(57)【要約】【課題】制御装置の大型化や信頼性低下を招くことなく、バッテリの極性を誤った接続に対する保護や、ＦＥＴのオン故障による必要操舵力の増大の防止を実現する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。【解決手段】入力端子間に電源が接続される一方、出力端子間に電動機が接続されたブリッジ回路を備え、このブリッジ回路により上記電動機を通電して電動機動力をステアリング系に作用させる電動パワーステアリング装置において、上記ブリッジ回路は、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されたアームを所定数含むものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子間に電源が接続される一方、出力端子間に電動機が接続されたブリッジ回路を備え、このブリッジ回路により上記電動機を通電して電動機動力をステアリング系に作用させる電動パワーステアリング装置において、上記ブリッジ回路は、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されたアームを所定数含む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】
電動機は直流モータであり、ブリッジ回路は４つのアームから構成され、対向するアームの一方をオン駆動、他方をＰＷＭ駆動し、オン駆動されるアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
電動機は直流モータであり、ブリッジ回路は４つのアームから構成され、全てのアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
電動機は三相モータであり、ブリッジ回路は６つのアームから構成され、全てのアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続する接続点に、ノイズ除去用コンデンサの少なくとも一端を接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
スイッチング素子は電界効果トランジスタであり、並列接続されるダイオードは上記電界効果トランジスタの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか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、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧を動力とする油圧パワーステアリング装置に対して、燃費向上等が図れる電動機を動力とする電動パワーステアリング装置が実用化されている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置の制御装置は、例えば、図３に示すように、４つのＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）Ｑ１〜Ｑ４で構成されるブリッジ回路を備え、その入力端子間にバッテリＢを、その出力端子間に直流モータＭを接続し、対辺をなすＦＥＴをオン駆動あるいはＰＷＭ駆動することによって、右方向あるいは左方向へ駆動している。
【０００４】
また、ブリッジ回路を構成するＦＥＴＱ１〜Ｑ４のうち１つに、非駆動状態でもオン状態となる故障（以下、オン故障という）が生じた場合（図３中ではＱ３がオン故障を生じた場合）に、制御装置がこのオン故障を検出して制御を停止したとしても、直流モータＭ→ＦＥＴＱ３→ＦＥＴＱ４の寄生ダイオードからなる閉回路が構成されることになり、運転者が操舵した際に、直流モータＭが発電機として動作して発電電流（制動電流）が流れる（図３中実戦矢印にて示す）ため、運転者が操舵するために必要な操舵力が単に制御を停止した場合（即ち、マニュアル操舵力）より大きくなり、操舵フィーリングを著しく悪化させるという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、図４に示すようにブリッジ回路の出力端子と直流モータＭの間にモータリレーＲ１を挿入し、制御装置にオン故障を含む何らかの異常が生じた場合にこのモータリレーＲ１を開くことで上記閉回路の構成を防止し、必要な操舵力が大きくなるのを防止していた。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−９６３８７号公報
【０００７】
