JP4853043B2

JP4853043B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JP4853043B2
Application number: JP2006041839A
Authority: JP
Inventors: 雅人渡邊
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: JP2007216899A

Description

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、特に操舵トルク、操舵補助指令値及びモータ電流を監視してフェールを判定確定し、モータやコントロールユニット（コントローラ）を過熱保護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する。

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（アシスト）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（操舵補助力）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、電流指令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。

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５に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸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に連結されている。コラム軸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を介してコラム軸２に連結されている。電動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（コントローラ）３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニション信号が入力され、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値Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいて、アシストマップ等を用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に基づいてモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵも含む）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６のようになる。

図６を参照して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で検出された操舵トルク値Ｔ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルク値Ｔ及び車速Ｖに基づいてアシストマップ等を用いて、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Ｉｒｅｆを決定する。電流指令値Ｉｒｅｆは、電流制限部３３を経て最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算器３２に入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された操舵補助指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算器３２にフィードバックされる。インバータ回路３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

上述のような一般的な電動パワーステアリング装置では、電流検出器３８のオープン故障はフェールセーフで故障を検出することができるが、電流検出器３８の一部の抵抗（ゲインを決めている抵抗）が短絡した場合、フェールセーフに検出することができない。電流検出器３８の短絡のためゲインが低下し、コントロールユニット３０のＣＰＵは実電流よりも検出電流を小さく認識するため、電流指令値を増加させてオーバーアシストとなってしまう。この状態でアシストすることで、操舵トルク減少→電流指令値減少→トルク増加→オーバーアシスト→操舵トルク減少→・・・を繰り返し、モータ２０やコントロールユニット３０の温度が上昇してしまう。

このような問題を回避する装置として、例えば特開２００２−８７３０４号公報（特許文献１）に開示されているものがある。特許文献１に記載の電動パワーステアリング制御装置は、モータに流す電流の目標値を予め決定する目標決定手段と、前記モータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記目標値と前記検出されたモータ電流に応じて前記モータに流すモータ電流をクローズドループ制御する第１のモータ制御処理と前記目標値に応じて前記モータに流すモータ電流をオープンループ制御する第２のモータ制御処理を備えたモータ電流制御手段と、前記目標電流が所定値未満であるとき、前記検出されたモータ電流に異常がないか否かを判定し、異常判定時に前記モータ電流の制御を前記第２のモータ制御処理に切り換える異常検出手段とを設けている。
特開２００２−８７３０４号公報

特許文献１に記載の制御装置では、第１のモータ制御処理と第２の制御処理とを行うと共に、目標電流が所定値未満であるとき、検出されたモータ電流に異常がないか否かを判定し、異常判定時にモータ電流の制御を第２のモータ制御処理に切り換えるようにしている。

しかしながら、電流検出手段のゲインを決定している抵抗が短絡した場合、電流実測値と目標値の差による異常チェックでは、判定条件が継続であるために検出／復帰を繰り返し、ハンチングを生じ易いといった問題がある。また、余り継続性がない場合、フェールセーフ制御に移行（確定）することがないと同時に、積算によって電流実測値と目標値の差が大きくなることは多々あり、誤フェールしてしまう危険性がある。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、電流実測値と目標値の差だけでなく、操舵トルクを監視して誤フェールを防止し、フェールセーフを正確に確定する安全性の高い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。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、モータ電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング系に操舵補助力を与える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し、本発明の上記目的は、前記操舵トルクと、前記操舵補助指令値及び前記モータ電流値の差とに基づいてフェール状態を判定して確定するフェール判定手段を設け、前記フェール判定手段が、前記操舵トルクの第１所定値を超えた時間を計測する入力トルク積算カウンタを内蔵しており、サンプリングにおける電流検出値の１つ前の値と検出した値との差が第２所定値を超えたか否かを前記フェール状態の判定にすると共に、前記差の絶対値が第３所定値よりも大きく、前記入力トルク積算カウンタの計数値が第４所定値以上となったときに前記フェール状態を確定することにより達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、電流実測値と目標値の差だけでなく、操舵トルクを監視して所定以上のトルク時に積算カウンタで積算し、時間の継続でフェールを判定するようにしているので、誤フェールを防止してフェールセーフを正確に確定し、また、誤フェールを防止することにより、操舵フィーリングの悪化を防ぐこともでき、安定性の高い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ができる。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、操舵補助指令値、モータ電流の検出値、操舵トルクを総合的に監視し、ソフトウェアで制御することで安全保証範囲内にフェールセーフ制御を確定させることにより、モータ及びコントロールユニットを過熱から保護する。これにより、非常に安全性の高い電動パワーステアリング装置の制御装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を図６に対応させて示しており、トルクセンサからの操舵トルクＴは電流指令値演算部３１に入力されると共に、フェール判定部４０に入力され、電流制限部３３からの電流指令値Ｉｒｅｆｍは比較演算部４１に入力され、電流検出器３８で検出されたモータ電流値Ｉｍも比較演算部４１に入力され、比較演算部４１の比較結果ＣＲはフェール判定部４０に入力され、フェール判定部４０は所定条件に従ってフェールを判定してフェール確定信号ＦＳを出力する。フェール判定部４０からフェール確定信号ＦＳが出力されることにより、コントロールユニットは所定のフェール処理を実行する。
フェール判定部４０及び比較演算部４１でフェール判定手段を構成しており、フェール判定部４０には、操舵トルクＴが所定値Ｃよりも大きくなっている時間を計測するための積算カウンタが内蔵されている。

