JPH0228062A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車等の電動式パワーステアリング装置
に関する。

従来技術および発明の課題 第６図は、従来の電動式パワーステアリング装置を示し
ている。この装置は、操舵力を補助するための電動モー
タ（１）と、４つのパワートランジスタ（２ａ）　（２
ｂ）　（２ｃ）　（２ｄ）からなるブリッジ回路で構成
されたモータ駆動回路（３）と、モータ駆動回路（３）
と主電源（バッテリ）（４）との間に設けられたキース
イッチ（５）およびフェイルリレー回路（６）と、ステ
アリングシャフトの入力トルクを検出するためのトルク
センサ（７）と、車速を検出するための車速センサ（８
）と、トルクセンサ（７）の検出トルク、車速センサ（
８）の検出速度等に基づいてモータ（１）およびフェイ
ルリレー回路（６）を制御する制御装置（９）とを備え
ている。

モータ（１）は、省電力化を図るため、ＰＷＭ駆動され
ている。制御装置（９）は、トルクセンサ（７）、車速
センサ（８）、モータ駆動回路（３）等のパワーステア
リング装置各部の異常を常時監視している。そして、ト
ルクセンサ（７）の検出トルクおよび車速センサ（８）
の検出速度等に基づいてモータ（１）の操舵力補助量を
制御する操舵力補助量制御を行うとともにパワーステア
リング装置各部の異常を検出したときにフェイルリレー
回路（Ｂ）のリレー接点をオフにするフェイセーフ制御
を行う。

第６図に矢印Ａで示すようにモータ（１）に電流が流れ
ている場合に、点Ｘにおいてモータ線の地絡（同図に破
線で示す）が発生すると、矢印Ｂで示すように、パワー
トランジスタ（２ａ）に大電流が流れ、パワートランジ
スタ（２ａ）が破壊したり、火災が発生したりするおそ
れがある。

そこで、これを防止するために、従来においては、パワ
ートランジスタ（２ｃ）　（２ｂ）のエミッタと接地と
の間に接続された電流検出用抵抗（１０）の端子間電圧
に基づいて電動モータ（１）に流れる電流を検出する電
流検出回路（■１）を設け、この検出電流と、制御装置
（９）で演算された電流指令値とを比較することにより
、モータ線の地絡を検出するようにしている。

しかしながら、従来の異常°検出方法では、モータ線の
地絡等のモータ駆動回路の異常を検出するのに時間がか
かるという問題がある。すなわち、急操舵時には、モー
タ（１）の回転速度が大きくなり、これに伴ってモータ
（１）に誘導される逆起電力も大きくなり、モータ（１
）に流れる電流が電流指令値より小さくなる。従来の異
常検出方法では、このような場合を異常と判定しないよ
うにするために、異常検出判定時間を長くとる必要があ
る。

この発明の目的は、上記の問題を解決した電動式バヴー
ステアリング装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による電動式パワーステアリング装置は、 操舵力を補助するための電動モータと、ステアリングシ
ャフトの入力トルクを検出するトルクセンサと、トルク
センサの検出トルク等に基づいて、パワー素子によりモ
ータの断続および極性の切替えを行ない操舵力補助量を
制御するモータ制御手段とを備えた電動式パワーステア
リング装置において、 正転用パワー素子と逆転用パワー素子の直列接続点に印
加される電圧に基づいて、モータ駆動回路の異常を検出
する異常検出手段、および異常検出手段によって異常が
検出されたときに、電動モータによる操舵力補助を禁止
する手段を備えていることを特徴とする。

作　　　用 モータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常が発生すると
、そのことが異常検出手段によって直ちに検出され、こ
の異常検出に基づいて、電動モータによる操舵力補助が
禁止される。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

第１図〜第３図は、第１実施例を示す。

第１図は、電動式パワーステアリング装置の全体の概略
構成を示している。この装置は、操舵力を補助するため
の電動モータ（１）と、モータ駆動回路（３）と、モー
タ駆動回路（３）と主電源（４）との間に設けられたキ
ースイッチ（５）およびフェイルリレー回路（６）と、
ステアリングシャフトの入力トルクを検出するトルクセ
ンサ（７）と、車速を検出する車速センサ（８）と、ト
ルクセンサ（７）の検出トルク、車速センサ（８）の検
出速度等に基づいてモータ（１）を制御するとともにフ
ェイルリレー回路（６）を制御する制御装置（９）とを
備えている。

