WO1998058833A1

WO1998058833A1 - Dispositif de direction assistee entraine par un moteur electrique

Info

Publication number: WO1998058833A1
Application number: PCT/JP1997/002130
Authority: WO
Inventors: Takayuki Kifuku
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1998-12-30
Also published as: EP0919450B1; DE69737146T2; JP3556678B2; EP0919450A1; US6332506B1; EP0919450A4; DE69737146D1

Description

明細書

電動パワーステアリング装置技術分野

この発明は、操舵力を補助するモータの逆起電力や回生電流の影響によってモ一夕の故障を誤検出することなくモータの地絡故障と、モータと電源との短絡故障（以下、 "天絡" という。）を検出し、故障検出後は適切なフェールセーフ処理を行う電動パワーステアリング装置に関する。背景技術図 1 2は、例えば特開平 4— 3 1 1 7 1号公報に示された従来の電動パワーステアリング装置を示す図である。操舵力を補助するためのモータ 1は、モータ駆動回路 2により駆動制御される。モータ駆動回路 2は、パワートランジスタによる H形プリッジ回路で構成されている。モータ 1に流れる電流はモータ電流検出回路 3によって検出される。また、モータ 1の端子間の電圧はモータ端子間電圧検出回路 4で検出される。

モータ 1をステアリング軸から機械的に切り離すためのクラッチ 5は、クラッチ駆動回路 6によって駆動される。運転者の操舵力はトルクセンサ 7によって検出され、車両の走行速度は車速センサ 8によって検出される。

また、トルクセンサ 7、車速センサ 8等の出力はマイクロコンピュータ 9によつて読みとられる。更に、マイクロコンピュータ 9は状況に応じた最適な操舵捕助力を発生させるベくモータ 1を制御するとともに、モータ端子間電圧検出回路

4等の出力に基づいて故障を検出する。バッテリ 1 0からの電源電圧は、モータ駆動回路 2を通してモータ 1に供給され、またィグニッシヨンスィッチ 1 1を通してマイクロコンピュータ 9に供給される。

次に従来装置の動作について説明する。マイクロコンピュータ 9は、ィグニッシヨンスィッチ 1 1が運転者によって投入され、電源が供給されると、トルクセンサ 7、車速センサ 8を読みとり、車両の走行状態と運転者の操舵状態に応じて、モータ 1から発生させるべき最適な操舵補助力を演算する。

モータ 1は D Cモータであり、モータ電流とトルクが比例するので、操舵捕助力はモータ電流と等価である。従って上記操舵捕助力の演算結果は、モータ 1の目標電流となる。

そこで、マイクロコンピュータ 9はモータ電流検出回路 3で検出されたモータ電流を読み込み、モータ 1の目標電流と検出電流を一致させるベくフィードバック制御することでモータ 1への印加電圧を演算し、モータ駆動回路 2に指示を与えてモータ 1を駆動する。

同時に、モータ 1の端子間の電圧は、モータ端子間電圧検出回路 4で検出されており、上記の如く指示したモータ 1への印加電圧（指示電圧）と、検出されたモータ 1の端子間の電圧（検出電圧）を比較し、指示電圧と検出電圧の偏差が所定値以上となつた状態が所定時間以上継続する場合には、故障と判定する。例えば、指示電圧に比べて検出電圧が所定値より低い状態が所定時間以上継続する場合には、モータ 1の配線が地絡している等の故障であると判定する。しかしながら、モータ 1は、回転速度に比例した電圧（逆起電力）を発生するため、モータ 1が駆動されて回転すると、故障でなくとも逆起電力分が指示電圧と検出電圧の偏差となるため、故障を誤検出する可能性がある。

さらに電動パワーステアリングの用途においては、モータ 1を駆動していなくても負荷、すなわちタイヤ側からモータ 1が回される状況が起こりうる。例えば、所定の角度で保舵しながら走行中に、ステアリングホイールから手を放すと、タイヤが中立方向に戻る力（セルファライニングトルク）によってステアリングホイールは中立方向に戻され、モータ 1は回転し、逆起電力が指示電圧と無関係に発生する。

このような状況は頻繁に起こりうるが、たとえ指示電圧が 0でも逆起電力分が検出されることになり、従来の故障検出方法では故障を誤検出する可能性が'非常に高い。ゆえに、特に電動パワーステアリングの用途においては、指示電圧と検出電圧の偏差に基づいて故障を検出しょうとすると、誤検出を頻発するため好ましくない。

更に、このような誤検出を避けるための処置を講ずると、例えば、故障を検知してから、故障であると確定してフェールセーフ処置を講ずるまでの時間を非常に長くすること等が必要であり、故障検出能力が低下するため好ましくない。以上のように、従来の電動パワーステアリング装置では、ここで示した故障検出方法のみならず、モータ 1の故障を端子電圧に基づいて検出しょうとすると、モータ 1の逆起電力の影響で故障の誤検出を頻発するという問題点があった。この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、モータの逆起電力等によつて誤検出することなく、モータ配線の地絡等の故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的する。発明の開示

