電動パワーステアリング装置
【課題】１シャント式電流検出回路でモータ各相電流の検出を行うと共に、電流検出回路の故障（異常）を簡易な構成で確実に行い、安全性を高めた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】インバータに接続された１つのシャント抵抗と、シャント抵抗の両端に正方向に接続され、モータの相電流を検出してアシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、１シャント式でモータの各相電流を検出してアシスト制御を行うと共に、シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統とする。
【解決手段】インバータに接続された１つのシャント抵抗と、シャント抵抗の両端に正方向に接続され、モータの相電流を検出してアシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、１シャント式でモータの各相電流を検出してアシスト制御を行うと共に、シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭのデユーティ指令値で駆動制御される多相モータにより、車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にＰＷＭ駆動する駆動部と電源（バッテリ）との間に単一の電流検出回路（１シャント式電流検出回路）を設けてアシスト制御すると共に、電流検出回路等の故障や異常を診断することにより安全性を高めた高機能な電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。そして、当該モータが所望のトルクを発生するようにモータに電流を供給するため、モータ駆動回路にインバータが用いられている。
【０００３】
ここで、従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流制御部で電流指令値に補償等を施した電圧指令値Ｅによってモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。なお、車速ＶｓはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。
【０００４】
コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（ＭＰＵ、ＭＣＵも含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。
【０００５】
図２を参照してコントロールユニット１００の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部１０１に入力される。電流指令値演算部１０１は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、例えば３相のモータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を決定する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部１０２Ａを経て電流指令値Ｉｒｅｆ２として電流制限部１０３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ３が減算部１０２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉｒｅｆ４がＰＩ制御等を行う電流制御部１０４に入力される。電流制御部１０４で特性改善された電圧指令値ＥがＰＷＭ制御部１０５に入力され、更に駆動部としてのインバータ１０６を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはインバータ１０６内の電流検出回路１２０で検出され、減算部１０２Ｂにフィードバックされる。インバータ１０６はスイッチング素子として一般的にＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
【０００６】
また、加算部１０２Ａには補償部１１０から補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようようになっている。補償部１１０は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）１１３と慣性１１２を加算部１１４で加算し、その加算結果に更に収れん性１１１を加算部１１５で加算し、加算部１１５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
【０００７】
モータ２０が３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部１０５及びインバータ１０６の詳細は例えば図３に示すような構成となっている。ＰＷＭ制御部１０５は、電圧指令値Ｅを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部１０５Ａと、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６でＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の各ゲートを駆動してＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部１０５Ｂとで構成されており、インバータ１０６は、Ｕ相の上段ＦＥＴ１及び下段ＦＥＴ４で成る上下アームと、Ｖ相の上段ＦＥＴ２及び下段ＦＥＴ５で成る上下アームと、Ｗ相の上段ＦＥＴ３及び下段ＦＥＴ６で成る上下アームとで成る３相ブリッジで構成されており、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。
【０００８】
このような構成において、インバータ１０６の駆動電流ないしはモータ２０のモータ電流を計測する必要があるが、コントロールユニット１００のコンパクト化、軽量化、コストダウンの要求項目の１つとして、電流検出回路１２０の単一化（１シャント式電流検出回路）がある。電流検出回路の単一化として１シャント式電流検出回路が知られており、１シャント式の電流検出回路１２０の構成は例えば図４に示すようになっている（特開２００９−１３１０６４号公報）。即ち、ＦＥＴブリッジの底部アームと接地（ＧＮＤ）との間に１つのシャント抵抗Ｒ１が接続されており、ＦＥＴブリッジに電流が流れたときのシャント抵抗Ｒ１による降下電圧を演算増幅器（差動増幅回路）１２１及び抵抗Ｒ２〜Ｒ４で電流値Ｉｍａに換算し、更に抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ１で成るフィルタを経てＡ／Ｄ変換部１２２で所定のタイミングにＡ／Ｄ変換し、ディジタル値の電流値Ｉｍを出力するようになっている。なお、演算増幅器１２１の正端子入力には、抵抗Ｒ５を経て基準電圧となる２．５Ｖが接続されている。
【０００９】
図５は電源（バッテリ）、インバータ１０６、電流検出回路１２０及びモータ２０の結線図を示すと共に、Ｕ相の上段ＦＥＴ１がＯＮ（下段ＦＥＴ４はＯＦＦ）、Ｖ相の上段ＦＥＴ２がＯＦＦ（下段ＦＥＴ５はＯＮ）、Ｗ相の上段ＦＥＴ３がＯＦＦ（下段ＦＥＴ６はＯＮ）の状態時の電流経路（破線）を示している。また、図６は、Ｕ相の上段ＦＥＴ１がＯＮ（下段ＦＥＴ４はＯＦＦ）、Ｖ相の上段ＦＥＴ２がＯＮ（下段ＦＥＴ５はＯＦＦ）、Ｗ相の上段ＦＥＴ３がＯＦＦ（下段ＦＥＴ６はＯＮ）の状態時の電流経路（破線）を示している。これら図５及び図６の電流経路から分かるように、上段ＦＥＴがＯＮしている相の合計値が電流検出回路器１２０に検出電流として現れる。即ち、図５ではＵ相電流を検出することができ、図６ではＵ相及びＶ相電流を検出することができる。これは、電流検出回路１２０がインバータ１０６の上段アームと電源との間に接続されている場合も同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１３１０６４号公報
