JP5167915B2 - 電動パワーステアリング装置の補助電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の補助電源システムに関し、特に、リレー接点の溶着を検知する機能を有する補助電源システムに関する。

電動パワーステアリング装置用制御ユニットには、車載のバッテリから電圧が供給される。当該ユニット内の回路の電源側にはリレーが設けられており、閉路状態のリレー接点を介して、モータ駆動回路に電力が供給される（例えば特許文献１参照。）。モータ駆動回路内の半導体スイッチング素子が短絡故障したときや、制御回路の故障により半導体スイッチング素子が常時オンの状態となった場合等には、リレー接点を強制的にオフ（開）にすることで、モータの誤動作や過電流を防止することができる。

特開平７−３３０３３号公報（図２）

上記のようなリレー接点は、半導体スイッチング素子等の故障時には、確実に開くことが必要である。ところが、まれにではあるが、接点が溶着すると、リレー自体はオフ（非励磁）になっても接点が開かない、という事態を生じることがあった。この場合、リレーは、半導体スイッチング素子の故障等に対して電路を遮断し、モータへの通電を停止させるという重要な機能が果たせなくなる。

一方、このような事態を招かないように事前に溶着の有無のチェックを行おうとすれば、リレー接点を開いて電源を遮断する必要があるが、電源オフにより電動パワーステアリング装置の操舵補助力が一時的に失われると、操舵補助力の急激な変化が生じる。従って、電動パワーステアリング装置の使用中にこのようなチェックを行うことは好ましくない。そうなると、チェックを行い得る時期は限定されることになり、常時十分なチェックを行うことは困難である。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、電動パワーステアリング装置を使用している場合でも、操舵補助力を急変させることなくリレー接点の溶着チェックを行い得るシステムを提供することを目的とする。

本発明の電動パワーステアリング装置の補助電源システムは、電動パワーステアリング装置に電力を供給するためのバッテリのみから当該電動パワーステアリング装置に対して電力を供給する電路に設けられたリレー接点を、開閉指令に応じて動作させるリレーと、
前記リレー接点よりも下流側の端子に接続され、前記バッテリと共に電力を供給可能であるとともに、前記バッテリが故障したときバックアップ的に前記電動パワーステアリング装置に対して電力を供給することが可能な補助電源と、前記リレー接点の下流側端子であって前記補助電源が接続されている端子よりも上流側に位置する端子に接続され、当該下流側端子に生じる電圧を検出する電圧検出器と、前記電動パワーステアリング装置に対して前記補助電源によりバックアップ的に電力を供給し、かつ、前記リレーに対して開路指令を与えた状態において、前記電圧検出器の出力が所定値に達しているか否かに基づいて前記リレー接点が溶着しているか否かを判定する制御回路とを備えたものである。

上記のような電動パワーステアリング装置の補助電源システムでは、リレーに対して開路指令を与えても、電動パワーステアリング装置に対して補助電源によりバックアップ的に電力を供給していることによって、電動パワーステアリング装置への給電を停止させることなく維持することができる。そして、この状態において、電圧検出器の出力が所定値に達しているか否かに基づいてリレー接点が溶着しているか否かを判定することができる。

また、かかる電動パワーステアリング装置の補助電源システムにおいて、制御回路は定期的に、前記状態において、前記判定を行うようにしてもよい。
この場合、遅滞なくリレー接点の溶着を検出することができる。

また、上記の電動パワーステアリング装置の補助電源システムにおいて、リレー接点が溶着していると判定したとき、制御回路は、電動パワーステアリング装置を停止させることが好ましい。
本来、リレー接点が溶着していても他に故障が無ければ電動パワーステアリング装置を動作させることは可能であるが、そうはさせずに、当該システムでは、リレー接点の溶着により電動パワーステアリング装置が停止、すなわち、使用できない状態とすることにより、フェールセーフのシステムとすることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置の補助電源システムによれば、電動パワーステアリング装置を使用している場合でも、操舵補助力を急変させることなくリレー接点の溶着チェックを行うことができる。

《第１実施形態》
図１は、バッテリ１、電動パワーステアリング装置用制御ユニット（以下、ＥＰＳ−ＥＣＵという。）２及び電動パワーステアリング装置２０のモータ３の接続構成を示す回路図である。ＥＰＳ−ＥＣＵ２内には、本発明の第１実施形態に係る、電動パワーステアリング装置の補助電源システムを構成する主要部としてのリレー４、電圧検出器５、補助電源６及び制御回路７の他、ダイオード８、モータ駆動回路９及び電圧検出器１０が設けられている。リレー４及びダイオード８は、バッテリ１からモータ駆動回路９へ電力を供給する正極側の電路に設けられている。

