JP2011025872A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構成簡素且つ信頼性の高い異常判定を行なう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】ECU11は、各マイコン18u,18v,18wが、それぞれ独立に、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、非結線モータであるモータ12の各相に対し、それぞれ独立に正弦波通電を行なう。また、これら各マイコン18u,18v,18wは、その対応相以外の二相について、それぞれ相電流指令値と実際の電流値との偏差を監視し、その偏差が所定の閾値を超える場合には、当該相に異常が生じたものと判定する。そして、ECU11は、各マイコン18u,18v,18wのうちの二つが、共に、残る一相に異常が発生したものと判定した場合には、当該相が異常である旨の判定を確定する。
【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するものである。
従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置(EPS)があり、このようなEPSは、レイアウト自由度が高く、且つエネルギー消費量が小さいという特徴を有している。そのため、近年では、小型車両から大型車両までの幅広い車種において、その採用が進められている。
さて、従来、EPSでは、そのパワーアシスト制御を実行する情報処理装置(マイコン等)において、数多くの異常判定処理(診断処理)が行なわれている。例えば、マイコンは、CPU及びメモリ(RAM及びROM)、並びに各種の電子回路(A/D変換等)により構成されるが、その起動時(イグニッションON時)には、実行プログラム及びその作業データの格納領域となるメモリが正常であることを確認するためのイニシャルチェックが行なわれる(例えば、特許文献1参照)。また、起動後においても、同マイコン及びその制御下にある各種電子回路が正常に機能しているか否かが監視される。そして、その異常判定処理において、何らかの異常を検知した場合には、速やかにフェールセーフを図ることにより、高い信頼性及び安全性を確保する構成となっている。
特開2006−331086号公報
しかしながら、近年、EPSにおいては、より優れた操舵フィーリングの実現を図るべく、様々な補償制御が実行されるようになっており、これに伴うメモリの大容量化によって、上記イニシャルチェックに要する時間が長くなっている。また、起動後の機能チェックは、例えば、パワーアシスト制御を実行するマイコン(メインマイコン)から独立した監視用マイコンを設けることで行なわれるが、この場合、メインマイコンは、その監視用マイコンから送られる試験演算をリアルタイムで実行しなければならない。そして、更に、このような監視用マイコンを含め、新たな監視回路(異常判定回路)を設けることで、メインマイコンには、その監視回路が正常に機能しているか否かを監視する必要性が生ずる等、その異常判定を実行するために要求される処理能力は増大の一途を辿っており、これが製造コストを押し上げる一因にもなっている。
加えて、数多くの監視回路を設けることで、その構成要素の増加に伴う故障発生率の上昇が顕著になるとともに、ひいては、その多岐にわたる異常判定の実行により、本来、EPSの運用上、何ら影響のない些細な事象をも異常と判定してしまう可能性がある。そして、これが故障としてカウントされることにより、その故障発生率が更に引き上げられる等といった問題を抱えており、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、構成簡素且つ信頼性の高い異常判定を行なう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、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記アシスト力に対応したモータトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づく駆動電力を前記モータに供給する駆動回路とを備えてなるとともに、前記制御信号出力手段は、検出される操舵トルクに基づき目標アシスト力に相当する電流指令値を演算して電流フィードバック演算を実行することにより前記モータ制御信号を生成する電動パワーステアリング装置において、前記モータは、三相の各モータコイルが互いに結線されていない非結線のブラシレスモータであって、前記制御手段には、前記モータの各相に対応して独立に設けられた三系統の前記駆動回路及び前記制御信号出力手段が設けられ、前記各制御信号出力手段は、前記目標アシスト力に相当する二相座標系の電流指令値を各相の相電流指令値に変換することにより、その対応相について相電流フィードバック制御を実行するとともに、該対応相以外の二相について、前記相電流指令値と相電流値との偏差に基づく異常判定を実行し、前記制御手段は、何れか二相の前記制御信号出力手段において、残る一相に異常が発生したものと判定された場合には、該判定を確定すること、を要旨とする。
上記構成によれば、各相の制御系に何らかの異常が生じた場合、その異常は、各制御信号出力手段が演算する各相電流指令値、又はその電流フィードバック制御の実行に基づき発生するモータの各相電流値に現れる。従って、各制御信号出力手段のそれぞれが、その対応相以外の相電流偏差を相互に監視することで、当該監視する相において生じた異常を検知することができる。そして、これら各制御信号出力手段のうちの二つが、共に、残る一相に異常が発生したものと判定した場合に、その異常である旨の判定を確定することで、より高い信頼性を確保することができる。
特に、各制御信号出力手段に生じた異常がパワーアシスト制御に影響を与えるような場合、その異常は、必ず、対応相における相電流偏差に現れる。従って、上述のような起動時におけるメモリのイニシャルチェック等、各制御信号出力手段を構成する電子制御装置に関するその他の異常判定制御(監視回路)を廃して、この各相の電流偏差に基づく異常判定に代えることが可能になる。そして、これにより、その起動時間の短縮のみならず、各制御信号出力手段に要求される処理能力が低下することによるコストダウン、及び回路規模の縮小による故障発生率の低減を図ることができる。
