JP2008074119A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動時の初期診断時に、モータ電流検出器の異常かモータリレーの異常かを識別して判断できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 ３相モータのＡ相モータリレーを励磁し、モータ駆動回路のスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 を初期診断用の特定デューテイ比で強制駆動する（Ｐ１〜Ｐ３）。Ａ相モータ電流ｉ1 が閾値ａを越えているか判定し、閾値ａを越えているときは全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えているか判定する（Ｐ４、Ｐ５）。全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えているとき、Ａ相モータリレー、Ａ相モータ電流検出器、全モータ電流検出器は全て正常と決定する（Ｐ６）。以下同様に、Ａ相モータ電流ｉ1 と全モータ電流ｉp とが所定の閾値を越えているか否かにより、モータ電流検出器の異常かモータリレーの異常かを識別して判断することができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特にそのモータ回路に装着されているモータ電流検出装置、及びモータリレーのリレー接点の異常を診断できる異常診断装置を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングシヤフトに発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号に基づいて操舵補助力を発生するモータへ供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値を演算し、一方、実際にモータに流れるモータ電流を検出して電流指令値にフィードバックし、電流指令値と電流検出値との偏差が零になるように制御された電流制御値でモータを駆動し、操舵トルクに対応した操舵補助力をステアリング系に供給するように構成されたものがある。

このような制御は、操舵トルクを検出するトルクセンサ、車速を検出する車速センサ、その他のセンサ類などが接続されたマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）から構成される制御装置をソフトウエアで駆動して実行される。

前記した制御装置から出力される電流制御値でモータ電流を制御し、モータを駆動するモータ駆動回路には、半導体スイッチング素子とモータとをブリッジ接続したブリッジ回路を使用し、前記した電流制御値に基づいて決定されたＰＷＭ信号のデューテイ比により半導体スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御してモータ電流を制御するように構成されたモータ駆動回路が広く使用されており、最近はモータに３相ブラシレスモータが使用されている。以下、３相ブラシレスモータのモータ駆動回路を簡単に説明する。

ブラシレスＤＣモータは、固定子に電機子コイルが配置され、回転子が永久磁石で構成されており、永久磁石の回転位置に従い、永久磁石の磁界と電機子コイルの作る磁界が直交するように永久磁石の位置に対応した磁極のコイルに流す直流電流のタイミングをとるように構成されている。永久磁石の回転位置を検出する回転センサは固定子に配置されており、センサの検出素子の個数はモータを構成する相数に比例し、３相モータであれば検出素子は３個を必要とする。回転センサの検出素子にはホール素子などが使用される。

図９は、３相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の概略構成を説明するブロック図である。モータ駆動回路１００は６個の半導体スイッチング素子から構成されるインバータ回路で、スイッチング素子Ｓ1 とＳ2 の組み合わせ、スイッチング素子Ｓ3 とＳ4 の組み合わせ、スイッチング素子Ｓ5 とＳ6 の組み合わせから構成される。また、モータＭの電気角を検出する回転センサは３個の検出素子（ホール素子）Ｈ1 、Ｈ2 、Ｈ3 で構成され、検出素子Ｈ1 、Ｈ2 、Ｈ3 は図９に示すように各相の中性軸と６０°位相がずれて配置されており、各相の相電流値Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 はモータＭの電気角を検出する検出素子Ｈ1 、Ｈ2 、Ｈ3 の立上り、立下りに応じてオン／オフ制御される。

図１０は、回転センサの検出素子Ｈ1 、Ｈ2 、Ｈ3 の立上り、立下りのタイミングと、スイッチング素子Ｓ1 〜Ｓ6 のオン／オフ制御のタイミングを説明する図である。検出素子Ｈ1 の立上りでスイッチング素子Ｓ1 がオン、検出素子Ｈ2 の立上りでスイッチング素子Ｓ1 がオフとなりＡ相が励磁される。検出素子Ｈ1 の立上りから６０°回転するまではスイッチング素子Ｓ4 がオン、６０°回転以降はスイッチング素子Ｓ6 がオンとなり、Ｂ相、Ｃ相がそれぞれ逆極性になるように励磁される。同時に２相が励磁されるので、効率よくモータＭを駆動することができる。モータＭを逆転させるときは、検出素子Ｈ1 〜Ｈ3 の立上り、立下りに対応するスイッチング素子Ｓ1 〜Ｓ6 のオン／オフ制御の関係を逆にすればよい。

上記したような、モータ駆動回路のスイッチング素子の絶縁破壊が発生した場合は、モータに異常電流が流れてモータが焼損したり、モータが電磁ブレーキとして作動し急停止するなどして不測の事態が発生するおそれがあるから、これを防止するためにモータ駆動回路にはモータ端子をスイッチング素子から開放するモータリレーが介装されている。