このブリッジ回路を構成するＦＥＴＱ１〜Ｑ４には、その構造上、寄生ダイオードが存在するため、ブリッジ回路の入力端子間にバッテリを接続する際に、極性を誤って接続する（図３の破線にて示す）と、この寄生ダイオードを通じて短絡電流が流れ（図３中破線矢印にて示す）、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４を破壊してしまうという問題があり、これを防止するために、図４に示すように入力端子とバッテリとの間にノーマルオープンの電源リレーＲ２が挿入されていた。
【０００８】
【特許文献２】
特許２５０６２６９号公報
【０００９】
また、同様にこの問題を解決するために、ブリッジ回路の各入力端子に、二接点リレーを挿入することも提案されている。
【００１０】
【特許文献３】
特開２００１−１０６０９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような制御装置においては、いずれもリレーを挿入する必要がある。しかも上述の問題点の両方を解決するためには、２つのリレーを挿入する必要がある。このリレーは、正常時には電動機電流を流す必要があり、電動パワーステアリング装置では数十Ａの電流が流れるため、電流容量が大きい大型のリレーを用いる必要があり、制御装置の小型化の障害となっていた。
【００１２】
また、比較的大型のリレーは基板等に設置した場合に、その重心が設置面から離れる（高く）なり、電動パワーステアリング装置が搭載された車両の種々の振動（エンジン振動や走行振動）に対して弱く、リレーの接続箇所が断線するおそれがあり、また、リレーはその接点が溶着するおそれがあり、接点が溶着した場合には、ＦＥＴのオン故障による必要操舵力の増大の防止や、バッテリの極性を誤った接続に対する保護ができなくなり、制御装置の信頼性向上の面でも障害となっていた。
【００１３】
この発明は上記のような問題を解決するものであり、制御装置の大型化や信頼性低下を招くことなく、ＦＥＴのオン故障による必要操舵力の増大の防止や、バッテリの極性を誤った接続に対する保護を実現する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、入力端子間に電源が接続される一方、出力端子間に電動機が接続されたブリッジ回路を備え、このブリッジ回路により上記電動機を通電して電動機動力をステアリング系に作用させる電動パワーステアリング装置において、上記ブリッジ回路は、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されたアームを所定数含むものである。
【００１５】
また、電動機は直流モータであり、ブリッジ回路は４つのアームから構成され、対向するアームの一方をオン駆動、他方をＰＷＭ駆動し、オン駆動されるアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成したものである。
【００１６】
また、電動機は直流モータであり、ブリッジ回路は４つのアームから構成され、全てのアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成したものである。
【００１７】
また、電動機は三相モータであり、ブリッジ回路は６つのアームから構成され、全てのアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成したものである。
【００１８】
さらに、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続する接続点に、ノイズ除去用コンデンサの少なくとも一端を接続したものである。
【００１９】
さらにまた、スイッチング素子は電界効果トランジスタ、並列接続されるダイオードは上記電界効果トランジスタの寄生ダイオードとしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を説明する。図１はこの発明の一実施形態の全体の構成を示す図である。電動パワーステアリング装置は、マイクロコンピュータ１が、操舵系（図示せず）に作用するトルクセンサ２により検出した操舵トルク、車速センサ３により検出した車速、電流センサ４によって検出した直流モータＭに流れる電流等の入力に基づいて、必要なアシストトルクおよびアシスト方向を演算し、このアシストトルクに応じた目標電動機電流およびアシスト方向に応じた電動機駆動方向をドライバ回路５に伝達し、ドライバ回路５がブリッジ回路を構成するＦＥＴＱ１１〜Ｑ４２をオン駆動あるいはＰＷＭ駆動することによって直流モータＭを駆動し、この直流モータＭの発生トルクを減速機（図示せず）を介して操舵系に加えることによって操舵力をアシストするものである。
【００２１】
