JP2009035155A

JP2009035155A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2009035155A
Application number: JP2007201641A
Authority: JP
Inventors: Akio Yasuda; 彰男安田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-02-19
Also published as: DE102008034326A1

Abstract

【課題】電力変換手段を構成する複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障しても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することが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】本発明の電動パワーステアリング装置１は、三相ブラシレスＤＣモータであるブラシレスモータ３と、制御装置５とを備えている。制御装置５は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆからなる電力変換部５０と、電力変換部５０とブラシレスモータ３との間に設けられるリレー５２〜５４と、制御部５５とを備えている。制御部５５は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのいずれかが短絡故障したとき、リレー５２〜５４のいずれかで、短絡故障したＭＯＳＦＥＴとブラシレスモータ３との接続を切断し、電力変換部５０を介してブラシレスモータ３に交流電力を供給する。これにより、ブラシレスモータ３に二相の交流電力が供給できる。従って、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置として、例えば特開２００３−８１０９９号公報に開示されている電動パワーステアリング装置がある。この電動パワーステアリング装置は、電動モータと、モータドライバと、給電ワイヤと、故障検出部と、コントローラとを備えている。モータドライバは、複数のパワー素子によって構成されている。電動モータは、給電ワイヤを介してモータドライバに接続されている。パワー素子のいずれかで短絡故障が発生すると、故障検出部によって検出される。コントローラは、モータドライバを介して短絡故障したパワー素子に対応した給電ワイヤに過電流を流し、これを溶断する。これにより、短絡故障したパワー素子を含む短絡回路が生じず、ステアリングホイールを手動操舵することができる。
特開２００３−８１０９９号公報

しかし、前述した電動パワーステアリング装置では、パワー素子が短絡故障すると、以降、ステアリングホイールの操舵を補助することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電力変換手段を構成する複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障しても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、電力変換手段を構成する複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、そのスイッチング素子とブラシレスモータとの接続を切断した状態でブラシレスモータに交流電力を供給することで、多少の特性低下はあるものの、継続してステアリングホイールの操舵を補助できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、三相以上の多相からなり、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するブラシレスモータと、複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成され、ブラシレスモータに接続され、直流電力を、ブラシレスモータに対応した多相の交流電力に変換して供給する電力変換手段と、電力変換手段を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、制御手段は、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、短絡故障したスイッチング素子とブラシレスモータとの接続を切断した状態で電力変換手段を制御し、ブラシレスモータに交流電力を供給することを特徴とする。

この構成によれば、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、そのスイッチング素子とブラシレスモータとの接続を切断した状態でブラシレスモータに交流電力を供給する。ここで、ブラシレスモータは、三相以上の多相からなり、電力変換手段は、ブラシレスモータに対応した三相以上の多相の交流電力を供給することができる。そのため、いずれかのスイッチング素子が短絡故障し、そのスイッチング素子とブラシレスモータとの接続が切断されても、ブラシレスモータに少なくとも二相以上の交流電力を供給することができる。従って、発生するトルクが低下し、変動も増加することとなるが、継続してトルクを発生することができる。これにより、スイッチング素子のいずれかが短絡故障しても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。

請求項２に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、ブラシレスモータと電力変換手段との間に設けられ、ブラシレスモータと電力変換手段との接続を各相毎に切断する切断手段を有し、制御手段は、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、切断手段によって、短絡故障したスイッチング素子とブラシレスモータとの接続を切断することを特徴とする。この構成によれば、ブラシレスモータと電力変換手段との接続を各相毎に切断する切断手段を有している。そのため、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、切断手段によって、そのスイッチング素子とブラシレスモータとの接続を確実に切断することができる。

請求項３に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、制御手段は、スイッチング素子の高電位側の電圧に基づいてスイッチング素子の短絡故障を検出することを特徴とする。この構成によれば、制御手段は、スイッチング素子の高電位側の電圧に基づいて短絡故障を検出する。ここで、電力変換手段は、複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されている。そのため、スイッチング素子の高電位側の電圧は、スイッチングに伴って変化する。しかし、短絡故障した場合、高電位側の電圧が変化することはない。従って、高電位側の電圧に着目することで、スイッチング素子の短絡故障を確実に検出することができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

まず、図１及び図２を参照して電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。図２は、電動パワーステアリング装置のブロック図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、トルクセンサ２と、ブラシレスモータ３と、減速装置４と、制御装置５とから構成されている。

