JP2005153570A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御部（ＥＣＵ）のスイッチング素子ＵＵ等とアシスト電動機４との間の３相配線のうち何れか２相の配線間が短絡した場合であっても、ハンドルの操舵が比較的容易な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】３相配線のうち何れか２相の配線間が短絡した場合に、アシスト電動機の制御可能状態を続行、すなわち、相間リレー１６を閉成した状態を継続することを特徴とする。また、２相配線間が短絡した場合に、アシスト電動機４に供給する電流を制御するＰＷＭ信号生成部１３が出力するデューティを所定のデューティ上限値以下とするようにする。さらに、２相配線間が短絡した場合に、警告表示を行い運転者に知らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動パワーステアリング装置を構成するアシスト電動機として、３相電動機であるブラシレスＤＣモータを使用しているものがある。そして、このブラシレスＤＣモータに電流供給するために、複数のスイッチング素子からなるインバータ回路を駆動することにより行っている。そして、このインバータを構成するスイッチング素子が短絡した場合には、フェールセーフとして各相に直列接続されたリレーを切断している。すなわち、スイッチング素子が短絡した場合には、制御部（ＥＣＵ）とブラシレスＤＣモータとの接続が遮断されている（例えば、特許文献１参照）。

また、スイッチング素子が短絡した場合と同様に、制御部（ＥＣＵ）とブラシレスＤＣモータとの間を配線する３相配線のうち何れか２相の配線間が短絡した場合にも上記リレーを切断している。その結果、インバータを構成するスイッチング素子等の故障を防止することができる。
特開２００３−８１０９９号公報

しかし、リレーとブラシレスＤＣモータとの間の配線（相間配線）間が短絡した場合に上記リレーを切断した場合にも、ブラシレスＤＣモータと短絡箇所との間では短絡した２相の配線により閉回路が構成された状態が維持されている。このように閉回路が構成された状態で、ブラシレスＤＣモータのロータが回転して発電状態となった場合には、ブラシレスＤＣモータは閉回路によりブレーキトルクが発生する。

つまり、相間配線間が短絡した場合に、運転者がハンドルを操舵するとアシスト電動機であるブラシレスＤＣモータにブレーキトルクが発生する。その結果、ハンドルの操舵に必要な力が非常に増大し、運転者に大きな負担を与えていた。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、制御部（ＥＣＵ）のスイッチング素子とアシスト電動機との間の３相配線のうち何れか２相の配線間が短絡した場合であっても、ハンドルの操舵が比較的容易な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。

本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵力を補助するアシスト力を発生する３相電動機からなるアシスト電動機と、各相のスイッチング素子を有し操舵トルクに基づき前記スイッチング素子をデューティ駆動させて前記アシスト電動機を制御する電動機制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記電動機制御手段は、前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との間を配線する３相配線のうち何れか２相の配線間の短絡を検出する相間短絡検出手段と、前記２相の配線間の短絡を検出した際に前記アシスト電動機の制御可能状態を続行させる相間短絡時制御手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。

例えば、前記電動機制御手段が、さらに、前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との間に配設され開閉することにより前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との電気的接続を断続切替可能なスイッチ手段を備え、前記相間短絡時制御手段は、前記スイッチ手段を閉成するようにする（請求項２）。

つまり、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動機制御手段（ＥＣＵ）のスイッチング素子とアシスト電動機との間の３相配線のうち２相の配線（相間配線）が短絡した場合であっても、アシスト電動機が制御される。具体的には、電動機制御手段からアシスト電動機へ電流が供給されるようにする。