この発明に係る電動パワーステアリング装置におけるブリッジ回路は、図１に示すように８個のスイッチング素子とダイオードの並列回路（Ｑ１１〜Ｑ４２）から構成されており、スイッチング素子はＦＥＴを用いており、ダイオードはＦＥＴの寄生ダイオードから構成されている。さらにブリッジ回路の１つのアームは２個のＦＥＴを一対（Ｑ１１とＱ１２、Ｑ２１とＱ２２、Ｑ３１とＱ３２、Ｑ４１とＱ４２）として構成されており、この一対のＦＥＴは互いの寄生ダイオードが逆極性となるように直列接続されている。（以下、これらのＦＥＴのうち、Ｑ１１、Ｑ２１、Ｑ３２、Ｑ４２を逆方向ＦＥＴ、Ｑ１２、Ｑ２２、Ｑ３１、Ｑ４１を順方向ＦＥＴという。）
【００２２】
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述したようにドライバ回路５からの駆動信号により８個のＦＥＴをオン駆動あるいはＰＷＭ駆動されることで、直流モータＭに右方向および左方向のトルク（アシストトルク）を発生させるものであるが、このドライバ回路５の駆動信号について説明する。
【００２３】
まず、車両のＩＧスイッチ（図示せず）がオンされると、バッテリＢより電源が供給され、マイクロコンピュータ１が起動する。マイクロコンピュータ１は、起動時に一般的に知られた異常判定等を行い、さらにドライバ回路５に動作命令を出力する。この動作命令を受けたドライバ回路５は、逆方向ＦＥＴＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３２、Ｑ４２を全てオン駆動する信号を出力する。この逆方向ＦＥＴＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３２、Ｑ４２をオン駆動する信号は、ＩＧスイッチがオフされ、あるいは、マイクロコンピュータ１がシステムに何らかの異常を生じたことを検出し、制御を停止するまでは常時出力されている。マイクロコンピュータ１はさらに、トルクセンサ２、車速センサ３、電流センサ４等の出力を受け、アシストトルクおよびアシスト方向を決定し、これらに応じた目標電動機電流および電動機駆動方向をドライバ回路５に伝達し、これに基づいてドライバ回路５がブリッジ回路の対向するアームを構成する順方向ＦＥＴ（Ｑ１２とＱ４１あるいはＱ２２とＱ３１）をオン駆動あるいはＰＷＭ駆動する。
【００２４】
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の通り構成されており、バッテリＢの極性を誤って接続したとしても、逆方向ＦＥＴＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３２、Ｑ４２の寄生ダイオードによって短絡電流が流れることを防止できる。また、何れか１個のＦＥＴがオン故障した場合、例えば、順方向ＦＥＴＱ１２がオン故障した場合には、この順方向ＦＥＴＱ１２のオン故障をマイクロコンピュータ１が検出し、ドライバ回路５は８個のＦＥＴ全てへの駆動信号の出力を停止する。これによりオン故障した順方向ＦＥＴＱ１２以外の７個のＦＥＴは全てオフされる。この状態であれば、運転者が操舵して、直流モータＭが発電機として動作しても、図１中実線矢印の方向であれば、順方向ＦＥＴＱ２２の寄生ダイオード、逆に図１中破線矢印の方向であれば、逆方向ＦＥＴＱ２１および順方向Ｑ１２の寄生ダイオードによって制動電流が流れることを防止され、運転者が操舵するために必要な操舵力がマニュアル操舵力より大きくなることはない。
【００２５】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述のように構成されており、制御装置を構成する部品のうち大型部品であるリレーを用いていないため、制御装置の大型化を招くことなく、さらに、基板上に設置したとき、基板面に対して重心が低く、車両の振動の耐力が高く、接続箇所の断線の可能性が極めて低く、また、リレーのように接点の溶着のおそれもなく、制御装置の信頼性が飛躍的に向上する。
【００２６】
また、図１では、一対のＦＥＴの接続点ａ−ｃ間およびｂ−ｄ間にノイズ除去用のコンデンサＣ１、Ｃ２が接続されている。このように接続することによって、バッテリＢの極性を誤って接続した場合であっても、逆方向ＦＥＴの寄生ダイオードによってコンデンサＣ１、Ｃ２に逆方向電圧が印加されることはなく、このコンデンサを保護することができる。なお、このコンデンサの接続は、図１の接続でなくとも、例えば、点ａ−グランド間および点ｂ−グランド間、あるいは、点ｃ−バッテリ間および点ｄ−バッテリ間のように接続してもよく、要は逆方向ＦＥＴの寄生ダイオードによってコンデンサに逆方向電圧が印加されることが防止できる接続であれば、同様の効果を奏することができる。
【００２７】
