JP2010155501A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角の検出に異常が発生しても、演算負担を不必要に増大させることなく、可及的にアシスト制御を継続させる。
【解決手段】レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθが、［Ｅ＜Ｅ_Ｌ１ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ１］の領域にあるときに（ステップＳ２２で“No”）、レゾルバ１３や回転角検出回路１５に異常が発生したと判断する。このとき、［Ｅ_Ｌ２≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ２］の領域にあれば（ステップＳ２２で“Yes”）、レゾルバ１３や回転角検出回路１５の異常は、モータ回転角θの検出が継続可能で、且つ検出誤差が微小な軽微異常であると判断する。この場合、停止フラグをＦｓ＝０にリセットすると共に、制限フラグをＦｒ＝１にセットすることで（ステップＳ２５）、電動モータ７のアシストトルクを制限した状態で、アシスト制御を継続する（ステップＳ２で“Yes”）。
【選択図】図６

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。

複数のホールセンサによってモータ回転角を検出すると共に、モータ逆起電圧からモータ回転角を推定し、双方を比較することでホールセンサの異常を検知し、且つホールセンサの異常を検知したら、推定されるモータ回転角の変化傾向に基づいて、アシスト制御を継続するものがあった（特許文献１参照）。
また、レゾルバによってモータ回転角を検出すると共に、操舵トルクからモータ回転角を推定し、レゾルバの異常を検知したら、推定されるモータ回転角に基づいて、アシスト制御を継続するものがあった（特許文献２参照）。
特開２００５−３３５５９１号公報（図１３） 特開２００７−１１８８２３号公報

しかしながら、ホールセンサやレゾルバに異常が発生したからといって、それが直ちに検出不能になるとは限らず、回転角の検出を継続でき、しかも検出誤差が微小な値となる軽微な異常である場合も考えられる。このような場合に、わざわざモータ逆起電圧や操舵トルクに基づいて回転角を推定していては、演算負担が不必要に増大してしまうことになる。
本発明の課題は、回転角の検出に異常が発生しても、演算負担を不必要に増大させることなく、可及的にアシスト制御を継続させることである。

本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記トルク検出手段で検出した操舵トルク及び前記回転角検出手段で検出した回転角に応じて、前記電動モータを駆動制御するアシスト制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記回転角検出手段の異常を検知する異常検知手段と、該異常検知が異常を検知したときに、当該異常が、前記回転角検出手段による回転角の検出が継続可能で、且つ検出誤差が微小な軽微異常であるか否かを判断する判断手段とを備え、前記アシスト制御手段は、前記判断手段が軽微異常であると判断したら、前記電動モータのアシストトルクを制限した状態で、前記回転角検出手段で検出した回転角に応じた当該電動モータの駆動制御を継続することを特徴とする。
本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記アシスト制御手段は、前記判断手段が軽微異常ではないと判断したら、少なくとも前記回転角検出手段で検出した回転角に基づく前記電動モータの駆動制御を停止することを特徴とする。

本発明によれば、回転角検出手段に異常が発生しても、それが軽微異常であれば、電動モータのアシストトルクを制限した状態で、この回転角検出手段で検出した回転角に応じた電動モータの駆動制御を継続することで、演算負担を不必要に増大させることなく、可及的に電動モータによるアシスト制御を継続させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、パワーステアリング装置の概略構成である。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２、ラックアンドピニオン３、タイロッド４を順に介して車輪５に連結されており、ステアリングシャフト２には、減速機６を介して電動モータ７が連結されている。この電動モータ７は、ブラシレスモータで構成され、制御装置８によって駆動制御されることにより、運転者のステアリング操作に対してアシストトルクを付与する。

制御装置８は、イグニッションスイッチ９及びヒューズ１０を介して接続されたバッテリ１１から電力供給されると共に、トルクセンサ１２で検出した操舵トルクＴと、レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθと、車速センサ１４で検出した車速Ｖと、が入力される。
トルクセンサ１２は、ステアリングシャフト２における入力軸と出力軸との間に介挿されたトーションバーの捩れ角を、サーチコイルによって磁束の変化として検出するものであり、このサーチコイルに誘起される電圧が操舵トルクＴに換算される。例えば、図２に示すように、電圧がＶ_０のときに操舵トルクＴが０となり、電圧がＶ_０から増加するほど右方向への操舵トルクＴが増加し、電圧がＶ_０から減少するほど左方向への操舵トルクＴが増加する。

