JP2005263204A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より信頼性の高いサンプルホールド回路を有する電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 運転者のステアリング動作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置において、電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、検出された電流値を読み込むためのサンプリング手段と、サンプリング手段により読み込まれた電流値を保持するためのホールド手段と、サンプリング手段およびホールド手段のいずれか一方を有効とするためのタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、タイミング信号を検出するタイミング信号検出手段と、所定の期間にタイミング信号を検出しない場合には、タイミング信号生成手段が異常であると判定する異常検出手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置として提供可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものであり、特に電動パワーステアリング装置におけるサンプルホールド回路の異常検出に関するものである。

従来から、操舵ハンドルの回動操作を操舵トルクとして検出して、その操舵トルクに応じてモータの回転を制御することにより、操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与するようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。この電動パワーステアリング装置のモータ通電電流の検出回路手段としてサンプルホールド回路が用いられている（特許文献１参照）。このサンプルホールド回路は、マイクロコンピュータからのタイミング信号に基づき、電流値の取り込みを行なうサンプル動作と取り込んだ電流値の保持を行なうホールド動作とを繰り返してモータ通電電流を検出するものである。

そして、ホールド状態になると、その電流検出値はマイクロコンピュータ内蔵されたり、マイクロコンピュータとは別個に設けられたＡＤ変換器によってＡＤ変換され、そのＡＤ変換された後の値をモータの駆動制御等に用いている。

特許第２６７８３７７号公報

上記構成では、タイミング信号線が断線するなどの故障でタイミング信号が変化しなくなった場合には、タイミング信号はサンプルあるいはホールドのいずれかの状態に固定され、サンプルホールド回路が機能しなくなってしまう。そのため、タイミング信号がサンプル状態に固定された場合には、その電流検出値はマイクロコンピュータがＡＤ変換器で読み込むタイミングにおいて検出される。つまり、本来のサンプルホールドタイミングよりもＡＤ変換器で読み込むタイミングは後になるので、その間に電流値は変化すれば正しい電流値を読み込めない場合がある。その結果、適切なモータ駆動制御つまり電動パワーステアリング装置としての制御を行なうことができなくなり、操舵性能の悪化につながる。

また、タイミング信号がホールド状態に固定された場合には、電流検出値がほぼ一定で回路の自然放電時定数に従い徐々に電流検出値が減少する状態になる。このとき、電流指令値が電流検出値より大きい場合、マイクロコンピュータからの電流指令値どおりにモータ通電電流が流れていないと判断し、さらに電流を流そうとするので過アシストすることとなり、操舵性能の悪化が考えられる。さらに、モータ通電電流が増加することでモータおよび周辺の温度が上昇し、モータおよび周辺機器の動作に影響を及ぼすことも考えられる。

また、マイクロコンピュータから出力するタイミング信号が一定期間変化がないことを検出する方法として、マイクロコンピュータ自身がタイミング信号が一定期間変化がないことを検出する方法があるが、この方法の場合では、サンプルおよびホールドを行なう時間が１ｍｓｅｃ以下のような大変短い演算周期であることや、複数の電流検出回路を有する場合には、マイクロコンピュータの演算負荷が増大し、高価なマイクロコンピュータを選定せざるを得ずコストアップの要因になる。

さらに、タイミング信号線が断線する故障以外にもサンプルホールド回路が動作不能になる場合もあり、このサンプルホールド回路ひいては電動パワーステアリング装置の信頼性向上が求められている。

上記問題を背景として、本発明の課題は、より信頼性の高いサンプルホールド回路を有す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。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための電動パワーステアリング装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、運転者のステアリング動作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置において、
電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、検出された電流値を読み込むためのサンプリング手段と、サンプリング手段により読み込まれた電流値を保持するためのホールド手段と、サンプリング手段およびホールド手段のいずれか一方を有効とするためのタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、タイミング信号を検出するタイミング信号検出手段と、所定の期間にタイミング信号を検出しない場合には、タイミング信号生成手段が異常であると判定する異常検出手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置として構成される。

上記構成によれば、断線あるいは例えばマイクロコンピュータのようなタイミング信号生成手段自体の故障によってタイミング信号生成手段からのタイミング信号が途絶した場合には、異常検出手段手段がマイクロコンピュータにその情報を送出するため、タイミング信号生成手段の異常を検出でき、異常検出後速やかに異常に対応する電動パワーステアリング装置としての制御を実施することが可能となる。

