JP2006142960A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ断線状態からフェール確定までに復帰した場合においても、モータ電流の挙動を小さくすることにより性能を向上した電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサとを具備し、前記トルクセンサの出力に基づいて前記モータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータの駆動系、若しくはトルク系若しくは電源電圧の異常及び復帰を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の出力に応じて前記モータ制御の電流を制限する電流制限手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流制御に基づいてモータによる操舵補助力を制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に制御系の異常状態からフェール確定までに正常復帰した場合のモータ電流の挙動を低減した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

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（操舵補助力）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。

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。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵも含む）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５のようになる。

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トルク値Ｔ及び車速センサからの車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力されたトルク値Ｔ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電流指令値Ｉｒｅｆを決定する。電流指令値Ｉｒｅｆは減算器３２に入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆ−Ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３３に入力される。ＰＩ制御部３３で特性改善された操舵補助指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３４に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３５を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３６で検出され、減算器３２にフィードバックされる。インバータ回路３５は駆動素子として、ＦＥＴで構成されている。

このような電動パワーステアリング装置において、モータ２０の断線状態が発生した場合には、通常モータアシストを停止してマニュアル操舵としている。マニュアル操舵になると、切り増し保舵や切り戻し操舵中の場合は特にハンドルが重くなるため、ドライバは操舵トルクを増加させることになる。これに伴い、電流指令値は増加するが、モータ断線中のために実電流には反映されない状態となる。この状態でフェールと確定されずに断線状態から正常状態に復帰した場合、大きな電流がそのまま電流指令値に反映され、過剰なアシスト状態になってしまう。

図６はモータ断線時及び復帰時の動作例を示しており、時点ｔ１にモータ２０の断線が生じ、時点ｔ２に断線が復帰した場合を示している。従って、モータライン状態は図６（Ａ）に示すように、時点ｔ１以前及び時点ｔ２以降が正常（通常アシスト操舵）であり、時点ｔ１〜ｔ２の間が異常（マニュアル操舵）状態となっている。時点ｔ１にモータ断線が発生すると、ドライバの操舵トルク、つまりトルク値Ｔは図６（Ｂ）に示すようにマニュアル操舵になったことで増加する。また、電流指令値Ｉｒｅｆは図６（Ｃ）に示すように、モータ電流値Ｉｍが断線のために０であるにも拘わらず、トルク値Ｔ（車速Ｖ）に基づいて電流指令値演算部３１で演算されるために上昇する。

そして、時点ｔ２に断線が復帰して正常状態になると、それまで電流指令値演算部３１で演算されていた電流指令値Ｉｒｅｆが即適用されるため、図６（Ｄ）に示すようにモータ電流値Ｉｍの挙動が大きくなる。
特開平１１−２６３２４０

上述のように従来の制御装置では、モータ断線状態からフェール確定前に復帰した場合に、モータ電流Ｉｍの挙動が大きくなってしまい、ドライバに不安や違和感を与えてしまう問題がある。

また、モータ断線に限らず、インバータ回路３５を構成するＦＥＴの故障、トルク系の異常、電源電圧の異常等の場合も同様であり、フェール確定前に復帰した場合にはモータ電流Ｉｍの挙動が大きくなり、ドライバに不安や違和感を与えてしまう問題がある。

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、モータ断線状態からフェール確定までに復帰した場合においても、モータ電流の挙動を小さくすることにより、ドライバに不安や違和感を与えない性能を向上し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。

本発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサとを具備し、前記トルクセンサの出力に基づいて前記モータを制御す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、前記モータの駆動系、若しくはトルク系若しくは電源電圧の異常及び復帰を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の出力に応じて前記モータ制御の電流を制限する電流制限手段とを設けることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記異常検出手段が前記異常を検出したときに異常信号を出力し、前記復帰を検出したときに復帰信号を出力し、前記電流制限手段は前記異常信号の入力で漸減し、前記復帰信号の入力で漸増する特性を有していることにより、或いは前記漸減の傾斜が前記漸増の傾斜よりも大きくなっていることにより、或いは前記漸減の傾斜及び前記漸増の傾斜を可変とすることにより、或いは前記電流制限手段の漸減後の電流を０又は０より大きくすることにより、或いは前記モータ駆動系の異常が前記モータの断線又は前記モータの駆動素子の故障であることにより、より効果的に達成される。

