(57)【要約】【課題】インバータに異常が発生してアシストを停止した場合に、閉回路が形成されて運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを、小型で低コスト、騒音が無く、消費電力の少ない装置で極めて短時間に確実に回避することができると共に、通常操舵時にはより良好な操舵感の得られる操舵補助力を付与することのできる電動パワーステアリング装置を提供する【解決手段】少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータの各相にモータ相電流を供給するインバータを具備した電動パワーステアリング装置において、モータ相電流をモータに供給する各相供給路に第１のＦＥＴ群を設け、インバータの異常が検出されたときに、インバータを構成する第２のＦＥＴ群及び第１のＦＥＴ群をオフにする機能を具備する。【選択図】図１
2009274686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータの各相にモータ相電流を供給するインバータを具備した電動パワーステアリング装置において、
前記モータ相電流を前記モータに供給する各相供給路に第１のＦＥＴ群を設け、前記インバータの異常が検出されたときに、前記インバータを構成する第２のＦＥＴ群及び前記第１のＦＥＴ群をオフにする機能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】
少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータの各相にモータ相電流を供給するインバータを具備した電動パワーステアリング装置において、
前記モータ相電流を前記モータに供給する各相供給路に第１のＦＥＴ群を設けると共に、前記インバータの異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部が前記異常を検出したときに前記第１のＦＥＴ群をオフにすると共に、前記インバータに備えられたゲート制御回路を介して前記インバータを構成する第２のＦＥＴ群をオフにする異常回避部と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３】
前記異常が前記インバータを構成するＦＥＴのショート故障である請求項１又は２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、車両のステアリング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、特にモータの各相に相電流を供給するインバータの異常によってアシストを停止したときに、電磁ブレーキが発生することを回避するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（アシスト）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（操舵補助力）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、電流指令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】
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図４に示して説明すると、ステアリングホイール１のコラム軸（ステアリングシャフト）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。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２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動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１００には、バッテリ１３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が入力される。コントロールユニット１００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とに基づいてアシスト（操舵補助）指令の操舵補助指令値（電流指令値）Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）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５のようになる。
【０００５】
図５を参照してコントロールユニット１００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及び車速センサ１２からの車速Ｖは、操舵補助指令値演算部１０１に入力されて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部１０２で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が加算部１０３に入力される。また、操舵トルクＴは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部１０５に入力され、微分補償された操舵トルクＴＡは加算部１０３に入力され、加算部１０３は操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２と操舵トルクＴＡを加算する。その加算結果である操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３は電流制限部１０６に入力され、電流制限部１０６は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３が電流制限部１０６に設定されている最大電流値Ｉｍａｘより大きい場合は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３を最大電流値Ｉｍａｘに制限する。そして、電流制限部１０６の出力である電流指令値Ｉｒｅｆ４が減算部１０４に入力される。