図示は省略したが、モータ（１）は、ステアリングシャ
フトの出力軸またはステアリングギア等の適当箇所に減
速機、クラッチ等を介して連結されている。トルクセン
サ（７）は、たとえば、ステアリングシャフトの入力軸
と出力軸との間に設けられたトーションバーのねじれを
検出するポテンショメータからなる。

モータ駆動回路（３）は、２つの正転用パワートランジ
スタ（２ａ）　（２ｂ）と、２つの逆転用パワートラン
ジスタ（２ｃ）　（２ｄ）とからなるブリッジ回路で構
成されている。正転用パワートランジスタ（２ａ）と逆
転用パワートランジスタ（２ｄ）とは、直列に接続され
、逆転用パワートランジスタ（２ｃ）と正転用パワート
ランジスタ（２ｂ）とは直列に接続されており、両歯列
回路が並列に接続されている。そして、正転用パワート
ランジスタ（２ａ）と逆転用パワートランジスタ（２ｄ
）との接続点Ｐ１と、逆転用パワートランジスタ（２ｃ
）と正転用パワートランジスタ（２ｂ）との接続点Ｐ２
との間に電動モータ（１）が接続されている。

正転用パワートランジスタ（２ａ）のコレクタと逆転用
パワートランジスタ（２ｃ）のコレクタとは、フェイル
リレー回路（６）およびキースイッチ（５）を介して主
電源（４）に接続されている。正転用パワートランジス
タ（２ｂ）のエミッタと逆転用パワートランジスタ（２
ｄ）のエミッタとは、電流検出用抵抗（ｌＯ）を介して
接地されている。各パワートランジスタ（２ａ）　（２
ｂ）　（２ｃ）　（２ｄ）のベースは、制御装置（９）
にそれぞれ接続されている。

電流検出回路（１１）は、電流検出用抵抗（１０）の端
子電圧に基づいて、モータ（１）に流れる電流を検出す
る。この検出電流は、制御装置（９）に送られる。接続
点ＰＩには、第１サンプルホールド回路（２１）が接続
されており、このサンプルホールド回路（２１）の出力
ｅは制御装置（９）に送られる。接続点Ｐ２には、第２
サンプルホールド回路（２２）が接続されており、この
サンプルホールド回路（２２）の出力ｆは制御装置（９
）に送られる。

各サンプルホールド回路（２１）　（２２）は、例えば
制御装置（９）によって制御されるスイッチ（２３）と
、ホールド用コンデンサ（２４）と、電圧ホロア（２５
）とから構成されている。

制御装置（９）は、トルクセンサ（７）の検出トルクお
よび車速センサ（８）の検出速度等に基づいてモータ（
１）の操舵力補助量を演算する操舵力補助量制御を行う
とともにトルクセンサ（７）、車速センサ（８）、モー
タ駆動回路（３）等のパワーステアリング装置各部の異
常を検出したときにフェイルリレー回路（６）のリレー
接点をオフにするフェイルセーフ制御を行うマイクロコ
ンピュータ（図示路）と、マイクロコンピュータによっ
て求められた操舵力補助量に応じたＰＷＭ出力を得るＰ
ＷＭ変調回路（図示路）とを備えている。ＰＷＭ変調回
路は、三角波発生回路と、三角波発生回路の出力と操舵
力補助量指令信号・とを比較してモータ制御用ＰＷＭ信
号を出力する比較回路とからなる。

ＰＷＭ変調回路から出力されるモータ制御用ＰＷＭ信号
は、モータ（１）を正転させる場合には、各正転用パワ
ートランジスタ（２ａ）　（２ｂ）のベースに送られる
。したがって、この場合は、各正転用パワートランジス
タ（２ａ）　（２ｂ）がＰＷＭ信号に応じてオンされる
ごとに、電源（４）、キースイッチ（５）、フェイルリ
レー回路（Ｂ）、正転用パワートランジスタ（２ａ）、
モータ（１）、正転用パワートランジスタ（２ｂ）、抵
抗（ｌＯ）、電源（４）の順に電流が流れ、モータ（１
）が正転駆動される。

モータ（１）を逆転させる場合には、モータ制御用ＰＷ
Ｍ信号は、各逆転用パワートランジスタ（２ｃ）　（２
ｄ）のベースに送られる。したがって、この場合は、各
逆転用パワートランジスタ（２ｃ）（２ｄ）がＰＷＭ信
号に応じてオンされるごとに、電源（４）、キースイッ
チ（５）、フェイルリレー回路（０）　、ｍ転用パワー
トランジスタ（２ｃ）、モータ（１）、逆転用パワート
ランジスタ（２ｄ）、抵抗（１０）、電源（４）の順に
電流が流れ、モータ（１）が逆転駆動される。