しかし、モータリレーを装着すると、リレー接点に異物が付着したり、酸化被膜に覆われてリレー接点が接触不良を起こし、モータリレーは励磁されてもリレー接点は開放状態になってしまうという故障が発生する場合がある。

また、モータ電流検出装置が故障した場合は、正確なモータ電流を測定することができず、制御装置から適切な電流制御値が出力されなくなり、この結果、必要以上の電流がモータに流れて過大な操舵補助力を供給したり、或いはモータに必要なだけの電流が流れずに十分な操舵補助力を供給できないという不都合が発生することになる。

上記したような故障による不測の事態を回避するため、制御装置には初期診断機能が組み込まれており、エンジンを起動するときに初期診断機能を実行し、強制的にモータ電流を流してモータ電流検出装置が正常か否かを確認し、またモータリレーのリレー接点の動作を確認するように構成されたものが提案されている（特許文献１参照）。

即ち、初期診断機能によるモータ電流検出装置の故障の診断は、予め設定された故障検出処理に使用する所定の電流指令値に対応したモータ駆動回路のＰＷＭ信号のデューテイ比に基づいて所定の電圧がモータに印加された期間内に検出したモータ電流検出値ｉとモータ電流予測値ｉｓとを比較し、その差（ｉｓ−ｉ）の絶対値が所定の許容値よりも大きい場合、モータ電流検出装置は故障と判定している。なお、ここでモータ電流予測値ｉｓは、前記ＰＷＭ信号のデューテイ比をＤ、モータ電源電圧をＶB 、モータ端子間抵抗をＲとすると、ｉｓ＝（ＶB ・Ｄ／Ｒ）で算出することができる。

また、モータリレーのリレー接点の故障診断では、リレー接点に異物が付着したり、絶縁性の酸化被膜が形成されてリレー接点がオープン状態になってしまうことが動作不良の大きな原因であるので、リレー接点を複数回ＯＮ／ＯＦＦ制御して、異物を除去したり、絶縁性の酸化被膜を破壊することが行われている。
特開平８−９１２３９号公報

ところで、前記した初期診断機能によるモータ電流検出装置の故障診断では、検出されたモータ電流検出値ｉとモータ電流予測値ｉｓとの差（ｉｓ−ｉ）の絶対値が許容値を満足せずに差が０（零）で固定される支障が発生して故障と診断されることがある。また、リレー接点の故障診断では、リレー接点に異物が付着したり絶縁性酸化被膜が形成されてリレー接点がオープン状態になってしまう支障が発生すると、故障と診断される。

このような支障が発生した場合は再診断することになるが、再診断回数又は再診断時間は、予め設定された最大再診断回数又は最長再診断時間に達する前に故障状態が解消すればよいが、故障状態が解消されないときは、最大再診断回数又は最長再診断時間に達するまで繰り返されることになるから、最終的に故障を確定するまでに長時間を要するという不都合があった。

そして、初期診断においては最終的に故障を確定するまで、長時間モータ電流を流し続けることになるから、騒音や振動が発生して運転者に不快感を与えてしまうという不都合があった。

この発明は、上記した観点に鑑みてなされたもので、上記したモータ電流検出装置の故障診断及びリレー接点のオープン故障診断において、モータ電流検出装置の故障かリレー接点の故障かを短時間に判断することができ、故障診断においてモータ電流の通電時間を最小限に抑えることができる初期診断機能を備えた制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ステアリング機構に操舵補助力を与える３相ブラシレスモータを使用する電動パワーステアリング装置において、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルク信号に基づいてモータ電流の制御目標値である電流指令値を演算し、該電流指令値に基づいてＰＷＭ信号のデューテイ比を決定し、決定されたデューテイ比でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して前記モータを駆動する制御装置と、異なる２系統以上のモータ電流供給経路上にそれぞれ配置されたモータ電流を検出する複数のモータ電流検出器と、前記モータ電流供給経路上に配置されて電流供給経路をＯＮ／ＯＦＦするリレー接点を有するモータリレーとを備え、前記制御装置は、エンジン起動時の制御系の初期診断期間にモータ電流検出器の故障を検出するときは、予め設定された所定のＰＷＭ信号のデューテイ比でモータを駆動したときに前記複数のモータ電流検出器で検出されたモータ電流検出値に基づいて前記モータ電流検出器及び前記モータリレーの異常を検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

そして、前記モータ電流検出器は、モータに流れる全電流を検出する全モータ電流検出器と、モータの３相のうちいずれかの相に流れる電流を検出する相モータ電流検出器であり、また前記モータリレーは、電源と前記スイッチング素子との間に配置されたリレー接点が配置された電源リレーと、モータの３相のうちいずれかの相に流れる電流を検出する相モータ電流検出器とモータとの間にリレー接点が配置された相モータリレーである。

