JP2000118419A

JP2000118419A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2000118419A
Application number: JP28949898A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tsuchiya; 高行土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】部品点数を増大させることなく、ＦＥＴ故障
時の操舵感覚の信頼性を向上させた電動式パワーステア
リング装置を提供する。【解決手段】電源端子Ａ、Ｂ間にＦＥＴ１１〜１４を
２個ずつ直列にして並列に２列配置し、直列接続したＦ
ＥＴ１１〜１４間にそれぞれ出力端子Ｃ、Ｄを設けて構
成したブリッジ回路１と、この出力端子Ｃ、Ｄ間に接続
されて作動力により操舵力を補助する電動機３と、ＦＥ
Ｔ１１〜１４の各々を制御して電動機３の通電状態を可
変する制御回路２と、ＦＥＴ１１〜１４の各々のショー
ト故障を検出する検出手段１５、１６をさらに備え、制
御回路２は、例えば、ＦＥＴ１１のショート故障が検出
された場合は、ＦＥＴ１１と直列接続されているＦＥＴ
１３をオン状態に、並列接続されているＦＥＴ１２、１
４をオフ状態に切り替えてショート故障したＦＥＴ１１
を断線させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動式パワーステ
アリング装置に関し、特に電動式パワーステアリング装
置の信頼性向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵力を補助するパワーステアリング装
置としては、油圧式、電動式等が実用化されている。こ
のうち電動式のパワーステアリング装置は、油圧式と比
較して装置が小型・軽量化でき、エンジンの状態によら
ずに操舵力を制御できるという利点を有している。

【０００３】図４は、特公平７−９６３８７号公報に記
載されている電動式パワーステアリング装置の全体構成
図である。この装置は、操舵力を電動機３の動力により
補助するものであり、電動機３の作動力は、４個の電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１〜１４を２個ずつ直列
にしてこれらを並列に配置して構成したブリッジ回路１
と制御回路２によって電源１から電動機３に供給される
電力の電流（流れの方向も含む）を制御することにより
調整を行なうものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種のブリ
ッジ回路を用いた装置では、装置構成が簡単で制御が容
易かつ確実に行なえるという利点がある反面、ブリッジ
回路を構成するＦＥＴのいずれかがショート故障してオ
ン状態に固定された場合、次のような不具合が生ずる虞
がある。例えば、ＦＥＴ１１がショート故障した場合、
リレー回路５を遮断することで電源４からの電源供給を
遮断したとしても、電動機３から端子Ｄ−ＦＥＴ１２−
端子Ａ−ＦＥＴ１１−端子Ｃを経て再び電動機３に至る
閉回路が形成され、この方向にのみ電流が流れることに
なる。これは、ＦＥＴ１２をオフ状態にしても、ＦＥＴ
製造の際、内部に寄生ダイオードが形成されるため、こ
のダイオードによりドレインからソース方向へは電流は
流れないが、ソースからドレイン方向へは電流が流れる
ため、ＦＥＴ１２で電流が遮断されないためである。そ
して、この状態で特定の方向にハンドルを切ると、電動
機３は操舵力により回転させられて発電機として機能
し、上述の閉回路内に電流が流れることになる。これが
電動機３の制動力として働くため、ハンドルが重くなっ
てしまう。一方、反対方向にハンドルを切ったときに
は、閉回路内には電流が流れないので、制動力はかから
ず、ハンドルが必要以上に重くなることはない。このた
め、ハンドルを回す方向によって制動力が異なり、運転
者が操舵時に違和感を感じてしまう。

【０００５】特公平７−９６３８７号公報記載の技術
は、これを防止するため、閉回路中にリレー回路６と電
流検出回路７を設けて、前述したような制動力の要因と
なる電流を検知した場合には、リレー回路６を遮断する
ことで、制動力の発生を防止し、ステアリング装置の信
頼性を高めるものである。

【０００６】しかしながら、この技術では、ＦＥＴ１１
〜１４の故障時にのみ機能するリレー回路６を別途設け
る必要があり、部品点数が増大してしまう。

【０００７】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて、
部品点数を増大させることなく、ＦＥＴ故障時の操舵感
覚の信頼性を向上させた電動式パワーステアリング装置
を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電動式パワーステアリング装置は、電源端
子間に２個ずつ直列接続したＦＥＴを並列に２列配置
し、直列接続したＦＥＴ間にそれぞれ出力端子を設けて
構成したブリッジ回路と、この出力端子間に接続されて
作動力により操舵力を補助する電動機と、ＦＥＴの各々
を制御して電動機の通電状態を可変する制御回路と、を
備える電動式パワーステアリング装置において、ＦＥＴ
の各々のショート故障を検出する検出手段をさらに備
え、制御回路は、検出手段によりＦＥＴのいずれかのシ
ョート故障が検出された場合は、ショート故障が検出さ
れたＦＥＴと直列接続されているＦＥＴをオン状態に、
並列接続されている他の２個のＦＥＴをオフ状態に切り
替えてショート故障したＦＥＴを断線させることを特徴
とする。

