JP3484968B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置の制御装置

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JP3484968B2 JP04242698A JP4242698A JP3484968B2 JP 3484968 B2 JP3484968 B2 JP 3484968B2 JP 04242698 A JP04242698 A JP 04242698A JP 4242698 A JP4242698 A JP 4242698A JP 3484968 B2 JP3484968 B2 JP 3484968B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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、特にモー
タ過電流が発生したときに、過電流の大きさに応じて２
段階に保護機能を分け、効率的で経済的なモータ保護対
策を実現した電動パワーステアリング装置の制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】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。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なっている。フィードバッ
ク制御は、電流制御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−ティ比の調整で行なっている。
【０００３】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３に示して説明すると、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１
１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３
０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又はリレー１３によりバ
ッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時
に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。リレー１３
は緊急時にＯＦＦされるものである。
【０００４】コントロールユニット３０は主としてＣＰ
Ｕ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４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。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３
６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
モータ駆動系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。
【０００５】モータ駆動系３７の構成例を図５に示して
説明すると、モータ駆動系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）Ｆ
ＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを、ゲート回路３７３を介
して駆動する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。ＦＥＴゲート駆動回路３７１及び昇圧電源３７
２でモータ制御回路３７Ａを構成し、Ｈブリッジ回路、
ゲート回路３７３及び電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２でモー
タ駆動回路３７Ｂを構成している。ＦＥＴゲート駆動回
路３７１からのＰＷＭ信号は、通常はゲート回路３７３
を経てそのままＦＥＴ１〜ＦＥＴ４に供給されるが、遮
断信号ＣＳが入力されると全てのＰＷＭ信号が遮断され
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２０に流れ
る電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ
４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Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号
により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／
ＯＦＦされる。
【０００６】上述のような装置において、モータ駆動時
にモータ２０やモータ駆動回路３７Ｂの短絡・地絡等の
故障が発生すると、モータ２０やモータ駆動回路３７Ｂ
に過電流が発生し、そのまま放置しておけば火災等の事
故になってしまう。このため、従来は図６に示すように
過電流検出回路３９を設け、ソフトウェアやハードロジ
ックによって過電流を検出して、遮断信号ＣＳをモータ
駆動回路３７Ｂ内のゲート回路３７３に入力することに
よって、モータ電流出力を停止していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、据え切
り等で操舵しているときに、図７に示すようにハンドル
ロックエンドに強く当たった場合、急激な操舵の変化に
よりモータ２０やモータ駆動回路３７Ｂに過電流が発生
する。これは、ステアリングが高速で回されているとき
には、モータ２０の逆起電力を補償するためにＰＷＭの
デューティ比が１００％近くになっている。しかし、こ
の瞬間にラックがラックエンドに当たることで、ステア
リングの回転が急激に減少して、回転速度がほぼゼロと
なる。ＣＰＵのサンプリング時間内では、まだＰＷＭの
デューティ比が前のほぼ１００％残っている。従って、
モータ２０には、ロック電流に近い電流が流れることに
なる。又、アナログ回路によって電流制御を実現してい
る場合にも、電流制御の応答時間の遅れによって、同様
にモータにロック電流に近い電流が流れる。
【０００８】図６に示す従来の過電流検出回路３９で
は、図８（Ａ）に示すような過電流検出レベルが設定さ
れており、モータ電流ｉがこの過電流検出レベルに達し
た時点ｔ２に、過電流検出回路３９は遮断信号ＣＳを出
力し（図８（Ｂ））、モータ出力を遮断してシステムを
停止していた。図８（Ｃ）は操舵角速度を示しており、
時点ｔ１にラックストロークエンドに当たり、図８
（Ｄ）は過電流が検出された時点ｔ２に、過電流検出に
基づいてデューティ比が変更される様子を示している。
このように、パワーステアリング装置に故障が発生した
わけでもないのに、操舵の方法で過電流が発生してシス
テムが停止してしまうのは、運転者にとっては不都合で
ある。しかし、この過電流検出を無くしてしまっては、
実際の故障の時にモータ２０やモータ駆動回路３７Ｂに
大きな電流が発生してしまい、最悪の場合には車両火災
に至る可能性がある。
【０００９】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、モータ過電流が発生したと
きに、過電流の大きさに応じて保護機能を分けるように
し、パワーステアリング装置の故障でないときに、モー
タ出力を停止しないように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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御
値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記
モータを制御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するもので、本発明の上記目的
は、前記モータの電流値に対する過電流検出レベルを示
す検出電流値が異なる２つの過電流検出回路を設け、検