【０００６】
減算部１０４は、電流指令値Ｉｒｅｆ４とフィードバックされているモータ電流ｉとの偏差Ｉｒｅｆ５＝（Ｉｒｅｆ４−ｉ）を求め、偏差Ｉｒｅｆ５はＰＩ制御部１０７でＰＩ制御され、更にＰＷＭ制御部１０８に入力されてデューティを演算され、モータ駆動回路１１０を介してモータ２０を駆動する。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段（図示せず）で検出され、減算部１０４に入力されてフィードバックされる。
【０００７】
モータ駆動回路１１０の構成例を図６に示して説明すると、モータ駆動回路１１０はＰＷＭ制御部１０８からのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路１１１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の３相ブリッジ回路で構成されるインバータ１１２、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２及びＦＥＴ３のハイサイド側を駆動する昇圧電源１１３等で構成されている。なお、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のソース・ドレイン間にはサージ吸収用のダイオードが逆並列に接続されている。インバータ１１２には、バッテリ１３からイグニションキー１１及び電源リレーＲＬを経て電力が供給されている。インバータ１１２は、直列に接続されたＦＥＴ１及びＦＥＴ４と、同様に直列に接続されたＦＥＴ２及びＦＥＴ５と、直列に接続されたＦＥＴ３及びＦＥＴ６とを備え、これら直列に接続されたＦＥＴが並列に接続されて構成される。このインバータ１１２のＦＥＴ１及びＦＥＴ４の接続点、ＦＥＴ２及びＦＥＴ５の接続点並びにＦＥＴ３及びＦＥＴ６の接続点から、供給路ａ、ｂ、ｃを介してモータ２０に各相のモータ相電流が供給されるようになっている。
【０００８】
なお、上述の例では、モータ２０が３相モータである場合を考えているため、インバータ１１２は６個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６で成る３相ブリッジ回路を用いているが、モータ２０が２相モータである場合には、インバータ１１２は４個のＦＥＴで成るＨブリッジ回路を用いる。
【０００９】
従来このような電動パワーステアリング装置において、電動パワーステアリング装置に故障が検出された場合には、機械式のリレーである電源リレーＲＬを開状態にするか、或いはモータ相電流の供給路の２相に機械式のリレーを設けて、この機械式のリレーを開状態にすることによって、インバータ１１２のブリッジ回路への給電を遮断してモータ２０の駆動を停止してアシストを停止すると共に、モータ２０から意図しない操舵補助力が発生するのを回避していた。
【００１０】
しかし、機械式のリレーを用いていたのでは、動作遅れがあるためにブリッジ回路への給電を直ちに遮断することができない。また、機械式のリレーが大型になってしまう等の問題点があった。これらの問題を解決するために、特許第３３７５５０２号公報（特許文献１）に開示された電動パワーステアリング装置では、ブリッジ回路への給電を開閉する開閉器をＦＥＴで構成している。過電流などの異常状態を検出すると、このＦＥＴをオフにすることによって、ブリッジ回路への給電を極めて短時間に遮断することができるようにしている。
【００１１】
また、モータを駆動するブリッジ回路の異常や、ブリッジ回路とモータとの間での短絡や地絡などによって意図しない閉回路が形成され、これによって、モータから意図しない操舵補助力が発生したり、逆にモータが電磁ブレーキとして動作し、運転者の操舵操作を妨げる方向に作用したりする恐れがある。特開２００７−２９５６５８号公報（特許文献２）に開示されているモータ制御装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置では、３相ブラシレスモータの中性点と励磁コイルＬｕ〜Ｌｗとの間に、電界効果トランジスタＦＥＴｕ〜ＦＥＴｗと、これと逆並列に接続されたダイオードＤｕ〜Ｄｗを設けるようにしている。モータ制御装置に異常を検出した場合には、３相ブラシレスモータを停止すると共に、電界効果トランジスタＦＥＴｕ〜ＦＥＴｗを開放状態にすることによって、閉回路が形成されることを回避するようにしている。
【００１２】
更に、特許第３４２７８７６号公報（特許文献３）に開示されている電動パワーステアリング装置では、ブラシレスモータの中性点にスイッチ手段（リレー回路）を設けている。そして、ブリッジ回路に故障が生じた場合には、スイッチ手段の開閉により、モータ駆動電流の閉ループを遮断するようにしている。
【特許文献１】特許第３３７５５０２号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５６５８号公報
【特許文献３】特許第３４２７８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、過電流等の異常を検出した場合に、リレーの代わりに対向するＦＥＴ（半導体リレー）をオフにしてブリッジ回路への給電を遮断してアシストを停止するものである。しかし、インバータ等の異常発生時に形成される閉回路を遮断して、運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを回避できるものではない。
