JP2011213255A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寄生ダイオードを有する電界効果トランジスタを電源開閉器として適用した場合に、電界効果トランジスタの異常を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。
【解決手段】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を駆動するモータ駆動回路１３は、前記電動モータを駆動するブリッジ回路２２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ｔｐ，ｔｎと、該電源端子と前記ブリッジ回路との間を接続する一対の電源ラインの何れか一方に、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介挿された電界効果トランジスタＦＥＴ１と、該電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの当該電界効果トランジスタの入力側及び出力側の両端の差動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ている。
【選択図】図２

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。

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）。

特許第２５０６２６９号公報 特許第３３７５５０２号公報

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。

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。

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、この時、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た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課題に着目してなされたものであり、電源に対して順方向となる寄生ダイオードを備えた電界効果トランジスタを電源開閉器として適用した場合に、電界効果トランジスタの異常を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。

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、直流電源からの直流電力が入力されて前記ブリッジ回路に直流電力を供給する電源端子と、該電源端子と前記ブリッジ回路との間を接続する一対の電源ラインの何れか一方に、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介挿された電界効果トランジスタと、該電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの当該電界効果トランジスタの入力側及び出力側の両端の差動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。

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、前記異常検出手段が、前記電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの入力側及び出力側の電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出部と、該差動電圧検出部で検出した前記電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの差動電圧変化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、前記一対の電源ライン間における前記電界効果トランジスタと前記ブリッジ回路との間に平滑用コンデンサが接続され、該平滑用コンデンサと直列に、内部の寄生ダイオードを前記平滑用コンデンサへの電荷の蓄積を阻止する方向となるように第２の電界効果トランジスタが接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、電源端子とモータを駆動するブリッジ回路との間の一対の電源ラインにおける正極ラインに、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順方向となるように接続して電源開閉器としたときに、その電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの当該電界効果トランジスタの入力側及び出力側の差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をオン状態及びオフ状態に駆動したときの電界効果トランジスタの入力側及び出力側の電圧の差電圧を、差動電圧検出部で、検出することにより、電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの差動電圧変化に基づいて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。

本発明を適用した電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 モータ駆動回路の具体的構成を示す回路図である。 コントロールユニット１２で実行する異常検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の動作の説明に供する信号波形図である。 本発明の他の実施形態を示すモータ駆動回路の具体的構成を示す回路である。

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ギヤ機構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。
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。
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。
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異常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。
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。
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。

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。
さらに、前述した正極ラインＬｐに接続した第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常を検出するために、電界効果トランジスタＦＥＴ１の入力側及び出力側の電圧を個別に検出する一対の電圧検出部３０Ａ及び３０Ｂが設けられている。

これら電圧検出部３０Ａ及び３０Ｂのそれぞれは、図２に示すように、電界効果トランジスタＦＥＴ１の入力側及び出力側と接地との間にそれぞれ分圧抵抗Ｒ１及びＲ２を接続し、両分圧抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点から検出電圧Ｖａ及びＶｂを出力するように構成されている。
そして、電圧検出部３０Ａ及び３０Ｂで検出された検出電圧Ｖａ及びＶｂが差動増幅回路３１に供給されて差動増幅されてコントロールユニット１２のＡ／Ｄ変換機能を有する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、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常を検出する図３に示す異常検出処理が実行される。この異常検出処理は、コントロールユニット１２に電源が投入された直後の初期診断過程で実行され、先ず、ステップＳ１で、電動モータ８を、トルクを発生しない無トルク状態で駆動する。ここで、電動モータ８を無トルク状態で駆動するには、例えば定格電流の１／５程度の電流指令を出力するともに、ｄ軸電流のみを通電してトルクが発生しない電流で駆動する。

次いで、ステップＳ２に移行して、ゲート駆動信号ＳＧ１をオフ状態に制御し、次いでステップＳ３に移行して、ゲート駆動信号ＳＧ１をオフ状態としてから所定時間Ｔ１（例えば１ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ１が経過していないときには所定時間Ｔ１が経過するまで待機し、所定時間Ｔ１が経過したときには、ステップＳ４に移行する。
このステップＳ４では、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)を読込み、次いでステップＳ５に移行して、今回値記憶領域に記憶されている前回値Ｖｄ(n-1)を前記メモリに形成した前回値記憶領域に更新記憶してから読込んだ差動電圧Ｖｄ(n)を今回値記憶領域に更新記憶してステップＳ６に移行する。

