JP2011183923A - 電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステム - Google Patents

電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステム Download PDF

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Abstract

【課題】トルクセンサの異常時にも適切な動作ができる電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステムを提供することにある。
【解決手段】メインマイコン1−1の制御手段100は、操舵力を検出するトルクセンサ2により検出されたトルク信号に基づいて、アシストトルクを発生するモータ6を駆動する駆動回路5にモータ駆動信号を出力する。トルクセンサ異常検出手段101は、メインマイコン1−1内に設けられ、トルクセンサからの第1と第2のトルク信号に基づいて、トルクセンサの異常を検出する。過大操舵力検出手段102は、メインマイコン1−1とは別体に設けられた外部デバイス1−2内に設けられ、第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、トルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合に、モータ駆動停止信号を出力する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステムに係り、特に、電動パワーステアリングの制御を司るメインマイコンの故障検出時に好適な電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステムに関する。
制御対象の制御を司るメインマイコンの故障を検出するためには、メインマイコンとは別に監視用のマイコンを設けて、監視マイコンとメインマイコンとの間で相互チェックを実行する方法が広く用いられている。
また、メインマイコンを冗長化(二重化)して、その出力を比較チェックする方法が広く用いられている。
また、メインマイコンを二重化しなくとも、制御のための論理回路やデータパスをパリティや誤り検出訂正符号などの冗長符号論理で構成したり、検査回路を持たせることによりセルフチェッキングとすることも可能である。
更に、メインマイコンとは別にトルク監視機能を設け、過大な操舵トルクがトルクセンサから入力された場合にメインマイコンの異常とみなす方法が知られている(特許文献1参照)。動力で操舵を補助して運転者の操舵力を低減するのがパワーステアリング装置の機能である。万一、故障によりパワーステアリング装置が運転者の意に反して動作すると、運転者は通常以上の操舵力(トルク)を出してこれに抗おうとするはずである。そこで、特許文献1では、トルク監視機能でパワーステアリング装置故障時の運転者の通常以上の操舵力(トルク)を検出してアシストを停止する処置をとることによりフェールセーフな動作を確保することができる。また、メインマイコンの異常のみならず、インバータプリドライバ、インバータの異常、そして制御ソフトウェアのバグまでも検出することができる。
特開2005−315840号公報
上記従来技術の内、監視マイコンとメインマイコンとの間で相互チェックを実行する方法では、容易に故障検出カバレッジを向上させるために更なる考慮が必要である。検出カバレッジを向上させるためには、より高度なアルゴリズムをより高い頻度で監視マイコンで実行させる必要があり、より性能の高い、即ちより価格の高い監視マイコンが必要となる。
メインマイコンを冗長化する方法は、メインマイコンを冗長化(2重化)することによりその分、コスト増に繋がる。そこで実現するためのコストを低減するために更に考慮が必要である。
また、メインマイコンを冗長符号論理で実現する方法は、メインマイコンの論理を新たに設計しなければならず、新規開発のために時間と開発費が必要になる。
さらに、特許文献1記載の方法では、トルク監視機能を設けることによりメインマイコンの異常を検出することができるので、先にあげた監視マイコンを設けたりメインマイコンを冗長化(二重化)したりするためのコスト増加を避けることができる。
しかしながら、運転者の操舵力を判断するよりどころとなるトルクセンサの故障対策の面で更に考慮が必要である。まず、トルクセンサの異常を検出できないとトルクセンサの異常であるのにメインマイコンの異常であると誤判定する可能性がある。また、トルクセンサ異常時とメインマイコン異常時とでは自ずとシステムが捕るべき対応も異なってくるため、トルクセンサ異常かメインマイコン異常かの切り分けが必要である。
本発明の目的は、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができる電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステムを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
当該電動パワーステアリング装置は、操舵力を検出するトルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて、アシストトルクを発生するモータを駆動する駆動回路にモータ駆動信号を出力する制御手段を有する電動パワーステアリング制御装置であって、前記制御手段を備えるメインマイコン内に設けられ、前記トルクセンサからの第1と第2のトルク信号に基づいて、前記トルクセンサの異常を検出するトルクセンサ異常検出手段と、前記メインマイコンとは別体に設けられた外部デバイス内に設けられ、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合に、モータ駆動停止信号を出力する過大操舵力検出手段とを備える。
本発明によれば、電動パワーステアリング制御装置及び電動パワーステアリングシステムにおいて、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの構成を示すブロック図。 第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの出力特性図。 第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの他の構成を示すブロック図。 第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの他の構成を示すブロック図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイスの各部の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイスの各部の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイスの各部の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイスの各部の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段の検出動作を示すフローチャート。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルク異常検出手段及び外部デバイスの各部の検出動作の説明図。 第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの他の構成を示すブロック図。 第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いるトルクセンサ異常検出手段の処理内容を示すフローチャート。 第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いる過大操舵力検出手段の処理内容を示すフローチャート。 第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図。 第3の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第3の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図。 第4の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第4の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図。 第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いる過大操舵力異常検出手段の処理内容を示すフローチャート。 第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図。 第6の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第7の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第8の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第9の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第9の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の動作を示すタイミングチャート。 第10の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第11の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。 第12の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図。