そして、前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越え、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えたとき、相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器が全て正常と判定するものとする。

そして、前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越え、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えていないとき、相モータリレー及び相モータ電流検出器は正常、全モータ電流検出器は異常と判定するものとする。

そして、前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越えておらず、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えたとき、相モータリレー及び全モータ電流検出器は正常、相モータ電流検出器は異常と判定するものとする。

そして、前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越えておらず、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えていないとき、相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器の判定処理を再開するものとする。

そして、前記相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器の判定処理において、これ等のいずれかの部材が異常と判定されたときは、フェールセーフ処理を行い、電源リレー及び相モータリレーの励磁を解除してモータ電流供給経路を遮断するものとする。

そして、３相ブラシレスモータの少なくとも１つの相回路に相モータリレー及び相モータ電流検出器が挿入されているものとする。

以上説明したとおり、この発明によれば、モータ電流検出器やモータリレーの故障診断にモータ電流予測値を使用しないから、検出されたモータ電流検出値ｉとモータ電流予測値ｉｓとの差（ｉｓ−ｉ）の絶対値が許容値を満足せずに差が０（零）で固定される支障が発生することがない。

また、この発明によれば、複数系統のモータ電流供給経路にそれぞれ配置したモータ電流検出器によるモータ電流検出値を使用して故障診断を行うから、モータ電流検出装置の故障か、リレー接点の故障かを短時間に判断することができるほか、故障診断においてモータ電流の通電時間を最小限に抑えることができるから、騒音や振動が発生して運転者に不快感を与えてしまうことがない。

以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置で使用するモータは、先の背景技術において説明した３相ブラシレスＤＣモータと基本的に同じであるから、ここではモータの構成については説明を省略する。以下の説明では３相ブラシレスＤＣモータを、単にモータという場合がある。

［制御装置の構成と動作の概略］
図１は、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置を構成する制御回路１０及びその周辺の回路の概略を説明するブロック図、図２はＦＥＴスイッチング回路４０及びモータ電流の検出結果に基づくフェールセーフ回路の構成を説明する図、図３はＰＩＤ演算器１６の構成を説明する図である。

図１において、トルクセンサ１１で検出された操舵トルク、及び車速センサ１２で検出された車速は、目標電流演算手段を構成する目標電流演算器１３に入力され、モータ電流の制御目標値Ｉが演算される。演算されたモータ電流の制御目標値Ｉは相電流演算器１４に入力され、モータ回転数検出器である回転センサ２３で検出されたモータＭの電気角に応じて、モータＭの３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）に対応した３つの相電流値Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 に変換される。

比較器１５においては、前記した相電流値Ｉ1 に、後述するＡ相モータ電流検出器４２から出力されたモータ電流検出値ｉ1 がフィードバックされ、フィードバック制御が行なわれる。

ＰＩＤ演算器１６は、具体的には図３に示すように比例演算器１６ａ、積分演算器１６ｂ、微分補償器１６ｃ、及び加算器１６ｄから構成される。なお、後述するＰＩＤ演算器３２、３６も同様の構成である。

比例演算器１６ａでは、相電流値Ｉ1 とモータ電流検出値ｉ1 との差に比例した比例値が出力される。さらに比例演算器１６ａの出力はフィードバック系の特性を改善するため積分演算器１６ｂにおいて積分され、出力される。微分補償器１６ｃは相電流値Ｉ1 に対するモータ電流の応答速度を高めるため、相電流値Ｉ1 の微分値が出力される。加算器１６ｄは、これら比例演算器１６ａ、積分演算器１６ｂ、微分補償器１６ｃの出力を加算するもので、加算結果は電圧制御値Ｅ1 として出力される。

加算器１７は、前記した電圧制御値Ｅ1 に補償演算器１８から出力された補償値Ｚとを加算するもので、補償値Ｚが加算された電圧制御値Ｅ11が後段のＦＥＴゲート駆動回路２０に出力される。

補償演算器１８は、端子電圧検出器２２で検出されたモータＭへ印加された電圧とモータＭの回転角を検出する回転センサ２３により検出された電気角を入力とし、モータに発生する逆起電力及びモータ電流に含まれる高調波リップルなどを補償する補償値Ｚを演算し、加算器１７に出力する。

ＦＥＴゲート駆動回路２０は、加算器１７、３３、３７から出力される電圧制御値Ｅ11、Ｅ21、Ｅ31を、後述する半導体スイッチング素子（以下、ＦＥＴという）をＯＮ／ＯＦＦ制御するＰＷＭ信号のデューテイ比に変換する回路である。

