JP2006341793A - リレー保護回路及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リレー異常の誤検出を防止したリレー保護回路を提供する。
【解決手段】 電子回路とバッテリとの間に設けられたリレーと、前記電子回路と前記リレーとの間に設けられ、前記バッテリの電位を充電する充電回路と、前記充電回路へ前記バッテリの電位を供給するバイパス回路と、前記充電回路の充電完了後、前記リレーを通電するリレー制御手段と、前記充電回路に接続された電位消費部と、前記リレー両側の電位差を検出する電位検出手段と、前記電位検出手段の電位差が所定値以内のとき、前記リレーが通電故障していると判断するリレー故障診断手段と、前記リレー故障診断手段がリレー故障診断を開始する前に、前記電位消費部を通電状態とする電位消費部制御手段とを備えることとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵力をアシストするパワーステアリング装置に関し、特に電子回路とバッテリとの間に設けられたリレー保護回路に関する。

従来、特許文献１に開示されるような電動機駆動装置には、リレー接点の溶着や損傷を防止するためにプリチャージ回路が設けられている。このプリチャージ回路は、イグニッションがオンされてからリレーがオンされるまでに、この回路の電位を十分に上昇させることにより、電源側との電位差を小さくし、リレーに大電位がかかることを回避している。

また、このような電動機駆動装置はリレーの溶着故障等を検出するためにリレー前後の電位差を検出している。すなわち、リレーのオフ状態（リレーのオン信号が出力される前）においてリレー前後の電位差が所定値以下のときは、リレーがオン状態のまま固定されているとして、リレーの異常を判定している。
特開２００２−１５３０８６号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、イグニッションをオフしてからプリチャージ回路に蓄えられた電位が放電されるまでに十分な時間を必要とするため、プリチャージ回路の電位が放電される前に再びイグニッションをオンし、リレーの溶着故障診断が開始された場合には、リレーが正常にオフされているにもかかわらず、リレー前後の電位差が所定値以内となり、誤検出のおそれがある、という問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、リレー異常の誤検出を防止したリレー保護回路を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、電子回路とバッテリとの間に設けられたリレーと、前記電子回路と前記リレーとの間に設けられ、前記バッテリから供給された電位を充電する充電回路と、前記充電回路へ前記バッテリの電位を供給するバイパス回路と、前記充電回路の充電完了後、前記リレーを通電するリレー制御手段と、前記充電回路に接続された電位消費部と、前記リレー両側の電位差を検出する電位検出手段と、前記電位検出手段の電位差が所定値以内のとき、前記リレーが通電故障していると判断するリレー故障診断手段と、前記リレー故障診断手段がリレー故障診断を開始する前に、前記電位消費部を通電状態とする電位消費部制御手段とを備えることとした。

よって、リレー異常の誤検出を防止したリレー保護回路を提供できる。

以下、本発明のリレー保護回路を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［リレー保護回路のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図４に基づき説明する。図１は、本願リレー保護回路を搭載した電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。

運転者がステアリングホイール１を操舵すると、シャフト２を介してピニオン３が駆動され、いわゆるラック&ピニオン機構によりラック軸４が軸方向に移動し、前輪を操舵する。シャフト２には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ５が設けられ、コントロールユニット１０に対しトルク信号を出力する。

ラック軸４には、運転者の操舵トルクに応じてラック軸４の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。パワーステアリング機構は、モータＭ、双方向ポンプＰ、シリンダ６を備える。

シリンダ６は、軸方向移動可能に設けられたピストン６３により第１シリンダ室６１及び第２シリンダ室６２に画成される。第１、第２シリンダ室６１，６２は第１、第２通路２１，２２を介して双方向ポンプＰと接続し、第１、第２シリンダ室６１，６２の容積変化させることでラック軸４を軸方向移動させる。また、第１、第２通路２１，２２はそれぞれ電磁切換バルブ２０に接続する。