【特許文献２】特開２００９−２３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように従来の装置（例えば特開２００９−１３１０６４号公報）では電流検出回路が設けられているものの、電流検出回路が故障（異常を含む）したときの対策が施されていないため、操舵系の安全性向上の面から故障対策の実施が強く要請されている。
【００１２】
また、一方では、インバータ内のＦＥＴの短絡故障による過電流故障を検出するために、電流検出回路の後段にダイオードを用いてピークホールドを行うような回路が提案されている（特開２００９−２３２５６９号公報）。しかしながら、演算増幅器の出力電圧をダイオードを介して充放電用コンデンサに電荷を充電する場合、コンデンサへの充電電流が演算増幅器の負荷電流となるため、充電電流（負荷電流）が大きい場合、演算増幅器の応答性が低下してしまい、電流検出回路及びピークホールド回路の検出精度が悪化するという問題がある。
【００１３】
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、１シャント式電流検出回路でモータ各相電流の検出を行うと共に、電流検出回路の故障や異常の診断を簡易な構成で確実に行い、安全性を一層高めた電動パワ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】
【００１４】
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてＦＥＴブリッジで成るインバータを介して多相のモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記インバータに接続された１つのシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端に正方向に接続され、前記モータの相電流を検出して前記アシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、前記シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、前記制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、１シャント式で前記モータの各相電流を検出して前記アシスト制御を行うと共に、前記シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統とすることにより達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路又は前記診断用モータ電流検出回路のいずれかが故障していることを検出することにより、或いは前記診断用モータ電流検出回路の後段に接続された最大電流検出回路を具備し、前記最大電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドするようになっていることにより、或いは前記最大電流検出回路を、ピークホールド用トランジスタと、充放電時定数を生成する抵抗及びコンデンサとで構成し、前記診断用モータ電流検出回路の出力を前記トランジスタのベースに入力し、前記トランジスタのエミッタと前記抵抗及びコンデンサとの間に充電抵抗を介挿することにより、或いは前記最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路、前記診断用モータ電流検出回路、前記最大電流検出回路のいずれかの故障、異常を診断するようになっていることにより、或いは前記診断用モータ電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて上昇するようになっていることにより、或いは前記制御用モータ電流検出回路は、前記制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて低下するようになっていることにより、或いは前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、前記診断用モータ電流検出回路で検出された診断用モータ電流検出電圧との和が、正常時には前記電流に関係なく一定電圧となっていることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安価な１シャント式電流検出回路（制御用モータ電流検出回路）を用いながら、診断用モータ電流検出回路は演算増幅器（差動増幅回路）で構成され、最大電流検出回路はピークホールド用トランジスタ、充放電時定数を生成する抵抗、コンデンサで構成され、診断用モータ電流検出回路の演算増幅器の出力をトランジスタのベースに入力し、充放電コンデンサを充電抵抗を介してトランジスタのエミッタに接続することにより、ダイオードを用いた場合（特許文献２）と同様のピークホールド機能を有しながら演算増幅器の負荷電流を小さくすることができ、演算増幅器の出力負荷電流による出力応答の低下を防止することができ、電流検出回路の精度悪化を防止することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、いずれかのモータ電流検出回路の故障であるかを検出することができる。診断用モータ電流検出回路の後段に、診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドする最大電流検出回路を接続しているので、最大電流検出値を監視することにより、例えばインバータ内のＦＥＴ短絡故障等の過電流故障を検出することができる。更に本発明によれば、最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、制御用モータ電流検出値、診断用モータ電流検出値とを比較することにより、いずれかの回路が故障したことを検出することができるので、故障箇所の判定によってアシスト制御を継続することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図２】コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。
【図３】ＰＷＭ制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。
【図４】１シャント式電流検出器の構成例を示す結線図である。
【図５】１シャント式電流検出器を備えたインバータの動作例を示す電流経路図である。
【図６】１シャント式電流検出器を備えたインバータの動作例を示す電流経路図である。
【図７】本発明の構成例を示す結線図である
【図８】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図９】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図１０】他の異常検出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、インバータと接地（ＧＮＤ）間に１個のシャント抵抗を接続し、シャント抵抗の両端電圧からモータ電流を検出する電流検出回路であり、シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路は、モータ制御に使用する制御用モータ電流検出回路と、制御用モータ電流検出回路の故障（異常を含む）を検出するための診断用モータ電流検出回路の２回路で構成され、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、制御用モータ電流検出回路の故障を検出する。
【００２０】
診断用モータ電流検出回路は、診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、シャント抵抗を流れる電流が０の時の電圧を基準として、電流が電源側から接地（ＧＮＤ）側に流れるときに、その電流の大きさに応じて上昇するように構成し、更に診断用モータ電流検出回路の後段に、診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドする最大電流検出回路を接続し、その最大電流検出値を監視することにより、例えばインバータ内のＦＥＴ短絡故障等の過電流故障を検出する。
【００２１】
