JP2014156138A - 電動パワーステアリング用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正負極電源ラインの電流遮断用に、機械式リレー、半導体リレーのいずれを使用した場合でも、廉価構成で、かつ小型化が可能な、電動パワーステアリング用電子制御装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング用電子制御装置（ＥＰＳ用ＥＣＵ５０）は、車載電源８０の一方の極に接続される第１ライン（正極電源ライン１０１）と、車載電源の他方の極に接続される第２ライン（負極電源ライン１０２）と、車載電源の一方の極と第１ラインとの間に接続されるパワーリレー５１１と、第１ラインと第２ラインとの間に接続される容量性素子（電解コンデンサ５１２）と、パワーリレーのＯＮとＯＦＦを切替え容量性素子の予備充電を行う制御部５２０と、により構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクを、例えば、ブラシレスＤＣモータが発生した補助トルクによって補助する、電動パワーステアリング用電子制御装置に関する。

ブラシレスＤＣモータは、車両等の各種装置に多用されており、近年、車両の運転の負担を軽減するために電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の開発が進められている。ＥＰＳは、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクを、ブラシレスＤＣモータが発生した補助トルクによって補助する。

図６に、従来のＥＰＳのコンピュータである電子制御装置１００（ＥＣＵ：Electric Control Unit）の内部構成が示されている。以下、このＥＣＳをＥＰＳ用ＥＣＵ２００と呼称する。図６によれば、ＥＰＳ用ＥＣＵ２００は、３相の固定巻き線からなるブラシレスＤＣモータ２０１が接続されるパワー基板２０２と、それを制御するマイコン内蔵の制御基板２０３から構成される。パワー基板２０２には、例えば、６個のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型の電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ：Field Effect Transistorという）で構成される３相ブリッジ回路が実装されている。図６において、Ｂ＋は、車両に設けられるバッテリ等、車載電源２０４の正極の電位を示し、Ｂ−は、その負極の電位を示す。Ｂ−は車両の車体に接地することができる。制御基板２０３に実装されるマイコンは、３相ブリッジ回路を駆動することにより、ブラシレスＤＣモータ２０１を構成する固定巻き線のそれぞれに電流を供給することができる。

ここで、３相ブリッジ回路を構成する各ＦＥＴが短絡した場合には、フェールセーフのために各相に直列接続されているリレーが電流を遮断する。つまり、３相ブリッジ回路からブラシレスＤＣモータ２０１に供給している電流は遮断される。また、Ｂ＋に接続される正極電源線とＢ−に接続される負極電源ラインとの間には、直流電源の電源電圧（正極の電位Ｂ＋と負極の電位Ｂ−との差）を平滑化する１以上の電解コンデンサ２０５が設けられている。そして、車載電源１０４からの電力を遮断するリレー２０６が不図示のノイズ除去用のパワーコイルを介して正極電源ラインＢ＋に接続されており、このリレー２０６が作動することによって３相ブリッジ回路が車載電源２０４から切り離され、３相ブリッジ回路を構成する各ＦＥＴを過電流から保護することができる。

ところで、上記したＥＰＳ用ＥＣＵ２００において、リレー２０６が投入される立ち上がり時に、電解コンデンサ２０５に向けて大電流（図中、矢印で示す突入電流）が流れ込み、電解コンデンサ２０５が短絡することによってリレー２０６の接点が溶着する虞れがある。このため、制御基板２０３には充電抵抗を含むプリチャージ回路２０７を車載電源２０４の正極電源ラインＢ＋に対して並列に接続していた。従来、マイコンは、モータ起動の第１段階でこのプリチャージ回路２０７をＯＮし、充電抵抗で抑制した小電流により電解コンデンサ２０５を所定時間充電し、続いてプリチャージ回路２０７をＯＦＦした後リレー２０６をＯＮに切り替えていた。このようにして突入電流による不都合からリレー２０６を含む構成部品を保護していた。

