JP2011178245A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のステアリング機構に対し、電動モータで発生する操舵補助力を伝達するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、電動モータを駆動するモータ駆動回路の改良に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that transmits a steering assist force generated by an electric motor to a steering mechanism of a vehicle, and more particularly to an improvement of a motor drive circuit that drives the electric motor.
この種の電動パワーステアリング装置としては、例えば、電動モータを駆動する電動機駆動回路とバッテリとの間にノーマルオープン接点構成のリレーを備えたリレー回路を介挿して、異常発生時にリレー回路をオフ状態として電動機駆動回路への直流電力の供給を遮断するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、上記リレー回路に代えて2個の電界効果トランジスタを直列接続し、一方の電界効果トランジスタをその寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置するともに、他方の電界効果トランジスタをその寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置した開閉器を適用した電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
As this type of electric power steering device, for example, a relay circuit having a relay with a normally open contact configuration is inserted between a motor driving circuit for driving an electric motor and a battery, and the relay circuit is turned off when an abnormality occurs. As an example, an electric power steering device has been proposed in which the supply of DC power to an electric motor drive circuit is cut off (see, for example, Patent Document 1).
Further, instead of the relay circuit, two field effect transistors are connected in series, and one field effect transistor is arranged so that its parasitic diode is in the forward direction with respect to the power supply, and the other field effect transistor is connected to the field effect transistor. There has been proposed an electric power steering device using a switch in which a parasitic diode is disposed in the reverse direction with respect to a power supply (see, for example, Patent Document 2).
ここで、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、異常発生時に電動機駆動回路へ供給する直流電源を遮断するためにリレー回路を適用しており、システム停止時にはリレー回路によって電源が遮断されるため、通常、電動機駆動回路に供給する直流電力を平滑化するために設けるコンデンサのリーク電流を防止し、暗電流を抑制することができる。ところが、リレー回路を適用しているため、応答が遅いとともに電動モータを駆動するために大電流を必要とする場合に、リレー回路自体が大型化してしまうとともに、リレーのオン・オフ時に作動音が発生して運転者に違和感を与えるという問題点がある。さらに、機械的接点であるため、溶着や異物による接点不良が発生する可能性があるという問題点もある。
Here, in the conventional example described in
これに対して、上記特許文献2に記載の従来例にあっては、リレー回路に代えて2個の電界効果トランジスタを、一方の電界トランジスタをその寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置し、他方の電荷トランジスタをその寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置することにより開閉器を構成しているので、応答速度を速めるとともに、大電力用のリレー回路に比較して小型であり、且つオン状態に制御するための電力が小さくてよいので消費電力を低減することができるという利点を有する。
On the other hand, in the conventional example described in
しかしながら、この特許文献2に記載の従来例にあっては、バッテリ電源の逆極性接続に対処するため、電動機を駆動するブリッジ回路と電源との間の開閉器を2個の電界効果トランジスタで構成しているので、バッテリ電源が逆極性に接続された場合でも、電界効果トランジスタの寄生ダイオードによって逆電流が流れるのを阻止することができ、ブリッジ回路や電動機を保護することができるものであるが、2個の電界効果トランジスタを直列に接続して開閉器を構成するため、特性の揃った電界効果トランジスタを用意する必要があるとともに、電源に対して逆方向の寄生ダイオードを有する電界効果トランジスタがオフ異常となったときにはブリッジ回路に電力を供給することができず、信頼性が低下するという未解決の課題がある。
However, in the conventional example described in
この未解決の課題を解決するために、特許文献2に記載されている従来例における寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置した電界効果トランジスタを省略することが考えられる。この場合には、ブリッジ回路と並列にバッテリ電力を平滑化する平滑用コンデンサを接続した場合、システム停止時に電源に対して順方向となる電界効果トランジスタをオフ状態としたときに、順方向のダイオードを介して平滑用コンデンサにリーク電流が流れることになるので、このリーク電流を遮断するために、平滑用コンデンサと直列に電源に対して逆方向となる寄生ダイオードを有する電界効果トランジスタを介挿することが考えられる。
In order to solve this unsolved problem, it is conceivable to omit a field effect transistor arranged so that the parasitic diode in the conventional example described in
このとき、平滑用コンデンサと直列に介挿した電界効果トランジスタが正常動作するか否かが重要となるが、上記構成の電界効果トランジスタの異常を検出する手段は提案されていない。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、平滑用コンデンサと直列に接続した電界効果トランジスタの異常を正確に検出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している。
At this time, it is important whether or not the field effect transistor inserted in series with the smoothing capacitor operates normally, but no means for detecting an abnormality of the field effect transistor having the above configuration has been proposed.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and provides an electric power steering device capable of accurately detecting an abnormality of a field effect transistor connected in series with a smoothing capacitor. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構に対する操舵補助力を発生する電動モータと、該電動モータを駆動するモータ駆動回路と、該モータ駆動回路を制御する制御装置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は、前記電動モータを駆動するブリッジ回路と、該ブリッジ回路に直流電力を供給する直流電源からの直流電力が入力される電源端子と、該電源端子と前記ブリッジ回路との間を接続する正極ライン及び負極ライン間に介挿された平滑用コンデンサと、該平滑用コンデンサと前記正極ラインとの間に、内部の寄生ダイオードが前記平滑用コンデンサへの電荷の蓄積を妨げる方向となるように接続された電界効果トランジスタと、前記平滑用コンデンサ及び前記電界効果トランジスタ間の電圧を検出して当該電界効果トランジスタの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴としている。 To achieve the above object, an electric power steering apparatus according to a first aspect of the present invention includes an electric motor that generates a steering assist force for a steering mechanism of a vehicle, a motor drive circuit that drives the electric motor, and the motor. An electric power steering apparatus including a control device that controls a drive circuit, wherein the motor drive circuit includes a bridge circuit that drives the electric motor, and a DC power from a DC power source that supplies DC power to the bridge circuit. Is input between the power supply terminal, a smoothing capacitor interposed between the positive electrode line and the negative electrode line connecting the power supply terminal and the bridge circuit, and between the smoothing capacitor and the positive electrode line, A field effect transistor connected so that an internal parasitic diode prevents the accumulation of charge in the smoothing capacitor; By sensing the voltage between the smoothing capacitor and said field effect transistor is characterized by comprising an abnormality detector for detecting an abnormality of the field effect transistor.
