JP2019214335A - 補助電源装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主電源の端子間の短絡を招くスイッチング素子の故障の給電開始前の診断を可能とする。【解決手段】メインリレー２２を介して入力ポート２０に接続された低電位ライン２３に負極側の極板２４Ｃが接続された蓄電器２４と、一端が低電位ライン２３に接続されるとともに、他端がＦＥＴ１を介してグランドに接続され、且つ同他端がＦＥＴ２を介して蓄電器２４の正極側の極板２４Ｄに接続されたチョッパコイル２５と、高電位ライン２６と出力ポート２１との間に介設された放電用のＦＥＴ３と、を有した充放電回路Ｃ１を備える補助電源装置１３において、一端がメインリレー２２を介さずに入力ポート２０に接続され、且つＦＥＴ２と極板２４Ｄとを接続する高電位ライン２６に他端が接続されたプルアップ抵抗２７と、高電位ライン２６におけるプルアップ抵抗２７の接続点と極板２４Ｄとの間の部分に設置されたＦＥＴ９と、を設けるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、補助電源装置、及び同補助電源装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

運転者の操舵を補助する電動パワーステアリング装置として、特許文献１に見られるような補助電源装置を備えたものがある。補助電源装置は、据切り操舵時等の大きい操舵補助力が必要なときに、操舵補助用のモータへの給電量を一時的に増大するために設けられている。

図５に、従来の補助電源装置１００の電気回路の構成を示す。同図に示すように、補助電源装置１００は、主電源１０１に接続される入力ポート１０２と、給電対象であるモータ１０３に接続される出力ポート１０４と、を備えている。補助電源装置１００には、２枚の極板１０５Ａ，１０５Ｂの間に電荷を充電可能な蓄電器１０５と、昇圧用のコイルであるチョッパコイル１０６と、が設けられている。

蓄電器１０５の２枚の極板のうちの一つ（極板１０５Ａ）は、リレー１０７を介して入力ポート１０２に接続された配線である低電位ライン１０８に接続されている。チョッパコイル１０６は、その一端が低電位ライン１０８に接続されるとともに、他端が第１のスイッチング素子１０９を介してグランドに接続され、且つ第２のスイッチング素子１１０を介して蓄電器１０５の極板１０５Ｂに接続された状態で補助電源装置１００に設けられている。

第２のスイッチング素子１１０と蓄電器１０５の極板１０５Ｂとを繋ぐ配線である高電位ライン１１１は、第３のスイッチング素子１１２を介して出力ポート１０４に接続されている。また、低電位ライン１０８は、第４のスイッチング素子１１３を介して出力ポート１０４に接続されている。

上記のような補助電源装置１００において、第１〜第３のスイッチング素子１０９，１１０，１１２を開状態（オフ）とし、リレー１０７及び第４のスイッチング素子１１３を閉状態（オン）とすると、主電源１０１の出力電力がそのままモータ１０３に給電される状態となる。この状態から、第１及び第２のスイッチング素子１０９，１１０を交番に閉状態（オン）となるようにＰＷＭ駆動すると、高電位ライン１１１の電位が昇圧されて蓄電器１０５の極板１０５Ａ，１０５Ｂ間に電荷が充電される。第１及び第２のスイッチング素子１０９，１１０のＰＷＭ駆動の停止後、第４のスイッチング素子１１３を開状態（オフ）とするとともに、第３のスイッチング素子１１２を閉状態（オン）とすると、蓄電器１０５に充電された電荷が放電されてモータ１０３に給電される。

特開２０１５−１５７５１９号公報

上記従来の補助電源装置１００において、給電を開始するためにリレー１０７を閉状態（オン）としたときに、第１のスイッチング素子１０９が短絡した状態となっていると、主電源１０１の両端子が共にグランドに接続された状態となり、図５に破線の矢印で示すように、主電源１０１の正極側の端子からグランド基準点に電流が流れてしまう。このような主電源１０１の端子間の短絡を招く第１のスイッチング素子１０９の故障は、補助電源装置１００の給電開始前（リレー１０７を閉状態とする前）に、確認することが望ましい。給電開始後であれば、チョッパコイル１０６、並びに第１及び第２のスイッチング素子１０９，１１０の接続点の電位や電流値から第１のスイッチング素子１０９の故障を診断することができる。しかしながら、リレー１０７が開状態（オフ）のときには、チョッパコイル１０６、並びに第１及び第２のスイッチング素子１０９，１１０の接続点の電位は不定となるため、診断に係る電流や電位の判定閾値を定められないことから、第１のスイッチング素子１０９の給電開始前の故障診断は困難となっている。

