(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、
前記モータに駆動電力を出力するモータ駆動手段と、
前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリと、
前記バッテリをオン／オフするイグニッションスイッチと、
前記バッテリから前記モータ駆動手段への通電経路に設けられたスイッチ手段と、
前記モータ駆動手段の入力に配置されたコンデンサと、を備え、
前記スイッチ手段は、前記イグニッションスイッチに接続され、ゲートに入力される駆動信号に応じてオン／オフすることにより前記通電経路を導通／遮断する２つの互いのソース同士が接続されるようにして直列に接続されたスイッチング素子を有し、前記各スイッチング素子のドレイン・ソース間に並列に形成された寄生ダイオードを有した電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記各スイッチング素子の出力電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段にて検出されたそれぞれの出力電圧に基づいて、前記各スイッチング素子の故障と前記寄生ダイオードの故障とを判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記スイッチ手段が前記イグニッションスイッチがオンされた直後の状態において前記各スイッチング素子を所定の順序でオン／オフ制御したときに、前記故障判定手段は、前記各スイッチング素子の短絡／開放故障を判定するとともに、前記モータ駆動手段側に接続された前記スイッチング素子の開放故障を判定する場合、前記スイッチング素子に内蔵される前記寄生ダイオードの開放故障を判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源から負荷（例えば、モータ）への通電経路に電源スイッチとしてＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子を設け、このスイッチング素子をオン／オフすることによりモータへの通電を制御してモータを駆動するモータ駆動装置が知られており、種々のモータを駆動する回路として広く用いられている。
このようにスイッチング素子としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたモータ駆動装置では、種々の原因によってＭＯＳ−ＦＥＴがオンまたはオフ故障する場合がある。そこでＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン電圧を取り込むことで、ＭＯＳ−ＦＥＴがオン状態か否かを判定し、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障（ショートまたはオープン故障）を検出している。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４１６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に電動パワーステアリング装置の制御装置においても、電源の導通／遮断用のスイッチング素子としてＭＯＳ−ＦＥＴが使用される場合がある。ところが、このＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン・ソース間には逆方向に寄生ダイオードが内蔵されている（例えば、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴの場合、ドレインからソースの方向に電流が流れる形で形成される）。このためＭＯＳ−ＦＥＴがオープン故障しても、寄生ダイオードが正常で導通状態にあるときには電流が流れ続け、動作を継続することができるため、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障を検出できない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源リレーにＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合でも、寄生ダイオードの故障判別ができ、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障を確実に検出できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、前記モータに駆動電力を出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリと、前記バッテリをオン／オフするイグニッションスイッチと、前記バッテリから前記モータ駆動手段への通電経路に設けられたスイッチ手段と、前記モータ駆動手段の入力に配置されたコンデンサと、を備え、前記スイッチ手段は、前記イグニッションスイッチに接続され、ゲートに入力される駆動信号に応じてオン／オフすることにより前記通電経路を導通／遮断する２つの互いのソース同士が接続されるようにして直列に接続されたスイッチング素子を有し、前記各スイッチング素子のドレイン・ソース間に並列に形成された寄生ダイオードを有した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記各スイッチング素子の出力電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段にて検出されたそれぞれの出力電圧に基づいて、前記各スイッチング素子の故障と前記寄生ダイオードの故障とを判定する故障判定手段と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、バッテリとモータ駆動手段との間の通電経路に、寄生ダイオードを内蔵した２つのスイッチング素子を互いのソース同士を直列に接続し、その後段のスイッチング素子の出力側にコンデンサが配置されている。それぞれのスイッチング素子の出力電圧に基づきスイッチング素子および寄生ダイオードの故障を検出する。その結果、スイッチング素子の故障検出を確実に行うとともに寄生ダイオードの故障判別ができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記スイッチ手段が前記イグニッションスイッチがオンされた直後の状態において前記各スイッチング素子を所定の順序でオン／オフ制御したときに、前記故障判定手段は、前記各スイッチング素子の短絡／開放故障を判定するとともに、前記モータ駆動手段側に接続された前記スイッチング素子の開放故障を判定する場合、前記スイッチング素子に内蔵される前記寄生ダイオードの開放故障を判定することを要旨とする。
上記構成によれば、イグニッションスイッチがオンされた直後の初期状態において、２つのスイッチング素子を所定の順序でオン／オフ制御できるので、スイッチング素子とその寄生ダイオードの故障検出を確実に行える。
【発明の効果】
【０００９】