請求項2に記載の発明は、前記制御手段は、前記異常が発生した旨の判定が確定した場合には、その異常発生相への通電のみを停止し、残る二相への通電を継続すること、を要旨とする。
即ち、ブラシレスモータは、所謂二相駆動が可能であり、且つ非結線モータでは、その何れか一相に異常が発生した場合であっても、その異常が残る二相に対する通電の障害とはならない。従って、上記構成のように、その異常発生相への通電のみを停止することで、フェールセーフを図りつつ、そのパワーアシスト制御を続行することができる。その結果、高い信頼性と運転者の利便性と両立させることができる。
請求項3に記載の発明は、前記各制御信号出力手段は、前記対応相以外の二相に関する異常判定の結果を状態信号として出力するものであって、前記制御手段は、各相毎に、当該相に関する二つの前記状態信号が共に異常を示す場合に該異常を示す確定状態信号を出力する状態判定器と、前記確定状態信号が前記異常を示す場合に当該相への通電を停止させる停止手段とを備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、簡素な構成にて、異常発生相への通電を停止しつつ、残る二相への通電を継続することができる。更に、残る二相の何れか異常が発生した場合には、特別な制御を要することなく、全相の通電が停止する。これにより、より迅速にフェールセーフを図ることができ、その結果、信頼性を更に向上させることができる。
請求項4に記載の発明は、前記各駆動回路は、前記モータ制御信号に基づくゲート電圧が印加されることにより、対応相の前記モータコイルに前記通電するものであって、前記制御手段は、前記確定状態信号が正常を示す場合に対応相の前記駆動回路に対して前記ゲート電圧の印加を実行する各相毎に独立したプリドライバを備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、簡素な構成にて、停止手段を構成することができる。
本発明によれば、構成簡素且つ信頼性の高い異常判定を行なう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。
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。 各相制御系の概略構成を示すブロック図。 他の二相について行なう状態判定の処理手順を示すフローチャート。 状態判定器の真理値を示す説明図。
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に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置(EPS)1において、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を介してラック軸5と連結されており、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によりラック軸5の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、コラムシャフト3a、インターミディエイトシャフト3b、及びピニオンシャフト3cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド6を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪7の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
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、駆動源であるモータ12が減速機構13を介してコラムシャフト3aと駆動連結された所謂コラム型のEPSアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、減速機構13には、周知のウォーム&ホイールが採用されている。そして、EPSアクチュエータ10は、モータ12の回転を減速してコラムシャフト3aに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
一方、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。本実施形態では、トルクセンサ14は、コラムシャフト3aの途中に設けられたトーションバー16と、同トーションバー16の捩れに基づいて、ステアリングシャフト3を介して伝達される操舵トルクτを検出可能なセンサ信号(Sa,Sb,Sc)を出力する独立した3つのセンサユニット14a,14b,14cとを備えて構成されている。
尚、このようなトルクセンサは、例えば、トーションバー16の捩れに基づき磁束変化を生ずるセンサコア(図示略)の外周に、検出要素となる各センサユニット14a,14b,14cとして、3個のホールICを配置することにより形成可能である(例えば、特開2003−149062号公報(第10図)参照)。
そして、本実施形態のECU11は、このトルクセンサ14により検出される操舵トルクτ(τ1,τ2,τ3)、及び車速センサ15により検出される車速Vに基づいて、駆動電力の供給を通じてモータ12の発生するアシストトルクを制御することにより、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に示すように、本実施形態では、EPSアクチュエータ10の駆動源であるモータ12には、三相(U,V,W)の各モータコイル12u,12v,12wが互いに結線されていない非結線のブラシレスモータが採用されている。そして、ECU11は、その各相のモータコイル12u,12v,12wに対して、それぞれ独立に正弦波通電を行なうことにより、同モータ12に三相の駆動電力を供給する構成となっている。
