JP2008273475A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避することのできる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】ＥＣＵは、オープン制御の実行による駆動電力の供給を通じてＥＰＳアクチュエータの作動を制御する。また、ＥＣＵ（マイコン）は、異常判定処理を実行し（ステップ１０１）、異常発生時（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、基本的に、ＥＰＳアクチュエータの作動を停止、即ちパワーアシスト制御を停止する（ステップ１０４）。そして、当該異常発生時であっても、車速Ｖが所定の速度Ｖ１以下である場合（Ｖ≦Ｖ１、ステップ１０３：ＮＯ）には、そのパワーアシスト制御を続行する（ステップ１０５）。
【選択図】図３

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る。

従来、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の多くは、電力供給線の断線や駆動回路の接点故障等、少なくとも、その駆動源であるモータへの駆動電力の供給に関する異常が生じた場合に、その異常の発生を検出可能な異常検出手段を備えている。そして、当該異常の発生を検出した場合には、速やかにモータ制御を停止してフェールセーフを図る構成が一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上記のようにモータ制御を停止することで、ステアリング特性は大きく変化する。そして、ステアリング操作に大きな操舵力が要求されることで、運転者の負担が増大するという問題がある。

この点を踏まえ、例えば、特許文献２に記載のＥＰＳは、その検出された異常が、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のモータコイルのうちの何れか一相のみについての通電不良である場合には、当該通電不良発生相以外の二相を通電相として、モータ制御を続行する。そして、これにより、操舵系に対するアシスト力の付与を続行して、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担の増大を回避する構成となっている。
特開２０００−１７７６１０号公報 特開２００３−２６０２０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、通電不良相の特定を必須要件とすることから、そのフェールセーフ制御を構成する異常検出処理が極めて複雑なものとなる。そのため、制御手段を構成する情報処理装置（マイコン）には、高度な演算処理能力が要求されることとなり、その結果、製造コストが上昇するという問題がある。加えて、その異常検出の根拠となる電流検出が正しくない場合、即ち電流センサの故障が原因である場合には、上記のようにアシスト力付与を続行したとしても、適切なアシスト力付与ができない可能性もあり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避することの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。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、少なくとも前記モータへの前記駆動電力の供給に関する異常を検出可能な異常検出手段とを備え、前記制御手段は、前記異常の検出時には、前記操舵系に対するアシスト力付与を停止すべく前記制御する電動パワーステアリング装置であって、前記制御手段は、電流検出を行うことなくオープン制御の実行により前記駆動電力の供給を行うとともに、前記異常の検出時であっても車速が所定の速度以下である場合には、前記アシスト力の付与を続行すること、を要旨とする。

上記構成によれば、異常検出時であっても、大きな操舵力が要求される状況においては、そのアシスト力付与を続行して、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避することができる。また、フェールセーフ制御において複雑な判定処理を行わないため、その演算負荷が極めて小さい。従って、演算処理能力の高い電子制御装置（マイコン）の採用に伴うコスト増を回避することができる。加えて、オープン制御の実行に基づき電力供給を行うため、電流センサの故障に起因する誤検出を回避することができ、且つ異常検出後においても、安定的なアシスト力付与を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、前記駆動電力の供給は、複数のスイッチング素子を接続してなる駆動回路を介して行われるものであって、前記制御手段は、前記アシスト力付与の停止時には、全ての前記スイッチング素子を開放状態とすべく制御すること、を要旨とする。

請求項３に記載の発明は、前記モータへの電力供給を物理的に遮断可能な遮断装置を備え、前記制御手段は、前記アシスト力付与の停止時には、前記遮断装置により前記電力供給を遮断すべく制御すること、を要旨とする。

即ち、オープン制御に基づいて駆動電力を供給する構成では、電流指令値を「０」としても、必ずしもその電力供給は停止しない。しかしながら、上記各構成によれば、確実に駆動電力の供給を停止して、速やかにフェールセーフを図ることができる。

本発明によれば、簡素な構成にて、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のＥＰＳ１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール（ステアリング）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により操舵輪６の舵角が変更されるようになっている。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、その駆動源であるモータ１２がラック５と同軸に配置された所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ１２が発生するアシストトルクは、ボールねじ機構（図示略）を介してラック５に伝達される。尚、本実施形態のモータ１２は、ブラシレスモータであり、ＥＣＵ１１から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。そして、モータ制御装置としてのＥＣＵ１１は、このモータ１２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されている。そして、ＥＣＵ１１は、これらトルクセンサ１４及び車速センサ１５によりそれぞれ検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ちパワーアシスト制御を実行する。