電源リレーにＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合でも、寄生ダイオードの故障判別ができ、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障を確実に検出できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御回路の回路図。
【図３】電動パワーステアリング装置の制御回路に含まれるＭＯＳ−ＦＥＴの故障検出の処理手順を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両の構成とともに示す概略図である。
【００１２】
図１に示す電動パワーステアリング装置１０は、モータ１、減速機２、トルクセンサ３、車速センサ４、回転角センサ５、および制御装置（以下、ＥＣＵという）６を備えたコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置である。
【００１３】
図１に示すように、ステアリングシャフト１０２の一端にはステアリングホイール１０１が固着されており、ステアリングシャフト１０２の他端はラックアンドピニオン機構１０３を介してラック軸１０４に連結されている。ラック軸１０４の両端は、タイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０５を介して転舵輪１０６に連結されている。運転者がステアリングホイール１０１を回転させると、ステアリングシャフト１０２は回転し、これに伴いラック軸１０４は往復運動を行う。ラック軸１０４の往復運動にともない、転舵輪１０６の向きが変わる。
【００１４】
電動パワーステアリング装置１０は、運転者の負荷を軽減するために、以下に示す操舵補助を行う。トルクセンサ３は、ステアリングホイール１０１の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクτを検出する。車速センサ４は、車速Ｖを検出する。回転角センサ５は、モータ１のロータの回転位置（以下、モータ回転角という）θを検出する。回転角センサ５は、例えばレゾルバで構成される。
【００１５】
ＥＣＵ６は、バッテリ１００から電力の供給を受け、操舵トルクτ、車速Ｖ、およびモータ回転角θに基づいてモータ１を駆動する。モータ１は、ＥＣＵ６によって駆動されると、操舵補助力を発生させる。減速機２は、モータ１とステアリングシャフト１０２との間に設けられる。モータ１で発生した操舵補助力（以下、アシスト力という）は、減速機２を介して、ステアリングシャフト１０２を回転させるように作用する。
【００１６】
この結果、ステアリングシャフト１０２は、ステアリングホイール１０１に加えられる操舵トルクτと、モータ１で発生したアシスト力の両方によって回転する。このように電動パワーステアリング装置１０は、モータ１で発生したアシスト力を車両のステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０に含まれる制御回路の回路図である。図２に示す制御回路は、電源リレー（スイッチング素子（スイッチ手段）、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ、以下、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２という）１３，１４、コンデンサ１８、モータ駆動回路（モータ駆動手段）１１を備える。この制御回路は、ＥＣＵ６の内部に設けられ、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという）１７を経て電源であるバッテリ１００に接続されている。また、ＥＣＵ６にはＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４のオン／オフを制御し、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４の故障判定をする故障検出回路（故障判定手段）１２が設けられている。さらに、故障検出回路１２にはＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４の各出力電圧を検出する電源モニタ回路（電圧検出手段）１９が接続されている。
【００１８】
図２において、互いのソース同士が直列に接続されたＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４は、コンデンサ１８およびモータ駆動回路１１をバッテリ１００に接続するか否かを切り替える電源スイッチである。ここで、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３は通常時のバッテリ１００からの電源を導通／遮断する回路遮断用として、またＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４はバッテリ１００が逆接続されたときに電源を遮断する回路保護用として設けられている。そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４は、電動パワーステアリング装置１０の動作時にはオン状態（導通状態）、停止時にはオフ状態（非導通状態）となる。
【００１９】
また、２個のＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４のドレイン・ソース端子間には、ドレインからソースの方向に電流が流れる形で寄生ダイオード１，２（保護ダイオード）１５，１６が形成されている。
【００２０】
モータ駆動回路１１は、スイッチング素子として、図示しない６個のＭＯＳ−ＦＥＴを２個ずつ直列に接続して形成された３つの回路（アーム）を並列接続してなる公知のインバータであり、２本の電源線Ｌ１，Ｌ２の間に並列に設けられる。また、モータ１は、３相の巻線を有する３相ブラシレスモータである。
【００２１】
ＥＣＵ６に設けられた故障検出回路１２は、制御回路に含まれる２個のＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４を制御する。より詳細には、故障検出回路１２には、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４をオン／オフする制御信号を出力する図示しないマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵという）と、これらの制御信号に基づいてＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４にゲート駆動信号を生成する図示しないプリドライバが設けられている。故障検出回路１２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４をオン／オフするためのこれらのゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２を出力し、これらの各ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴのゲート端子にそれぞれ入力される。