請求項２によれば、本発明の電動パワーステアリング装置における異常検出手段は、タイミング信号生成手段が異常であると判定した場合には、ホールド手段を有効とする構成をとる。本構成によって、サンプル手段が有効である状態に固定された場合に発生するような、適切でないタイミングで検出された適切でない電流値に基づく適切でないモータ駆動制御を行なうことはなく、操舵性能の悪化を生ずることはなくなる。

請求項３によれば、本発明の電動パワーステアリング装置は電動モータに流す指令電流を演算する指令電流演算手段を有し、異常検出手段によりタイミング信号生成手段の異常が検出された場合には、ホールド手段が有効である状態すなわちホールド状態において電流検出手段により検出された電流値を指令電流の上限値とする構成をとる。

上記構成ではタイミング信号生成手段の異常検出時においても、ホールド状態において電流検出手段により検出された電流値を指令電流の上限値としてアシスト制御を継続するため、異常検出時に電動パワーステアリング装置による操舵アシストを停止する方法と異なり運転者の操舵違和感は殆どないし、アシスト停止による車両の挙動の急激な変化もない。また、指令電流値が検出された電流値よりも大きい場合、指令電流値どおりにモータに電流が流れていないということになり、さらにモータに電流を流そうとする制御を行なうのでアシスト力が過大になり、運転者は操舵違和感を受ける。さらに、モータ過回転によるモータ温度上昇によりモータおよび周囲の回路あるいは機器の動作に影響を及ぼす可能性もある。しかし、上記構成では指令電流値が検出された電流値を超えないため、アシスト力が過大になることはなくモータ過回転によるモータ温度上昇も発生しないので、運転者が操舵違和感を受けることもなく、モータおよび周囲の回路あるいは機器の動作に影響を及ぼすこともない。

請求項４によれば、本発明の電動パワーステアリング装置は指令電流の上限値を漸減させる指令電流低減手段を有する構成をとる。本構成では、連続的に指令電流の上限値を例えば０Ａに漸減させて、すなわちアシスト力をゼロになるまで漸減させてシステムを停止することが可能となる。よって、故障発生時に急激にアシスト力をゼロにする場合における運転者の違和感や車両の急激な変化もなく、運転者も故障発生に気づいてから余裕を持って回避操作を行なうことができる。

より信頼性の高いサンプルホールド回路を有する電動パワーステアリング装置を、サンプルホールド回路の故障を判定する故障検出回路を設けることにより実現した。

以下、本発明の実施の形態である電動パワーステアリング装置について、図面を用いて説明する。図１は、電動パワーステアリング装置１の構成図である。操舵ハンドル１０が操舵軸１２ａに接続されている。また、この操舵軸１２ａの下端はトルクセンサ１１に接続されており、ピニオンシャフト１２ｂの上端がトルクセンサ１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１６内においてラックバー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を介して操舵輪２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂにはモータ１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられていて、いわゆる、コラムタイプの電動パワーステアリング装置を構成している。

トルクセンサ１１は周知の図示しないトーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対の図示しないレゾルバを備えている。ハンドル軸１２ａが回転すると、トーションバーの回転量に応じたトルクが印加され、その両端の角度差をレゾルバが検知すると、レゾルバで計測された角度差とトーションバーのばね定数とからトーションバーに印加されたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

また、モータ１５の回転角度位置は、ロータリエンコーダあるいはレゾルバ等の周知の角度検出部からなるモータ回転角センサ９により検出される。モータ回転角センサ９で検出された回転角度位置信号は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０は周知のＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ３４およびこれらの構成を接続するバスライン３５が備えられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ３３は、プログラム格納領域３３ａとデータ記憶領域３３ｂとを有している。プログラム格納領域３３ａには操舵制御プログラム３３ｐが格納される。データ記憶領域３３ｂには操舵制御プログラム３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部３０はＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ１１で検出された操舵トルクに対応した駆動トルクを算出し、モータドライバ１４を介してモータ１５に算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加し、本発明の電流検出手段である電流センサ８から得られるモータ電流値からモータが発生している実トルクを算出し、実トルクが駆動トルクと一致するようにフィードバック制御を行なう。なお、モータ１５については、本発明の電動パワーステアリング装置１に使用可能であれば特にＤＣモータ，ブラシレスモータ等の種類を問わない。さらに、操舵制御部３０には車両の速度に応じて操舵制御を行なうことを可能とするための、周知のロータリエンコーダ等の回転検出部を含んで構成される車速センサ１７が接続されている。

