JP2678377B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車等の電動式パワーステアリング装
置に関する。

従来技術および発明の課題 第３図は、従来の電動式パワーステアリング装置を示
している。この装置は、操舵力を補助するための電動モ
ータ（１）と、４つのパワートランジスタ（2a）（2b）
（2c）（2d）からなるブリッジ回路で構成されたモータ
駆動回路（３）と、モータ駆動回路（３）と主電源（バ
ッテリ）（４）との間に設けられたキースイッチ（５）
およびフェイルリレー回路（６）と、ステアリングシャ
フトの入力トルクを検出するためのトルクセンサ（７）
と、車速を検出するための車速センサ（８）と、トルク
センサ（７）の検出トルク、車速センサ（８）の検出速
度等に基づいてモータ（１）およびフェイルリレー回路
（６）を制御する制御装置（９）とを備えている。

モータ（１）は、省電力化を図るため、PWM駆動され
ている。制御装置（９）は、トルクセンサ（７）、車速
センサ（８）、モータ駆動回路（３）等のパワーステア
リング装置各部の異常を常時監視している。そして、ト
ルクセンサ（７）の検出トルクおよび車速センサ（８）
の検出速度等に基づいてモータ（１）の操舵力補助量を
制御する操舵力補助量制御を行なうとともにパワーステ
アリング装置各部の異常を検出したときにフェイルリレ
ー回路（６）のリレー接点をオフにするフェイセーフ制
御を行なう。

第３図に矢印Ａで示すようにモータ（１）に電流が流
れている場合に、点Ｘにおいてモータ線の地絡（同図に
破線で示す）が発生すると、矢印Ｂで示すように、パワ
ートランジスタ（2a）に大電流が流れ、パワートランジ
スタ（2a）が破壊したり、火災が発生したりするおそれ
がある。そこで、これを防止するために、従来において
は、パワートランジスタ（2c）（2b）のエミッタと接地
との間に接続された電流検出用抵抗（10）の端子間電圧
に基づいて電動モータ（１）に流れる電流を検出する電
流検出回路（11）を設け、この検出電流と、制御装置
（９）で演算された電流指令値とを比較することによ
り、モータ線の地絡を検出するようにしている。

しかしながら、従来の異常検出方法では、モータ線の
地絡等のモータ駆動回路（３）の異常を検出するのに時
間がかかるという問題がある。すなわち、急操舵時に
は、モータ（１）の回転速度が大きくなり、これに伴っ
てモータ（１）に誘導される逆起電力も大きくなり、モ
ータ（１）に流れる電流が電流指令値より小さくなる。
従来の異常検出方法では、このような場合を異常と判定
しないようにするために、異常検出判定時間を長くとる
必要がある。また、パワー素子が非通電の状態では、異
常の検出ができない。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、パワー素子
の通電、非通電に関係なく、モータ駆動回路の異常を短
時間に検出できる電動式パワーステアリング装置を提供
することにある。

課題を解決するための手段 この発明による電動式パワーステアリング装置は、操
舵力を補助するための電動モータと、ブリッジ接続され
た２つの正転用パワー素子および２つの逆転用パワー素
子を有するモータ駆動回路と、ステアリングシャフトの
入力トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの
検出トルク等に基づいてモータ駆動回路のパワー素子に
よりモータの断続および極性の切替えを行ない操舵力補
助量を制御するモータ制御手段とを備えた電動式パワー
ステアリング装置において、一方の正転用パワー素子と
逆転用パワー素子の第１直列接続点に常時電圧を印加す
る第１プルアップ回路、第１直列接続点の電圧を検出す
る第１サンプルホールド回路、他方の正転用パワー素子
と逆転用パワー素子の第２直列接続点に常時電圧を印加
する第２プルアップ回路、第２直列接続点の電圧を検出
する第２サンプルホールド回路、第１および第２サンプ
ルホールド回路の出力に基づいてモータ駆動回路の異常
を検出する異常検出手段、ならびに異常検出手段によっ
て異常が検出されたときに電動モータによる操舵力補助
を禁止する手段を備えていることを特徴とするものであ
る。

作用 異常検出手段が、サンプルホールド回路により検出さ
れたパワー素子の直列接続点の電圧に基づいてモータ駆
動回路の異常を検出しているので、モータ線の地絡等の
モータ駆動回路の異常が発生すると、そのことが異常検
出手段によって直ちに検出され、この異常検出に基づい
て、電動モータによる操舵力補助が禁止される。また、
パワー素子の直列接続点にプルアップ回路により常時電
圧が印加されているので、パワー素子が通電状態のとき
はもちろん、非通電状態でも異常が検出される。

