(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータ電流検出値が所定値以下で、モータ端子間電圧又はＰＷＭのデューティ比の積算値が所定値以上の状態が所定時間続いた場合、モータ駆動系の故障と判断して前記モータの駆動を停止させ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。
【請求項２】
ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータ電流検出値が所定値以下で、前記コントロールユニットの積分器の出力が所定値以上の状態が所定時間続いた場合、モータ駆動系の故障と判断して前記モータの駆動を停止させ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特にモータ駆動系の故障を確実に検出してモータの駆動を停止させ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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
図７は一般的な電動パワーステアリング装置の構成を示しており、操向ハンドル１の軸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。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がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。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からイグニションキー１１を経て電力が供給され、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Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【０００４】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ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８のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。尚、コントロールユニット３０をＣＰＵで構成せず、各機能要素を独立のハードウェアで構成することも可能である。
【０００５】
ここで、コントロールユニット３０の一般的な機能及び動作を説明する。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器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器３２に入力される。又、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器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ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を決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。操舵補助指令値（モータ電流指令値）Ｉは減算器３０Ａ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器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂ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演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅ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２０のモータ電流検出値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
モータ駆動回路３７の構成例を図９に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。又、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基いて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流検出値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００７】
このような構成において、モータ２０とコントロールユニット３０との間において断線故障が発生した場合、又はＦＥＴやその駆動回路が故障した場合、モータ駆動回路３７からモータ駆動信号を出力しているのにも拘わらずモータ２０に電流が流れず、モータ２０によるアシスト力が発生できなくなる。そのため、低速時や据え切り時に操舵が重く感じられるため、運転者に警報を表示して異常を知らせる必要がある。また、モータ電流検出回路３８が故障した場合、モータ電流検出値ｉを検出することができないため、過大な電流をモータへ供給してアシスト過剰となり、操舵が不安定となってしまう。モータ線が地絡した場合はモータ電流検出回路３８には電流がほとんど流れないため、フィードバック制御によって更にモータに電流を流そうとしてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなモータ駆動系の故障を検出する場合、従来はモータ電流指令値とモータ電流検出値とを比較して、その差が所定値以上である場合に故障と判断していた。図１０はその構成を図８に対応させて示すものであり、異常検出部３９は、操舵補助指令値演算器３２からの操舵補助指令値Ｉとモータ電流検出回路３８からのモータ電流検出値ｉとを比較し、その差が所定値のスレツショルド以上となったときに異常信号ＡＬを出力し、モータ駆動回路３７によってモータ２０の駆動を停止するようになっている。
