JP2013071526A

JP2013071526A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2013071526A
Application number: JP2011210818A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kuroda; 喜英黒田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: US20130079976A1; JP5387994B2; CN103010293A; CN103010293B; US9669812B2

Abstract

【課題】アシスト開始時間を短かくすることの可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ＥＰＳの備えるマイコンは、イグニッションスイッチがオンされた後、ＥＣＵがモータを通電制御する前に、モータまたはモータ駆動回路の故障診断処理を行う。ステアリングホイールとともに回転するモータの角速度が所定値よりも大きい場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、処理は、故障診断の実施を省略する（Ｓ７：ＹＥＳ）。これにより、イグニッションスイッチがオンされてからモータの通電制御を開始するまでの時間が短縮される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来、運転者の操舵をモータの駆動力によって補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という）が知られている。
特許文献１に記載のＥＰＳは、イグニッションスイッチがオンされてから操舵補助を開始するまでの間に、モータとその駆動回路の故障の有無を診断する故障診断が行われる。

特開２００３−１８２５９８号公報

しかしながら、特許文献１では、故障診断をしている最中にモータ駆動回路とモータとの間に設けられたモータリレーをオンしている（特許文献１の明細書の段落「００４３」及び図３参照）。このため、運転者がステアリングホイールを操作した場合、ステアリングホイールにギヤを介して連動するモータから誘起電圧が生じると、故障診断の精度が悪化するおそれがある。
そこで、モータリレーをオンした後の故障診断では、モータの角速度を監視し、その角速度が所定値よりも大きいときは故障診断の実施を待ち、所定値よりも小さい場合に故障診断を実施することが考えられる。
しかしながら、誘起電圧が所定値よりも小さくなるまで故障診断の実施を待って故障診断を行うと、イグニッションスイッチがオンされてからＥＰＳがアシストを開始するまでの時間が長くなることが懸念される。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、アシスト開始時間を短かくすることの可能な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。

請求項１に係る発明によると、電動パワーステアリング装置は、モータ、モータ駆動回路、制御装置、イグニッションスイッチ、故障診断手段および角速度検出手段を備える。
モータは、ステアリングホイールの操舵をアシストする。スイッチング素子を有するモータ駆動回路は、電源から供給される電流をスイッチング素子のオンオフによってモータを駆動する駆動電流にしてモータに供給する。制御装置は、モータ駆動回路のスイッチング素子を制御することで、モータを通電制御する。イグニッションスイッチは、制御装置の電源ライン上に設けられる。
イグニッションスイッチがオンされた後、制御装置がモータを通電制御する前に、故障診断手段は、モータまたはモータ駆動回路の故障診断を行う。
角速度検出手段は、ステアリングホイールとともに回転するモータの角速度を検出する。
故障診断手段は、モータの角速度が所定値よりも大きい場合、故障診断の実施を省略する。
運転者がステアリングホイールを操作すると、モータの角速度（ｒａｄ／ｓ）に従い、モータコイルからモータ駆動回路の配線に誘起電圧が生じる。誘起電圧が大きくなると、例えばモータ駆動回路の有するスイッチング素子のショート故障など、種々の故障診断項目において故障検出が困難になる。そこで、モータの角速度が所定値よりも大きい場合、故障診断の実施を省略する。これにより、イグニッションスイッチがオンされてから制御装置がモータの通電制御を開始するまで時間が短縮される。したがって、ＥＰＳのアシスト開始時間を短くすることができる。
また、ＥＰＳは、故障診断において、モータの誘起電圧の影響が低減されるので、故障診断の信頼性を高めることができる。

請求項２に係る発明によると、電動パワーステアリング装置は、モータの角速度が所定値よりも大きい状態が継続している時間を測定する時間測定手段を備える。
故障診断手段は、モータまたはモータ駆動回路の故障診断を行う複数の故障診断項目を有しており、所定の故障診断項目の診断を開始する前に、時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、次の故障診断項目に移行する。
これにより、所定の故障診断項目の診断に関し、予め設定された所定時間よりも時間が長くかかることを防ぐことができる。

