JP4599995B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵系に付加される操舵トルクを検出して操舵補助指令値を算出すると共に、操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機の駆動電流を検出し、操舵補助指令値及び駆動電流検出値に基づいて電動機を制御して操舵補助制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置の制御装置にあっては、操舵系に対して操舵補助力を発生する電動機の負荷電流の検出値が、電流の読込周期より長い第１の所定時間内に所定値を越える状態が、第２の所定時間継続した場合に負荷となる電動機の短絡故障であると判定するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来例では、負荷電流制御手段により誘導負荷であるモータをＰＷＭ駆動すると、負荷電流は、目標電流を中心とし、傾きが負荷の電気的時定数τで定まり、周波数がＰＷＭの搬送周波数の三角波状となる。ここで、ＰＷＭの搬送波の周期を電気的時定数τよりも十分短く設定すると、正常時における負荷電流検出値は短絡電流判定値より小さい値となり、短絡判定手段で正常を表す“０”の判定結果を得るが、モータに短絡故障が発生すると、負荷駆動手段から見たインダクタンスと抵抗は極めて小さくなるので、負荷電流は急激に増加し、負荷電流検出値は短絡電流判定値を越えることになる。このため、短絡判定手段で異常を表す“１”が出力される。このように負荷電流検出値が目標電流に対して過大となると、負荷電流制御手段が、負荷電流を減少させるべく作用するので、ＰＷＭデューティ比の演算結果は０％近傍になる。モータがデューティ比０％近傍で駆動されると、正常時には前記時定数τで減少する負荷電流は、負荷駆動手段から見たインダクタンスが無視できるため、急速に減少する。このときの負荷電流検出値は目標電流を下回るので、負荷電流制御手段は負荷電流を増加すべくＰＷＭデューティ比の演算結果を増加させることになり、負荷電流制御検出値は再び目標電流に対して過大となることを繰り返すことになる。

このため、負荷電流を読込むサンプリング周期Ｔ１と、このサンプリング周期Ｔ１より長い保持時間Ｔ２（＝４Ｔ１）とを設定すると共に、保持時間Ｔ２の間に“１”の判定結果が含まれているときにカウントアップし、保持期間Ｔ２の間に“１”の判定結果が含まれていないとき即ち判定結果が全て“０”であるときにカウント値をクリアする短絡継続時間計測カウンタを設け、この短絡継続時間計測カウンタのカウント値が短絡判定時間に相当する所定値に達したときに故障フラグを“１”にセットするようにしている。
特許第３２７４３７７号公報（第４頁〜第６頁、図３〜図６）

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、図１６（ａ）に示すように、保持時間Ｔ２内で負荷電流検出値が短絡電流判定値を超えることを繰り返している場合には、短絡継続時間計測カウンタのカウント値が順次カウントアップされて、このカウント値が短絡判定時間に相当する所定値に達したときに、故障フラグが“１”に設定されるので問題はないが、図１６（ｂ）に示すように、負荷電流検出値が短絡電流判定値を超える周期が保持時間Ｔ２より長くなった場合には、短絡継続時間計測カウンタのカウント値が“０”にクリアされてしまい、故障フラグをセットすることができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、電動機の駆動電流が過電流閾値を超える周波数が変化する場合でも正確に過電流異常を検出することができる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を目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵系に付加される操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する指令値算出手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機と、該電動機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、該駆動電流検出手段で検出した駆動電流検出値と前記指令値算出手段で算出した操舵補助指令値とに基づいて前記電動機に駆動電流を供給する電動機制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記駆動電流検出手段で検出した駆動電流検出値と過電流閾値とを比較して、前記駆動電流検出値が前記過電流閾値を超えたときに、異常判断値に整数でなる第１の所定値を加算し、前記駆動電流検出値が前記過電流閾値以下であるときに前記異常判断値から前記第１の所定値より小さく連続しない整数でなる第２の所定値を減算する異常判断値算出手段と、該異常判断値算出手段で算出した異常判断値が前記第１の所定値より大きい第３の所定値を超えたときに過電流異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記駆動電流検出手段は、前記電動機の駆動電流サンプリング周期が前記電動機制御手段による前記電動機に対する駆動電流制御周期以下の周期に設定されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記指令値算出手段及び電動機制御手段を構成する主演算処理装置と、前記異常判断値算出手段及び異常検出手段を構成する副演算処理装置とを備えていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、前記異常検出手段は、前記第３の所定値が過電流異常の判断基準となる過電流状態継続時間を前記電流検出値のサンプリング周期で除した値と前記第１の所定値とを乗算した値に設定されていることを特徴としている。

なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記異常判断値算出手段は、前記電流検出値と過電流閾値とを比較する比較部と、該比較部の比較結果が前記電流検出値が前記過電流閾値以上であるときに前記第１の所定値を選択し、前記電流検出値が前記過電流閾値未満であるときに前記第２の所定値を選択する選択部と、該選択部で前記第１の所定値を選択したときにこれが加算入力側に入力され、前記第２の所定値を選択したときにこれが減算入力側に入力される加減算カウンタとを備えていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、駆動電流検出手段で検出した電動機の駆動電流検出値と過電流閾値とを比較して、駆動電流検出値が過電流閾値を超えたときに異常判断値に第１の所定値を加算し、逆に駆動電流検出値が過電流閾値以下であるときに異常判断値から第１の所定値より小さい第２の所定値を減算するので、駆動電流検出値が過電流閾値以下であるときに異常判断値が直ちにクリアされることを防止して、電動機に供給される駆動電流の過電流異常を正確に検出することができるという効果を有する。

