JP2002249062A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動パワーステアリング制御装置において、
電動モータを異常停止する場合、電動モータの端子間を
短絡し、この短絡状態を電動モータの回転が停止するま
で持続させていたが、適正な操舵フィーリングを得なが
らの装置の停止はできなかった。 【解決手段】 制御装置１０のモータ制御部１９にＰＷ
Ｍデューティ決定手段（短絡時間比率決定手段）２１を
備え、短絡用ＰＷＭデューティマップ３０からＰＷＭデ
ューティを決定し、このＰＷＭデューティに応じてＰＷ
Ｍ信号を形成し、このＰＷＭ信号に基づいてブリッジ回
路２６のスイッチング素子をオン／オフ制御することに
より、電動モータＭの端子間を断続的に短絡し、電動モ
ータＭを停止させるようにした。 【効果】 電動モータの制動トルクを予め設定された推
移で減衰させることができるため、前記課題が解消され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールに作用する操舵トルクを電動モータの駆動力によっ
て補助する電動パワーステアリングを制御する電動パワ
ーステアリング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動パワーステアリング制御装置
は、例えば特開平９−２９０７６２号公報に記載された
ような技術がある。これは、操舵トルクを検出するトル
クセンサの操舵トルク値等、各種センサの検出値が異常
状態となると電動モータの正確な制御ができなくなるた
め、各種センサの異常監視を行い、異常を検出した場合
には、電動モータを停止させるものである。

【０００３】このように電動モータを停止させると、補
助トルクが急になくなるため、操舵に伴う操舵系の戻り
力（セルフアライニングトルク等によってステアリング
ホイールを中立位置に戻そうとする力）が急激に電動モ
ータおよびステアリングホイールに作用するが、この電
動パワーステアリング制御装置においては、電動モータ
を停止させるとき、電動モータの端子間を短絡させ、こ
れによって、電動モータが回生制動状態となって戻り力
が抑制され、ステアリングホイールに与える影響を軽減
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電動パワーステアリング制御装置においては、各種
センサに異常が発生した場合、制御装置は、電動モータ
の端子間を短絡させ、この短絡状態を所定時間あるいは
電動モータの回転が停止するまで持続させている。この
ため、電動モータによる制動トルクが減衰していく経過
（減衰率＝時間に対する減衰割合）が、電動モータや駆
動回路等の諸元により決まってくる。

【０００５】このように、従来装置では、電動モータに
よる制動トルクが減衰していく経過が、電動モータ諸元
等によって一義的に決まってしまう減衰率に委ねられる
ため、この減衰率が必ずしも良好な操舵フィーリングを
もたらすとは限らず、前記制動トルクの減衰が急激すぎ
る場合には、運転者がこれに対応しきれず、大きな違和
感を覚えることとなる。

【０００６】そこで、本発明では、電動モータの端子間
を短絡させる手段を制御し、回生制動による制動トルク
が減衰していく経過を制御する。これにより、適正な操
舵フィーリングを得ながら、装置の停止を行うことを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明においては、以下の手段を採用した。請求項
１に記載の発明は、ステアリングホイールの操作により
発生する操舵トルクを補う補助トルクを発生する電動モ
ータと、スイッチング素子で構成されたモータ駆動回路
とを備えた電動パワーステアリングの、前記スイッチン
グ素子をオン／オフ制御する制御手段と、前記電動モー
タが補助トルクを発生中に前記電動モータを停止させる
手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置におい
て、前記電動モータを停止させる手段を、前記スイッチ
ング素子をオン／オフ制御して、前記電動モータの端子
間を断続的に短絡することにより発生する制動トルクの
減衰を制御する減衰制御手段としたことを特徴とする電
動パワーステアリング制御装置を要旨とするものであ
る。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、減衰制御手段は、短絡時間比率決定手段を備え、前
記短絡時間比率決定手段が決定した短絡時間比率に応じ
て、前記スイッチング素子をオン／オフ制御することを
特徴とする電動パワーステアリング制御装置を要旨とす
るものである。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２におい
て、短絡時間比率決定手段は、前記減衰制御手段で前記
電動モータの端子間を断続的に短絡させるとき、前記電
動モータの制動トルクが予め設定されている推移で減衰
するように短絡時間比率を決定することを特徴とする電
動パワーステアリング制御装置を要旨とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の電動パワーステアリング
制御装置の主な電気的構成について、それをブロック図
で示す図１を参照して説明する。

