JP5455515B2 - 電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置の制御方法およびプログラム - Google Patents
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Description
このような電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサに異常が生じた場合、適正な操舵アシストトルクが得られないことから、トルクセンサの信号異常を検出した場合に、電動モータへ供給する電流を低下させて操舵アシストを停止することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、前記第1電圧と前記第2電圧とに基づいて当該第1電圧と当該第2電圧との相関関係が正常であるか否かを診断する電圧関係診断手段をさらに備え、前記設定手段は、前記診断手段が前記第3電圧は異常であると診断した場合に、前記電圧関係診断手段が前記第1電圧と前記第2電圧との相関関係が正常であると診断した場合には前記第4電圧を前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定し、当該第1電圧と当該第2電圧との相関関係が異常であると診断した場合には前記電動モータの駆動を停止するアシスト停止信号を設定することが好適である。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。
また、ステアリング装置100は、電動モータ110に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出するモータ電流検出部33(図2参照)と、電動モータ110の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部160を有している。
そして、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。制御装置10には、上述したトルクセンサ109の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ170の出力値、モータ電圧検出部160の出力値が入力される。
図2は、電動パワーステアリング装置100の制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
制御装置10は、操舵トルクに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流に基づいて電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32とを有している。また、制御装置10は、電動モータ110に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部33を有しており、目標電流算出部20などにはモータ電流検出部33にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Imが入力される。
また、制御装置10は、後述するトルク検出回路250から入力される信号に基づいて目標電流算出部20へ向けてトルク信号Tdを出力するトルク値設定部35を有している。このトルク値設定部35については後で詳述する。
目標電流算出部20は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部22とを備えている。また、目標電流算出部20は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部23と、モータ電流信号Imおよびモータ端子間電圧信号Vmに基づいて電動モータ110の回転速度を推定するモータ回転速度推定部24とを備えている。また、目標電流算出部20は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部25を備えている。
なお、制御装置10には、車速センサ170などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないA/D変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部20に取り込んでいる。
モータ回転速度推定部24は、モータ電流検出部33にて検出された実電流と、モータ電圧検出部160(図1参照)にて検出された電圧とに基づいて電動モータ110の回転速度を推定する。
図4は、モータ駆動制御部31、モータ駆動部32およびモータ電流検出部33の概略構成図である。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて算出された目標電流と、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
偏差演算部41は、目標電流算出部20からの出力値である目標電流信号ITとモータ電流検出部33からの出力値であるモータ電流信号Imとの偏差の値を偏差信号41aとして出力する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいてPWM信号60aを生成し、生成したPWM信号60aを出力する。
モータ電流検出部33は、モータ駆動回路70に直列に接続されたシャント抵抗71の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れるモータ電流(電機子電流)の値を検出してモータ電流信号Imを出力する。
トルクセンサ109は、後述する2個のコイル121,122を有し、ステアリングホイール101の操作に応じてこれら2個のコイル121,122のインダクタンスL1,L2を変化させる機構と、インダクタンスL1,L2の変化に基づいて操舵トルクに応じた電圧を出力するトルク検出回路250(図6参照)とを有している。