一方、例えば、特許文献１の図４に開示されているように、機械接点によって動作する機械式リレーに代えて、ＭＯＳ−ＦＥＴによる半導体リレーを用いることができる。すなわち、３相ブリッジ回路の正極側直流端子と車載電源との間に機械接点による機械式リレーに代わって半導体リレーを設け、仮に、３相ブリッジ回路を構成するＦＥＴに異常が発生した場合、ＦＥＴ駆動回路がマイコンからの指令に基づき、３相ブリッジ回路の交流出力端子と固定子巻き線の各相巻き線との間に接続される半導体リレーへのゲート駆動信号を停止する。これにより、３相ブリッジ回路は、車載電源から切り離されて動作を停止するとともに、固定子巻き線は３相ブリッジ回路から切り離される。固定子巻き線が３相ブリッジ回路から切り離されることで、故障したＦＥＴにより固定子巻き線が短絡されることはなくなり、したがって、ブラシレスＤＣモータに、操舵方向に対して逆方向の制動力が発生してハンドル操作が困難になる等の異常事態を回避することができる。

国際公開第２０１０／００７６７２号パンフレット

上記した特許文献１に開示された技術によれば、正負極電源ラインの電流遮断用に、機械式リレーに代わって半導体リレーを使用するため、電解コンデンサに向かって突入電流が流れることにより機械接点が溶着する事態は回避される。しかしながら、リレー投入時に発生する突入電流が考慮されておらず、バッテリ等の車載電源と電解コンデンサとの間で閉回路が形成され、それによって半導体リレーを構成するＭＯＳ型ＦＥＴが破壊される恐れがある。このため、依然として電解コンデンサのための専用のプリチャージ回路を必要とする。電解コンデンサのプリチャージ用に専用の回路を付加することはＥＰＳ用ＥＣＵの小型化、および低価格化の観点から好ましくない。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、正負極電源ラインの電流遮断用に、機械式リレー、半導体リレーのいずれを使用した場合でも、廉価構成で、かつ小型化が可能な、電動パワーステアリング用電子制御装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車載電源の一方の極に接続される第１ラインと、前記車載電源の他方の極に接続される第２ラインと、前記車載電源の一方の極と前記第１ラインとの間に接続されるパワーリレーと、前記第０１ラインと前記第２ラインとの間に接続される容量性素子と、前記パワーリレーのＯＮとＯＦＦを切替え前記容量性素子の予備充電を行う制御部と、を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング用電子制御装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング用電子制御装置において、前記制御部は、前記容量性素子の両端の電圧を測定し、前記車載電源の電源電圧よりも高い所定の電圧値が検出されると前記パワーリレーのＯＮを継続して電動パワーステアリング用モータを起動することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の電動パワーステアリング用電子制御装置において、半導体駆動回路を更に備え、前記パワーリレーは、前記第１ラインに接続されるパワーコイルにドレイン端が接続され、前記半導体駆動回路に含まれるゲート抵抗を介して前記車載電源の電源電圧以上の所定の電圧が印加されることにより駆動する第１の半導体リレーを含むことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の電動パワーステアリング用電子制御装置において、半導体駆動回路を更に備え、前記パワーリレーは、前記第１のラインに接続されるパワーコイルにドレイン端が接続され、前記半導体駆動回路に含まれるゲート抵抗を介して前記車載電源の電源電圧以上の所定の電圧が印加されることにより駆動する第１の半導体リレーと、前記第１の半導体リレーのソース端に自身のソース端が共通接続され、ドレイン端が前記容量性素子に近いノードに接続される第２の半導体リレーとを含み、前記制御部は、前記パワーコイルと前記第１の半導体リレーの前記ドレインとの接続ノードと、前記第２ラインとの間の電圧を得、前記パルス幅変調による前記第１の半導体リレーのＯＮ／ＯＦＦ駆動制御を行うことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３記載の電動パワーステアリング用電子制御装置において、前記制御部は、前記第１の半導体リレーを駆動するにあたり、パルス幅変調による第１のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦの切替えを所定時間繰り返した後、前記第１の半導体リレーのＯＦＦを前記所定時間以上継続して測定した前記容量性素子の両端の電圧値により、前記容量性素子の異常を判定することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項３記載の電動パワーステアリング用電子制御装置において、前記制御部は、前記容量性素子に異常有りと判定された場合、デューティ比を前記第１のデューティ比より小さく、かつ、駆動時間を前記所定時間より短く設定して前記第１の半導体リレーを駆動することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、制御部は、車載電源の一方の極と第１ラインとの間に接続されるパワーリレーのＯＮとＯＦＦを切り替えることにより容量性素子の予備充電を行う。このため、制御部はプリチャージ回路を不要とし、電源供給ラインの電流遮断用に、機械式リレー、半導体リレーのいずれを使用した場合でも、廉価構成で、かつ小型化が可能な、電動パワーステアリング用電子制御装置を提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、制御部は、容量性素子の両端の電圧を測定し、車載電源の電源電圧よりも低い所定の電圧値が検出されると、パワーリレーのＯＮを継続して電動パワーステアリング用モータを起動する。このため、制御部は、プリチャージ回路を不要としつつも容量性素子の異常を検出することができる。