【００１１】まず、本発明の電動パワーステアリング制
御装置は、例えばラックアンドピニオン機構からなり車
輪を転向させる操舵機構、この操舵機構に連結されたス
テアリングホイール（以上、不図示）、このステアリン
グホイールの操作により発生する操舵トルクを検出する
トルクセンサ１１、前記操舵トルクを補う補助トルクを
発生する電動モータＭ、前記トルクセンサ１１により検
出された操舵トルクに対応する制御信号に基づいて前記
電動モータＭを制御する制御手段を備えた電動パワース
テアリング装置に、前記制御手段として適用されるもの
である。この実施の形態では、制御装置１０が前記制御
手段に相当する。

【００１２】トルクセンサ１１は、車両のステアリング
ホイールに連結された入力軸と操舵機構に連結された出
力軸とを相対回転可能に連結するトーションバーのねじ
れ量から操舵トルクを検出する。この検出された操舵ト
ルクは、車速センサ１２によって検出された車速と共
に、制御装置１０に入力される。

【００１３】前記制御手段としての制御装置１０は、イ
ンターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路と称する）１
３、マイクロコンピュータ１４、電動モータ駆動回路１
５を備えており、Ｉ／Ｆ回路１３とマイクロコンピュー
タ１４を介して入力される操舵トルクおよび車速に基づ
いて、電動モータ駆動回路１５へ送出すべき駆動電圧指
令値を決定する。電動モータ駆動回路１５は、マイクロ
コンピュータ１４から送出された駆動電圧指令値に対応
する駆動電流を電動モータＭへ出力する。そして、電動
モータＭは、操舵力を補助するためのトルクを発生し、
あるいは、ステアリングホイールを中立位置へ復元する
ためのトルクを発生する。

【００１４】次に、制御装置１０および電動モータ駆動
回路１５の機能及び動作について、それをブロック図で
示す図２を参照して説明する。以下に記す機能は、制御
装置１０内の図示しない読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
に格納されたプログラムで実行される機能を示してい
る。

【００１５】前記Ｉ／Ｆ回路１３では、トルクセンサ１
１から出力されたトルクセンサ信号Ｔを入力し、操舵ト
ルクに対応するトルク信号Ｔ_ｓへの変換と、車速センサ
１２から出力された車速センサ信号Ｖを入力し、車速に
対応する車速信号Ｖ_ｓへの変換をする。

【００１６】前記マイクロコンピュータ１４は、Ｉ／Ｆ
回路１３から出力されたトルク信号Ｔ_ｓを取り込み、ト
ルク演算手段１６で操舵トルクを演算し、トルク演算値
T_ａをトルク指令値決定手段１７へ送出する。トルク指
令値決定手段１７では、トルク演算手段１６から出力さ
れたトルク演算値Ｔ_ａとＩ／Ｆ回路１３から出力された
車速信号Ｖ_ｓに基づいて、操舵トルクを補助する補助ト
ルクに対応するトルク指令値（電流値）Ｉ_ｔを決定し、
電流指令値決定手段１８へ送出する。

【００１７】電流指令値決定手段１８では、トルク指令
値Ｉ_ｔに基づいて電動モータに送出する電流指令値を決
定し、電動モータ駆動電流Ｉ_ｍとの電流偏差Ｉ_ｄを算出
し、モータ制御部１９へ送出する。モータ制御部１９で
は、電流偏差Ｉ_ｄを取り込み、電圧指令値決定手段２０
で電流偏差Ｉ_ｄに対応する駆動電圧指令値Ｖ_ａを決定
し、さらに、ＰＷＭデューティ決定手段（短絡時間比率
決定手段）２１で駆動電圧指令値Ｖ_ａに対応したＰＷＭ
デューティＤ_ａを決定して、電動モータ駆動回路１５へ
送出する。

