(57)【要約】モータ電流推定値とモータ電流検出値との差に基づいてモータ電流検出器の故障を判定する制御装置を備えた安全性の高い電動パワーステアリング装置である。電流指令値演算器２２は入力されたトルク信号に基づいて補助トルクを供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒを演算する。異常検出部３０はモータ電流推定器３１と異常判定器３２から構成される。モータ電流推定器３１は操舵トルク値から演算した電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算する。異常判定器３２はモータ電流推定値Ｉｅとモータ電流検出値ｉｄの差の絶対値Δｊ（＝｜Ｉｅ−ｉｄ｜）を演算、差の絶対値Δｊが所定の時間内に所定のしきい値Ｓを越えた回数ｎを計数し、更にしきい値Ｓを越えた回数ｎの所定期間内の累積値Ｎを計数する。累積値Ｎが所定の異常判定基準回数Ｚを越えたとき、モータ電流検出器４２は異常と判定する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値と検出されたモータ電流検出値との差が予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数が所定の異常判定基準回数を越えたときモータ電流検出器が異常であると判定すること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値と検出されたモータ電流検出値との差が予め設定された第１の所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、さらに該しきい値を越えた回数の第２の所定時間内における累積値を計数し、該累積値が所定の異常判定基準回数を越えたときモータ電流検出器が異常であると判定すること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値及び検出されたモータ電流検出値がそれぞれ予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数の差が予め設定された所定の異常判定基準回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定すること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値の微分値及び検出されたモータ電流検出値の微分値がそれぞれ予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数の差が予め設定された所定の異常判定基準回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定すること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、検出されたモータ電流検出値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値未満であった第１の回数を計数し、第１の回数が所定の回数を越えたときは、演算されたモータ電流推定値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値を越えた第２の回数を計数し、第２の回数が所定の回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定す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６】
少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、
前記異常監視器は、演算されたモータ電流推定値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値未満であった第１の回数を計数し、第１の回数が所定の回数を越えたときは、検出されたモータ電流検出値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値を越えた第２の回数を計数し、第２の回数が所定の回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定す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７】
前記異常監視器によりモータ電流検出器が異常であると判定されたときは、モータ駆動信号を遮断し、或いはモータ電源回路を遮断することを特徴とする請求の範囲の１乃至６のいずれか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】
