WO2010038702A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2010038702A1
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voltage
power supply
relay contact
relay
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田中　政行
直昭 及川
雄一 福山
高塚　有史
孝弘 黒岩
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
三菱電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that generates a steering assist force by a motor using a battery as a driving power source.
  • the electric power steering device is a device that assists steering by generating a steering assist force according to steering torque by a motor.
  • Control necessary for steering assist is executed by an ECU (electronic control unit) equipped with a microcomputer. If the microcomputer breaks down, a means for preventing the motor from operating from the viewpoint of fail-safe is necessary.
  • a relay contact is inserted in the middle of the electric circuit for supplying power from the battery to the motor, and the relay contact is not closed when a microcomputer failure is detected by an initial check at the time of starting the vehicle. If no failure is detected as a result of the initial check, the relay contact is closed, and the electric power steering device can be used.
  • Relay contacts such as the above cannot perform the fail-safe function if the contacts are welded in a closed state, so it is necessary to check whether or not they are welded at every start-up. Specifically, immediately after the ignition key is turned on and before the relay is excited, the check is performed by determining whether or not a voltage of a predetermined value or more is generated in the electric circuit on the downstream side of the relay contact. If the relay contact is in a normal state without welding, the voltage should not be detected. Conversely, if the relay contact is welded, a voltage higher than a predetermined value from the battery is detected.
  • This component is a capacitor provided on the downstream side of the relay contact in order to smooth the fine ripple of the battery voltage.
  • the electric power steering device When the electric power steering device is in use, electric charge is inevitably accumulated in the capacitor.For example, when the ignition key is turned on again immediately after the ignition key is turned off, it is provided downstream of the relay contact. The terminal voltage of the capacitor is not yet sufficiently reduced (discharged). Therefore, there is a problem that the voltage is detected although the relay contact is not welded.
  • an electric power steering apparatus has been proposed that is provided with a dedicated discharge circuit that forcibly discharges the charge of the capacitor after the ignition key is turned off (see, for example, Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that simplifies a circuit configuration related to discharge of a capacitor.
  • the present invention is an electric power steering apparatus that generates a steering assist force by a motor using a battery as a driving power source, and is (a) connected to an electric circuit that supplies electric power from the battery to the motor, and the voltage of the battery is A capacitor to be smoothed; (b) a relay having a relay contact inserted upstream of the capacitor in the electrical path; and (c) the relay contact before controlling the motor and exciting the relay.
  • a control unit that determines whether or not the relay contact is welded by comparing a downstream voltage of the control unit with a threshold value; and (d) generating a power supply voltage of a control system including the control unit, A system power supply for supplying power; and (e) a path for directly inputting the terminal voltage of the capacitor to the system power supply from the downstream side of the relay contact.
  • the capacitor can be discharged quickly without providing a dedicated discharge circuit. That is, the circuit configuration relating to the discharge of the capacitor can be simplified. As a result, even if the ignition key is turned on again immediately after the ignition key is turned off, there is no possibility of erroneous detection as welding of the relay contact.
  • the terminal voltage of the capacitor when the control unit is turned off is a value lower than the threshold value. It is preferable to set so that there is.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration mainly including an electric circuit of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an electric power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, mainly an electric circuit.
  • a steering device 2 is driven by a driver's steering torque applied to a steering wheel (handle) 3 and a steering assist force generated by a motor 4.
  • the motor 4 is a three-phase brushless motor and is driven by a motor drive circuit 5 incorporating an inverter. A voltage is supplied from the battery 6 to the motor drive circuit 5.
  • the voltage of the battery 6 is guided to the motor drive circuit 5 and the motor 4 through the IG contact 8 that is closed by turning on the ignition key 7 and the relay contact 9a of the fail-safe relay 9.
  • a capacitor 10 and a resistor 11 for smoothing fine ripples in the voltage of the battery 6 are connected to the electric circuit L2 on the downstream side of the relay contact 9a.
  • the resistor 11 is connected to the capacitor 10 in parallel, but has a large resistance value, so its function as a discharge resistor is low.
  • the anode of the diode 12 is connected to the electric circuit L1 on the upstream side of the relay contact 9a.
  • the cathode of the diode 12 is connected to the system power supply unit 13.
  • the diode 12 is provided to prevent the current from flowing in the reverse direction when the battery 6 is reversely connected in the reverse direction.
  • the system power supply unit 13 converts (steps down) the voltage of the battery 6 into a power supply voltage Vcc of a control system lower than the voltage and supplies it to the entire apparatus.