【００２２】
そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４のオン／オフ状態に応じて、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３の出力電圧値が電源モニタ回路１９内の抵抗２０，２１で分圧されたモニタ電圧Ｖ１として、またＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４の出力電圧値が同じく電源モニタ回路１９内の抵抗２２，２３で分圧されたモニタ電圧Ｖ２として故障検出回路１２に入力される。故障検出回路１２に入力されたモニタ電圧Ｖ１，Ｖ２は、ＥＣＵ６に内蔵されるＣＰＵにより、それぞれＡ／Ｄ変換され演算処理に使用される。
【００２３】
コンデンサ１８は、２本の電源線Ｌ１，Ｌ２の間に設けられる。コンデンサ１８は、バッテリ１００からＩＧスイッチ１７、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３およびＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４を経由して電荷を蓄積し、バッテリ１００からモータ駆動回路１１に流れる電流が不足するときには蓄積した電荷を放電する。このように、コンデンサ１８は、電流リップル吸収用のコンデンサとして機能する。
【００２４】
次に、本発明の実施形態の制御回路に含まれるＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４の故障検出の処理手順について説明する。
本実施形態おいて、故障検出回路１２は、図３のフローチャートに示すステップＳ３０１〜ステップＳ３１７の各処理を実行する。
【００２５】
図２で示したように故障検出回路１２は、ＥＣＵ６に内蔵されたＣＰＵが実行するコンピュータプログラムにより実現される演算処理を行う。ＣＰＵは、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各演算処理を実行することにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４のオン／オフ制御および故障検出を行う。
【００２６】
図３に、ＥＣＵ６の動作の流れを示す。図３に示されるように、故障検出回路１２は、ＩＧスイッチ１７（図２参照）がオンされると（ステップＳ３０１）、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３の出力電圧のモニタ電圧Ｖ1が所定の電圧値以下か否かを判断する（ステップＳ３０２）。このとき、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２がオフしていることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４はともにオフ状態になっている。
【００２７】
ここで、モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値より大きい（ハイレベル）場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３のショート（短絡）故障と判定し（ステップＳ３１１）、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオフし、ＥＣＵ６は制御を終了する（動作停止、ステップＳ３１７）。
【００２８】
また、モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以下（ローレベル）の場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオンすることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４をともにオンさせる（ステップＳ３０３）。
【００２９】
次に、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３のモニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以上か否かを判断する（ステップＳ３０４）。モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値より小さい（ローレベル）場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３のオープン（開放）故障と判定し（ステップＳ３１２）、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオフし、ＥＣＵ６は制御を終了する（動作停止、ステップＳ３１７）。また、モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以上（ハイレベル）の場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、ステップＳ３０５に移行する。
【００３０】
ここで、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４の出力電圧のモニタ電圧Ｖ２が所定の電圧値以上か否かを判断する（ステップＳ３０５）。モニタ電圧Ｖ２が所定の電圧値より小さい（ローレベル）場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４のオープン故障、かつＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４内の寄生ダイオード１６のオープン故障と判定し（ステップＳ３１３）、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオフし、ＥＣＵ６は制御を終了する（動作停止、ステップＳ３１７）。
【００３１】
また、モニタ電圧Ｖ２が所定の電圧値以上（ハイレベル）の場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、ゲート駆動信号Ｇ１をオフすることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３をオフさせる（ステップＳ３０６）。
【００３２】
