(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記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、前記操舵トルクを検出するトルクセンサのメイントルク信号及びサブトルク信号の差を予め記憶しておき、作動中の前記メイントルク信号及びサブトルク信号の差を前記記憶値と比較し、
前記比較に基づく差が、第１所定値以上である状態で第１所定時間継続したときに、少なくとも前記電流制御値を制限し、
前記比較に基づく差が、前記第１所定値より大きい第２所定値以上である状態で、かつその状態が前記第１所定時間より短い第２所定時間継続したときに、前記電流制御値の出力を停止するように制限した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】
前記操舵補助指令値の演算を正常時特性マップの出力に基づいて行い、前記比較に基づく差が、前記第１所定値以上である状態が所定時間継続したときに、トルクセンサオフセット異常時特性マップに切換えるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項３】
前記電流制御値の制限を車速に応じて行う請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項４】
前記正常時特性マップから前記トルクセンサオフセット異常時特性マップへの切換えに際し、中間特性マップを使用して違和感のない変化を得るようにした請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【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、特にトルクセンサの信号故障のうち中間的なオフセットやドリフトの故障を監視し、アシスト機能を制限する機能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。
【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。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、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。
【０００３】
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１２に示して説明すると、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及びリレー１３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、リレー１３によりバッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）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１３のようになっている。
【０００５】
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に基いて特性マップ（ルックアップテーブル）３３を参照して、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を決定する。
【０００６】
操舵補助指令値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で求められる偏差（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及び積分演算器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指令値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。
【０００７】
ここにおいて、従来トルクセンサ１０として、メイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳとを出力する形式のものが使用されている。トルクセンサ１０が故障した場合の安全対策のためであり、１つの信号出力では故障か否かを判断できないためである。そして、従来はメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差を監視して、その差が所定値以上の状態で所定時間継続した場合に異常確定と判断し、アシストをＯＦＦするようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
急速に立ち上がる特性を持つ図１４に示すような特性マップを採用することによって、従来大きな影響のなかった範囲のトルクセンサのドリフトやオフセット電圧が、操舵中に急に発生すると操舵に大きな影響を与えるようになり、操舵状態によってはアシスト量が過大となり、ステアリングが勝手に回るような挙動が発生し、最悪事故に至る可能性がある。
【０００９】
また、従来実施されていたメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差に基づく故障検出では、図１５に示すようなドリフトやオフセットの変化によっては、故障が検出されるまでに上述のような挙動を検出することができない問題がある。更に、故障を検出するためのスレッショルドを厳しくしてオフセットのような中間故障を検出しようとすると、出荷の際のトルクセンサの調整範囲を考慮すると、スレッショルドを厳しくすることが誤検出の要因となり、故障を正確に検出することができないという問題がある。