【技術分野】  この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、そのモータ電流検出回路の故障を正確に検出することができる電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【背景技術】  車両用の電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号に基づいてモータ電流指令値を演算し、演算されたモータ電流指令値に応じた電流でモータを駆動して操向ハンドルの操舵力を補助するものである。このような電動パワーステアリング装置の制御は電子制御回路で実行されるが、その制御の概要はおよそ以下のとおりである。
即ち、電子制御回路は、操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生しているときに、検出された車速が零或いは低速の場合は大きな操舵補助力を供給し、検出された車速が速い場合は小さな操舵補助力を供給するように、操舵トルクと車速に応じてモータ出力の制御目標値であるモータ電流指令値を演算し、この演算結果であるモータ電流指令値と実際にモータに流れる電流を検出した電流検出値との差が零になるように電流フィードバック制御を行うことで、走行状態に応じた最適の操舵補助力を与えることができる。
上記した電動パワーステアリング装置の制御回路では、操舵トルクと車速をパラメータとしてモータ電流指令値を演算しており、モータ回転数は考慮されていない。モータが回転するとモータに逆起電力が発生するが、電流フィードバック制御を行うとき、モータの回転により発生する逆起電力の影響が考慮されないと、モータ電流指令値と検出されたモータ電流検出値との差が大きくなり、モータに異常電流が流れていると誤って判断してしまう不都合がある。
この対策として、モータ電流指令値を数学モデルを使用して推定演算したモータ電流推定値と検出されたモータ電流検出値との差が、予め設定された許容値を越えているか否かを判断し、許容値を越えているとき駆動系が故障であると判断する手法が、本出願人により提案されている（特開２００２−２３４４５７号公報参照）。
また、操舵トルクの検出値が異常値を示した場合、例えばモータの配線が正常な状態とは逆向きに接続されたような場合には、本来モータから与えられるべき操舵補助力の方向と、実際にモータから与えられる操舵補助力の方向とが一致しないため、操舵トルクの検出値が異常値を示し、またモータ電流検出値も異常値を示し、フェールセイフ制御が実行されて操舵補助が中止されてしまう。
この対策として、操舵トルクの検出値が所定値以上または操舵トルクの変化率が所定値以上のとき操舵トルクの検出値が異常値と判断し、或いはモータ電流が所定値以上またはモータ電流の変化率が所定値以上のときモータ電流検出値が異常値と判断し、異常検出時の所定の対処を行うものが提案されている（特開２００３−２３７６０９号公報参照）。
前記した前者の駆動系の故障判断の手法においては、モータ電流を検出するモータ電流検出回路が故障した場合は、モータ電流方向の逆転が繰り返し起こるために、モータ電流推定値とモータ電流検出値との差が許容値を越えている時間が短いために異常判定が難しく、別途、モータ電流検出回路の正常か異常かを検出する検出手段が必要になる。
また、後者の故障判断の手法においては、モータ電流またはモータ電流の変化率の異常を判断する所定の基準値（しきい値）の設定が難しく、所定の基準値の設定如何によっては、正常と判断され、或いは故障と判断されてしまうという不都合が生じる。
この発明は、上記した課題を解決し、正確に電流検出回路の故障を検出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。
【発明の開示】
第１の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値と検出されたモータ電流検出値との差が、予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数が所定の異常判定基準回数を越えたときモータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
第２の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、前記モータ演算された電流推定値と検出されたモータ電流検出値との差が予め設定された第１の所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、さらに該しきい値を越えた回数の第２の所定時間内における累積値を計数し、該累積値が所定の異常判定基準回数を越えたときモータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
第３の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、前記モータ演算された電流推定値及び検出されたモータ電流検出値がそれぞれ予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数の差が予め設定された所定の異常判定基準回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