以下、図1〜図13を用いて、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成について説明する。
図1は、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。
ステアリングホィール7とトルクセンサ2は、共通のシャフト15を介して接続されている。トルクセンサ2は、運転者による操舵力(トルク)を検出して、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを出力する。第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubは、いずれも、運転者による操舵力(トルク)を示す信号であり、その詳細については、図3を用いて後述する。また、トルクセンサ2の詳細については、図2,図4,図5を用いて後述する。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、それぞれ、メインマイコン1−1及び外部デバイス1−2に入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101を備えている。
制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。なお、ここでは、モータ6として、3相同期モータを用いている。従って、図1に示した例では、制御手段100から3相インバータ5には3本のモータ駆動信号が供給されるものとして図示しているが、実際には、3相インバータ5は、各相毎に上アームと下アームにそれぞれスイッチング素子が備えられるため、実際のモータ駆動信号は6本のモータ駆動信号が供給される。
駆動回路である3相インバータ5は、メインマイコン1−1から出力されたモータ駆動信号3により駆動電流をモータ6に供給する。モータ6は、シャフト15にアシストトルクを与える。なお、図示してないが、モータ6の出力は、減速機構を介してシャフト15に伝達される。以上が、基本的なパワーステアリング装置の動作である。
なお、モータ6としては、DCモータを使用することもできる。その場合には、3相インバータ5の代わりに、DCモータにモータ駆動信号3に応じた直流を供給する直流駆動回路が用いられる。
さらに、本実施形態では、メインマイコン1−1は、トルクセンサ異常検出手段101を備える。トルクセンサ異常検出手段101は、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101の動作については、図10及び図11を用いて後述する。
ここで、図2及び図3を用いて、本実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサ2の構成について説明する。
図2は、第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの構成を示すブロック図である。図3は、第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの出力特性図である。
図2に示すように、トルクセンサ2は、第1のセンサ部2Aと、第2のセンサ部2Bと、出力調整部2Cとを備えている。第1のセンサ部2Aの出力電圧は、例えば、図3に示す第1のトルク信号Tmainのようになる。すなわち、運転者による操舵力(トルク)τが0の場合、2.5Vの電圧を出力する。操舵力τが1.0(相対値)まで増加するにつれて、第1のトルク信号Tmainは直線的に増加し、操舵力τが1.0(相対値)では5Vとなる。また、操舵力τが−1.0(相対値)まで減少するにつれて、第1のトルク信号Tmainは直線的に減少し、操舵力τが−1.0(相対値)では0Vとなる。
第2のセンサ部2Bの出力電圧は、第1のトルク信号Tmainと同様である。第2のセンサ部2Bの出力は、出力調整部2Cに入力する。出力調整部2Cは、差動増幅器を備えている。差動増幅器の正入力には直流電源から直流電圧V1が加えられる。電圧V1は、ここでは、5Vとしている。差動増幅器の負入力には、第2のセンサ部2Bの出力が入力する。従って、出力調整部2Cの出力は、5Vから図3に示した第1のトルク信号Tmainを差し引いた信号となり、図3に示す第2のトルク信号Tsubのようになる。第2のトルク信号Tsubは、運転者による操舵力(トルク)τが0の場合、2.5Vの電圧を出力する。操舵力τが1.0(相対値)まで増加するにつれて、第2のトルク信号Tsubは直線的に減少し、操舵力τが1.0(相対値)では0Vとなる。また、操舵力τが−1.0(相対値)まで減少するにつれて、第1のトルク信号Tmainは直線的に増加し、操舵力τが−1.0(相対値)では5Vとなる。
すなわち、図2に示すトルクセンサ2は、2つのセンサ部を備えた冗長構成となっている。そして、第1のトルク信号Tmainと第2のトルク信号Tsubが共に正常な場合、両者を加算すると、常に5Vとなる。
ここで、2つのトルク信号Tmain,Tsubで逆極性の傾きを持たせることにより、トルクセンサ特有の弱点に起因する共通な故障も検出できる。
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの他の構成について説明する。
図4及び図5は、第1の実施形態による電動パワーステアリングシステムで用いられるトルクセンサの他の構成を示すブロック図である。
図4に示す構成では、第1のトルクセンサ2及び第2のトルクセンサ2’を備えている。第1のトルクセンサ2は、第1のセンサ部2Aを備えている。第2のトルクセンサ2’は、第2のセンサ部2Bと、出力調整部2Cとを備えている。第1のセンサ部2Aの出力電圧は、例えば、図3に示した第1のトルク信号Tmainのようになる。第2のセンサ部2Bの出力電圧は、第1のトルク信号Tmainと同様であるので、第2のトルクセンサ2’の出力である、出力調整部2Cの出力は、図3に示した第2のトルク信号Tsubのようになる。
すなわち、図4に示す構成では、トルクセンサ自体を2つ備えた冗長構成となっている。そして、第1のトルク信号Tmainと第2のトルク信号Tsubが共に正常な場合、両者を加算すると、常に5Vとなる。
図5に示す構成では、トルクセンサ2は、第1のセンサ部2Aと、出力調整部2Cとを備えている。第1のセンサ部2Aの出力電圧は、例えば、図3に示した第1のトルク信号Tmainのようになる。出力調整部2Cの出力は、図3に示した第2のトルク信号Tsubのようになる。
すなわち、図5に示す構成では、トルクセンサのセンサ部は1つであるが、出力信号は2つとなり、冗長構成となっている。そして、第1のトルク信号Tmainと第2のトルク信号Tsubが共に正常な場合、両者を加算すると、常に5Vとなる。
次に、図1に戻り、外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102と、操舵力電流相関異常検出手段104と、異常電流検出手段105を備えている。外部デバイス1−2は、メインマイコン1−1の異常等を検出するものであり、これらのいずれかで異常が検出された場合にはモータ6の駆動を停止する。過大操舵力検出手段102には、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubが入力する。操舵力電流相関異常検出手段104と異常電流検出手段105とには、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubと、電流センサSAによって検出された全電流が入力する。過大操舵力検出手段102の出力と操舵力電流相関異常検出手段104の出力と異常電流検出手段105の出力とは、ノア回路NR1を介して、出力する。
外部デバイス1−2としては、サブマイコンや電源ICが用いられる。外部デバイス1−2は、メインマイコン1−1とは異なり、モータ6を制御するための制御手段100を備えていない。そのため、外部デバイス1−2としては、メインマイコン1−1よりも低速で安価なサブマイコンや電源ICを用いることができる。
ここで、メインマイコン1−1と外部デバイス1−2とにより、本実施形態の電動パワーステアリング制御装置が構成される。本実施形態の電動パワーステアリングシステムは、メインマイコン1−1と、外部デバイス1−2と、駆動回路である3相インバータ5と、モータ6とにより構成される。
次に、図6〜図9を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイス1−2の各部の検出動作について説明する。
図6〜図9は、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられる外部デバイスの各部の検出動作の説明図である。
図6は、過大操舵力検出手段102、操舵力電流相関異常検出手段104、異常電流検出手段105によってそれぞれ検出される異常検出域を、縦軸のモータ駆動電流Ioの絶対値と、横軸のステアリングホイール7に加えられる操舵力(トルク)τの絶対値で現したものである。図中、異常検出域をハッチングで示している。モータ駆動電流Ioは、3相インバータ5にバッテリ等の電圧VBを供給する配線に設けられた電流センサSAによって検出される。