本発明は検出操舵トルク等に基づいて操舵力を補助するモータ、このモータを駆動制御するモータ駆動制御手段と、前記モータの各端子電圧が設定値を逸脱する場合に故障と判定する故障判定手段とを備えることで、モータの逆起電力の影響で故障を誤検出することなくモータ配線の天絡または地絡故障などの短絡故障を検出できる。

また、本発明における故障判定手段は、パルス駆動されたモータの端子に現れる矩形波状の端子電圧を平滑することによりモータ端子の平均電圧を検出するモータ端子平均電圧監視部を備え、モータ端子平均電圧が設定値を逸脱する場合に故障と判定することにより、モータを駆動中に故障判定を行う場合のマイクロコンピュー夕の負荷を軽減できる。

また、本発明における故障判定手段は、モータ端子電圧に所定の電圧を加算するモータ端子電圧監視部を備え、予めモータ端子電圧に所定の電圧を加えておくことで、モータを駆動せずに地絡故障を検出できる。

また、本発明は、モータを、少なくとも所定時間以上駆動していない場合に限り、モータ端子電圧に基づく故障検出を行うことにより、モータの回生電流の影響で故障を誤検出することなく、モータの天絡または地絡故障を検出できる。また、本発明は、モータを駆動し、モータへの印可電圧が所定値以下の場合には、モータ端子電圧に基づく故障検出を行わないことにより、モータの回生電流の影響で故障を誤検出することなく、モータの天絡または地絡故障を検出できるまた、本発明は、モータを駆動し、モータ電流が所定値以下の場合には、モ一タ端子電圧に基づく故障検出を行わないことにより、モータの回生電流の影響で故障を誤検出することなく、モータの天絡または地絡故障を検出できる。

また、本発明は、モータ駆動制御手段の電源電圧が所定範囲内にある場合に限り、モータ端子電圧に基づく故障検出を行うことにより、モータ駆動回路の環流ダイォードの影響で故障を誤検出することなく、モータの天絡または地絡故障を検出できる。

また、本発明は、故障と判定した場合には、モータの駆動を中止することにより、モータ駆動回路に用いられる素子を確実に保護する。

また、本発明は、故障と判定した場合には運転者に警報する警報装置を備えることにより、運転者等に注意を促す。

また、本発明は、故障と判定した場合にモータを操舵系から機械的に切り離すことにより、故障によるモータの発電ブレーキで急操舵時に操舵力が増加することを防止する。

また、本発明は、モータ駆動制御手段と電源または接地との間にスィッチ手段を備え、故障と判定した場合には前記電源または接地と前記モータ駆動制御手段とを遮断することにより、モータ駆動回路が短絡故障している場合でも電流を遮断する。

また、本発明は、モータ駆動制御手段と負荷が成す閉回路中にスィッチ手段を備え、故障と判定した場合には前記スィッチ手段を開くことにより、故障によるモータの発電ブレーキを防止する。

また、本発明は、モータと操舵系の間に駆動連結するクラッチ手段を備え、故障と判定した場合には前記クラッチ手段によってモータを操舵系から機械的に切り離すことにより、故障によるモータの発電ブレ一キで急操舵時に操舵力が増加することを防止する。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の第 1の実施例による電動パワーステアリング装置を示す図である。

図 2は、モータを片側 PWM方式で駆動した場合の各部波形を示す図である。図 3は、モータを両側 PWM方式で駆動した場合の各部波形を示す図である。図 4は、モータの等価回路を示す図である。

図 5は、モータが回転し、逆起電力が発生した場合の各部波形を示す図である o

図 6は、モータが地絡故障した場合の各部波形を示す図である。

図 7は、モータが天絡故障した場合の各部波形を示す図である。

図 8は、この発明の第 1の実施例による故障検出の動作を説明するフローチヤ ―トである。

図 9は、モータに通電中に天絡、地絡故障した場合の動作を説明する図である図 1 0は、この発明の第 2の実施例による故障検出の動作を説明するフローチヤートである。

図 1 1は、この発明の第 4の実施例による電動パワーステアリング装置を示す図である。

図 1 2は、従来の電動パワーステアリング装置を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。実施の形態 1 .

