JP4032724B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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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に関し、特にモータ電流検出手段の故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行うようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【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。
【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。
【０００５】
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を決定する。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はモータ電流検出手段３８で検出され、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と共に、異常検出手段３３に入力される。
【０００６】
異常検出手段３３は、モータ電流検出手段３８の故障や経年変化等によるオフセットの異常を検出すると共に、異常が検出された時にアラームを出力してステアリング制御を停止している。また、モータ駆動回路３７には、ＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ１（例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ）を介してバッテリ１４から電力が供給されている。
【０００７】
また、モータ駆動回路３７の構成例を図５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３７２、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３７１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２０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Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符合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。
【０００８】
また、モータ２０には、モータ２０への電流の流入を遮断するためにＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ２（例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ）が接続されている。Ｈブリッジ回路には電流検出用の極めて小抵抗値の抵抗Ｒが接地されており、この抵抗Ｒにモータ電流検出手段（例えば高ゲインの差動増幅器）３８が接続されている。
【０００９】
このような電動パワーステアリング装置は、モータ電流検出手段３８の故障或いは経年変化等によるオフセットにより操舵フィーリングが低下する可能性がある。そのため、従来はイグニションキー１１のＯＮ時の初期診断（電気系の故障チェック）において、モータ電流を０とする時のモータ電流検出手段３８の出力電流を検出し、その検出値を補正値として予め記憶しておき、その補正値を実際の電流検出値に加算することで、精度の高い操舵フィーリングを実現していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本来故障やある一定以上のオフセットが発生した場合は異常検出手段３３がフェールとして検出し、システムを停止する必要がある。そのため、従来異常検出手段３３はある値以上のオフセット値を検出した場合、フェールとして検出してシステムを停止している。この場合、例えばイグニションキー１１のＯＮ時に、特にモータ電流検出手段３８の前段に外乱ノイズが侵入すると、モータ電流検出手段３８はゲインの高い増幅器（差動増幅器）を使用しているため、その出力にノイズがオフセット値として現れてしまい、故障が発生していないにも拘わらず、ノイズによる影響によりフェールとして誤判定する可能性があった。つまり、従来は外乱ノイズであってもモータ電流検出手段３８の故障若しくはオフセットの異常と判定してしまい、システムを停止してしまっていた。
【００１１】
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故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行い、外乱ノイズが侵入してもシステムを停止しないようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出された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モータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子４個で成るＨブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記Ｈブリッジ回路に第１スイッチを介して電力を供給し、前記Ｈブリッジ回路に第２スイッチを介して前記モータを接続し、前記モータ電流検出手段が前記Ｈブリッジ回路の電流検出用素子に接続された構成となっており、前記モータ電流検出手段の出力により前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、前記電流検出用素子と並列に接続された第３スイッチとを具備した電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記電流制御値が０で、前記第３スイッチをＯＮした状態での前記モータ電流検出手段の出力に基づき前記異常検出手段が前記出力値の異常を検出するチェック機能を設けることによって達成される。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、前記チェック機能をイグニションキーがＯＮされる毎に動作することにより、或いは前記第３スイッチがＯＮで、かつ前記電流制御値が０の場合の前記モータ電流検出手段の検出値を補正値として、実際の電流検出値に加算することによって、より効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、電流検出用抵抗ＲにＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ３を並列に接続し、故障診断時にスイッチＳＷ３をＯＮする。スイッチＳＷ３をＯＮすることによりモータ電流検出のための電流検出用抵抗の値がほぼ０になり、外乱ノイズが侵入したとしても、その影響がモータ電流検出手段の出力に現れることがない。このように、ハード的にはスイッチＳＷ３を接続するだけで他はソフト的に対応できるため、コストアップを少なく、しかも外乱ノイズによるフェールの誤判定を減少させることができる。
