JP2010269726A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ線の地絡に対しブレーキ電流を遮断することにより、操舵力がマニュアルステアリングより重くなることを防止し、安全性を向上させる。
【解決手段】複数のスイッチング素子７０６ａ〜７０６ｂで構成されたモータ駆動回路７０６と、モータ駆動回路７０６の入力端子間に接続された車載電源１０と、モータ駆動回路７０６の出力端子間に接続され、補助力をステアリング系に作用させるモータ８とを備えた電動パワーステアリング装置であって、モータ駆動回路７０６と車載電源１０との間のグランドラインにリレー７０８を接続した。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、詳しくはモータ線地絡時の安全性を向上させる電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング装置としては、マイクロコンピュータ等により構成されたモータ制御部と、モータを駆動するモータ駆動回路を備え、ステアリング系に作用する操作量、例えば操舵トルク、操舵回転数、操舵角等を検出し、これらの検出信号に基づきモータ制御部においてモータの制御信号を決定し、この制御信号によりモータ駆動回路においてモータを駆動制御し、これによりモータの応答性能を高め、操舵フィーリングの向上を図っている。また、モータを駆動制御するモータ駆動回路は、スイッチング素子で構成され、一定周波数のＰＷＭ制御によってモータの制御が行われている。

例えば、特許文献１では、図１３に示すように、４組の電界効果トランジスタ７０６ａ〜７０６ｄから構成されるブリッジ回路を備えたモータ駆動回路７０６とモータ８との間にリレー７３０を介装すると共に、車載バッテリ１０とモータ駆動回路７０６との間にリレー７３１を介装した電動パワーステアリング装置が開示されている。なお、図１３において、符号７は電子制御装置を示し、符号７０９はリレー７３０および７３１を駆動するリレー駆動回路を示している。また、符号７０４はモータ電流を検出するシャント抵抗を示し、符号１１は車載バッテリ１０のマイナス端子が車輛ボディーに接続されて形成されるボディーグランドを示している。

前記特許文献１は、ブリッジ回路を構成する電界効果トランジスタ７０６ａ〜７０６ｄに、オン故障（電界効果トランジスタ７０６ａ〜７０６ｄへの制御信号がオン指令からオフ指令に変わっても、当該トランジスタ７０６ａ〜７０６ｄが導通状態になってしまう等の故障）が発生することによりモータ８とブリッジ回路との間に閉ループが形成され、モータ８に操舵方向と逆方向に働く制動力（モータ８が発生する誘起電圧Ｅに伴う誘起電流による）が発生するのを、リレー７３０により前記閉ループを開放して防止するものである。また、車載バッテリ１０とモータ駆動回路７０６との間に介装したリレー７３１により、モータ駆動回路７０６の短絡等により車載バッテリ１０が短絡される事故を防止するものである。

特公平７−９６３８７号公報（特開昭６２−２３１８７１号公報）

しかし、車輌ではボディーが車載バッテリのマイナス端子と接続されており、また、電界効果トランジスタには寄生ダイオードがあるため、モータ線が地絡すると車輌ボディーを介して電気回路が形成されることになる。

即ち、図１３は、前記特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置において、モータ電流指示値とシャント抵抗７０４により検出されるモータ電流検出値からモータ電流異常を判定し、モータ駆動回路７０６がオフ状態、リレー７３０、７３１がオフ状態でハンドルを操舵し、モータ８が回転することで誘起電圧Ｅが発生した場合を図示したものである。この場合、電流は経路ｈを通ってボディーグランド１２へ流れる。ボディーグラ
ンド１２とボディーグランド１１は電気的に繋がっているため経路ｉを通ってモータ８へ電流が流れる。この電流（以下、ブレーキ電流という。）は、モータ８の回転を妨げる方向に働くため操舵に対しブレーキ力として作用することになる。

このように、前記特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置においては、モータ線が地絡してモータ電流が異常になった場合に、モータ駆動回路７０６をオフ状態にすると共に、リレー７３０、７３１をオフ状態にしても、モータ８にブレーキ電流が流れることになり、操舵力がマニュアルステアリングより重くなる課題がある。