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、モータ断線を検出した場合に、電流指令値に対して出力制限を施すようにしているので、モータ断線復帰時に過剰なモータ電流が流れることもない。このため、ドライバに不安や違和感を与えることがなく、パワーステアリング装置の性能が向上する。

本発明では、モータの断線（ハーネス断線等）、モータ駆動素子としてのＦＥＴの故障、トルクセンサを含むトルク系の異常、電源電圧の異常等を検出し、異常状態の場合には電流指令値の電流を漸減させ、フェール確定前に復帰した場合には電流指令値を漸増させ、復帰時のモータ電流の挙動を小さくしている。これにより、ドライバに不安や違和感を与えることもなく、高性能な電動パワーステリング装置を実現できる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例を図４に対応させて示すブロック構成図であり、モータ２０の断線及び復帰を検出して断線信号及び復帰信号を出力する異常検出手段としてのモータ断線検出部４０と、モータ断線検出部４０からの断線信号及び復帰信号に基づいてＰＩ制御部３３からの操舵補助指令値Ｖｒｅｆを制限したり復帰させる電流制限手段としての電流制限部４１とを具備している。電流制限部４１から出力される制限された電流指令値Ｖｒｅｆａは、ＰＷＭ制御部３４に入力される。

モータ断線検出部４０は、下記の原理に基づいてモータ２０の断線を検出し、断線を検出したときに断線信号を出力する。即ち、モータ２０が断線状態になると、モータ端子間電圧Ｖｍと電源電圧（ＶＲ電圧）との関係が下記（１）式となる。従って、（１）式がモータ２０の断線検出の第１条件となる。

モータ端子間電圧Ｖｍ＞ＶＲ電圧 …（１）

また、モータ断線状態になった場合、電流検出器３６で検出される電流は０となるため、同時に電流検出器３６からのモータ電流Ｉｍが所定値（例えば５．５Ａ）以下であることが必要である。即ち、下記（２）式がモータ２０の断線検出の第２条件となる。

モータ電流Ｉｍ＜所定値 …（２）

モータ断線検出部４０は上記（１）式及び（２）式の２つの条件が同時に満たされたときにモータ２０の断線と判定し、断線信号を出力する。そして、別途フェールの確定がされるまでに、上記２つの条件が成立しなくなったときに、モータ断線が復帰したとして復帰信号を出力する。つまり、上記条件（１）及び（２）のいずれか一方若しくは両方が不成立となった場合に、復帰信号を出力する。

一方、電流制限部４１は図２に示すような電流制限特性を有している。即ち、断線信号が入力されるとゲイン１から傾斜Ａで漸減し、所定時間Ｔａ後に最低ゲインとなり、復帰信号が入力されるとゲイン１まで傾斜Ｂで漸増するようになっている。なお、図２では最低ゲインを０より大きくしているが、０であっても良い。

ここにおいて、本発明では、電流制限の徐変時間を断線時（傾斜Ａ）と、断線から復帰する場合（傾斜Ｂ）とで相違させると共に、漸減の傾斜を大きくしている。つまり、傾斜Ａ＞傾斜Ｂとしている。モータ断線状態となった場合はアシスト出来ない状態となり、電流指令値の漸減処理は電流制限＝０の状態になる。モータ断線と同時にモータ電流は０となるため、極力同じ時定数で電流制限の漸減処理を行うことが望ましいからである。また、断線復帰時の漸増処理は、モータ電流の挙動を低減させるために、極力緩やかに漸増することが望ましいからである。

