JP2005088877A - Control system of electric power steering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a failure of a current detection circuit of an electric power steering device with reliability, and to switch a control system from a feedback system to an open loop system when a failure is detected. <P>SOLUTION: A control system of the electric power steering device is provided with a torque sensor for detecting steering torque of a steering wheel, a motor for supplementally energizing a load on a steering shaft provided integrally with the steering wheel, and a control unit for driving the motor through the feedback system in accordance with a magnitude of the steering torque. Then the control unit is provided with the current detection circuit of the motor and a failure detection circuit for detecting a failure of the current detection circuit. Then the feedback system is switched to the open loop system when a failure of the current detection circuit is detected by the failure detection circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる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の制御装置に関し、特にコントロールユニットに設けられているモータ電流検出回路の故障を検出して制御系を切換えるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an electric power steering device in which a steering assist force by a motor is applied to a steering system of an automobile or a vehicle, and in particular, detects and controls a failure of a motor current detection circuit provided in a control unit. The present invention relates to a control device for an electric power steering device that switches systems.

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢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負荷付勢するようになっている。一般的な電動パワーステアリング装置の構成を図７に示して説明する。操向ハンドル１の軸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を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル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、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。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３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０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Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。   An electric power steering device for energizing an automobile or vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor is an auxiliary load applied to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It comes to be energized. A configuration of a general electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. A shaft 2 of the steering handle 1 is connected to a tie rod 6 of a steering wheel via a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, and a pinion rack mechanism 5. The shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering handle 1. A motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is coupled to the shaft 2 via the clutch 21 and the reduction gear 3. Has been. Electric power is supplied from the battery 14 via the ignition key 11 to the control unit 30 that controls the power steering device. The control unit 30 detects the steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12. Based on the above, the steering assist command value I of the assist command is calculated, and the current supplied to the motor 20 is controlled based on the calculated steering assist command value I. The clutch 21 is ON / OFF controlled by the control unit 30 and is ON (coupled) in a normal operation state. The clutch 21 is turned off (disconnected) when the control unit 30 determines that the power steering apparatus is out of order and when the power of the battery 14 is turned off by the ignition key 11.

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ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８のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。尚、コントロールユニット３０をＣＰＵで構成せず、各機能要素を独立のハードウェアで構成することも可能である。   The control unit 30 is mainly composed of a CPU, and FIG. 8 shows general functions executed by programs in the CPU. For example, the phase compensator 31 does not indicate a phase compensator as independent hardware, but indicates a phase compensation function executed by the CPU. In addition, it is also possible to configure each functional element with independent hardware without configuring the control unit 30 with a CPU.

コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。   The function and operation of the control unit 30 will be described. The steering torque T detected and input by the torque sensor 10 is phase-compensated by the phase compensator 31 in order to improve the stability of the steering system, and the phase-compensated steering torque. TA is input to the steering assist command value calculator 32. The vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 is also input to the steering assist command value calculator 32. The steering assist command value calculator 32 determines a steering assist command value I that is a control target value of the current supplied to the motor 20 based on the input steering torque TA and vehicle speed V, and sends the steering assist command value calculator 32 to the steering assist command value calculator 32. Is provided with a memory 33. The memory 33 stores the steering assist command value I corresponding to the steering torque with the vehicle speed V as a parameter, and is used for the calculation of the steering assist command value I by the steering assist command value calculator 32. The steering assist command value I is input to the subtractor 30A, and is also input to the feedforward differential compensator 34 for increasing the response speed. The deviation (Ii) of the subtractor 30A is input to the proportional calculator 35. The proportional output is input to the adder 30B and to the integration calculator 36 for improving the characteristics of the feedback system. The outputs of the differential compensator 34 and the integral compensator 36 are also added to the adder 30B, and the current control value E, which is the addition result of the adder 30B, is input to the motor drive circuit 37 as a motor drive signal. The motor current value i of the motor 20 is detected by the motor current detection circuit 38, and the motor current value i is input to the subtractor 30A and fed back.

モータ駆動回路３７の構成例を図９に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。   A configuration example of the motor drive circuit 37 will be described with reference to FIG. 9. The motor drive circuit 37 is a FET gate that drives the gates of the field effect transistors (FETs) FET1 to FET4 based on the current control value E from the adder 30B. A drive circuit 371, an H bridge circuit composed of FET1 to FET4, a boost power source 372 for driving the high side of FET1 and FET2, and the like. The FET1 and FET2 are turned on / off by a PWM (pulse width modulation) signal having a duty ratio D1 determined based on the current control value E, and the magnitude of the current Ir that actually flows through the motor is controlled. FET3 and FET4 are driven by a PWM signal having a duty ratio D2 defined by a predetermined linear function equation (D2 = a · D1 + b with a and b as constants) in a region where the duty ratio D1 is small, and a region where the duty ratio D1 is large. Then, it is turned ON / OFF according to the rotation direction of the motor determined by the sign of the PWM signal. For example, when the FET 3 is in a conductive state, the current flows through the FET 1, the motor 20, the FET 3, and the resistor R 1, and a positive current flows through the motor 20. When the FET 4 is in a conductive state, the current flows through the FET 2, the motor 20, the FET 4, and the resistor R 2, and a negative current flows through the motor 20. Therefore, the current control value E from the adder 30B is also a PWM output.

