JP2009073446A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクセンサ系の異常の種別を識別することによって、軽微な異常に対してはアシストを制限すると共に、アシストを継続するようにした高性能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】非接触式トルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値でモータを駆動制御することにより車両の操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、前記非接触式トルクセンサをメイン及びサブの２重系とし、メイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び前記非接触式トルクセンサの駆動信号に基づいて正常、回路異常及びハーネス異常を識別し、前記回路異常が検出された時にはアシスト量を制限しつつ前記アシスト制御を継続する機能を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータによるアシスト力を操舵系に付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に非接触式トルクセンサのメイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び非接触式トルクセンサの駆動信号により異常の種別を識別し、軽微の異常についてはコントロールユニット（ＥＣＵ）によるアシストを制限しながら、アシストを継続するようにした高性能な電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷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負荷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、電流指令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６に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出して操舵トルクＴｈを出力するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。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（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット１００には、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖが入力され、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。
このような電動パワーステアリング装置において、トルクセンサ系の故障や異常は操舵に大きな影響を与えるため、メイン及びサブの２重系（冗長構成）とすることが多い。また、トルクセンサは使用頻度が高いため、耐久性の点から非接触式トルクセンサを使用することが多く、その構成例を図７に示して説明する。

トルクセンサ系は、非接触式のトルクセンサ１０で成るトルク検出部と、監視回路１２０等を具備したトルクセンサ基板と、マイコン１３０等を具備したＥＣＵ（コントロールユニット）とに大きく分かれており、トルクセンサ基板とＥＣＵとの間がハーネスとなっている。また、ＥＣＵからハーネス及び定電圧供給部１０３を経て、定電圧Ｖｒｅｆ０がトルクセンサ基板に供給されている。
トルク検出部のトルクセンサ１０はコイル＃１及び＃２で構成されており、それぞれの出力信号を兼用する励磁信号Ｅｘｓａ及びＥｘｍａが供給される。励磁信号Ｅｘｓａ及びＥｘｍａは、所定周波数で発振する発振部１０１からの発振信号を電流増幅部１０２で増幅し、電流増幅部１０２で増幅された励磁信号Ｅｓから、抵抗Ｒ１を経て生成される励磁信号Ｅｘｓは抵抗Ｒ３及び差動増幅部１０４Ｓに入力され、電流増幅部１０２で増幅された励磁信号Ｅｓから、抵抗Ｒ２を経て生成される励磁信号Ｅｘｍは抵抗Ｒ４及び差動増幅部１０４Ｓに入力される。抵抗Ｒ３からの励磁信号Ｅｘｓａはコイル＃１及び作動増幅部１０４Ｍに入力され、抵抗Ｒ４からの励磁信号Ｅｘｍａはコイル＃２及び作動増幅部１０４Ｍに入力されている。
差動増幅部１０４Ｓの差動出力Ｄｓは全波整流部１０５Ｓに入力されると共に、監視回路１２０内の位相監視部１２２に入力され、差動増幅部１０４Ｍの差動出力Ｄｍは全波整流部１０５Ｍに入力されて整流される。発振部１０１の発振信号は監視回路１２０内の発振部監視部１２１及び位相監視部１２２に入力され、電流増幅部１０２で増幅された励磁信号Ｅｓは電流増幅部監視部１２３に入力されると共に、全波整流部１０５Ｓ及び１０５Ｍに入力される。全波整流部１０５Ｓ及び１０５Ｍで、励磁信号Ｅｓに同期して全波整流された信号がそれぞれ中立調整用の平滑部１０６Ｓ及び１０６Ｍに入力され、平滑部１０６Ｓ及び１０６Ｍで平滑化された信号が、更にノイズを除去するためのノイズフィルタ１０７Ｓ及び１０７Ｍに入力されており、ノイズフィルタ１０７Ｓ及び１０７Ｍより図８に示すような入力トルク対出力電圧が対称関係となるメイントルク信号ＴＭ１及びサブトルク信号ＴＳ１が出力される。
メイントルク信号ＴＭ１及びサブトルク信号ＴＳ１はハーネスを経てＥＣＵ側に供給され、それぞれフィルタ１１０Ｍ及び１１０Ｓを経てメイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２としてマイコン１３０（ＣＰＵやＭＰＵを含む）に入力されている。メイントルク信号ＴＭ１は増幅器１１１を経てマイコン１３０に入力され、メイントルク信号ＴＭ１はプルダウン抵抗Ｒ６を経て接地されているので、電圧に変換された信号がフィルタ１１０Ｍに入力され、サブトルク信号ＴＳ１はプルダウン抵抗Ｒ５を経て接地されているので、電圧に変換された信号がフィルタ１１０Ｓに入力される。プルダウン抵抗Ｒ５及びＲ６を経て接地されているため、ハーネスの断線時にもマイコン１３０に入力される電圧が０Ｖとなる。