【００１５】
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明では、図５に対応させて示す図１のように、ＯＮ／ＯＦＦ制御されると共に、常時はＯＦＦされているＳＷ３（例えばトランジスタで成る電子スイッチ）を抵抗Ｒに並列接続する。
【００１７】
このような構成において、図２を参照してその動作を説明する。
【００１８】
イグニションキーがＯＮされた時に（ステップＳ１）、スイッチＳＷ３をＯＮし（ステップＳ２）、この状態においてモータ電流検出手段３８はモータ電流ｉを検出し（ステップＳ３）、異常検出手段３３はこのモータ電流ｉが異常か否かを判定する（ステップＳ４）。異常でなければこの時のモータ電流ｉをメモリに記憶し（ステップＳ５）、実際のモータ制御時に実モータ電流に加算する（ステップＳ６）。この加算され補正された電流値が操舵補助指令値に加算される。また、上記ステップＳ４で異常と判定された場合には、システムの動作停止となる。
【００１９】
上述ではイグニションキーがＯＮされた時にチェック機能を動作させているが、他の手段で動作させるようにしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではスイッチＳＷ３を必要に応じてＯＮ又はＯＦＦさせ、ＯＮ時におけるモータ電流検出手段の出力で異常をチェックしている。ハード的にはスイッチＳＷ３を接続するだけで他はソフト的に対応できるため、コストアップが少なく、しかも外乱ノイズによるフェールの誤判定が著しく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【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。
【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 位相補償部
３２ 操舵補助指令値演算器
３３ 異常検出手段
３７ モータ駆動回路
３８ モータ電流検出手段
【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に関し、特にモータ電流検出手段の故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行うようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【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。
【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。
【０００５】
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を決定する。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はモータ電流検出手段３８で検出され、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と共に、異常検出手段３３に入力される。
【０００６】
異常検出手段３３は、モータ電流検出手段３８の故障や経年変化等によるオフセットの異常を検出すると共に、異常が検出された時にアラームを出力してステアリング制御を停止している。また、モータ駆動回路３７には、ＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ１（例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ）を介してバッテリ１４から電力が供給されている。
【０００７】
また、モータ駆動回路３７の構成例を図５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３７２、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３７１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２０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Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符合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。
【０００８】
また、モータ２０には、モータ２０への電流の流入を遮断するためにＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ２（例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ）が接続されている。Ｈブリッジ回路には電流検出用の極めて小抵抗値の抵抗Ｒが接地されており、この抵抗Ｒにモータ電流検出手段（例えば高ゲインの差動増幅器）３８が接続されている。
【０００９】
このような電動パワーステアリング装置は、モータ電流検出手段３８の故障或いは経年変化等によるオフセットにより操舵フィーリングが低下する可能性がある。そのため、従来はイグニションキー１１のＯＮ時の初期診断（電気系の故障チェック）において、モータ電流を０とする時のモータ電流検出手段３８の出力電流を検出し、その検出値を補正値として予め記憶しておき、その補正値を実際の電流検出値に加算することで、精度の高い操舵フィーリングを実現していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本来故障やある一定以上のオフセットが発生した場合は異常検出手段３３がフェールとして検出し、システムを停止する必要がある。そのため、従来異常検出手段３３はある値以上のオフセット値を検出した場合、フェールとして検出してシステムを停止している。この場合、例えばイグニションキー１１のＯＮ時に、特にモータ電流検出手段３８の前段に外乱ノイズが侵入すると、モータ電流検出手段３８はゲインの高い増幅器（差動増幅器）を使用しているため、その出力にノイズがオフセット値として現れてしまい、故障が発生していないにも拘わらず、ノイズによる影響によりフェールとして誤判定する可能性があった。つまり、従来は外乱ノイズであってもモータ電流検出手段３８の故障若しくはオフセットの異常と判定してしまい、システムを停止してしまっていた。