また、制御用モータ電流検出回路は、制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、シャント抵抗を流れる電流が０の時の電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、その電流の大きさに応じて低下する構成とし、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出電圧との和は、正常時には電流に関わらず一定電圧になるように構成し、制御用モータ電流検出電圧と診断用モータ電流検出電圧の和であるモータ電流検出電圧和を監視することで、制御用モータ電流検出電圧又は診断用モータ電流検出電圧が故障により、正常な電圧を出力できないなどの異常を検出する。
【００２２】
また、本発明によれば、最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、制御用モータ電流検出値、診断用モータ電流検出値を比較することにより、いずれかの回路が故障したことを検出することができ、電動パワーステアリング装置の安全性を一層高めることができる。
【００２３】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図７は本発明の構成例を図４に対応させて示しており、図４における電流検出回路１２０は、本発明では制御用モータ電流検出回路として機能し、シャント抵抗Ｒ１の両端には制御用モータ電流検出回路１２０が接続され、シャント抵抗Ｒ１の両端には更に診断用モータ電流検出回路１３０が接続され、診断用モータ電流検出回路１３０の後段には最大電流検出回路１４０が接続されている。
【００２５】
制御用モータ電流検出回路１２０は演算増幅器（差動増幅回路）１２１で構成され、その出力電圧はシャント抵抗Ｒ１を流れる電流が０のときの電圧が２．５Ｖとなり、電流が電源側から接地側に流れるときを正電流とすると、正電流が流れた場合にその電流の大きさに応じて２．５Ｖから低下するようになっている。例えば正方向に１００Ａ流れた場合、出力電圧は、２．５Ｖ電圧に対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなり、負方向に１００Ａ流れた場合、２．５Ｖに対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなる。制御用モータ電流検出回路１２０により検出された制御用モータ電流検出電圧は、任意のタイミングでＣＰＵ（ＭＣＵ等を含む）によりＡ／Ｄ変換部１２２によるＡ／Ｄ変換後に物理値Ｉｍに変換され、モータ電流を制御するために使用される。
【００２６】
診断用モータ電流検出回路１３０は演算増幅器（差動増幅回路）１３１で構成され、その出力電圧（演算増幅器１３１の出力）はシャント抵抗Ｒ１を流れる電流が０のときの電圧が２．５Ｖとなり、電流が電源側から接地側に流れるときを正電流とすると、正電流が流れた場合にその電流の大きさに応じて２．５Ｖから上昇するようになっている。例えば正方向に１００Ａ流れた場合、出力電圧は、２．５Ｖ電圧に対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなり、負方向に１００Ａ流れた場合、２．５Ｖに対して２Ｖ上昇して１．０Ｖとなる。診断用モータ電流検出回路１３０により検出された診断用モータ電流検出電圧は、任意のタイミングでＣＰＵ（ＭＣＵ等を含む）によりＡ／Ｄ変換部１３２によるＡ／Ｄ変換後に物理値（Ｉｓ）に変換され、制御用モータ電流検出値の異常を検出するために使用される。
【００２７】
なお、制御用モータ電流検出回路１２０の演算増幅器１２１の負入力端子には、シャント抵抗Ｒ１の上部電圧が入力抵抗Ｒ２を経て入力され（正方向）、診断用モータ電流検出回路１３０の演算増幅器１３１の負入力端子には、シャント抵抗Ｒ１の下部電圧が入力抵抗Ｒ１１を経て入力されている（逆方向）。
【００２８】
最大電流検出回路１４０はトランジスタＱ１、充放電用コンデンサＣ２１、充電抵抗Ｒ３１、放電抵抗Ｒ３２で構成され、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧（演算増幅器１３１の出力）に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧よりも充放電用コンデンサＣ２１の電圧が小さい場合（充電時）は、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧となるように、充電抵抗Ｒ３１と充放電用コンデンサＣ２１の時定数に応じて、充放電用コンデンサＣ２１に電荷が充電される。診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧よりも充放電用コンデンサＣ２１の電圧が大きい場合（放電時）は、放電抵抗Ｒ３２と充放電用コンデンＣ２１の時定数に応じて、充放電用コンデンサＣ２１から電荷が放電される。
【００２９】
抵抗Ｒ３３及びコンデンサＣ２２はフィルタを構成しており、ノイズが除去された出力がＡ／Ｄ変換部１４１でＡ／Ｄ変換され、ディジタル値Ｉｘとして出力される。
【００３０】
特許文献２に示されているようなダイオードを用いたピークホールド回路の場合、演算増幅器の出力電圧をダイオードを介して充放電用コンデンサに電荷を充電する構成であるため、コンデンサへのｍＡオーダの充電電流が演算増幅器の負荷電流となり、演算増幅器の応答性が低下し、電流検出回路及びピークホールド回路の検出精度が悪化する可能性があるが、本発明のように演算増幅器の出力をトランジスタのベースで入力する構成の場合、負荷電流はμＡオーダに低減できるため、演算増幅器の応答性への影響を回避できる。
【００３１】
また、最大電流検出回路１４０は、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧を放電抵抗Ｒ３２及び充放電用コンデンＣ２１でピークホールドする構成となっている。シャント抵抗Ｒ１に流れる電流がインバータの電源側から接地側に流れるときの正の電流をピークホールドする回路であるため、インバータのアーム短絡による過電流を検出するだけでなく、例えば下段ＦＥＴが短絡故障し、上段ＦＥＴが２０ＫＨｚでＰＷＭ駆動している場合に発生する瞬間（５０μｓ以下）かつ断続的（２０ＫＨｚ周期）な過電流のピークを一定時間ホールドする。ピークホールドされた電圧は、任意のタイミングでＣＰＵによりＡ／Ｄ変換部１４１によるＡ／Ｄ変換後に物理値（Ｉｘ）に変換され、最大電流の異常診断や制御用モータ電流検出回路１２０及び診断用モータ電流検出回路１３０の故障診断のために使用される。
【００３２】
抵抗Ｒ３２及びコンデンサＣ２１で生成される充放電時定数は上述のことを考慮してμｓオーダが望ましく、放電時定数は５０μｓ間は確実にピーク値をホールドできる２００μｓ〜１ｍｓが望ましい。
【００３３】
このような構成において、その動作例を図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
先ず制御用モータ電流検出値Ｉｍを入力し（ステップＳ１）、次いで診断用モータ電流検出値Ｉｓを入力する（ステップＳ２）。この入力の順番は逆であっても良い。制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓは、正常であれば同じ電流検出値を示すが、制御用モータ電流検出回路１２０又は診断用モータ電流検出回路１３０のオフセット電圧が変化するような故障や、ゲインが変化するような故障（異常を含む）が発生した場合は、制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓには差が発生する。そのため、制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓとの差を算出し（ステップＳ３）、差が所定値、例えば±１０Ａ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４）、差が±１０Ａ以上であれば異常（故障を含む）と判定する（ステップＳ１０）。
【００３５】
異常と判定された場合はインバータへの通電を停止し（ステップＳ１１）、アシスト制御を停止する（ステップＳ１２）。
【００３６】