【００１８】また、前記マイクロコンピュータ１４は、
トルク監視手段２２でトルク演算手段１６により演算さ
れた操舵トルクに対応するトルク演算値Ｔ_ａを取り込
み、記憶手段２４に記憶されている前回のトルク指令値
Ｔ_０との比較をする。その比較結果が所定値の範囲内で
ある場合には、記憶手段に今回のトルク指令値Ｔ_ａを記
憶する。また、前記比較結果が所定値の範囲外である場
合には、トルクセンサに異常が発生したと判定する。

【００１９】さらに、前記マイクロコンピュータ１４
は、電流監視手段２３で電動モータＭに流れる電動モー
タ駆動電流Ｉ_ｍを監視し、前回の監視で記憶手段２４に
記憶された電動モータ駆動電流（以下、前駆動電流と称
す）Ｉ_０との比較をする。その比較結果が所定値の範囲
内である場合には、記憶手段２４に電動モータ駆動電流
Ｉ_ｍを記憶する。また、前記比較結果が所定値の範囲外
である場合には、電動モータＭ、マイクロコンピュータ
１４の電流検出系等に異常が発生したと判定する。

【００２０】（通常制御）前記各監視手段２２、２３に
よる監視が所定の周期で実行され、その結果、異常発生
との判定がなされなかった場合、電動モータＭにより補
助トルクを発生させる通常制御を行う。

【００２１】まず、前記電動モータ駆動回路１５は、図
３に示すようにモータ制御部１９から出力される駆動電
圧指令値Ｖ_ａとＰＷＭデューティＤ_ａが入力されるゲー
ト駆動回路２５とブリッジ回路２６とを備えている。

【００２２】前記ブリッジ回路２６は、例えばＭＯＳ−
ＦＥＴ等のトランジスタが２個づつ直列に接続された２
組のトランジスタＴＲ_１及びＴＲ_２、ＴＲ_３及びＴＲ_４
が並列に接続されており、トランジスタＴＲ_１及びＴＲ
_３の接続点が電源遮断手段（不図示）を介して電源に接
続され、ＴＲ_２及びＴＲ_４の接続点が接地されていると
共に、ＴＲ_１とＴＲ_２との接続点及びＴＲ_３とＴＲ_４と
の接続点間に電動モータＭが接続されている。

【００２３】前記ゲート駆動回路２５は、例えばパルス
幅変調回路、論理回路等で構成され、電動モータＭの回
転方向及び駆動量をマイクロコンピュータ１４からの駆
動電圧指令値Ｖ_ａに従ってブリッジ回路２６の各トラン
ジスタＴＲ_１〜ＴＲ_４に電圧を供給することによって、
電動モータＭへの駆動電流の制御を行っている。

【００２４】例えば、駆動電圧指令値Ｖ_ａが右方向とし
て指定された場合には、トランジスタＴＲ_２及びＴＲ_３
のゲート端子に電圧を供給することによって、トランジ
スタＴＲ_３、電動モータＭ、トランジスタＴＲ_２の方向
に電流が流れて、電動モータＭが正回転（右回転）す
る。

【００２５】逆に、駆動電圧指令値Ｖ_ａが左方向として
指定された場合には、トランジスタＴＲ_１及びＴＲ_４の
ゲート端子に電圧を供給することによって、トランジス
タＴＲ_１、電動モータＭ、トランジスタＴＲ_４の方向に
電流が流れて、電動モータＭが逆回転（左回転）する。

