WO2006132268A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

　操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、操舵補助用のブラシレスＤＣモータとを備え、トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、ブラシレスＤＣモータに複数相の電流を流して操舵補助する電動パワーステアリング装置。複数相の各電流を検出する各電流検出器と、各電流検出器が検出した各電流値を加算する手段と、その加算結果が所定範囲外であるか否かを判定する手段とを備え、判定する手段が所定範囲外であると判定したときは、異常と判定する構成である。

Description

明 細 書

電動パワーステアリング装置

技術分野

[0001] 本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

背景技術

[0002] モータを駆動して操舵補助を行な ヽ、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリ ング装置は、操舵部材 (ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピ-オン 及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結 軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵 トルク値を検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の モータを駆動制御するものである。

[0003] このような電動パワーステアリング装置では、最近、ブラシレス DCモータが使用され るようになっている。ブラシレス DCモータでは、ロータの回転する位置に応じて、回転 磁界が発生するように、ステータに複数相の電流を PWM (Pulse Width Modulation) 制御により流している。

[0004] 更に運転者ならびに車両の案件を確保すベぐ特にハンドルロックなどの重大な故 障に至ることを未然に防止するフェイル 'セーフ技術が採用されている。

[0005] このようなフェイル ·セーフ技術として下記特許文献等が知られている。

特許文献 1：特開 2001- 328549号公報

特許文献 2：特開 2001- 260920号公報

特許文献 3 :特開 2001-260919号公報

特許文献 4:特開 2000- 280927号公報

[0006] 特許文献 1には、誘導モータによる補助操舵力の方向力 操舵力の方向と同方向 か否かを判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示され ている。

特許文献 2には、補助操舵用の誘導モータに出力する駆動信号の出力状態を正 確に判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示されてい る。

特許文献 3には、補助操舵用の誘導モータから出力されるトルクの出力状態を正確 に判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示されている 特許文献 4には、操舵トルクを補う電気モータを駆動する為の制御信号の変化の程 度を演算し、演算した変化の程度が所定の程度に達した場合に、制御信号を出力す る制御手段が異常であると判定する電動パワーステアリング制御装置が開示されて いる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、特許文献 1での判定方法では地絡等によって発生する過剰電流や、 過少電流を異常として検出することができない。

特許文献 2では、モータ駆動回路の出力電流上限値に着目しているため、ある程 度以上の電流が流れな!/、と異常として判定できな！/、。

特許文献 3では、中性点の地絡等により定常的に流れる電流は出力トルクとして演 算されな ヽため検出できな ヽ。

特許文献 4では、異常検出後の誤判定を防止する技術について開示しているが、 異常検出手段そのものにつ 、ての技術ではな 、。

[0008] 操舵補助用にブラシレス DCモータを用いた電動パワーステアリング装置では、モ ータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障が発生した場合、ハ ンドルロック等の重大な故障に到る可能性があるという問題がある。

本発明は、上述したような一連の技術的課題を総じて解決すべくなされたものであ り、本発明では、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障を 検出することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 また、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障が発生した 場合に、ハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置 を提供することを本発明の更なる目的とする。

課題を解決するための手段 [0009] 上記の目的を達成するために本発明は以下の構成を有することを特徴とする。

(1)電動パワーステアリング装置において、

操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、

操舵補助用のブラシレス DCモータと、

前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、複数の電流を流して前記モータ を駆動する駆動手段と、

前記複数相の各電流を検出する電流検出器と、

前記電流検出器が検出した各電流値を加算する加算手段と、

前記加算手段の加算結果が所定範囲であるか否かを判定し、該加算結果が所定 範囲外であると判定したときは、異常と判定する判定手段と

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。

(2)前記異常と判定したときは、前記モータによる操舵補助を停止するように構成し てある（1)記載の電動パワーステアリング装置。

(3)前記所定範囲は、 0を中心とした範囲に定められていることを特徴とする（1)記載 の電動パワーステアリング装置。

発明の効果

[0010] (1)の発明に係る電動パワーステアリング装置では、各電流検出器が、ブラシレス D Cモータに流れる複数相の各電流を検出し、加算する手段が、各電流検出器が検出 した各電流値を加算し、判定する手段が、その加算結果が所定範囲外である力否か を判定し、所定範囲外であると判定したときは、異常と判定するように構成してあるの で、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障を検出すること ができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

[0011] (2)の発明に係る電動パワーステアリング装置では、異常と判定したときは、モータ による操舵補助を停止するので、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、 地絡等の故障が発生した場合に、ハンドルロック等の重大な故障に到る虡がな ヽ電 動パワーステアリング装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示すブロック 図である。

[図 2]ブラシレス DCモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成例を示 すブロック図である。

