JP6683152B2

JP6683152B2 - 異常診断装置

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Inventors: 光太郎中島; 崇志鈴木; 雅也滝; 洋平金田
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Description

本発明は、電源入力回路等の異常を診断する異常診断装置に関する。

従来、直流電源と、電力変換器入力側の平滑コンデンサとの間の電源線に電源リレーが設けられ、電力変換器の動作開始前に、電源リレーを閉じた状態でプリチャージ回路から平滑コンデンサに充電する電源入力回路が知られている。また、電源リレーとして、互いの接続側から反対側への電流を許容する還流ダイオードを有する２つのスイッチング素子が直列接続された、双方向電源リレーの構成が知られている。
双方向電源リレーの第１リレーは、直流電源が正規の向きに取り付けられたとき、直流電源から電源線を経由して電力変換器に流れる電流を遮断する。双方向電源リレーの第２リレーは、直流電源が正規と逆向きに取り付けられたとき、直流電源からグランド線を逆回りに経由して電力変換器に流れる電流を遮断する。

例えば特許文献１に開示されたモータ制御装置は、このような構成でのイニシャルチェックにおいて、第１リレーと第２リレーとの間のリレー間電圧を検出する電圧検出手段を備える。プリチャージ回路によるコンデンサ充電後の第１ステップでは、第１リレー及び第２リレーがＯＦＦに操作された状態で、リレー間電圧に基づいて、第１リレー又は第２リレーの少なくとも一方のショート故障が診断される。第２、第３ステップでは、第１リレー及び第２リレーの一方がＯＦＦ、他方がＯＮに操作された状態で、リレー間電圧に基づいて、第１リレー及び第２リレーのオープン故障が診断される。

特許第５３１１２３３号公報

特許文献１の従来技術では、第１リレー及び第２リレーの故障診断は、プリチャージ回路によるコンデンサの充電が正常になされたことを前提として実行される。しかし、プリチャージ回路が正常に動作せずプリチャージ電圧が不足する異常、プリチャージ回路から電源線までのプリチャージ経路の断線故障、コンデンサ電極間のショート故障の場合にはコンデンサが正常に充電されない。特許文献１の従来技術では、このような故障モードを想定しておらず、それらの異常を診断することができない。また、それらの異常に気付かないまま双方向電源リレーの故障診断を実施すると、判定を誤るおそれがあった。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、プリチャージ回路によるコンデンサの充電が正常になされたことを診断した後、双方向電源リレーの故障を診断可能な異常診断装置を提供することである。

本発明は、電源入力回路（２０１、２０２）に用いられる異常診断装置である。
電源入力回路において、直流電源（１５）の正極と電力変換器（７０）とを接続する電源線（Ｌｐ）の途中に、第１リレー（２１）が直流電源側に、第２リレー（２２）が電力変換器側に直列接続されている。第１リレーは、電力変換器側から直流電源側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である。第２リレーは、直流電源側から電力変換器側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である。
また、電源入力回路において、電力変換器への入力電圧を平滑化するコンデンサ（２４）の高電位側の電極（２５）が、電源線の第２リレーと電力変換器との間、又は、第１リレーと第２リレーとの間に接続されている。

本発明の異常診断装置は、プリチャージ回路（３０）と、プリチャージ電圧検出回路（４０）と、リレー間電圧検出回路（５０）と、判定部（６５）とを備える。
プリチャージ回路は、回路動作により所望のプリチャージ電圧（Ｖｐ）を生成可能である。プリチャージ回路は、プリチャージ経路（３６、３７）を経由してコンデンサの高電位側電極に接続され、直流電源とコンデンサの高電位側電極との間の経路が遮断された状態でコンデンサの高電位側電極にプリチャージ電圧を印加しコンデンサを充電する。
プリチャージ電圧検出回路は、プリチャージ回路が出力したプリチャージ電圧を検出する。
リレー間電圧検出回路は、第１リレーと第２リレーとの間の電源線の電圧であるリレー間電圧（Ｖｍ）を検出する。

判定部は、プリチャージ電圧検出回路の検出値及びリレー間電圧検出回路の検出値に基づいて、所定の故障モードについての異常を判定する。
ここで、プリチャージ電圧検出回路又はリレー間電圧検出回路の「検出値」には、プリチャージ電圧又はリレー間電圧そのものの値に限らず、例えば分圧抵抗で分圧された変換値が含まれる。