出電流値の低い方の過電流検出回路で過電流が検出され
た時は、前記モータ駆動のためのＰＷＭのデューティ
を、前記どちらの演算も介さずに制限し、検出電流値の
高い方の過電流検出回路で過電流が検出された時は、前
記モータ電流出力を停止すると共にリレーを開放するこ
とによって達成される。又、前記過電流が検出され、前
記モータ駆動のためのＰＷＭのデューティを制限すると
きに、前記モータの温度又はバッテリ電圧に応じたデュ
ーティで制限するようにしても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明では、電流検出回路によっ
て検出されたモータ電流を、電流制限用の信号と過電流
検出用の信号とに分ける。さらに、過電流検出用の電流
信号を２つに分け、片方はハンドルロックエンド時など
の操舵時に発生するような過渡的な過電流を検出し、も
う一方はモータやモータ駆動回路の内で発生する地絡や
短絡の故障による過電流を検出する。
【００１２】ハンドルロックエンド時などの過電流検出
値は、モータやモータ駆動回路等の故障などに発生する
過電流検出値より低い値で、システムで要求される最大
電流出力よりは高い値とする。この過電流検出が検出さ
れた場合は、モータを駆動しているＰＷＭのデューティ
比をＦＥＴが破損することのないような電流値となるよ
うに設定する。また、ＰＷＭのデューティ比を決定する
ときにバッテリ電圧を読込み、バッテリ電圧に応じたデ
ューティ比の値を設定するようにしても良い。これによ
って、バッテリ電圧が高い状態でも大きな電流が流れな
いように制限することができる。更に、モータの温度が
低いときはモータ抵抗が小さいため、同じデューティ比
でもモータ電流が異なる。従って、モータ温度によって
もＰＷＭのデューティ比の値を補正することによって、
低温時にも大きな電流が流れないように制限することが
できる。モータやモータ駆動回路の故障などの過電流検
出値は、過電流でＦＥＴやリレーなどが破損することが
ないような値に設定する。この過電流が検出された場合
は明らかにモータ駆動回路の故障であるから、直ちにモ
ータ電流出力を停止すると共にリレーも遮断する。上記
のような２種類の過電流検出は、ハードロジックで実現
してもソフトウェアで実現してもかまわない。
【００１３】以下、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。
【００１４】図１は本発明の実施例を、図６に対応して
示しており、本発明では故障検出用の過電流検出回路４
０及びデューティ制限用の過電流検出回路４１を設けて
おり、過電流検出回路４１の検出電流値（過電流検出レ
ベル）を定格電流レベルより大きく、過電流検出回路４
０の検出電流値より小さく設定している。そして、過電
流検出回路４１で過電流が検出されたときには、モータ
制御回路３７Ａ内のＦＥＴゲート駆動回路３７１に対し
てデューティの制限を与える制御信号ＤＳを出力する。
また、過電流検出回路４０で過電流が検出されたときに
は、モータ駆動回路３７Ｂ内のゲート回路３７３に対し
てモータ駆動を遮断する遮断信号ＣＳを出力すると共
に、リレー１３をＯＦＦしてモータ出力を停止する。
【００１５】図２は本発明の動作例を示しており、図２
（Ａ）のようにモータ電流ｉが、時点ｔ１におけるラッ
クストロークエンドの当たりによってデューティ制限の
過電流検出レベルを越えると（時点ｔ２）、過電流検出
回路４１より同図（Ｂ）のように制限信号ＤＳが出力さ
れ、この制限信号ＤＳがＦＥＴゲート駆動回路３７１に
入力されることによって同図（Ｄ）のように、１サンプ
ル時間内であってもＰＷＭのデューティが制限される。
尚、過電流検出回路４０の検出電流値による過電流が検
出された場合は、遮断信号ＣＳがモータ駆動回路３７Ｂ
内のゲート回路３７３に入力されてモータ駆動が停止さ
れ、リレー１３もＯＦＦされる。
【００１６】又、電流制御をアナログ回路で実現した場
合にも、同様にデューティ制限の過電流検出レベルを超
えると、デューティを生成する信号の電圧をクランプし
て、ＰＷＭのデューティを制限される。
【００１７】
【発明の効果】本発明では、モータ過電流をデューティ
制限用の低いレベルと、故障検出用の高いレベルとを設
けて検出し、モータ電流に応じた過電流対策を講じてい
るので、効率的で経済的な制御が可能となっていると共
に、快適な操舵を実現している。電動パワーステアリン
グ装置が故障していないラックストロークエンド等によ
って、モータ出力が停止されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作例を示すタイムチャートである。
【図３】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
【図４】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。
【図５】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図６】従来装置の一例を示すブロック図である。
【図７】ラックストロークエンドを説明するための図で
ある。
【図８】従来装置の動作例を示すタイムチャートであ
る。
【符号の説明】
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、３０Ａ コントロールユニット ４０、４１ 過電流検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 Ｂ６２Ｄ 137:00 (56)参考文献 特開 昭64−9064（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−34359（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−133107（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−24845（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−49014（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−185937（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−144279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 6/00 - 6/06 B62D 5/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
    クに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流
    値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構
    に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっ
    ている電動パワーステアリング装置の制御装置におい
    て、前記モータの電流値に対する過電流検出レベルを示
    す検出電流値が異なる２つの過電流検出回路を備え、検
    出電流値の低い方の過電流検出回路で過電流が検出され
    た時は、前記モータ駆動のためのＰＷＭのデューティ
    を、前記どちらの演算も介さずに制限し、検出電流値の
    高い方の過電流検出回路で過電流が検出された時は、前
    記モータ電流出力を停止すると共にリレーを開放するよ
    うに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. 【請求項２】 前記過電流が検出され、前記モータ駆動
    のためのＰＷＭのデューティを制限するときに、前記モ
    ータの温度又はバッテリ電圧に応じたデューティで制限
    するようになっている請求項１に記載の電動パワーステ
    アリング装置の制御装置。
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