[図 3]本発明に係る電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を示すフロ 一チャートである。

[図 4]ブラシレス DCモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の他の構成例 を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。

図 1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示すプロ ック図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しない操舵部材に加えられ た操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器） 10により検出され、検出された操舵トル ク値は、位相補償器 12に与えられる。位相補償器 12で位相補償された操舵トルク値 は、 ECU (コントローラ） 25のトルク-電流テーブル 16に与えられる。また、車速セン サ 11が検出した車速値も、トルク-電流テーブル 16に与えられる。

[0014] トルク-電流テーブル 16では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク 値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所 定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定めら れて 、る。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流 の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。ト ルク-電流テーブル 16が定めたモータ電流の電流指令値は、減算手段 21及び指令 電流方向指定部 19へ与えられる。

[0015] モータ電流の電流指令値は、モータ制御における目標値を示す符号付きの値であ り、その正負は、操舵補助の方向を示している。

指令電流方向指定部 19は、与えられたモータ電流の電流指令値の正負符号に基 づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路 13に与 える。

操舵補助を行うブラシレス DCモータであるモータ 18には、そのロータ位置を検出 するロータ位置検出器 14が内蔵され、ロータ位置検出器 14が出力したロータ位置 信号は、モータ駆動回路 13に与えられる。

[0016] モータ電流検出回路 (電流検出器） 17が、モータ 18の U相界磁コイル及び V相界 磁コイルにそれぞれ流れる電流を検出して合計し、 ECU25内の減算手段 21に与え る。また、 U相界磁コイル、 V相界磁コイル及び W相界磁コイルにそれぞれ流れる電 流を検出して制御部 20に与える。

減算手段 21は、電流指令値とモータ電流検出回路 17が検出して合計した電流値 との偏差を演算し、演算した偏差を電流 PI制御部 22へ与える。電流 PI制御部 22は 、与えられた偏差に基づき、 PI制御の為にモータ 18に印加する電圧値を演算して P WM変調部 24へ与える。

[0017] PWM変調部 24は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧 値を PWM値指令信号としてモータ駆動回路 13へ与える。

制御部 20は、与えられた U相、 V相及び W相の各電流値を加算し、その加算値が 所定範囲外であるか否かを判定することにより、モータ 18の異常を検出する。また、 異常を検出したときは、リレー駆動回路 15をオフにして、モータ駆動回路 13と車載バ ッテリ Pとのリレー接点 15a、モータ駆動回路 13と U相界磁コイルとのリレー接点 15b 、及びモータ駆動回路 13と V相界磁コイルとのリレー接点 15cをオフ（オープン）にす る。

[0018] U相、 V相及び W相の各電流値を加算した合計は、理論的には 0であり、加算値が 正常であるか否かの判定基準となる所定範囲は、 0を中心とした範囲に定めてある。 尚、上述した ECU25のトルク-電流テーブル 16、減算手段 21、指令電流方向指定 部 19、制御部 20、電流 PI制御部 22、 PWM変調部 24は、マイクロコンピュータによ り実現されている。

[0019] 図 2は、ブラシレス DCモータ 18、モータ駆動回路 13及びモータ電流検出回路 17 の構成例を示すブロック図である。ブラシレス DCモータ 18は、コイル A, B, Cがスタ 一結線されたステータ 18a (固定子）と、コイル A, B, Cが発生させる回転磁界により 回転するロータ 18b (回転子）と、このロータ 18bの回転位置を検出するロータ位置検 出器 14とを備えている。 [0020] モータ駆動回路 13は、車載バッテリ Pの電源電圧がスイッチング回路 8aの正極側 端子に接続されている。スイッチング回路 8aは、正極側端子と接地端子との間に直 列接続されたトランジスタ Ql, Q2と、逆方向に直列接続されたダイオード Dl, D2と が並列接続されている。また、直列接続されたトランジスタ Q3, Q4と、逆方向に直列 接続されたダイオード D3, D4とが並列接続され、直列接続されたトランジスタ Q5, Q 6と、逆方向に直列接続されたダイオード D5, D6とが並列接続されている。

接地端子側のトランジスタ Q2, Q4, Q6と接地端子との間には、それぞれ電流セン サ 17a, 17b, 17cが取付けられており、電流センサ 17a, 17b, 17cの各検出値は、 U相、 V相及び W相の各電流値として、モータ電流検出回路 17に与えられる。

[0021] トランジスタ Ql, Q2の共通接続節点と、ダイオード Dl, D2の共通接続節点とには 、リレー接点 15bを通じて、スター結線されたコイル Aの他方の端子 Uが接続され、ト ランジスタ Q3, Q4の共通接続節点と、ダイオード D3, D4の共通接続節点とには、リ レー接点 15cを通じて、スター結線されたコイル Bの他方の端子 Vが接続されて 、る 。また、トランジスタ Q5, Q6の共通接続節点と、ダイオード D5, D6の共通接続節点 とには、スター結線されたコイル Cの他方の端子 Wが接続されている。