この異常診断装置は、第１ステップと、第２ステップと、リレー故障診断ステップと、を実施する。
第１ステップでは、異常診断装置は、第１リレー及び第２リレーがＯＦＦ、プリチャージ回路の動作がＯＮに操作された状態で、プリチャージ電圧検出回路の検出値に基づいて、プリチャージ電圧の不足、又は、コンデンサの電極間ショート故障を診断する。
第１ステップでの正常判定後の第２ステップでは、異常診断装置は、第１リレー、第２リレー、及び、プリチャージ回路の動作がＯＦＦに操作された状態で、プリチャージ電圧検出回路の検出値又はリレー間電圧検出回路の検出値に基づいて、プリチャージ経路の断線故障を診断する。
第２ステップでの正常判定後のリレー故障診断ステップでは、異常診断装置は、第１リレー又は第２リレーのショート故障及びオープン故障を診断する。

本発明の異常診断装置は、リレー故障診断の前に第１ステップで、プリチャージ電圧の不足、又は、コンデンサの電極間ショート故障を診断し、第２ステップで、プリチャージ経路の断線故障を診断する。したがって、特許文献１の従来技術に対しイニシャルチェックで診断可能な故障モードが拡大し、フェールセーフ機能が向上する。
また、第１、第２ステップでプリチャージ回路によるコンデンサの充電が正常になされたことを診断した後、リレー故障診断を実施するため、リレー故障診断での誤判定を回避することができ、イニシャルチェックの信頼性が向上する。

各実施形態の異常診断装置を含むモータ制御装置が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図。図１のモータ制御装置において電源入力回路及びプリチャージ回路等の構成を示す図。第１実施形態の異常診断装置の構成図。第１実施形態の異常診断装置による異常診断方法を示す図。第２実施形態の異常診断装置の構成図。第２実施形態の異常診断装置による異常診断方法を示す図。

以下、異常診断装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。第１、第２実施形態を包括して「本実施形態」という。
本実施形態の異常診断装置は、車両の電動パワーステアリング装置においてアシストモータの駆動を制御するモータ制御装置に適用される。まず、各実施形態に共通する電動パワーステアリング装置の構成、及び、モータ制御装置の構成の概略を説明する。

［電動パワーステアリング装置の構成］
図１に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム１００の全体構成を示す。なお、図１に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。
ステアリングシステム１００は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、操舵トルクセンサ９４、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。

ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア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が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル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によりラック軸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。
操舵トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。

電動パワーステアリング装置９０は、モータ制御装置１０、モータ８０、及び、減速ギア８９等を含む。モータ８０は、例えば三相ブラシレスモータである。
モータ制御装置１０は、操舵トルクＴｓに基づいて、モータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。具体的には、モータ制御装置１０は、モータ電流及び電気角の検出値を取得し、電流フィードバック制御により「電力変換器」としてのインバータ７０を駆動する。インバータ７０は、「直流電源」としてのバッテリ１５の直流電力を三相交流電力に変換してモータ８０へ供給する。一般的なモータ制御は周知技術であるため、詳細な説明を省略する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア８９を介してステアリングシャフト９２に伝達される。

本実施形態のモータ制御装置１０は、バッテリ１５とインバータ７０との間に設けられる電源入力回路２０について異常を診断する異常診断装置６０を備えている。この異常診断装置は、車両スイッチのＯＮ後、モータ駆動開始前のイニシャルチェックとして、電源入力回路２０の電源リレー等の異常を診断する。異常診断装置６０の構成、及び、異常診断の方法については後述する。

［モータ制御装置の構成］
図２にモータ制御装置１０の概略構成を示す。詳しくは、コンデンサ２４の高電位側電極２５が接続される位置に関し、第１実施形態の構成が図２に示されている。そのため、電源入力回路の符号として第１実施形態の電源入力回路の符号「２０１」を記す。なお、図２に示されるそれ以外の構成は、第１及び第２実施形態に共通である。
また、図２では、エンジン車両を想定し、モータ制御装置１０の入力端子に「イグニッション」を意味する「ＩＧ」、「ＰＩＧ」の記号を用いている。ただし、ハイブリッド車両等では、適宜、ＩＧを相当する用語に読み替えればよい。以下、図２のＩＧラインに設けられたスイッチを「車両スイッチ１６」と記載する。

モータ制御装置１０は、インバータ７０、電源入力回路２０１、及びプリチャージ回路３０を含む。
インバータ７０は、上下アームの６つのスイッチング素子７１−７６がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子７１、７２、７３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子７４、７５、７６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。
スイッチング素子７１−７６は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが付随している。なお、ＭＯＳＦＥＴでは、還流ダイオードは、素子内部の寄生ダイオードとして構成される。

インバータ７０の高電位側、すなわち上アームのスイッチング素子７１、７２、７３のドレインは電源線Ｌｐを介してバッテリ１５の正極と接続される。また、インバータ７０の低電位側、すなわち下アームのスイッチング素子７４、７５、７６のソースは、グランド線Ｌｇを介してバッテリ１５の負極と接続される。