図1に示した過大操舵力検出手段102は、予め定められた閾値以上の操舵力(トルク)がステアリングホイール7に加えられた時に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなす検出手段である。過大操舵力検出手段102は、モータ駆動電流Ioに依存せずに、一定以上の操舵力(トルク)τが加わったときに異常と判定する(図6の領域Ia)。
次に、図7を用いて、操舵力電流相関異常検出手段104による異常検出領域について説明する。図7において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸はモータ駆動電流値Ioを示している。
操舵力電流相関異常検出手段104は、ステアリングホイール7に加えられた操舵力(トルク)τとモータ6を駆動する電流値Ioとの間の相関を監視し、相関が崩れたときに電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなす手段である。操舵力電流相関異常検出手段104は、トルクセンサ出力信号Tmainによりモータを駆動する電流Ioの上限と下限を定め、操舵力(トルク)τとモータ駆動電流Ioとの間に相関が見られるときには正常とみなし、それよりも逸脱したら異常(図7のハッチングの領域)とみなす。
なお、図7のハッチングの領域を、横軸をステアリングホイール7に加えられる操舵力(トルク)τの絶対値で示すと、図6の領域Ibとなる。
なお、図8に示すように、異常と判定するハッチングの領域を、階段状に設定しても良いものである。
次に、図9を用いて、異常電流検出手段105による異常検出領域について説明する。図9において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸はモータ駆動電流値Ioを示している。
異常電流検出手段105は、ステアリングホイール7に操舵力(トルク)が加えられていない(ほとんど0)にも拘わらず、モータ6を駆動する電流Ioが一定以上が流れた時に電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなす検出手段である。すなわち、Tmain信号が0トルク近傍のTmmin3とTmmax3の間にあるときに、モータを駆動する電流IoがIomax以上であるときには異常(領域Ic)とみなす。
なお、図9のハッチングの領域を、横軸をステアリングホイール7に加えられる操舵力(トルク)τの絶対値で示すと、図6の領域Icとなる。
異常電流検出手段105は操舵力電流相関異常検出手段104の特殊形と考えることもできるが、図6に示すように異常電流検出手段105の方がより小さなモータ駆動電流Ioの閾値で異常をみなす。これは、操舵力電流相関異常検出手段104では、操舵力(トルク)τとモータ駆動電流Ioとの関係が車速などの条件により変わるため、その変化を加味してより広い範囲を正常と判定するようにしなければならないからである。
このことを考えると、操舵力電流相関異常検出手段104よりも過大操舵力検出手段102、異常電流検出手段105の方が異常検出能力に優れているといえる。
なお、異常電流検出手段105は、トルクセンサが正常という条件が成り立つときに、ステアリングホイール7に操舵力(トルク)が加えられていない(ほとんど0)にも拘わらず、モータ6を駆動する電流Ioが一定以上が流れた時に異常(領域Ic)とみなすことで、トルクセンサの異常によりモータ6駆動を停止しないようにできる。なお、トルクセンサが正常という条件については、図10を用いて後述する。
過大操舵力検出手段102、操舵力電流相関異常検出手段104、異常電流検出手段105によって、異常が検出されると、モータ6の駆動を停止する。その方法としては、1)ANDゲート11でモータ駆動信号3をマスクする方法、2)メインリレー12を開いて3相インバータ5への電源供給を停止する方法、3)相出力リレー13を開いて、モータ6への駆動電流を停止する方法がある。なお、図1に示した例では、モータ6の駆動を停止するため、上述の3つの方法を実現するための、ANDゲート11,メインリレー12,相出力リレー13の3種類の手段を備えているが、これらの内、一つのみを用いて、モータ6への駆動電流を停止するようにしてもよいものである。その際には、メインリレー12若しくは相出力リレー13を備える。また、ANDゲート11,メインリレー12,相出力リレー13の3種類の手段の内、二つのみを用いて、モータ6への駆動電流を停止するようにしてもよいものである。その際には、メインリレー12及び相出力リレー13を備える。
次に、図10及び図11を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段101の検出動作について説明する。
図10は、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段の検出動作を示すフローチャートである。図11は、本発明の第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段の検出動作の説明図である。なお、図11では、外部デバイス1−2の各検出部102,103,105の検出動作も合わせて図示している。図11において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸は第2のトルク信号Tsubを示している。
メインマイコン1−1内のトルクセンサ異常検出手段101には、第1のトルク信号Tmainと、第2のトルク信号Tsubが入力する。トルクセンサ異常検出手段101は、第1のトルク信号Tmainと、第2のトルク信号Tsubが予め定められた電圧範囲にあるときには正常とみなし、範囲外であるときには異常とみなす。
かかる検出手段101を用いることで、第1のトルク信号Tmainと第2のトルク信号Tsubの信号配線の天絡,地絡による異常を検出することができる。また、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubの何れか一方が予め定められた電圧範囲外になったときには当該信号を異常とみなし、他方のセンサ信号で制御を継続することが可能である。
第1のトルク信号Tmainと第2のトルク信号Tsubが、予め定められた電圧範囲(Tmmax2〜Tmmin2の範囲や、Tsmax2〜Tsmin2の範囲)であっても、以下の場合には異常と判定する。
第1のトルク信号Tmainと、第2のトルク信号Tsubの間には、図2に示した関係にあり、トルクセンサが正常なときには
Tmain+Tsub=5.0 [V]
なる関係が成り立つ。
そこで、トルクセンサ異常検出手段101は、図10のステップS11において、(Tmain+Tsub)が5.0 [V]よりも乖離の範囲が誤差ε以内、即ち、
|Tmain+Tsub−5.0|<ε
であるときには正常とみなし、それ以上乖離したときには異常(図11の領域II)とみなす。
領域IIの異常が検出された場合には、すなわち、トルクセンサ2の異常の時には、メインマイコン1−1は、モータ6の出力トルクを徐々に低減する動作(徐変動作)をする。または、正常側トルクセンサにより制御を継続する動作をする。
また、トルクセンサ異常検出手段101は、図10のステップS12において、第1のトルク信号Tmainが予め定められた電圧範囲(Tmmax2〜Tmmin2の範囲)から外れた時には、異常(図11の領域IIm)とする。さらに、ステップS13において、第2のトルク信号Tsubが予め定められた電圧範囲外(Tsmax2〜Tsmin2の範囲)から外れた時には、異常(図11の領域IIs)とする。
領域IIsでは第2のトルク信号Tsubの異常とみなすことができるので、第1のトルク信号Tmainの信号を用いて制御を継続することができる。領域IImでは第1のトルク信号Tmainの異常とみなすことができるので、第2のトルク信号Tsubの信号を用いて制御を継続することができる。
過大操舵力検出のための閾値(Tmmax2,Tsmax2)は、通常時の操舵力、最大ラック推力を出すために必要な操舵力を参考にして決めることができる。例えば、最大ラック推力が10,000Nで、ラックを駆動するピニオンギアのピッチ径が5cm(半径2.5cm)である場合を考える。このとき最大ラック推力時のトルクは250Nmで、モータがステアリングホイールに加えられた操舵力(トルク)を10倍にアシストすると仮定すると、ステアリングホイールに加えられる操舵力(トルク)は25Nmである。従って、25Nmを超える操舵力(トルク)がステアリングホイールに加えらた場合には何らかの異常が発生したとみなすことができる。
次に、図12を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルクセンサ異常検出手段101と外部デバイス1−2の検出動作を合わせて説明する。
図12は、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置で用いられるトルク異常検出手段及び外部デバイスの各部の検出動作の説明図である。
図12は、メインマイコン1−1の異常、トルクセンサ2の異常がそれぞれどの異常検出手段により検出されるかを纏めたものである。
まず、メインマイコン1−1の異常発生時に、運転者が操舵またはステアリングホイール7を保持しているときについて説明する。このとき、メインマイコン1−1の異常によりステアリングロックが発生した場合には、運転者は意図するとおりに操舵しようとして大きな操舵力をステアリングホイール7に加え、過大操舵力検出手段102により異常が検出される(図6の領域Ia)。また、操舵力とは無関係にモータ6に駆動電流が流れるために操舵力電流相関異常検出手段104により異常が検出される(図6の領域Ib)。