次に、本実施形態のＥＰＳの電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳの制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段としてのマイコン１７と、同マイコン１７の出力するモータ制御信号に基づいてモータ１２に三相の駆動電力を供給する駆動回路１８とを備えている。

本実施形態の駆動回路１８は、複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）１８ａ〜１８ｆを接続してなる。具体的には、駆動回路１８は、ＦＥＴ１８ａ，１８ｄ、ＦＥＴ１８ｂ，１８ｅ、及びＦＥＴ１８ｃ，１８ｆの各組の直列回路を並列接続してなり、ＦＥＴ１８ａ，１８ｄ、ＦＥＴ１８ｂ，１８ｅ、ＦＥＴ１８ｃ，１８ｆの各接続点１９ｕ，１９ｖ，１９ｗはそれぞれモータ１２の各相モータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗに接続されている。

即ち、本実施形態の駆動回路１８は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として、各相に対応する３つのアームを並列接続してなる周知のＰＷＭインバータであり、マイコン１７の出力するモータ制御信号は、駆動回路１８を構成する各ＦＥＴ１８ａ〜１８ｆのオンｄｕｔｙ比を規定するものとなっている。そして、モータ制御信号がＦＥＴ１８ａ〜１８ｆのゲート端子に印加され、同モータ制御信号に応答して各ＦＥＴ１８ａ〜１８ｆがオン／オフすることにより、車載電源の直流電圧が三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換されてモータ１２に供給されるようになっている。

さらに詳述すると、本実施形態のマイコン１７は、操舵系に付与するアシスト力の制御目標量として電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部２２と、電流指令値演算部２２により算出された電流指令値に基づいてモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部２４とを備えている。

本実施形態では、電流指令値演算部２２には、上記トルクセンサ１４及び車速センサ１５により検出された操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、電流指令値演算部２２は、その操舵トルクτが大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉq*を演算する。

モータ制御信号生成部２４には、電流指令値演算部２２において演算された電流指令値Ｉq*とともに、モータ１２に設けられた回転角センサ２５により検出されたモータ回転角θが入力される。そして、モータ制御信号生成部２４は、これら入力された電流指令値Ｉq*及びモータ回転角θ（回転角速度ω）に基づいて、モータ制御信号を生成する。即ち、本実施形態のマイコン１７では、モータ制御信号生成部２４は、電流検出を行うことなく、オープン制御の実行によりモータ制御信号を生成する。

具体的には、モータ制御信号生成部２４に入力された電流指令値Ｉq*は、ｑ軸電流指令値として、モータ回転角θを微分することにより得られる回転角速度ωとともに、オープン制御演算部２６に入力される。そして、オープン制御演算部２６は、これら各状態量に基づいて、次の（１）（２）式を解くことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。

Ｖd*＝−Ｌ×Ｉq*×ω ・・・（１）
Ｖq*＝Ｒ×Ｉq*＋Ｋ×ω ・・・（２）
（但し、Ｋ：モータ逆起電力定数、Ｒ：相抵抗、Ｌ：相インダクタンス）
尚、上記（１）（２）式は、以下の（３）（４）式に示されるモータ電圧方程式の一般式にｄ軸電流指令値Ｉd*として「Ｉd*＝０」を代入することにより得られたものである。

Ｖd*＝（Ｒ＋Ｌs）×Ｉd*−Ｌ×Ｉq*×ω ・・・（３）
Ｖq*＝（Ｒ＋Ｌs）×Ｉq*＋Ｌ×Ｉd*×ω＋Ｋ×ω ・・・（４）
オープン制御演算部２６により演算されたこれらｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*は、２相／３相変換部２７において、三相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換され、ＰＷＭ制御演算部２８へと出力される。そして、同ＰＷＭ制御演算部２８において、該各電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に対応するｄｕｔｙ指令値が生成されることにより、これら各ｄｕｔｙ指令値に示されるオンｄｕｔｙ比を有するモータ制御信号が生成される。

そして、本実施形態のマイコン１７は、このようにオープン制御を実行することにより生成されたモータ制御信号を、駆動回路１８を構成する各スイッチング素子（のゲート端子）に出力することにより、同駆動回路１８の作動、即ちモータ１２への駆動電力の供給を制御する。