一方、上記ステップＳ４において、差が±１０Ａより小さいと判定された場合には、更に最大電流検出回路１４０により検出された最大電流検出値Ｉｘを入力して監視し（ステップＳ５）、最大電流検出値Ｉｘが所定値、例えば１５０Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。最大電流検出値Ｉｘが１５０Ａ以上である場合は、インバータの過電流故障（例えばＦＥＴ短絡）が発生したと判定し、異常（故障を含む）を検出し（ステップＳ１０）、上述と同様に電流通電を停止し（ステップＳ１１）、アシストを停止させる（ステップＳ１２）。
【００３７】
最大電流検出値Ｉｘが１５０Ａよりも小さい場合には、更に以下の診断を行う。即ち、最大電流検出値Ｉｘ、制御用モータ電流検出値Ｉｍ、診断用モータ電流検出値Ｉｓはシャント抵抗Ｒ１に流れる電流を検出するということで互いに相関性があるため、各々の電流検出値を比較することで、どの電流検出回路が故障したかを診断することができる。具体的には、次のような比較の判定（ａ）〜（ｃ）を行い、それぞれ一定値以上の差がある場合は異常、それ以外は正常と判定する。
（ａ）最大電流検出値Ｉｘと制御用モータ電流検出値Ｉｍの比較、つまり最大電流検出値Ｉｘと制御用モータ電流検出値Ｉｍの差を算出し（ステップＳ２０）、その差が所定値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。
（ｂ）制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓの比較、つまり制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓの差を算出し（ステップＳ２２）、その差が所定値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。
（ｃ）診断用モータ電流検出値Ｉｓと最大電流検出値Ｉｘの比較、つまり診断用モータ電流検出値Ｉｓと最大電流検出値Ｉｘの差を算出し（ステップＳ２４）、その差が所定値γ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。
上記判定（ａ）〜（ｃ）において、各差が全てそれぞれの所定値よりも小さい場合には、全て正常と判定する（ステップＳ２６）。
【００３８】
そして、上記判定（ａ）〜（ｃ）において、各差がそれぞれの所定値以上となった場合には、異常部位の判定を行う（ステップＳ３０）。即ち、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が正常の場合には、制御用モータ電流検出値Ｉｍが異常と判定する。また、判定（ａ）が正常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が異常の場合には診断用モータ電流検出値Ｉｓが異常と判定し、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が正常、判定（ｃ）が異常の場合には最大電流検出値Ｉｘが異常と判定する。最大電流検出回路１４０は診断用モータ電流検出回路１３０の後段に接続されているため、診断用モータ電流検出回路１３０が故障した場合は、最大電流検出値Ｉｘも異常な出力となる場合がある。その場合には、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が異常となる。
【００３９】
上記判定（ａ）〜（ｃ）において、制御用モータ電流検出値Ｉｍのみが異常と判定される場合（（ａ）異常、（ｂ）異常、（ｃ）正常）、モータの電流制御用に制御用モータ電流検出値Ｉｍを使用せず、バックアップ制御としてのオープンループで電流制御を継続し（ステップＳ３２）、アシストを継続する（ステップＳ３３）。それ以外の場合は、最大電流検出回路１４０が異常の可能性があり、インバータの故障を検出できなくなる可能性が高いため、上記ステップＳ１０にリターンして電流制御を停止し（ステップＳ１１）、アシストを停止させる（ステップＳ１２）。
【００４０】
その他の異常検出方法としては、制御用モータ電流検出回路１２０の出力電圧と診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧の和は、図１０に示すように正常時は一定値（５Ｖ）となるため、その和が例えば５．３Ｖ以上又は４．７Ｖ以下であれば異常と判定するようにしても良い。
【００４１】
また、制御用モータ電流検出回路１２０、診断用モータ電流検出回路１３０、最大電流検出回路１４０はいずれも図７の構成に限定されるものではなく、同一の機能、作用を有する形態であれば良い。更に、上述では３相モータについて説明したが、本発明は２相その他のモータについても同様に適用することができる。また、上述では補償部が設けられた電動パワーステアリング装置を説明しているが、補償部は必ずしも必要なものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
１００ コントロールユニット
１０１ 電流指令値演算部
１０３ 電流制限部
１０４ 電流制御部
１０５ ＰＷＭ制御部
１０６ インバータ
１１０ 補償部
１２０ 電流検出回路（制御用モータ電流検出回路）
１２１，１３１ 演算増幅器（差動増幅回路）
１２２ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 診断用モータ電流検出回路
１４０ 最大電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭのデユーティ指令値で駆動制御される多相モータにより、車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にＰＷＭ駆動する駆動部と電源（バッテリ）との間に単一の電流検出回路（１シャント式電流検出回路）を設けてアシスト制御すると共に、電流検出回路等の故障や異常を診断することにより安全性を高めた高機能な電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。そして、当該モータが所望のトルクを発生するようにモータに電流を供給するため、モータ駆動回路にインバータが用いられている。
【０００３】
ここで、従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流制御部で電流指令値に補償等を施した電圧指令値Ｅによってモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。なお、車速ＶｓはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。
【０００４】
コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（ＭＰＵ、ＭＣＵも含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。
【０００５】
図２を参照してコントロールユニット１００の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部１０１に入力される。電流指令値演算部１０１は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、例えば３相のモータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を決定する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部１０２Ａを経て電流指令値Ｉｒｅｆ２として電流制限部１０３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ３が減算部１０２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉｒｅｆ４がＰＩ制御等を行う電流制御部１０４に入力される。電流制御部１０４で特性改善された電圧指令値ＥがＰＷＭ制御部１０５に入力され、更に駆動部としてのインバータ１０６を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはインバータ１０６内の電流検出回路１２０で検出され、減算部１０２Ｂにフィードバックされる。インバータ１０６はスイッチング素子として一般的にＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