以下、この発明の実施の形態 1を図について説明する。なお、従来装置と同一あるいは相当する部分は同一符号を付けている。図 1において、操舵力を補助するためのモータ 1はモータ駆動回路 2により駆動される。モータ駆動回路 2は M

0 S F E T 1 2 a〜dによる H形プリッジ回路で構成されている。モータ 1に流れる電流はモータ電流検出回路 3で検出されてマイクロコンピュータ 9に入力される。更に、モータ 1の端子電圧は、電機子の +端子、一端子にそれぞれ入力端子が接続されたモータ端子電圧検出回路 1 3 P， 1 3 Nで検出されマイクロコンピュータ 9に入力される。

運転者の操舵力はトルクセンサ 7で検出され、検出結果はトルクセンサ入力回路 1 4を介してマイクロコンピュータ 9に入力され、状況に応じた最適な操舵補助力を発生させるベくモータ 1を制御させる。また、車両の走行速度は車速センサ 8で検出され車速センサ入力回路 1 5を介してマイクロコンピュータ 9に入力される。モータ駆動回路 2の電源電圧は、電源の遮断制御を行う電源リレー 1 6 を通してバッテリ 1 0より供給される。モータ駆動回路 2の電源電圧 V Bは電源電圧検出回路 1 7で検出されてマイクロコンピュータ 9に入力される。

マイクロコンピュータ 9は入力された各検出結果より何らかの故障を判定した場合にアラームランプ 1 8で運転者に警報する。

マイクロコンピュータ 9は、各検出回路より入力された信号に基づき故障判定処理、制御演算処理等を行う C P U 1 9、各処理プログラム等が記憶された R O M 2 0、処理結果及び入力データを一時的に記憶する R AM 2 1、プログラムの実行周期の管理等を行うためのタイマ 2 2、モータ電流検出回路 3、モータ端子電圧検出回路 1 3 P , 1 3 N、バッファ 1 4を介してトルクセンサ 7の出力値をディジタル化して C P U 1 9に入力する AZD変換器 2 3、 C P U 1 9の指示に応じてモータ 1を任意のデューティ比で駆動するための PWMタイマ 2 4、電源リレー 1 6とアラームランプ 1 8への出力をバッファ 2 6を介して C P U 1 9に入力したり、また車速センサ 8の出力をバッファ 1 5を介して C P U 1 9に読み込むための 1 0ポート 2 5より構成されている。

次に本実施の形態の動作について説明する。電動パワーステアリングとしての動作は従来装置と同様である。マイクロコンピュータ 9は、トノレクセンサ 7、車速センサ 8、モータ電流検出回路 3の検出値に応じてモータ 1から最適な操舵捕助力を発生させるベくモータ駆動回路 2に指示を与え、モータ 1を駆動する。続いてモータ端子電圧の動作について説明する。電動パワーステアリング装置では、モータ 1に数 1 0 (A) の電流を通流する必要があるため、モータ駆動回路 2の発熱を抑えるためにモータ 1をパルス駆動する。そこで、ここではモータ電流を PWM制御する場合を例にとって説明する。モータ 1を正逆転させるベくモータ駆動回路 2を、例えば MOS FETでなるスィツチング素子で H形プリッジ回路を構成してモータ 1への印可電圧を PWM 制御する場合、一般に図 2に示すように、電源側または接地側のいずれか一方の MOSFETをスィツチングし、他方のスィツチング素子を常時オンさせる方法 (片側 PWM駆動方式）と、図 3に示すように、電源側と接地側の両方の MOS FETをスイッチングする方法（両側 PWM駆動方式）力、'知られている。以下、各々の方式について、図に基づいて順次説明する。

図 2は、モータ 1を片側 PWM駆動方式で駆動時のモータ端子電圧の波形を表す動作説明図である。以下、同図に基づき、モータ 1の +端子から一端子方向に電流を通流する場合を例にとって動作を説明する。 CPU19力所定の演算結果に基づいて PWMタイマ 24に指示を与え、 M0SFET12 aをモータ 1への所望の印可電圧に基づく所定のデューティ比で、 M0SFET12 b, cをデユーティ比 0%で、 MOS FET12 dをデューティ比 100%で駆動すると力行電流が図 2に示す I 1の経路で電流が流れる。

MOS FET 12 aをオフしてから次にオンするまでの間に、回生電流が図 2 に示す I 2の経路でモータ 1に流れ、電機子の抵抗分等で消費されて 0になる場合、すなわちデューティ比が低い場合には、モータ電流は断続的（電流断続モード）に通流される。デューティ比が高い場合には、モータ電流は連続的（電流連続モード）に通流される。

モータ 1の回転速度が小さいためにモータ 1の逆起電力の影響が無視でき、また MOS FET 12のオン抵抗が小さいためにドレイン一ソース間電圧が略 0と見なせる場合には、接地電位基準の各モータ端子電圧 VM十、 VM—は、図 2に示す通り変動する。

順次説明すると、まず VM+は、 MOSFET12 aがオンしている期間にはバッテリ 10の電圧まで上昇し、 VM+ = VBとなる。 MOSFET12 aがォフすると、 MOSFET12 cの寄生ダイォ一ドがオンして環流ダイォードとして作用するために、 VM+==— VF (VFは寄生ダイオードの順電圧降下）となる。

その後、電流断続モ一ドでは、 M0SFET12 Cの寄生ダイォードは MO S FET 12 aがオフの期間にオフするため、 VM+は 0に漸近する。電流連続モ -ドでは、 MOSFET12 cの寄生ダイォードは MOSFET12 aがオフの期間中オンしており、 VM+=— VFのまま保持される。一方、 VM—は、 M0 S FET12 aのオンオフに拘わらず 0となる。