このような構成において、その動作を図２のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴを電流指令値演算部３１及びフェール判定４０に入力し（ステップＳ１）、車速Ｖを電流指令値演算部３１に入力し（ステップＳ２）、電流指令値演算部３１で電流指令値Ｉｒｅｆを決定し（ステップＳ３）、電流制限値３３、減算部３２及びＰＩ制御部３５を経て操舵補助指令値Ｖｒｅｆを指令し（ステップＳ４）、更にＰＷＭ制御部３６及びインバータ回路３７を経てモータ２０を駆動する。その際、電流検出器３８でモータ電流が電流検出値Ｉｍとして検出され（ステップＳ５）、減算器３２にフィードバックされると共に、比較演算部４１に入力される。なお、操舵トルクＴの入力、車速Ｖの入力の順番は任意である。

比較演算部４１では、先ず電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１０）、上記差の絶対値が所定値Ａ以下であれば、次に入力された操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｅ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１６）、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｅ以下であれば通常アシストを行い（ステップＳ３０）、ステップＳ１にリターンする。なお、上記ステップＳ１６において操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｅよりも大きいと判定された場合には、トルクがかかっている場合で、正常と判断されるので積算カウンタをリセットし（ステップＳ１７）、その後に通常アシストを行う。

一方、上記ステップＳ１０において、電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａを超える場合には、次にサンプリングにおけるモータの逆起電力による誤検出を防ぐため、電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値が所定値Ｂよりも大きいか、又は電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値が０であるか否かを判定し（ステップＳ１１）、上記差の絶対値が所定値Ｂよりも大きいか又は０の場合には、更に操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｃよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１２）、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｃよりも大きい場合には積算カウンタの計数値をアップし（ステップＳ１３）、積算カウンタの計数値が所定値Ｄ以上になるまで上記ステップＳ１２以下の動作を繰り返す（ステップＳ１４）。ステップＳ１２はトルクがかかっているか否かを判定する工程で、トルクがかかっていなければ誤検出の可能性があるためである。

本発明では上記ステップＳ１４において、積算カウンタの計数値が所定値Ｄ以上になった時にフェールを確定し（ステップＳ１５）、フェール判定部４０がフェール確定信号ＦＳを出力することによって所定のフェール処理を実行する。また、上記ステップＳ１１で、電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値が所定値Ｂ以下になった場合又は０でない場合、及び上記ステップＳ１２で操舵トルクＴが所定値Ｃ以下になった場合には、フェールではないとして通常アシストが実行される。

次に具体的な数値として、所定値Ａ＝１０[Ａ]、所定値Ｂ＝１[Ａ]、所定値Ｃ＝３[Ｎ・ｍ]、所定値Ｄ＝５００[ｍｓ]及び所定値Ｅ＝３[Ｎ・ｍ]とし、図３（Ａ）に示すような操舵トルクＴが入力され、図３（Ｂ）に示すような電流指令値及び電流検出値が入力された場合の動作を、図４のフローチャートに示して説明する。