  • the anode of another diode 14 is connected to the non-ground side terminal of the capacitor 10.
  • the cathode of the diode 14 is connected to the system power supply unit 13.
  • the diode 14 is provided for discharging the capacitor 10, and forms a path for directly inputting the terminal voltage of the capacitor 10 to the system power supply unit 13 from the downstream side of the relay contact 9a. The direction.
  • a circuit extending from the electric circuit L1 to the electric circuit L2 through the diode 12 and the precharge resistor 16 of the capacitor 10 is formed.
  • the motor drive circuit 5 and the relay 9 are controlled by a control unit 17 including a microcomputer.
  • An input port (including an A / D conversion port) of the control unit 17 includes an output signal of the torque sensor 18 that detects the steering torque, an output signal of the vehicle speed sensor 19 that detects the vehicle speed, and a rotational speed that detects the engine speed.
  • the output signal of the sensor 20, the operation signal of the ignition key 7, and the voltage signal of the electric circuit L2 on the downstream side of the relay contact 9a are input.
  • the power supply voltage Vcc for operating the control unit 17 is supplied from the system power supply unit 13.
  • the IG contact 8 is closed, and the voltage of the battery 6 is connected to the system power supply unit 13 via the diode 12. To be supplied. As a result, the power supply voltage Vcc of the control system is supplied. Further, when an engine start operation is performed, an output signal indicating engine start is input from the rotation speed sensor 20 to the control unit 17. Receiving this input, the control unit 17 starts an initial check.
  • control unit 17 performs the welding check of the relay contact 9a by checking the voltage downstream of the relay contact 9a (voltage of the electric circuit L2) in addition to the self-check of the self-function. At this point, the relay 9 is still de-energized, and the relay contact 9a is open if it is normal.
  • the capacitor 10 is precharged with the divided voltage.
  • the precharge is performed to suppress an inrush current to the capacitor 10 when the relay contact 9a is turned on.
  • the control unit 17 excites the relay 9 after a predetermined time from the ON operation of the ignition key 7. As a result, the relay contact 9 a is closed, and the voltage of the battery 6 is applied to the motor drive circuit 5. As a result, the steering assist by the electric power steering apparatus 1 is possible thereafter.
  • the steering wheel 3 the steering torque is detected by the torque sensor 18, and an output signal is sent to the control unit 17.
  • the control unit 17 calculates a necessary steering assist force based on the steering torque and the vehicle speed, and controls the motor drive circuit 5 so as to obtain the necessary steering assist force.
  • the motor drive circuit 5 operates, power is supplied from the battery 6 to the motor 4.
  • the IG contact 8 is opened, and the relay 9 is de-energized and the relay contact 9a is opened.
  • the power supply from the battery 6 to the motor 4 and the power supply from the battery 6 to the system power supply unit 13 are stopped.
  • the potential of the system power supply unit 13 decreases, and current flows into the system power supply unit 13 via the diode 14 due to the terminal voltage of the capacitor 10.
  • the capacitor 10 is rapidly discharged, and the voltage on the downstream side of the relay contact 9a is rapidly decreased to be smaller than the above-described threshold (the time required from the off operation is, for example, about 1.5 seconds).
  • the control unit 17 is turned off when the voltage supplied from the system power supply unit 13 becomes a predetermined voltage or less.
  • the system power supply unit 13 converts the voltage supplied from the capacitor 10 into the control system power supply voltage Vcc and outputs it to the control unit 17.
  • the voltage supplied from the capacitor 10 decreases, the output voltage Cannot be maintained at the power supply voltage Vcc, and the output voltage drops below the power supply voltage Vcc.
  • the control unit 17 is turned off.
  • the voltage conversion rate (step-down rate) of the system power supply unit 13 is set so that the terminal voltage of the capacitor 10 when the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage is lower than the threshold value when the relay welding determination is performed. That is, after the ignition key 7 is turned off, the terminal voltage of the capacitor 10 is always lower than the threshold value when the control unit 17 is turned off.
  • the controller 17 causes the capacitor 10 to Is not mistaken for the welding of the relay contact 9a.
  • the event that the terminal voltage of the capacitor 10 becomes lower than the threshold value can be ensured by turning off the control unit 17 which is one element of the control system.
  • the control unit 17 which is one element of the control system.