このステップＳ６では、差動電圧の今回値Ｖｄ(n)から前回値Ｖｄ(n-1)を減算した値の絶対値でなる差動電圧変化量ΔＶｄ（＝｜Ｖｄ(n)−Ｖｄ(n-1)｜）を算出し、次いでステップＳ７に移行して、算出した差動電圧変化量ΔＶｄが予め設定された変化量設定値ΔＶｓ以上であるか否かを判定する。
この判定結果がΔＶｄ≧ΔＶｓであるときには差動電圧変化量ΔＶｄ(n)に変化があり、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であると判断してステップＳ８に移行し、正常検出回数Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ９に移行し、ΔＶｄ＜ΔＶｓであるときには、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１がオン異常である可能性があるものと判断してそのままステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、前記ステップＳ２でゲート駆動信号ＳＧ１をオフ状態としてから所定時間Ｔ１より大きい所定時間Ｔ２（例えば２ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ２が経過していないときには所定時間Ｔ２が経過するまで待機し、所定時間Ｔ２が経過したときにはステップＳ１０に移行する。
このステップＳ１０では、ゲート駆動信号ＳＧ１をオン状態に制御し、次いでステップＳ１１に移行して、ゲート駆動信号ＳＧ１をオン状態としてから前述した所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ１が経過していないときには所定時間Ｔ１が経過するまで待機し、所定時間Ｔ１が経過したときには、ステップＳ１２に移行する。
このステップＳ１２では、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)を読込み、次いで、ステップＳ１３に移行して、メモリの今回値記憶領域に記憶されている前回値Ｖｄ(n-1)をメモリの前回値記憶領域に更新記憶し、次いで読込んだ差動電圧Ｖｄ(n)を今回値記憶領域に更新記憶してからステップＳ１４に移行する。

このステップＳ１４では、差動電圧の今回値Ｖｄ(n)から前回値Ｖｄ(n-1)を減算した値の絶対値でなる差動電圧変化量ΔＶｄ（＝｜Ｖｄ(n)−Ｖｄ(n-1)｜）を算出し、次いでステップＳ１５に移行して、算出した差動電圧変化量ΔＶｄが予め設定された変化量設定値ΔＶｓ以上であるか否かを判定する。
この判定結果がΔＶｄ≧ΔＶｓであるときには差動電圧変化量ΔＶｄ(n)に変化があり、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であると判断してステップＳ１６に移行して正常検出回数Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ１７に移行し、ΔＶｄ＜ΔＶｓであるときにはオフ異常が発生しているものと判断して直接ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７では、正常検出回数Ｎが予め設定した所定値Ｎｓに達したか否かを判定し、正常検出回数ＮがＮ≧Ｎｓであるときには、ステップＳ１８に移行して、前述した所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、所定時間が経過していないときにはこれが経過するまで待機し、所定時間が経過したときにはステップＳ１９に移行して、電動モータ８の駆動を停止して電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であると確定して異常検出処理を終了する。
また、ステップＳ１７の判定結果が、Ｎ＜ＮｓであるときにはステップＳ２０に移行し、異常状態を確定するに十分な例えば第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であって、正常回数Ｎが所定値Ｎｓに達するまでの時間より長い異常監視時間Ｔ３が経過したか否かを判定し、異常監視時間Ｔ３が経過していないときには前記ステップＳ２に戻り、異常監視時間Ｔ３が経過したときには、ステップＳ２１に移行する。

このステップＳ２１では、電動モータ８の駆動を停止し、次いでステップＳ２２に移行して、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１がオン異常又はオフ異常であることを表す異常警報として例えば運転席のインストルメントパネルに形成した警報表示素子３２を点灯表示する警告処理を行ってから異常を確定して異常検出処理を終了する。
この図３の処理が異常検出部に対応し、この図３の処理と、電圧検出部３０Ａ，３０Ｂ及び差動増幅回路３１とで異常検出手段に対応している。

