JP5267185B2 - 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、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、特にモータ制御に必要なモータ電流検出部の異常又は故障が発生して正常なモータ電流を検出できない場合に、操舵補助を継続しながらモータの端子間の電圧値と電動パワーステアリング装置の抵抗値とにより算出するモータ電流推定値をモータ電流検出値の代わりに用いて、モータ及びコントロールユニットの過熱保護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。

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。また、従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助のトルク）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、モータ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３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に結合されている。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３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１からイグニッションキー信号が入力される。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とに基づ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に基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、コントロールユニット３０内部において実行される一般的な構成を示すと図４のようになる。

コントロールユニット３０の機能及び動作を図４を参照して説明すると、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部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部３２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部３４に入力され、また、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部３２に入力される。

操舵補助指令値演算部３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基づいてモータ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、メモリ３２Ａ内のアシストマップを参照して決定する。操舵補助指令値Ｉは減算部３０Ａに入力される。減算部３０Ａの偏差（Ｉ−Ｉｓ）は比例演算部３５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補償部３６に入力される。微分補償部３４及び積分補償部３６の出力も加算部３０Ｂに加算入力され、加算部３０Ｂでの加算結果であるモータ電流指令値Ｉｍ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。

モータ駆動回路３７は、モータ２０が２相モータの場合、駆動素子としての４個のＦＥＴをＨ状に結線したＨブリッジ回路で構成されている。モータ２０のモータ電流検出値Ｉｓはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値Ｉｓは減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。なお、イグニッションキー１１からのイグニッションキー信号を受けてコントロールユニット３０は電源リレー１３を駆動し、モータ駆動回路３７に電力が供給される。また、モータ駆動回路３７はモータ２０が３相モータの場合には、６個のＦＥＴがブリッジ接続された３相ブリッジの構成となっている。

このような電動パワーステアリング装置では、モータ２０に比較的大きな電流が通電されるため、このモータ２０及びコントロールユニット３０の発熱量が大きく、モータ２０が発熱して発煙したり、破損するなどの不具合を誘発しかねない。

かかる問題を解決する装置として、例えば特開平１−１８６４６８号公報（特許文献１）に示されるものがある。特許文献１に示される装置は、モータに所定時間以上連続して電流が流れた際に、モータ電流の所定時間毎の平均電流の大きさに応じてモータ電流の最大値を制限するモータ電流制限手段を設けている。また、特開昭６３−１８０５６７号公報（特許文献２）に示される制御装置では、モータ電流目標値とモ−タ電流検出値の差によりパワー素子が短絡した場合などの異常時を検出するようにしており、異常が検出されたときには遮断手段によってモータ電流及び電磁クラッチの印加電圧を遮断するようにしている。更に、特開２００２−８７３０４号公報（特許文献３）に示される制御装置では、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、モータ電流を検出するモータ電流検出手段と、目標値と検出されたモータ電流に応じて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のモータ制御処理及び目標値に応じて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、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異常検出手段とを設けている。

特開平１−１８６４６８号公報 特開昭６３−１８０５６７号公報 特開２００２−８７３０４号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、モータ電流の最大値を制限するモータ電流制限手段を設けているので過大電流による過熱を防止することはできるが、電流検出手段が故障した場合の対策は講じられていない。また、特許文献２の装置では、パワー素子が短絡した場合などの異常時にモータ電流を遮断すると共に、電磁クラッチの印加電圧を遮断するようになっているので、パワー素子が短絡した場合などの異常に基づく過熱は防止することができる。しかし、パワー素子の短絡を検知するモータ電流測定手段が故障した場合には、確実に過熱を防止できない問題がある。更に、特許文献３に記載の装置では、モータ電流の異常判定に基づいてモータ制御処理を切り換えるようにしているが、モータ電流の異常を判定するモータ電流検出値異常検出手段が故障した場合には、モータ等が過熱する可能性がある。

