(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵系に対して操舵補助力を付与する３相電動モータと、前記３相電動モータを駆動制御するための電流指令値を演算する制御演算回路と、前記制御演算回路で演算された電流指令値に基づいて前記３相電動モータを駆動する駆動回路と、を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動回路は、３相ブリッジを構成する６個の電界効果トランジスタで構成されるインバータ回路と、前記電流指令値に基づき前記電界効果トランジスタのゲート駆動信号を形成するゲート駆動回路とを備え、
前記インバータ回路と前記３相電動モータとの３相の接続ラインのうちいずれか２相の接続ラインに個別に介挿されたリレー接点から構成される遮断装置と、
前記制御演算回路に供給される電源電圧を監視する電源電圧監視手段と、
前記電源電圧監視手段で、前記電源電圧が所定の設定電圧範囲を逸脱していることを検出したとき、前記制御演算回路及び前記駆動回路に対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力する停止信号出力手段と、を備え、
前記遮断装置は、通常時にオンされ非常時に遮断されるように制御され、
前記停止信号出力手段は、前記ゲート駆動回路に対して停止信号を出力して該ゲート駆動回路を停止動作とすることで前記駆動回路の動作を停止することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記設定電圧範囲は、前記制御演算回路が正常に動作することができる動作保証電圧範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、
前記動作保証電圧範囲の上限電圧値は、前記設定電圧値よりも高電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、
前記動作保証電圧範囲の下限電圧値は、前記設定電圧値よりも低電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力をステアリング機構に付与する電動モータを備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、演算した電流指令値と電動モータの駆動電流検出値との偏差に基づいてフィードバック制御を行って電動モータを駆動制御することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
このような電動パワーステアリング装置の制御装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、上記電流指令値を演算するＭＣＵの電源電圧が低電圧であることを検出したとき、ＭＣＵに対してリセット信号を出力し、当該ＭＣＵの動作を自動的に停止するものである。これにより、ＭＣＵが動作保証電圧範囲外で動作してしまうのを防止し、ＭＣＵの動作が不安定となることに起因してシステム動作が不安定となるのを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、リセット信号に故障が発生している場合や、正常なリセット信号を発生できてもＭＣＵ動作を停止できない側へ信号の固着故障が発生している場合には、ＭＣＵ動作を停止することができない。
そこで、本発明は、電源電圧に異常が発生した際に、適切にシステムを安全側へ移行することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対して操舵補助力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御するための電流指令値を演算する制御演算回路と、前記制御演算回路で演算された電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動する駆動回路と、を備える電動パワーステアリング装置であって、前記制御演算回路に供給される電源電圧を監視する電源電圧監視手段と、前記電源電圧監視手段で、前記電源電圧が所定の設定電圧範囲を逸脱していることを検出したとき、前記制御演算回路及び前記駆動回路に対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力する停止信号出力手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
このように、電源電圧の異常を検出した場合、制御演算回路（マイクロコンピュータ）と駆動回路（ゲート駆動回路）とにそれぞれ異なる停止信号を出力する。したがって、例えば制御演算回路に出力した停止信号によって制御演算回路を正常に停止できない場合であっても、駆動回路に出力した停止信号によって駆動回路を停止することができ、システムを安全側へ移行することができる。
【０００７】
また、上記において、前記設定電圧範囲は、前記制御演算回路が正常に動作することができる動作保証電圧範囲であることを特徴としている。