又、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基いて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。モータ２０には抵抗Ｒ３及びダイオードＤ１を介して電源Ｖｉｇが接続されると共に、抵抗Ｒ４を経て接地されている。抵抗Ｒ３，Ｒ４はモータ２０の端子間抵抗Ｒｍに比べ非常に大きな値となっており、モータ端子電圧Ｖｍが得られる。   The motor current detection circuit 38 detects the magnitude of the positive current based on the voltage drop across the resistor R1, and detects the magnitude of the negative current based on the voltage drop across the resistor R2. The motor current value i detected by the motor current detection circuit 38 is input to the subtracter 30A and fed back. A power source Vig is connected to the motor 20 via a resistor R3 and a diode D1, and is grounded via a resistor R4. The resistors R3 and R4 have a very large value compared to the inter-terminal resistor Rm of the motor 20, and a motor terminal voltage Vm can be obtained.

上述のような電動パワーステアリング装置のコントロールユニットでは、電流検出回路３８を含めたモータ駆動系の故障が検出された場合、安全確保のためにモータ２０の出力をＯＦＦしたり、クラッチ２１をＯＦＦするようなフェールセーフを行なっていた。しかしながら、電動パワーステアリング装置がＯＦＦされた場合には、据え切りなどの低速時にマニュアルステアリング状態となり、ハンドルが重くなり、操舵することが困難になることが考えられる。モータ２０を駆動できる状態においても、一律に電動パワーステアリング装置をＯＦＦしているからである。   In the control unit of the electric power steering apparatus as described above, when a failure of the motor drive system including the current detection circuit 38 is detected, the output of the motor 20 is turned off or the clutch 21 is turned off to ensure safety. I was doing such a fail-safe. However, when the electric power steering device is turned off, it is considered that a manual steering state is entered at a low speed such as stationary, the steering wheel becomes heavy, and steering becomes difficult. This is because even in a state where the motor 20 can be driven, the electric power steering device is uniformly turned off.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の電流検出回路の故障を確実に検出すると共に、故障が検出されたときに制御系をフィードバック系からオープンループ系に切換える電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。つまり、電流検出回路が故障していても他の部分、特にモータ駆動回路が正常である場合が考えられ、この場合にはモータ電流制御ができなくてもモータをオープンループで駆動することができる。そして、据え切りの低速時に少しでもモータに電流を流すことで操舵困難状態から逃げることが可能となる。   The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to reliably detect a failure in the current detection circuit of the electric power steering apparatus and to provide a feedback system for the control system when a failure is detected. Another object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering device that switches from an open loop system to an open loop system. In other words, even if the current detection circuit is faulty, other parts, particularly the motor drive circuit may be normal. In this case, the motor can be driven in an open loop even if the motor current control is not possible. . It is possible to escape from a difficult steering state by applying a current to the motor even when the stationary speed is low.

本発明は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータをフィードバック系で駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記コントロールユニットが、前記モータの電流検出回路と、前記電流検出回路の故障を検出する故障検出回路とを具備すると共に、前記故障検出回路が前記電流検出回路の故障を検出したときに、前記フィードバック系よりも電流を抑えて前記モータを駆動するオープンループ系に切換えることによって達成される。又、前記モータの駆動系の故障を、前記モータを駆動する電流制御値と、前記電流検出回路の出力とにより検出した後に、前記モータの端子電圧から前記電流検出回路の故障を検出すると良い。更には、前記オープンループ系に切換えたときに、車速及びバッテリ電圧によって前記モータを駆動するパルス幅変調のデューティ比を制御する。
The present invention relates to a torque sensor that detects steering torque of a steering wheel, a motor that biases a steering shaft that is provided integrally with the steering wheel, and a feedback system that controls the motor according to the magnitude of the steering torque. The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus including a driving control unit, and the object of the present invention is to detect a failure of the motor current detection circuit and the current detection circuit. And when the failure detection circuit detects a failure of the current detection circuit, it is achieved by switching to an open loop system that drives the motor while suppressing the current rather than the feedback system. Further, it is preferable to detect a failure of the current detection circuit from a terminal voltage of the motor after detecting a failure of the drive system of the motor based on a current control value for driving the motor and an output of the current detection circuit. Further, when switching to the open loop system, the duty ratio of the pulse width modulation for driving the motor is controlled by the vehicle speed and the battery voltage.