【０００９】本発明によれば、検出手段によりＦＥＴの
故障が検出されると、この故障が検出されたＦＥＴと直
列接続されたＦＥＴがオン状態に、並列接続されている
他の２つのＦＥＴがオフ状態に切り替えられる。この結
果、ショート故障が検出されたＦＥＴと直列接続されて
いるＦＥＴと電源とが直列に導通接続される。この結
果、これら２つのＦＥＴには過電流が流れる。発明者の
知見によれば、ショート故障したＦＥＴの内部抵抗は正
常なＦＥＴの内部抵抗より大きく、流される電流が同一
でも発熱が大きくなり、ボンディングパッド部分での断
線が起こりやすい。このため、過電流を流すことでショ
ートによりオン故障したＦＥＴが先に内部発熱により断
線する。これにより閉回路は形成されなくなり、電動機
に制動電流が流れることがなくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図１は、本発明
に係る電動式パワーステアリング装置の駆動回路の構成
を示す概略図である。図２はこの駆動回路を搭載した電
動式パワーステアリング装置の全体構成図である。

【００１１】先に図２を参照して電動式パワーステアリ
ング装置全体の構成を説明する。ステアリングホイール
２０は、ステアリングシャフト２１及びピニオンギヤ２
６を介してラックバー２７を駆動させる構成となってい
る。そして、ステアリングシャフト２１にはトルクセン
サ２２とリングギヤ２５が設けられている。このリング
ギヤ２５には電動機３に取り付けられたピニオンギヤ２
４が噛合しており、電動機３には回転角センサ２３が取
り付けられている。そして、トルクセンサ２２、回転角
センサ２３の出力は、電動機３の回転を制御する駆動制
御装置２８に接続されている。この駆動制御装置２８は
リレー回路５を介して電源４に接続されるとともに、図
示していない車速センサから車速信号を受け取るととも
に、同じく図示していないメータ表示系に電動式パワー
ステアリング装置の作動状態を知らせる表示信号を出力
する。

【００１２】ここでは、電動機３でステアリングシャフ
ト２１を駆動させているが、電動機３で直接ラックバー
２７を駆動させる構成としてもよい。電動機３は油圧式
のアシスト装置に比べて小型・軽量であるため、設置位
置の自由度が高いという利点がある。

【００１３】次に図１を参照して駆動制御装置２８内部
の構成を説明する。この駆動制御装置２８は、図４に示
される装置と同様にブリッジ回路１と、制御回路２と、
電動機３と、電源４と、リレー回路５とを備えている。
ここで、ブリッジ回路１は、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１３、
ＦＥＴ１２とＦＥＴ１４とがそれぞれ直列に接続され、
これらが並列に接続されて構成されている。そしてＦＥ
Ｔ１１とＦＥＴ１２の間の端子Ａにリレー回路５を介し
て電源４が接続され、ＦＥＴ１３とＦＥＴ１４との間の
端子Ｂが接地されており、端子Ａ、Ｂが電源端子として
機能する。一方、直列接続されているＦＥＴ１１と１
３、ＦＥＴ１２と１４の間には、それぞれ端子Ｃ、Ｄが
設けられ、電動機３に接続されている。さらに、端子
Ａ、Ｃ間にはＦＥＴ１１を挟んで電圧計１５が、端子
Ｂ、Ｄ間にはＦＥＴ１４を挟んで電圧計１６が配置され
ている。これらのＦＥＴ１１〜１４と電圧計１５、１６
はいずれも制御回路２に接続されている。

【００１４】まず、この装置の正常時の動作について簡
単に説明する。駆動制御装置２８内の制御回路２には、
トルクセンサ２８からの操舵トルク情報と、回転角セン
サ２３からの操舵回転数情報と、図示していない車速セ
ンサからの車速信号とが入力されており、ステアリング
ホイール２０が運転者によって回転させられると、ステ
アリングシャフト２１が回転し、ステアリングシャフト
２１に加わるトルクが変化するため、トルクセンサ２２
で検出される操舵トルクが変化する。制御回路２は、こ
の、操舵トルク、車速信号に基づいて最適な操舵アシス
ト力を計算する。そして、この操舵アシスト力を得るの
に必要な電動機３の駆動電流が算出される。この駆動電
流はブリッジ回路の出力端子Ｃ、Ｄの電位差に依存し、
これはＦＥＴ１１〜１４のゲートへの印加信号を制御す
ることで制御可能である。