ここで、従来の電動パワーステアリング装置においては、上述したように、相間配線が短絡した場合に、電動機制御手段（ＥＣＵ）とアシスト電動機との間に配設されたリレー（スイッチ手段）を開成することにより、電動機制御手段（ＥＣＵ）とアシスト電動機とを切断していた。これにより、インバータを構成するスイッチング素子が故障するのを防止している。つまり、相間配線が短絡することにより、スイッチング素子に大電流が流れるのを防止している。その結果、アシスト電動機にブレーキトルクが発生して、ハンドルの操舵性が悪化することになっていた。ここで、従来、このように制御していた理由について簡単に説明しておく。相間配線が短絡した場合には、電動機制御手段を必ず修理等する必要がある。従って、相間配線が短絡した場合には、直ちに車両を停止させておけば十分であるので、操舵性が悪化しても問題はないと考えられていた。そこで、相間配線が短絡した場合に故障するおそれがあるスイッチング素子を保護するために、リレー（スイッチ手段）を開成してスイッチング素子に大電流が流れるのを防止していた。

しかし、スイッチング素子が故障に至らないのであれば、リレーを開成する必要はない。従って、スイッチング素子が故障しないのであれば、リレーを閉成させてアシスト電動機には電流が供給することにより、ハンドルの操舵性が悪化しないようにすることができるとよりよいことになる。ここで、相間配線が短絡した場合に、アシスト電動機に電流を供給することにより、ハンドルの操舵性が悪化しないか否かが問題となる。なぜなら、リレーを閉成したとしても、相間配線が短絡すると、閉回路が形成されるためアシスト電動機はブレーキトルクを発生するからである。さらに、相間配線が短絡していることにより、電動機制御手段からアシスト電動機に適切な電流を供給することができない。つまり、アシスト電動機を適切に駆動することはできない。従って、アシスト電動機を適切に駆動することができない状態で、閉回路によりアシスト電動機が発生するブレーキトルクに抗することができるか否かも問題である。しかし、発明者は、相間配線が短絡した場合であっても、従来の制御に比べて実際に操舵性が向上したことを証明している。なお、操舵性が向上したことの証明については後述する。つまり、スイッチング素子が故障に至らない範囲であれば、リレーを閉成することにより、フェールセーフ性を維持すると共に操舵性を向上することができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

前記相間短絡時制御手段は、さらに、前記２相の配線間の短絡を検出した際に前記短絡であることを運転者に警告する警告手段を備えるようにしてもよい（請求項３）。警告手段は、例えば、警告表示（Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐ）を点灯するようにしてもよい。これにより、電動パワーステアリング装置が異常状態であることを運転者に伝達することができる。

また、前記相間短絡検出手段は、さらに、前記短絡した前記２相を判定する短絡相判定手段を備え、前記相間短絡時制御手段は、少なくとも前記短絡した前記２相の前記スイッチング素子のデューティを制限するようにしてもよい（請求項４）。ここで、デューティを制限するということは、制限された相のスイッチング素子及びその配線に流れる電流量が制限されることになる。つまり、短絡した２相のスイッチング素子のデューティを制限することにより、短絡した２相のスイッチング素子に大電流が流れるのを防止することができる。その結果、スイッチング素子の故障を防止することができる。

なお、前記相間短絡時制御手段は、前記短絡した前記２相以外の他の１相の前記スイッチング素子のデューティは制限しないようにしてもよい（請求項５）。ここで、短絡していない１相のスイッチング素子には短絡による大電流が流れることはない。そして、短絡していない１相のスイッチング素子のデューティを制限しないので、アシスト電動機の３相のうち少なくとも１相には、他の短絡した２相に供給される電流量に比べると正常時に近い電流量が供給される。その結果、ある程度適切に近い状態で電流が供給される１相により、アシスト電動機により大きなアシストトルクを発生させることができる。つまり、短絡により生じるブレーキトルクに抗するアシストトルクを発生することができるので、操舵性を従来に比べて向上させることができる。

また、前記相間短絡時制御手段は、前記デューティを前記スイッチング素子の発熱の抑制可能な所定デューティ上限値以下とするようにするとよい（請求項６）。スイッチング素子が故障する大きな要因としては、大電流が流れることにより発熱することである。つまり、スイッチング素子の発熱が抑制可能なデューティ上限値以下にデューティを制限することにより、スイッチング素子の故障を確実に防止することができる。