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、コントロールユニットの電流検出回路の故障を確実に検出し、故障が検出されたときには制御系をフィードバック系からオープンループ系に切換えてモータ電流を流してフェールセーフ的な安定した制御を行なうことができ、ローコストで実現できるメリットがある。つまり、電流検出回路が故障していても他の部分、特にモータ駆動回路が正常である場合が考えられ、この場合にはモータ電流制御ができなくてもモータをオープンループで駆動することができる。そして、据え切りの低速時に少しでもモータに電流を流すことで操舵困難状態から逃げることが可能となる。   According to the control device for the electric power steering apparatus of the present invention, the failure of the current detection circuit of the control unit is reliably detected, and when the failure is detected, the control system is switched from the feedback system to the open loop system to flow the motor current. Therefore, there is a merit that it can perform fail-safe and stable control and can be realized at low cost. In other words, even if the current detection circuit is faulty, other parts, particularly the motor drive circuit may be normal. In this case, the motor can be driven in an open loop even if the motor current control is not possible. . It is possible to escape from a difficult steering state by applying a current to the motor even when the stationary speed is low.

本発明では、電動パワーステアリング装置の電流検出回路の故障を次のように検出する。即ち、先ずパラメータ変動に基いてモータ駆動系の異常検出を行ない、異常を検出したときにモータ電流出力をゼロにしてダイアグを記憶してフェールランプを点灯する。上記パラメータ変動による故障検出では、モータ駆動回路の故障か電流検出回路の故障かを判別できないので、次に電流検出回路の故障検出を行なう。そして、モータ駆動回路の正常／異常を判断して、モータ駆動回路が正常であれば電流検出回路の故障とみなす。即ち、電流検出回路が正常と判断された場合にはモータに電流を流すことができないので、モータ駆動回路が故障であることを記憶してフェールセーフをＯＦＦして電動パワーステアリングを停止する。また、電流検出回路が異常と判断された場合にはモータ駆動回路が正常であるので、電流検出回路の故障であることを記憶し、オープンループでモータを駆動する。この場合、フェールランプは点灯したままで、正常なときよりも電流を抑えてモータを駆動する。このような本発明による制御系切換は、コントロールユニット内のＣＰＵのプログラムを変更するだけで容易に対応可能である。   In the present invention, the failure of the current detection circuit of the electric power steering apparatus is detected as follows. That is, first, the abnormality of the motor drive system is detected based on the parameter variation. When the abnormality is detected, the motor current output is set to zero, the diagnosis is stored, and the fail lamp is turned on. In the failure detection based on the parameter variation, it is impossible to determine whether the motor drive circuit or the current detection circuit is faulty. Therefore, the failure detection of the current detection circuit is performed next. Then, the normality / abnormality of the motor drive circuit is judged, and if the motor drive circuit is normal, it is regarded as a failure of the current detection circuit. That is, if it is determined that the current detection circuit is normal, no current can flow through the motor, so that the motor drive circuit is faulty, the fail safe is turned off, and the electric power steering is stopped. If it is determined that the current detection circuit is abnormal, the motor drive circuit is normal, so that the failure of the current detection circuit is stored and the motor is driven in an open loop. In this case, the fail lamp remains lit, and the motor is driven with a smaller current than when it is normal. Such control system switching according to the present invention can be easily handled only by changing the CPU program in the control unit.

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明ではモータ電流検出回路３８の故障を検出して制御系を切換えるために、図１に示すようなコントロールユニットの構成とする。尚、図１は図８に対応して示している。モータ電流検出回路３８からのモータ検出電流ｉ及び加算器３０Ｂからの電圧制御値Ｅは、モータ２０の端子電圧Ｖｍと共に故障検出回路３１０に入力され、故障検出回路３１０から出力される切換信号ＳＳは切換部３２０に入力される。切換部３２０の接点ａは減算器３０Ａに接続され、接点ｂはシミュレーションで求められているモータモデル３３０に接続されている。又、バッテリ１４のバッテリ電圧Ｖｂ及びイグニションキー１１からのイグニション信号ＩＧも、故障検出回路３１０に入力されている。モータモデル３３０は、モータ２０の内部抵抗Ｒｍ、インダクタンスＬｍを用いて伝達関数で示したものである。   In the present invention, the control unit is configured as shown in FIG. 1 in order to detect a failure in the motor current detection circuit 38 and switch the control system. FIG. 1 is shown corresponding to FIG. The motor detection current i from the motor current detection circuit 38 and the voltage control value E from the adder 30B are input to the failure detection circuit 310 together with the terminal voltage Vm of the motor 20, and the switching signal SS output from the failure detection circuit 310 is Input to the switching unit 320. The contact point a of the switching unit 320 is connected to the subtractor 30A, and the contact point b is connected to the motor model 330 obtained by simulation. The battery voltage Vb of the battery 14 and the ignition signal IG from the ignition key 11 are also input to the failure detection circuit 310. The motor model 330 is shown as a transfer function using the internal resistance Rm and inductance Lm of the motor 20.

