JP4021186B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
【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に関し、特にモータ電流検出手段の故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行う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5に示して説明すると、操向ハンドル1の軸2は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。
【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6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。
【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。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、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のモータ電流値iはモータ電流検出手段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と共に、異常検出手段33に入力される。
【0006】
異常検出手段33は、モータ電流検出手段38の故障や経年変化等によるオフセットの異常を検出すると共に、異常が検出された時にアラームを出力してステアリング制御を停止している。また、モータ駆動回路37には、ON/OFF制御されるスイッチSW1(例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ)を介してバッテリ14から電力が供給されている。
【0007】
また、モータ駆動回路37の構成例を図7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372、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371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20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D2も100%に達した以降、PWM信号の符合により決定されるモータ20の回転方向に応じてON/OFFされる。
【0008】
また、モータ20には、モータ20への電流の流入を遮断するためにON/OFF制御されるスイッチSW2(例えばトランジスタ等で成る電子スイッチ)が接続されている。Hブリッジ回路には電流検出用の極めて小抵抗値の抵抗Rが接地されており、この抵抗Rにモータ電流検出手段(例えば高ゲインの差動増幅器)38が接続されている。
【0009】
このような電動パワーステアリング装置は、モータ電流検出手段38の故障或いは経年変化等によるオフセットにより操舵フィーリングが低下する可能性がある。そのため、従来はイグニションキー11のON時の初期診断(電気系の故障チェック)において、モータ電流を0とする時のモータ電流検出手段38の出力電流を検出し、その検出値を補正値として予め記憶しておき、その補正値を実際の電流検出値に加算することで、精度の高い操舵フィーリングを実現していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本来故障やある一定以上のオフセットが発生した場合は異常検出手段33がフェールとして検出し、システムを停止する必要がある。そのため、従来異常検出手段33はある値以上のオフセット値を検出した場合、フェールとして検出してシステムを停止している。この場合、例えばイグニションキー11のON時に、特にモータ電流検出手段38の前段に外乱ノイズが侵入すると、モータ電流検出手段38はゲインの高い増幅器(差動増幅器)を使用しているため、その出力にノイズがオフセット値として現れてしまい、故障が発生していないにも拘わらず、ノイズによる影響によりフェールとして誤判定する可能性があった。つまり、従来は外乱ノイズであってもモータ電流検出手段38の故障若しくはオフセットの異常と判定してしまい、システムを停止してしまっていた。
【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、モータ電流検出手段の故障や経年変化等によるオフセットと外乱ノイズとの区別を確実に行い、外乱ノイズが侵入してもシステムを停止しない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。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵トルク車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出手段で検出されたモータ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モータを制御する制御手段を有し、前記電流制御値に基づき半導体素子4個で成るHブリッジ回路で前記モータを駆動すると共に、前記Hブリッジ回路に第1スイッチを介して電力を供給し、前記Hブリッジ回路に第2スイッチを介して前記モータを接続した構成となっており、前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段を具備した電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記電流制御値が0で、前記第1スイッチ及び第2スイッチ並びに前記4個の半導体素子のON/OFFの組合せに対して、前記モータ電流検出手段の対接地インピーダンスが最低となる検出組合せをメモリに記憶しておき、前記異常検出手段の作動時に前記検出組合せを前記メモリから読出して前記第1スイッチ及び第2スイッチ並びに前記4個の半導体素子をON/OFFして前記モータ電流検出手段の異常を検出するチェック機能を設けることによって達成される。
【0013】
また、本発明の上記目的は、前記チェック機能がイグニションキーがONされる毎に動作することによって、或いは前記チェック機能が、前記検出組合せを予め前記メモリに記憶しておき、イグニションキーがONされる毎に前記メモリから前記検出組合せを読出すことによって、或いは対接地インピーダンスが最低となる前記検出組合せであり、且つ電流制御値が0の場合の前記モータ電流検出手段の検出値を補正値として、実際の電流検出値に加算することによって、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、スイッチSW1,SW2及びHブリッジ回路のFET1〜FET4を必要に応じてON又はOFFさせ、その組合せの中でモータ電流検出手段の対接地抵抗を最小にするON/OFFの組合せを検出し、その組合せ時のモータ電流を実際のモータ電流に加算する機能を設けている。このため、ソフト的な手法で、コストアップなしに外乱ノイズによるフェールの誤判定を減少させることができる。モータ電流検出手段の対接地抵抗が最小の時に、外乱ノイズの影響が電圧として最小になることを利用している。