  • the system power supply unit 13 and a control system that receives control power from the power supply unit 13 can be used as a discharge circuit. it can. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated discharge circuit, and the capacitor 10 can be discharged by merely providing the discharge diode 14. Thereby, the electric power steering apparatus which simplified the circuit structure regarding the discharge of a capacitor

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Abstract

　バッテリ（６）の電圧を平滑化するコンデンサ（１０）と、このコンデンサ（６）より上流側に介挿されたリレー接点（９ａ）を有するリレー（９）とを有する電動パワーステアリング装置（１）において、リレー接点（９ａ）の下流側からコンデンサ（１０）の端子電圧を直接システム電源部（１３）へ導く経路（ダイオード１４）を設けることにより、制御部（１７）等の制御系の電源電圧Ｖｃｃを生成するシステム電源部（１３）及びそこから制御用の電力供給を受ける制御系を放電回路として利用する。これにより、コンデンサの放電に関する回路構成を簡素化する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、バッテリを駆動電源とするモータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置に関する。
　電動パワーステアリング装置は、操舵トルクに応じた操舵補助力をモータにより発生させて、操舵をアシストする装置である。操舵のアシストに必要な制御は、マイクロコンピュータを搭載したＥＣＵ（電子制御装置）によって実行される。もし、マイクロコンピュータが故障した場合には、フェールセーフの観点からモータを動作させないようにする手段が必要である。そこで、バッテリからモータに給電する電路の途中にリレー接点を介挿し、車両始動時のイニシャルチェックでマイクロコンピュータの故障が検出された場合は、リレー接点を閉路させないようにしている。イニシャルチェックの結果、故障が検出されない場合には、リレー接点が閉路し、電動パワーステアリング装置の使用が可能となる。
　上記のようなリレー接点は、閉路状態で接点が溶着するとフェールセーフ機能を果たせなくなるため、溶着していないかどうかを毎始動時にチェックする必要がある。具体的には、イグニッションキーのオン操作直後で、リレーを励磁する前に、リレー接点の下流側の電路に所定値以上の電圧が生じるか否かを判定することによりチェックが行われる。リレー接点が溶着していない正常な状態であれば電圧は検知されないはずであり、逆に、リレー接点が溶着している場合にはバッテリからの所定値以上の電圧が検知される。
　一方、上記のような溶着チェックの邪魔になる部品がＥＣＵ内に存在する。この部品とは、バッテリ電圧の細かいリップルを平滑化するためにリレー接点より下流側に設けられているコンデンサである。電動パワーステアリング装置の使用中は、必然的にコンデンサに電荷が蓄積されるので、例えばイグニッションキーをオフ操作した後すぐに再びイグニッションキーをオン操作した場合には、リレー接点の下流側に設けられているコンデンサの端子電圧がまだ十分に低下（放電）していない。そのため、リレー接点の溶着ではないにも関わらず、電圧を検知してしまうという問題がある。そこで、イグニッションキーのオフ操作後にコンデンサの電荷を強制的に放電させる専用の放電回路を設けた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　しかしながら、専用の放電回路を設ければ部品点数が多くなり、その分、故障も発生しやすく、製造コストもかかる。
特許第３５１１５９３号（図１）
　かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、コンデンサの放電に関する回路構成を簡素化した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。
　本発明は、バッテリを駆動電源とするモータにより、操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、（ａ）前記バッテリから前記モータに電力を供給する電路に接続され、前記バッテリの電圧を平滑化するコンデンサと、（ｂ）前記電路において前記コンデンサより上流側に介挿されたリレー接点を有するリレーと、（ｃ）前記モータの制御を行うとともに、前記リレーを励磁する前に前記リレー接点の下流側の電圧を閾値と比較することにより前記リレー接点が溶着しているか否かを判断する制御部と、（ｄ）前記制御部を含む制御系の電源電圧を生成し、当該制御系に電力を供給するシステム電源部と、（ｅ）前記リレー接点の下流側から前記コンデンサの端子電圧を直接前記システム電源部へ入力する経路と、を備えたものである。