図２は、操舵制御部３０において本発明にかかわる構成を表したものである。また、図３は、本発明のサンプリング手段，ホールド手段である電流検出サンプルホールド回路４１および本発明のタイミング信号検出手段，異常検出手段である故障検出回路４２の詳細を表したものである。モータ１５に流れるモータ電流は電流センサ８によって検出され、検出された値は電流検出サンプルホールド回路４１に送られる。ＣＰＵ３１に含まれる、本発明のタイミング信号生成手段，指令電流演算手段，指令電流低減手段であるアシスト電流演算部３１ａでは、電流検出サンプルホールド回路４１に対して所定の周期のパルス状のタイミング信号を送出する。電流検出サンプルホールド回路４１では、そのタイミング信号の状態によってサンプル状態あるいはホールド状態となる。

故障検出回路４２は、電流検出サンプルホールド回路４１の故障を検出してアシスト電流演算部３１ａに通知する（詳細については後述）。

アシスト電流演算部３１ａでは、電流検出サンプルホールド回路４１からの電流値とトルクセンサ１１からの操舵トルクに基づいてモータ１５に印加する指令電流値を演算し、その指令電流値に基づいて駆動回路１４を駆動してモータ１５の駆動制御すなわちアシスト制御を行なう。なお、指令電流値の演算にはモータ回転角センサ９で検出された回転角度位置信号も用いることもある。

図３を用いて故障検出の詳細に付いて述べる。電流センサ８はいわゆるシャント抵抗８ａを含んで構成され、モータ１５に流れるモータ電流を電圧信号として検出する。検出された電圧信号は、電流検出サンプルホールド回路４１において周知のオペアンプ４１ａを含む増幅部４１１によって所定の電圧値すなわちアシスト電流演算部３１ａで利用可能な値とされる。

増幅部４１１によって増幅された電圧信号は、オペアンプ４１ｂ，４１ｅ，およびコンデンサ４１ｄを含むサンプルホールド部４１２に送られる。サンプルホールド部４１２は、アシスト電流演算部３１ａから故障検出回路４２を経由して送られるタイミング信号であるパルス信号に基づいて、サンプル状態あるいはホールド状態に切り替えられる。即ち、タイミング信号がＨレベルの場合はスイッチ４１ｃがオン状態となってサンプル状態となり、コンデンサ４１ｄにはコンデンサ４１ｄの電位がオペアンプ４１ｂの出力電位と同じになるまで電荷が蓄えられる。

一方、タイミング信号がＬレベルの場合はスイッチ４１ｃがオフ状態となってホールド状態となり、コンデンサ４１ｄに蓄えられた電荷が放電され、オペアンプ４１ｅの出力電位はコンデンサ４１ｄに蓄えられた電荷に相当する値となり、これが電流検出値となってアシスト電流演算部３１ａに送られる。

故障検出回路４２では、アシスト電流演算部３１ａから送られるタイミング信号であるパルス信号をトリガー回路４２ａに取り込み、パルス信号のＬレベルからＨレベルとなる立ち上がりエッジおよびＨレベルからＬレベルとなる立ち下がりエッジを検出し、これらのうち少なくとも一方をトリガー信号とする。

カウンタ回路４２ｂは周知のＴフリップフロップ回路等の論理回路によって構成され、通常はカウンタ回路４２ｂの内部あるいは外部に設けられたクロック等の基準信号発生回路からの図４のＣＬＫである基準信号に基づいてアップカウント等のカウント動作を行ない、カウンタ値を更新してその値を例えば二進数で出力する。カウンタ値がカウント可能な最大を越えた即ちオーバーフローした場合は、ゼロからカウントを始める所謂フリーランカウンタである。また、カウンタ回路４２ｂはトリガー回路４２ａからのトリガー信号を検出すると、カウンタ値をゼロクリアしてゼロからカウントを始める。

比較回路４２ｃは、カウンタ回路４２ｂから入力されたカウンタ値が所定の値を超えているかどうかを調べる。カウンタ値が所定の値を超えた場合、即ち、パルス信号の立ち上がりエッジあるいは立ち下がりエッジを所定の時間検出できない場合、アシスト電流演算部３１ａからタイミング信号が送られてこないと判断し、電流演算部３１ａに対してＨレベルの信号を出力する。カウンタ値が所定の値を超えない場合は、アシスト電流演算部３１ａからタイミング信号が正常に送られて来ていると判定し、アシスト電流演算部３１ａに対してＬレベルの信号を出力する。

