JP2005329761A

JP2005329761A - 電動パワーステアリング装置及びその制御方法

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Publication number: JP2005329761A
Application number: JP2004148007A
Authority: JP
Inventors: Eiji Iwami; 英司岩見; Susumu Zenitani; 享錢谷; Takayuki Kifuku; 隆之喜福
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: DE102004056353B4; FR2870502A1; DE102004056353A1; US20050258791A1; FR2870502B1; JP4458926B2; US6992449B2

Abstract

【課題】モータ電流検出回路の故障状態をより早く検出し、故障時の操舵補助特性悪化を抑制することができる電動パワーステアリング装置及びその制御方法を得る。
【解決手段】操舵トルク検出手段からの検出トルクに基いて決定される第１のモータ目標電流と、少なくともモータ電流検出回路の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流とから第３のモータ目標電流を決定し、この第３のモータ目標電流とモータ電流検出回路からの検出電流を基にモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御する電動パワーステアリング装置において、モータ電流検出回路の故障を判定するモータ電流検出回路故障判定手段を備え、故障と判定した時には、少なくとも第２のモータ目標電流を制限するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、運転者のステアリング操舵により生じた操舵トルクを、電動モータにより補助する自動車用のパワーステアリング制御装置及びその制御方法に関するものである。

従来のこの種のパワーステアリング制御装置としては、例えば特許文献１に示されるように、自動車のハンドルの回転力を検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、車載用のバッテリから給電されステアリング系に補助トルクを伝えるモータと、このモータの通電電流と通電方向を制御するパワー素子部とを備え、トルクセンサ及び車速センサの信号に応じてパワー素子部を制御し、モータ電流の通電指令時にモータ電流が零であればパワー素子の開放と判断し、パワー素子部を遮断するようにし、パワー素子の破損時にハンドルが片側のみになる点を防止することが行われていた。

特公平６−５９８３４号公報（第６頁、第５図）

しかしながら、上記のような故障判定条件は、例えば運転者がステアリングを急操舵し、モータが回転することで逆起電力が生じ、この逆起電力によりモータ電流が過小となった場合にも成立してしまう。そのため、故障を誤検出しないように故障判定時間を十分に長く（例えば5secに）設定しなければならないという問題があった。

また、モータ電流検出回路故障時は、モータ電流制御部の制御性悪化だけでなく、電流検出値を入力の１つとして決定されるモータ目標電流自体も異常な値となるため、運転者の操舵に対する操舵補助特性をさらに悪化させてしまうという問題があった。

この発明は、このような問題点を改善するためになされたもので、モータ電流検出回路の故障状態をより早く検出し、故障時の操舵補助特性悪化を抑制することができる電動パワーステアリング装置及びその制御方法を得るものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者のステアリング操舵力を検出する操舵トルク検出手段と、運転者の操舵力を補助するモータと、このモータの電流を検出するモータ電流検出回路を備え、前記操舵トルク検出手段からの検出トルクに基いて決定される第１のモータ目標電流と、少なくとも前記モータ電流検出回路の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流とから、第３のモータ目標電流を決定し、この第３のモータ目標電流と前記モータ電流検出回路からの検出電流を基にモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御する電動パワーステアリング装置において、前記モータ電流検出回路の故障を判定するモータ電流検出回路故障判定手段を備え、故障と判定した時には、少なくとも前記第２のモータ目標電流を制限するようにしたものである。

また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法は、運転者のステアリング操舵力を検出する操舵トルク検出手段の検出トルクに基いて、運転者の操舵力を補助するモータの第１のモータ目標電流と、少なくとも前記モータの電流を検出するモータ電流検出回路の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流を演算するステップと、前記第１及び第２のモータ目標電流から第３のモータ目標電流を決定し、この第３のモータ目標電流と前記モータ電流検出回路からの検出電流を基にモータ駆動信号を演算するステップと、前記モータ電流検出回路が故障と判定された時には、少なくとも前記第２のモータ目標電流を制限するステップとを含むようにしたものである。