図 3は、モータ 1を両側 PWM駆動方式で駆動時のモータ端子電圧の波形を表す動作説明図である。ここでも、同図に基づき、モータ 1の +端子から一端子方向に電流を通流する場合を例にとって動作を説明する。 CPU19が、所定の演算結果に基づいて PWMタイマ 24に指示を与え、 MOSFET12 a， dをモ一夕 1への所望の印可電圧に基づく所定のデューティ比で、 MOSFET12b ， cをデューティ比 0%で駆動すると、図 3に示す I 1， I 2の経路で電流が流れ o

両側 PWM駆動時においても電流断続モードと電流連続モードがあり、各々のモードにおける VM十、 VM—は、図 3に示す通り変動する。順次説明すると、まず VM+は、 M0SFET12 a, dがオンしている期問には VM+ = V Bまで上昇し、 MOS F ET 12 a, dがオフすると、 MO S F E T 12 b , cの寄生ダイォードがオンして環流ダイォードとして作用するために、 VM + ==— VF となる。

その後、電流断続モードでは、 M0SFET12 b, cの寄生ダイオードは M 0SFET12 a, dがオフの期間にオフするため、 VM +は V BZ2に漸近する。電流連続モードでは、 M0SFET12 b, cの寄生ダイオードは MO S F ET 12 aがオフの期間中オンしており、 VM+=— VFのまま保持される。一方、 VM—は、 M0SFET12 a, dがオンの期間には VM— = 0となり、 M0SFET12 a, dがオフすると、 MO S F E T 12 b, cの寄生ダイォ一ドがオンして環流ダイォ一ドとして作用するために、 VM— = VB— VFとなる。その後、電流断続モードでは、 M0SFET12b, cの寄生ダイオードは MOS FET 12 a, dがオフの期間にオフするため、 VM—は約 VBZ2に漸近する。電流連続モードでは、 M0SFET12b, cの寄生ダイオードは MO SFET12 aがオフの期間中オンしており、 VM— = VB— VFのまま保持される。次に、モータ 1が回転する場合の動作について説明する。 D Cモータの等価回路は、電機子抵抗を R a、電機子イングクタンスを L a , 逆起電力を v eとすると、図 4のように表すことができる。ここで、逆起電力 V eはモータ 1の回転速度に比例するので、 +端子からー端子に電流が流れたときの回転方向を正にとつて、モータ 1の回転速度 ωΜと、逆起電力 V eによって +端子、一端子に生ずる電圧 VM + , VM—を図示すると、図 5となる。

モータ回転時には、モータ駆動回路 2による印加電圧に、ここで示した逆起電力 V eが重畳されるため、マイクロコンピュータ 9からの指示電圧とモータ 1の端子間電圧は一致しなくなる。特に、モータ 1が負荷、すなわちタイヤ側から回される状況下では、たとえ指示電圧が 0でもモータ 1の各端子には逆起電力分が表れることになる。

一方、モータ線に地絡故障が発生すると、逆起電力が 0であり、 MO S F E T 1 2 a〜(！がすべてオフである場合にはモータ端子電圧 VM+と VM—は図 6のように変化する。すなわち、モータ端子電圧検出回路 1 3から所定の抵抗を介して各モータ端子に与えられている電圧を V Iとし、 t 1で地絡故障が発生したとすると、 VM十、 VM—とも接地電位まで低下する。

これは、モータ 1の抵抗 R aが一般に非常に小さく、モータ 1の +端子と一端子のいずれが地絡したとしても +端子と—端子間の電圧降下は無視することができることによる。

また、モータ線に天絡故障が発生すると図 7のように変化する。すなわち、地絡故障と同様に、モータ 1の +端子と一端子間の電圧降下は無視することができ、 VM十、 VM—とも電源電圧 V Bまで上昇することになる。

以上に示した波形を比較すると、 VM+と VM—は、天絡または地絡故障の場合には同相に変化しており、逆起電力が発生している場合には逆相に変化していることがわかる。すなわち、 VM+と VM—がともに所定値以上、またはともに所定値以下となる場合に故障と判定すれば、逆起電力によるモータ端子電圧の変化と、天絡または地絡故障によるモータ端子電圧の変化を区別することができ、逆起電力による故障の誤検出を防ぐことができる。

以下、本実施の形態におけるモータ端子電圧検出回路 1 3 P , 1 3 Nの動作について説明する。モータ端子電圧検出回路 13の V iと voの間で、下式が成り立つ。

s ：ラプラス演算子

Vc c : 定電圧

とする。

(1) 式を見ると、 voは、 V iすなわちモータ 1の端子電圧を（R1'R2)/(R1* R2+R2'K3+Ii3*Rl)に分圧して（R2'R3'Vcc)/Rl'R2+K2'R3+R3'Rl)に加え、時定数て = {(R1-R2-R3)/(R1-R2+R2-R3+ 3-R1)} ·(：の一次遅れを付加したものであること力わ力、る。