また、本発明の請求項2に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1に係る発明において、前記異常検出手段は、前記平滑用コンデンサ及び前記電界効果トランジスタ間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電界効果トランジスタの制御状態を検出する制御状態判定部と、前記電圧検出部で検出した電圧と、前記制御状態判定部で判定した制御状態とに基づいて前記電界効果トランジスタの異常を検出する異常検出部とを備えていることを特徴としている。
さらに、本発明の請求項3に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1又は2に係る発明において、前記正極ラインに電源端子及び前記電界効果トランジスタの接続点間に、電源供給用電界効果トランジスタがその内部の寄生ダイオードが前記直流電源に対して順方向となるように接続されていることを特徴としている。
An electric power steering apparatus according to a second aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the first aspect, wherein the abnormality detecting means includes a voltage detecting unit that detects a voltage between the smoothing capacitor and the field effect transistor; An abnormality that detects an abnormality of the field effect transistor based on a control state determination unit that detects a control state of the field effect transistor, a voltage that is detected by the voltage detection unit, and a control state that is determined by the control state determination unit And a detection unit.
Furthermore, the electric power steering apparatus according to a third aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the first or second aspect, wherein a power supply field effect transistor is provided between the positive electrode line and a connection point between the power supply terminal and the field effect transistor. The internal parasitic diode is connected to the DC power supply in a forward direction.
本発明によれば、平滑用コンデンサと正極ラインとの間に、電界効果トランジスタをその内部の寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように接続したときに、その電界効果トランジスタと平滑用コンデンサとの接続点の電圧を検出することにより、電界効果トランジスタの異常を正確に検出することができる。
この場合、電界効果トランジスタと平滑用コンデンサとの接続点の電圧と電界効果トランジスタの制御状態との双方を検出することにより、電界効果トランジスタの異常をより正確に検出することができる。
According to the present invention, when a field effect transistor is connected between the smoothing capacitor and the positive electrode line so that the parasitic diode inside thereof is opposite to the power supply, the field effect transistor and the smoothing capacitor are connected. By detecting the voltage at the connection point between the two, a field effect transistor abnormality can be accurately detected.
In this case, the abnormality of the field effect transistor can be detected more accurately by detecting both the voltage at the connection point between the field effect transistor and the smoothing capacitor and the control state of the field effect transistor.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、1はステアリング機構である。このステアリング機構1は、ステアリングホイール2が装着されたステアリングシャフト3と、このステアリングシャフト3のステアリングホイール2とは反対側に連結されたラックピニオン機構4と、このラックピニオン機構4にタイロッド等の連結機構5を介して図示しない左右の転舵輪が連結されている。
そして、ステアリングシャフト3には、例えばウォームギヤで構成される減速機構7を介して例えばブラシレスモータで構成される電動モータ8が連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, in which 1 is a steering mechanism. The
The
この電動モータ8は、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。この電動モータ8は車両に搭載されたバッテリ9から出力されるバッテリ電圧が直接入力されるとともに、イグニッションスイッチ10を介して入力される制御装置11によって駆動される。
この制御装置11は、操舵補助指令値を演算してゲート駆動信号を出力するコントロールユニット12と、このコントロールユニット12から出力されるゲート駆動信号が入力されて、このゲート駆動信号に基づいて電動モータを駆動するモータ駆動回路13とを備えている。
The electric motor 8 operates as a steering assist force generation motor that generates a steering assist force of the electric power steering apparatus. The electric motor 8 is directly driven by a battery voltage output from a
The control device 11 receives a
コントロールユニット12には、電動モータ8に供給されるモータ駆動電流を検出するモータ電流検出回路15で検出したモータ電流検出値Imd、ステアリングシャフト3に配設された操舵トルクセンサ16で検出されたステアリングホイール2に入力される操舵トルクTが入力されていると共に、車速検出部としての車速センサ17で検出した車速Vsが入力されている。
ここで、操舵トルクセンサ16は、ステアリングホイール2に付与されてステアリングシャフト3に伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
The
Here, the steering torque sensor 16 detects the steering torque applied to the