先ず、本発明のモータ駆動系の異常を検出する原理を説明する。図２はモータ駆動系の異常検出を説明する図で、内部抵抗Ｒｍ、インダクタンスＬｍのモータ２０は、ＦＥＴ１〜４をＨブリッジ接続して構成されたモータ駆動回路３７に接続される。その入力側にはバッテリ１４から電圧Ｖｂの電力が供給され、設定された動作状態に応じて図示のようにＦＥＴの１つがデュ−ティ比Ｄで動作し、その他のＦＥＴはＯＮ、ＯＦＦに設定される。   First, the principle of detecting an abnormality in the motor drive system of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining abnormality detection of the motor drive system. The motor 20 having the internal resistance Rm and the inductance Lm is connected to a motor drive circuit 37 configured by connecting the FETs 1 to 4 with an H bridge. The power of the voltage Vb is supplied from the battery 14 to the input side, and one of the FETs operates with a duty ratio D as shown in the figure according to the set operation state, and the other FETs are set to ON and OFF. Is done.

図２（Ａ）はモータ２０が正常な状態にあるときを示すもので、このとき電流ｉａが流れるものとする。以下、電流ｉａを理論電流値と呼ぶことにする。今、モータ２０が地絡（モータ巻線が抵抗Ｒｔでアースされた状態）すると、図２（Ｂ）のように地絡電流ｉｅが流れ、モータ駆動回路３７のアース側に接続された電流検出用抵抗Ｒａには電流ｉｍが流れる。そこで、モータ２０が正常な状態にあるときの理論電流値ｉａと、実際の動作状態にあるときの検出電流ｉを比較し、検出電流ｉ＝理論電流値ｉａであれば正常と判定し、検出電流ｉが理論電流値ｉａよりも少ない電流ｉｍであれば、モータ２０が地絡したと判定することができる。   FIG. 2A shows a state in which the motor 20 is in a normal state, and it is assumed that the current ia flows at this time. Hereinafter, the current ia is referred to as a theoretical current value. Now, when the motor 20 is grounded (when the motor winding is grounded by the resistor Rt), a ground fault current ie flows as shown in FIG. 2B, and the current detection connected to the ground side of the motor drive circuit 37 is detected. The current im flows through the resistor Ra. Therefore, the theoretical current value ia when the motor 20 is in a normal state is compared with the detected current i when the motor 20 is in an actual operating state. If the detected current i = theoretical current value ia, it is determined as normal and detected. If the current i is smaller than the theoretical current value ia, it can be determined that the motor 20 has a ground fault.

以下、モータ２０の地絡あるいは天絡などモータ駆動系の異常を検出する例について説明する。図３はモータ２０が正常な状態を示す数学モデルと実際のモータ（右方向回転指令を受けているとき）とを比較判別し、モータ２０の異常（ここでは地絡）を検出するモータ駆動系の異常を検出する故障検出回路３１０を、伝達関数で示したものである。   Hereinafter, an example of detecting an abnormality in the motor drive system such as a ground fault or a power fault of the motor 20 will be described. FIG. 3 shows a motor drive system for comparing and discriminating between a mathematical model indicating a normal state of the motor 20 and an actual motor (when receiving a right direction rotation command) and detecting an abnormality (here, a ground fault) of the motor 20. The failure detection circuit 310 for detecting the abnormality is represented by a transfer function.

