JPWO2014184888A1

JPWO2014184888A1 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JPWO2014184888A1
Application number: JP2015516807A
Authority: JP
Inventors: 巧五百原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: CN105246763B; EP2998200A1; CN105246763A; JP6009665B2; EP2998200B1; EP2998200A4; WO2014184888A1

Abstract

バッテリに接続された第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子に直列接続されると共にモータを駆動する駆動回路に接続された第２のスイッチング素子とからなる電源リレーと、駆動回路と第２のスイッチング素子との間の電圧をモニタするモニタ回路と、電源リレーを制御する指令信号とモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて電源リレーの異常を判定する演算装置とを備えた。

Description

この発明は、ハンドルの操舵力を電動モータによりアシストする電動パワーステアリング装置に関するものである。

周知のように、電動パワーステアリング装置は、ハンドルに加えられた運転者による操舵トルクを検出し、この検出した操舵トルクに対応したトルクを電動モータにより発生して運転者の操舵力をアシストするように構成されている。

従来、車載バッテリ等の電源から電動モータへの給電経路にメカニカル電源リレーを配置し、この電源リレーを制御することにより電動モータへの給電回路を開閉するようにした電動パワーステアリング装置が存在している。又、そのメカニカル電源リレーをＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子により構成した電動パワーステアリング装置が存在している。更に、車両に搭載されたバッテリが誤って逆極性に接続されたときに装置が破壊されるのを防止のために、同一のＭＯＳＦＥＴを直列接続して電源リレーを構成し、この電源リレーを電動モータの給電経路に配置するようにした電動パワーステアリング装置も存在している。

前述のように同一のＭＯＳＦＥＴを直列接続して電動モータの給電経路に配置した従来の電動パワーステアリング制御装置では、夫々のＭＯＳＦＥＴの異常検出のために、夫々のＭＯＳＦＥＴを個別に駆動することができるゲート駆動信号を発生するモータ駆動回路とは別に、直列接続された２個のＭＯＳＦＥＴの間とＭＯＳＦＥＴとモータ駆動回路との間に夫々モニタ回路を付加し、このモニタ回路により夫々のＭＯＳＦＥＴの異常をチェックするようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８８１０１号公報

前述のようにＭＯＳＦＥＴにより電源リレーを構成した従来の電動パワーステアリング装置の場合、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間に寄生ダイオードが内蔵されており、ＭＯＳＦＥＴがオープン故障してもこの寄生ダイオードのためＭＯＳＦＥＴの故障を検出することができない。又、ＭＯＳＦＥＴを直列接続して構成した電源リレーを有する従来の電動パワーステアリング装置に於いては、回路素子が増加し、それらの異常をチェックする手段も複雑化する等の課題が存在していた。

この発明は、従来の電動パワーステアリング装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、装置を複雑化することなくＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子の異常を容易に行ない得るようにした電動パワーステアリング装置を得ることを目的とするものである。

この発明による電動パワーステアリング装置は、
車両を運転する運転者の操舵トルクに対応したアシストトルクを発生するモータと、前記モータを制御する制御ユニットとを備え、前記モータにより発生したアシストトルクを前記操舵トルクに加えて前記運転者の操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を演算して前記駆動回路に出力すると共に、第１の指令信号を発生する演算装置と、
前記駆動回路と前記車両の搭載されたバッテリとの間に接続され、前記演算装置からの前記第１の指令信号に基づいて開閉する電源リレーと、
を備え、
前記電源リレーは、
第１のダイオードが並列接続され、前記バッテリに接続された第１のスイッチング素子と、
第２のダイオードが並列接続され、前記第１のスイッチング素子に直列接続されると共に前記駆動回路に接続された第２のスイッチング素子と、
により構成され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子は、前記演算装置からの前記第１の指令信号により同時に開閉するように駆動され、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが直列接続されているとき、互いに逆極性となるように直列接続され、
前記駆動回路と前記第２のスイッチング素子との間の電圧をモニタする第１のモニタ回路を備え、
前記演算装置は、前記第１の指令信号と前記第１のモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて、前記電源リレーの異常を判定する、
ことを特徴とする。