下部連結シャフト108は、ベアリング113を介してステアリングギアボックス107に対して回転可能に軸支され、ピニオンシャフト106は、ベアリング114を介してステアリングギアボックス107に対して回転可能に軸支されている。そして、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106とは、トーションバー112を介して同軸的に連結されている。
下部連結シャフト108には、軸方向に直交する方向に外周面から突出する円柱状のスライダピン108aが設けられている。また、ピニオンシャフト106には、下部連結シャフト108側の端部側の部位に、周方向に長尺となる長孔106cが形成され、コア115には、軸方向に対して角度を有する方向に長尺となる長孔115aが形成されている。そして、下部連結シャフト108のスライダピン108aが、ピニオンシャフト106とコア115とを貫通するように長孔106cおよび長孔115aに嵌合されている。
図6は、トルク検出回路250の概略構成図である。トルク検出回路250は、例えば、制御装置10と同一の制御基板上に構成される。
トルク検出回路250には、コイル121の一端とコイル122の一端とがそれぞれ接続されており、各一端はそれぞれ抵抗251,252を介してトランジスタ253のエミッタ端子に接続されている。トランジスタ253は、コレクタ端子に定電圧が掛かり、ベース端子には交流電圧が入力される。
また、コイル121の他端とコイル122の他端とが接続されており、その接続部から信号線が延び、その信号線がトルク検出回路250の接続端子に接続され、トルク検出回路250内で、コイル121の他端とコイル122の他端とは接地されている。
以上の構成では、コイル121,122、抵抗251,252によりブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路に発振電圧が入力され、その出力電圧が平滑回路258,261にて平滑され、平滑回路258から第1電圧V1が、平滑回路261から第2電圧V2がそれぞれ出力される。
図7は、トルク値設定部35の概略構成図である。
トルク値設定部35は、第1電圧V1と第2電圧V2とに基づいてソフトウェア的にトルク電圧を演算し、その演算結果をトルク演算電圧VTFSとして出力する電圧演算部351を有する。また、トルク値設定部35は、電圧演算部351から入力されたトルク演算電圧VTFSとトルク検出回路250から入力されたトルク検出電圧VTとに基づいて、目標電流算出部20へ出力するトルク信号Tdの基礎となる制御用電圧としてトルク検出電圧VTとトルク演算電圧VTFSのいずれの電圧を用いるかを設定する電圧値設定部352と、電圧値設定部352から出力された制御用電圧をトルクに変換したトルク信号Tdを出力する変換部353とを有している。
VTFS=(V2−V1)×A+V0・・・(1)
なお、Aは、上述した増幅度、V0はバイアス電圧と同じである。
すなわち、差動アンプ265がハードウェア的にトルク検出電圧VTを出力するのに対して、電圧演算部351は、ソフトウェア的にトルク演算電圧VTFSを導き出す。言い換えれば、トルク検出回路250の差動アンプ265は、第1電圧と第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第3電圧としてのトルク検出電圧VTをハードウェアにより出力するのに対して、トルク値設定部35の電圧演算部351は、第1電圧と第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第4電圧としての演算電圧VTFSをソフトウェアにより演算する。なお、第1電圧V1と第2電圧V2はアナログ信号として入力されるので、図示しないA/D変換部によりこれらのアナログ信号をデジタル信号に変換して取り込んでいる。
図8は、第1電圧V1、第2電圧V2およびトルク検出電圧VTと、操舵トルクとの関係を示す図である。図8の座標は、縦軸が電圧、横軸が操舵トルクである。そして、横軸の右方向が右操舵トルク、左方向が左操舵トルクであり、原点0が中立点である。図8は、トルクセンサ109が正常に動作したときのものである。
そして、変換部353は、認識した操舵トルクに応じたトルク信号Tdを目標電流算出部20に出力する。
図9は、電圧値設定部352が行う設定処理の手順を示すフローチャートである。電圧値設定部352は、定期的にこの設定処理を実行する。
電圧値設定部352は、先ず、トルク検出電圧VTと演算電圧VTFSとに基づいてトルク検出電圧VTが異常であるか否かを診断する(ステップ(以下、単に、「S」と記す。)501)。これは、トルク検出電圧VTとトルク演算電圧VTFSとを比較し、その差が予め定められた値未満である場合にはトルク検出電圧VTは正常であると判定し、その差が予め定められた値以上である場合にはトルク検出電圧VTは異常であると判定する処理である。なお、トルク検出電圧VTはアナログ信号として入力されるので、図示しないA/D変換部によりこのアナログ信号をデジタル信号に変換して取り込んでいる。
図10は、第1電圧V1と第2電圧V2との関係を示す座標マップである。
この座標マップは、制御装置10のROMに記憶されているものであり、x軸を第1電圧V1にy軸を第2電圧V2に定めたxy座標に、正常状態での第1電圧V1と第2電圧V2の理想関係特性曲線Lを予め求めておき、この理想関係特性曲線Lに関して予め定められた幅の上限曲線Luと下限曲線Ldとを設定したものである。
電圧値設定部352は、先ず、第1電圧V1に対応する、上限曲線Lu上の値V2uと下限曲線Ld上の値V2dとを導出する(S601)。その後、第2電圧V2が、V2d以上V2u以下であるか否かを判別する(S602)。そして、S602で肯定判定された場合には、第1電圧V1と第2電圧V2との関係は正常であると判定する(S603)。他方、S602で否定判定された場合には、第1電圧V1と第2電圧V2との関係は異常であると判定する(S604)。この電圧関係診断処理を行うことにより、電圧値設定部352は、例えば平滑回路258、平滑回路261の一方が故障したことなどを容易に把握することができる。
