JP7077836B2 - モータ駆動装置、操舵システム - Google Patents

Description

モータを駆動させるモータ駆動装置、及びモータ駆動装置を備える操舵システムに関する。

モータの各相に電圧を選択的に印加するインバータと、インバータから各相へ電力を供給しない期間において、各相に回生電流が流れるのを抑制する相開放スイッチとを備えるモータ駆動装置が知られている。相開放スイッチは、モータの各相とインバータとを接続する動力線に設けられており、各相とインバータとの間の通電の可否を切り替える。相開放スイッチは、開放状態においてもモータとインバータとの間の通電を許容する寄生ダイオードを含んでいる。

特許文献１では、各相開放スイッチの短絡故障の有無を判定するモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置では、各動力線が分圧回路を介して電圧検出部に接続されている。特定の相開放スイッチの故障の有無を判定する際、インバータの上アームを駆動させて、判定対象の相開放スイッチに蓄電池からの電圧を印加させる。このとき、判定対象の相開放スイッチが短絡故障していれば、モータの各相及び寄生ダイオードを介して、判定対象の相開放スイッチに接続された動力線と、判定対象以外の相開放スイッチに接続された動力線とが導通し、判定対象以外の相開放スイッチに接続された動力線に電圧が印加される。そのため、モータ駆動装置は、判定対象以外の相開放スイッチに接続された動力線の電圧を分割回路により分圧した値に基づいて、相開放スイッチの短絡故障の有無を判定している。

特開２００９－２６１０６７号公報

特許文献１に開示されたモータ駆動装置では、相開放スイッチが短絡故障したことを判定するために分圧回路が必要となる。このため、分圧回路の分だけモータ駆動装置の体格が大きくなることが懸念される。

本発明は上記課題に鑑みたものであり、体格を大きくすることなく、相開放スイッチの短絡故障の有無を判定することができるモータ駆動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発明では、モータの各相に動力線を介して接続されており、前記各相に対して電圧を選択的に印加することが可能なインバータと、前記動力線のそれぞれ設けられており、前記各相から前記インバータに向けた通電の可否を切り替える相開放スイッチと、を備えたモータ駆動装置に関するものである。モータ駆動装置は、前記各動力線において、前記各相開放スイッチよりも前記インバータ側に接続されており、電源からの所定電圧を前記各動力線に印加するプルアップ抵抗部と、判定対象の前記相開放スイッチである対象スイッチに対して短絡故障の有無を判定する短絡判定部と、前記各動力線の電圧を対象電圧として検出する電圧検出部と、を備えている。前記相開放スイッチは、開状態において前記インバータから前記モータの各相に向けた通電を可能にする。短絡判定部は、全ての前記相開放スイッチを開動作させた後、前記相開放スイッチのうち前記短絡故障の対象となる対象スイッチが設けられている前記動力線をグラウンドに接続させるように前記インバータを動作させ、かつ前記電圧検出部により検出された前記対象スイッチが設けられていない前記動力線の前記電圧である対象電圧が前記所定電圧よりも低下していると判定した場合に、前記対象スイッチを短絡故障と判定する。

上記構成では、各動力線において相開放スイッチよりもインバータ側に、プルアップ抵抗部を介して電源からの所定電圧が常時印加されている。相開放スイッチの短絡故障を判定する場合、全ての相開放スイッチを開動作させた後、対象スイッチが設けられた動力線をグラウンドに接続させるようにインバータを動作させる。このとき、対象スイッチが短絡故障していれば、対象スイッチ以外の相開放スイッチ及び対象スイッチを介して、対象スイッチが設けられていない動力線がグラウンドに接続される。そのため、対象スイッチが短絡故障している場合、電圧検出部により検出される対象電圧が所定電圧よりも低い値となる。この場合、動力線の電圧が所定電圧から低下することにより対象スイッチを短絡故障と判定することができるため、相開放スイッチの短絡故障の有無を判定するためにプルアップ抵抗を用いるだけで良い。その結果、モータ駆動装置の体格を小さくすることができる。

操舵システムの構成図。 モータ及びモータ駆動装置の構成図。 短絡故障の有無の判定を説明する表。 短絡故障の有無の判定を説明する図。 制御部が実施する短絡故障の有無の判定手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る短絡故障の有無を判定する手順を説明するフローチャート。 第３実施形態に係るフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
本実施形態における操舵システムを、図を用いて説明する。操舵システムは、車両に適用され、モータの駆動力により運転者によるステアリング操作を補助しつつ、このステアリング操作に応じて車輪の向きを変化させる。

図１は、操舵システム９０の全体構成を示す。操舵システム９０は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８を備えている。

ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ９４が設けられている。トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の回転に伴うトルクを電圧に変換して出力する。ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。