実 施 例 以下、第１図および第２図を参照して、この発明の実
施例について説明する。

第１図は、電動式パワーステアリング装置の全体の概
略構成を示している。この装置は、操舵力を補助するた
めの電動モータ（１）と、モータ駆動回路（３）と、モ
ータ駆動回路（３）と主電源（４）との間に設けられた
キースイッチ（５）およびフェイルリレー回路（６）
と、ステアリングシャフトの入力トルクを検出するトル
クセンサ（７）と、車速を検出する車速センサ（８）
と、トルクセンサ（７）の検出トルク、車速センサ
（８）の検出速度等に基づいてモータ（１）を制御する
とともにフェイルリレー回路（６）を制御する制御装置
（９）とを備えている。

図示は省略したが、モータ（１）は、ステアリングシ
ャフトの出力軸またはステアリングギア等の適当箇所に
減速機、クラッチ等を介して連結されている。トルクセ
ンサ（７）は、たとえば、ステアリングシャフトの入力
軸と出力軸との間に設けられたトーションバーのねじれ
を検出するポテンショメータからなる。

モータ駆動回路（３）は、２つの正転用パワートラン
ジスタ（2a）（2b）と２つの逆転用パワートランジスタ
（2c）（2d）とからなるブリッジ回路で構成されてい
る。正転用パワートランジスタ（2a）と逆転用パワート
ランジスタ（2d）とは直列に接続され、逆転用パワート
ランジスタ（2c）と正転用パワートランジスタ（2b）と
は直列に接続されており、両直列回路が並列に接続され
ている。そして、正転用パワートランジスタ（2a）と逆
転用パワートランジスタ（2d）との接続点（第１接続
点）P1と、逆転用パワートランジスタ（2c）と正転用パ
ワートランジスタ（2b）との接続点（第２接続点）P2と
の間に電動モータ（１）が接続されている。

正転用パワートランジスタ（2a）のコレクタと逆転用
パワートランジスタ（2c）のコレクタとは、フェイルリ
レー回路（６）およびキースイッチ（５）を介して主電
源（４）に接続されている。正転用パワートランジスタ
（2b）のエミッタと逆転用パワートランジスタ（2d）の
エミッタとは、電流検出用抵抗（10）を介して接地され
ている。各パワートランジスタ（2a）（2b）（2c）（2
d）のベースは、制御装置（９）にそれぞれ接続されて
いる。

電流検出回路（11）は、電流検出用抵抗（10）の端子
電圧に基づいて、モータ（１）に流れる電流を検出す
る。この検出電流は、制御装置（９）に送られる。

第１接続点P1には、第１サンプルホールド回路（21）
が接続されており、このサンプルホールド回路（21）の
出力ｅは制御装置（９）に送られる。第２接続点P2に
は、第２サンプルホールド回路（22）が接続されてお
り、このサンプルホールド回路（22）の出力ｆは制御装
置（９）に送られる。各サンプルホールド回路（21）
（22）は、例えば制御装置（９）によって制御されるス
イッチ（23）と、ホールド用コンデンサ（24）と、電圧
ホロア（25）とから構成されている。

また、第１接続点P1には第１プルアップ回路（26）
が、第２接続点P2には第２プルアップ回路（27）がそれ
ぞれ接続されている。プルアップ回路（26）（27）は、
モータ（１）の電機子抵抗より十分に大きい抵抗値を有
する抵抗（28）とダイオード（29）を介して接続点P1お
よびP2に常時電圧を印加するものである。

制御装置（９）は、トルクセンサ（７）の検出トルク
および車速センサ（８）の検出速度等に基づいてモータ
（１）の操舵力補助量を演算する操舵力補助量制御を行
なうとともにトルクセンサ（７）、車速センサ（８）、
モータ駆動回路（３）等のパワーステアリング装置各部
の異常を検出したときにフェイルリレー回路（６）のリ
レー接点をオフにするフェイルセーフ制御を行なうマイ
クロコンピュータ（図示略）と、マイクロコンピュータ
によって求められた操舵力補助量に応じたPWM出力を得
るPWM変調回路（図示略）とを備えている。PWM変調回路
は、三角波発生回路と、三角波発生回路の出力と操舵力
補助量指令信号とを比較してモータ制御用PWM信号を出
力する比較回路とからなる。

PWM変調回路から出力されるモータ制御用PWM信号は、
モータ（１）を正転させる場合には、各正転用パワート
ランジスタ（2a）（2b）のベースに送られる。したがっ
て、この場合は、各正転用パワートランジスタ（2a）
（2b）がPWM信号に応じてオンされるごとに、電源
（４）、キースイッチ（５）、フェイルリレー回路
（６）、正転用パワートランジスタ（2a）、モータ
（１）、正転用パワートランジスタ（2b）、抵抗（1
0）、電源（４）の順に電流が流れ、モータ（１）が正
転駆動される。