この発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたもので、モータ線の地絡に対しブレーキ電流を遮断することにより、操舵力がマニュアルステアリングより重くなることを防止し、安全性を向上させる電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、複数のスイッチング素子で構成されたモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路の入力端子間に接続された電源と、前記モータ駆動回路の出力端子間に接続され、補助力をステアリング系に作用させるモータと、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記モータ駆動回路と前記電源との間のグランドラインに電流遮断手段を接続したものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路と電源との間のグランドラインに電流遮断手段を接続し、モータ線地絡に対しブレーキ電流を遮断するので、異常発生後の操舵力がマニュアルステアリングより重くなるのを防止でき、安全性が向上する。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の電子制御装置の内部構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の制御特性図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の正常時の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のモータ線地絡時の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の車載バッテリのプラスとマイナスを逆に接続した状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の電子制御装置の内部構成を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のモータ線地絡時の動作を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の車載バッテリのプラスとマイナスを逆に接続した状態を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の電子制御装置の内部構成を説明する図である。 この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置の電子制御装置の内部構成を説明する図である。 従来の電動パワーステアリング装置におけるモータ駆動装置を説明する図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動パワーステアリング装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１において、電動パワーステアリング装置１００は、ハンドル１と、ハンドル１の操舵力を前輪２に伝えるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の回転力を前輪２に伝えるラック・ピニオン機構４と、ハンドル１の操舵力を検出するトルクセンサ５と、車速を検出する車速センサ６とを備えている。

更に、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ５、あるいは車速センサ６等の信号により電動パワーステアリング装置１００の制御を行う電子制御装置（以下、ＥＣＵという。）７と、ハンドル１の操舵力に対する補助力を発生するモータ８と、モータ８からの補助力をステアリングシャフト３に伝達する減速ギヤ９と、ＥＣＵ７に電力を供給する電源である車載バッテリ１０とを備えている。なお、車載バッテリ１０のマイナス端子を車輌ボディーに接続することにより、ボディーグランド１１を形成している。

次に、ＥＣＵ７の内部構成について説明する。ＥＣＵ７は、図２示すように、トルクセンサ５からの信号を入力するインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路という。）７０１と、車速センサ６からの信号を入力するＩ／Ｆ回路７０２と、後述する制御を行うようにプログラムされたマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）７０３と、モータ８に流れる電流をシャント抵抗７０４の介装により検出する電流検出回路７０５を備えている。

更に、ＥＣＵ７は、モータ８の電流を制御するためにスイッチング素子、例えば、電界効果トランジスタ（以下、トランジスタという。）７０６ａ〜７０６ｄをブリッジ構成したモータ駆動回路７０６と、マイコン７０３の指示に従ってモータ駆動回路７０６を駆動するＦＥＴ駆動回路７０７と、モータ駆動回路７０６と車載バッテリ１０との間のグランドラインに配置され、バッテリ電流を遮断する電流遮断手段（以下、リレーという。）７０８と、リレー７０８を駆動するリレー駆動回路７０９を備えている。なお、モータ駆動回路７０６を構成するトランジスタ７０６ａ〜７０６ｄのブリッジ構成については、前記特許文献１に詳細に開示されており、これを参照することができる。

また、ＥＣＵ７は、Ｉ／Ｆ回路７０１、Ｉ／Ｆ回路７０２、マイコン７０３、電流検出回路７０５、ＦＥＴ駆動回路７０７、リレー駆動回路７０９の各回路に電源を供給する電源回路７１０と、車載バッテリ１０のプラスとマイナスを逆に接続した場合に、Ｉ／Ｆ回路７０１、Ｉ／Ｆ回路７０２、マイコン７０３、電流検出回路７０５、ＦＥＴ駆動回路７０７、リレー駆動回路７０９、および電源回路７１０への電源供給を防止する逆接続防止手段である逆接続防止ダイオード７１１を備えている。なお、Ｉ／Ｆ回路７０１、Ｉ／Ｆ回路７０２、マイコン７０３、電流検出回路７０５、ＦＥＴ駆動回路７０７、リレー駆動回路７０９の各回路のグランドとなるＥＣＵ７内部でのボディーグランド７１２が設けられている。

実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置１００は、前記のように構成されてお
り、次にその動作について説明する。説明に際し、先ずマイコン７０３の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。

図３において、マイコン７０３が起動されると、初期チェック等を行い（ステップＳ３０１）、リレー駆動回路７０９を駆動してリレー７０８をオンする。（ステップＳ３０２）

その後、トルクセンサ５からのトルク信号を取り込み（ステップＳ３０３）、次に車速センサ６からの車速信号を取り込む。（ステップＳ３０４）

次に、ステップＳ３０３で取り込んだトルク信号と、ステップＳ３０４で取り込んだ車速信号から、図４に示す制御特性に従ってモータ電流指示値を決定する（ステップＳ３０５）。なお、図４は、横軸をトルク、縦軸をモータ電流指示値とし、車速とトルクおよびモータ電流指示値の関係を示す電動パワーステアリング装置の制御特性図である。

次に、電流検出回路７０５を介してモータ電流検出値を取り込み（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０５で決定したモータ電流指示値と、モータ電流検出値が一致するようにモータ電流制御を行う。（ステップＳ３０７）

その後、モータ電流指示値とモータ電流検出値とからモータ電流異常を判定し（ステップＳ３０８）、その結果が正常であれば「正常」へ分岐し、ステップＳ３０３からの処理を繰り返す。