上記課題を解決する補助電源装置は、主電源に接続される入力ポートと、給電対象に接続される出力ポートと、前記入力ポートと前記出力ポートとの間に介設された充放電回路と、を備える補助電源装置において、前記充放電回路が、リレーを介して前記入力ポートに接続された配線である低電位ラインと、第１極板と第２極板との間に電荷を充電可能な蓄電器であって、前記低電位ラインが前記第１極板に接続された蓄電器と、一端が前記低電位ラインに接続されるとともに、他端が第１のスイッチング素子を介してグランドに接続され、且つ同他端が第２のスイッチング素子を介して前記第２極板に接続されたチョッパコイルと、前記第２のスイッチング素子と前記第２極板とを接続する配線を高電位ラインとしたとき、一端が前記リレーを介さずに前記入力ポートに接続され、且つ他端が前記高電位ラインに接続されたプルアップ抵抗と、前記高電位ラインにおける前記プルアップ抵抗の接続点と前記第２極板との間の部分に設置された第３のスイッチング素子と、前記高電位ラインと前記出力ポートとの間に介設された放電用のスイッチと、を有するものとなっている。

上記補助電源装置では、リレー、放電用のスイッチ、並びに第１、第２及び第３のスイッチング素子のすべてを開状態としたときの高電位ラインにおけるプルアップ抵抗の接続点の電位が定まった値となる。この状態から第２のスイッチング素子を閉状態とすると、第１のスイッチング素子におけるチョッパコイル側の電位は、上記接続点の電位と同じとなる。これにより、第１のスイッチング素子の両端の電位が確定するため、リレーを閉状態として給電を開始する前に、電流や電位に基づく第１のスイッチング素子の故障診断を実施できるようになる。

なお、リレーが短絡故障した状態で、給電開始前の故障診断のために第１のスイッチング素子を閉状態とすると、その第１のスイッチング素子を通じて主電源の両端子が短絡してしまう。そのため、第１のスイッチング素子の故障診断を行う前には、リレーの短絡故障が無いことを予め確認しておくことが望ましい。ただし、リレーの両端がプルアップ抵抗を介して繋がった状態となっていると、リレーの短絡故障を診断できなくなる。その点、上記構成では、リレーとプルアップ抵抗との間に第２のスイッチング素子が介在しており、同第２のスイッチング素子を開状態としておくことで、リレーの短絡故障の診断が可能となる。

なお、上記補助電源装置における故障診断は、前記リレー、前記放電用のスイッチ、並びに前記第１、第２及び第３のスイッチング素子のすべてに開指令を出力した全開指令状態において、前記リレーの短絡故障の有無を診断する第１段階と、前記第１段階の実施後に、前記全開指令状態を保持したまま、前記第２のスイッチング素子の短絡故障の有無を診断する第２段階と、前記第２段階の実施後に、前記リレー、前記放電用のスイッチ、並びに前記第１及び第３のスイッチング素子にそれぞれ開指令を出力し、且つ前記第２のスイッチング素子に閉指令を出力した状態とした上で、前記第１のスイッチング素子の短絡故障の有無を診断する第３段階と、前記第３段階の実施後に、前記リレー、前記放電用のスイッチ、及び前記第３のスイッチング素子にそれぞれ開指令を出力し、且つ前記第１及び第２のスイッチング素子にそれぞれ閉指令を出力した状態とした上で、前記第１スイッチング素子の常開故障の有無を診断する第４段階と、を通じて行うことが望ましい。

また、上記補助電源装置において、前記充放電回路を迂回して前記入力ポートから前記出力ポートに電流を流すバイパス回路を備えれば、充放電回路の故障時にも、バイパス回路を通じて給電を行うことが可能となる。

上記補助電源装置における前記充放電回路を、前記低電位ラインと前記出力ポートとの間に介設された充電用のスイッチを有した構成としてもよい。こうした構成において、上記第１〜第４段階を通じて補助電源装置の故障診断を行う場合には、何れの段階においても、充電用のスイッチに開指令を出力した状態とするとよい。

上記補助電源装置は、例えば、操舵補助用のモータを備えており、且つ同モータを当該補助電源装置の給電対象とする電動パワーステアリング装置に適用することができる。

本発明によれば、主電源の端子間の短絡を招くスイッチング素子の故障を、給電開始前に診断可能となる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を模式的に示す略図。 同電動パワーステアリング装置の電気回路の構成を示す回路図。 実施形態の補助電源装置において実施する故障診断の第１〜第４段階のそれぞれにおけるスイッチング素子の動作状態、及び電位モニタ位置を示す表。 実施形態の補助電源装置の各動作状態におけるスイッチング素子の動作状態を示す表。 従来の補助電源装置の電気回路の構成を示す回路図。

以下、補助電源装置及び電動パワーステアリング装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳ１と記載する）には、一端にステアリングホイール２が固定され、他端にピニオンギア３が固定されたステアリングシャフト４を備える。ピニオンギア３は、ラックシャフト５に形成されたラックギア６に噛み合わされている。これらピニオンギア３及びラックギア６は、ステアリングシャフト４の回転運動をラックシャフト５の長手方向の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構を構成する。なお、電動パワーステアリング装置１が車両に組付けられた際に、ラックシャフト５はその長手方向が車幅方向となるように車体に取り付けられ、更に同ラックシャフト５の両端は、左右の転舵輪７にタイロッド８を介してそれぞれ接続される。