ここで、モータ 1はパルス駆動されるため、モータ端子電圧には高周波の雑音が重畳されている。本実施の形態のようにモータ端子電圧に一次遅れ、すなわち抵抗 Rl， R2, R3， Cで構成される低域通過フィルタを通してマイクロコンピュータ 9に入力することで、上記雑音による故障の誤検出を防ぐことが可能となる。

また、モータ 1の端子電圧に一定電圧（Vcc'(Rl/R2))を加えておくことで、 M 0SFET12 a〜dがすべてオフでモータ 1が地絡故障した場合に端子電圧の変化として検出することが可能となる。

さらに、 ROM20に実装された故障検出プログラムの動作について、図 8のフローチャートに基づいて説明する。なお、図 8の処理は、タイマ 22により一定時間毎に呼び出されるものとする。

ステップ S 1において、トルクセンサ 7、車速センサ 8、モータ電流検出回路 3等の信号に基づいて、モータ 1を駆動するデューティ比を演算する。

次に、ステップ S 2〜ステップ S 4において、故障判定を禁止する。まず、 M

OSFET12の寄生ダイォードが逆バイアスされていないと、 MOSFET1

2がオフしていても寄生ダイオードが導通し、モータ端子電圧 VM+, VM—がモータ 1の配線の天絡または地絡故障と同様の挙動をする恐れがあるため、モータ駆動回路 2の電源電圧 VBが所定値以下の場合には故障判定を禁止する必要がある。

そこで、ステップ S 2において、電源電圧検出回路 17によって検出されたモ一夕駆動回路 2の電源電圧が所定値 V B T H以下であるかを調べ、（電源電圧） ≤VBTHの場合にはステップ S 3で故障継続時間計測用のカウンタをクリアする。なお、このカウンタは、 C PU 19がパワーオンリセットされた後、 0に初期化されているものとする。また、モータ 1を駆動中には、本実施の形態における故障判定条件である、 VM+と VM—がともに所定値以上、あるいはともに所定値以下となるため、故障判定を禁止する必要がある。たとえば、図 2を見ると、片側 PWM駆動方式の場合には、 M0SFET12 aがオフの期間に VM+と VM—がともに接地電位あるいはそれ以下となっている。図 3を見ると、両側 P WM駆動方式の電流断続モードでは、 M0SFET12 a, dがオフの期間に V M+と VM—がともに VBZ2近傍まで上昇している。

これらの電圧変化は、回生電流 I 2の影響であるから、モータ 1の駆動を停止し、少なくとも回生電流が消費されるに十分な時間が経過した後、故障を判定するようにすればよい。そこで、ステップ S 4において、 M0SFET12 a〜(！が所定時間以上すベてォフであるかを調べ、 t、ずれかがォンの場合にはステップ S3で故障継続時間計測用のカウンタをクリアする。また、後述するステップ S 13では、目標電流が 0の場合には、 M0SFET12 a~dをすベてオフするものとする。

続いて、ステップ S 5〜ステップ S 11において故障判定を行う。まず、ステップ S 5において、 VM十、 VM—がともに所定値 VTHH以上であるかを調べ、 VM+≤VTHHあるいは VM—≤VTHHである場合にはステップ S 6で天絡故障判定用カウンタをクリアする。

次に、ステップ S 7において、 VM十、 VM—がともに所定値 VTHL以下であるかを調べ、 VM+≥VTHLあるいは VM—≥VTHLである場合にはステップ S 8で地絡故障判定用カウンタをクリアする。

最後にステップ S 9において、天絡故障判定用カウンタと地絡故障判定用力ゥンタをともに 1増す。このようにカウントアップあるいはクリアされたカウンタが、所定値 TTH以上であるか、すなわち天絡または地絡故障が所定時間以上継続しているかをステップ S 10で調べ、所定値 TTHを越えている場合にはステップ S 11で故障フラグをセッ卜する。

所定値 T T Hは、雑音等によつて単発的に故障条件を満たす場合に故障を誤判定することを防ぐに十分長く、大事に至る前に故障を検出するに十分短い時間（例えば数 100 (ms) ) に設定しておけばよい。

なお、この故障フラグは、 CPU19がパワーオンリセットされた後、 0に初期化され、セッ卜された後はマイクロコンピュータ 9力、'再びリセッ卜されるまで 1を保持するものとする。

以上の如く故障判定された結果に基づき、ステップ S 12〜ステップ S 14においてモータ 1、電源リレー 16、アラームランプ 18を駆動する。まず、ステップ S 12において故障フラグがセッ卜されているかを調べ、 0である場合にはステップ S 13で電動パワーステアリングを正常動作させる。すなわち、モータ 1をステップ S 1で演算されたデューティ比で駆動し、電源リレー 16をオンし、アラームランプ 18をオフする。