そして、コントロールユニット12は、操舵トルクT、車速Vsに基づいて操舵補助指令値を演算し、この操舵補助指令値に基づいてd−q軸電流指令値を算出し、このd−q軸電流指令値を2相−3相変換して3相電流指令値を算出し、算出した3相電流指令値とモータ電流検出回路15で検出したモータ電流検出値との電流偏差を比例・積分(PI)制御演算して3相電圧指令値を算出し、この3相電圧指令値に基づいてインバータ用ゲート駆動信号IG1〜IG6を形成し、形成したゲート駆動信号IG1〜IG6をモータ駆動回路13に出力する。この他、電源投入時にモータ駆動回路13の後述する電源スイッチとなる第1及び第2の電界効果トランジスタFET1及びFET2をオン状態に制御し、システム停止時及び異常時にオフ状態に制御するゲート駆動信号SG1及びSG2を出力する。また、電源投入時にモータ駆動回路13とのモータスイッチとなる電界効果トランジスタFETu〜FETwをオン状態に制御し、システム停止時及び以上時にオフ状態に制御するゲート駆動信号SGu〜SGwを出力する。
Then, the
モータ駆動回路13は、図2に示すように、バッテリ9の正極端子が接続される電源端子tpと、負極端子が接続される電源端子tnを有し、これら電源端子tp及びtnから正極ラインLp及び負極ラインLnが導出されている。これら正極ラインLp及び負極ラインLn間には、これらライン上のノイズを低減するためのノーマルコイルやコモンコイルを備えたノイズフィルタ21が接続されている。さらに、ノイズフィルタ21の出力側の正極ラインLpに電源供給用としての第1の電界効果トランジスタFET1がその寄生ダイオードが正極ラインの電源に対して順方向となるように接続されている。この第1の電界効果トランジスタFET1の出力側には、正極ラインLp及び負極ラインLn間に平滑用コンデンサC1及びC2が並列に接続され、これら平滑用コンデンサの正極ラインLp側と正極ラインLpとの間に第2の電界効果トランジスタFET2がその寄生ダイオードが平滑用コンデンサC1及びC2への電荷の蓄積を阻止する方向となるように接続されている。
As shown in FIG. 2, the
さらに、正極ラインLp及び負極ラインLnには平滑用コンデンサC1及びC2と第2の電界効果トランジスタFET2の直列回路と並列にブリッジ回路としてのインバータ回路22が接続されている。
このインバータ回路22は、6個の電界効果トランジスタFET11〜FET16を有し、これら電界効果トランジスタFET11及びFET12が直列に接続されてU相スイッチングアームSAuを形成し、電界効果トランジスタFET13及びFET14が直列に接続されたV相スイッチングアームSAvを形成し、電界効果トランジスタFET15及びFET16が直列に接続されてW相スイッチングアームSAwを形成し、各スイッチングアームSAu〜SAwが並列に接続されている。各スイッチングアームSAu、SAv及びSAwの電界効果トランジスタFET11及びFET12の接続点、電界効果トランジスタFET13及びFET14の接続点及び電界効果トランジスタFET15及びFET16の接続点が夫々U相交流出力点Pu、V相交流出力点Pv及びW相交流出力点Pwとされている。そして、各交流出力点Pu、Pv及びPwと出力端子tu、tv及びtwとの間にモータ用開閉器として夫々電界効果トランジスタFETu、FETv及びFETwがその寄生ダイオードを電動モータ側への電力供給を許容する方向として接続されている。
Furthermore, an
This
そして、出力端子tu、tv及びtwが電動モータ8の3相給電端子に接続されている。また、インバータ回路22の各電界効果トランジスタFET11〜FET16のゲートにはコントロールユニット12から出力されるゲート駆動信号IG1〜IG6が供給されている。また、第1及び第2の電界効果トランジスタFET1及びFET2のゲートには、コントロールユニット12から出力されるゲート駆動信号SG1及びSG2が供給されている。さらに、電界効果トランジスタFETu〜FETwのゲートにはコントロールユニット12から出力されるゲート駆動信号SGu〜SGwが供給されている。
The output terminals tu, tv, and tw are connected to the three-phase power feeding terminal of the electric motor 8. The gate drive signals IG1 to IG6 output from the
また、前述した平滑用コンデンサC1及びC2と正極ラインLpとの間に接続された電界効果トランジスタFET2の異常を検出するために、平滑用コンデンサC1及びC2の接続点と電界効果トランジスタFET2との接続点に電圧検出部30が接続されている。
この電圧検出部30は、平滑用コンデンサC1及びC2の接続点と電界効果トランジスタFET2との接続点と接地との間に接続された分圧抵抗R1及びR2を有し、分圧抵抗R1及びR2間から検出電圧Vfが出力される。この電圧検出部30では、平滑用コンデンサC1及びC2の接続点と電界効果トランジスタFET2との接続点の電圧をコントロールユニット12で扱い可能な検出電圧Vfにシフトする。
Further, in order to detect the abnormality of the field effect transistor FET2 connected between the smoothing capacitors C1 and C2 and the positive electrode line Lp, the connection point between the smoothing capacitors C1 and C2 and the field effect transistor FET2 is connected. A
The
そして、電圧検出部30で検出した検出電圧Vfが、図1に示すように、コントロールユニット12のA/D変換入力端子に入力される。
このコントロールユニット12では、電界効果トランジスタFET2の異常を検出する図3に示す異常検出処理が所定時間(例えば1msec)毎にメインプログラムに対するタイマ割込処理として実行される。この異常検出処理は、コントロールユニット12に電源が投入されると実行開始され、先ず、ステップS1で、電界効果トランジスタFET2に対するゲート駆動信号SG2がオフ状態であるか否かを判定し、ゲート駆動信号SG2がオフ状態であるときにはステップS2に移行する。
Then, the detected voltage Vf detected by the
In this
このステップS2では、電圧検出部30で検出した電圧VfをA/D変換部でデジタル信号に変換して読込み、次いで、ステップS3に移行して、電圧Vfが零に近い低圧側閾値Vthd以下であるか否かを判定し、Vf>Vthdであるときには、電界効果トランジスタFET2がオン状態を継続するオン異常であると判断してステップS4に移行する。
In step S2, the voltage Vf detected by the
このステップS4では、変数Nを“1”だけインクリメントし、次いでステップS5に移行して、変数Nが予め設定された所定時間に対応する設定値Nsに達したか否かを判定し、N<Nsであるときには前記ステップS2に戻り、N=NsであるときにはステップS6に移行する。
このステップS6では、電界効果トランジスタFET2がオン異常であることを表す異常警報を例えば運転席のインストルメントパネルに形成した警告表示素子31を点滅表示する警告処理を行ってからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
In step S4, the variable N is incremented by “1”, and then the process proceeds to step S5 to determine whether or not the variable N has reached a set value Ns corresponding to a predetermined time set in advance. When Ns, the process returns to step S2, and when N = Ns, the process proceeds to step S6.