【００１４】
また、特許文献２に記載のモータ制御装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御装置では、モータ内部に電界効果トランジスタＦＥＴｕ〜ＦＥＴｗを設けるために、モータ内部に基板を実装する必要があり、モータが大型化するという問題がある。更に、電界効果トランジスタＦＥＴｕ〜ＦＥＴｗを制御するために、モータとコントロールユニットの間に信号線が必要になり、モータ及びコントロールユニットのコネクタの大型化、ハーネス増による信頼性の悪化の問題の他、モータ内部が高温になるため部品劣化が早く、信頼性が悪化するという問題がある。
【００１５】
特許文献３に記載の電動パワーステアリング装置では、閉ループ開放用のスイッチ手段としてリレー回路を使用しており、異常を検出してから直ちに閉ループを開放することができないという問題がある。また、大きなアシスト電流を必要とする大型車等では、リレー回路が大きくなってしまうという問題がある。
【００１６】
また、モータ相電流の供給路の２相に半導体リレーを設けるようにした場合、２相それぞれに２個のＦＥＴが必要になり、合計４個のＦＥＴが必要になる。そのため、コントロールユニットが大型化してしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、インバータに異常が発生してアシストを停止した場合に、閉回路が形成されて運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを、小型で低コスト、騒音が無く、消費電力の少ない装置で極めて短時間に確実に回避することができると共に、通常操舵時にはより良好な操舵感の得られる操舵補助力を付与することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータの各相にモータ相電流を供給するインバータを具備した電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ相電流を前記モータに供給する各相供給路に第１のＦＥＴ群を設け、前記インバータの異常が検出されたときに、前記インバータを構成する第２のＦＥＴ群及び前記第１のＦＥＴ群をオフにする機能を具備したことによって達成される。
【００１９】
本発明は、少なくとも操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータの各相にモータ相電流を供給するインバータを具備した電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ相電流を前記モータに供給する各相供給路に第１のＦＥＴ群を設けると共に、前記インバータの異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部が前記異常を検出したときに前記第１のＦＥＴ群をオフにすると共に、前記インバータに備えられたゲート制御回路を介して前記インバータを構成する第２のＦＥＴ群をオフにする異常回避部とを具備したことによって、或いは前記異常が前記インバータを構成するＦＥＴのショート故障であることによって達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ相電流をモータに供給する供給路にＦＥＴを設け、インバータに異常が発生した場合に、インバータを構成するＦＥＴ及び供給路に設けられたＦＥＴをオフするようにしている。そのため、インバータの故障によって閉回路が形成され、運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを確実に回避することができると共に、各供給路にＦＥＴを設けているため回路のバランスが良く、通常操舵時にはより良好な操舵感の得られる操舵補助力を付与することができる。
【００２１】
閉回路の形成を回避するために、リレー回路ではなく高速スイッチング素子であるＦＥＴを用いているので、閉回路が形成するのを極めて短時間に回避することができると共に、電動パワーステアリング装置の小型化を図ることができる。また、リレー回路の駆動による作動音が解消でき、更に、リレー駆動コイルに流す電流が不要になるため、消費電力量を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置では、モータ相電流をモータに供給する各相供給路にＦＥＴを設けており、インバータに異常が検出されてアシストを停止するときに、インバータを構成するＦＥＴ及び供給路に設けられたＦＥＴの全てをオフすることによって閉回路を遮断し、運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを回避するようにしている。
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、インバータ１１２に異常が発生し、アシストを停止した場合に形成される閉回路を遮断するためのモータ駆動系の構成を示す回路結線図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置では、インバータ１１２からモータ２０に供給されるモータ相電流の供給路ａ、ｂ、ｃに、それぞれ１つずつスイッチング手段としてＦＥＴ７、ＦＥＴ８、ＦＥＴ９（第１のＦＥＴ群）を設けている。ＦＥＴ７〜ＦＥＴ９のソース・ドレイン間にはサージ吸収用のダイオードが逆並列に接続されている。