運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。

操舵システム９０は、ステアリングシャフト９２に対して操舵アシストトルクを発生するモータ１０、モータ１０を駆動するモータ駆動装置８０、及び、モータ１０の回転軸の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する減速ギア９を備えている。

図２に示すように、モータ１０は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）コイルを含む第１相群１１と、３相コイルを含む第２相群１２とを備える多重巻線式のモータであり、図示しないロータおよびステータを有している。第１相群１１は、Ｕ１相コイル１１ａ、Ｖ１相コイル１１ｂ、及びＷ１相コイル１１ｃを含んでいる。各Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相コイル１１ａ～１１ｃは、結線されており、電気的に接続されている。第２相群１２は、Ｕ２相コイル１２ａ、Ｖ２相コイル１２ｂ、及びＷ２相コイル１２ｃを含んでいる。各Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相コイル１２ａ～１２ｃは、結線されており、電気的に接続されている。

第１相群１１と第２相群１２とは、電気的には独立しており、同一のステータに巻回されることにより、モータ１０が構成する磁気回路により磁気的に結合される。本実施形態では、第１相群１１のＵ１相コイル１１ａと、第２相群１２のＵ２相コイル１２ａとは、位相が３０°ずれた位置に配置されている。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。モータ１０には、ロータの回転角度を検出する角度センサ２０が取り付けられている。

モータ駆動装置８０は、蓄電池としてのバッテリ２００とモータ１０との間に介在しており、バッテリ２００から供給される直流の端子間電圧Ｖｂを、３相交流電圧に変換して、モータ１０の各相に印加する。

モータ駆動装置８０は、主に、モータ１０の第１相群１１に３相交流電圧を印加する第１インバータ６０と、モータ１０の第２相群１２に３相交流電圧を印加する第２インバータ７０と、相開放スイッチ（以下、相開放ＳＷと記載する。）５１，５２，５３、５６，５７，５８と、第１プルアップ抵抗部４０と、第２プルアップ抵抗部４５とを備えている。

第１インバータ６０は、第１上側母線８６を介してバッテリ２００の正極端子に接続され、第１下側母線８８を介してバッテリ２００の負極端子に接続されている。第１インバータ６０は、６つの半導体スイッチ６１～６６を有するフルブリッジ回路として構成されている。本実施形態の各スイッチ６１～６６は、いずれもＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各相上アームとして機能する上アームスイッチ６１，６２，６３は、ソースが、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各相下アームとして機能する下アームスイッチ６４，６５，６６のドレインに接続されている。また、各上アームスイッチ６１～６３のドレインは、第１上側母線８６に接続されており、各下アームスイッチ６４，６５，６６のソースは、第１下側母線８８に接続されている。

上アームスイッチ６１と下アームスイッチ６４との第１接続点Ｋ１は、第１動力線Ｌ１を介してＵ１相コイル１１ａに接続されている。上アームスイッチ６２と下アームスイッチ６５との第２接続点Ｋ２は、第２動力線Ｌ２を介してＶ１相コイル１１ｂに接続されている。上アームスイッチ６３と下アームスイッチ６６との第３接続点Ｋ３は、第３動力線Ｌ３を介してＷ１相コイル１１ｃに接続されている。

第２インバータ７０は、第２上側母線８７を介してバッテリ２００の正極端子に接続され、第２下側母線８９を介してバッテリ２００の負極端子に接続されている。第２インバータ７０は、６つの半導体スイッチ７１～７６を有するフルブリッジ回路として構成されている。本実施形態の各スイッチ７１～７６は、いずれもＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

第２インバータ７０の各相上アームとして機能する各上アームスイッチ７１，７２，７３は、ソースが、下アームとして機能する下アームスイッチ７４，７５，７６の各ドレインに接続されている。また、各上アームスイッチ７１，７２，７３のドレインは、第２上側母線８７に接続され、各下アームスイッチ７４，７５，７６の各ソースは、第２下側母線８９に接続されている。

上アームスイッチ７１と下アームスイッチ７４との第４接続点Ｋ４は、第４動力線Ｌ４を介してＵ２相コイル１２ａに接続されている。上アームスイッチ７２と下アームスイッチ７５との第５接続点Ｋ５は、第５動力線Ｌ５を介してＶ２相コイル１２ｂに接続されている。上アームスイッチ７３と下アームスイッチ７６との第６接続点Ｋ６は、第６動力線Ｌ６を介してＷ２相コイル１２ｃに接続されている。

Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相開放ＳＷ５１～５３は、第１インバータ６０によるモータ１０への電力が供給されない期間において、開動作されることにより、第１相群１１から第１インバータ６０への各動力線Ｌ１～Ｌ３を介した導通を不可能とする。Ｕ１相開放ＳＷ５１は第１動力線Ｌ１に設けられており、Ｖ１相開放ＳＷ５２は第２動力線Ｌ２に設けられており、Ｗ１相開放ＳＷ５３は第３動力線Ｌ３に設けられている。以下では、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相開放ＳＷ５１～５３を第１スイッチ群５０とも称する。

Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相開放ＳＷ５６～５８は、第２インバータ７０によるモータ１０への電力が供給されない期間において、開動作されることにより、第２相群１２から第２インバータ７０への各動力線Ｌ４～Ｌ６を介した導通を不可能とする。Ｕ２相開放ＳＷ５６は第４動力線Ｌ４に設けられており、Ｖ２相開放ＳＷ５７は第５動力線Ｌ５に設けられており、Ｗ２相開放ＳＷ５８は第６動力線Ｌ６に設けられている。以下では、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相開放ＳＷ５６～５８を第２スイッチ群５５とも称する。

本実施形態では、第１，第２スイッチ群５０，５５は、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。第１スイッチ群５０は、ドレインからソースの向きがモータ１０の各コイル１１ａ～１１ｃから第１～第３接続点Ｋ１～Ｋ３の向きとなるように第１～第３動力線Ｌ１～Ｌ３に設けられている。第２スイッチ群５５は、ドレインからソースの向きがモータ１０の各コイル１２ａ～１２ｃから第４～第６接続点Ｋ４～Ｋ６の向きとなるように第４～第６動力線Ｌ４～Ｌ６に設けられている。また、第１，第２スイッチ群５０，５５は、開状態においてもソースからドレインの向きでの通電を可能とする寄生ダイオードＢＤを有している。

第１プルアップ抵抗部４０は、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂに応じた入力電圧Ｖｉｎを第１～第３動力線Ｌ１～Ｌ３に常時印加する。第１プルアップ抵抗部４０は、第１上側母線８６と第１動力線Ｌ１とを接続する抵抗素子４１と、第１上側母線８６と第２動力線Ｌ２とを接続する抵抗素子４２と、第１上側母線８６と第３動力線Ｌ３とを接続する抵抗素子４３とを備えている。

第２プルアップ抵抗部４５は、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂに応じた入力電圧Ｖｉｎを、第４～第６動力線Ｌ４～Ｌ６に常時印加する。第２プルアップ抵抗部４５は、第２上側母線８７と第４動力線Ｌ４とを接続する抵抗素子４６と、第２上側母線８７と第５動力線Ｌ５とを接続する抵抗素子４７と、第２上側母線８７と第６動力線Ｌ６とを接続する抵抗素子４８とを備えている。

第１上側母線８６において、第１インバータ６０の接続点よりもバッテリ２００側には、バッテリ２００から第１インバータ６０への電力供給を遮断可能な第１電源リレー８１が設けられている。また、第２上側母線８７において、第２インバータ７０の接続点よりもバッテリ２００側には、バッテリ２００から第２インバータ７０への電力供給を遮断可能な第２電源リレー８２が設けられている。本実施形態において、第１，第２電源リレー８１，８２は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等の半導体スイッチや、機械式のリレースイッチのいずれかにより構成されている。

第１上側母線８６と第１下側母線８８とは、第１コンデンサ８３により接続されている。第２上側母線８７と第２下側母線８９とは、第２コンデンサ８４により接続されている。第１上側母線８６と第２下側母線８９との間には電圧センサ２１が接続されており、この電圧センサ２１によりバッテリ２００の端子間電圧Ｖｂが検出される。

モータ駆動装置８０は、マルチプレクサ３０（以下、ＭＵＸと称す）と、制御部３１とを備えている。本実施形態では、制御部３１は、周知のマイクロコンピュータにより構成されている。制御部３１における各処理は、ＲＯＭなどに予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェアによって実施されてもよいし、専用の電子回路によるハードウェアによって実施されてもよい。

マルチプレクサ３０の各入力端子は各動力線Ｌ１～Ｌ６にそれぞれ接続されており、各動力線Ｌ１～Ｌ６の電圧が入力端子に入力される。各入力端子を通じて入力された電圧は、制御部３１からの信号により選択され、制御部３１に出力される。制御部３１は、ＭＵＸ３０から選択的に出力された電圧をアナログ・デジタル変換して内部レジスタに記憶する。本実施形態では、ＭＵＸ３０が出力切替部に相当し、制御部３１が変換部に相当する。そして、ＭＵＸ３０及び制御部３１が電圧検出部に相当する。

制御部３１は、トルクセンサ９４から取得される操舵トルクＴ、及び角度センサ２０から取得される電気角θなどに基づき、第１インバータ６０の各スイッチ６１～６６及び第２インバータ７０の各スイッチ７１～７６を駆動させ、モータ１０に所望トルクを生じさせる。具体的には、制御部３１は、各スイッチ６１～６６，７１～７７のゲートに、各スイッチ６１～６６，７１～７７を開動作又は閉動作させるための操作信号を出力する。