第４の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、前記演算されたモータ電流推定値の微分値及び検出されたモータ電流検出値の微分値がそれぞれ予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数を計数し、その越えた回数の差が予め設定された所定の異常判定基準回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
第５の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、検出されたモータ電流検出値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値未満であった第１の回数を計数し、第１の回数が所定の回数を越えたときは、演算されたモータ電流推定値の微分値が予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた第２の回数を計数し、第２の回数が所定の回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
第６の発明は、少なくともステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、所定のサンプリング期間毎に検出された操舵トルクに基づいてモータ出力の制御目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算器と、前記電流指令値に基づいてモータ電流推定値を演算するモータ電流推定器と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、モータ電流検出器の異常を監視し異常状態が検出されたときはモータの駆動を停止させる信号を出力する異常監視器とを備え、前記異常監視器は、演算されたモータ電流推定値の微分値が予め設定された所定の時間内に所定のしきい値未満であった第１の回数を計数し、第１の回数が所定の回数を越えたときは、検出されたモータ電流検出値の微分値が予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた第２の回数を計数し、第２の回数が所定の回数を越えたとき、モータ電流検出器が異常であると判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
そして、前記第１乃至第６の発明の電動パワーステアリング装置は、前記異常監視器によりモータ電流検出器が異常であると判定されたときは、モータ駆動信号を遮断し、或いはモータ電源回路を遮断するようにするとよい。
上記したとおり、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、電流指令値から演算したモータ電流推定値或いはその微分値とモータ電流検出器で検出したモータ電流検出値或いはその微分値との差が予め設定された所定時間内に所定のしきい値を越えた回数に基づいて、モータ電流検出器の異常を検出するものである。これにより、モータ電流検出器の故障を正確に検出することができ、安全性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図である。
第２図は、電子制御回路の構成を示したブロック図である。
第３図は、モータ駆動回路の構成の一例を示すブロック図である。
第４図は、制御系を伝達関数で示したブロツク図である。
第５図は、制御系の等価回路を伝達関数で示したブロツク図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明の実施の形態について説明する。第１図はこの発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図で、操向ハンドル１の軸２は減速ギア４、ユニバーサルジョイント５ａ、５ｂ、ピニオンラック機構７を経て操向車輪のタイロッド８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３が設けられており、また、操舵力を補助するモータ１０がクラッチ９、減速ギア４を介して軸２に結合している。
パワーステアリング装置を制御する電子制御回路１３は、バッテリ１４からイグニッションキー１１を経て電力が供給される。電子制御回路１３は、トルクセンサ３で検出された操舵トルクと車速センサ１２で検出された車速とに基づいてモータ電流指令値Ｉｒを演算し、演算されたモータ電流指令値（以下、電流指令値という）Ｉｒに基づいてモータに供給する電流制御値Ｅを制御する。
クラッチ９は電子制御回路１３により制御される。クラッチ９は通常の動作状態で結合しており、電子制御回路１３によりパワーステアリング装置の故障と判断されたとき、及び電源がＯＦＦとなっているときに切り離される。
第２図は、電子制御回路１３の構成を示したブロック図である。電子制御回路１３はＣＰＵで構成されるが、ここではＣＰＵの内部でプログラムにより実行される制御機能を示している。例えば、位相補償器２１は独立した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す。なお、電子制御回路１３をＣＰＵで構成せず、これらの機能要素をそれぞれ独立のハードウエアで構成できることは言うまでもない。