【００１０】
また、経年変化などで徐々に発生した小さなオフセット電圧は、操舵力の左右差を発生させるが、ステアリングが勝手に回るような挙動は発生しない。この場合、アシストを停止させるまでに至らないが、運転者に不快感を与えたり、操舵を誤る可能性があるので、何らかの警報を出力するかアシストを制限する必要がある。
【００１１】
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、トルクセンサの信号故障のうち中間的なオフセットやドリフトの故障を監視し、比較的大きなオフセットではアシストを禁止し、比較的小さなオフセットでは故障が検出されたときにアシスト機能を制限する機能を具備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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記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するもので、本発明の上記目的は、前記操舵トルクを検出するトルクセンサのメイントルク信号及びサブトルク信号の差を予め記憶しておき、作動中の前記メイントルク信号及びサブトルク信号の差を前記記憶値と比較し、前記比較に基づく差が、第１所定値以上である状態で第１所定時間継続したときに、少なくとも前記電流制御値を制限し、前記比較に基づく差が、前記第１所定値より大きい第２所定値以上である状態で、かつその状態が前記第１所定時間より短い第２所定時間継続したときに、前記電流制御値の出力を停止するように制限することによって達成される。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、前記操舵補助指令値の演算を正常時特性マップの出力に基づいて行い、前記比較に基づく差が、前記第１所定値以上である状態が所定時間継続したときに、トルクセンサオフセット異常時特性マップに切換えることにより、或は前記電流制御値の制限を車速に応じて行うことにより、或は前記正常時特性マップから前記トルクセンサオフセット異常時特性マップへの切換えに際し、中間特性マップを使用して違和感のない変化を得るようにすることによって、より効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、出荷した際の初期状態でのメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳとの差を不揮発性メモリに記憶しておき、その記憶値と作動中のメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳとの差を比較し、比較的大きなオフセットではアシストを禁止し、比較的小さなオフセットでは故障が検出されたときにアシスト機能を制限する。これにより、急激に発生するアシストトルクの増加に対して出力を制限することができ、アシスト過大によってステアリングが勝手に回るような状態を回避することが可能となる。
【００１５】
図１は本発明の基本原理を示しており、予め記憶されたメイントルク信号ＴＭ及びサブトルク信号ＴＳの差と、検出されたメイントルク信号ＴＭ及びサブトルク信号ＴＳの差とを所定値２（＞所定値１）と比較し、その差が所定時間２（＜所定時間１）より短い時間継続したときに、アシスト禁止としている。また、上記差が所定値２より小さく所定値１より大きな値で、所定時間２以上の所定時間１継続したときにアシストを制限する。このように、電流指令値を禁止したり制限したりすることにより、より安全な運転を可能にしている。
【００１６】
電流を制限する方法は、電流指令値の最大電流値を制限しても良いし、電流指令値に所定のゲインを乗算して最大電流値を制限しても良い。更に、電流指令値を制限するときに、低速であれば制限値を高めに設定し、高速であれば低めに設定するようにしても良い。また、異常が発生したときにアシスト用の正常時特性マップをトルクセンサオフセット異常時特性マップに切換えることで、同様な効果が得られる。更に、正常時特性マップからトルクセンサオフセット異常時特性マップに切換える際に、中間の値を有する中間特性マップを設けることで、違和感のない切換を実現することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本発明の第１実施例を図１３に対応させて示すブロック図であり、トルクセンサオフセット異常検出手段３００、電流指令制限値発生手段３１０及び減算器３２０を設け、減算器３２０の出力が操舵補助指令値Ｉとなっている。トルクセンサ１０からは、図１４に示すような特性のメイントルク信号ＴＭ及びサブトルク信号ＴＳが出力され、メイントルク信号ＴＡは位相補償器３１に入力されると共に、トルクセンサオフセット異常検出手段３００に入力されている。また、サブトルク信号ＴＳはトルクセンサオフセット異常検出手段３００に入力されており、トルクセンサオフセット異常検出手段３００から作動信号ＡＢが出力されたときに、電流指令制限値発生手段３１０は制限電流ＬＴを減算器３２０に入力するようになっている。
【００１９】
また、図３はトルクセンサオフセット異常検出手段３００の内部構成の一例を示すブロック図であり、メイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差を演算する差演算部３０１と、差演算部３０１から出力される差ＤＳ１をメモリ（不揮発性メモリ）３０３又は差演算部３０４に入力するために切換える切換部３０２と、記憶値と現在値とを比較して差を演算する差演算部３０４から出力される差ＤＳ２を、スレッショルドとしての所定値１及び所定値２（＞所定値１）と大小比較する比較部３０５と、比較部３０５から出力される状態信号ＮＮの時間を計測して所定時間１及び所定時間２（＞所定時間１）が経過したとき又は経過前に、所定の作動信号ＡＢを出力する時間計測部３０６とを具備している。
