(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのモータを正逆可能に駆動するために、駆動用スイッチング素子のブリッジ回路を、前記モータ毎に設けたブリッジ駆動回路であって、
両ブリッジ回路のノード間に接続された緊急対策用スイッチング素子と、
前記駆動用スイッチング素子の故障及び又は前記ブリッジ回路の電源側及び接地側ノードの状態を検出する故障センサと、
前記故障センサの出力に応じて、前記緊急対策用スイッチング素子を選択的に導通する制御ユニットとを有し、
前記故障センサにより故障状態が検出されたとき、前記制御ユニットは、正常な側のモータの駆動を一時的に中断し、前記両ブリッジ回路のアームの一部及び導通させた前記緊急対策用スイッチング素子を介して、故障状態が検出された側のモータを駆動することを特徴とするブリッジ駆動回路。
【請求項２】
前記ブリッジ回路の一方の各中間ノードを、前記ブリッジ回路の他方の中間ノードのそれぞれに対して前記緊急対策用スイッチング素子を介して接続したことを特徴とする請求項１に記載のブリッジ駆動回路。
【請求項３】
前記故障センサにより故障状態が検出されたとき、前記制御ユニットは、フェールセーフ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載のブリッジ駆動回路。
【請求項４】
前記モータが、車両用トー角駆動装置用のモータからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のブリッジ駆動回路。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つのモータを、モータ毎に設けたブリッジ回路により駆動するための回路に関し、特に、一方のブリッジ回路の故障時に、他方のブリッジ回路により応急対策が可能なブリッジ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の、例えば２つのモータを個別に制御する場合には、モータ毎にブリッジ回路を設けていた。そのような場合、一方のブリッジ回路に付随する回路要素或いはワイヤハーネスの故障或いは断線が生じると、対応するモータの駆動が不可能となり、２つのモータを備えたシステムの通常の利用ができなくなる不都合があった。特に、故障側のモータが、システムの運用の障害となる位置で停止した場合には、システムが全く利用不能となり、著しい不便を引き起こすこととなる。特に、車両のリヤトー角制御システム等に於いては、リヤトー角駆動用のアクチュエータが故障し、後輪のトー角が特定の位置で停止したままであると、車両の正常な走行が困難となることから、別の手段により、リヤトー角を変更可能としたり、少なくとも、リヤトー角を中立位置に戻し、車両をサービス工場まで問題なく走行し得ることが望まれる。そこで、システムに冗長性を持たせることにより故障対策することも考えられるが、装置が大型化したり、コストが高騰するなどの問題がある。
【０００３】
特許文献１、２には、モータ駆動用のブリッジ回路の故障検出回路が開示されているが、故障に対する対策は提案されていない。
【特許文献１】特開平６−２３３４５０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０００１号公報
【０００４】
そこで、本発明者は、一方のブリッジ回路が故障した場合でも、他方のブリッジ回路が正常に機能し得ることから、他方のブリッジ回路を利用して、限られた範囲で一方のブリッジ回路の機能を代替させることが可能ではないかとの知見を得た。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来技術の問題点及び本発明者の知見に鑑み、本発明の主な目的は、少なくとも２つのモータを、モータ毎に設けたブリッジ回路により駆動するための回路に於いて、一方のブリッジ回路の故障時に、他方のブリッジ回路により応急対策が可能なブリッジ駆動回路を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、装置の大型化或いはコストの高騰を伴うことなく、冗長性に基づく故障対策機能を備えたブリッジ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、このような目的は、少なくとも２つのモータを正逆可能に駆動するために、駆動用スイッチング素子のブリッジ回路を、前記モータ毎に設けたブリッジ駆動回路であって、両ブリッジ回路のノード間に接続された緊急対策用スイッチング素子と、前記駆動用スイッチング素子の故障及び又は前記ブリッジ回路の電源側及び接地側ノードの状態を検出する故障センサと、前記故障センサの出力に応じて、前記緊急対策用スイッチング素子を選択的に導通する制御ユニットとを有し、前記故障センサにより故障状態が検出されたとき、前記制御ユニットは、正常な側のモータの駆動を一時的に中断し、前記両ブリッジ回路のアームの一部及び導通させた前記緊急対策用スイッチング素子を介して、故障状態が検出された側のモータを駆動することを特徴とするブリッジ駆動回路を提供することにより達成される。
【発明の効果】
【０００８】
このように、故障の種類に応じて、緊急対策用スイッチング素子を選択的に導通させることにより、正常な側のブリッジ回路の一部を利用して、故障側のモータを駆動し、応急対策を行うことが可能となる。