以下、電子制御回路１３の機能と動作を説明する。トルクセンサ３で検出された操舵トルクは位相補償器２１で操舵系の安定を高めるために位相補償され、電流指令値演算器２２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速信号も電流指令値演算器２２に入力される。
電流指令値演算器２２は、入力された操舵トルク、車速、その他のパラメータに基づいて所定の演算式によりモータ１０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒを演算する。
加算器２３は、電流指令値Ｉｒとモータ１０に実際に流れる電流を検出して得られたモータ電流検出値ｉｄとを加算（正負の符号を含めて加算）する加算器で、電流指令値Ｉｒにモータ電流検出値ｉｄを加算して電流制御値Ｅを得る。得られた電流制御値Ｅはモータ駆動回路４１に出力され、制御対象であるモータ１０を駆動する。モータ１０に実際に流れるモータ電流検出値ｉｄはモータ電流検出器４２により検出され、前記した加算器２３にフィードバックされてフィードバック制御が行われる。
異常監視器を構成する異常検出部３０は、電流指令値Ｉｒを入力信号としてモータ電流を推定演算するモータ電流推定器３１と異常判定器３２から構成され、異常判定器３２はモータ電流推定器３１から出力されたモータ電流推定値Ｉｅと、モータ電流検出器４２で検出されたモータ電流検出値ｉｄとに基づいてモータ電流検出器４２の異常を判定する。異常検出部３０の構成には複数の実施例があるので、後で詳細に説明する。
第３図は、モータ駆動回路４１の構成の一例を示すブロック図である。モータ駆動回路４１は加算器２３（第２図参照）から入力された電流制御値ＥをＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）と電流方向信号とに分離変換する変換部４４、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４、及びそれ等のゲートを開閉駆動するＦＥＴゲート駆動回路４５等からなる。なお、昇圧電源４６はＦＥＴ１、ＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する電源である。
ＰＷＭ信号は、Ｈブリッジ接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイツチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ２のゲートを駆動する信号で、加算器２３において演算された電流制御値Ｅの絶対値によりＰＷＭ信号のデューテイ比（ＦＥＴのゲートをＯＮ／ＯＦＦする時間比）が決定される。電流方向信号は、モータに供給する電流の方向を指示する信号で、加算器２３で演算された電流制御値Ｅの符号（正負）により決定される信号である。
ＦＥＴ１とＦＥＴ２は前記したＰＷＭ信号のデューテイ比Ｄに基づいてゲートがＯＮ／ＯＦＦされるスイツチング素子で、モータに流れる電流の大きさを制御するためのスイツチング素子である。また、ＦＥＴ３とＦＥＴ４は前記した電流方向信号に基づいてゲートがＯＮ或いはＯＦＦされる（一方がＯＮの時、他方はＯＦＦとなる）スイツチング素子で、モータに流れる電流の方向、即ちモータの回転方向を切り換えるスイツチング素子である。ＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ１０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒを経て流れ、モータ１０に正方向の電流が流れる。また、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ１０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒを経て流れ、モータ１０に負方向の電流が流れる。
モータ電流検出器４２は、抵抗Ｒの両端における電圧降下に基づいて電流の大きさを検出する。検出されたモータ電流検出値ｉｄは加算器２３に入力される（第２図参照）。
以上説明した電子制御回路は、操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生しているときに、検出された操舵トルクが大きく、また検出された車速が零あるいは低速の場合は電流指令値Ｉｒを大きく設定し、検出された操舵トルクが小さく、また検出された車速が速い場合は電流指令値Ｉｒを小さく設定するから、走行状態に応じた最適の操舵補助力を与えることができる。
異常検出部３０は、所定の周期でサンプリングされた操舵トルクＴに基づいて演算された電流指令値Ｉｒを入力信号として推定演算したモータ電流推定値Ｉｅ（又はその微分値）と、所定の周期でモータ電流検出器４２により検出されたモータ電流検出値ｉｄ（又はその微分値）との差の絶対値｜Ｉｅ−ｉｄ｜が、所定の時間内において所定のしきい値を越えた回数から、モータ電流検出器４２の異常を判定する。