以下の説明は図１のほか図２を参照すると理解しやすいが、ＦＥＴスイッチング回路４０は、モータＭの３相に対応するＡ相のＦＥＴ1 とＦＥＴ2 、Ｂ相のＦＥＴ3 とＦＥＴ4、Ｃ相のＦＥＴ5 とＦＥＴ6 の６個のＦＥＴから構成され、それぞれのＦＥＴは、ＦＥＴゲート駆動回路２０から出力されるＰＷＭ信号のデューテイ比ＤによりＯＮ／ＯＦＦ制御され、モータＭへ印加される平均電圧を制御してモータＭの回転速度を制御する。

全モータ電流検出器４６は、モータＭへ流れる全モータ電流を検出するもので、ＦＥＴスイッチング回路４０に直列に挿入された抵抗Ｒp の両端の電圧から全電流値ｉp を検出するものである。検出された全電流値ｉp は後述する異常判定器４８に入力される。

Ａ相モータ電流検出器４２は、モータＭに流れるＡ相モータ電流を検出するものである。Ａ相回路に直列に挿入された抵抗Ｒa の両端の電圧から電流値を検出し、検出された電流値ｉ1 を比較器１５、及び後述するモータ電流検出演算器３４に出力される。

端子電圧検出器２２は、モータＭの端子に印加される電圧を検出するもので、検出された電圧値を補償演算器１８に出力される。

以上の構成は、相電流演算器１４から出力される相電流値Ｉ1 の回路であるが、相電流値Ｉ3 の回路も全く同様で、比較器３５、ＰＩＤ演算器３６、加算器３７、ＦＥＴゲート駆動回路２０、Ｃ相モータ電流検出器４４から構成されている。

相電流値Ｉ2 の回路では、比較器３１、ＰＩＤ演算器３２、加算器３３、ＦＥＴゲート駆動回路２０から構成される点は相電流値Ｉ1 の回路と同様であるが、Ａ相モータ電流検出器４２に代えてモータ電流検出演算器３４を備え、Ａ相モータ電流検出器４２の出力である電流値ｉ1 と、Ｃ相モータ電流検出器４４の出力である電流値ｉ3 を入力とし、その出力である電流値ｉ2 を比較器３１に入力して相電流演算器１４から出力される相電流値Ｉ2 と演算してＰＩＤ演算器３２に入力する点で相違する。

以上説明した制御回路１０の構成は、ブラシレスＤＣモータの３相制御において慣用されている技術である。

次に、その動作を簡単に説明する。トルクセンサ１１で検出された操舵トルク、及び車速センサ１２で検出された車速に基づいて、目標電流演算器１３でモータ電流の制御目標値Ｉが演算され、制御目標値Ｉは、相電流演算器１４においてホール素子等からなる回転センサ２３で検出されたモータＭの電気角に応じてオン／オフ制御され、３つの相電流値Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3 に変換される。

相電流値Ｉ1 は、ＰＩＤ演算器１６で所定の制御量が調整されて電圧制御値Ｅ1 に変換された後、さらに補償演算器１８から出力された補償値Ｚとが加算され、得られた電圧制御値Ｅ11がＦＥＴゲート駆動回路２０に出力されてＰＷＭ信号のデューテイ比Ｄに変換され、ＦＥＴスイッチング回路４０の対応するＦＥＴスイッチング素子が制御される。Ａ相モータ電流検出器４２で検出されたモータ電流値ｉ1 は、比較器１５を経て相電流値Ｉ1にフィードバックされる。

相電流値Ｉ2 、Ｉ3 についても同様に処理され、電圧制御値Ｅ21から変換されたデューテイ比ＤによりＦＥＴスイッチング回路４０の対応するスイッチング素子が制御され、電圧制御値Ｅ31から変換されたデューテイ比ＤによりＦＥＴスイッチング回路４０の対応するスイッチング素子が制御される。Ｃ相モータ電流検出器４４で検出されたモータ電流値ｉ3 は比較器３５を経て相電流値Ｉ3 にフィードバックされる。

通常の走行状態においては、ＦＥＴゲート駆動回路２０において加算器１７、３３、３７から出力される電圧制御値Ｅ11、Ｅ21、Ｅ31に対応したＰＷＭ信号のデューテイ比ＤによりＡ相のＦＥＴ1 とＦＥＴ2 、Ｂ相のＦＥＴ3 とＦＥＴ4 、Ｃ相のＦＥＴ5 とＦＥＴ6がそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御され、モータＭが駆動される。

