JP3641921B2

JP3641921B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JP3641921B2
Application number: JP31980097A
Authority: JP
Inventors: 秀明川田; 修司遠藤; 広之狩野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11152049A

Description

【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、特にモータ駆動系の地絡故障を検出してモータ駆動を停止させると共に、電源とモータ駆動回路との間に接続されたフェールリレーをＯＦＦさせ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。
【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。一般的な電動パワーステアリング装置の構成を図６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。
【０００３】
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７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。
【０００４】
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のモータ電流検出値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００５】
モータ駆動回路３７の構成例を図８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。上段の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。下段の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。
【０００６】
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検出値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。
【０００７】
上述のような従来の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサーが中立付近でモータ２０が駆動されていないときに、モータ２０の端子電圧Ｖｍを測定してモータ端子の地絡故障を検出していた。図９はその様子を示しており、Ｈブリッジ回路のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４が全てＯＦＦのときのモータ２０の端子電圧Ｖｍを検出し、端子電圧Ｖｍ≒０となった場合に地絡が生じたとしている。Ｒｉは、モータ電流検出値ｉを得るための電流検出抵抗であり、Ｖｂはバッテリ１４の電圧である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の検出方法では、モータ２０が非駆動時にしかモータ地絡を検出できない問題がある。特に操舵中にモータ２０の電源側で地絡が発生した場合、地絡によって過電流が発生しているにも拘らず、電流検出抵抗ＲｉがＨブリッジ回路の下段側にあるために電流検出ができず、最悪の場合は過電流による過熱によって火災が発生する場合がある。図１０はその様子を示しており、地絡による地絡電流ｉｒが流れているにも拘らず、電流検出回路の出力ｉはｉ≒０であるため、過電流検出が動作せず、地絡電流ｉｒが流れ続けるのである。しかも、モータ電流検出値ｉをフィードバック制御している場合は、電流指令値があるのにモータ電流検出値ｉが検出されないので、ますますモータ端子電圧Ｖｍ又はＰＷＭのデューティ比が増加され、過電流による過熱によって火災が発生する可能性が大きくなる。
【０００９】
また、上記従来の検出方法では、ハンドル戻り時にモータ端子間に逆起電圧が発生して、その電圧によってモータ端子電圧Ｖｍが正常時の範囲を越えてしまうことがあった。この場合には、地絡が生じていないにも拘らず、モータ端子が地絡したと誤検出してしまっていた。このような誤検出を防止するために、検出条件（検出時間、検出値）を調整していたが、逆に中途半端な故障に対する検出精度が低下してしまうということで、故障検出までに要する時間が長くなってしまうことが、問題点として指摘されていた。
【００１０】
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モータの地絡を確実に検出すると共に、故障が検出されたときにモータ駆動を停止してフェールリレー（電子スイッチを含む）をＯＦＦ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を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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のＨブリッジ回路でＰＷＭ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Ｈブリッジ回路の上段のＦＥＴに電流検出抵抗及びフェールリレーを接続し、イグニションキーのオン後に前記フェールリレーをオンし、前記Ｈブリッジ回路の下段のＦＥＴをオフした状態で前記上段のＦＥＴを同時にオンすることによって所定値以上の電流が発生した場合、前記モータの端子が地絡していると判断してモータ駆動を停止させると共に、前記フェールリレーをオフすることによって達成される。又、前記Ｈブリッジ回路の下段のＦＥＴをオフした状態で前記上段のＦＥＴを同時にオンするときに、前記上段のＦＥＴをＰＷＭ駆動し、そのデューティ比を徐々に増加させるようにしても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
Ｈブリッジ回路構成のモータ駆動回路に上段側にモータ電流検出抵抗を備えることで、モータ駆動回路に流れ込む電流を確実に検出できるようになる。従って、起動時には、モータ駆動回路の上段のＦＥＴを同時にＯＮさせて、モータ地絡が発生している場合は過電流を発生させて検出する。また、上段の２つのＦＥＴを同時にＯＮすることでモータ端子間が同電位となり、もし地絡が発生していても、モータを回転することなく地絡を検出することができる。このように、検出用の過電流でモータ線地絡を検出しているので、ハンドル戻り時におけるモータの逆起電力による誤検出をすることはない。大きな逆起電流で過電流が打ち消されて検出が遅れることは考えられるが、その後に過電流が発生すればすぐに地絡を検出することができる。