詳述すると、本実施形態のECU11は、各相のモータコイル12u,12v,12wに対応してそれぞれ独立に設けられた3つの駆動回路17u,17v,17wと、当該各駆動回路17u,17v,17wに対応してそれぞれ独立に設けられた制御信号出力手段としての3つのマイコン18u,18v,18wとを備えている。尚、これら各マイコン18u,18v,18wと、その対応する各駆動回路17u,17v,17wとの間には、それぞれプリドライバ19u,19v,19wが介在されている。そして、各マイコン18u,18v,18wが独立に出力する各モータ制御信号に基づいて、その対応する各駆動回路17u,17v,17wがそれぞれ独立に作動することにより、上記各相のモータコイル12u,12v,12wへの通電が行なわれるようになっている。
さらに詳述すると、本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wには、上記トルクセンサ14の出力するセンサ信号(Sa,Sb,Sc)が入力される。具体的には、マイコン18uには、トルクセンサ14を構成する3つのセンサユニット14a,14b,14cのうち、センサユニット14aの出力するセンサ信号Saが入力される。同様に、マイコン18vには、センサユニット14bの出力するセンサ信号Sbが入力され、マイコン18wには、センサユニット14cの出力するセンサ信号Scが入力される。そして、各マイコン18u,18v,18wは、その対応するセンサユニット14a,14b,14cから入力されるセンサ信号Sa,Sb,Scに基づいて、それぞれ独立に操舵トルクτ1,τ2,τ3を検出する。尚、各マイコン18u,18v,18wには、上記車速センサ15により検出された車速Vとして、共通の値が、図示しない車内ネットワーク(CAN)を介して入力される。
本実施形態では、これらの各状態量(τ1,τ2,τ3、V)に基づいて、各マイコン18u,18v,18wが、それぞれ独立に、そのパワーアシスト制御の実行により操舵系に付与すべきアシスト力、即ち目標アシスト力を演算する。尚、各マイコン18u,18v,18wは、その車速Vが低いほど大となり、また、その操舵トルクτが大きいほど大となるように上記目標アシスト力を演算する。
また、本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wは、それぞれが独立にモータ12の各相電流値Iu,Iv,Iwを検出する。そして、各マイコン18u,18v,18wは、上記目標アシスト力に相当するモータトルクを発生させるべく、それぞれが独立して、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、対応する各駆動回路17u,17v,17wに出力するモータ制御信号を生成する。
詳述すると、本実施形態では、モータ12の各相電流値Iu,Iv,Iwを検出するための電流センサが各相毎に二つずつ設けられている。具体的には、これらの各電流センサ20ua,20ub、20va,20vb、20wa,20wbは、各相のモータコイル12u,12v,12wとその対応する駆動回路17u,17v,17wとを接続する各二本の動力配線21ua,21ub、21va,21vb、21wa,21wbに、それぞれ一つずつ設けられている。
本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wは、それぞれ、その対応する相に設けられた二つの電流センサのうち、一方の動力配線に設けられた第1の電流センサ(20ua,20va、20wa)を用いて、その対応相の相電流値を検出する。そして、その対応相以外の二相の相電流値については、他方の動力配線に設けられた第2の電流センサ(20ub,20vb、20wb)を用いて、当該相の相電流値を検出する。
具体的には、U相に対応するマイコン18uは、同じくU相に対応する駆動回路17uとU相のモータコイル12uとを接続する二本の動力配線21ua,21ubのうち、動力配線21ua(同図中、並行する二本のうちの上側の動力配線)に設けられた電流センサ20uaを用いて、その対応相であるU相の相電流値Iuを検出する。そして、その対応相以外の二相、即ちV相,W相については、これら各相の動力配線21vb,21wb(同図中、並行する二本のうちの下側の動力配線)にそれぞれ設けられた各電流センサ20vb,20wbを用いることにより、当該各相の相電流値Iv´,Iw´を検出する。
同様に、V相,W相の各相に対応するマイコン18v,18wは、それぞれの対応相における一方の電流センサ20va,20wa(同図中、並行する二本のうちの上側の動力配線)を用いて、その対応相の相電流値Iv,Iwを検出する。また、その対応相以外の二相については、V相に対応するマイコン18vは、U相,W相の動力配線21ub,21wb(同図中、並行する二本のうちの下側の動力配線)に設けられた各電流センサ20ub,20wbを用いて当該各相の電流指令値Iv´,Iw´を検出する。そして、W相に対応するマイコン18wは、U相,V相の動力配線21ub,21vbに設けられた各電流センサ20ub,20vb(同図中、並行する二本のうちの下側の動力配線)を用いて当該各相の電流指令値Iu´,Iv´を検出する。
また、本実施形態のECU11には、それぞれ独立にモータ12の回転角θを検出する回転角センサ22a,22b,22cが接続されており、各マイコン18u,18v,18wには、それぞれ、その対応する各回転角センサ22a,22b,22cにより回転角θ(θ1,θ2,θ3)を検出する(図1参照)。具体的には、マイコン18uは、回転角センサ22aにより回転角θ1を検出し、マイコン18vは、回転角センサ22bにより回転角θ2を検出し、マイコン18wは、回転角センサ22cにより回転角θ3を検出する。
そして、各マイコン18u,18v,18wは、このように、それぞれが独立に検出するモータ12の各相電流値Iu(Iu´),Iv(Iv´),Iw(I´w)に基づいて、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、上記目標アシスト力に相当するモータトルクを発生させるためのモータ制御信号を独立に生成する。
次に、各相制御系における電流フィードバック演算及びモータ制御信号の出力、並びにモータコイルへの通電の態様について説明する。
尚、説明の便宜のため、以下、場合により、U,V,W相のうちの任意の一相を「X相」と表記するとともに、そのX相において用いられる操舵トルク及びモータ回転角については、それぞれ「τn」「θn」として表記する(n=1,2,3)。そして、更に、このX相を対応相とする場合には、その対応相以外の二相をそれぞれ「Y相」「Z相」として表記することとする。