【０００６】
また、加算部１０２Ａには補償部１１０から補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようようになっている。補償部１１０は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）１１３と慣性１１２を加算部１１４で加算し、その加算結果に更に収れん性１１１を加算部１１５で加算し、加算部１１５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
【０００７】
モータ２０が３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部１０５及びインバータ１０６の詳細は例えば図３に示すような構成となっている。ＰＷＭ制御部１０５は、電圧指令値Ｅを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部１０５Ａと、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６でＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の各ゲートを駆動してＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部１０５Ｂとで構成されており、インバータ１０６は、Ｕ相の上段ＦＥＴ１及び下段ＦＥＴ４で成る上下アームと、Ｖ相の上段ＦＥＴ２及び下段ＦＥＴ５で成る上下アームと、Ｗ相の上段ＦＥＴ３及び下段ＦＥＴ６で成る上下アームとで成る３相ブリッジで構成されており、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。
【０００８】
このような構成において、インバータ１０６の駆動電流ないしはモータ２０のモータ電流を計測する必要があるが、コントロールユニット１００のコンパクト化、軽量化、コストダウンの要求項目の１つとして、電流検出回路１２０の単一化（１シャント式電流検出回路）がある。電流検出回路の単一化として１シャント式電流検出回路が知られており、１シャント式の電流検出回路１２０の構成は例えば図４に示すようになっている（特開２００９−１３１０６４号公報）。即ち、ＦＥＴブリッジの底部アームと接地（ＧＮＤ）との間に１つのシャント抵抗Ｒ１が接続されており、ＦＥＴブリッジに電流が流れたときのシャント抵抗Ｒ１による降下電圧を演算増幅器（差動増幅回路）１２１及び抵抗Ｒ２〜Ｒ４で電流値Ｉｍａに換算し、更に抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ１で成るフィルタを経てＡ／Ｄ変換部１２２で所定のタイミングにＡ／Ｄ変換し、ディジタル値の電流値Ｉｍを出力するようになっている。なお、演算増幅器１２１の正端子入力には、抵抗Ｒ５を経て基準電圧となる２．５Ｖが接続されている。
【０００９】
図５は電源（バッテリ）、インバータ１０６、電流検出回路１２０及びモータ２０の結線図を示すと共に、Ｕ相の上段ＦＥＴ１がＯＮ（下段ＦＥＴ４はＯＦＦ）、Ｖ相の上段ＦＥＴ２がＯＦＦ（下段ＦＥＴ５はＯＮ）、Ｗ相の上段ＦＥＴ３がＯＦＦ（下段ＦＥＴ６はＯＮ）の状態時の電流経路（破線）を示している。また、図６は、Ｕ相の上段ＦＥＴ１がＯＮ（下段ＦＥＴ４はＯＦＦ）、Ｖ相の上段ＦＥＴ２がＯＮ（下段ＦＥＴ５はＯＦＦ）、Ｗ相の上段ＦＥＴ３がＯＦＦ（下段ＦＥＴ６はＯＮ）の状態時の電流経路（破線）を示している。これら図５及び図６の電流経路から分かるように、上段ＦＥＴがＯＮしている相の合計値が電流検出回路器１２０に検出電流として現れる。即ち、図５ではＵ相電流を検出することができ、図６ではＵ相及びＶ相電流を検出することができる。これは、電流検出回路１２０がインバータ１０６の上段アームと電源との間に接続されている場合も同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１３１０６４号公報
【特許文献２】特開２００９−２３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように従来の装置（例えば特開２００９−１３１０６４号公報）では電流検出回路が設けられているものの、電流検出回路が故障（異常を含む）したときの対策が施されていないため、操舵系の安全性向上の面から故障対策の実施が強く要請されている。
【００１２】
また、一方では、インバータ内のＦＥＴの短絡故障による過電流故障を検出するために、電流検出回路の後段にダイオードを用いてピークホールドを行うような回路が提案されている（特開２００９−２３２５６９号公報）。しかしながら、演算増幅器の出力電圧をダイオードを介して充放電用コンデンサに電荷を充電する場合、コンデンサへの充電電流が演算増幅器の負荷電流となるため、充電電流（負荷電流）が大きい場合、演算増幅器の応答性が低下してしまい、電流検出回路及びピークホールド回路の検出精度が悪化するという問題がある。
【００１３】
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、１シャント式電流検出回路でモータ各相電流の検出を行うと共に、電流検出回路の故障や異常の診断を簡易な構成で確実に行い、安全性を一層高めた電動パワ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】
【００１４】
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてＦＥＴブリッジで成るインバータを介して多相のモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記インバータに接続された１つのシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端に正方向に接続され、前記モータの相電流を検出して前記アシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、前記シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、前記制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、１シャント式で前記モータの各相電流を検出して前記アシスト制御を行うと共に、前記シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統とすることにより達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路又は前記診断用モータ電流検出回路のいずれかが故障していることを検出することにより、或いは前記診断用モータ電流検出回路の後段に接続された最大電流検出回路を具備し、前記最大電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドするようになっていることにより、或いは前記最大電流検出回路を、ピークホールド用トランジスタと、充放電時定数を生成する抵抗及びコンデンサとで構成し、前記診断用モータ電流検出回路の出力を前記トランジスタのベースに入力し、前記トランジスタのエミッタと前記抵抗及びコンデンサとの間に充電抵抗を介挿することにより、或いは前記最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路、前記診断用モータ電流検出回路、前記最大電流検出回路のいずれかの故障、異常を診断するようになっていることにより、或いは前記診断用モータ電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて上昇するようになっていることにより、或いは前記制御用モータ電流検出回路は、前記制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて低下するようになっていることにより、或いは前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、前記診断用モータ電流検出回路で検出された診断用モータ電流検出電圧との和が、正常時には前記電流に関係なく一定電圧となっていることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安価な１シャント式電流検出回路（制御用モータ電流検出回路）を用いながら、診断用モータ電流検出回路は演算増幅器（差動増幅回路）で構成され、最大電流検出回路はピークホールド用トランジスタ、充放電時定数を生成する抵抗、コンデンサで構成され、診断用モータ電流検出回路の演算増幅器の出力をトランジスタのベースに入力し、充放電コンデンサを充電抵抗を介してトランジスタのエミッタに接続することにより、ダイオードを用いた場合（特許文献２）と同様のピークホールド機能を有しながら演算増幅器の負荷電流を小さくすることができ、演算増幅器の出力負荷電流による出力応答の低下を防止することができ、電流検出回路の精度悪化を防止することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、いずれかのモータ電流検出回路の故障であるかを検出することができる。