モータ（１）を逆転させる場合には、モータ制御用PW
M信号は、各逆転用パワートランジスタ（2c）（2d）の
ベースに送られる。したがって、この場合は、各逆転用
パワートランジスタ（2c）（2d）がPWM信号に応じてオ
ンされるごとに、電源（４）、キースイッチ（５）、フ
ェイルリレー回路（６）、逆転用パワートランジスタ
（2c）、モータ（１）、逆転用パワートランジスタ（2
d）、抵抗（10）、電源（４）の順に電流が流れ、モー
タ（１）が逆転駆動される。

各サンプルホールド回路（21）（22）のスイッチ（2
3）には、制御回路（９）からサンプル指示信号ｂが送
られる。このサンプル指示信号ｂは、第２図に示すよう
に、PWM変調回路の三角波発生回路の出力ａの各ピーク
毎に発生しかつピーク時を中心とする所定幅のパルスか
らなるパルス信号である。このパルスｂの幅は、PWM変
調回路から出力されるモータ制御用PWM信号の最小のパ
ルス幅以下に設定されている。

制御装置（９）は、接続点P1、P2の電圧を検出するサ
ンプルホールド回路（21）（22）の出力ｅ、ｆに基づい
て、モータ駆動回路（３）の異常を検出する。また、接
続点P1、P2には、プルアップ回路（26）（27）により常
時電圧が印加されている。このため、次に説明するよう
に、パワートランジスタ（2a）（2b）（2c）（2d）の通
電、非通電に関係なく、モータ駆動回路（３）の異常を
短時間に検出することができる。

すなわち、非通電時には、第２図（ａ）に示すよう
に、第１接続点P1および第２接続点P2にはそれぞれプル
アップ回路（26）（27）によって電圧（信号ｃおよび
ｄ）が印加されているため、サンプルホールド回路（2
1）（22）の出力ｅおよびｆはともにＨレベルに保持さ
れる。この状態において、時点T1で、点Ｘにおいてモー
タ線の地絡が発生すると、第１接続点P1の電圧ｃが零に
なるので、サンプリング時に第１サンプルホールド回路
（21）のコンデンサ（24）の電荷が放電される。このた
め、時点T1から微小時間経過後の時点T2に第１サンプル
ホールド回路（21）の出力ｅがＬレベルになる。時点T1
に点Ｘで地絡が発生したとき、第２接続点P2にはモータ
（１）の電機子抵抗の電圧降下分の電圧が生じるが、プ
ルアップ回路（27）の抵抗（28）の抵抗値が電機子抵抗
の抵抗値より十分に大きいので、第２接続点P2の電圧ｄ
もほぼ零になり、やはり、時点T2に第２サンプルホール
ド回路（22）の出力ｆも零になる。

モータ（１）が正転駆動されている場合は、第２図
（ｂ）に示すように、第１接続点P1にはモータ制御用PW
M信号に応じたパルス状電圧ｃが現れ、第１サンプルホ
ールド回路（21）の出力ｅはＨレベルに保持される。一
方、第２接続点P2の電圧ｄはほぼ零になり、第２サンプ
ルホールド回路（22）の出力ｆはＬレベルに保持され
る。この状態において、時点T1で、点Ｘにおいてモータ
線の地絡が発生すると、第１接続点P1の電圧ｃが零にな
り、上記同様、時点T1から微小時間経過後の時点T2に第
１サンプルホールド回路（21）の出力ｅがＬレベルにな
る。また、第２接続点P2の電圧ｄはほぼ零のままであ
り、第２サンプルホールド回路（22）の出力ｆもＬレベ
ルのままである。

モータ（１）が逆転駆動されている場合は、第２図
（ｃ）に示すように、第２接続点P2にはモータ制御用PW
M信号に応じたパルス状電圧ｄが現れ、第２サンプルホ
ールド回路（22）の出力ｆはＨレベルに保持される。一
方、第１接続点P1の電圧ｃはほぼ零になり、第１サンプ
ルホールド回路（21）の出力ｅはＬレベルに保持され
る。この状態において、時点T1で、点Ｙにおいてモータ
線の地絡が発生すると、第２接続点P2の電圧ｄが零にな
り、上記同様、時点T1から微小時間経過後の時点T2に第
２サンプルホールド回路（21）の出力ｆがＬレベルにな
る。また、第１接続点P1の電圧ｃはほぼ零のままであ
り、第１サンプルホールド回路（21）の出力ｆもＬレベ
ルのままである。

