WO2024089749A1

WO2024089749A1 - 車両用電子制御装置及び電動パワーステアリング装置

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Publication number: WO2024089749A1
Application number: PCT/JP2022/039598
Authority: WO
Inventors: 周三秋山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-05-02

Abstract

車両用電子制御装置は、モータ（４）を制御する制御装置（６）と、制御装置を外部に接続するコネクタ（７）と、制御装置内又はコネクタ内に設けられ、制御装置内又はコネクタ内の鉛直方向（ＶＤ）の下側に貯留する水を検知する水分検知部（１５）と、を備える。

Description

車両用電子制御装置及び電動パワーステアリング装置

　本開示は、車両用電子制御装置及び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、ステアリングに対して操舵補助トルクを発生させるモータと、そのモータを制御する操舵制御装置（車両用電子制御装置）とを備えており、自動車等の車両の操舵機構に操舵補助力を付加する。このようなパワーステアリング装置は、モータの出力軸の回転力をラックバーの軸方向の力に変換してラックバーに伝達する動力伝達機構を備えている。

　ラックバー及び動力伝達機構は、その一部が防水構造のハウジングに収納されているが、ハウジング内に水が侵入してしまった場合は、その水が動力伝達機構を通ってモータの出力側からモータ内に進入する。以下の特許文献１には、モータ線とモータケースとの間の抵抗の変化に基づいて、モータに侵入した水を検知する技術が開示されている。

特許第６４５９４９２号公報

　ところで、モータ線とモータケースとの間が電気的にショートすると、パワーステアリング装置の操舵アシスト機能が失われてしまう。このため、製造時の寸法及び組み立てばらつきによってモータ線とモータケースとの間が電気的にョートしないように、モータ線とモータケースとの間には十分なクリアランスが設定されている。

　モータ線とモータケースとの間の空間距離が大きい場合には、モータに侵入した水の検知に用いられる抵抗の抵抗値が大きくなり、水が侵入した際の抵抗の変化が浸水度合いの影響を受けやすくなるため、検知ばらつきが大きく精度が低くなる。また、モータの駆動中はＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）駆動等によりモータ線は常に電圧変動があるため、水の浸入によるモータ線とモータケースとの間の抵抗の変化を巻線の端子電圧だけで高精度に監視することが困難である。

　本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、モータが駆動中であるか否かに拘わらず水の侵入を高精度で検知することが可能な車両用電子制御装置及び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。

　上記課題を解決するために、本開示の一態様による車両用電子制御装置は、モータを制御する制御装置と、前記制御装置を外部に接続するコネクタと、前記制御装置内又は前記コネクタ内に設けられ、前記制御装置内又は前記コネクタ内の鉛直方向下側に貯留する水を検知する水分検知部と、を備える。

　また、本開示の一態様による電動パワーステアリング装置は、ステアリングに対して操舵補助トルクを発生させるモータと、前記モータの駆動を制御する上記の車両用電子制御装置と、を備える。

　本開示によれば、モータが駆動中であるか否かに拘わらず水の侵入を高精度で検知することが可能であるという効果がある。

本開示の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。本開示の実施の形態１による車両用電子制御装置の概略構成を示す図である。本開示の実施の形態１における制御装置の回路構成を示すブロック図である。本開示の実施の形態１における水分検知パッドの構成例を示す図である。本開示の実施の形態１における制御装置の変形例を示すブロック図である。本開示の実施の形態２による車両用電子制御装置の概略構成を示す図である。本開示の実施の形態２による車両用電子制御装置の回路構成を示すブロック図である。本開示の実施の形態２における水分検知端子の構成例を示す図である。

　以下、図面を参照して、本開示の実施の形態による車両用電子制御装置及び電動パワーステアリング装置について詳細に説明する。尚、各実施の形態において、同一又は相当する部分には同一符号をしており、重複する部分の説明は省略する。

〔実施の形態１〕
　〈電動パワーステアリング装置〉
　図１は、本開示の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施の形態による電動パワーステアリング装置ＰＳは、ステアリングホイール１、ステアリング軸２、ラックバー３、モータ４、動力伝達機構５、制御装置６（車両用電子制御装置）、コネクタ７（車両用電子制御装置）、及びハウジング８を備える。

　ステアリングホイール１は、所謂ハンドルであり、車両の転舵輪（図示省略）に対して操舵角を与えるために、車両の運転者によって操作される。ステアリング軸２は、ステアリングホイール１に連結されており、ステアリングホイール１の回転に応じて回転する。ラックバー３は、ステアリング軸２と結合されており、ステアリング軸２の回転に応じて軸方向に移動する。尚、ステアリングホイール１、ステアリング軸２、及びラックバー３を含む、不図示の転舵輪を転舵させる機構を「ステアリング」と呼ぶこととする。