次に、モータ電流の異常が検出されたときにモータＭをＦＥＴスイッチング回路４０から切り離す構成について説明する。

図１及び図２において、モータ電源（バッテリ）５０からＦＥＴスイッチング回路４０に給電する回路には電源リレー４１のリレー接点４１ａが挿入されており、図示しないイグニッションキーの操作に連動してリレー接点４１ａを短絡するなどして接点が閉じられると、モータ電源５０からリレーコイル４１ｂ、フェールセーフ処理器４９を経て電源リレー４１が励磁され、リレー接点４１ａは自己保持されるように構成されている。

さらに、モータＭのＡ相回路にはＡ相モータリレー４３のリレー接点４３ａが挿入され、Ａ相モータリレー４３はモータ電源５０からリレー接点４１ａ、リレーコイル４３ｂ、フェールセーフ処理器４９を経て励磁されてリレー接点４３ａが閉じるよう構成され、モータＭのＢ相回路にはＢ相モータリレー４５のリレー接点４５ａが挿入され、Ｂ相モータリレー４５はモータ電源５０からリレー接点４１ａ、リレーコイル４５ｂ、フェールセーフ処理器４９を経て励磁されてリレー接点４５ａが閉じるよう構成されている。

異常判定器４８は、Ａ相モータ電流検出器４２で検出されたＡ相モータ電流値ｉ1 、全モータ検出器４６で検出された全モータ電流値ｉp を入力とし、検出されたＡ相モータ電流値ｉ1 が所定の閾値ａを越えないときＡ相モータ電流検出器４２に異常が発生したと判定し、また検出された全モータ電流値ｉp が所定の閾値ｐを越えないとき全モータ検出器４６に異常が発生したと判定する。そして、異常発生と判定されたときは作動指令信号を後述するフェールセーフ処理器４９に出力する。

フェールセーフ処理器４９は、異常判定器４８から出力される作動指令信号により前記したリレーコイル４１ｂ、リレーコイル４３ｂ、及びリレーコイル４５ｂの帰還回路を遮断し、電源リレー４１のリレー接点４１ａ、Ａ相モータリレー４３のリレー接点４３ａ、及びＢ相モータリレー４５のリレー接点４５ａを開き、モータＭをＦＥＴゲート駆動回路２０から切り離す。

［初期診断時のモータ電流検出器及びリレー接点の異常検出動作］
次に、制御装置で実行される初期診断時のモータ電流検出器及びリレー接点の異常検出動作について説明する。

初期診断時の異常検出動作は、エンジンを始動した直後で、走行を開始する前に短時間実施される。制御装置の通常の制御動作は禁止され、通常の制御動作において実行される異常判定器４８による判定動作は行われない。

初期診断時の異常検出動作では、ＰＷＭ信号のデューテイ比Ｄを異常検出動作のために予め決定された特定デューテイ比Ｄ0 （この実施例では５０％）に設定し、ＦＥＴスイッチング回路４０のスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 をこの特定デューテイ比Ｄ0 で強制駆動する。また、初期診断時の異常検出動作では、Ａ相モータリレー４３を診断するときはＢ相モータリレー４５は非励磁とし、Ｂ相モータリレー４５を診断するときはＡ相モータリレー４３は非励磁とするように制御されるものとする。以下の説明は、Ａ相モータリレー４３を診断する例であり、Ｂ相モータリレー４５は非励磁とされる。

図４は、初期診断時のモータ電流検出器及びリレー接点の異常診断動作を説明するフローチャートである。まず、図示しないイグニッションキーの操作に連動してリレー接点４１ａを閉じて電源リレー４１を励磁し、リレー接点４１ａを自己保持させると共に、Ａ相モータリレー４３を励磁してリレー接点４３ａを閉じ、安定化待ち時間の経過を待ち（ステップＰ１、Ｐ２）、ＦＥＴスイッチング回路４０のスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 を特定デューテイ比Ｄo で強制駆動する（ステップＰ３）。

Ａ相モータ電流検出器４２によりＡ相モータ電流ｉ1 が閾値ａを越えて流れているか否かを判定する（ステップＰ４）。Ａ相モータ電流ｉ1 が閾値ａを越えて流れているときは、全モータ電流検出器４６により全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えて流れている否かを判定する（ステップＰ５）。

判定の結果、全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えて流れているときは、Ａ相モータリレー４３及びリレー接点４３ａ、Ａ相モータ電流検出器４２、及び全モータ電流検出器４６は、全て正常に動作していると決定し（ステップＰ６）、処理を終了する。

ステップＰ５の判定の結果、全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えていないときは、Ａ相モータリレー４３及びリレー接点４３ａは正常、Ａ相モータ電流検出器４２は正常、全モータ電流検出器４６は異常であると決定し、フェールセーフ処理器４９によるフェールセーフ処理を実行してモータＭをＦＥＴゲート駆動回路から切り離し（ステップＰ７）、処理を終了する。