制御部３１は、ＭＵＸ３０を介して供給される各動力線Ｌ１～Ｌ６の電圧に基づいて、第１スイッチ群５０及び第２スイッチ群５５の短絡故障の有無を判定する。本実施形態では、制御部３１は、車両のイグニッションスイッチのオン操作により第１，第２電源リレー８１，８２がオンし、操舵システム９０の起動が確立した後の所定期間において、第１，第２スイッチ群５０，５５に対して短絡故障の有無を判定する。

次に、本実施形態に係る第１，第２スイッチ群５０，５５の短絡故障の有無の判定手法を説明する。図３（ａ）は、第１スイッチ群５０に対する短絡故障の有無の判定を説明する表である。図３（ｂ）は、第２スイッチ群５５に対する短絡故障の有無の判定を説明する表である。図３（ａ），（ｂ）で示す各表では、各動力線Ｌ１～Ｌ３の電圧が、入力電圧Ｖｉｎに維持される状態を「Ｖｉｎ」とし、入力電圧Ｖｉｎよりも小さい電圧に変化した状態を「ＶＬ」と記載している。

図４は、図３で示された短絡故障の有無の判定のうち、Ｕ１相開放ＳＷ５１を対象とする場合の短絡故障の有無の判定を説明する図である。図４（ａ）は、第１スイッチ群５０に含まれるいずれの相開放ＳＷ５１～５３も短絡故障が生じていない場合を示している。図４（ｂ）は、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障している場合を示している。図４では、電流経路を破線により示している。短絡故障の有無の判定の対象となる各相開放ＳＷを対象スイッチとも記載する。

Ｕ１相開放ＳＷ５１の短絡故障の有無を判定する場合、まず、制御部３１は、第１スイッチ群５０を開動作させるように操作信号を出力する。次に、Ｕ１相の下アームスイッチ６４を閉動作（オン操作）させることにより、対象スイッチであるＵ１相開放ＳＷ５１が設けられている第１動力線Ｌ１を、下アームスイッチ６４を介してグラウンドに接続させる。そのため、第１動力線Ｌ１はＵ１相の下アームスイッチ６４を介してグラウンドに接続され、第１動力線Ｌ１の電圧はＶｉｎからＶＬに低下する。

この状態において、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障していなければ、図４（ａ）に示すように、第２，第３動力線Ｌ２，Ｌ３は、グラウンドに接続された第１動力線Ｌ１と電気的に接続しない。そのため、バッテリ２００から第１プルアップ抵抗部４０を介して供給される入力電圧Ｖｉｎが、第２，３動力線Ｌ２，Ｌ３に印加され続ける。このため、第２，第３動力線Ｌ２，Ｌ３の電圧は、入力電圧Ｖｉｎに維持される。

一方、第１スイッチ群５０を開動作（オン操作）させ、かつ下アームスイッチ６４を閉動作させた状態において、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障している場合、第２，第３動力線Ｌ２，Ｌ３の電圧は以下のように変化する。図４（ｂ）に示すように、Ｖ１，Ｗ１相開放ＳＷ５２，５３の寄生ダイオードＢＤ及びＵ１相開放ＳＷ５１を介して第１動力線Ｌ１と第２，３動力線Ｌ２，３とが電気的に接続することにより、第２，３動力線Ｌ２，Ｌ３はグラウンドに接続される。そのため、第２，第３動力線Ｌ２，Ｌ３の電圧は、ＶｉｎからＶＬまで低下する。

そのため、制御部３１は、ＭＵＸ３０を操作することにより、短絡故障判定の対象スイッチが設けられていない第２，第３動力線Ｌ２，Ｌ３の電圧（Ｖｖ１，Ｖｗ１）のうち、少なくともいずれかである検出電圧を閾値と比較する。本実施形態では、各動力線Ｌ１～Ｌ６の検出電圧のうち、対象スイッチが設けられていない動力線の検出電圧が対象電圧に相当する。そして、この検出電圧が所定の閾値よりも小さい場合に、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障していると判定する。

Ｖ１相開放ＳＷ５２の短絡故障の有無を判定する場合は、Ｖ１相の下アームスイッチ６５を閉動作させた状態で、Ｖ１相開放ＳＷ５２が設けられていない第１，第３動力線Ｌ１，Ｌ３の検出電圧Ｖｕ１，Ｖｗ１が閾値よりも小さいか否かを判定すればよい。Ｗ１相開放ＳＷ５３の短絡故障の有無を判定する場合、Ｗ１相の下アームスイッチ６６を閉動作させた状態で、Ｗ１相開放ＳＷ５３が設けられていない第１，第２動力線Ｌ１，Ｌ２の検出電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１が閾値よりも小さいか否かを判定すればよい。第２スイッチ群５５に対する短絡故障の有無の判定は、第１スイッチ群５０に対する短絡故障の有無の判定と同様の手順で行えばよく、説明を省略する。