[0022] ロータ位置検出器 14が検出した、ロータ 18bの回転位置は、ロータ位置信号として ゲート制御回路 8bに通知される。ゲート制御回路 8bには、 ECU25の PWM変調部 2 4から PWM値指令信号が、指令電流方向指定部 19から回転方向指令信号がそれ ぞれ与えられる。ゲート制御回路 8bは、回転方向指令信号とロータ位置信号とに応 じて、トランジスタ Q1〜Q6の各ゲートをオン Zオフし、例えば、 U-V, U-W, V-W, V-U, W-U, W-V, U- Vのように、ステータ 18aに流れる電流の経路を切り換え、回 転磁界を発生させる。

[0023] 回転子 18bは、永久磁石であり、回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御 回路 8bは、また、電流指令値に従って、トランジスタ Q1〜Q6のオン Zオフを PWM ( Pulse Width Modulation)制御することにより、ブラシレスモータ 18の回転トルクを増 減制御する。

ダイオード D1〜D6は、トランジスタ Q1〜Q6を保護し、固定子 18aに流れる電流を 持続させるフリーホイールダイオードである。 [0024] 以下に、このような構成の電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を、 それを示す図 3のフローチャートを参照しながら説明する。

モータ駆動回路 13、又は電流センサ 17a, 17b, 17cを含むモータ電流検出回路 1 7に、断線故障又は地絡故障等が発生した場合、 U相、 V相及び W相の各電流値の 何れ力が、 0又は大電流値を示すようになる。

[0025] ECU25の制御部 20は、先ず、モータ電流検出回路 17から U相、 V相及び W相の 各電流値を読み込み（S 2)、読み込んだ各電流値を加算する（S4)。次いで、その加 算値が、 0を中心とする所定範囲外である力否かを判定し、所定範囲外でなければ（ S6NO)リターンする。

制御部 20は、加算値が所定範囲外であれば (S6YES)、モータ異常を検出したと して（S8)、リレー駆動回路 15をオフにし、リレー接点 15a, 15b, 15cをオフ（オーブ ン）にして、モータ駆動回路 13への電源供給を停止し、モータ 18の閉回路をオーブ ンにして、操舵補助を停止して（S 10)リターンする。モータ 18の閉回路をオープンに することにより、ロータ 18bの回転による逆起電力の発生を防止し、逆起電力によりハ ンドルが重くなるのを防止する。

[0026] 図 4は、ブラシレス DCモータ 18、モータ駆動回路 13及びモータ電流検出回路 17 の他の構成例を示すブロック図である。

このモータ駆動回路 13及びモータ電流検出回路 17では、電流センサ 17aに代え て、電流センサ 17dが、ダイオード Dl, D2の共通接続節点及びリレー接点 15b間に 取付けられ、電流センサ 17bに代えて、電流センサ 17eが、ダイオード D3, D4の共 通接続節点及びリレー接点 15c間に取付けられている。また、電流センサ 17cに代え て、電流センサ 17fが、ダイオード D5, D6の共通接続節点及びコイル Cの他方の端 子 W間に取付けられて ヽる。

[0027] 電流センサ 17d, 17e, 17fの各検出値は、 U相、 V相及び W相の各電流値として、 モータ電流検出回路 17に与えられる。その他の構成及び動作は、上述した図 2のブ ラシレス DCモータ 18、モータ駆動回路 13及びモータ電流検出回路 17の構成及び 動作と同様であるので、説明を省略する。

[0028] 以上のように本発明は、モータに流れる 3相の電流の合計値のバランス (すなわち 瞬時電流の総和がゼロかどうか）が崩れた時点で、異常として判定でき、出力トルクと して現れない或いはある相の過少電流異常を検出することができるので、過剰電流 が流れる前に異常を検出し、モータ駆動を停止することができる。

なお、本発明は、例えば、特許文献 4に記載の電動パワーステアリング装置に適宜 適応してちょい。

Claims

請求の範囲

[1] 電動パワーステアリング装置において、

操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、

操舵補助用のブラシレス DCモータと、

前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、複数の電流を流して前記モータ を駆動する駆動手段と、

前記複数相の各電流を検出する電流検出器と、

前記電流検出器が検出した各電流値を加算する加算手段と、

前記加算手段の加算結果が所定範囲であるか否かを判定し、該加算結果が所定 範囲外であると判定したときは、異常と判定する判定手段と

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。

[2] 前記異常と判定したときは、前記モータによる操舵補助を停止するように構成してあ る請求項 1記載の電動パワーステアリング装置。

[3] 前記所定範囲は、 0を中心とした範囲に定めら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。