以上の説明のように、この発明に係る電動パワーステアリング装置及びその制御方法によれば、モータ電流検出回路が故障した場合に、このモータ電流検出値を入力の１つとして決定されるモータ目標電流を遮断または零にすることにより、故障時の操舵補助特性悪化を確実に抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電動パワーステアリングの制御を示す全体構成図である。図１において、運転者のステアリング操舵力を検出するための操舵トルク検出手段１と、運転者の操舵力を補助するためのモータ４と、モータの電流Ｉｍを検出するためのモータ電流検出回路８と、運転者の操舵力を補助するためにモータに流す電流を演算する目標電流演算部２と、この目標電流演算部２からの目標電流Ｉｔ３に対しモータ駆動信号Ｓｄを演算しモータ電流を制御するモータ電流制御部３から構成されている。
モータ目標電流演算部２は、操舵トルク検出手段１からの検出トルクに基いて決定されるメインの第１のモータ目標電流Ｉｔ１と、これに加えて操舵フィーリングの向上を目的として、少なくともモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄを入力の１つとして決定される補助的な第２モータ目標電流Ｉｔ２とから構成され、第１のモータ目標電流Ｉｔ１と第２のモータ目標電流Ｉｔ２の総和を第３のモータ目標電流Ｉｔ３としている。
少なくともモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄを入力の１つとして決定される補助的な第２モータ目標電流Ｉｔ２として、例えばアライメントトルクの小さい車両などでステアリングの戻り性能を向上させるためにアライメントトルクを推定しフィードバックする制御が知られている。この場合の第２モータ目標電流Ｉｔ２は、図５に示す電動パワーステアリング装置におけるステアリング系の力のつり合いから式（１）のようにアライメントトルクTalignを推定し、これにゲインGを乗じたものとして演算される。
Talign = Thndl + Tmtr ・・・（１）
Talign ：アライメントトルク
Thndl ：操舵トルク
Tmtr ：モータ出力トルク（ステアリング軸換算）
ここで、操舵トルクThndlは操舵トルク検出手段１からの検出トルクとし、モータ出力トルクTmtrはモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄにモータのトルク定数Ktを乗じたものをステアリング軸換算して導出される。
モータ電流制御部３はモータ駆動信号演算部７を有し、モータ目標電流演算部２からの第３の目標電流Ｉｔ３とモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄを基に、電流偏差が零となるようにモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御している。

ここで、例えば電流検出回路８の検出値Ｉｄが過小となる故障が発生した場合には、この検出値Ｉｄを入力として決定される第２のモータ目標電流Ｉｔ２が異常な値となり、不正なモータ目標電流がモータ電流制御部３に入力されることになる。さらに、モータ電流制御部３において、第３の目標電流Ｉｔ３と検出電流Ｉｄの偏差が異常に過大な値となるため、モータ４に必要以上の電流を流すことになり、その結果運転者の操舵に対する操舵補助特性が悪化する。

このためこの実施の形態１では、第３の目標電流Ｉｔ３とモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄがモータ電流検出回路故障判定手段９及びモータ電流検出回路正常判定手段１０に入力され、モータ電流検出回路故障判定手段９及びモータ電流検出回路正常判定手段１０の判定結果が、モータ目標電流演算部２におけるモータ目標電流制限／解除手段１１に入力され、故障と判定された時には第２のモータ目標電流Ｉｔ２を遮断し、正常判定時にはこの遮断を解除する構成となっている。
上記モータ目標電流演算部２、モータ電流制御部３、モータ電流検出回路故障判定手段９及びモータ電流検出回路正常判定手段１０はマイクロコンピュータ１００内に含まれている。

次に実施の形態１の判定動作を説明する。図２は、マイクロコンピュータ１００内でのモータ電流検出回路故障判定及び正常判定手順を示す。ここで説明するモータ電流検出回路故障判定手段は第３のモータ目標電流Ｉｔ３とモータ電流検出値Ｉｄの偏差が所定値以上の状態が所定時間継続した場合に故障と判定するものであり、正常判定手段は故障判定条件が成立しない状態が所定時間継続した場合に正常と判定するものである。また、故障と判定された場合は少なくとも一定時間第２のモータ目標電流Ｉｔ２を遮断する構成となっている。

図２において、先ずステップ２１で第１及び第２のモータ目標電流Ｉｔ１，Ｉｔ２を演算する。次にステップ２２で第３のモータ目標電流Ｉｔ３とモータ電流検出値Ｉｄの偏差を演算し、その偏差の絶対値を所定値Ｉ１と比較する。所定値Ｉ１以上となる場合はステップ２３で故障判定用のカウンタを加算し、正常判定用のカウンタを零クリアする。続いてステップ２４で、故障判定カウンタ値を所定時間Ｔ１と比較し、Ｔ１時間以上の場合はステップ２５で故障判定フラグをセットする。ここで、Ｔ１時間はノイズ等の影響により誤って故障を検出することを防止する目的で短時間に設定されるものである。故障判定手段で使用する入力データがノイズ等の影響を受けにくい場合にはＴ１時間を零に設定しても良い。