診断用モータ電流検出回路の後段に、診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドする最大電流検出回路を接続しているので、最大電流検出値を監視することにより、例えばインバータ内のＦＥＴ短絡故障等の過電流故障を検出することができる。更に本発明によれば、最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、制御用モータ電流検出値、診断用モータ電流検出値とを比較することにより、いずれかの回路が故障したことを検出することができるので、故障箇所の判定によってアシスト制御を継続することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図２】コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。
【図３】ＰＷＭ制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。
【図４】１シャント式電流検出器の構成例を示す結線図である。
【図５】１シャント式電流検出器を備えたインバータの動作例を示す電流経路図である。
【図６】１シャント式電流検出器を備えたインバータの動作例を示す電流経路図である。
【図７】本発明の構成例を示す結線図である
【図８】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図９】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図１０】他の異常検出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、インバータと接地（ＧＮＤ）間に１個のシャント抵抗を接続し、シャント抵抗の両端電圧からモータ電流を検出する電流検出回路であり、シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路は、モータ制御に使用する制御用モータ電流検出回路と、制御用モータ電流検出回路の故障（異常を含む）を検出するための診断用モータ電流検出回路の２回路で構成され、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、制御用モータ電流検出回路の故障を検出する。
【００２０】
診断用モータ電流検出回路は、診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、シャント抵抗を流れる電流が０の時の電圧を基準として、電流が電源側から接地（ＧＮＤ）側に流れるときに、その電流の大きさに応じて上昇するように構成し、更に診断用モータ電流検出回路の後段に、診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドする最大電流検出回路を接続し、その最大電流検出値を監視することにより、例えばインバータ内のＦＥＴ短絡故障等の過電流故障を検出する。
【００２１】
また、制御用モータ電流検出回路は、制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、シャント抵抗を流れる電流が０の時の電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、その電流の大きさに応じて低下する構成とし、制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出電圧との和は、正常時には電流に関わらず一定電圧になるように構成し、制御用モータ電流検出電圧と診断用モータ電流検出電圧の和であるモータ電流検出電圧和を監視することで、制御用モータ電流検出電圧又は診断用モータ電流検出電圧が故障により、正常な電圧を出力できないなどの異常を検出する。
【００２２】
また、本発明によれば、最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、制御用モータ電流検出値、診断用モータ電流検出値を比較することにより、いずれかの回路が故障したことを検出することができ、電動パワーステアリング装置の安全性を一層高めることができる。
【００２３】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図７は本発明の構成例を図４に対応させて示しており、図４における電流検出回路１２０は、本発明では制御用モータ電流検出回路として機能し、シャント抵抗Ｒ１の両端には制御用モータ電流検出回路１２０が接続され、シャント抵抗Ｒ１の両端には更に診断用モータ電流検出回路１３０が接続され、診断用モータ電流検出回路１３０の後段には最大電流検出回路１４０が接続されている。
【００２５】
制御用モータ電流検出回路１２０は演算増幅器（差動増幅回路）１２１で構成され、その出力電圧はシャント抵抗Ｒ１を流れる電流が０のときの電圧が２．５Ｖとなり、電流が電源側から接地側に流れるときを正電流とすると、正電流が流れた場合にその電流の大きさに応じて２．５Ｖから低下するようになっている。例えば正方向に１００Ａ流れた場合、出力電圧は、２．５Ｖ電圧に対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなり、負方向に１００Ａ流れた場合、２．５Ｖに対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなる。制御用モータ電流検出回路１２０により検出された制御用モータ電流検出電圧は、任意のタイミングでＣＰＵ（ＭＣＵ等を含む）によりＡ／Ｄ変換部１２２によるＡ／Ｄ変換後に物理値Ｉｍに変換され、モータ電流を制御するために使用される。
【００２６】
診断用モータ電流検出回路１３０は演算増幅器（差動増幅回路）１３１で構成され、その出力電圧（演算増幅器１３１の出力）はシャント抵抗Ｒ１を流れる電流が０のときの電圧が２．５Ｖとなり、電流が電源側から接地側に流れるときを正電流とすると、正電流が流れた場合にその電流の大きさに応じて２．５Ｖから上昇するようになっている。例えば正方向に１００Ａ流れた場合、出力電圧は、２．５Ｖ電圧に対して２Ｖ低下して０．５Ｖとなり、負方向に１００Ａ流れた場合、２．５Ｖに対して２Ｖ上昇して１．０Ｖとなる。診断用モータ電流検出回路１３０により検出された診断用モータ電流検出電圧は、任意のタイミングでＣＰＵ（ＭＣＵ等を含む）によりＡ／Ｄ変換部１３２によるＡ／Ｄ変換後に物理値（Ｉｓ）に変換され、制御用モータ電流検出値の異常を検出するために使用される。
【００２７】
なお、制御用モータ電流検出回路１２０の演算増幅器１２１の負入力端子には、シャント抵抗Ｒ１の上部電圧が入力抵抗Ｒ２を経て入力され（正方向）、診断用モータ電流検出回路１３０の演算増幅器１３１の負入力端子には、シャント抵抗Ｒ１の下部電圧が入力抵抗Ｒ１１を経て入力されている（逆方向）。
【００２８】