レゾルバ１３は、１相の励磁信号sinωｔが入力されるときに、モータ回転角θに応じて、正弦及び余弦に対応した２相の検出信号sinθ及びcosθを出力する。
制御装置８は、図３に示すように、レゾルバ１３に励磁信号sinωｔを出力して、その検出信号sinθ及びcosθを入力する回転角検出回路１５と、Ｕ相及びＷ相の相電流Ｉｍｕ、Ｉｍｗを検出する電流検出回路１６と、後述するアシスト制御処理と異常診断処理とを実行するマイクロコンピュータ２１と、このマイクロコンピュータ２１からの駆動指令に応じて電動モータ７を駆動するモータ駆動回路２２と、を備えている。

回転角検出回路１５は、励磁信号sinωｔが例えば正のピーク値に到達するタイミングを検出してピーク検出パルスＰｐを生成し、このピーク検出パルスＰｐと検出信号sinθ及びcosθとに基づいてモータ回転角θを算出し、これをマイクロコンピュータ２１へ出力する。
安定化電源２３が接続されたマイクロコンピュータ２１は、入力される各種データに基づいて、電動モータ７に対する電流指令値Ｉｊ（ｊ＝ｕ、ｖ、ｗ）を算出し、この電流指令値Ｉｊを実現するために、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を算出する。

モータ駆動回路２２は、スイッチング素子を内蔵しリレー回路２４を介してバッテリ１１の＋端子に接続されるフルブリッジ型のインバータ回路２２Ａと、マイクロコンピュータ２１からのＰＷＭ信号に応じて、インバータ回路２２Ａのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするゲートドライブ回路２２Ｂと、で構成される。
インバータ回路２２Ａは、電界効果トランジスタＱｕａ及びＱｕｂを直列に接続したアーム回路と、電界効果トランジスタＱｖａ及びＱｖｂを直列に接続したアーム回路と、電界効果トランジスタＱｗａ及びＱｗｂを直列に接続したアーム回路と、を並列に接続して形成され、各アーム回路におけるＱｊａ及びＱｊｂの間に、スター結線された電動モータ７の励磁コイルＬｊが接続されている。

次に、マイクロコンピュータ２１が実行するアシスト制御処理を、図４のフローチャートに従って説明する。
先ずステップＳ１では、操舵トルクＴ、車速Ｖ、モータ回転角θ、相電流Ｉｍｕ及びＩｍｗ、停止フラグＦｓ、制限フラグＦｒを読込む。ここで、停止フラグＦｓ及び制限フラグＦｒは、後述する異常診断処理によってセットされるフラグである。

続くステップＳ２では、停止フラグがＦｓ＝０にリセットされているか否かを判定する。この判定結果がＦｓ＝１であれば、アシスト制御を停止するためにそのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、判定結果がＦｓ＝０であれば、アシスト制御を実行するためにステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、図５のマップを参照し、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じて、電流指令値Ｉを算出する。このマップは、図５に示すように、右方向への操舵を正値、左方向への操舵を負値とし、操舵トルク｜Ｔ｜が所定値｜Ｔｓ｜以下であるときには、電流指令値｜Ｉ｜が０を維持し、操舵トルク｜Ｔ｜が大きいほど、電流指令値｜Ｉ｜が大きくなり、且つ車速Ｖが高いほど、電流指令値｜Ｉ｜が小さくなるように設定されている。

続くステップＳ４では、モータ回転角θを微分してモータ角速度ωｍを算出する。
続くステップＳ５では、下記に示すように、慣性補償値Ｉｉと摩擦補償値Ｉｆと算出する。ここで、Ｋｉは慣性感のない操舵フィーリングを実現するためのゲインであり、Ｋｆは動力伝達部の摩擦抵抗を相殺するためのゲインである。なお、摩擦補償値Ｉｆは操舵方向に応じて正負の符号が反転する。
Ｉｉ＝ωｍ×Ｋｉ
Ｉｆ＝｜Ｉ｜×Ｋｆ

続くステップＳ６では、アシスト不感帯での安定性を確保すると共に、静摩擦の補償を行うために、操舵トルクＴの微分値を利用して、センタ応答性補償値Ｉｒを算出する。
続くステップＳ７では、下記に示すように、補償指令値Ｉｃを算出する。
Ｉｃ＝Ｉ＋Ｉｉ＋Ｉｆ＋Ｉｒ
続くステップＳ８では、異常フラグがＦｒ＝０にリセットされているか否かを判定する。この判定結果がＦｒ＝１であれば、アシスト制御を制限するためにステップＳ９に移行する。一方、判定結果がＦｒ＝０であれば、通常のアシスト制御を実行するためにステップＳ１０に移行する。