リレー４は、リレー接点４ｃと、リレーコイル（ソレノイド）４ｓとからなり、リレーコイル４ｓの励磁でリレー接点４ｃが閉じ、非励磁で開く。電圧検出器（分圧モニタ）５は、リレー接点４ｃの下流側端子４ｔと、バッテリ１の接地側電路との間に接続されており、検出信号を制御回路７に送る。制御回路７は、ＣＰＵ、メモリ、インターフェース等を含むものであり、リレー４のリレーコイル４ｓの励磁／非励磁、及び、モータ駆動回路９の制御を行う。モータ駆動回路９は、３相ブラシレスのモータ３を駆動するインバータである。キャパシタ６は、例えば電気二重層コンデンサであり、ダイオード８のカソードとバッテリ１の接地側電路との間に設けられている。キャパシタ６に並列接続された電圧検出器１０は、キャパシタ６の端子間電圧を検出して検出信号を制御回路７に送る。

図１において、通常、車両のイグニッションキー（図示せず。）がオンの位置にあれば、制御回路７からリレー４に対して励磁信号が出力され、リレー接点４ｃは閉路している。これにより、バッテリ１の電圧は、ダイオード８を介してモータ駆動回路９に付与される。制御回路７は、必要な操舵補助力をモータ３によって発生させるべく、モータ駆動回路９を制御する。

電圧検出器５は、リレー接点４ｃの下流側端子４ｔに生じる電圧（バッテリ１の電圧）を検出している。補助電源６は、バッテリ１からリレー接点４ｃ及びダイオード８を介して充電される。バッテリ１が正常であるときは、主としてバッテリ１からモータ駆動回路９へ電力が供給される。バッテリ１と共に、補助電源６からも電力が供給される場合があるが、その場合には、放電した補助電源６がその後、バッテリ１によって充電される。補助電源６の充電電荷に相当する端子間電圧は、電圧検出器１０によって検出されている。

次に、リレー接点の溶着チェック処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。この処理は、電動パワーステアリング装置２０の制御とは別に、制御回路７によって定期的に実行される。図２において、まず、制御回路７は、補助電源６の電圧が所定値以上（言い換えれば、充電量（電荷）が所定量以上）であるか否かについての判定を行う(ステップＳ１)。ここで、所定値に満たなければ、補助電源６から十分な給電を行うことはできないので、処理終了となる。所定値以上である場合には、制御回路７は、リレー４をオフにして、プログラム上で機能させるフェールカウンタのカウント値をクリアする（ステップＳ２）。

リレー４をオフにすることによりバッテリ１からモータ３への給電は停止するが、バックアップ的に補助電源６が、モータ３に電力を供給する。従って、モータ３の回転中すなわち電動パワーステアリング装置２０によるアシスト動作中であっても、アシスト動作は支障なく継続され、バッテリ１からの給電停止によって操舵補助力が急変するという事態は生じない。

続いて、制御回路７は、電圧検出器５の検出信号に基づいて、リレー接点４ｃの下流側端子４ｔの電圧が所定値以上であるか否かを判定する。リレー接点４ｃが確実に開いていれば電圧は出ないので、判定は「Ｎｏ」となり、制御回路７は、フェールカウンタのカウント値をクリアし（この場合は既にクリアされているが、再度クリア。）、リレー４をオンにする処理を行う（ステップＳ８）。

一方、リレー接点４ｃが溶着している場合には、ステップＳ２でリレーオフの指令が出ていてもリレー接点４ｃが戻らないため、ステップＳ３において、リレー接点４ｃの下流側端子４ｔの電圧が所定値以上となる。この場合、制御回路７は、フェールカウンタインクリメントすなわち、１カウントを計上する（ステップＳ４）。続いて、制御回路７は、フェールカウンタが所定値（２以上の自然数ｎとする。）に達したか否かの判定を行う（ステップＳ５）。