また、前記スイッチング素子は、３相インバータを構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子であり、前記相間短絡時制御手段は、前記デューティを前記短絡した前記２相の前記上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子が同時にＯＮ状態となることのないデューティとするようにしてもよい（請求項７）。相間配線が短絡した場合に、スイッチング素子に大電流が流れるのは、短絡した２相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とが同時にＯＮ状態となる場合である。これは、この上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との間に、通常は負荷としてアシスト電動機が介在しているが、相間配線の短絡により負荷が介在することなく直結するためである。そこで、短絡した２相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とが同時にＯＮ状態とならないようにデューティを制限することにより、スイッチング素子には大電流が流れない。その結果、スイッチング素子の故障を確実に防止することができる。なお、短絡した２相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とは、次のとおりである。例えばＵ相とＶ相との間の配線が短絡した場合、Ｕ相の上アーム側スイッチング素子とＶ相の下アーム側スイッチング素子、及び、Ｕ相の下アーム側スイッチング素子とＶ相の上アーム側スイッチング素子である。なお、同一相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とは、元々デッドタイムが設けられており、同時ＯＮ状態とはならないようにされている。

前記相間短絡検出手段は、前記３相配線のそれぞれの電圧をフィルタを介在することなく検出する電圧検出手段と、前記３相配線のそれぞれに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記３相配線のそれぞれの電圧のうち何れか２相の電圧差が０であると共に前記３相配線のそれぞれに流れる電流のうち何れか１相の電流が所定電流閾値を超えた場合に前記短絡と判定する短絡判定手段と、を備えるようにしてもよい（請求項８）。

ここで、一般に、スイッチング素子が短絡した等のフェールセーフ用として各相の電圧を検出する場合には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介在させた電圧値に基づき行っている。これは、インバータのスイッチング素子からアシスト電動機に出力された電圧は、パルス波形の電圧であるため、ローパスフィルタを介在させなければ適切なスイッチング素子の短絡などの判定ができない。しかし、本発明における相間短絡検出においては、フィルタを介在させることなく検出することができる。これは、上述した短絡判定手段により行っているからである。そして、上述した短絡判定手段により判定することにより、スイッチング素子が短絡した場合などと誤検出することなく、確実に相間配線の短絡を検出することができる。

次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。

（電動パワーステアリング装置の全体構成）
本実施例における電動パワーステアリング装置の全体構成のブロック図を図１に示す。図１に示すように、電動パワーステアリング装置は、電動パワーステアリング制御部１と、操舵トルクセンサ２と、車速センサ３と、アシスト電動機４と、警告表示部５とから構成される。

操舵トルクセンサ２は、ステアリング軸（図示せず）にかかる操舵トルクを検出して、操舵トルク信号を電動パワーステアリング制御部１の目標電流設定部１１に出力するセンサである。具体的には、ステアリングホイールにステアリング軸が連結されており、このステアリング軸はトーションバーを備えている。このトーションバーに操舵トルクセンサ２が取り付けられている。そして、ステアリングホイールが回転することによりトーションバーに回転力が加わり、その加わった回転力に応じてトーションバーが捻れる。そして、このトーションバーの捻れに対応するステアリング軸にかかる操舵トルクが、操舵トルクセンサ２により検出される。

車速センサ３は、車両の走行速度を検出して、車速信号を電動パワーステアリング制御部１の目標電流設定部１１に出力するセンサである。この車速センサ３は、車両の前輪に取り付けられている。アシスト電動機４は、電動パワーステアリング制御部１からアシスト電流が供給されることにより、アシストトルクを発生する。アシストトルクとは、操舵力を補助するトルクである。なお、アシスト電動機４は、３相ブラシレスＤＣモータにより構成される。警告表示部５は、警告表示（Ｗａｒｎｉｎｇ Ｌａｍｐ）を点灯させる部分である。具体的には、車両の運転席の前に装備されたインストルメントパネル（図示せず）に警告表示部５が配設されている。すなわち、警告表示部５が点灯した場合には、運転者に直ちに知らせることができる。なお、警告表示部５は、後述する電動パワーステアリング制御部１の相間短絡時制御部２１の警告表示指示に基づき、点灯・消灯の作動が行われる。