また、故障フラグに 1がセッ卜されている場合には、フヱ一ルセ一フ処置を講ずるべく、ステップ S 14において、まず MOSFET12をすベてオフする。これにより、モータ 1の配線が天絡または地絡故障の場合に MOSFET12を通電して焼損することを防ぐことができる。さらに、電源リレー 16をオフする。これにより、 MOS FET 12の短絡故障の場合においてもモータ駆動回路 2 に流れる過大な電流を遮断することができる。そして、アラームランプ 18をォンし、運転者に警告する。

天絡、地絡といった重大な故障は、故障が発生するとすぐに検出してフェールセーフ処置を講ずるべきであり、電動パワーステアリングの場合にはモータ 1がオフの間に故障を検出することが望ましい。乗用車の、通常の使用形態を考えると、走行中の大半は直進であり、パワーステアリングが動作することはなく、モ一夕 1は通電されていない。ゆえに、天絡、地絡故障はモータ駆動回路 2がオフの間に検出し、フェールセーフ処置を講ずることが望ましい。

またモータ駆動回路 2の焼損を防ぐという見地からも、モータ駆動回路 2がォフの間に検出し、フヱールセーフ処置を講ずることが望ましいといえる。本実施の形態によれば、モータ 1の逆起電力の影響で故障を誤検出することなく、モータ 1の配線の天絡または地絡故障あるいは MO SFET12の短絡故障等を、モ一夕駆動回路 2を導通させる前に認識することが可能となる。

実施の形態 2.

上記実施の形態 1では、モータ 1を駆動していない場合に限り故障の検出をしていたが、モータ 1を駆動中であっても、モータ駆動回路 2の出力するデューティ比が高い場合には逆起電力と区別しながら故障を検出できる。図 2, 3を見ると、モータ駆動回路 2の出力するデューティ比が高い場合には、正常時には VM 十と VM—の平均電圧の差は十分大きく、 VM+と VM—が同一方向に変化する天絡、地絡故障の場合と区別できることがわかる。

したがって、モータ 1を駆動中でも、モー夕駆動回路 2の出力するデューティ比が高い場合には、上記実施の形態 1と同様に、 VM+と VM—がともに所定値以上、またはともに所定値以下となる場合に故障と判定すればよ、。

この場合、モータ端子電圧検出回路 13の一次遅れの時定数てを、 PWM搬送波の周期に比べて十分長く、。かつ故障の検出が遅れて危険に至ることがないように設定しておけば、 PWMによる矩形波状のモータ端子電圧を平滑し、平均電圧によって故障検出することが可能となる。

一般に、騒音を軽減する目的で、 PWMの搬送波周波数は可聴周波数以上（例えば 20 (kHz) ) に設定するため、モータ 1をパルス駆動中に端子電圧をサンプリングすることは、マイクロコンピュータ 9にとつて非常に重い負荷となるが、これによつてモータ端子電圧を PWM搬送波の周期よりも長い周期（たとえば数（ms) ) でサンプリングしてもよいことなり、マイクロコンピュータ 9の負荷を軽減することができる。

図 9は、モータ 1に通電中に天絡、地絡故障した場合の動作を説明する図である。同図を参照しながら、 MOSFET12 aを PWM駆動し、 MOSFET1 2b， cをオフし、 MOSFET12 dを、片側 PWM駆動時にはオン、両側 P WM駆動時には P WM駆動している場合に、モータ駆動回路 2の一端子側が天絡故障した場合と、モータ駆動回路 2の +端子側が地絡故障した場合の挙動について説明する。片側 P WM駆動中にモータ駆動回路 2の一端子側が天絡故障すると、 M 0 S F ET12 dに過大な電流が流れ、ドレイン一ソース間の電圧が上昇し、 VM—は電源電圧 V B付近まで上昇する。

一般に電動パワーステアリングにおいては、モー夕電流をフィードバック制御するので、 VM +が上昇してモータ電流が流れなくなると、マイクロコンピュー夕 9はモータ 1の電流を増加させるベく作用し、 M0SFET12 aを駆動するデューティ比を上げる。すると、モータ駆動回路 2の出力デューティ比は 100 %まで上昇するとともに、 VM—も電源電圧 VB付近まで上昇する。従って、モ一夕駆動回路 2の出力デューティ比が所定値以上の場合に、 VM+と VM—がともに所定値以上となる場合に天絡故障であると判断すればよ t、ことがわかる。両側 PWM駆動時においても、上述の電流フィードバック制御の作用によって MO SFET12 dの駆動デューティ比が 100%まで上昇するので、片側 PWM駆動の塌合と同等の動作となる。