一方、ステップ２２の判定でＩ１未満となった場合にはステップ２６で正常判定用のカウンタを加算し、故障判定用のカウンタは零クリアする。続いてステップ２７で、正常判定カウンタ値を所定時間Ｔ２と比較し、Ｔ２時間以上の場合はステップ２８で故障判定フラグをクリアする。ここで、Ｔ２時間はノイズ等の影響により誤って正常判定することを防止する目的で短時間に設定されるものである。正常判定手段で使用する入力データがノイズ等の影響を受けにくい場合にはＴ２時間を零に設定しても良い。

次に、ステップ２９で故障判定フラグの状態を判定し、フラグがセットされている場合には、ステップ３０で第２のモータ目標電流制限カウンタにＴ３時間を設定しておき、ステップ３１で第２のモータ目標電流Ｉｔ２を零クリアする。一方、ステップ２９の判定で故障判定フラグがクリアであった場合はステップ３２で第２のモータ目標電流制限カウンタを減算する。続いてステップ３３でこのカウンタが零であるかを判定し、零でない場合は第２のモータ目標電流を零クリアする。カウンタが零の場合は第２のモータ目標電流Ｉｔ２をクリアしない。
次に、ステップ３４で第１，第２のモータ目標電流Ｉｔ１，Ｉｔ２を加算し、最終的な第３のモータ目標電流Ｉｔ３を求め、ステップ３５のモータ駆動信号演算部に入力する。

このように構成された電動パワーステアリング装置において、例えばモータ電流検出回路８の検出値Ｉｄが第３のモータ目標電流Ｉｔ３に対して過小となる故障が発生した場合には、上記のモータ電流検出回路故障判定手段９により、故障したモータ電流検出回路８の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流Ｉｔ２が短時間（Ｔ１時間）で遮断されるため、異常な信号を基に第３の目標電流Ｉｔ３が演算されることを防ぎ、故障時の操舵補助特性悪化を抑制することができる。

一方、モータ電流制御部３では実際のモータ電流に対して過小な電流検出値が入力されるため、第３のモータ目標電流Ｉｔ３に対して過大な駆動信号を演算することになるが、この場合はモータに一瞬過大な電流が流れることにより操舵トルクが逆方向の値に変化するため、第１のモータ目標電流Ｉｔ１も逆方向となる。したがって、この繰り返しによりステアリングの挙動は左右に細かく振動する程度に抑制することができる。この振動周波数は、ステアリング系の共振周波数（ｆ１とする）となる。しかしながら、上記のように故障判定を短時間（Ｔ１時間）で行うように構成した場合、例えば運転者がステアリングを急操舵しモータが回転することで逆起電力が生じこの逆起電力によりモータ電流が過小となった場合にも、モータ電流検出回路故障判定条件が成立してしまう可能性がある。

そこで、正常判定手段１０を設け、正常と判定された場合には第２のモータ目標電流Ｉｔ２の遮断を解除することにより、運転者の操舵フィーリングが悪化することを防止している。本来、第２のモータ目標電流Ｉｔ２は、操舵フィーリングの向上を目的として追加される補助的な電流であるため、検出トルクを基に決定されるメインの第１モータ目標電流に比べて電流値は小さく、逆起電力によりモータ電流が過小となりモータ電流検出回路故障判定条件が成立してしまう程の急操舵中に一時的に禁止したとしても、モータ駆動信号への影響はほとんどないため、運転者の操舵フィーリングへの影響は非常に少ない。

モータ電流検出値が過小となる故障においては、上述のようにステアリングがステアリング系の共振周波数ｆ１で左右に細かく振動する挙動となるが、この場合第３のモータ目標電流Ｉｔ３とモータ電流検出値Ｉｄの偏差が一時的にＩ１未満となることがあるため、故障と判定された時から所定時間（Ｔ３時間）だけ第２モータ目標電流Ｉｔ２の遮断を維持させる手段を設けている。Ｔ３時間は、故障状態において第２のモータ目標電流Ｉｔ２を継続的に遮断できるレベル、すなわちＴ３＞（１／ｆ１）に設定する。