同様にメインマイコン1−1の異常によりセルフステアが発生した場合にも、運転者は意図するとおりに操舵しようとして大きな操舵力をステアリングホイール7に加え、過大操舵力検出手段102により異常が検出される(図6の領域Ia)。ここで、セルフステアとは、運転者の意図しないステアリング動作である。セルフステアは、運転者がステアリングホイールを保持しているときにも発生するし、運転者がステアリングホイールを保持していないときにも発生する。また、操舵力とは無関係に、モータ6に駆動電流が流れるために操舵力電流相関異常検出手段104により異常が検出される(図6の領域Ib)。
次に、メインマイコン1−1の異常発生時に、運転者が操舵またはステアリングホイール7を保持してないときについて説明する。このときに影響を及ぼす故障モードは、メインマイコン1−1の異常によりセルフステアが発生した場合である。このときには操舵力を加えていないにもかかわらず、モータ6に駆動電流が流れるため、異常電流検出手段105により異常が検出される(図6の領域Ic)。
以上述べた検出手段によりメインマイコン1−1の異常が検出された場合には、外部デバイス1−2の出力信号によりモータ6の駆動を停止する。
最後にトルクセンサ2の異常の時にはメインマイコン1−1内のトルクセンサ異常検出手段101により検出し、メインマイコン1−1により出力トルクを徐々に低減する動作(徐変動作)または正常側トルクセンサにより制御を継続するなどの動作をする。
なお、過大操舵力検出手段102、操舵力電流相関異常検出手段104、異常電流検出手段105によって、異常が検出されると、モータ6の駆動を停止する。それに対して、トルクセンサ異常検出手段101によりトルクセンサの異常が検出された場合には、正常な方のトルクセンサを用いて、モータ6の制御を継続できる場合がある。そこで、トルクセンサ異常検出手段101によってトルクセンサの異常が検出されると、外部デバイス1−2は、トルクセンサ異常検出手段101からの異常検出信号により、過大操舵力検出手段102、操舵力電流相関異常検出手段104、異常電流検出手段105の検出動作を停止する。すなわち、トルクセンサ異常検出手段101は、過大操舵力検出手段102、操舵力電流相関異常検出手段104、異常電流検出手段105よりも優先して異常を検出するようにしている。
次に、図13を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの他の構成について説明する。
図13は、第1の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの他の構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
図1に示した例では、モータ駆動電流Ioは、3相インバータ5にバッテリ等の電圧VBを供給する配線に設けられた電流センサSAによって検出されていた。
それに対して、本実施形態では、3相インバータ5からモータ6の各相巻線への電力供給線に、それぞれ、相電流を検出するための電流センサSPを設けている。
操舵力電流相関異常検出手段104と異常電流検出手段105とは、電流センサSPによって検出された各相の相電流と、モータ6との磁極位置とに基づいて、全電流を算出する処理を行った上で、全電流と、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubとから、異常を検出するようにしている。
したがって、本例では、図1に比べて処理が複雑になる。
ここで、従来の方法は、メインマイコンの異常を検出するようにしており、トルクセンサの異常を検出できないものであった。その結果、トルクセンサの異常であるにも拘わらず、メインマイコンの異常であると誤判定する可能性がある。また、トルクセンサ異常時とメインマイコン異常時とでは自ずとシステムが捕るべき対応も異なってくるため、トルクセンサ異常かメインマイコン異常かの切り分けが必要である。
そこで、第1に、本実施形態では、メインマイコン1−1のトルクセンサ異常検出手段101では、冗長なトルクセンサ2からの出力に基づき、トルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常時には、メインマイコン1−1は、徐々にトルクを低下させるなどの徐変動作をする。このとき、トルクセンサの異常検出を外部デバイス1−2による異常検出に優先することで、外部デバイス1−2は過大操舵力とはみなさず、モータ駆動を停止せずにメインマイコンによる徐変動作を許可する。
一方では、メインマイコン1−1の外部の外部デバイス1−2は、メインマイコン1−1の異常を検出する。特に、過大操舵力検出手段102は、トルクセンサ2からの操舵力が予め定められた閾値よりも大きい場合には、電動パワーステアリング制御、ひいては制御を司るメインマイコン1−1の異常とみなす。メインマイコン1−1の異常時には、モータ駆動を停止する。以上により、トルクセンサの異常とメインマイコンの異常とを区別して検出することが可能となる。そして、それぞれの異常に応じた対応をとることが可能となる。
次に、従来、運転者が常にステアリングホィールを操作または保持していることが前提となっているが、過大な操舵力を監視するだけでは運転者がステアリングホィールを保持していないときのセルフステア、さらにはセルフステア時に手を離してしまったときには検出することができないものであった。
それに対して、第2に、本実施形態では、異常電流検出手段105により、操舵力とモータに流れる電流を監視するようにしている。異常電流検出手段105は、操舵力が0である場合に、モータに電流が流れている場合に電動パワーステアリング制御、ひいては制御を司るメインマイコンの異常とみなし、モータ駆動を停止する。これにより、運転者が操舵、保持していない時においてもセルフステアを検出することができる。
また、操舵力電流相関異常検出手段104は、操舵力とモータに流れる電流の間の相関を監視する。操舵力電流相関異常検出手段104は、両者の相関が崩れた場合に、操舵時やステアリング保持時に、ステアリングロックやセルフステアを検出でき、電動パワーステアリング制御、ひいては制御を司るメインマイコンの異常とみなし、モータ駆動を停止する。
以上説明したように、本実施形態によれば、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
また、本実施形態によれば、運転者がステアリングホィールを保持していないときのセルフステア、さらにはセルフステア時に手を離してしまったときにも検出することができる。
また、操舵時やステアリング保持時に、ステアリングロックやセルフステアを検出できる。
次に、図14〜図17を用いて、第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図14を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成について説明する。
図14は、第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、メインマイコン1−1に入力する。外部デバイス1−2には、第1のトルク信号Tmainのみが入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101Aを備えている。制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。
トルクセンサ異常検出手段101Aは、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101Aは、2つのトルク信号Tmain,Tsubが所定の関係(両者の和が5.0V)にあるときには正常、そうでないときには異常とみなすことによりトルクセンサの異常を検出することができる。
外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102のみを備えている。過大操舵力検出手段102には、第1のトルク信号Tmainが入力する。過大操舵力検出手段102は、第1のトルク信号Tmainの値が予め定められた閾値よりも下(負の過大操舵力(トルク))である場合、または上(正の過大操舵力(トルク))である場合に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなして、モータ6の駆動を停止する。
なお、図示の例では、過大操舵力検出手段102は、第1のトルク信号Tmainにより過大トルクを検出しているが、第2のトルク信号Tsubの値を用いて、これが予め定められた閾値よりも下(負の過大操舵力(トルク))、または上(正の過大操舵力(トルク))である場合に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなして、モータ6の駆動を停止させてもよいものである。
次に、図15を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いるトルクセンサ異常検出手段101Aの処理内容について説明する。
図15は、本発明の第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いるトルクセンサ異常検出手段の処理内容を示すフローチャートである。
