JP2000185660A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動パワーステアリング装置の制御装置におい
て、トルクセンサの故障検出後にモータ角速度又は操舵
角に基づいた信号で制御を行なうことによって操舵性を
向上する。 【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であり、
トルクセンサ系に故障が発生した場合に、トルクセンサ
信号を用いる制御系のみを停止し、前記トルクセンサ信
号を用いる制御系以外の制御は継続して実行する。

Description

【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
クセンサの故障検出後にトルクセンサ信号を用いる制御
系のみを停止し、その後はモータ角速度又は操舵角に基
づいた信号で制御を行なう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なっている。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−ティ比の調整で行なっている。

【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４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１
１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の演算を行ない、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３
０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ＣＰ
Ｕ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５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。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３０
Ａ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３
０Ａ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はモータ電流検出回路３８で検出され、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。

【０００５】モータ駆動回路３７の構成例を図６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（ＦＥ
Ｔ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲ
ート駆動回路３７１、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３７２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１０
０％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。

【０００６】このような電動パワーステアリング装置
は、イグニションスイッチ１１をオン状態からオフ状態
とした場合や、コントロールユニット３０の故障を検出
する故障診断回路(図示せず)から停止信号が発生された
場合などには、補助トルク発生用のモータ２０とこの発
生トルクの伝達を断続する電磁クラッチ２１を直ちに切
離して、モータ駆動を停止させている。このため、操舵
トルクが突然に増大して操向ハンドル１が急激に重くな
り、高級感を損なうばかりか、特に操舵中においては操
舵フイーリングが著しく低下するという恐れがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような問題を解
決する制御装置として、例えば特開昭６３−１１００７
１号公報に示されるものがある。これは、ステアリング
操作を補助するモータと、ステアリングの操作力を検出
するトルクセンサと、ステアリングの回転角を検出する
舵角センサを有する電動式パワーステアリング制御装置
において、前記トルクセンサの出力がある設定条件以下
であるか否かを判断する手段と、前記舵角センサと車速
センサの少なくともいずれか一方の信号の出力に応じて
前記モータの制御信号を出力する手段とを有し、トルク
センサの故障時にステアリングの回転角及び回転速度に
応じた操舵力補助を行なうようにしたものである。

【０００８】上記装置によると、トルクセンサ系に故障
が検出された場合、フェール処理として電流指令値を直
ちに零にし、モータの制御を完全に停止し、マニュアル
ステアリングとして用いるような処理を行なっている。
しかしながら、電動パワーステアリング装置が高出力に
なるに従い、モータの持つ慣性、摩擦力等の操舵力に及
ぼす影響を無視することができず、フェールセーフ処理
を行なった際に、マニュアルステアリング以上の操舵力
を要し、操舵が困難になるといった問題がある。

【０００９】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、電動パワーステアリング装
置のトルクセンサ系の故障が発生した場合でもモータ制
御系全体を急激に停止するのではなく、トルクセンサ信
号を用いる制御系のみを停止し、走行中の危険なトルク
変化を防止するようにした電動パワーステアリング装置
の制御装置を提供することにある。

【００１０】

【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、トルクセンサ系に故障が発生した場合に、トルクセ
ンサ信号を用いる制御系のみを停止し、前記トルクセン
サ信号を用いる制御系以外の制御を継続して実行するこ
とによって達成される。又、前記トルクセンサ信号を用
いる制御系の停止を連続的に切替えることによって、よ
り効果的に達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、トルクセンサ系に故
障が発生した場合、パワーステアリング装置としてはト
ルクセンサ信号を用いずに制御すれば良いことに着目
し、高出力電動パワーステアリング装置を対象とした制
御において、トルクセンサ信号を用いる制御以外の制御
については継続して実行する。更に舵角センサを設け、
トルクセンサの故障検出後は操舵角に対してアシスト量
を定義し、トルクセンサ故障検出以前に近いアシスト特
性で制御を行なうようにしている。

