JP2006044284A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トルクセンサからのトルク振動を利用して、電流検出器の故障検出を誤検出が少なく、且つ、早く検出できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
トルク指令値Trefの微分値の絶対値が、所定時間Tmr内に所定の閾値dTqを越えた回数Nが所定回数Nrefに達した時、前記電流検出器の故障と判定する。
【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し、特にモータ電流検出器の故障を検出する電動パワーステアリング装置に関するものである。
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で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力を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Duの調整で行っている。
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8に示して説明すると、操向ハンドル101の軸102は減速ギア103、ユニバーサルジョイント104a及び104b、ピニオンラック機構105を経て操向車輪のタイロッド106に結合されている。軸102には、操向ハンドル101の操舵トルクを検出するトルクセンサ110が設けられており、操向ハンドル101の操舵力をアシストするモータ108が減速ギア103を介して軸102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130には、バッテリ114からイグニションキー111及び電源リレー113を経て電力が供給され、コントロールユニット130は、トルクセンサ110で検出された操舵トルクTと車速センサ112で検出された車速Vとに基いてアシスト指令の電流指令値Irefの演算を行い、演算された電流指令値Irefに基いてモータ108に供給する電流を制御する。
コントロールユニット130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9のようになる。例えば、電流指令値演算部204は独立したハードウェアとしての電流指令値演算器を示すものではなく、CPUで実行される電流指令値演算機能を示している。
コントロールユニット130の機能及び動作を以下説明する。トルクセンサ110で検出されたトルクに基くトルク指令値Trefと、車速センサ112で検出された車速Vとが電流指令値演算部204に入力され、電流指令値Irefが出力され、電流指令値Irefは減算部206に入力される。一方、電流検出器205で検出されたモータ電流Imも減算部206にフィードバックされ、減算部206において、偏差(Iref−Im)が算出される。当該偏差は比例積分制御部(PI制御部)207に入力され、PI制御部207からデューティ比Duが出力される。デューティ比Duに基いてPWM制御部208はインバータ回路209へのPWM信号を出力する。インバータ回路209は、当該PWM信号に基いてPWM制御され、モータ電流Imをモータ108に供給する。
以上がコントロールユニット130で実行される電動パワーステアリング装置のモータ制御の説明であるが、上述したように、検出したモータ電流Imに基いて電動パワーステアリング装置の制御が行われている。従って、電動パワーステアリング装置の制御にとって、モータ電流を正しく検出できることが必要条件であるために、電流検出器が故障した場合、直ちに当該故障を検出する必要がある。比較すべき電流検出器が別に存在する場合は、その電流検出器の出力と当該電流検出器の出力を比較することで判断できるが、比較すべき電流検出器が存在しない場合は、他の種類のセンサの出力から判断することがある。
例えば、特許文献1では、アシストモータへの配線を正常と逆向きに誤配線した場合の誤配線異常検出に関する技術について開示している。その検出原理は、アシストモータへの配線が誤配線されると、モータ出力が異常になり、検出するトルク値が振動するので、そのトルク値の変化率が所定値以上になった場合は、電流検出器の配線が誤配線と判定するものである。
特開2003−237609号公報