請求項３に係る発明によると、故障診断手段は、所定の故障診断項目の診断を開始する前に、時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、モータから生じる誘起電圧の影響を受けるその後の故障診断項目の実施を省略する。
これにより、ＥＰＳは、アシスト開始時間を短くすることができる。また、ＥＰＳは、誘起電圧の影響を受ける故障診断項目に関し、誤診を防ぐことができる。

請求項４に係る発明によると、故障診断手段は、所定の故障診断項目を診断前に、時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、モータから生じる誘起電圧の影響を受けるその後の故障診断項目を正常と判定する。
これにより、ＥＰＳは、故障診断を終了し、制御装置がモータを通電制御する状態へ移行することができる。

本発明の第１実施形態によるＥＰＳの構成図。本発明の第１実施形態によるＥＰＳの回路図。本発明の第１実施形態によるＥＰＳの故障診断のフローチャート。本発明の第２実施形態によるＥＰＳの故障診断のフローチャート。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるＥＰＳを図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、ＥＰＳ１の全体構成を示す。ステアリングホイール２に接続されたステアリングシャフト３に、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４が取り付けられている。ステアリングシャフト３の先端にはピニオンギヤ５が設けられ、そのピニオンギヤ５はラック軸６に噛み合っている。ラック軸６の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪７が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト３の回転運動は、ピニオンギヤ５によってラック軸６の直線運動に変換される。ラック軸６の直線運動の変位に応じた角度で車輪７が操舵される。
ＥＰＳ１は、モータ８、減速ギヤ９、およびモータ８を駆動制御するＥＣＵ１０を備える。モータ８は、三相ブラシレスモータであり、ステアリングホイール２の操舵をアシストするためのアシストトルクを発生する。このトルクは、減速ギヤ９を経由してステアリングシャフト３に伝達される。

ＥＣＵ１０の回路構成を図２に示す。ＥＣＵ１０は、パワー部２０と制御部４０とから構成される。ＥＣＵ１０は、モータ８の駆動を制御する。
ＥＣＵ１０のパワー部２０は、第１コンデンサ２１、チョークコイル２２および複数のパワーモジュール等を備えている。

パワー部２０には、ＥＣＵ１０の外部に設けられる電源１１から電力が供給される。パワー部２０の備える第１コンデンサ２１およびチョークコイル２２は、フィルタ回路を構成し、電源１１を共有する他の装置からＥＣＵ１０に伝わるノイズを低減するとともに、ＥＣＵ１０から電源１１を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。また、チョークコイル２２は、電源１１と電源リレー２９、３０との間に直列接続され、電圧変動を減衰する。

パワー部２０は、２個のパワーモジュールを備えている。電源リレー２９、３０、インバータ回路２３を構成するスイッチング素子３１〜３６、および、シャント抵抗３７等を樹脂等の封止体で覆うことで、一方のパワーモジュールは構成される。
電源リレー２９、３０は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴである。電源リレー２９、３０は、スイッチング素子３１〜３６とチョークコイル２２との間に設けられ、異常時にスイッチング素子３１〜３６を経由してモータ８へ流れる電流を遮断可能である。

スイッチング素子３１〜３６は、電源リレー２９、３０と同様にＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子３１〜３６は、ゲート電圧により、ソース−ドレイン間がオンオフ制御される。
電源側の３個のスイッチング素子３１〜３３は、ドレインが電源側に接続され、ソースがスイッチング素子３１〜３３のそれぞれに対応するグランド側の３個のスイッチング素子３４〜３６のドレインに接続されている。グランド側の３個のスイッチング素子３４〜３６のソースは、シャント抵抗３７を経由してグランドに接続されている。スイッチング素子３１〜３３と、それに対応するスイッチング素子３４〜３６との接続点２５〜２７は、それぞれモータ８の三相コイルに接続されている。

シャント抵抗３７は、スイッチング素子３４〜３６とグランドとの間に接続されている。シャント抵抗３７に印加される電圧または電流を検出することにより、モータ８に流れる駆動電流を検出可能である。
第２コンデンサ３８は、スイッチング素子３１〜３３の電源側の配線とグランド側の配線とに接続されている。つまり、第２コンデンサ３８は、スイッチング素子３１〜３６と並列接続されている。第２コンデンサ３８は、電荷を蓄えることでスイッチング素子３１〜３６への電力供給を補助し、また、電流の切り替えにより生じるリップル電流を吸収する。