電磁切換バルブ２０は常開のフェールセーフバルブであり、システム失陥時に開弁されて第１、第２通路２１，２２を連通して作動油を高圧側から低圧側へ導入することで第１、第２通路２１，２２の連通を確保して運転者の操舵負荷を低減するものである。通常時にはコントロールユニット１０により励磁されて閉弁される。また、この電磁切換バルブ２０はコントロールユニット１０内のコンデンサ２００の電位を低下させ、リレー１００を保護する電位消費部として機能する（図２参照）。

コントロールユニット１０はバッテリＥから電源供給を受け、トルクセンサ５からのトルク信号に加えてイグニッションＩＧＮ（図２参照）からのスイッチ信号、車速センサ７からの車速信号等が入力される。これら各種信号に基づいて操舵アシスト力を決定し、モータＭへ指令信号を出力する。

モータＭはイナーシャ特性に優れたブラシレスモータであり、正・逆回転の変更頻度が高い双方向ポンプＰの応答性を向上させて操舵フィーリングを改善するものである。

［コントロールユニットの詳細］
図２は、コントロールユニット１０の制御ブロック図である。コントロールユニット１０は電位検出部１１、プリチャージ回路１２、モータ制御部１３、モータ制御回路１４、リレー１００、コンデンサ２００（充電回路）、及びマイコン３００を有する。

なお、本願リレー保護回路Ａは、コントロールユニット１０及び電磁切換バルブ２０、バッテリＥにより構成される。

リレー１００はモータ制御回路１４とバッテリＥとの間に設けられ、モータ制御回路１４とリレー１００との間にはコンデンサ２００が設けられている。また、リレー１００と並列には電位検出部１１、プリチャージ回路１２が設けられている。

プリチャージ回路１２の上流にはイグニッションＩＧＮが設けられ、このイグニッションＩＧＮとプリチャージ回路１２の直列回路がリレー１００と並列となっている。さらに、コンデンサ２００と並列にはコントロールユニット１０外の電磁切換バルブ２０が設けられている。

電位検出部１１はリレー１００両側の電位差ΔＶを検出する。検出された電位差ΔＶはマイコン３００のリレー故障診断部３４０及びプリチャージ電圧診断部３５０へ出力される。

プリチャージ回路１２はコンデンサ２００の供給される電圧の昇圧を行う昇圧回路である。あらかじめ昇圧を行うことでリレー下流側の電位を速やかに上昇させるものである。

コンデンサ２００はリレー１００下流の電位を上昇させてリレー１００への突入電流を小さくする充電回路であり、コンデンサ２００に蓄積された電荷Ｑは電磁切換バルブ２０を通電状態とすることにより消費される。コンデンサを用いることで、構成簡易化とリレー１００の保護を同時に達成するものである。なお、電荷Ｑが消費される際に電磁切換バルブ２０が作動しないよう、コンデンサ２００の電気容量Ｃはごくわずかな値に設けられている。

モータ制御部１３はイグニッションＩＧＮの下流に設けられ、トルクセンサ５からのトルク信号Ｔ及び車速センサ７からの車速ＶＳＰに基づき、モータＭの目標電流Ｉ＊を演算し、モータ制御回路１４へ出力する。モータ制御回路１４はこの目標電流Ｉ＊に基づき、モータＭに所望の電流を通電する。

（マイコンの詳細）
マイコン３００はプリチャージ回路制御部３１０、リレー制御部３２０、電磁切換バルブ制御部３３０、リレー故障診断部３４０、プリチャージ電圧診断部３５０を有する。マイコン３００にはイグニッション信号のオン／オフ、リレー１００両側の電位差ΔＶが入力され、この入力値に基づき制御を行う。

プリチャージ回路制御部３１０は、イグニッションＩＧＮのオン信号に基づきプリチャージ回路１２を制御してコンデンサ２００への電圧を昇圧させる。リレー制御部３２０はＩＧＮのオン／オフ信号に基づきリレー１００を通電／遮断する。

リレー故障診断部３４０は、電位検出部１１からの電位差ΔＶに基づきリレー１００の故障を診断する。リレー１００の上流はバッテリＥに、下流はプリチャージ回路１２、コンデンサ２００等を介してグランドＧＮＤに接続されているため、リレー１００が正常であれば、オフ時には電位差ΔＶはバッテリＥの電圧となる。