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。

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。
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。

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。
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。
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。

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。

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。

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。
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。

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。しかしながら、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。

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、初期化処理における自己診断処理で、図３に示す異常検出処理が実行開始される。
このため、先ず、電動モータ８に低電流のｄ軸電流を供給することにより、電動モータ８をトルクを発生しない状態で駆動する（ステップＳ１）。このように、電動モータ８を無トルク状態で駆動することにより、電界効果トランジスタＦＥＴ２がオン状態に制御されて平滑用コンデンサＣ１及びＣ２に蓄積されている電荷を放電する。この無トルク状態で電動モータ８を駆動する場合には、電動モータ８で操舵補助力が発生することはなく、ステアリングシャフト３へ操舵補助力が伝達されることもない。

この状態で、図４（ａ）に示すように、ゲート駆動信号ＳＧ１を時点ｔ１でオフ状態に制御する（ステップＳ２）。次いで、所定時間Ｔ１が経過した時点ｔ２で差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)を読込み（ステップＳ４）、今回値記憶領域に記憶されている初期値を前回値記憶領域に記憶し、読込んだ差動電圧Ｖｄ(n)を今回値記憶領域に更新記憶する（ステップＳ５）。このとき、電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であるものとすると、ゲート駆動信号ＳＧ１がオフ状態となっているので、この電界効果トランジスタＦＥＴ１も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の入力側及び出力側が寄生ダイオードを通じて接続される状態となる。このとき、電界効果トランジスタＦＥＴ１の入力電圧Ｖａは図４（ｂ）に示すように、バッテリ９のバッテリ電圧ＶＢと略等しくなるが、出力電圧Ｖｂは寄生ダイオードで電圧降下Ｖｆを生じることから図４（ｃ）に示すように入力電圧Ｖａから電圧降下Ｖｆ分低下した電圧（Ｖａ−Ｖｆ）となる。このため、入力電圧Ｖａと出力電圧Ｖｂとの差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）は図４（ｄ）に示すように電圧降下Ｖｆに対応した値となる。これに応じて、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)は図４（ｅ）に示すように、電圧降下Ｖｆ分にゲインＧを乗算した値となる。この差動電圧Ｖｄ(n)が時点ｔ２で今回値記憶領域に記憶される。

このとき、今回値記憶領域に記憶されていた初期値として小さい値を設定しておくことにより、ステップＳ６で算出される差動電圧変化量ΔＶｄがＧ×Ｖｆとなって変化量設定値ΔＶｓより大きな値となる。このため、電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常であると判断されてステップＳ８に移行して、正常検出回数Ｎを“１”だけインクリメントする。
その後、所定時間Ｔ２が経過した時点ｔ３でゲート駆動信号ＳＧ１をオン状態に制御する（ステップＳ１０）。その後、所定時間Ｔ１が経過した時点ｔ４で差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)を読込む（ステップＳ１２）。このとき、電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常である場合には、ゲート駆動信号ＳＧ１がオン状態となることにより、電界効果トランジスタＦＥＴ１もオン状態となり、その入力側及び出力側が非常に小さなオン抵抗によって接続される状態となる。このため、出力電圧Ｖｂは図４（ｃ）に示すように入力電圧Ｖａと略等しい電圧となり、両者の差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）は図４（ｄ）に示すように零となり、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)も図４（ｅ）に示すように零となる。

このため、読込んだ差動電圧Ｖｄ(n)から前回の差動電圧Ｖｄ(n-1)を減算した値の絶対値でなる差動電圧変化量ΔＶｄはＧ×Ｖｆとなり、変化量設定値ΔＶｓより大きな値となる。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ＦＥＴ１が正常であると判断されてステップＳ１５からステップＳ１６に移行して、正常検出回数Ｎが“１”だけインクリメントされて“２”となる。
このとき、異常検出処理が開始されたばかりで、正常検出回数Ｎが設定値Ｎｓには達しないので、ステップＳ１７からステップＳ２０に移行して、異常監視時間Ｔ３が経過したか否かを判定し、異常監視時間Ｔ３が経過していないので、ステップＳ２に戻る。