【０００９】
しかしながら、ハンドル戻り時や急操舵時にはモータ２０に逆起電力が発生し、その電流によってモータ電流検出値ｉが正常時の値よりも小さくなってしまうことがある。このような場合、上記検出方法ではモータ駆動系の故障と誤検出してしまっていた。かかる誤検出を防止するために、従来は検出条件（検出時間、検出値）を調整していたが、逆に故障を確実に検出することができなくなってしまっていた。
【００１０】
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、モータ駆動系の故障を確実に検出してモータ駆動を停止させるようにした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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記モータ電流検出値が所定値以下で、モータ端子間電圧又はＰＷＭのデューティ比の積算値が所定値以上の状態が所定時間続いた場合、モータ駆動系の故障と判断して前記モータの駆動を停止させることによって達成される。
【００１２】
更には、前記モータ電流検出値が所定値以下で、前記コントロールユニットの積分器の出力が所定値以上の状態が所定時間続いた場合、モータ駆動系の故障と判断して前記モータの駆動を停止させることによって達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
パワーステアリング装置のモータに流れる電流値は、前述のようにモータ電流指令値及びとモータ電流検出値を基にしたフィードバック制御（たとえばＰＩ制御）によって、一定に保つように制御されている。そして、たとえばモータとコントロールユニットとの間で断線故障した場合には、モータ電流指令値を与えているにも拘わらずモータ電流検出値がゼロであるため、モータ端子間電圧又はＰＷＭのデューティ比が急激に増加して最大値に達する。従って、モータ端子間電圧又はＰＷＭのデューティ比の値を積算する積算器の出力、或いはＰＩ制御器の積分器の出力を監視するようにし、正常時に電流指令値より想定されるデューティ比の積算値と比較し、その差が大きい状態が所定時間継続した場合にモータ駆動系の異常と判断することができる。他の故障に関しても同様に、モータ電流が検出できないとき、つまりモータ電流検出値がゼロのときは、フィードバック制御によってモータ端子間電圧又はＰＷＭデューティ比が急速に増加するのである、この状態を監視して所定時間継続した場合に故障と判断することができる。
【００１４】
モータ端子間電圧又はデューティ比の積算値との比較は、電流指令値ではなく電流検出値で行うようにしても良い。また、バッテリ電圧が変動したとき又は温度変化によってモータ抵抗が変化したとき、モータ電流指令値に対するＰＷＭのデューティ比が変化するため、検出値をバッテリ電圧又はモータ抵抗値によって補正する。これによって、モータ駆動系の異常をより確実に検出することが可能となる。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１６】
＜実施例１：モータ及びコントロールユニット間の断線検出＞
図１は、本実施例を図１０に対応させて示す構成図であり、モータ駆動系異常検出手段３００及び積算器３０１を設けている。モータ２０及びコントロールユニット３０間が断線した場合には、モータ２０に電流が流れないため、モータ電流指令値Ｉに対してモータ電流検出値ｉはゼロとなる。モータ電流はフィードバック制御を行っているので、モータ電流検出値ｉがゼロになるとモータ端子間電圧Ｖｍ（又はＰＷＭのデーュティ比）が急激に最大値となる。バッテリ電圧の変動を考慮したモータ端子間電圧Ｖｍ（又はＰＷＭのデューティ）の値を積算器３０１を設けて積算する。図２は、モータ端子間電圧Ｖｍを測定する結線関係を図９に対応させて示しており、所定電圧Ｖｉｇに抵抗Ｒ３及びＲ４を介して接続されたモータ２０の両端電圧Ｖｍ１及びＶｍ２を得るようになっている。積算器３０１は予め決められた所定時間の間の入力値を積算し、最新の入力値と所定時間経過した入力値とを常に入れ替えて積算している。そして、モータ電流指令値Ｉに対してバッテリ電圧の変動を考慮したモータ端子間電圧Ｖｍの積算値の正常の範囲を予め定めておき、その範囲を越えるようなモータ端子間電圧Ｖｍの積算値が所定時間以上検出された場合に、モータ駆動系以上検出手段３００はモータ２０及びコントロールユニット３０の間が断線したと判断して異常信号ＡＬを出力する。これにより、モータ駆動回路３７はモータ２０の駆動を停止する。
【００１７】
図３はモータ駆動系異常検出手段３００の動作例を示しており、先ずモータ電流指令値Ｉを読込み（ステップＳ１）、図２で示すモータ２０の両端からのモータ端子電圧Ｖｍ１及びＶｍ２を読込む（ステップＳ２）。そして、下記数１に従ってモータ端子間電圧Ｖｍを算出する。
【００１８】
【数１】
Ｖｍ＝｜Ｖｍ１−Ｖｍ２｜