次に、図５を用いて、制御部３１により実施される第１スイッチ群５０の短絡故障の有無の判定手順を説明する。図５に示す処理は、制御部３１により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１では、第１スイッチ群５０を開動作させる。ステップＳ１２では、Ｕ１相の下アームスイッチ６４を閉動作させる。

短絡故障の有無の判定に用いる各下アームスイッチ６４～６６が開故障している場合、対象スイッチが設けられた動力線Ｌ１～Ｌ３がグラウンドに接続されないこととなるため、短絡故障の有無が適正に判定できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、各対象スイッチの短絡故障の有無の判定に先立って、短絡故障の有無の判定に用いる各下アームスイッチ６４～６６の開故障の有無を判定している。

ステップＳ１３では、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｕ１が開故障判定値ＴＨ１以下であるか否かに基づいて、Ｕ１相の下アームスイッチ６４の開故障の有無を判定する。ステップＳ１３において検出電圧Ｖｕ１が開故障判定値ＴＨ１よりも大きいと判定すると、ステップＳ１４に進み、Ｕ１相の下アームスイッチ６４が開故障していると判定する。そして、Ｕ１相開放ＳＷ５１の短絡故障の有無を判定することなくステップＳ１７に進む。ステップＳ１３，Ｓ１４が、Ｕ１相の下アームスイッチ６４に対する開故障判定部に相当する。開故障判定値ＴＨ１は、下アームスイッチの開故障の有無を判定するための値であり、０以上かつ入力電圧Ｖｉｎよりも小さな値である。本実施形態では、開故障判定値ＴＨ１は、例えば、０よりも若干大きな値に定められている。

一方、検出電圧Ｖｕ１が開故障判定値ＴＨ１以下であると判定すると、ステップＳ１５に進み、Ｕ１相開放ＳＷ５１の短絡故障の有無を判定する。具体的には、ステップＳ１５では、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｖ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいか否かを判定する。短絡故障判定値ＴＨ２は、各相開放ＳＷの短絡故障の有無を判定するための値であり、入力電圧Ｖｉｎ未満、かつ０Ｖより大きい値とすることができる。

ステップＳ１５において、検出電圧Ｖｖ１が短絡故障判定値ＴＨ２以上であると判定すると、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障していないとして、ステップＳ１７に進む。一方、検出電圧Ｖｖ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいと判定すると、ステップＳ１６に進み、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障していると判定する。ステップＳ１５及びステップＳ１６が、Ｕ１相開放ＳＷ５１の短絡故障の有無を判定する短絡判定部に相当する。

ステップＳ１７では、Ｖ１相の下アームスイッチ６５を閉動作させる。また、Ｕ１相の下アームスイッチ６４を開動作させる。

ステップＳ１８では、Ｖ１相の下アームスイッチ６５の開故障の有無を判定するために、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｖ１が開故障判定値ＴＨ１以下か否かを判定する。検出電圧Ｖｖ１が開故障判定値ＴＨ１よりも大きいと判定すると、ステップＳ１９に進み、Ｖ１相の下アームスイッチ６５を開故障と判定する。そして、Ｖ１相開放ＳＷ５２の短絡故障の有無を判定することなくステップＳ２１に進む。ステップＳ１８，Ｓ１９が、Ｖ１相の下アームスイッチ６５に対する開故障判定部に相当する。

ステップＳ１８において検出電圧Ｖｖ１が開故障判定値ＴＨ１以下と判定すると、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｗ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいか否かを判定する。検出電圧Ｖｗ１が短絡故障判定値ＴＨ２以上であると判定すると、ステップＳ２２に進む。一方、検出電圧Ｖｗ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいと判定すると、ステップＳ２１に進み、Ｖ１相開放ＳＷ５２が短絡故障していると判定する。ステップＳ２０及びステップＳ２１が、Ｖ１相開放ＳＷ５２の短絡故障の有無を判定する短絡判定部に相当する。

ステップＳ２２では、Ｗ１相の下アームスイッチ６６を閉動作させる。また、Ｖ１相の下アームスイッチ６４を開動作させる。

ステップＳ２３では、Ｗ１相の下アームスイッチ６６の開故障の有無を判定するために、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｗ１が開故障判定値ＴＨ１以下であるか否かを判定する。検出電圧Ｖｗ１が開故障判定値ＴＨ１よりも大きいと判定すると、ステップＳ２４に進み、Ｗ１相の下アームスイッチ６６を開故障と判定する。そして、図５の処理を一旦終了する。ステップＳ２３，Ｓ２４が、Ｗ１相の下アームスイッチ６６に対する開故障判定部に相当する。