電動パワーステアリング制御部１は、図１に示すように、目標電流設定部１１と、減算器１２と、ＰＷＭ信号生成部１３と、素子駆動部１４と、インバータ回路部１５と、相間リレー１６と、シャント抵抗Ｒｓと、電流検出部１７と、分圧部１８と、相間短絡用電圧検出部１９と、相間短絡判定部２０と、相間短絡時制御部２１と、ローパスフィルタ２２と、フェール用電圧検出部２３と、フェール判定制御部２４とから構成される。

目標電流設定部１１は、まず、操舵トルクセンサ２から入力された操舵トルクの位相補償処理を行う。そして、位相補償処理が行われた操舵トルク信号と車速センサ３から入力された車速信号とに基づき、アシスト電動機４に供給するアシスト電流の目標値である目標電流信号を設定する。この目標電流信号は、予め記憶された操舵トルク信号及び車速信号に対するアシスト電流の目標値の関係を示す目標電流マップに基づき設定される。

減算器１２は、目標電流設定部１１にて設定された目標電流信号から後述する電流検出部１７にて検出された電流信号を減算した、いわゆる偏差電流信号（偏差）を算出する。

ＰＷＭ信号生成部１３は、減算器１２にて算出された偏差電流信号に基づきＰＷＭ信号を算出して、素子駆動部１４に出力する。このＰＷＭ信号は、インバータ回路部１５のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各スイッチング素子ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬの駆動信号である。すなわち、ＰＷＭ信号は、各相毎のデューティからなる信号である。さらに、ＰＷＭ信号生成部１３は、後述する相間短絡時制御部２１のＰＷＭ上限制御部２１１からデューティ上限値信号を入力している。そして、減算器１２にて算出された偏差電流信号に基づき算出したＰＷＭ信号と、ＰＷＭ上限制御部２１１から入力したデューティ上限値信号とを比較して、デューティが小さい方が採用されて素子駆動部１４に出力される。つまり、偏差電流信号に基づき算出したＰＷＭ信号のデューティがデューティ上限値信号のデューティより大きい場合には、素子駆動部１４に出力するＰＷＭ信号のデューティはデューティ上限値信号のデューティとなる。

素子駆動部１４は、ＰＷＭ信号生成部１３から出力されたＰＷＭ信号に基づき、インバータ回路部１５の各スイッチング素子ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬにゲート電圧を印加することにより、各スイッチング素子ＵＵ等を駆動している。

インバータ回路部（３相インバータ）１５は、６個のスイッチング素子ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬから構成されている。具体的には、Ｕ相上アーム側スイッチング素子ＵＵとＵ相下アーム側スイッチング素子ＵＬとが直列に接続され、Ｖ相上アーム側スイッチング素子ＶＵとＶ相下アーム側スイッチング素子ＶＬとが直列に接続され、Ｗ相上アーム側スイッチング素子ＷＵとＷ相下アーム側スイッチング素子ＷＬとが直列に接続されている。さらに、各相のスイッチング素子は、並列に接続されている。また、上アーム側はバッテリ（図示せず）の正極側に接続されており、下アーム側は後述するシャント抵抗Ｒｓを介してアース接続されている。さらに、各相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との中間位置が、それぞれアシスト電動機４の各相の巻線に接続されている。つまり、インバータ回路部１５の各スイッチング素子ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬが素子駆動部１４からの駆動信号に基づきＯＮ・ＯＦＦ動作することにより、アシスト電動機４の各相巻線にアシスト電流が供給される。このアシスト電動機４にアシスト電流が供給されることにより、アシストトルクが発生する。なお、スイッチング素子ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬは、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等である。

相間リレー（スイッチ手段）１６は、Ｖ相リレー１６ｖとＷ相リレー１６ｗとからなる。Ｖ相リレー１６ｖは、一端側がインバータ回路部１５のＶ相上アーム側スイッチング素子ＶＵとＶ相下アーム側スイッチング素子ＶＬとの中間位置に接続され、他端側がアシスト電動機４のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相リレー１６ｗは、一端側がインバータ回路部１５のＷ相上アーム側スイッチング素子ＷＵとＷ相下アーム側スイッチング素子ＷＬとの中間位置に接続され、他端側がアシスト電動機４のＷ相巻線に接続されている。そして、これらの相間リレー１６は、後述するフェール判定制御部２４の出力信号に基づき、開閉動作を行う。なお、従来は、後述する相間短絡時制御部２１に相当する部分に基づき、開閉動作を行っていたが、本実施例においては相間短絡時制御部２１に基づいては開閉動作を行わない。

