JP3748521B2 - 負荷電流検出方法および装置と電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気的負荷の故障検出に関するものであり、特に電動パワーステアリング装置等の負荷の短絡故障を検出する負荷短絡故障検出方法および装置と電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置にける負荷短絡故障検出方法としては、例えば特開平２−１６２１５９号公報に開示されているように、モータ駆動回路内に電流検出手段を設け、ステアリングモータの駆動電流（負荷電流）を検出し、検出された電流値が設定された所定の範囲内にあるかどうかを判別することで、負荷であるステアリングモータが短絡状態になったかどうかを判定する方法が用いられれている。
【０００３】
また、特開平３−２５６５１４号公報には、前記モータと同じ誘導性負荷である電気駆動型のアクチュエータの短絡状態を検知する方法として、アクチュエータ駆動回路内に負荷電流検出手段を設けて負荷電流を検出し、検出された電流値と予め設定された駆動電流の最小値及び最大値とを比較することにより前記アクチュエータの短絡状態を検知する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の負荷短絡故障検出方法においては、例えば、急激なステアリング操作等によって一時的に過大な負荷電流が流れた場合でも、モータ（またはアクチュエータ）が短絡状態になったと誤検出してしまい、装置に異常がないにもかかわらず、装置を停止するなどの誤動作が行われてしまうという欠点があった。
【０００５】
ところで、特開昭６１−１６９３６６号公報には、電動パワーステアリング装置において、負荷（モータ）の短絡故障を検出する際に、短絡判定時間を設定することにより前記誤検出を防止する方法が開示されている。
【０００６】
図１３は、前記電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１３において、１はステアリングホイール、２は操舵トルクを検出するトルクセンサ、３はタイヤ、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、５はモータ４に電流を供給する電源、６はモータ４に流れる電流を検出する負荷電流検出手段、７はトルクセンサ２による操舵トルク検出値と負荷電流検出手段６による負荷電流検出値に基づいてモータ駆動電流（負荷電流）を制御する負荷電流制御手段、８は負荷電流制御手段７の出力に応じて負荷としてのモータ４を駆動する負荷駆動手段である。
【０００７】
また、同図において、９は前記モータ４の短絡故障を判定するとともに、モータ４が短絡故障であると判定した場合に、モータ４への電源の供給を遮断するフェールセーフ処置を講ずる負荷短絡故障判定手段、１０は負荷電流検出手段６による負荷電流検出値が、負荷の短絡と考えられる所定の電流値を越えているか否かを判定する短絡電流判定手段、１１は短絡故障判定のためのプログラムが格納されたマイクロコンピュータ、１２は負荷短絡故障判定手段９が故障と判定した場合に、モータ４への電源５の供給を遮断するための電源スイッチ手段である。
【０００８】
次に、前記構成の電動パワーステアリング装置における負荷短絡故障の検出方法について説明する。まず、負荷駆動手段８により駆動されるモータ４に流れる負荷電流は、負荷電流検出手段６によって検出されて短絡電流判定手段１０に入力される。短絡電流判定手段１０は、入力された負荷電流の検出値が所定の設定値（短絡電流判定値）を越えているか否かを判定し、この判定結果をマイクロコンピュータ１１に入力する。
【０００９】
ここで、モータ４が短絡故障の状態で駆動されているときには、モータ４には過大な負荷電流（短絡電流）が流れるため、前記短絡電流判定値を短絡電流に相当する値に設定することによって、マイクロコンピュータ１１は短絡故障を検知することができる。このとき、マイクロコンピュータ１１は、前記短絡電流が継続する時間を計測し、この継続時間が所定の設定時間（短絡判定時間）を越える場合にはモータ４が短絡故障であると判断する。
【００１０】
マイクロコンピュータ１１は、短絡故障と判断すると、電源スイッチ手段１２を開き、電源５とモータ４の接続を遮断するフェールセーフ処置を講ずる。一方、負荷電流の検出値が短絡判定時間に至る前に短絡電流判定値を下回った場合には、前記過大な負荷電流は、目標電流の急激な変化等による過渡的な大電流であり、短絡故障によるものではないと判断し、フェールセーフ処置を講ずることなく、電動パワーステアリングの制御を続行する。
【００１１】
しかしながら、従来の負荷短絡制御装置は、上述したように、負荷電流検出手段６により検出された負荷電流を負荷電流制御手段７にフィードバックして、負荷駆動手段８を保護せしめるように、モータ４の駆動電流を制御するように構成されているので、負荷の短絡や負荷への配線の地絡といった負荷短絡故障時にモータ４へ流れる負荷電流（短絡電流）は発振状態になる。
【００１２】
したがって、前記短絡電流は、単にその振幅が急増するのではなく、その振幅が前記短絡電流判定値の前後で変動するため、計測された短絡電流の継続時間は前記短絡判定時間に至らないので、前記従来の負荷短絡制御装置では、負荷短絡故障を検出することができず、したがって、警報等のフェールセーフ処置を講ずることができないという問題点があった。
【００１３】
この欠点を解決するために、本出願人は、特開平１０−１９１５５１号公報に示すように、負荷電流駆動手段８と、負荷電流制御手段７と、負荷電流検出手段６と、負荷短絡故障判定手段９とを備え、負荷電流の検出値が、第１の所定時間内に所定値を越える状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定するようにした発明を出願している。
【００１４】
しかしながら、上述の負荷電流検出手段６により検出された負荷電流を負荷電流制御手段７にフィードバックして、負荷駆動手段８を保護せしめるように、モータ４の駆動電流を制御するように構成されているので、負荷の短絡や負荷への配線の地絡といった負荷短絡故障時に、モータ４へ流れる負荷電流（短絡電流）が発振状態になり、目標電流が小さい時や、大電流であってもフィードバック制御の性能によっては、発振状態であっても確実に短絡電流が所定値を超える状態が安定しては継続せず、このため負荷短絡故障を検出することができず、したがって、警報等のフェールセーフ処置を講ずることができないという問題点があった。
【００１５】
この発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合には誤検出することのない負荷短絡故障検出方および装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、負荷短絡故障判定後も確実に負荷駆動手段を保護するとともに、負荷短絡故障判定結果を運転者等に警告することのできる負荷短絡故障検出装置を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、前記負荷短絡故障検出装置を具備す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する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る負荷短絡故障検出方法は、負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定するものである。
【００１７】
また、この発明に係る負荷短絡故障検出装置は、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障判定手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段と、前記判定結果保持手段により保持された短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えたものである。
【００１９】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との所定時間の期間における最大電流偏差を保持する最大電流偏差保持手段と、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流の所定時間の期間における最小パルス幅を保持する最小パルス幅保持手段と、前記最大電流偏差保持手段に保持された最大電流偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記最小パルス幅保持手段に保持された最小パルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えたものである。
【００２０】
また、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、前記判定結果保持手段による短絡判定結果の保持時間を、短絡継続時間の計測周期と等しいかまたはそれ以上とするものである。
【００２１】
また、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差に応じてパルス幅変調制御駆動波形の負荷電流のパルス幅を制御する負荷電流制御手段をさらに備え、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷電流制御手段と前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、負荷短絡故障判定に用いる負荷電流のサンプリング周期を、負荷電流の制御周期と等しいかまたはそれ以下とするものである。
【００２２】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流制御手段の出力に基づいて負荷電流のパルス幅の判定を行うものである。
【００２３】
また、前記負荷短絡故障判定手段により負荷短絡故障と判定した場合には、負荷の駆動を停止する負荷駆動手段をさらに備えたものである。
【００２４】
また、電源または接地と前記負荷駆動手段との間にスイッチ手段を設け、前記負荷短絡故障判定手段により、負荷短絡故障と判定した場合に、前記スイッチ手段を開き、その状態を保持するものである。
【００２５】
また、前記スイッチ手段は、前記負荷駆動手段と負荷が成す閉回路中に設けられたものである。
【００２６】
また、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に警報を発する警報装置をさらに備えたものである。
【００２７】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記負荷駆動手段により駆動され、操舵力を補助するモータをさらに備え、前記負荷電流検出手段は、前記モータに流れる電流を検出し、前記負荷電流制御手段は、モータ電流を制御し、前記負荷短絡故障判定手段は、前記モータの短絡故障を検出するものである。
【００２８】
また、前記モータは、前記スイッチ手段の代わりに、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持するクラッチ手段を備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について図面に基づき説明する。なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については同一符号を用いて説明する。
【００３０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。図１において、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、６はモータ４に流れる電流を検出する負荷電流検出手段、７は目標電流（指示値）と負荷電流検出手段６による負荷電流検出値との偏差に基づいて負荷電流を目標電流に追従させるようにＰＷＭ駆動波形の駆動パルス幅を計算し負荷電流（モータ駆動電流）を制御する負荷電流制御手段、８は負荷電流制御手段７の出力に応じて負荷としてのモータ４を駆動する負荷駆動手段である。
【００３１】
また、同図において、９０は前記モータ４の短絡故障を判定する負荷短絡故障判定手段であり、この負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流検出手段６による負荷電流検出値と目標電流値との偏差が負荷短絡と考えられる所定の電流値（短絡電流）を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段９０ａと、負荷電流制御手段７によるＰＷＭ駆動波形の駆動パルス幅が負荷短絡と考えられる所定のパルス幅（短絡パルス幅値）以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段９０ｂと、電流偏差判定手段９０ａ及びパルス幅判定手段９０ｂの判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段９０ｃと、判定結果保持手段９０ｃによって保持されている短絡判定結果が所定時間以上継続して負荷の短絡故障を示す場合に、負荷駆動手段８による負荷の駆動を禁止させると共に、警報手段１５によって警報を発するようにする短絡継続時間判定手段９０ｄとを備えている。
【００３２】
また、図２は、前記実施の形態１の負荷短絡故障検出装置の一回路例を示すものである。図２において、４は負荷としてのモータ、５はモータ４等の負荷に電流を供給する電源、６は負荷電流検出手段であり、ここでは、モータ４と直列に接続されている抵抗器Ｒに流れる電流を検出している。また、８はブリッジ回路を構成する４個のＭＯＳＦＥＴ２４（２４ａ〜２４ｄ）から成る負荷駆動手段である。１１はマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ１６と、制御プログラム等が格納されているＲＯＭ１７と、負荷電流のデータ等を一時的に保持するＲＡＭ１８ａおよび１８ｂと、プログラムの実行周期の管理を行うためのタイマ１９と、負荷電流検出手段６による負荷電流検出値をＣＰＵ１６に読み込むためのＡ／Ｄ変換器２０と、モータ４を駆動する電流のデューテイ比を設定するためのＰＷＭタイマ２１と、Ｉ／Ｏポート２２とを内蔵している。
【００３３】
なお、前記マイクロコンピュータ１１は、図１に示される負荷電流制御手段７と、電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃ、および短絡継続時間判定手段９０ｄから成る負荷短絡故障判定手段９０の機能を達成するものである。