ステップＳ３０８で異常を検出した場合は「異常」へ分岐し、モータ駆動回路をオフする。（ステップＳ３０９）

その後、リレー７０８をオフし（ステップＳ３１０）、以降、ＥＣＵ７の電源をオフするまで、モータ駆動回路７０６のオフを維持し、リレー７０８のオフ状態を維持する。

ここで、ステップＳ３０８は、例えばモータ電流指示値に対してモータ電流検出値が所定値以上（例えば、１０Ａ以上）大きい状態が所定時間（例えば、０．１ｓｅｃ）継続した場合に、異常と判断するモータ電流異常判定処理である。

次に、電動パワーステアリング装置１００の動作について説明する。例えば、ハンドル１を左方向に操舵した場合、トルクセンサ５が左方向のトルクを検出し、そのトルク信号がＩ／Ｆ回路７０１を介してマイコン７０３に入力される。同時に車速も車速センサ６が検出し、その車速信号がＩ／Ｆ回路７０２を介してマイコン７０３に入力される。

マイコン７０３は，検出したトルクと車速から図４の特性に従ってモータ電流指示値を決定する。今、ハンドル１を左方向に操舵したのでモータ電流指示値も左方向となる。左方向のモータ電流を制御する場合、トランジスタ７０６ｂがＰＷＭ動作、トランジスタ７０６ｃがオン、トランジスタ７０６ａおよび７０６ｄがオフとなり、図５の経路ａ→経路ｂ→経路ｃによりモータ電流が流れる。

この状態で、図６のように回路Ａで示すように、モータ線が地絡すると、モータ電流は、経路ａ→経路ｄを通り、ボディーグランド１２へ流れる。ボディーグランド１２とボディーグランド１１は電気的に繋がっているので、モータ電流はボディーグランド１２、１１を介して経路ｃを通って車載バッテリ１０へ流れる。この経路には負荷が無く短絡状態であるため、流れるモータ電流はモータ電流指示値に対して過大なものとなる。従って、モータ電流指示値に対してモータ電流検出値が大きくなり、図３のステップＳ３０８で異常判定される。異常判定されると、ステップＳ３０９でモータ駆動回路７０６をオフし、ステップＳ３１０でリレー７０８をオフする。

次に、この状態（モータ駆動回路７０６のオフ、リレー７０８のオフ状態）で、ハンドル１を操舵した場合について説明する。ハンドル１の操舵によって、図６の誘起電圧Ｅが発生すると、この電圧Ｅは、経路ｄ→ボディーグランド１２→ボディーグランド１１→経路ｅを通ってモータ８へ電流を流そうとする。しかし、リレー７０８がオフしているために、この電流、即ち、ブレーキ電流は流れず、ブレーキ力は発生しない。従って、操舵力がマニュアルステアリングより重くなることが無く安全上好ましい。

更に、図２に示すとおり、逆接続防止ダイオード７１１があるため、車載バッテリ１０のプラスとマイナスを逆に接続した場合、リレー駆動回路７０９はオフ状態となり、その結果、リレー７０８もオフ状態となるため、図７の経路ｆ、経路ｇに示すような短絡電流は流れない。そのため、車載バッテリ１０を逆に接続した場合でも回路破壊を防ぐことが出来る。

以上のように、実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路７０６と車載バッテリ１０との間のグランドラインにリレー７０８を配置し、モータ電流が異常判定された際に、グランドラインを遮断するので、モータ線地絡に対し、ブレーキ電流を遮断することが出来る。これによって、異常判定後の操舵力がマニュアルステアリングより重くなることが無くなり安全性が向上する。

また、モータ駆動回路７０６と車載バッテリ１０との間のグランドラインに配置したリレー７０８は、車載バッテリ１０のプラスとマイナスを逆に繋いだ場合にオフ状態（遮断状態）になるように構成されているので、車載バッテリ１０のプラスとマイナスを逆に繋いでも短絡電流が流れず、回路破壊を防ぐことが出来る。

更に、従来技術に対し電流遮断手段を増やす必要が無いので、コストアップすることなく前述のような効果を得ることが出来る。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置について説明する。実施の形態２は、操舵力に対する補助力を発生するモータに三相ブラシレスモータを用いたものである。図８は、実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＥＣＵの内部構成を説明する図である。

図８において、電動パワーステアリング装置２００のＥＣＵ７は、ブラシレスモータ１３を駆動するモータ駆動回路７２０を備えており、このモータ駆動回路７２０は、トランジスタ７２０ａ〜７２０ｆと、ブラシレスモータ１３の各相電流を検出するシャント抵抗７２１ａ〜７２１ｃを備えている。

