JP7099066B2 - Auxiliary power supply and electric power steering - Google Patents
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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。 The present invention relates to an auxiliary power supply device and an electric power steering device provided with the auxiliary power supply device.
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。
As an electric power steering device that assists the driver in steering, there is one provided with an auxiliary power supply device as seen in
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。
FIG. 5 shows the configuration of the electric circuit of the conventional auxiliary
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。
One of the two plates of the capacitor 105 (
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。
The high
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。
In the auxiliary
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。
In the conventional auxiliary
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。 The auxiliary power supply device for solving the above problems includes an input port connected to the main power supply, an output port connected to the power supply target, a charge / discharge circuit interposed between the input port and the output port, and a charge / discharge circuit. In an auxiliary power supply device comprising, the charge / discharge circuit can charge a charge between a low potential line, which is a wiring connected to the input port via a relay, and a first plate and a second plate. In the capacitor, the low potential line is connected to the first electrode plate, one end is connected to the low potential line, and the other end is connected to the ground via the first switching element. When the chopper coil whose other end is connected to the second electrode plate via the second switching element and the wiring connecting the second switching element and the second electrode plate are defined as a high potential line. A pull-up resistor having one end connected to the input port without the relay and the other end connected to the high-potential line, a connection point of the pull-up resistor in the high-potential line, and the second pole. It has a third switching element installed in a portion between the plate and a switch for discharging interposed between the high potential line and the output port.
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。 In the above auxiliary power supply device, the potential of the connection point of the pull-up resistor in the high potential line when all of the relay, the switch for discharging, and the first, second, and third switching elements are in the open state is a fixed value. It becomes. When the second switching element is closed from this state, the potential on the chopper coil side of the first switching element becomes the same as the potential at the connection point. As a result, since the potentials at both ends of the first switching element are fixed, it becomes possible to perform a failure diagnosis of the first switching element based on the current and the potential before starting the power supply with the relay closed.
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。 If the first switching element is closed for failure diagnosis before the start of power supply in a state where the relay is short-circuited, both terminals of the main power supply are short-circuited through the first switching element. Therefore, it is desirable to confirm in advance that there is no short-circuit failure of the relay before diagnosing the failure of the first switching element. However, if both ends of the relay are connected via a pull-up resistor, a short-circuit failure of the relay cannot be diagnosed. In that respect, in the above configuration, a second switching element is interposed between the relay and the pull-up resistor, and by keeping the second switching element in the open state, it is possible to diagnose a short-circuit failure of the relay. Become.
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。 The failure diagnosis in the auxiliary power supply device is performed by short-circuiting the relay in a fully open command state in which an open command is output to all of the relay, the discharge switch, and the first, second, and third switching elements. The first step of diagnosing the presence or absence of a failure, the second step of diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure of the second switching element while maintaining the fully open command state after the execution of the first step, and the second step. After performing the step, an open command is output to the relay, the discharge switch, and the first and third switching elements, respectively, and a close command is output to the second switching element. After performing the third step of diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure of the first switching element and the third step, an open command is output to the relay, the discharge switch, and the third switching element, respectively. It is desirable that the closing command be output to the first and second switching elements, respectively, and then the fourth step of diagnosing the presence or absence of a normally open failure of the first switching element.
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。 Further, if the auxiliary power supply device is provided with a bypass circuit that bypasses the charge / discharge circuit and allows current to flow from the input port to the output port, power can be supplied through the bypass circuit even when the charge / discharge circuit fails. It will be possible.
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。 The charging / discharging circuit in the auxiliary power supply device may be configured to include a charging switch interposed between the low potential line and the output port. In such a configuration, when the failure diagnosis of the auxiliary power supply device is performed through the first to fourth stages, it is preferable that the open command is output to the charging switch at any stage.
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。 The auxiliary power supply device is provided with, for example, a motor for steering assistance, and the motor can be applied to an electric power steering device to which the auxiliary power supply device is to be fed.
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。 According to the present invention, a failure of a switching element that causes a short circuit between terminals of a main power supply can be diagnosed before the start of power supply.
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。
Hereinafter, an embodiment of the auxiliary power supply device and the electric power steering device will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
As shown in FIG. 1, the electric power steering device (hereinafter referred to as EPS1) of the present embodiment includes a
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。
The
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。
Further, a steering assisting motor (hereinafter referred to as an assist motor 10) is connected to the
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。
Further, the electric
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the auxiliary
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。
The charge / discharge circuit C1 includes a low
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。
Further, the charge / discharge circuit C1 includes a
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。
When the
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。
Further, the charge / discharge circuit C1 includes a
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。
In addition, the charge / discharge circuit C1 is between the discharge switch (hereinafter referred to as FET 3) interposed between the high
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。
The charge / discharge circuit C1 is provided with a pull-up
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。
On the other hand, the bypass circuit C2 has a
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。
Incidentally, in the present embodiment, the
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。
The
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。
Subsequently, the power supply control of the auxiliary
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。
FIG. 3 shows the target of diagnosis at each stage of failure diagnosis, the operating state of each switching element (FET1 to FET9), and the potential (monitor potential) used for each diagnosis.