異常の判定がなされたときはモータ駆動回路４１に電流制御値Ｅの出力を遮断してモータを停止させる、或いはバッテリからモータ駆動回路４１へ給電する回路に設けられた図示しないリレーを作動させてモータへの給電を遮断し、モータによる操舵補助を停止させる。この状態ではモータによる操舵補助は停止するが、マニュアル操作による操舵は可能である。異常検出部３０の構成には複数の実施例があり、その詳細は後で説明する。
ここで、モータ電流推定器３１によるモータ電流推定値Ｉｅの演算について説明する。モータ電流推定値Ｉｅの演算については、前記した特開２００２−２３４４５７号公報に記載されており、この発明でもここに記載された方法を採用するが、その要点を簡単に説明する。
第４図は、前記した電子制御回路を伝達関数で示したブロツク図である。５０は制御対象であるモータを示しており、モータのインダクタンスＬ、モータの内部抵抗Ｒ、ラプラス演算子をｓとすると、モータ要素は１／（Ｌｓ＋Ｒ）で表される。
５１は電流指令値Ｉｒ（ｓ）に対するモータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）の応答特性を定義するためのフィードフォワード補償器である。ここでＬｎはモータのインダクタンスの設計値、Ｒｎはモータの内部抵抗の設計値、Ｔ２は時定数、ｓはラプラス演算子である。
５２はフィードフォワード補償器５１の出力ｒ（ｓ）と後述するフイルタ５７の出力とを加算する加算器であって、後述する加算器５６の出力ｄａ（ｓ）がフイルタ５７を経て加算器５２にフィードバックされて、制御器出力ｒ（ｓ）に加算される。これにより制御対象５０のもつ変動分とモータの回転により発生する逆起電力の変動分が補償される。
５３は加算要素で、制御対象の入力側にモータの回転により発生する逆起電力Ｋｅωが加算器５２の出力に加算されてモータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）に現れることを示し、モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）に現れる逆起電力Ｋｅωの影響を等値的に示したものである。ここでＫｅはモータの逆起電力定数、ωはモータの角速度を示す。加算要素５３の出力はモータに供給する電流を規定する電流制御値Ｅである。
５５はモータ特性の逆特性を示す回路要素で、この実施例では逆起電力の項を除いた電気的特性の数学モデルを採用して設計しており、Ｌｎ、Ｒｎはそれぞれモータのインダクタンスの設計値、モータの内部抵抗の設計値、ｓはラプラス演算子である。
５６は加算器で、回路要素５５の出力と加算器５２の出力との差、即ち、制御器出力基準における希望するモータ制御特性と実際の制御特性の差を演算するものである。加算器５６の出力ｄａ（ｓ）は以下の式（１）で表される。
2005105548.tif 000002
式（１）より、加算器５６の出力ｄａ（ｓ）は制御対象の変動分と逆起電力の和であることが分かる。ここで、Ｌ、Ｒはそれぞれ制御対象のモータのインダクタンス、モータの内部抵抗、Ｌｎ、Ｒｎはそれぞれモータのインダクタンスの設計値、モータの内部抵抗の設計値、ｓはラプラス演算子、Ｋｅωは逆起電力、Ｋはバッテリ電圧変動を表わす係数である。
５７は加算器５６の出力ｄａ（ｓ）をフィードバックする制御系の動作を安定させるフイルタで、その特性はＱ（ｓ）で表される。この実施例では一次のローパスフイルタを用いており、第４図におけるフイルタ特性Ｑ（ｓ）＝１／（Ｔ  １ｓ＋１）は、伝達関数で表されたフイルタ特性Ｑ（ｓ）の一例を示している。ここで、Ｔ１は時定数、ｓはラプラス演算子である。特性Ｑ（ｓ）をもつフイルタ５７の出力をフィードバックすることにより、制御対象の変動と逆起電力と抑制し、定義した数学モデルの特性と一致させるように構成されている。以下、これについて説明する。
フイルタ５７の出力をフィードバックした場合、モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）は以下の式（２）で表される。
2005105548.tif 000003
式（２）における、Ｐｎ（ｓ）はモータ特性の数学モデルである。また、Δ（ｓ）は、以下の式（３）で定義される。ここで、Δ（ｓ）は数学モデルと実際の特性との差を乗法的摂動モデルを用いて表したときの摂動分である。
2005105548.tif 000004
フイルタの特性Ｑ（ｓ）が近似的に１の場合は、式（２）は以下の近似式（４）で表わすことができ、モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）を求めることができる。
2005105548.tif 000005
フィードフォワード補償器の出力ｒ（ｓ）は、電流指令値Ｉｒ（ｓ）にフィードフォワード補償器の特性（Ｌｎｓ＋Ｒｎ）／（Ｔ２ｓ＋１）を乗算した以下の式（５）で表すことができる。ここで、Ｔ２は時定数、ｓはラプラス演算子である。
2005105548.tif 000006