【００３４】
また、１２は負荷駆動手段８と電源５との接続または遮断を行う電源スイッチ手段であり、ここではリレーを用いている。１５は警報手段であり、ここではランプを用いている。なお、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４ａ、２４ｂは、マイクロコンピュータ１１のＰＷＭタイマ２１にバッファ２３を介して接続されており、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４ｃ、２４ｄと電源スイッチ手段１２と警報手段１５は、マイクロコンピュータ１１のＩ／Ｏポート２２にバッファ２３を介して接続されている。
【００３５】
次に、前記回路の負荷電流制御手段７と負荷短絡故障判定手段９０の基本動作について説明する。まず、負荷電流制御手段７として機能するＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された検出電流をＡ／Ｄ変換器２０を介して所定時間毎に読み込み、与えられた所定の目標電流（指示値）と前記検出電流とを一致させるように偏差からモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅）を演算する。
【００３６】
次に、負荷短絡故障判定手段９０としして機能するＣＰＵ１６は、負荷短絡故障か否かを判定し、正常である場合には、前記デューティ比と所望の通電方向に応じて、ＰＷＭタイマ２１とＩ／Ｏポート２２を設定し、バッファ２３と負荷駆動手段８を介してモータ４をＰＷＭ駆動する。
【００３７】
ここで、モータ４のＰＷＭ駆動は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ２４ａのデューティ比が所定の値に設定され、ＭＯＳＦＥＴ２４ｂのデューティ比が０％（ＭＯＳＦＥＴ２４ｂはオフ）に設定され、同時に、Ｉ／Ｏポート２２によってＭＯＳＦＥＴ２４ｃはオフで、ＭＯＳＦＥＴ２４ｄはオンに設定されると、モータ４の駆動電流が、ＭＯＳＦＥＴ２４ａがオンのときには、図２の実線に示すような経路Ｉａに従って流れるものである。また、ＭＯＳＦＥＴ２４ａがオフのときには、モータ４の駆動電流は、図２の点線に示すような経路Ｉｂに従って流れるものである。
【００３８】
一方、負荷短絡故障判定手段９０として機能するＣＰＵ１６は、短絡故障と判定した場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにするようにＰＷＭタイマ２１とＩ／Ｏポート２２とを設定するとともに、警報手段１５を作動させ警報し、電源スイッチ手段１２を開きモータ４と電源５の接続を遮断するようにＩ／Ｏポート２２を設定する。
【００３９】
以上の基本動作の中で、負荷短絡故障判定手段９０の電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を、図３に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。なお、このフローチャートに示される処理は、負荷短絡故障判定手段９０をソフトウエアで構成した場合に、一定周期Ｔ１で呼び出されて実行されるものであり、その周期Ｔ１は、モータ４の駆動電流の制御周期である。
【００４０】
まず、ＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された負荷電流検出値をＡ／Ｄ変換器２０を介して一定のサンプリング時間Ｔ１毎に読み込み（ステップＳ３１）、指示値との偏差（△Ｉ）を求めると共に、モータ電流をフィードバック制御すべくモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）を演算する（ステップＳ３２，Ｓ３３）。
【００４１】
次に、ＣＰＵ１６は、ステップＳ３２において読み込んだ電流偏差の値が、短絡電流が流れていると考えられる第１の判定値以上か否かを判定し（ステップＳ３４ａ）、電流偏差の値が短絡電流が流れていると考えられる第１の判定値を超える場合には、ＲＡＭ１８ａに「１」をストアし（ステップＳ３５ａ）、負荷電流検出値が正常と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「０」をストアする（ステップＳ３６ａ）。但し、前記ＲＡＭ１８ａには、現在から予め設定された保持時間Ｔ２前までの期間の判定結果がストアされ、古い判定結果は順次抹消されるものとする。なお、前記ステップＳ３５ａとＳ３６ａは判定結果保持手段９０ｃに相当する。
【００４２】
また、ＣＰＵ１６は、ステップＳ３３において計算したモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）値が、負荷短絡と考えられるデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）値以下か否かを判定し（ステップＳ３４ｂ）、デューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）が負荷短絡と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「１」をストアし（ステップＳ３５ｂ）、デューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）が正常と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「０」をストアする（ステップＳ３６ｂ）。但し、前記ＲＡＭ１８ｂには、現在から予め設定された保持時間Ｔ２前までの期間の判定結果がストアされ、古い判定結果は順次抹消されるものとする。なお、前記ステップＳ３５ｂとＳ３６ｂは判定結果保持手段９０ｃに相当する。
【００４３】
続いて、後述するような負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄにより決定される故障フラグの状態を調べ（ステップＳ３７）、故障フラグが「０」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が正常）であった場合にはステップＳ３３で演算されたデューティ比に従って負荷駆動手段８によりモータ４をＰＷＭ駆動する（ステップＳ３８）。また、故障フラグが「１」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が負荷短絡故障）である場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにし、モータ４の駆動を停止する（ステップＳ３９）。前記ステップＳ３７〜Ｓ３９は負荷駆動手段８に相当する。
【００４４】
次に、前記ステップＳ３５ａまたはＳ３６ａによりＲＡＭ１８ａに、前記ステップＳ３５ｂまたはＳ３６ｂによりＲＡＭ１８ｂに順次ストアされた保持時間Ｔ２の期間の判定結果を用いて負荷短絡故障を判定するプログラム、すなわち、負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄをソフトウエアで構成した場合の動作について、図４に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００４５】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂに順次ストアされた保持時間Ｔ２の期間の判定結果を調べ（ステップＳ４１）、過去Ｔ２時間の判定結果が全て正常（すべて「０」がストア）であった場合には、短絡継続時間計測用のカウンタをクリアし（ステップＳ４２）、判定結果が１回でも短絡と判定されている場合には、前記カウンタを「１」増し（ステップＳ４３）、短絡継続時間の計測を続行する。そして、前記カウンタによる短絡継続時間の計測結果が所定の短絡判定時間Ｔｚを越えているか否かを判定し（ステップＳ４４）、越えている場合は故障フラグに「１」をセットする（ステップＳ４５）。
【００４６】
最後に、前記故障フラグの状態を調べ（ステップＳ４６）、故障と判定されている場合には、警報手段１５で警報し、電源スイッチ手段１２を開き、負荷駆動手段８への電源供給を遮断する（ステップＳ４７）。正常と判定されている場合には、警報手段１５を消灯し、電源スイッチ手段１２を閉じ、負荷駆動手段８へ電源を供給する（ステップＳ４８）。
【００４７】
なお、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３７の故障フラグの状態は、前記ステップＳ４４の判定結果に基づき決定されるので、故障と判定されている場合には、上述したように、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４は全てオフになり、モータ４の駆動は停止される。
【００４８】
ここで、前記故障フラグは、マイクロコンピュータ１１のパワーオンリセット後に「０」に初期化し、「１」をセット後はマイクロコンピュータ１１の電源が遮断されるまで「１」の状態を保持するものとする。また、以上のステップＳ４１からＳ４８までの処理は一定周期Ｔ３で呼び出されて実行される（この周期Ｔ３を短絡継続時間の計測周期という）。
【００４９】
ここで、負荷が短絡故障を起こした場合の動作について、図５を参照しながら詳細に説明する。負荷電流制御手段７により誘導負荷であるモータ４をＰＷＭ駆動すると、負荷電流は、目標電流を中心とし、傾きが負荷の電気的時定数τで定まり、周波数がＰＷＭの搬送周波数の三角波状となる。
【００５０】
ＰＷＭの搬送波の周期を時定数τよりも十分短く設定すると、正常時における負荷電流検出値は目標値に等しい一定値と見做せるが、図５（ａ）に示すように、ｔ＝ｔxで、モータ４に短絡故障が発生したとすると、短絡時には負荷駆動手段８から見たインダクタンスと抵抗は極めて小さくなるので、負荷電流は急激に増加し、負荷電流検出値は目標電流に対して過大となり偏差が大きくなる。すると、負荷電流制御手段７は、負荷電流を減少させるべく作用するので、ＰＷＭデューティ比の演算結果は０％近傍になる。
【００５１】
モータ４がデューティ比０％近傍で駆動されると、正常時には前記時定数τで減少する負荷電流は、負荷駆動手段８から見たインダクタンスが無視できるため、急速に減少する。したがって、このときの負荷電流検出値は目標電流を下回るので、負荷電流制御手段７は負荷電流を増加すべくＰＷＭデューティ比の演算結果を増加させるため、負荷電流検出値は再び目標電流に対して過大となる。以上の動作を繰り返すため、負荷電流の検出値及び偏差は、ｔ＝０〜ｔxでは一定値（目標電流）となるが、ｔ＞ｔxでは、図５（ａ）に示すように、矩形波状の発振波形となると同時に、ＰＷＭデューティ比の演算結果も０％近傍と大きな値の繰り返し（発振）状態となる。
【００５２】
電流偏差判定手段９０ａ及びパルス幅判定手段９０ｂは、図５（ａ）に示すように、各検出電流値に対する判定結果を順次ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂにストアする。前記例において、判定結果はｔ＜ｔxでは全て正常「０」で、ｔ＞ｔxでは短絡「１」と正常「０」とを繰り返す。
【００５３】
そして、短絡継続時間判定手段９０ｄは、判定結果保持手段９０ｃに保持された保持時間Ｔ２の期間の判定結果を調べ、短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例においては、図５（ｂ）に示すように、ｔ＜ｔxでは短絡継続時間の計測周期Ｔ３ごとに計測カウンタはクリアされ、ｔ＞ｔxでは周期Ｔ３毎に計測カウンタの値が「１」ずつ増加し、前記計測カウンタの値が短絡判定時間Ｔｚを越えると、短絡継続時間判定手段９０ｄは、負荷短絡故障と判定し、図５（ｃ）に示すように、故障フラグに「１」がセットされる。
【００５４】
故障フラグに「１」がセットされると、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３９及び図４に示すフローチャートにおけるステップＳ４７で示したように、負荷駆動手段８によるモータ４の駆動が停止されるとともに、電源スイッチ手段１２が開かれ、警報手段１５より警報が発せられる。なお、上述したような短絡故障の場合でも、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により、負荷駆動手段８の負荷電流の平均値は制限されるので、負荷駆動手段８は焼損に至ることなく保護される。
【００５５】
一方、負荷電流が目標電流の急激な変化等のために一時的にオーバーシュートした場合の動作について、図６を参照して説明する。例えば、目標電流がＩ１からＩ２に上昇した場合、負荷電流制御手段７は、負荷電流を前記目標電流Ｉ２に近づけようと、ＰＷＭデューティ比の演算結果を増加させる。目標電流の変化幅が小さい場合には、前記デューティ比の変化も小さいので、負荷電流は滑らかに前記目標電流Ｉ２に向かって増大するが、目標電流の変化幅が大きい場合には、前記デューティ比の変化も大きいので、負荷電流は急激に増大し、図６（ａ）に示すように、オーバーシュートを起こす。しかし、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷電流は減少させられ目標電流値に戻る。
【００５６】
また、電流偏差判定手段９０ａによりＲＡＭ１８ａに順次ストアされる判定結果は、図６（ａ）に示すように、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間内では、短絡「１」となることがあるが、他は正常「０」である。一方、パルス幅判定手段９０ｂによりＲＡＭ１８ｂに順次ストアされる判定結果は、図６（ｄ）に示すように、短絡「１」になることは無い。
【００５７】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、前記ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂの両方の判定結果を周期Ｔ３毎に読み込み短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例では、図６（ｂ）に示すように、計測カウンタの値は、全ての判定結果が正常「０」であるので、前記計測カウンタは常にクリアされる。したがって、この場合は負荷短絡故障とは判定されず、図６（ｃ）に示すように、故障フラグは「１」にセットされない。すなわち、負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流値がある期間短絡判定電流偏差値を越えることがあっても、短絡判定パルス幅が判定値を下回らない場合には、負荷電流の急増は目標電流の急激な変化等のための一時的にオーバーシュートであって、負荷短絡による過大な電流ではないと判定するものである。