具体的には、例えば、U相をX相とした場合、マイコン18xが検出する操舵トルクτn及びモータ12の回転角θnは、それぞれ「τ1」「θ1」を示す。そして、U相以外の二相、即ち「V相,W相」は、その何れか一方が「Y相」、他方が「Z相」となる。
図3に示すように、マイコン18xは、電流指令値演算部25を有しており、上記操舵トルクτn及び車速Vに基づく目標アシスト力の演算は、この電流指令値演算部25において行なわれる。そして、電流指令値演算部25は、その目標アシスト力に対応する二相座標系の電流指令値として、d/q座標系のq軸電流指令値Iq*を出力するように構成されている。
即ち、三相交流は、直交座標であるd/q軸上に座標変換することにより、d軸電流及びq軸電流の二つの直流量として取り扱うことができ、モータトルクは、そのうちq軸電流値に依存する。従って、上記q軸電流指令値Iq*を基礎とする電流フィードバック制御の実行により目標アシスト力に相当するモータトルクを発生させることができるのである。
また、本実施形態のECU11では、上記のように、各マイコン18u,18v,18wが、それぞれが独立して、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、それぞれ対応する各駆動回路17u,17v,17wにモータ制御信号を出力する。このため、電流指令値演算部25の出力するq軸電流指令値Iq*は、当該X相に対応した回転角センサ22mにより検出されるモータ12の回転角θnとともに(m=a,b,c、「n」に対応する何れか)、先ず、二相/三相変換部26に入力される。そして、この二相/三相変換部26において、そのq軸電流指令値Iq*(及びd軸電流指令値Id*、Id*=0)を座標変換することにより、その対応相であるX相の相電流指令値Ix*が生成される。
尚、この二相/三相変換部26が実行する座標変換により、上記対応相の相電流指令値Ix*とともに、その対応相以外の二相の相電流指令値Iy*,Iz*が演算されるが、本実施形態では、これらの各相電流指令値Iy*,Iz*は、後述する状態判定部35において用いられる。
次に、二相/三相変換部26において演算された相電流指令値Ix*は、減算器27に入力される。また、この減算器27には、X相のモータコイル12xと駆動回路17xとを接続する一方の動力配線21xaに設けられた電流センサ20xaにより検出される実際の相電流値Ixが入力される。尚、動力配線21xbに設けられた電流センサ20xbが検出する相電流値Ix´は、他の二相に対応する他のマイコン(図示略)に入力される。そして、この減算器27において演算される相電流指令値Ix*と相電流値Ixとの偏差ΔIxが、F/B制御部28に入力されることにより、その相電流指令値Ix*に、実際の相電流値Ixを追従させるべく電流フィードバック制御が実行される。
具体的には、F/B制御部28は、その入力される偏差ΔIxに対し比例ゲインを乗じた比例項、及びその積分値に積分ゲインを乗じた積分項に基づく比例・積分制御(PI制御)を実行する。そして、そのフィードバック制御演算により算出される相電圧指令値Vx*がPWM制御出力部29に出力され、同PWM制御出力部29が、その相電圧指令値Vx*に対応するDUTY指示値を演算することにより、X相についてのモータ制御信号が生成されるようになっている。
一方、本実施形態では、駆動回路17xは、FET31a,31c及びFET31b,31dの各組の直列回路を並列に接続してなるとともに、FET31a,31c及びFET31b,31dの各接続点が、それぞれ出力端子32a,32bとなっている。
即ち、本実施形態の駆動回路17x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(スイッチングアーム)として、二列のスイッチングアーム33a,33bを並列に接続してなる周知のHブリッジ型PWMインバータとして構成されている。
そして、そのゲート端子への電圧印加に基づき各FET31a〜31dがオン/オフすることにより、出力端子32a,32bに接続されたモータ端子に対して車載電源(バッテリ)34に基づく電圧を印加することで、その通電方向及び通電量を任意に変更することが可能となっている。
具体的には、マイコン18xの出力するモータ制御信号は、プリドライバ19xに入力され、同プリドライバ19xが、そのモータ制御信号に基づいて、駆動回路17xを構成する各FET31a〜31dにゲート電圧を印加する。そして、そのモータ制御信号に示されるDUTY比に応じて、各出力端子32a,32bの出力電圧が変化することにより、その対応するX相のモータコイル12xに正弦波通電が行なわれる。
そして、本実施形態では、U,V,Wの各相において、このような相電流フィードバック制御の実行によるモータ制御信号の出力、及びその対応相に対する正弦波通電が行なわれることにより、上記目標アシスト力に対応したモータトルクを発生させるべくモータ駆動が行なわれるようになっている。
(異常検出)
次に、本実施形態のEPSにおける異常検出の態様について説明する。
図3に示すように、本実施形態では、マイコン18xには、状態判定部35が設けられており、上記二相/三相変換部26における座標変換の実行により演算された各相電流指令値のうち、対応相以外の二相の相電流指令値Iy*,Iz*は、この状態判定部35に入力されるようになっている。また、この状態判定部35には、その対応相以外の二相の各相電流値Iy´,Iz´が入力されるようになっている。そして、状態判定部35は、これらの各相電流指令値Iy*,Iz*と各相電流値Iy´,Iz´の各偏差に基づいて、その対応相以外の二相の制御系、即ちY相、Z相の制御系についての異常判定を実行する。
即ち、上述のように、本実施形態のECU11は、モータ12のU,V,Wの各相に対応して独立に設けられた各3つの駆動回路17u,17v,17w、プリドライバ19u,19v,19w、及びマイコン18u,18v,18wを備えている(図2参照)。また、これらの各マイコン18u,18v,18wは、それぞれが独立して操舵トルクτ(τ1,τ2,τ3)、及びモータ12の各相電流値Iu(Iu´),Iv(Iv´),Iw(I´w)、並びに回転角θ(θ1,θ2,θ3)を検出する。そして、各マイコン18u,18v,18wが独立して、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、その対応相毎に独立した三系統の制御系が形成されている。