ステップＰ４の判定の結果、Ａ相モータ電流ｉ1 が閾値ａを越えて流れていないときは、全モータ電流検出器４６により全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えて流れているか否かを判定する（ステップＰ８）。全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えて流れているときは、Ａ相モータリレー４３及びリレー接点４３ａは正常、Ａ相モータ電流検出器４２は異常、全モータ電流検出器４６は正常であると決定し、フェールセーフ処理器４９によるフェールセーフ処理を実行してモータＭをＦＥＴゲート駆動回路から切り離し（ステップＰ９）、処理を終了する。

ステップＰ８の判定の結果、全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えていないときは、Ａ相モータリレー４３及び／又はリレー接点４３ａは異常（接点オープン）と判定し、繰り返し判定を行うためステップＰ１に戻る。

上記したＡ相モータ電流ｉ1 が閾値ａを越えたことの判定、及び全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えたことの判定は、確実な判定を行うため連続して２回閾値を越えたとき閾値ａを越えたと判定するものとする。

図５は、Ａ相モータ電流ｉ1 及び全モータ電流ｉp のサンプリング・タイミングの一例を説明するタイミングチャートであり、Ａ相モータ電流検出器、全モータ電流検出器、Ａ相モータリレー、Ｂ相モータリレーが正常な状態のときを示している。

Ａ相モータリレーを励磁してリレー接点をＯＮとし、リレー接点の安定化待ち時間を経過した時点から、特定デューテイ比Ｄo でスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 の強制駆動を開始する。線（ａ）はＡ相モータリレーのリレー接点がＯＮとなった状態を示す。また、線（ｂ）は特定デューテイ比Ｄo で強制駆動されるＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 に印加される矩形波電圧を示す。

前記矩形波電圧の立下り、立上りのタイミング・ポイントでＡ相モータ電流ｉ1 及び全モータ電流ｉp のサンプリングが行なわれる。線（ｃ）はＡ相モータ電流ｉ1 の波形を示しており、線（ｄ）はＡ相モータ電流ｉ1 及びＣ相モータ電流ｉ3 が重畳された全モータ電流ｉp の波形を示している。

前記したとおり、閾値ａを越えたことの判定は連続して２回閾値を越えたことを条件とするから、Ａ相モータ電流ｉ1 が閾値を越えたとする判定は５回目、６回目のサンプリングで連続２回閾値ａを越えているので、６回目のサンプリングで閾値ａを越えたと確定される。また、全モータ電流ｉp が閾値ｐを越えたとする判定は６回目、７回目のサンプリングで連続２回閾値ｐを越えているので、７回目のサンプリングで閾値ｐを越えたと確定される。

なおこの実施例では、相モータリレー、相モータ電流検出器及び全モータ電流検出器の診断についてより確実な判定を行うため、相モータ電流、全モータ電流とも連続して２回閾値を越えたときに正常と判定しているが、相モータリレーのみの診断を行う場合は、相モータ電流又は全モータ電流のいずれかが連続して２回閾値を越えたときに正常と判定することも可能である。

また、正常と判定する閾値を越える回数は、１回とすることも、また２回を越える回数を設定することも可能である。

図６は、Ａ相モータリレー及びＢ相モータリレーの診断タイミングの一例を説明するタイミングチャートであり、Ａ相モータリレー及びＢ相モータリレーが正常な状態のときを示している。

まず、Ａ相モータリレーの診断を行う。Ａ相モータリレーを励磁してリレー接点をＯＮとし、リレー接点の安定化待ち時間１００ｍｓを経過した時点から診断（２０ｍｓ）を行う。このとき、先に説明したとおりＢ相モータリレーは励磁されない。診断では特定デューテイ比Ｄo でスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 の強制駆動を行う。ここでは診断の結果、Ａ相モータリレーは正常と確定し、Ａ相モータリレーの励磁開始から１２０ｍｓで診断が終了する。診断の再試行はされなかったので、再試行カウンタの計数値は０（零）である。

次に、Ｂ相モータリレーの診断を行う。Ｂ相モータリレーを励磁してリレー接点をＯＮとし、リレー接点の安定化待ち時間１００ｍｓを経過した時点から診断（２０ｍｓ）を行う。このときＡ相モータリレーは励磁されない。診断では特定デューテイ比Ｄo でスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 の強制駆動を行う。ここでは診断の結果、Ｂ相モータリレーは正常と確定し、Ａ相モータリレーの励磁開始から２４０ｍｓで診断が終了する。診断の再試行はされなかったので、再試行カウンタの計数値は０（零）である。