電源入力回路２０１は、双方向の電源リレーを構成する第１リレー２１及び第２リレー２２と、インバータ７０への入力電圧を平滑化するコンデンサ２４とを含む。
第１リレー２１及び第２リレー２２は、電源線Ｌｐの途中に直列接続される。
バッテリ１５側に設けられる第１リレー２１は、インバータ７０側からバッテリ１５側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である。
インバータ７０側に設けられる第２リレー２２は、バッテリ１５側からインバータ７０側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である。

本実施形態では、第１リレー２１及び第２リレー２２はＭＯＳＦＥＴで構成され、還流ダイオードは、素子内部の寄生ダイオードとして構成される。ただし他の実施形態では、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子に対しダイオード素子を並列接続することにより、第１リレー２１及び第２リレー２２を構成してもよい。
第１リレー２１は、バッテリ１５が正規の向きに取り付けられたとき、バッテリ１５から電源線Ｌｐを経由してインバータ７０に流れる電流を遮断する。
第２リレー２２は、バッテリ１５が正規と逆向きに取り付けられたとき、バッテリ１５からグランド線を逆回りに経由してインバータ７０に流れる電流を遮断するものであり、「逆接続保護リレー」又は「逆接続防止リレー」等と称される。
ここで、電源線Ｌｐの第１リレー２１と第２リレー２２との間の部位を「Ｍ部」と定義する。

コンデンサ２４の２つの電極のうち、電源線Ｌｐに接続される側の電極を高電位側電極２５とし、グランド線Ｌｇに接続される側の電極を低電位側電極２６とする。なお、コンデンサ２４自体の構成は、極性を有する電解コンデンサに限らず、無極性コンデンサであってもよい。無極性コンデンサの場合、高電位側電極２５及び低電位側電極２６の用語は、接続された回路での配置を区別するためのものに過ぎない。

プリチャージ回路３０は、回路動作により所望のプリチャージ電圧Ｖｐを生成可能である。プリチャージ回路３０は、モータ８０の駆動開始前に、バッテリ１５とコンデンサ２４の高電位側電極２５との間の経路が遮断された状態で、コンデンサ２４の高電位側電極２５にプリチャージ電圧Ｖｐを印加し、コンデンサ２４を充電する。なお、「バッテリ１５とコンデンサ２４の高電位側電極２５との間の経路が遮断された状態」とは、少なくとも第１リレー２１がＯＦＦした状態である。

例えば図２に示すプリチャージ回路３０は、制御回路３１と、直列接続されたＦＥＴ３２、抵抗３３、抵抗３４、ＦＥＴ３５とを備える。プリチャージ回路３０には、バッテリ１５の電圧が車両スイッチ１６を介して入力される。そして、プリチャージ回路３０は、２つのＦＥＴ３２、３５のスイッチング動作をｄｕｔｙ制御することにより、抵抗３３、３４間の電圧をプリチャージ電圧Ｖｐとして出力する。
ここで、プリチャージ回路３０がプリチャージ電圧Ｖｐを出力する部位を「Ｐ部」と定義する。

［異常診断装置の構成、及び異常診断方法］
例えば特許文献１（特許第５３１１２３３号公報）には、このような構成のモータ制御装置において、双方向電源リレーのショート故障及びオープン故障を診断するモータ制御装置が開示されている。
しかし特許文献１の従来技術では、故障モードとして、プリチャージ電圧の不足、プリチャージ経路の断線、又は、コンデンサの電極間ショート故障により、コンデンサが正常に充電されない場合を想定していない。したがって、それらの異常を診断することができない。また、それらの異常に気付かないまま双方向電源リレーの故障診断を実施すると、判定を誤るおそれがあった。

それに対し本実施形態の異常診断装置６０は、プリチャージ回路３０によるコンデンサ２４の充電が正常になされたことを診断した後、第１リレー２１及び第２リレー２２の故障を診断可能とするものである。
次に、本実施形態による異常診断装置６０の詳細な構成及び作用効果について、第１実施形態及び第２実施形態に分けて説明する。第１実施形態の異常診断装置の符号を「６０１」とし、第２実施形態の異常診断装置の符号を「６０２」とする。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図３、図４を参照して説明する
第１実施形態の電源入力回路２０１では、コンデンサ２４の高電位側電極２５は、電源線Ｌｐ上の、第２リレー２２とインバータ７０との間のＱ１部に接続されている。
異常診断装置６０１は、プリチャージ回路３０、プリチャージ電圧検出回路４０、リレー間電圧検出回路５０、及び、判定部６５を備える。

プリチャージ回路３０は、コンデンサ２４の高電位側電極２５が接続された電源線Ｌｐ上のＱ１部に、プリチャージ経路３６を経由して接続されている。
プリチャージ電圧検出回路４０は、プリチャージ回路３０の出力部であるＰ部の電圧を検出する。Ｐ部の電圧は、プリチャージ回路３０が出力したプリチャージ電圧Ｖｐに相当する。