　モータ４は、制御装置６の制御の下で、ステアリングに操舵補助トルクを与える。モータ４は、例えば、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線から構成された三相巻線を有する三相ブラシレスモータである。尚、モータ４は、ブラシ付きモータであっても、三相以上の多相巻線を有する多相モータであってもよい。動力伝達機構５は、モータ４の出力軸の回転力をラックバー３の軸方向の力に変換してラックバー３に伝達する。

　制御装置６は、ステアリングホイール１の操舵トルク、操舵角度等を検出する各種センサ（図示省略）の検出結果に基づいて、モータ４の駆動を制御して、ステアリングに対する操舵補助トルクを発生させる。コネクタ７は、制御装置６を外部（例えば、車両に設けられた他のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続する。ハウジング８は、ラックバー３及び動力伝達機構５を収容する。尚、ラックバー３及び動力伝達機構５は、その一部が防水構造のハウジング８に収納されている。

　〈車両用電子制御装置〉
　図２は、本開示の実施の形態１による車両用電子制御装置の概略構成を示す図である。図２に示す通り、車両用電子制御装置の一部をなす制御装置６は、回路パターンが形成されるとともに各種電子部品が搭載された基板ＳＢを備える。この基板ＳＢに形成された回路（図３に示す回路）によって、制御装置６の機能が実現される。

　基板ＳＢは、その表面が鉛直方向ＶＤに沿うように立設する基板ＳＢを備える。基板ＳＢは、モータ４のモータケース（図示省略）内に収納された巻線４ａに接続されるとともに、コネクタ７に設けられた端子Ｔ１，Ｔ２に接続される。尚、コネクタ７は、制御装置６の横側に配置されてもよく、制御装置６の上側又は下側に配置されてもよいが、端子Ｔ１，Ｔ２が水分検知パッド１５（詳細は後述する）よりも上方となるように配置されているのが望ましい。

　図３は、本開示の実施の形態１における制御装置の回路構成を示すブロック図である。図３に示す通り、制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、駆動回路１２、モータドライバ１３、モータ端子電圧モニタ１４、及び水分検知パッド１５（水分検知部）を備える。

　ＣＰＵ１１は、前述した各種センサ（ステアリングホイール１の操舵トルク、操舵角度等を検出するセンサ）の検出結果に基づいて、駆動回路１２を制御する制御信号を出力する。駆動回路１２は、ＣＰＵ１１の制御の下で、モータドライバ１３を駆動するための駆動信号を生成する。尚、駆動回路１２には、モータドライバ１３を流れる電流を検出するセンサが設けられている。このセンサの検出結果はＣＰＵ１１に出力される。

　モータドライバ１３は、駆動回路１２から出力される駆動信号に基づいてモータ４を駆動する。モータドライバ１３は、例えば、外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力（Ｕ相電力、Ｖ相電力、Ｗ相電力）をモータ４に供給するインバータを備える。モータ端子電圧モニタ１４は、モータ４の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の端子電圧をモニタする。モータ端子電圧モニタ１４でモニタされた端子電圧は、ＣＰＵ１１に出力されて監視される。

　水分検知パッド１５は、基板ＳＢに形成され、制御装置６内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水の検知に用いられるパッドである。水分検知パッド１５は、例えば、基板ＳＢの回路パターンの一部として形成される。水分検知パッド１５は、図２に示す通り、基板ＳＢ上の鉛直方向ＶＤの最下部に配置される。具体的に、水分検知パッド１５は、基板ＳＢ上の他の電子部品及び通電ビアよりも低い場所に配置されるのが望ましい。これは、水が浸入した場合に、他の電子部品又は通電ビアが水の影響を受けてモータ４への通電電流の異常等が生ずる前に水を検知できるようにするためである。

　図４は、本開示の実施の形態１における水分検知パッドの構成例を示す図である。図４に示す通り、水分検知パッド１５は、所定の間隔をもって形成された矩形形状のパッド１５ａ，１５ｂを備える。パッド１５ａ，１５ｂの間隔は、必要な検知感度に合わせて自由に設定可能である。パッド１５ａは、接地されており、パッド１５ｂは、モータ端子電圧モニタ１４に接続される。水分検知パッド１５が水に浸ると、パッド１５ａ，１５ｂ間の抵抗が変化する。このような抵抗変化によって、制御装置６内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知することができる。