続いて、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３のモニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以上か否かを判断する（ステップＳ３０７）。モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値より小さい（ローレベル）場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４のオープン故障、かつＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４内の寄生ダイオード２・１６は導通状態、すなわち寄生ダイオード２・１６は正常と判定し（ステップＳ３１４）、ＥＣＵ６はモータ駆動電流をＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４内の寄生ダイオード２・１６の許容電流値以下に抑えるように電流制限制御に移行し動作を継続する（ステップＳ３１５）。
【００３３】
また、モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以上（ハイレベル）の場合（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、ゲート駆動信号Ｇ２をオフすることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４をオフさせる（ステップＳ３０８）。
【００３４】
次に、ＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３のモニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以下か否かを判断する（ステップＳ３０９）。モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値より大きい（ハイレベル）場合（ステップＳ３０９：ＮＯ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４のショート故障と判定し（ステップＳ３１６）、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオフし、ＥＣＵ６は制御を終了する（動作停止、ステップＳ３１７）。
【００３５】
また、モニタ電圧Ｖ１が所定の電圧値以下（ローレベル）の場合（ステップＳ３０９：ＹＥＳ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４は正常と判断され、ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオンすることにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４をともにオンさせ動作を継続する（ステップＳ３１０）。
【００３６】
以上に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０では、バッテリ１００とモータ駆動回路１１との間の通電経路に、寄生ダイオード１，２・１５，１６を内蔵し互いのソース同士を直列に接続したＭＯＳ−ＦＥＴ１・１３およびＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４と、その後段のＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４の出力側にコンデンサ１８が配置されている。ゲート駆動信号Ｇ１，Ｇ２をオン／オフすることにより、これらのＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４を所定の順序でオン／オフ制御し、それぞれのＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４の出力電圧に基づき、ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２・１３，１４、および寄生ダイオード２・１６の故障を検出する。その結果、ＭＯＳ−ＦＥＴの故障検出を確実に行うとともに寄生ダイオードの故障判別ができる。
【００３７】
また、ＭＯＳ−ＦＥＴ２・１４がオープン故障、かつ寄生ダイオード２・１６のみが正常であることを検出した場合、ＥＣＵ６は電源電流が寄生ダイオードの許容電流以下となるようモータ駆動電流を制限する。これにより、ＥＣＵ６は制御を継続することができるとともに、さらに大きな電流を流し続けることにより寄生ダイオード２・１６が発熱し焼損することも防止できる。
【００３８】
次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置１０の作用および効果について説明する。
上述のように、本実施形態によれば、電源リレーとして直列に互いのソース同士を接続して構成される２個のＭＯＳ−ＦＥＴを所定の順序でオン／オフさせ、それぞれのＭＯＳ−ＦＥＴの出力電圧を検出し、ＭＯＳ−ＦＥＴのショート・オープン故障の判定を行うこととした。これにより後段のＭＯＳ−ＦＥＴに内蔵される寄生ダイオードのオープン故障の検出ができるため、従来できなかった寄生ダイオードの故障判別をすることができる。
【００３９】
その結果、後段のＭＯＳ−ＦＥＴがオープン故障した場合であっても、その寄生ダイオードは正常なときは電源電流値を制限した状態で寄生ダイオードを通して電流を流し続けることができるため、寄生ダイオードの発熱によるＭＯＳ−ＦＥＴの焼損等を防止することができる。
【００４０】
さらに、従来は別にコンデンサに電荷をチャージするための回路（図示せず）を設けて、電源リレーを構成するＭＯＳ−ＦＥＴのショート・オープン故障検知を行っていたが、上記のように所定の順序でＭＯＳ−ＦＥＴのショート・オープン故障の検出を実行することにより余分な検出回路を削除でき、制御装置を小型化することができる。
【００４１】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
本発明は、電動パワーステアリング装置に用いた例を説明したが、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々適用が可能である
また、本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１：モータ、２：減速機、３：トルクセンサ、４：車速センサ、５：回転角センサ、
６：ＥＣＵ、１０：電動パワーステアリング装置、
１１：モータ駆動回路、１２：故障検出回路、１３，１４：ＭＯＳ−ＦＥＴ１，２、
１５，１６：寄生ダイオード１，２、１７：ＩＧスイッチ、１８：コンデンサ、
１９：電源モニタ回路、２０〜２３：分圧抵抗、
１００：バッテリ、１０１：ステアリングホイール、１０２：ステアリングシャフト、
１０３：ラックアンドピニオン機構、１０４：ラック軸、１０５：連結部材、
１０６：転舵輪、
τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θ：モータ回転角、
Ｇ１，Ｇ２：ゲート駆動信号、Ｖ１，Ｖ２：モニタ電圧、Ｌ１，Ｌ２：電源線
【図１】
0005742356.tif 000002
【図２】
0005742356.tif 000003
【図３】
0005742356.tif 000004