【0015】
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【0016】
本発明では、図7に対応させて示す図1のように、抵抗Rに対接地インピーダンスを測定するインピーダンス測定器40を接続すると共に、スイッチSW1,SW2及びFET1〜FET4をON/OFF制御するON/OFF制御部373を設ける。図1では、例えば信号SG1がスイッチSW1をON/OFFし、信号SG2がスイッチSW2をON/OFFし、信号ST1がFET1をON/OFFし、信号ST2がFET2をON/OFFし、信号ST3がFET3をON/OFFし、信号ST4がFET4をON/OFFするようになっている。また、ON/OFF制御部373によるスイッチSW1,SW2及びFET1〜FET4のON/OFF状態、インピーダンス測定器40からのインピーダンス値を記憶するためのメモリ41が設けられている。
【0017】
このような構成において、図2を参照してその動作を説明する。
【0018】
先ずON/OFF制御部373は、スイッチSW1,SW2及びブリッジ回路のFET1〜FET4を順次ON/OFF制御する(ステップS1)。スイッチSW1,SW2及びFET1〜FET4のON/OFF制御は、図3に示すように全てのON/OFFの組合せについて行われ、その時の各状態についてインピーダンス測定器40で対接地インピーダンス[mΩ]が測定されると共に(ステップS2)、インピーダンス及びON/OFF状態がメモリ41に記憶される(ステップS3)。このようなON/OFF制御が全ての組合せについて実行され(ステップS4)、全ての組合せについて実行された後にメモリ41を検索し、記憶されているインピーダンス値から最小インピーダンスを検出し(ステップS5)、その最小インピーダンス時のON/OFF状態を検出組合せとしてメモリ41に図4に示すように記憶する(ステップS6)。
【0019】
そして、例えばイグニションキーがONされた時に(ステップS10)、予め記憶されている最小インピーダンスとなるSW1,SW2及びFET1〜FET4のON/OFF状態(検出組合せ)をメモリ41から読出し(ステップS11)、この検出組合せのON/OFF状態に従って、ON/OFF制御部373はスイッチSW1,SW2及びFET1〜FET4をON/OFF制御する(ステップS12)。この状態においてモータ電流検出手段38はモータ電流iを検出し(ステップS13)、異常検出手段33はこのモータ電流iが異常か否かを判定する(ステップS14)。異常でなければこの時のモータ電流iをメモリ41に記憶し(ステップS15)、実際のモータ制御時に実モータ電流に加算する(ステップS16)。この加算され補正された電流値が操舵補助指令値に加算される。上記ステップS14で異常と判定された場合には、システムの動作停止となる。
【0020】
上述では検出組合せを予めメモリに記憶しておき、イグニションキーがONされた時にメモリから検出組合せを読出してモータ電流を検出するようにしているが、イグニションキーがONされる毎に検出組合せを求めるようにしても良い。
【0021】
また、予め最低となる組合せを検査しておき、その組合せによってチェックするようにプログラムしておいても良い。更に、第2スイッチを持たない回路構成においても、それ以外のスイッチ素子の組合せで実現させても良いことはいうまでもない。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではスイッチSW1,SW2,FET1〜FET4を必要に応じてON又はOFFさせ、その組合せの中で実現できるモータ電流検出手段の前段の接地間抵抗を最小にするON/OFF状態を検出してチェックする機能を有している。このため、全てをソフト的に構成することができ、コストアップなしに外乱ノイズによるフェールの誤判定を著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成例を示す構成図である。
【図2】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図3】本発明を説明するための図である。
【図4】本発明を説明するための図である。
【図5】電動パワーステアリング装置の一例を示す図である。
【図6】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7】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【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 位相補償部
32 操舵補助指令値演算器
33 異常検出手段
37 モータ駆動回路
38 モータ電流検出手段
40 インピーダンス測定器
41 メモリ
373 ON/OFF制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that applies a steering assist force by a motor to a steering system of an automobile or a vehicle, and in particular, reliably distinguishes between offset and disturbance noise due to failure of the motor current detection means or aging. The present invention relates to an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
An electric power steering device for energizing an automobile or vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor is an auxiliary load applied to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It comes to be energized. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the current control value and the motor current detection value becomes small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by a PWM (pulse width modulation) control duty. This is done by adjusting the tee ratio.