【００１３】
本発明ではモータ線の電源側が地絡した場合、イグニションキーＯＮ後に、電源とモータ駆動回路との間に接続されたフェールリレーをＯＮして、モータ駆動回路の上段のＦＥＴを同時にＯＮすることで、地絡があれば地絡した個所に過電流が流れることになるので、かかる過電流の検出によって地絡を検出することができる。また、モータ駆動回路の上段のＦＥＴを同時にＯＮしているため、モータ端子間が同電位となり、モータを回転することなく検出することができる。また、もし操舵中に地絡が発生した場合でも過電流によって常に監視しているので、過電流検出によって地絡も検出可能である。モータ線の接地側が地絡した場合は、見かけ上正常状態と区別できないため、モータの駆動方向が反転して地絡が電源側となることで、過電流が発生するために検出することができる。
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明のブロック構成を図７に対応させて示しており、モータ電流検出回路３８からのモータ電流検出値ｉに基づいて過電流を検出する過電流検出手段４０を設けると共に、バッテリ１４からモータ駆動回路３７への供給路にフェールリレー４１を介挿している。過電流検出手段４０はモータ電流検出回路３８で検出されるモータ電流検出値ｉをスレッショルドｉｍと比較して、モータ電流検出値ｉがスレッショルドｉｍを越えたときに過電流検出信号ＤＴを出力するようにしている。フェールリレー４１は電子スイッチであっても構わない。また、図２はＨブリッジ回路のモータ駆動回路３７と、モータ電流検出回路３８、フェールリレー４１及び電流検出抵抗Ｒ３との結線関係を示しており、通常時にはフェールリレー４１はＯＮしている。電流検出抵抗Ｒ３及びフェールリレー４１はＨブリッジ回路の上段のＦＥＴ１及びＦＥＴ２とバッテリ１４との間に接続されており、モータ電流検出回路３８は電流検出抵抗Ｒ３を流れる電流を検出するようになっている。そして、過電流検出手段４０で過電流が検出されると、過電流検出信号ＤＴによってフェールリレー４１をＯＦＦすると共に、モータ駆動回路３７の駆動を停止、つまりＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦする。
【００１５】
このような構成において、その動作を図３のフローチャートを参照して説明する。
起動時には、常時イグニションキーがＯＮになったか否かを検出しており（ステップＳ１）、イグニションキーがＯＮになった場合には、図４に示すようにＨブリッジ回路の下段のＦＥＴ３及びＦＥＴ４をＯＦＦし（ステップＳ２）、フェールリレー４１をＯＮし（ステップＳ３）、上段のＦＥＴ１、ＦＥＴ２をＯＮする前に、地絡以外のＨブリッジ回路内の故障によって、過電流が発生しないかを確認する。この場合、過電流検出手段４０はモータ電流検出回路３８からのモータ電流検出値ｉが過電流か否か、つまりスレッショルドｉｍを越えているか否かを検出しており（ステップＳ４）、正常な場合は上段のＦＥＴ１をＯＮにし、（ステップＳ５）、Ｈブリッジ回路内に地絡が発生していないかを確認する（ステップＳ６）。そして、上記ステップＳ４及びＳ６で過電流ｉｒが検出された場合には、過電流検出信号ＤＴによって全てのＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦし（ステップＳ７）、フェールリレー４１をＯＦＦし（ステップＳ８）、モータ駆動回路３７によるモータ２０の駆動を停止する。
【００１６】
図５はモータ駆動時の動作を示しており、モータ駆動中でもモータ線に地絡が発生した場合、過電流ｉｒが発生するので上記のように過電流を検出することができる。過電流ｉｒが検出された場合には、起動時と同様に過電流検出手段４０から過電流検出信号ＤＴが出力され、フェールリレー４１がＯＦＦされると共に、モータ駆動回路３７によるモータ２０の駆動が停止される。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように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、モータ駆動系の地絡故障を確実に検出してモータ駆動を停止させると共に、フェールリレーをＯＦＦさせる。したがって、過電流によってモータを焼損する事故を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の具体的な結線例を示す結線図である。
【図３】本発明の動作例を説明するための図である。
【図４】本発明の動作例を説明するための図である。
【図５】モータ駆動時の動作を説明するための図である。
【図６】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。
【図７】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８】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図９】モータ非駆動時の地絡を説明するための図である。
【図１０】モータ駆動時の地絡を説明するための図である。
【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
４０過電流検出手段
４１フェールリレー

Claims

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のＨブリッジ回路でＰＷＭ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Ｈブリッジ回路の上段のＦＥＴに電流検出抵抗及びフェールリレーを接続し、イグニションキーのオン後に前記フェールリレーをオンし、前記Ｈブリッジ回路の下段のＦＥＴをオフした状態で前記上段のＦＥＴを同時にオンすることによって所定値以上の電流が発生した場合、前記モータの端子が地絡していると判断してモータ駆動を停止させると共に、前記フェールリレーをオフす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。
前記Ｈブリッジ回路の下段のＦＥＴをオフした状態で前記上段のＦＥＴを同時にオンするときに、前記上段のＦＥＴをＰＷＭ駆動し、そのデューティ比を徐々に増加させるようにした請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。