また、上述の実施形態では逆方向ＦＥＴＱ１１、Ｑ２１、Ｑ３２、Ｑ４２を制御が行われている間、常にオンさせることとしたが、例えば、直流モータＭの駆動方向に応じて順方向ＦＥＴＱ１２およびＱ４１を駆動するときには逆方向ＦＥＴＱ１１およびＱ４２を、順方向ＦＥＴＱ２２とＱ３１を駆動するときには逆方向ＦＥＴＱ２１およびＱ３２をオン駆動するようにしても良く、また、ブリッジ回路のアームを構成する順方向ＦＥＴおよび逆方向ＦＥＴを一対（Ｑ１１とＱ１２、Ｑ２１とＱ２２、Ｑ３１とＱ３２、Ｑ４１とＱ４２）として同時に駆動しても良い。この場合、ＦＥＴＱ１１とＱ１２、ＦＥＴＱ４１とＱ４２がオンのとき、ＦＥＴＱ２１とＱ２２、ＦＥＴＱ３１とＱ３２はオフされるように相補的に駆動する。
【００２８】
実施の形態２．
次にこの発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態について説明する。ブリッジ回路を用いて直流モータを可逆回転駆動する場合、一般的に対向するアームの両方をＰＷＭ駆動する駆動方法と、対向するアームの一方をオン駆動、他方をＰＷＭ駆動する駆動方法が知られている。後者の駆動方法を採用した場合におけるＦＥＴのオン故障の発生状態について説明する。
【００２９】
例えば図３において、高電位側ＦＥＴ（Ｑ１あるいはＱ２）をオン駆動、低電位側ＦＥＴ（Ｑ３あるいはＱ４）をＰＷＭ駆動する場合について説明すると、点Ａ（直流モータＭの一方の端子）に地絡故障を起こした状態で、直流モータＭを回転駆動すべく高電位側ＦＥＴＱ１をオン駆動および低電位側ＦＥＴＱ４をＰＷＭ駆動すると、ＦＥＴＱ１には短絡電流が流れ、ＦＥＴＱ１が破壊され、オン故障が発生する場合がある。一方、点Ｂ（直流モータＭの他方の端子）に天絡故障を生じた状態で、直流モータＭを回転駆動すべく高電位側ＦＥＴＱ１をオン駆動および低電位側ＦＥＴＱ４をＰＷＭ駆動すると、ＦＥＴＱ４に短絡電流が流れるが、この場合、ＦＥＴＱ４はＰＷＭ駆動されており、ＦＥＴＱ４を通じて流れる電流は、そのＰＷＭ信号のデューティにより制御されるため、ＦＥＴＱ４は破壊に至らない。
【００３０】
逆に図３において、高電位側ＦＥＴ（Ｑ１あるいはＱ２）をＰＷＭ駆動、低電位側ＦＥＴ（Ｑ３あるいはＱ４）をオン駆動する場合について説明すると、点Ａに地絡故障を起こした状態で、直流モータＭを回転駆動すべく高電位側ＦＥＴＱ１をＰＷＭ駆動および低電位側ＦＥＴＱ４をオン駆動すると、ＦＥＴＱ１に短絡電流が流れるが、この場合、ＦＥＴＱ１はＰＷＭ駆動されており、ＦＥＴＱ１を通じて流れる電流は、そのＰＷＭ信号のデューティにより制御されるため、ＦＥＴＱ１は破壊に至らない。一方、点Ｂに天絡故障を生じた状態で、直流モータＭを回転駆動すべく高電位側ＦＥＴＱ１をＰＷＭ駆動および低電位側ＦＥＴＱ４をオン駆動すると、ＦＥＴＱ４には短絡電流が流れ、ＦＥＴＱ４が破壊され、オン故障が発生する場合がある。
【００３１】
以上説明のように、ブリッジ回路の対向するアームの一方をオン駆動、他方をＰＷＭ駆動する駆動方法を採用した場合、オン故障が生じるのはオン駆動される側のアームであり、ＰＷＭ駆動される側でオン故障が発生する可能性は極めて低い。
【００３２】
この発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態に係るブリッジ回路は図２に示すように、高電位側アームは、従来のブリッジ回路と同様に単一のＦＥＴ（Ｑ１およびＱ２）にて構成されている。一方、低電位側アームは、順方向ＦＥＴ（Ｑ３１およびＱ４１）と逆方向ＦＥＴ（Ｑ３２およびＱ４２）がそれぞれ対（Ｑ３１とＱ３２が対、Ｑ４１とＱ４２が対）として構成されており、この一対のＦＥＴは互いの寄生ダイオードが逆極性となるように直列接続されている。このブリッジ回路６においては、高電位側アームのＦＥＴ（Ｑ１あるいはＱ２）をＰＷＭ駆動し、低電位側アームの順方向ＦＥＴ（Ｑ３１あるいはＱ４１）をオン駆動する。また、逆方向ＦＥＴＱ３２およびＱ４２は、制御装置が動作している間、常にオン駆動されている。
【００３３】
このようなブリッジ回路６では、低電位側アームは２個を一対としたＦＥＴで構成されており、低電位側アームを構成するＦＥＴ（Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ４１、Ｑ４２）のうち、いずれか１つがオン故障したとしても、正常なＦＥＴによって直流モータＭを含む閉回路が構成されることが防止されるため、運転者の操舵により直流モータＭが回転させられ発電機として動作し、操舵に必要な操舵力が増大することを防止することができる。また、ＰＷＭ駆動される高電位側アームについては、上述のとおり、オン故障が生じる可能性が極めて低いため、現実的には、オン故障発生時に備えて逆方向ＦＥＴを設ける必要がない。
【００３４】