最大電流検出回路１４０はトランジスタＱ１、充放電用コンデンサＣ２１、充電抵抗Ｒ３１、放電抵抗Ｒ３２で構成され、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧（演算増幅器１３１の出力）に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧よりも充放電用コンデンサＣ２１の電圧が小さい場合（充電時）は、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧となるように、充電抵抗Ｒ３１と充放電用コンデンサＣ２１の時定数に応じて、充放電用コンデンサＣ２１に電荷が充電される。診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧に対し、トランジスタＱ１のベース・エミッタ電圧Ｖｂｅ低下した電圧よりも充放電用コンデンサＣ２１の電圧が大きい場合（放電時）は、放電抵抗Ｒ３２と充放電用コンデンＣ２１の時定数に応じて、充放電用コンデンサＣ２１から電荷が放電される。
【００２９】
抵抗Ｒ３３及びコンデンサＣ２２はフィルタを構成しており、ノイズが除去された出力がＡ／Ｄ変換部１４１でＡ／Ｄ変換され、ディジタル値Ｉｘとして出力される。
【００３０】
特許文献２に示されているようなダイオードを用いたピークホールド回路の場合、演算増幅器の出力電圧をダイオードを介して充放電用コンデンサに電荷を充電する構成であるため、コンデンサへのｍＡオーダの充電電流が演算増幅器の負荷電流となり、演算増幅器の応答性が低下し、電流検出回路及びピークホールド回路の検出精度が悪化する可能性があるが、本発明のように演算増幅器の出力をトランジスタのベースで入力する構成の場合、負荷電流はμＡオーダに低減できるため、演算増幅器の応答性への影響を回避できる。
【００３１】
また、最大電流検出回路１４０は、診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧を放電抵抗Ｒ３２及び充放電用コンデンＣ２１でピークホールドする構成となっている。シャント抵抗Ｒ１に流れる電流がインバータの電源側から接地側に流れるときの正の電流をピークホールドする回路であるため、インバータのアーム短絡による過電流を検出するだけでなく、例えば下段ＦＥＴが短絡故障し、上段ＦＥＴが２０ＫＨｚでＰＷＭ駆動している場合に発生する瞬間（５０μｓ以下）かつ断続的（２０ＫＨｚ周期）な過電流のピークを一定時間ホールドする。ピークホールドされた電圧は、任意のタイミングでＣＰＵによりＡ／Ｄ変換部１４１によるＡ／Ｄ変換後に物理値（Ｉｘ）に変換され、最大電流の異常診断や制御用モータ電流検出回路１２０及び診断用モータ電流検出回路１３０の故障診断のために使用される。
【００３２】
抵抗Ｒ３２及びコンデンサＣ２１で生成される充放電時定数は上述のことを考慮してμｓオーダが望ましく、放電時定数は５０μｓ間は確実にピーク値をホールドできる２００μｓ〜１ｍｓが望ましい。
【００３３】
このような構成において、その動作例を図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
先ず制御用モータ電流検出値Ｉｍを入力し（ステップＳ１）、次いで診断用モータ電流検出値Ｉｓを入力する（ステップＳ２）。この入力の順番は逆であっても良い。制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓは、正常であれば同じ電流検出値を示すが、制御用モータ電流検出回路１２０又は診断用モータ電流検出回路１３０のオフセット電圧が変化するような故障や、ゲインが変化するような故障（異常を含む）が発生した場合は、制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓには差が発生する。そのため、制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓとの差を算出し（ステップＳ３）、差が所定値、例えば±１０Ａ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４）、差が±１０Ａ以上であれば異常（故障を含む）と判定する（ステップＳ１０）。
【００３５】
異常と判定された場合はインバータへの通電を停止し（ステップＳ１１）、アシスト制御を停止する（ステップＳ１２）。
【００３６】
一方、上記ステップＳ４において、差が±１０Ａより小さいと判定された場合には、更に最大電流検出回路１４０により検出された最大電流検出値Ｉｘを入力して監視し（ステップＳ５）、最大電流検出値Ｉｘが所定値、例えば１５０Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。最大電流検出値Ｉｘが１５０Ａ以上である場合は、インバータの過電流故障（例えばＦＥＴ短絡）が発生したと判定し、異常（故障を含む）を検出し（ステップＳ１０）、上述と同様に電流通電を停止し（ステップＳ１１）、アシストを停止させる（ステップＳ１２）。
【００３７】
最大電流検出値Ｉｘが１５０Ａよりも小さい場合には、更に以下の診断を行う。即ち、最大電流検出値Ｉｘ、制御用モータ電流検出値Ｉｍ、診断用モータ電流検出値Ｉｓはシャント抵抗Ｒ１に流れる電流を検出するということで互いに相関性があるため、各々の電流検出値を比較することで、どの電流検出回路が故障したかを診断することができる。具体的には、次のような比較の判定（ａ）〜（ｃ）を行い、それぞれ一定値以上の差がある場合は異常、それ以外は正常と判定する。
（ａ）最大電流検出値Ｉｘと制御用モータ電流検出値Ｉｍの比較、つまり最大電流検出値Ｉｘと制御用モータ電流検出値Ｉｍの差を算出し（ステップＳ２０）、その差が所定値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。
（ｂ）制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓの比較、つまり制御用モータ電流検出値Ｉｍと診断用モータ電流検出値Ｉｓの差を算出し（ステップＳ２２）、その差が所定値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。
（ｃ）診断用モータ電流検出値Ｉｓと最大電流検出値Ｉｘの比較、つまり診断用モータ電流検出値Ｉｓと最大電流検出値Ｉｘの差を算出し（ステップＳ２４）、その差が所定値γ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。
上記判定（ａ）〜（ｃ）において、各差が全てそれぞれの所定値よりも小さい場合には、全て正常と判定する（ステップＳ２６）。
【００３８】
そして、上記判定（ａ）〜（ｃ）において、各差がそれぞれの所定値以上となった場合には、異常部位の判定を行う（ステップＳ３０）。即ち、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が正常の場合には、制御用モータ電流検出値Ｉｍが異常と判定する。また、判定（ａ）が正常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が異常の場合には診断用モータ電流検出値Ｉｓが異常と判定し、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が正常、判定（ｃ）が異常の場合には最大電流検出値Ｉｘが異常と判定する。最大電流検出回路１４０は診断用モータ電流検出回路１３０の後段に接続されているため、診断用モータ電流検出回路１３０が故障した場合は、最大電流検出値Ｉｘも異常な出力となる場合がある。その場合には、判定（ａ）が異常、判定（ｂ）が異常、判定（ｃ）が異常となる。
【００３９】
上記判定（ａ）〜（ｃ）において、制御用モータ電流検出値Ｉｍのみが異常と判定される場合（（ａ）異常、（ｂ）異常、（ｃ）正常）、モータの電流制御用に制御用モータ電流検出値Ｉｍを使用せず、バックアップ制御としてのオープンループで電流制御を継続し（ステップＳ３２）、アシストを継続する（ステップＳ３３）。それ以外の場合は、最大電流検出回路１４０が異常の可能性があり、インバータの故障を検出できなくなる可能性が高いため、上記ステップＳ１０にリターンして電流制御を停止し（ステップＳ１１）、アシストを停止させる（ステップＳ１２）。
【００４０】