各サンプルホールド回路（２１）　（２２）のスイッチ
（２３）には、制御回路（９）からサンプル指示信号す
が送られる。このサンプル指示信号すは、第２図に示す
ように、ＰＷＭ変調回路の三角波発生回路の出力ａの各
ピーク毎に発生しかつピーク時を中心とする所定幅のパ
ルスからなるパルス信号である。このパルスｂの幅は、
ＰＷＭ変調回路から出力されるモータ制御用ＰＷＭ信号
の最小のパルス幅以下に設定されている。

モータ（１）が正転駆動されているとすると、第２図（
ａ）に示すように、接続点Ｐ１には、モータ制御用ＰＷ
Ｍ信号に応じたパルス状電圧（信号Ｃ）が現れ、接続点
Ｐ２の電圧（信号ｄ）は、はぼ零となる。

したがって、第１サンプルホールド回路（２１）の出力
ｅはＨレベルを保持し、第２サンプルホールド回路（２
２）の出力ｆはＬレベルを保持する。

この状態において、時点ＴＩで、点Ｘにおいてモータ線
の地絡が発生すると、接続点ＰＬの電圧Ｃが零になるの
で、サンプリング時に第１サンプルホールド回路（２１
）のコンデンサ（２４）の電荷が放電される。このため
、時点Ｔ１から微小時間経過後の時点Ｔ２に、第１サン
プルホールド回路（２１）の出力ｅがＬレベルになる。

モータ（１）が逆転駆動されている場合には、第２図（
ｂ）に示すように、接続点Ｐ２に、モータ制御用ＰＷＭ
信号に応じたパルス状電圧（信号ｄ）が現れ、接続点Ｐ
ｉの電圧（信号Ｃ）は、はぼ零となる。

したがって、第２サンプルホールド回路（２２）の出力
ｆはＨレベルを保持し、第１サンプルホールド回路（２
１）の出力ｅはＬレベルを保持する。

この状態において、時点Ｔｌで、点Ｙにおいてモータ線
の地絡が発生すると、接続点Ｐ２の電圧ｄが零になるの
で、サンプリング時に第２サンプルホールド回路（２２
）のコンデンサ（２４）の電荷が放電される。このため
、時点Ｔ２に、第２サンプルホールド回路（２２）の出
力ｆがＬレベルになる。

これらより、正転駆動時には第１サンプルホールド回路
（２１）の出力ｅを、逆転駆動時には第２サンプルホー
ルド回路（２２）の出力ｆをそれぞれ調べることによっ
て、異常の検出ができる。

第３図、は、各サンプルホールド回路（２１）　（２２
）の出力信号に基づいて行われる制御回路（９）による
モータ駆動回路異常監視処理の手順を示している。

まず、操舵力補助量指定値が零でないか否か、すなわち
操舵力補助を行なっているか否かが判定される（ステッ
プ３１）。操舵力補助を行なっていない場合は、操舵力
補助が行われるまで待機する。

操舵力補助が行なわれている場合には、モータ（１）の
回転方向が判別される（ステップ３２）。

モータ（１）の回転方向が正転である場合には、第１サ
ンプルホールド回路（２１）の出力レベルが調べられる
（ステップ３３）。第１サンプルホールド回路（２１）
の出力ｅがＬレベルである場合には、Ｌレベルの状態が
所定時間継続しているか否かが判定され（ステップ３４
）、継続していれば、異常と判断され、フェイルリレー
回路（６）のリレー接点をオフにする等のフェイルセー
フ処理が行われる（ステップ８５）。

上記ステップ３３において第１サンプルホールド回路（
２１）の出力ｅがＨレベルであると判定された場合およ
び上記ステップ３４において第１サンプルホールド回路
（２１）の出力ｅのＬレベル状態が所定時間継続しなか
ったと判定された場合には、上記ステップ３１に戻る。

上記ステップ３２において、モータ（１）の回転方向が
逆転であると判定された場合には、第２サンプルホール
ド回路（２２）の出力レベルが調べられる（ステップ３
６）。第２サンプルホールド回路（２２）の出力ｆがＬ
レベルである場合には、Ｌレベルの状態が所定時間継続
しているか否かが判定され（ステップ３７）、継続して
いれば、異常と判断され、フェイルリレー回路（６）の
リレー接点をオフ１ごする等のフェイルセーフ処理が行
われる（ステップ３８）。