従つて、モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）を示す前記近似式（４）は、近似式（４）のｒ（ｓ）に式（５）を代入することにより以下の式（６）で表すことができる。モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）を示す近似式（６）は、特性Ｑ（ｓ）を持つフイルタのカットオフ周波数１／（２π・Ｔ１）までは成立する。
2005105548.tif 000007
一方、乗法的摂動を受ける制御系が安定である為の十分条件として、以下の式（７）に示す最小ゲイン定理がある。
2005105548.tif 000008
ここで、Ｔ（ｓ）は制御対象とその数学モデルが一致しているときの相補感度関数、即ち、第４図においてＬｎ＝Ｌ、Ｒｎ＝Ｒ、Ｋ＝１のときの伝達特性である。この実施例では、Ｔ（ｓ）＝Ｑ（ｓ）であるので、以下の式（８）が満足するように特性Ｑ（ｓ）を持つフイルタ５７の時定数Ｔ１を決定する。
2005105548.tif 000009
この実施例では、予想されるモータのインダクタンスＬ、内部抵抗Ｒ、及び定数Ｋの変動幅を考慮して上記式（３）で定義されるΔ（ｓ）の範囲を定め、Δ（ｓ）の全範囲において上記式（８）が満たされるように特性Ｑ（ｓ）を持つフイルタ５７の時定数Ｔ１を定めればロバスト安定性を確保することができる。
以上の検討によれば、第４図に示す制御系は、フイルタ５７の特性Ｑ（ｓ）のカットオフ周波数（１／（２π・Ｔ１））以下であれば、更に第５図の（ａ）に示す等価ブロツク図で表すことができ、更に第５図の（ｂ）に示す等価ブロツク図のように簡略化して表すことができる。即ち、第４図のフィードフォワード補償器５１の特性式の分子に数学モデルの逆特性を与え、分母に前記フイルタの時定数Ｔ１よりも大きい時定数Ｔ２を与えることにより、時定数Ｔ２で定義される応答特性を実現することができる。
また、以上のように制御系を構成することにより、モータの回転により発生する逆起電力による変動が補償される。
応答性の速さについては、特性Ｑ（ｓ）のフイルタの時定数Ｔ１よりも大きい時定数Ｔ２で定める任意の範囲で設定することができ、実用上十分な応答特性を実現することができる。
先に説明したように、モータ電流検出値Ｉｄ（ｓ）は式（６）によって表すことができるから、モータ電流推定値Ｉｅｄ（ｓ）は、以下の式（９）で表すことができる。
2005105548.tif 000010
このようにモータ電流推定値はモータ電流指令値から算出することができる。なお、以下の説明では、モータ電流推定値はＩｅ、モータ電流検出値はｉｄとして示す。
次に、異常検出部３０の実施例を説明するが、その前に異常検出部３０による電流検出器の故障検出の原理を説明する。
電流検出器が正常な状態では、モータ電流推定値Ｉｅとモータ電流検出値ｉｄとは同じような変化を示し、その偏差は小さい。一方、モータ電流検出器が故障した場合には、電流指令値と電流検出値を一致させようと電流制御値Ｅが大きくなる。このため、モータ電流が必要以上に大きくなるためトルクセンサが逆にねじれ、電流指令値の方向が逆転する。この状態が繰り返されるため電流指令値Ｉｒは振動的となり、電流指令値Ｉｒに基づいて演算されるモータ電流推定値Ｉｅも振動的となる。
このとき、モータ電流検出値ｉｄの変化率に比較してモータ電流推定値Ｉｅの変化率のほうが大きく現れ、モータ電流推定値Ｉｅは周期が短く振幅の大きい振動電流となるが、モータ電流検出値ｉｄは比較的振幅の小さい振動電流となる。
モータ電流検出器が１個の場合は、他のモータ電流検出器から出力される検出信号との比較により故障の判定を行うことができない。そこで、この発明では、上記したモータ電流検出器が故障した場合に生じるモータ電流検出値ｉｄの変化率に比較してモータ電流推定値Ｉｅの変化率のほうが大きく現れる現象を利用して、電流検出器の故障を検出しようとするものである。
即ち、一定の時間間隔でサンプリングされた操舵トルクＴに基づいて演算された電流指令値Ｉｒを入力信号として推定演算したモータ電流推定値Ｉｅ（又はその微分値）と、モータ電流検出器により検出されたモータ電流検出値ｉｄ（又はその微分値）との差の値（Ｉｅ−ｉｄ）が、所定の時間内において所定のしきい値を越えた回数から、モータ電流検出器４２が異常であると判定する。異常検出部３０の構成には複数の実施例がある。以下、順次説明する。
【実施例】  ［第１の実施例］
異常検出部３０の第１の実施例は、電流指令値Ｉｒから推定演算されたモータ電流推定値Ｉｅ及び検出されたモータ電流検出値ｉｄをそのまま使用するものである。
モータ電流推定器３１は、所定の周期ｔでサンプリングした操舵トルク値に基づいて演算された電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算し、モータ電流検出器４２は、所定の周期ｔでモータ電流をサンプリングしてモータ電流検出値ｉｄを求める。
異常判定器３２は、前記モータ電流推定値Ｉｅとモータ電流検出値ｉｄの差の絶対値Δｊ（＝｜Ｉｅ−ｉｄ｜）を演算する。そして差の絶対値Δｊが予め設定された第１の所定時間である所定の回数計測時間Ｔ内に所定のしきい値Ｓを越えた回数ｎを計数し、さらに前記しきい値Ｓを越えた回数ｎについて、第２の所定時間である所定期間Ｕ内の累積値Ｎを計数する。そして累積値Ｎが所定の異常判定基準回数Ｚを越えたとき、モータ電流検出器４２は異常であると判定する。