その後、上記ステップＳ２〜Ｓ１７及びステップＳ２０の処理を繰り返して、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が正常である場合には、正常検出回数Ｎが順次インクリメントされる。そして、異常監視時間Ｔ３が経過する前に、正常検出回数Ｎが設定値Ｎｓ以上となると、正常と判断されてステップＳ１８に移行し、所定時間Ｔ２が経過後に、ステップＳ１９に移行して、モータの駆動が停止されて電界効果トランジスタＦＥＴ１の正常を確定する。
このとき、ゲート駆動信号ＳＧ１がオン状態であるときに電界効果トランジスタＦＥＴ１の正常を確定するので、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオン状態を継続させることにより、正常な状態で電動モータ８の駆動制御を開始することができる。

因みに、ゲート駆動信号ＳＧ１をオフ状態にした状態で、電界効果トランジスタＦＥＴ１の正常を確定した場合には、その後に電動モータ８の駆動制御を開始した時点で電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン状態とすることになり、このときにオフ異常が発生する恐れがあるが、上記のように電界効果トランジスタＦＥＴ１のオン状態で正常を確定することにより、オフ異常が発生することを確実に防止することができる。
ところが、電界効果トランジスタＦＥＴ１にゲート駆動信号ＳＧ１がオフ状態となってもオン状態を継続するオン異常が発生している場合には、時点ｔ１〜ｔ３のように、ゲート駆動信号ＳＧ１がオフ状態となっている状態で、実際には電界効果トランジスタＦＥＴ１がオン状態を継続することから、電界効果トランジスタＦＥＴ１の入力側及び出力側が低抵抗値で接続される状態となり、出力電圧Ｖｂが図４（ｃ）で破線図示のように入力電圧Ｖａと略等しい状態となる。このため、差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）が略零となり、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n＋1)も零となる。

このため、ステップＳ６で差動電圧変化量ΔＶｄを算出したときに、差動電圧変化量ΔＶｄが零に近い値となり、変化量設定値ΔＶｓより小さくなるので、ステップＳ７で電圧効果トランジスタＦＥＴ１がオン異常であると判定して直接ステップＳ９に移行して、正常検出回数Ｎがインクリメントされない。
同様に、電界効果トランジスタＦＥＴ１が、ゲート駆動信号ＳＧ１がオン状態であるときにオフ状態を継続するオフ異常が発生したときには、例えば、図４の時点ｔ４でゲート駆動信号ＳＧ１がオン状態であるときに、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフ状態を継続するので、差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）がＶｆとなることから差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n＋2)がＶｆとなって、前回値Ｖｄ(n+1)と略等しい値となる。

このため、ステップＳ１４で算出する差動電圧変化量ΔＶｄが略零となって、変化量設定値ΔＶｓより小さくなることから電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフ異常であると判断してステップＳ１７に移行して正常検出回数Ｎがインクリメントされない。
したがって、電界効果トランジスタＦＥＴ１にオフ異常またはオン異常が発生したときに、正常検出回数Ｎがインクリメントされないので、ステップＳ１７に移行したときに、正常検出回数Ｎが設定値Ｎｓ以上となることはなく、ステップＳ２０に移行する。
このため、正常判断時間に比較して長い異常判断時間Ｔ３が経過するまで、ステップＳ２〜Ｓ１７及びＳ２０の処理が繰り返され、この間にオン異常又はオフ異常を継続していると、正常検出回数Ｎのインクリメントが停止される。

その後、異常判断時間Ｔ３が経過した時点でステップＳ２０からステップＳ２１に移行し、電動モータ８の無トルク駆動を停止し、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常状態を確定して、ステップＳ２２に移行して、警報表示素子を点灯して第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常を報知してから異常状態を確定して異常検出処理を終了する。
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。