請求項３に係る発明によれば、パワーリレーを第１の半導体リレーにより構成することで、電解コンデンサに向かって突入電流が流れることにより機械接点が溶着する事態が回避される。

請求項４に係る発明によれば、第１の半導体リレーに、第２の半導体リレーを直列に接続してパワーリレーを構成することで、電解コンデンサを逆方向に接続した場合の短絡から構成部品を保護することができる。また、パワーコイルと第１の半導体リレーのドレインとの接続ノードと第２ラインとの間の電圧を得て、パルス幅変調による第１の半導体リレーのＯＮ／ＯＦＦ駆動制御を行うことで、パルス幅変調制御によるＯＮ時にパワーコイルに流れた電流によるサージ電圧の抑制効果が得られる。

請求項５に係る発明によれば、第１の半導体リレーをパルス幅変調による第１のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦの切替えを所定時間繰り返した後、ＯＦＦを所定時間以上継続して測定した容量性素子の両端の電圧値により容量性素子の異常を判定することで、プリチャージ回路無しでも電解コンデンサの両端の測定が可能になる。

請求項６に係る発明によれば、容量性素子に異常が有りと判定された場合、デューティ比を第１のデューティ比より小さく、かつ、駆動時間を所定時間より短く設定することで、第１の半導体リレーへの過電流を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置の機構部の概略構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の要部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の動作を示すタイミング図である。 従来の電動パワーステアリング用電子制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態の構成）
図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置（以下、ＥＰＳ用ＥＣＵ５０という）を搭載したＥＰＳ１０の概略構造を模式的に示している。ＥＰＳ１０は、車両のステアリングハンドル２１から操舵用車輪（例えば前輪）３１、３１に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加えるアシストトルク機構４０とからなる。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル２１と、このステアリングハンドル２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介して連結されたピニオン軸２４と、このピニオン軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介して連結されたラック軸２６と、このラック軸２６の両端にボールジョイント２７，２７、タイロッド２８，２８及びナックル２９，２９を介して連結された左右の操舵用車輪３１，３１とからなる。
ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成されたピニオン３２と、ラック軸２６に形成されたラック３３とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することによって、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５，ラック軸２６及び左右のタイロッド２８，２８を介して、左右の操舵用車輪３１，３１を操舵することができる。

アシストトルク機構４０はトルクセンサ４１、ブラシレスＤＣモータ４３（電動パワーステアリング用モータ）、トルク伝達機構４４、ＥＰＳ用ＥＣＵ５０、車速センサ６０、角度センサ７０からなる。トルクセンサ４１は、ステアリングハンドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを検出する。車速センサ６０は、車速を検出する。角度センサ７０は、ブラシレスＤＣモータ４３の回転角度を検出する。トルク伝達機構４４は、例えばボールねじからなる。