これにより、電源電圧が、制御演算回路が正常に動作することができる動作保証電圧範囲を逸脱しているときに、電源電圧の異常が発生していると判断して停止信号を出力することができる。したがって、制御演算回路が動作保証電圧範囲外で動作するのを確実に防止することができる。
【０００８】
さらに、上記において、入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、前記動作保証電圧範囲の上限電圧値は、前記設定電圧値よりも高電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴としている。
これにより、電源電圧が高電圧側へ異常となった場合であっても、適切に制御演算回路及び駆動回路を停止することができる。また、安定化電源電圧の設定電圧値を基準として動作保証電圧範囲の上限電圧値を設定するので、適切に電圧異常を検出することができる。
【０００９】
また、上記において、入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、前記動作保証電圧範囲の下限電圧値は、前記設定電圧値よりも低電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴としている。
これにより、電源電圧が低電圧側へ異常となった場合であっても、適切に制御演算回路及び駆動回路を停止することができる。また、安定化電源電圧の設定電圧値を基準として動作保証電圧範囲の下限電圧値を設定するので、適切に電圧異常を検出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電動パワーステアリング装置では、電源電圧の異常を検出した場合には、制御演算回路と駆動回路とにそれぞれ異なる停止信号を出力して、制御演算回路と駆動回路とを停止させるようにするので、電源電圧異常時における動作停止機能の信頼性を向上させることができる。このように、適切にシステムを安全側へ移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
【図２】コントロールユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】制御演算装置及び電源回路部の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】電源回路部の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。
【００１３】
コラム軸２には、ステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ４０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。モータ４０は電動モータであり、ここでは３相ブラシレスモータを適用する。
コントロールユニット３０は、車載のバッテリ１４（例えば、定格電圧が１２Ｖである）から電源供給されることによって作動する。バッテリ１４の負極は接地され、その正極は、エンジン始動を行うイグニションキー１１を介してコントロールユニット３０に接続されると共に、イグニッションキー１１を介さず直接コントロールユニット３０に接続されている。
このように、コントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号ＩＧＮが入力される。
【００１４】
また、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出した操舵トルクＴｓと、車速センサ１２で検出した車速Ｖとを入力し、これらに基づいて、操舵補助指令値（電流指令値）Ｉの演算を行う。そして、演算した操舵補助指令値Ｉに基づいて、モータ４０に供給する電流を制御する。
図２は、コントロールユニット３０の構成を示すブロック図である。
３相ブラシレスモータ４０は、この図２に示すように、ａ相、ｂ相、ｃ相の各コイルの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルの他端がコントロールユニット３０に接続されて個別にモータ駆動電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃが供給される。
トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖは、制御演算装置（制御演算回路）５０に入力される。
【００１５】
また、３相ブラシレスモータ４０の各相電流は電流検出回路４５で検出され、検出された３相のモータ電流ｉａ〜ｉｃが制御演算装置５０にフィードバック電流として入力される。また、３相ブラシレスモータ４０にはホールセンサ等の回転センサ４１が取り付けられており、回転センサ４１からの回転信号ＲＴがロータ位置検出回路４６に入力され、検出された回転位置θが制御演算装置５０に入力される。
【００１６】
そして、制御演算装置５０は、これらの入力信号に基づいて操舵補助指令値Ｉを演算し、これをゲート駆動回路（駆動回路）４３に出力する。