本実施形態のプリチャージ電圧検出回路４０は、接続点Ｊｐを挟んで、抵抗値Ｒｐｕの上側分圧抵抗４１、及び、抵抗値Ｒｐｄの下側分圧抵抗４２が直列接続されている。上側分圧抵抗４１の接続点Ｊｐとは反対側はＰ部に接続され、下側分圧抵抗４２の接続点Ｊｐとは反対側は接地される。プリチャージ電圧検出回路４０は、分圧抵抗４１、４２の接続点Ｊｐの電圧をプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃として判定部６５に出力する。

リレー間電圧検出回路５０は、Ｍ部のリレー間電圧Ｖｍを検出する。
本実施形態のリレー間電圧検出回路５０は、プリチャージ電圧検出回路４０と同様に、接続点Ｊｍを挟んで、抵抗値Ｒｍｕの上側分圧抵抗５１、及び、抵抗値Ｒｍｄの下側分圧抵抗５２が直列接続されている。上側分圧抵抗５１の接続点Ｊｍとは反対側はＭ部に接続され、下側分圧抵抗５２の接続点Ｊｍとは反対側は接地される。リレー間電圧検出回路５０は、分圧抵抗５１、５２の接続点Ｊｍの電圧をリレー間電圧変換値Ｖｍ＃として判定部６５に出力する。

判定部６５は、典型的にはマイコンで構成され、図２に示すＩＧラインの電圧で動作する。判定部６５は、入力されたプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃及びリレー間電圧変換値Ｖｍ＃の電圧信号をＡ／Ｄ変換し、内部に記憶した判定閾値と比較することにより異常判定を行う。異常判定の詳細については後述する。

次に図４を参照し、異常診断装置６０１による異常診断方法を示す。この異常診断は、車両スイッチのＯＮ後、モータ駆動開始前のイニシャルチェックとして実施される。
異常診断装置６０１は、第１ステップから順に診断を実施し、異常と判定された時点で診断を終了し、各ステップで正常と判定されれば次のステップに移行する。つまり、第２ステップ以下の診断ステップでは、それ以前のステップの故障モードについて正常であることを前提として異常判定される。最後の第５ステップで正常と判定されたとき、全ての故障モードについて異常はないと診断される。

電動パワーステアリング装置９０に適用されるモータ制御装置１０では、イニシャルチェックのいずれかのステップで異常と判定された場合、例えば車両の他のＥＣＵへの異常通知や、運転者への異常警報が行われる。
また、本実施形態の異常診断で全て正常と判定されたとしても、インバータ７０のスイッチング素子７１−７６やモータ巻線、各種センサ等、電源入力回路２０１以外の箇所のイニシャルチェックが別に実施される場合がある。その場合、モータ制御装置１０は、全ての箇所の異常診断で正常と判定された後、モータ８０の駆動制御を開始する。

図４には、各ステップでの第１リレー２１、第２リレー２２及びプリチャージ回路３０の操作、異常判定の判定値及び判定条件を示す。
操作とは、制御装置からの操作指令を意味し、実際の動作を意味しない。つまり、第１リレー２１、第２リレー２２及びプリチャージ回路３０が正常であれば、操作指令の通りに動作するが、異常の場合、操作指令と実際の動作とは一致しない。また、プリチャージ回路３０の操作については、プリチャージ回路３０を動作させることを「ＯＮ」と記し、プリチャージ回路３０を動作させないことを「ＯＦＦ」と記す。

判定値に関しては、第１及び第２ステップでは、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃が判定値として用いられ、第３〜第５ステップでは、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃が判定値として用いられる。
また、参考として、正常時及び異常時における判定値の理論値を示す。この理論値は、回路の配線抵抗や第１リレー２１、第２リレー２２のＯＮ抵抗を無視し、また、診断中にコンデンサ２４が放電しない前提での値である。実際の設計では、理論値に対し配線抵抗、放電による誤差や特性ばらつき等を考慮して判定閾値Ａ１〜Ｅ１が設定される。なお、異常判定条件と不等号の向きを合わせるため、異常時の理論値を左側に、正常時の理論値を右側に記載する。

ここで、プリチャージ電圧検出回路４０の分圧比αｐ、及び、リレー間電圧検出回路５０の分圧比αｍを式（１）、（２）で定義する。各分圧比αｐ、αｍは、上下の分圧抵抗の合計抵抗値に対する下側分圧抵抗の抵抗値の割合を意味する。
αｐ＝Ｒｐｄ／（Ｒｐｄ＋Ｒｐｕ）・・・（１）
αｍ＝Ｒｍｄ／（Ｒｍｄ＋Ｒｍｕ）・・・（２）
また、バッテリ電圧Ｖｂはプリチャージ電圧Ｖｐよりも大きい、すなわちＶｂ＞Ｖｐの関係にある。以下、「αｐ・Ｖｐ」等の「・」は、乗算を示す記号である。