＊第１実施例の数値例＊
・サンプリング周期ｔ：１ｍｓ
・差の絶対値Δｊ（＝｜Ｉｅ−ｉｄ｜）がしきい値Ｓを越えた回数を計測する回数計測時間Ｔ：２０ｍｓ
・しきい値Ｓ：１０Ａ（アンペア）
・回数ｎの累積値Ｎを求める所定期間Ｕ：２００ｍｓ
・異常判定基準回数Ｚ：１０回
第１実施例では、差の絶対値Δｊ（＝｜Ｉｅ−ｉｄ｜）が所定の回数計測時間Ｔ（＝２０ｍｓ）内に所定のしきい値Ｓ（＝１０Ａ）を越えた回数ｎを計数し、さらに所定期間Ｕ内（＝２００ｍｓ）における回数ｎの累積値Ｎを求めている。すなわち、差の絶対値Δｊがしきい値Ｓを越えた回数ｎを計数する期間を短くし、その回数ｎの累積値Ｎから異常判定を行っている。異常判定は、比較的長期間である期間Ｕにおけるしきい値Ｓを越えた回数に基づいて異常判定を行うのであるが、初めから長期間Ｕを設定してしきい値Ｓを越えた回数を計数すると期間Ｕの時間経過を待つから、異常判定までに長期間を要するが、回数ｎとその累積値Ｎを計数するようにすれば、最小の遅れ時間で異常判定を行うことができるからである。
［第２の実施例］
異常検出部３０の第２の実施例も、電流指令値Ｉｒから推定演算されたモータ電流推定値Ｉｅ及び検出されたモータ電流検出値ｉｄをそのまま使用するものであるが、処理及び判定の方法が第１の実施例と相違する。
モータ電流推定器３１は、所定の周期ｔでサンプリングした操舵トルク値に基づいて演算された電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算し、モータ電流検出器４２は、所定の周期ｔでモータ電流をサンプリングしてモータ電流検出値ｉｄを求める。
異常判定器３２は前記モータ電流推定値Ｉｅが予め設定された所定の回数計測時間Ｔ１内に所定のしきい値Ｓ１を越えた回数ｎ１を計数し、また、モータ電流検出値ｉｄが予め設定された所定の回数計測時間Ｔ２内に所定のしきい値Ｓ２を越えた回数ｎ２を計数する。そして、前記回数ｎ１とｎ２との差の絶対値Δｊ（＝｜ｎ１−ｎ２｜）を演算し、差の絶対値Δｊが所定の異常判定基準回数Ｚを越えたとき、モータ電流検出器４２は異常であると判定する。
＊第２実施例の数値例＊
・サンプリング周期ｔ：１ｍｓ
・モータ電流推定値Ｉｅがしきい値Ｓ１を越えた回数を計測する回数計測時間Ｔ１：１０００ｍｓ
・しきい値Ｓ１：１０Ａ（アンペア）
・モータ電流検出値ｉｄがしきい値Ｓ２を越えた回数を計測する回数計測時間Ｔ２：１０００ｍｓ
・しきい値Ｓ２：１０Ａ（アンペア）
・異常判定基準回数Ｚ：２００回
第２実施例では、モータ電流推定値Ｉｅが回数計測時間Ｔ１（＝１０００ｍｓ）内にしきい値Ｓ１を越えた回数ｎ１と、モータ電流検出値ｉｄが回数計測時間Ｔ２（＝１０００ｍｓ）内にしきい値Ｓ２を越えた回数ｎ２を求め、差の絶対値Δｊ（＝｜ｎ１−ｎ２｜）が異常判定基準回数Ｚを越えたとき異常と判定するもので、比較的長期間をかけて異常判定を確実に行うことができる。
［第３の実施例］
異常検出部の第３の実施例は、モータ電流推定値Ｉｅの微分値とモータ電流検出値ｉｄの微分値を使用するものである。
モータ電流推定器３１は、所定の周期ｔでサンプリングした操舵トルク値に基づいて演算された電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算し、その微分値ｄＩｅを演算する。モータ電流検出器４２は、所定の周期ｔでモータ電流をサンプリングしてモータ電流検出値ｉｄを求め、その微分値ｄｉｄを演算する。
異常判定器３２は、前記したモータ電流推定値の微分値ｄＩｅが予め設定された所定の回数計測時間Ｔ１内に所定のしきい値Ｓ１を越えた回数ｎ１を計数し、また、モータ電流検出値の微分値ｄｉｄが予め設定された所定の回数計測時間Ｔ２内に所定のしきい値Ｓ２を越えた回数ｎ２を計数する。そして、前記回数ｎ１とｎ２との差の絶対値Δｊ（＝｜ｎ１−ｎ２｜）を演算し、差の絶対値Δｊが所定の異常判定基準回数Ｚを越えたとき、モータ電流検出器４２は異常であると判定する。
＊第３実施例の数値例＊
・サンプリング周期ｔ：１ｍｓ
・モータ電流推定値の微分値ｄＩｅがしきい値Ｓ１を越えた回数を計測する回数計測時間Ｔ１：２００ｍｓ
・しきい値Ｓ１：１０Ａ（アンペア）
・モータ電流検出値の微分値ｄｉｄがしきい値Ｓ２を越えた回数を計測する回数計測時間Ｔ２：２００ｍｓ
・しきい値Ｓ２：１０Ａ（アンペア）
・異常判定基準回数Ｚ：１０回
［第４の実施例］
異常検出部３０の第４の実施例も、モータ電流推定値Ｉｅの微分値とモータ電流検出値ｉｄの微分値を使用するものであるが、処理及び判定の方法が第３の実施例と相違する。
モータ電流推定器３１は、所定の周期ｔでサンプリングした操舵トルク値に基づいて演算された電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算し、その微分値ｄＩｅを演算する。またモータ電流検出器４２は、所定の周期ｔでモータ電流をサンプリングしてモータ電流検出値ｉｄを求め、その微分値ｄｉｄを演算する。