【００２０】
このような構成において、その動作を図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
先ず製品出荷に当たって、つまり初期段階において、トルクセンサ１０のメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差を差演算部３０１で演算して、不揮発性のメモリ３０３にオフセットデータとして記憶しておく。即ち、切換部３０２をメモリ３０３側に切換えておき、差演算部３０１でメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差ＤＳ１を演算し、その差ＤＳ１を切換部３０２を経てメモリ３０３に記憶する（記憶値＝ＭＤＳ）。その後、切換部３０２を差演算部３０４側に切換える。
【００２２】
そして、ステアリング作動中においては差演算部３０１は、現在のメイントルク信号ＴＭを読込み（ステップＳ１）、続いて現在のサブトルク信号ＴＳを読込み（ステップＳ２）、メイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差ＤＳ１を演算する（ステップＳ３）。差演算部３０４は切換部３０２を経て差ＤＳ１を入力すると共に、メモリ３０３に予め記憶されている記憶値ＭＤＳを読出して入力し（ステップＳ４）、差ＤＳ１と記憶値ＭＤＳとの差ＤＳ２を演算する。次に、比較部３０５は、差演算部３０４からの差ＤＳ２が所定値１（スレッショルド）以上か否かを判定する（ステップＳ５）。つまり、記憶値ＭＤＳをオフセット成分として差ＤＳ１が所定値１よりも大きくなって、異常が発生しているか否かを判定する。そして、差ＤＳ２が所定値１よりも小さければ正常であるので、計測時間のカウントをクリアし（ステップＳ６）、上記ステップＳ１にリターンする。
【００２３】
また、差ＤＳ２が所定値１以上であれば更に所定値２以上であるか否かを判定し（ステップＳ１０）、差ＤＳ２が所定値２より小さい場合には、所定時間１を継続したか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、上記差が所定時間１を継続していない場合には、計測時間の計数アップをして上記ステップＳ１にリターンし（ステップＳ１２）、所定時間１を継続した場合には作動信号ＡＢを出力し、電流指令制限値発生手段３１０から制限電流ＬＴを出力することにより、アシストを制限して終了する（ステップＳ１３）。
【００２４】
更に、上記ステップＳ１０において差ＤＳ２が所定値２以上であれば、次にその差ＤＳ２が所定時間２を継続したか否かを判定し（ステップＳ１４）、所定時間２を継続していない場合には、計測時間の計数アップをして上記ステップＳ１にリターンし（ステップＳ１５）、所定時間２を継続した場合には作動信号ＡＢを出力し、電流指令制限値発生手段３１０から制限電流ＬＴを出力することによりアシストを停止して終了する（ステップＳ１６）。
【００２５】
図５はアシスト制限の様子を示しており、特性Ａが正常時のトルク対電流特性であり、トルクセンサオフセット異常検出手段３００から作動信号ＡＢが出力された場合には、減算器３２０の出力である操舵補助指令値Ｉが図５の特性Ｂとなるように、モータ電流を制限するような制限電流ＬＴを電流指令制限値発生手段３１０は出力する。なお、車速センサ１２からの車速信号Ｖを操舵補助指令値演算部３２に入力しており、図６に示すように車速Ｖが低速になるに従って電流制限値を大きくするようにしても良い。
【００２６】
図７は、本発明の第２実施例を図２に対応させて示しており、本実施例では特性マップとして正常時特性マップ３３Ａと、トルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂとを設け、トルクセンサオフセット異常検出手段３００からの作動信号ＡＢで切換えられるスイッチ３３０を設けている。正常時特性マップ３３Ａ及びトルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂの出力はいずれもスイッチ３３０の接点ａ及びｂを経て、操舵補助指令値演算部３２に入力されている。正常時特性マップ３３Ａの特性は図８に示す破線の特性Ａであり、トルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂの特性は図８に示す実線の特性Ｂであり、正常時には、スイッチ３３０は接点ａに接続されており、正常時特性マップ３３Ａの特性Ａに従ったアシスト動作が行われる。そして、トルクセンサオフセット異常検出手段３００から作動信号ＡＢが出力されると、スイッチ３３０の接点がａからｂに切換えられ、トルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂの特性Ｂに従ったアシストが実行され、モータ電流が制限される。
【００２７】
なお、上記第２実施例では正常時特性マップ３３Ａと、トルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂの２つを切換えて操舵補助指令値Ｉを演算しており、特性Ａから特性Ｂに切り換わったときの差が大きいために、運転者が操舵の上で違和感を覚える場合もある。このような問題を生じないようにするためには、図９に示すように中間の特性Ｃを有する中間特性マップを設ければ良い。つまり、正常時特性Ａ→中間特性Ｃ→トルクセンサオフセット異常時特性Ｂのように段階的に切換えることによって、特性切換に起因する運転上の違和感を防止することができる。
【００２８】