ステップＳ２３において検出電圧Ｖｗ１が開故障判定値ＴＨ１以下であると判定すると、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、ＭＵＸ３０に取得させた検出電圧Ｖｕ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいか否かを判定する。検出電圧Ｖｕ１が短絡故障判定値ＴＨ２以上であると判定すると、図５の処理を一旦終了する。一方、検出電圧Ｖｕ１が短絡故障判定値ＴＨ２よりも小さいと判定すると、ステップＳ２６に進み、Ｗ１相開放ＳＷ５３が短絡故障していると判定する。ステップＳ２５及びステップＳ２６が、Ｗ１相開放ＳＷ５３の短絡故障の有無を判定する短絡判定部に相当する。

以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。

・制御部３１は、第１スイッチ群５０の短絡故障を判定する場合、全ての相開放ＳＷ５１～５３を開動作させた後、対象スイッチが設けられた動力線をグラウンドに接続させるように第１インバータ６０を動作させる。このとき、対象スイッチが短絡故障している場合、対象スイッチが設けられていない動力線の電圧が入力電圧Ｖｉｎよりも低い値となる。この場合、各動力線Ｌ１～Ｌ６の電圧が入力電圧Ｖｉｎから低下することにより対象スイッチを短絡故障と判定することができるため、対象スイッチの短絡故障の有無を判定するためにプルアップ抵抗部４０，４５を用いるだけで良い。その結果、モータ駆動装置８０の体格を小さくすることができる。

・短絡故障の有無を判定するために第１，第２インバータ６０，７０の下アームスイッチを閉動作させる構成では、下アームスイッチが開故障している場合に、対象スイッチの短絡故障の有無を適正に判定できないことが懸念される。この点、上記構成では、制御部３１は、対象スイッチを短絡故障と判定する際に、短絡故障の有無の判定に用いられる下アームスイッチが開故障でないと判定されたことを更に条件とすることとした。この場合、対象スイッチに対する短絡故障の有無の判定を適正に実施することができる。

・制御部３１は、各動力線Ｌ１～Ｌ３の電圧のうち、対象スイッチが設けられていない動力線の電圧を選択し、かつ選択した電圧を出力するＭＵＸ３０と、ＭＵＸ３０により出力された電圧をアナログ・デジタル変換した値を対象電圧とする。上記構成では、制御部３１において、各動力線の電圧の検出に用いるＡＣ・ＤＣ変換部を共通化することができるため、制御部３１の体格を小さくすることができ、ひいてはモータ駆動装置８０の体格をいっそう小さくすることができる。

（第１実施形態の変形例）
下アームの開故障の有無を判定することなく、対象スイッチに対する短絡故障の有無を判定してもよい。この場合、図５において、ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２３，Ｓ２４の各処理を抹消すればよい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第２実施形態と第１実施形態とで同じ箇所には、同一の符号を付しており、その説明は繰り返さない。

バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂが小さくなるほど第１，第２プルアップ抵抗部４０，４５を介して各動力線Ｌ１～Ｌ６に印加される入力電圧Ｖｉｎが小さくなるため、短絡故障が無い場合の検出電圧も小さくなる。そのため、検出電圧を短絡故障判定値ＴＨ２と比較することにより対象スイッチの短絡故障の有無を判定する構成では、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂに起因して、短絡故障の有無の判定結果に悪影響を及ぼすおそれがある。

本実施形態では、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂが小さいほど短絡故障の有無の判定に用いる短絡故障判定値ＴＨ２を小さな値に変更することにより、端子間電圧Ｖｂの変化に起因した短絡故障の有無の判定に対する悪影響を抑制している。

図６は、第２実施形態に係る短絡故障の有無を判定する手順を説明するフローチャートである。図６に示す処理は、制御部３１により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ３１では、電圧センサ２１により検出されたバッテリ２００の端子間電圧Ｖｂを取得する。

ステップＳ３２では、ステップＳ３１で取得した端子間電圧Ｖｂに基づいて短絡故障判定値ＴＨ２を設定する。本実施形態では、端子間電圧Ｖｂが小さくなるほど、短絡故障判定値ＴＨ２を小さな値に変更する。ステップＳ３２が閾値変更部に相当する。

そして、ステップＳ１１～Ｓ２６までの処理を実施する。

以上説明した本実施形態では、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂが小さいほど短絡故障判定値ＴＨ２が小さな値に変更されるため、端子間電圧Ｖｂの変化に起因した短絡故障の有無の判定に対する悪影響を抑制することができる。

（第２実施形態の変形例）
各動力線Ｌ１～Ｌ６に印加される入力電圧Ｖｉｎは、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂに第１，第２プルアップ抵抗部４０，４５の抵抗値に応じた分圧比を乗じた値となる。そのため、バッテリ２００の端子間電圧Ｖｂが変化しても、対象スイッチが短絡故障していなければ、端子間電圧Ｖｂを基準とする検出電圧の比は一定となる。そこで、本実施形態では、端子間電圧Ｖｂを基準とした検出電圧の比に基づいて、対象スイッチの短絡故障の有無を判定してもよい。

