JP2698914B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車等の電動式パワーステアリング装
置に関する。

従来技術および発明の課題 第７図は、従来の電動式パワーステアリング装置を示
している。この装置は、操舵力を補助するための電動モ
ータ（１）と、モータ駆動回路（３）と、電動モータ
（１）とステアリング系統との間に設けられた電磁クラ
ッチ（４）と、クラッチ駆動回路（５）と、モータ駆動
回路（３）と主電源（バッテリー）（６）との間に設け
られたキースイッチ（７）およびフェイルリレー回路
（８）と、ステアリングシャフトの入力トルクを検出す
るためのトルクセンサ（９）と、車速を検出するための
車速センサ（10）と、トルクセンサ（９）の検出トル
ク、車速センサ（10）の検出速度等にもとづいてモータ
（１）およびフェイルリレー回路（８）を制御する制御
装置（11）とを備えている。

モータ駆動回路（３）は、第８図（ａ）に示すよう
に、四つのパワートランジスタ（2a）（2b）（2c）（2
d）からなるブリッジ回路で構成されている。モータ
（１）は、省電力化を図るため、PWM駆動されている。
制御装置（11）は、トルクセンサ（９）、車速センサ
（10）、モータ駆動回路（３）等のパワーステアリング
装置各部の異常を常時監視している。そして、トルクセ
ンサ（９）検出トルクおよび車速センサ（10）の検出速
度等にもとづいてモータ（１）の操舵力補助量を制御す
る操舵力補助量制御を行うとともにパワーステアリング
装置各部の異常を検出したときにフェイルリレー回路
（８）のリレー接点をオフにするフェイセーフ制御を行
う。

第８図（ａ）に矢印で示すようにモータ（１）に電流
が流れている場合に、第８図（ｂ）に示すように、モー
タ線の地絡が発生すると、同図に矢印で示すように、パ
ワートランジスタ（2a）に大電流が流れ、パワートラン
ジスタ（2a）が破壊したり、火災が発生したりするおそ
れがある。また、第８図（ａ）に矢印で示すようにモー
タ（１）に電流が流れている場合に、第８図（ｃ）に示
すように、モータ線の地絡が発生すると、同図に矢印で
示すように、モータ（１）に大電流が流れ、運転者の意
図する以上の操舵力補助が働き、非常に危険である。

そこで、これを防止するために、従来においては、第
７図に示すように、モータ駆動回路（３）から流れ出る
電流を電流検出回路（12）で検出し、この検出電流と、
制御装置（11）で演算された電流指令値とを比較するこ
とにより、モータ線の地絡を検出するようにしている。

しかしながら、従来の異常検出方法では、モータ線の
地絡等のモータ駆動回路の異常を検出するのに時間がか
かるという問題がある。すなわち、急操舵時には、モー
タ（１）の回転速度が大きくなり、これに伴ってモータ
（１）に誘導される逆起電力も大きくなり、モータ線の
地絡等の異常が発生していないにもかかわらず、モータ
（１）に流れる電流が電流指令値より小さくなる。従来
の異常検出方法では、このような場合を異常と誤判定し
ないように、異常検出判定時間を長くとる必要がある。

この発明は上記問題を解消した電動式パワーステアリ
ング装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この発明による電動式パワーステアリング装置は、操
舵力を補助するための電動モータの駆動回路に流入する
電流を検出する流入電流検出回路、電動モータの駆動回
路から流出する電流を検出する流出電流検出回路、両電
流検出回路によって検出された電流の差に基づいて、モ
ータ駆動回路の異常を検出する異常検出手段、および異
常検出手段によって異常が検出されたときに、電動モー
タによる操舵力補助を禁止する手段を備えていることを
特徴とする。

発明の作用 操舵力を補助するための電動モータの駆動回路に流入
する電流を検出する流入電流検出回路と、電動モータの
駆動回路から流出する電流を検出する流出電流検出回路
とによってそれぞれ検出された電流の差に基づいて、モ
ータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常が検出される
と、その異常検出に基づいて、電動モータによる操舵力
補助が禁止される。