In this step S6, a warning process for displaying a flashing
また、前記ステップS3の判定結果が、Vf≦Vthdであるときには電界効果トランジスタFET2が正常である判断してステップS7に移行して変数Nを“0”にクリアしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
一方、前記ステップS1の判定結果が、ゲート駆動信号SG2がオン状態であるときには、ステップS8に移行して、電圧検出部30で検出した電圧VfをA/D変換部でデジタル信号に変換して読込んでからステップS9に移行する。
If the determination result in step S3 is Vf ≦ Vthd, it is determined that the field effect transistor FET2 is normal, the process proceeds to step S7, the variable N is cleared to “0”, and the timer interrupt process is terminated. Then, the program returns to the predetermined main program.
On the other hand, if the determination result of step S1 is that the gate drive signal SG2 is in the on state, the process proceeds to step S8, where the voltage Vf detected by the
このステップS9では、ステップS8で読込んだ電圧Vfがバッテリ9の電圧Vbに近い高電圧側閾値Vthh以上であるか否かを判定し、Vf<Vthhであるときには電界効果トランジスタFET2がオフ状態を継続するオフ異常であると判断してステップS10に移行する。
このステップS10では、変数Mを“1”だけインクリメントし、次いでステップS11に移行して、変数Mが予め設定された所定時間に対応する設定値Msに達したか否かを判定し、M<Msであるときには前記ステップS8に戻り、M=MsであるときにはステップS12に移行する。
In this step S9, it is determined whether or not the voltage Vf read in step S8 is equal to or higher than the high voltage side threshold Vthh close to the voltage Vb of the
In step S10, the variable M is incremented by “1”, and then the process proceeds to step S11 to determine whether or not the variable M has reached a set value Ms corresponding to a predetermined time set in advance. If Ms, the process returns to step S8. If M = Ms, the process proceeds to step S12.
このステップS12では、電界効果トランジスタFET2がオフ異常であることを表す異常警報を例えば運転席のインストルメントパネルに形成した警告表示素子31を点灯表示する警告処理を行ってからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップS9の判定結果がVf≧Vthhであるときには、電界効果トランジスタFET2が正常であると判断してステップS12に移行して変数Mを“0”にクリアしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
この図3の処理と、電圧検出部30とで異常検出手段を構成し、このうちステップS1の処理が制御状態判定部に対応し、ステップS2〜S7及びステップS8〜S13の処理が異常検出部に対応している。
In this step S12, after performing warning processing for turning on and displaying the
If the determination result in step S9 is Vf ≧ Vthh, it is determined that the field effect transistor FET2 is normal, the process proceeds to step S12, the variable M is cleared to “0”, and the timer interrupt process is performed. End and return to a predetermined main program.