【００２６】このとき、ゲート駆動回路２５で、指定さ
れた駆動電圧指令値Ｖ_ａとＰＷＭデューティＤ_ａに応じ
て例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ）信号を形成し、このＰＷＭ信号に基づいてト
ランジスタＴＲ_１又はＴＲ_３のゲート端子、もしくはト
ランジスタＴＲ_２又はＴＲ_４のゲート端子への電圧供給
を行うことによって、電動モータＭに流れる電流の方向
と大きさを制御し、電動モータＭを指定された方向に指
定された駆動量だけ駆動するようになっている。

【００２７】（異常停止処理）そして、電流監視手段２
３またはトルク監視手段２２で異常が検出されると、異
常信号Ｉ_Ｅ、Ｔ_Ｅがモータ制御部１９へ送出され、モー
タ制御部１９が電動モータＭの通常制御を中止し、異常
停止処理を開始する。この実施の形態の特徴は、異常停
止処理において電動モータMを停止する際、電動モータM
の端子間を断続的に短絡させることにある。

【００２８】具体的には、モータ制御部１９のPWMデュ
ーティ決定手段２１（短絡時間比率決定手段）と電動モ
ータ駆動回路１５のゲート駆動回路２５が減衰制御手段
として機能するものであり、このＰＷＭデューティ決定
手段２１には、図示しないＲＯＭに記憶された電動モー
タ端子間を断続的に短絡させるための短絡用ＰＷＭデュ
ーティマップ３０が用意されている。

【００２９】前記短絡用ＰＷＭデューティマップ３０
は、図５に一例を示すように、ＰＷＭデューティが時間
とともに減少するように設定されている。この短絡用Ｐ
ＷＭデューティマップ３０におけるＰＷＭデューティ
は、単位時間当たりの、電動モータＭの端子間が短絡さ
れる（電動モータＭが回生制動状態となる）時間、すな
わち短絡時間比率を表している。したがって、ＰＷＭデ
ューティの減少とともに、電動モータＭによる制動トル
クが減衰（減少）することとなる。

【００３０】前記端子間の短絡は、トランジスタＴＲ_１
及びＴＲ_３のゲート端子をオン状態、トランジスタＴＲ
_２及びＴＲ_４のゲート端子をオフ状態にすることにより
実現できる。この時の、各トランジスタのオン／オフ状
態をタイミングチャートで表すと図６のようになり、Ｐ
ＷＭデューティが０となるまで、断続的に電動モータM
の端子間が短絡状態となる。もちろん、これに限定され
ず、トランジスタＴＲ _１及びＴＲ_３のゲート端子をオフ
状態、トランジスタＴＲ_２及びＴＲ_４のゲート端子をオ
ン状態にして前記短絡を実現してもよい。

【００３１】図５の例では、時間０の時点でのＰＷＭデ
ューティが１００、時間ｔ（ＰＷＭデューティが０にな
る時間）の時点でのＰＷＭデューティが０となるよう、
時間に比例してＰＷＭデューティが減少するように設定
しているが、これは、適用される車両毎に、操舵フィー
リング、操縦安定性などを考慮した最適特性に設定すれ
ばよい。

【００３２】次に、異常停止処理の動作について、それ
をブロック図で示す図２と処理の流れを示すフローチャ
ート図４を参照して説明する。マイクロコンピュータ１
４では、まず、記憶手段２４から、前回の監視で記憶さ
れた電動モータ駆動電流である前駆動電流Ｉ_０を取り込
む（ステップ（以下、Ｓと略す）１）とともに、電源遮
断手段により、電動モータＭへ電力を供給する電源を遮
断する（Ｓ２）。

【００３３】次に、前駆動電流Ｉ_０が所定値の範囲内で
あるか否かの判定を行う（Ｓ３）。前駆動電流Ｉ_０が所
定値の範囲外である場合には（Ｓ３：Ｎｏ）、電動モー
タＭが補助トルクを発生中でないと判定して、Ｓ１１に
進む。そして、前駆動電流Ｉ _０が所定値の範囲内である
場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、電動モータＭが補助トルク
を発生中であると判定し、Ｓ４に進む。なお、Ｓ３で
は、異常検出前の「前駆動電流Ｉ_０」を用いることによ
り、電流検出系に異常が発生している場合にも異常停止
処理の信頼性が確保される。

