(57)【要約】【課題】操舵しなければモータ系の初期状態の故障を確実に検出できない問題を解決するため、モータ系の故障診断をイグニションキーのオン前に実施するようにし、モータ系の故障によって車両に危険を及ぼすことを回避できるようにした電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】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、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御してアシストするようになっている電動パワーステアリング装置において、モータ系の故障診断を前記アシストの前に実施する。【選択図】    図１
2005029001.tif 000002
【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、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御してアシストするようになっている電動パワーステアリング装置において、モータ系の故障診断を前記アシストの前に実施す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。
【請求項２】
前記モータ系の故障診断をドライバの乗車前に実施す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。
【請求項３】
トリガによって前記モータ系を駆動するようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記トリガが、ドアの開閉信号、遠隔操作のエンジンスタータ信号、遠隔操作のドアロック解除信号又はキー入力信号である請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【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してアシストするようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にモータ系の充分な（確実な）故障診断をステアリングのアシストを行う前（例えばドライバの乗車前）に実施するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【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、電流制御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２に示して説明すると、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を経て走行車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、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、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（ＥＣＵ）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、車速センサ１２で検出された車速Ｖ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。なお、図２では、モータ２０と減速ギア３との間にクラッチ機構を具備しない電動パワーステアリング装置を示しているが、クラッチ機構を具備した電動パワーステアリング装置も存在する。
【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３のようになる。
【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。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、予め設定されているデータテーブル又は関数式を用いて決定する。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の偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器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のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、検出されたモータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
上述のような一般的な電動パワーステアリング装置では、モータ２０としてブラシレスモータを使用することが多く、ブラシレスモータはモータを制御するために例えばホールセンサでモータの回転位置を検出するようになっている。そして、モータ２０及びその駆動系（以下、「モータ系」とする）が故障すると、アシスト動作ができなくなり、円滑な運転ができないため、モータ系の故障診断を行うようにしている。モータ系の故障診断は一般的に図４に示すように、イグニションキー１１のオン後（ステップＳ１）、モータ系の初期診断を行い（ステップＳ２）、ＯＫか否かを判定して（ステップＳ３）、ＯＫでない場合はアシスト停止とする。そして、初期診断がＯＫの場合にはコントロールユニット３０によるアシストを開始し（ステップＳ４）、その後にモータ系の故障を診断するようにしている（ステップＳ５）。故障診断の結果、異常がなければ通常のアシストを行い（ステップＳ５、Ｓ６）、上記ステップＳ５にリターンして上記動作を繰り返す。また、上記ステップＳ６で故障と判定された場合には、アシストを停止する。
【０００７】
また、助手席シートへの乗員の着座状態を検知する重量センサの初期診断方法として、特開２００２−２５０７７６（特許文献１）が提案されている。更に、ポテンショの断線や短絡のみならず、モータ部の故障やモータアクチュエータの軸のロック状態の有無を診断する装置として、特開２０００−２３６６８５（特許文献２）が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２５０７７６