また、請求項２に係る発明によれば、電動機の駆動電流サンプリング周期が電動機制御手段による電動機に対する駆動電流制御周期以下の周期に設定されているので、駆動電流が過電流閾値を超えることを正確に検出することができ、特に電動機の駆動電流サンプリング周期を駆動電流周期よりも短く設定することにより、駆動電流が過電流閾値を超えることをより正確に検出することができるという効果が得られる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、電動機を制御する指令値算出手段及び電動機制御手段を構成する主演算処理装置と、異常判断値算出手段及び異常検出手段を構成する副演算処理装置とを備えているので、電動機の過電流を検出する機能を通常時に電動機に対する電流制御を行う主演算処理装置とは異なる副演算処理装置で行うことになり、主演算処理装置に異常が発生したことに起因する過電流状態であっても過電流異常を正確に検出することができるという効果が得られる。

さらにまた、請求項４に係る発明は、異常検出手段は、第３の所定値が過電流異常の判断基準となる過電流状態継続時間を前記電流検出値のサンプリング周期で除した値と前記第１の所定値とを乗算した値に設定されているので、過電流状態が過電流閾値を超える状態が断続する場合に加えて、過電流状態が連続して過電流状態継続時間以上継続した場合にも過電流異常として検出することができるという効果が得られる。
なおさらに、請求項５に係る発明によれば、加減算カウンタの加算入力側に第１の所定値が入力され、減算入力側に第２の所定値が入力されるので、電流検出値と過電流閾値との比較結果に応じて加減算カウンタのカウント値が増減することにより、異常判断値を簡単な構成で容易に算出することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、１はステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端はトルク検出手段としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力を出力軸２ｂに伝達する減速ギヤ１０が連結されており、この減速ギヤ１０には操舵系に対して補助操舵力を発生する電動モータ１２の出力軸が連結されている。
トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位をポテンショメータで検出するように構成されている。このトルクセンサ３は、図２に示すように、入力される操舵トルクが零のときには、所定の中立電圧Ｖ₀ となり、この状態から右切りすると、操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ₀ より増加する電圧となり、操舵トルクが零の状態から左切りすると操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ₀ より減少する電圧となるトルク検出値Ｔを出力するように構成されている。

このトルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔは、図３に示すように、メイン及びサブＭＣＵ（Micro Controller Unit）１３及び１４に入力される。これらメイン及びサブＭＣＵ１３及び１４には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖも入力されると共に、モータ電流検出回路１６で検出した電動モータ１２に流れる駆動電流検出値Ｉ_MDも入力される。

そして、両ＭＣＵ１３及び１４では、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じて操舵系に対する操舵補助力を電動モータ１２で発生させる操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出し、算出した操舵補助指令値Ｉ_M ^*と駆動電流検出値Ｉ_MDとにより、電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御するモータ電流指令値Ｉｒを算出する図４に示すモータ制御処理を実行し、メインＭＣＵ１４は、算出したモータ電流指令値Ｉｒをモータ駆動回路１７に出力する。

モータ制御処理は、図４に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、サブＭＣＵ１４から後述するモータ制御禁止信号Ｍｐが入力されているか否かを判定し、モータ制御禁止信号Ｍｐが入力されているときには処理を終了し、モータ制御禁止信号Ｍｐが入力されていないときにはステップＳ２に移行する。

このステップＳ２では、操舵トルクセンサ３で検出したトルク検出値Ｔを読込み、次いでステップＳ３に移行して、トルク検出値Ｔから中立電圧Ｖ₀ を減算して操舵トルクＴｓ（＝Ｔ−Ｖ₀ ）を算出する。
次いで、ステップＳ４に移行して、車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖを読込み、次いでステップＳ５に移行して、トルク検出値及び車速検出値Ｖに基づいて図５に示す操舵補助指令値算出マップを参照して、モータ電流指令値となる操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する。

ここで、操舵補助指令値算出マップは、図５に示すように、横軸に操舵トルク検出値Ｔをとり、縦軸に操舵補助指令値Ｉ_M ^*をとり、車速検出値Ｖをパラメータとした特性線図で構成され、操舵トルクＴｓが“０”から正方向に増加して第１の設定値Ｔｓ１に達するまでの間は車速検出値Ｖにかかわらず比較的緩い勾配で延長する直線部Ｌ１と、操舵トルクＴａが第１の設定値Ｔｓ１より増加したときに、車速検出値Ｖが比較的速い状態では、比較的緩やかな勾配で延長する直線部Ｌ２及びＬ３と操舵トルク検出値Ｔｓが第１の設定値Ｔｓ１より大きい第２の設定値Ｔｓ２に近傍で横軸と平行となる直線部Ｌ４及びＬ５と、車速検出値Ｖが遅い状態では、比較的勾配の大きい直線部Ｌ６及びＬ７と、これら直線部Ｌ６及びＬ７より勾配の大きい直線部Ｌ８及びＬ９と、直線部Ｌ８より勾配の大きい直線部Ｌ１０と、直線部Ｌ９及びＬ１０の終端から横軸と平行に延長する直線部Ｌ１１及びＬ１２とで構成される４本の特性線が形成され、同様に操舵トルクＴｓが負方向に増加する場合には、上記と原点を挟んで点対象となる４本の特性線が形成された構成を有する。