【００５８】
このように、本実施の形態１によれば、過大な負荷電流が流れた場合、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷駆動手段８を保護するとともに、それが負荷短絡故障か否かを適切に判断し、負荷短絡故障であれば早急にモータ４の駆動を停止し、モータ４を電源から切り離し、警報を発するようにすることができる。
【００５９】
なお、短絡判定を行うための偏差を判定する電流値としては、前記本実施の形態１に示したように、負荷電流のフィードバック制御のために読み込んだ負荷電流検出値そのものを用いると処理が簡単になる。また、短絡故障時の短絡電流の発振周期は負荷電流制御手段７の制御周期Ｔ１より短くは成り得ないので、短絡故障判定のための負荷電流のサンプリング周期は、前記制御周期Ｔ１以下であれば十分である。一方、故障の誤検出を防ぐためには、短絡判定時間Ｔｚは電流制御の整定時間よりも十分長く、かつ、危険に至る前にフェールセーフ処置を講ずることのできる時間（例えば、数１０ｍｓｅｃ）に設定すればよい。
【００６０】
また、前記制御周期Ｔ１は、負荷の電気的時定数よりも十分短く（例えば、数１００ｍｓｅｃ）とするのが一般的である。更に、短絡継続時間の計測周期Ｔ３は、前記短絡判定時間Ｔｚより十分短く（例えば、数ｍｓｅｃ）に設定するのが望ましい。また、短絡判定結果の保持時間Ｔ２は、少なくとも前記計測周期Ｔ３よりも長くしておけば確実に短絡故障を検出することができる。
【００６１】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。図７に示す実施の形態２では、図１に示す判定結果保持手段９０ｃに代えて、最大電流偏差保持手段９０ｅと最小パルス幅保持手段９０ｆとを備え、電流偏差検出値の判定結果をＲＡＭ１８ａに、パルス幅判定値の判定結果をＲＡＭ１８ｂにそれぞれストアし、所定時間Ｔ２保持する代わりに、所定時間Ｔ２内の最大電流偏差と最小パルス幅を保持し、モータ４の負荷短絡故障の判定を行うものである。
【００６２】
また、回路例としては、図２に示す実施の形態１と同一であり、マイクロコンピュータ１１は、図７に示される負荷電流制御手段７と、最大電流偏差保持手段９０ｅ、最小パルス幅保持手段９０ｆ、電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、短絡継続時間判定手段９０ｄから成る負荷短絡故障判定手段９０の機能を達成するものである。
【００６３】
次に、最大電流偏差保持手段９０ｅと最小パルス幅保持手段９０ｆの動作について、図８に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、図８に示すフローチャートの処理は、負荷電流制御手段７と負荷短絡故障判定手段９０ヲソフトウエアで構成した場合に一定周期Ｔ１で呼び出されて実行される。（この周期Ｔ１は、モータ４の駆動電流の制御周期である。）
【００６４】
まず、ＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された負荷電流検出値をＡ／Ｄ変換器２０を介して一定のサンプリング時間Ｔ１毎に読み込み（ステップＳ８１）、指示値との偏差を求めると共に、モータ電流をフィードバック制御すべくモータ４の駆動電流のデューティ比を演算する（ステップＳ８２，Ｓ８３）。
【００６５】
次に、ＣＰＵ１６は、ＲＡＭ１８ａにストアされている最大電流偏差値の保持時間ｔpが前記所定時間Ｔ２を越えているかどうかを判断し（ステップＳ８４ａ）、ｔp＜Ｔ２であれば、最新入力の電流偏差検出値と前記最大電流偏差値とを比較する（ステップＳ８５ａ）。そして、前記最新入力の電流偏差検出値が前記最大電流偏差値を越えている場合には、最大電流値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ａ）と共に、この最新入力の負荷電流検出値を最大電流偏差値とする（ステップＳ８７ａ）。なお、ｔp＞Ｔ２であっても、最大電流値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ａ）と共に（前記比較をする事なく）、最新入力の負荷電流検出値を最大電流偏差値とする（ステップＳ８７ａ）。また、前記ステップＳ８５ａにおいて、最新入力の電流偏差検出値が最大電流偏差値を越えていない場合には、最大電流値の保持時間計測カウンタを「１」増加させる（ステップＳ８８ａ）。ここで、前記ステップＳ８４ａからＳ８８ａは、最大電流偏差保持手段９０ｅに相当する。
【００６６】
また、ＣＰＵ１６は、ＲＡＭ１８ｂにストアされている最小パルス幅値の保持時間ｔpが前記所定時間Ｔ２を越えているかどうかを判断し（ステップＳ８４ｂ）、ｔp＜Ｔ２であれば、最新入力の電流偏差検出値と前記最大電流偏差値とを比較する（ステップＳ８５ｂ）。そして、前記最新入力のモータ駆動パルス幅値が前記最小パルス幅値を下回っている場合には、最小パルス幅値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ｂ）と共に、この最新入力のパルス幅値をパルス幅値とする（ステップＳ８７ｂ）。なお、ｔp＞Ｔ２であっても、パルス幅値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ｂ）と共に（前記比較をする事なく）、最新入力のパルス幅値をパルス幅値とする（ステップＳ８７ｂ）。また、前記ステップＳ８５ｂにおいて、最新入力のパルス幅値がパルス幅値を下回っていない場合には、パルス幅値の保持時間計測カウンタを１増加させる（ステップＳ８８ｂ）。ここで、前記ステップＳ８４ｂからＳ８８ｂは最小パルス幅保持手段９０ｆに相当する。
【００６７】
続いて、後述するような負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄにより決定される故障フラグの状態を調べ（ステップＳ８９）、故障フラグが「０」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が正常）であった場合にはステップＳ８３で演算されたデューティ比に従って負荷駆動手段８によりモータ４をＰＷＭ駆動する（ステップＳ９１）。また、故障フラグが「１」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が負荷短絡故障）である場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにし、モータ４の駆動を停止する（ステップＳ９０）。
【００６８】
次に、前記ステップＳ８４ａ〜Ｓ８８ａによりＲＡＭ１８ａにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差値と前記ステップＳ８４ｂ〜Ｓ８８ｂによりＲＡＭ１８ｂにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最小パルス幅値を用いて負荷短絡故障を判定するプログラム、すなわち、負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄをソフトウエアで構成した場合の動作について、図９に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００６９】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、ＲＡＭ１８ａにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差値と短絡電流偏差判定値とを比較し（ステップＳ９２）、前記最大偏差が短絡電流偏差判定値に満たない場合には正常と見做し、短絡継続時間計測カウンタをクリアし（ステップＳ９４）、前記最大電流が短絡電流判定値以上の場合には、ＲＡＭ１８ｂにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最小パルス幅値と短絡判定パルス幅判定値とを比較し（ステップＳ９３）、前記最小パルス幅値が短絡判定パルス幅判定値を下回らない場合には正常と見做し、短絡継続時間計測カウンタをクリアし（ステップＳ９４）、前記最小パルス幅値が短絡判定パルス幅判定値を下回る場合は、前記カウンタを「１」増し（ステップＳ９５）短絡継続時間の計測を続行する。
【００７０】
そして、前記カウンタによる短絡継続時間の計測結果が所定の短絡判定時間Ｔｚを越えているか否かを判定し（ステップＳ９６）、越えている場合は故障フラグに「１」をセットする（ステップＳ９７）。最後に、前記故障フラグの状態を調べ（ステップＳ９８）、故障と判定されている場合には、警報手段１５で警報し、電源スイッチ手段１２を開き、負荷駆動手段８への電源供給を遮断する（ステップＳ９９）。正常と判定されている場合には、警報手段１５を消灯し、電源スイッチ手段１２を閉じ、負荷駆動手段８へ電源を供給する（ステップＳ１００）。
【００７１】
なお、図８に示すフローチャートのステップＳ８９の故障フラグの状態は、前記ステップＳ８９６判定結果に基づき決定されるので、故障と判定されている場合には、上述したように、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４は全てオフになり、モータ４の駆動は停止される。また、以上のステップＳ９２からＳ１００までの処理は一定周期Ｔ３で呼び出されて実行される（この周期Ｔ３を短絡継続時間の計測周期という）。
【００７２】
ここで、負荷が短絡故障を起こした場合の動作について、図１０を参照しながら詳細に説明する。負荷電流制御手段７により誘導負荷であるモータ４をＰＷＭ駆動すると、正常時における負荷電流検出値は、図１０（ａ）に示すように、目標値に等しい一定値となる。ここで、ｔ＝ｔxで、モータ４に短絡故障が発生したとすると、負荷電流検出値は矩形波状の発振波形となる。したがって、ＲＡＭ１８ａにストアされる最大電流偏差値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致しゼロ値であり、ｔ＞ｔxでは短絡電流判定値よりも大きな偏差の値になる。したがって、ＲＡＭ１８ａに順次ストアされる最大電流偏差値は、図１０（ｂ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に増加する。
【００７３】
次に、ＲＡＭ１８ｂにストアされる最小パルス幅値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致し所定値であり、ｔ＞ｔxでは短絡電流を抑える為、約ゼロと別の値の発振（振動）した値になる。したがって、ＲＡＭ１８ｂに順次ストアされる最小パルス幅値は、図１０（ｆ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に減少する。そして、短絡継続時間判定手段９０ｄは、最大電流偏差保持手段９０ｅに保持された保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差とパルス幅最小値の両方を調べ、短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。
【００７４】
前記例においては、図１０（ｃ）に示すように、ｔ＜ｔxでは短絡継続時間の計測周期Ｔ３ごとに計測カウンタはクリアされ、ｔ＞ｔxでは周期Ｔ３毎に計測カウンタの値が１ずつ増加し、前記計測カウンタの値が短絡判定時間Ｔｚを越えると、短絡継続時間判定手段９０ｄは負荷短絡故障と判定し、図１０（ｄ）に示すように、故障フラグに「１」がセットされる。
【００７５】
故障フラグに「１」がセットされると、図８に示すステップＳ９０及び図９に示すステップＳ９９で示したように、負荷駆動手段８によるモータ４の駆動が停止されるとともに、電源スイッチ手段１２が開かれ、警報手段１５より警報が発せられる。なお、上述したような短絡故障の場合でも、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により、負荷駆動手段８の負荷電流の平均値は制限されるので、負荷駆動手段８は焼損に至ることなく保護される。
【００７６】
一方、負荷電流が目標電流の急激な変化等のために一時的にオーバーシュートした場合の動作について、図１１を参照して説明する。同図（ａ）に示すように、負荷電流が、オーバーシュートを起こしたとき、ＲＡＭ１８ａに順次ストアされる最大電流偏差値は、図１１（ｂ）に示すように、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間のみ短絡電流判定値を越えている。次に、ＲＡＭ１８ｂにストアされる最小パルス幅値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致し所定値であり、ｔ＞ｔxではオーバーシュート電流を抑える為、短時間新しい目標値を中心とした振動した値になる。したがって、ＲＡＭ１８に順次ストアされる最小パルス幅値は、図１１（ｆ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に微小変動するが、判定値は下回らない。
【００７７】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、前記最大電流偏差値と最小パルス幅値を周期Ｔ３毎に読み込み短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例では、図１１（ｃ）に示すように、計測カウンタの値は、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間も、次の周期Ｔ３（オーバーシュートが終わった最初の区間）も短絡判定値に満たないので、前記計測カウンタは常にクリアされる。したがって、この場合は負荷短絡故障とは判定されず、図１１（ｄ）に示すように、故障フラグは１にセットされない。すなわち、負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流値の最大値がある期間短絡電流判定値を越えることがあっても、最小パルス幅値が判定値を下まわら無い場合には、負荷電流の急増は目標電流の急激な変化等による一時的にオーバーシュートであって、負荷短絡による過大な電流ではないと判定するものである。
【００７８】