このように、アシストトルク機構４０は、トルクセンサ４１によって検出された操舵トルクに基づきＥＰＳ用ＥＣＵ５０で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク（モータトルク）をブラシレスＤＣモータ４３で発生し、補助トルクをトルク伝達機構４４を介してラック軸２６に伝達するようにした機構である。より具体的には、ＥＰＳ用ＥＣＳ５０は、操舵トルクの他に、車速センサ６０によって検出された車速、及び角度センサ７０によって検出されたブラシレスＤＣモータ４３の回転角度を加味して制御信号を発することになる。

ブラシレスＤＣモータ４３は多相のブラシレスＤＣモータ、例えば３相のブラシレスＤＣモータからなる。以下、３相ブラシレスＤＣモータを例示して説明する。このブラシレスＤＣモータ４３のモータ軸４３ａは、ラック軸２６を覆う中空軸である。ボールねじ４４は、ラック軸２６においてラック３３を除く部分に形成されたねじ部４５と、ねじ部４５に組付けられたナット４６と、多数のボールとからなる、トルク伝達機構である。ナット４６は、モータ軸４３ａに連結したものである。
なお、トルク伝達機構は、ブラシレスＤＣモータ４３が発生した補助トルクを、ピニオン軸２４に直接に伝達する構成であってもよい。

このように、ＥＰＳ１０によれば、ステアリングハンドル２１からラック軸２６に伝達された操舵トルクに、ブラシレスＤＣモータ４３が発生した補助トルクを加えた、いわゆる「複合トルク」により、操舵用車輪３１，３１を操舵することができる。

図２は、図１に示すＥＰＳ用ＥＣＵ５０の内部回路構成を示すブロック図である。図２に示すように、ＥＰＳ用ＥＣＵ５０は、パワー基板５１と制御基板５２とを含む。パワー基板５１には、車載電源８０の端子Ｂ＋に接続される正極電源ライン１０１（第１ライン）と、端子Ｂ−に接続される負極電源ライン１０２（第２ライン）を介して、正極電位Ｂ＋，負極電位Ｂ−のそれぞれが供給される。また、パワー基板５１には、Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子を介してブラシレスＤＣモータ４３が接続される。

パワー基板５１には、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）と、ノイズ除去用パワーコイル５１１と、電源電圧を平滑化する電解コンデンサ５１２（容量性素子）と、フェールセーフ用のパワーリレーＡ（ＦＥＴ＃７，ＦＥＴ＃８，ＦＥＴ＃９）、Ｂ（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）等が実装される。３相ブリッジ回路５１０は、６個の半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）を含み、正極電源ライン１０１および負極電源ライン１０２に対して、少なくとも１個の電解コンデンサ５１２と並列に接続されている。なお、３相ブリッジ回路５１０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、ＦＥＴ以外の複数のスイッチングトランジスタで構成してもよい。

半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１およびＦＥＴ＃２）は、正極電源ライン１０１と負極電源ライン１０２との間に直列に接続されており、ブラシレスＤＣモータ４３の、例えばＵ相を流れるＵ相電流を生成する。ここでは、Ｕ相電流を検出するための電流センサとして、例えば、シャント抵抗Ｒ１をＦＥＴ＃２と負極の電位Ｂ−との間に設け、また、Ｕ相電流を遮断可能なパワーリレーＡとして、例えば、ＦＥＴ＃７を、ＦＥＴ＃１とＦＥＴ＃２との接続ノードと３相ブラシレスＤＣモータ４３への出力端子Ｕとの間に設けている。

半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃３およびＦＥＴ＃４）は、正極電源ライン１０１と負極電源ライン１０２との間に直列に接続され、ブラシレスＤＣモータ４３の、例えばＶ相を流れるＶ相電流を生成する。ここでは、Ｖ相電流を検出するための電流センサとして、例えば、シャント抵抗Ｒ２をＦＥＴ＃４と負極の電位Ｂ−との間に設け、また、Ｖ相電流を遮断可能なパワーリレーＡとして、例えば、ＦＥＴ＃８をＦＥＴ＃３とＦＥＴ＃４との接続ノードと３相ブラシレスＤＣモータ４３への出力端子Ｖとの間に設けている。