次いで、ステップＳ６に移行して、操舵補助補償値Ｉ_M ^*を微分してフィードフォワード制御用の微分値Ｉｄを算出し、次いでステップＳ７に移行して、駆動電流検出値Ｉ_MDを読込み、次いでステップＳ８に移行して、操舵補助指令値Ｉ_M ^*から駆動電流検出値Ｉ_MDを減算して電流偏差ΔＩを算出し、次いでステップＳ９に移行して、電流偏差ΔＩを比例演算処理して比例補償制御用の比例値ΔＩｐを算出する。

次いで、ステップＳ１０に移行して、電流偏差ΔＩを積分演算処理して積分補償制御用の積分値ΔＩｉを算出し、次いでステップＳ１１に移行して、微分値Ｉｄ、比例値ΔＩｐ及び積分値ΔＩｉを加算してモータ電流指令値Ｉｒ（＝Ｉｄ＋ΔＩｐ＋ΔＩｉ）を算出してからステップＳ１２に移行する。
このステップＳ１２では、モータ電流指令値Ｉｒが負値であるか否かを判定し、Ｉｒ≧０であるときにはステップＳ１３に移行して、モータ電流指令値Ｉｒに応じたデューティ比のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を算出してからステップＳ１５に移行し、Ｉｒ＜０であるときにはステップＳ１４に移行して、デューティ比０％のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を算出してからステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、ステップＳ１３又はステップＳ１４で算出したデューティ比のパルス幅変調信号ＰＳ及びステップＳ３で算出した操舵トルクＴｓの符号に応じて設定される電流方向信号ＤＳとをモータ駆動回路１７に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
この図８の処理のうちステップＳ２〜Ｓ６の処理が指令値算出手段に対応し、ステップＳ７〜ステップＳ１５の処理及びモータ駆動回路１７が電動機制御手段に対応している。

なお、サブＭＣＵ１４でのモータ制御処理では、図６に示すように、図４のモータ制御処理において、ステップＳ１及びＳ１２〜１５の処理が省略されていると共に、ステップＳ１１でモータ電流指令値Ｉｒ_S （＝Ｉｄ＋ΔＩｐ＋ΔＩｉ）を算出し、これを内蔵するメモリのモータ電流記憶領域に更新記憶することを除いては図４と同様の処理を行うようにしている。

ここで、モータ駆動回路１７は、図７に示すように、電動モータ１２に供給する駆動電流を制御する電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で構成されるＨブリッジ回路１８と、メインＭＣＵ１３から入力されるパルス幅変調信号及び電流方向信号に基づいてＨブリッジ回路１８を構成する各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートを開閉駆動するＦＥＴゲート駆動回路１９と、バッテリ２０からの電力をＨブリッジ回路１８に供給するか否かを選択するスイッチ回路２１とで構成されている。スイッチ回路２１は、サブＭＣＵ１４から後述するモータ制御禁止信号Ｍｐが入力されていないときにバッテリ２０の電力をＨブリッジ回路１８に供給し、モータ制御禁止信号Ｍｐが入力されたときにＨブリッジ回路１８へ供給するバッテリ２０の電力を遮断する。

一方、サブＭＣＵ１４では、上記モータ制御処理に加えて、自己が算出したモータ電流指令値Ｉｒ_S とモータ電流検出回路１６から読込んだ駆動電流検出値Ｉ_MDとに基づいて図８に示すメインＭＣＵ監視処理を実行する共に、駆動電流検出値Ｉ_MDに基づいて図９に示す過電流検出処理を実行する。
メインＭＣＵ監視処理は、図８に示すように、先ず、ステップＳ２１で、自己が算出したモータ電流指令値Ｉｒ_S 及びモータ電流検出回路１６から入力される駆動電流検出値Ｉ_MDを読込み、次いでステップＳ２２に移行してモータ電流検出回路１６から読込んだ駆動電流検出値Ｉ_MDとの偏差の絶対値ΔＩ（＝｜Ｉｒ_S −Ｉ_MD｜）を算出する。

次いで、ステップＳ２３に移行して、算出した偏差の絶対値ΔＩが予め設定した所定値Ｉ_MS以下であるか否かを判定し、ΔＩ≦ΔＩｓであるときにはメインＭＣＵ１３が正常であると判断してステップＳ２４に移行して、経過時間を表すカウント値ＴＮを“０”にクリアしてから前記ステップＳ２１に戻り、ΔＩ＞ΔＩｓであるときにはメインＭＣＵ１３が異常であると判断してステップＳ２５に移行する。

このステップＳ２５では、経過時間カウンタのカウント値ＴＮを“１”だけカウントアップしてからステップＳ２６に移行し、カウント値ＴＮが所定値ＴＮｓに達したか否かを判定し、ＴＮ＜ＴＮｓであるときには前記ステップＳ２１に戻り、ＴＮ≧ＴＮｓであるときにはステップＳ２７に移行して、モータ制御禁止信号Ｍｐをモータ駆動回路１７に出力してからメインＭＣＵ監視処理を終了する。