このように、本実施の形態２によれば、過大な負荷電流が流れた場合、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷駆動手段８を保護するとともに、それが負荷短絡故障か否かを適切に判断し、負荷短絡故障であれば早急にモータ４の駆動を停止し、モータ４を電源から切り離し、警報を発するようにすることができる。また、最大電流偏差値を用いることにより、短絡故障判定のための負荷電流のサンプリング周期を長く設定できるため、ＣＰＵ１６の負荷を軽減することができる。
【００７９】
また、前記例においては、最大偏差電流保持手段２５は最大偏差電流が保持されてＴ２経過するか、最新入力の負荷電流検出値からの偏差値が保持されている最大偏差電流よりも大きい場合に最大電流偏差値を最新入力の偏差値に更新していたが、過去Ｔ２時間分の負荷電流検出値を保持し、そのうち最大のものを最大電流として、負荷短絡故障の判定を行うこともできる。ところで、前記実施の形態２においては、最大電流偏差保持手段９０ｅをソフトウエアで構成していたが、ホールド時間がＴ２のピークホールド回路を用いて最大電流偏差値を検出して、負荷短絡故障の判定を行っても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８０】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１２において、１はステアリングホイール、２は操舵トルクを検出するトルクセンサ、３はタイヤ、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、２６はモータ４の出力トルクを操舵系に伝達する減速器、５はモータ４に電流を供給する電源、２９は前記実施の形態１または実施の形態２に示した負荷短絡故障検出装置を備えた電動パワーステアリングのコントロールユニット、２７は前記負荷短絡故障検出装置の負荷駆動手段８とモータ４が成す閉回路中に挿入されたモータスイッチ手段、２８はイグニッションスイッチ、１５はモータ４の短絡故障時に警報を発する警報手段である。
【００８１】
次に、前記構成の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。正常時にはコントロールユニット２９は、トルクセンサ２が検出した操舵トルクと車速信号に応じて、運転者が適切な操舵力でステアリングホイール１の操作ができるように、モータ４からトルクを発生させており、モータ４の出力トルクは、減速器２６を介して操舵系に伝達されている。
【００８２】
また、モータ４の端子間の短絡故障が発生した場合、モータスイッチ手段２７は負荷短絡故障検出装置により故障を検出し、モータ４の駆動を停止し、コントロールユニット２９の負荷短絡故障検出装置に内蔵された電源スイッチ手段１２を開き、警報手段１５により運転者に警報する。
【００８３】
ここで、モータ４は、短絡すると回転速度に比例した制動力を発生する（発電ブレーキ）。したがって、この故障の場合には、速く操舵すると操舵力が増加することになる。そこで、本実施の形態においては、負荷駆動手段８とモータ４が成す閉回路中にモータスイッチ手段２７を挿入し、コントロールユニット２９が負荷の短絡故障を検出すると、前記フェールセーフ処置に加え、モータスイッチ手段２７を開き負荷短絡故障時の発電ブレーキを防止する。以上のフェールセーフ処置は、イグニッションスイッチ２８が開放されエンジンが停止するまで保持される。
【００８４】
このように、本実施の形態３によれば、電動パワーステアリング装置における負荷の短絡故障を検出し、速やかにフェールセーフ処置を講ずることができる。なお、モータスイッチ手段２７はコントロールユニット２９内に設けてもよいが、前記例の如く、モータ４とモータスイッチ手段２７を一体化しておけば、モータ４とコントロールユニット２９間の配線の短絡故障によるモータ４の発電ブレーキをも防止することができる。
【００８５】
実施の形態４．
なお、実施の形態３では、モータ４内にモータスイッチ手段２７を設けていたが、モータスイッチ手段２７の代わりにクラッチを設け、モータ４の短絡故障時には、前記クラッチを制御し、モータ４をステアリングから切り離すようにしてもよい。この場合には、モータ４の短絡故障のみならず、モータ４内部の機械的な故障によって操舵力が増加する場合にモータ４をステアリングから切り離す用途にも前記クラッチ３０を使用することができ、より安全な電動パワーステアリング装置を構築することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る負荷短絡故障検出方法によれば、負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定することにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８７】
また、この発明に係る負荷短絡故障検出装置は、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８８】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段と、前記判定結果保持手段により保持された短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８９】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との所定時間の期間における最大電流偏差を保持する最大電流偏差保持手段と、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流の所定時間の期間における最小パルス幅を保持する最小パルス幅保持手段と、前記最大電流偏差保持手段に保持された最大電流偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記最小パルス幅保持手段に保持された最小パルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００９０】
また、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、前記判定結果保持手段による短絡判定結果の保持時間を、短絡継続時間の計測周期と等しいかまたはそれ以上とすることにより、負荷電流のサンプリング周期を長く設定でき、ソフトウエア処理する際のデータ処理の負荷を軽減できる。
【００９１】
また、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差に応じてパルス幅変調制御駆動波形の負荷電流のパルス幅を制御する負荷電流制御手段をさらに備え、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷電流制御手段と前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、負荷短絡故障判定に用いる負荷電流のサンプリング周期を、負荷電流の制御周期と等しいかまたはそれ以下とすることにより、負荷電流のサンプリング周期を長く設定でき、ソフトウエア処理する際のデータ処理の負荷を軽減できる。
【００９２】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流制御手段の出力に基づいて負荷電流のパルス幅の判定を行うことにより、過渡的な過電流による短絡故障の誤検出を防止し確実に短絡故障を検出できる。
【００９３】
また、前記負荷短絡故障判定手段により負荷短絡故障と判定した場合には、負荷の駆動を停止する負荷駆動手段をさらに備えることにより、負荷を保護することができる。
【００９４】
また、電源または接地と前記負荷駆動手段との間にスイッチ手段を設け、前記負荷短絡故障判定手段により、負荷短絡故障と判定した場合に、前記スイッチ手段を開き、その状態を保持することにより、負荷駆動手段に短絡故障があっても負荷電流を遮断することができる。
【００９５】
また、前記スイッチ手段を、前記負荷駆動手段と負荷が成す閉回路中に設けることにより、負荷がモータの場合には、短絡故障に伴う発電ブレーキを防ぐことができる。
【００９６】
また、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に警報を発する警報装置をさらに備えることにより、負荷短絡故障判定後も確実に負荷駆動手段を保護するとともに、負荷短絡故障判定結果を運転者等に警告することができる。
【００９７】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記負荷駆動手段により駆動され、操舵力を補助するモータをさらに備え、前記負荷電流検出手段は、前記モータに流れる電流を検出し、前記負荷電流制御手段は、モータ電流を制御し、前記負荷短絡故障判定手段は、前記モータの短絡故障を検出することにより、モータの駆動回路を保護しながらモータの短絡故障を行うことができ、過渡的な過電流によるモータの短絡故障の誤検出を防止できる。
【００９８】
また、前記モータは、前記スイッチ手段の代わりに、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持するクラッチ手段を備えることにより、負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合には前記クラッチ手段によって前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持することで、より安全な電動パワーステアリングを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の一回路例を示す図である。
【図３】 図１の負荷短絡故障判定手段９０における電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を説明するフローチャートである。
【図４】 図１の負荷短絡故障判定手段９０における短絡継続時間判定手段９０ｄの動作を説明するフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１における負荷短絡故障時の動作を説明する図である。
【図６】 この発明の実施の形態１における負荷電流がオーバーシュートした場合の動作を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。
【図８】 図７の負荷短絡故障判定手段９０における最大電流偏差保持手段９０ｅ、電流偏差判定手段９０ａ、最小パルス幅保持手段９０ｆ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を説明するフローチャートである。
【図９】 図７の負荷短絡故障判定手段９０における短絡継続時間判定手段９０ｄの動作を説明するフローチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態２における負荷短絡故障時の動作を説明する図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２における負荷電流がオーバーシュートした場合の動作を説明する図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 従来の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ モータ、５ 電源、６ 負荷電流検出手段、７ 負荷電流制御手段、８ 負荷駆動手段、１１ マイクロコンピュータ、１２ 電源スイッチ手段、１５ 警報手段、１６ ＣＰＵ、１７ ＲＯＭ、１８ａ，１８ｂ ＲＡＭ、１９ タイマ、２０ Ａ／Ｄ変換器、２１ ＰＷＭタイマ、２２ Ｉ／Ｏポート、２３ バッファ、２４ ＭＯＳＦＥＴ、２７ モータスイッチ手段、９０ 負荷短絡故障判定手段、９０ａ 電流偏差判定手段、９０ｂ パルス幅判定手段、９０ｃ 判定結果保持手段、９０ｄ 短絡継続時間判定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気的負荷の故障検出に関するものであり、特に電動パワーステアリング装置等の負荷の短絡故障を検出する負荷短絡故障検出方法および装置と電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置にける負荷短絡故障検出方法としては、例えば特開平２−１６２１５９号公報に開示されているように、モータ駆動回路内に電流検出手段を設け、ステアリングモータの駆動電流（負荷電流）を検出し、検出された電流値が設定された所定の範囲内にあるかどうかを判別することで、負荷であるステアリングモータが短絡状態になったかどうかを判定する方法が用いられれている。
【０００３】
また、特開平３−２５６５１４号公報には、前記モータと同じ誘導性負荷である電気駆動型のアクチュエータの短絡状態を検知する方法として、アクチュエータ駆動回路内に負荷電流検出手段を設けて負荷電流を検出し、検出された電流値と予め設定された駆動電流の最小値及び最大値とを比較することにより前記アクチュエータの短絡状態を検知する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の負荷短絡故障検出方法においては、例えば、急激なステアリング操作等によって一時的に過大な負荷電流が流れた場合でも、モータ（またはアクチュエータ）が短絡状態になったと誤検出してしまい、装置に異常がないにもかかわらず、装置を停止するなどの誤動作が行われてしまうという欠点があった。
【０００５】
ところで、特開昭６１−１６９３６６号公報には、電動パワーステアリング装置において、負荷（モータ）の短絡故障を検出する際に、短絡判定時間を設定することにより前記誤検出を防止する方法が開示されている。
【０００６】
図１３は、前記電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１３において、１はステアリングホイール、２は操舵トルクを検出するトルクセンサ、３はタイヤ、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、５はモータ４に電流を供給する電源、６はモータ４に流れる電流を検出する負荷電流検出手段、７はトルクセンサ２による操舵トルク検出値と負荷電流検出手段６による負荷電流検出値に基づいてモータ駆動電流（負荷電流）を制御する負荷電流制御手段、８は負荷電流制御手段７の出力に応じて負荷としてのモータ４を駆動する負荷駆動手段である。
【０００７】