半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃５およびＦＥＴ＃６）は、正極電源ライン１０１と負極電源ライン１０２との間に直列に接続され、ブラシレスＤＣモータ４３の、例えばＷ相を流れるＷ相電流を生成する。ここでは、Ｗ相電流を検出するための電流センサとして、例えば、シャント抵抗Ｒ３をＦＥＴ＃６と負極の電位Ｂ−との間に設け、また、Ｗ相電流を遮断可能なパワーリレーＡとして、例えば、ＦＥＴ＃９をＦＥＴ＃５とＦＥＴ＃６との接続ノードと３相ブラシレスＤＣモータ４３への出力端子Ｗとの間に設けている。

上記したように、３相ブリッジ回路５１０は、駆動信号としてＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流を３相ブラシレスＤＣモータ４３へ供給でき、電解コンデンサ５１２は、駆動信号の元になる電源電圧（正極電位Ｂ＋と負極電位Ｂ−との差）を平滑化することができる。また、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１，ＦＥＴ＃３，ＦＥＴ＃５）には、車載電源８０からの電力を遮断可能なパワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）と、逆接続防用のパワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１１）が接続されている。

図３に、図２で示した半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）の周辺回路構成が示されている。図３において、正極電源ライン１０１には、ノイズ除去用のパワーコイル５１１の後段に、Ｐ型ＭＯＳで構成されるパワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）とＮ型ＭＯＳで構成されるパワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１１）とが接続される。ここで、ＦＥＴ＃１０は電流遮断用のフェールセーフリレーとして、ＦＥＴ＃１１は、電解コンデンサ５１２の逆接続防止用のフェールセーフリレーとして使用される。

半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）は、互いのソース端とゲート端が共通接続されており、一方の半導体パワーリレー（ＦＥＴ＃１１）のドレイン端がパワーコイル５１１側のノードＮ２に、他方の半導体パワーリレー（ＦＥＴ＃１０）のドレイン端が電解コンデンサ５１２側のノードＮ１に接続される。そして、共通のゲート端と共通のソース端との間に、抵抗Ｒと、ツェナーダイオードＤとが並列に接続され、半導体駆動回路５２１に含まれるゲート抵抗Ｒ_Ｇを介して車載電源８０の電源電圧以上の所定の電圧が印加される構成になっている。なお、ツェナーダイオードＤは、アノード端子が共通のソース端に、カソード端子がゲート端に接続される単方向のツェナーダイオードである。

制御基板５２には、マイコンを内蔵する制御部５２０と、制御部５２０による制御の下、半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）、半導体パワーリレーＡ（ＦＥＴ＃７〜ＦＥＴ＃９）、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）を駆動する半導体駆動回路５２１とが実装される。制御基板５２には、車載電源８０の端子Ｂ＋に接続される正極電源ライン１０１と、端子Ｂ−に接続される負極電源ライン１０２を介して、正極電位Ｂ＋，負極電位Ｂ−のそれぞれが印加される他、センサ入力端子を介して、トルクセンサ４１，車速センサ６０，角度センサ７０が接続される。トルクセンサ４１、車速センサ６０、角度センサ７０によって検出される、操舵トルク、車速、ブラシレスＤＣモータ４３の回転角のそれぞれにより、制御部５２０が、ＥＰＳ用制御信号を生成することは図１で説明した通りである。

制御部５２０は、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のＯＮとＯＦＦを切替えて電解コンデンサ５１２のプリチャージも行う。また、制御部５２０は、電解コンデンサ５１２の両端の電圧（Ｖｃ）を測定し、車載電源８０の電源電圧よりも低い所定の電圧値（Ｖｔｈ）が検出されると、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のＯＮを継続してブラシレスＤＣモータ４３を起動する。なお、ここでいう所定の電圧とは、例えば、車載電源８０の電源電圧の６０％程度をいう。