トルクセンサ異常検出手段101Aの処理内容について説明する。2つのトルク信号Tmain,Tsubとの間に、図3に示す関係にある場合、トルクセンサが正常なときには、
Tmain+Tsub=5.0[V]
なる関係が成り立つ。
そこで、トルクセンサ異常検出手段101Aは、ステップS11において、(第1のトルク信号Tmain+第2のトルク信号Tsub)が5.0 [V]よりも乖離の範囲が誤差ε以内、即ち、
|Tmain+Tsub−5.0|<ε
であるときには正常とみなし、それ以上乖離したときには異常(図17の領域II)とみなす。
次に、図16を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いる過大操舵力検出手段102の処理内容について説明する。
図16は、第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いる過大操舵力検出手段の処理内容を示すフローチャートである。
過大操舵力検出手段102は、ステップS21において、第1のトルク信号Tmainが、2つ閾値Tmmax2,Tmmin2の間にあるとき、即ち、
Tmmin2<Tmain<Tmmax2
であるときには正常とみなし、それ以外の範囲にあるときには異常(図17の領域Ia)とみなす。
過大操舵力検出のための閾値は、通常時の操舵力、最大ラック推力を出すために必要な操舵力を参考にして決めることができる。例えば、最大ラック推力が10,000Nで、ラックを駆動するピニオンギアのピッチ径が5cm(半径2.5cm)である場合を考える。このとき最大ラック推力時のトルクは250Nmで、モータがステアリングホイールに加えられた操舵力(トルク)を10倍にアシストすると仮定すると、ステアリングホイールに加えられる操舵力(トルク)は25Nmである。従って、25Nmを超える操舵力(トルク)がステアリングホイールに加えられた場合には何らかの異常が発生したとみなすことができる。
次に、図17を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域について説明する。
図17は、第2の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図である。
図17において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸は第2のトルク信号tsubを示している。第1のトルク信号Tmainが、2つ閾値Tmmax2,Tmmin2の範囲にあるときには異常(領域Ia)とみなす。
また、(第1のトルク信号Tmain+第2のトルク信号Tsub)が5.0[V]よりも誤差ε以上乖離したときには異常(領域II)とみなす。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図18及び図19を用いて、第3の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図18は、第3の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図14と同一符号は、同一部分を示している。図19は、本発明の第3の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図である。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、メインマイコン1−1に入力する。外部デバイス1−2には、第1のトルク信号Tmainのみが入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101Aを備えている。制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。
トルクセンサ異常検出手段101Aは、図15に示したものと同様であり、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101Aは、2つのトルク信号Tmain,Tsubが所定の関係(両者の和が5.0V)にあるときには正常、そうでないときには異常とみなすことによりトルクセンサの異常を検出することができる。
外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102Aのみを備えている。過大操舵力検出手段102には、第1のトルク信号Tmain及び車速信号14が入力する。過大操舵力検出手段102Aは、第1のトルク信号Tmainの値が予め定められた閾値よりも下(負の過大操舵力(トルク))である場合、または上(正の過大操舵力(トルク))である場合に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなして、モータ6の駆動を停止する。
ここで、過大操舵力検出手段102Aは、判定の閾値であるTmmax2,Tmmin2を車速信号14により可変としている。すなわち、図19(A)に示すように、低速時にはTmmax2、Tmmin2の範囲を広げてより大きな操舵力まで正常とみなすようにし、図19(B)に示すように、高速時にTmmax2、Tmmin2の範囲を狭めて、より小さな操舵力で異常とみなすようにする。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
また、車速に応じて、過大操舵力の検出範囲を変えることができ、大きな操舵力が要求される低速時には大きな操舵力による操舵を可能とし、小さな操舵力ですむ高速時にはより確実に異常を検出できる。
次に、図20及び図21を用いて、第4の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図20は、第4の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。図21は、本発明の第4の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図である。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、メインマイコン1−1に入力する。外部デバイス1−2には、第1のトルク信号Tmainのみが入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101を備えている。制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。
トルクセンサ異常検出手段101は、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101は、図10にて説明したようにして、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubが図21の異常検出領域II,IIm,IIsにある場合に異常を検出することができる。本例により、トルク信号Tmain,Tsubの信号配線の天絡,地絡による異常を検出することができる。また、トルク信号Tmain,Tsubの何れか一方が予め定められた電圧範囲外になったときには当該信号を異常とみなし、他方のセンサ信号で制御を継続することが可能である。
外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102のみを備えている。過大操舵力検出手段102には、第1のトルク信号Tmainが入力する。過大操舵力検出手段102は、第1のトルク信号Tmainの値が予め定められた閾値よりも下(負の過大操舵力(トルク))である場合、または上(正の過大操舵力(トルク))である場合に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなして、モータ6の駆動を停止する。
なお、デバイス1−2内には第1トルク信号Tmainのみが入力されているので、大きな操舵力に相当する第1トルク信号Tmainが入力されたときに、トルクセンサの異常によるものか運転者の操舵によるものかの判定はできない。従って、第1トルク信号Tmainが予め定められた電圧範囲外になったときには、外部デバイス1−2の過大操舵力検出手段102は過大操舵力発生とみなしてしまうため、第2のトルク信号Tsubの信号を用いて制御を継続することはできないものである。
なお、図示の例では、過大操舵力検出手段102は、第1のトルク信号Tmainにより過大トルクを検出しているが、第2のトルク信号Tsubの値を用いて、これが予め定められた閾値よりも下(負の過大操舵力(トルク))、または上(正の過大操舵力(トルク))である場合に、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコン1−1の異常とみなして、モータ6の駆動を停止させてもよいものである。
図21において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸は第2のトルク信号tsubを示している。第1のトルク信号Tmainが、2つ閾値Tmmax2,Tmmin2の範囲にあるときには異常(領域Ia)とみなす。