ステアリングシャフト４には、ステアリングホイール２の操作によりステアリングシャフト４に加えられた操舵トルクＴＲを計測するためのトルクセンサ９が装着されている。本実施形態では、トルクセンサ９として、ステアリングシャフト４の一部を構成するトーションバーの捻じり量を検出して、その捻じり量に基づいて操舵トルクＴＲを計測する構成のセンサが採用されている。

また、ステアリングシャフト４には、操舵補助用のモータ（以下、アシストモータ１０と記載する）が、同アシストモータ１０の回転を減速してステアリングシャフト４に伝達する減速機１１を介して連結されている。本実施形態では、アシストモータ１０として、３相ブラシレスモータを採用している。また、本実施形態では、ウォームギア機構が減速機１１として採用されている。

さらに電動パワーステアリング装置１は、モータ駆動回路１２、補助電源装置１３、及び電子制御ユニット１４を備えている。モータ駆動回路１２には、アシストモータ１０の各相にそれぞれ２つのスイッチング素子を備えた公知の回路が採用されている。また、電動パワーステアリング装置１が車両に組付けられた際に補助電源装置１３及び電子制御ユニット１４は、主電源としての車載バッテリ１５にそれぞれ接続される。

電子制御ユニット１４は、電動パワーステアリング装置１の制御に係る演算処理を実行する演算処理回路１６と、制御用のプログラムやデータが規則されたメモリ１７と、を備えている。また、電子制御ユニット１４には上述のトルクセンサ９が接続されている。さらに、電動パワーステアリング装置１が車両に組付けられた際に、電子制御ユニット１４には、車両に設置されて同車両の走行速度ＶＳを検出する車速センサ１８が接続される。

電子制御ユニット１４は、車両に組付けられた状態の電動パワーステアリング装置１において、アシストモータ１０により付与される操舵補助力の制御を行っている。操舵補助力の制御に際して電子制御ユニット１４はまず、操舵トルクＴＲ及び走行速度ＶＳに基づく操舵補助力の目標値である目標補助力を決定する。そして、電子制御ユニット１４は、目標補助力分の操舵補助力を発生すべく、モータ駆動回路１２及び補助電源装置１３を制御する。

図２に示すように、補助電源装置１３は、入力ポート２０と出力ポート２１とを備えている。入力ポート２０は、電動パワーステアリング装置１が車両に組付けられる際に、車載バッテリ１５に接続される。また、出力ポート２１は、補助電源装置１３が電動パワーステアリング装置１に組付けられた際に、モータ駆動回路１２を介して給電対象であるアシストモータ１０に接続される。そして、補助電源装置１３は、入力ポート２０と出力ポート２１との間にそれぞれ介設された、充放電回路Ｃ１及びバイパス回路Ｃ２の２つの回路を備えている。

充放電回路Ｃ１は、車載バッテリ１５からの給電を断接するリレーを介して入力ポート２０に接続された配線である低電位ライン２３を備えている。以下の説明では、こうした充放電回路Ｃ１のリレーをメインリレー２２と記載する。本実施形態では、メインリレー２２として、２つのスイッチング素子（以下、ＦＥＴ５、ＦＥＴ６と記載する）により構成された非接点リレーが採用されている。

また、充放電回路Ｃ１は、電荷を充放電可能な蓄電器２４を備えている。本実施形態では、直列に接続された２つのキャパシタ２４Ａ，２４Ｂにより蓄電器２４が構成されている。なお、本実施形態では、これらのキャパシタ２４Ａ，２４Ｂとして、リチウムイオンキャパシタを採用しており、両キャパシタ２４Ａ，２４Ｂは正負の極性をそれぞれ有した２枚の極板を有している。そして、蓄電器２４は、キャパシタ２４Ａの負側の極板２４Ｃが低電位ライン２３に接続されており、且つキャパシタ２４Ｂの正側の極板２４Ｄが後述の高電位ライン２６に接続された状態で充放電回路Ｃ１に設置されている。

蓄電器２４を総体として見た場合、同蓄電器２４での電荷の充電は、キャパシタ２４Ａの負側の極板２４Ｃとキャパシタ２４Ｂの正側の極板２４Ｄとの間で行われる。こうした本実施形態では、キャパシタ２４Ａの負側の極板２４Ｃが蓄電器２４において低電位ライン２３に接続された第１極板に、キャパシタ２４Ｂの正側の極板２４Ｄが蓄電器２４における高電位ライン２６に接続された第２極板に、それぞれ対応している。