なお、図３の時点ｔ１〜ｔ２を区間ａ、時点ｔ２〜ｔ３を区間ｂ、時点ｔ３〜ｔ４を区間ｃ、時点ｔ４〜ｔ５を区間ｄ、時点ｔ５〜ｔ６を区間ｅ、時点ｔ６〜ｔ７を区間ｆとする。また、ステップＳ１０における判定においてＹＥＳになった場合を状態Ｃ１、ＮＯになった場合を状態Ｃ２とし、ステップＳ１１における判定においてＹＥＳになった場合を状態Ｃ４、ＮＯになった場合を状態Ｃ９とし、ステップＳ１２における判定においてＹＥＳを状態Ｃ５、ＮＯを状態Ｃ１０とし、ステップＳ１４における判定のＹＥＳを状態Ｃ８、ＮＯになった場合を状態Ｃ７とし、ステップＳ１６における判定においてＹＥＳになった場合を状態Ｃ３、ＮＯとなった場合を状態Ｃ１１とする。

図３（Ａ）及び（Ｂ）より、区間ｃ及びｇでは、電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａ＝１０[Ａ]より大きく、電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値が所定値Ｂ＝１[Ａ]より大きく、操舵トルクＴは所定値Ｃ＝３[Ｎ・ｍ]より大きくなっている。また、区間ｂでは、電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａ＝１０[Ａ]より大きく、電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値は所定値Ｂ＝１[Ａ]より小さくなっている。区間ｄでは、電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａ＝１０[Ａ]より大きく、電流検出値の１つ前の値と検出した値との差の絶対値が所定値Ｂ＝１[Ａ]より大きく、操舵トルクＴは所定値Ｃ＝３[Ｎ・ｍ]より小さくなっており、区間ｅでは、電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆｍとの差の絶対値が所定値Ａ＝１０[Ａ]より小さく、操舵トルクＴも所定値Ｃ＝３[Ｎ・ｍ]より小さくなっている。

よって、図４のステップＳ１０における状態Ｃ１は区間ｃ，ｄ，ｅ及びｇであり、状態Ｃ２は区間ａ，ｂ及びｆであり、ステップＳ１６における状態Ｃ３は区間ｂ，ｆであり、区間ｂ，ｆでは通常アシストが実行される（ステップＳ３０）。また、Ｓ１６における状態Ｃ１１は区間ａであり、区間ａはステップＳ１７にて積算カウンタをリセット後、通常アシストが実行される（ステップＳ３０）。

また、ステップＳ１１における状態Ｃ４は区間ｃ，ｅ及びｇであり、状態Ｃ９は区間ｄであり、ステップＳ１２における状態Ｃ５は区間ｃ及びｇであり、状態Ｃ１０は区間ｅである。この結果、区間ｄ及びｅでも通常アシストが実行される（ステップＳ３０）。

更に、ステップＳ１４における状態Ｃ７は区間ｃであり、状態Ｃ８は区間ｇとなる。よって、図３のような場合には、フェール判定手段は区間ｇにおいてフェールを確定する（ステップＳ１５）。

本発明の実施例を示すブロック構成図である。本発明の動作例を示すフローチャートである。操舵トルク、電流検出値及び目標値の一例を示す特性図である。本発明の具体的な動作例を示すフローチャートの一部である。一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１操向ハンドル
２コラム軸
３減速ギア
１０トルクセンサ
１１イグニションキー
１２車速センサ
１４バッテリ
２０モータ
３０コントロールユニット（コントローラ）
３１電流指令値演算部
３３電流制限部
３５ＰＩ制御部
３６ＰＷＭ制御部
３７インバータ回路
４０フェール判定部
４１比較演算部

Claims

操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、モータ電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング系に操舵補助力を与える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、
前記操舵トルクと、前記操舵補助指令値及び前記モータ電流値の差とに基づいてフェール状態を判定して確定するフェール判定手段を設け、
前記フェール判定手段が、前記操舵トルクの第１所定値を超えた時間を計測する入力トルク積算カウンタを内蔵しており、
サンプリングにおける電流検出値の１つ前の値と検出した値との差が第２所定値を超えたか否かを前記フェール状態の判定にすると共に、
前記差の絶対値が第３所定値よりも大きく、前記入力トルク積算カウンタの計数値が第４所定値以上となったときに前記フェール状態を確定するようになってい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。