　上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、コンデンサの端子電圧を直接システム電源部へ入力する経路を設けたことにより、システム電源部及びそこから制御用の電力供給を受ける制御系を放電回路として利用することができる。従って、専用の放電回路を設けることなく、コンデンサを素早く放電させることができる。すなわち、コンデンサの放電に関する回路構成を簡素化することができる。また、その結果、イグニッションキーをオフ操作した後すぐに再びイグニッションキーをオン操作した場合でも、リレー接点の溶着として誤検知してしまう恐れが無くなる。
　また、上記電動パワーステアリング装置では、システム電源部がコンデンサの端子電圧に基づいて制御系の電源電圧を生成する状態において、制御部がオフになるときのコンデンサの端子電圧は、閾値より低い値であるように設定することが好ましい。
　この場合、制御系の一要素である制御部がオフになることによって、コンデンサの端子電圧が閾値より低い値になったという事象を確実なものとすることができる。言い換えれば、制御部がオフになったが、依然としてコンデンサの端子電圧は閾値以上であった、という好ましくない状況を、排除することができる。
本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の、電気回路を主体とした構成を示す回路図である。
　図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の、電気回路を主体とした構成を示す回路図である。図において、ステアリング装置２は、ステアリングホイール（ハンドル）３に付与される運転者の操舵トルクと、モータ４が発生する操舵補助力とによって駆動される。モータ４は、３相ブラシレスモータであり、インバータを内蔵するモータ駆動回路５により駆動される。モータ駆動回路５には、バッテリ６から電圧が供給される。
　バッテリ６の電圧は、イグニッションキー７のオン操作によって閉路するＩＧ接点８及び、フェールセーフ用のリレー９のリレー接点９ａを介して、モータ駆動回路５及びモータ４に導かれる。リレー接点９ａの下流側の電路Ｌ２には、バッテリ６の電圧の細かいリップルを平滑化するコンデンサ１０と、抵抗１１とが接続されている。抵抗１１はコンデンサ１０に並列接続された関係にあるが、抵抗値が大きいため、放電抵抗としての機能は低い。
　リレー接点９ａの上流側の電路Ｌ１には、ダイオード１２のアノードが接続されている。ダイオード１２のカソードは、システム電源部１３に接続されている。このダイオード１２は、バッテリ６の正負を誤って逆接続した場合に、電流が逆に流れることを防止するために設けられている。システム電源部１３は、バッテリ６の電圧を、当該電圧よりも低い制御系の電源電圧Ｖｃｃに変換（降圧）して装置全体に供給する。
　コンデンサ１０の非接地側端子には別のダイオード１４のアノードが接続されている。また、ダイオード１４のカソードは、システム電源部１３に接続されている。このダイオード１４は、コンデンサ１０の放電用に設けられたものであり、リレー接点９ａの下流側からコンデンサ１０の端子電圧を直接システム電源部１３へ入力する経路を形成し、かつ、当該経路を順方向とする。
　また、電路Ｌ１からダイオード１２及び、コンデンサ１０のプリチャージ用の抵抗１６を介して、電路Ｌ２に至る回路が形成されている。モータ駆動回路５及びリレー９は、マイクロコンピュータを含んで構成される制御部１７によって制御される。制御部１７の入力ポート（Ａ／Ｄ変換ポートも含む。）には、操舵トルクを検出するトルクセンサ１８の出力信号、車速を検出する車速センサ１９の出力信号、エンジン回転数を検出する回転数センサ２０の出力信号、イグニッションキー７の操作信号、及び、リレー接点９ａの下流側の電路Ｌ２の電圧信号が、それぞれ入力される。また、制御部１７を動作させるための電源電圧Ｖｃｃはシステム電源部１３から供給される。
　上記のように構成された電動パワーステアリング装置１において、イグニッションキー７がオフ状態からオン状態に操作されると、ＩＧ接点８が閉路し、バッテリ６の電圧がダイオード１２を介してシステム電源部１３に供給される。これにより、制御系の電源電圧Ｖｃｃが供給される。また、エンジン始動操作が行われることにより、エンジン始動を示す出力信号が回転数センサ２０から制御部１７に入力される。この入力を受けた制御部１７は、イニシャルチェックを開始する。
　このイニシャルチェックにおいて、制御部１７は、自己機能のセルフチェックの他、リレー接点９ａの下流側の電圧（電路Ｌ２の電圧）をチェックすることにより、リレー接点９ａの溶着チェックを実行する。なお、この時点ではリレー９はまだ非励磁であり、リレー接点９ａは、正常であれば開いている。
　ここで、リレー接点９ａの下流側に所定の閾値以上の電圧が検出されれば、接点溶着の可能性があるので、制御部１７はリレー９の励磁を実行しない。従って、電動パワーステアリング装置１による操舵補助を行うことはできない。また、制御部１７のセルフチェックにより故障が見つかった場合も同様に、操舵補助を行うことができない。