【０００９】
本発明の或る実施例に於いては、前記ブリッジ回路の一方の各中間ノードを、前記ブリッジ回路の他方の中間ノードのそれぞれに対して緊急対策用スイッチング素子を介して接続するものとした。一方のブリッジ回路のみでは、両方のモータを駆動する能力がない場合には、前記故障センサにより故障状態が検出されたとき、前記制御ユニットは、正常な側のモータの駆動を一時的に中断し、前記両ブリッジ回路のアームの一部及び導通させた緊急対策用スイッチング素子を介して、故障状態が検出された側のモータを駆動するようにすると良い。また、前記故障センサにより故障状態が検出されたとき、前記制御ユニットは、フェールセーフ動作を行うと良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１１】
以下、図面を参照して、後輪トー角可変制御装置に適用された本発明の一実施例について詳しく説明する。説明にあたり、車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤや電動アクチュエータ等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ＬまたはＲを付して、例えば、後輪５Ｌ（左）、後輪５Ｒ（右）と記すとともに、総称する場合には、例えば、後輪５と記す。
【００１２】
図１は実施形態に係る後輪トー角可変制御装置１０を適用した自動車Ｖの概略構成図である。自動車Ｖは、タイヤ２Ｌ，２Ｒが装着された前輪３Ｌ・３Ｒと、タイヤ４Ｌ，４Ｒが装着された後輪５Ｌ，５Ｒとを備えており、これら前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒが、左右のフロントサスペンション６Ｌ，６Ｒおよびリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒによってそれぞれ車体１に懸架されている。
【００１３】
また、自動車Ｖには、ステアリングホイール８の操舵により、ラックアンドピニオン機構を介して左右の前輪３Ｌ，３Ｒを直接転舵する前輪操舵装置９と、左右のリヤサスペンション７Ｌ，７Ｒに対して設けられた左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを伸縮駆動することにより、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を個別に変化させる後輪トー角可変制御装置１０とが備わっている。
【００１４】
自動車Ｖには、各種システムを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２の他、車速センサ１３や、操舵量センサ１４、ヨーレイトセンサ１５、横加速度センサ１６の他、図示しない種々のセンサが設置されており、各センサの検出信号はＥＣＵ１２に入力して車両の制御に供される。なお、操舵量センサ１４はステアリングホイール８の操舵量を検出しており、その検出値から前輪３の転舵角が算出される。
【００１５】
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線を介して各センサ１３〜１６等や、電動アクチュエータ１１と接続されている。ＥＣＵ１２は、各センサ１３〜１６等の検出結果に基づいて後輪トー角を算出し、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの変位量を決定した上で後輪５のトー角制御を行う。
【００１６】
各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒには、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒ（トー角センサ）がそれぞれ設置されている。ストロークセンサ１７Ｌ，１７Ｒの信号がＥＣＵ１２に入力することで、電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒのフィードバック制御が行われる。これにより、各電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは、ＥＣＵ１２によって決定された所定量だけ伸縮動し、後輪５Ｌ，５Ｒのトー角を正確に変化させる。
【００１７】
このように構成された自動車Ｖによれば、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒを同時に対称的に変位させることにより、両後輪５Ｌ，５Ｒのトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる他、左右の電動アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪５Ｌ，５Ｒを左右に転舵することも可能である。例えば、自動車Ｖは、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時に後輪５をトーアウトに、制動時に後輪５をトーインに変化させ、高速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と同相に、低速旋回走行時に後輪５を前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高めるべく後輪トー角制御を行う。