【００１１】
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故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行い、外乱ノイズが侵入してもシステムを停止しないようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出された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モータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子４個で成るＨブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記Ｈブリッジ回路に第１スイッチを介して電力を供給し、前記Ｈブリッジ回路に第２スイッチを介して前記モータを接続し、前記モータ電流検出手段が前記Ｈブリッジ回路の電流検出用素子に接続された構成となっており、前記モータ電流検出手段の出力により前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、前記電流検出用素子と並列に接続された第３スイッチとを具備した電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記電流制御値が０で、前記第３スイッチをＯＮした状態での前記モータ電流検出手段の出力に基づき前記異常検出手段が前記出力値の異常を検出するチェック機能を設けることによって達成される。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、前記チェック機能をイグニションキーがＯＮされる毎に動作することにより、或いは前記第３スイッチがＯＮで、かつ前記電流制御値が０の場合の前記モータ電流検出手段の検出値を補正値として、実際の電流検出値に加算することによって、より効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、電流検出用抵抗ＲにＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチＳＷ３を並列に接続し、故障診断時にスイッチＳＷ３をＯＮする。スイッチＳＷ３をＯＮすることによりモータ電流検出のための電流検出用抵抗の値がほぼ０になり、外乱ノイズが侵入したとしても、その影響がモータ電流検出手段の出力に現れることがない。このように、ハード的にはスイッチＳＷ３を接続するだけで他はソフト的に対応できるため、コストアップを少なく、しかも外乱ノイズによるフェールの誤判定を減少させることができる。
【００１５】
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明では、図５に対応させて示す図１のように、ＯＮ／ＯＦＦ制御されると共に、常時はＯＦＦされているＳＷ３（例えばトランジスタで成る電子スイッチ）を抵抗Ｒに並列接続する。
【００１７】
このような構成において、図２を参照してその動作を説明する。
【００１８】
イグニションキーがＯＮされた時に（ステップＳ１）、スイッチＳＷ３をＯＮし（ステップＳ２）、この状態においてモータ電流検出手段３８はモータ電流ｉを検出し（ステップＳ３）、異常検出手段３３はこのモータ電流ｉが異常か否かを判定する（ステップＳ４）。異常でなければこの時のモータ電流ｉをメモリに記憶し（ステップＳ５）、実際のモータ制御時に実モータ電流に加算する（ステップＳ６）。この加算され補正された電流値が操舵補助指令値に加算される。また、上記ステップＳ４で異常と判定された場合には、システムの動作停止となる。
【００１９】
上述ではイグニションキーがＯＮされた時にチェック機能を動作させているが、他の手段で動作させるようにしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではスイッチＳＷ３を必要に応じてＯＮ又はＯＦＦさせ、ＯＮ時におけるモータ電流検出手段の出力で異常をチェックしている。ハード的にはスイッチＳＷ３を接続するだけで他はソフト的に対応できるため、コストアップが少なく、しかも外乱ノイズによるフェールの誤判定が著しく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【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。
【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 位相補償部
３２ 操舵補助指令値演算器
３３ 異常検出手段
３７ モータ駆動回路
３８ モータ電流検出手段
Claims (3)
- 操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出された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モータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子４個で成るＨブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記Ｈブリッジ回路に第１スイッチを介して電力を供給し、前記Ｈブリッジ回路に第２スイッチを介して前記モータを接続し、前記モータ電流検出手段が前記Ｈブリッジ回路の電流検出用素子に接続された構成となっており、前記モータ電流検出手段の出力により前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、前記電流検出用素子と並列に接続された第３スイッチとを具備し、前記電流制御値が０で、前記第３スイッチをＯＮした状態での前記モータ電流検出手段の出力に基づき前記異常検出手段が前記出力値の異常を検出するチェック機能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。
- 前記チェック機能はイグニションキーがＯＮされる毎に動作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。
- 前記第３スイッチがＯＮで、かつ前記電流制御値が０の場合の前記モータ電流検出手段の検出値を補正値として、実際の電流検出値に加算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。
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| Publication Number | Publication Date |
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