上述した文献の検出方法は、誤配線を検出するためのものであり、誤配線のような恒久的な異常の場合は問題なく検出できるが、電流検出器の故障のような場合は、電流検出器の出力が、恒久的でなく一時的な異常をしめす場合もあり、このような場合には上述した検出方法では検出できない問題がある。また、トルク変化率が所定値以上になったという条件で判定するために、通常発生するトルク値の振動と電流検出器の異常による振動との区別をする所定値を誤検出しないように設定することが非常に難しい、言い換えると誤検出が発生しやすいという問題がある。
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、アシストモータへの誤配線のような恒久的な故障だけでなく、電流検出器の出力が一時的に異常になるような電流検出器の故障を検出でき、また、電流検出器の故障をより確実に検出できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ステアリングシャフトに発生するトルク指令値Trefを検出するトルクセンサと、前記モータのモータ電流Imを検出する電流検出器を備え、少なくとも前記トルク指令値Trefに基き算出された電流指令値Irefと前記モータ電流Imとに基き制御される電動パワーステアリング装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記トルク指令値Trefの微分値の絶対値が、所定時間Tmr内に所定の閾値dTqを越えた回数N(Nは整数)が所定回数Nrefに達した時は、前記電流検出器の故障と判定することによって達成される。
また、上記目的は、前記回数Nが、前記所定時間Tmrを等分にM分割し、第M番目の時間帯に前記閾値dTqを越えた回数Nを、第1番目から第M−1番目までの時間帯に前記閾値dTqを越えた総計の回数Nm−1に加算した回数(N+Nm−1)であることによってさらに効果的に達成される。
また、上記目的は、前記回数Nは、前記微分値の絶対値が前記閾値dTqを閾値より小さい値から大きい値へと越えるときに加算されることによってさらに効果的に達成される。
また、上記目的は、前記回数Nは、前記微分値の絶対値が前記閾値dTqを越えたときの前記微分値の極性が、過去の直近の前記閾値dTqを越えたときの前記微分値の極性と異なる場合に、加算されることによってさらに効果的に達成される。
また、前記回数Nは、前記モータ電流がPWM制御のインバータによって制御され、前記モータ電流Imが所定値Imr以下であって、且つ前記PWM制御のデューティ比Duが所定のデューティ比Durより大きい場合、加算されることによってさらに効果的に達成される。
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルク指令値の微分値が、所定時間内に閾値を越えた回数が所定回数より多い場合に電流検出器の故障と判定するので、所定時間を適宜設定すれば、誤配線のような恒久的な異常とは異なる電流検出器の一時的故障でもより確実に検出できる。
また、本発明によれば、所定時間Tmという要件を付加した場合の検出遅れの問題を所定時間をM分割することによって、時間(Tm/M)まで短縮できて電流検出器の故障をより早く、確実に検出できる。
以下図面を参照して、発明を実施するための実施例について説明する。
図1は、本発明の電流検出器の故障検出機能が付加された電動パワーステアリング装置の制御ブロック図であり、図2は電流検出器の故障検出機能の詳細のブロック図である。図1において、モータ108の制御の基本は以下のような制御である。
トルクセンサ110で検出されたトルクに基くトルク指令値Trefと、車速センサ112で検出された車速Vとが電流指令値演算部204に入力され、電流指令値Irefが出力され、電流指令値Irefは減算部206に入力される。一方、電流検出器205で検出されたモータ電流Imも減算部206にフィードバックされ、減算部206において、偏差(Iref−Im)が算出される。当該偏差は比例積分制御部(PI制御部)207に入力され、PI制御部207からデューティ比Duが出力される。デューティ比Duに基いてPWM制御部208はインバータ回路209へのPWM信号を出力する。インバータ回路209は、当該PWM信号に基いてPWM制御され、モータ電流Imをモータ108に供給する。
このようなモータ制御において、トルクセンサ110で検出されたトルクに基くトルク指令値Trefが電流検出器故障検出部10に入力され、その検出結果が出力される。