電流検出器等の電流検出系が異常又は故障した場合に、電動パワーステアリング装置がどのような動作を行うかを、図５のフローチャート及び図４を参照して説明する。

先ず運転者がハンドルを操舵すること（操舵開始）により、トルクセンサ１０により検出された操舵トルクＴがコントロールユニット３０へ入力され、車速センサ１２からの車速Ｖもコントロールユニット３０へ入力される。コントロールユニット３０は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいてモータ電流指令値Ｉｍを算出し（ステップＳ５０）、モータ電流を流してモータを駆動する（ステップＳ５１）。これにより、モータ２０の駆動によるアシストが発生し（ステップＳ５２）、モータ電流検出回路３８によりモータ２０に流れているモータ電流検出値Ｉｓが検出され、モータ電流指令値Ｉｍとの偏差によるフィードバック制御が行われる。

ここで、操舵トルクＴ及び車速Ｖは一定であるが、モータ電流検出回路３８の電流検出部が故障してモータ電流検出ゲインが低下し、モータ２０に流れている電流をモータ電流検出回路３８が小さく検出したとする（ステップＳ５３）。コントロールユニット３０はフィードバック制御を行っているので、モータ２０の電流が少ないと判断し、モータ電流指令値Ｉｍの増加指令となる（ステップＳ５４）。増加されたモータ電流指令値Ｉｍでモータ２０が駆動されるので（ステップＳ５５）、モータ２０から発生するアシストが過剰なアシスト（アシスト過大）となる（ステップＳ５６）。このようにアシスト過大の状況下で、運転者によるハンドルからの操舵トルクＴの入力が行われるが、必要操舵力が低下しているために操舵トルクＴは低下する（トルク抜け）（ステップＳ５７）。なお、この時のモータ電流指令値Ｉｍとモータ電流検出値Ｉｓは同一であるとする。

ここで、トルク抜けの状態でモータ電流指令値Ｉｍが算出され（ステップＳ５８）、算出されたモータ電流指令値Ｉｍでモータを駆動することにより（ステップＳ５９）、アシスト不足となる（ステップＳ６０）。そして、アシスト不足によりハンドルからの操舵トルクＴが増加した上（ステップＳ６１）、モータ電流検出回路３８の電流検出部が故障してモータ電流検出ゲインが低下し、モータ２０に流れている電流をモータ電流検出回路３８が小さく検出したため（ステップＳ５３），モータ電流指令値Ｉｍの増加指令となる（ステップＳ５４）。

このようなアシスト過不足の事象がごく短時間に何回も繰り返し発生するため、運転者はハンドルが振動していると認識してしまう。この状態は、モータ電流検出回路３８の電流検出部が故障してモータ電流検出ゲインが低下し、モータ２０に流れている電流をモータ電流検出回路３８が小さく検出した状態であるため、モータ電流検出値Ｉｓよりも実際のモータ電流が大きく流れることになるので、モータ２０及びコントロールユニット３０が過熱してしまう問題がある。

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、電流検出部が故障した場合でも、モータの端子電圧とモータ電流推定値を用いて過熱保護を行うことにより、モータ電流検出部の故障や異常で危険な挙動になることがなく、ハンドル操舵のアシストを停止する必要がない場合には、モータ及びコントロールユニットの過熱保護を継続することが可能な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、操舵トルク及びモータ電流の検出値に基づいてモータ電流指令値を演算し、前記モータ電流指令値に基づき、モータ駆動回路によってモータを駆動し、操舵アシストを行う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、前記モータ電流を検出する電流検出部の異常を、前記モータ電流の前記検出値及び前記モータ電流指令値に基づいて、検出するモータ電流異常検出部と、前記電流検出部の前記異常が検出されたときに、モータ電流推定値をモータ端子間電圧及び前記電動パワーステアリング装置の最小保証温度時の抵抗に基づいて推定するモータ電流推定値演算部とを具備し、前記電流検出部の前記異常が検出されたときには、前記モータ電流推定値を前記モータ電流の前記検出値の代わりに、過熱保護用電流として用いて、前記モータ及びコントロールユニットの過熱保護を行うことにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記異常が所定時間継続したときに、前記モータ電流異常検出部が前記電流検出部の故障と判定することにより、或いは前記故障が判定されたとき、前記モータ電流を遮断して前記操舵アシストを停止することにより、より効果的に達成される。

