(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵系に連結され操舵補助トルクを発生する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出し前記電動機の制御に使用する制御用信号、及びこの制御用信号から独立し、該信号を監視するための監視用信号を出力するトルクセンサと、このトルクセンサから出力される各信号に基づいて前記電動機を駆動する指令を出力する制御手段とを備えた電動式パワーステアリングの制御装置において、
前記トルクセンサから出力される監視用信号に基づいて右回転方向信号、及び左回転方向信号を作成する手段と、
前記右回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ右回転方向異常検出回路と、
前記左回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ左回転方向異常検出回路とを備え、
前記右回転方向異常検出回路は、前記右回転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を出力し、
前記左回転方向異常検出回路は、前記左回転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を出力し、
前記制御手段は、当該電動式パワーステアリングの制御装置の始動時に、前記右回転方向異常検出回路及び左回転方向異常検出回路の各しきい値を回路的に変化させることにより強制的に異常状態を発生させると共に、その状態で前記電動機を駆動して電動機電流を調べることで、前記各異常検出回路を自己診断することを特徴とする電動式パワーステアリングの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の出力で操舵力を補助するようにした電動式パワーステアリングの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動式パワーステアリングの制御装置は、操舵トルク制御のためのトルクセンサを設け、このトルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた補助トルクをモータより発生させ、ステアリングシャフトにその補助トルクを伝達し、運転者のハンドル操舵力を軽減させる構成としている。
【０００３】
この補助トルクが、制御装置の何らかの故障により運転者の操舵しようとする方向と違う方向に働くと不都合であるので、その回避策として、トルクセンサ入力に応じた方向信号と、制御装置のＣＰＵが出力する方向信号とのアンド回路により方向異常検出を行い、異常検出した場合、操舵補助を止める方法が知られている。
【０００４】
また、トルクセンサの信頼性を高めるために、トルクセンサ入力を２重系とし、モータ制御に使用するトルクセンサと、モータ制御には使用しない比較・監視用のトルクセンサとを設け、一方のトルクセンサ信号ともう一方のトルクセンサ信号とを比較することにより、いずれか一方のトルクセンサが故障しても、それを検出できるようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の制御装置においても、トルクセンサ入力は正常であっても、制御を司るＣＰＵが何らかの故障を起こし、操舵補助トルクの出力方向の判別ができなくなるような故障時には、運転者の意志とは関係のない方向に操舵補助してしまう虞がある。また、トルクセンサ入力が２重系となっていても、制御入力として使用するトルクセンサが故障した場合、運転者の意志とは関係のない方向に操舵補助してしまう。
従来、前記のような制御用信号と監視用信号とのＣＰＵによる比較による異常検出に依存し過ぎの傾向にあり、上記のような故障モードの両方に対応し得る、方向異常検出の技術は未だ提案されていない。
また、上記のような異常検出回路自身の異常を判断する技術も提案されていない。
【０００６】
本発明は、上述したような問題点に着目してなされたもので、制御手段を成すＣＰＵに依存した制御用信号と監視用信号の比較による異常検出とは独立に、監視用信号を使用して回路的に方向異常検出を行い、制御の信頼性向上を図り、また、本装置の始動時に方向異常検出回路自身の故障診断を行い、方向異常検出機能の信頼性向上を図った電動式パワーステアリングの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、操舵系に連結され操舵補助トルクを発生する電動機と、操舵系の操舵トルクを検出し電動機の制御に使用する制御用信号、及びこの制御用信号から独立し、該信号を監視するための監視用信号を出力するトルクセンサと、このトルクセンサから出力される各信号に基づいて電動機を駆動する指令を