また、同図において、９は前記モータ４の短絡故障を判定するとともに、モータ４が短絡故障であると判定した場合に、モータ４への電源の供給を遮断するフェールセーフ処置を講ずる負荷短絡故障判定手段、１０は負荷電流検出手段６による負荷電流検出値が、負荷の短絡と考えられる所定の電流値を越えているか否かを判定する短絡電流判定手段、１１は短絡故障判定のためのプログラムが格納されたマイクロコンピュータ、１２は負荷短絡故障判定手段９が故障と判定した場合に、モータ４への電源５の供給を遮断するための電源スイッチ手段である。
【０００８】
次に、前記構成の電動パワーステアリング装置における負荷短絡故障の検出方法について説明する。まず、負荷駆動手段８により駆動されるモータ４に流れる負荷電流は、負荷電流検出手段６によって検出されて短絡電流判定手段１０に入力される。短絡電流判定手段１０は、入力された負荷電流の検出値が所定の設定値（短絡電流判定値）を越えているか否かを判定し、この判定結果をマイクロコンピュータ１１に入力する。
【０００９】
ここで、モータ４が短絡故障の状態で駆動されているときには、モータ４には過大な負荷電流（短絡電流）が流れるため、前記短絡電流判定値を短絡電流に相当する値に設定することによって、マイクロコンピュータ１１は短絡故障を検知することができる。このとき、マイクロコンピュータ１１は、前記短絡電流が継続する時間を計測し、この継続時間が所定の設定時間（短絡判定時間）を越える場合にはモータ４が短絡故障であると判断する。
【００１０】
マイクロコンピュータ１１は、短絡故障と判断すると、電源スイッチ手段１２を開き、電源５とモータ４の接続を遮断するフェールセーフ処置を講ずる。一方、負荷電流の検出値が短絡判定時間に至る前に短絡電流判定値を下回った場合には、前記過大な負荷電流は、目標電流の急激な変化等による過渡的な大電流であり、短絡故障によるものではないと判断し、フェールセーフ処置を講ずることなく、電動パワーステアリングの制御を続行する。
【００１１】
しかしながら、従来の負荷短絡制御装置は、上述したように、負荷電流検出手段６により検出された負荷電流を負荷電流制御手段７にフィードバックして、負荷駆動手段８を保護せしめるように、モータ４の駆動電流を制御するように構成されているので、負荷の短絡や負荷への配線の地絡といった負荷短絡故障時にモータ４へ流れる負荷電流（短絡電流）は発振状態になる。
【００１２】
したがって、前記短絡電流は、単にその振幅が急増するのではなく、その振幅が前記短絡電流判定値の前後で変動するため、計測された短絡電流の継続時間は前記短絡判定時間に至らないので、前記従来の負荷短絡制御装置では、負荷短絡故障を検出することができず、したがって、警報等のフェールセーフ処置を講ずることができないという問題点があった。
【００１３】
この欠点を解決するために、本出願人は、特開平１０−１９１５５１号公報に示すように、負荷電流駆動手段８と、負荷電流制御手段７と、負荷電流検出手段６と、負荷短絡故障判定手段９とを備え、負荷電流の検出値が、第１の所定時間内に所定値を越える状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定するようにした発明を出願している。
【００１４】
しかしながら、上述の負荷電流検出手段６により検出された負荷電流を負荷電流制御手段７にフィードバックして、負荷駆動手段８を保護せしめるように、モータ４の駆動電流を制御するように構成されているので、負荷の短絡や負荷への配線の地絡といった負荷短絡故障時に、モータ４へ流れる負荷電流（短絡電流）が発振状態になり、目標電流が小さい時や、大電流であってもフィードバック制御の性能によっては、発振状態であっても確実に短絡電流が所定値を超える状態が安定しては継続せず、このため負荷短絡故障を検出することができず、したがって、警報等のフェールセーフ処置を講ずることができないという問題点があった。
【００１５】
この発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合には誤検出することのない負荷短絡故障検出方および装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、負荷短絡故障判定後も確実に負荷駆動手段を保護するとともに、負荷短絡故障判定結果を運転者等に警告することのできる負荷短絡故障検出装置を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、前記負荷短絡故障検出装置を具備す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する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る負荷短絡故障検出方法は、負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定するものである。
【００１７】
また、この発明に係る負荷短絡故障検出装置は、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障判定手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段と、前記判定結果保持手段により保持された短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えたものである。
【００１９】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との所定時間の期間における最大電流偏差を保持する最大電流偏差保持手段と、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流の所定時間の期間における最小パルス幅を保持する最小パルス幅保持手段と、前記最大電流偏差保持手段に保持された最大電流偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記最小パルス幅保持手段に保持された最小パルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えたものである。
【００２０】
また、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、前記判定結果保持手段による短絡判定結果の保持時間を、短絡継続時間の計測周期と等しいかまたはそれ以上とするものである。
【００２１】
また、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差に応じてパルス幅変調制御駆動波形の負荷電流のパルス幅を制御する負荷電流制御手段をさらに備え、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷電流制御手段と前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、負荷短絡故障判定に用いる負荷電流のサンプリング周期を、負荷電流の制御周期と等しいかまたはそれ以下とするものである。
【００２２】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流制御手段の出力に基づいて負荷電流のパルス幅の判定を行うものである。
【００２３】
また、前記負荷短絡故障判定手段により負荷短絡故障と判定した場合には、負荷の駆動を停止する負荷駆動手段をさらに備えたものである。
【００２４】
また、電源または接地と前記負荷駆動手段との間にスイッチ手段を設け、前記負荷短絡故障判定手段により、負荷短絡故障と判定した場合に、前記スイッチ手段を開き、その状態を保持するものである。
【００２５】
また、前記スイッチ手段は、前記負荷駆動手段と負荷が成す閉回路中に設けられたものである。
【００２６】
また、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に警報を発する警報装置をさらに備えたものである。
【００２７】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記負荷駆動手段により駆動され、操舵力を補助するモータをさらに備え、前記負荷電流検出手段は、前記モータに流れる電流を検出し、前記負荷電流制御手段は、モータ電流を制御し、前記負荷短絡故障判定手段は、前記モータの短絡故障を検出するものである。
【００２８】
また、前記モータは、前記スイッチ手段の代わりに、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持するクラッチ手段を備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について図面に基づき説明する。なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については同一符号を用いて説明する。
【００３０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。図１において、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、６はモータ４に流れる電流を検出する負荷電流検出手段、７は目標電流（指示値）と負荷電流検出手段６による負荷電流検出値との偏差に基づいて負荷電流を目標電流に追従させるようにＰＷＭ駆動波形の駆動パルス幅を計算し負荷電流（モータ駆動電流）を制御する負荷電流制御手段、８は負荷電流制御手段７の出力に応じて負荷としてのモータ４を駆動する負荷駆動手段である。
【００３１】
また、同図において、９０は前記モータ４の短絡故障を判定する負荷短絡故障判定手段であり、この負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流検出手段６による負荷電流検出値と目標電流値との偏差が負荷短絡と考えられる所定の電流値（短絡電流）を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段９０ａと、負荷電流制御手段７によるＰＷＭ駆動波形の駆動パルス幅が負荷短絡と考えられる所定のパルス幅（短絡パルス幅値）以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段９０ｂと、電流偏差判定手段９０ａ及びパルス幅判定手段９０ｂの判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段９０ｃと、判定結果保持手段９０ｃによって保持されている短絡判定結果が所定時間以上継続して負荷の短絡故障を示す場合に、負荷駆動手段８による負荷の駆動を禁止させると共に、警報手段１５によって警報を発するようにする短絡継続時間判定手段９０ｄとを備えている。
【００３２】
また、図２は、前記実施の形態１の負荷短絡故障検出装置の一回路例を示すものである。図２において、４は負荷としてのモータ、５はモータ４等の負荷に電流を供給する電源、６は負荷電流検出手段であり、ここでは、モータ４と直列に接続されている抵抗器Ｒに流れる電流を検出している。また、８はブリッジ回路を構成する４個のＭＯＳＦＥＴ２４（２４ａ〜２４ｄ）から成る負荷駆動手段である。１１はマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ１６と、制御プログラム等が格納されているＲＯＭ１７と、負荷電流のデータ等を一時的に保持するＲＡＭ１８ａおよび１８ｂと、プログラムの実行周期の管理を行うためのタイマ１９と、負荷電流検出手段６による負荷電流検出値をＣＰＵ１６に読み込むためのＡ／Ｄ変換器２０と、モータ４を駆動する電流のデューテイ比を設定するためのＰＷＭタイマ２１と、Ｉ／Ｏポート２２とを内蔵している。
【００３３】
なお、前記マイクロコンピュータ１１は、図１に示される負荷電流制御手段７と、電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃ、および短絡継続時間判定手段９０ｄから成る負荷短絡故障判定手段９０の機能を達成するものである。
【００３４】
また、１２は負荷駆動手段８と電源５との接続または遮断を行う電源スイッチ手段であり、ここではリレーを用いている。１５は警報手段であり、ここではランプを用いている。なお、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４ａ、２４ｂは、マイクロコンピュータ１１のＰＷＭタイマ２１にバッファ２３を介して接続されており、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４ｃ、２４ｄと電源スイッチ手段１２と警報手段１５は、マイクロコンピュータ１１のＩ／Ｏポート２２にバッファ２３を介して接続されている。
【００３５】
次に、前記回路の負荷電流制御手段７と負荷短絡故障判定手段９０の基本動作について説明する。まず、負荷電流制御手段７として機能するＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された検出電流をＡ／Ｄ変換器２０を介して所定時間毎に読み込み、与えられた所定の目標電流（指示値）と前記検出電流とを一致させるように偏差からモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅）を演算する。
【００３６】
次に、負荷短絡故障判定手段９０としして機能するＣＰＵ１６は、負荷短絡故障か否かを判定し、正常である場合には、前記デューティ比と所望の通電方向に応じて、ＰＷＭタイマ２１とＩ／Ｏポート２２を設定し、バッファ２３と負荷駆動手段８を介してモータ４をＰＷＭ駆動する。
【００３７】
ここで、モータ４のＰＷＭ駆動は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ２４ａのデューティ比が所定の値に設定され、ＭＯＳＦＥＴ２４ｂのデューティ比が０％（ＭＯＳＦＥＴ２４ｂはオフ）に設定され、同時に、Ｉ／Ｏポート２２によってＭＯＳＦＥＴ２４ｃはオフで、ＭＯＳＦＥＴ２４ｄはオンに設定されると、モータ４の駆動電流が、ＭＯＳＦＥＴ２４ａがオンのときには、図２の実線に示すような経路Ｉａに従って流れるものである。また、ＭＯＳＦＥＴ２４ａがオフのときには、モータ４の駆動電流は、図２の点線に示すような経路Ｉｂに従って流れるものである。
【００３８】
一方、負荷短絡故障判定手段９０として機能するＣＰＵ１６は、短絡故障と判定した場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにするようにＰＷＭタイマ２１とＩ／Ｏポート２２とを設定するとともに、警報手段１５を作動させ警報し、電源スイッチ手段１２を開きモータ４と電源５の接続を遮断するようにＩ／Ｏポート２２を設定する。