シャント抵抗Ｒｓは、インバータ回路部１５の各相の下アーム側スイッチング素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬとアース端子との間にそれぞれ配設されている。このシャント抵抗Ｒｓは、各相に流れる電流を検出するための抵抗である。電流検出部（相間短絡検出手段、電流検出手段）１７は、各相のシャント抵抗Ｒｓの両端側の電圧を入力して、この入力電圧に基づき各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、各相の電流信号を生成する。そして、生成した各相の電流信号を減算器１２に出力する。

分圧部１８は、各相毎に配設され、入力側がインバータ回路部１５とアシスト電動機４との間に接続されている。そして、この分圧部１８は、このインバータ回路部１５とアシスト電動機４との間の接続部位の電圧を分圧して降圧された各相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を相間短絡用電圧検出部１９及びローパスフィルタ２２へ出力している。

相間短絡用電圧検出部（相間短絡検出手段、電圧検出手段）１９は、分圧部１８により出力された各相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を直接的に入力している。すなわち、相間短絡用電圧検出部１９は、ローパスフィルタを介在することなく、アシスト電動機４に印加される電圧を降圧した電圧がそのまま入力される。つまり、インバータ回路部１５のＰＷＭの出力電圧を降圧した電圧がそのまま相間短絡用電圧検出部１９に入力される。従って、相間短絡用電圧検出部１９に入力される電圧は、パルス波形の電圧となる。そして、この相間短絡用電圧検出部１９は、インバータ回路部１５の各スイッチング素子とアシスト電動機４との間の３相配線のうち何れかの２相の配線間が短絡したこと（以下、「相間短絡」という）を判定するための相間短絡電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を検出する。なお、相間短絡電圧という表現を使用しているが、これは相間短絡の判定に用いる電圧であることを意味するものであって、相間短絡した場合の電圧を意味するものではない。

相間短絡判定部（相間短絡検出手段、短絡判定手段）２０は、電流検出部１７から入力された各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、相間短絡用電圧検出部１９から入力された各相の相間短絡電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２とに基づき、相間短絡したか否かを判定する。ここで、相間短絡の判定処理については後述する。

相間短絡時制御部２１は、相間短絡判定部２０により相間短絡したと判定された場合に、相間短絡時の制御処理を行う。ここで、相間短絡時制御部２１の詳細な構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、相間短絡時制御部２１は、ＰＷＭ上限制御部２１１と警告表示指示部２１２とから構成される。

ＰＷＭ上限制御部２１１は、相間短絡判定部２０から相間短絡したと判定された場合に、ＰＷＭ信号生成部１３が素子駆動部１４に出力するＰＷＭ信号のデューティを制限する。具体的には、例えばＰＷＭ上限制御部２１１が予めデューティの上限値（デューティ上限値）を記憶しておき、このデューティ上限値の信号をＰＷＭ信号生成部１３に出力する。そして、上述したように、ＰＷＭ信号生成部１３が、偏差電流信号に基づき算出したＰＷＭ信号とデューティ上限値信号とを比較する。

警告表示指示部２１２は、相間短絡判定部２０から相間短絡したと判定された場合に、警告表示部５に警告表示の点灯指令を出力する。つまり、警告表示指示部２１２から警告表示の点灯指令が出力された警告表示部５は警告表示を点灯させて、運転者に相間短絡して異常状態であることを知らせる。

ローパスフィルタ２２は、分圧部１８により出力された各相の電圧を入力して、各相毎に中間電位の電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を出力している。このローパスフィルタ２２から出力される電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、インバータ回路部１５のＰＷＭの出力電圧を降圧した電圧そのものではない。つまり、この電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１はパルス波形の電圧ではない。

