JP3663880B2

JP3663880B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JP3663880B2
Application number: JP2170498A
Authority: JP
Inventors: 秀明川田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2018-02-03
Also published as: JPH11217080A

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、特に前記モータ電流値を検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処理を行なう制御手段を設け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４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。
【０００４】
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５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。
【０００５】
モータ駆動回路３７の構成例を図６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。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。
【０００６】
ここで、電流検出回路用素子として演算増幅器が一般的に使用されるが、演算増幅器は入力信号に対して僅かにオフセットされた信号を出力するので、増幅率が大きい場合はオフセット値も増幅され、検出された電流値に対して無視できない誤差が発生する。また、実際にはモータ電流が流れていないにもかかわらず、ＦＥＴ駆動回路では、検出されたオフセット値の相対誤差を含む電流値に対応してデューティ比の値を演算し、結果として好ましくない振動電流を発生させることになり、操舵フィーリングを悪化させる原因となっていた。
【０００７】
一方、モータ電流の検出に、Ｈブリッジ回路の互いに対向する２つのアームの下流側に共通の１個の抵抗を挿入し、その抵抗両端の電圧降下を検出して電流を検出する回路による場合は、検出電流値に演算増幅器のオフセット値が含まれるため、この場合も微妙な制御が要求される中立位置付近の制御では、円滑な操舵補助を行なうことができず、操舵フィーリングを悪化させる結果となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような問題を解決した装置として、例えば特開平９−２４８４６号公報に示されるものがある。即ち、図７にモータ制御回路１００、モータ駆動回路１１０及びモータ電流検出回路１２０の構成の一例を示す。モータ制御回路１００は加算器３０Ｂから入力された電流制御値Ｅに基づいて決定されるデューティ比ＤのＰＷＭ信号を発生させると共に、電流制御値Ｅの符号に基づいてモータの回転方向を決定する回転方向信号を出力するＰＷＭ回路１０１、Ｈブリッジ回路のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートを駆動するゲート駆動回路１０２から構成される。また、モータ駆動回路１１０は前述したＨブリッジ回路であり、その入力端子にはバッテリ１４からイグニツションキー１１及びリレー４０を経て電圧Ｖｂの電力が供給され、出力端子間にはモータ２０が接続されている。そして、モータ電流検出回路１２０は、モータ駆動回路１１０に接続された電流検出用の抵抗Ｒと、その両端に接続された演算増幅器ＯＰと、演算増幅器ＯＰの出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器１２１と、補正したモータ電流値ｉを出力する電流補正演算器１２２と、オフセット値及びその相対誤差を記憶するメモリ１２３とで構成されている。
【０００９】
モータ２０が正方向に回転するときは抵抗Ｒにモータ電流が流れるので、抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差が演算増幅器ＯＰにより検出され、Ａ／Ｄ変換器１２１でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器１２２に入力されてメモリ１２３に記憶される。また、モータ１０が負方向に回転するときも、抵抗Ｒにモータ電流が流れるので、抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差が演算増幅器ＯＰにより検出され、ピークホールド回路等で信号処理してＡ／Ｄ変換器１２１でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器１２２に入力されてメモリ１２３に記憶される。電流補正演算器１２２はメモリ１２３と協働して、検出された抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差からモータ電流値を演算すると共に、演算増幅器ＯＰのオフセット値の相対誤差を補正演算するものであって、補正されたモータ電流値ｉが減算器３０Ａにフィードバックされる。
【００１０】
ここで、電流補正演算器１２２の動作を説明すると、先ずモータ電流値の演算であるが、抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差が、演算増幅器ＯＰで検出されると、入力された電圧の差を抵抗Ｒの値で割ることでモータ電流値を求める。演算増幅器ＯＰのオフセット値の相対誤差の補正演算は、以下のようにして行なわれる。先ず、イグニションキー１１がＯＦＦからＯＮにされた時点ではＨブリッジ回路を構成するＦＥＴは全てＯＦＦの状態にあるから、実際にはモータ電流が流れていない。そこで、この時点でモータ電流が検出されたときは、実際の電流値である零からのオフセット値であると認識することができるので、この検出されたモータ電流値をオフセット値としてメモリ１２３に記憶させる。このとき、演算増幅器ＯＰの出力を入力とし、その相対誤差をオフセット値としてメモリ１２３に記憶させる。そして、ステアリング装置が動作状態になった後は、所定時間毎にサンプリングして検出されたモータ電流値からメモリ１２３に記憶されているモータ電流値のオフセット値を減算補正し、モータ電流値ｉを演算する。