【００３９】
以上の基本動作の中で、負荷短絡故障判定手段９０の電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を、図３に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。なお、このフローチャートに示される処理は、負荷短絡故障判定手段９０をソフトウエアで構成した場合に、一定周期Ｔ１で呼び出されて実行されるものであり、その周期Ｔ１は、モータ４の駆動電流の制御周期である。
【００４０】
まず、ＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された負荷電流検出値をＡ／Ｄ変換器２０を介して一定のサンプリング時間Ｔ１毎に読み込み（ステップＳ３１）、指示値との偏差（△Ｉ）を求めると共に、モータ電流をフィードバック制御すべくモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）を演算する（ステップＳ３２，Ｓ３３）。
【００４１】
次に、ＣＰＵ１６は、ステップＳ３２において読み込んだ電流偏差の値が、短絡電流が流れていると考えられる第１の判定値以上か否かを判定し（ステップＳ３４ａ）、電流偏差の値が短絡電流が流れていると考えられる第１の判定値を超える場合には、ＲＡＭ１８ａに「１」をストアし（ステップＳ３５ａ）、負荷電流検出値が正常と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「０」をストアする（ステップＳ３６ａ）。但し、前記ＲＡＭ１８ａには、現在から予め設定された保持時間Ｔ２前までの期間の判定結果がストアされ、古い判定結果は順次抹消されるものとする。なお、前記ステップＳ３５ａとＳ３６ａは判定結果保持手段９０ｃに相当する。
【００４２】
また、ＣＰＵ１６は、ステップＳ３３において計算したモータ４の駆動電流のデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）値が、負荷短絡と考えられるデューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）値以下か否かを判定し（ステップＳ３４ｂ）、デューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）が負荷短絡と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「１」をストアし（ステップＳ３５ｂ）、デューティ比（パルス幅Ｔｐｗｍ）が正常と考えられる場合には、ＲＡＭ１８ｂに「０」をストアする（ステップＳ３６ｂ）。但し、前記ＲＡＭ１８ｂには、現在から予め設定された保持時間Ｔ２前までの期間の判定結果がストアされ、古い判定結果は順次抹消されるものとする。なお、前記ステップＳ３５ｂとＳ３６ｂは判定結果保持手段９０ｃに相当する。
【００４３】
続いて、後述するような負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄにより決定される故障フラグの状態を調べ（ステップＳ３７）、故障フラグが「０」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が正常）であった場合にはステップＳ３３で演算されたデューティ比に従って負荷駆動手段８によりモータ４をＰＷＭ駆動する（ステップＳ３８）。また、故障フラグが「１」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が負荷短絡故障）である場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにし、モータ４の駆動を停止する（ステップＳ３９）。前記ステップＳ３７〜Ｓ３９は負荷駆動手段８に相当する。
【００４４】
次に、前記ステップＳ３５ａまたはＳ３６ａによりＲＡＭ１８ａに、前記ステップＳ３５ｂまたはＳ３６ｂによりＲＡＭ１８ｂに順次ストアされた保持時間Ｔ２の期間の判定結果を用いて負荷短絡故障を判定するプログラム、すなわち、負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄをソフトウエアで構成した場合の動作について、図４に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００４５】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂに順次ストアされた保持時間Ｔ２の期間の判定結果を調べ（ステップＳ４１）、過去Ｔ２時間の判定結果が全て正常（すべて「０」がストア）であった場合には、短絡継続時間計測用のカウンタをクリアし（ステップＳ４２）、判定結果が１回でも短絡と判定されている場合には、前記カウンタを「１」増し（ステップＳ４３）、短絡継続時間の計測を続行する。そして、前記カウンタによる短絡継続時間の計測結果が所定の短絡判定時間Ｔｚを越えているか否かを判定し（ステップＳ４４）、越えている場合は故障フラグに「１」をセットする（ステップＳ４５）。
【００４６】
最後に、前記故障フラグの状態を調べ（ステップＳ４６）、故障と判定されている場合には、警報手段１５で警報し、電源スイッチ手段１２を開き、負荷駆動手段８への電源供給を遮断する（ステップＳ４７）。正常と判定されている場合には、警報手段１５を消灯し、電源スイッチ手段１２を閉じ、負荷駆動手段８へ電源を供給する（ステップＳ４８）。
【００４７】
なお、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３７の故障フラグの状態は、前記ステップＳ４４の判定結果に基づき決定されるので、故障と判定されている場合には、上述したように、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４は全てオフになり、モータ４の駆動は停止される。
【００４８】
ここで、前記故障フラグは、マイクロコンピュータ１１のパワーオンリセット後に「０」に初期化し、「１」をセット後はマイクロコンピュータ１１の電源が遮断されるまで「１」の状態を保持するものとする。また、以上のステップＳ４１からＳ４８までの処理は一定周期Ｔ３で呼び出されて実行される（この周期Ｔ３を短絡継続時間の計測周期という）。
【００４９】
ここで、負荷が短絡故障を起こした場合の動作について、図５を参照しながら詳細に説明する。負荷電流制御手段７により誘導負荷であるモータ４をＰＷＭ駆動すると、負荷電流は、目標電流を中心とし、傾きが負荷の電気的時定数τで定まり、周波数がＰＷＭの搬送周波数の三角波状となる。
【００５０】
ＰＷＭの搬送波の周期を時定数τよりも十分短く設定すると、正常時における負荷電流検出値は目標値に等しい一定値と見做せるが、図５（ａ）に示すように、ｔ＝ｔxで、モータ４に短絡故障が発生したとすると、短絡時には負荷駆動手段８から見たインダクタンスと抵抗は極めて小さくなるので、負荷電流は急激に増加し、負荷電流検出値は目標電流に対して過大となり偏差が大きくなる。すると、負荷電流制御手段７は、負荷電流を減少させるべく作用するので、ＰＷＭデューティ比の演算結果は０％近傍になる。
【００５１】
モータ４がデューティ比０％近傍で駆動されると、正常時には前記時定数τで減少する負荷電流は、負荷駆動手段８から見たインダクタンスが無視できるため、急速に減少する。したがって、このときの負荷電流検出値は目標電流を下回るので、負荷電流制御手段７は負荷電流を増加すべくＰＷＭデューティ比の演算結果を増加させるため、負荷電流検出値は再び目標電流に対して過大となる。以上の動作を繰り返すため、負荷電流の検出値及び偏差は、ｔ＝０〜ｔxでは一定値（目標電流）となるが、ｔ＞ｔxでは、図５（ａ）に示すように、矩形波状の発振波形となると同時に、ＰＷＭデューティ比の演算結果も０％近傍と大きな値の繰り返し（発振）状態となる。
【００５２】
電流偏差判定手段９０ａ及びパルス幅判定手段９０ｂは、図５（ａ）に示すように、各検出電流値に対する判定結果を順次ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂにストアする。前記例において、判定結果はｔ＜ｔxでは全て正常「０」で、ｔ＞ｔxでは短絡「１」と正常「０」とを繰り返す。
【００５３】
そして、短絡継続時間判定手段９０ｄは、判定結果保持手段９０ｃに保持された保持時間Ｔ２の期間の判定結果を調べ、短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例においては、図５（ｂ）に示すように、ｔ＜ｔxでは短絡継続時間の計測周期Ｔ３ごとに計測カウンタはクリアされ、ｔ＞ｔxでは周期Ｔ３毎に計測カウンタの値が「１」ずつ増加し、前記計測カウンタの値が短絡判定時間Ｔｚを越えると、短絡継続時間判定手段９０ｄは、負荷短絡故障と判定し、図５（ｃ）に示すように、故障フラグに「１」がセットされる。
【００５４】
故障フラグに「１」がセットされると、図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３９及び図４に示すフローチャートにおけるステップＳ４７で示したように、負荷駆動手段８によるモータ４の駆動が停止されるとともに、電源スイッチ手段１２が開かれ、警報手段１５より警報が発せられる。なお、上述したような短絡故障の場合でも、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により、負荷駆動手段８の負荷電流の平均値は制限されるので、負荷駆動手段８は焼損に至ることなく保護される。
【００５５】
一方、負荷電流が目標電流の急激な変化等のために一時的にオーバーシュートした場合の動作について、図６を参照して説明する。例えば、目標電流がＩ１からＩ２に上昇した場合、負荷電流制御手段７は、負荷電流を前記目標電流Ｉ２に近づけようと、ＰＷＭデューティ比の演算結果を増加させる。目標電流の変化幅が小さい場合には、前記デューティ比の変化も小さいので、負荷電流は滑らかに前記目標電流Ｉ２に向かって増大するが、目標電流の変化幅が大きい場合には、前記デューティ比の変化も大きいので、負荷電流は急激に増大し、図６（ａ）に示すように、オーバーシュートを起こす。しかし、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷電流は減少させられ目標電流値に戻る。
【００５６】
また、電流偏差判定手段９０ａによりＲＡＭ１８ａに順次ストアされる判定結果は、図６（ａ）に示すように、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間内では、短絡「１」となることがあるが、他は正常「０」である。一方、パルス幅判定手段９０ｂによりＲＡＭ１８ｂに順次ストアされる判定結果は、図６（ｄ）に示すように、短絡「１」になることは無い。
【００５７】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、前記ＲＡＭ１８ａ及び１８ｂの両方の判定結果を周期Ｔ３毎に読み込み短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例では、図６（ｂ）に示すように、計測カウンタの値は、全ての判定結果が正常「０」であるので、前記計測カウンタは常にクリアされる。したがって、この場合は負荷短絡故障とは判定されず、図６（ｃ）に示すように、故障フラグは「１」にセットされない。すなわち、負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流値がある期間短絡判定電流偏差値を越えることがあっても、短絡判定パルス幅が判定値を下回らない場合には、負荷電流の急増は目標電流の急激な変化等のための一時的にオーバーシュートであって、負荷短絡による過大な電流ではないと判定するものである。
【００５８】
このように、本実施の形態１によれば、過大な負荷電流が流れた場合、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷駆動手段８を保護するとともに、それが負荷短絡故障か否かを適切に判断し、負荷短絡故障であれば早急にモータ４の駆動を停止し、モータ４を電源から切り離し、警報を発するようにすることができる。
【００５９】
なお、短絡判定を行うための偏差を判定する電流値としては、前記本実施の形態１に示したように、負荷電流のフィードバック制御のために読み込んだ負荷電流検出値そのものを用いると処理が簡単になる。また、短絡故障時の短絡電流の発振周期は負荷電流制御手段７の制御周期Ｔ１より短くは成り得ないので、短絡故障判定のための負荷電流のサンプリング周期は、前記制御周期Ｔ１以下であれば十分である。一方、故障の誤検出を防ぐためには、短絡判定時間Ｔｚは電流制御の整定時間よりも十分長く、かつ、危険に至る前にフェールセーフ処置を講ずることのできる時間（例えば、数１０ｍｓｅｃ）に設定すればよい。
【００６０】
また、前記制御周期Ｔ１は、負荷の電気的時定数よりも十分短く（例えば、数１００ｍｓｅｃ）とするのが一般的である。更に、短絡継続時間の計測周期Ｔ３は、前記短絡判定時間Ｔｚより十分短く（例えば、数ｍｓｅｃ）に設定するのが望ましい。また、短絡判定結果の保持時間Ｔ２は、少なくとも前記計測周期Ｔ３よりも長くしておけば確実に短絡故障を検出することができる。
【００６１】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。図７に示す実施の形態２では、図１に示す判定結果保持手段９０ｃに代えて、最大電流偏差保持手段９０ｅと最小パルス幅保持手段９０ｆとを備え、電流偏差検出値の判定結果をＲＡＭ１８ａに、パルス幅判定値の判定結果をＲＡＭ１８ｂにそれぞれストアし、所定時間Ｔ２保持する代わりに、所定時間Ｔ２内の最大電流偏差と最小パルス幅を保持し、モータ４の負荷短絡故障の判定を行うものである。
【００６２】
また、回路例としては、図２に示す実施の形態１と同一であり、マイクロコンピュータ１１は、図７に示される負荷電流制御手段７と、最大電流偏差保持手段９０ｅ、最小パルス幅保持手段９０ｆ、電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、短絡継続時間判定手段９０ｄから成る負荷短絡故障判定手段９０の機能を達成するものである。
【００６３】
次に、最大電流偏差保持手段９０ｅと最小パルス幅保持手段９０ｆの動作について、図８に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、図８に示すフローチャートの処理は、負荷電流制御手段７と負荷短絡故障判定手段９０ヲソフトウエアで構成した場合に一定周期Ｔ１で呼び出されて実行される。（この周期Ｔ１は、モータ４の駆動電流の制御周期である。）