その際、リレー１００が溶着していると、オフ時であってもリレー１００の両側の電位差ΔＶが検出されない。そのため、リレー制御部３２０によりリレー１００のオン信号が出力される前であって、リレー１００のオフ時に電位差ΔＶが所定値以下の場合、リレー故障診断部３４０によりリレー１００を異常と診断する。

また、リレー故障診断部３４０は、イグニッションＩＧＮのオン信号が出力されてから所定時間内に故障診断を行う。イグニッションオン後はコンデンサ２００に電荷が蓄積されていくため、所定時間内に故障診断を行うことでコンデンサ２００の電位が上昇しすぎる前に故障診断を行う。

プリチャージ電圧診断部３５０は、電位検出部１１により検出されたリレー１００の電位差ΔＶに基づき、プリチャージ回路１２の電圧を診断し、診断結果をプリチャージ回路制御部３１０へ出力する。プリチャージ回路１２とリレー１００とは並列であるため、リレー１００の電位差ΔＶによりプリチャージ昇圧を検出可能であるためである。

電磁切換バルブ制御部３３０は、イグニッションＩＧＮのオン信号に基づき電磁切換バルブ２０の通電を行う。すなわち、イグニッションオン直後に電磁切換バルブ２０を通電状態とすることで、リレー故障診断部３４０による故障診断開始前にコンデンサ２００の電位を確実に低下させる。

［電磁切換バルブへの強制放電によるリレー故障誤判断の回避］
コンデンサ等を用いてリレー下流側の電位を十分に上昇させるタイプのリレー保護回路では、イグニッションをオフしてからコンデンサに蓄えられた電荷が放電されるまでに十分な時間を必要となる。

したがって、オフ状態におけるリレー前後の電位差によりリレー異常を判定するタイプの故障判断方法を用いる場合、コンデンサの電荷が放電される前に再びイグニッションをオンすると、コンデンサに滞留する電荷によりリレー下流の電位が十分に下がらないまま再びイグニッションがオンされてしまう、という現象が発生する。

そのため、リレーが正常にオフされているにもかかわらずリレー前後の電位差がほとんど発生せず、見かけ上リレー溶着と同様の状態が生じることとなる。このため、誤ってリレーの異常を検出してしまうおそれがある。

この誤検出のおそれを回避するためには、リレーがオフされた際にコンデンサに滞留する電荷を速やかに放電させればよい。本願実施例では、コンデンサ２００と並列に電磁切換バルブ２０を設け、リレー１００のオフ信号に基づき、電磁切換バルブ制御部３３０により電磁切換バルブ２０を通電状態とすることで、コンデンサ２００に蓄積された電荷Ｑを電磁切換バルブ２０へ強制的に導入し、速やかに放電させる。

［従来例と本願実施例における経時変化の対比］
図３は、リレー１００の上流／下流における電圧のタイムチャートである。一点鎖線はリレー１００の上流側電位、実線は下流側電位である。また、リレー下流側電位は時刻ｔ１〜ｔ４までは従来例も本願も同一であるため、従来例におけるリレー下流側電位は時刻ｔ４以降のみ破線で示す。さらに、リレー故障の判断閾値αを２点鎖線で示す。

（時刻ｔ１）
時刻ｔ１においてイグニッションＩＧＮがオンされる。リレー１００の上流側はバッテリＥと直接接続するため、リレー上流側電位は常にＥである。一方、リレー１００の下流側はコンデンサ２００と接続するため、バッテリＥの電荷はまずコンデンサ２００に充電され、この時点ではリレー下流側電位は上昇しない。