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、モータ電流検出部が異常又は故障した場合においても、モータ端子電圧値と電動パワーステアリング装置の抵抗値とにより算出されるモータ電流推定値を用いて過熱保護を行うようにしているので、モータ電流検出回路を含んだ電流検出部の故障で危険な挙動になることがなく、ハンドル操舵のアシストを停止する必要がない場合には、モータ及びコントロールユニットの過熱保護を継続して行うことができる。

本発明によるパワーステアリング装置の制御装置の一例を示すブロック図である。 本発明の制御動作例を示すフローチャートである。 一般的なパワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来のパワーステアリング装置におけるモータ制御系の一例を示すブロック図である。 従来のパワーステアリング装置におけるモータ電流検出回路に異常が発生した場合の動作例を示すフローチャートである。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータ電流検出回路を含む電流検出部が異常又は故障してモータ電流検出値に異常がある場合で、且つ危険な挙動になることがなく、ハンドル操舵のアシストを停止する必要がない場合には、モータ端子間電圧と電動パワーステアリング装置の最小保証温度時の抵抗値とにより、モータやコントロールユニットの過熱保護を行う。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の構成例を図３に対応させて示すブロック図であり、同一構成箇所には同一符合を付して説明を省略するが、モータ電流指令値演算部３３は図４に記載されている位相補償部３１、操舵補助指令値演算部３２、メモリ３２Ａ、微分補償部３４、比例演算部３５、積分補償部３６等を含んでおり、モータ電流指令値Ｉｍを演算して出力する。モータ電流指令値演算部３３は、操舵トルクＴ、車速Ｖ、モータ電流検出値Ｉｓ及び過熱保護用電流Ｉｈに基づいてモータ電流指令値Ｉｍを演算する。

本発明では、モータ２０の端子間電圧Ｖｍｔを検出するモータ端子間電圧検出部３９と、モータ電流指令値Ｉｍ及びモータ電流検出値Ｉｓに基づいてモータ電流の異常を検出するモータ電流異常検出部４２と、モータ電流異常検出部４２からの検出値異常信号ＤＡ及びモータ端子間電圧Ｖｍｔに基づいてモータ電流推定値Ｉｐを演算するモータ電流推定値演算部４１と、モータ電流異常検出部４２からの回路故障信号ＣＡに基づいてモータ電流等を遮断するモータ電流遮断部４３と、モータ電流検出値Ｉｓ及びモータ電流推定値Ｉｐに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｓを演算するモータ電流制限演算部４４とを設けている。

モータ電流異常検出部４２が、モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値Ｉｓが正常であると判定した場合には、モータ電流検出値Ｉｓを過熱保護用電流Ｉｈ＝Ｉｓとしてモータ電流指令値演算部３３に入力し、通常のアシスト動作を行う。また、モータ電流異常検出部４２が、モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値Ｉｓが異常であると判定した場合には、更に電流検出部が異常（一部の部品故障程度であり、アシスト可能状態）であるか若しくは故障（アシスト不能状態）であるかを経過時間の計測で判定する。モータ電流異常検出部４２は、電流検出部が異常と判定した場合には検出値異常信号ＤＡを出力し、電流検出部が故障と判定した場合には回路故障信号ＣＡを出力する。

モータ電流異常検出部４２がモータ電流検出部の異常と判定した場合、検出値異常信号ＤＡはモータ電流推定値演算部４１に入力され、モータ電流推定値演算部４１はモータ端子間電圧Ｖｍｔとモータ電流推定値演算部４１に記憶されている電動パワーステアリング装置の最小保証温度時の抵抗値Ｒｍとにより、モータ電流推定値Ｉｐを下記（１）式によって求める。