従って、その各相の制御系が正常に機能しているならば、各マイコン18u,18v,18wが検出する上記各状態量(操舵トルク、各相電流値、及びモータ回転角)は全て、略同一の値となり、それぞれが独立に演算する各相電流指令値(Iu*,Iv*,Iw*)もまた、略同一の値となる。
一方、各相の制御系に何らかの異常が生じた場合、その異常は、各マイコン18u,18v,18wが演算する各相電流指令値、又はその電流フィードバック制御の実行に基づき発生するモータ12の各相電流値に現れる。従って、その相電流偏差を他の二相のマイコンが監視することで、当該相の制御系において生じた異常を検知することができる。
そして、本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wに設けられた上記状態判定部35において、それぞれが相互に、他の二相の相電流偏差を監視することにより、U,V,Wの各相について、その制御系の異常判定を行なう構成となっている。
具体的には、図4のフローチャートに示すように、マイコン18xは、先ずY相の相電流指令値Iy*と相電流値Iyとの偏差(の絶対値)が所定の閾値αを超えるか否かを判定する(ステップ101)。そして、その偏差(|Iy*−Iy|)が閾値αを超える場合(|Iy*−Iy|>α、ステップ101:YES)には、Y相制御系に何らかの異常が発生したものと判定する(ステップ102)。
そして、上記ステップ101において、偏差(|Iy*−Iy|)が閾値α以下である場合(|Iy*−Iy|≦α、ステップ101:NO)には、Y相の制御系は正常であると判定する(ステップ103)。
次に、マイコン18xは、Z相の相電流指令値Iz*と相電流値Izとの偏差(の絶対値)が所定の閾値αを超えるか否かを判定する(ステップ104)。そして、その偏差(|Iz*−Iz|)が閾値αを超える場合(|Iz*−Iz|>α、ステップ104:YES)には、Z相制御系に何らかの異常が発生したものと判定する(ステップ105)。
そして、上記ステップ104において、偏差(|Iz*−Iz|)が閾値α以下である場合(|Iz*−Iz|≦α、ステップ101:NO)には、Z相の制御系は正常であると判定する(ステップ106)。
また、本実施形態のECU11は、各マイコン18u,18v,18wのうちの二つが、共に、残る一相に異常が発生したものと判定した場合には、当該相が異常である旨の判定を確定する。そして、その異常が確定された相に対する通電を停止する構成となっている。
詳述すると、図2に示すように、本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wは、その状態判定部35における異常判定の結果を状態信号(Sst-v_u,Sst-w_u、Sst-u_v,Sst-w_v、Sst-u_w,Sst-v_w)として出力する。また、ECU11には、各相に対応する3つの独立した状態判定器37u,37v,37wが設けられており、これら各状態判定器37u,37v,37wには、その対応相以外の二相の各マイコンが出力する各状態信号が入力される。
具体的には、U相の状態判定器37uには、V相,W相に対応する各マイコン18v,18wの出力するU相についての各状態信号Sst-u_v,Sst-u_wが入力される。同様に、V相の状態判定器37vには、U相,W相に対応する各マイコン18u,18wの出力するV相についての各状態信号Sst-v_u,Sst-v_wが入力され、W相の状態判定器37wには、U相,V相に対応する各マイコン18u,18vの出力するW相についての各状態信号Sst-w_u,Sst-w_vが入力される。そして、各状態判定器37u,37v,37wは、その入力される二つの状態信号の両方が、その対応相に異常が生じた旨を示す場合にのみ、当該対応相に異常が生じた旨の判定を確定する。
そして、各状態判定器37u,37v,37wは、残る場合、即ち、その対応相以外の各マイコンから入力される二つの状態信号の少なくとも何れか一方が正常である旨を示す場合には、当該対応相は正常である旨の判定を確定する。
また、本実施形態では、これら各状態判定器37uは、上記のように確定した状態判定の結果を、確定状態信号Sst-u,Sst-v,Sst-wとして、その対応する相のプリドライバ19u,19v,19wに出力する。そして、各プリドライバ19u,19v,19wは、その入力される確定状態信号Sst-u,Sst-v,Sst-wが、当該相に異常が生じた旨を示す場合には、その対応する各駆動回路17u,17v,17w(を構成する各FET31a〜31d、図3参照)に対する上記ゲート電圧の印加を停止する構成となっている。
具体的には、本実施形態では、各マイコン18u,18v,18wの出力する各状態信号Sst-v_u,Sst-w_u、Sst-u_v,Sst-w_v、Sst-u_w,Sst-v_wについては、その対象となる相が正常である場合に「Hi」、異常である場合に「Lo」となるように設定されている(図4参照)。そして、上記各状態判定器37u,37v,37wは、OR回路により構成されている。
即ち、図5に示すように、対応相以外の二相(Y相,W相)から入力される当該対応相(X相)についての二つの状態信号Sst-x_y,Sst-x_zが「ともにHi」又は「何れか一方がHi」である場合、X相に対応する状態判定器が出力する確定状態信号Sst-xは「Hi」となる。そして、その入力される二つの状態信号Sst-x_y,Sst-x_zが「ともにLo」である場合にのみ、X相に対応する状態判定器の出力する確定状態信号Sst-xが「Lo」となる。
そして、本実施形態の各プリドライバ19xは、その入力される確定状態信号Sst-xが「Hi」である場合に、上記のようなモータ制御信号に基づくゲート電圧の印加を実行する所謂「Hiアクティブ」の構成となっている。
つまり、本実施形態では、プリドライバ19xにより停止手段が構成されており、そのプリドライバ19xによるゲート電圧の印加が停止することで、当該相の駆動回路17xを構成する各FET31a〜31dが全てオフとなる(図3参照)。そして、本実施形態では、これにより、その異常が発生した相への通電を停止して速やかにフェールセーフを図るとともに、残る二相への通電を継続することにより、そのパワーアシスト制御を続行する構成となっている。
