JP2008001257A - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トルクセンサ1と、永久磁石界磁形のモータ2と、モータ2の駆動を制御するコントローラ3とを備え、電動機駆動手段は、モータ2を駆動するインバータ6と、モータ2に通電する目標電流を演算し、目標電流に基づいてインバータ6の駆動信号を出力する駆動信号生成手段13とを含み、異常監視手段14は、モータ2の駆動を停止する際に、モータ2を含む閉ループ回路を構成する異常処理手段18を含むものである。
【選択図】図1
Description
インバータは、スイッチング素子で構成されており、PMW変調された一定周波数の電圧パルスによってモータの駆動を制御している。
上記のように、スイッチ手段の開放によって電源とモータとを遮断し、閉ループ回路を開放することにより、パワーステアリングからマニュアルステアリングへと移行し、追従性能の悪化や、操舵フィーリングの悪化を防止している。
また、運転者が操舵力を加えている最中にパワーステアリングからマニュアルステアリングへと移行すると、モータによる操舵力の補助が突然消失するので、同様に操舵フィーリングの悪化を十分に防止することができないという問題点もあった。
そのため、電動機を含む閉ループ回路によって制動力が生じるので、パワーステアリングからマニュアルステアリングに移行した場合であっても、この制動力によって急激な操舵力の変化を抑制し、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
なお、以下の実施の形態では、パワーステアリング装置が車両に搭載されている場合について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係るパワーステアリング装置を示す構成図である。
図1において、パワーステアリング装置は、車両の運転者の操舵力Tqを検出するトルクセンサ1(操舵力検出手段)と、運転者の操舵力Tqを補助する永久磁石界磁形の二相DCモータ2(電動機)(以下、「モータ2」と略称する)と、モータ2の駆動を制御するコントローラ3(制御手段)と、コントローラ3に電力を供給するバッテリ4とを備えている。
トルクセンサ1で検出された操舵力Tqは、コントローラ3に入力される。モータ2は、コントローラ3の制御下で駆動され、車両のステアリング系(図示せず)にトルクを付加する。
インバータ6は、PMW変調された一定周波数の電圧パルスによってモータ2を駆動する。また、インバータ6は、スイッチングによってモータ2に供給する電圧パルスを生成するFET素子12a〜12d(スイッチング素子)を有している。
ここで、モータ2とバッテリ4との間に設けられたFET素子12a、12bを上側FET素子と称する。また、モータ2と接地との間に設けられたFET素子12c、12dを下側FET素子と称する。
駆動信号生成手段13は、操舵力信号Tsに基づいて、モータ2に通電する目標電流を演算する。また、駆動信号生成手段13は、上記目標電流とモータ電流信号is(後述する)との偏差が0となるように、モータ2のPWM駆動の仕事量を演算する。また、駆動信号生成手段13は、上記仕事量に基づいて、インバータ6のFET素子12a〜12dを駆動するための電圧パルス(駆動信号)を生成する。
なお、インバータ6、モータ電流検出回路11、および駆動信号生成手段13によって、電動機駆動手段が構成されている。
バッテリ遮断手段9は、リレー等で構成されており、異常処理手段18(後述する)からの遮断指令および接続指令によって、バッテリ4とインバータ6との接続を断続する。
モータ電流検出回路11は、モータ2に通電される電流を検出して、モータ電流信号isをMCU7に出力する。
図2において、異常監視手段14は、トルクセンサ1からの操舵力信号Tsが入力されるトルクセンサ異常検出手段15と、モータ電流検出回路11からのモータ電流信号isが入力される電流異常検出手段17と、異常処理手段18とを含んでいる。
なお、図2において、図1に示したバッテリ4、入力インタフェース回路5、およびゲート駆動回路8については、図示を省略している。
ここで、入力インタフェース回路5の入出力特性と、操舵力信号Tsの上限値THおよび下限値TLとを図3に示す。
なお、本実施の形態の特徴は、上記のように、異常処理手段18が、異常信号の入力に応じてモータ2の駆動を停止する場合に、異常処理手段18が、モータ2を含む閉ループ回路を構成することにある。また、駆動信号生成手段13が操舵力信号Tsおよびモータ電流信号isに基づいて、モータ2を駆動するための電圧パルスを生成する動作は、公知の技術である。
そのため、以下の説明において、駆動信号生成手段13が電圧パルスを生成する動作については、説明を省略する。
まず、トルクセンサ1の出力に応じて入力インタフェース回路5から出力される操舵力信号Tsは、トルクセンサ異常検出手段15に入力される(ステップS31)。
続いて、操舵力信号Tsが上限値THと下限値TLとの間にあるか否かが、トルクセンサ異常検出手段15で判定されて、異常状態の検出処理が実行される(ステップS32)。なお、トルクセンサ1の異常状態の検出処理は、公知の技術であるので、詳細な説明を省略する。