このような構成とすることで、通常の操舵フィーリングを損なうことなく、電流検出回路故障時には即座にかつ継続的に第２のモータ目標電流Ｉｔ２を禁止し、操舵補助特性悪化を抑制することが可能となる。
上記実施の形態では、モータ電流検出回路故障判定手段９により第２のモータ目標電流Ｉｔ２を遮断するようにしたが、故障時の操舵補助特性を抑制できるレベルに制限するようにしてもよい。
また、このように電流検出回路故障判定手段９により不正な目標電流が演算されることを防いだ上で、背景技術で述べたような故障判定を組み合わせて、確実に故障状態であると判定された場合に電流を遮断する手段を設けても良い。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における電動パワーステアリングの制御を示す全体構成図である。この実施の形態２では、モータ電流制御部３のモータ駆動信号演算部７からのモータ駆動信号Ｓｄとモータ電流検出回路８からの検出電流Ｉｄがモータ電流検出回路故障判定手段９及びモータ電流検出回路正常判定手段１０に入力され、モータ電流検出回路故障判定手段９及びモータ電流検出回路正常判定手段１０の判定結果が、モータ目標電流演算部２におけるモータ目標電流制限／解除手段１１に入力され、故障と判定された時には第２のモータ目標電流Ｉｔ２を遮断し、正常判定時にはこの遮断を解除する構成となっている。
次に実施の形態２の判定動作を説明する。図４は、マイクロコンピュータ１００内でのモータ電流検出回路故障判定及び正常判定手順を示す。ここで説明するモータ電流検出回路故障判定手段９は、モータ駆動信号Ｓｄが所定値以上でありかつ電流検出値Ｉｄが所定値以下の状態が所定時間継続した場合に故障と判定するものであり、正常判定手段１０は故障判定条件が成立しない状態が所定時間継続した場合に正常と判定するものである。また、故障と判定された場合は少なくとも一定時間第２のモータ目標電流Ｉｔ２を遮断する構成となっている。

図４において、先ずステップ４０で第１及び第２のモータ目標電流Ｉｔ１，Ｉｔ２を演算する。次にステップ４１，４２でモータ駆動信号Ｓｄが所定値Ｄ１以上であり、かつモータ電流検出値Ｉｄが所定値Ｉ２以下であることを判定し、両条件が成立した場合にはステップ４３で故障判定用のカウンタを加算し、正常判定用のカウンタを零クリアする。続いてステップ４４で、故障判定カウンタ値を所定時間Ｔ１と比較し、Ｔ１時間以上の場合はステップ４５で故障判定フラグをセットする。ここで、Ｔ１時間は実施の形態１と同様、ノイズ等の影響により誤って故障を検出することを防止する目的で短時間に設定されるものである。

一方、ステップ４１，４２の判定でモータ駆動信号Ｓｄが所定値Ｄ１未満又は電流検出値Ｉｄが所定値Ｉ２より大きい場合にはステップ４６で正常判定用のカウンタを加算し、故障判定用のカウンタは零クリアする。続いてステップ４７で、正常判定カウンタ値を所定時間Ｔ２と比較し、Ｔ２時間以上の場合はステップ４８で故障判定フラグをクリアする。ここで、Ｔ２時間は実施の形態１と同様、ノイズ等の影響により誤って正常判定することを防止する目的で短時間に設定されるものである。

次に、ステップ４９で故障判定フラグの状態を判定し、フラグがセットされている場合には、ステップ５０で第２モータ目標電流制限カウンタにＴ３時間を設定しておき、ステップ５１で第２のモータ目標電流Ｉｔ２を零クリアする。一方、ステップ２９の判定で故障判定フラグがクリアであった場合はステップ５２で第２のモータ目標電流制限カウンタを減算する。続いてステップ５３でこのカウンタが零であるかを判定し、零でない場合は第２のモータ目標電流Ｉｔ２を零クリアする。カウンタが零の場合は第２モータ目標電流Ｉｔ２をクリアしない。
次に、ステップ５４で第１，第２のモータ目標電流Ｉｔ１，Ｉｔ２を加算し、最終的な第３のモータ目標電流Ｉｔ３を求め、ステップ５５のモータ駆動信号演算部に入力する。