一方、片側 PWM駆動中にモータ駆動回路 2の一端子側が地絡故障すると、 V M+は接地電位となるとともに、 MOSFET12 aからの電流は地絡した点に流れ込んでモータ 1に電流が流れなくなり、上述の電流フィ一ドバック制御の作用によってモータ駆動回路 2の出力デューティ比が上昇する。 VM—は、 MOS FET 12 dがオンしているために接地電位となっている。

従って、モータ駆動回路 2の出力デューティ比が所定値以上の場合に、 VM + と VM—がともに所定値以下となる場合に地絡故障であると判断すればよいことがわかる。両側 PWM駆動時においても、上述の電流フィードバック制御の作用によって MOSFET12 dの駆動デューティ比が 100%まで上昇するので、片側 P WM駆動の場合と同等の動作となる。

本実施の形態においては、 VM+と VM—に所定値以上の電位差がある場合には故障であると認識しないため、図 9の如くモータ 1を駆動中に +端子が天絡した場合、または一端子が地絡した場合は、故障を検出することができない。しかし、 +端子の天絡故障の場合には、電流は負荷であるモータ 1を介して電流が流れるために MOSFET12の焼損に至ることは無い上、故障の結果モータ 1に電流が過大に流れ、操舵補助力が過大となると、トルクセンサ 7による操舵力の検出値が低下し、マイクロコンピュータ 9が操舵補助を停止させるベく作用し、すなわちモータ 1への通電を停止させるベく MO S F E T 1 2をすベてオフさせるので、重大な故障とはなり得ない。また、一端子の地絡故障の場合にも、片側 P WM駆動時には正常動作し、両側 P WM駆動時には片側 P WM駆動と同じ動作となるので、重大な故障とはなり得ない。一方、短絡する部位とモータ電流検出回路 3の設置位置との関係によっては、モータ 1には電流が流れなくとも、短絡故障によって流れる電流をモータ電流検出回路 3が検出し、上述の電流フィードバック制御の作用によってモータ駆動回路 2の出力するデューティ比が低下し、故障検出の禁止条件を満たし、故障を検出できなくなることが考えられる。例えば、図 9の A点が地絡した場合には、 VM十、 VM—ともに接地電位付近まで低下するが、モータ電流検出回路 3が電流を検出してモータ駆動回路 2の出力するデューティ比が低下するために、故障を検出できない。しかし、電流フィ一ドバック作用によってモータ駆動回路 2の出力するデューティ比が低下するということは、 M0 S F E T 1 2が焼損に至ることは無い。また、短絡故障による過大な電流（短絡電流）を捉えて故障を検出することも可能である。

以上のように、 M0 S F E T 1 2も焼損に至るような重大な故障の場合には、モータ駆動回路 2の出力デューティ比による故障検出の禁止条件を満たすことはなく、この故障検出の禁止条件を設けることによる故障検出能力の低下は無いと考えてよい。モータ 1を駆動中には、図 9に示した故障モードを検出できれば + 分であり、駆動中に検出できない故障モードは、実施の形態 1で示した方法を併用し、モータ駆動回路 2をオフした後に故障を検出すればよい。

さらに、 R 0M 2 0に実装された故障検出プログラムの動作について、図 1 0 のフローチャートに基づいて説明する。実施の形態 1の動作を表すフローチヤ一トと、同一あるいは相当するステップには、同一の符号を付す。なお、図 1 0の処理は、一定時間毎に呼び出されるものとする。

ステップ S 1において、トルクセンサ 7、車速センサ 8、モータ電流検出回路 3等の信号に基づいて、モータ 1を駆動するデューティ比を演算する。そして、ステップ S 2〜ステップ S 3において、故障判定を禁止する。ここまでは実施の形態 1と同一である。次に、ステップ S I 5において、モータ 1を駆動するデューティ比が所定値 D T Hを越えているかを調べる。駆動デューティ比≤D T Hの場合には、ステップ S 1 6にて、実施の形態 1のステップ S 4〜ステップ S 8と同様に、モータ 1をオフしている場合の故障検出を行う。駆動デューティ比〉 D T Hの場合には、ステツプ S 5〜ステップ S 1 1において故障判定を行う。最後に、ステップ S 1 2 〜ステップ S 1 4においてモータ 1、電源リレー 1 6、アラームランプ 1 8を駆動する。

以上のように、本実施の形態においては、モータ 1を駆動中であっても、しかも片側 PWM駆動、両側 PWM駆動のいずれの駆動方式でも、故障を検出することができる。

実施の形態 3.

図 2から明かなように、モータ電流が断続モードとなり、 VM+と VM—が同一方向に変化するのは、モータ電流が比較的小さい場合である。ゆえに、実施の形態 2において、モータ 1の目標電流または検出電流が、所定値以上の場合のみ故障を検出するように構成しても、同様の効果を奏する。

実施の形態 4.