The process of FIG. 3 and the
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が停止している状態で、イグニッションスイッチ10をオン状態とすると、これに応じてバッテリ9のバッテリ電圧がコントロールユニット12に入力されることにより、コントロールユニットに電源が投入される。この状態で、コントロールユニット12では所定の初期診断等の初期化処理を行って、診断結果が正常であるときに、モータ駆動回路13の第1及び第2の電界効果トランジスタFET1及びFET2と、電界効果トランジスタFETu、FETv及びFETwとをそれぞれオン状態とするゲート駆動信号SG1、SG2、SGu、SGv及びSGwをモータ駆動回路13に出力する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Now, when the
これにより、モータ駆動回路13の電界効果トランジスタFET1、FET2、FETu〜FETwがオン状態となって、バッテリ9の直流電力がノイズフィルタ21を介し、さらに平滑コンデンサC1及びC2で平滑化されてインバータ回路22に供給され、インバータ回路22の出力が電界効果トランジスタFETu〜FETwを介して電動モータ8に供給される。
As a result, the field effect transistors FET1, FET2, and FETu to FETw of the
このとき、ステアリングホイール2を操舵していない非操舵状態では、トルクセンサ16で検出される操舵トルクが零を維持するため、コントロールユニット12で、算出される操舵補助指令値が零となり、この操舵補助指令値をd−q軸変換したd軸電流指令値及びq軸電流指令値も零となり、これらを2相−3相変換した3相電流指令値も零となる。また、電動モータ8は停止状態を維持しており、インバータ回路22でモータ電流検出回路15によって検出されるモータ電流検出値も零であるので、電流指令値及びモータ電流検出値の電流偏差も零となり、PI制御演算結果の3相電圧指令値も零となって、インバータ用ゲート駆動信号IG1〜IG6が全て50%デューティ(duty)となる。このため、モータ駆動回路13のインバータ回路22の電界効果トランジスタFET11〜FET16が全て50%デューティ(duty)状態を維持する。
At this time, in a non-steering state in which the
この車両の停止状態で、運転者がステアリングホイール2を操舵する所謂据え切りを行うと、トルクセンサ16で大きな操舵トルクが検出され、これがコントロールユニット12に入力される。このため、コントロールユニット12で大きな操舵補助指令値が演算され、これに応じてd−q軸変換したd軸電流指令値及びq軸電流指令値も大きくなって、これを2相−3相変換した3相電流指令値も大きな値となる。この3相電流指令値と零を維持するモータ電流検出値との偏差がPI制御演算されることによって算出される3相電圧指令値も大きな値となることから、コントロールユニット12からゲート駆動信号IG1〜IG6がモータ駆動回路13のインバータ回路22に出力される。
When the driver performs a so-called stationary operation in which the
これに応じてインバータ回路22から大きな3相駆動電流が電動モータ8の3相コイルに供給されて電動モータ8が回転駆動され、操舵トルクに応じた操舵補助力を発生する。電動モータ8で発生された操舵補助力は減速ギヤ機構7を介してステアリングシャフト3に伝達されることにより、ステアリングホイール2を軽く操舵することができる。
その後、車両が発進すると、これに応じて路面抵抗が減少することにより、ステアリングホイール2を操舵したときの操舵トルクが小さくなるので、これに応じた操舵補助力指令値が演算されて、電動モータ8で操舵トルクに応じた補助補助力が発生される。
In response to this, a large three-phase drive current is supplied from the
Thereafter, when the vehicle starts, the road resistance decreases accordingly, and the steering torque when the
その後、車両を停止させた後に、イグニッションスイッチ10をオフ状態とすると、このイグニッションスイッチ10を介してコントロールユニット12に入力される電源路は遮断されるが、バッテリ9から直接コントロールユニット12に供給される電源路はコントロールユニット12で所定時間が経過するまでは自己保持される。この間に、操舵角情報や故障情報の不揮発性メモリへの書込みを行ったり、やイグニッションスイッチ10の再始動に備えたりすることができる。
Thereafter, when the
そして、所定時間が経過すると、コントロールユニット12が自己保持状態から開放されることにより、コントロールユニット12へのバッテリ電力の供給が停止されて、コントロールユニット12が非作動状態に移行する。このため、コントロールユニット12から出力されるゲート駆動信号IG1〜IG6、SG1,SG2及びSGu〜SGwはオフ状態となる。
このとき、モータ駆動回路13では、図2に示すように、電界効果トランジスタFET1がその寄生ダイオードがバッテリ9の直流電力に対して順方向となるように接続されているので、ゲート駆動信号SG1がオフ状態となって電界効果トランジスタFET1がオフ状態となってもバッテリ9の直流電力が寄生ダイオードを通じて正極ラインLpの後段側に出力可能な状態となる。
When the predetermined time has elapsed, the
At this time, in the
しかしながら、平滑用コンデンサC1及びC2には、これらと正極ラインLpとの間に電界効果トランジスタFET2がその寄生ダイオードを平滑用コンデンサC1及びC2への電荷の蓄積を阻止する方向として接続されており、且つゲート駆動信号SG2がオフ状態となって電界効果トランジスタFET2がオフ状態となっている。このため、電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードを通じて供給されるバッテリ電力が電界効果トランジスタFET2及びその寄生ダイオードによって遮断され、平滑用コンデンサC1及びC2に電荷が蓄積されることを確実に阻止して暗電流が流れることを確実に防止することができる。 However, the field effect transistor FET2 is connected between the smoothing capacitors C1 and C2 and the positive electrode line Lp so that the parasitic diode prevents the charge from being accumulated in the smoothing capacitors C1 and C2. In addition, the gate drive signal SG2 is turned off and the field effect transistor FET2 is turned off. For this reason, the battery power supplied through the parasitic diode of the field effect transistor FET1 is blocked by the field effect transistor FET2 and the parasitic diode, and the accumulation of charges in the smoothing capacitors C1 and C2 is surely prevented, thereby preventing dark current. Can be reliably prevented from flowing.