他方のパワーモジュールの有する他方のインバータ回路２４には、チョークコイル２２から分岐する配線から電力が供給される。他方のパワーモジュールは、上述の一方のパワーモジュールと同様の構成のため、説明を省略する。

制御部４０は、カスタムＩＣ４１、回転角センサ４２、マイコン４３およびプリドライバ４４、４５等から構成されている。
カスタムＩＣ４１は、レギュレータ４６、回転角センサ信号増幅部４７および検出電圧増幅部４８等を含む半導体集積回路である。
レギュレータ４６は、電源１１から供給される電力を安定化する安定化回路である。レギュレータ４６は、制御部４０の各部へ供給される電力の安定化を行う。制御部４０の電源回路に設けられたイグニッションスイッチ１２がオンされると、電源からレギュレータ４６を経由してマイコン４３等へ電力が供給される。このため、マイコン４３は、安定した所定の電圧（例えば５Ｖ）で動作する。

回転角センサ信号増幅部４７には、回転角センサ４２からの信号が入力される。回転角センサ４２は、モータ８のシャフトに設けられた磁石の磁界内に設けられ、周囲の磁界の変化を検出し、その検出値をモータ８の回転角度に関する信号として回転角センサ信号増幅部４７に伝送する。回転角センサ信号増幅部４７は、回転角センサ４２から伝送されたモータ８の回転角度に関する信号を増幅し、マイコン４３へ出力する。
マイコン４３は、回転角センサ４２から伝送された信号に基づき、モータの角速度を検出可能である。マイコン４３及び回転角センサ４２は、特許請求の範囲に記載の「角速度検出手段」に相当する。
検出電圧増幅部４８は、シャント抵抗３７の両端電圧を検出し、その検出した検出値を増幅し、マイコン４３へ出力する。

マイコン４３は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータである。マイコン４３は、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従い、ＣＰＵによって種々の処理が実行される。マイコンは、特許請求の範囲に記載の「制御装置」「時間測定手段」または「故障診断手段」として機能する。

マイコン４３には、回転角センサ信号増幅部４７からモータ８の回転角度に関する信号、検出電圧増幅部４８からシャント抵抗３７の両端電圧、トルクセンサ４から操舵トルク信号、およびＣＡＮから車速情報等が入力される。マイコン４３は、これらの信号が入力されると、モータ８の回転角度に基づきプリドライバ４４、４５を介してインバータ回路２３、２４を制御する。
また、マイコン４３は、検出電圧増幅部４８から入力されるシャント抵抗３７の両端電圧に基づき、モータ８へ供給する電流を正弦波に近づけるようインバータ回路２３、２４を制御する。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、２系統のモータ駆動回路を備えている。マイコン４３は、一方のプリドライバ４４により一方のインバータ回路２３を制御するのと同様に、他方のプリドライバ４５により他方のインバータ回路２４を制御する。プリドライバ４４およびインバータ回路２３は、特許請求の範囲に記載の「モータ駆動回路」に相当する。また、他方のプリドライバ４５および他方のインバータ回路２４もまた、特許請求の範囲に記載の「モータ駆動回路」に相当する。

マイコン４３は、回転角センサ４２、トルクセンサ４、シャント抵抗３７、ＣＡＮからの車速情報等に基づき、車速に応じてステアリング２の操舵をアシストするように、プリドライバ４４、４５を介してＰＷＭ制御により作り出されたパルス信号を生成する。このパルス信号は、２系統のインバータ回路２３、２４のスイッチング素子のオンオフの切り替え動作を制御する。これにより、モータ８には、位相の異なる正弦波の駆動電流が供給され、モータのステータコイルに回転磁界が生じる。この回転磁界によりモータ８は回転力を発生し、運転者のステアリング２による操舵がアシストされる。