Claims (6)
- 電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第1コイルおよび第2コイルと、
前記第1コイルのインダクタンス変化に基づく第1電圧と前記第2コイルのインダクタンス変化に基づく第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第3電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
前記第1電圧と前記第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第4電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、
前記第3電圧と前記第4電圧とに基づいて当該第3電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、
前記診断手段が前記第3電圧は正常であると診断した場合には当該第3電圧を、異常であると診断した場合には前記第4電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記出力手段は、差動増幅器であり、
前記演算手段は、前記第2電圧と前記第1電圧とを減算した値に前記差動増幅器の増幅度を乗算し、当該差動増幅器のバイアス電圧を加算することにより前記第4電圧を演算することを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記第1電圧と前記第2電圧とに基づいて当該第1電圧と当該第2電圧との相関関係が正常であるか否かを診断する電圧関係診断手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記診断手段が前記第3電圧は異常であると診断した場合に、前記電圧関係診断手段が前記第1電圧と前記第2電圧との相関関係が正常であると診断した場合には前記第4電圧を前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定し、当該第1電圧と当該第2電圧との相関関係が異常であると診断した場合には前記電動モータの駆動を停止するアシスト停止信号を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第1コイルおよび第2コイルと、
前記第1コイルのインダクタンス変化に基づく第1電圧と前記第2コイルのインダクタンス変化に基づく第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第3電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
電動モータに供給する目標電流を前記出力手段が出力した前記第3電圧に基づいて算出する算出手段と、
を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記第1電圧と前記第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第4電圧をソフトウェアにより演算する演算手段と、
前記第3電圧と前記第4電圧とに基づいて当該第3電圧が正常であるか否かを診断する診断手段と、
をさらに備え、
前記算出手段は、前記診断手段が前記第3電圧は異常であると診断した場合には、前記目標電流を算出する際に当該第3電圧の代わりに前記第4電圧に基づくことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する算出手段と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する第1コイルおよび第2コイルと、
前記第1コイルのインダクタンス変化に基づく第1電圧と前記第2コイルのインダクタンス変化に基づく第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第3電圧をハードウェアにより出力する出力手段と、
を備える電動パワーステアリング装置の制御方法であって、
前記第1電圧と前記第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第4電圧をソフトウェアにより演算し、
前記第3電圧と前記第4電圧とに基づいて当該第3電圧が正常であるか否かを診断し、
前記第3電圧が正常であると診断した場合には当該第3電圧を、異常であると診断した場合には前記第4電圧を、前記算出手段が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。 - コンピュータに、
電動モータに供給する目標電流を操舵トルクに基づいて算出する機能と、
前記操舵トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルの内の一方のコイルのインダクタンス変化に基づく第1電圧と他方のコイルのインダクタンス変化に基づく第2電圧とを入力して両電圧の差に応じた第3電圧を出力する回路から当該第3電圧を取得する機能と、
前記第1電圧と前記第2電圧とを入力し、両電圧の差に応じた第4電圧をソフトウェアにより演算する機能と、
前記第3電圧と前記第4電圧とに基づいて当該第3電圧が正常であるか否かを診断する機能と、
前記第3電圧が正常であると診断した場合には当該第3電圧を、異常であると診断した場合には前記第4電圧を、前記算出する機能が算出するのに基づく前記操舵トルクに関する情報として設定する機能と
を実現させるためのプログラム。
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