また、電動パワーステアリング装置２００のＥＣＵ７は、シャント抵抗７２１ａ〜７２１ｃの電位差から各相電流を検出し、マイコン７０３に入力する電流検出回路７２２と、ブラシレスモータ１３の角度を検出するレゾルバ１４の検出信号をマイコン７０３に入力するレゾルバＩ／Ｆ回路７２３を備えている。なお、その他の構成については実施の形態１と同一もしくは相当しており、図８に同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置２００は、前記のように構成されているが、その動作は、実施の形態１と同様で、図３のフローチャートのように動作する。即ち、通常は、トルクセンサ５と車速センサ６からの信号に基づいて、図４の特性に従って
モータ電流指示値を決定し、モータ電流指示値とモータ電流検出値が一致するようにモータ電流を制御する。また、モータ線が地絡した場合は、モータ電流異常判定処理で異常を判定（図３のステップＳ３０８）し、モータ駆動回路７２０をオフするとともに、リレー７０８をオフする。

次に、前記のように、モータ駆動回路７２０をオフ、リレー７０８をオフの状態でハンドル１を操舵した場合について図９を用いて説明する。図９は、モータ線が回路Ａでボディーグランド１２に地絡した状態を示している。この状態でハンドル１を操舵し、ブラシレスモータ１３を回転させて発電電圧Ｅが発生すると、発電電圧Ｅは、経路ａ→ボディーグランド１２→ボディーグランド１１→経路ｂ→経路ｃ、または、経路ａ→ボディーグランド１２→ボディーグランド１１→経路ｂ→経路ｄを通ってブラシレスモータ１３へ電流を流そうとする。しかし、リレー７０８がオフ状態であるため、この電流、即ち、ブレーキ電流は流れず、ブレーキ力は発生しない。従って、実施の形態１と同様に操舵力がマニュアルステアリングより重くなることが無く安全上好ましい。

更に、実施の形態１と同様、逆接続防止ダイオード７１１があるため、車載バッテリ１０のプラスとマイナスを逆に接続した場合、リレー駆動回路７０９はオフ状態となり、その結果、リレー７０８もオフ状態となるため、図１０の経路ｅ、経路ｆ、経路ｇに示すような短絡電流は流れない。従って、車載バッテリ１０を逆に接続した場合でも回路破壊を防ぐことが出来る。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置について説明する。
実施の形態３は、操舵力に対する補助力を発生するモータにブラシ付きモータを用いたものである。図１１は、実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置のＥＣＵの内部構成を説明する図である。

図１１において、電動パワーステアリング装置３００のＥＣＵ７は、モータ駆動回路７０６とブラシ付きモータ１５との間にリレー７１３を配置し、リレー駆動回路７０９により、リレー７０８と同時にオン、オフできるよう構成したものである。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、図１１に同一符号を付してその説明を省略する。

以上のように構成した実施の形態３においても、実施の形態１と同様の効果を得ることが出来る。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置について説明する。
実施の形態４は、操舵力に対する補助力を発生するモータに三相ブラシレスモータを用いたものである。図１２は、実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置のＥＣＵの内部構成を説明する図である。

図１２において、電動パワーステアリング装置４００のＥＣＵ７は、モータ駆動回路７２０と三相ブラシレスモータ１３との間にリレー７２４を配置し、リレー駆動回路７０９により、リレー７０８と同時にオン、オフできるよう構成したものである。なお、その他の構成は実施の形態２と同様であり、図１２に同一符号を付してその説明を省略する。

以上のように構成した実施の形態４においても、実施の形態２と同様の効果を得ることが出来る。

１ ハンドル
２ 前輪
３ ステアリングシャフト
４ ラック・ピニオン機構
５ トルクセンサ
６ 車速センサ
７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
８ モータ
９ 減速ギヤ
１０ 車載バッテリ
１１、１２、７１２ ボディーグランド
１３ ブラシレスモータ
１４ レゾルバ
１５ ブラシ付きモータ
１００、２００、３００、４００ 電動パワーステアリング装置
７０１、７０２ インターフェース回路
７０３ マイクロコンピュータ
７０４、７２１ａ〜７２１ｃ シャント抵抗
７０５、７２２ 電流検出回路
７０６、７２０ モータ駆動回路
７０６ａ〜７０６ｆ 電界効果トランジスタ
７０７ ＦＥＴ駆動回路
７０８、７１３、７２４、７３０、７３１ リレー
７０９ リレー駆動回路
７１０ 電源回路
７１１ 逆接続防止ダイオード
７２３ レゾルバＩ／Ｆ回路

Claims (2)

1. 複数のスイッチング素子で構成されたモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路の入力端子間に接続された電源と、前記モータ駆動回路の出力端子間に接続され、補助力をステアリング系に作用させるモータと、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記モータ駆動回路と前記電源との間のグランドラインに電流遮断手段を接続したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電源のプラスとマイナスを逆に接続した場合に、前記電流遮断手段が動作しないように構成された逆接続防止手段を備えた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。

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