【００１１】
図８は主として電流補正演算処理に関連する部分の動作例を示すフローチャートである。先ずイグニションキー１１をＯＮとし（ステップＰ１）、モータ電流の検出値をオフセット値として読込み、その相対誤差をメモリ１２３に記憶させる（ステップＰ２）。次に制御装置の各ユニットの検査（初期チェック）を行ない（ステップＰ３）、制御装置が正常か否かを判断する（ステップＰ４）。制御装置が正常であれば正常時の処理を行ない（ステップＰ５）、イグニションキー１１のＯＦＦを判定し（ステップＰ６）、ＯＦＦでなければステップＰ４に戻って制御動作を継続し、イグニションキー１１がＯＦＦであれば制御動作を停止する。また、上記ステップＰ４の判定で制御装置が異常であれば異常時の処理を行ない（ステップＰ７）、制御動作を停止する。
【００１２】
図９は、図８に示すフローチャートにおいて、ステップＰ５の正常時の処理の詳細を示すフローチャートである。即ち、所定時間毎のサンプリング処理により操舵トルクＴ及び車速Ｖを読込み（ステップＰ１１、Ｐ１２）、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Ｉを演算する（ステップＰ１３）。モータ電流の検出値を読込み（ステップＰ１４）、検出されたモータ電流値からメモリ１２３に記憶されているオフセット値の相対誤差を減算し、モータ電流値ｉを補正演算する（ステップＰ１５）。電流指令値Ｉとモータ電流値ｉに基づくフィードバック制御が行なわれて、モータ２０に供給する電流制御値Ｅが演算される（ステップＰ１６）。そして、電流制御値Ｅに基づいて、Ｈブリッジ回路を構成するＦＥＴを所定のデューティ比で駆動するＰＷＭ信号、及びモータの回転方向を決定する回転方向信号が生成され（ステップＰ１７）、ゲート駆動回路１０２に出力される（ステップＰ１８）。
【００１３】
ところで、上述のモータ電流検出手段では電流検出用抵抗Ｒから発生する微弱な電圧を検出し、その検出信号を演算増幅器ＯＰで増幅すると共に、例えばピークホールド回路などで信号処理してＡ／Ｄ変換する。このとき、増幅器やピークホールド回路などでオフセット電圧が発生してしまうが、このオフセット電圧は、電圧のバラツキやコントロールユニット内の温度によって変動することが考えられる。オフセット電圧は電流検出値に影響して、モータ２０に電流が流れていないのにあたかも流れているように認識されたり、流れているのに検出できないような現象が現れる。そこで、上述装置では、起動時などの初期状態でモータ駆動をしないときに、電流検出手段から出力される電流検出値を読込み、これをオフセット値として記憶しておき、その後電流制御を行なうときに電流検出値から上記オフセット値を差し引くことで、電流検出値の精度を向上させるようにしている。
【００１４】
しかし、モータ電流検出手段が故障し、オフセット値が異常に大きい値として発生した場合、この異常なオフセット値をそのまま電流検出値に補正してしまうと、本来の目的から外れて、運転者にとって危険な状態が発生する。例えば負側に異常なオフセット値が発生した場合、電流制御によって正常時よりも大きな電流が流れてしまい、運転者が期待した以上のアシストが発生して危険である。また、正側に異常なオフセット値が発生した場合、正常時よりも少ない電流しか流れず、操舵が重くなって運転者に不安感を感じさせてしまう。
【００１５】
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、モータ電流検出手段のオフセット補正や故障時の処理を適確に行なうと共に、運転者を危険にさせたり、不安感を与えたりすることの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。
【００１６】
【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、Ｈブリッジ回路の駆動制御で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、前記モータ電流値を検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処理を行なう制御手段を設けると共に、前記制御手段は記憶手段及びオフセット値異常検出手段で成り、前記記憶手段は前記モータ電流検出手段の初期時の第１オフセット値及び作動時の第２オフセット値を記憶し、前記オフセット値異常検出手段は、起動時に、前記駆動回路電源との間に接続されているリレーをオフし、前記駆動回路の全ての駆動素子をオフしたままで前記モータ電流検出手段から出力される前記第２オフセット値を読込み、前記第１オフセット値及び第２オフセット値を比較し、その差が所定値以下の場合には前記第２オフセット値を前記モータ電流値の補正値とし、前記差が前記所定値以上の場合は前記モータ電流検出手段の故障と判断し、前記モータ出力及びリレーのオフ状態をイグニションキーがオフされるまで維持するようにしたことによって達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上述したような従来の問題を解決するために、本発明では図７に対応させて図１に示すように、モータ電流検出手段１２０内にＲＡＭで成る記憶手段１２４と、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）で成る記憶手段１２５とを設けると共に、記憶手段１２４及び１２５の出力に基づいて電流検出手段異常検出信号ＡＳを出力するオフセット値異常検出手段１３０を設けている。
【００１８】