さらに充放電回路Ｃ１は、昇圧用のコイルであるチョッパコイル２５を備えている。チョッパコイル２５の一端は低電位ライン２３に接続されており、他端は第１のスイッチング素子（以下、ＦＥＴ１と記載する）を介してグランドに接続されるとともに、第２のスイッチング素子（以下、ＦＥＴ２と記載する）を介して蓄電器２４の第２極板である極板２４Ｄに接続されている。上述の高電位ライン２６は、ＦＥＴ２と極板２４Ｄとを繋ぐ配線となっている。

加えて、充放電回路Ｃ１は、高電位ライン２６と出力ポート２１との間に介設された放電用のスイッチ（以下、ＦＥＴ３と記載する）と、低電位ライン２３と出力ポート２１との間に介設された充電用のスイッチ（以下、ＦＥＴ４と記載する）と、を有している。

充放電回路Ｃ１には、プルアップ抵抗２７が設けられている。プルアップ抵抗２７の一端は、メインリレー２２を介さずに入力ポート２０に接続されており、他端は高電位ライン２６に接続されている。さらに、高電位ライン２６におけるプルアップ抵抗２７の接続点（以下、充電上点Ｐ１と記載する）と蓄電器２４の第２極である極板２４Ｄとの間の部分には、第３のスイッチング素子としてのＦＥＴ９が設置されている。

これに対して、バイパス回路Ｃ２は、充放電回路Ｃ１を迂回して入力ポート２０と出力ポート２１とを繋ぐ配線であるバイパスライン２８と、バイパスライン２８上に設けられたリレー（以下、バイパスリレー２９と記載する）と、を有している。本実施形態では、バイパスリレー２９として、２つのスイッチング素子（以下、ＦＥＴ７，ＦＥＴ８と記載する）により構成された無接点リレーが採用されている。

ちなみに本実施形態では、メインリレー２２、バイパスリレー２９、第１〜第３のスイッチング素子、並びに充電用、放電用のスイッチを構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ９はいずれもＭＯＳＦＥＴとされている。これらＦＥＴ１〜ＦＥＴ９は、それぞれのゲートに対して電子制御ユニット１４が出力する駆動信号に応じて閉状態（オン）と開状態（オフ）とが切り替わる。

なお、電子制御ユニット１４は、上述の充電上点Ｐ１の電位を充電上点電位Ｅ１として取得している。また、電子制御ユニット１４は、メインリレー２２におけるＦＥＴ５とＦＥＴ６との間の部分（リレー後段点Ｐ２）の電位をリレー後段電位Ｅ２として取得する。さらに電子制御ユニット１４は、出力ポート２１の電位を出力ポート電位Ｅ３として、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２及びチョッパコイル２５の接続点である充電中点Ｐ４の電位を充電中点電位Ｅ４として、それぞれ取得する。

続いて、電子制御ユニット１４が実行する補助電源装置１３の給電制御を説明する。電子制御ユニット１４は、車両の起動（ＩＧオン）後、メインリレー２２を閉状態（オン）として補助電源装置１３による給電を開始する前に、同補助電源装置１３の故障診断を実施する。故障診断は、第１〜第４段階の４つの段階を通じて行われる。こうした給電開始前の故障診断は、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ９がすべて開状態（オフ）となった状態で開始される。

図３には、故障診断の各段階における診断の対象、各スイッチング素子（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ９）の動作状態、及び各診断に用いる電位（モニタ電位）が示されている。
給電開始前の故障診断の第１段階では、リレー後段電位Ｅ２に基づくメインリレー２２（ＦＥＴ５，ＦＥＴ６）の短絡故障の診断、及び出力ポート電位Ｅ３に基づくバイパスリレー２９（ＦＥＴ７，ＦＥＴ８）の短絡故障の診断が行われる。こうした第１段階の診断は、電子制御ユニット１４がＦＥＴ１〜ＦＥＴ９のすべてに開状態（オフ）を指令する駆動信号を出力した状態、すなわちＦＥＴ１〜ＦＥＴ９のすべてに開指令を出力した全開指令状態で行われる。そして、リレー後段電位Ｅ２が短絡判定値α以上である場合にメインリレー２２（ＦＥＴ５，ＦＥＴ６）の短絡故障有りと診断する。また、出力ポート電位Ｅ３が同短絡判定値α以上である場合にバイパスリレー（ＦＥＴ７，ＦＥＴ８）の短絡故障有りと診断している。

このときのメインリレー２２（ＦＥＴ５，ＦＥＴ６）に短絡故障が発生していれば、リレー後段電位Ｅ２が車載バッテリ１５の正極電位（以下、バッテリ電位Ｅ０）に近い値となる。また、このときのバイパスリレー２９（ＦＥＴ７，ＦＥＴ８）に短絡故障が発生していれば、出力ポート電位Ｅ３がバッテリ電位Ｅ０に近い値となる。そのため、短絡判定値αには、バッテリ電位Ｅ０よりも低く、且つグランド基準点の電位（以下、基準電位と記載する）よりも高い電位が予めその値として設定されている。