図７は、Ａ相モータリレー及びＢ相モータリレーの診断タイミングの一例を説明するタイミングチャートであり、Ａ相モータリレーの接点がオープン故障（接触不良）を起こしている異常な状態のときを示している。

まず、第１回目のＡ相モータリレーの診断を行う。Ａ相モータリレーを励磁してリレー接点をＯＮとし、リレー接点の安定化待ち時間１００ｍｓを経過した時点から診断を行う。このときＢ相モータリレーは励磁されない。診断では特定デューテイ比Ｄo でスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 の強制駆動を行う。診断では異常状態が検出され、異常検出に５０ｍｓを要した。

第２回目のＡ相モータリレーの診断を行う。Ａ相モータリレーの励磁を一旦解除し、再試行待ち時間（１００ｍｓ）の経過を待って再試行を開始する。Ａ相モータリレーを励磁してリレー接点をＯＮとし、リレー接点の安定化待ち時間１００ｍｓを経過した時点から、特定デューテイ比Ｄo でスイッチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ6 を強制駆動し、診断を行う。診断の再試行なので再試行カウンタには１を加算し、計数値は１となる。このときＢ相モータリレーは励磁されない。診断の結果、再びＡ相モータリレーの異常が検出され、異常検出に５０ｍｓを要した。第１回目のＡ相モータリレーの励磁開始から４００ｍｓを要している。

以降、必要に応じて第３回目、第４回目と、Ａ相モータリレーの診断を継続することができるが、再試行カウンタの計数値が予め設定した所定値に達した時、Ａ相モータリレーの故障を確定して診断を終了するが、再試行カウンタがその所定値に達する前に正常と判定されれば、正常を確定して診断を終了する。

以上、図１及び図２を参照して、モータ電流の異常が検出されたときにモータＭをＦＥＴスイッチング回路４０から切り離す構成を説明したが、このモータＭをＦＥＴスイッチング回路４０から切り離す構成は、図２に示すモータＭのＢ相回路及びＣ相回路を変更した回路の代替回路である図８に示す回路構成によっても達成することができる。

図８において、モータ電源（バッテリ）５０からＦＥＴスイッチング回路４０に給電する回路には電源リレー４１のリレー接点４１ａが挿入されており、図示しないイグニッションキーの操作に連動してリレー接点４１ａを短絡するなどして接点が閉じられると、モータ電源５０からリレーコイル４１ｂ、フェールセーフ処理器４９を経て電源リレー４１が励磁され、リレー接点４１ａは自己保持されるように構成されている。

さらに、モータＭのＡ相回路にはＡ相モータリレー４３のリレー接点４３ａが挿入され、Ａ相モータリレー４３はモータ電源５０からリレー接点４１ａ、リレーコイル４３ｂ、フェールセーフ処理器４９を経て励磁されてリレー接点４３ａが閉じるよう構成され、モータＭのＢ相回路にはリレーが挿入されず、直接モータＭに接続されている。

また、モータＭのＣ相回路にはＣ相モータリレー４５′のリレー接点４５ａ′が挿入され、Ｃ相モータリレー４５′はモータ電源５０からリレー接点４１ａ、リレーコイル４５ｂ′、フェールセーフ処理器４９を経て励磁されてリレー接点４５ａ′が閉じるよう構成されている。

異常判定器４８は、Ａ相モータ電流検出器４２で検出されたＡ相モータ電流値ｉ1 、全モータ検出器４６で検出された全モータ電流値ｉp を入力とし、検出されたＡ相モータ電流値ｉ1 が所定の閾値ａを越えないときＡ相モータ電流検出器４２に異常が発生したと判定し、また検出された全モータ電流値ｉp が所定の閾値ｐを越えないとき全モータ検出器４６に異常が発生したと判定する。そして、異常発生と判定されたときは作動指令信号をフェールセーフ処理器４９に出力する。

フェールセーフ処理器４９は、異常判定器４８から出力される作動指令信号により前記したリレーコイル４１ｂ、リレーコイル４３ｂ、及びリレーコイル４５ｂ′の帰還回路を遮断し、電源リレー４１のリレー接点４１ａ、Ａ相モータリレー４３のリレー接点４３ａ、及びＣ相モータリレー４５′のリレー接点４５ａ′を開き、モータＭをＦＥＴゲート駆動回路２０から切り離す。

エンジン始動時の初期診断に、複数のモータ電流検出器で検出されたモータ電流値に基づいてモータ電流検出器及びリレー接点の異常を診断し、モータ電流検出器の異常かモータリレーの異常かを識別して判断し、異常が検出されたときはモータへの給電を遮断するフェールセーフ処理機能を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置である。