ステップＳ９では、補償指令値Ｉｃを制限、つまり減少補正する。例えば、補償指令値Ｉｃを定量だけ減少させたり、定率で減少させたりする。このとき、後述する検出信号sinθ及びcosθの異常度合（正常範囲からの逸脱度合）が高いほど、減少量や減少率を大きくしてもよい。
続くステップＳ１０では、相電流Ｉｍｕ及びＩｍｗに応じて、Ｖ相の相電流Ｉｍｖを算出する。

続くステップＳ１１では、モータ回転角θに応じて、補償指令値Ｉｃを三相分の電流指令値Ｉｊに変換する。
続くステップＳ１２では、電流指令値Ｉｊと相電流Ｉｍｊとの偏差ΔＩｊを算出し、この偏差ΔＩｊをＰＩＤ制御処理し、電流指令値Ｉｊを算出する。
続くステップＳ１３では、各相の電流指令値Ｉｊに応じてＰＷＭ信号を出力してから所定のメインプログラムに復帰する。

次に、マイクロコンピュータ２１が実行する異常診断処理を、図６のフローチャートに従って説明する。
先ずステップＳ２１では、検出信号sinθ及びcosθを読込む。
続くステップＳ２２では、sin^２θ＋cos^２θ＝Ｅとし、このＥが、所定値Ｅ_Ｌ１以上で、且つ所定値Ｅ_Ｈ１以下であるか否かを判定する。ここで、Ｅ_Ｌ１は１より小さい値（例えば０.９）、Ｅ_Ｈ１は１より大きい値（例えば１.１）である。この判定結果が［Ｅ_Ｌ１≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ１］であれば、レゾルバ１３や回転角検出回路１５が正常であると判断してステップＳ２３に移行する。一方、判定結果が［Ｅ＜Ｅ_Ｌ１ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ１］であれば、レゾルバ１３や回転角検出回路１５に異常があると判断してステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２３では、停止フラグをＦｓ＝０にリセットし、制限フラグをＦｒ＝０にリセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２４では、sin^２θ＋cos^２θ＝Ｅとし、このＥが、所定値Ｅ_Ｌ２以上で、且つ所定値Ｅ_Ｈ２以下であるか否かを判定する。ここで、Ｅ_Ｌ２はＥ_Ｌ１より小さい値（例えば０.７５）であり、Ｅ_Ｈ２はＥ_Ｈ１より大きい値（例えば１.２５）である。この判定結果が［Ｅ_Ｌ２≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ２］であれば、レゾルバ１３や回転角検出回路１５の異常は、モータ回転角θの検出が継続可能で、且つ検出誤差が微小な軽微異常であると判断してステップＳ２５に移行する。一方、判定結果が［Ｅ＜Ｅ_Ｌ２ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ２］であれば、モータ回転角θの検出は継続不能である、又は検出誤差が大きいと判断してステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２５では、停止フラグをＦｓ＝０にリセットし、制限フラグをＦｒ＝１にセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２６では、停止フラグをＦｓ＝１にセットし、制限フラグをＦｒ＝０にリセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
以上より、ステップＳ１〜Ｓ１３の処理が「アシスト制御手段」に対応し、ステップＳ２２の処理が「異常検知手段」に対応し、ステップＳ２４の処理が「判断手段」に対応している。

次に、上記一実施形態の作用効果について説明する。
今、レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθが、［Ｅ_Ｌ１≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ１］の領域にあるとすると（ステップＳ２２で“Yes”）、レゾルバ１３や回転角検出回路１５は正常であると判断する。この場合、停止フラグをＦｓ＝０にリセットし、制限フラグをＦｒ＝０にリセットして（ステップＳ２３）、通常のアシスト制御を実行する（ステップＳ２、Ｓ８で共に“Yes”）。

一方、レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθが、［Ｅ_Ｌ１≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ１］の領域から逸脱した［Ｅ＜Ｅ_Ｌ１ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ１］の領域にあると（ステップＳ２２で“No”）、レゾルバ１３や回転角検出回路１５に異常が発生したと判断する。しかしながら、まだモータ回転角θの検出を継続でき、しかも検出誤差が微小な値となる軽微な異常である場合も考えられる。