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−２３６６８５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなモータ系故障検出システムでは、モータ系が初期状態において故障している場合に重大な問題がある。即ち、故障診断として、イグニションキーオン後に初期診断を行っているが、モータを回転させないため確実な診断を行うことができず、モータ回転による充分（確実）な診断はアシスト中にのみ実施されるため、モータ系の故障検出が遅れてしまい、車両の走行中等に、制御されないアシストが行われるという問題がある。例えばホールセンサでは、止まっているモータの位置が正確かを診断するだけで、全パターンを確認していないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献１及び２はいずれも電動パワーステアリング装置の故障診断ではない。
【００１２】
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、操舵しなければモータ系の初期状態の故障を検出できない場合が生じてしまう問題を解決するため、モータ系の故障診断をイグニションキーのオン前に実施するようにし、モータ系の故障によって車両に危険を及ぼすことを回避できるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１３】
【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、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える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、モータ系の故障診断を前記アシストの前に実施することによって達成される。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、前記モータ系の故障診断をドライバの乗車前に実施することにより、或いはトリガによって前記モータ系を駆動することにより、或いは前記トリガを、ドアの開閉信号、遠隔操作のエンジンスタータ信号、遠隔操作のドアロック解除信号又はキー入力信号とすることにより、より効果的に達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ハンドルとモータがクラッチ等を介さず機械的に連結された電動パワーステアリング装置では、アシスト用のブラシレスモータを回転させるとハンドルが動いてしまう。イグニションキーオン後の初期診断中に勝手にハンドルが動いてしまうと、ドライバにとって危険であるため、モータを回転させる必要のある診断（ホールセンサの全パターンによる診断など）は、従来初期診断中に充分に行うことができなかった。
【００１６】
また、電動パワーステアリング装置では、アシスト用モータとしてブラシ付きモータが用いられることも多く、ブラシ付きモータでは経年変化によって、ブラシと整流子との間に酸化皮膜が形成され、この酸化皮膜は、モータを回転させてブラシと整流子を擦ることによって除去することができる。しかし、酸化皮膜がモータ端子間の抵抗を増大させるため、モータの初期診断がＮＧになることがある。この場合、電動パワーステアリング装置はアシストしないため、ドライバがマニュアルステアリングで操舵しない限り酸化皮膜は除去されない。アシスト開始前に大きな電流を流して診断を行えば、酸化皮膜の影響を受けないことが知られているが、モータが回転してしまうため電流を流すことができない。
【００１７】
このため本発明では、ブラシレスモータ又はブラシ付きモータを利用した電動パワーステアリングシステムがアシストを開始する前（例えばドライバの乗車前）に、トリガ信号に基づいてモータ系の故障診断を行うようにする。即ち、従来アシスト開始後にしかできなかった充分な故障診断を初期診断として行う。具体的には、モータを回転させなければできない診断や、診断を実行することによってモータが回転してしまう診断を初期診断で行う。そのため、本発明によれば、ドライバに違和感なくモータ系の初期状態の故障を検出することができ、また、制御されないアシストによって車両へ危険を及ぼすことを回避することができる。
【００１８】
３相４極のブラシレスＤＣモータでは、機械角で１８０度（電気角で３６０度）回転させればホールセンサ信号を全パターン検出することができる。歯車比を例えば１５：１とするとハンドルは１２度動き、ドライバに違和感を与えてしまう。また、ブラシ付きモータの酸化皮膜の影響を受けないように大きな電流を流して初期診断するときも、数ミリ秒間しか電流を流さないため、ハンドルはほとんど動かない。しかし、ハンドルを握った状態ではドライバに違和感を与えてしまうため、本発明のようにトリガ信号に基づいて診断を行うことは有益である。
【００１９】
トリガ信号として、ドアの開閉信号、遠隔操作のエンジンスタータ信号、遠隔操作のドアロック解除信号又はキー入力信号等がある。キー入力信号等は、低速ＬＡＮやＬＩＮなどの車内ＬＡＮから簡単に情報を得ることができる。
【００２０】
以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の制御フロー図であり、乗車時のドアの開閉信号をトリガ信号として入力し（ステップＳ１０）、トリガ信号に基づいてモータ系の駆動を行う（ステップＳ１１）。その後にモータ系の故障診断を行い（ステップＳ１２）、ＯＫの場合（ステップＳ１３）にイグニションキーをオンし（ステップＳ１４）、アシストを開始する（ステップＳ１５）。これにより、ドライバが操舵をするときには初期診断を完了することができる。故障診断はブラシモータの場合、モータに酸化皮膜の影響を受けない大きな電流を流して行う。故障診断で故障（ＮＧ）と判断された場合にはアシストを停止する。
【００２２】