異常判定器３２は、モータ電流検出値の微分値ｄｉｄが所定のしきい値Ｓ１未満の場合は第１カウンタに１を加算してその回数を計数し、モータ電流検出値の微分値ｄｉｄが所定のしきい値Ｓ１以上の場合は第１カウンタの計数内容を０にリセットする。
第１カウンタの計数値が所定の回数計測時間Ｔ１以内に所定値以上になった時点からモータ電流推定値の微分値ｄＩｅを監視し、モータ電流推定値の微分値ｄＩｅが所定のしきい値Ｓ２を越える場合は第２カウンタに１を加算してその回数を計数する。このとき、第１カウンタの計数値が所定値末満又はモータ電流推定値の微分値ｄＩｅが所定の値未満の場合は、第２カウンタの計数値の更新は行なわない。
所定の回数計測時間Ｔ２以内に第２カウンタの計数値が所定の回数を越えた場合、モータ電流検出器４２は異常であると判定する。
第１カウンタは、モータ電流検出値が変化しないことを確認するためのカウンタであり、第２カウンタは第１カウンタにより確認されたモータ電流検出値が所定の時間の範囲内において所定値以下の変化しか示さないときに、モータ電流推定値が大きく変化することを確認するためのカウンタである。
＊第４実施例の数値例＊
・モータ電流検出値の微分値ｄｉｄがしきい値Ｓ１未満である回数を第１カウンタで計数する回数計測時間Ｔ１：２００ｍｓ
・しきい値Ｓ１：１０Ａ（アンペア）
・サンプリング周期ｔ：１ｍｓ
・モータ電流推定値の微分値ｄＩｅがしきい値Ｓ２を越えた回数を第２カウンタで計数する回数計測時間Ｔ２：２００ｍｓ
・しきい値Ｓ２：１０Ａ（アンペア）
・異常判定基準回数Ｚ：１０回
［第５の実施例］
異常検出部３０の第５の実施例も、モータ電流推定値Ｉｅの微分値とモータ電流検出値ｉｄの微分値を使用するものであるが、処理及び判定の方法が第４の実施例と相違する。
モータ電流推定器３１は、所定の周期ｔでサンプリングした操舵トルク値に基づいて演算された電流指令値Ｉｒに基づいてモータ電流推定値Ｉｅを演算し、その微分値ｄＩｅを演算する。またモータ電流検出器４２は、所定の周期ｔでモータ電流をサンプリングしてモータ電流検出値ｉｄを求め、その微分値ｄｉｄを演算する。
異常判定器３２は、モータ電流推定値の微分値ｄＩｅが所定のしきい値Ｓ１未満の場合は第１カウンタに１を加算してその回数を計数し、モータ電流推定値の微分値ｄＩｅが所定のしきい値Ｓ１以上の場合は第１カウンタの計数内容を０にリセットする。
第１カウンタの計数値が所定の回数計測時間Ｔ１以内に所定値以上になった時点からモータ電流検出値の微分値ｄｉｄを監視し、モータ電流検出値の微分値ｄｉｄが所定のしきい値Ｓ２を越える場合は第２カウンタに１を加算してその回数を計数する。このとき、第１カウンタの計数値が所定値未満又はモータ電流検出値の微分値ｄｉｄが所定の値未満の場合は、第２カウンタの計数値の更新は行なわない。
所定の回数計測時間Ｔ２以内に第２カウンタの計数値が所定の回数を越えた場合、モータ電流検出器４２は異常であると判定する。
第１カウンタは、モータ電流推定値が変化しないことを確認するためのカウンタであり、第２カウンタは第１カウンタにより確認されたモータ電流推定値が所定の時間の範囲内において所定値以下の変化しか示さないときに、モータ電流検出値が大きく変化することを確認するためのカウンタである。
＊第５実施例の数値例＊
・モータ電流推定値の微分値ｄＩｅがしきい値Ｓ１未満である回数を第１カウンタで計数する回数計測時間Ｔ１：１００ｍｓ
・しきい値Ｓ１：１０Ａ（アンペア）
・サンプリング周期ｔ：１ｍｓ
・モータ電流検出値の微分値ｄｉｄがしきい値Ｓ２を越えた回数を第２カウンタで計数する回数計測時間Ｔ２：１００ｍｓ
・しきい値Ｓ２：４０Ａ（アンペア）
・異常判定基準回数Ｚ：１０回
第３、第４及び第５の実施例は、モータ電流推定値Ｉｅの微分値とモータ電流検出値ｉｄの微分値を使用するもので、微分値を使用することで、変化の状態を迅速確実に捉えることができる。
以上説明したこの発明の実施の形態では、異常検出部３０によりモータ電流検出器４２の異常が判定されたときは、モータ駆動回路４１に異常検出信号を出力する。モータ駆動回路４１はこの異常検出信号に応答してモータ駆動信号を遮断し、或いはモータ電源を遮断する。これにより、モータによる操舵補助は中止され、マニュアル操舵となるが、不測の事故を未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】  この発明では、電流指令値に基づいて推定したモータ電流推定値とモータ電流検出値との差が予め設定した所定のしきい値を越えた回数に基づいてモータ電流検出器の故障を判定するもので、モータ電流検出器の故障を正確に検出することができ、安全性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図１】
2005105548.tif 000011
【図２】
2005105548.tif 000012
【図３】
2005105548.tif 000013
【図４】
2005105548.tif 000014
【図５】
2005105548.tif 000015
【国際調査報告】
2005105548.tif 000016
2005105548.tif 000017
2005105548.tif 000018
2005105548.tif 000019