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、各マイコン18u,18v,18wが、それぞれ独立に、その対応相について相電流フィードバック制御を実行することにより、非結線モータであるモータ12の各相に対し、それぞれ独立に正弦波通電を行なう。また、これら各マイコン18u,18v,18wは、その対応相以外の二相について、それぞれ相電流指令値と実際の電流値との偏差を監視し、その偏差が所定の閾値を超える場合には、当該相に異常が生じたものと判定する。そして、ECU11は、各マイコン18u,18v,18wのうちの二つが、共に、残る一相に異常が発生したものと判定した場合には、当該相が異常である旨の判定を確定する。
上記構成によれば、各相の制御系に何らかの異常が生じた場合、その異常は、各マイコン18u,18v,18wが演算する各相電流指令値、又はその電流フィードバック制御の実行に基づき発生するモータ12の各相電流値に現れる。従って、各マイコン18u,18v,18wのそれぞれが、その対応相以外の相電流偏差を相互に監視することで、その監視する相において生じた異常を検知することができる。そして、これら各マイコン18u,18v,18wのうちの二つが、ともに、残る一相に異常が発生したものと判定した場合に、その異常である旨の判定を確定することで、より高い信頼性を確保することができる。
特に、各マイコン18u,18v,18wに生じた異常がパワーアシスト制御に影響を与えるような場合、その異常は、必ず、対応相における相電流偏差に現れる。従って、上述のような起動時におけるメモリのイニシャルチェック等、各マイコン18u,18v,18wに関するその他の異常判定制御(監視回路)を廃して、この各相の電流偏差に基づく異常判定に代えることが可能になる。そして、これにより、その起動時間の短縮のみならず、各マイコン18u,18v,18wに要求される処理能力が低下することによるコストダウン、及び回路規模の縮小による故障発生率の低減を図ることができる。
(2)ECU11は、何れかの相が異常である旨の判定を確定した場合には、その異常が確定された相に対する通電のみを停止し、残る二相への通電を継続する。
即ち、ブラシレスモータは、所謂二相駆動が可能であり、且つ非結線モータでは、その何れか一相に異常が発生した場合であっても、その異常が残る二相に対する通電の障害とはならない。従って、上記構成のように、その異常発生相への通電のみを停止することで、フェールセーフを図りつつ、そのパワーアシスト制御を続行することができる。その結果、高い信頼性と運転者の利便性と両立させることができる。
(3)ECU11には、各相に対応する3つの独立した状態判定器37u,37v,37wが設けられ、各マイコン18u,18v,18wは、その対応相以外の二相の状態判定器に対し、その相に関する異常判定の結果を状態信号(Sst-v_u,Sst-w_u、Sst-u_v,Sst-w_v、Sst-u_w,Sst-v_w)として出力する。また、各状態判定器37u,37v,37wは、対応相以外の二相のマイコンから入力される二つの状態信号の両方が異常である旨を示す場合には、対応するプリドライバに対し、対応相が異常である旨を示す確定状態信号Sst-u,Sst-v,Sst-wを出力する。そして、各プリドライバ19u,19v,19wは、その入力される確定状態信号が異常である旨を示すものである場合には、その対応する各駆動回路17u,17v,17wに対する上記ゲート電圧の印加を停止する。
上記構成によれば、簡素な構成にて、異常発生相への通電を停止しつつ、残る二相への通電を継続することができる。そして、更に、残る二相の何れか異常が発生した場合には、全相に対する通電を停止させることができる。
(4)各状態判定器37u,37v,37wは、OR回路により構成される。即ち、各マイコン18xの出力する各状態信号Sst-y_x,Sst-z_xについては、正常を示す場合に「Hi」となるように設定し、及び各プリドライバ19xについては、入力される確定状態信号Sst-xが「Hi」である場合にゲート電圧の印加を実行する構成(Hiアクティブ)とすることで、OR回路を上記状態判定器とすることが可能である。そして、これにより、容易に、各状態判定器を形成することができるとともに、その構成の更なる簡素化が可能になる。
(5)マイコン18xが対応相であるX相の相電流値Ixを検出するために用いる第1の電流センサ(20xa)と、他相のマイコンが、当該X相の相電流値Ix´を検出するために用いる第2の電流センサ(20xb)とを設けた。
上記構成によれば、その相電流値を検出する段階の構成(各電流センサ及びその信号配線)に異常が生じた場合、その異常発生相のマイコンが検出する当該相の相電流値とその他の二相のマイコンが検出する当該異常発生相の相電流値に相違が生ずる。その結果、各マイコン18u,18v,18wが共通の値を用いた場合よりも、その異常が電流偏差に現れやすくなり、これに伴う異常検出の早期化によって、更なる信頼性の向上を図ることができる。
(6)第1及び第2の電流センサ(20xa,20xb)は、各相のモータコイル12xと該各モータコイル12xに対応する駆動回路17xとを接続する二本の動力配線21xa,21xbにそれぞれ一つずつ設けられる。
上記構成によれば、各動力配線21xa,21xbに生じた異常も相電流偏差として現れるようになる。その結果、更なる構成の簡素化及び信頼性の向上を図ることができる。
(7)ECU11には、操舵トルクτを検出可能な独立した三系統のセンサ信号Sa,Sb,Scが入力され、各マイコン18u,18v,18wは、その対応する各センサ信号Sa,Sb,Scに基づいて、それぞれ独立に操舵トルクτ1,τ2,τ3を検出する。そして、各マイコン18u,18v,18wは、それぞれ独立に、その操舵トルクτ1,τ2,τ3に基づく目標アシスト力及びそれに対応するq軸電流指令値Iq*の演算を実行する。
上記構成によれば、操舵トルクτを検出する段階の構成(トルクセンサ及びその信号)に生じた異常が生じた場合、その異常発生相のマイコンが演算する目標アシスト力及びそれに基づく電流指令値とその他の二相のマイコンが演算する電流指令値とに相違が生ずる。その結果、各マイコン18u,18v,18wが共通の値を用いた場合によりも、その異常が電流偏差に現れやすくなり、これに伴う異常検出の早期化によって、更なる信頼性の向上を図ることができる。