このような構成において、その動作は図９に示すフローチャートのように行われる。イグニションキーがオンされると（ステップＳ１０）、監視回路１２０は初期診断を行い（ステップＳ１１）、初期診断で異常や故障（以下、単に「異常」とする）が検出された場合（ステップＳ１２）には異常処理（通報等）を行い（ステップＳ１６）、アシスト停止となる（ステップＳ１７）。

上記ステップＳ１１の初期診断で異常が検出されない場合は正常であり（ステップＳ１２）、通常のアシスト、つまりメイントルクセンサ１０Ｍのメイントルク信号ＴＭ２或いはメイントルク信号ＴＭ２及び車速（図示せず）に基づいてマイコン１３０が電流指令値を演算し、この電流指令値によってモータ（図示せず）を駆動制御する。このアシスト時に常時診断を実行し（ステップＳ１４）、異常が検出されなければアシストを継続する（ステップＳ１５）。上記ステップＳ１５で異常が検出された場合には、異常処理を行い（ステップＳ１６）、アシスト停止となる（ステップＳ１７）。

初期診断及び常時診断は、メイントルクセンサ１０Ｍ及びサブトルクセンサ１０Ｓの各発振回路の振幅や位相、基準電圧値、信号処理や増幅器等の異常を監視することによって行っており、異常が検出された場合には図１０に示すように、プルダウン抵抗Ｒ５を介してサブトルク信号ＴＳ２は接地電位と接続されているため、ＥＣＵへ０Ｖが入力される。
特許第３６６６１９１号公報

上述のように異常が検出されたときに、サブトルク信号ＴＳ２が接地電位と接続され、ＥＣＵへ０Ｖが入力される手法では、トルクセンサ基板内の比較的軽微な異常と、サブトルク信号のハーネス断線や地絡等の重大な異常とを識別することができず、トルクセンサ系の全ての異常時にアシストを停止するようにしている。このため、アシストを継続できるような比較的軽微な異常でも一律にアシストを停止（システムダウン）してしまい、システムの有効活用ができなかった。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、トルクセンサ系の異常の種別を識別することによって、軽微な異常に対してはアシストを制限すると共に、アシストを継続するようにした高性能な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、非接触式トルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値でモータを駆動制御することにより車両の操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記非接触式トルクセンサをメイン及びサブの２重系とし、メイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び前記非接触式トルクセンサの駆動信号にに基づいて正常、回路異常及びハーネス異常を識別し、前記回路異常が検出された時にはアシスト量を制限しつつ前記アシスト制御を継続する機能を設けることにより達成される。
また、本発明の上記目的は、前記回路異常としてトルクセンサ基板上の異常が検出された場合、正常動作範囲外の固定電圧を出力して前記ハーネス異常と区別することにより、或いは前記正常、回路異常及びハーネス異常の識別を初期診断及び常時診断で判定することにより、或いは前記正常、回路異常及びハーネス異常の識別を初期診断及び常時診断で判定すると共に、前記初期診断中の前記サブトルク信号の状態と、前記常時診断中の前記サブトルク信号の状態とで前記固定電圧を変えることにより、より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、非接触式トルクセンサをメイン及びサブの２重系（冗長構成）とし、メイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び非接触式トルクセンサの駆動信号に基づいて異常の種別を識別し、軽微の異常についてはコントロールユニット（ＥＣＵ）によるアシストを制限しながら、アシストを継続するようにし、重大な異常に対してのみアシストを停止するようにしているので、システムの有効活用が可能である。

今後車両や電動パワーステアリング装置の大型化により、システムダウンとなることが致命的と考えた場合、監視用のみで制御信号として使用していないサブトルク信号のハーネス断線や地絡によりシステムダウンするよりも、アシスト制限はあるものの、アシストを継続することの方が冗長性に優れている。回路異常であるトルクセンサ基板上の異常はメイントルク信号の正誤に影響を与えるため、サブトルク信号が任意の電圧を出力し、回路異常をＥＣＵ側へ報知する必要がある。しかし、サブトルク信号の線断線、地絡時にサブトルク信号が０Ｖに固定された場合、メイントルク信号が正常範囲内であることが確認された場合には、アシストを継続することが可能である。また、トルクセンサとしては、耐久性と安定性に優れた非接触式トルクセンサが主流になりつつある。
本発明はかかる事実に基づいており、非接触式トルクセンサからのメイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び非接触式トルクセンサの駆動信号に基づいて正常、回路異常（トルクセンサ基板異常を含む）及びハーネス異常を識別し、回路異常時にはアシストを制限しつつアシストを継続する機能を設けている。また、異常の識別を初期診断及び常時診断で判定すると共に、回路異常としてトルクセンサ基板上の異常が検出された場合、正常動作範囲外の固定電圧を出力してハーネス異常と区別するようにしている。

