JP2006117090A - Control device of electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トルクセンサ基板内部の電源や信号を確実に監視して信頼性を高め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 that reliably monitors a power source and a signal inside a torque sensor board to improve reliability.
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(アシスト)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。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。 An electric power steering device that assists an automobile or a vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor is a steering shaft or rack that transmits the driving force of the motor by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. An auxiliary load is applied to the shaft. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). In the feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. Generally, the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図4に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸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に連結されている。コラム軸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が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。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及びリレー13を経て電力が供給され、コントロールユニット(制御装置)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。
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. It is connected to the
図5は、トルクセンサ10を備えた電動パワーステアリング装置のコントロールユニット30の一例を示すブロツク構成図である。
FIG. 5 is a block configuration diagram illustrating an example of the
コントロールユニット30はマイクロプロセッサユニット(MPU又はCPU)31を中心に構成され、コントロールユニット30にはトルクセンサ10がコネクタ7を介して接続される。バッテリ14からイグニションキー11を経て供給された電力(例えば電圧12Vの電力)は、基準電圧発生回路34、センサ電源回路33、MPU31へ定電圧Vcc(例えば9V)を供給する定電圧回路35及びモータ20を駆動制御するモータ駆動回路32に供給される。基準電圧発生回路34では基準電圧Vref(例えば3.3V)を発生し、基準電圧VrefはMPU31、センサ電源回路33に供給される。センサ電源回路33はトルクセンサ10を駆動する電力を供給するもので、基準電圧発生回路34で生成された基準電圧Vrに基づいて設定された所定電圧Vの電力を出力する。
The
トルクセンサ10からはメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号が出力され、MPU31のA/Dポートに入力される。MPU31では入力されたメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号をA/D変換し、所定の演算式に基いて操舵補助指令値を演算し、演算された操舵補助指令値をモータ駆動回路32に出力してモータ20を駆動制御する。
A main detection torque signal and a sub detection torque signal are output from the
このような構成において、図6に示すようにトルクセンサ10(センサ基板)へはセンサ電源回路33からコネクタ7を経て、駆動用定電圧Vcc(例えば9V)及び信号処理用基準電圧Vref(例えば3.3V)が供給されている。トルクセンサ10には、駆動用定電圧Vccによって発振する発振回路102が設けられ、発振回路102の出力(例えば8KHzの正弦波)はトルク検出回路101のコイルへの交流信号として印加される。トルク検出回路101から出力されるメイン信号及びサブ信号を処理する信号処理部104が設けられ、この信号処理部104には降圧回路103で基準電圧(3.3V)から降圧された2.5Vが中立基準電圧として印加される。信号処理部104で処理された信号は、メイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号としてコネクタ7を経てコントロールユニット30に送信される。
従来は図6に示すように、センサ電源回路33から出力される定電圧Vccを監視回路36で監視するようになっている。このため、センサ電源回路33の異常は監視できるが、トルクセンサ10の異常については確実に監視できない問題がある。トルクセンサ10とコントロールユニット30の電源系及び信号系の接続はコネクタ7を介して行われるが、コネクタ7の接触不良、コネクタ7の嵌合不良、ピンの半田不良等を監視できないという問題がある。
Conventionally, as shown in FIG. 6, a constant voltage Vcc output from the sensor
また、トルクセンサ10内部で処理されている信号に異常が発生しても、トルクセンサ出力信号が大きな変化をせず、コントロールユニット30で検出できない場合がある。
In addition, even if an abnormality occurs in a signal processed in the
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、コントロールユニット側の電源のみならず、トルクセンサ内部の信号をも監視するすることにより信頼性を高めた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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve reliability by monitoring not only the power supply on the control unit side but also the signal inside the torque sensor. It is to provide a control device for the apparatus.
本発明は、トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与すると共に、制御部から前記トルクセンサに電圧を供給するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記トルクセンサ内部の各作動信号を前記制御部に送って監視する手段を設けることにより達成される。 The present invention calculates a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, applies an assist force by a motor to a steering system based on the steering assist command value, and applies a voltage from a control unit to the torque sensor. With respect to the control device for the electric power steering apparatus to be supplied, the above object of the present invention is achieved by providing means for sending each operation signal inside the torque sensor to the control unit for monitoring.