具体的には、図６のステップＳ３２において、短絡故障判定値ＴＨ２の設定に換えて、ステップＳ３１で取得した端子間電圧Ｖｂを基準とする各検出電圧Ｖｖ１，Ｖｕ１，Ｖｗ１の比（Ｖｖ１／Ｖｂ，Ｖｕ１／Ｖｂ，Ｖｗ１／Ｖｂ）を算出する。そして、ステップＳ１５では、ステップＳ３１で算出した端子間電圧Ｖｂを基準とする検出電圧Ｖｖ１の比（Ｖｖ１／Ｖｂ）が所定閾値よりも小さいと判定すると、ステップＳ１６に進み、Ｕ１相開放ＳＷ５１が短絡故障していると判定すればよい。また、ステップＳ２０では、端子間電圧Ｖｂを基準とする検出電圧Ｖｗ１の比（Ｖｗ１／Ｖｂ）が所定閾値よりも小さいと判定すると、ステップＳ２０に進み、Ｖ１相開放ＳＷ５２が短絡故障していると判定すればよい。そして、ステップＳ２５では、端子間電圧Ｖｂを基準とする検出電圧Ｖｕ１の比（Ｖｕ１／Ｖｂ）が所定閾値よりも小さいと判定すると、ステップＳ２６に進み、Ｗ１相開放ＳＷ５３が短絡故障していると判定すればよい。

本実施形態において、所定閾値は、各相開放ＳＷの短絡故障の有無を判定するための値であり、０よりも大きく、かつ１以下の値に定められている。

以上説明した本実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第３実施形態と第１実施形態とで同じ箇所には、同一の符号を付しており、その説明は繰り返さない。

操舵システム９０において、第１スイッチ群５０及び第２スイッチ群５５の少なくともいずれかの短絡故障が判定された場合、モータ１０から短絡故障が生じている相開放スイッチを介してインバータに回生電流が流れることが懸念される。そこで、本実施形態では、制御部３１は、対象スイッチに短絡故障が判定された場合に、この対象スイッチが含まれるいずれかのスイッチ群５０，５５に接続された第１，第２インバータ６０，７０の動作を禁止するフェールセーフを実施する。

図７は、本実施形態において、制御部３１により実施されるフェールセーフ処理の手順を示すフローチャートである。図７に示す処理は、制御部３１により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ４０では、第１スイッチ群５０及び第２スイッチ群５５のいずれもが短絡故障であるか否かを判定する。図５又は図６に示した短絡故障の有無の判定において、第１スイッチ群５０に含まれるＵ１～Ｗ１相開放ＳＷ５１～５３のいずれかと、第２スイッチ群５５に含まれるＵ２～Ｗ２相開放ＳＷ５６～５８のいずれかと、を共に短絡故障と判定している場合に、ステップＳ４０を肯定判定する。

ステップＳ４０を肯定判定してステップＳ４１に進む場合、ステップＳ４１では、第１，第２インバータ６０，７０の駆動を共に禁止することにより、第１，第２相群１１，１２への電力の供給を停止させる。第１，第２インバータ６０，７０の駆動を禁止することにより、モータ１０は、ステアリングシャフト９２に対して操舵アシストトルクを生じさせない。

第１，第２スイッチ群５０，５５の少なくとも一方が短絡故障している、又は第１，第２スイッチ群５０，５５のいずれも短絡故障していないと判定すると、ステップＳ４２に進み、第１スイッチ群５０のみが短絡故障であるか否かを判定する。第１スイッチ群５０のみが短絡故障であると判定した場合、ステップＳ４３に進み、第１インバータ６０の駆動を禁止する。この場合、第２インバータ７０のみが駆動することにより、モータ１０は第２相群１２のみでステアリングシャフト９２に操舵アシストトルクを生じさせる。

ステップＳ４２において第１スイッチ群５０のみが短絡故障であると判定しない場合、ステップＳ４４に進み、第２スイッチ群５５のみが短絡故障であるか否かを判定する。第２スイッチ群５５のみが短絡故障であると判定すると、ステップＳ４５に進み、第２インバータ７０の駆動を禁止する。この場合、第１インバータ６０のみが駆動することにより、モータ１０は第１相群１１のみでステアリングシャフト９２に操舵アシストトルクを生じさせる。

ステップＳ４１，Ｓ４３，Ｓ４５が禁止部に相当する。

ステップＳ４４において、第２スイッチ群５５のみが短絡故障であると判定しない場合、第１、第２スイッチ群５０，５５のいずれも短絡故障していないと判定していることになる。この場合、図７の処理を一旦終了する。

・以上説明した本実施形態では、対象スイッチにおける短絡故障の有無の判定結果を、操舵システム９０のフェールセーフに用いることができる。

（その他の実施形態）
・制御部３１は、その内部に、ＭＵＸ３０を備えるものであってもよい。この場合、制御部３１の各入力端子が各動力線Ｌ１～Ｌ６に接続されており、制御部３１の内部でＭＵＸ３０により各動力線Ｌ１～Ｌ６の電圧の選択が行われればよい。