モータ系故障の初期診断（ステップＳ１２）の例として、ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出するために用いているホールセンサ及びそのインタフェース回路の故障診断方法の例を説明する。ブラシレスＤＣモータのホールセンサの出力信号１〜３の論理表は、モータ位置に対して下記表１のようになっている。例えばモータが位置Ａにいるときには、センサ出力信号１の論理値は「Ｌ」であり、センサ出力信号２及び３の論理値はいずれも「Ｈ」である。
【００２３】
【表１】
2005029001.tif 000003
ここで、モータが回転すると、モータ位置はＡ→Ｂ→Ｃのように移行して行くが、モータ位置Ａ，Ｂではセンサ出力信号１は元々「Ｌ」であるため、正常と認識される。そして、モータ位置がＣとなったとき、センサ出力信号１が「Ｌ」、センサ出力信号２が「Ｌ」、センサ出力信号３が「Ｈ」となり、表１の論理値と異なっていることを検出してフェールとする。
【００２４】
また、別の診断例として、モータが回転すると、モータ位置はＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄのように移行して行くが、モータ位置がＤになったとき、センサ出力信号１〜３が全て「Ｈ」となる。ここにおいて、センサ出力信号１〜３が全て同じ論理値になることはないので、異常検出とする。
【００２５】
更に、イグニションキーがＯＮする前にモータ系の初期診断を行う具体的な実施例を説明する。
【００２６】
イグニションキーがＯＮする前に例えばドアの開閉信号などの車両側からのトリガにて、モータを片側に電気角で３６０度回転させて全てのホールセンサパターンを確認し、異常がないかを検出する。３相４極のブラシレスＤＣモータでは電気角３６０度のとき機械角は１８０度であり、ギア比を１５と設定すると、ハンドル上では１２度回転することとなる。１２度回転させるとドライバに違和感を与えるため、実際にドライバがハンドルに手を当てる前にこの初期診断を終わらせる。
【００２７】
上記以外の初期診断の例として、モータを電気角にて片側に１８０度回転させ、その後反対方向に３６０度回転させ、全てのホールセンサパターンを確認する。これにより、上記設定でハンドルが両側に６度ずつ回転するため、ドライバへの違和感を緩和することができる。電気角で全周分（３６０度）を診断しようとする場合、電気角で±１８０度で良いことになり、機械角に変換すると±９０度となり、ギア比が１５であるとすると、±９０度÷１５＝±６度の回転となる。
【００２８】
上記診断例はいずれもモータが回転しなければ異常を検出することができず、停止した状態では正常と認識してしまう場合であることが分かる。また、実際には、モータ位置検出の故障診断では数ミリ秒以上の検出時間を設けており、故障と確定するまでの間、異常なセンサ出力信号で制御が行われることになる。
【００２９】
近年、シートベルトを締めなければエンジンが始動しない、ライトをオンオフしなければエンジンが始動しないなどのように一定の手順を踏まなければエンジンを始動させない盗難防止装置が装着されている車両もあり、このような盗難防止装置が装着されている車両にあっては、キーを「ＡＣＣ」まで回す、ハンドルを少し動かす、エンジンを始動するという手順に設定すれば、アシスト開始前の初期診断でモータを回転させた診断を行うことができる。この場合、ドライバがハンドルを動かしてモータを回転させるため、ホールセンサの診断や酸化皮膜の除去などを行うことができる。
【００３０】
また、アシストを開始した後は通常の診断を行い（ステップＳ１６）、ＮＧの場合（ステップＳ１７）にはアシストを停止し、ＯＫの場合（ステップＳ１７）には通常のアシストを行う（ステップＳ１８）。通常の診断では、モータを回転させてステアリングアシストを行うことであり、異常となったとき、制御されないアシストとなってしまう。しかしながら、本発明によれば、ドライバの乗車前の実際にドライバがハンドルを握っていないときに、ドアの開閉信号等に基づいて診断を行うため、このような状態を未然に防止することができる。
【００３１】
上述の例ではトリガ信号を乗車時のドアの開閉信号としているが、遠隔操作のエンジンスタータの信号、遠隔操作のドアロック解除の信号、キー入力信号であっても良い。
【００３２】
また、上述の例ではクラッチ機構を具備しない電動パワーステアリング装置を挙げているが、クラッチ機構を具備した電動パワーステアリング装置ではクラッチを遮断しておけば、ドライバに何も気付かれないうちに動的初期診断を行うことができる。更に、上述ではブラシレスＤＣモータを例にして説明しているが、「クラッチ機構付き＋ブラシ付きＤＣモータ」の電動パワーステアリング装置においても本発明を適用でき、上記初期診断のタイミングで、クラッチを遮断して意図的にブラシ付きＤＣモータを回転させ、ブラシ付きＤＣモータで特性悪化の原因となる整流子の酸化皮膜を除去する制御は、本来のモータ電流特性に復帰させる手段として有用である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明では、電動パワーステアリングシステムがアシストを開始する前（ドライバの乗車前）に、モータ系の故障診断を行うようにしている。そのため、ドライバに違和感なくモータ系の初期状態の故障を検出することができ、また、制御されないアシストによって車両へ危険を及ぼすことを回避することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の故障診断の制御フロー図である。
【図２】電動パワーステアリングの一般例を示す機構図である。
【図３】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４】従来の故障診断の制御フロー図である。
【符号の説明】
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
【図１】
2005029001.tif 000004
【図２】
2005029001.tif 000005
【図３】
2005029001.tif 000006
【図４】
2005029001.tif 000007