Ｉｐ＝Ｖｍｔ／Ｒｍ ・・・（１）
バラツキを考慮し、最小保証温度時の抵抗値を設定すると、最小保証温度時の抵抗値Ｒｍは最小保証温度時のモータライン抵抗（ハーネス）＋最小保証温度時のモータ端子間抵抗となる。

モータ電流推定値Ｉｐは過熱保護用電流Ｉｈとしてモータ電流指令値演算部３３に入力される。つまり、モータ電流異常検出部４２が正常と判定しているときは、モータ電流検出値Ｉｓと共にモータ電流検出値Ｉｓが過熱保護用電流Ｉｈとしてモータ電流指令値演算部３３に入力され、モータ電流検出値Ｉｓと共にモータ電流異常検出部４２が異常と判定したときは、モータ電流推定値Ｉｐが過熱保護用電流Ｉｈとしてモータ電流指令値演算部３３に入力される。フィードバック制御は常にモータ電流検出値Ｉｓを使用して行うが、モータ及びコントロールユニットの異常過熱を防止するための過熱保護は、例えば特開平１−１８６４６８号公報（特許文献１）に開示されている方法を基本としているが、本発明では、正常時はモータ電流検出値Ｉｓを使用して行うが、異常時はモータ電流推定値Ｉｐを使用して行うように変更する。

また、モータ電流異常検出部４２が電流検出部の故障と判定した場合には、モータ電流遮断部４３に回路故障信号ＣＡを入力し、モータ電流遮断部４３によってモータ２０への電流供給等を遮断し、アシストを停止する。例えばリレー接点１３がオフされ、モータ駆動回路３７への電流供給が遮断される。

本発明の動作例を図２のフローチャートを参照して説明する。

先ずハンドルの操舵によりトルクセンサ１０より操舵トルクＴがモータ電流指令値演算部３３に入力されると共に、車速センサ１２より車速Ｖも入力され（ステップＳ１０）、モータ電流指令値Ｉｍが演算され（ステップＳ１１）、モータ駆動回路３７によりモータ２０が駆動され、モータ電流検出値Ｉｓがモータ電流検出回路３８で検出される（ステップＳ１２）。

モータ電流異常検出部４２はモータ電流指令値Ｉｍ及びモータ電流検出値Ｉｓに基づいて下記（２）式により、電流検出系が異常か否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、（２）式における“Ａ”は所定値である。

｜Ｉｍ−Ｉｓ｜ ＞ Ａ ・・・（２）

上記（２）式が成立しない場合、つまり ｜Ｉｍ−Ｉｓ｜≦Ａの場合にはモータ電流検出値Ｉｓが正常であるので、内蔵のモータ電流検出値異常カウンタをクリアし（ステップＳ３０）、更にモータ電流指令値Ｉｍが所定値Ｄ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。モータ電流指令値Ｉｍが所定値Ｄ以上であれば内蔵している過熱保護カウンタのカウントダウン「−１」を行い（ステップＳ３２）、正常なモータ電流検出値Ｉｓを過熱保護用電流Ｉｈ＝Ｉｓとしてモータ電流指令値演算部３３に入力し（ステップＳ３３）、リターンする。また、上記ステップＳ３１において、モータ電流指令値Ｉｍが所定値Ｄよりも小さい場合は、正常なモータ電流検出値Ｉｓを過熱保護用電流Ｉｈ＝Ｉｓとしてモータ電流指令値演算部３３に入力し（ステップＳ３３）、リターンする。なお、この場合もモータ電流指令値Ｉｍは、操舵トルクＴ、車速Ｖ及びモータ電流検出値Ｉｓに基づいてモータ電流指令値Ｉｍが演算され、これによりアシストが行われる（過熱保護は含まない）。