図３において、３１１はモータ２０の数学モデル、３１２は実際のモータが地絡した状態を示す。３１３Ａ及び３１３Ｂは加算器（減算器）で、それぞれモータ供給電圧Ｖｂ・Ｄに対しＫＴ・ω及びＫＴ＊・ω´がモータ入力側に加算されることを示している。３１４も加算器（減算器）を示し、加算器３１４から、モータ２０の数学モデルに流れる理論電流値ｉａと実際のモータに流れる電流ｉｍとの差ｅが出力されることを示している。尚、モータ２０の数学モデルは制御回路を構成するＣＰＵの内部に構成されるもので、その電気的特性を示すパラメータはメモリ３３に記憶されている。図３において、Ｌ＊は数学モデルのモータインダクタンス、Ｒ＊は数学モデルのモータ内部抵抗、Ｒは実際のモータ内部抵抗、Ｌは実際のモータインダクタンス、Ｖｂは供給電圧、ＤはＦＥＴを駆動するデューティ比、ｓはラプラス演算子、ＲｆはＦＥＴ１〜４のＯＮ抵抗、Ｒｔは地絡箇所のインピーダンスを表す。   In FIG. 3, 311 indicates a mathematical model of the motor 20, and 312 indicates a state in which the actual motor is grounded. Reference numerals 313A and 313B denote adders (subtracters), which indicate that KT · ω and KT * · ω ′ are added to the motor input side with respect to the motor supply voltage Vb · D, respectively. Reference numeral 314 also denotes an adder (subtracter), which indicates that the adder 314 outputs a difference e between the theoretical current value ia flowing in the mathematical model of the motor 20 and the current im flowing in the actual motor. Note that the mathematical model of the motor 20 is configured in the CPU constituting the control circuit, and parameters indicating the electrical characteristics are stored in the memory 33. In FIG. 3, L * is the motor inductance of the mathematical model, R * is the motor internal resistance of the mathematical model, R is the actual motor internal resistance, L is the actual motor inductance, Vb is the supply voltage, and D is the duty driving the FET. The ratio, s is the Laplace operator, Rf is the ON resistance of the FETs 1 to 4, and Rt is the impedance of the ground fault location.

モータ２０の数学モデルではモータ駆動回路３７の電流検出用抵抗Ｒａに流れる理論電流値ｉａは下記数１で表される。   In the mathematical model of the motor 20, the theoretical current value ia flowing through the current detection resistor Ra of the motor drive circuit 37 is expressed by the following formula 1.

Figure 2005088877

また、モータ２０が地絡した場合、例えばモータ２０のコールド側が地絡した場合には、モータ駆動回路３７の電流検出用抵抗Ｒａに流れる電流ｉｍは、次の数２で表される。
Figure 2005088877
Further, when the motor 20 is grounded, for example, when the cold side of the motor 20 is grounded, the current im flowing through the current detection resistor Ra of the motor drive circuit 37 is expressed by the following formula 2.

Figure 2005088877

モータ２０が地絡した場合には、電流検出用抵抗Ｒａに流れる電流はｉｍであり、モータ２０の数学モデルにおける電流はｉａであるから、以下の数３で示すように、電流ｉａと電流ｉｍとの差の絶対値ｅが所定値αより大きいときモータ２０が地絡したと判定することができる。
Figure 2005088877
When the motor 20 is grounded, the current flowing through the current detection resistor Ra is im, and the current in the mathematical model of the motor 20 is ia. Therefore, as shown in the following Equation 3, the current ia and the current im When the absolute value e of the difference between the two is larger than the predetermined value α, it can be determined that the motor 20 is grounded.


（数３）
｜ｉａ−ｉｍ｜＝｜ｅ｜＞α
以上の式による検出では、モータ駆動回路３７の入力側にモータ逆起電力ＫＴ・ωが加算されているため、モータ角速度ωを検出する角速度センサ又は角速度検出回路を設け、モータ逆起電力ＫＴ・ωを演算処理する必要がある。しかし、これは構成を複雑にするのみならず、コストの増加になるので好ましくない。そこで、本発明では、以下に述べる方法によりモータ逆起電力ＫＴ・ωの影響を排除してモータ２０の地絡を検出する。
(Equation 3)
| Ia-im | = | e |> α
In the detection by the above formula, since the motor back electromotive force KT · ω is added to the input side of the motor drive circuit 37, an angular velocity sensor or an angular velocity detection circuit for detecting the motor angular velocity ω is provided, and the motor back electromotive force KT · ω is provided. It is necessary to compute ω. However, this not only complicates the configuration but also increases costs, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the ground fault of the motor 20 is detected by eliminating the influence of the motor back electromotive force KT · ω by the method described below.

前記数２を簡略化して書き直すと、モータ２０が地絡した場合に電流検出用抵抗Ｒａに流れる電流ｉｍは、以下の数４で表すことができる。ここで、Ｌｅは地絡したモータのインダクタンス、Ｒｅは地絡したモータの内部抵抗を表す。   To simplify the equation 2 and rewrite it, the current im flowing through the current detection resistor Ra when the motor 20 is grounded can be expressed by the following equation 4. Here, Le represents the inductance of the grounded motor, and Re represents the internal resistance of the grounded motor.