本発明の上記目的は、前記トルクセンサ内部の信号がトルクセンサ駆動用定電圧であることにより、或いは前記トルクセンサ内部の信号が前記トルクセンサの中立時の電圧として用いる基準電圧であることにより、或いは前記トルクセンサ内部の信号が前記トルクセンサのコイルへの交流信号であることにより、より効果的に達成される。 The object of the present invention is that the signal inside the torque sensor is a constant voltage for driving the torque sensor, or the signal inside the torque sensor is a reference voltage used as a neutral voltage of the torque sensor. Or it is achieved more effectively by the signal inside the torque sensor being an AC signal to the coil of the torque sensor.
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、制御側の電源異常を監視できると共に、センサと制御側との間のコネクタの接触不良、コネクタの嵌合不良、ピンの半田不良等によるコネクタ部の不良やトルクセンサ内部の信号の異常をも監視することができる。これにより、信頼性が高く高機能な電動パワーステアリング装置の制御装置を実現することができる。 According to the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, it is possible to monitor the power supply abnormality on the control side, and also due to poor contact of the connector between the sensor and the control side, poor fitting of the connector, poor soldering of the pin, etc. It is also possible to monitor faulty connectors and abnormal signals in the torque sensor. As a result, a highly reliable and highly functional control device for an electric power steering device can be realized.
本発明は制御側の電源監視を行うと共に、トルクセンサ内部の信号の異常をも監視して、電動パワーステアリング装置の信頼性を高めている。トルクセンサ内部の監視により、センサと制御部との間のコネクタの接触不良、コネクタの嵌合不良、ピンの半田不良等に基づくコネクタ部の不良やトルクセンサ内部の信号の異常を確実に検出することができ、安全性を高めることができる。 The present invention monitors the power supply on the control side and also monitors abnormalities in the signal in the torque sensor to improve the reliability of the electric power steering apparatus. Torque sensor internal monitoring reliably detects faulty connector parts and abnormal signal inside the torque sensor due to poor connector contact, poor connector fitting, poor pin soldering, etc. Can increase safety.
以下に本発明の実施例を、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.
図1は本発明の第1実施例を図6に対応させて示しており、制御側から供給された駆動用定電圧Vccを、ライン110を介してコントロールユニット30内に設けられた監視回路37に送って電圧の異常を監視する。駆動用定電圧Vccは、トルク検出回路101のコイルへの交流信号となる発振回路102に入力されているので、駆動用定電圧Vccの異常を監視することによって、接触不良等に基づく電源系の異常を監視することができる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention corresponding to FIG. 6, and a driving constant voltage Vcc supplied from the control side is supplied to a
なお、監視回路36及び37は兼用も可能である。また、ライン110を介してコントロールユニット30側に送られた電圧を、センサ電源回路33で生成される定電圧Vccと比較することで、トルクセンサ10内の中立基準電圧(2.5V)の変動が分かり、メイン(サブ)検出トルク信号の補正を行うことも可能である。ライン110を介してコントロールユニット30側に送られた電圧を、直接MPU31のA/Dポートに入力するようにしても良い。
Note that the
また、図2は本発明の第2実施例を図6に対応させて示しており、降圧回路103からの中立基準電圧(2.5V)を、ライン111を介してコントロールユニット30内に設けられた監視回路38に送って電圧の異常を監視する。降圧回路103からセンサ出力信号の処理を行う信号処理部104へ供給される中立基準電圧(2.5V)の異常を監視できるので、信頼性を高めることができる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention corresponding to FIG. 6, and a neutral reference voltage (2.5 V) from the step-
なお、監視回路36及び38は兼用も可能である。また、ライン111を介してコントロールユニット30側に送られた中立基準電圧(2.5V)を、センサ電源回路33で生成される基準電圧Vrefと比較することで、トルクセンサ10内の中立基準電圧(2.5V)の変動が分かり、メイン(サブ)検出トルク信号の補正を行うことも可能であり、更に中立基準電圧(2.5V)/Vref(3.3V)の割合が正常ならセンサ特性が確保できる範囲で、パワーステアリングを作動させることも可能である。ライン111を介してコントロールユニット30側に送られた中立基準電圧(2.5V)を、直接MPU31のA/Dポートに入力するようにしても良い。
The
図3は本発明の第3実施例を示しており、発振回路102からトルク検出回路101に供給されるコイルへの交流信号を、ライン112を介してコントロールユニット30内に設けられた監視回路39に送って電圧の異常を監視する。発振回路102からトルク検出回路101には、所定周波数所定電圧の正弦波(若しくは矩形波)がコイルへの交流信号として供給されているので、電源系に異常が発生すると、周波数や電圧が変化する。従って、監視回路39でコイルへの交流信号の周波数及び電圧を監視することによって、トルクセンサ内部の各作動信号の異常を検出することができる。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which an AC signal to a coil supplied from the
上述した第1実施例、第2実施例、第3実施例を組み合わせることも可能であり、更に第1〜第3実施例を併せて実施することもできる。 The first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment described above can be combined, and the first to third embodiments can also be combined.