一方、上記ステップＳ１３において、前記（２）式が成立する場合、つまり ｜Ｉｍ−Ｉｓ｜＞Ａの場合にはモータ電流検出値Ｉｓが異常であるので、モータ電流検出値異常カウンタをカウントアップ「＋１」し（ステップＳ１４）、モータ電流検出値異常カウンタの計数値が所定値Ｂ以上になっているか否かを判定する（ステップＳ１５）。

上記ステップＳ１５においてモータ電流検出値異常カウンタの計数値が所定値Ｂよりも小さい場合には、故障が未だ確定していない状態であるので過熱保護カウンタをカウントアップ「＋１」し（ステップＳ１６）、過熱保護カウンタの計数値が所定値Ｃ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。過熱保護カウンタの計数値が所定値Ｃよりも小さい場合には、未だアシストを継続できると判断して上記ステップＳ３３に移行して、アシストを継続する。

上記ステップＳ１７において、過熱保護カウンタの計数値が所定値Ｃ以上と判定された場合には検出値異常信号ＤＡを出力し、モータ電流推定値演算部４１に入力する（ステップＳ１８）。モータ電流推定値演算部４１は更にモータ端子間電圧検出部３９からモータ端子間電圧Ｖｍｔを入力し（ステップＳ１９）、メモリに記憶されている最小保証温度時の抵抗値Ｒｍを入力し（ステップＳ２０）、下記（３）式でモータ電流推定値Ｉｐを求める（ステップＳ２２）。

Ｉｐ＝Ｖｍｔ／Ｒｍ ・・・（３）

上記（３）式で推定されたモータ電流推定値Ｉｐは過熱保護用電流Ｉｈ＝Ｉｐとしてモータ電流指令値演算部３３に入力され（ステップＳ２３）、その後にリターンする。なお、この場合もモータ電流指令値Ｉｍは、操舵トルクＴ、車速Ｖ及びモータ電流検出値Ｉｓに基づいて演算され、これによりアシストが行われる（過熱保護は含まない）。

一方、上記ステップＳ１５においてモータ電流検出値異常カウンタの計数値が所定値Ｂ以上の場合には、アシストを継続できないような電流検出系の故障と判定する。従って、モータ電流異常検出部４２は回路故障信号ＣＡを出力し（ステップＳ４０）、モータ電流遮断部４３を作動させてモータ電流を遮断させると共に（ステップＳ４１）、ワーニングランプを点灯し（ステップＳ４２）、更にリレーをオフし（ステップＳ４３）、アシストを停止する（ステップＳ４４）。

１ 操向ハンドル
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ 電源リレー
１４ バッテリ
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部
３３ モータ電流指令値演算部
３４ 微分補償部
３５ 比例演算部
３６ 積分補償部
３７ モータ駆動回路
３８ モータ電流検出回路
３９ モータ端子間電圧検出部
４１ モータ電流推定値演算部
４２ モータ電流異常検出部
４３ モータ電流遮断部
４４ モータ電流制限演算部

Claims (3)

1. 操舵トルク及びモータ電流の検出値に基づいてモータ電流指令値を演算し、前記モータ電流指令値に基づき、モータ駆動回路によってモータを駆動し、操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記モータ電流を検出する電流検出部の異常を、前記モータ電流の前記検出値及び前記モータ電流指令値に基づいて、検出するモータ電流異常検出部と、
   前記電流検出部の前記異常が検出されたときに、モータ電流推定値をモータ端子間電圧及び前記電動パワーステアリング装置の最小保証温度時の抵抗に基づいて推定するモータ電流推定値演算部とを具備し、
   前記電流検出部の前記異常が検出されたときには、前記モータ電流推定値を前記モータ電流の前記検出値の代わりに、過熱保護用電流として用いて、前記モータ及びコントロールユニットの過熱保護を行う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. 前記異常が所定時間継続したときに、前記モータ電流異常検出部が前記電流検出部の故障と判定する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記故障が判定されたとき、前記モータ電流を遮断して前記操舵アシストを停止する請求項２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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