制御部５２０は、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）を駆動するにあたり、パワーコイル５１１と半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のドレイン端との接続ノードと、Ｂ−ラインとの間の電圧を得て、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調による半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のＯＮ／ＯＦＦ駆動制御を行う。具体的に、制御部５２０は、ＰＷＭ変調による第１のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦの切替えを所定時間繰り返した後、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のＯＦＦを所定時間以上継続して測定した電解コンデンサ５１２の両端の電圧値により異常を判定する。これにより、プリチャージ回路を持たない構成でも電解コンデンサ５１２の両端の電圧チェックが可能になり、また、ＰＷＭ制御によるＯＮ時にパワーコイル５１１に供給された電流によるサージ電圧の抑制効果を得る。

制御部５２０は、電解コンデンサ５１２に異常有りと判定された場合、デューティ比を以前のデューティ比より小さく、かつ、駆動時間を以前の所定時間よりも短く設定することにより、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）への過電流を抑制する。

半導体駆動回路５２１は、制御部５２０の制御の下で、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）、および半導体パワーリレーＡ（ＦＥＴ＃７〜ＦＥＴ＃９）、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）を所定のデューティ比に基づきＯＮ／ＯＦＦ駆動する。この結果、半導体駆動回路５２１から電流が供給されたブラシレスＤＣモータ４３は、アシストトルクを発生することができる。

（実施形態の動作）
上記構成において、運転者がハンドルを操作してステアリングシャフト２２に操舵トルクを加えるとトルクセンサ４１がその操舵トルクを検出して制御部５２０へ入力する。また、角度センサ７０が検出した操舵回転数に対応する回転検出信号を制御部５２０へ入力する。制御部５２０は、入力された操舵トルク、操舵回転数、および車速信号等に基づきアシストトルクを演算し、そのアシストトルクをトルク伝達機構４４を介してステアリングシャフト２２に加えるためのトルクをブラシレスＤＣモータ４３が発生するよう３相ブリッジ回路５１０を制御する。

すなわち、半導体駆動回路５２１は、制御部５２０からの指令に基づいて所定のタイミングでゲート駆動信号を生成し、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜＃６）を導通制御する。これにより、３相ブリッジ回路５１０は、所定の３相交流電力を発生し、固定子巻き線に３相交流電流を供給してブラシレスＤＣモータ４３を駆動することができる。ブラシレスＤＣモータ４３が発生するトルクは、トルク伝達機構４４を介してステアリングシャフト２２にアシストトルクとして加えられる。これにより、運転者によるハンドル操作力は軽減される。

制御部５２０は、トルクセンサ４１から入力された操舵トルクの位相補償処理を行い、位相補償処理が行われた操舵トルク信号と車速センサ６０から入力された車速信号に基づきブラシレスＤＣモータ４３に供給するアシスト電流の目標値である目標電流信号を設定する。そして、この目標電流信号は、予め記憶された操舵トルク信号、及び車速信号に対するアシスト電流の目標値の関係を示す目標電流マップに基づき設定されるものである。次に、制御部５２０は、設定された目標電流信号から、シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により検出された電流信号を減算した、所謂、偏差電流信号を算出し、算出した偏差電流信号に基づき、ＰＷＭ（Pulth Width Modulation）の制御信号を生成して半導体駆動回路５２１を制御している。このＰＷＭ信号は、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）の駆動信号となる。

本実施形態に係るＰＣＳ用ＥＣＵ５０は、３相ブリッジ回路５１０を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）の駆動に使用するＰＷＭ信号と同じデューティ制御により電解コンデンサ５１２のプリチャージを行ない、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）投入時の突入電流から電解コンデンサ５１２を保護する構成とした。以下、図４のフローチャート、ならびに図５のタイミング図を参照しながら、図１〜図３に示す本実施形態に係るＥＰＳ用ＥＣＵ５０の動作について詳細に説明する。