また、過電流検出処理は、図９に示すように、前述した図４のモータ制御処理の制御周期即ち電動モータ１２に対する駆動電流制御周期（例えば１ｍｓｅｃ）より短い所定サンプリング周期Ｔｓ（例えば２５０μｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ３１で、モータ電流検出回路１６から入力される駆動電流検出値Ｉ_MDを読込み、次いでステップＳ３２に移行して、駆動電流検出値Ｉ_MDが予め設定された過電流閾値Ｉ_OT以上であるか否かを判定し、Ｉ_MD＜Ｉ_OTであるときには電動モータ１２が過電流状態ではないものと判断してステップＳ３３に移行し、異常判断値ＣＮから第２の所定値ＣＮ₂ として“１”を減算し、次いでステップＳ３４に移行して、異常判断値ＣＮが負値であるか否かを判定し、ＣＮ≧０であるときにはそのままタイマ割込処理を終了し、ＣＮ＜０であるときには、ステップＳ３５に移行して、異常判断値ＣＮを“０”に設定してからタイマ割込処理を終了する。

一方、前記ステップＳ３２の判定結果が、Ｉ_MD≧Ｉ_OTであるときにはステップＳ３６に移行して、異常判断値ＣＮに第１の所定値ＣＮ₁ として“６”を加算し、次いでステップＳ３７に移行して、異常判断値ＣＮが第３の所定値ＣＮ₃ としての“９６”以上であるか否かを判定し、ＣＮ＜９６であるときにはそのままタイマ割込処理を終了し、ＣＮ≧９６であるときには過電流異常であると判断してステップＳ３８に移行し、モータ制御禁止信号Ｍｐをモータ駆動回路１７に出力してからタイマ割込処理を終了する。

ここで、第３の所定値ＣＮ₃ は、駆動電流検出値Ｉ_MDのサンプリング周期Ｔｓが２５０μｓｅｃであり、モータ電流閾値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態が連続して過電流状態継続時間Ｔ_O を超えるときに過電流異常と判断するように設定した場合に、第１の所定値ＣＮ₁ をもとに下記（１）式で算出される。ここで、過電流状態継続時間Ｔ_O は、ＦＥＴ１〜４の性能に応じてこれらが破壊されないことを考慮した保護時間（例えば４ｍｓｅｃ）に設定されている。
ＣＮ₃ ＝（Ｔ_O ／Ｔｓ）×ＣＮ₁ ＝（４／０．２５）×６＝９６ …………（１）
この図９の処理において、ステップＳ３１〜Ｓ３６の処理が異常判断値算出手段に対応し、ステップＳ３７及びＳ３８の処理が異常検出手段に対応している。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
今、キースイッチをオン状態とすることにより、メインＭＣＵ１３及びサブＭＣＵ１４に電源が投入されて、これらメイン及びサブＭＣＵ１３及び１４で図４及び図６のモータ制御処理が実行開始されると共に、サブＭＣＵ１４で、図８のメインＭＣＵ監視処理及び図９の過電流検出処理が実行開始される。
このとき、電動モータ１２が短絡等を生じていないと共に過電流状態も発生していない正常であり、サブＭＣＵ１４からモータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７に出力されていないものとする。

この状態では、メインＭＣＵ１３で実行する図４のモータ制御処理では、モータ制御禁止信号Ｍｐが入力されていないので、ステップＳ１からステップＳ２に移行してトルクセンサ３で検出したトルク検出値Ｔを読込み、次いで、読込んだトルク検出値Ｔから中立電圧Ｖ₀ を減算して操舵トルクＴｓを算出し（ステップＳ３）、次いで車速センサ１４から車速検出値Ｖを読込み（ステップＳ４）、操舵トルクＴｓと車速検出値Ｖとに基づいて図５に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する（ステップＳ５）。

そして、操舵補助指令値Ｉ_M ^*を微分演算処理してフィードフォワード制御における微分補償制御用の微分値Ｉｄを算出し（ステップＳ６）、次いで、操舵補助指令値Ｉ_M ^*からモータ電流補正値Ｉ_MDを減算して電流偏差ΔＩを算出し（ステップＳ８）、算出した電流偏差ΔＩを比例演算処理して比例補償制御用の比例値ΔＩｐを算出すると共に、積分演算処理して積分補償制御用の積分値ΔＩｉを算出し（ステップＳ９，Ｓ１０）、次いで、微分値Ｉｄ、比例値ΔＩｐ及び積分値ΔＩｉを加算してモータ電流指令値Ｉｒ を算出し(ステップＳ１１)、次いで算出したモータ電流指令値Ｉｒに応じたデューティ比のパルス幅変調信号ＰＳ及び操舵トルクＴｓの符号に応じて設定された電流方向信号ＤＳとをモータ駆動回路１７に出力する。

このため、モータ駆動回路１７では、入力されるパルス幅変調信号ＰＳ及び電流方向信号ＤＳをＦＥＴゲート駆動回路２０に出力し、このＦＥＴゲート駆動回路２０で電流方向信号ＤＳをもとにＨブリッジ回路１９のＦＥＴ１及びＦＥＴ２の組とＦＥＴ３及びＦＥＴ４の組との何れかを選択し、選択した組のＦＥＴ１（又はＦＥＴ３）にパルス幅変調信号ＰＳを、ＦＥＴ２（又はＦＥＴ４）にオン信号を供給することにより、モータ駆動回路１７から電動モータ１２に正転駆動電流（又は逆転駆動電流）を供給して、この電動モータ１２でステアリングホイール１に作用された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させ、これを減速ギヤ１１を介して出力軸２ｂに伝達する。