（数４）
ｉｍ＝Ｖｂ・Ｄ／（Ｌｅ・ｓ＋Ｒｅ）−ＫＴ・ω／（Ｌｅ・ｓ＋Ｒｅ）
図４は、図３の判別回路を処理し易いように書き改め、伝達関数で示したものである。図４において、３１５及び３１６はハイパスフイルタ、加算器３１４からはモータ２０の数学モデルに流れる電流と実際のモータに流れる電流との差ｅが出力される。ｉｍ´は実際のモータの検出電流ｉｍをハイパスフイルタ３１６を通過させた後の値で、ｉａ´はモータの数学モデルの電流ｉａをハイパスフイルタ３１５を通過させた後の値であり、実際のモータの検出電流ｉｍ´と数学モデルの電流ｉａ´との差である検出電流ｅ＝（ｉｍ´−ｉａ´）は、以下の数５で表される。
(Equation 4)
im = Vb · D / (Le · s + Re) −KT · ω / (Le · s + Re)
FIG. 4 shows the transfer function rewritten so that the discrimination circuit of FIG. 3 can be easily processed. In FIG. 4, reference numerals 315 and 316 denote high-pass filters, and an adder 314 outputs a difference e between the current flowing in the mathematical model of the motor 20 and the current flowing in the actual motor. im ′ is a value after passing the actual motor detection current im through the high-pass filter 316, ia ′ is a value after passing the current ia of the mathematical model of the motor through the high-pass filter 315, and the actual motor The detected current e = (im′−ia ′), which is the difference between the detected current im ′ and the mathematical model current ia ′, is expressed by the following equation (5).

Figure 2005088877

先ず、実際のモータ２０が正常である場合について検討する。モータ角速度ωは操向ハンドルに同期した周波数帯域で現れる物理量であるため、その周波数帯域はせいぜい５Ｈｚである。一方、モータ駆動系の動特性は図４に示すようにハイパスフイルタとゲインの組み合わせの特性を有し、そのカットオフ周波数は通常数百Ｈｚ程度である。そこで、５Ｈｚ以上のカットオフ周波数を有し、且つモータ駆動系の前記カットオフ周波数（数百Ｈｚ程度）よりも低いカットオフ周波数であるようにハイパスフイルタの時定数を設定すると、前記数５で表される検出電流ｅ＝（ｉｍ´−ｉａ´）は、供給電圧Ｖｂ・Ｄの周波数域に関係無く、モータの入力側に現れるモータ逆起電力ＫＴ・ωがハイパスフイルタにより除かれるので、実際のモータの電気的特性は数学モデルとほぼ一致し、数５で表される検出電流ｅ＝（ｉａ´−ｉｍ´）は零に近い値となる。
Figure 2005088877
First, consider the case where the actual motor 20 is normal. Since the motor angular velocity ω is a physical quantity that appears in a frequency band synchronized with the steering handle, the frequency band is at most 5 Hz. On the other hand, the dynamic characteristic of the motor drive system has a characteristic of a combination of a high-pass filter and a gain as shown in FIG. 4, and the cut-off frequency is usually about several hundred Hz. Therefore, when the time constant of the high-pass filter is set so as to have a cutoff frequency of 5 Hz or more and lower than the cutoff frequency (about several hundred Hz) of the motor drive system, The detected current e = (im′−ia ′) represented by the high-pass filter eliminates the motor back electromotive force KT · ω that appears on the input side of the motor regardless of the frequency range of the supply voltage Vb · D. The electric characteristics of the motor are almost in agreement with the mathematical model, and the detected current e = (ia′−im ′) expressed by Equation 5 is a value close to zero.

次に、実際のモータ２０が地絡した場合について検討する。実際のモータ２０が地絡した場合、その伝達特性は図４でブロック３１２で示すようになる。このとき、モータ駆動系の特性の変化を検出するためには、ハイパスフイルタのカットオフ周波数以上の成分を含む供給電圧Ｖｂ・Ｄが必要である。何故ならば、ハイパスフイルタによりそのカットオフ周波数以下の成分は全てカットされるからである。モータ２０が地絡した場合、地絡箇所のインピーダンスが大きいときは電流フィードバックループが振動を起こし、地絡箇所のインピーダンスが小さいときはセルフステアを起こす。本発明ではセルフステアに至る前に地絡箇所の検出を行なう。地絡箇所のインピーダンスが大きいときは、実際にモータに流れる電流ｉと検出電流ｉｍとはほぼ一致するから、セルフステアを起こすことはない。   Next, a case where the actual motor 20 is grounded will be considered. When the actual motor 20 has a ground fault, its transfer characteristic is as indicated by a block 312 in FIG. At this time, in order to detect a change in the characteristics of the motor drive system, the supply voltage Vb · D including a component equal to or higher than the cutoff frequency of the high-pass filter is required. This is because all components below the cut-off frequency are cut by the high-pass filter. When the motor 20 has a ground fault, the current feedback loop vibrates when the impedance of the ground fault location is large, and self-steer when the impedance of the ground fault location is small. In the present invention, the ground fault location is detected before self-steering. When the impedance of the ground fault location is large, the current i that actually flows through the motor and the detected current im substantially coincide with each other, so that self-steering does not occur.