また、(第1のトルク信号Tmain+第2のトルク信号Tsub)が5.0[V]よりも誤差ε以上乖離したときには異常(領域II)とみなす。第1のトルク信号Tmainが予め定められた電圧範囲(Tmmax2〜Tmmin2の範囲)から外れた時には、異常(領域IIm)とする。さらに、ステップS13において、第2のトルク信号Tsubが予め定められた電圧範囲外(Tsmax2〜Tsmin2の範囲)から外れた時には、異常(領域IIs)とする。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図22〜図24を用いて、第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図22は、第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。図23は、本発明の第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置に用いる過大操舵力異常検出手段の処理内容を示すフローチャートである。図24は、本発明の第5の実施形態による電動パワーステアリング制御装置による異常検出領域の説明図である。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、メインマイコン1−1に入力する。外部デバイス1−2にも、2種類のトルク信号Tmain,Tsubが入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101を備えている。制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。
トルクセンサ異常検出手段101は、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101は、図10にて説明したようにして、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubが図24の異常検出領域II,IIm,IIsにある場合に異常を検出することができる。本例により、トルク信号Tmain,Tsubの信号配線の天絡,地絡による異常を検出することができる。また、トルク信号Tmain,Tsubの何れか一方が予め定められた電圧範囲外になったときには当該信号を異常とみなし、他方のセンサ信号で制御を継続することが可能である。
外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102Bのみを備えている。過大操舵力検出手段102Bには、第1のトルク信号Tmain及び第2トルク信号Tsubが入力する。過大操舵力検出手段102Bは、2つのトルク信号Tmain,Tsubの両方を検査し、トルクセンサ信号が正常でかつ過大操舵力(トルク)が入力されたときにのみ、メインマイコン1−1の異常とみなしてモータ6の駆動を停止する。
本例によれば、トルクセンサ異常時には過大操舵力検出手段102Bは、モータ6の駆動を停止する判断をしないため、メインマイコン1−1の制御により動作を継続させることができる。また、メインマイコン1−1で2つのトルク信号Tmain,Tsubが予め定められた電圧範囲外になったときには当該信号を異常とみなし、他方のセンサ信号で制御を継続する動作が可能になる。
さらにトルクセンサ異常時には、過大操舵力検出手段102Bでは、一定時間以内にメインマイコン1−1が図12に示すトルクセンサの異常に対応する動作をしている場合に限って、モータ6の駆動を停止する判断をしないようにすることも考えられる。本例によれば、トルクセンサの異常時でもメインマイコン1−1の異常を検出してモータ6の駆動を停止することが可能となる。
図23において、過大操舵力検出手段102Bは、ステップS21’では、
|Tmain+Tsub−5.0|<ε
が成立し、かつTmainが夫々予め定められた範囲Tmmin2、Tmmax2の外にある場合には異常(領域Ia)とみなす。
また、ステップS23では、
|Tmain+Tsub−5.0|<ε
が成立し、かつTsubが夫々予め定められた範囲Tsmin2、Tsmax2の外にある場合には異常(領域Ia)とみなす。
図24において、横軸は第1のトルク信号Tmainを示し、縦軸は第2のトルク信号tsubを示している。第1のトルク信号Tmainが、2つ閾値Tmmax2,Tmmin2の範囲にあるときには異常(領域Ia)とみなす。
また、(第1のトルク信号Tmain+第2のトルク信号Tsub)が5.0[V]よりも誤差ε以上乖離したときには異常(領域II)とみなす。第1のトルク信号Tmainが予め定められた電圧範囲(Tmmax2〜Tmmin2の範囲)から外れた時には、異常(領域IIm)とする。さらに、ステップS13において、第2のトルク信号Tsubが予め定められた電圧範囲外(Tsmax2〜Tsmin2の範囲)から外れた時には、異常(領域IIs)とする。
領域IIsでは、第2トルク信号Tsubの異常とみなすことができるので、第1トルク信号Tmainの信号を用いて制御を継続することができる。それに加えて、領域IImの領域では、第1トルク信号Tmainの異常とみなすことができるので、第2トルク信号Tsubの信号を用いて制御を継続することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図25を用いて、第6の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図25は、第6の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図11と同一符号は、同一部分を示している。
2種類のトルク信号Tmain,Tsubは、メインマイコン1−1に入力する。外部デバイス1−2にも、2種類のトルク信号Tmain,Tsubが入力する。
メインマイコン1−1は、制御手段100及びトルクセンサ異常検出手段101を備えている。制御手段100は、入力した第1のトルク信号Tmain又は第2のトルク信号Tsub、及び、モータ6に備えられた磁極位置センサによって検出された磁極位置信号に基づいて、モータ駆動信号3を3相インバータ5に出力する。
トルクセンサ異常検出手段101は、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubを用いて、それらの相違からトルクセンサの異常を検出する。トルクセンサ異常検出手段101は、図10にて説明したようにして、第1のトルク信号Tmain及び第2のトルク信号Tsubが図24の異常検出領域II,IIm,IIsにある場合に異常を検出することができる。本例により、トルク信号Tmain,Tsubの信号配線の天絡,地絡による異常を検出することができる。また、トルク信号Tmain,Tsubの何れか一方が予め定められた電圧範囲外になったときには当該信号を異常とみなし、他方のセンサ信号で制御を継続することが可能である。
外部デバイス1−2は、過大操舵力検出手段102Cのみを備えている。過大操舵力検出手段102Cには、第1のトルク信号Tmain及び車速信号14が入力する。過大操舵力検出手段102Cは、図22の過大操舵力検出手段102Bと同様に、2つのトルク信号Tmain,Tsubの両方を検査し、トルクセンサ信号が正常でかつ過大操舵力(トルク)が入力されたときにのみ、メインマイコン1−1の異常とみなしてモータ6の駆動を停止する。
ここで、過大操舵力検出手段102Cは、判定の閾値であるTmmax2,Tmmin2を車速信号14により可変としている。すなわち、図19(A)に示したように、低速時にはTmmax2、Tmmin2の範囲を広げてより大きな操舵力まで正常とみなすようにし、図19(B)に示したように、高速時にTmmax2、Tmmin2の範囲を狭めて、より小さな操舵力で異常とみなすようにする。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
また、車速に応じて、過大操舵力の検出範囲を変えることができ、大きな操舵力が要求される低速時には大きな操舵力による操舵を可能とし、小さな操舵力ですむ高速時にはより確実に異常を検出できる。
次に、図26を用いて、第7の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図26は、第7の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、異常とみなされる状態が一定時間以上継続した場合に、外部デバイス1−2がモータ6への駆動電流を遮断するようにしている。そのため、過大操舵力検出手段102と異常電流検出手段105の出力のオアを演算するオア回路OR1と、オア回路OR1の出力に接続され、一定時間t01を計測するタイマ回路T1と、操舵力電流相関異常検出手段104の出力に接続され、一定時間t02を計測するタイマ回路T2と、タイマ回路T1,T2の出力に接続され、それらの出力のノアを演算するノア回路NR1とを備えている。
以上の構成により、過大操舵力検出手段102または異常電流検出手段105での異常検出が一定時間to1以上継続した場合または、操舵力電流相関異常検出手段104での異常検出が一定時間to2以上継続した場合に、外部デバイス1−2がモータ6への駆動電流を遮断する。ここで、モータ6駆動電流遮断の成立条件の一つが過大操舵力検出手段102または異常電流検出手段105での異常検出が一定時間to1以上継続した場合としているのは、セルフステアが発生した場合に運転者がそれを阻止しようとして操舵力を加えた後に、ステアリングホイールから手を離した場合を想定しているからである。
ここでは、過大操舵力検出手段102または異常電流検出手段105での異常検出と、操舵力電流相関異常検出手段104での異常検出は、別イベントであるため、2つのタイマ回路T1,T2を備えている。一定時間t01,t02は、同じ時間でもよいものである。