そこで、レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθが、［Ｅ_Ｌ２≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ２］の領域にあるか否かを判定することで、どの程度の異常であるかを診断する（ステップＳ２４）。このとき、図７に示すように、［Ｅ_Ｌ２≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ２］の領域にあれば（ステップＳ２２で“Yes”）、レゾルバ１３や回転角検出回路１５の異常は、モータ回転角θの検出が継続可能で、且つ検出誤差が微小な軽微異常であると判断する。この場合、停止フラグをＦｓ＝０にリセットし、制限フラグをＦｒ＝１にセットして（ステップＳ２５）、アシスト制御を継続する（ステップＳ２で“Yes”）。但し、異常が発生していることは事実なので、電動モータ７に対する補償指令値Ｉｃを減少補正することで、電動モータ７のアシストトルクを制限する（ステップＳ８、Ｓ９）。

したがって、わざわざモータ逆起電圧や操舵トルクに基づいてモータ回転角を推定して、アシスト制御を継続するときのように、演算負担を不必要に増大させることなく、可及的にアシスト制御を継続させることができる。
なお、検出信号sinθ及びcosθの何れか一方が断線によって０に固定されると、図６において、モータ回転角θは、一方の座標軸に沿って推移することになる。この場合、正常領域や軽微異常領域を通過するときには、やはり実角度に近似するため、アシスト制御を継続することができる。

一方、レゾルバ１３の検出信号sinθ及びcosθが、［Ｅ_Ｌ２≦Ｅ≦Ｅ_Ｈ２］の領域からも逸脱して［Ｅ＜Ｅ_Ｌ２ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ２］の領域にあると（ステップＳ２４で“No”）、モータ回転角θの検出は継続不能である、又は検出誤差が大きいと判断する。この場合、停止フラグをＦｓ＝１にセットし、制限フラグをＦｒ＝０にリセットして（ステップＳ２６）、アシスト制御を停止する（ステップＳ２で“No”）。これにより、不正確なアシスト制御が運転者に違和感を与えてしまうことを防止できる。

なお、上記の一実施形態では、アシストトルクを制限するために、補償指令値Ｉｃを減少補正しているが、これに限定されるものではなく、電流指令値Ｉや、分相した電流指令値Ｉｊを減少補正してもよい。
また、上記の一実施形態では、［Ｅ＜Ｅ_Ｌ２ or Ｅ＞Ｅ_Ｈ２］となったときに、アシスト制御を停止しているが、これに限定されるものではなく、この時点から、従来技術のように、モータ逆起電圧や操舵トルクに基づいてモータ回転角を推定し、これに基づいてアシスト制御を継続するようにしてもよい。要は、少なくともレゾルバ１３で検出したモータ回転角θに基づくアシスト制御を停止すればよい。

電動パワーステアリング装置の概略構成である。 トルクセンサの検出信号である。 制御装置のブロック図である。 アシスト制御処理を示すフローチャートである。 電流指令値の算出に用いるマップである。 異常診断処理を示すフローチャートである。 sinθ及びcosθの座標である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ラックアンドピニオン、４…タイロッド、５…車輪、６…減速機、７…電動モータ、８…制御装置、１２…トルクセンサ、１３…レゾルバ、１４…車速センサ、１５…回転角検出回路、１６…電流検出回路、２１…マイクロコンピュータ、２２…モータ駆動回路、２２Ａ…インバータ回路、２２Ｂ…ゲートドライブ回路

Claims (2)

1. ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記トルク検出手段で検出した操舵トルク及び前記回転角検出手段で検出した回転角に応じて、前記電動モータを駆動制御するアシスト制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記回転角検出手段の異常を検知する異常検知手段と、該異常検知が異常を検知したときに、当該異常が、前記回転角検出手段による回転角の検出が継続可能で、且つ検出誤差が微小な軽微異常であるか否かを判断する判断手段とを備え、
   前記アシスト制御手段は、前記判断手段が軽微異常であると判断したら、前記電動モータのアシストトルクを制限した状態で、前記回転角検出手段で検出した回転角に応じた当該電動モータの駆動制御を継続することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記アシスト制御手段は、前記判断手段が軽微異常ではないと判断したら、少なくとも前記回転角検出手段で検出した回転角に基づく前記電動モータの駆動制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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