出力する制御手段とを備えた電動式パワーステアリングの制御装置において、トルクセンサから出力される監視用信号に基づいて右回転方向信号、及び左回転方向信号を作成する手段と、右回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ右回転方向異常検出回路と、左回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ左回転方向異常検出回路とを備え、右回転方向異常検出回路は、前記右回転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を出力し、左回転方向異常検出回路は、左回転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を出力し、制御手段は、当該電動式パワーステアリングの制御装置の始動時に、右回転方向異常検出回路及び左回転方向異常検出回路の各しきい値を回路的に変化させることにより強制的に異常状態を発生させると共に、その状態で電動機を駆動して電動機電流を調べることで、各異常検出回路を自己診断するものである。
【００１０】
この構成においては、それぞれの回転方向異常検出回路のしきい値を本制御装置の始動時に、制御手段からの出力指令により強制的に変更し、異常状態を発生させ、その状態で電動機を駆動して電動機電流を調べる。この時に電動機電流が流れると、それぞれの回転方向異常検出回路が異常であると考えられる。こうして、回転方向異常検出回路の自己診断が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動式パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は電動式パワーステアリング装置の全体構成を示す。ステアリングホイール１（ハンドル）は、操舵系を構成するコラムシャフト中に介在させたコラムギヤ７、さらにはラックアンドピニオン２を介してタイロッド３に連結され、このタイロッド３には車輪４が連結されている。パワーステアリング装置のコントロール装置５（ＥＣＵ）は、操舵系の操舵トルク（こではコラムギヤ７の軸のねじれ）を検出する操舵トルクセンサ１１及び車速を検出する車速センサ１２からの各検出信号に基づいて、操舵系に連結され操舵補助トルクを発生するモータ６の駆動を制御する。運転者がステアリングホイール１を回転操作して、上記操舵系を介して車輪４の操舵角を切り替える動作に伴い、コントロール装置５はモータ６を駆動してコラムギヤ７部分で操舵アシストトルクを与える。コントロール装置５にはバッテリ８から電源が供給される。
【００１２】
図２は、コントロール装置５により制御される、操舵トルクセンサ１１の検出値に対するモータ駆動電流（操舵アシストトルク）の関係を示す。同じ操舵トルクに対して、車速Ｖｓが遅い程、モータ駆動電流を大きくして操舵アシストを大きくしている。
【００１３】
図３は、コントロール装置５（ＥＣＵ）の具体回路を示す。コントロール装置５は、パワーステアリング制御とフェールセーフ制御などの自己診断制御を司るＣＰＵ１５を有している。ＣＰＵ１５は、下記のような各種の周辺回路を備えている。
イグニション電源１６は、イグニション１７のＯＮによりバッテリ８から電源供給を受け、ＣＰＵ電源１８に電源を供給する。ＣＰＵ電圧監視回路１８はＣＰＵ電源１８の電圧を監視するためのものである。ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）回路２０は、ＣＰＵ１５の暴走を検出するためのもので、ＣＰＵ１５は、装置の始動時に、ウォッチドッグタイマ回路２０のリフレッシュパルスを止めることで、ＣＰＵ１５のリセットが正常に作動することを自己診断する（詳細は後述）。
【００１４】
また、制御回路２５（制御手段）は、ＣＰＵ１５からの指令に基づいてモータ駆動回路２６を制御するものであり、論理出力回路２７やＦＥＴ駆動回路（ゲート駆動回路）２８が含まれる。モータ駆動回路２６は、モータ６の駆動を制御するＦＥＴのＨ型ブリッジ回路から成る。モータ駆動回路２６には、バッテリ８からフェールセーフパワーリレー回路２９（以下、リレー回路という）を介してモータ駆動のための電源供給が制御される。このリレー回路２９はＣＰＵ１５からの指示によりパワーリレー駆動回路３０を介して駆動される。ＣＰＵは、始動時に、リレー回路２９のＯＮ／ＯＦＦの各状態において、モータ駆動回路２６を強制駆動することにより、リレー回路２９が溶着故障又はオープン故障を起こしていないことを自己診断する。方向異常検出回路３１は、操舵トルクセンサ１１のサブトルク信号とＣＰＵ１５からの指令に基づいて、アシスト操舵方向が異常でないかを判定して、異常である場合に、アシストを禁止するように作用するものである。この詳細は後述する。