【００１８】
次に、後輪トー角可変制御装置の具体的構成について図２および図３を参照して説明する。図２は左側リヤサスペンション７Ｌの斜視図であり、図３は左側リヤサスペンション７Ｌの背面図である。ダブルウィッシュボーン式のリヤサスペンション７は、後輪５を回転自在に支持するナックル２１と、ナックル２１を上下動可能に車体１に連結するアッパアーム２２およびロアアーム２３と、後輪５のトー角を変化させるべくナックル２１と車体１とに連結された電動アクチュエータ１１と、後輪５の上下動を緩衝する懸架スプリング付きダンパ２４等で構成されている。
【００１９】
アッパアーム２２およびロアアーム２３は、基端がそれぞれゴムブッシュジョイント２５，２６を介して車体１に連結され、先端がそれぞれボールジョイント２７，２８を介してナックル２１の上部および下部に連結されている。電動アクチュエータ１１は、基端がゴムブッシュジョイント２９を介して車体１に連結され、先端がゴムブッシュジョイント３０を介してナックル２１の後部に連結されている。懸架スプリング付きダンパ２４は、上端が車体１に固定され、下端がゴムブッシュジョイント３１を介してナックル２１の上部に連結されている。
【００２０】
このような構成を採ることにより、電動アクチュエータ１１Ｌが伸長駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向外側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して内向き（トーイン側）に変化し、電動アクチュエータ１１Ｌが収縮駆動されると、ナックル２１の後部が車幅方向内側に回動することにより、後輪５Ｌのトー角は車両進行方向に対して外向き（トーアウト側）に変化する。
【００２１】
次に、図４を参照して電動アクチュエータ１１およびストロークセンサ１７について説明する。図４は電動アクチュエータ１１の縦断面図である。電動アクチュエータ１１は、車体１側のゴムブッシュジョイント２９が形成された第１ハウジング３２ａ、および複数のボルト３３で第１ハウジング３２ａに締結された第２ハウジング３２ｂからなるハウジング３２と、第２ハウジング３２ｂに伸縮自在に支持され、ナックル２１側のゴムブッシュジョイント３０が形成された出力ロッド３５とを備えている。第１ハウジング３２ａの内部には駆動源であるブラシ付きのＤＣモータ４１が収容され、ボルト３６で第１ハウジング３２ａに締結されている。第２ハウジング３２ｂの内部には遊星歯車式の減速機５１と、弾性を有するカップリング５６と、台形ねじを用いた送りねじ機構６１とが収容されている。ＤＣモータ４１が駆動されると、回転軸４２の回転が減速機５１によって減速され、送りねじ機構６１によって直線運動に変換されて出力ロッド３５が直線駆動される。      
【００２２】
第２ハウジング３２ｂの外周面に設けられたストロークセンサ１７は、出力ロッド３５の外周面に取り付けられたボルト６６によって出力ロッド３５に固着されたマグネット７１と、センサハウジング７２内に収容された差動変圧器７３とから構成されている。差動変圧器７３は、出力ロッド３５の直線駆動方向と平行に延在するようにマグネット７１に近接して配置され、両端が第２ハウジング３２ｂに固着されている。差動変圧器７３には、図示しない１次コイルと、１次コイルの軸方向両端に近接する同一巻き数の２つの２次コイルとが巻装されており、マグネット７１が１次コイルの長手方向に移動した際に生じる差動電圧を検出することにより、出力ロッド３５の伸縮ストロークが求められる。
【００２３】
図５は、上記した電動アクチュエータに用いられるモータを駆動するための駆動回路を示す。左後輪用のアクチュエータの駆動回路は、駆動用スイッチング素子Ｌ１からＬ４を４本のアームとするブリッジ回路を含み、電源からの電源線Ｐ１は、電流計Ａを介して、このブリッジ回路の電源側ノードに接続され、ブリッジ回路の、電源側ノードに相反する接地側ノードは、接地線Ｐ３を介して接地されている。モータＭは、ブリッジ回路の両中間ノード間に接続されている。同様に、右後輪用のアクチュエータの駆動回路は、駆動用スイッチング素子Ｒ１からＲ４を４本のアームとするブリッジ回路を含み、電源からの電源線Ｐ２は、電流計Ａを介して、このブリッジ回路の電源側ノードに接続され、ブリッジ回路の、電源側ノードに相反する接地側ノードは、接地線Ｐ４を介して接地されている。モータＭは、ブリッジ回路の両中間ノード間に接続されている。これらの駆動用スイッチング素子Ｌ１からＬ４、任意のスイッチング素子からなるものであって良いが、例えばパワーＭＯＳＦＥＴからなるものであって良い。
【００２４】
更に、左側のブリッジの２つの中間ノードは、それぞれ緊急対策用スイッチング素子Ｓ３及びＳ４を介して右側のブリッジの一方の中間ノードに接続され、また、それぞれ緊急対策用スイッチング素子Ｓ１及びＳ２を介して、右側ブリッジの他方の中間ノードに接続されている。これらの緊急対策用スイッチング素子は、任意のスイッチング素子からなるものであって良いが、例えばリレーからなるものであって良い。しかしながら、適切なバイアス電源を加えることにより他の電子的スイッチング素子を用いることも可能である。これらの緊急対策用スイッチング素子Ｓ１からＳ４の制御入力は、制御ユニットに接続されている。制御ユニットは、少なくとも駆動用スイッチング素子のオープン故障、電源線或いは接地線の断線等を検出し得る故障センサに接続されている。このような回路によれば、様々な故障に対して、スイッチング素子Ｓ１からＳ４を選択的に導通させることにより両ブリッジ回路に於ける故障に対応することができる。