徐変処理としてはトルク徐変と本発明のような電流制限の２つが考えられるが、電流制限の方が優れている。その理由は下記の通りである。即ち、断線復帰時のモータ電流Ｉｍの挙動が大きくなる主原因が操舵トルクの増加であるので、トルクの徐変も可能である。しかし、電流制限で電流を絞る理由は、アシストできない要因がトルクではないためである。トルク徐変でモータ断線時の出力制限を行った場合、電流指令値演算部３１の出力Ｉｒｅｆは抑えることができるが、モータ２０に流れる電流は電流検出器３６のフィードバックにより抑えることができない。このため、トルク徐変を行うよりも、電流制限の方が優れている。

上述のような構成において、その動作を図３を参照して説明する。

図３は、時点Ｔ１にモータ２０の断線が生じ、これがモータ断線検出部４０で検出されて断線信号が電流制限部４１に入力され、時点Ｔ２に断線が復帰してモータ断線検出部４０から電流制限部４１に復帰信号が入力された場合を示している。電流制限部４１は断線信号が入力されると、図２に示すような傾斜Ａの特性でゲインを漸減させるので、電流制限部４１から出力される電流指令値Ｖｒｅｆａは図３（Ｄ）のようになる。図３（Ｃ）は図５に示す従来の電流指令値Ｖｒｅｆを示しており、電流指令値の大きさが従来よりも小さくなっている。そして、時点Ｔ２に断線が復帰して正常状態になると、モータ断線検出部４１から電流制限部４１に復帰信号が入力され、電流制限部４１の特性が図２に示すように最低ゲイン値から傾斜Ｂで漸増するので、モータ電流値Ｉｍの挙動を図３（Ｅ）に示すように小さくすることができる。

なお、上述の実施例では、電流制限部は１次式（直線）で漸減したり漸増するようになっているが、２次式等の曲線特性で漸減したり漸増するようにしても良く、傾斜等を外部から可変にすることも可能である。また、漸減後の電流を、上記実施例では０より大きくしているが、０としても良い。

更に、上述ではモータ駆動系の一例としてモータ断線について説明したが、ＦＥＴ等の駆動素子の故障、トルクセンサを含むトルク系の故障、電源電圧の低下といった異常状態についても同様に、これらの異常及び復帰を検出して電流を制限することが可能である。

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、モータ断線等の駆動系の異常、トルク系若しくは電源電圧の異常を検出した場合に、電流指令値に対して出力制限を施すようにしているので、フェールの確定前に正常復帰した時にも過剰なモータ電流が流れることはない。このため、ドライバに不安や違和感を与えることがなく、高性能なパワーステアリング装置を実現することができる。

本発明の一実施例を示すブロック構成図である。 本発明の電流制限部の特性例を示す図である。 本発明の動作例を示すタイミングチャートである。 一般的な電動パワーステアリング装置の概略を示す構造図である。 コントローラの一例を示すブロック構成図である。 モータ断線時の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
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 電流指令値演算部
３３ ＰＩ制御部
３４ ＰＷＭ制御部
３５ インバータ回路
３６ 電流検出器
４０ モータ断線検出部
４１ 電流制限部

Claims (6)

1. 車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサとを具備し、前記トルクセンサの出力に基づいて前記モータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータの駆動系、若しくはトルク系若しくは電源電圧の異常及び復帰を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段の出力に応じて前記モータ制御の電流を制限する電流制限手段とを具備した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。
2. 前記異常検出手段が前記異常を検出したときに異常信号を出力し、前記復帰を検出したときに復帰信号を出力し、前記電流制限手段は前記異常信号の入力で漸減し、前記復帰信号の入力で漸増する特性を有している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記漸減の傾斜が前記漸増の傾斜よりも大きくなっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記漸減の傾斜及び前記漸増の傾斜が可変となっている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記電流制限手段の漸減後の電流が０又は０より大きくなっている請求項２乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記モータ駆動系の異常が前記モータの断線又は前記モータの駆動素子の故障である請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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