トルクセンサ２は、ステアリングホイール６の操舵トルクを検出するセンサである。トルクセンサ２は、ステアリングシャフト７に設置されている。

ブラシレスモータ３は、ステアリングホイール６の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。具体的には、回転角に応じ所定位相の三相の交流電力を供給することで、ほぼ均一なトルクを発生する三相ブラシレスＤＣモータである。ブラシレスモータ３には、駆動のための回転角センサ（図略）が設けられている。減速装置４は、ブラシレスモータ３の回転を減速し、発生したトルクをステアリングシャフト７に伝達する装置である。ブラシレスモータ３は、トルクセンサ２よりも反ステアリングホイール６側に設置された減速装置４を介して、ステアリングシャフト７に噛合されている。

制御装置５は、トルクセンサ２の出力、及び、別途得られる車速情報に基づいてブラシレスモータ３の発生するトルクを制御する装置である。図２に示すように、制御装置５は、電力変換部５０（電力変換手段）と、リレー５１〜５４（切断手段）と、制御部５５（制御手段）とから構成されている。

電力変換部５０は、バッテリ１４から供給される直流電力を三相の交流電力に変換してブラシレスモータ３に供給する回路ブロックである。具体的にはインバータ回路である。リレー５１は、バッテリ１４と電力変換回路５０との接続を切断するための素子である。リレー５２〜５４は、電力変換部５０とブラシレスモータ３との接続を各相毎に切断するための素子である。

電力変換部５０は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆ（スイッチング素子）によって構成されている。ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆは、三相ブリッジ接続されている。上側にある３つのＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｃのドレインは、リレー５１を介してバッテリ１４の正極端子に接続されている。下側にある３つのＭＯＳＦＥＴ５０ｄ〜５０ｆのソースは、抵抗５０ｇ〜５０ｉを介してバッテリ１４の負極端子に接続されるとともに、接地されている。ここで、抵抗５０ｇ〜５０ｉは、ブラシレスモータ３に流れる電流、具体的には相電流を検出するための素子である。また、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのゲートは、制御部５５にそれぞれ接続されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ、５０ｄの接続点、ＭＯＳＦＥＴ５０ｂ、５０ｅの接続点、及び、ＭＯＳＦＥＴ５０ｃ、５０ｆの接続点は、リレー５２〜５４を介してブラシレスモータ３にそれぞれ接続されている。

制御部５５は、操舵トルク、別途得られる車速情報、ブラシレスモータ３の相電流及び回転角に基づいて電力変換部５０を制御するための回路ブロックである。また、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆの高電位側の電圧、具体的にはドレインの電圧に基づいてＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆの短絡故障を判定し、検出するための回路ブロックでもある。さらに、短絡故障発生時に、リレー５２〜５４を制御するための回路ブロックでもある。制御部５５は、マイクロコンピュータを備えている。制御部５５の電源端子は、バッテリ１４の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、信号入力端子は、トルクセンサ２、抵抗５０ｇ〜５０ｉ、及び回転角センサ３０にそれぞれ接続されている。さらに、信号出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのゲート、及び、リレー５１〜５４にそれぞれ接続されている。

次に、図１〜図３を参照して電動パワーステアリング装置の動作について説明する。ここで、図３は、ＭＯＳＦＥＴが短絡故障したときの電動パワーステアリング装置の動作を説明するためのブロック図である。

図１において、電圧が供給されると、電動パワーステアリング装置１は作動を開始する。制御部５５は、操舵トルク、車速情報、相電流及び回転角に基づいて電力変換部５０を制御する。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆを所定タイミングでスイッチングさせる。電力変換部５０は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆがスイッチングすることで、バッテリ１４の直流電力を三相の交流電力に変換し、ブラシレスモータ３に供給する。三相の交流電力が供給されることで、ブラシレスモータ３は、ステアリングホイール６の操舵を補助するためのトルクを発生する。これにより、ステアリングホイール６の操舵が適切に補助され、操舵時の負荷が軽減される。

ここで、例えば、ＭＯＳＦＥＴ５０ａが短絡故障すると、制御部５５は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａのドレインの電圧に基づいてＭＯＳＦＥＴ５０ａの短絡故障を検出する。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ５０ａをスイッチングさせているにも係わらず、ドレインの電圧が変化しないことから、短絡故障していると判断する。ＭＯＳＦＥＴ５０ａの短絡故障を検出すると、制御部５５は、図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴ５０ａとブラシレスモータ３との接続を切断するため、リレー５２を開放する。そして、この状態で、短絡故障前と同様に電力変換部５０を制御する。リレー５２が開放状態であるため、三相のうち一相が欠相した状態となるが、ＭＯＳＦＥＴ５０ｂ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｆがスイッチングすることで、ブラシレスモータ３に二相の交流電力を供給することができる。従って、トルクが低下し、変動も増加することとなるが、継続してトルクを発生することができる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０ａが短絡故障しても、継続してステアリングホイール６の操舵を補助することができる。