この発明によれば、電源リレーの駆動回路を簡略化でき、その異常を判定するモニタ回路も削減でき、引いては異常判定工程も削減できるものである。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の主要部の構成図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、充電回路の回路構成図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、モニタ回路と電源リレー駆動回路の回路構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の主要部の構成図である。図１に於いて、モータ１９は、その出力軸が減速機構（図示せず）を介して車両のステアリング装置に連結されており、後述するように、運転者の操舵トルクに対応したトルクを発生し、この発生したトルクをアシストトルクとして減速機構を介して車両のステアリング装置に加える。

制御ユニット２は、モータ駆動回路１８と、演算装置（以下、ＣＰＵと称する）１７と、電源リレー３と、電源リレー駆動回路１４と、コンデンサとしての電解コンデンサ８と、充電回路１６と、第１のモニタ回路９と、第２のモニタ回路１２とを備えている。車両に搭載されたバッテリ１は、電源リレー３とモータ駆動回路１８を介してモータ１９に接続され、モータ１９に電源を供給する。

ＣＰＵ１７は、運転者によりステアリング軸に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器（図示せず）からのトルク信号や、車両の速度を検出する車速検出器（図示せず）からの車速信号等が入力され、これ等の入力された信号に基づいて制御信号を演算し、その演算した制御信号をモータ駆動回路１８へ出力する。モータ駆動回路１８は、ＣＰＵ１７からの制御信号に対応した駆動電流を発生してモータ１９を駆動し、モータ１９に運転者の操舵トルクに対応したトルクを発生させる。

電源リレー３は、直列接続された第１のスイッチング素子としての第１のＭＯＳＦＥＴ４と、第２のスイッチング素子としての第２のＭＯＳＦＥＴ５により構成されている。第１のＭＯＳＦＥＴ４は、この第１のＭＯＳＦＥＴ４に並列接続された第１の寄生ダイオード７を内蔵している。第２のＭＯＳＦＥＴ５は、この第２のＭＯＳＦＥＴ５に並列接続された第２の寄生ダイオード６を内蔵している。このように、第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５とを直列接続して構成された電源リレー３は、電解コンデンサ１の正極端子とモータ駆動回路１８の正極側入力端子との間に挿入されている。又、第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極は、電源リレー駆動回路１４に接続されている。

第１のＭＯＳＦＥＴ４及び第２のＭＯＳＦＥＴ５は、ＣＰＵ１７から出力される第１の指令信号１３に基づく電源リレー駆動回路１４からの駆動信号がゲート電極に与えられたときにオンとなり、車両に搭載された電源としてのバッテリ１とモータ駆動回路１８とを接続し、電源リレー駆動回路１４からの駆動信号がゲート電極に与えられなければオフとなり、バッテリ１とモータ駆動回路１８との接続を遮断する。

ここで、第１のＭＯＳＦＥＴ４の第１の寄生ダイオード７は、バッテリ１が図１に示す極性に正しく接続されていれば、第１のＭＯＳＦＥＴ４がオフであればバッテリ１とモータ駆動回路１８との間を遮断する方向の極性に接続されている。一方、第２のＭＯＳＦＥＴ５の第２の寄生ダイオード６は、バッテリ１が誤って図１に示す極性とは逆極性に接続されたとき、第２のＭＯＳＦＥＴ５がオフのときにバッテリ１とモータ駆動回路１８との間を遮断する方向の極性に接続されており、モータ駆動回路１８が逆極性のバッテリに誤って接続されるのを防止してモータ駆動回路１８を保護する。