その他の異常検出方法としては、制御用モータ電流検出回路１２０の出力電圧と診断用モータ電流検出回路１３０の出力電圧の和は、図１０に示すように正常時は一定値（５Ｖ）となるため、その和が例えば５．３Ｖ以上又は４．７Ｖ以下であれば異常と判定するようにしても良い。
【００４１】
また、制御用モータ電流検出回路１２０、診断用モータ電流検出回路１３０、最大電流検出回路１４０はいずれも図７の構成に限定されるものではなく、同一の機能、作用を有する形態であれば良い。更に、上述では３相モータについて説明したが、本発明は２相その他のモータについても同様に適用することができる。また、上述では補償部が設けられた電動パワーステアリング装置を説明しているが、補償部は必ずしも必要なものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
１００ コントロールユニット
１０１ 電流指令値演算部
１０３ 電流制限部
１０４ 電流制御部
１０５ ＰＷＭ制御部
１０６ インバータ
１１０ 補償部
１２０ 電流検出回路（制御用モータ電流検出回路）
１２１，１３１ 演算増幅器（差動増幅回路）
１２２ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 診断用モータ電流検出回路
１４０ 最大電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてＦＥＴブリッジで成るインバータを介して多相のモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
前記インバータに接続された１つのシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端に正方向に接続され、前記モータの相電流を検出して前記アシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、前記シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、前記制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、
１シャント式で前記モータの各相電流を検出して前記アシスト制御を行うと共に、前記シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路又は前記診断用モータ電流検出回路のいずれかが故障していることを検出する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記診断用モータ電流検出回路の後段に接続された最大電流検出回路を具備し、前記最大電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドするようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記最大電流検出回路は、ピークホールド用トランジスタと、充放電時定数を生成する抵抗及びコンデンサとで構成され、前記診断用モータ電流検出回路の出力を前記トランジスタのベースに入力し、前記トランジスタのエミッタと前記抵抗及びコンデンサとの間に充電抵抗を介挿した請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路、前記診断用モータ電流検出回路、前記最大電流検出回路のいずれかの故障、異常を診断するようになっている請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記診断用モータ電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて上昇するようになっている請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
前記制御用モータ電流検出回路は、前記制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて低下するようになっている請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、前記診断用モータ電流検出回路で検出された診断用モータ電流検出電圧との和が、正常時には前記電流に関係なく一定電圧となっている請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてＦＥＴブリッジで成るインバータを介して多相のモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
前記インバータに接続された１つのシャント抵抗と、前記シャント抵抗の両端に正方向に接続され、前記モータの相電流を検出して前記アシスト制御の制御用モータ電流検出値とする制御用モータ電流検出回路と、前記シャント抵抗の両端に逆方向に接続され、前記制御用モータ電流検出回路の故障を検出するための診断用モータ電流検出回路とを具備し、
１シャント式で前記モータの各相電流を検出して前記アシスト制御を行うと共に、前記シャント抵抗の両端電圧を増幅する回路を２系統としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路又は前記診断用モータ電流検出回路のいずれかが故障していることを検出する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記診断用モータ電流検出回路の後段に接続された最大電流検出回路を具備し、前記最大電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路から出力される診断用モータ電流検出電圧のピークを一定時間ホールドするようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記最大電流検出回路は、ピークホールド用トランジスタと、充放電時定数を生成する抵抗及びコンデンサとで構成され、前記診断用モータ電流検出回路の出力を前記トランジスタのベースに入力し、前記トランジスタのエミッタと前記抵抗及びコンデンサとの間に充電抵抗を介挿した請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記最大電流検出回路により検出された最大電流検出値と、前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出値と、前記診断用モータ電流検出回路により検出された診断用モータ電流検出値とを比較することにより、前記制御用モータ電流検出回路、前記診断用モータ電流検出回路、前記最大電流検出回路のいずれかの故障、異常を診断するようになっている請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記診断用モータ電流検出回路は、前記診断用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて上昇するようになっている請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
前記制御用モータ電流検出回路は、前記制御用モータ電流検出回路の出力電圧が、前記シャント抵抗を流れる電流が０のときの電圧を基準として、電流が電源側から接地側に流れるときに、前記電流の大きさに応じて低下するようになっている請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
前記制御用モータ電流検出回路により検出された制御用モータ電流検出電圧と、前記診断用モータ電流検出回路で検出された診断用モータ電流検出電圧との和が、正常時には前記電流に関係なく一定電圧となっている請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１０８６４（Ｐ２０１３−１１０８６４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４２３２（Ｐ２０１１−２５４２３２）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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