(8)トルクセンサ14は、コラムシャフト3aの途中に設けられたトーションバー16と、同トーションバー16の捩れ、即ちステアリングシャフト3を介して伝達される操舵トルクτを検出可能なセンサ信号Sa,Sb,Scを出力する独立した3つのセンサユニット14a,14b,14cとを備える。
即ち、トーションバーを含むトルクセンサの機械的構成は、極めて堅牢である場合が多い。従って、上記のように、その電気的構成のみを三重系としたトルクセンサ14を用いることで、信頼性を確保しつつ、その構成を簡素化することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のEPSに具体化した。しかし、これに限らず、所謂ピニオン型やラックアシスト型のEPSに具体化してもよい。
・上記実施形態では、マイコン18xが対応相であるX相の相電流値Ixを検出するために用いる第1の電流センサ(20xa)と、他相のマイコンが、当該X相の相電流値Ix´を検出するために用いる第2の電流センサ(20xb)とを設けることとした。しかし、これに限らず、各マイコン18u,18v,18wが、各相電流値Iu,Iv,Iwとして共通の値を用いる構成としてもよい。
更に、このような第1及び第2の電流センサ(20xa,20xb)を設ける場合については、必ずしも各相の二本の動力配線21xa,21xbにそれぞれ一つずつ設ける構成でなくともよい。このような構成としても、各相毎に独立した電流フィードバック制御、及びその相電流偏差に基づく異常検出は可能である。
しかしながら、より高い信頼性及び高精度な異常判定の実行という観点からは、上記のように第1及び第2の電流センサを設ける。そして、更にそれぞれを各相の二本の動力配線21xa,21xbにそれぞれ一つずつ設ける構成の方がより好適であることはいうまでもない。
・また、上記実施形態では、操舵トルクτを検出可能なセンサ信号Sa,Sb,Scを出力する独立した3つのセンサユニット14a,14b,14cとを備えたトルクセンサ14を使用し、各マイコン18u,18v,18wは、その対応する各センサ信号Sa,Sb,Scに基づいて、それぞれ独立に操舵トルクτ1,τ2,τ3を検出することとした。しかし、これに限らず、独立した3つのトルクセンサを設けて、それぞれの信号を対応する各マイコンに入力する構成としてもよい。更に、トルク検出の信頼性が担保されるならば、各マイコン18u,18v,18wが共通の操舵トルクτを用いる構成としてもよい。同様に、モータ12の回転角θについても共通の値を用いる構成としてもよい。
・上記実施形態では、マイコン18xの出力する各状態信号Sst-y_x,Sst-z_xについては、正常を示す場合に「Hi」となるように設定し、及びプリドライバ19xについては、入力される確定状態信号Sst-xが「Hi」である場合にゲート電圧の印加を実行する構成(Hiアクティブ)とする。そして、OR回路により各状態判定器37u,37v,37wを構成することとした。
しかし、これに限らず、正常を示す場合に状態信号が「Lo」となる設定でもよく、またプリドライバは「Loアクティブ」でもよい。即ち、各状態判定器は、必ずしもOR回路に限るものではなく、入力される二つの状態信号の両方が異常である旨を示す場合に、対応するプリドライバに対し、その対応相が異常である旨を示す確定状態信号を出力する構成であればよい。従って、例えば、異常時を示す状態信号が「Hi」であり、異常を示す確定状態信号が「Hi」である場合には、AND回路を状態判定器とすることが可能である。
・上記実施形態では、ECU11は、何れかの相が異常である旨の判定を確定した場合には、その異常が確定された相に対する通電を停止し、残る二相への通電を継続することとした。しかし、これに限らず、モータ12の各相について、その通電を停止する、即ち駆動電力の供給自体を停止する構成であってもよい。尚、この場合、その供給停止まで移行段階については、例えば、残る二相への通電量を徐々に低減する等、所謂徐変制御を導入するとよい。
・上記実施形態では、電流指令値演算部25は、その目標アシスト力に対応する二相座標系の電流指令値としてq軸電流指令値Iq*を演算するとともに、d軸電流指令値を「0」としてその後の二相/三相変換を行なうこととした。しかし、これに限らず、目標アシスト力に対応する二相座標系の電流指令値としてq軸電流指令値及びd軸電流指令値を演算する構成であってもよい。
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
(イ)請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のパワーステアリング装置において、各相毎に、当該相の前記各制御信号出力手段がその相電流検出に用いる第1の電流センサと、当該相以外の二相の前記制御信号出力手段が当該相の相電流検出に用いる第2の電流センサとを備えたこと、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記構成によれば、その相電流値を検出する段階の構成(各電流センサ及びその信号配線)に異常が生じた場合、その異常発生相の制御信号出力手段が検出する当該相の相電流値とその他の二相の制御信号出力手段が検出する当該異常発生相の相電流値に相違が生ずる。その結果、各制御信号出力手段が共通の値を用いた場合よりも、その異常が電流偏差に現れやすくなり、これに伴う異常検出の早期化によって、更なる信頼性の向上を図ることができる。
(ロ)上記(イ)に記載の電動パワーステアリング装置において、前記各電流センサは、各相の前記モータコイルと該各モータコイルに対応する前記駆動回路とを接続する各二本の動力配線にそれぞれ一つずつ設けられること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記構成によれば、各動力配線に生じた異常も相電流偏差として現れるようになる。その結果、更なる構成の簡素化及び信頼性の向上を図ることができる。