続いて、ステップ順に詳しく説明する。
＜第１ステップ＞
第１ステップでは、第１リレー２１及び第２リレー２２がＯＦＦ、プリチャージ回路３０の動作がＯＮに操作された状態で、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃に基づき、プリチャージ電圧Ｖｐの不足、又は、コンデンサ２４の電極間ショート故障が診断される。
コンデンサ２４の電極間がショートしておらず、且つ、プリチャージ回路３０が正常に動作してプリチャージ電圧Ｖｐを出力していれば、判定部６５に入力されるプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は、αｐ・Ｖｐとなる。

一方、コンデンサ２４の電極間がショートしている場合、コンデンサ２４には充電されず、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は０となる。
また、プリチャージ回路３０が全く動作せず、プリチャージ電圧Ｖｐが出力されない場合、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は０となる。或いは、プリチャージ回路３０が動作はするものの、出力電圧が正常時より不足する場合、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は、０より大きく正常時の値αｐ・Ｖｐより小さい値となる。そのため、図４には、異常時の理論値を括弧付きで（０）と記す。
よって、判定部６５は、αｐ・Ｖｐ以下に設定される判定閾値Ａ１よりもプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃が小さいとき、異常と判定する。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、第１リレー２１、第２リレー２２、プリチャージ回路３０の動作がいずれもＯＦＦに操作された状態で、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃に基づき、プリチャージ経路３６の断線故障が診断される。プリチャージ経路３６の断線故障には、経路途中の断線の他、経路端部の端子接続が外れる故障が含まれる。
プリチャージ経路３６が正常に接続されていれば、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は、第１ステップの値が維持され、αｐ・Ｖｐとなる。プリチャージ経路３６が断線故障している場合、プリチャージ回路３０の動作をＯＦＦすることにより出力電圧が０となるため、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃は０となる。
よって、判定部６５は、αｐ・Ｖｐ以下に設定される判定閾値Ｂ１よりもプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃が小さいとき、異常と判定する。

以下の第３〜第５ステップは、基本的に特許文献１の従来技術と同様である。第３〜第５ステップをまとめて、「リレー故障診断ステップ」という。
＜第３ステップ＞
第３ステップでは、第１リレー２１及び第２リレー２２がＯＦＦ、プリチャージ回路３０の動作がＯＮに操作された状態で、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃に基づき、第１リレー２１又は第２リレー２２のいずれか一方、又は両方のショート故障が診断される。なお、異常値の理論値は、第１リレー２１又は第２リレー２２のいずれか一方がショート故障し、他方が正常である場合の値を示す。

第１リレー２１及び第２リレー２２が正常にＯＦＦしていれば、第１ステップ以後、リレー間電圧Ｖｍは変化しない。したがって、イニシャルチェックを開始する前の残電圧が維持されている。例えばモータ駆動停止前にコンデンサ２４のディスチャージをした後、第２リレー２２をＯＦＦする構成では残電圧は０となる。また、インバータ７０の動作停止後、Ｑ１部の電圧がリレー間電圧Ｖｍよりも低ければ、第２リレー２２の還流ダイオードを経由してＭ部からＱ１部に電流が流れ、リレー間電圧Ｖｍが低下する。したがって、モータ駆動停止時の残電圧は比較的低い値になると考えられる。

第１リレー２１がショート故障の場合、バッテリ電圧Ｖｂが第１リレー２１を経由してＭ部に印加されるため、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｂとなる。
第２リレー２２がショート故障の場合、プリチャージ電圧Ｖｐが第２リレー２２を経由してＭ部に印加されるため、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｐとなる。
残電圧が比較的小さい前提では、Ｖｂ＞Ｖｐより、αｍ・Ｖｂ＞αｍ・Ｖｐ＞残電圧、となる。よって、判定部６５は、想定される最大の残電圧以上に設定される判定閾値Ｃ１よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が大きいとき、異常と判定する。

＜第４ステップ＞
第４ステップでは、第１リレー２１がＯＦＦ、第２リレー２２がＯＮ、プリチャージ回路３０の動作がＯＮに操作された状態で、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃に基づき、第２リレー２２のオープン故障が診断される。
第２リレー２２が正常にＯＮしていれば、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｐとなる。第２リレー２２がオープン故障の場合、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃は、第３ステップでの正常値である残電圧となる。
残電圧が比較的小さい前提では、残電圧＜αｍ・Ｖｐである。よって、判定部６５は、αｍ・Ｖｐ以下に設定される判定閾値Ｄ１よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が小さいとき、異常と判定する。