ゲート駆動回路４３は、入力された操舵補助指令値Ｉに基づいて、ＰＷＭ制御処理を実行してゲート駆動信号を形成し、そのゲート駆動信号によりインバータ回路４４を構成するＦＥＴのゲート電流を制御する。
【００１７】
インバータ回路４４は、非常停止用の遮断装置４２を経て３相ブラシレスモータ４０を駆動する。このインバータ回路４４は、３相ブリッジを構成する６個のＦＥＴＴｒ１〜Ｔｒ６で構成され、遮断装置４２は２相を遮断するリレー接点４２１及び４２２で構成されている。リレー接点４２１及び４２２は通常オンされており、本例ではａ，ｂ相を非常時に遮断するようになっているが、他相の組み合わせであっても良い。
【００１８】
また、イグニションキー１１からのイグニションキー信号ＩＧＮは、イグニション電圧モニタ部１５及び電源回路部６０に入力される。電源回路部６０は、入力電圧から電源電圧Ｖｄｄを生成して制御演算装置５０に出力すると共に、後述するリセット信号ＲＳ１を制御演算装置５０に出力する。さらに、電源回路部６０は、後述する駆動停止信号ＲＳ２をゲート駆動回路４３に出力する。
【００１９】
図３は、制御演算装置５０及び電源回路部６０の具体的構成を示す図である。
制御演算装置５０はマイクロコンピュータであり、全体の制御を実行するＣＰＵ５１と、データやプログラム等を記憶するＲＯＭ／ＲＡＭ部５２と、周辺機器とのインタフェースとなる周辺回路５３とで構成されている。
電源回路部６０からの電源電圧Ｖｄｄは、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ／ＲＡＭ部５２及び周辺回路５３にそれぞれ供給される。また、操舵トルクＴｓ、車速Ｖ、モータ電流ｉａ〜ｉｃ、ロータ回転位置θは周辺回路５３に入力される。
電源回路部６０は、イグニションキー信号ＩＧＮに基づいて、設定電圧値５Ｖの安定化電源電圧Ｖｄｄを出力する電源生成部（５Ｖ−Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）６１と、電源電圧Ｖｄｄの異常を監視する電圧監視部６２とを備える。ここで、電源生成部６１は、正常時には５Ｖ±０．１５Ｖの精度で電源電圧Ｖｄｄを出力するように構成されている。
【００２０】
また、電圧監視部６２は、電源電圧Ｖｄｄを監視し、当該電源電圧Ｖｄｄが、予め定めた設定電圧範囲を逸脱している異常状態であることを検出する電圧検出回路６２１と、電圧異常が検出されたときにリセット信号ＲＳ１及び駆動停止信号ＲＳ２を出力するリセット生成回路６２２とで構成されている。
電圧検出回路６２１には、上記設定電圧範囲を規定するためのスレッショルドＴｈ１及びＴｈ２が設定されており、電源電圧ＶｄｄがスレッショルドＴｈ１以下、又はスレッショルドＴｈ２以上となったときに、電源電圧Ｖｄｄが異常状態にあると判断する。この電圧検出回路６２１は、イグニッションＯＮ直後から電源電圧Ｖｄｄを常時監視するものとする。
【００２１】
そして、リセット生成回路６２２は、電源電圧Ｖｄｄの電圧異常が検出されたとき、リセット信号ＲＳ１をＣＰＵ５１及び周辺回路５３に出力してＣＰＵ５１及び周辺回路５３を停止動作とすると共に、駆動停止信号ＲＳ２をゲート駆動回路４３に出力してゲート駆動回路４３を停止動作とする。
ここで、上記設定電圧範囲は、制御演算装置５０が正常に動作することができる動作保証電圧範囲に設定するものとし、例えば、スレッショルド（下限電圧値）Ｔｈ１は、設定電圧値（５Ｖ）よりも低電圧側の４．５Ｖ、スレッショルド（上限電圧値）Ｔｈ２は、設定電圧値（５Ｖ）よりも高電圧側の５．５Ｖに設定する。すなわち、５Ｖ±０．５Ｖを動作保証電圧範囲として設定し、電源電圧Ｖｄｄがこの範囲を逸脱している場合に電源電圧Ｖｄｄが異常状態であると判断する。
【００２２】
なお、図３において、電源生成部６１が電源生成手段に対応し、電圧検出回路６２１が電源電圧監視手段に対応し、リセット生成回路６２２が停止信号出力手段に対応している。
このように、電源電圧Ｖｄｄを常時監視し、何らかの要因により電源電圧Ｖｄｄに電圧異常が発生した場合には、制御演算装置５０とゲート駆動回路４３とに対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力するので、適切にシステムを停止状態とすることができる。
【００２３】
仮に、電源電圧Ｖｄｄの電圧異常発生時に、制御演算装置５０に対するリセット信号ＲＳ１のみを出力し、ゲート駆動回路４３に対する駆動停止信号ＲＳ２を出力しないような構成とした場合、次のような問題が生じる。すなわち、リセット信号ＲＳ１自体が異常となっている場合や、正常なリセット信号ＲＳ１を出力しても制御演算装置５０側の停止動作機能に異常が発生している場合（動作を停止できない側への信号の固着が発生している場合など）には、リセット信号ＲＳ１により制御演算装置５０を停止することができない。
この問題は、ゲート駆動回路４３に対する駆動停止信号ＲＳ２のみを出力し、制御演算装置５０に対するリセット信号ＲＳ１を出力しないような構成とした場合にも同様に発生する。
【００２４】