次に、トルクセンサ1の異常状態が検出されたか否かが、異常処理手段18で判定される(ステップS33)。
この動作指令によって、上側FET素子12a、12bが開放状態となり、バッテリ4とインバータ6とが遮断される。
この動作指令によって、下側FET素子12c、12dが短絡状態となり、モータ2の入力端子が短絡されて、モータ2を含む閉ループ回路が構成される。
このとき、モータ2が永久磁石界磁形なので、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に界磁電流制御することなく、モータ2を含む閉ループ回路が制動回路として作用する。
そのため、モータ2を含む閉ループ回路に制動力が生じるので、パワーステアリングからマニュアルステアリングに移行した場合であっても、この制動力によって急激な操舵力の変化を抑制し、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
上記実施の形態1では、インバータ6のFET素子12a〜12dを動作させて閉ループ回路を構成した。しかしながら、これに限定されず、モータ2の入力端子間にリレー等の短絡手段を設け、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に、短絡手段を短絡して、モータ2を含む閉ループ回路を構成してもよい。
ここでは、実施の形態1と同種のものについては、同一符号の後に「A」を付して、詳述は省略する。
図5において、コントローラ3Aは、モータ2とインバータ6との間に設けられたモータ短絡手段19(短絡手段)をさらに含んでいる。
モータ短絡手段19は、異常処理手段18A(後述する)からの短絡指令によって、モータ2の入力端子を短絡する。
図6において、異常監視手段14Aは、図2に示した異常処理手段18に代えて、異常処理手段18Aを含んでいる。
異常処理手段18Aは、トルクセンサ異常検出手段15および電流異常検出手段17の少なくとも一つから異常信号が出力された場合に、バッテリ遮断手段9に対して遮断指令を出力するとともに、モータ短絡手段19に対して短絡指令を出力し、モータ2を含む閉ループ回路を構成する。
その他の構成については、前述の実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
なお、実施の形態1と同様の動作については、説明を省略する。
まず、トルクセンサ1の異常状態が検出されたか否かが、異常処理手段18Aで判定される(ステップS33)。
この遮断指令によって、バッテリ遮断手段9が開放状態となり、バッテリ4とインバータ6とが遮断される。
この短絡指令によって、モータ短絡手段19が短絡状態となり、モータ2の入力端子が短絡されて、モータ2を含む閉ループ回路が構成される。
このとき、モータ2が永久磁石界磁形なので、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に界磁電流制御することなく、モータ2を含む閉ループ回路が制動回路として作用する。
そのため、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
例えばインバータ6を構成するFET素子12a〜12dにオン故障が発生した場合であっても、異常処理手段18Aからモータ短絡手段19に対して、短絡指令を出力することにより、モータ2の入力端子が短絡されて、モータ2を含む閉ループ回路が構成される。
そのため、上記実施の形態1と同様に、モータ2を含む閉ループ回路に生じる制動力によって、急激な操舵力の変化を抑制し、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
異常処理手段18、18Aは、電流異常検出手段17が、モータ2および電動機駆動手段の少なくとも何れか一方の異常状態を検出した場合に、それぞれインバータ6、あるいはバッテリ遮断手段9およびモータ短絡手段19に指令を出力してもよい。
これらの場合も、上記実施の形態1および2と同様の効果を奏することができる。
上記実施の形態1および2では、二相DCモータ2を用いてパワーステアリング装置を構成した。しかしながら、これに限定されず、モータは、三相DCモータであってもよい。
ここでは、実施の形態1と同種のものについては、同一符号の後に「B」を付して、詳述は省略する。
図8において、パワーステアリング装置は、モータ2Bの回転子(図示せず)の回転角度θrを検出する回転角度センサ20をさらに備えている。また、モータ2Bは、永久磁石界磁形の三相DCブラシレスモータである。
また、コントローラ3Bは、図1に示したインバータ6、MCU7、ゲート駆動回路8、モータ電流検出回路11に代えて、それぞれインバータ6B、MCU7B、ゲート駆動回路8B、モータ電流検出回路11Bを含んでいる。
ここで、モータ2Bとバッテリ4との間に設けられたFET素子12e〜12gを上側FET素子と称する。また、モータ2Bと接地との間に設けられたFET素子12h〜12jを下側FET素子と称する。