制御部５２０は、イグニッションキーＯＮを検出すると（ステップＳ１０１”ＹＥＳ”）、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のデューティ駆動によるプリチャージを開始する（ステップＳ１０２）。ここで、プリチャージは、制御部５２０によるＰＷＭ制御の下で半導体駆動回路５２１が行う。具体的に、制御部５２０は、半導体駆動回路５２１を制御することにより、図５に示したタイミング図の第１区間（Ｓ１）で、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）を、例えば、、数［ＫＨｚ］〜数十［ＫＨｚ］の周波数範囲で、ＯＮデューティ幅が最大数百［μｓ］で、かつ、ｔ１（数［ｍｓ］〜数十［ｍｓ］）の間だけ駆動する。

そして、ＰＷＭによるデューティ駆動が時間ｔ１を経過すると（ステップＳ１０３”ＹＥＳ”）、制御部５２０は、第２区間（Ｓ２）で、時間ｔ２（数［ｍｓ］〜数百［ｍｓ］であって、ｔ２≧ｔ１）の間、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）をＯＦＦして（ステップＳ１０４）、電解コンデンサ５１２の両端の電圧Ｖｃを測定する（ステップＳ１０５）。続いて、制御部５２０は、測定した電解コンデンサ５１２の両端の電圧Ｖｃと、閾値Ｖｔｈとの比較を行う（ステップＳ１０６）。ここで、閾値Ｖｃは、例えば、車載電源８０の定格電源電圧の６０％程度の値とする。

ステップＳ１０６において、電解コンデンサ５１２の両端間電圧が閾値以上（Ｖｃ≧Ｖｔｈ）であれば（ステップＳ１０６”ＹＥＳ”）、制御部５２０は、次の第３区間（Ｓ３）でパワーリレー（ＦＥＴ＃１０）をＯＮするように半導体駆動回路５２１を制御してブラシレスＤＣモータ４３を起動する（ステップＳ１０７）。なお、Ｖｃ＜Ｖｔｈであり電解コンデンサ５１２に異常が検出されても（ステップＳ１０６”ＮＯ”）、制御部５２０は、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のデューティ比（ＯＮデューティ幅）をステップＳ１０２のデューティ駆動時に比べて小さく、かつデューティ駆動時間を短く設定し直すことで（ステップＳ１０８）、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）への過電流を防止でき、ＯＮ故障を発生させる機会を減少させることができる。

なお、上記した本実施形態に係るＥＰＳ用ＥＣＵ５０において、電流遮断用の半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）についてのみ説明したが、同じ半導体パワーリレーＢを構成する逆接用のＦＥＴ＃１１についても同じ動作でＯＮ故障の発生機会を減少させることができる。また、半導体によらず、機械リレーで上記したパワーリレーを構成しても同様にデューティ制御によるプリチャージが可能である。

（実施形態の効果）
以上説明のように本実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置（ＥＰＳ用ＥＣＳ５０）によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）車載電源８０の一方の極と正極電源ライン１０１との間に接続されるパワーリレーのＯＮとＯＦＦを切り替えて電解コンデンサ５１２の予備充電を行ことにより、プリチャージ回路を不要とし、正負極電源ライン１０１，１０２の電流遮断用に、機械式パワーリレー、半導体パワーリレーのいずれを使用しても、ＥＰＳ用ＥＣＳ５０を廉価構成で小型化できる。
（２）電解コンデンサ５１２の両端の電圧を測定し、車載電源８０の電源電圧よりも低い所定の電圧値が検出された場合にのみパワーリレーのＯＮを継続してブラシレスＤＣモータ４３を起動するため、チャージ回路を不要としながら電解コンデンサ５１２の異常を検出することができる。
（３）パワーリレーを半導体（ＦＥＴ＃１０）で構成することにより、電解コンデンサ５１２に向かって突入電流が流れることにより機械接点が溶着する事態が回避される。
（４）電流遮断用のＦＥＴ＃１０の他に、ＦＥＴ＃１０とは極性が異なるＦＥＴ＃１１を直列に接続して半導体パワーリレーＢを構成することで、電解コンデンサ５１２を逆方向に接続した場合の短絡からＦＥＴ＃１０を含む構成部品を保護することができる。
（５）半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）をＰＷＭによる所定のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦの切替えを所定時間繰り返した後、ＯＦＦを所定時間以上継続して電解コンデンサ５１２の両端の電圧値の測定サイクルとすることで、プリチャージ回路無しでも電解コンデンサ５１２の両端の測定が可能になり、したがって異常判断が可能になる。
（６）パワーコイル５１１と半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のドレインとの接続ノードＮ１と負極電源ライン１０２との間の電圧を得て、ＰＷＭによる半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）のＯＮ／ＯＦＦ駆動制御を行うことで、ＰＷＭ制御によるＯＮ時にパワーコイル５１１に供給された電流によるサージ電圧の抑制効果が得られる。
（７）電解コンデンサ５１２に異常有りと判定された場合でも、デューティ比を以前のデューティ比より小さく、かつ、駆動時間を以前の駆動時間より短く設定することで、半導体パワーリレーＢ（ＦＥＴ＃１０）への過電流を抑制することができる。