上記ステップ３Ｂにおいて第２サンプルホールド回路（
２２）の出力ｆがＨレベルであると判定された場合およ
び上記ステップ３７において第２サンプルホールド回路
（２２）の出力ｆのＬレベル状態が所定時間継続しなか
ったと判定された場合には、上記ステップ３１に戻る。

第４図および第５図は、第２実施例を示す。

第２実施例のものは、接続点Ｐ１と第１サンプルホール
ド回路（２１）との間に第１プルアップ回路（２Ｂ）が
、接続点Ｐ２と第２サンプルホールド回路（２２）との
間に第２プルアップ回路（２７）がそれぞれ設けられて
いる点を除いて第１実施例のものと同じであり＼同じ部
分には同一の符号を付している。

プルアップ回路（２Ｂ）　（２７）は、モータ（１）の
電機子抵抗より十分に大きい抵抗値を有する抵抗（２８
）とダイオード（２９）を介して接続点ｐｔおよびＰ２
に常時電圧を印加するものであり、これにより、非通電
時にも接続点Ｐｉおよび接続点Ｐ２に電圧が加わるため
、次に説明するように、通電、非通電に関係なく、接続
点Ｐ１およびＰ２の電圧に基づいてモータ駆動回路（３
）の異常を検出することができる。

すなわち、非通電時には、第５図（ａ）に示すように、
接続点Ｐｌおよび接続点Ｐ２にはそれぞれプルアップ回
路（２０）（２７）によって電圧（信号Ｃおよびｄ）が
印加されているため、サンプルホールド回路（２１）　
（２２）の出力ｅおよびｆはともにＨレベルに保持され
る。この状態において、時点ＴＩで、点Ｘにおいて地絡
が発生すると、接続点ＰＩの電圧Ｃが零になり、時点Ｔ
２に第１サンプルホールド回路（２１）の出力ｅがＬレ
ベルになる。

時点ＴＩに点Ｘで地絡が発生したとき、接続点Ｐ２には
モータ（１）の電機子抵抗の電圧降下分の電圧が生じる
が、プルアップ回路（２７）の抵抗（２８）の抵抗値が
電機子抵抗の抵抗値より十分に大きいので、接続点Ｐ２
の電圧ｄもほぼ零になり、やはり、時点Ｔ２に第２サン
プルホールド回路（２２）の出力ｆも零になる。

モータ（１）が正転駆動されている場合は、第５図（ｂ
）に示すように、接続点ＰＬにはＰＷＭ信号に応じたパ
ルス状電圧Ｃが現れ、第１サンプルホールド回路（２１
）の出力ｅはＨレベルに保持される。一方、接続点Ｐ２
の電圧ｄはほぼ零になり、第２サンプルホールド回路（
２２）の出力ｆはＬレベルに保持される。この状態にお
いて、時点ＴＩで、点Ｘにおいて地絡が発生すると、接
続点ＰＬの電圧Ｃが零になり、時点Ｔ２に第１サンプル
ホールド回路（２１）の出力ｅがＬレベルになる。

また、接続点Ｐ２の電圧ｄはほぼ零のままであり、第２
サンプルホールド回路（２２）の出力ｆもＬレベルのま
まである。

モータ（１）が逆転駆動されている場合は、第５図（Ｃ
）に示すように、接続点Ｐ２にはＰＷＭ信号に応じたパ
ルス状電圧ｄが現れ、第２サンプルホールド回路（２２
）の出力ｆはＨレベルに保持される。一方、接続点ｐｔ
の電圧Ｃはほぼ零になり、第１サンプルホールド回路（
２１）の出力ｅはＬレベルに保持される。この状態にお
いて、時点ＴＩで、°点Ｙにおいて地絡が発生すると、
接続点Ｐ２の電圧ｄが零になり、時点Ｔ２に第２サンプ
ルホールド回路（２１）の出力ｆがＬレベルになる。