次に、本実施形態によるＥＰＳ１が実行する故障診断について、図３のフローチャートを参照して説明する。
故障診断の処理は、イグニッションスイッチ１２がオンされた後、ＥＣＵ１０がモータを通電制御する前のイニシャルチェックとして実行される。
まず、ステップＳ１（以後、「ステップ」を省略し、単にＳと表記する）では、ω条件が成立しているか否かを検出する。
ω条件成立とは、モータ８が回転する角速度（ｒａｄ／ｓ）が所定値よりも大きいことをいう。モータ８の角速度と、モータ８から生じる誘起電圧とは相対関係を有する。そのため、モータ８の角速度を検出することで、誘起電圧を検出することが可能である。
モータ８の角速度は、回転角センサ４２から伝送された信号により検出可能である。
なお、モータ８の角速度は、上記回転角センサ４２の他、種々の手段により検出することができる。例えば、ステアリングホイール２の操舵を検出する図示しない操舵センサによって、モータ８の角速度を検出することが可能である。ステアリングホイール２とモータ８とは減速ギヤ９によって連動しているからである。また、トルクセンサ４を角度センサとして機能させることでモータ８の角速度を検出することも可能である。

ω条件が成立していない場合（Ｓ１：ＮＯ）、第１項目の故障診断を実施する（Ｓ２）。ω条件が成立せず、モータ８から生じる誘起電圧が一定の電圧よりも小さければ、種々の故障診断項目において誘起電圧が故障検出に与える影響は無視できる程度に小さいからである。
故障診断項目としては、例えば、スイッチング素子３１〜３６のショート故障またはオープン故障が挙げられる。スイッチング素子３１〜３６の故障は、各スイッチング素子３１〜３６のゲート電圧を制御しつつ、電源側のスイッチング素子３１〜３３とグランド側のスイッチング素子３４〜３６との接続点２５〜２７の電圧を監視することで診断することが可能である。ここで、接続点２５〜２７はモータ８の三相コイルに接続されているので、モータ８から生じる誘起電圧が一定の電圧よりも大きくなると、スイッチング素子３１〜３６の故障検出が困難になる。このため、この故障診断項目は、ω条件が成立していない場合に実施される。
なお、モータ８の誘起電圧が影響するその他の故障診断項目として、シャント抵抗３７の故障診断、またはモータ配線の接地故障診断などが挙げられる。シャント抵抗３７の故障診断では、シャント抵抗３７の両端の電位差を検出する。モータ配線の接地故障診断では、接続点２５〜２７の電圧を検出する。このため、これらの故障診断項目は、モータ８から生じる誘起電圧が故障診断に影響する。
第１項目の故障診断で、故障が検出されない場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理は、第１項目の故障診断項目を「正常」と判定する（Ｓ４）。
そして、処理は、次の項目の故障診断へ移行する（Ｓ５、Ｓ６：ＹＥＳ）。

これに対し、Ｓ１でω条件が成立している場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、マイコン４３は、ω条件が継続している時間を測定する（Ｓ７）。予め設定された所定時間を経過する前にモータ８の角速度が所定値よりも小さくなり、ω条件が成立しなくなれば（Ｓ７：ＮＯ，Ｓ１：ＮＯ）、処理は、第１項目の故障診断を実施する（Ｓ２）。
一方、Ｓ１でω条件が成立している場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、モータ８の角速度が所定値よりも大きい状態が継続し、ω条件の成立している状態が所定時間を経過すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、処理は、第１項目の故障診断項目を「正常」と判定する（Ｓ４）。
そして、処理は、次の項目の故障診断へ移行する（Ｓ５、Ｓ６：ＹＥＳ）。

このようにして、全Ｘ項目の故障診断が終了すると（Ｓ６：ＮＯ）、ＥＣＵ１０がモータ８を通電制御し、ＥＰＳ１はステアリングホイール２のアシストを開始する。
一方、複数の故障診断項目のうち、いずれかの検査項目で故障が検出された場合（Ｓ３：ＮＯ）、処理は、その故障診断項目を「異常」と判定する（Ｓ８）。そして、アシストを停止する処理などを実行する。