【００１２】以下に本発明の実施例を、図面を参照して
説明する。

【００１３】本発明では図１に示す制御系の構成として
いる。即ち、ステアリング装置の操舵補助力を得るモー
タ１００はモータ駆動部１０１で駆動され、モータ駆動
部１０１はコントロールユニット１１０で制御され、コ
ントロールユニット１１０には、トルクセンサからのト
ルクセンサ信号Ｔｒ及び車速センサからの車速信号ｖｅ
ｌが入力されている。コントロールユニット１１０はト
ルクセンサ信号Ｔｒを用いて制御を行なうトルク系制御
部１２０と、モータ１００の駆動に関連した制御を行な
うモータ系制御部１３０とで構成されており、トルク系
制御部１２０にはアシスト量演算部１２１、センター応
答性改善部１２２、収れん性制御部１２３及び加算器１
２４が設けられている。また、モータ系制御部１３０に
は、ロバスト安定化補償部１３１、加算器１３２及び１
３４、補償器１３３、外乱推定器１３５、モータ角速度
推定部１３６、モータ特性補償部１３７が設けられてい
る。

【００１４】トルクセンサ信号Ｔｒはアシスト量演算部
１２１及びセンター応答性改善部１２２に入力され、い
ずれも車速信号ｖｅｌをパラメータ入力としている。ア
シスト量演算部１２１はトルクセンサ信号Ｔｒに基づい
てアシストトルク量を演算し、モータ角速度推定部１３
６からの角速度ωを入力とする収れん性制御部１２３
は、車両のヨーの収れん性を改善するためにハンドルが
振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになってお
り、センター応答性改善部１２２は、ステアリングの中
立付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵
を実現するようになっている。アシスト量演算部１２
１、センター応答性改善部１２２及び収れん性制御部１
２３の各出力は加算器１２４に入力され、その加算結果
がアシストトルク量としてロバスト安定化補償部１３１
に入力されている。ロバスト安定化補償部１３１は特開
平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であ
り、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ²
＋ａ１・ｓ＋ａ２ ）／（ｓ²＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有
し、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る
共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定
性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償す
るものである。尚、特性式Ｇ（ｓ）のａ１、ａ２、ｂ
１、ｂ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメ
ータである。

【００１５】また、モータ角速度推定部１３６はモータ
端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉに基づいてモータ角
速度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ
特性補償部１３７及び収れん性制御部１２３に入力され
る。モータ特性補償部１３７の出力Ｉｃ及びロバスト安
定化補償部１３１の出力Ｉａは加算器１３２で加算（Ｉ
ｒ）されて微分補償器等で成る補償器１３３に入力さ
れ、補償器１３３で補償された電流指令値は加算器１３
４を経てモータ駆動部１０１及び外乱推定器１３５に入
力される。外乱推定器１３５は特開平８−３１０４１７
号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御
目標値である電流指令値(加算器１３４の出力)と、電流
検出手段により検出されたモータ電流値ｉとに基づい
て、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性
と実際のモータ制御特性との差を演算してフイードバッ
ク制御するようになっており、これによりバッテリ電
圧、モータの端子間抵抗、モータのトルク定数などの特
性定数が変動しても、希望するモータ制御特性を維持す
ることができ、制御系の安定性を失うことがないように
している。

【００１６】このような構成において、本発明において
は、トルクセンサの故障検出時にトルク系制御部１２０
の機能を停止し、残りの機能であるモータ系制御部１３
０は停止させずに、そのまま動作を継続させる。ここ
で、トルクセンサ故障検出時に急にトルク系制御部１２
０の機能を停止すると、トルク系制御部１２０がトルク
アシスト量を演算する部分に当ることからその瞬間操舵
力が変動して、ドライバは大きなショック感を感じてし
まう。このため、本発明では滑らかに故障検出後の処理
に移行するように、図２に示すような処理を実行してい
る。また、トルクセンサの故障検出に関しては、特開昭
６２−１８１９５８号、特開昭６３−１１００７１号、
特開平２−２２７３７０号、特開平６−９９７３号で示
されるような手法を用いる。

【００１７】即ち、常時トルクセンサが故障していない
か否か、最初の故障であるか否かを常時監視しており
（ステップＳ１）、トルクセンサが最初の故障（ｊ＝
１）である場合には、Ｉｏ＝Ｉｒ（−１）、つまり電流
Ｉｏを故障検出より１つ前のサンプリングの電流指令値
Ｉｒ（−１）として定義し（ステップＳ２）、アシスト
電流Ｉａを操舵トルクの関数とみて、Ｉａ＝０として停
止する（ステップＳ３）。その後に、Ｉａ＋Ｉｃｏｍｐ
を演算して電流指令値Ｉｒを求め（ステップＳ４）、更
に下記数１を演算する（ステップＳ５）。尚、Ｉｃｏｍ
ｐは操舵トルク以外の関数とみなしている。