また、接続点Ｐ１の電圧Ｃはほぼ零のままであり、第１
サンプルホールド回路（２Ｉ）の出力ｆもＬレベルのま
まである。

これをまとめると、次のようになる。

すなわち、非通電状態では、正常時には、２つのサンプ
ルホールド回路（２１）（２２）の出力ｅおよびｆがい
ずれもＨレベルであるが、異常発生時には、出力ｅおよ
びｆのいずれもＬレベルになる。正転駆動状態では、正
常時には、第１サンプルホールド回路（２１）の出力ｅ
はＨレベル、第２サンプルホールド回路（２２）の出力
ｆはＬレベルであるが、異常発生時には、出力ｅおよび
ｆのいずれもＬレベルになる。逆転駆動状態では、正常
時には、第１サンプルホールド回路（２Ｉ）の出力ｅ　
ｉ、ｔ　Ｌレベル、第２サンプルホールド回路（２，２
）の出力ｆはＨレベルであるが、異常発生時には、出力
ｅおよびｆのいずれもＬレベルになる。

これらより、非ａ電、正転駆動および逆転駆動のいずれ
の状態においても、正常時には、２つのサンプルホール
ド回路（２１）（２２）の出力ｅおよびｆの論理和（Ｏ
Ｒ）が１であり、異常が発生すると、これらの論理和が
０になる。したがって、制御装置（９）において、２つ
のサンプルホールド回路（２１）（２２）の出力ｅおよ
びｆの論理和が０になった状態が所定時間持続すること
を検出するだけで、非通電、通電に関係なく、異常の検
出ができる。

正転駆動状態で、点Ｙにおいて地絡が発生した場合、接
続点Ｐ１と地絡発生点Ｙとの間にモ−タ（１）があるた
め、接続点Ｐ１の電圧Ｃは零にはならず、２つのサンプ
ルホールド回路（２１）（２２）の出力ｅおよびｆの論
理和は０にならない。ところが、地絡により電流検出用
抵抗（ｌＯ）に電流が流れなくなるので、従来と同様に
電流検出回路（１１）の検出電流と制御装置（９）で演
算された電流指令値との比較により異常を検出すること
ができる。この場合、電流はパワートランジスタ（２ａ
）とモータ（１）の電機子抵抗を通って流れるので、パ
ワートランジスタ（２ａ）に流れる電流が異常に大きく
なることがなく、異常検出に時間がかかっても、過電流
によるパワートランジスタ（２ａ）の破壊の可能性は小
さい。そして、仮に電流検出用抵抗（１０）に電流が流
れなくなることによる従来同様の異常検出を行なわなか
ったとしても、次に非通電状態または逆転駆動状態にな
ったときに、第５図（ａ）および（ｂ）について説明し
たように異常が検出できる。逆転駆動状態で、点Ｘにお
いて地絡が発生した場合についても、同様である。また
、第１実施例の場合にも、同じことがいえる。

発明の効果 この発明による電動式パワーステアリング装置は、電動
モータに印加される電圧に基づいて・モータ駆動回路の
異常が検出されているので、モータ線の地絡等のモータ
駆動回路の異常を短時間に検出することができ、このよ
うな異常発生に対して、迅速に電動モータによる操舵力
補助を禁止できる。このため、モータ線の地絡等のモー
タ駆動回路の異常が発生しても、モータ駆動素子の破壊
、火災の発生等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１実施例を示す電動式パワーステ
アリング装置全体の概略電気ブロック図、第２図はサン
プルホールド回路の動作を示すタイムチャート、ｔＪ３
図はサンプルホールド回路の出力に基づく異常監視処理
の手順を示すフローチャート、第４図は第２実施例を示
す第１図相当の図面、第５図はサンプルホールド回路お
よびプルアップ回路の動作を示すタイムチャート、第６
図は従来例を示す電気ブロック図である。 （１）・・・電動モータ、（３）・・・モータ駆動回路
、（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）　（２ｄ）−パワート
ランジスタ、（６）１１．フェイルリレー回路、（７）
・・・トルクセンサ、（９）・・・制御装置、（２１）
　（２２）・・・サンプルホールド回路、（２０）（２
７）・・・プルアップ回路。 以　　上 特許出願人　　光洋精工株式会社 」餓り 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操舵力を補助するための電動モータと、ステアリングシ
   ャフトの入力トルクを検出するトルクセンサと、トルク
   センサの検出トルク等に基づいて、パワー素子によりモ
   ータの断続および極性の切替えを行ない操舵力補助量を
   制御するモータ制御手段とを備えた電動式パワーステア
   リング装置において、 正転用パワー素子と逆転用パワー素子の直列接続点に印
   加される電圧に基づいて、モータ駆動回路の異常を検出
   する異常検出手段、および異常検出手段によって異常が
   検出されたときに、電動モータによる操舵力補助を禁止
   する手段を備えていることを特徴とする電動式パワース
   テアリング装置。