＜第５ステップ＞
第５ステップでは、第１リレー２１がＯＮ、第２リレー２２がＯＦＦに操作された状態で、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃に基づき、第１リレー２１のオープン故障が診断される。第２リレー２２がショート故障していないことが判定済みであるため、プリチャージ回路３０の操作はＯＮでもＯＦＦでもよい。
第１リレー２１が正常にＯＮしていれば、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｂとなる。第１リレー２１がオープン故障の場合、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃は、第４ステップでの正常値であるαｍ・Ｖｐとなる。
αｍ・Ｖｐ＜αｍ・Ｖｂであるため、判定部６５は、αｍ・Ｖｂ以下に設定される判定閾値Ｅ１よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が小さいとき、異常と判定する。

以上のように第１実施形態の異常診断装置６０１は、リレー故障診断の前に第１ステップで、プリチャージ電圧Ｖｐの不足、又は、コンデンサ２４の電極間ショート故障を診断し、第２ステップで、プリチャージ経路３６の断線故障を診断する。したがって、特許文献１の従来技術に対しイニシャルチェックで診断可能な故障モードが拡大し、フェールセーフ機能が向上する。
また、第１、第２ステップでプリチャージ回路３０によるコンデンサ２４の充電が正常になされたことを診断した後、リレー故障診断を実施するため、リレー故障診断での誤判定を回避することができ、イニシャルチェックの信頼性が向上する。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図５、図６を参照して説明する。図５において、第１実施形態の図３と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態の電源入力回路２０２では、コンデンサ２４の高電位側電極２５は、電源線Ｌｐ上の、第１リレー２１と第２リレー２２との間のＭ部に接続されている。
異常診断装置６０２のプリチャージ回路３０とＭ部とは、抵抗値Ｒ１のプリチャージ抵抗３８が設けられたプリチャージ経路３７を経由して接続されている。また、プリチャージ回路３０は、第２リレー診断用経路３９を経由して、電源線Ｌｐ上の、第２リレー２２とインバータ７０との間のＱ２部に接続されている。

第１実施形態と同様に、プリチャージ電圧検出回路４０はＰ部のプリチャージ電圧Ｖｐを検出し、リレー間電圧検出回路５０はＭ部のリレー間電圧Ｖｍを検出する。判定部６５は、プリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃及びリレー間電圧変換値Ｖｍ＃に基づいて、各故障モードについて正常又は異常を判定する。

図６に、第２実施形態の異常診断装置６０２による異常診断方法を示す。各ステップで診断される故障モード、並びに、第１リレー２１、第２リレー２２及びプリチャージ回路３０の操作は第１実施形態と同じである。
第２ステップの判定値としてリレー間電圧変換値Ｖｍ＃を用いる点が、主に第１実施形態と異なる。また、いくつかのステップで、正常時又は異常時における判定値の理論値が第１実施形態と異なる。ただし、異常判定条件での判定値と閾値との不等号の向きは、いずれも第１実施形態と同じである。各ステップの閾値Ａ２〜Ｅ２は、それぞれ、第１実施形態の閾値Ａ１〜Ｅ１と同じ値としてもよく、異なる値に設定してもよい。

ここで、第１実施形態で定義した分圧比αｐ、αｍに加え、プリチャージ抵抗３８を含めたリレー間電圧検出回路５０での分圧比βｍを式（３）で定義する。βｍは、αｍに対し分母が大きく分子が等しいため、αｍ＞βｍの関係となる。
βｍ＝Ｒｍｄ／（Ｒｍｄ＋Ｒｍｕ＋Ｒ１）・・・（３）
また、図６には表れないが、説明上、Ｍ部における分圧比γｍを式（４）で定義する。
γｍ＝（Ｒｍｄ＋Ｒｍｕ）／（Ｒｍｄ＋Ｒｍｕ＋Ｒ１）・・・（４）

続いて、ステップ順に詳しく説明する。
＜第１ステップ＞
第１実施形態と同じである。

＜第２ステップ＞
プリチャージ経路３７が正常に接続されていれば、第１ステップでコンデンサ２４が充電され、リレー間電圧Ｖｍはγｍ・Ｖｐとなる。したがって、正常時のリレー間電圧変換値Ｖｍ＃はβｍ・Ｖｐである。プリチャージ経路３７が断線故障している場合、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃は０となる。
よって、判定部６５は、βｍ・Ｖｐ以下に設定される判定閾値Ｂ２よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が小さいとき、異常と判定する。