電子制御ユニット１４は、こうした故障診断の第１段階において、メインリレー２２、バイパスリレー２９の少なくとも一方に短絡故障が発生していることが確認された場合にはフェイルセーフ処理に移行し、そうでなければ故障診断の第２段階に移行する。第１段階から第２段階への移行に際して電子制御ユニット１４は、全開指令状態を継続する。

第２段階では、充電中点電位Ｅ４に基づくＦＥＴ２の短絡故障の診断が行われる。具体的には、充電中点電位Ｅ４が短絡判定値β以上である場合にＦＥＴ２の短絡故障有りと診断している。充電上点Ｐ１に接続されたＦＥＴ２の短絡故障が発生していれば、充電中点電位Ｅ４は充電上点電位Ｅ１に近い値となる。本実施形態の補助電源装置１３では、充電上点Ｐ１がプルアップ抵抗２７によりプルアップされており、このときの充電上点電位Ｅ１は確定した値（以下、プルアップ電位ＥＰと記載する）となっている。そのため、短絡判定値βには、プルアップ電位ＥＰよりも低く、且つ基準電位よりも高い電位が予めその値として設定されている。

電子制御ユニット１４は、こうした故障診断の第２段階において、ＦＥＴ２の短絡故障が発生していることが確認された場合にはフェイルセーフ処理に移行し、そうでなければ故障診断の第３段階に移行する。第２段階から第３段階への移行に際して電子制御ユニット１４は、ＦＥＴ２の駆動信号を、開状態を指令する信号から閉状態を指令する信号へと切り替える。そのため、第３段階の診断は、ＦＥＴ２には閉状態を指令する駆動信号が出力された状態、すなわち閉指令が出力された状態、且つそれ以外のＦＥＴ１、ＦＥＴ３〜ＦＥＴ９には開指令が出力された状態で行われる。

第３段階では、充電中点電位Ｅ４に基づくＦＥＴ１の短絡故障の診断が行われる。具体的には、充電中点電位Ｅ４が短絡判定値γ以下の値である場合にＦＥＴ１の短絡故障の有りと診断している。このときの充電中点電位Ｅ４は、ＦＥＴ２を閉状態（オン）としたことで、充電上点電位Ｅ１に、すなわちプルアップ電位ＥＰと等しくなる。これに対して、このときのＦＥＴ１に短絡故障が発生していれば、充電中点電位Ｅ４は、基準電位に近い値となる。そのため、短絡判定値γには、プルアップ電位ＥＰよりも低く、且つ基準電位よりも高い電位がその値として予め設定されている。

電子制御ユニット１４は、こうした故障診断の第３段階において、ＦＥＴ１の短絡故障が発生していることが確認された場合にはフェイルセーフ処理に移行し、そうでなければ故障診断の第４段階に移行する。第３段階から第４段階への移行に際して電子制御ユニット１４は、ＦＥＴ１の駆動信号を開状態を指令する信号から閉状態を指令する信号へと切り替える。そのため、第４段階の診断は、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２に閉指令が出力され、且つそれ以外のＦＥＴ３〜ＦＥＴ９には開指令が出力された状態で行われる。

第４段階では、充電中点電位Ｅ４に基づくＦＥＴ１の常開故障（オープン故障）の有無が診断される。具体的には、充電中点電位Ｅ４が常開判定値ε以上の場合にＦＥＴ１の常開故障有りと診断している。ここで、ＦＥＴ１に常開故障が生じておらず、閉指令に応じて同ＦＥＴ１が閉状態（オン）となると、充電中点Ｐ４がグランドに接続して、充電中点電位Ｅ４がプルアップ電位ＥＰに近い値から基準電位に近い値に変化する。これに対して、常開故障により、このときのＦＥＴ１が開状態（オフ）を継続していれば、充電中点電位Ｅ４はプルアップ電位ＥＰに近い値のままとなる。そのため、常開判定値εには、短絡判定値βよりも低く、且つ基準電位よりも高い電位がその値として予め設定されている。

電子制御ユニット１４は第１〜第４段階のいずれにおいても故障有りと診断されなかった場合には、給電制御を開始する。そして、電子制御ユニット１４は、バッテリ電力ＰＳ、要求電力ＥＰＳ、及び充電上点電位Ｅ１に応じて、保持状態、充電状態、放電状態の間で補助電源装置１３の動作状態を切り替える。これに対して、電子制御ユニット１４は、故障診断のいずれかの段階において故障有りと診断した場合には、未了の段階の有無に関わらず、フェイルセーフ処理に移行する。フェイルセーフ処理では、補助電源装置１３の動作状態が後述のフェイルセーフ状態とされる。