これに対して、本実施形態では、電源電圧Ｖｄｄの電圧異常発生時には、制御演算装置５０だけでなく、ゲート駆動回路４３も停止させるように、それぞれに対して停止信号を出力する。また、その停止信号は、制御演算装置５０とゲート駆動回路４３とで異なる信号（リセット信号ＲＳ１と駆動停止信号ＲＳ２）とする。そのため、リセット信号ＲＳ１及び駆動停止信号ＲＳ２の何れか一方が異常となった場合や、制御演算装置５０及びゲート駆動回路４３の何れか一方の停止動作機能が異常となった場合であっても、システムの動作を停止し安定側に移行することができる。
すなわち、電源電圧Ｖｄｄの電圧異常発生時におけるフェールセーフ機能の二重化を実現することができる。
【００２５】
ところで、電源電圧Ｖｄｄの供給及び電圧異常監視を行うものとして、５Ｖ定電圧電源と電源電圧Ｖｄｄの低電圧監視機能とを内蔵した汎用の集積回路がある。この回路は、電源電圧Ｖｄｄが低下し閾値ＶＴＨを下回ると、直ちにリセット信号を出力するように構成されている。このように、当該回路では、低電圧側にのみ閾値ＶＴＨを設定して電圧異常を監視しており、高電圧側には閾値を設定していない。
【００２６】
ところが、制御演算装置５０の動作保証電圧範囲は、例えば５Ｖ±０．５Ｖのように、５Ｖに対して低電圧側だけでなく高電圧側にも範囲を持っている。これは、電源電圧Ｖｄｄが上昇して高電圧側へ電圧異常となると、ＩＣ内部故障が生じ、高電圧のまま固着することで暴走するおそれがあるためである。上記の汎用の低電圧監視機能付き集積回路では、電源電圧Ｖｄｄが高電圧側に異常となってもリセット信号を出力しないため、制御演算装置５０をリセット信号により適切に停止することができない。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、低電圧側の電圧異常だけでなく、高電圧側の電圧異常についても監視するので、電源電圧Ｖｄｄが上昇して高電圧側の電圧異常となった場合には適切にリセット信号ＲＳ１及び駆動停止信号ＲＳ２を出力することができる。そのため、制御演算装置５０及びゲート駆動回路４３をこれらの信号により適切に停止することができ、システムを安全側に移行することができる。
【００２８】
また、制御演算装置５０が正常に動作することができる動作保証電圧範囲の下限電圧値をスレッショルドＴｈ１として設定し、動作保証電圧範囲の上限電圧値をスレッショルドＴｈ２として設定して電源電圧Ｖｄｄを監視するので、電源電圧Ｖｄｄが動作保証電圧範囲を逸脱したことを適切に検出し、制御演算装置５０及びゲート駆動回路４３を停止させることができる。したがって、電源電圧Ｖｄｄが動作保証電圧範囲を逸脱した状態でシステムが動作するのを防止することができる。
【００２９】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、電源回路部６０として汎用の低電圧監視機能付きレギュレータを用いることもできる。この場合、図４に示すように、電源回路部６０の電圧監視回路６２を、電源電圧Ｖｄｄの低電圧側の異常のみを検出する低電圧検出回路６２１と、電源電圧Ｖｄｄの低電圧側の異常を検出したときに、制御演算装置５０に対してリセット信号ＲＳ１を出力すると共に、ゲート駆動回路４３に対して駆動停止信号ＲＳ２を出力するリセット生成回路６２２とで構成する。
【００３０】
そして、電圧監視回路６２とは別に、電圧監視回路６３を設けるようにする。電圧監視回路６３は、電源電圧Ｖｄｄの高電圧側の異常のみを検出する高電圧検出回路６３１と、電源電圧Ｖｄｄの高電圧側の異常を検出したときに、制御演算装置５０に対してリセット信号ＲＳ１´を出力すると共に、ゲート駆動回路４３に対して駆動停止信号ＲＳ２´を出力するリセット生成回路６３２とで構成する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３１】
１…ステアリングホイール、２…コラム軸、３…減速ギア、４Ａ，４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…タイロッド、１０…トルクセンサ、１１…イグニッションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、１５…ＩＧＮ電圧モニタ部、３０…コントロールユニット、４０…モータ（３相ブラシレスモータ）、４１…回転センサ、４２…遮断装置、４３…ゲート駆動回路（駆動回路）、４４…インバータ回路、４５…電流検出回路、４６…ロータ位置検出回路、５０…制御演算装置、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＯＭ／ＲＡＭ部、５３…周辺回路、６０…電源回路部、６１…電源生成部、６２…電圧監視部、６２１…電圧検出回路、６２２…リセット生成回路、６３…電圧監視部、６３１…高電圧検出回路、６３２…リセット生成回路
【図１】
0005966605.tif 000002
【図２】
0005966605.tif 000003
【図３】
0005966605.tif 000004
【図４】
0005966605.tif 000005