図2は、電流検出器の故障検出機能の詳細のブロック図である。トルク指令値Trefが微分演算部12に入力され、その出力である微分値(dTref/dt)は、設定部14が示す微分値の閾値dTqとともに比較部16に入力される。比較部16の出力は、カウンター20に入力され、微分値(dTref/dt)が閾値Tqより大きい場合、カウンターは回数Nを、例えば、1加算する。設定部18が示す所定時間Tmrの時間内にカウンター20がカウントした数Nをカウンター20は出力する。カウンター20から出力された回数Nは、設定部22が示す所定回数Nrefとともに比較部24に入力され、回数Nが、所定回数Nrefより大きい場合は、比較部24は、電流検出器205が故障であると判定し、小さい場合は、故障ではないと判定して、故障信号を出力する。
図3は、電流検出器の故障検出をソフトウエアで実行した場合のフローチャートである。図3において、トルク指令値Trefを読み込む(S10)。トルク指令値Trefの微分値(dTref/dt)を演算する(S11)。微分値が閾値dTqより大であるか比較する(S12)。大であるならば(YES)であるならば、カウンタを1加算して回数Nを1増加させる(S13)。小であるならば(NO)、加算せず次のステップに進む。
次に、タイマーによる測定時間Tが所定時間Tmrより長いか否かを判定する(S14)。測定時間Tが所定時間Tmrに達していなければ(NO)、ステップS10の前に戻り、測定を継続する。測定時間Tが所定時間Tmrに達していれば、次のステップであるトルク指令値Trefの微分値が閾値dTqより大きくなった回数Nが所定回数Nrefより大きいか否かの判定する(S15)。回数Nが所定回数Nrefより大きい場合、異常フラグをセットして電流検出器の故障と判定する(S16)。回数Nが所定回数Nrefより小さい場合は、電流検出器が故障であるとは判定しないで、タイマーをクリアして測定時間Tを零にし、次の測定に備える(S17)。
この実施例によれば、電流検出器が故障して誤った検出電流値Imを基にモータを制御するとモータの出力トルクによって振動が発生することを利用し、トルクセンサで検出したトルク指令値の振動として検出し、その振動が、つまり、トルクの微分値が、所定時間Tmr内に、閾値dTqを越えるほど大きく振動する回数Nが所定回数Nrefを越える場合には電流検出器の故障と判断するので、電流検出器の故障が誤配線のような恒久的な故障でなくても所定時間を適宜設定すれば一時的な電流検出器の異常も検出できる。
次の実施例は、上述の方法では、所定時間Tmrを導入したために、故障検出が所定時間Tmr遅れるので、検出遅れを少なくするように改善した実施例を図4のフローチャートを参照して説明する。ここでは、所定時間TmrをM分割して、検出遅れを時間(Tmr/M)遅れまで改善している。
図4のフローチャートで図3のフローチャートと異なるのは、図3のステップ13の回数Nのカウントの仕方が異なることと、図3のステップ14における測定時間Tを所定時間Tmrと比較するステップの前に、測定時間のタイマーのカウントのステップを挿入しているところが異なる。
図4において、トルク指令値Trefを読み込む(S10)。トルク指令値Trefの微分値(dTref/dt)を演算する(S11)。微分値が閾値dTqより大であるか比較する(S12)。小であるならば(NO)、加算せず次のステップに進む。
しかし、大であるならば(YES)であるならば、回数Nのカウンタを、測定時間TrefをM分割した場合の第1から第M−1番目の時間にカウントした回数Nm−1に、第M番目にカウントした回数Nmを加算して回数Nとする(S21)。そして、測定時間Tは、時間(Tmr/M)を加算し(S20)、その後で、測定時間Tが所定時間Tmrに達したかどうかを判定する(S14)。その後の処理は、図3のフローチャートと同じである。
例えば、所定時間Tmrを100ms、M分割を5分割とすると、20ms毎に過去100msの回数Nを計測して電流検出器の故障を検出できる。つまり、電流検出器の故障を100ms毎ではなく20ms毎に検出でき、高速に検出可能となる。
以上説明したように、電流検出器が故障か否かを判定する所定時間Tmrとしても、一度故障か否かを判定した後に、さらに所定時間Tmrを経過して次の故障判定をするような時間を遅れを発生させず、時間(Tmr/M)の時間遅れ毎に電流検出器の故障を検出できるので、電流検出器の故障を早急に検出できる効果がある。
次の実施例は、トルクに発生する振動が、通常の振動か、或いは電流検出器の故障による振動かをより確実に検出できる方法を示す。図5は、電流検出器の故障によるトルク振動の閾値を判断する模式図である。図5において、まず、A点は、微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを小さい方から大きい方へ越えているので回数Nを1加算する。しかし、B点では、微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを大きい方から小さい方へ越えているので回数Nを1加算しない。