（時刻ｔ２）
時刻ｔ２においてリレー下流側電位が上昇を開始する。コンデンサ２００への充電は継続しており、リレー下流側電位は急激に上昇せず、徐々に上昇する。

（時刻ｔ３）
時刻ｔ３においてコンデンサ２００の充電が完了し、リレー下流側の電位がバッテリ電位Ｅ付近まで上昇する。この時点でリレー１００の接続をオンとする。

（時刻ｔ４）
時刻ｔ４においてイグニッションＩＧＮがオフされ、リレー１００もオフされる。これに伴い、本願では電磁切換バルブ２０を通電状態とし、コンデンサ２００に蓄積された電荷Ｑを電磁切換バルブ２０へ強制的に導入する。したがって、本願ではコンデンサ２００の電荷が速やかに放電され、リレー下流側電位も速やかに低下する。
一方従来例では、コンデンサに蓄電された電荷は自然放電でしか減少しない。そのため、コンデンサと接続するリレー下流側電位もほとんど低下しない。

（時刻ｔ５）
時刻ｔ５において本願ではリレー下流側電位が閾値α以下となり、リレー１００は正常であると診断される。
一方、従来例ではリレー下流側電位が閾値αを下回らないため、リレーが正常にオフしているにもかかわらずリレーの異常が誤検出されてしまう。

（時刻ｔ６）
時刻ｔ６において再度イグニッションＩＧＮがオンとされる。従来例ではコンデンサの放電が不十分であり、未だにリレー下流側電位が閾値αを下回らない。

（時刻ｔ７）
時刻ｔ７において本願のリレー下流側電位が上昇を開始する。

（時刻ｔ８）
時刻ｔ８においてコンデンサ２００の充電が完了し、リレー下流側の電位がバッテリ電位Ｅ付近まで上昇してリレー１００の接続がオンとされる。

（時刻ｔ９）
時刻ｔ９以降は時刻ｔ４〜ｔ８と同様である。

［本願実施例の効果］
本願実施例では、リレー１００の下流側にコンデンサ２００と電磁切換バルブ２０を並列に設け、コンデンサ２００が十分充電されてからリレー１００を通電することとした。また、リレー１００のオフ信号に基づき、リレー故障診断部３４０が故障診断を開始する前に、電磁切換バルブ制御部３３０により電磁切換バルブ２０を通電状態とすることとした。

これにより、通電時におけるリレー１００の上流／下流の電位差を十分小さくした後にリレー１００を通電することが可能となり、リレー接点の溶着や損傷を防止することができる。

また、故障診断開始前にコンデンサ２００に蓄積された電荷Ｑを電磁切換バルブ２０へ強制的に導入して速やかに放電させることが可能となり、リレー１００のオフに伴いリレー１００前後の電位差ΔＶも速やかに低下し、従来例のように見かけ上リレー溶着と同様の状態が発生することを回避できる。よって、リレー異常の誤検出を防止することができる。

さらに、コンデンサ２００の電荷の放電は、フェールセーフバルブである電磁切換バルブ２０を励磁させることで行うこととした。これにより、モータＭで電荷を消費する場合に比べ、電荷消費時の音振や無用な油圧変化を招くことなく、コンデンサ２００の電荷を速やかに放電させることができる。
（他の実施例）

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項１に記載のリレー保護回路において、
前記充電回路はコンデンサであることを特徴とするリレー保護回路。

簡易な構成で充電することができ、リレー接点の損傷を防止することができる。

（ロ）請求項１に記載のリレー保護回路において、
前記電位消費部制御手段は、イグニッションの通電信号に基づき前記電位消費部を通電状態とすることを特徴とするリレー保護回路。

イグニッションがオンされたとき、すなわちリレー故障診断が開始される直前に電位消費部を通電状態とすることにより、確実に充電回路の電位を低下させることができる。

（ハ）請求項２に記載のリレー保護回路において、
前記リレー故障手段は、前記イグニッションがオンされた後、所定時間内にリレー故障診断を行うことを特徴とするリレー保護回路。

イグニッションがオンされた後は、徐々に充電回路の充電が開始されるため、所定時間以内にリレー故障診断を行うことにより、充電回路の電位が上昇しすぎる前にリレー故障診断を行うことができる。

（ニ）請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記電磁切り換えバルブは、励磁状態において前記連通路を遮断状態とし、非励磁状態においてこの連通路を連通状態とすることを特徴とするパワーステアリング装置。