　一方、ＩＧ接点８の閉路により、バッテリ６からダイオード１２を介して導かれる電圧が抵抗１６，１１で分圧され、分圧された電圧でコンデンサ１０のプリチャージが行われる。プリチャージは、リレー接点９ａ投入時のコンデンサ１０への突入電流を抑制するために行われる。
　リレー接点９ａの下流側の電圧が閾値より低い値であれば、イグニッションキー７のオン操作から一定時間後に、制御部１７は、リレー９を励磁する。その結果、リレー接点９ａが閉路し、バッテリ６の電圧がモータ駆動回路５に付与される。これにより、以後、電動パワーステアリング装置１による操舵補助が可能な状態となる。運転者がステアリングホイール３を操作すると、その操舵トルクがトルクセンサ１８によって検出され、出力信号が制御部１７に送られる。制御部１７は、操舵トルクと、車速とに基づいて、必要な操舵補助力を演算し、必要な操舵補助力が得られるようにモータ駆動回路５を制御する。モータ駆動回路５が動作すると、バッテリ６からモータ４に電力が供給される。
　一方、運転者が車両を停止させ、イグニッションキー７をオフ操作すると、ＩＧ接点８が開き、また、リレー９は非励磁となってリレー接点９ａが開く。これにより、バッテリ６からモータ４への電力供給及び、バッテリ６からシステム電源部１３への電源供給がそれぞれ停止される。これにより、システム電源部１３の電位は下がり、コンデンサ１０の端子電圧によりダイオード１４を介してシステム電源部１３に電流が流れ込む。従って、コンデンサ１０は急速に放電し、リレー接点９ａの下流側の電圧は急速に低下して前述の閾値より小さくなる（オフ操作からの所要時間は、例えば１.５秒程度）。なお、制御部１７はシステム電源部１３から供給される電圧が所定の電圧以下となった場合に、オフとなる。
　具体的には、システム電源部１３は、コンデンサ１０から供給される電圧を制御系の電源電圧Ｖｃｃに変換して制御部１７へ出力するが、コンデンサ１０から供給される電圧が低下すると、出力電圧を電源電圧Ｖｃｃに維持できなくなり、出力電圧が電源電圧Ｖｃｃ以下に低下していく。そして、システム電源部１３の出力電圧が所定の電圧以下となった場合に制御部１７はオフとなる。当該所定の電圧以下となる際のコンデンサ１０の端子電圧は、前述のリレー溶着判断を行う際の閾値より低い値となるようにシステム電源部１３の電圧変換率（降圧率）が設定される。すなわち、イグニッションキー７をオフ操作した後、制御部１７がオフになった時点で、必ず、コンデンサ１０の端子電圧は閾値より低い値となっている。
　従って、イグニッションキー７のオフ操作後、短時間で再びイグニッションキー７がオン操作されても、イニシャルチェックにおいてリレー接点９ａの下流側の電圧は閾値より小さくなっており、制御部１７が、コンデンサ１０の端子電圧をリレー接点９ａの溶着によるものと誤認することはない。
　すなわち、制御系の一要素である制御部１７がオフになることによって、コンデンサ１０の端子電圧が閾値より低い値になったという事象を確実なものとすることができる。言い換えれば、制御部１７がオフになったが、依然としてコンデンサ１０の端子電圧は閾値以上であった、という好ましくない状況を、排除することができる。これにより、次のイニシャルチェック時における誤検知を排して、リレー接点９ａの溶着を確実に検出することができる。
　以上のように、コンデンサ１０の端子電圧を直接システム電源部１３へ導くダイオード１４を設けたことにより、システム電源部１３及びそこから制御用の電力供給を受ける制御系を放電回路として利用することができる。従って、専用の放電回路を設ける必要が無くなり、放電用のダイオード１４を設けるだけで、コンデンサ１０を放電させることができる。これにより、コンデンサの放電に関する回路構成を簡素化した電動パワーステアリング装置を提供することができる。

Claims (2)

  1. 　バッテリを駆動電源とするモータにより、操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
    　前記バッテリから前記モータに電力を供給する電路に接続され、前記バッテリの電圧を平滑化するコンデンサと、
    　前記電路において前記コンデンサより上流側に介挿されたリレー接点を有するリレーと、
    　前記モータの制御を行うとともに、前記リレーを励磁する前に前記リレー接点の下流側の電圧を閾値と比較することにより前記リレー接点が溶着しているか否かを判断する制御部と、
    　前記制御部を含む制御系の電源電圧を生成し、当該制御系に電力を供給するシステム電源部と、
    　前記リレー接点の下流側から前記コンデンサの端子電圧を直接前記システム電源部へ入力する経路と
    　を備えた電動パワーステアリング装置。
  2. 　前記システム電源部が前記コンデンサの端子電圧に基づいて前記制御系の電源電圧を生成する状態において、前記制御部がオフになるときの前記コンデンサの端子電圧は、前記閾値より低い値である請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
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