【００２５】
例えば、図６に示されるように、駆動用スイッチング素子Ｌ１が断線（オープン故障）した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ３を導通させる。その結果、右側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ２、駆動用スイッチング素子Ｒ１及び緊急対策用スイッチング素子Ｓ３を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から駆動用スイッチング素子Ｌ４を経て接地線Ｐ３に至る経路が確立され、駆動用スイッチング素子Ｌ１の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。このとき、２つのモータを駆動するために、一方の電源のみから電流の供給を受けるため、２つのモータを同時に駆動することが出来ない場合には、時間差を設け、適切な優先順位を持って両方のモータを順次駆動させるようにすると良い。
【００２６】
次に、図７に示されるように、駆動用スイッチング素子Ｌ２が断線した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ１を導通させる。その結果、右側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ２、駆動用スイッチング素子Ｒ２及び緊急対策用スイッチング素子Ｓ１を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から駆動用スイッチング素子Ｌ３を経て接地線Ｐ３に至る経路が確立され、駆動用スイッチング素子Ｌ２の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。同様に、図８に示されるように、駆動用スイッチング素子Ｌ３が断線した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ３を導通させる。その結果、左側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ１及び駆動用スイッチング素子Ｌ２を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から、緊急対策用スイッチング素子Ｓ３及び駆動用スイッチング素子Ｒ３を経て接地線Ｐ４に至る経路が確立され、駆動用スイッチング素子Ｌ３の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。更に、図９に示されるように、駆動用スイッチング素子Ｌ４が断線した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ１を導通させる。その結果、左側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ１及び駆動用スイッチング素子Ｌ１を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から、緊急対策用スイッチング素子Ｓ１及び駆動用スイッチング素子Ｒ４を経て接地線Ｐ４に至る経路が確立され、駆動用スイッチング素子Ｌ４の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。
【００２７】
また、図１０に示されるように、電源線Ｐ１が断線した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ３を導通させる。その結果、右側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ２、駆動用スイッチング素子Ｒ１及び緊急対策用スイッチング素子Ｓ３を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から駆動用スイッチング素子Ｌ４を経て接地線Ｐ３に至る経路が確立され、電源線Ｐ１の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。同様に、図１１に示されるように、接地線Ｐ３が断線した場合、制御ユニットは緊急対策用スイッチング素子Ｓ４を導通させる。その結果、左側のブリッジ回路の電源から、電源線Ｐ１及び駆動用スイッチング素子Ｌ１を介してモータＭの一端に至り、更にモータの他端から、緊急対策用スイッチング素子Ｓ４及び駆動用スイッチング素子Ｒ３を経て接地線Ｐ４に至る経路が確立され、接地線Ｐ３の断線にも関わらず左側のモータを駆動することができる。
【００２８】
駆動用スイッチング素子Ｒ１からＲ４、電源線Ｐ２或いは接地線Ｐ４の断線故障についても、上記と同様の対応が可能である。このような故障の種類に応じた対応のパターンが以下の表１に示す。