このとき、車両が停車している状態でステアリングホイール１を操舵する所謂据え切り状態では、図５に示す操舵補助指令値算出マップの特性線の勾配が大きいことにより、小さい操舵トルクＴｓで大きな操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出するので、電動モータ１２で大きな操舵補助力を発生して軽い操舵を行うことができる。
一方、車両が発進して、所定車速以上となると、図５に示す操舵補助指令値算出マップの特性線の勾配が小さくなることにより、大きな操舵トルクＴｓでも小さな操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出するので、電動モータ１２で発生する操舵補助力が小さくなり、ステアリングホイール１の操舵が軽くなりすぎることを抑制して最適な操舵を行うことができる。

一方、サブＭＣＵ１４では、図８のメインＭＣＵ監視処理及び図９の過電流検出処理を実行している。このため、メインＭＣＵ１４が正常である場合には、サブＭＣＵ１４における図６のモータ制御処理で算出したモータ電流指令値Ｉｒ_S とモータ電流検出回路１６で検出した駆動電流検出値Ｉ_MDとの偏差の絶対値ΔＩ（＝｜Ｉｒ_S −Ｉ_MD｜）が所定値ΔＩｓ以内となることにより、経過時間カウント値ＴＮが“０”にクリアされ（ステップＳ２４）、モータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７に出力されることはないので、モータ駆動回路１７による電動モータ１２の駆動制御が継続される。

また、図９の過電流検出処理でも、過電流状態ではないので、駆動電流検出値Ｉ_MDが所定値Ｉ_OT以上となることがなく、電源投入時の初期化処理で異常判断値ＣＮが“０”にクリアされているものとすると、ステップＳ３３で異常判断値ＣＮから第２の所定値ＣＮ₂ が減算されることにより、異常判断値ＣＮが“−１”となって負値となるため、ステップＳ３５に移行して、異常判断値ＣＮが“０”に維持される。この過電流検出処理でもモータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７に出力されることはないので、モータ駆動回路１７による電動モータ１２の駆動制御が継続される。

ところが、メインＭＣＵ１３に異常が発生するか又はモータ駆動回路１７、電動モータ１２、モータ電流検出回路１６の何れかに異常が発生して、モータ電流検出回路１６で検出される駆動電流検出値Ｉ_MDとサブＭＣＵ１４のモータ制御処理で算出されるモータ電流指令値Ｉｒ_S との偏差の絶対値ΔＩが所定値ΔＩｓを超える状態となると、図８のメインＭＣＵ監視処理において、ステップＳ２３からステップＳ２５に移行して、経過時間カウント値ＴＭをインクリメントすることを繰り返して、経過時間カウント値ＴＮが所定値ＴＮｓ以上となると、ステップＳ２７に移行して、モータ駆動回路１７に対してモータ制御禁止信号Ｍｐが出力される。このため、モータ駆動回路１７では、モータ制御禁止信号Ｍｐが入力されることにより、電動モータ１２に対する駆動電流の出力が停止され、これと同時にメインＭＣＵ１３のモータ制御処理が停止される。このため、メインＭＣＵ１３、モータ駆動回路１７、電動モータ１２、モータ電流検出回路１６等のモータ駆動系統に異常が発生したときに、電動モータ１２の駆動を確実に停止させて、異常制御が行われることを確実に防止することができる。

さらに、電動モータ１２に過電流が継続して流れる状態となって、モータ電流検出回路１７で検出される駆動電流検出値Ｉ_MDが図１０（ａ）に示すように、過電流閾値Ｉ_OT以上となる状態が連続して発生した場合には、図９の過電流検出処理において、ステップＳ３２で過電流異常と判断されてステップＳ３６に移行して、異常判断値ＣＮに第１の所定値ＣＮ₁ （＝６）が加算されることになり、これが過電流検出処理のサンプリング周期毎に繰り返されるので、ステップＳ３６の処理を１６回繰り返して過電流状態継続時間Ｔ_O に達すると、異常判断値ＣＮが“９６”となり、第３の所定値ＣＮ₃ と一致するので、ステップＳ３７からステップＳ３８に移行して、図１０（ｄ）に示すようにハイレベルとなるモータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７のスイッチ回路２１に出力されて、Ｈブリッジ回路１８に対するバッテリ２０の電力供給が遮断されることにより、モータ駆動回路１７から電動モータ１２に対するモータ駆動電流の供給が停止されると共に、メインＭＣＵ１３におけるモータ制御処理も停止される。したがって、電動モータ１２の過電流状態が過電流状態継続時間Ｔ_O 以上継続すると、モータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７に出力されることにより、電動モータ１２の過電流状態の継続を確実に防止することができる。

さらにまた、電動モータ１２に短絡異常が発生した場合には、Ｈブリッジ回路１８から見た電動モータ１２のインダクタンス及び抵抗が極めて低くなるので、電動モータ１２に流れる駆動電流が急増し、モータ電流検出回路１６で検出する駆動電流検出値Ｉ_MDが図１１（ａ）に示すように操舵補助指令値Ｉ_M ^*に比較して急激に増加する。
このため、メインＭＣＵ１３で実行される図４のモータ制御処理において、ステップＳ８で算出される電流偏差ΔＩが負値となり、ステップＳ１１で算出されるモータ電流指令値Ｉｒも負値となって、ステップＳ１２からステップＳ１４に移行して、パルス幅変調信号ＰＳのデューティ比が０％に設定される。この結果、デューティ比０％のパルス幅変調信号がＦＥＴゲート駆動回路１９に出力されるので、Ｈブリッジ回路１８のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４が全てオフ状態となり、電動モータ１２に対する駆動電流の出力が停止される。
このため、モータ電流検出回路１６で検出される駆動電流検出値Ｉ_MDは図１１（ａ）に示すように急激に零まで減少することになる。