また、ゲート駆動回路8Bは、モータ2Bが三相DCブラシレスモータなので、三相で構成されている。
図9において、異常監視手段14Bは、回転角度センサ20からの回転角度信号θsが入力される回転角度センサ異常検出手段22をさらに含んでいる。
また、異常監視手段14Bは、図2に示した異常処理手段18に代えて、異常処理手段18Bを含んでいる。
その他の構成については、前述の実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
なお、実施の形態1と同様の動作については、説明を省略する。
まず、トルクセンサ1の異常状態が検出されたか否かが、異常処理手段18Bで判定される(ステップS33)。
この動作指令によって、上側FET素子12e〜12gが開放状態となり、バッテリ4とインバータ6Bとが遮断される。
この動作指令によって、FET素子12h、12iが短絡状態となり、モータ2Bの入力端子が短絡されて、モータ2Bを含む閉ループ回路が構成される。
このとき、モータ2Bが永久磁石界磁形なので、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に界磁電流制御することなく、モータ2Bを含む閉ループ回路が制動回路として作用する。また、モータ2Bが三相DCブラシレスモータなので、モータ2Bの入力端子のうち、何れか二相が短絡されれば、制動力を得ることができる。
そのため、モータ2Bを含む閉ループ回路に制動力が生じるので、パワーステアリングからマニュアルステアリングに移行した場合であっても、この制動力によって急激な操舵力の変化を抑制し、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
異常処理手段18Bは、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に、インバータ6Bに対して、下側FET素子12h〜12jの全てを短絡する動作指令を出力してもよい。
この場合、モータ2Bの三相の入力端子が全て短絡され、二相を短絡した場合よりも大きな制動力を得ることができる。
上記実施の形態2で示したように、モータ2Bとインバータ6Bとの間にモータ短絡手段を備え、異常処理手段18Bは、トルクセンサ1の異常状態が検出された場合に、このモータ短絡手段に対して、短絡指令を出力してもよい。
この短絡指令によって、モータ短絡手段が短絡状態となり、モータ2Bの入力端子が短絡されて、モータ2Bを含む閉ループ回路が構成される。
この場合も、上記実施の形態3と同様の効果を奏することができる。
異常処理手段18Bは、電流異常検出手段17が、モータ2Bおよび電動機駆動手段の少なくとも何れか一方の異常状態を検出した場合に、インバータ6Bに動作指令を出力してもよい。
また、異常処理手段18Bは、回転角度センサ異常検出手段22が、モータ2Bの異常状態を検出した場合に、インバータ6Bに動作指令を出力してもよい。
これらの場合も、上記実施の形態3と同様の効果を奏することができる。
これにより、トルクセンサ異常検出手段15、電流異常検出手段17、および回転角度センサ異常検出手段22の少なくとも一つから異常信号が出力された直後は、モータ2、2Bを含む閉ループ回路に生じる制動力によって、急激な操舵力の変化を抑制する。また、閉ループ回路の構成から所定時間が経過した後は、追従性能の悪化を防止する。
そのため、さらに操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
Claims (4)
- 操舵力を検出する操舵力検出手段と、
前記操舵力を補助する永久磁石界磁形の電動機と、
電動機駆動手段および異常監視手段を有し、前記電動機の駆動を制御する制御手段とを備え、
前記電動機駆動手段は、
前記電動機を駆動するインバータと、
前記操舵力検出手段の出力に基づいて前記電動機に通電する目標電流を演算し、前記目標電流に基づいて前記インバータを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号生成手段とを含み、
前記異常監視手段は、前記電動機の駆動を停止する際に、前記電動機を含む閉ループ回路を構成する異常処理手段を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。 - 前記インバータは、複数のスイッチング素子を含み、
前記異常処理手段は、前記電動機の駆動を停止する際に、前記スイッチング素子を動作させて、前記閉ループ回路を構成することを特徴とする請求項1に記載のパワーステアリング装置。 - 前記電動機の入力端子を短絡する短絡手段をさらに備え、
前記異常処理手段は、前記電動機の駆動を停止する際に、前記短絡手段を動作させて、前記閉ループ回路を構成することを特徴とする請求項1に記載のパワーステアリング装置。 - 前記電動機は、三相モータであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のパワーステアリング装置。
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