なお、過大操舵力検出手段102で検出された操舵力(トルク)の大きさに応じて継続時間の閾値to1を設定することも可能である。例えば、通常の操舵力(トルク)2−3Nmに対して、比較的大きな値10Nmの時には数秒、最大ラック推力を発生させる操舵力(トルク)相当の25Nmを超える場合には、ラックエンド当て保護動作に必要な時間を考慮して、数msとすることも可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図27を用いて、第8の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図27は、第8の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、ステアリングホイールから手を離した段階でステアリングホイールの慣性のためにトルクがトルクセンサ2に加わる場合もあるため、過大操舵力検出手段102、異常電流検出手段105、操舵力電流相関異常検出手段104のいずれかでの異常検出が一定時間to1以上継続した場合に、外部デバイス1−2がモータ6への駆動電流を遮断するようにしている。そのため、過大操舵力検出手段102と異常電流検出手段105と操舵力電流相関異常検出手段104の出力のオアを演算するノア回路NR2と、ノア回路NR2の出力に接続され、一定時間t01を計測するタイマ回路T3とを備えている。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図28及び図29を用いて、第9の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図28は、第9の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。図29は、本発明の第9の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
図28に示すように、外部デバイス1−2は、図1に示した構成に加えて、ラックエンド保護動作検出手段106を備えている。ラックエンド保護動作検出手段106は、過大操舵力検出手段102によって検出閾値を越える操舵力(トルク)が入力され異常が検出された場合でも、予め定められた時間tth内にラックエンド保護動作検出手段106によりメインマイコン1−1のラックエンド保護動作(IoをIoth以上減じる)が確認された場合にはモータ6への駆動電流を遮断しないようにする。
そのため、ラックエンド保護動作検出手段106の反転出力と過大操舵力検出手段102の出力のアンドを演算するアンド回路AN1と、アンド回路AN2の出力に接続され、一定時間tthを計測するタイマ回路T4と、ラックエンド保護動作検出手段106の反転出力と操舵力電流相関異常検出手段104の出力のアンドを演算するアンド回路AN2と、タイマ回路T4の出力と異常電流検出手段105の出力とアンド回路AN2の出力のノアを演算するノア回路NR3とを備えている。
図29は、本例の動作を示したタイムチャートであり、τは操舵力を示し、Ioはモータ駆動電流を示し、Aはラックエンド保護動作検出手段106の反転出力を示し、Bは過大操舵力検出手段102の出力を示し、Cは操舵力電流相関異常検出手段104の出力を示し、Dはアンド回路AN1の出力を示し、Eはアンド回路AN2の出力を示し、Fはタイマ回路T4の出力を示し、Gはノア回路NORの出力を示している。
また、図29において、実線はラックエンド保護動作ありの場合の信号を示し、破線はラックエンド保護動作なしの場合の信号を示している。
ラックエンド保護動作は、制御手段100により実行される。制御手段100は、モータ駆動信号3を監視して、モータ電流Ioが所定電流を超え、しかも、所定時間以上継続した場合、ラックエンド当たりと判定する。制御手段100は、ラックエンド当たりと判定すると、モータ電流IoをIoth以上減じるラックエンド保護動作を実行する。
そこで、過大操舵力検出手段102は、ラックエンド当りにより検出閾値を越える操舵力(トルク)が入力されると、異常判定をして、出力BをHighにする。その後、ラックエンド保護動作検出手段106が、モータ電流IoをIoth以上減じるラックエンド保護動作を検出すると、出力AがHighになる。この間ANDゲートの出力DはHighになるが、保護動作の検出が予め定められた時間tth内であればタイマ回路T4の出力FはHighになることはなく、外部デバイス1−2の出力GもHighのままとなり、モータ6の駆動を停止することはない。
また、メインマイコン1−1がラックエンド保護動作を開始した時点で操舵力と電流の相関は崩れるので、操舵力電流相関異常検出手段104により異常が検出され出力CがHighとなる。その場合も出力AがHighとなるのでANDゲートAN1の出力EはLowのままとなり、外部デバイス1−2の出力GもHighのままとなり、モータ6の駆動を停止することはない。
ここで、検出閾値を越える操舵力(トルク)入力がラックエンド当たり起因するものではなく、電動パワーステアリング制御の異常に起因するものである場合には、ラックエンド保護動作がラックエンド保護動作検出手段106により検出されないので、予め定められた時間tth経過した後もANDゲートの出力Dは破線で示すようにHighのままとなり、タイマの出力FもHighとなり、外部デバイス1−2の出力GもLowとなり、モータ6の駆動を停止する。
従来、運転者による過大な操舵力とラックエンド当り時の過渡的な衝撃との識別が行われていなかった。ステアリングを左右に動作限界まできるとラックエンドに当り衝撃を生じる。この衝撃を運転者の意思による過大な操舵力と誤認識すると、正常動作しているのにかかわらず異常と誤認識して電動パワーステアリングの動作を緊急停止し、操舵力アシストが得られなくなるので以降の操作性が著しく悪化する。
ラックエンド当てを検出、衝撃を緩和するための方法は、特開2008−260421号公報、特開2009−220735号公報、特開2008−137492号公報等により知られている。しかし、これらの方法は、運転者の意思による過大な操舵力が加えられないという前提にたっており、運転者の意思による過大な操舵力とラックエンド当ての衝撃による過大な操舵力との区別が困難である。
それに対して、本実施形態の特徴として、外部デバイス1−2に、ラックエンド当てを検出するラックエンド保護動作検出手段106を備え、操舵力が閾値を越えた場合でもラックエンド当て時には過大操舵力とはみなさないようにしている。ラックエンド保護動作検出手段106は、閾値を越えた操舵力が入力されたときに、操舵力が予め定められた閾値を越えた場合、一定時間以内にモータ電流が低下したことにより、メインマイコンによるラックエンド当て保護動作と判断できる。そして、ラックエンド保護動作検出手段106は、メインマイコンがラックエンド当て保護動作をしているか否かで、メインマイコンの異常か否かを判断する。閾値を越えた操舵力が入力されたときにメインマイコンがラックエンド当て保護動作をしていない場合には、閾値を越えた操舵力はラックエンド当てに起因するものではなく、電動パワーステアリング制御の異常、ひいてはメインマイコンの異常と判断できる。仮にラックエンド当てに起因するものであったとしても、メインマイコンがラックエンド当て保護動作をしていない場合にはメインマイコンの異常と判断できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
また、運転者の意思による過大な操舵力とラックエンド当ての衝撃による過大な操舵力とを区別でき、ラックエンド当てでない場合に、保護動作をすることができる。
次に、図30を用いて、第10の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図30は、第10の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、外部デバイス1−2Aをメインマイコン1−1の監視を担うサブマイコンとしている。メインマイコン1−1と外部デバイス(サブマイコン)1−2Aは、それぞれ、例題演算手段103−1,103−2を備えている。例えば、例題演算手段103−1は、例題演算手段103−2に対して、簡単名四則演算のような例題を出し、例題演算手段103−2の演算結果と己の演算結果を照合して、サブマイコン1−2Aの機能を確認する。また、逆も行われることで、相互の機能を随時確認しあう。
また、例題演算手段103−2の制御により、デジタル/アナログ変換器8で生成したアナログ信号をアナログ/デジタル変換器9に入力して、例題演算手段103−1でチェックすることによりメインマイコン1−1内のデジタル/アナログ変換器9を確認することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図31を用いて、第11の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図31は、第11の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、外部デバイス(サブマイコン)1−2Aは、CANインタフェース114を備えている。車速信号14は、CANインタフェース114で受信して、メインマイコン1−1に送る。このとき、メインマイコン1−1には、SPIなどの簡単な回路で実現可能なインタフェースを介して送るのが良い。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
次に、図32を用いて、第12の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成及び動作について説明する。