このステップＳ５の意義は、リレー接点４ｃが溶着しているか否かの判定に、ある程度の時間の幅を持たせること及び誤判定を無くすことにある。最初は、フェールカウンタが所定値に達していないため、制御回路７は、ステップＳ６で時間待ち（Δｔ：例えば０．１秒）をした後、再度ステップＳ３〜Ｓ５を実行する。こうして、ステップＳ３〜Ｓ６の処理は、ステップＳ５でフェールカウンタが所定値に達するまで行われる。この所定値に達するまでには少なくともΔｔ・（ｎ−１）の時間を要する。

ステップＳ５でフェールカウンタが所定値に達する前に、ステップＳ３において電圧が所定値より小さくなった場合には、リレー接点４ｃが開いたと推定することができる。従って、制御回路７は、フェールカウンタのカウント値をクリアし、リレー４をオンにする処理を行う（ステップＳ８）。通常、リレー接点４ｃが開く動作を開始するのは、リレーオフの指令より若干遅れる。また、開き初めてもアークが消えるまでは、電気的には開いたことにならない。さらに、溶着までには至らないが、何らかの原因でリレー接点が開きにくくなったために、開動作が遅れる場合もある。しかしながら、これらの場合でも、時間待ちをしながらフェールカウンタが所定値に達するのを待つことにより、過度に溶着と判定する不都合を回避することができる。

一方、ステップＳ５にてフェールカウンタが所定値に達した場合には、制御回路７は、電動パワーステアリング装置２０を停止させる（使用不可とする）フェールセーフ処理を行う（ステップＳ７）。この場合、併せて警告表示等も行う。なお、実際には、車両の停車若しくは駐車を待って、電動パワーステアリング装置２０を停止させることが好ましい。停車等を待たずに電動パワーステアリング装置２０を停止させることも可能ではあるが、特に、アシスト動作中のとき突如停止させるとハンドルが急に重くなるので、徐々に操舵補助力を弱めながら停止させるか、又は、警告後一定時間を経過したときに停止させる等の措置を施すことが好ましい。

以上のように、第１実施形態の電動パワーステアリング装置の補助電源システムにおいては、リレー４に対して開路指令を与えても、電動パワーステアリング装置２０に対して補助電源６によりバックアップ的に電力を供給することによって、電動パワーステアリング装置２０への給電を停止させることなく維持することができる。そして、この状態において、電圧検出器５の出力が所定値に達しているか否かに基づいてリレー接点４ｃが溶着しているか否かを判定することができる。従って、電動パワーステアリング装置２０を使用している場合でも、操舵補助力を急変させることなく、リレー接点４ｃの溶着チェックを行い得る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを提供することができる。

また、図２のフローチャートの処理を定期的に行うことにより、遅滞なくリレー接点の溶着を検出することができる。
また、本来、リレー接点４ｃが溶着していても他に故障が無ければ電動パワーステアリング装置２０を動作させることは可能であるが、そうはさせずに、当該システムでは、リレー接点４ｃの溶着により電動パワーステアリング装置２０が停止、すなわち、使用できない状態とすることにより、フェールセーフのシステムとすることができる。

図３は、図１の構成の変形例であり、バッテリ１、補助電源ユニット２Ｂ、ＥＰＳ−ＥＣＵ２Ａ及び電動パワーステアリング装置２０のモータ３の接続構成を示す回路図である。図１との違いは、図１におけるＥＰＳ−ＥＣＵ２の機能を、文字通りＥＰＳ専用のＥＰＳ−ＥＣＵ２Ａと、補助電源６に関する制御部分を別個独立のものとした補助電源ユニット２Ｂとに分けた点である。補助電源ユニット２Ｂ内には、図１と同様に上記第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを構成する主要部としてのリレー４、電圧検出器５、補助電源６及び制御回路７の他、ダイオード８、モータ駆動回路９及び電圧検出器１０が設けられている。モータ駆動回路９の制御は、ＥＰＳ−ＥＣＵ２Ａ内の制御回路１１によって行われる。制御回路７によるリレー接点の溶着チェック処理については、上述の通りである。

《第２実施形態》
図４は、バッテリ１、ＥＰＳ−ＥＣＵ２及び電動パワーステアリング装置２０のモータ３の接続構成を示す回路図である。ＥＰＳ−ＥＣＵ２内には、本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを構成する主要部としてのリレー４、電圧検出器５、補助電源６及び制御回路７の他、ダイオード８、モータ駆動回路９、電圧検出器１０、及び、切替スイッチ１２，１３が設けられている。