＜第３ステップ＞
第１リレー２１及び第２リレー２２が正常にＯＦＦしていれば、第２ステップのリレー間電圧Ｖｍが維持されるため、正常時のリレー間電圧変換値Ｖｍ＃はβｍ・Ｖｐである。
第１リレー２１がショート故障の場合、バッテリ電圧Ｖｂが第１リレー２１を経由してＭ部に印加されるため、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｂとなる。
第２リレー２２がショート故障の場合、第２リレー診断用経路３９を経由してＱ２部に印加されたプリチャージ電圧Ｖｐが、第２リレー２２を経由してＭ部に印加されるため、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｐとなる。
αｍ＞βｍ、及び、Ｖｂ＞Ｖｐより、αｍ・Ｖｂ＞αｍ・Ｖｐ＞βｍ・Ｖｐ、である。よって、判定部６５は、βｍ・Ｖｐ以上に設定される判定閾値Ｃ２よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が大きいとき、異常と判定する。

＜第４ステップ＞
第２リレー２２が正常にＯＮしていれば、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｐとなる。第２リレー２２がオープン故障の場合、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃は、第３ステップでの正常値であるβｍ・Ｖｐとなる。
βｍ・Ｖｐ＜αｍ・Ｖｐであるため、判定部６５は、αｍ・Ｖｐ以下に設定される判定閾値Ｄ２よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が小さいとき、異常と判定する。

＜第５ステップ＞
第１リレー２１が正常にＯＮしていれば、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃はαｍ・Ｖｂとなる。第１リレー２１がオープン故障の場合、リレー間電圧変換値Ｖｍ＃は、第３ステップでの正常値であるβｍ・Ｖｐとなる。
βｍ・Ｖｐ＜αｍ・Ｖｂであるため、判定部６５は、αｍ・Ｖｂ以下に設定される判定閾値Ｅ２よりもリレー間電圧変換値Ｖｍ＃が小さいとき、異常と判定する。

第２実施形態の電源入力回路２０２は、コンデンサ２４の高電位側電極２５がリレー間のＭ部に接続されている。そのため、第２リレー２２がオープン故障していない限り、第２リレー２２のＯＦＦ時に、コンデンサ２４とインバータ７０とは遮断される。したがって、外力によってモータ８０が回転し逆起電圧が発生した場合、インバータ７０の低電位側からコンデンサ２４を経由してインバータ７０の高電位側に戻る電流経路を通ってブレーキ電流が流れることが防止される。特に電動パワーステアリング装置９０では、外力によって逆起電圧が発生する状況となる可能性が高いため、電源入力回路２０２の構成を採用することが有効である。

また、そのような構成の電源入力回路２０２に対し、第２実施形態の異常診断装置６０２は、プリチャージ経路３７に抵抗値Ｒ１のプリチャージ抵抗３８を設けることで、上記のような異常診断を実施可能である。したがって、第１実施形態と同様に、プリチャージ回路３０によるコンデンサ２４の充電が正常になされたことを診断した上で、電源リレー２１、２２の故障を診断可能である。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、プリチャージ電圧検出回路４０及びリレー間電圧検出回路５０は、それぞれ、Ｍ部の電圧を分圧したプリチャージ電圧変換値Ｖｐ＃、及び、Ｐ部の電圧を分圧したリレー間電圧変換値Ｖｍ＃を判定部６５に出力する。他の実施形態では、プリチャージ電圧検出回路及びリレー間電圧検出回路が検出した電圧値をそのまま判定部に出力し、例えば判定部内で変換演算を行った上で異常判定を実施するようにしてもよい。
このように、「プリチャージ電圧検出回路の検出値及びリレー間電圧検出回路の検出値に基づいて異常判定を行う判定部」という定義における「検出値」は、検出値そのもの、又は検出値の変換値の両方を含む。

（ｂ）上記実施形態の第１ステップでは、プリチャージ回路３０の動作異常による故障モードとして、出力電圧が０の場合、又は、正常時に対し不足する場合を想定している。これに加え、第１ステップにおいて正常範囲上限側の判定閾値を設定し、出力電圧が過大となるプリチャージ回路３０の動作異常を判定するようにしてもよい。
ただし、電動パワーステアリング装置９０では、外力によってモータ８０が回転することにより発生した過大な逆起電圧がインバータ７０に印加される場合があり、過大な電圧がプリチャージ回路３０の動作異常によるものかどうかの判別が困難である。そのため、上記実施形態の第１ステップでは、判定値を正常範囲下限側の判定閾値Ａ１、Ａ２とのみ比較している。

（ｃ）上記実施形態の第１ステップ及び第２ステップは、判定部６５及びプリチャージ回路３０に安定した電圧が供給されている時に判定が実施されることが好ましい。したがって、判定部６５の動作電圧でもある図２のＩＧラインの電圧検出値が所定値以上の時に判定を実施し、ＩＧラインの電圧検出値が所定値未満の時は判定を待機することとしてもよい。
また、第２ステップで所定時間以上待機し続けた場合、コンデンサ２４に充電された電荷が放電され、異常状態と正常状態とが見分けられなくなるおそれがある。そのため、第２ステップで所定時間以上待機し続けた場合、判定を中止し、次のステップに進むこととしてもよい。