　図３に示す通り、水分検知パッド１５は、モータ端子電圧モニタ１４に接続されている。モータ端子電圧モニタ１４は、水分検知パッド１５の抵抗の変化により出力電圧が変化するようにされている。ＣＰＵ１１は、モータ端子電圧モニタ１４の出力電圧に基づいて異常の有無を判断する。

　上記構成において、制御装置６に水が浸入すると、進入した水は制御装置６の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する。制御装置６の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水の量が多くなって、水分検知パッド１５に設けられたパッド１５ａ，１５ｂの双方が水に浸ると、水分検知パッド１５の抵抗が変化する。水分検知パッド１５の抵抗が変化すると、モータ端子電圧モニタ１４の出力電圧が変化し、これにより、ＣＰＵ１１は異常が生じたと判断する。

　以上の通り、本実施の形態では、制御装置６が備える基板ＳＢの鉛直方向ＶＤの最下部に水分検知パッド１５を設け、水分検知パッド１５の抵抗の変化により、制御装置６内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知するようにしている。ここで、本実施の形態では、水分検知パッド１５を基板ＳＢの回路パターンの一部として形成しているため、パッド１５ａ，１５ｂの間隔を必要な検知感度に合わせて自由に設定可能であるとともに、パッド１５ａ，１５ｂの間隔のばらつきを小さくすることができる。このため、従来技術（モータ線とモータケースとの間の抵抗の変化に基づいて、モータに侵入した水を検出する技術）に比べて、検知感度を上げることが容易である。

　また、本実施の形態では、従来技術のように、モータ線とモータケースとの間の抵抗の変化ではなく、基板ＳＢに形成された専用の水分検知パッド１５を用いて制御装置６内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知するようにしている。このため、モータ４が駆動中であっても、モータ端子電圧変動の影響を受けないから、モータ４が駆動中であるか否かに拘わらず水の侵入を高精度で検知することが可能である。

　また、本実施の形態では、水分検知パッド１５をモータ端子電圧モニタ１４に接続し、水分検知パッド１５の抵抗が変化した場合に、モータ端子電圧モニタ１４の出力電圧が変化するようにしている。そして、モータ端子電圧モニタ１４の出力電圧に基づいて、ＰＣＵ１１が異常の有無を判断するようにしている。これにより、追加の検出回路が不要となり部品面積増加及びコスト増加を抑制することができる。

　尚、上記実施の形態では、立設する基板ＳＢの最下部に１つの水分検知パッド１５が形成された例について説明した。しかしながら、水分検知パッド１５は、基板ＳＢの最下部に複数形成されていても良い。水分検知パッド１５を複数形成することで、例えば、車両に対する制御装置６の取り付け角度が変わったとしても、複数の水分検知パッド１５の少なくとも１つを最下部に配置することができる。

　〈制御装置の変形例〉
　図５は、本開示の実施の形態１における制御装置の変形例を示すブロック図である。尚、図５においては、図３に示すブロックと同じブロックについては同一の符号を付してある。図５に示す本変形例に係る制御装置６Ａは、図３に示す制御装置６に水分検知回路１６（水分検知部）を追加し、図３に示す制御装置６のＣＰＵ１１をＣＰＵ１１Ａに替えた構成である。

　水分検知回路１６は、水分検知パッド１５とＣＰＵ１１Ａとの間に設けられ、水分検知パッド１５の抵抗変化に基づいて水分を検知し、その結果をＣＰＵ１１Ａに出力する。水分検知回路１６は、例えば、水分検知パッド１５の抵抗を電圧に変換する変換回路と、変換回路で変換された電圧と水分の有無を判定するための判定閾値電圧とを比較する比較回路とを備える構成である。このような構成の水分検知回路１６は、判定閾値電圧を変更するだけで、水分検知パッド１５を変更することなく検知感度を調整することが可能である。そのため、検知感度を変更する際に基板ＳＢを変更する工数、費用が不要となる。

　ＣＰＵ１１Ａは、図３に示すＣＰＵ１１とほぼ同様の構成である。但し、ＣＰＵ１１Ａは、モータ端子電圧モニタ１４の出力電圧ではなく、水分検知回路１６から出力される水分の検知結果に基づいて、異常の有無を判断する。

　尚、水分検知回路１６は、例えば、水分検知パッド１５の抵抗を電圧に変換する変換回路のみを備える構成であってもよい。このような構成の場合には、変換回路で変換された電圧をＣＰＵ１１Ａに出力し、ＣＰＵ１１Ａが、水分の有無を判定するようにしてもよい。水分の有無を判定するための判定閾値は、ＣＰＵ１１Ａで用いられるプログラムを変更することで容易に変更可能である。そのため、検知感度を変更する際に基板ＳＢを変更する工数、費用が不要となる。

