである。また、ＭはＤＣブラシ付きモータ
を示す。ここで、同図（Ａ）は従来一般に用いていたＤ
Ｃブラシ付きモータＭによりポンプを駆動するにあたっ
て、電気自動車のメインバッテリである直流高電圧電源
７からの高電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより１２Ｖに
降圧して供給している場合を示す。

【００２６】また、同図（Ｂ）はブラシレスモータ１２
でポンプＰを駆動するも、直流高電圧電源７からの高電
圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより１２Ｖに降圧して供給
している場合を示す。

【００２７】さらに、同図（Ｃ）は本発明に係る装置を
示し、その詳細は図１に示した通りである。そして、こ
の本発明に係る装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータを用い
ていないことから消費電力を低減でき、またブラシレス
モータであるために同図（Ａ）に示すようにブラシ付き
モータＭとは異なり、ブラシ部の摩耗による耐久性の低
下、ブラシ部の騒音によるモータ騒音という問題を解決
することができる。

【００２８】さらに、この図３の（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）に示した装置を、図４において（ａ−１，２），
（ｂ−１，２），（ｃ−１，２）に示すように、一定時
間３６秒の間に一回の据切りを左、右両方向に５４０度
の角度で操舵したとき、約２０〜４０Ｋｍ／ｈの低速走
行時に一回の操舵を一定時間１０秒の間に左、右両方向
に１８０度で操舵したとき、約６０Ｋｍ／ｈの中速走行
時に操舵しないで３０分間走行したときのそれぞれの装
置構成での消費電力の割合（％）を示す。この場合、図
４の（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）では、図３
（Ａ）での構成の場合をそれぞれ１００％とし、これを
基準として図３の（Ｂ），（Ｃ）での割合を数値で示し
ている。そして、これらの図によって、図３の（Ｃ）に
示した本発明の装置が最も消費電力が低減されているこ
とが明らかである。

【００２９】なお、本発明は上述した実施の形態での構
造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変形、変
更し得ることは言うまでもない。たとえば上述した実施
の形態では、電動モータであるＤＣブラシレスモータ１
２を駆動するための電気自動車のメインバッテリ７とし
て、３３６Ｖの直流高電圧電源である場合を例示した
が、これに限定されない。たとえば９６〜６００Ｖ程度
の高電圧を得られる直流高電圧電源であればよい。勿
論、これには限定されず、電気自動車のメインバッテリ
７としては、６００Ｖ以上の直流高電圧電源であっても
よい。

【００３０】また、前述した実施の形態では、ＤＣブラ
シレスモータ１２の駆動制御を、車速とモータ回転数と
の検出信号により行っているが、舵取り操作に伴なう舵
角、舵角速度を検出するセンサからの信号を加味して制
御してもよい。

【００３１】

【実施例】車載用バッテリに用いる電気自動車のメイン
バッテリ７として、３３６Ｖの直流高電圧電源を用いて
いる。また、このメインバッテリ７をＤＣブラシレスモ
ータ１２に直接接続して駆動したときに、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータを用いたものとの消費電力の割合は、図３の
（Ａ），（Ｂ）の場合に、据え切り時には１００、９０
％、低速走行時には１００、８５％、中速走行時で非操
舵時には１００、６０％であるが、本発明による場合、
図４に示すようにそれぞれ７０％、６５％、３０％とな
り、消費電力の低減が図れる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電動ポ
ンプ式動力舵取装置によれば、電気自動車のメインバッ
テリである直流高電圧電源による車載用バッテリとＤＣ
ブラシレスモータからなる電動モータを直接接続し、こ
れらのバッテリと電動モータとの間に設けた制御装置に
よって、バッテリから電動モータに直接ＰＷＭ制御して
電力を供給することにより、流体圧ポンプを駆動し舵取
り操作に応じて流体圧をパワーシリンダに給送してステ
アリングアシスト力を発生させるようにしているので、
簡単な構成であるにもかかわらず、以下に述べる優れた
効果を奏する。

【００３３】すなわち、本発明によれば、ステアリング
アシスト力発生源となる流体圧ポンプを駆動するＤＣブ
ラシレスモータを、電気自動車のメインバッテリである
直流高電圧電源に直接接続し、制御装置でＰＷＭ制御し
て高電圧を供給することによって駆動しているため、従
来のようにＤＣ−ＤＣコンバータを用いて低電圧に降圧
する必要がなく、エネルギ効率の面で有利で、消費電力
を低減できる。したがって、この種の直流高電圧電源を
搭載する車輌、たとえば電気自動車に用いて効果を発揮
させることができる。

【００３４】また、本発明によれば、従来のようなＤＣ
−ＤＣコンバータや、チョークコイル等を設けた制御装
置を設置する必要がなくなるから部品点数が削減でき、
装置の小型化も図れる。さらに、本発明によれば、ポン
プ駆動用としてブラシレスモータを用いているので、ブ
ラシを有することによる摩耗等の問題がなく、このブラ
シ部分での故障も生じ難く、モータとしての動作上での
信頼性が高い。また、ブラシ付きモータのようにブラシ
部での騒音問題もなく、効率のよいポンプ駆動が可能で
ある等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電動ポンプ式動力舵取装置の一
つの実施の形態を示す全体の概略構成を示す概要図であ
る。

【図２】 図１で用いたシグナルコントローラ、パワー
コントローラによる制御装置でのモータ特性を示す電流
−モータ回転数による特性図である。

【図３】 （Ａ），（Ｂ）は電動ポンプ式動力舵取装置
として考えられているＤＣ−ＤＣコンバータを用いた装
置を示すブロック図、（Ｃ）は本発明に係る装置を示す
ブロック図である。

【図４】 （ａ−１）は一定時間３６秒の間に一回の据
切りを左、右両方向に５４０度の角度で操舵したとき、
（ｂ−１）は約２０〜４０Ｋｍ／ｈの低速走行時に一回
の操舵を一定時間１０秒の間に左、右両方向に１８０度
で操舵したとき、（ｃ−１）は約６０Ｋｍ／ｈの中速走
行時に操舵しないで３０分間走行したときの操舵特性を
示し、（ａ−２），（ｂ−２），（ｃ−２）はそれぞれ
の場合での図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）で示す装置の消
費電力の違いを図３（Ａ）の装置を１００％として示す
図である。

【符号の説明】

１…油圧式動力舵取装置の装置本体部、２…操舵輪、４
…舵取りハンドル、５…ステアリングシャフト、７…直
流高電圧電源であるＥＶ駆動用メインバッテリ、８…補
助用バッテリ、１０…オイルポンプ部、１１…タンク、
１２…ＤＣブラシレスモータ（電動モータ）、１３…エ
ンコーダ、１５…シグナルコントローラ、１６…車速セ
ンサ、１７…パワーコントローラ、１８…操作スイッ
チ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車載用バッテリに接続した電動モータに
   より流体圧ポンプを駆動し、舵取り操作に応じた流体圧
   をパワーシリンダに給送することによりステアリングア
   シスト力を発生させている電動ポンプ式動力舵取装置に
   おいて、 前記車載用バッテリとして電気自動車のメインバッテリ
   を、前記電動モータとして直流ブラシレスモータを用い
   るとともに、 これらのメインバッテリと電動モータとの間に、このメ
   インバッテリから電動モータに、パルス幅変調により直
   接制御して電力を供給する制御装置を設けたことを特徴
   とする電動ポンプ式動力舵取装置。