第１のモニタ回路９は、モータ駆動回路１８の正極側入力端子と負極側入力端子との間に接続された抵抗１０と抵抗１１の直列接続体により構成されており、抵抗１０と抵抗１１の直列接続点の電圧がＣＰＵ１７に入力されている。ＣＰＵ１７は、第１のモニタ回路９から入力される電圧に基づいて、電源リレー３とモータ駆動回路１８との間の電圧をモニタすることができる。

電解コンデンサ８は、モータ駆動回路１８の正極側入力端子と負極側入力端子との間に接続され、ＣＰＵ１７からの第２の指令信号１５に基づいて動作する充電回路１６により充電され、バッテリ１からモータ駆動回路１８に流れる電流が不足するときに放電し、モータ駆動回路１８の電流リップルを吸収する動作を行なう。

次に、充電回路１６について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、充電回路の回路構成図である。図２に於いて、充電回路１６は、第１のトランジスタ２５と、第２のトランジスタ２６と、抵抗２０、２１、２２、２３、及び２４とにより構成されている。第２のトランジスタ２６は、前述の車両に搭載されたバッテリ１の正極側端子にエミッタが接続され、コレクタが抵抗２４を介して電解コンデンサ６の正極側端子に接続されている。第１のトランジスタ２５は、第２のトランジスタ２６のベースに抵抗２２を介してコレクタが接続され、エミッタが車両の接地電位の部位に接続されている。

以上のように構成された充電回路１６に於いて、ＣＰＵ１７からの第２の指令信号１５が第１のトランジスタ２５のベースに抵抗２０を介して印加されると、第１のトランジスタ２５がオンとなり、従って第２のトランジスタ２６がオンとなる。その結果、電解コンデンサ６は、第２のトランジスタ２６及び抵抗２４を介してバッテリ１から充電される。ＣＰＵ１７からの第２の指令信号がオフとなれば、第１のトランジスタ２５及び第２のトランジスタ２６はオフとなり、電解コンデンサ８への充電は停止される。

前述したように、充電回路１６は、ＣＰＵ１７からの第２の指令信号１５によりオン、オフ制御され、電源リレー３をオンする際に、電解コンデンサ８に流れる電流から電源リレー３を保護するために予め電解コンデンサ８を充電しておくように動作する。

次に、第２のモニタ回路１２と電源リレー駆動回路１４について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、モニタ回路と電源リレー駆動回路の回路構成図である。図３に於いて、電源リレー駆動回路１４は、第３のトランジスタ３５と、第４のトランジスタ３６と、抵抗２９、３０、３１、３２、３３、及び３４とにより構成されている。第４のトランジスタ３６は、エミッタが車両の電源３７に接続され、コレクタが抵抗３３を介して電源リレー３を構成する第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極に接続されている。第３のトランジスタ３５は、エミッタが車両の接地電位の部位に接続され、コレクタが抵抗３１を介して第４のトランジスタ３６のベースに接続されている。

ＣＰＵ１７からの第１の指令信号１３が、抵抗２９を介して電源リレー駆動回路１４の第３のトランジスタ３５のベースに与えられると、第３のトランジスタ３５がオンとなり、これにより第４のトランジスタ３６がオンとなる。第４のトランジスタ３６がオンとなることにより、電源３７の電圧が第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５のゲート電極に印加され、第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５はオンとなる。電源３７の電圧はバッテリ１の電圧より高く、第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５のソース電圧がバッテリ１の電圧と同電位となった場合でも、十分に第１のＭＯＳＦＥＴ４及び第２のＭＯＳＦＥＴ５をオンすることが可能である。このように、電源リレー駆動回路１４は、ＣＰＵ１７からの第１の指令信号に基づいて電源リレー３をオン、オフすることができる。

第２のモニタ回路１２は、電源リレー駆動回路１４に於ける第４のトランジスタ３６のコレクタと車両の接地電位の部位との間に接続された抵抗２７、２８の直列接続体により構成され、抵抗２７と抵抗２８の直列接続点の電圧がＣＰＵ１７に入力される。この第２のモニタ回路１２は、第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５の間の電圧をモニタすることができ、ＣＰＵ１７の第１の指令信号１３から分岐した回路である。