In the first stage of failure diagnosis before the start of power supply, short-circuit failure diagnosis of the main relay 22 (FET5, FET6) based on the relay post-stage potential E2 and short-circuit failure of the bypass relay 29 (FET7, FET8) based on the output port potential E3. Is diagnosed. In such a first stage diagnosis, the
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。
If a short-circuit failure has occurred in the main relay 22 (FET5, FET6) at this time, the relay subsequent stage potential E2 becomes a value close to the positive electrode potential (hereinafter, battery potential E0) of the vehicle-mounted
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。
When it is confirmed that a short-circuit failure has occurred in at least one of the
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。
In the second stage, a short-circuit failure of the
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。
If it is confirmed that a short-circuit failure of the
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。
In the third stage, a short-circuit failure of the
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。
If it is confirmed that a short-circuit failure of the
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。
In the fourth stage, the presence or absence of a normally open failure (open failure) of the
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。
If the
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。
FIG. 4 shows the driving states of the
At the time of power supply control, the
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。
The
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。
In the power supply control, the
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。
Further, in the power supply control, when the required power EPS is equal to or less than the battery power PS and the charging upper point potential E1 is less than the maximum charging potential MAX, the
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。
Further, in the power supply control, when the required power EPS exceeds the battery power PS, the
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。
As described above, in the present embodiment, the
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。
On the other hand, in the fail-safe state, which is the operating state of the auxiliary
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。
Subsequently, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
The charge / discharge circuit C1 of the auxiliary
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。
When the pull-up
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。
If the charging midpoint potential E4 is simply determined, the pull-up
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。
When a short-circuit failure occurs in the
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。
However, when the charge / discharge circuit C1 is configured so as to connect the pull-up
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。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Failure diagnosis of FET1 before the start of power feeding can be performed in a state where the charging midpoint potential E4 is confirmed.
(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。
(2) Since it is possible to perform a failure diagnosis of the
(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。
(3) Even when a failure occurs in the charge / discharge circuit C1, the power supply to the assist
The embodiment may be modified as follows.
・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。
In the above embodiment, the failure diagnosis is performed based on the relay rear stage potential E2, the output port potential E3, and the charging midpoint potential E4, but the current values of the relay rear stage point P2, the
・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。
-In the electric
・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。
-In the above embodiment, the bypass circuit C2 is provided as a circuit for supplying power at the time of fail-safe when a failure occurs in the charge / discharge circuit C1. The power supply to the assist
・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。
-In the above embodiment, the in-
・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。
-A mechanical relay may be adopted as the
A motor other than the three-phase brushless motor may be adopted as the
-A part or all of the switching elements (FET1 to FET9) may be configured by switching elements other than MOSFETs.
・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。
-As the
The number of capacitors constituting the
・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。
The electric
・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。
-The auxiliary
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。
1 ... Electric power steering device, 2 ... Steering wheel, 3 ... Pinion gear, 4 ... Steering shaft, 5 ... Rack shaft, 6 ... Rack gear, 7 ... Steering wheel, 8 ... Tie rod, 9 ... Torque sensor, 10 ... Assist motor ( Steering assistance motor), 11 ... Reducer, 12 ... Motor drive circuit, 13 ... Auxiliary power supply, 14 ... Electronic control unit, 15 ... In-vehicle battery (main power supply), 16 ... Arithmetic processing circuit, 17 ... Memory, 18 ... Vehicle speed sensor, 20 ... Input port, 21 ... Output port, 22 ... Main relay (relay), 23 ... Low potential line, 24 ... Storage unit, 24A, 24B ... Capacitor, 25 ... Chopper coil, 26 ... High potential line, 27 ... Pull-up resistance, FET1 to FET9 ... Switching element (FET1: 1st switching element, FET2: 2nd switching element, FET9: 3rd switching element), P1 ... Charging upper point (pull-up resistance in high potential line) Connection point), P2 ... Relay post-stage point, P4 ... Charging midpoint, E1 ... Charging upper point potential, E2 ... Relay post-stage potential, E3 ... Output port potential, E4 ... Charging midpoint potential, E5 ... Battery potential.
Claims (5)
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。 In an auxiliary power supply device including an input port connected to a main power supply, an output port connected to a power supply target, and a charge / discharge circuit interposed between the input port and the output port.
The charge / discharge circuit is
A low-potential line, which is a wiring connected to the input port via a relay,
A capacitor capable of charging an electric charge between the first plate and the second plate, wherein the low potential line is connected to the first plate.
One end is connected to the low potential line, the other end is connected to the ground via the first switching element, and the other end is connected to the second electrode plate via the second switching element. With chopper coil,
When the wiring connecting the second switching element and the second electrode plate is a high potential line, one end is connected to the input port without the relay and the other end is connected to the high potential line. With the pull-up resistor
A third switching element installed in a portion between the connection point of the pull-up resistor and the second electrode plate in the high potential line, and
A discharge switch interposed between the high potential line and the output port,
Has an auxiliary power supply.
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。 The first step of diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure of the relay in the fully open command state in which the open command is output to all of the relay, the discharge switch, and the first, second, and third switching elements.
After the implementation of the first step, the second step of diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure of the second switching element while maintaining the fully open command state, and
After the execution of the second step, an open command is output to the relay, the discharge switch, and the first and third switching elements, respectively, and a close command is output to the second switching element. After that, the third step of diagnosing the presence or absence of a short-circuit failure of the first switching element, and
After the third step is performed, an open command is output to the relay, the discharge switch, and the third switching element, and a close command is output to the first and second switching elements, respectively. Then, the fourth step of diagnosing the presence or absence of a normally open failure of the first switching element, and
The auxiliary power supply device according to claim 1, wherein a failure diagnosis of the auxiliary power supply device is performed through the system.
請求項1又は2に記載の補助電源装置。 The auxiliary power supply device according to claim 1 or 2, further comprising a bypass circuit for passing a current from the input port to the output port by bypassing the charge / discharge circuit.
An electric power steering device comprising the auxiliary power supply device according to any one of claims 1 to 4 and a motor for steering assistance, and the motor is a power supply target of the auxiliary power supply device.
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