監視内容として電源電圧、基準電圧及びコイルへの交流信号(励磁信号)が可能であり、順次説明する。 The monitoring contents can include a power supply voltage, a reference voltage, and an AC signal (excitation signal) to the coil, which will be described in order.
電源電圧については電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、低電圧状態などを、例えば電源電圧≦6.5V又は電源電圧≧12Vが所定時間継続したか否かで判定する。中立基準電圧(2.5V)についても同様であり、電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、内部回線の故障などを、例えば中立基準電圧≦2V又は中立基準電圧≧3Vが所定時間継続したか否かで判定する。 For the power supply voltage, the voltage level is compared with a threshold value, and a power source voltage, ground fault, disconnection, low voltage state, etc. are determined based on whether, for example, power supply voltage ≦ 6.5V or power supply voltage ≧ 12V has continued for a predetermined time. To do. The same applies to the neutral reference voltage (2.5 V). The voltage level is compared with a threshold value, and a power supply fault, ground fault, disconnection, internal line failure, etc. are detected, for example, neutral reference voltage ≤ 2 V or neutral reference voltage ≥ Judgment is made based on whether 3 V has continued for a predetermined time.
また、コイルへの交流信号(励磁信号)については、電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、内部回路の故障などを、例えばコイルへの交流電圧≦6V又はコイルへの交流電圧≧11Vが所定時間継続したか否かで判定したり、検出されたコイルへの交流周波数をしきい値と比較し、内部回路の故障などを、例えばコイルへの交流周波数≦6KHz又はコイルへの交流周波数≧10KHzが所定時間継続したか否かで判定する。電圧レベルの比較はA/D変換してマイコン内でソフト的に実行しても良いし、ハードウェアで比較しても良い。 As for the AC signal (excitation signal) to the coil, the voltage level is compared with the threshold value, and a power supply fault, ground fault, disconnection, internal circuit failure, etc., for example, AC voltage to the coil ≦ 6V or to the coil Whether or not the AC voltage ≧ 11V of the current continues for a predetermined time, or the detected AC frequency to the coil is compared with a threshold value, and the failure of the internal circuit, for example, the AC frequency to the coil ≦ 6 KHz or Judgment is made based on whether or not the AC frequency to the coil ≧ 10 kHz continues for a predetermined time. The comparison of the voltage level may be executed by software in the microcomputer after A / D conversion, or may be compared by hardware.
なお、上述で説明した定電圧Vccの9V、基準電圧Vrefの3.3Vはあくまで一例であり、他の電圧値を用いることも可能である。 The constant voltage Vcc described above of 9 V and the reference voltage Vref of 3.3 V are merely examples, and other voltage values may be used.
本発明によればトルクセンサ内部の異常をも確実に監視することができるので、高性能で信頼性の高い電動パワーステアリングを実現することができ、高級車の電動パワーステアリングに適当である。 According to the present invention, an abnormality in the torque sensor can be reliably monitored, so that a high-performance and highly reliable electric power steering can be realized, which is suitable for an electric power steering of a luxury car.
1 操向ハンドル
2 コラム軸
3 減速ギア
7 コネクタ
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
13 リレー
14 バッテリ
20 モータ
30 コントロールユニット
31 MPU
32 モータ駆動回路
33 センサ電源回路
34 基準電圧発生回路
35 定電圧回路
36、37、38、39 監視回路
101 トルク検出回路
102 発振回路
103 降圧回路
104 信号処理部
1 Steering handle 2
32
Claims (4)
The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a signal inside the torque sensor is an AC signal to a coil of the torque sensor.
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