フェール用電圧検出部２３は、ローパスフィルタ２２から出力された電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を入力して、フィルタリング電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を検出する。このフィルタリング電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、例えば、インバータ回路部１５のスイッチング素子ＵＵ等が短絡したことを判定するために用いられる。

フェール判定制御部２４は、電流検出部１７から入力された各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、フェール用電圧検出部２３から入力された各相のフィルタリング電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１とに基づき、例えばインバータ回路部１５のスイッチング素子ＵＵ等が短絡等のフェール状態であるか否かを判定する。ここで、モータオープンフェール、モータ短絡フェール、リレーオープンフェール等の各種フェールの判定については、例えば、特開平６−２９８１０４号公報等に公知となっている。そして、各種フェールが判定された場合には、相間リレー１６（Ｖ相リレー１６ｖ及びＷ相リレー１６ｗ）を開成し、アシスト電動機４の制御を停止する。さらには、バッテリ（図示せず）と電動パワーステアリング制御部１との間に配設されたリレー（図示せず）も開成し、電動パワーステアリング制御部１の駆動を停止させる。

（相間短絡判定処理）
次に、相間短絡判定部２０における相間短絡判定処理について図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、電動パワーステアリング制御部１が制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば、電動パワーステアリング制御部１が制御している制御モードに基づき判定することができる。なお、制御モードについては、公知であるので詳細な説明は省略する。そして、電動パワーステアリング制御部１が制御中でない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、相間短絡を起こしていないと判定してリターンする（ステップＳ１１）。

一方、電動パワーステアリング制御部１が制御中であると判定された場合には（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、カウンタｉを初期化して、１に設定する（ステップＳ２）。このカウンタｉは、相間短絡の誤判定を防止するために用いている。続いて、電流検出部１７により検出した各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの何れかの絶対値が７５Ａより大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。詳細には、Ｕ相に流れる電流Ｉｕが７５Ａより大きいか、Ｖ相に流れる電流Ｉｖが７５Ａより大きいか、若しくは、Ｗ相に流れる電流Ｉｗが７５Ａより大きいか否かを判定する。つまり、各相の配線に流れる電流が過電流であるか否かを判定している。ここで、相間短絡を起こした場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相のうち相間短絡した何れか２相に流れる電流が過電流となる。

続いて、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの絶対値の全てが７５Ａ以下の場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過していない場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り処理を繰り返す。つまり、カウンタｉを設定してからの経過時間が時間Ｔを経過するまで各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを監視している。

そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過した場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、相間短絡を起こしていないと判定してリターンする（ステップＳ１１）。つまり、時間Ｔの間各相に流れる電流が過電流になっていない場合には、相間短絡を起こしていないと判定している。

一方、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの何れかの絶対値が７５Ａより大きい場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、相間電圧を判定する（ステップＳ５）。この判定は、各相の電圧の差が０であるか否かを判定することにより行う。これは、各相の電圧の差の何れかが０である場合には、相間短絡を起こしていることになるからである。具体的には、分圧部１８からローパスフィルタを介在せずに入力したＵ相電圧Ｖｕ２とＶ相電圧Ｖｖ２との差が０であるか否かを判定する。さらに、分圧部１８からローパスフィルタを介在せずに入力したＶ相電圧Ｖｖ２とＷ相電圧Ｖｗ２との差が０であるか否かを判定する。さらに、分圧部１８からローパスフィルタを介在せずに入力されたＷ相電圧Ｖｗ２とＵ相電圧Ｖｕ２との差が０であるか否かを判定する。

そして、各相の電圧の差の全てが０でない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過していない場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ５に戻り処理を繰り返す。つまり、カウンタｉを設定してからの経過時間が時間Ｔを経過するまで各相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の差を監視している。

そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過した場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、相間短絡を起こしていないと判定してリターンする（ステップＳ１１）。つまり、時間Ｔの間各相の電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の差が０になっていない場合には、相間短絡を起こしていないと判定している。