【００６４】
まず、ＣＰＵ１６は、負荷電流検出手段６によって検出された負荷電流検出値をＡ／Ｄ変換器２０を介して一定のサンプリング時間Ｔ１毎に読み込み（ステップＳ８１）、指示値との偏差を求めると共に、モータ電流をフィードバック制御すべくモータ４の駆動電流のデューティ比を演算する（ステップＳ８２，Ｓ８３）。
【００６５】
次に、ＣＰＵ１６は、ＲＡＭ１８ａにストアされている最大電流偏差値の保持時間ｔpが前記所定時間Ｔ２を越えているかどうかを判断し（ステップＳ８４ａ）、ｔp＜Ｔ２であれば、最新入力の電流偏差検出値と前記最大電流偏差値とを比較する（ステップＳ８５ａ）。そして、前記最新入力の電流偏差検出値が前記最大電流偏差値を越えている場合には、最大電流値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ａ）と共に、この最新入力の負荷電流検出値を最大電流偏差値とする（ステップＳ８７ａ）。なお、ｔp＞Ｔ２であっても、最大電流値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ａ）と共に（前記比較をする事なく）、最新入力の負荷電流検出値を最大電流偏差値とする（ステップＳ８７ａ）。また、前記ステップＳ８５ａにおいて、最新入力の電流偏差検出値が最大電流偏差値を越えていない場合には、最大電流値の保持時間計測カウンタを「１」増加させる（ステップＳ８８ａ）。ここで、前記ステップＳ８４ａからＳ８８ａは、最大電流偏差保持手段９０ｅに相当する。
【００６６】
また、ＣＰＵ１６は、ＲＡＭ１８ｂにストアされている最小パルス幅値の保持時間ｔpが前記所定時間Ｔ２を越えているかどうかを判断し（ステップＳ８４ｂ）、ｔp＜Ｔ２であれば、最新入力の電流偏差検出値と前記最大電流偏差値とを比較する（ステップＳ８５ｂ）。そして、前記最新入力のモータ駆動パルス幅値が前記最小パルス幅値を下回っている場合には、最小パルス幅値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ｂ）と共に、この最新入力のパルス幅値をパルス幅値とする（ステップＳ８７ｂ）。なお、ｔp＞Ｔ２であっても、パルス幅値の保持時間計測カウンタをクリアする（ステップＳ８６ｂ）と共に（前記比較をする事なく）、最新入力のパルス幅値をパルス幅値とする（ステップＳ８７ｂ）。また、前記ステップＳ８５ｂにおいて、最新入力のパルス幅値がパルス幅値を下回っていない場合には、パルス幅値の保持時間計測カウンタを１増加させる（ステップＳ８８ｂ）。ここで、前記ステップＳ８４ｂからＳ８８ｂは最小パルス幅保持手段９０ｆに相当する。
【００６７】
続いて、後述するような負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄにより決定される故障フラグの状態を調べ（ステップＳ８９）、故障フラグが「０」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が正常）であった場合にはステップＳ８３で演算されたデューティ比に従って負荷駆動手段８によりモータ４をＰＷＭ駆動する（ステップＳ９１）。また、故障フラグが「１」（負荷短絡故障判定手段９０からの判断結果が負荷短絡故障）である場合には、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４を全てオフにし、モータ４の駆動を停止する（ステップＳ９０）。
【００６８】
次に、前記ステップＳ８４ａ〜Ｓ８８ａによりＲＡＭ１８ａにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差値と前記ステップＳ８４ｂ〜Ｓ８８ｂによりＲＡＭ１８ｂにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最小パルス幅値を用いて負荷短絡故障を判定するプログラム、すなわち、負荷短絡故障判定手段９０の短絡継続時間判定手段９０ｄをソフトウエアで構成した場合の動作について、図９に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００６９】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、ＲＡＭ１８ａにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差値と短絡電流偏差判定値とを比較し（ステップＳ９２）、前記最大偏差が短絡電流偏差判定値に満たない場合には正常と見做し、短絡継続時間計測カウンタをクリアし（ステップＳ９４）、前記最大電流が短絡電流判定値以上の場合には、ＲＡＭ１８ｂにストアされた保持時間Ｔ２の期間の最小パルス幅値と短絡判定パルス幅判定値とを比較し（ステップＳ９３）、前記最小パルス幅値が短絡判定パルス幅判定値を下回らない場合には正常と見做し、短絡継続時間計測カウンタをクリアし（ステップＳ９４）、前記最小パルス幅値が短絡判定パルス幅判定値を下回る場合は、前記カウンタを「１」増し（ステップＳ９５）短絡継続時間の計測を続行する。
【００７０】
そして、前記カウンタによる短絡継続時間の計測結果が所定の短絡判定時間Ｔｚを越えているか否かを判定し（ステップＳ９６）、越えている場合は故障フラグに「１」をセットする（ステップＳ９７）。最後に、前記故障フラグの状態を調べ（ステップＳ９８）、故障と判定されている場合には、警報手段１５で警報し、電源スイッチ手段１２を開き、負荷駆動手段８への電源供給を遮断する（ステップＳ９９）。正常と判定されている場合には、警報手段１５を消灯し、電源スイッチ手段１２を閉じ、負荷駆動手段８へ電源を供給する（ステップＳ１００）。
【００７１】
なお、図８に示すフローチャートのステップＳ８９の故障フラグの状態は、前記ステップＳ８９６判定結果に基づき決定されるので、故障と判定されている場合には、上述したように、負荷駆動手段８のＭＯＳＦＥＴ２４は全てオフになり、モータ４の駆動は停止される。また、以上のステップＳ９２からＳ１００までの処理は一定周期Ｔ３で呼び出されて実行される（この周期Ｔ３を短絡継続時間の計測周期という）。
【００７２】
ここで、負荷が短絡故障を起こした場合の動作について、図１０を参照しながら詳細に説明する。負荷電流制御手段７により誘導負荷であるモータ４をＰＷＭ駆動すると、正常時における負荷電流検出値は、図１０（ａ）に示すように、目標値に等しい一定値となる。ここで、ｔ＝ｔxで、モータ４に短絡故障が発生したとすると、負荷電流検出値は矩形波状の発振波形となる。したがって、ＲＡＭ１８ａにストアされる最大電流偏差値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致しゼロ値であり、ｔ＞ｔxでは短絡電流判定値よりも大きな偏差の値になる。したがって、ＲＡＭ１８ａに順次ストアされる最大電流偏差値は、図１０（ｂ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に増加する。
【００７３】
次に、ＲＡＭ１８ｂにストアされる最小パルス幅値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致し所定値であり、ｔ＞ｔxでは短絡電流を抑える為、約ゼロと別の値の発振（振動）した値になる。したがって、ＲＡＭ１８ｂに順次ストアされる最小パルス幅値は、図１０（ｆ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に減少する。そして、短絡継続時間判定手段９０ｄは、最大電流偏差保持手段９０ｅに保持された保持時間Ｔ２の期間の最大電流偏差とパルス幅最小値の両方を調べ、短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。
【００７４】
前記例においては、図１０（ｃ）に示すように、ｔ＜ｔxでは短絡継続時間の計測周期Ｔ３ごとに計測カウンタはクリアされ、ｔ＞ｔxでは周期Ｔ３毎に計測カウンタの値が１ずつ増加し、前記計測カウンタの値が短絡判定時間Ｔｚを越えると、短絡継続時間判定手段９０ｄは負荷短絡故障と判定し、図１０（ｄ）に示すように、故障フラグに「１」がセットされる。
【００７５】
故障フラグに「１」がセットされると、図８に示すステップＳ９０及び図９に示すステップＳ９９で示したように、負荷駆動手段８によるモータ４の駆動が停止されるとともに、電源スイッチ手段１２が開かれ、警報手段１５より警報が発せられる。なお、上述したような短絡故障の場合でも、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により、負荷駆動手段８の負荷電流の平均値は制限されるので、負荷駆動手段８は焼損に至ることなく保護される。
【００７６】
一方、負荷電流が目標電流の急激な変化等のために一時的にオーバーシュートした場合の動作について、図１１を参照して説明する。同図（ａ）に示すように、負荷電流が、オーバーシュートを起こしたとき、ＲＡＭ１８ａに順次ストアされる最大電流偏差値は、図１１（ｂ）に示すように、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間のみ短絡電流判定値を越えている。次に、ＲＡＭ１８ｂにストアされる最小パルス幅値は、ｔ＜ｔxでは目標電流に一致し所定値であり、ｔ＞ｔxではオーバーシュート電流を抑える為、短時間新しい目標値を中心とした振動した値になる。したがって、ＲＡＭ１８に順次ストアされる最小パルス幅値は、図１１（ｆ）に示すように、ｔ＝ｔxで階段状に微小変動するが、判定値は下回らない。
【００７７】
短絡継続時間判定手段９０ｄは、前記最大電流偏差値と最小パルス幅値を周期Ｔ３毎に読み込み短絡継続時間をカウントまたはカウントクリアする。前記例では、図１１（ｃ）に示すように、計測カウンタの値は、負荷電流検出値がオーバーシュートした期間も、次の周期Ｔ３（オーバーシュートが終わった最初の区間）も短絡判定値に満たないので、前記計測カウンタは常にクリアされる。したがって、この場合は負荷短絡故障とは判定されず、図１１（ｄ）に示すように、故障フラグは１にセットされない。すなわち、負荷短絡故障判定手段９０は、負荷電流値の最大値がある期間短絡電流判定値を越えることがあっても、最小パルス幅値が判定値を下まわら無い場合には、負荷電流の急増は目標電流の急激な変化等による一時的にオーバーシュートであって、負荷短絡による過大な電流ではないと判定するものである。
【００７８】
このように、本実施の形態２によれば、過大な負荷電流が流れた場合、負荷電流制御手段７のフィードバック作用により負荷駆動手段８を保護するとともに、それが負荷短絡故障か否かを適切に判断し、負荷短絡故障であれば早急にモータ４の駆動を停止し、モータ４を電源から切り離し、警報を発するようにすることができる。また、最大電流偏差値を用いることにより、短絡故障判定のための負荷電流のサンプリング周期を長く設定できるため、ＣＰＵ１６の負荷を軽減することができる。
【００７９】
また、前記例においては、最大偏差電流保持手段２５は最大偏差電流が保持されてＴ２経過するか、最新入力の負荷電流検出値からの偏差値が保持されている最大偏差電流よりも大きい場合に最大電流偏差値を最新入力の偏差値に更新していたが、過去Ｔ２時間分の負荷電流検出値を保持し、そのうち最大のものを最大電流として、負荷短絡故障の判定を行うこともできる。ところで、前記実施の形態２においては、最大電流偏差保持手段９０ｅをソフトウエアで構成していたが、ホールド時間がＴ２のピークホールド回路を用いて最大電流偏差値を検出して、負荷短絡故障の判定を行っても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８０】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１２において、１はステアリングホイール、２は操舵トルクを検出するトルクセンサ、３はタイヤ、４は短絡故障の検出対象としての電気的負荷であるモータ、２６はモータ４の出力トルクを操舵系に伝達する減速器、５はモータ４に電流を供給する電源、２９は前記実施の形態１または実施の形態２に示した負荷短絡故障検出装置を備えた電動パワーステアリングのコントロールユニット、２７は前記負荷短絡故障検出装置の負荷駆動手段８とモータ４が成す閉回路中に挿入されたモータスイッチ手段、２８はイグニッションスイッチ、１５はモータ４の短絡故障時に警報を発する警報手段である。
【００８１】
次に、前記構成の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。正常時にはコントロールユニット２９は、トルクセンサ２が検出した操舵トルクと車速信号に応じて、運転者が適切な操舵力でステアリングホイール１の操作ができるように、モータ４からトルクを発生させており、モータ４の出力トルクは、減速器２６を介して操舵系に伝達されている。
【００８２】
また、モータ４の端子間の短絡故障が発生した場合、モータスイッチ手段２７は負荷短絡故障検出装置により故障を検出し、モータ４の駆動を停止し、コントロールユニット２９の負荷短絡故障検出装置に内蔵された電源スイッチ手段１２を開き、警報手段１５により運転者に警報する。
【００８３】
ここで、モータ４は、短絡すると回転速度に比例した制動力を発生する（発電ブレーキ）。したがって、この故障の場合には、速く操舵すると操舵力が増加することになる。そこで、本実施の形態においては、負荷駆動手段８とモータ４が成す閉回路中にモータスイッチ手段２７を挿入し、コントロールユニット２９が負荷の短絡故障を検出すると、前記フェールセーフ処置に加え、モータスイッチ手段２７を開き負荷短絡故障時の発電ブレーキを防止する。以上のフェールセーフ処置は、イグニッションスイッチ２８が開放されエンジンが停止するまで保持される。
【００８４】
このように、本実施の形態３によれば、電動パワーステアリング装置における負荷の短絡故障を検出し、速やかにフェールセーフ処置を講ずることができる。なお、モータスイッチ手段２７はコントロールユニット２９内に設けてもよいが、前記例の如く、モータ４とモータスイッチ手段２７を一体化しておけば、モータ４とコントロールユニット２９間の配線の短絡故障によるモータ４の発電ブレーキをも防止することができる。
【００８５】
実施の形態４．