このように構成された電動パワーステアリング装置においても、モータ電流検出回路８の検出値Ｉｄが第３のモータ目標電流Ｉｔ３に対して過小となる故障が発生した場合には、実施の形態１と同様にモータ電流検出回路故障判定手段９により、故障したモータ電流検出回路８の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流Ｉｔ２が短時間（Ｔ１時間）で遮断されるため、異常な信号を基に第３の目標電流Ｉｔ３が演算されることを防ぐことができ、その結果ステアリングの挙動はステアリング系の共振周波数ｆ１で左右に細かく振動する程度に抑制することができる。また、誤検出に対しても実施の形態１と同様、正常復帰判定手段１０を設け、正常と判定された場合には第２のモータ目標電流Ｉｔ２の遮断を解除することにより、運転者の操舵フィーリングが悪化することを防止している。

モータ電流検出値Ｉｄが過小となる故障においては、上述のようにステアリングがステアリング系の共振周波数ｆ１で左右に細かく振動する挙動となるが、この場合モータ駆動信号Ｓｄが一時的にＤ１未満となることがあるため、故障と判定された時から所定時間（Ｔ３時間）だけ第２のモータ目標電流Ｉｔ２の遮断を維持させる手段を設けている。Ｔ３時間は、故障状態において第２のモータ目標電流Ｉｔ２を継続的に遮断できるレベル、すなわちＴ３＞（１／ｆ１）に設定する。

この発明の実施の形態１における電動パワーステアリングの制御を示す構成図である。この発明の実施の形態１における電動パワーステアリングの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２における電動パワーステアリングの制御を示す構成図である。この発明の実施の形態２における電動パワーステアリングの動作を示すフローチャートである。電動パワーステアリング装置のステアリング系の力の釣り合いを説明するための構成図である。

符号の説明

１操舵トルク検出手段
４モータ
５第１のモータ目標電流演算部
６第２のモータ目標電流演算部
７モータ駆動信号演算
８モータ電流検出回路
９モータ電流検出回路故障判定手段
１０モータ電流検出回路正常判定手段
１１第２モータ目標電流制限／解除手段
Ｉｔ１第１の目標電流Ｉｔ１
Ｉｔ２第２の目標電流Ｉｔ２
Ｉｔ３第３の目標電流Ｉｔ３
Ｉｄ検出電流Ｉｄ
Ｓｄモータ駆動信号

Claims

運転者のステアリング操舵力を検出する操舵トルク検出手段と、運転者の操舵力を補助するモータと、このモータの電流を検出するモータ電流検出回路を備え、前記操舵トルク検出手段からの検出トルクに基いて決定される第１のモータ目標電流と、少なくとも前記モータ電流検出回路の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流とから第３のモータ目標電流を決定し、この第３のモータ目標電流と前記モータ電流検出回路からの検出電流を基にモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御する電動パワーステアリング装置において、
前記モータ電流検出回路の故障を判定するモータ電流検出回路故障判定手段を備え、故障と判定した時には、少なくとも前記第２のモータ目標電流を制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路故障判定手段は、前記電流検出回路の検出値が過小となった時に故障と判定することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路が正常であることを判定するモータ電流検出回路正常判定手段を備え、正常と判定された時は、前記第２のモータ目標電流の制限を解除することを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路故障判定手段は、前記第３のモータ目標電流とモータ検出電流の偏差が所定値以上である時に故障と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路故障判定手段は、前記モータ駆動信号が所定値以上であり、かつモータ電流検出値が所定値以下の時に故障と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路故障判定手段は、故障判定条件が所定期間継続した時に故障と判定することを特徴とする請求項４または５に記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路正常判定手段は、前記第３のモータ目標電流と前記モータ検出電流の偏差が所定値以下である時に正常と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路正常判定手段は、前記モータ駆動信号が所定値以下、又は前記モータ電流検出値が所定値以上の時に正常と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路正常判定手段は、正常判定条件が所定期間継続した時に正常と判定することを特徴とする請求項７または８記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ電流検出回路故障判定手段により故障であると判定された時は、少なくとも所定期間、前記第２のモータ目標電流の制限を維持することを特徴とする請求項１乃至９記載の電動パワーステアリング装置。
運転者のステアリング操舵力を検出する操舵トルク検出手段の検出トルクに基いて、運転者の操舵力を補助するモータの第１のモータ目標電流と、少なくとも前記モータの電流を検出するモータ電流検出回路の検出値を入力の１つとして決定される第２のモータ目標電流を演算するステップと、前記第１及び第２のモータ目標電流から第３のモータ目標電流を決定し、この第３のモータ目標電流と前記モータ電流検出回路からの検出電流を基にモータ駆動信号を演算するステップと、前記モータ電流検出回路が故障と判定された時には、少なくとも前記第２のモータ目標電流を制限するステップとを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。