なお、ＭＯＳＦＥＴ５０ｄが短絡故障した場合も、リレー５２を開放すれば、同様にトルクを発生することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ５０ｂ、５０ｅのいずれかが短絡故障した場合はリレー５３を、ＭＯＳＦＥＴ５０ｃ、５０ｆのいずれかが短絡故障した場合はリレー５４をそれぞれ開放すればよい。いずれの場合も、ブラシレスモータ３に二相の交流電力を供給でき、継続してステアリングホイール６の操舵を補助することができる。

最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのいずれかが短絡故障したとき、そのＭＯＳＦＥＴとブラシレスモータ３との接続を切断した状態でブラシレスモータ３に交流電力を供給する。ここで、ブラシレスモータ３は、三相ブラシレスＤＣモータである。また、電力変換部５０は、直流電力を三相の交流電力に変換してブラシレスモータ３供給する。そのため、いずれかのＭＯＳＦＥＴが短絡故障し、そのＭＯＳＦＥＴとブラシレスモータ３との接続が切断されても、ブラシレスモータ３に二相の交流電力を供給することができる。従って、発生するトルクが低下し、変動も増加することとなるが、継続してトルクを発生することができる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのいずれかが短絡故障しても、継続してステアリングホイール６の操舵を補助することができる。

また、本実施形態によれば、電力変換部５０とブラシレスモータ３との接続を各相毎に切断するリレー５２〜５４を備えている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのいずれかが短絡故障したとき、リレー５２〜５４のいずれかによって、そのＭＯＳＦＥＴとブラシレスモータ３との接続を確実に切断することができる。

さらに、本実施形態によれば、制御部５５は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのドレインの電圧に基づいて短絡故障を検出する。ここで、電力変換部５０は、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆを三相ブリッジ接続して構成されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆのドレインの電圧は、スイッチングに伴って変化する。しかし、短絡故障した場合、ドレインの電圧が変化することはない。従って、ドレインの電圧に着目することで、ＭＯＳＦＥＴ５０ａ〜５０ｆの短絡故障を確実に検出することができる。

なお、本実施形態では、ブラシレスモータ３が、三相ブラシレスＤＣモータであり、電力変換部５０が、ブラシレスモータ３に三相の交流電力を供給する例を挙げているが、これに限られるものではない。ブラシレスモータは、三相以上の多相のブラシレスＤＣモータであってもよい。電力変換部も、ブラシレスモータに対応した三相以上の多相の交流電力を供給できるものであってもよい。また、ブラシレスモータは、ブラシレスＤＣモータに限られない。三相以上の多相の交流電力を供給することでトルクを発生するブラシレスモータであればよい。

本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。電動パワーステアリング装置のブロック図である。ＭＯＳＦＥＴが短絡故障したときの電動パワーステアリング装置の動作を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置、２・・・トルクセンサ、３・・・ブラシレスモータ、４・・・減速装置、５・・・制御装置、５０・・・電力変換部（電力変換手段）、５０ａ〜５０ｆ・・・ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、５０ｇ〜５０ｉ・・・抵抗、５１・・・リレー、５２〜５４・・・リレー（切断手段）、５５・・・制御部（制御手段）、６・・・ステアリングホイール、７・・・ステアリングシャフト、８・・・ステアリングギアボックス、９・・・ラック、１０・・・タイロッド、１１・・・ナックルアーム、１２・・・タイヤ、１３・・・車輪、１４・・・バッテリ

Claims

三相以上の多相からなり、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するブラシレスモータと、複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成され、前記ブラシレスモータに接続され、直流電力を、前記ブラシレスモータに対応した多相の交流電力に変換して供給する電力変換手段と、前記電力変換手段を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、短絡故障したスイッチング素子と前記ブラシレスモータとの接続を切断した状態で前記電力変換手段を制御し、前記ブラシレスモータに交流電力を供給することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ブラシレスモータと前記電力変換手段との間に設けられ、前記ブラシレスモータと前記電力変換手段との接続を各相毎に切断する切断手段を有し、
前記制御手段は、複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障したとき、前記切断手段によって、短絡故障したスイッチング素子と前記ブラシレスモータとの接続を切断す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。
前記制御手段は、スイッチング素子の高電位側の電圧に基づいてスイッチング素子の短絡故障を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。