・制御部３１は、ＭＵＸ３０を備えることに換えて、入力端子の数に応じた複数のＡＤ・ＤＣ変換部を備えていても良い。

・モータ駆動装置８０は、第１インバータ６０と第２インバータ７０とを備えることに換えて、第１インバータ６０のみを備えていても良い。この場合、モータ１０は、第１相群１１のみを備える構成であればよい。

・モータ駆動装置８０は、操舵システムに適用されるものに限られず、モータ１０を用いた駆動を行うものであればどのようなシステムにも適用することができる。

１０…モータ、１１…第１相群、１２…第２相群、５１～５３，５６～５８…相開放スイッチ、６０…第１インバータ、７０…第２インバータ、８０…モータ駆動装置、ＢＤ…寄生ダイオード、Ｌ１～Ｌ６…動力線。

Claims (6)

1. モータ（１０）の各相（１１，１２）に動力線（Ｌ１～Ｌ６）を介して接続されており、前記各相に対して電圧を選択的に印加することが可能なインバータ（６０，７０）と、前記動力線のそれぞれに設けられており、前記各相から前記インバータに向けた通電の可否を切り替える相開放スイッチ（５１～５３，５６～５８）と、を備えたモータ駆動装置（８０）であって、
   前記各動力線において、前記各相開放スイッチよりも前記インバータ側に接続されており、電源（２００）からの所定電圧を前記各動力線に印加するプルアップ抵抗部（４０，４５）と、
   判定対象の前記相開放スイッチである対象スイッチに対して短絡故障の有無を判定する短絡判定部と、
   前記各動力線の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
   前記各動力線において、前記各相開放スイッチよりも前記インバータ側に、グランドと接続されるプルダウン抵抗部は接続されておらず、
   前記相開放スイッチは、開状態において前記インバータから前記モータの各相に向けた通電を可能にし、
   前記短絡判定部は、全ての前記相開放スイッチを開動作させた後、前記相開放スイッチのうち前記対象スイッチが設けられている前記動力線をグラウンドに接続させるように前記インバータを動作させ、かつ前記電圧検出部により検出された前記対象スイッチが設けられていない前記動力線の前記電圧である対象電圧が前記所定電圧よりも低下していると判定した場合に、前記対象スイッチを短絡故障と判定するモータ駆動装置。
2. 前記電源は蓄電池であり、
   前記短絡判定部は、前記対象電圧を所定閾値と比較することにより前記対象電圧が前記所定電圧よりも低下しているか否かを判定し、
   前記蓄電池の端子間電圧が小さいほど前記所定閾値を小さな値に変更する閾値変更部を備える請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記電源は蓄電池であり、
   前記短絡判定部は、前記蓄電池の端子間電圧を基準とした前記対象電圧の比に基づいて、前記対象電圧が前記所定電圧よりも低くなっているか否かを判定する請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記短絡判定部は、前記インバータに対して前記対象スイッチが設けられた前記動力線に繋がる下アームを閉動作させることにより、前記対象スイッチが設けられている前記動力線をグラウンドに接続させ、
   前記短絡判定部により閉動作される前記下アームの開故障の有無を判定する開故障判定部を備え、
   前記短絡判定部は、前記対象スイッチを短絡故障と判定する際に、前記開故障判定部により前記下アームが開故障でないと判定されたことを更に条件とする請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電圧検出部は、
   前記各動力線の電圧のうち、対象スイッチが設けられていない前記動力線の電圧を選択し、選択した前記電圧を出力する出力切替部（３０）と、
   前記出力切替部により出力された前記電圧をアナログ・デジタル変換した値を前記対象電圧とする変換部（３１）と、を備える請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の前記モータ駆動装置と、前記モータとを備え、前記モータの駆動力により運転者のステアリング操作を補助する操舵システム（１００）であって、
   前記モータは、第１の相群（１１）と第２の相群（１２）とを有する多重巻線式のモータであって、
   前記インバータとして、前記第１の相群に電圧を印加する第１インバータ（６０）と、前記第２の相群に電圧を印加する第２インバータ（７０）とを備え、
   前記第１インバータと前記第１の相群とを接続する動力線に設けられた前記相開放スイッチである第１スイッチ群（５０）と、前記第２インバータと前記第２の相群とを接続する動力線に設けられた前記相開放スイッチである第２スイッチ群（５５）とを備え、
   前記短絡判定部により、前記第１スイッチ群及び前記第２スイッチ群のうち、いずれかの短絡故障が判定された場合に、前記第１インバータ及び前記第２インバータのうち、短絡故障が判定された前記スイッチ群に接続されている前記インバータの駆動を禁止する禁止部を備える操舵システム。

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