リレー４、電圧検出器５、ダイオード８、モータ駆動回路９及び電圧検出器１０は、第１実施形態と同じ機能を有するものであり、回路上の同様の位置に配置されている。切替スイッチ１２，１３は、好ましくは半導体スイッチング素子を用いて構成される電子スイッチであり、制御回路７によって駆動され、接点の接続形態が切り替わる。接点の接続形態によって３種類の回路（図４，図５，図６）が構成される。図４は、バッテリ１のみで電力供給を行うバッテリ単独モード、図５は、バッテリ１と補助電源６とが互いに直列接続され、高電圧を付与する直列モード、図６は、補助電源６をバックアップ的に使用するバックアップモードである。

まず図４において、通常、車両のイグニッションキー（図示せず。）がオンの位置にあれば、制御回路７からリレー４に対して励磁信号が出力され、リレー接点４ｃは閉路している。これにより、バッテリ１の電圧は、切替スイッチ１３の端子ｂ−ｃを経て、モータ駆動回路９に付与される。また、バッテリ１の電圧により、ダイオード８を介して補助電源６が充電され、満充電の状態では、補助電源６の端子間電圧は、バッテリ１の電圧と等しくなる。なお、補助電源６の負極側は、切替スイッチ１２の端子ｃ−ｂを経てバッテリ１の接地側電路に接続されている。電圧検出器５は、リレー接点４ｃの下流側端子４ｔに生じる電圧（バッテリ１の電圧）を検出している。また、電圧検出器１０は、補助電源６の端子間電圧を検出している。この状態で、制御回路７は、必要な操舵補助力をモータ３によって発生させるべく、モータ駆動回路９を制御する。

次に、必要な操舵補助力が増大してバッテリ１のみでは十分に電力をまかないきれないときは、制御回路７は切替スイッチ１２，１３の接続形態を切り替えて、図５の状態とする。図５において、補助電源６は、切替スイッチ１２の端子ａ−ｃを介してバッテリ１と直列に接続される。従って、バッテリ１の電圧に、補助電源６の端子間電圧を加えた高い電圧が、切替スイッチ１３の端子ａ−ｃを経て、モータ駆動回路９に付与される。これにより、大電力をモータ３に供給して大きな操舵補助力を生じさせることができる。

次に、バッテリ１と補助電源６とを互いに並列に使用したい場合や、バッテリ１が故障した場合等においてバックアップ的に補助電源６からモータ３に電力を供給したい場合には、制御回路７は切替スイッチ１２，１３の接続形態を切り替えて、図６の状態とする。図６において、補助電源６の負極側は、切替スイッチ１２の端子ｃ−ｂを介して接地側電路に接続される。また、補助電源６の正極側は、切替スイッチ１３の端子ａ−ｃを介してモータ駆動回路９に接続される。従って、バッテリ１が故障（失陥）していても、補助電源６の端子間電圧が、切替スイッチ１３の端子ａ−ｃを経て、モータ駆動回路９に付与される。また、バッテリ１が正常で、かつ、バッテリ１の電圧と補助電源６の端子間電圧が互いに等しい場合には、互いに並列な関係にあるバッテリ１と補助電源６とから、共通の電圧が、モータ駆動回路９に付与される。

次に、リレー接点の溶着チェック処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。図２のフローチャートとの違いは、ステップＳ０及びステップＳ１ａを追加した点及び、ステップＳ８の処理内容を追加した点にあり、その他のステップにおける処理内容は図２と同様である。この処理は、電動パワーステアリング装置の制御とは別に、図４〜６の制御回路７によって定期的に実行される。

図７において、まず、制御回路７は、切替スイッチ１２，１３が、図５の状態（直列モード）にあるか否かを判定する（ステップＳ０）。ここで、図５の状態である場合には、処理終了となる。図５の状態である場合に溶着チェック処理を行わないのは、直列モードでリレー４をオフにするとモータ駆動回路９に供給する電圧が０になり、電圧の急変を生じさせるからである。切替スイッチ１２，１３が図４又は図６の状態であるときは、制御回路７は、補助電源６の電圧が所定値以上（言い換えれば、充電量（電荷）が所定量以上）であるか否かについての判定を行う(ステップＳ１)。ここで、所定値に満たなければ、補助電源６から十分な給電を行うことはできないので、処理終了となる。所定値以上である場合には、制御回路７は、切替スイッチ１２，１３を図６の状態とし（ステップＳ１ａ）、リレー４をオフにして、プログラム上で機能させるフェールカウンタのカウント値をクリアする（ステップＳ２）。