（ｄ）プリチャージ回路３０の具体的な構成は、図２に示すようなＦＥＴのスイッチング動作によるものに限らず、回路動作により所望のプリチャージ電圧を生成可能な回路であればよい。言い換えれば、単に固定抵抗を介して入力電圧を降圧する回路等は除外される。また、プリチャージ回路３０の入力電圧の電源は、電源入力回路２０の電源であるバッテリ１５とは別であってもよい。例えば、独立した定電圧電源がプリチャージ回路３０として用いられてもよい。

（ｅ）電力変換器は、三相交流インバータに限らず、四相以上の多相交流インバータやＤＣＤＣコンバータであってもよい。
（ｆ）電力変換器の負荷は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータに限らず、他の用途のモータや、モータ以外の負荷であってもよい。特に車両用補機を駆動するシステムのように、電源入力回路のイニシャルチェックが要求されるシステムにおいて、本発明は有効である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１５・・・バッテリ（直流電源）、
２０１、２０２・・・電源入力回路、
２１・・・第１リレー、２２・・・第２リレー、
２４・・・コンデンサ、２５・・・高電位側電極、
３０・・・プリチャージ回路、３６、３７・・・プリチャージ経路、
４０・・・プリチャージ電圧検出回路、
５０・・・リレー間電圧検出回路、
６０１、６０２・・・異常診断装置、
６５・・・判定部、
７０・・・インバータ（電力変換器）。

Claims

直流電源（１５）の正極と電力変換器（７０）とを接続する電源線（Ｌｐ）の途中に、前記電力変換器側から前記直流電源側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である第１リレー（２１）が前記直流電源側に、前記直流電源側から前記電力変換器側への電流を許容する還流ダイオードを有するスイッチング素子である第２リレー（２２）が前記電力変換器側に直列接続され、且つ、前記電力変換器の入力電圧を平滑化するコンデンサ（２４）の高電位側電極（２５）が、前記電源線の前記第２リレーと前記電力変換器との間、又は、前記第１リレーと前記第２リレーとの間に接続された電源入力回路（２０１、２０２）に用いられる異常診断装置であって、
回路動作により所望のプリチャージ電圧（Ｖｐ）を生成可能であり、プリチャージ経路（３６、３７）を経由して前記コンデンサの高電位側電極に接続され、前記直流電源と前記コンデンサの高電位側電極との間の経路が遮断された状態で前記コンデンサの高電位側電極にプリチャージ電圧を印加し前記コンデンサを充電するプリチャージ回路（３０）と、
前記プリチャージ回路が出力したプリチャージ電圧を検出するプリチャージ電圧検出回路（４０）と、
前記第１リレーと前記第２リレーとの間の前記電源線の電圧であるリレー間電圧（Ｖｍ）を検出するリレー間電圧検出回路（５０）と、
前記プリチャージ電圧検出回路の検出値及び前記リレー間電圧検出回路の検出値に基づいて、所定の故障モードについての異常を判定する判定部（６５）と、
を備え、
前記第１リレー及び前記第２リレーがＯＦＦ、前記プリチャージ回路の動作がＯＮに操作された状態で、前記プリチャージ電圧検出回路の検出値に基づいて、前記プリチャージ電圧の不足、又は、前記コンデンサの電極間ショート故障を診断する第１ステップと、
前記第１ステップでの正常判定後、前記第１リレー、前記第２リレー、及び、前記プリチャージ回路の動作がＯＦＦに操作された状態で、前記プリチャージ電圧検出回路の検出値又は前記リレー間電圧検出回路の検出値に基づいて、前記プリチャージ経路の断線故障を診断する第２ステップと、
前記第２ステップでの正常判定後、前記第１リレー又は前記第２リレーのショート故障及びオープン故障を診断するリレー故障診断ステップと、
を実施する異常診断装置。
前記電源入力回路（２０１）の前記コンデンサの高電位側電極は、前記第２リレーと前記電力変換器との間に接続され、
前記判定部は、前記第２ステップにおいて、前記プリチャージ電圧検出回路の検出値に基づいて、前記プリチャージ経路の断線故障を判定する請求項１に記載の異常診断装置。
前記電源入力回路（２０２）の前記コンデンサの高電位側電極は、前記第１リレーと前記第２リレーとの間に接続され、
前記プリチャージ経路（３７）にはプリチャージ抵抗（３８）が接続され、
前記判定部は、前記第２ステップにおいて、前記プリチャージ抵抗の抵抗値（Ｒ１）、及び、前記リレー間電圧検出回路を構成する分圧抵抗（５１、５２）の抵抗値（Ｒｍｕ、Ｒｍｄ）に基づいて算出される前記リレー間電圧検出回路の検出値に基づいて、前記プリチャージ経路の断線故障を判定する請求項１に記載の異常診断装置。