(ハ)請求項1〜請求項4、及び上記(イ)、(ロ)の何れか一項に記載のパワーステアリング装置において、前記制御手段には、前記操舵トルクを検出可能な独立した三系統のセンサ信号が入力されるとともに、前記各制御信号出力手段は、対応する前記センサ信号により検出される操舵トルクに基づいて、それぞれが独立して前記電流指令値を演算すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記構成によれば、操舵トルクを検出する段階の構成(トルクセンサ及びその信号)に生じた異常が生じた場合、その異常発生相の制御信号出力手段が演算する目標アシスト力及びそれに基づく電流指令値と、その他の二相の制御信号出力手段が演算する電流指令値とに相違が生ずる。その結果、各制御信号出力手段が共通の値を用いた場合によりも、その異常が電流偏差に現れやすくなり、これに伴う異常検出の早期化によって、更なる信頼性の向上を図ることができる。
(ニ)上記(ハ)に記載の電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトの途中に設けられたトーションバーの捩れに基づき前記操舵トルクを検出可能な独立した三系統のセンサ信号を出力するトルクセンサを備えること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。即ち、トーションバーを含むトルクセンサの機械的構成は、極めて堅牢である場合が多い。従って、その電気的構成のみを三重系としたトルクセンサを用いることで、信頼性を確保しつつ、その構成を簡素化することができる。
即ち、トーションバーを含むトルクセンサの機械的構成は、極めて堅牢である場合が多い。従って、上記のように、その電気的構成のみを三重系としたトルクセンサを用いることで、信頼性を確保しつつ、その構成を簡素化することができる。
1…電動パワーステアリング装置(EPS)、2…ステアリング、3…ステアリングシャフト、10…EPSアクチュエータ、11…ECU、12…モータ、12u,12v,12w…モータコイル、14…トルクセンサ、14a,14b,14c…センサユニット、16…トーションバー、17u,17v,17w,17x…駆動回路、18u,18v,18w,18x…マイコン、19u,19v,19w,19x…プリドライバ、20ua,20ub、20va,20vb、20wa,20wb、20xa,20xb…電流センサ、21ua,21ub、21va,21vb、21wa,21wb、21xa,21xb…動力配線、22u,22v,22w,22m…回転角センサ、25…電流指令値演算部、26…二相/三相変換部、27…減算器、28…F/B制御部、29…PWM制御出力部、31a〜31d…FET、32a,32b…出力端子、33a,33b…スイッチングアーム、34…車載電源、35…状態判定部、37…状態判定器、Sa,Sb,Sc…センサ信号、τ(τ1,τ2,τ3,τn)…操舵トルク、θ(θ1,θ2,θ3,θn)…回転角、Iq*…q軸電流指令値、Ix*…相電流指令値、Ix*,Iy*,Iz*,…相電流値、Iu(Iu´),Iv(Iv´),Iw(I´w),Ix…相電流値、ΔIx…偏差、α…閾値、Sst-v_u,Sst-w_u、Sst-u_v,Sst-w_v、Sst-u_w,Sst-v_w、Sst-u_w,Sst-y_x、Sst-z_x…状態信号、Sst-u_w,Sst-v,Sst-w,Sst-x…確定状態信号。

Claims (4)

  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、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記アシスト力に対応したモータトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づく駆動電力を前記モータに供給する駆動回路とを備えてなるとともに、前記制御信号出力手段は、検出される操舵トルクに基づき目標アシスト力に相当する電流指令値を演算して電流フィードバック演算を実行することにより前記モータ制御信号を生成する電動パワーステアリング装置において、
    前記モータは、三相の各モータコイルが互いに結線されていない非結線のブラシレスモータであって、
    前記制御手段には、前記モータの各相に対応して独立に設けられた三系統の前記駆動回路及び前記制御信号出力手段が設けられ、
    前記各制御信号出力手段は、前記目標アシスト力に相当する二相座標系の電流指令値を各相の相電流指令値に変換することにより、その対応相について相電流フィードバック制御を実行するとともに、該対応相以外の二相について、前記相電流指令値と相電流値との偏差に基づく異常判定を実行し、
    前記制御手段は、何れか二相の前記制御信号出力手段において、残る一相に異常が発生したものと判定された場合には、該判定を確定すること、
    を特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 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、
    前記制御手段は、前記異常が発生した旨の判定が確定した場合には、その異常発生相への通電のみを停止し、残る二相への通電を継続すること、
    を特徴とする電動パワーステアリング装置。
  3. 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、
    前記各制御信号出力手段は、前記対応相以外の二相に関する異常判定の結果を状態信号として出力するものであって、
    前記制御手段は、各相毎に、当該相に関する二つの前記状態信号が共に異常を示す場合に該異常を示す確定状態信号を出力する状態判定器と、前記確定状態信号が前記異常を示す場合に当該相への通電を停止させる停止手段とを備えること、
    を特徴とする電動パワーステアリング装置。
  4. 請求項3に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記各駆動回路は、前記モータ制御信号に基づくゲート電圧が印加されることにより、対応相の前記モータコイルに前記通電するものであって、
    前記制御手段は、前記確定状態信号が正常を示す場合に対応相の前記駆動回路に対して前記ゲート電圧の印加を実行する各相毎に独立したプリドライバを備えること、
    を特徴とする電動パワーステアリング装置。
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