アシスト電流演算部３１ａは、比較回路４２ｃからＨレベルの信号が出力された場合、タイミング信号をＬレベルに固定し、スイッチ４１ｃをオフ状態すなわちホールド状態とする。

タイミング信号が送られてこない際にタイミング信号をＬレベルに固定する方法として、上記の他にタイミング信号を送出する信号線とは別にスイッチ４１ｃのオン／オフを制御する信号線を設け、比較回路４２ｃからＨレベルの信号が出力された場合すなわち故障時に該信号線によりスイッチ４１ｃをオフ状態とする構成を採ってもよい。本構成では、タイミング信号のパルス波形が異常の場合の他に、タイミング信号を出力する信号線４２ｄが断線した場合にも電流検出サンプルホールド回路４１をホールド状態に固定することが可能となる。

図４にカウンタ回路４２ｂおよび比較回路４２ｃの詳細を示す。トリガー回路４２ａからのトリガー信号を検出すると、周知のＲＳフリップフロップ等で構成されるカウンタクリア回路４２１がアップカウンタ４２２をゼロクリアする。

アップカウンタ４２２は二進数１０ビットのフリーランカウンタで、カウンタ値はレジスタ４２２ａに保持される。レジスタ４２２ａは最上位ビットから順にｂ９，ｂ８，．．．，ｂ０と定義され各々の出力は比較回路４２ｃを構成するＡＮＤ回路４２３の対応する入力端子Ｄ９，Ｄ８，．．．，Ｄ０に接続されている。ここでｂ７とＤ７，ｂ６とＤ６，ｂ５とＤ５，およびｂ４とＤ４は、間にそれぞれ４２３ａ，４２３ｂ，４２３ｃ，および４２３ｄで示される周知の反転回路を介して接続される。

ＡＮＤ回路４２３は周知のＡＮＤ素子で構成される論理回路で、Ｄ９，Ｄ８，．．．，Ｄ０の全ての入力端子に１が入力された場合に出力端子４２３ｅからすなわちＨレベルを出力する。よって、本形態では、カウンタ値が二進数で１１００００１１１１のときに出力端子４２３ｅから１すなわちＨレベルをアシスト電流演算部３１ａに対して出力する。このように、アップカウンタ４２２およびＡＮＤ回路４２３を接続する経路すなわちデータ線に反転回路を介挿することで、任意のカウンタ値すなわち故障検出のための判定値を設定することが可能である。

また、即ち故障検出のための判定値が、例えば二進数００１０００００００のように、レジスタ４２２ａの特定の１ビットのみが１となる場合は、ＡＮＤ回路４２３を省略して、ｂ７の出力を直接電流演算部３１ａの所定の入力端子に接続して、ｂ７の出力が１の場合に故障であると判定する構成を採ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の一実施例としての電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図。 操舵制御部の詳細を示す図。 異常検出回路およびその周辺部の詳細を示す図。 カウンタ回路および比較回路の詳細を示す図。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
８ 電流センサ（電流検出手段）
１５ モータ
３１ ＣＰＵ
３１ａ アシスト電流演算部（タイミング信号生成手段，指令電流演算手段，指令電流低減手段）
４１ 電流検出サンプルホールド回路（サンプリング手段，ホールド手段）
４２ 故障検出回路（タイミング信号検出手段，異常検出手段）

Claims (4)

1. 運転者のステアリング動作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記検出された電流値を読み込むためのサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段により読み込まれた電流値を保持するためのホールド手段と、
   前記サンプリング手段および前記ホールド手段のいずれか一方を有効とするためのタイミング信号を生成するタイミング信号生成手段と、
   前記タイミング信号を検出するタイミング信号検出手段と、
   所定の期間に前記タイミング信号を検出しない場合には、前記タイミング信号生成手段が異常であると判定する異常検出手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記異常検出手段は、前記タイミング信号生成手段が異常であると判定した場合には、前記ホールド手段を有効とするものである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電動モータに流す指令電流を演算する指令電流演算手段を有し、
   前記異常検出手段により前記タイミング信号生成手段の異常が検出された場合には、前記ホールド手段が有効である状態において前記電流検出手段により検出された電流値を前記指令電流の上限値とするものである請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記指令電流の上限値を漸減させる指令電流低減手段を有するものである請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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