このように駆動電流検出値Ｉ_MDが零まで減少すると、メインＭＣＵ１３における図４のモータ制御処理において、ステップＳ８で算出される電流偏差ΔＩが正値となり、これに応じてステップＳ１１で算出されるモータ電流指令値Ｉｒも正値となるため、ステップＳ１２からステップＳ１３に移行し、モータ電流指令値Ｉｒに応じたデューティ比のパルス幅変調信号が算出され、次いでステップＳ１５に移行して、算出したパルス幅変調信号ＰＳと操舵トルクＴｓに基づいて算出される電流方向信号ＤＳがモータ駆動回路１７のＦＥＴゲート駆動回路１９に出力されるので、再度Ｈブリッジ回路１８のＦＥＴ１及びＦＥＴ２の組（又はＦＥＴ３及びＦＥＴ４の組）がパルス幅変調駆動状態となることにより、電動モータ１２に過電流が流れて、モータ電流検出回路１６で検出される駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態となり、以後上記動作を繰り返して発振状態となる。

このように、駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態と超えない状態とを繰り返す発振状態となると、サブＭＣＵ１４で実行される図９の過電流検出処理において、Ｉ_MD＞Ｉ_OTであるときに異常判断値ＣＮに“６”に設定された第１の所定値ＣＮ₁ が加算され、Ｉ_MD≦Ｉ_OTであるときに異常判断値ＣＮから“１”に設定された第２の所定値ＣＮ₂ が減算されるので、図１１（ａ）に示すように、Ｉ_MD＞Ｉ_OTの状態が駆動電流検出値Ｉ_MDのサンプリング周期Ｔｓ（＝０．２５ｍｓｅｃ）の約７倍の１．７５ｍｓｅｃ継続し、その後Ｉ_MD≦Ｉ_OTの状態がサンプリング周期Ｔｓの約１０倍の２．５０ｍｓｅｃ継続することを繰り返した場合には、異常判断値ＣＮは時点ｔ１で短絡異常が発生して駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えたものとすると、この時点ｔ１からＩ_MD≦Ｉ_OTとなる時点ｔ２までの間で第１の所定値ＣＮ₁ を６回加算するのでＣＮ＝３６となり、その後Ｉ_MD＞Ｉ_OTとなる時点ｔ３までの間で第２の所定値ＣＮ₂ を９回減算するのでＣＮ＝２７となり、次にＩ_MD≦Ｉ_OTとなる時点ｔ４までの間で第１の所定値ＣＮ₁ を６回加算してＣＮ＝６３となり、その後Ｉ_MD＞Ｉ_OTとなる時点ｔ５までの間で第２の所定値ＣＮ₂ を９回減算するのでＣＮ＝５４となり、次にＩ_MD≦Ｉ_OTとなる時点ｔ６までの間で第１の所定値ＣＮ₁ を６回加算してＣＮ＝９０となり、その後Ｉ_MD＞Ｉ_OTとなる時点ｔ７までの間で第２の所定値ＣＮ₂ を９回減算するのでＣＮ＝８１となり、次に第１の所定値ＣＮ₁ を３回加算した時点ｔ８でＣＮ＝９９となる。

このため、時点ｔ８で異常判断値ＣＮが第３の所定値ＣＮ₃ （＝９６）を超えることになるので、この時点ｔ８で図９の処理において、ステップＳ３７からステップＳ３８に移行して、図１０（ｄ）に示すようにモータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７のスイッチ回路２１に出力される。このため、電動モータ１２への駆動電流の供給が遮断されて、電動モータ１２の短絡異常による過電流状態を正確に検出することができ、短絡異常状態となったときに電動モータ１２の駆動を確実に停止させることができる。

一方、電動モータ１２に短絡異常が発生しても、図１２（ａ）に示すように、前述した図１１のように駆動電流検出値Ｉ_MDが周期的に過電流閾値Ｉ_OTを超える状態を繰り返すのではなく、例えば時点ｔ１及びｔ２間で駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えてから１周期飛ばした時点ｔ５以降で周期的に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態を繰り返す場合には、時点ｔ２で異常判断値ＣＮが“３６”となり、その後時点ｔ５までの間で２４回第２の所定値ＣＮ₂ を減算するので、時点ｔ５で異常判断値ＣＮが“１２”となる。

その後は、周期的に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態を繰り返すので、時点ｔ６で異常判断値ＣＮが“４８”となり、時点ｔ７で異常判断値ＣＮが“３９”となり、時点ｔ８で異常判断値ＣＮが“７５”となり、時点ｔ９で異常判断値ＣＮが“６６”となり、この時点ｔ９から第１の所定値ＣＮ₁ を５回加算した時点ｔ１０で異常判断値ＣＮが“９６”に達するので、この時点ｔ１０で図１２（ｄ）に示すようにモータ制御禁止信号Ｍｐがモータ駆動回路１７のスイッチ回路２１に出力される。このため、電動モータ１２への駆動電流の供給が遮断されて、電動モータ１２の短絡異常による過電流状態を正確に検出することができ、短絡異常状態となったときに電動モータ１２の駆動を確実に停止させることができる。