続いて、各相の電圧の差の何れかが０である場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、カウンタｉが５であるか否かを判定する（ステップＳ７）。そして、カウンタｉが５でない場合には、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過していない場合には（ステップＳ８：Ｎｏ）、時間Ｔが経過するまで待機する。そして、カウンタｉを設定してから時間Ｔが経過した場合には（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、カウンタｉを１加算した値に設定して、ステップＳ３に戻り処理を繰り返す（ステップＳ９）。一方、カウンタｉが５である場合には、相間短絡であると判定して、相間短絡判定処理を終了する（ステップＳ１０）。

つまり、処理が開始（カウンタｉが初期化）されてから時間Ｔ毎に５回連続して、各相に流れる電流の何れかが過電流状態となり、かつ、各相の電圧の差の何れかが０となる場合に、相間短絡であると判定している。例えば、時間Ｔを５秒とすると、処理が開始されてから最初の５秒の間、さらに次々の合計５回の５秒の間に、過電流状態となりかつ各相の電圧の差の何れかが０となる場合に相間短絡であると判定している。これは、例えば、処理を開始してから最初の５秒の間に過電流状態かつ各相の電圧の差の何れかが０となったとしても、誤検出である場合があるため、複数回連続して判定を行っている。つまり、相間短絡したとの誤検出を防止するために行っている。

（相間短絡時における操舵性）
次に、相間短絡時における操舵性について図４を参照して説明する。図４は、経過時間に対する各相に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値（左縦軸）及び操舵角度（右縦軸）について示す図である。なお、経過時間は、電流及び操舵角度を測定し始めてからの経過時間である。また、操舵角度については、ハンドルが右方向に操舵されている場合に正の値となり、ハンドルが左方向に操舵されている場合に負の値となる。すなわち、操舵角度が０［ｄｅｇ］の場合が、ハンドルが中立状態となる。なお、図４においては、ハンドルを左に操舵している状態から右へ旋回する場合について示している。また、図４においては、経過時間が約０．９ｓｅｃの時に相間短絡を起こした場合について示している。

図４に示すように、経過時間が約０．９ｓｅｃまでの間は正常な状態である。すなわち、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが、正常時の３相交流波形であって、非常に滑らかに推移している。なお、経過時間が約０．９ｓｅｃまでの間は、ハンドルが左側に操舵されていた状態から中立状態まで旋回している。

そして、経過時間が約０．９ｓｅｃの際にＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖが急激に増加して、この時のＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの絶対値が約６０Ａを超えていることが分かる。さらに、その後は、約０．４ｓｅｃ間隔でＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖが急激に増加している。これは、Ｕ相上アーム側スイッチング素子ＵＵ及びＶ相下アーム側スイッチング素子ＶＬが同時にＯＮ状態となる場合、若しくは、Ｕ相下アーム側スイッチング素子ＵＬ及びＶ相上アーム側スイッチング素子ＶＵが同時にＯＮ状態となる場合である。つまり、これらの場合には、Ｕ相とＶ相との相間配線が短絡すると、上アーム側スイッチング素子から下アーム側スイッチング素子へアシスト電動機４を介さずに直接接続されているために大電流が流れる。

また、急激に電流が増加している時刻の間においても、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの絶対値が約２０Ａ付近まで増加しており、正常時に比べると非常に大きな値である。さらに、経過時間が約０．９ｓｅｃ以降におけるＵ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖとは、電流０Ａを中心としてほぼ対象となっている。つまり、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖとは、絶対値がほぼ同一であって、符号が異なっている。なお、Ｗ相電流Ｉｗは正常時の波形に比べると僅かに乱れてはいるものの、電流の大きさはそれほど変化はない。