また、電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードから出力されるバッテリ電力がインバータ回路22にも供給されるが、各電界効果トランジスタFET11〜FET16に供給されるゲート駆動信号IG1〜IG6がオフ状態であり、且つ各電界効果トランジスタFET11〜FET16の寄生ダイオードがバッテリ電力を阻止する方向に接続されているので、バッテリ電力はインバータ回路22で遮断される。
つまり、電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードがバッテリ電力に対して順方向となっているが、その後段側で電界効果トランジスタFET2及びインバータ回路22で遮断されるので、バッテリ電力が消費されることはなく、暗電流が流れることを確実に防止することができる。
Further, the battery power output from the parasitic diode of the field effect transistor FET1 is also supplied to the
In other words, the parasitic diode of the field effect transistor FET1 is in the forward direction with respect to the battery power, but is cut off by the field effect transistor FET2 and the
同様に、コントロールユニット12の自己診断結果が異常である場合や、電動モータ8への駆動電流が過電流状態となったときなどの異常が発生した場合にも、コントロールユニット12から出力される各ゲート駆動信号IG1〜IG6、SG1,SG2及びSGu〜SGwがオフ状態に制御され、この場合にも上述した同様にバッテリ電力の消費が停止されて、暗電流が流れることを確実に阻止することができる。
Similarly, when the self-diagnosis result of the
さらに、新たにバッテリ9を取付ける場合や古くなったバッテリ9を取外して新たなバッテリ9に交換する場合に、バッテリ9の接続極性を間違えて、電源端子tpに負極側を電源端子tnに正極側を接続した場合には、バッテリ電力が負極ラインLnから平滑用コンデンサC1及びC2と電界効果トランジスタFET2の寄生ダイオードを通じて正極ラインLpに向かうとともに、インバータ回路22の各電界効果トランジスタFET11〜FET16の寄生ダイオードを通じて正極ラインLpに向かうが、この正極ラインLpに介挿されている電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードが逆方向となるので、この寄生ダイオードによってバッテリ9の負極側に向かうバッテリ電力が確実に遮断されて、バッテリ9の誤接続によって、電流路が形成されることを確実に阻止することができる。
Further, when a
一方、コントロールユニット12では、イグニッションスイッチ10がオン状態となってバッテリ9からバッテリ電力が供給開始されて電源投入状態となると図3に示す異常検出処理が実行開始される。
このため、コントロールユニット12で、モータ駆動回路13の電界効果トランジスタFET2に対するゲート駆動信号SG2がオン状態であるか否かを判定する(ステップS1)。
On the other hand, in the
Therefore, the
この場合、コントロールユニット12では電源投入時に自己診断処理が終了するまではモータ駆動回路13に対するゲート駆動信号SG1,SG2、SGu〜SGw及びIG1〜IG6をオフ状態に維持する。このため、図3の異常検出処理で、ステップS1からステップS2に移行して、電流検出部電30で検出した電圧VfをA/D変換部でデジタル信号に変換して読込み、読込んだ電圧Vfが低電圧側閾値Vthd以下であるか否かを判定する(ステップS3)。
In this case, the
このとき、電界効果トランジスタFETが正常である場合には、この電界効果トランジスタFET2がオフ状態となり、その寄生ダイオードが電源に対して逆方向となっているので、平滑用コンデンサC1及びC2には電荷が蓄積されることはなく、平滑用コンデンサC1及びC2は電源検出部30の分圧抵抗R1及びR2を通じて放電されている。このため、平滑用コンデンサC1及びC2と電界効果トランジスタFET2との接続点の電圧は略零となり、電圧検出部30で検出される検出電圧Vfも略零となる。このため、図3の異常検出処理では、Vf<Vthdとなるので、電界効果トランジスタFET2が正常と判断してステップS7に移行し、変数Nを“0”にクリアしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。したがって、警報表示素子31は消灯状態を継続する。
At this time, if the field effect transistor FET is normal, the field effect transistor FET2 is turned off, and the parasitic diode is in the reverse direction to the power supply, so that the smoothing capacitors C1 and C2 have a charge. Is not accumulated, and the smoothing capacitors C1 and C2 are discharged through the voltage dividing resistors R1 and R2 of the power
しかしながら、ゲート駆動信号SG2がオフ状態を継続している状態で、電界効果トランジスタFET2がオン状態を継続するオン異常となっている場合には、バッテリ9の電流がノイズフィルタ21を介して電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードを介して電界効果トランジスタFET2を介して平滑用コンデンサC1及びC2に供給され、これら平滑用コンデンサC1及びC2に電荷が蓄積される。このため、平滑用コンデンサC1及びC2と電界効果トランジスタFET2との接続点の電圧はバッテリ電圧Vbに近い電圧となり、検出電圧Vfは低電圧側閾値Vthdより高い電圧となる。
However, when the gate drive signal SG2 continues to be in the off state and the field effect transistor FET2 is in an on abnormality that continues to be in the on state, the current of the
したがって、図3の異常検出処理で、電界効果トランジスタのオン異常と判断してステップS3からステップS4に移行して、変数Nを“1”だけインクリメントし、変数Nが設定値Nsに達するまでの間すなわち所定時間が経過するまでの間前記ステップS3に戻る。そして、Vf>Vthdの状態が所定時間継続するとオフ異常と確定し、ステップS6に移行して警報表示素子31を点滅表示させて、運転者に電界効果トランジスタのオン異常を警報する。
Therefore, in the abnormality detection process of FIG. 3, it is determined that the field effect transistor is on abnormal, the process proceeds from step S3 to step S4, the variable N is incremented by “1”, and the variable N reaches the set value Ns. The process returns to step S3 until the predetermined time elapses. Then, when the state of Vf> Vthd continues for a predetermined time, it is determined that the abnormality is off, and the process proceeds to step S6 where the
なお、ステップS3でVf>Vthdと判断されても、N=Nsとなる前にVf≦Vthdの状態に復帰したときにはステップS7に移行して変数Nが“0”にクリアされる。
その後、自己診断が正常終了すると、コントロールユニット12からモータ駆動回路13にオン状態のゲート駆動信号SG1,SG2及びSGu〜SGwが出力されて、モータ駆動回路13の電界効果トランジスタFET1,FET2及びFETu〜FETwがオン状態に制御され、これと同時にインバータ用のゲート駆動信号IG1〜IG6が出力される。
このため、図3の異常検出処理では、ステップS1からステップS8に移行して、電圧検出部30で検出した電圧VfをA/D変換部でデジタル信号に変換して読込み、読込んだ検出電圧Vfが高電圧側閾値Vthhを超えているか否かを判定する(ステップS9)。
Even if it is determined in step S3 that Vf> Vthd, when the state returns to Vf ≦ Vthd before N = Ns, the process proceeds to step S7 and the variable N is cleared to “0”.