１０…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ用途）、５０…電動パワーステアリング用電子制御装置（ＥＰＳ用ＥＣＵ）、４３…ブラシレスＤＣモータ、５１…パワー基板、５２…制御基板、８０…車載電源、１０１…正極電源ライン、１０２…負極電源ライン、５１０…３相ブリッジ回路（半導体スイッチング素子ＦＥＴ＃１〜ＦＥＴ＃６）、５１１…パワーコイル、５１２…電解コンデンサ（容量性素子）、Ａ…半導体パワーリレー（ＦＥＴ＃７〜ＦＥＴ＃９）、Ｂ…半導体パワーリレー（ＦＥＴ＃１０，ＦＥＴ＃１１）、５２０…制御部、５２１…半導体駆動回路

Claims (6)

1. 車載電源の一方の極に接続される第１ラインと、
   前記車載電源の他方の極に接続される第２ラインと、
   前記車載電源の一方の極と前記第１ラインとの間に接続されるパワーリレーと、
   前記第１ラインと前記第２ラインとの間に接続される容量性素子と、
   前記パワーリレーのＯＮとＯＦＦを切替え前記容量性素子の予備充電を行う制御部と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング用電子制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記容量性素子の両端の電圧を測定し、前記車載電源の電源電圧よりも高い所定の電圧値が検出されると前記パワーリレーのＯＮを継続して電動パワーステアリング用モータを起動することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング用電子制御装置。
3. 半導体駆動回路を更に備え、
   前記パワーリレーは、
   前記第１のラインに接続されるパワーコイルにドレイン端が接続され、前記半導体駆動回路に含まれるゲート抵抗を介して前記車載電源の電源電圧以上の所定の電圧が印加されることにより駆動する第１の半導体リレーを含むことを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング用電子制御装置。
4. 半導体駆動回路を更に備え、
   前記パワーリレーは、
   前記第１のラインに接続されるパワーコイルにドレイン端が接続され、前記半導体駆動回路に含まれるゲート抵抗を介して前記車載電源の電源電圧以上の所定の電圧が印加されることにより駆動する第１の半導体リレーと、
   前記第１の半導体リレーのソース端に自身のソース端が共通接続され、ドレイン端が前記容量性素子に近いノードに接続される第２の半導体リレーとを含み、
   前記制御部は、
   前記パワーコイルと前記第１の半導体リレーの前記ドレインとの接続ノードと、前記第２ラインとの間の電圧を得、前記パルス幅変調による前記第１の半導体リレーのＯＮ／ＯＦＦ駆動制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング用電子制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記第１の半導体リレーを駆動するにあたり、パルス幅変調による第１のデューティ比でＯＮ／ＯＦＦの切替えを所定時間繰り返した後、前記第１の半導体リレーのＯＦＦを前記所定時間以上継続して測定した前記容量性素子の両端の電圧値により、前記容量性素子の異常を判定することを特徴とする請求項３記載の電動パワーステアリング用電子制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記容量性素子に異常有りと判定された場合、デューティ比を前記第１のデューティ比より小さく、かつ、駆動時間を前記所定時間より短く設定し、前記第１の半導体リレーを駆動することを特徴とする請求項３記載の電動パワーステアリング用電子制御装置。

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