このように、相間短絡したＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖは非常に大きな電流である上に、何れの相も電流波形は正常時に比べると非常に乱れている。しかし、この場合であっても、操舵角度は大きく変化している。具体的には、相間短絡した経過時間が約０．９ｓｅｃの時点から２．０ｓｅｃまでの間に約６０ｄｅｇの角度が操舵されている。ここで、従来の電動パワーステアリング装置においては、上述したように、アシスト電動機４のブレーキトルクによりハンドルが非常に重くなっていた。そのため、運転者は、ハンドルを操舵するために非常に大きな力を必要としていた。従って、ハンドルを旋回できたとしても、長時間かけて僅かな操舵角度しか旋回することができなかった。しかし、本実施例によれば、ハンドルの操舵角度は非常に短時間で大きな角度が操舵されている。つまり、本実施例のように、相間短絡した場合であっても、相間リレー１６を開成しないことでより操舵性が良好となる。ただし、各相の電流が大きく乱れていることからも、正常時に比べると操舵性は劣ることが分かる。

なお、図４は、ＰＷＭ信号生成部１３が出力するデューティを制限していない場合の図である。従って、ＰＷＭ信号生成部１３が出力するデューティを所定のデューティ上限値以下に制限すると、操舵角度の変化率は少し小さくなる。また、図３のフローチャートにおけるステップＳ３の判定は、図４の経過時間が約１．３ｓｅｃの時に判定条件を満たしている。これは、経過時間が約１．３ｓｅｃの時にＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの絶対値が７５Ａより大きくなっているからである。

本実施例における電動パワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図である。 相間短絡時制御部の詳細構成を示すブロック図である。 相間短絡判定処理を示すフローチャートである。 相間短絡時における操舵性について説明する図である。

符号の説明

１：電動パワーステアリング制御部（ＥＣＵ）、 ２：操舵トルクセンサ、 ３：車速センサ、 ４：アシスト電動機、 ５：警告表示部、 １１：目標電流設定部、 １２：減算器 １３：ＰＷＭ信号生成部、 １４：素子駆動部、 １５：インバータ回路部、 １６：相間リレー、 １７：電流検出部、 １８：分圧部、 １９：相間短絡用電圧検出部、 ２０：相間短絡判定部、 ２１：相間短絡時制御部、 ２２：ローパスフィルタ、 ２３：フェール用電圧検出部、 ２４：フェール判定制御部

Claims (8)

1. 操舵力を補助するアシスト力を発生する３相電動機からなるアシスト電動機と、
   各相のスイッチング素子を有し操舵トルクに基づき前記スイッチング素子をデューティ駆動させて前記アシスト電動機を制御する電動機制御手段と、
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記電動機制御手段は、
   前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との間を配線する３相配線のうち何れか２相の配線間の短絡を検出する相間短絡検出手段と、
   前記２相の配線間の短絡を検出した際に前記アシスト電動機の制御可能状態を続行させる相間短絡時制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電動機制御手段は、さらに、前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との間に配設され開閉することにより前記アシスト電動機と前記スイッチング素子との電気的接続を断続切替可能なスイッチ手段を備え、
   前記相間短絡時制御手段は、前記スイッチ手段を閉成することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記相間短絡時制御手段は、さらに、前記２相の配線間の短絡を検出した際に前記短絡であることを運転者に警告する警告手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記相間短絡検出手段は、さらに、前記短絡した前記２相を判定する短絡相判定手段を備え、
   前記相間短絡時制御手段は、少なくとも前記短絡した前記２相の前記スイッチング素子のデューティを制限することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記相間短絡時制御手段は、前記短絡した前記２相以外の他の１相の前記スイッチング素子のデューティは制限しないことを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記相間短絡時制御手段は、前記デューティを前記スイッチング素子の発熱の抑制可能な所定デューティ上限値以下とすることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記スイッチング素子は、３相インバータを構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子であり、
   前記相間短絡時制御手段は、前記デューティを前記短絡した前記２相の前記上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子が同時にＯＮ状態となることのないデューティとすることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記相間短絡検出手段は、
   前記３相配線のそれぞれの電圧をフィルタを介在することなく検出する電圧検出手段と、
   前記３相配線のそれぞれに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記３相配線のそれぞれの電圧のうち何れか２相の電圧差が０であると共に前記３相配線のそれぞれに流れる電流のうち何れか１相の電流が所定電流閾値を超えた場合に前記短絡と判定する短絡判定手段と、
   を備えた請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

Images