このように、駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えているときに、大きな値の第１の所定値ＣＮ₁ （＝６）を異常判断値ＣＮに加算し、逆に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OT以下であるときに第１の所定値ＣＮ₁ より小さな第２の所定値ＣＮ₂ （＝１）を異常判断値ＣＮから減算するので、異常判断値ＣＮに第１の所定値ＣＮ₁ が加算された状態で、比較的長い時間が経過した場合でも、異常判断値ＣＮが“０”にクリアされることなく、第２の所定値ＣＮ₂ の減算のみが行われるので、駆動電流検出値Ｉ_MDが定期的に過電流閾値Ｉ_MDを超える発振状態であるときは勿論、駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態が途中で欠けるような不連続な発振状態を生じる場合でも、確実に短絡異常を検出することができる。

因みに、異常判断値ＣＮを、所定時間Ｔ₁ の間に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えているときに“１”だけインクリメントし、所定時間Ｔ₁ の間に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態とならないときに異常判断値ＣＮを“０”にクリアするように構成したときには、上述した図１２（ａ）のように駆動電流検出値Ｉ_MDが変化する場合に以下のような問題点がある。

すなわち、例えば図１３に示すように時点ｔ１〜ｔ３間の時間を所定時間Ｔ₁ としたときに、時点ｔ１〜ｔ３間では時点ｔ１〜ｔ２間で駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態であるので、時点ｔ３で異常判定値ＣＮが“１”となる。しかしながら、時点ｔ３〜ｔ５の間の所定時間Ｔ₁ では駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えることがないので、異常判断値ＣＮが“０”にクリアされることにより、初期状態に戻ってしまい、その後時点ｔ７から異常判断値ＣＮの加算を再度開始するので、駆動電流検出値Ｉ_MDが所定周期で過電流閾値Ｉ_OTを超える図１０の場合には連続して異常判断値ＣＮがインクリメントされて所定値に達したときに異常と判断することができるが、異常判断値が所定値に達するまでの間で所定時間Ｔ₁ 以内に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超える状態とならない場合には異常検出を行うことができない。

これに対して、本願発明では、上記実施形態で説明したように、異常判断値ＣＮが第３の所定値ＣＮ₃ に達するまでの間に駆動電流検出値Ｉ_MDが過電流閾値Ｉ_OTを超えない場合が存在しても異常判断値ＣＮが“０”にクリアされることがないので、異常判断値ＣＮが初期状態に戻ることはなく、電動モータ１２の短絡異常を正確に検出することができる。
また、上記実施形態においては、図９に示す過電流検出処理をサブＭＣＵ１４で実行するようにしているので、メインＭＣＵ１３に異常が発生したことに起因する過電流状態であっても過電流異常を正確に検出することができる。

さらに、上記実施形態においては、電動モータ１２の駆動電流サンプリング周期となる図９の過電流検出処理のサンプリング周期Ｔｓ（例えば２５０μｓｅｃ）が電動モータ１２に対する駆動電流制御周期となるモータ制御処理の制御周期（例えば１ｍｓｅｃ）よりも短く設定されているので、駆動電流が過電流閾値Ｉ_OT を超えることをより正確に検出することができる。

なお、上記実施形態においては、第１の所定値ＣＮ₁ を“６”に設定し、第２の所定値ＣＮ₂ を“１”に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の所定値ＣＮ₁ を第２の所定値ＣＮ₂ に近づけるほど短絡異常を検出するまでの検出時間が長くなり、逆に第１の所定値ＣＮ₁ の値を大きくすればするほど、短絡異常検出時間を短くすることができるが、短絡異常を誤検出する割合も増えることから、第１の所定値ＣＮ₁ と第２の所定値ＣＮ₂ との比率は上述した６対１、７対１、８対１程度とするのが好ましい。

また、上記実施形態においては、メインＭＣＵ１３及びサブＭＣＵ１４を設け、サブＭＣＵ１４で図６に示す過電流検出処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、サブＭＣＵ１４を省略してメインＭＣＵ１３のみを設け、このメインＭＣＵ１３で図９に示す過電流検出処理を実行するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、演算処理装置としてＭＣＵを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなくマイクロコンピュータを適用することもでき、そのた任意の演算処理装置を適用することができる。
なおさらに、上記実施形態においては、電動モータ１２を直流駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータを三相以上の多相交流駆動する場合にも本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態においては、メインＭＣＵ１３で図５のモータ制御処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１４に示すように、トルクセンサ３のトルク検出値が入力される位相補償器３１と、この位相補償器３１の位相補償出力と車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖとに基づいて内蔵する図６に示す特性曲線に対応する関数を発生する関数発生器を選択して操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算器３２と、この操舵補助指令値演算器３２から出力される操舵補助指令値を微分する微分補償器３４と、操舵補助指令値演算器３２から出力される操舵補助指令値からモータ電流検出回路１６で検出した駆動電流検出値を減算する減算器３３と、この減算器３３の出力を比例演算する比例演算器３５と、減算器３３の出力を積分演算する積分演算器３６と、微分補償器３４、比例演算器３５及び積分演算器３６の出力を加算する加算器３７とで構成し、加算器３７の加算出力をモータ駆動回路１７に供給するようにしたハードウェア構成とすることもできる。