ＣＰＵ１７は、第１の指令信号１３に基づいて電源リレー３がオフしているとき、第１のモニタ回路９により第１のＭＯＳＦＥＴ４にショート故障が発生しているか否かの検出を行う。このとき、電源リレー３がオフしているのに第１のＭＯＳＦＥＴ４がショート故障していれば、バッテリ１の電圧がショート故障をしている第１のＭＯＳＦＥＴ４と第２のＭＯＳＦＥＴ５の第２の寄生ダイオード６を介して第１のモニタ回路９に印加されるので、第１のモニタ回路９からＣＰＵ１７に入力されるモニタ電圧が所定の閾値電圧以上となる。従って、ＣＰＵ１７は、第１のモニタ回路９のモニタ電圧が所定の閾値電圧以上の場合に、第１のＭＯＳＦＥＴ４にショート故障が発生していると判定することができる。

一方、前述の判定の結果、第１のモニタ回路９のモニタ電圧が所定の閾値電圧より小さく、第１のＭＯＳＦＥＴ４にショート故障が発生していないと判定した場合は、ＣＰＵ１７の第２の指令信号１５により充電回路１６がオンしているときに第１のモニタ回路９により電解コンデンサ８が充電されていることを確認した後、ＣＰＵ１７は第２のモニタ回路１２により第２のＭＯＳＦＥＴ５のショート故障の検出を行う。このとき、電源リレー３がオフしているのに第２のＭＯＳＦＥＴ５がショート故障していれば、電解コンデンサ８の電圧がショート故障をしている第２のＭＯＳＦＥＴ５を介して第２のモニタ回路１２に印加されるので、第２のモニタ回路１２からＣＰＵ１７に入力されるモニタ電圧が所定の閾値電圧以上となる。従って、ＣＰＵ１７は、第２のモニタ回路１２のモニタ電圧が所定の閾値電圧以上の場合に、第２のＭＯＳＦＥＴ５にショート故障が発生していると判定することができる。

次に、前述の判定に於いて第２のモニタ回路１２のモニタ電圧が所定の閾値電圧より小さく第２のＭＯＳＦＥＴ５にショート故障が発生していないと判定した場合は、ＣＰＵ１７からの第１の指令信号１３により電源リレー３をオンさせ、第１のモニタ回路９により第１のＭＯＳＦＥＴ４のオープン故障の検出を行う。このとき、電源リレー３がオンしているのに第１のＭＯＳＦＥＴ４がオープン故障をしていれば、バッテリ１の電圧が第１のモニタ回路９に印加されないので、第１のモニタ回路９のモニタ電圧は所定の閾値電圧より小さくなる。従って、ＣＰＵ１７は、第１のモニタ回路９のモニタ電圧が所定の閾値電圧より小さい場合に、第１のＭＯＳＦＥＴ４にオープン故障が発生していると判定することができる。

前述の手順に沿って第１のＭＯＳＦＥＴ４及び第２のＭＯＳＦＥＴ５の故障を判定することで、前述したＭＯＳＦＥＴ４およびＭＯＳＦＥＴ５の有する機能を検査することができる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置によれば、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ４、５の保護のために設けられた充電回路１６の充電電圧と、電源リレー駆動回路１４の一部を第２のモニタ回路として利用することで、従来、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ４、ＭＯＳＦＥＴ５に各々に必要であったＭＯＳＦＥＴ駆動信号を１つにすることができ、制御装置を小型化するとともに電源リレー３の異常判定工程を削減することができる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、自動車等の車両の分野、とりわけ電動パワーステアリングの分野に利用することができる。