この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置及びその周辺の回路要素とその動作の概略を説明するブロック図。 ＦＥＴスイッチング回路及びモータ電流の検出結果に基づくフェールセーフ回路の構成を説明する図。 制御回路のＰＩＤ演算器の構成を説明する図。 初期診断時のモータ電流検出器及びリレー接点の異常診断動作を説明するフローチャート。 Ａ相モータ電流及び全モータ電流のサンプリング・タイミングの一例を説明するタイミングチャート（正常時）。 Ａ相モータリレー及びＢ相モータリレーの診断タイミングの一例を説明するタイミングチャート（正常時）。 Ａ相モータリレー及びＢ相モータリレーの診断タイミングの一例を説明するタイミングチャート（異常時）。 図２に示すフェールセーフ回路の代替回路の構成を説明する図。 ３相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の概略構成を説明するブロック図。 回転センサの検出素子の立上り／立下りのタイミングと、スイッチング素子のオン／オフ制御のタイミングを説明する図。

符号の説明

１０ 制御回路
１１ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ 目標電流演算器
１４ 相電流演算器
１５、３１、３５ 比較器
１６、３２、３６ ＰＩＤ演算器
１６ａ 比例演算器
１６ｂ 積分演算器
１６ｃ 微分補償器
１６ｄ 加算器
１７、３３、３７ 加算器
１８ 補償演算器
２０ ＦＥＴゲート駆動回路
２２ 端子電圧検出器
２３ 回転センサ
３４ モータ電流検出演算器
４０ ＦＥＴスイッチング回路
４１ 電源リレー４１
４１ａ リレー接点（電源リレー４１のリレー接点）
４１ｂ リレーコイル
４２ Ａ相モータ電流検出器
４３ Ａ相モータリレー
４３ａ リレー接点（Ａ相モータリレーのリレー接点）
４３ｂ Ａ相モータリレーのリレーコイル
４４ Ｃ相モータ電流検出器
４５ Ｂ相モータリレー
４５ａ リレー接点（Ｂ相モータリレーのリレー接点）
４５ｂ Ｂ相モータリレーのリレーコイル
４５′ Ｃ相モータリレー
４５ａ′ リレー接点（Ｃ相モータリレーのリレー接点）
４５ｂ′ Ｃ相モータリレーのリレーコイル
４６ 全モータ電流検出器
４８ 異常判定器
４９ フェールセーフ処理器
５０ モータ電源（バッテリ）
Ｍ モータ

Claims (8)

1. ステアリング機構に操舵補助力を与える３相ブラシレスモータを使用する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルク信号に基づいてモータ電流の制御目標値である電流指令値を演算し、該電流指令値に基づいてＰＷＭ信号のデューテイ比を決定し、決定されたデューテイ比でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して前記モータを駆動する制御装置と、
   異なる２系統以上のモータ電流供給経路上にそれぞれ配置されたモータ電流を検出する複数のモータ電流検出器と、前記モータ電流供給経路上に配置されて電流供給経路をＯＮ／ＯＦＦするリレー接点を有するモータリレーと
   を備え、
   前記制御装置は、エンジン起動時の制御系の初期診断期間にモータ電流検出器の故障を検出するときは、予め設定された所定のＰＷＭ信号のデューテイ比でモータを駆動したときに前記複数のモータ電流検出器で検出されたモータ電流検出値に基づいて前記モータ電流検出器及び前記モータリレーの異常を検出すること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記モータ電流検出器は、モータに流れる全電流を検出する全モータ電流検出器と、モータの３相のうちいずれかの相に流れる電流を検出する相モータ電流検出器であり、また前記モータリレーは、電源と前記スイッチング素子との間に配置されたリレー接点が配置された電源リレーと、モータの３相のうちいずれかの相に流れる電流を検出する相モータ電流検出器とモータとの間にリレー接点が配置された相モータリレーであること
   を特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越え、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えたとき、相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器が全て正常と判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越え、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えていないとき、相モータリレー及び相モータ電流検出器は正常、全モータ電流検出器は異常と判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越えておらず、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えたとき、相モータリレー及び全モータ電流検出器は正常、相モータ電流検出器は異常と判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記相モータ電流検出器で検出された相モータ電流が予め設定された第１の閾値を越えておらず、前記全モータ電流検出器で検出された全モータ電流が予め設定された第２の閾値を越えていないとき、相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器の判定処理を再開すること
   を特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記相モータリレー、相モータ電流検出器、全モータ電流検出器の判定処理において、これ等のいずれかの部材が異常と判定されたときは、フェールセーフ処理を行い、電源リレー及び相モータリレーの励磁を解除してモータ電流供給経路を遮断すること
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
8. ３相ブラシレスモータの少なくとも１つの相回路に相モータリレー及び相モータ電流検出器が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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