図４には、保持状態、充電状態、放電状態、及びフェイルセーフ状態の各動作状態におけるＦＥＴ１〜ＦＥＴ９の駆動状態が示されている。
給電制御に際して電子制御ユニット１４は、まず、操舵トルクＴＲ及び走行速度ＶＳに基づき、操舵補助力の目標値である目標補助力を決定する。続いて、電子制御ユニット１４は、アシストモータ１０が目標補助力分の操舵補助力を発生するために必要な電力である要求電力ＥＰＳを演算する。そして、電子制御ユニット１４は、車載バッテリ１５から補助電源装置１３への供給電力（バッテリ電力ＰＳ）、要求電力ＥＰＳ、及び充電上点電位Ｅ１に応じて、充電状態、保持状態、放電状態の間で補助電源装置１３の動作状態を切り替える。

なお、給電制御において切り替えられる充電状態、保持状態、放電状態の３つの動作状態のいずれにおいても、バイパスリレー２９を構成するＦＥＴ７，ＦＥＴ８は開状態（オフ）とされ、メインリレー２２を構成するＦＥＴ５，ＦＥＴ６は閉状態（オン）とされる。また、上記３つの動作状態のいずれにおいても、ＦＥＴ９は閉状態（オン）とされる。そのため、給電制御中の補助電源装置１３は、バイパス回路Ｃ２を遮断した上で、充放電回路Ｃ１を通じて給電を行う状態となる。

給電制御において電子制御ユニット１４は、要求電力ＥＰＳが主電源電力ＰＳ以下であり、且つ充電上点電位Ｅ１が規定の最大充電電位ＭＡＸ以上の場合、補助電源装置１３の動作状態を保持状態とする。保持状態では、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３が開状態（オフ）とされるとともに、ＦＥＴ４が閉状態（オン）とされる。このときには、車載バッテリ１５から低電位ライン２３を通ってモータ駆動回路１２に電流が流れる。そのため、このときの補助電源装置１３の出力ポート電位Ｅ３はバッテリ電位Ｅ０とほぼ等しい値となる。なお、このときには、ＦＥＴ２及びＦＥＴ３が共に開状態（オフ）となっているため、それまでにキャパシタ２４Ａ，２４Ｂに充電された電荷が保持される。

また、給電制御において電子制御ユニット１４は、要求電力ＥＰＳがバッテリ電力ＰＳ以下であり、且つ充電上点電位Ｅ１が最大充電電位ＭＡＸ未満の場合、補助電源装置１３の動作状態を充電状態とする。充電状態では、ＦＥＴ３が開状態（オフ）とされるとともに、ＦＥＴ４が閉状態（オン）とされる。一方、このときのＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、交番に閉状態となるようにＰＷＭ駆動される。このときにも、車載バッテリ１５から低電位ライン２３を通ってモータ駆動回路１２に電流が流れるため、補助電源装置１３の出力ポート電位Ｅ３はバッテリ電位Ｅ０とほぼ等しい値となる。さらに、このときには、上記のようなＦＥＴ１及びＦＥＴ２のＰＷＭ駆動により、充電上点電位Ｅ１が昇圧されて、蓄電器２４のキャパシタ２４Ａ，２４Ｂに電荷が充電される。

さらに、給電制御において電子制御ユニット１４は、要求電力ＥＰＳがバッテリ電力ＰＳを超える場合、補助電源装置１３の動作状態を放電状態とする。放電状態では、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ４が開状態（オフ）とされるとともに、ＦＥＴ３が閉状態（オン）とされる。このときには、車載バッテリ１５から低電位ライン２３、蓄電器２４、高電位ライン２６を通ってモータ駆動回路１２に電流が流れる。そのため、このときの補助電源装置１３の出力ポート電位Ｅ３は、バッテリ電位Ｅ０よりも高い充電上点電位Ｅ１となる。

このように、本実施形態では、要求電力ＥＰＳが小さいときにキャパシタ２４Ａ，２４Ｂに電荷を充電しておくようにしている。そして、据切り操舵時などの要求電力ＥＰＳが大きくなったときに、充電しておいた電荷を放電することで、車載バッテリ１５の給電量を増加させずにアシストモータ１０への給電量を増大できるようにしている。そのため、急速放電による車載バッテリ１５の充電量の急低下や温度上昇を抑えながら、大きい操舵補助力を発生することが可能となる。

これに対して、フェイルセーフ処理に移行したときの補助電源装置１３の動作状態であるフェイルセーフ状態では、ＦＥＴ１〜６、及びＦＥＴ９が開状態（オフ）とされるとともに、ＦＥＴ５，６が、すなわちバイパスリレー２９が閉状態（オン）とされる。このときには、故障が確認された充放電回路Ｃ１の代わりにバイパス回路Ｃ２を通じてアシストモータ１０への給電が行われる。