モータ 1の配線が天絡または地絡故障すると、モータ 1の端子間は、 MO S F E T 1 2の寄生ダイオードを介して短絡される。モータ 1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、速く操舵するにつれて操舵力が増加することになる。ここでは、故障時の発電ブレーキを防止する例を示す。

図 1 1は、本実施の形態の概略構成図である。上記実施の形態 1または従来装置と同一あるいは相当する部分は同一符号を付けており、その説明は省略する。図において、 2 7はステアリングホイール、 2 8はタイヤ、 2 9はモータ 1の出力トルクを操舵系に伝達する減速器、 3 0はモータ駆動回路 2とモータ 1が成す閉回路中に挿入されたモータリレ一、 3 1は電動パワーステアリングのコントロールュニットであり、図 1と同じ回路構成を有する。

次に動作について説明する。正常時には、コントロールュニット 3 1は、トルクセンサ 7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 2 7の操作ができるようにモータ 1からトルクを発生させており、モータ 1の出力トルクは、減速器 2 9を介して操舵系に伝達されている。

また、モータ 1の故障を、実施の形態 1〜3に示した方法で検出し、モータ 1 の駆動を禁止し、コントロールュニット 3 1に内蔵された電源リレー 1 6を開き、アラームランフ 1 8で運転者に警報する。さらに上記フヱールセーフ処置に加えて、モータ駆動回路 2とモータ 1が成す閉回路中にモータリレー 3 0を設け、故障検出時にはモータリレー 3 0を開き、モータ 1が故障時の発電ブレーキを防止する。

以上のフヱールセ一フ処置は、コントロールュニット 3 1内のマイクロコンビュ一タ 9が再びリセッ卜されるまで保持する。

モータリレー 3 0はコントロールュニット 3 1内に設けても良いが、本実施の形態の如くモータ 1とモータリレ一3 0を一体化しておけば、モータ 1とコントロールュニット 3 1間の配線の短絡故障によるモータ 1の発電ブレーキをも防止することができる。

実施の形態 5.

実施の形態 4において、モータリレー 3 0を、従来装置のようにクラッチ 5としても、同様の効果を奏することは言うまでもない。

実施の形態 6.

なお、ここでは D Cモータを用いた電動パワーステアリング装置による実施の形態のみを示したが、 D Cモータのかわりに D Cブラシレスモータを用いた場合においても、各相電圧の監視回路を設けることによって同じ手法で故障を検出することができ、同様の効果を奏する。

産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルク等に基づいてモータで操舵力を補助すると共に、モータの各端子電圧が所定値以上、または所定値以下となる場合に故障を判定することで、モータの逆起電力の影響で故障を誤検出することなくモータ配線の天絡または地絡故障を検出するのに適している。

Claims

請求の範囲

1 検出操舵トルク等に基づいて操舵力を補助するモータ、このモータを駆動制御するモータ駆動制御手段と、前記モータの各端子電圧が設定値を逸する場合に故障と判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする電動ノ、"ワーステアリング装置。

2 故障判定手段は、パルス駆動されたモータの端子に現れる矩形波状の端子電圧を平滑することによりモータ端子の平均電圧を検出するモータ端子平均電圧監視部を備え、各モータ端子平均電圧が所定値を逸脱する場合に故障と判定する請求項第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

3 故障判定手段は、モータ端子電圧に所定の電圧を加算するモータ端子電圧監視部を備え、モータの地絡故障の特定を可能としたことを特徴とする請求項第 1項に記載の電動パワーステアリング装置。

4 モータを、少なくとも所定時間以上駆動していない場合に限り、モータ端子電圧に基づく故障検出を行うことを特徴とする請求項第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

5 モータを駆動し、モータへの印可電圧が所定値以下の場合には、モータ端子電圧に基づく故障検出を行わないことを特徴とする請求項第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

6 モータを駆動し、モータ電流が所定値以下の場合には、モータ端子電圧に基づく故障検出を行わないことを特徴とする請求項第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

7 モータ駆動制御手段の電源電圧が所定範囲内にある場合に限り、モータ端子電圧に基づく故障検出を行うことを特徴とする請求項第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

8 故障と判定した場合には、モータの駆動を中止する請求項第 1項ないし第 7項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

9 故障と判定した場合には運転者に警報する警報装置を備えことを特徴とする請求項第 1項ないし第 7項の、ずれかに記載の電動、ワーステアリング装置。 1 0 モータ駆動制御手段と電源または接地との間にスィツチ手段を備え、故障と判定した場合には前記電源または接地と前記モータ駆動制御手段とを遮断することを特徴とする請求項第 1項ないし第 7項のいずれかに記載の電動パワーステァリング装置。

1 1 モータ駆動制御手段と負荷が成す閉回路中にスィツチ手段を備え、故障と判定した場合には前記スィツチ手段を開くことを特徴とする請求項第 1項ないし第 7項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置

1 2 モータと操舵系の間に駆動連結するクラッチ手段を備え、故障と判定した場合には前記クラッチ手段によってモータを操舵系から機械的に切り離すことを特徴とする請求項第 1項ないし第 7項の t、ずれかに記載の電動ワーステアリング装置。