【００３４】Ｓ４では、マイクロコンピュータ１４に内
蔵されたタイマ（不図示）が示す異常停止処理の経過時
間をゼロに戻し、計時をスタートする。その後、ＰＷＭ
デューティ決定手段２１が、短絡用ＰＷＭデューティマ
ップ３０から経過時間に対応するＰＷＭデューティＤ_ａ
を決定し（Ｓ５）、ＰＷＭデューティＤ_ａに応じたＰＷ
Ｍ信号を形成する（Ｓ６）。

【００３５】このＰＷＭ信号に基づいてトランジスタＴ
Ｒ_１及びＴＲ_３のゲート端子をオン状態、トランジスタ
ＴＲ_２及びＴＲ_４のゲート端子をオフ状態、もしくはト
ランジスタＴＲ_１及びＴＲ_３のゲート端子をオフ状態、
トランジスタＴＲ_２及ＴＲびＴＲ_４のゲート端子をオン
状態にし、前記電動モータＭの端子間を短絡する（Ｓ
７）。

【００３６】次に、前記ＰＷＭ信号に基づいてトランジ
スタＴＲ_１及びＴＲ_３のゲート端子をオフ状態、もしく
はトランジスタＴＲ_２及びＴＲ_４のゲート端子をオフ状
態にし、前記電動モータＭの端子間の短絡を解除する
（Ｓ８）とともに、経過時間を記録する（Ｓ９）。

【００３７】このとき、前記経過時間がマップ３０で設
定されている所定の時間ｔに達していない場合には（Ｓ
１０：Ｎｏ）、Ｓ５に戻り、そのときの経過時間に対応
した異常停止処理を繰り返し行う。そして、異常停止処
理の経過時間が所定の時間ｔに達した場合には（Ｓ１
０：Ｙｅｓ）、トランジスタＴＲ_１〜ＴＲ_４のゲート端
子をオフ状態にし（Ｓ１１）、異常停止処理を終了す
る。

【００３８】この実施の形態では、ＰＷＭデューティ決
定手段２１で短絡用ＰＷＭデューティマップ３０からＰ
ＷＭデューティを決定し、このＰＷＭデューティに応じ
てＰＷＭ信号を形成し、このＰＷＭ信号に基づいてブリ
ッジ回路２６のスイッチング素子をオン／オフ制御する
ことにより、電動モータＭの端子間を断続的に短絡し、
電動モータＭを停止させるようにしたので、最適な操舵
フィーリングを得ながら、装置の停止ができるようにな
り、車種や電動モータ諸元等が変更された場合でも、短
絡用ＰＷＭデューティマップ３０を最適特性に設定され
たマップに置き換えることにより、適用できる。

【００３９】上記実施の形態では、直流モータを用いた
場合について説明したが、ブリッジ回路のスイッチング
素子を６個で構成し、ブラシレスモータを用いても可能
である。また、リニアモータを用いても可能である。

【００４０】上記実施の形態では、ブリッジ回路のスイ
ッチング素子としてＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果トランジ
スタ）を用いた場合について説明したが、これ以外に電
動モータの端子間を断続的に短絡することができる構
成、例えば、図７に示すように、図３に示すブリッジ回
路のＭＯＳ−ＦＥＴを他のトランジスタに置き換え、さ
らに、転流用のダイオードＤ_１〜Ｄ_４が各トランジスタ
に逆並列接続した構成の場合でも可能である。

【００４１】上記実施の形態では、トルク異常、電流異
常が検出された時に電動モータを停止させる場合につい
て説明したが、これに限らず、電動モータを停止させる
べき前記以外の異常が検出された場合でも可能である。

【００４２】さらに、上記実施の形態では、電動モータ
Ｍの異常停止処理として電動モータＭの端子間を短絡さ
せる技術を用いたが、電動モータＭが補助トルクを発生
中に車両のイグニッションスイッチがオフされた場合に
も適用できる。その場合の動作も、図４のフローチャー
トに示すものと同様であり、イグニッションスイッチが
オフされたことを示す信号がモータ制御部１９に入力さ
れ、この信号によってモータ制御部１９が前記フローチ
ャートの動作を開始するようにすればよい。