【００１５】
また、モータ電流検出回路３２は、制御用／フェールセーフ用としてモータ電流を検出するものであり、フェールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ１５は、始動時に、モータ駆動回路２６を強制駆動することによりモータ電流検出回路３２が正常に作動することを自己診断する。過電流検出回路３３は、モータ駆動電流の過電流を検出するためのもので、ＣＰＵ１５は、始動時に、過電流検出回路３３にＣＰＵ１５より過電流レベル電圧を注入することにより、過電流検出回路３３が正常に作動することを自己診断する。
【００１６】
また、トルク入力アンプ回路４０は、制御用／フェールセーフ用として操舵トルクセンサ１１からのトルク検出値をＣＰＵ１５に入力するためのもので、メイントルク入力アンプ回路４１（２倍）、メイントルク入力アンプ回路４２（微分）、サブトルク入力アンプ４３を含む。これらトルク入力アンプ回路４０は、フェールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ１５は、始動時に、トルク入力アンプ回路４０の出力のオフセット電圧を確認することにより、トルク入力アンプ回路４０に異常がないことを自己診断する。なお、ＣＰＵ１５はＡ／Ｄ変換器を内蔵している。
【００１７】
図４は方向異常検出のための要部回路構成を示し、図５は方向異常検出回路の構成を示す。上記方向異常検出回路３１は、右回転方向異常検出回路３１Ｒと、左回転方向異常検出回路３１Ｌとから成る。ＣＰＵ１５には、操舵トルクセンサ１１のメイントルク検出信号がメイントルク入力アンプ回路４１又は４２（図３）を介して入力され、各異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌには、操舵トルクセンサ１１のサブトルク検出信号がサブトルク入力アンプ４３（図３）を介して入力される。
ＣＰＵ１５は、メイントルク検出信号に応じて右方向指令または左方向指令をゲート駆動回路２８に出力する。ゲート駆動回路２８は、モータ駆動回路２６内のＨ型ブリッジ接続のＦＥＴのゲートＧ１〜Ｇ４に印加する電圧を制御してＦＥＴの導通を制御し、モータ６に右方向又は左方向駆動のための電流を流す。各方向異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌの出力端はそれぞれゲートＧ３，Ｇ４に接続され、異常検出時にＦＥＴの導通を阻止して、モータ６に誤った電流が流れないようにするものである。なお、モータ駆動回路２６のブリッジ構成のＦＥＴは、モータ６を左方向回転駆動時に電流が流れる素子をＳＷで表示し、他の素子を×で表示している。ゲートＧ３，Ｇ４はいずれもグランド側のＦＥＴのゲートである。
【００１８】
上記メイントルク入力アンプ回路４１又は４２からのメイントルク検出信号は、モータの制御に使用する制御用信号とし、サブトルク入力アンプ４３からのサブトルク検出信号は、上記制御用信号から独立したものであって、該信号を監視するための監視用信号とする。監視用のサブトルク検出信号には、右回転方向信号、又は左回転方向信号が含まれる。右回転方向異常検出回路３１Ｒは、右回転方向信号を入力とし、所定のしきい値を持ち、右回転方向信号がしきい値を越えた場合に、異常検出信号を発生し、ＣＰＵ１５からの出力指令に拘らず、モータの右回転方向駆動を止めるものである。左回転方向異常検出回路３１Ｒは、左回転方向信号を入力とし、所定のしきい値を持ち、左回転方向信号がしきい値を越えた場合に、異常検出信号を発生し、ＣＰＵ１５からの出力指令に拘らず、モータの左回転方向駆動を止めるものである。
【００１９】
また、正常動作でＣＰＵ１５が右回転方向指令時に、右回転方向異常検出回路３１Ｒはハイインピーダンス出力となり、左回転方向異常検出回路３１Ｌはロー出力となり、異常動作時には、各出力が反転するように構成されている。また、正常動作でＣＰＵ１５が左回転方向指令時に、左回転方向異常検出回路３１Ｌはハイインピーダンス出力となり、右回転方向異常検出回路３１Ｒはロー出力となり、異常動作時には、各出力が反転するように構成されている。
【００２０】
さらにまた、ＣＰＵ１５は、電動式パワーステアリングの制御装置の始動時に、右回転方向異常検出回路３１Ｒ及び左回転方向異常検出回路３１Ｌの各しきい値を回路的に変化させることにより強制的に異常状態を発生させ、その状態でモータを駆動してモータ電流を調べることで、各異常検出回路を自己診断する機能を持つ。そして、各異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれ図５（ａ）（ｂ）に示されるように、オペアンプを用いた非反転、反転のコンパレータで構成され、しきい値はＣＰＵ１５からの信号ＰＡ５，ＰＡ４により、通常時と自己診断時とで回路的に変更できるようになっている。