図5において、D点において、D点は、微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを小さい方から大きい方へ越えており、さらに、D点にとって、過去の直近の閾値dTqを越えている点はC点である。D点と、C点の微分値dTref/dtの極性は異なるので、回数Nは1加算される。しかし、E点において、E点の微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを小さい方から大きい方へ越えているが、E点にとって、過去の直帰の閾値dTqを越えている点はD点である。E点と、D点の微分値dTref/dtの極性は同じなので、E点では、回数Nは1加算されない。
以上の加算原理を加味して、図3のステップ13の回数Nの加算ステップに更なる条件を付加したものがフローチャート図6である。図6(A)において、まず、イニシャライズするために、カウンタN(即ち、回数N)を0にし(S51)、次に、方向性フラグDirを0にする(S52)。イニシャライズ終了後、図6(B)において、微分値dTref/dtが閾値(+dTq)より大きいか判定する(S61)。大きければ、方向性フラグDirが、「0」又は「2」であるかどうか判定する(S62)。なお、方向性フラグDirは、Dir=「0」は回転停止を意味し、Dir=「1」は右回転を意味し、Dir=「2」は左回転を意味する。もし、方向性フラグDirが「0」、または「2」であれば、カウンタNに1加算してステップS64に行く(S63)。もし、方向性フラグDirが「1」であれば、カウンタNには1加算しないでステップS64に行く。そして、方向性フラグDirに「1」(右回転)を代入する(S64)。つまり、ステップS62において、右回転ではなく、左回転であった場合に1加算される。
同じように、ステップS61において、トルク指令値Trefの微分値dTref/dtが、閾値(+dTq)より小さい場合は、微分値dTref/dtが閾値(−dTq)より小さいか判定する(S65)。言い換えると、トルク指令値Trefの微分値の絶対値が閾値より大きいか判定する。大きい場合は、方向性フラグDirを判定する(S66)。方向性フラグDirが「0」又は「1」であればステップS67に行き、カウンタNに1加算する(S67)。方向性フラグDirが「2」であればステップS68に飛ぶ。方向性フラグDirに「2」(左回転)を代入する(S68)。
このような動作により、トルク指令値Trefの微分値dTref/dtの絶対値が閾値dTqより大きくて、且つ、そのときのその微分値が初めて閾値dTqを越えた場合で、且つ、その方向が前回と今回で異なる場合にのみ回数Nに1加算するので、通常発生するトルク値の振動と電流検出器の異常によるトルク値の振動の区別がつき、電流検出器の故障検出を誤検出することなく確実に検出できる。
以上の実施例では、加算する値として1を例にとって説明したが、加算する値は1に限定されるものではない。つまり、故障検出条件によって、加算する値に重み付けをすることにより、さらに木目細かな電流検出器の故障検出が可能となる。
例えば、図5において、閾値として、dTq、−dTqの他に、2dTq,−2dTqを設定して、閾値dTq、或いは−dTqを越えた時は、加算値は1とし、閾値2dTq,或いは、−2dTqを越えた時は、加算値を2とする。つまり、トルク指令値の微分値dTref/dtが、閾値2dTqを越える時は、閾値dTqを越える時より、より重大な故障に陥っていると考えられるので、カウンタNに対して早く加算して、電流検出器の故障を速く検出する必要があるからである。
また、別の加算値の重み付けの例として、図5において、上述した実施例では、「E点の微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを小さい方から大きい方へ越えているが、E点とD点での微分値dTref/dtの極性は同じで同方向なので、E点では、回数Nは1加算されない。」と条件設定したが、「微分値dTref/dtの絶対値が、閾値dTqを小さい方から大きい方へ越えている場合で、同方向の場合は、例えば、E点では、1加算して、異方向の場合は、例えば、F点では、2加算する。」などの加算値の重み付けを行なっても良い。