Thereafter, when the self-diagnosis ends normally, the
Therefore, in the abnormality detection processing of FIG. 3, the process proceeds from step S1 to step S8, the voltage Vf detected by the
このとき、電界効果トランジスタFET2が正常である場合には、ゲート駆動信号SG2がオン状態となったときに、それまでのオフ状態からオン状態に移行する。このため、バッテリ9からのバッテリ電流がノイズフィルタ21でノイズ除去され、さらに電界効果トランジスタFET1を通じ、さらに電界効果トランジスタFET2を通じて平滑用コンデンサC1及びC2に流れて、これら平滑用コンデンサC1及びC2に電荷が蓄積されて充電状態となる。これに応じて、電界効果トランジスタFET2及び平滑用コンデンサC1及びC2間の電圧はバッテリ電圧Vbに近い電圧となり、この電圧が電圧検出部30で検出電圧Vfとして検出される。
したがって、検出電圧Vfは高電圧側閾値Vthhを超えることになり、電界効果トランジスタFET2が正常であると判断してステップS13に移行し、変数Mを“0”にクリアしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。このため、警報表示素子31は消灯状態を維持する。
At this time, when the field effect transistor FET2 is normal, when the gate drive signal SG2 is turned on, the field effect transistor FET2 shifts from the off state to the on state. For this reason, the battery current from the
Therefore, the detection voltage Vf exceeds the high voltage side threshold value Vthh, it is determined that the field effect transistor FET2 is normal, the process proceeds to step S13, the variable M is cleared to “0”, and the timer interrupt process is performed. To return to a predetermined main program. For this reason, the
ところが、ゲート駆動信号SG2がオン状態となっている状態で、電界効果トランジスタFET2がオフ状態を継続するオフ異常が発生した場合には、電界効果トランジスタFET2を通じて平滑用コンデンサC1及びC2に電荷が蓄積されず、これら平滑用コンデンサC1及びC2に蓄積されていた電荷は電圧検出部30の分圧抵抗R1及びR2を通じて放電された状態を継続するので、平滑用コンデンサC1及びC2と電界効果トランジスタFET2との間の電圧は略零となり、電圧検出部30から出力される検出電圧Vfも略零となる。このため、電界効果トランジスタFET2がオフ異常であると判断し、ステップS10に移行して変数Mを“1”だけインクリメントすることを繰り返し、変数Mが設定値Msに達したときにオフ異常と確定してステップS11からステップS12に移行し、警報表示素子31を点灯状態に制御して、電界効果トランジスタFET2のオフ異常を運転者に警報する。
なお、ステップS9でVf<Vthhと判断されても、M=Msとなる前にVf≧Vthhの状態に復帰したときにはステップS13に移行して変数Mが“0”にクリアされる。
However, in the state where the gate drive signal SG2 is in the on state, when an off abnormality occurs in which the field effect transistor FET2 continues to be in the off state, charges are accumulated in the smoothing capacitors C1 and C2 through the field effect transistor FET2. Since the charges accumulated in the smoothing capacitors C1 and C2 continue to be discharged through the voltage dividing resistors R1 and R2 of the
Even if it is determined in step S9 that Vf <Vthh, when the state returns to the state of Vf ≧ Vthh before M = Ms, the process proceeds to step S13 and the variable M is cleared to “0”.
このように、上記実施形態によると、バッテリ9に接続される正極ラインLpに電源用開閉器として1つの第1の電界効果トランジスタFET1をその寄生ダイオードがバッテリ電力に対して順方向となるようにして接続するだけでよく、電源用開閉器の構成を簡略化することができるとともに、バッテリ9の誤接続時に通常と逆方向の電流路が形成されることも確実に阻止することができる。また、電源用開閉器としてリレー回路を適用する場合のように、リレー回路の構成が大形化したり、耳障りな作動音が発生したりすることもない。
As described above, according to the embodiment, the first line-effect transistor FET1 as the power switch is connected to the positive line Lp connected to the
また、正極ラインLp及び負極ラインLn間に接続される平滑用コンデンサについては第2の電界効果トランジスタFET2をその寄生ダイオードが平滑用コンデンサC1及びC2への電荷の蓄積を阻止するようにして接続するだけで、第1の電界効果トランジスタFET1の寄生ダイオードを通じて平滑用コンデンサC1及びC2へ電荷が蓄積されることを確実に阻止することができ、暗電流を確実に防止することができる。 Further, with respect to the smoothing capacitor connected between the positive electrode line Lp and the negative electrode line Ln, the second field effect transistor FET2 is connected such that its parasitic diode prevents accumulation of charges in the smoothing capacitors C1 and C2. As a result, it is possible to reliably prevent charges from being accumulated in the smoothing capacitors C1 and C2 through the parasitic diode of the first field effect transistor FET1, and to reliably prevent dark current.