これをまとめると、次のようになる。

すなわち、非通電状態では、正常時には、２つのサン
プルホールド回路（21）（22）の出力ｅおよびｆがいず
れもＨレベルであるが、異常発生時には、出力ｅおよび
ｆのいずれもＬレベルになる。正転駆動状態では、正常
時には、第１サンプルホールド回路（21）の出力ｅはＨ
レベル、第２サンプルホールド回路（22）の出力ｆはＬ
レベルであるが、異常発生時には、出力ｅおよびｆのい
ずれもＬレベルになる。逆転駆動状態では、正常時に
は、第１サンプルホールド回路（21）の出力ｅはＬレベ
ル、第２サンプルホールド回路（22）の出力ｆはＨレベ
ルであるが、異常発生時には、出力ｅおよびｆのいずれ
もＬレベルになる。

これらより、非通電、正転駆動および逆転駆動のいず
れの状態においても、正常時には、２つのサンプルホー
ルド回路（21）（22）の出力ｅおよびｆの論理和（OR）
が１であり、異常が発生すると、これらの論理和が０に
なる。したがって、制御装置（９）において、２つのサ
ンプルホールド回路（21）（22）の出力ｅおよびｆの論
理和が０になった状態が所定時間持続することを検出す
るだけで、非通電、通電に関係なく、異常の検出ができ
る。

正転駆動状態で、点Ｙにおいて地絡が発生した場合、
第１接続点P1と地絡発生点Ｙとの間にモータ（１）があ
るため、第１接続点P1の電圧ｃは零にならず、２つのサ
ンプルホールド回路（21）（22）の出力ｅおよびｆの論
理和は０にならない。ところが、地絡により電流検出用
抵抗（10）に電流が流れなくなるので、従来と同様に電
流検出回路（11）の検出電流と制御装置（９）で演算さ
れた電流指令値との比較により異常を検出することがで
きる。この場合、電流はパワートランジスタ（2a）とモ
ータ（１）の電機子抵抗を通って流れるので、パワート
ランジスタ（2a）に流れる電流が異常に大きくなること
がなく、異常検出に時間がかかっても、過電流によるパ
ワートランジスタ（2a）の破壊の可能性は小さい。そし
て、仮に電流検出用抵抗（10）に電流が流れなくなるこ
とによる従来同様の異常検出を行なわなかったとして
も、次に非通電状態または逆転駆動状態になったとき
に、第２図（ａ）および（ｂ）について説明したように
異常が検出できる。逆転駆動状態で、点Ｘにおいて地絡
が発生した場合についても、同様である。

発明の効果 この発明の電動式パワーステアリング装置によれば、
上述のように、パワー素子の通電、非通電に関係なく、
モータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常を短時間に検
出することができ、このような異常発生に対して、迅速
に電動モータによる操舵力補助を禁止できる。このた
め、モータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常が発生し
ても、モータ駆動素子の破壊、火災の発生等を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す電動式パワーステアリ
ング装置全体の概略電気ブロック図、第２図はサンプル
ホールド回路およびプルアップ回路の動作を示すタイム
チャート、第３図は従来例を示す電気ブロック図であ
る。 （１）……電動モータ、（３）……モータ駆動回路、
（2a）（2b）（2c）（2d）……パワートランジスタ、
（６）……フェイルリレー回路、（７）……トルクセン
サ、（９）……制御装置、（21）（22）……サンプルホ
ールド回路、（26）（27）……プルアップ回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵力を補助するための電動モータと、ブ
   リッジ接続された２つの正転用パワー素子および２つの
   逆転用パワー素子を有するモータ駆動回路と、ステアリ
   ングシャフトの入力トルクを検出するトルクセンサと、
   トルクセンサの検出トルク等に基づいてモータ駆動回路
   のパワー素子によりモータの断続および極性の切替えを
   行ない操舵力補助量を制御するモータ制御手段とを備え
   た電動式パワーステアリング装置において、 一方の正転用パワー素子と逆転用パワー素子の第１直列
   接続点に常時電圧を印加する第１プルアップ回路、第１
   直列接続点の電圧を検出する第１サンプルホールド回
   路、他方の正転用パワー素子と逆転用パワー素子の第２
   直列接続点に常時電圧を印加する第２プルアップ回路、
   第２直列接続点の電圧を検出する第２サンプルホールド
   回路、第１および第２サンプルホールド回路の出力に基
   づいてモータ駆動回路の異常を検出する異常検出手段、
   ならびに異常検出手段によって異常が検出されたときに
   電動モータによる操舵力補助を禁止する手段を備えてい
   ることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。