第１実施形態では、モータ８の角速度が所定値よりも大きい場合、個々の故障診断項目の実施を省略することで（Ｓ７：ＹＥＳ）、個々の故障診断項目の処理にかかる時間が所定時間よりも長くなることが防がれる。これにより、イグニッションスイッチ１２がオンされてから、ステアリングホイール２のアシストを開始するまで時間が短縮される。したがって、ＥＰＳ１のアシスト開始時間を短くすることができる。
また、第１実施形態では、故障診断処理において、誘起電圧の影響が低減されるので、故障診断の信頼性を高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるＥＰＳが実行する故障診断について、図４のフローチャートを参照して説明する。以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、いずれかの故障診断項目において、モータ８の角速度が所定値よりも大きい状態が継続し、ω条件が成立している状態が所定時間を経過すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、その後の故障診断項目をすべて「正常」と判定する（Ｓ９）。
なお、故障診断処理は、誘起電圧の影響を受ける故障診断項目のすべてを正常と判定し、誘起電圧の影響を受けることのない故障診断項目のみを実施するようにしてもよい。
このようにして、故障診断処理が終了すると、ＥＣＵ１０がモータ８を通電制御し、ＥＰＳはステアリングホイール２のアシストを開始する。

第２実施形態では、いずれかの故障診断項目において、ω条件成立が所定時間以上経過した場合、その後の故障診断項目をすべて正常と判定することで（Ｓ９）、故障診断処理にかかる時間が所定時間よりも長くなることが防がれる。これにより、イグニッションスイッチ１２がオンされてから、ステアリングホイール２のアシストを開始するまで時間を短くすることができる。
また、ＥＰＳは、誘起電圧の影響を受ける故障診断項目に関し、誤診を防ぐことができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、モータとインバータ回路とが直接接続されたＥＰＳについて説明した。これに対し、本発明は、モータとインバータ回路との間の配線にモータリレーが設けられたＥＰＳに適用してもよい。この場合、故障診断の途中でモータリレーをオンした場合、ω条件の成立により、個々の故障診断項目、誘起電圧の影響を受ける複数の故障診断項目、又はω条件成立後の全ての故障診断項目を省略することで、アシスト開始の時間を短くすることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２・・・ステアリングホイール
８・・・モータ
１２・・・イグニッションスイッチ
２３、２４・・・インバータ回路（モータ駆動回路）
３１〜３６・・・スイッチング素子
４３・・・マイコン（制御装置、故障診断手段、角速度検出手段、時間測定手段）
４２・・・回転角センサ（角速度検出手段）
４４、４５・・・プリドライバ（モータ駆動回路）

Claims

ステアリングホイールの操舵をアシストするモータと、
スイッチング素子を有し、電源から供給される電流を前記スイッチング素子のオンオフによって前記モータを駆動する駆動電流にして前記モータに供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路の前記スイッチング素子を制御することで、前記モータを通電制御する制御装置と、
前記制御装置の電源ライン上に設けられたイグニッションスイッチと、
前記イグニッションスイッチがオンされた後、前記制御装置が前記モータを通電制御する前に、前記モータまたは前記モータ駆動回路の故障診断を行う故障診断手段と、
前記ステアリングホイールとともに回転する前記モータの角速度を検出する角速度検出手段と、を備え、
前記故障診断手段は、前記モータの角速度が所定値よりも大きい場合、故障診断の実施を省略することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータの角速度が所定値よりも大きい状態が継続している時間を測定する時間測定手段を備え、
前記故障診断手段は、前記モータまたは前記モータ駆動回路の故障診断を行う複数の故障診断項目を有し、所定の故障診断項目の診断を開始する前に、前記時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、次の故障診断項目に移行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。
前記モータの角速度が所定値よりも大きい状態が継続している時間を測定する時間測定手段を備え、
前記故障診断手段は、前記モータまたは前記モータ駆動回路の故障診断を行う複数の故障診断項目を有し、所定の故障診断項目の診断を開始する前に、前記時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、前記モータから生じる誘起電圧の影響を受ける全ての故障診断項目の実施を省略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。
前記故障診断手段は、所定の故障診断項目の診断を開始する前に、前記時間測定手段により測定した時間が所定時間を経過した場合、前記モータから生じる誘起電圧の影響を受ける全ての故障診断項目を正常と判定することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。