更に本発明に係る電動パワーステアリング装置は、インバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６（第２のＦＥＴ群）のショート故障等の異常を検出する異常検出部１２１と、異常検出部１２１が異常を検出したときにアシスト停止信号ＡＳを出力し、供給路ａ、ｂ、ｃに設けられたＦＥＴ７〜ＦＥＴ９をオフにすると共に、インバータ１１２内に設けられたゲート制御回路１１４を介してインバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６をオフにする異常回避部１２２とを具備しており、インバータ１１２には、異常回避部１２２からのアシスト停止信号ＡＳを入力したときにＦＥＴ１〜ＦＥＴ６を同時にオフにするゲート制御回路１１４が備えられている。本発明に係る電動パワーステアリング装置のこれ以外の構成は、図４、図５及び図６に示される電動パワーステアリング装置の構成と同様である。従って、インバータ１１２内のゲート制御回路１１４にアシスト停止信号ＡＳが入力されていない場合、ＦＥＴゲート駆動回路１１１からのデューティ信号がゲート制御回路１１４を経てＦＥＴ１〜ＦＥＴ６に入力され、更に、ＦＥＴ７〜ＦＥＴ９を経てモータ２０が駆動される。
【００２５】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、異常検出部１２１はインバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のショート故障等に関する異常の検出を行う。異常検出部１２１が異常を検出するとアシスト停止信号ＡＳを出力し、供給路ａ、ｂ、ｃに設けられたＦＥＴ７〜ＦＥＴ９をオフにすると共に、ゲート制御回路１１４を介してインバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６をオフにする。これによって、インバータ１１２を構成するＦＥＴがショート故障を起こすことによって形成される閉回路を遮断し、運転者が意図しない操舵補助力や電磁ブレーキが発生することを回避することができる。
【００２６】
なお、異常回避部１２２によってＦＥＴ１〜ＦＥＴ６及びＦＥＴ７〜ＦＥＴ９がオフされると、モータ２０を流れる電流経路が遮断されるため、モータ２０には電流が流れなくなり、アシストは停止される。
【００２７】
例えば図２に示されるように、インバータ１１２のＦＥＴ１がショート故障を起こした場合、ＦＥＴ２、ＦＥＴ７、ＦＥＴ８を通る経路で閉回路Ａが形成される。閉回路Ａが形成されると、モータ２０の誘起電圧によって運転者が意図しない電磁ブレーキが発生する恐れがある。しかし、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、異常検出部１２１がＦＥＴ１のショート故障を検出すると、異常回避部１２２はアシスト停止信号ＡＳを出力して供給路ａ、ｂ、ｃに設けられたＦＥＴ７〜ＦＥＴ９をオフにすると共に、ゲート制御回路１１４を介してインバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６をオフにする。これによって、意図しない電磁ブレーキが発生することが回避される。
【００２８】
また、図３に示されるように、インバータ１１２のＦＥＴ４がショート故障を起こした場合、ＦＥＴ５、ＦＥＴ７、ＦＥＴ８を通る経路で閉回路Ｂが形成される。閉回路Ｂが形成されると、モータ２０の誘起電力によって運転者が意図しない電磁ブレーキが発生する恐れがある。しかし、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、異常検出部１２１がＦＥＴ４のショート故障を検出すると、異常回避部１２２はアシスト停止信号ＡＳを出力して供給路ａ、ｂ、ｃに設けられたＦＥＴ７〜ＦＥＴ９をオフにすると共に、ゲート制御部１１４を介してインバータ１１２を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ６をオフにする。これによって、意図しない電磁ブレーキが発生することが回避される。
【００２９】
上述の実施形態では、モータ２０が３相モータである場合を示したため、モータ相電流の供給路が３つあり、３つの供給路に１つずつＦＥＴを設けるようにしている。モータ２０が２相モータである場合には、モータ相電流の供給路は２つになり、２つの供給路に１つずつＦＥＴを設けるようにすれば良い。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】インバータに異常が発生した場合に形成される閉回路を遮断するためのモータ駆動系の構成を示す回路結線図である。
【図２】インバータのＦＥＴ１がショート故障を起こした場合に形成される閉回路Ａを説明するための回路結線図である。
【図３】インバータのＦＥＴ４がショート故障を起こした場合に形成される閉回路Ｂを説明するための回路結線図である。
【図４】一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図５】従来の電動パワーステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図６】モータ駆動回路の構成例を示す結線図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０            モータ
１１０          モータ駆動回路
１１１          ＦＥＴゲート駆動回路
１１２          インバータ
１１３          昇圧電源
１１４          ゲート制御回路
１２１          異常検出部
１２２          異常回避部
【図１】
2009274686.tif 000003
【図２】
2009274686.tif 000004
【図３】
2009274686.tif 000005
【図４】
2009274686.tif 000006
【図５】
2009274686.tif 000007
【図６】
2009274686.tif 000008