図32は、第12の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、外部デバイス1−2Bを電源ICとしている。電源IC1−2Bは、メインマイコン1−1に電源を供給レギュレータ手段106と、パワーオン時ならびに一定時間異常メインマイコン1−1から生存通知が来ない場合にRESET信号を送るウォッチドッグタイマ手段107を備えている。
以上説明したように、本実施形態によれば、メインマイコンの異常と区別してトルクセンサの以上を検出できるため、トルクセンサの異常時にも適切な動作ができるものとなる。
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、トルクセンサの異常時や、ラックエンド当り時に誤検出がなく、特別な高信頼化のための手段をメインマイコンに必要とせずにメインマイコンの異常検出を実現することができる。さらにはメインマイコンの異常のみならず、インバータプリドライバ、インバータの異常、そして制御ソフトウェアのバグまでも検出することができる。
1−1…メインマイコン
1−2…外部デバイス
2…トルクセンサ
3…
5…3相インバータ
6…モータ
7…ステアリングホイール
101…トルクセンサ異常検出手段
102…過大操舵力検出手段
104…操舵力電流相関異常検出手段
105…異常電流検出手段
106…ラックエンド保護動作検出手段

Claims (14)

  1. 操舵力を検出するトルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて、アシストトルクを発生するモータを駆動する駆動回路にモータ駆動信号を出力する制御手段を有する電動パワーステアリング制御装置であって、
    前記制御手段を備えるメインマイコン内に設けられ、前記トルクセンサからの第1と第2のトルク信号に基づいて、前記トルクセンサの異常を検出するトルクセンサ異常検出手段と、
    前記メインマイコンとは別体に設けられた外部デバイス内に設けられ、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合に、モータ駆動停止信号を出力する過大操舵力検出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制御装置。
  2. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、さらに、
    前記外部デバイスは、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号が0付近であり、前記モータに流れる電流が所定値以上の場合に、モータ駆動停止信号を出力する異常電流検出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制御装置。
  3. 請求項2記載の電動パワーステアリング制御装置において、さらに、
    前記外部デバイスは、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合、予め定められた時間内の前記モータに流れる電流の低下量が予め定められた閾値よりも大きい場合には、ラックエンド当りと判断するラックエンド保護動作検出手段を備え、
    該ラックエンド保護動作検出手段がラックエンド当たりを検出した際には、前記異常電流検出手段により異常電流が検出された場合でもモータ駆動を継続することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  4. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、さらに、
    前記外部デバイスは、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号と前記モータに流れる電流との相関を監視し、両者の相関が崩れた場合に、モータ駆動停止信号を出力する操舵力電流相関異常電流検出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制御装置。
  5. 請求項2記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記モータに流れる電流は、前記モータに流れる全電流、若しくは、前記モータが3相モータである場合に各相に流れる相電流であることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  6. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記モータ駆動停止信号は、メインマイコンから3相インバータを制御する信号を停止させるか、3相インバータの電源を遮断させるか、3相インバータからモータへの駆動電流リレーを遮断させるかの、少なくともいずれかであることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  7. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記外部デバイスは、前記メインマイコンの監視動作をするサブマイコンであることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  8. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記外部デバイスは、前記メインマイコンに電源を供給し、リセット信号を供給する電源機能を有する電源ICであることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  9. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記トルクセンサは、操舵力を検出する第1のセンサ部と、同じく操舵力を検出する第2のセンサ部とを有し、
    前記トルクセンサ異常検出手段は、前記第1及び第2のトルクセンサ信号の乖離が所定の誤差範囲以上であるとき、前記第1及び第2のセンサ部の異常と判定し、該判定に基づいて、前記メインマイコンは、前記モータの出力トルクを徐々に低減する動作を実行することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  10. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記トルクセンサは、操舵力を検出する第1のセンサ部と、同じく操舵力を検出する第2のセンサ部とを有し、
    前記トルクセンサ異常検出手段は、前記第1のトルク信号が予め定められた電圧範囲から外れた時には、異常と判定し、該判定に基づいて、前記メインマイコンは、前記第2のトルク信号を用いて前記モータの制御を継続し、
    前記第2のトルク信号が予め定められた電圧範囲から外れた時には、異常と判定し、該判定に基づいて、前記メインマイコンは、前記第1のトルク信号を用いて前記モータの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制御装置。
  11. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記過大操舵力検出手段は、前記予め定められた閾値を車速に応じて変えると共に、前記閾値を低速時は高速時よりも大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  12. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記過大操舵力検出手段には、前記第1及び第2のトルク信号の両方が入力し、
    前記過大操舵力検出手段は、前記第1のトルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合若しくは前記第2のトルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合に、モータ駆動停止信号を出力することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  13. 請求項1記載の電動パワーステアリング制御装置において、
    前記外部デバイスは、異常とみなされる状態が一定時間以上継続した場合に、モータ駆動停止信号を出力することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  14. 操舵力を検出するトルクセンサにより検出されたトルク信号に基づいて、モータ駆動信号を出力する制御手段と、
    該制御手段が出力する前記モータ駆動信号に応じたモータ駆動電流を出力する駆動回路と、
    該駆動回路より供給されるモータ駆動電流により駆動され、アシストトルクを出力するモータとを有する電動パワーステアリングシステムであって、
    前記制御手段を備えるメインマイコン内に設けられ、前記トルクセンサからの第1と第2のトルク信号に基づいて、前記トルクセンサの異常を検出するトルクセンサ異常検出手段と、
    前記メインマイコンとは別体に設けられた外部デバイス内に設けられ、前記第1及び第2のトルク信号のいずれかを用い、該トルク信号が予め定められた閾値を超えるトルクを示している場合に、モータ駆動停止信号を出力する過大操舵力検出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システム。
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