次に、得られたモータ端子間電圧Ｖｍを積算器３０１に入力し（ステップＳ４）、積算器３０１の積算出力αを読込み（ステップＳ５）、その後にモータ電流指令値Ｉに対する積算値の異常検出値αｅｒｒを読込む（ステップＳ６）。
【００１９】
モータ駆動系異常検出手段３００は異常検出値αｅｒｒを読込むと、積算器３０１からの積算出力αと下記数２の比較を行う（ステップＳ１０）。
【００２０】
【数２】
α≧αｅｒｒ
数２が成立しない場合は正常であるので上記ステップＳ１にリターンし、上記数２が成立する場合は更に所定時間（たとえば数１００ミリ秒）経過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。所定時間を経過しない場合は上記ステップＳ１にリターンして、上記動作を繰り返す。所定時間が経過するとモータ駆動系が故障であると判定し（ステップＳ１２）、異常信号ＡＬをモータ駆動回路３７に入力してモータ２０の駆動を停止する（ステップＳ１３）。
【００２１】
＜実施例２：モータ地絡の検出＞
図４は、本実施例を図１０に対応させて示す構成図であり、モータ電流指令値Ｉ及び積分演算器３６の出力を入力信号とするモータ駆動系異常検出手段３１０を設けている。モータ線がモータコールド側に地絡した場合、短絡部分によってモータ２０に電流が流れるためモータ電流指令値Ｉに対してモータ電流検出値ｉがゼロとなる。モータ電流はフィードバック制御を行っているので、積分演算器３６の出力が急激に増加して最大値となる。従って、モータ電流指令値Ｉに対して、積分演算器３６の出力の正常範囲を予め定めておき、その範囲を越えるような積分器の出力が所定時間以上検出された場合に、モータ駆動系異常検出手段３００はモータ線が地絡したと判断して異常信号ＡＬを出力する。これにより、モータ駆動回路３７はモータ２０の駆動を停止する。
【００２２】
＜実施例３：モータ及びコントロールユニット間の断線検出＞
図５は、本実施例を図１０に対応させて示す構成図であり、積分演算器３６の出力及びモータ電流検出値ｉを入力信号とするモータ駆動系異常検出手段３２０を設けている。
【００２３】
例えば図６に示すように、モータ電流指令値Ｉがステップ状に入力されるとモータ電流検出値ｉは徐々に大きくなり、電流フィードバックにより最終的にモータ電流指令値Ｉに等しくなるように動作する。この電流ループ内の積分演算器３６には過渡時のモータ電流指令値Ｉとモータ電流検出値ｉとの偏差に比例した量が蓄積され、定常状態では偏差はゼロとなるので、積分器出力は一定値を保持する。そして、モータ２０及びコントロールユニット３０間での断線、或いはモータ電流検出回路３８の故障が発生するとモータ電流検出値ｉはゼロとなり、モータ電流指令値Ｉとモータ電流検出値ｉとの偏差は時間が経過しても修正されず、偏差自体も大きいので、積分演算器３６の蓄積量は時間経過と共に急激に増加し、積分演算器３６は短時間で飽和してしまう。従って、モータ電流検出値ｉに対して、積分演算器３６の出力の正常範囲を予め定めておき、その範囲を越えるような積分演算器３６の出力が所定時間以上検出された場合に、モータ駆動系異常検出手段３２０はモータ２０及びコントロールユニット３０の間が断線したと判断して異常信号ＡＬを出力する。これにより、モータ駆動回路３７はモータ２０の駆動を停止する。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように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、モータ及びコントロールユニット間の断線検出、モータ地絡の検出を行なっているので、モータ駆動系の故障を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図２】モータ端子間電圧の測定系を示す結線図である。
【図３】第１実施例の動作例を示す異常検出フローチャートである。
【図４】本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の第３実施例を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の第３実施例の動作例を示す特性図である。
【図７】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック図である。
【図８】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図９】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図１０】従来の装置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
５    ピニオンラック機構
１０    トルクセンサ
１２    車速センサ
２０    モータ
３０    コントロールユニット
３１    位相補償器
３７    モータ駆動回路
３８    モータ電流検出回路
３９    異常検出部
３００，３１０，３２０    モータ駆動系異常検出手段
【図１】
0003550978.tif 000002
【図２】
0003550978.tif 000003
【図３】
0003550978.tif 000004
【図４】
0003550978.tif 000005
【図５】
0003550978.tif 000006
【図６】
0003550978.tif 000007
【図７】
0003550978.tif 000008
【図８】
0003550978.tif 000009
【図９】
0003550978.tif 000010
【図１０】
0003550978.tif 000011