【００４３】上記実施の形態では、短絡用ＰＷＭデュー
ティマップとして時間０の時点でのＰＷＭデューティが
１００、時間ｔの時点でのＰＷＭデューティが０となる
よう、時間に比例してＰＷＭデューティが減少するよう
に設定されている場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば、図８に示すように、時間０から時間ｔまで
でＰＷＭデューティが減少していくように、操舵フィー
リング、操縦安定性などを考慮した最適特性に設定され
た、短絡用ＰＷＭデューティマップを用いても可能であ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上、詳述したように、本願発明によれ
ば、電動モータが操舵トルクを補う補助トルクを発生中
に電動モータを停止させるとき、電動モータの端子間を
断続的に短絡することにより、発生する制動トルクを減
衰させると共に、制動トルクの減衰を制御する手段を備
えることにより、操舵に伴う操舵系の戻り力がステアリ
ングホイールに急激に与える影響を軽減できる。また、
電動モータ諸元等によって一義的に決まっていた減衰率
を制御できるため、電動モータの諸元が変わっても、適
正な操舵フィーリングを得ながら、装置の停止を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング制
御装置の主な電気的構成を示すブロック図。

【図２】図１に示す制御装置及び電動モータ駆動回路の
主な電気的構成を示すブロック図。

【図３】図２に示す電動モータ駆動回路１５の一例を示
すブロック図。

【図４】異常停止処理の一例を示すフローチャート。

【図５】短絡用ＰＷＭデューティマップ。

【図６】トランジスタのオン／オフ状態の一例を示すタ
イミングチャート。

【図７】電動モータ駆動回路１５のその他の例を示すブ
ロック図。

【図８】短絡用ＰＷＭデューティマップ３０のその他の
例を示すマップ。

【符号の説明】

Ｍ 電動モータ ＴＲ_１〜ＴＲ_４ トランジスタ １０ 制御装置 １１ トルクセンサ １２ 車速センサ １３ インターフェース回路（Ｉ／Ｆ回路） １４ マイクロコンピュータ １５ 電動モータ駆動回路 １６ トルク演算手段 １７ トルク指令値決定手段 １８ 電流指令値決定手段 １９ モータ制御部 ２０ 電圧指令値決定手段 ２１ ＰＷＭデューティ決定手段 ２２ トルク監視手段 ２３ 電流監視手段 ２４ 記憶手段 ２５ ゲート駆動回路 ２６ ブリッジ回路 ３０ 短絡用ＰＷＭデューティマップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイールの操作により発生す
   る操舵トルクを補う補助トルクを発生する電動モータ
   と、スイッチング素子で構成されたモータ駆動回路とを
   備えた電動パワーステアリングの、前記スイッチング素
   子をオン／オフ制御する制御手段と、前記電動モータが
   補助トルクを発生中に前記電動モータを停止させる手段
   とを備えた電動パワーステアリング制御装置において、
   前記電動モータを停止させる手段を、前記スイッチング
   素子をオン／オフ制御して、前記電動モータの端子間を
   断続的に短絡することにより発生する制動トルクの減衰
   を制御する減衰制御手段としたことを特徴とする電動パ
   ワーステアリング制御装置。
2. 【請求項２】前記減衰制御手段は、短絡時間比率決定手
   段を備え、前記短絡時間比率決定手段が決定した短絡時
   間比率に応じて、前記スイッチング素子をオン／オフ制
   御することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステ
   アリング制御装置。
3. 【請求項３】前記短絡時間比率決定手段は、前記減衰制
   御手段で前記電動モータの端子間を断続的に短絡させる
   とき、前記電動モータの制動トルクが予め設定されてい
   る推移で減衰するように短絡時間比率を決定することを
   特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング制御
   装置。