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。
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に寄生ダイオードの電圧降下Ｖｆ分低くなるが電力を供給することができる。このため、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、電界効果トランジスタＦＥＴ１にオフ異常やオン異常が発生したときに、電界効果トランジスタＦＥＴ１の入力電圧Ｖａ及び出力電圧Ｖｂを検出することにより、両者の差動電圧Ｖｄ(n)に基づいて異常状態を正確に検出することができる。このとき、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の正常時における正常確定時間を極力短くすることができ、逆に異常検出時間については異常監視時間Ｔ３を比較的大きな値に設定することにより、異常判定時間を長くとって、異常判断を正確に行うことができる。
なお、上記実施形態においては、正極側ラインＬｐ側に第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１をその寄生ダイオードが正極ラインＬｐの電源に対して順方向となるように介挿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、図５に示すように構成することもできる。

すなわち、前述した図１の構成において、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１を正極ラインＬｐに、その寄生ダイオードが正極ラインＬｐの電源に対して逆方向となるように介挿するとともに、電圧検出部３０Ａ，３０Ｂ及び差動増幅回路３１と第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２を省略し、さらに負極側ラインＬｎにおける平滑用コンデンサＣ１及びＣ２とノイズフィルタ２１間に、第３の電界効果トランジスタＦＥＴ３をその寄生ダイオードが負極ラインＬｎの電源に対して順方向となるように介挿するようにしている。
そして、第３の電界効果トランジスタＦＥＴ３の入力側の電圧Ｖｃ及び出力側の電圧Ｖｄを差動増幅回路４１に直接入力することにより、第３の電界効果トランジスタＦＥＴ３の異常を検出することができる。この場合、第３の電界効果トランジスタＦＥＴ３の異常診断を行う場合に、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１をオン状態とするとともに、インバータ回路２２によって、電動モータ８を無トルク状態で駆動制御する。

また、上記実施形態においては、図３の異常判定処理をコントロールユニット１２に電源が投入された直後に行う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、例えばトルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが略零の状態すなわち非操舵状態が所定期間以上継続したときに、短時間実行するようにしてもよい。
また、トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが略零の状態を継続しているときすなわちインバータ回路２２の少なくとも電界効果トランジスタＦＥＴ１１、ＦＥＴ１３及びＦＥＴ１５がオフ状態に制御されている状態で、入力電圧Ｖａ及び出力電圧Ｖｂを監視し、差動増幅回路３１から出力される差動電圧Ｖｄ(n)が前回値Ｖｄ(n-1)に対して変化したときに、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフ異常であると検出することもできる。

また、上記実施形態においては、差動電圧変化量ΔＶｄが変化量設定値ΔＶｓ未満であるときに正常検出回数Ｎをインクリメントすることなく、異常監視時間Ｔ３が経過するか否かで異常判断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、差動電圧変化量ΔＶｄが変化量設定値ΔＶｓ未満であるときに異常検出回数Ｍをインクリメントし、異常検出回数Ｍが前述した所定値Ｎｓより大きな値の所定値Ｍｓ以上となったときに電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常を確定させるようにしてもよい。

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ＦＥＴ１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、差動増幅回路３１の出力を２段のリングレジスタに順次記憶し、このリングレジスタの初段目と２段目の値を減算器で減算し、その減算結果を絶対値化して変化量設定値ΔＶｓが入力される比較器に供給することにより、この比較器の比較出力から電界効果トランジスタＦＥＴ１の異常を検出することもでき、その他任意の論理回路等を適用して異常検出を行うことができる。
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。

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、３０Ａ，３０Ｂ…異常検出部、３１…差動増幅回路、３２…警報表示素子

Claims (3)

1. 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、直流電源からの直流電力が入力されて前記ブリッジ回路に直流電力を供給する電源端子と、該電源端子と前記ブリッジ回路との間を接続する一対の電源ラインの何れか一方に、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介挿された電界効果トランジスタと、該電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの当該電界効果トランジスタの入力側及び出力側の両端の差動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。
2. 前記異常検出手段は、前記電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの入力側及び出力側の差動電圧を検出する差動電圧検出部と、該差動電圧検出部検出した前記電界効果トランジスタをオン状態及びオフ状態に駆動したときの差動電圧変化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する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記一対の電源ライン間における前記電界効果トランジスタと前記ブリッジ回路との間に平滑用コンデンサが接続され、該平滑用コンデンサと直列に、内部の寄生ダイオードを前記平滑用コンデンサへの電荷の蓄積を阻止する方向となるように第２の電界効果トランジスタが接続されてい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。

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