さらに、電源用開閉器となる第1の電界効果トランジスタFET1がオフ異常となった場合でも、寄生ダイオードを介してインバータ回路22にバッテリ電力を供給することができ、インバータ回路22で電動モータ8を駆動して操舵補助制御を継続することができ、モータ駆動回路13の信頼性を向上させることができる。
しかも、平滑用コンデンサC1及びC2と正極ラインLpとの間に介挿した内部の寄生ダイオードが電源に対して逆方向となる電界効果トランジスタFET2のオン異常及びオフ異常を、平滑用コンデンサC1及びC2と電界効果トランジスタFET2との間の電圧を電圧検出部30で検出し、この検出電圧Vfと電界効果トランジスタFET2の制御状態とに基づいて図3に示す異常検出処理によって正確に検出することができる。
Furthermore, even when the first field effect transistor FET1 serving as a power switch is turned off, battery power can be supplied to the
Moreover, the on-state abnormality and the off-state abnormality of the field effect transistor FET2 in which the internal parasitic diode inserted between the smoothing capacitors C1 and C2 and the positive electrode line Lp is in the opposite direction to the power supply are indicated as the smoothing capacitors C1 and C2. And the field effect transistor FET2 can be detected by the
なお、上記実施形態においては、図3の異常判定処理で、コントロールユニット12によるゲート駆動信号SG2がオン状態であるかオフ状態であるかを判定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば初期状態の自己診断時に異常判定処理でゲート駆動信号SG2を所定期間オフ状態とオン状態とにそれぞれ制御することにより、電界効果トランジスタFET2の異常を検出するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case has been described in the abnormality determination process of FIG. 3 where it is determined whether the gate drive signal SG2 by the
また、上記実施形態においては、コントロールユニット12で異常検出処理を行って電界効果トランジスタFET2の異常を検出する場合について説明したか、これに限定されるものではなく、異常検出部30で検出した検出電圧Vfを低電圧側閾値Vthdに対応する低電圧が供給された第1の比較回路及び高電圧側閾値Vthhに対応する高電圧が供給された第2の比較回路に供給し、第1の比較回路からVf>Vthdであるときにオン状態となる比較出力を出力し、この比較出力とゲート駆動信号SG2とをアンドゲートに供給してオン異常を検出し、第2の比較回路からVf<Vthhであるときにオン状態となる比較出力を出力し、この比較出力とゲート駆動信号SG2の反転信号とをアンドゲートに供給してオフ異常を検出するようにしてもよく、その他任意の論理回路を適用して異常検出を行うことができる。
In the above embodiment, the case where the abnormality detection process is performed by the
また、上記実施形態においては、容量の小さい2つの平滑用コンデンサC1及びC2を並列に接続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、容量の大きな1つの平滑用コンデンサを適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、ブリッジ回路としてインバータ回路を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ8として直流モータを適用した場合には、ブリッジ回路として4つの電界効果トランジスタで構成するHブリッジ回路を適用することができる。
また、上記実施形態においては、本発明をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ピニオンアシスト式やラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用しても上記と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the case where two smoothing capacitors C1 and C2 having a small capacity are connected in parallel has been described. However, the present invention is not limited to this, and one smoothing capacitor having a large capacity is applied. You may do it.
Further, in the above-described embodiment, the case where the inverter circuit is applied as the bridge circuit has been described. However, the present invention is not limited to this, and when the DC motor is applied as the electric motor 8, four electric fields are used as the bridge circuit. An H-bridge circuit composed of effect transistors can be applied.
Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a column assist type electric power steering device has been described, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to a pinion assist type or rack assist type electric power steering device. Even if the present invention is applied, the same effect as described above can be obtained.
1…ステアリング機構、2…ステアリングホイール、3…ステアリングシャフト、7…減速ギヤ機構、8…電動モータ、9…バッテリ、10…イグニッションスイッチ、11…制御装置、12…コントロールユニット、13…モータ駆動回路、Lp…正極ライン、Ln…負極ライン、21…ノイズフィルタ、22…インバータ回路、FET1…第1の電界効果トランジスタ、FET2…第2の電界効果トランジスタ、FET11〜FWT16、FETu〜FETw…電界効果トランジスタ、30…異常検出部、31…警報表示素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モータ駆動回路は、前記電動モータを駆動するブリッジ回路と、該ブリッジ回路に直流電力を供給する直流電源からの直流電力が入力される電源端子と、該電源端子と前記ブリッジ回路との間を接続する正極ライン及び負極ライン間に介挿された平滑用コンデンサと、該平滑用コンデンサと前記正極ラインとの間に、内部の寄生ダイオードが前記平滑用コンデンサへの電荷の蓄積を妨げる方向となるように接続された電界効果トランジスタと、前記平滑用コンデンサ及び前記電界効果トランジスタ間の電圧を検出して当該電界効果トランジスタの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering apparatus comprising: an electric motor that generates a steering assist force for a steering mechanism of a vehicle; a motor drive circuit that drives the electric motor; and a control device that controls the motor drive circuit,
The motor drive circuit includes: a bridge circuit that drives the electric motor; a power supply terminal that receives DC power from a DC power supply that supplies DC power to the bridge circuit; and a space between the power supply terminal and the bridge circuit. A smoothing capacitor inserted between the positive and negative lines to be connected, and an internal parasitic diode between the smoothing capacitor and the positive line prevents the charge from accumulating in the smoothing capacitor. Electric power steering comprising: a field effect transistor connected in this manner; and an abnormality detection means for detecting a voltage between the smoothing capacitor and the field effect transistor to detect an abnormality of the field effect transistor apparatus.
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