〔実施の形態２〕
　〈電動パワーステアリング装置〉
　本実施の形態による電動パワーステアリング装置は、図１に示す電動パワーステアリング装置ＰＳと同様の構成である。つまり、ステアリングホイール１、ステアリング軸２、ラックバー３、モータ４、動力伝達機構５、制御装置６、コネクタ７、及びハウジング８を備える構成である。このため、本実施の形態による電動パワーステアリング装置の詳細な説明は省略する。

　〈車両用電子制御装置〉
　図６は、本開示の実施の形態２による車両用電子制御装置の概略構成を示す図である。尚、図６においては、図２に示す構成と同様の構成については同じ符号を付してある。図６に示す通り、本実施の形態では、車両用電子制御装置の一部をなすコネクタ７に水分検知端子１７（水分検知部）が設けられており、車両用電子制御装置の一部をなす制御装置６の水分検知パッド１５（図２参照）が省略されている。つまり、本実施の形態では、制御装置６の水分検知パッド１５に替えて、コネクタ７に水分検知端子１７が設けられている。

　水分検知端子１７は、コネクタ７内において鉛直方向ＶＤの最下部に配置されている。具体的に、水分検知端子１７は、制御装置６に設けられた基板ＳＢよりも低い位置に配置されるのが望ましい。これは、水が浸入した場合に、基板ＳＢに設けられた電子部品又は通電ビアが水の影響を受けてモータ４への通電電流の異常等が生ずる前に水を検知できるようにするためである。このようなコネクタ７は、制御装置６の基板ＳＢに接続される。

　尚、実施の形態１において、コネクタ７は、制御装置６の横側、上側、及び下側の何れに配置されても良かった。しかしながら、本実施の形態では、制御装置６の基板ＳＢに設けられた電子部品又は通電ビアが水の影響を受けないようにするために、コネクタ７は、制御装置６の横側又は下側に配置される。

　図７は、本開示の実施の形態２による車両用電子制御装置の回路構成を示すブロック図である。図７に示す通り、本実施の形態による車両用電子制御装置は、制御装置６Ｂとコネクタ７とを備える。制御装置６Ｂは、図５に示す制御装置６Ａが備える水分検知パッド１５を省略した構成である。制御装置６Ｂの水分検知回路１６には、コネクタ７に設けられた水分検知端子１７が接続されている。

　図８は、本開示の実施の形態２における水分検知端子の構成例を示す図である。図８に示す通り、水分検知端子１７は、所定の間隔をもって形成された矩形形状の端子１７ａ，１７ｂを備える。水分検知端子１７は、例えば、インサート樹脂成形又はアウトサートで形成されるため、端子１７ａ，１７ｂの間隔は、必要な検知感度に合わせて自由に設定可能である。端子１７ａ，１７ｂは何れも、制御装置６Ｂの水分検知回路１６に接続される。水分検知端子１７が水に浸ると、端子１７ａ，１７ｂ間の抵抗が変化する。水分検知回路１６は、水分検知端子１７の抵抗変化に基づいて水分を検知し、その結果をＣＰＵ１１Ａに出力する。ＣＰＵ１１Ａは、水分検知回路１６から出力される水分の検知結果に基づいて、異常の有無を判断する。このようにして、コネクタ７内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知することができる。

　上記構成において、コネクタ７に水が浸入すると、進入した水はコネクタ７の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する。コネクタ７の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水の量が多くなって、水分検知端子１７に設けられた端子１７ａ，１７ｂの双方が水に浸ると、水分検知端子１７の抵抗が変化する。すると、水分検知回路１６で変換される電圧が変化し、これにより判定閾値電圧との比較結果が変化する。これにより、水分検知回路１６からは水分が検知された旨を示す検知結果が出力され、ＣＰＵ１１Ａは、水分検知回路１６の検知結果に基づいて異常が生じたと判断する。

　以上の通り、本実施の形態では、コネクタ７の鉛直方向ＶＤの最下部に水分検知端子１７を設け、水分検知端子１７の抵抗の変化により、コネクタ７内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知するようにしている。ここで、本実施の形態では、インサート樹脂成形又はアウトサートで形成されるため端子１７ａ，１７ｂの間隔を必要な検知感度に合わせて自由に設定可能であるとともに、端子１７ａ，１７ｂの間隔のばらつきを小さくすることができる。このため、従来技術（モータ線とモータケースとの間の抵抗の変化に基づいて、モータに侵入した水を検出する技術）に比べて、検知感度を上げることが容易である。