リレー４をオフにすることによりバッテリ１からモータ３へ給電することはできなくなるが、補助電源６がバックアップ的に、モータ３に電力を供給する。従って、モータ３の回転中すなわち電動パワーステアリング装置２０によるアシスト動作中であっても、アシスト動作は支障なく継続され、操舵補助力の急変は生じない。

以下、ステップＳ３〜Ｓ７の処理は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、ステップＳ８において制御回路７は、フェールカウンタのカウント値をクリアし、リレー４をオンにする処理を行う他、切替スイッチ１２，１３を元の状態に戻す処理も行う（ステップＳ８）。

以上のように、第２実施形態の電動パワーステアリング装置の補助電源システムでは、直列モードの場合を除き、リレー４に対して開路指令を与えても、電動パワーステアリング装置２０に対して補助電源６によりバックアップ的に電力を供給することによって、電動パワーステアリング装置２０への給電を停止させることなく維持することができる。そして、この状態において、電圧検出器５の出力が所定値に達しているか否かに基づいてリレー接点４ｃが溶着しているか否かを判定することができる。従って、電動パワーステアリング装置２０を使用している場合でも、操舵補助力を急変させることなくリレー接点４ｃの溶着チェックを行い得る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを提供することができる。

また、図７のフローチャートの処理を定期的に行うことにより、遅滞なくリレー接点の溶着を検出することができる。
また、本来、リレー接点４ｃが溶着していても他に故障が無ければ電動パワーステアリング装置２０を動作させることは可能であるが、そうはさせずに、当該システムでは、リレー接点４ｃの溶着により電動パワーステアリング装置２０が停止、すなわち、使用できない状態とすることにより、フェールセーフのシステムとすることができる。

なお、上記各実施形態では補助電源６として電気二重層コンデンサを使用するものとしたが、これに代えて、リチウムイオン電池や、蓄電池を使用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを含む、バッテリ、電動パワーステアリング装置用制御ユニット（ＥＰＳ−ＥＣＵ）及び電動パワーステアリング装置のモータの接続構成を示す回路図である。 リレー接点の溶着チェック処理を示すフローチャートである。 図１の構成の変形例であり、バッテリ、補助電源ユニット、ＥＰＳ−ＥＣＵ及び電動パワーステアリング装置のモータの接続構成を示す回路図である。 本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の補助電源システムを含む、バッテリ、ＥＰＳ−ＥＣＵ及び電動パワーステアリング装置のモータの接続構成を示す回路図であり、切替スイッチがバッテリ単独モードの状態を示す。 図４と同様の回路図であるが、切替スイッチが直列モードの状態を示す。 図４と同様の回路図であるが、切替スイッチがバックアップモードの状態を示す。 リレー接点の溶着チェック処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ バッテリ
４ リレー
４ｃ リレー接点
４ｔ 下流側端子
５ 電圧検出器
６ 補助電源
７ 制御回路
２０ 電動パワーステアリング装置

Claims (3)

1. 電動パワーステアリング装置に電力を供給するためのバッテリのみから当該電動パワーステアリング装置に対して電力を供給する電路に設けられたリレー接点を、開閉指令に応じて動作させるリレーと、
   前記リレー接点よりも下流側の端子に接続され、前記バッテリと共に電力を供給可能であるとともに、前記バッテリが故障したときバックアップ的に前記電動パワーステアリング装置に対して電力を供給することが可能な補助電源と、
   前記リレー接点の下流側端子であって前記補助電源が接続されている端子よりも上流側に位置する端子に接続され、当該下流側端子に生じる電圧を検出する電圧検出器と、
   前記電動パワーステアリング装置に対して前記補助電源によりバックアップ的に電力を供給し、かつ、前記リレーに対して開路指令を与えた状態において、前記電圧検出器の出力が所定値に達しているか否かに基づいて前記リレー接点が溶着しているか否かを判定する制御回路と
   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の補助電源システム。
2. 前記制御回路は定期的に、前記状態において、前記判定を行う請求項１記載の電動パワーステアリング装置の補助電源システム。
3. 前記リレー接点が溶着していると判定したとき、前記制御回路は、前記電動パワーステアリング装置を停止させる請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の補助電源システム。

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