【００１５】ＦＥＴ１１〜１４の制御を具体的に説明す
ると、例えば、ＦＥＴ１１、１４とをオン状態、ＦＥＴ
１２、１３をオフ状態にそれぞれ切り替えると、電源４
からの電流は、リレー回路５→端子Ａ→ＦＥＴ１１→端
子Ｃ→電動機３→端子Ｄ→ＦＥＴ１４→端子Ｂと流れ、
電動機３を所定の方向に回転させる。この時の電動機３
の回転方向を以下、正転方向と呼ぶ。

【００１６】一方、電動機３をこれと反対方向の逆転方
向に回転させるには、ＦＥＴ１２、１３をオン状態、Ｆ
ＥＴ１１、１４をオフ状態にそれぞれ切り替える。する
と、電源４からの電流は、リレー回路５→端子Ａ→ＦＥ
Ｔ１２→端子Ｄ→電動機３→端子Ｃ→ＦＥＴ１３→端子
Ｂと流れ、電動機３を前述の正転方向とは逆に回転させ
る。これらの各ＦＥＴ１１〜１４のゲート電圧を制御す
ることで、電動機３を流れる電流を調整して電動機３の
回転させてアシスト力を制御することが可能である。

【００１７】電動機３の回転力は、ピニオンギヤ２４と
リングギヤ２５を介してステアリングシャフト２１に伝
えられて運転者のステアリングホイール２０の操舵力を
補助する。つまり、運転者の操舵方向と同一方向に電動
機３の回転力を作用させることで、操舵を軽くすること
ができる。そして、ステアリングシャフト２１の回転
は、ピニオンギヤ２６を介してラックバーに伝えられ、
操舵輪を所定の方向に転舵する。

【００１８】次に、ＦＥＴ１１〜１４のいずれかが故障
した際の動作について図１〜図３を参照して説明する。
図３は、ＦＥＴの故障判定と判定後の動作を示すフロー
チャートである。

【００１９】まず、ステップ１０１においてＦＥＴ１１
〜１４のいずれかに故障があるかを判定する。具体的に
は、電圧計１５、１６の電圧値、すなわちＦＥＴ１１、
ＦＥＴ１４の両端の電圧を参照する。例えば、ＦＥＴ１
１がショート故障した場合は、電圧計１５の示す電圧値
はほぼ０になる。また、ＦＥＴ１２がショート故障した
場合は、端子Ａ、Ｄ間が短絡されるので、電圧計１６の
示す電圧値はほぼ電源電圧Ｖ_Bに一致する。ＦＥＴ１３
がショート故障した場合は、端子Ｂ、Ｃ間が短絡される
ので、電圧計１５の示す電圧値はほぼ電源電圧Ｖ_Bに一
致する。そして、ＦＥＴ１４がショート故障した場合
は、電圧計１５の示す電圧値はほぼ０となる。ＦＥＴ１
１〜１４全てが正常な場合は、オン、オフ状態に応じて
それぞれの電圧値が切り替わる。したがって、ショート
故障しているＦＥＴを判定することができる。ここで
は、電圧計１５、１６をクロス配置したが、電圧計の配
置はこの配置に限られるものではなく、電圧計１６をＦ
ＥＴ１２の両端に配置してもよい。あるいは、電圧計１
５をＦＥＴ１３の両端に配置してもよい。また、全ての
ＦＥＴの両端に電圧計を配置してもいいが、２つあれば
十分である。電圧計は、電子部品として構成することで
部品点数の増加をもたらすことなく実現が可能である。

【００２０】故障ＦＥＴがあると判定した場合は、ステ
ップ１０２に進み、制御回路からのゲート信号によって
故障と判定されたＦＥＴと直列接続されているＦＥＴを
オン状態に、並列接続されている他の２個のＦＥＴをオ
フ状態に設定する。すなわち、ＦＥＴ１１が故障と判定
された場合は、ＦＥＴ１３をオン状態に設定し、ＦＥＴ
１２とＦＥＴ１４とをオフ状態に設定する。この結果、
電源４からリレー回路５→端子Ａ→ＦＥＴ１１→端子Ｃ
→ＦＥＴ１３→端子Ｂという経路が接続されて、ＦＥＴ
１１とＦＥＴ１３には過電流が流される。この電流によ
りＦＥＴ１１内部のワイヤボンディング部が発熱により
断線する。上述したように、ショート故障しているＦＥ
Ｔ１１は正常なＦＥＴ１３より内部抵抗が大きく、内部
の発熱も大きくなる。したがって、断線も正常なＦＥＴ
１３よりはやく起こる。