このような構成において、出荷調整時のオフセット値の記憶動作を、図２のフローチャートを参照して説明する。コントロールユニットを出荷調整用などの調整モードにしてリレー４０をＯＦＦし、全てのＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦにしたままモータ電流検出手段のオフセット値を記憶手段１２５に記憶させるが、イグニションキー１１をＯＮにして（ステップＳ１）後にコントロールユニットを調整モードに切替える（ステップＳ２）。その後リレー４０をＯＦＦし、全てのＦＥＴをＯＦＦにした（ステップＳ３）ままモータ２０に電流が流れない状態にしておく。そして、抵抗Ｒ及び演算増幅器ＯＰのモータ電流検出手段から出力される電流検出値を、Ａ／Ｄ変換器１２１を介して複数回読込んでＲＡＭの記憶手段１２４に記憶し（ステップＳ５）、前回読込んだ値と同一になるまで読込みを繰り返し（ステップＳ６）、同一になったときにその値をオフセット値としてＥＥＰＲＯＭの記憶手段１２５に記憶させ（ステップＳ７）、イグニションキー１１をＯＦＦ（ステップＳ８）させてコントロールユニットを出荷する。
【００１９】
一方、車両に組込んだ後に動作させる場合は、図３のフローチャートに示すように、先ず起動時の初期状態においてイグニションキー１１をＯＮし（ステップＳ１０）、その後リレー４０をＯＦＦして全てのＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦ（ステップＳ１１）としたまま、モータ２０に電流が流れない状態にして、モータ抵抗Ｒ及び演算増幅器ＯＰの電流検出手段から出力される電流検出値をＡ／Ｄ変換器１２１を介して読込み、記憶手段１２４に記憶させる（ステップＳ１２）。次に、予め記憶手段１２５に記憶されているオフセット値を読出して（ステップＳ１３）、前記電流検出値との差を比較する（ステップＳ１４）。その差が規定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１５）、規定値以下の場合は電流検出値は正常と判断して一時的に読み書きできるＲＡＭの記憶手段１２４にオフセット値として記憶する（ステップＳ１６）。その後、通常動作状態において、モータ電流検出手段から検出される電流検出値から上記記憶されたオフセット値を差し引き、電流検出手段のオフセットを補正した値を電流検出値ｉとして、前述した通常の制御等に用いる。次に、起動時の初期状態において、読込んだ電流検出値をオフセット値と比較して、その差が規定値以上の場合は（ステップＳ１５）、電流検出値を読込んでオフセット値と複数回比較する（ステップＳ１７）。所定回数比較してもオフセット値と電流検出値との差が所定値以上の場合は、モータ電流検出手段の故障と判断して（ステップＳ１８）、その後のシーケンスを中止してモータ出力とリレー４０のＯＦＦ状態を、イグニションキー１１がＯＦＦされるまで維持する。
【００２０】
【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、モータ電流値を検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処置を行なう制御手段を設け、オフセット値の大きさを判定すると共に、異常動作を複数回判定するようにしているので、運転者を危険にさせることなく、モータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処置を確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動パワーステアリング装置におけるコントロールユニットの一部構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明による出荷調整時のオフセット値の記憶動作例を示すフローチャートである。
【図３】本発明による通常制御時のオフセット値の記憶動作例を示すフローチャートである。
【図４】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５】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６】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図７】従来装置の一例を示すブロック図である。
【図８】従来の装置の動作例を示すフローチャートである。
【図９】従来の装置の動作例を示すフローチャートである。
【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
１００モータ制御回路
１１０モータ駆動回路
１２０モータ電流検出回路
１２４、１２５記憶手段
１３０オフセット値異常検出手段

Claims

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、モータのモータ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、Ｈブリッジ回路の駆動回路で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、前記モータ電流値を検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処理を行なう制御手段を設けると共に、前記制御手段は記憶手段及びオフセット値異常検出手段で成り、前記記憶手段は前記モータ電流検出手段の初期時の第１オフセット値及び作動時の第２オフセット値を記憶し、前記オフセット値異常検出手段は、起動時に、前記駆動回路電源との間に接続されているリレーをオフし、前記駆動回路の全ての駆動素子をオフしたままで前記モータ電流検出手段から出力される前記第２オフセット値を読込み、前記第１オフセット値及び第２オフセット値を比較し、その差が所定値以下の場合には前記第２オフセット値を前記モータ電流値の補正値とし、前記差が前記所定値以上の場合は前記モータ電流検出手段の故障と判断し、前記モータ出力及びリレーのオフ状態をイグニションキーがオフされるまで維持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。