１バッテリ、２制御ユニット、３電源リレー、
４第１のＭＯＳＦＥＴ、５第２のＭＯＳＦＥＴ、
６第１の寄生ダイオード、７第２の寄生ダイオード、
８電解コンデンサ、９第１のモニタ回路、
１０、１１、２０〜２４、２７、２８、２９〜３４抵抗、
１２第２のモニタ回路、１３第１の指令信号、
１４電源リレー駆動回路、１５第２の指令信号、
１６充電回路、１７演算装置、１８モータ駆動回路、
１９モータ、２５第１のトランジスタ、
２６第２のトランジスタ、３５第３のトランジスタ、
３６第４のトランジスタ、３７電源端子。

この発明による電動パワーステアリング装置は、
車両を運転する運転者の操舵トルクに対応したアシストトルクを発生するモータと、前記モータを制御する制御ユニットとを備え、前記モータにより発生したアシストトルクを前記操舵トルクに加えて前記運転者の操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を演算して前記駆動回路に出力すると共に、第１の指令信号と第２の指令信号を発生する演算装置と、
前記駆動回路と前記車両の搭載されたバッテリとの間に接続され、前記演算装置からの前記第１の指令信号に基づいて開閉する電源リレーと、
前記電源リレーと前記駆動回路との間に接続されたコンデンサと、
前記演算装置からの前記第２の指令信号により制御されて前記コンデンサを充電するように構成された充電回路と、
を備え、
前記電源リレーは、
第１のダイオードが並列接続され、前記バッテリに接続された第１のスイッチング素子と、
第２のダイオードが並列接続され、前記第１のスイッチング素子に直列接続されると共に前記駆動回路に接続された第２のスイッチング素子と、
により構成され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子は、前記演算装置からの前記第１の指令信号により同時に開閉するように駆動され、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが直列接続されているとき、互いに逆極性となるように直列接続され、
前記制御ユニットは、更に、
前記駆動回路と前記第２のスイッチング素子との間の電圧をモニタする第１のモニタ回路と、
前記コンデンサの充電電圧をモニタする第２のモニタ回路と、
を備え、
前記演算装置は、
前記第１の指令信号と前記第１のモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて、前記電源リレーの異常を判定するように構成されていると共に、前記第２の指令信号と前記第２のモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて、前記電源リレーの異常を判定するように構成されている、
ことを特徴とする。

Claims

車両を運転する運転者の操舵トルクに対応したアシストトルクを発生するモータと、前記モータを制御する制御ユニットとを備え、前記モータにより発生したアシストトルクを前記操舵トルクに加えて前記運転者の操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を演算して前記駆動回路に出力すると共に、第１の指令信号を発生する演算装置と、
前記駆動回路と前記車両の搭載されたバッテリとの間に接続され、前記演算装置からの前記第１の指令信号に基づいて開閉する電源リレーと、
を備え、
前記電源リレーは、
第１のダイオードが並列接続され、前記バッテリに接続された第１のスイッチング素子と、
第２のダイオードが並列接続され、前記第１のスイッチング素子に直列接続されると共に前記駆動回路に接続された第２のスイッチング素子と、
により構成され、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子は、前記演算装置からの前記第１の指令信号により同時に開閉するように駆動され、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とが直列接続されているとき、互いに逆極性となるように直列接続され、
前記駆動回路と前記第２のスイッチング素子との間の電圧をモニタする第１のモニタ回路を備え、
前記演算装置は、前記第１の指令信号と前記第１のモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて、前記電源リレーの異常を判定する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御ユニットは、
前記電源リレーと前記駆動回路との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサを充電する充電回路と、
前記コンデンサの充電電圧をモニタする第２のモニタ回路と、
を備え、
前記演算装置は、第２の指令信号を発生するように構成され、
前記充電回路は、前記演算装置からの前記第２の指令信号により制御されて前記コンデンサを充電するように構成され、
前記演算装置は、前記第２の指令信号と前記第２のモニタ回路によりモニタされた電圧とに基づいて、前記電源リレーの異常を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記第２のモニタ回路は、前記第１の指令信号が前記電源リレーに伝達される回路に接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記演算装置は、所定の手順に基づいて前記充電回路と前記電源リレーを制御することにより電源リレーの異常を判定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。