電磁切り換えバルブが非励磁状態のとき連通路を連通状態とすることにより、故障時において電磁切り換えバルブに電力が供給されず制御不能となった場合であっても、確実に連通路を連通状態とすることができ、運転者の操舵負荷を軽減することができる。

（ホ）上記（ニ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記電磁切り換えバルブ制御手段は、イグニッション信号の通電信号に基づき前記電磁切り換えバルブを通電状態とすることを特徴とするパワーステアリング装置。

イグニッションがオフされた後、すぐにオンされた場合であっても、充電回路における電位は電磁切り換えバルブにより消費されるため、リレー故障診断における誤判断を防止することができる。

本願リレー保護回路を搭載した電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。 コントロールユニットの制御ブロック図である。 リレー上流／下流における電位のタイムチャートである。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ シャフト
３ ピニオン
４ ラック軸
５ トルクセンサ
６ シリンダ
７ 車速センサ
１０ コントロールユニット
１１ 電位検出部
１２ プリチャージ回路
１３ モータ制御部
１４ モータ制御回路
２０ 電磁切換バルブ
２１，２２ 第１、第２通路
６１，６２ 第１、第２シリンダ室
６３ ピストン
１００ リレー
２００ コンデンサ
３００ マイコン
３１０ プリチャージ回路制御部
３２０ リレー制御部
３３０ 電磁切換バルブ制御部
３４０ リレー故障診断部
３５０ プリチャージ電圧診断部
Ｅ バッテリ
ＧＮＤ グランド
ＩＧＮ イグニッション
Ｍ モータ
Ｐ 双方向ポンプ

Claims (2)

1. 電子回路とバッテリとの間に設けられたリレーと、
   前記電子回路と前記リレーとの間に設けられ、前記バッテリから供給された電位を充電する充電回路と、
   前記充電回路へ前記バッテリの電位を供給するバイパス回路と、
   前記充電回路の充電完了後、前記リレーを通電するリレー制御手段と、
   前記充電回路に接続された電位消費部と、
   前記リレー両側の電位差を検出する電位検出手段と、
   前記電位検出手段の電位差が所定値以内のとき、前記リレーが通電故障していると判断するリレー故障診断手段と、
   前記リレー故障診断手段がリレー故障診断を開始する前に、前記電位消費部を通電状態とする電位消費部制御手段と
   を備えることを特徴とするリレー保護回路。
2. 転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助し、第１油圧室及び第２油圧室を有する油圧パワーシリンダと、
   前記第１油圧室に接続される第１通路と、
   前記第２油圧室に接続される第２通路と、
   前記第１通路と第２通路に接続される一対の吐出口を備え、前記油圧パワーシリンダに対し油圧を供給する可逆式ポンプと、
   前記可逆式ポンプに接続され、この可逆式ポンプを正・逆回転させるモータと、
   前記転舵輪を転舵制御するステアリングホイールの操舵負荷を検出または推定する操舵負荷検出手段と、
   前記操舵負荷に基づき、前記ポンプに所望の油圧を発生させるために前記モータに対して駆動信号を出力するモータ制御手段と、
   前記第１通路と第２通路とを連通する連通路と、
   前記連通路に設けられ、この連通路の連通、遮断を切り換える電磁切り換えバルブと、
   前記モータを駆動制御するモータ制御回路と、
   前記モータ制御回路とバッテリとの間に設けられたリレーと、
   前記モータ制御回路と前記リレーとの間に設けられ、前記バッテリから供給された電位を充電する充電回路と、
   前記充電回路へ前記バッテリの電位を供給するバイパス回路と、
   前記充電回路の充電完了後、前記リレーを通電するリレー制御回路と、
   前記充電回路に接続された電位消費部と、
   前記リレー両側の電位差を検出する電位検出手段と、
   前記電位検出手段の電位差が所定値以内のとき、前記リレーが通電故障していると判断するリレー故障診断手段と、
   前記リレー故障診断手段がリレー故障診断を開始する前に、前記電磁切り換えバルブを通電状態とする電磁切り換えバルブ制御手段と
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。

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