続いて、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。
補助電源装置１３の充放電回路Ｃ１は、ＦＥＴ１を介してグランドに接続されている。こうしたＦＥＴ１に短絡故障が発生した状態で、メインリレー２２を閉状態（オン）とすると、車載バッテリ１５の両端子が共にグランドに接続された状態となって端子間が短絡してしまう。そしてその結果、車載バッテリ１５の充電量が急低下したり、急放電による発熱で車載バッテリ１５の温度上昇を招いたりする虞がある。こうした車載バッテリ１５の端子間の短絡を招くＦＥＴ１の故障の有無は、補助電源装置１３の給電開始前に確認することが望ましい。本実施形態の補助電源装置１３では、こうした給電開始前のＦＥＴ１の故障診断のため、プルアップ抵抗２７とＦＥＴ９とを充放電回路Ｃ１に設けている。

プルアップ抵抗２７及びＦＥＴ９が設けられていない場合、給電開始前、すなわちメインリレー２２が開状態（オフ）のときの充電中点電位Ｅ４は不定となるため、ＦＥＴ１の故障診断の判定閾値（短絡判定値γ、常開判定値ε）を定めることができない。これに対して、本実施形態では、プルアップ抵抗２７を介して充電上点Ｐ１と入力ポート２０とを接続するとともに、ＦＥＴ９を開状態（オフ）として充電上点Ｐ１と蓄電器２４とを切断することで、給電開始前の充電上点電位Ｅ１を確定している。そして、ＦＥＴ２に短絡故障が発生していないことを確認した上で同ＦＥＴ２を閉状態（オン）とすることで、充電中点電位Ｅ４を確定している。そのため、給電開始前にもＦＥＴ１の故障診断を行うことが可能となる。

なお、単に充電中点電位Ｅ４を確定するだけであれば、充電上点Ｐ１ではなく、充電中点Ｐ４に直接、プルアップ抵抗２７を接続すればよい。しかしながら、そうした場合には、次の問題が生じてしまう。

メインリレー２２に短絡故障が発生した状態で、常開故障の診断のためにＦＥＴ１を閉状態（オン）とすると、短絡したメインリレー２２、チョッパコイル２５、ＦＥＴ１を通って車載バッテリ１５の両端子が短絡してしまう。そのため、ＦＥＴ１の故障診断を実施する前に、メインリレー２２の短絡故障が発生していないことを確認しておくことが望ましい。

しかしながら、充電中点Ｐ４にプルアップ抵抗２７を接続するように充放電回路Ｃ１を構成した場合には、プルアップ抵抗２７を介してメインリレー２２の両端が繋がった状態となり、メインリレー２２の短絡故障が発生してもリレー後段点Ｐ２に電流が流れなくなる。そのため、こうした場合には、ＦＥＴ１の故障診断の前にメインリレー２２に短絡故障が発生していないことを確認することができなくなってしまう。したがって、本実施形態のように、高電位ライン２６上の充電上点Ｐ１にプルアップ抵抗２７を接続する構成とした方が、より好ましい状態で給電開始前のＦＥＴ１の故障診断を実施できる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）給電開始前のＦＥＴ１の故障診断を、充電中点電位Ｅ４を確定した状態で実施できる。

（２）メインリレー２２の短絡故障が発生していないことを確認してからＦＥＴ１の故障診断を行うことができるため、診断のためにＦＥＴ１を閉状態としたときに、短絡したメインリレー２２を通って車載バッテリ１５の両端子が短絡することを避けられる。

（３）充放電回路Ｃ１に故障が発生したときにも、同充放電回路Ｃ１と並列に設けられたバイパス回路Ｃ２を通じてアシストモータ１０への給電を継続できる。
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施形態では、リレー後段電位Ｅ２、出力ポート電位Ｅ３、充電中点電位Ｅ４に基づき故障診断を行っていたが、リレー後段点Ｐ２、出力ポート２１、充電中点Ｐ４の電流値を取得するとともにそれら取得した電流値に基づいて故障診断を行うようにしてもよい。

・上記実施形態の電動パワーステアリング装置１では、バイパス回路Ｃ２が補助電源装置１３に設けられていたが、バイパス回路Ｃ２を補助電源装置１３の外部に設けるようにしてもよい。また、充放電回路Ｃ１の故障時に操舵補助を停止する場合には、バイパス回路Ｃ２を割愛してもよい。

・上記実施形態では、充放電回路Ｃ１に故障が発生したときのフェイルセーフ時に給電を行うための回路としてバイパス回路Ｃ２が設けられていた。給電制御での保持状態、充電状態におけるアシストモータ１０への給電を、バイパス回路Ｃ２を通じて行うようにしてもよい。こうした場合の充放電回路Ｃ１は、低電位ライン２３と出力ポート２１との間に介設された充電用のスイッチ（ＦＥＴ４）を割愛した構成とすることができる。

・上記実施形態では、車載バッテリ１５が、補助電源装置１３に給電する主電源となっていたが、発電機などの車載バッテリ以外の電源、或いは車載バッテリとそれ以外の電源とを組み合わせたものを主電源とするようにしてもよい。

・メインリレー２２やバイパスリレー２９としてメカニカルリレーを採用してもよい。
・アシストモータ１０として三相ブラシレスモータ以外のモータを採用してもよい。
・スイッチング素子（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ９）の一部、又はすべてをＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子により構成してもよい。