さらに、上記実施形態においては、サブＭＣＵ１４で図９に示す過電流検出処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１５に示すように、モータ電流検出回路１６で検出した駆動電流検出値Ｉ_MDをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４１と、このＡ／Ｄ変換器４１かち出力されるデジタル駆動電流検出値Ｉ_MDと参照電流発生器４２から出力される過電流閾値Ｉ_OTとを比較し、Ｉ_MD≦Ｉ_OTであるときに論理値“０”、Ｉ_MD＞Ｉ_OTであるときに論理値“１”の比較出力を出力する比較部としてのデジタル比較器４３と、このデジタル比較器４３の比較出力と、クロック信号発生器４４から発生される駆動電流検出値Ｉ_MDのサンプリング周期に対応するクロック信号とが入力されて選択信号を出力するアンドゲート４５と、このアンドゲートから出力される選択信号が入力されて、第１の所定値設定器４６から出力される第１の所定値ＣＮ₁ と第２の所定値設定器４７から出力される第２の所定値ＣＮ₂ とを選択して、第１の所定値ＣＮ₁ を加減算カウンタ４７の加算入力端子ｔａに、第２の所定値ＣＮ₂ を加減算カウンタ４８の減算入力端子ｔｄに供給する選択部としての選択回路４９とで異常判断値算出回路をハードウェアで構成し、加減算カウンタ４８から出力される異常判断値ＣＮを第３の所定値設定器５０から出力される第３の所定値ＣＮ₃ とデジタル比較器５１で比較し、ＣＮ≧ＣＮ₃ であるときにデジタル比較器５１からモータ駆動禁止信号Ｍｐをモータ駆動回路１７のスイッチ回路２１に出力するようにしてもよい。この場合、加減算カウンタ４８を使用することにより、異常判断値を簡単な構成で容易に算出することができる。

さらにまた、上記実施形態においては、電動モータの駆動電流サンプリング周期Ｔｓが電動モータに対する駆動電流制御周期より短い場合について説明したが、これに限定されるものではなく、駆動電流サンプリング周期Ｔｓを駆動電流制御周期と等しく設定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 トルクセンサで検出されるトルク検出信号の特性線図である。 図１の制御回路を示すブロック図である。 制御回路のメインＭＣＵで実行するモータ制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵トルクと操舵補助指令値との関係を示す操舵補助指令値算出マップを示す図である。 サブＭＣＵで実行するモータ制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 モータ駆動回路の具体的構成を示すブロック図である。 サブＭＣＵで実行するメインＭＣＵ監視処理手順の一例を示すフローチャートである。 サブＭＣＵで実行する過電流検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 過電流状態が継続する場合の動作の説明に供するタイミングチャートである。 過電流状態が所定周期で繰り返す場合の動作の説明に供するタイミングチャートである。 過電流異常状態が不定期に繰り返す場合の動作の説明に供するタイムチャートである。 従来例の動作の説明に供するタイムチャートである。 制御回路のハードウェア構成を示すブロック図である。 異常判断値算出回路の一例を示すブロック図である。 従来例のモータ電流波形を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１２…電動モータ、１３…メインＭＣＵ、１４…サブＭＣＵ、１５…車速センサ、１６…モータ電流検出回路、１７…モータ駆動回路、１８…Ｈブリッジ回路、１９…ＦＥＴゲート駆動回路、２０…バッテリ、２１…スイッチ回路、４３…デジタル比較器、４４…クロック信号発生器、４５…アンドゲート、４６…第１の所定値設定器、４７…第２の所定値設定器、４８…加減算カウンタ、４９…選択回路、５０…第３の所定値設定器、５１…デジタル比較器

Claims (5)

1. 操舵系に付加される操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する指令値算出手段と、前記操舵系に対して操舵補助力を付与する電動機と、該電動機の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、該駆動電流検出手段で検出した駆動電流検出値と前記指令値算出手段で算出した操舵補助指令値とに基づいて前記電動機に駆動電流を供給する電動機制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記駆動電流検出手段で検出した駆動電流検出値と過電流閾値とを比較して、前記駆動電流検出値が前記過電流閾値を超えたときに、異常判断値に整数でなる第１の所定値を加算し、前記駆動電流検出値が前記過電流閾値以下であるときに前記異常判断値から前記第１の所定値より小さく連続しない整数でなる第２の所定値を減算する異常判断値算出手段と、該異常判断値算出手段で算出した異常判断値が前記第１の所定値より大きい第３の所定値を超えたときに過電流異常を検出する異常検出手段とを備え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. 前記駆動電流検出手段は、前記電動機の駆動電流サンプリング周期が前記電動機制御手段による前記電動機に対する駆動電流制御周期以下の周期に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記指令値算出手段及び電動機制御手段を構成する主演算処理装置と、前記異常判断値算出手段及び異常検出手段を構成する副演算処理装置とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記異常検出手段は、前記第３の所定値が過電流異常の判断基準となる過電流状態継続時間を前記電流検出値のサンプリング周期で除した値と前記第１の所定値とを乗算した値に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記異常判断値算出手段は、前記電流検出値と過電流閾値とを比較する比較部と、該比較部の比較結果が、前記電流検出値が前記過電流閾値以上であるときに前記第１の所定値を選択し、前記電流検出値が前記過電流閾値未満であるときに前記第２の所定値を選択する選択部と、該選択部で前記第１の所定値を選択したときにこれが加算入力側に入力され、前記第２の所定値を選択したときにこれが減算入力側に入力される加減算カウンタとを備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項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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