次の実施例は、トルク指令値Trefの微分値が閾値を越えている場合で、電流検出値が0で、デューティ比が閾値を越えた場合に電流検出器の故障であるとする実施例について説明する。これは、電流検出器の出力線が断線したような場合の故障検出である。図7は、図3のステップ13の回数Nの加算ステップに上述した更なる条件を付加したフローチャート図である。
図7において、カウンタ=0をセットする(S81)。次に、モータ電流Imが0かどうかを判定する。検出誤差などを考慮すると厳密に0とはならないので所定値Imrより小さい場合はモータ電流Imを0と見なす(S82)。モータ電流Imが所定値Imrより大きければ回数Nは加算せず終了する。もし、モータ電流Imが所定値Imrより小さければ、インバータ回路209のデューティ比Duが所定値Durより大きいかどうか判定する(S83)。もし、デューティ比Duが所定値Durより大きければ、デューティ比が大きいにも拘わらモータ電流Imが0であるとことは異常を意味するので回数(カウンタ)Nに1加算する(S84)。デューティ比が所定のデューティ比Durより小さければ回数Nに1加算せず終了する。
以上のステップの処理に基く回数Nの加算方式により、電流検出器の断線などの故障を検出することができる。
以上の説明では、モータ電流をフィードバック制御する場合の実施例について説明したが、モータ電流がフィードバック制御されなくても制御保護にモータ電流が利用されている電動パワーステアリング装置に本発明を適用できることは言うまでもない。
以上説明したように、本発明を用いれば、トルクセンサからのトルク振動を利用して、電流検出器の故障検出を誤検出が少なく、且つ、早く検出できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
本発明の全体構成を示す制御ブロック図である。 電流検出器の故障検出の詳細を示す制御ブロック図である。 実施例1のフローチャートである。 実施例2のフローチャートである。 トルク振動をトルク微分値で表現した模式図である。 トルク微分値の大きさに極性を加味したフローチャートである。 デューティ比を用いた電流検出器の故障検出のフローチャートである。 電動パワーステアリング装置の構成図である。 従来の制御ブロック図である。
符号の説明
10 電流検出器故障検出部
12 微分演算部
14 設定部(閾値dTq)
16 比較部
18 設定部(所定時間Tmr)
20 カウンター
22 設定部(所定回数Nref)
24 比較部

Claims (5)

  1. 車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ステアリングシャフトに発生するトルク指令値Trefを検出するトルクセンサと、前記モータのモータ電流Imを検出する電流検出器を備え、少なくとも前記トルク指令値Trefに基き算出された電流指令値Irefと前記モータ電流Imとに基き制御される電動パワーステアリング装置において、前記トルク指令値Trefの微分値の絶対値が、所定時間Tmr内に所定の閾値dTqを越えた回数Nが所定回数Nrefに達した時は、前記電流検出器の故障と判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記回数Nは、前記所定時間Tmrを等分にM分割し、第M番目の時間帯に前記閾値dTqを越えた回数Nを、第1番目から第(M−1)番目までの時間帯に前記閾値dTqを越えた総計の回数Nm−1に加算した回数(N+Nm−1)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. 前記回数Nは、前記微分値の絶対値が前記閾値dTqを閾値より小さい値から大きい値へと越えるときに加算される請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記回数Nは、前記微分値の絶対値が前記閾値dTqを越えたときの前記微分値の極性が、過去の直近の前記閾値dTqを越えたときの前記微分値の極性と異なる場合に、加算される請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記回数Nは、前記モータ電流がPWM制御のインバータによって制御され、前記モータ電流Imが所定値Imr以下であって、且つ前記PWM制御のデューティ比Duが所定のデューティ比Durより大きい場合、加算される請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
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