中間特性マップ３３Ｃ（スイッチ３３０の接点ｃ）を設けた場合の第３実施例の構成は図１０のようになり、その動作を図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、トルクセンサオフセット異常検出手段３００は、作動信号ＡＢを３段階で出力する点を除いて、図７の第２実施例と同様である。
【００２９】
先ず製品出荷に当たって、トルクセンサ１０のメイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差を演算してメモリ３０３に記憶しておく点は上記第１実施例、第２実施例と同様である。また、スイッチ３３０の接点はａに接続され、正常時特性マップ３３Ａのデータが操舵補助指令値演算部３２に入力されている。そして、ステアリング作動中においては、差演算部３０１は現在のメイントルク信号ＴＭを読込み（ステップＳ２０）、続いて現在のサブトルク信号ＴＳを読込み（ステップＳ２１）、メイントルク信号ＴＭとサブトルク信号ＴＳの差ＤＳ１を演算する（ステップＳ２２）。差演算部３０４は切換部３０２を経て差ＤＳ１を入力すると共に、メモリ３０３に予め記憶されている記憶値ＭＤＳを読出して入力し（ステップＳ２３）、差ＤＳ１と記憶値ＭＤＳとの差ＤＳ２を演算する。そして、比較部３０５は、差演算部３０４からの差ＤＳ２が所定値１（スレッショルド）以上か否かを判定し（ステップＳ２４）、差ＤＳ２が所定値１よりも小さければ正常であるので、計測時間の計数をクリアし（ステップＳ２５）、上記ステップＳ２０にリターンする。
【００３０】
また、差ＤＳ２が所定値１以上であれば更にそれよりも大きな所定値２以上であるか否かを判定し（ステップＳ３０）、差ＤＳ２が所定値２より小さい場合には、その差ＤＳ２が所定時間１を継続したか否かを判定する（ステップＳ３１）。そして、所定時間１を継続していない場合には正常と判断し、計測時間の計数アップをして上記ステップＳ２０にリターンし（ステップＳ３２）、差ＤＳ２が所定時間１を継続した場合には、時間計測部３０６から作動信号ＡＢを出力することによってスイッチ３３０の接点をａからｃに切換え、中間特性マップ３３Ｃのデータを操舵補助指令値演算部３２に入力して電流指令値を制限する（ステップＳ３３）。
【００３１】
更にその電流制限が所定時間２を継続したか否かを判定し（ステップＳ３４）、所定時間２を継続していない場合には、計測時間の計数アップをして上記ステップＳ２０にリターンし（ステップＳ３５）、所定時間２を継続した場合には作動信号ＡＢによってスイッチ３３０の接点をｃからｂに切換え、電流指令値をフェール特性へ切換えて終了する（ステップＳ３６）。つまり、トルクセンサオフセット異常時特性マップ３３Ｂのデータを操舵補助指令値演算部３２に入力する。
【００３２】
一方、上記ステップＳ３０で差ＤＳ２が所定値２以上であれば、所定時間２を継続したか否かを判定し（ステップＳ４０）、所定時間２を継続していない場合には、計測時間の計数アップをして上記ステップＳ２０にリターンし（ステップＳ４１）、所定時間２を継続した場合には作動信号ＡＢを出力してアシストを禁止して終了する（ステップＳ４２）。
【００３３】
図１０の実施例において、正常時特性マップ３３Ａ、中間特性マップ３３Ｃ、トルクセンサオフセット特性マップ３３Ｂはそれぞれアシスト禁止領域及びアシスト制限領域を有している。
【００３４】
なお、本実施例では１つの中間特性マップを用いているが、更に多くの中間特性マップを用いて多段階に切換えることも可能である。また本発明は、コラム式及びピニオン式電動パワーステアリング装置に適用できることは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置にも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明では、トルクセンサの信号故障のうち中間的なオフセットやドリフトの故障を監視し、トルクセンサの故障を正確に検出することができ、故障が検出された場合には電流を制限してアシスト機能を制限する機能を具備しているので、安全な運転が可能となる。また、電流制限の切換を車速に応じて変化させたり、段階的な切換えを行っているので操舵の上で違和感を生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】トルクオフセット異常検出手段の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例の動作例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施例の動作例を示すフローチャートである。
【図１２】電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構造図である。
【図１３】電動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構成図である。
【図１４】特性マップの特性例を示す図である。
【図１５】トルクセンサの特性を説明するための図である。
【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
３２       操舵補助指令値演算器
３３       特性マップ
３７       モータ駆動回路
３８       モータ電流検出回路
３００     トルクセンサオフセット異常検出手段
３０３     メモリ
３１０     電流指令制限値発生手段
３３０     スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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