また、本実施形態のマイコン１７には、ＥＰＳアクチュエータ１０の機械的な故障、或いは断線や過電流の発生等、ＥＰＳ１に何らかの異常が生じた場合に、その異常の発生を検出する異常検出手段としての異常判定部３０が設けられている。具体的には、この異常判定部３０には、モータ１２の回転角速度ω、アシスト力の制御目標量である電流指令値Ｉq*、車速Ｖ、操舵トルクτ、電源電圧Ｖb、及び駆動回路１８の端子電圧Ｖpが入力されるようになっている。そして、本実施形態の異常判定部３０は、入力されるこれらの各状態量に基づいて、少なくともモータ１２へ駆動電力の供給に関する異常の検出が可能な構成となっている。

本実施形態では、異常判定部３０は、その異常判定により何らかの異常を検出した場合には、その旨を示す異常検出信号Ｓdを出力する。本実施形態では、この異常検出信号Ｓdは、上記ＰＷＭ制御演算部２８に入力されるようになっており、ＰＷＭ制御演算部２８は、当該異常検出信号Ｓdの入力があった場合には、駆動回路１８を構成する全てのスイッチング素子、即ち各ＦＥＴ１８ａ〜１８ｆの全てを開放状態とすべき旨のモータ制御信号を生成する。そして、マイコン１７が、そのモータ制御信号を駆動回路１８に出力することにより、モータ１２の作動が停止される構成となっている。

即ち、本実施形態では、ＥＣＵ１１は、異常発生時には、操舵系に対するアシスト力の付与を停止すべくＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。そして、これにより、速やかにフェールセーフを図るように構成されている。

更に、本実施形態では、駆動回路１８と各相モータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとを接続する各動力線には、それぞれ、モータ１２への電力供給を物理的に遮断可能な遮断装置としての相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗが設けられている。また、ＥＣＵ１１には、これら各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを駆動する相開放リレー駆動回路３２が設けられており、異常判定部３０の出力する異常検出信号Ｓdは、この相開放リレー駆動回路３２にも入力される。そして、相開放リレー駆動回路３２は、当該異常検出信号Ｓdの入力に基づいて、各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗが開放状態となるように該各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを駆動する。

即ち、本実施形態のＥＣＵ１１は、アシスト力付与の停止時には、これら各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを開放状態（オープン）とすることにより、上記モータ制御の停止と併せて、その電力供給を遮断する。そして、これにより、確実に駆動電力の供給を停止する構成となっている。

ここで、本実施形態のＥＣＵ１１は、異常判定部３０が異常を検出した場合であっても、車速Ｖが、ステアリング操作時の操舵反力が大となる、即ちアシスト力付与の停止により運転者の負担が増大する所定の速度Ｖ１以下である場合には、そのパワーアシスト制御を続行する。具体的には、異常判定部３０は、その異常判定により何らかの異常が検出された場合であっても、車速Ｖが所定の速度Ｖ１以下である場合には、異常検出信号Ｓdの上記ＰＷＭ制御演算部２８及び相開放リレー駆動回路３２への出力を実行しないように構成されている。

そして、本実施形態のＥＰＳ１は、これにより、異常検出時であっても、大きな操舵力が要求される状況においては、そのアシスト力付与を続行して、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避する構成となっている。

次に、上記フェールセーフ制御の処理手順について説明する。
図３のフローチャートに示すように、マイコン１７は、その異常判定の実行（ステップ１０１）により、何らかの異常が発生したものと判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、次に車速Ｖが所定の速度Ｖ１を超えるか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、車速Ｖが所定の速度Ｖ１を超えると判定した場合（Ｖ＞Ｖ１、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、パワーアシスト制御を停止し（ステップ１０４）、車速Ｖが所定の速度Ｖ１以下であると判定した場合（Ｖ≦Ｖ１、ステップ１０３：ＮＯ）には、パワーアシスト制御を続行する（ステップ１０５）。