[0003]
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 5. The
[0004]
The
[0005]
The function and operation of the
[0006]
The abnormality detection means 33 detects an offset abnormality due to a failure of the motor current detection means 38 or a secular change and outputs an alarm when the abnormality is detected to stop the steering control. The
[0007]
Further, the configuration example of the
[0008]
The
[0009]
In such an electric power steering apparatus, there is a possibility that the steering feeling is lowered due to an offset due to a failure of the motor current detecting means 38 or a secular change. Therefore, conventionally, in the initial diagnosis (electrical system failure check) when the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an inherent failure or a certain offset or more occurs, the abnormality detection means 33 detects it as a failure and it is necessary to stop the system. For this reason, when the conventional abnormality detection means 33 detects an offset value greater than a certain value, it detects it as a failure and stops the system. In this case, for example, when disturbance noise intrudes in front of the motor current detecting means 38 when the
[0011]
The present invention has been made under the circumstances as described above, and the object of the present invention is to reliably distinguish between offset and disturbance noise due to failure of the motor current detection means, aging, etc. It is another object of the present invention to provide an electric power steering device that does not stop the system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a steering assist force to the steering mechanism based on the current control value calculated from the steering assist command value calculated by the calculating means based on the steering torque vehicle speed and the motor current value detected by the motor current detecting means. Control means for controlling the motor to be applied, driving the motor with an H bridge circuit composed of four semiconductor elements based on the current control value, and supplying power to the H bridge circuit via a first switch; The present invention relates to an electric power steering apparatus having an abnormality detection means for detecting an abnormality of the motor current detection means, wherein the motor is connected to the H bridge circuit via a second switch. The purpose is that the current control value is 0, the ON / OFF combination of the first switch, the second switch, and the four semiconductor elements is Stores the detected combination of impedance to ground of the motor current detecting means becomes a minimum in the memory, the abnormality the said detection combinations during operation of the detecting means reads from the memory the first switch and the second switch and the four This is accomplished by providing a check function for detecting an abnormality of the motor current detecting means by turning on / off the semiconductor element.
[0013]
Further, the above object of the present invention is to operate the check function every time the ignition key is turned on, or the check function stores the detected combination in the memory in advance and the ignition key is turned on. Each time the detection combination is read out from the memory , or the detection combination with the lowest grounding impedance and the current control value is 0, the detection value of the motor current detection means is used as the correction value. This is achieved more effectively by adding to the actual current detection value.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the switches SW1 and SW2 and the FET1 to FET4 of the H bridge circuit are turned on or off as necessary, and the combination of ON / OFF that minimizes the resistance to ground of the motor current detection means is detected. A function of adding the motor current at the time of the combination to the actual motor current is provided. For this reason, it is possible to reduce an erroneous determination of failure due to disturbance noise without increasing the cost by a software method. This utilizes the fact that the influence of disturbance noise is minimized as a voltage when the resistance to ground of the motor current detection means is minimum.
[0015]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
In the present invention, as shown in FIG. 1 corresponding to FIG. 7, an
[0017]
In such a configuration, the operation will be described with reference to FIG.
[0018]
First, the ON /
[0019]
For example, when the ignition key is turned on (step S10), the ON / OFF states (detection combinations) of SW1 and SW2 and FET1 to FET4 that are the minimum impedance stored in advance are read from the memory 41 (step S11). According to the ON / OFF state of this detection combination, the ON /
[0020]
In the above description, the detected combination is stored in the memory in advance, and when the ignition key is turned on, the detected combination is read from the memory to detect the motor current. However, each time the ignition key is turned on, the detected combination is obtained. You may do it.
[0021]
Further, it may be programmed so that the lowest combination is inspected in advance and the combination is checked. Furthermore, it goes without saying that a circuit configuration having no second switch may be realized by a combination of other switch elements.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the switches SW1, SW2, and FET1 to FET4 are turned on or off as necessary, and ON / OFF that minimizes the resistance between the grounds in front of the motor current detection means that can be realized in the combination. It has a function to detect and check the OFF state. For this reason, all can be configured in a software manner, and erroneous determination of failure due to disturbance noise can be remarkably improved without an increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an electric power steering apparatus.
FIG. 6 is a block diagram showing a general internal configuration of a control unit.
FIG. 7 is a connection diagram illustrating an example of a motor drive circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering handle 5
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