以下、本発明の最良の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の構成例を図７に対応させて示しており、マイコン１３０内に異常検出部の機能としてトルクセンサ基板異常検出部１３１、その他回路異常検出部１３２及びハーネス異常検出部１３３を設けると共に、固定電圧演算部１３４及び固定電圧出力部１３５を設けている。トルクセンサ基板異常検出部１３１は監視回路１２０の異常を検出し、その他回路異常検出部１３２はその他回路の異常を検出し、ハーネス異常検出部１３３はハーネスの異常を検出するようになっている。また、固定電圧出力部１３５は、予め設定された固定電圧又は固定電圧演算部１３４が演算して求めた固定電圧をサブトルク信号ＴＳ２として出力する。

このような構成において、本発明では、異常検出部を構成するトルクセンサ基板異常検出部１３１、その他回路異常検出部１３２及びハーネス異常検出部１３３は、メイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２の出力状態、メイントルクセンサ１０Ｍ及びサブトルクセンサ１０Ｓの駆動信号（発振部１０１の発振信号や）に基づいて正常、回路異常（トルクセンサ基板異常を含む）及びハーネス異常を検出すると共にその識別をしており、回路異常が検出された場合には、図２に示すようにサブトルク信号を任意の電圧出力値（固定電圧）とし、アシスト量を制限しつつアシスト制御を継続する。この固定値は可変であっても良く、初期診断中のサブトルク信号の状態と、常時診断中のサブトルク信号の状態とで変えるようにしても良い。また、ハーネスの断線や地絡が検出された場合には、図３に示すようにサブトルク信号を０Ｖにしてアシスト制御を停止（システムダウン）とする。

また、監視回路１２０の異常を検出した際、電流増幅部監視部１２３の出力信号を、サブトルク信号ＴＳ２の正常動作範囲以外に設定することで、監視回路１２０の異常をＥＣＵ側に出力している。具体的には、正常動作範囲では電流増幅部監視部１２３の出力信号は１．５〜３．５Ｖであり、監視回路１２０の異常時出力値は１．０Ｖであり、ハーネス断線時は、プルダウン抵抗Ｒ５のために０Ｖとなる。

更に、本発明ではメイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２をマイコン１３０で監視しており、その監視に従って次のような制御を行う。即ち、メイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２が共に正常範囲であればＥＣＵ制御も通常制御であり、センサ異常検出をメイントルクセンサ１０Ｍ、サブトルクセンサ１０Ｓ、許容差及び制御用増幅器１１１について行う。また、メイントルク信号ＴＭ２が正常範囲で、サブトルク信号ＴＳ２が正常範囲外の任意電圧値の場合には、メイントルク信号ＴＭ２の信憑性に関わるため、アシスト制御を停止する。従って、異常検出を行う必要はない。更にメイントルク信号ＴＭ２が正常範囲でサブトルク信号ＴＳ２が０Ｖの場合は、サブトルク信号出力回路やハーネスに起因し、メイントルク信号の信憑性は維持されているが、監視信号がなくなって１重のシステムになるため、アシスト量を制限しつつアシスト制御を継続する。この場合の異常検出は、メイントルクセンサ１０Ｍ及び制御用増幅器１１１について行う。

ところで、初期診断時に上記状態が確認できた場合は速やかに制御に移行できるが、常時診断移行後に異常が発生した場合は、サブトルク信号が正常範囲から外れ、その後にトルクセンサ回路異常を示す任意電圧を通過して０Ｖに達することが考えられる。この場合は一定時間以上サブトルク信号の電圧値を監視し、異常事象を確定した後にアシスト継続又はアシスト停止を行う。
次に、本発明の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。

イグニションキーがオンされると（ステップＳ２０）、初期診断が開始される（ステップＳ３０）。初期診断は先ずトルクセンサ系が正常か否かを判定し（ステップＳ３１）、正常でない場合にはトルクセンサ基板上の異常か否かをトルクセンサ基板異常検出部１３１が判定し（ステップＳ３２）、トルクセンサ基板上の異常である場合には固定電圧出力部１３５から固定電圧を出力する（ステップＳ３３）。また、上記ステップＳ３２においてトルクセンサ基板上の異常ではないと判定された場合には、その他回路の異常であるか否かをその他回路異常検出部１３２が判定し（ステップＳ３４）、その他回路の異常である場合にはステップＳ５０の異常処理となる。その他回路の異常でない場合には更に、ハーネスの異常であるか否かをハーネス異常検出部１３３が判定し（ステップＳ３５）、ハーネスの異常である場合には異常処理となり（ステップＳ５０）、ハーネスの異常でない場合にはステップＳ５１の異常処理となる。

