(57)【要約】【課題】モータラインが地絡した際の電磁ブレーキの発生を防止すると共に、開閉装置の接点による制御装置の損失低減を図った電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵トルクに基づく操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値とで演算した電流制御値でモータ駆動回路を介して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において、前記モータ駆動回路と前記モータ電流検出手段との間に開閉装置を設ける。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクに基づく操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値とで演算した電流制御値でモータ駆動回路を介して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において、前記モータ駆動回路と前記モータ電流検出手段との間に開閉装置を具備した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】
前記開閉装置が１接点リレーである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記開閉装置が２接点リレーである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値とから演算した電流制御値に基いて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子４個で成るＨブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記モータ電流検出手段の一部を形成する電流検出用素子が前記Ｈブリッジ回路に接続された構成となっており、前記電流検出素子と前記Ｈブリッジ回路との間に開閉装置を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記電流検出素子がシャント抵抗である請求項４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にモータ駆動回路と電流検出のためのシャント抵抗との間にリレー等の開閉装置を設け、モータの地絡を検出した際に開閉装置を開放（ＯＦＦ）するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図６に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は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に結合されている。軸２には、操向ハンドル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、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図７のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。
【０００５】
コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段３８で検出され、検出されたモータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
また、モータ駆動回路３７の構成例を図８に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７２と、４個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４でＨ字状に構成されたＨブリッジ回路３７１と、バッテリ１４のＨブリッジ回路３７１への電力供給をＯＮ／ＯＦＦする電源リレー３７３と、Ｈブリッジ回路３７１に接続された電流検出のための低抵抗のシャント抵抗Ｒ０と、モータ２０が地絡した場合の故障に対して、モータラインを電流遮断する開閉装置としてのモータリレー３７４とで構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符合により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。Ｈブリッジ回路３７１にはシャント抵抗Ｒ０が接地されており、シャント抵抗Ｒ０にモータ電流検出回路３８が接続され、これによってモータ電流ｉを検出するようになっている。
【０００７】
このように従来の電動パワーステアリング装置では、Ｈブリッジ回路３７１とモータ２０との間のモータラインに開閉装置としてのモータリレー３７４（ノーマリＯＮ）を設け、モータ２０が地絡故障した際は、そのモータリレー３７４を解放（ＯＦＦ）していた。図９はその様子を示しており、モータ２０の両端子の一端が地絡したときにその地絡を検出してモータリレー３７４を解放（ＯＦＦ）するようにしている。モータリレー３７４をモータラインの片方にのみ接続するのはコスト低減のためであるが、このようにモータラインの片方だけに開閉装置（モータリレー３７４）を設けると、故障個所によってはモータ地絡した場合に、開閉装置（モータリレー３７４）を解放しても、モータ端子間が短絡する図９の太実線で示すような短絡回路が形成されてしまい、モータ２０に電磁ブレーキが発生するような故障モードが存在していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような故障モードの発生を解決しようとするには、図１０に示すようにモータ２０の両端のモータラインに開閉装置としてのモータリレー３７４及び３７５を２個設ける必要がある。このようにモータラインに２つのリレー接点（３７４及び３７５）を設け、両者を同時にＯＦＦすることにより前述した短絡回路の形成は阻止できるが、２つ設ける分コストアップにもなり、また、図１１に示すようにモータ電流が流れる経路の損失（接点の電力損失）が増加することになる。つまり、アシストのためにモータ２０に電流が流れる場合は、必ず両方のリレー接点３７４及び３７５を経て電流が流れるので、抵抗に基づく発熱が著しいと共に、制御回路の電力損失が大きくなる。これによって、モータ２０にかかる電圧が低下してモータ２０の出力が低減され、ステアリングとしての操舵性能も低下してしまう問題がある。
【０００９】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、モータラインが地絡した場合でも、モータの電磁ブレーキの発生を確実に防止すると共に、開閉装置の接点による制御装置の損失低減を図った電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵トルクに基づく操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値とで演算した電流制御値でモータ駆動回路を介して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に関するもので、本発明の上記目的は、前記モータ駆動回路と前記モータ電流検出手段との間に開閉装置を設けることによって達成される。