【００２１】ＦＥＴ１１が断線すると上述の経路には電
流が流れなくなる。ステップ１０３ではこれを基にして
断線処理が終了しているかを判定する。電流が遮断され
ている場合は、ステップ１０５に進み、ショート故障が
発生した旨の表示信号を出力してメータ表示系に表示す
る。その後、ステップ１０７に進む。電流が遮断されて
いない場合はステップ１０４に進み、ステップ１０２実
行から所定時間経過しているかを判定する。所定時間経
過していない場合は、状態を維持したままステップ１０
３に戻り、所定時間経過後はステップ１０６に進み、シ
ョート故障が発生した旨並びにステアリング操作に支障
をきたす可能性がある旨の表示信号を出力してメータ表
示計に表示し、ステップ１０７に進む。

【００２２】ステップ１０７においては、リレー回路５
を遮断して、ブロック回路１への通電をストップして、
このフローチャートに基づく処理を終了する。通常は、
前述したようにステップ１０２においてショート故障し
たＦＥＴが断線するのでステップ１０３からステップ１
０７へと進行する。しかし、何らかの事情で通電状態の
ままの場合は、処理を継続することが好ましくないの
で、ステップ１０４からステップ１０７へと進行してブ
ロック回路１への通電を遮断する。

【００２３】ショート故障したＦＥＴを断線させ、リレ
ー回路５を遮断した状態で、ステアリングホイール２０
を操作した場合、ブリッジ回路１と電動機３との間に前
述したような閉回路は形成されないため、リングギヤ２
５とピニオンギヤ２４を介して電動機３が操舵力により
正逆いずれの方向に回転させられてもブリッジ回路１内
に電流が流れることはない。具体的には、ＦＥＴ１１が
ショート故障した場合でもこれを断線させているので、
電動機３→端子Ｄ→ＦＥＴ１２→端子Ａ→ＦＥＴ１１→
端子Ｃと至る経路はＦＥＴ１１部分で遮断されるからで
ある。したがって、電動機３に電流が流れることはな
く、制動力も生じない。このため、正逆いずれの方向の
操舵力も同一となるので、運転者が操舵の際に違和感を
感じることがなく、高い信頼性を保つことができる。

【００２４】そして、ショート故障を検出する手段であ
る電圧計は、ＦＥＴの制御にも用いることができる。さ
らに、上述の故障判定と判定後の処理は制御回路の処理
プログラム追加により実現できるので部品点数の増加を
招くことがない。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ショート故障したＦＥＴを断線させることで、前述の操
舵の際に制動力を及ぼす閉回路の形成が抑制される。し
たがって、操舵の際に運転者が違和感を感じることがな
く、高い信頼性を保つことができる。また、特公平７−
９６３８７号公報記載の技術のように故障時にのみ作動
するリレー回路を追加する必要がなく、部品点数を増加
させずにすむ利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
駆動回路の構成を示す概略図である。

【図２】図１の駆動回路を搭載した電動式パワーステア
リング装置の全体構成図である。

【図３】図２の駆動回路のＦＥＴのショート故障判定と
故障処理動作を示すフローチャートである。

【図４】従来の電動式パワーステアリング装置の全体構
成を示す概略図である。

【符号の説明】

１…ブリッジ回路、２…制御回路、３…電動機、４…電
源、５…リレー回路、１１〜１４…ＦＥＴ、１５、１６
…電圧計、２０…ステアリングホイール、２１…ステア
リングシャフト、２２…トルクセンサ、２４…ピニオン
ギヤ、２５…リングギヤ、２７…ラックバー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源端子間に２個ずつ直列接続した電界
効果トランジスタを並列に２列配置し、直列接続した前
記電界効果トランジスタ間にそれぞれ出力端子を設けて
構成したブリッジ回路と、前記出力端子間に接続されて
作動力により操舵力を補助する電動機と、前記電界効果
トランジスタの各々を制御して前記電動機の通電状態を
可変する制御回路と、を備える電動式パワーステアリン
グ装置において、前記電界効果トランジスタの各々のショート故障を検出
する検出手段をさらに備え、前記制御回路は、前記検出
手段により前記電界効果トランジスタのいずれかのショ
ート故障が検出された場合は、ショート故障した電界効
果トランジスタと直列接続されている電界効果トランジ
スタをオン状態に、並列接続されている他の２個の電界
効果トランジスタをオフ状態に切り替えて前記ショート
故障した電界効果トランジスタを断線させることを特徴
とする電動式パワーステアリング装置。