【００１８】

【数１】Ｉｒ＝（ｎ−ｊ）／ｎ・（Ｉ０−Ｉｒ）＋Ｉｒ そして、ｊを「＋１」して（ステップＳ６）終了する。

【００１９】上記ステップＳ１でトルクセンサが最初の
故障ではないと判断された場合には、トルクセンサが故
障か否かを判断し（ステップＳ１０）、正常の場合は終
了となる。トルクセンサの故障である場合には、2回目
以降は初期値の設定が異なるので、以下のルーチンを実
行する。先ずアシスト電流Ｉａ＝０とし（ステップＳ１
１）、更に電流指令値Ｉｒ＝Ｉａ＋Ｉｃｏｍｐを演算す
る（ステップＳ１２）。そして、前記数１を演算し（ス
テップＳ１３）、ｊ＝ｎか否かの判断を行ない（ステッ
プＳ１４）、そうであれば終了となり、そうでなければ
ｊを「＋１」して終了する（ステップＳ１５）。

【００２０】次に、舵角センサを有する場合の処理につ
いて説明する。上記実施例ではトルクセンサ信号を用い
るトルク系制御部１２０を停止しているが、本例では更
に舵角センサを用いてアシスト特性を定義して制御す
る。通常の制御では、舵角と非アシスト時の操舵反力
は、下記数２及び数３に示すように線形関数で記述でき
る関係にある。

【００２１】

【数２】

【数３】 上記数２及び数３は、定常状態では操舵角θと非アシス
ト時の操舵反力が比例関係にあることを示している。従
って、アシスト特性の定義において、横軸を操舵トルク
とする代りに操舵角θとすることにより、トルクセンサ
故障検出以前に近いアシスト特性を実現することができ
る。例えば操舵の入力周波数が１Ｈｚ以下では、アシス
トトルクＴａは下記数４となる。

【００２２】

【数４】Ｔａ≒Ｋ・θ 又、図３の操舵力ＴｈとアシストトルクＴａとの関係よ
り、下記数５及び数６が成立つ。

【００２３】

【数５】Ｋ・θ≒Ｔａ＋Ｔｈ

【数６】Ｔａ＝ｆ（Ｔｈ） 上記数５及び数６より、次の数７が成立つ。

【００２４】

【数７】 従って、数７よりＴａ≒ｆ（Ｔｈ）に相当する操舵角θ
を入力とする特性が得られる。本実施例においては、前
記実施例と同様にトルクセンサ故障検出前後での制御指
令値の急変化がないため、特に操舵力変化が穏やかな変
化となるような処理は必要ないが、図２のような処理を
行なえば更に良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではトルク
センサ系に故障が発生した場合に、トルクセンサ信号を
用いる制御系のみを停止し、トルクセンサ信号を用いる
制御系以外の制御は継続して実行するようにしているの
で、走行中のトルク変化を極めて滑らかにすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例を示すブロック図である。

【図２】本発明の動作例を示すフローチャートである。

【図３】操舵力とアシステトルクとの関係を示す図であ
る。

【図４】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロ
ック図である。

【図５】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６】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 １００ モータ １０１ モータ駆動部 １２０ トルク系制御部 １３０ モータ系制御部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC28 CC32 DA03 DA15 DA23 DA64 DB11 DC01 DC02 DC03 DD02 DD17 DE20 EA01 EA02 EA04 EC22 GG01 3D033 CA13 CA16 CA17 CA20 CA21 CA31 MA00 MA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトに発生する操舵ト
   ルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータのモ
   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、トルクセンサ系に故障が発生した場合に、ト
   ルクセンサ信号を用いる制御系のみを停止し、前記トル
   クセンサ信号を用いる制御系以外の制御は継続して実行
   するように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。
2. 【請求項２】 前記トルクセンサ信号を用いる制御系の
   停止を連続的に切替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。