【００１１】
また、本発明は、操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ電流値とから演算した電流制御値に基いて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子４個で成るＨブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記モータ電流検出手段の一部を形成する電流検出用素子が前記Ｈブリッジ回路に接続された構成の電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記電流検出素子と前記Ｈブリッジ回路との間に開閉装置を設けることによって達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では、モータ駆動回路（Ｈブリッジ回路）と、電流を検出するための電流検出手段の一部である電流検出素子（シャント抵抗）との間にリレー等の開閉装置を設けている。そして、モータラインが故障等で地絡したときに、その地絡を検出して開閉装置を解放（ＯＦＦ）することにより、モータライン地絡時のモータによる電磁ブレーキの発生を防止すると共に、開閉装置の接点による制御装置の損失低減を図るようにしている。
【００１３】
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明では、図１に示すようにＨブリッジ回路３７１の下段のＧＮＤ（接地）側とシャント抵抗Ｒ０の電源側との間に、ノーマリオープンのＧＮＤリレー３７５を開閉装置として設ける。そして、モータ地絡故障が生じて図示の太実線で示すような短絡回路が形成された場合、ＧＮＤリレー３７５をＯＦＦすることによりモータ端子間短絡回路を遮断する。ＧＮＤリレー３７５がＨブリッジ回路３７１とシャント抵抗Ｒ０との間に接続されているので、モータ端子間短絡回路を完全に遮断することができ、モータ端子間が短絡して発生する電磁ブレーキも防止することが可能となる。また、モータ２０の通常動作（例えば正転）は図２の太実線で示すような電流経路で動作し、電源リレー３７３をＯＮ（接点閉）する際に、ＧＮＤリレー３７５をＯＮ（接点閉）することでモータ２０に電流を流すようになっている。図２はＦＥＴ２及びＦＥＴ４がＯＮしている正転の場合を示しているが、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３がＯＮするモータ２０の逆転の場合も同様である。このように本発明によれば、リレー接点による損失は１接点だけであり、制御装置の損失低減を図ることができる。
【００１５】
ここで、本発明の動作例を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００１６】
先ず制御装置（図示せず）がモータ端子電圧を読込み（ステップＳ１）、モータ端子電圧に基づいてモータ地絡を判定し（ステップＳ２）、モータ地絡が異常か否かを判定する（ステップＳ３）。モータ地絡が異常でなければ通常の処理を行い（例えば図２の電流回路）、モータ地絡が異常であれば、ＣＰＵからゲート駆動回路３７２へ入力される信号をＯＦＦすることによってモータ電流をＯＦＦし（ステップＳ４）、更に電源リレー３７３をＯＦＦすると共に（ステップＳ５）、ＧＮＤリレー３７５をＯＦＦして終了する（ステップＳ６）。
【００１７】
上述の例では１接点のＧＮＤリレー３７５を用いているが、図４に示すようにＨブリッジ回路３７１の下段のＧＮＤ側とシャント抵抗Ｒ０の電源側との間に、２接点が同時に開閉するようなノーマリオープンのＧＮＤリレー３７６を設けても良い。この場合、通常は電源リレー３７３をＯＮ（接点閉）する際に、ＧＮＤリレー３７６をＯＮ（接点閉）することで図５に示すようにモータ２０に例えば正転のための電流を流す。図５はＦＥＴ２及びＦＥＴ４がＯＮしている正転の場合を示しているが、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３がＯＮするモータ２０の逆転の場合も同様である。本実施例によれば、ＧＮＤリレー３７６の接点による損失はいずれの場合も１接点だけである。モータライン地絡を検出した際には、このＧＮＤリレー３７６の２接点を同時に解放（接点開）することによって、モータ２０の端子間が短絡して発生する電磁ブレーキを防止することが可能である。
【００１８】
上述では開閉装置としてリレーを挙げているが、電子スイッチ等のスイッチング素子でも良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路とモータ電流検出手段（シャント抵抗）との間にリレー等の開閉装置を設け、モータラインが地絡した際に遮断するようにしているので、モータの電磁ブレーキの発生を防止すると共に、開閉装置の接点による制御装置の損失低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例を示す結線図である。
【図２】図１の正常動作時の電流経路例を示す図である。
【図３】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の構成例を示す結線図である。
【図５】図４の正常動作時の電流経路例を示す図である。
【図６】電動パワーステアリング装置の一例を示す図である。
【図７】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図８】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図９】モータの地絡故障による短絡回路の形成を説明するための結線図である。
【図１０】モータラインの両側に開閉装置を設けた場合の結線図である。
【図１１】モータラインの両側に開閉装置を設けた場合の不具合を説明するための図である。
【符号の説明】
１　　　　操向ハンドル
５　　　　ピニオンラック機構
１０　　　トルクセンサ
１２　　　車速センサ
２０　　　モータ
３０　　　コントロールユニット
３１　　　位相補償部
３２　　　操舵補助指令値演算器
３３　　　異常検出手段
３７、３７Ａ、３７Ｂ　　　モータ駆動回路
３８　　　モータ電流検出手段
３７１　　Ｈブリッジ回路
３７２　　ゲート駆動回路
３７３　　電源リレー
３７４　　モータリレー
３７５、３７６　　ＧＮＤリレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004009929.tif 000009
【図８】
2004009929.tif 000010
【図９】
2004009929.tif 000011
【図１０】
2004009929.tif 000012
【図１１】
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