【００２９】
表１  故障の種類に応じてＯＮされるＳＷ素子
故障         Ｌ正転        Ｌ逆転       Ｒ正転       Ｒ逆転    
L1オープン    R1,S3,L4        正常         正常         正常
L2オープン      正常        R2,S1,L3       正常         正常
L3オープン      正常        L2,S3,R3       正常         正常
L4オープン    L1,S1,R4        正常         正常         正常
R1オープン      正常          正常        L1,S3,R4      正常
R2オープン      正常          正常         正常       L2,S1,R3
R3オープン      正常          正常         正常       R2,S1,L3
R4オープン      正常          正常        R1,S1,L4      正常
P1断線        R1,S3,L4      R2,S1,L3       正常         正常
P2断線          正常          正常        L1,S3,R4    L2,S1,R3
P3断線        L1,S4,R3      L2,S3,R3       正常         正常
P4断線          正常          正常        R1,S1,L4    R2,S1,L4
【００３０】
図１２は、本回路を作動させるときの時間的な履歴を示すものである。例えば、Ａ点に至るまで両アクチュエータが正常に作動していたところ、時刻Ａに於いて右側のブリッジ回路のいずれかが故障した場合、右側のモータをそのままに保持し、その間に左側のモータを徐々に復帰させる。時刻Ｂに於いて左側のモータが０点に復帰した地点で、上記したようなスイッチング素子を適宜作動させることにより右側のモータを０点に復帰させる。このようにして、左右のトー角が不揃いとなって、車両に対して異常な走行抵抗を及ぼしたり、走行安定性を阻害するような状態を直ちにあるいは短時間のうちに解消することができ、トー角制御装置の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
以上本発明の特定の実施例について説明したが、本発明は上記に限定されない。例えば、特定の駆動用スイッチング素子が断線（オープン故障）した場合、上記実施例の場合とは異なる正常な側の駆動用スイッチング素子及び緊急対策用スイッチング素子を導通させることにより対応することも可能である。また、いずれかのアクチュエータが故障したときに、両トー角を０点に復帰させる代わりに、両アクチュエータを例えば交互に駆動することにより、多少の応答遅れを伴うものの、正常な状態に近い状態で作動させることもできる。また、この駆動回路の用途はトー角アクチュエータに限らず、少なくとも２つのモータ側を、モータごとに設けたブリッジ回路により駆動する場合に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用された自動車の後輪トー角可変制御装置を示す概略構成図である。
【図２】左側リヤサスペンションの斜視図である。
【図３】左側リヤサスペンションの背面図である。
【図４】電動アクチュエータの縦断面図である。
【図５】電動アクチュエータ用モータの駆動回路図である。
【図６】スイッチング素子が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図７】他のスイッチング素子が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図８】他のスイッチング素子が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図９】他のスイッチング素子が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図１０】電源線が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図１１】接地線が断線した場合の駆動回路における通電状況図である。
【図１２】緊急対策時の左右トー角変位の履歴の一例を示すダイヤグラム図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｌ１〜Ｌ４、Ｒ１〜Ｒ４  駆動用スイッチング素子  
Ｓ１〜Ｓ４  緊急対策用スイッチング素子  
【図１】
0005140462.tif 000002
【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】
0005140462.tif 000008
【図８】
0005140462.tif 000009
【図９】
0005140462.tif 000010
【図１０】
0005140462.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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