・補助電源装置１３のキャパシタ２４Ａ，２４Ｂとして、電気二重層キャパシタ等のリチウムイオンキャパシタ以外のキャパシタを採用してもよい。
・補助電源装置１３の蓄電器２４を構成するキャパシタの数は適宜に変更可能であり、単一のキャパシタ、或いは３つ以上のキャパシタにより同蓄電器２４を構成するようにしてもよい。

・上記実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト４に減速機１１を介してアシストモータ１０が連結された、いわゆるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されていた。アシストモータ１０が減速機１１を介してラックシャフト５に連結されたラックアシスト型の装置として電動パワーステアリング装置１を構成してもよい。

・上記実施形態の補助電源装置１３は、電動パワーステアリング装置１以外の電気機器に適用してもよい。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…ピニオンギア、４…ステアリングシャフト、５…ラックシャフト、６…ラックギア、７…転舵輪、８…タイロッド、９…トルクセンサ、１０…アシストモータ（操舵補助用のモータ）、１１…減速機、１２…モータ駆動回路、１３…補助電源装置、１４…電子制御ユニット、１５…車載バッテリ（主電源）、１６…演算処理回路、１７…メモリ、１８…車速センサ、２０…入力ポート、２１…出力ポート、２２…メインリレー（リレー）、２３…低電位ライン、２４…蓄電器、２４Ａ，２４Ｂ…キャパシタ、２５…チョッパコイル、２６…高電位ライン、２７…プルアップ抵抗、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ９…スイッチング素子（ＦＥＴ１：第１のスイッチング素子、ＦＥＴ２：第２のスイッチング素子、ＦＥＴ９：第３のスイッチング素子）、Ｐ１…充電上点（高電位ラインにおけるプルアップ抵抗の接続点）、Ｐ２…リレー後段点、Ｐ４…充電中点、Ｅ１…充電上点電位、Ｅ２…リレー後段電位、Ｅ３…出力ポート電位、Ｅ４…充電中点電位、Ｅ５…バッテリ電位。

Claims (5)

1. 主電源に接続される入力ポートと、給電対象に接続される出力ポートと、前記入力ポートと前記出力ポートとの間に介設された充放電回路と、を備える補助電源装置において、
   前記充放電回路は、
   リレーを介して前記入力ポートに接続された配線である低電位ラインと、
   第１極板と第２極板との間に電荷を充電可能な蓄電器であって、前記低電位ラインが前記第１極板に接続された蓄電器と、
   一端が前記低電位ラインに接続されるとともに、他端が第１のスイッチング素子を介してグランドに接続され、且つ同他端が第２のスイッチング素子を介して前記第２極板に接続されたチョッパコイルと、
   前記第２のスイッチング素子と前記第２極板とを接続する配線を高電位ラインとしたとき、一端が前記リレーを介さずに前記入力ポートに接続され、且つ他端が前記高電位ラインに接続されたプルアップ抵抗と、
   前記高電位ラインにおける前記プルアップ抵抗の接続点と前記第２極板との間の部分に設置された第３のスイッチング素子と、
   前記高電位ラインと前記出力ポートとの間に介設された放電用のスイッチと、
   を有している
   補助電源装置。
2. 前記リレー、前記放電用のスイッチ、並びに前記第１、第２及び第３のスイッチング素子のすべてに開指令を出力した全開指令状態において、前記リレーの短絡故障の有無を診断する第１段階と、
   前記第１段階の実施後に、前記全開指令状態を保持したまま、前記第２のスイッチング素子の短絡故障の有無を診断する第２段階と、
   前記第２段階の実施後に、前記リレー、前記放電用のスイッチ、並びに前記第１及び第３のスイッチング素子にそれぞれ開指令を出力し、且つ前記第２のスイッチング素子に閉指令を出力した状態とした上で、前記第１のスイッチング素子の短絡故障の有無を診断する第３段階と、
   前記第３段階の実施後に、前記リレー、前記放電用のスイッチ、及び前記第３のスイッチング素子にそれぞれ開指令を出力し、且つ前記第１及び第２のスイッチング素子にそれぞれ閉指令を出力した状態とした上で、前記第１のスイッチング素子の常開故障の有無を診断する第４段階と、
   を通じて当該補助電源装置の故障診断を行う
   請求項１に記載の補助電源装置。
3. 前記充放電回路を迂回して前記入力ポートから前記出力ポートに電流を流すバイパス回路を備える
   請求項１又は２に記載の補助電源装置。
4. 前記充放電回路は、前記低電位ラインと前記出力ポートとの間に介設された充電用のスイッチを有している請求項１〜３の何れか１項に記載の補助電源装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の補助電源装置と、操舵補助用のモータと、を備えており、且つ前記モータを前記補助電源装置の給電対象とする電動パワーステアリング装置。