そして、上記ステップ１０２において、異常は発生していないと判定した場合（ステップ１０２：ＮＯ）には、ステップ１０３，１０４の処理を実行することなく、当然にパワーアシスト制御を続行する。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＥＣＵ１１は、オープン制御の実行に基づく駆動電力の供給を通じてＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。また、ＥＣＵ１１（マイコン１７）は、異常判定処理を実行し（ステップ１０１）、異常発生時（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、基本的に、ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を停止、即ちパワーアシスト制御を停止する（ステップ１０４）。そして、当該異常発生時であっても、車速Ｖが所定の速度Ｖ１以下である場合（Ｖ≦Ｖ１、ステップ１０３：ＮＯ）には、そのパワーアシスト制御を続行する（ステップ１０５）。

上記構成によれば、異常検出時であっても、大きな操舵力が要求される状況においては、そのアシスト力付与を続行して、フェールセーフ制御に伴う運転者の負担増を回避することができる。また、そのフェールセーフ制御において複雑な判定処理を行わないため、その演算負荷が極めて小さい。従って、演算処理能力の高いマイコンの採用に伴うコスト増を回避することができる。加えて、オープン制御の実行に基づき電力供給を行うため、電流センサの故障に起因する誤検出を回避することができ、且つ異常検出後においても、安定的なアシスト力付与を実現することができる。

（２）ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２への駆動電力の供給は、複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）１８ａ〜１８ｆを接続してなる駆動回路１８を介して行われ、マイコン１７は、モータ制御信号の出力により各ＦＥＴ１８ａ〜１８ｆをオン／オフすることにより、モータ１２への駆動電力の供給を制御する。そして、マイコン１７は、パワーアシスト制御の停止時には、駆動回路１８を構成する全てのＦＥＴ１８ａ〜１８ｆを開放状態とすべき旨のモータ制御信号を出力する。

（３）駆動回路１８と各相モータコイル１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとを接続する各動力線には、それぞれ、モータ１２への電力供給を物理的に遮断可能な遮断装置としての相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗが設けられる。そして、ＥＣＵ１１は、アシスト力付与の停止時には、これら各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗが開放状態（オープン）となるように該各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを制御する。

即ち、オープン制御に基づいて駆動電力を供給する構成では、電流指令値Ｉq*を「０」としても、必ずしもその電力供給は停止しない。しかしながら、（２）（３）の構成を採用すれば、確実に駆動電力の供給を停止して、速やかにフェールセーフを図ることができるようになる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、パワーアシスト制御の停止時には、駆動回路１８を構成する各ＦＥＴ１８ａ〜１８ｆの全開放と、各相開放リレー３１ｕ，３１ｖ，３１ｗの全開放との両方を行うこととした。しかし、これに限らず、何れか一方を行う構成としてもよい。

・本実施形態では、マイコン１７に異常判定部３０を設け、当該異常判定部３０は、モータ１２の回転角速度ω、アシスト力の制御目標量である電流指令値Ｉq*、車速Ｖ、操舵トルクτ、電源電圧Ｖb、及び駆動回路１８の端子電圧Ｖpに基づいて異常判定を実行する構成とした。しかし、これに限らず、異常判定部３０は、マイコン１７、ひいてはＥＣＵ１１の外部に設ける構成であってもよく、その異常判定の形態についても、これに限定するものではない。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの電気的構成を示すブロック図。 フェールセーフ制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１７…マイコン、１８…駆動回路、１８ａ〜１８ｆ…スイッチング素子（ＦＥＴ）、２２…電流指令値演算部、２４…モータ制御信号生成部、２６…オープン制御演算部、３０…異常判定部、３１ｕ，３１ｖ，３１ｗ…各相開放リレー、３２…相開放リレー駆動回路、Ｖ…車速、Ｖ１…速度。

Claims (3)

1. モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、少なくとも前記モータへの前記駆動電力の供給に関する異常を検出可能な異常検出手段とを備え、前記制御手段は、前記異常の検出時には、前記操舵系に対するアシスト力付与を停止すべく前記制御する電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御手段は、電流検出を行うことなくオープン制御の実行により前記駆動電力の供給を行うとともに、前記異常の検出時であっても車速が所定の速度以下である場合には、前記アシスト力の付与を続行すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記駆動電力の供給は、複数のスイッチング素子を接続してなる駆動回路を介して行われるものであって、
   前記制御手段は、前記アシスト力付与の停止時には、全ての前記スイッチング素子を開放状態とすべく制御すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 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において、
   前記モータへの電力供給を物理的に遮断可能な遮断装置を備え、
   前記制御手段は、前記アシスト力付与の停止時には、前記遮断装置により前記電力供給を遮断すべく制御すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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