なお、実施の形態３では、モータ４内にモータスイッチ手段２７を設けていたが、モータスイッチ手段２７の代わりにクラッチを設け、モータ４の短絡故障時には、前記クラッチを制御し、モータ４をステアリングから切り離すようにしてもよい。この場合には、モータ４の短絡故障のみならず、モータ４内部の機械的な故障によって操舵力が増加する場合にモータ４をステアリングから切り離す用途にも前記クラッチ３０を使用することができ、より安全な電動パワーステアリング装置を構築することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る負荷短絡故障検出方法によれば、負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定することにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８７】
また、この発明に係る負荷短絡故障検出装置は、負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８８】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段と、前記判定結果保持手段により保持された短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００８９】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との所定時間の期間における最大電流偏差を保持する最大電流偏差保持手段と、前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流の所定時間の期間における最小パルス幅を保持する最小パルス幅保持手段と、前記最大電流偏差保持手段に保持された最大電流偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、前記最小パルス幅保持手段に保持された最小パルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段とを備えることにより、負荷の短絡ないしは負荷駆動端子の地絡故障時には負荷短絡故障を確実に検出するとともに、目標電流の急激な変化等によって過渡的に過大な負荷電流が流れた場合にも誤検出することがないという効果を奏する。
【００９０】
また、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、前記判定結果保持手段による短絡判定結果の保持時間を、短絡継続時間の計測周期と等しいかまたはそれ以上とすることにより、負荷電流のサンプリング周期を長く設定でき、ソフトウエア処理する際のデータ処理の負荷を軽減できる。
【００９１】
また、前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差に応じてパルス幅変調制御駆動波形の負荷電流のパルス幅を制御する負荷電流制御手段をさらに備え、前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷電流制御手段と前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、負荷短絡故障判定に用いる負荷電流のサンプリング周期を、負荷電流の制御周期と等しいかまたはそれ以下とすることにより、負荷電流のサンプリング周期を長く設定でき、ソフトウエア処理する際のデータ処理の負荷を軽減できる。
【００９２】
また、前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流制御手段の出力に基づいて負荷電流のパルス幅の判定を行うことにより、過渡的な過電流による短絡故障の誤検出を防止し確実に短絡故障を検出できる。
【００９３】
また、前記負荷短絡故障判定手段により負荷短絡故障と判定した場合には、負荷の駆動を停止する負荷駆動手段をさらに備えることにより、負荷を保護することができる。
【００９４】
また、電源または接地と前記負荷駆動手段との間にスイッチ手段を設け、前記負荷短絡故障判定手段により、負荷短絡故障と判定した場合に、前記スイッチ手段を開き、その状態を保持することにより、負荷駆動手段に短絡故障があっても負荷電流を遮断することができる。
【００９５】
また、前記スイッチ手段を、前記負荷駆動手段と負荷が成す閉回路中に設けることにより、負荷がモータの場合には、短絡故障に伴う発電ブレーキを防ぐことができる。
【００９６】
また、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に警報を発する警報装置をさらに備えることにより、負荷短絡故障判定後も確実に負荷駆動手段を保護するとともに、負荷短絡故障判定結果を運転者等に警告することができる。
【００９７】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記負荷駆動手段により駆動され、操舵力を補助するモータをさらに備え、前記負荷電流検出手段は、前記モータに流れる電流を検出し、前記負荷電流制御手段は、モータ電流を制御し、前記負荷短絡故障判定手段は、前記モータの短絡故障を検出することにより、モータの駆動回路を保護しながらモータの短絡故障を行うことができ、過渡的な過電流によるモータの短絡故障の誤検出を防止できる。
【００９８】
また、前記モータは、前記スイッチ手段の代わりに、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持するクラッチ手段を備えることにより、負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合には前記クラッチ手段によって前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持することで、より安全な電動パワーステアリングを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る負荷短絡故障検出装置の一回路例を示す図である。
【図３】 図１の負荷短絡故障判定手段９０における電流偏差判定手段９０ａ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を説明するフローチャートである。
【図４】 図１の負荷短絡故障判定手段９０における短絡継続時間判定手段９０ｄの動作を説明するフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１における負荷短絡故障時の動作を説明する図である。
【図６】 この発明の実施の形態１における負荷電流がオーバーシュートした場合の動作を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係る負荷短絡故障検出装置の機能ブロック図である。
【図８】 図７の負荷短絡故障判定手段９０における最大電流偏差保持手段９０ｅ、電流偏差判定手段９０ａ、最小パルス幅保持手段９０ｆ、パルス幅判定手段９０ｂ、判定結果保持手段９０ｃの動作を説明するフローチャートである。
【図９】 図７の負荷短絡故障判定手段９０における短絡継続時間判定手段９０ｄの動作を説明するフローチャートである。
【図１０】 この発明の実施の形態２における負荷短絡故障時の動作を説明する図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２における負荷電流がオーバーシュートした場合の動作を説明する図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 従来の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ モータ、５ 電源、６ 負荷電流検出手段、７ 負荷電流制御手段、８ 負荷駆動手段、１１ マイクロコンピュータ、１２ 電源スイッチ手段、１５ 警報手段、１６ ＣＰＵ、１７ ＲＯＭ、１８ａ，１８ｂ ＲＡＭ、１９ タイマ、２０ Ａ／Ｄ変換器、２１ ＰＷＭタイマ、２２ Ｉ／Ｏポート、２３ バッファ、２４ ＭＯＳＦＥＴ、２７ モータスイッチ手段、９０ 負荷短絡故障判定手段、９０ａ 電流偏差判定手段、９０ｂ パルス幅判定手段、９０ｃ 判定結果保持手段、９０ｄ 短絡継続時間判定手段。
Claims (13)
- 負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障検出方法。
- 負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差が、第１の所定時間内に所定値を越え、かつ前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下となる状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷の短絡故障であると判定する負荷短絡故障判定手段と
を備えた負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２に記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷短絡故障判定手段は、
前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、
前記偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流のパルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、
前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果を所定時間保持する判定結果保持手段と、
前記判定結果保持手段により保持された短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段と
を備えた
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２に記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷短絡故障判定手段は、
前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との所定時間の期間における最大電流偏差を保持する最大電流偏差保持手段と、
前記負荷電流検出手段による電流検出値と目標電流値との偏差に応じてパルス幅変調制御される負荷電流の所定時間の期間における最小パルス幅を保持する最小パルス幅保持手段と、
前記最大電流偏差保持手段に保持された最大電流偏差が所定値を越えているか否かを判定する電流偏差判定手段と、
前記最小パルス幅保持手段に保持された最小パルス幅が所定値以下になっているか否かを判定するパルス幅判定手段と、
前記電流偏差判定手段および前記パルス幅判定手段の短絡判定結果が前記第２の所定時間継続して負荷の短絡故障を示す場合に負荷の短絡故障であると判定する短絡継続時間判定手段と
を備えた
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２ないし４のいずれかに記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、
前記判定結果保持手段による短絡判定結果の保持時間を、短絡継続時間の計測周期と等しいかまたはそれ以上とする
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２ないし５のいずれかに記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷電流検出手段による負荷電流の検出値と目標値との偏差に応じてパルス幅変調制御駆動波形の負荷電流のパルス幅を制御する負荷電流制御手段をさらに備え、
前記負荷電流検出手段による電流検出値をサンプリングして得ると共に前記負荷電流制御手段と前記負荷短絡故障判定手段をソフトウエアで構成し、
負荷短絡故障判定に用いる負荷電流のサンプリング周期を、負荷電流の制御周期と等しいかまたはそれ以下とする
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項６に記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷短絡故障判定手段は、前記負荷電流制御手段の出力に基づいて負荷電流のパルス幅の判定を行う
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２ないし６のいずれかに記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷短絡故障判定手段により負荷短絡故障と判定した場合には、負荷の駆動を停止する負荷駆動手段をさらに備えた
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項８に記載の負荷短絡故障検出装置において、
電源または接地と前記負荷駆動手段との間にスイッチ手段を設け、前記負荷短絡故障判定手段により、負荷短絡故障と判定した場合に、前記スイッチ手段を開き、その状態を保持する
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項９に記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記スイッチ手段は、前記負荷駆動手段と負荷が成す閉回路中に設けられた
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項２ないし１０のいずれかに記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に警報を発する警報装置をさらに備えた
ことを特徴とする負荷短絡故障検出装置。 - 請求項８ないし１１のいずれかに記載の負荷短絡故障検出装置において、
前記負荷駆動手段により駆動され、操舵力を補助するモータをさらに備え、
前記負荷電流検出手段は、前記モータに流れる電流を検出し、
前記負荷電流制御手段は、モータ電流を制御し、
前記負荷短絡故障判定手段は、前記モータの短絡故障を検出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記モータは、前記スイッチ手段の代わりに、前記負荷短絡故障判定手段が故障と判定した場合に前記モータを操舵系から機械的に切り離し、その状態を保持するクラッチ手段を備えた
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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