モータ２０に流れる電流ｉは、モータ駆動系の動特性が変化したため電流フィードバックループの内部で、フィードバックループの時定数に等しい周波数で振動を起こす。図５はこの状態を示すもので、地絡時に実際にモータ２０に流れる電流ｉｅ、及び検出電流ｉｍが振動していることが分る。この振動成分は供給電圧Ｖｂ・Ｄにフィードバック信号として含まれるため、図４における検出信号ｅ＝（ｉｍ´−ｉａ´）にも現れるから、検出信号ｅに含まれる振動成分を検出することでモータ２０の地絡を検出することができる。   The current i flowing through the motor 20 oscillates at a frequency equal to the time constant of the feedback loop inside the current feedback loop because the dynamic characteristics of the motor drive system have changed. FIG. 5 shows this state, and it can be seen that the current ie actually flowing to the motor 20 and the detection current im are oscillating during a ground fault. Since this vibration component is included in the supply voltage Vb · D as a feedback signal, it also appears in the detection signal e = (im′−ia ′) in FIG. 4, so the motor is detected by detecting the vibration component included in the detection signal e. 20 ground faults can be detected.

上述の方法によりモータ駆動系の異常を検出できるが、これではモータ２０の故障か、モータ駆動回路３７の故障か、モータ電流検出回路３８の故障かが分らない。そこで、次にはモータ電流検出回路３８の故障を検出する動作について説明する。モータ電流検出回路３８が故障しても、モータ２０及びモータ駆動回路３７が正常な場合には、オープンループでモータ２０を駆動できるからである。本発明では実際にモータ電流検出回路３８の故障を直接的に検出するのではなく、パラメータ変動による電流ループ内の異常検出の後に、モータ駆動回路３７の正常／異常を判断し、モータ駆動回路３７が正常であれば電流検出回路３８の故障とみなしている。   Although an abnormality of the motor drive system can be detected by the above-described method, this does not know whether the motor 20 has failed, the motor drive circuit 37 has failed, or the motor current detection circuit 38 has failed. Therefore, the operation for detecting a failure in the motor current detection circuit 38 will be described next. This is because even if the motor current detection circuit 38 fails, the motor 20 can be driven in an open loop when the motor 20 and the motor drive circuit 37 are normal. In the present invention, the failure of the motor current detection circuit 38 is not actually detected directly, but after the abnormality detection in the current loop due to the parameter variation, the normality / abnormality of the motor drive circuit 37 is determined, and the motor drive circuit 37 is detected. Is normal, it is regarded as a failure of the current detection circuit 38.

本発明によるモータ駆動回路３７の故障の判定は、モータ駆動回路３７内のＨブリッジを構成するＦＥＴ１〜４を全てＯＦＦしたときのモータ端子電圧Ｖｍの値によって行なう。即ち、モータ駆動回路３７が正常であれば、ＦＥＴ１〜４を全てＯＦＦにすればモータ端子電圧Ｖｍは０となり、異常であれば０にならないからである。こうして故障検出回路３１０によってモータ電流検出回路３８が故障であると判定されたときは、切換信号ＳＳを出力して、切換回路３２０の接点をａからｂに切換える。これにより、電流制御のフィードバック系はモータモデル３３０のオープンループにされ、操舵補助指令値演算器３２からの操舵補助指令値Ｉがモータモデル３３０に入力される。   The failure determination of the motor drive circuit 37 according to the present invention is performed based on the value of the motor terminal voltage Vm when all of the FETs 1 to 4 constituting the H bridge in the motor drive circuit 37 are turned off. That is, if the motor drive circuit 37 is normal, the motor terminal voltage Vm becomes 0 if all of the FETs 1 to 4 are turned OFF, and does not become 0 if it is abnormal. When the failure detection circuit 310 determines that the motor current detection circuit 38 is in failure, the switching signal SS is output to switch the contact of the switching circuit 320 from a to b. As a result, the feedback system for current control is set to an open loop of the motor model 330, and the steering assist command value I from the steering assist command value calculator 32 is input to the motor model 330.