【００２１】
図６には、通常時と自己診断時のＣＰＵ１５からの信号ＰＡ５，ＰＡ４の状態を示している。図７（ａ）には操舵トルクに対するサブトルク検出値の関係を示し、（ｂ）には操舵トルクに対する右回転方向異常検出回路３１Ｒの出力（Ｇ３）を示し、（ｃ）には操舵トルクに対する左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力（Ｇ４）を示す。出力がハイインピーダンス時にモータ電流を流せるように作用する。
【００２２】
次に、上記構成における方向異常検出動作を説明する。図４は、ＣＰＵ１５が左回転方向指令を出力している時の正常／異常の動作を示している。まず、正常時には、メイントルク入力に応じて、ＣＰＵ１５が左回転方向に出力指令しているとき、サブトルク入力により左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力はハイインピーダンス（Ｚ）、右回転方向異常検出回路３１Ｒの出力はローレベル（Ｌ）となっている。従って、Ｈ型ブリッジのゲート駆動がＣＰＵ１５の指令通りに働き、左回転方向のモータ電流が流れる。異常時には、メイントルク検出信号又はＣＰＵ１５の異常で、反対方向（すなわち右方向）に出力指令をしたとき、サブトルク入力により左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力はローレベル（Ｌ）、右回転方向異常検出回路３１Ｒの出力はハイインピーダンス（Ｚ）となる。従って、Ｈ型ブリッジのゲート駆動が全てＯＦＦ状態となるため、モータ電流が流れない。なお、右回転方向指令を出力している時の動作も同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
次に、ＣＰＵ１５による始動時の自己診断動作について図８のフローチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１５は、電動式パワーステアリングの制御装置の始動時に、右回転方向異常検出回路３１Ｒ（右側回路）及び左回転方向異常検出回路３１Ｌ（左側回路）の各しきい値を決めるための信号ＰＡ５，ＰＡ４（診断出力に相当）を、図６の自己診断時のようにＨＩＧＨ，ＬＯＷに設定し（＃１，＃２）、これにより、異常検出回路出力を強制的に異常状態とする。その状態でモータを右側回転駆動し（＃３）、モータ電流を検出する（＃４）。このとき、モータ電流が検出されると、異常検出回路が異常であると判断する（＃１１）。モータ電流が検出されなければ、今度は左側回転駆動し（＃５）、モータ電流を検出する（＃６）。このとき、モータ電流が検出されると、異常検出回路が異常であると判断する（＃１１）。モータ電流が検出されなければ、各異常検出回路は正常であると判断し（＃７）、駆動を終了し（＃８）、通常に戻すために、右側回路診断用出力をＬＯＷ（＃９）、左側回路診断用出力をＨＩＧＨとし（＃１０）、自己診断を終了する。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られず種々の変形が可能であり、例えば、右回転方向異常検出回路３１Ｒ及び左回転方向異常検出回路３１Ｌの回路構成は適宜に変更したものを採用し得る。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、制御装置の始動時に回転方向異常検出回路自身の故障検出を行うようにしたので、その信頼性をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による電動式パワーステアリング装置の全体構成図。
【図２】  操舵トルクセンサの検出値に対するモータ駆動電流の関係図。
【図３】  コントロール装置の具体回路を示す図。
【図４】  方向異常検出のための要部回路構成図。
【図５】  方向異常検出回路の構成を示す図。
【図６】  通常時と自己診断時のＣＰＵからの信号の状態を示す図。
【図７】  （ａ）は操舵トルクに対するサブトルク検出値の関係図、（ｂ）は操舵トルクに対する右回転方向異常検出回路の出力を示す図、（ｃ）は操舵トルクに対する左回転方向異常検出回路の出力を示す図。
【図８】  始動時の自己診断動作についてフローチャート図。
【符号の説明】
５    コントロール装置
１１  操舵トルクセンサ
１５  ＣＰＵ（制御手段）
２６  モータ駆動回路
３１Ｒ  右方向異常検出回路
３１Ｌ  左方向異常検出回路
４１  メイントルク入力アンプ
４２  メイントルク入力アンプ
４３  サブトルク入力アンプ
【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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