また、このようなブリッジ回路６では、バッテリＢの極性を誤って接続したとしても、逆方向ＦＥＴＱ３２およびＱ４２の寄生ダイオードにより短絡電流が流れることを防止できる。即ち、この実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、上述した実施形態１に対して、実質的な信頼性の低下を招くことなく、使用するＦＥＴの数を低減することができ、より一層の小型化および低コスト化が実現できる。
【００３５】
さらに、上述の実施形態では、直流モータを対象としたブリッジ回路を構成すべく４アーム、合計８個のＦＥＴからなるブリッジ回路を構成したが、そのほかの電動機であっても同様の効果を奏することはいうまでもなく、直流ブラシレスモータなどの三相モータのように三相（６アーム）のブリッジ回路を用いるものについては、モータリレーを用いた場合、各相ごとにモータリレーが必要となるため、設置するリレー数が多くなり、制御装置の大型化、および、信頼性の低下を招くことになる。しかし、この発明に基づき６アーム、１２個のＦＥＴによりブリッジ回路を構成すれば、直流モータに関して上述したように全てのリレーが不要となるため、制御装置の大型化や、信頼性の低下を招くことなく、制御装置の小型化、信頼性向上の面でより一層の効果を奏する。
【００３６】
なお、上述の実施形態ではＦＥＴにて構成したが、トランジスタやＩＧＢＴとダイオードを並列に接続したものでも同様の効果を奏することはいうまでもないが、スイッチング素子としてＦＥＴを用いることにより、その構造上生じる寄生ダイオードを利用することにより、別途ダイオードを並列接続する必要がなく、回路実装上、設置に必要なスペースが小さく、接続の手間も省けるという効果をも奏する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、入力端子間に電源が接続される一方、出力端子間に電動機が接続されたブリッジ回路を備え、このブリッジ回路により上記電動機を通電して電動機動力をステアリング系に作用させる電動パワーステアリング装置において、上記ブリッジ回路は、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成されたアームを所定数含むものであり、制御装置の大型化や信頼性低下を招くことなくＦＥＴのオン故障による必要操舵力の増大の防止や、バッテリの極性を誤った接続に対する保護を実現するという効果を奏するものである。
【００３８】
また、電動機は直流モータであり、ブリッジ回路は４つのアームから構成され、対向するアームの一方をオン駆動、他方をＰＷＭ駆動し、オン駆動されるアームがスイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続して構成したものであり、実質的な信頼性の低下を招くことなく、使用するＦＥＴの数を低減することができ、より一層の小型化および低コスト化が実現できるという効果を奏するものである。
【００３９】
さらに、スイッチング素子とダイオードの並列接続した回路を、上記ダイオードが互いに逆極性となるように直列接続する接続点に、ノイズ除去用コンデンサの少なくとも一端を接続したものであり、バッテリの極性を誤って接続した場合であっても、このコンデンサに逆方向電圧が印加されることはなく、このコンデンサを保護することができるという効果を奏するものである。
【００４０】
さらにまた、スイッチング素子は電界効果トランジスタ、並列接続されるダイオードは上記電界効果トランジスタの寄生ダイオードとしたものであり、電界効果トランジスタの構造上生じる寄生ダイオードを利用することにより、別途ダイオードを並列接続する必要がなく、回路実装上、設置に必要なスペースが小さく、接続の手間も省けるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態の構成および動作を示す図である。
【図２】この発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態の主要な構成を示す図である。
【図３】従来の電動パワーステアリング装置におけるブリッジ回路の構成および動作を示す図である。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置におけるブリッジ回路の構成および動作を示す図である。
【符号の説明】
１  マイクロコンピュータ、２  トルクセンサ、３  車速センサ、４  電流センサ、５  ドライブ回路、６  ブリッジ回路、Ｍ  直流モータ、Ｂ  バッテリ、Ｑ１〜Ｑ４およびＱ１１〜Ｑ４２  ＭＯＳ型電界効果トランジスタ、Ｃ１およびＣ２  ノイズ除去用コンデンサ、Ｒ１  モータリレー、Ｒ２  電源リレー
【図１】
2004312952.tif 000003
【図２】
2004312952.tif 000004
【図３】
2004312952.tif 000005
【図４】
2004312952.tif 000006