図６は本発明の動作例を示しており、先ずパラメータ変動によってモータ駆動系の異常検出を行ない（ステップＳ１）、正常であれば正常動作（接点ａ）を継続し、異常であれば上述したようにモータ電流出力を０にすると共に、ダイアグを記憶してフェールランプを点灯する（ステップＳ２）。そして、モータ駆動回路３７内のＦＥＴ１〜４を全てＯＦＦし（ステップＳ３）、モータ端子電圧Ｖｍを読取る（ステップＳ４）。読取ったモータ端子電圧Ｖｍに基づいてモータ駆動回路３７が正常／異常かを判定し（ステップＳ１０）、異常であればモータ電流検出回路３８を故障とみなすが、モータ駆動系は正常と判断し（ステップＳ１１）、切換信号ＳＳによって切換部３２０の接点をａからｂに切換え、電流制御系をフィードバック系からオープンループ系に切換える（ステップＳ１２）。これにより、モータ２０をオープンループ系で駆動することができる（ステップＳ１３）。又、上記ステップＳ１０でモータ駆動回路３７が異常と判断された場合には、モータ駆動系の異常を確定し（ステップＳ１４）、フェールリレーをＯＦＦとする（ステップＳ５１５）。
FIG. 6 shows an example of the operation of the present invention. First, abnormality of the motor drive system is detected by parameter variation (step S1). If it is normal, normal operation (contact point a) is continued. Thus, the motor current output is set to 0, the diagnosis is stored, and the fail lamp is turned on (step S2). Then, all of the FETs 1 to 4 in the motor drive circuit 37 are turned off (step S3), and the motor terminal voltage Vm is read (step S4). It is determined whether the motor drive circuit 37 is normal / abnormal based on the read motor terminal voltage Vm (step S10). If it is abnormal, the motor current detection circuit 38 is regarded as a failure, but the motor drive system is determined to be normal ( Step S11), the contact of the switching unit 320 is switched from a to b by the switching signal SS, and the current control system is switched from the feedback system to the open loop system (Step S12). Thereby, the motor 20 can be driven in an open loop system (step S13). If it is determined in step S10 that the motor drive circuit 37 is abnormal, the motor drive system abnormality is determined (step S14), and the fail relay is turned off (step S515).

本発明によるコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control unit by this invention. モータ駆動系の異常検出を説明する回路ブロック図である。It is a circuit block diagram explaining abnormality detection of a motor drive system. モータ駆動系の異常検出を説明する回路ブロック図である。It is a circuit block diagram explaining abnormality detection of a motor drive system. 判別回路を書き改めたブロック図である。It is the block diagram which rewrote the discrimination circuit. モータ駆動系の異常状態における検出電流の振動を説明する図である。It is a figure explaining the oscillation of the detection current in the abnormal state of a motor drive system. 本発明の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of this invention. 従来の電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of the conventional electric power steering apparatus. コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the general internal structure of a control unit. モータ駆動回路の一例を示す結線図である。It is a connection diagram which shows an example of a motor drive circuit.

符号の説明Explanation of symbols

１ 操向ハンドル
５ ピニオンラック機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ 位相補償器
３７ モータ駆動回路
３８ モータ電流検出回路
３１０ 故障検出回路
３２０ 切換回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering handle 5 Pinion rack mechanism 10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 20 Motor 30 Control unit 31 Phase compensator 37 Motor drive circuit 38 Motor current detection circuit 310 Failure detection circuit 320 Switching circuit

Claims (3)

ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータをフィードバック系で駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記コントロールユニットが、前記モータの電流検出回路と、前記電流検出回路の故障を検出する故障検出回路とを具備すると共に、前記故障検出回路が前記電流検出回路の故障を検出したときに、前記フィードバック系よりも電流を抑えて前記モータを駆動するオープンループ系に切換えるようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 A torque sensor for detecting steering torque of the steering wheel, a motor for biasing a steering shaft provided integrally with the steering wheel, and a control unit for driving the motor by a feedback system according to the magnitude of the steering torque And the control unit includes a current detection circuit for the motor and a failure detection circuit for detecting a failure in the current detection circuit. A control device for an electric power steering device, characterized in that when a failure of a current detection circuit is detected, switching to an open loop system for driving the motor while suppressing the current rather than the feedback system. 前記モータの駆動系の故障を、前記モータを駆動する電流制御値と、前記電流検出回路の出力とにより検出した後に、前記モータの端子電圧から前記電流検出回路の故障を検出する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The failure of the current detection circuit is detected from a terminal voltage of the motor after detecting a failure of the motor drive system based on a current control value for driving the motor and an output of the current detection circuit. The control apparatus of the electric power steering apparatus as described. 前記オープンループ系に切換えたときに、車速及びバッテリ電圧によって前記モータを駆動するパルス幅変調のデューティ比を制御する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a duty ratio of pulse width modulation for driving the motor is controlled by a vehicle speed and a battery voltage when switching to the open loop system. 3.
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