一方、上記ステップＳ３１において正常と判定された場合、上記ステップＳ３３において固定電圧が出力された場合は、前述と同様なアシスト制御が行われる（ステップＳ２１）。この場合、上記ステップＳ３１を通過した場合は通常のアシスト制御であるが、上記ステップＳ３３を通過した場合は固定電圧でアシスト量を制限されたアシスト制御となる。そして、アシスト制御中に常時診断が行われる（ステップＳ４０）。
常時診断は先ずトルクセンサ系が正常か否かを判定し（ステップＳ４１）、正常の場合は上記ステップＳ２１にリターンする。また、正常でないと判定された場合にはトルクセンサ基板上の異常か否かをトルクセンサ基板異常検出部１３１が判定し（ステップＳ４２）、トルクセンサ基板上の異常である場合には、固定電圧演算部１３４が固定電圧を演算し（ステップＳ４３）、その演算された固定電圧を固定電圧出力部１３５から出力し（ステップＳ４４）、上記ステップＳ２１にリターンする。固定電圧は、初期診断におけるサブトルク信号ＴＳ２と常時診断時のサブトルク信号ＴＳ２の状態に基づいて演算される。
上記ステップＳ４２においてトルクセンサ基板上の異常ではないと判定された場合には、その他回路の異常であるか否かをその他回路異常検出部１３２が判定し（ステップＳ４５）、その他回路の異常である場合にはステップＳ５０の異常処理となる。その他回路の異常でない場合には更に、ハーネスの異常であるか否かをハーネス異常検出部１３３が判定し（ステップＳ４６）、ハーネスの異常である場合には異常処理となり（ステップＳ５０）、ハーネスの異常でない場合にはステップＳ５１の異常処理となる。

図５に示すように、通常制御の途中でサブトルク信号が０Ｖに向かって変動した場合、先ず監視制御ではメイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２の差を検出し、異常確定までタイマがカウントを開始するが、サブトルク信号が回路異常の任意電圧（固定電圧）又は０Ｖで一定電圧を出力し始めたことを確認した時点で、メイントルク信号ＴＭ２及びサブトルク信号ＴＳ２の差の異常を検出するカウンタを停止させ、サブトルク信号ＴＳ２の状態を電圧監視期間（時点ｔ１〜ｔ２）に確認した後に、アシスト制御の継続又はアシスト制御の停止を決定する。図５の時点ｔ２までは通常のアシスト制御であり、時点ｔ２以後は決定された制御（アシスト制御の継続又はアシスト制御の停止）となり、本例は制限付きアシスト制御の例を示している。

本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作を説明するための図である。 本発明の動作を説明するための図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明の動作を説明するための図である。 一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 電動パワーステアリング装置のトルクセンサ系の構成例を示すブロック図である。 メイントルクセンサ及びサブトルクセンサの特性例を示す図である。 電動パワーステアリング装置の動作例を示すフローチャートである。 従来の異常処理を説明するための図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
１００ コントロールユニット
１０１ 発振部
１０２ 電流増幅部
１０３ 定電圧供給部
１０４Ｍ，１０４Ｓ 差動増幅部
１０５Ｍ，１０５Ｓ 全波整流部
１０６Ｍ，１０６Ｓ 平滑部
１０７Ｍ，１０７Ｓ ノイズフィルタ
１１０Ｍ，１１０Ｓ フィルタ
１１１ 増幅器
１２０ 監視回路
１２１ 発振部監視部
１２２ 位相監視部
１２３ 電流増幅部監視部
１３０ マイコン
１３１ トルクセンサ基板異常検出部
１３２ その他回路異常検出部
１３３ ハーネス異常検出部
１３４ 固定電圧演算部
１３５ 固定電圧出力部

Claims (4)

1. 非接触式トルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値でモータを駆動制御することにより車両の操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、前記非接触式トルクセンサをメイン及びサブの２重系とし、メイントルク信号及びサブトルク信号の出力状態及び前記非接触式トルクセンサの駆動信号に基づいて正常、回路異常及びハーネス異常を識別し、前記回路異常が検出された時にはアシスト量を制限しつつ前記アシスト制御を継続する機能を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記回路異常としてトルクセンサ基板上の異常が検出された場合、正常動作範囲外の固定電圧を出力して前記ハーネス異常と区別するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記正常、回路異常及びハーネス異常の識別を初期診断及び常時診断で判定するようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記正常、回路異常及びハーネス異常の識別を初期診断及び常時診断で判定すると共に、前記初期診断中の前記サブトルク信号の状態と、前記常時診断中の前記サブトルク信号の状態とで前記固定電圧を変えるようになっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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