　また、本実施の形態では、従来技術のように、モータ線とモータケースとの間の抵抗の変化ではなく、コネクタ７に設けられた専用の水分検知端子１７を用いてコネクタ７内の鉛直方向ＶＤの下側に貯留する水を検知するようにしている。このため、モータ４が駆動中であっても、モータ端子電圧変動の影響を受けないから、モータ４が駆動中であるか否かに拘わらず水の侵入を高精度で検知することが可能である。

　また、本実施の形態では、水分検知端子１７を制御装置６Ｂの水分検知回路１６に接続し、水分検知端子１７の抵抗を電圧に変換し、変換した電圧と判定閾値電圧との比較結果により水分を検知している。このため、本実施の形態では、判定閾値電圧を変更するだけで、水分検知端子１７を変更することなく検知感度を調整することが可能である。そのため、検知感度を変更する際にコネクタ７を変更する工数、費用が不要となる。

　尚、水分検知回路１６は、実施の形態１における変形例のように、例えば、水分検知端子１７の抵抗を電圧に変換する変換回路のみを備える構成であってもよい。このような構成の場合には、変換回路で変換された電圧をＣＰＵ１１Ａに出力し、ＣＰＵ１１Ａが、水分の有無を判定するようにしてもよい。水分の有無を判定するための判定閾値は、ＣＰＵ１１Ａで用いられるプログラムを変更することで容易に変更可能である。そのため、検知感度を変更する際にコネクタ７を変更する工数、費用が不要となる。

　尚、上記実施の形態では、コネクタ７の最下部に１つの水分検知端子１７が設けられている例について説明した。しかしながら、水分検知端子１７は、コネクタ７の最下部に複数設けられていても良い。水分検知端子１７を複数設けることで、例えば、車両に対する制御装置６Ｂの取り付け角度が変わったとしても、複数の水分検知端子１７の少なくとも１つを最下部に配置することができる。

　以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変更が可能である。

　４…モータ、６，６Ａ，６Ｂ…制御装置、７…コネクタ、ＣＰＵ…１１，１１Ａ、１４…モータ端子電圧モニタ、１５…水分検知パッド、１５ａ，１５ｂ…パッド、１６…水分検知回路、１７…水分検知端子、１７ａ，１７ｂ…端子、ＰＳ…電動パワーステアリング装置、ＳＢ…基板、ＶＤ…鉛直方向

Claims

　モータを制御する制御装置と、
　前記制御装置を外部に接続するコネクタと、
　前記制御装置内又は前記コネクタ内に設けられ、前記制御装置内又は前記コネクタ内の鉛直方向下側に貯留する水を検知する水分検知部と、
　を備える車両用電子制御装置。
　前記水分検知部は、前記制御装置内の基板に形成された水分検知パッドを備える、請求項１記載の車両用電子制御装置。
　前記水分検知パッドは、前記基板上の他の電子部品及び通電ビアよりも低い場所に位置する、請求項２記載の車両用電子制御装置。
　前記制御装置は、前記モータの端子電圧をモニタするモータ端子電圧モニタと、
　前記モータ端子電圧モニタのモニタ結果を監視するＣＰＵと、を備えており、
　前記水分検知パッドは、前記モータ端子電圧モニタに接続され、
　前記モータ端子電圧モニタは、前記水分検知パッドの抵抗の変化により出力電圧が変化するようにされ、
　前記ＣＰＵは、前記モータ端子電圧モニタの出力電圧に基づいて異常の有無を判断する、
　請求項２又は請求項３記載の車両用電子制御装置。
　前記水分検知部は、前記水分検知パッドの抵抗の変化により前記制御装置内に貯留する水を検知する水分検知回路を備え、
　前記制御装置は、前記水分検知回路の検知結果に基づいて異常の有無を判断するＣＰＵを備える、
　請求項２又は請求項３記載の車両用電子制御装置。
　前記水分検知部は、前記コネクタ内に設けられた水分検知端子を備える、請求項１記載の車両用電子制御装置。
　前記水分検知端子は、前記制御装置内の基板よりも低い場所に位置する、請求項６記載の車両用電子制御装置。
　前記水分検知部は、前記水分検知端子の抵抗の変化により前記制御装置内に貯留する水を検知する水分検知回路を備え、
　前記制御装置は、前記水分検知回路の検知結果に基づいて異常の有無を判断するＣＰＵを備える、
　請求項６又は請求項７記載の車両用電子制御装置。
　ステアリングに対して操舵補助トルクを発生させるモータと、
　前記モータの駆動を制御する請求項１から請求項８の何れか一項に記載の車両用電子制御装置と、
　を備える電動パワーステアリング装置。