実施例 以下、第１図〜第６図を参照して、この発明の実施例
について説明する。

第１図は、電動式パワーステアリング装置の全体の概
略構成を示している。この装置は、操舵力を補助するた
めの電動モータ（１）と、モータ駆動回路（３）と、電
動モータ（１）とステアリング系統との間に設けられた
電磁クラッチ（４）と、クラッチ駆動回路（５）と、モ
ータ駆動回路（３）と主電源（６）との間に設けられた
キースイッチ（７）およびフェイルリレー回路（８）
と、ステアリングシャフトの入力トルクを検出するトル
クセンサ（９）と、車速を検出する車速センサ（10）
と、トルクセンサ（９）の検出トルク、車速センサ（1
0）の検出速度等に基づいてモータ（１）を制御すると
ともにフェイルリレー回路（８）を制御する制御装置
（11）とを備えている。

モータ（１）は、ステアリングシャフトの出力軸また
はステアリングギア等の適当箇所に減速機、クラッチ等
を介して連結されている。トルクセンサ（９）は、たと
えば、ステアリングシャフトの入力軸と出力軸との間に
設けられたトーションバーのねじれを検出するポテンシ
ョメータからなる。

モータ駆動回路（３）は、第２図に示すように、二つ
の正転用パワートランジスタ（2a）（2b）と、二つの逆
転用パワートランジスタ（2c）（2d）とからなるブリッ
ジ回路で構成されている。正転用パワートランジスタ
（2a）と逆転用パワートランジスタ（2d）とは、直列に
接続され、逆転用パワートランジスタ（2c）と正転用パ
ワートランジスタ（2b）とは直列に接続されており、両
直列回路が並列に接続されている。そして、正転用パワ
ートランジスタ（2a）と逆転用パワートランジスタ（2
d）との接続点と、逆転用パワートランジスタ（2c）と
正転用パワートランジスタ（2b）との接続点との間に電
動モータ（１）が接続されている。各パワートランジス
タ（2a）（2b）（2c）（2d）のベースは、制御装置（1
1）にそれぞれ接続されている。

フェイルリレー回路（８）とモータ駆動回路（３）と
の間には、駆動回路（３）に流入する電流を検出するた
めの流入電流検出回路（21）が設けられている。モータ
駆動回路（３）と接地との間には、駆動回路（３）から
流出する電流を検出するための流出電流検出回路（22）
が設けられている。これらの電流検出回路（21）（22）
によって検出された電流は、制御装置（11）にそれぞれ
送られる。

流入電流検出回路（21）は、例えば、第２図に示すよ
うに、フェイルリレー回路（８）とモータ駆動回路
（３）との間に接続された電流検出用抵抗（23）と、そ
の端子間電圧を検出するとともに増幅する差動増幅回路
（24）とからなる。流出電流検出回路（22）は、例え
ば、第２図に示すように、モータ駆動回路（３）と接地
との間に接続された電流検出用抵抗（25）と、その正側
端子電圧を増幅する差動増幅回路（26）とからなる。

図示は、省略したが、クラッチ駆動回路（５）、トル
クセンサ（９）、車速センサ（10）等のパワーステアリ
ング装置各部の異常を検出するための異常検出回路が設
けられている。各異常検出回路からの異常検出信号も制
御装置（11）に送られる。

制御装置（11）は、トルクセンサ（９）の検出トルク
および車速センサ（10）の検出速度等にもとづいてモー
タ（１）の操舵力補助量を演算する操舵力補助量制御を
行うとともにトルクセンサ（９）、車速センサ（10）、
モータ駆動回路（３）等のパワーステアリング装置各部
の異常を検出したときにフェイルリレー回路（６）のリ
レー接点をオフにするフェイルセーフ制御を行うマイク
ロコンピュータと、マイクロコンピュータ（図示略）に
よって求められた操舵力補助量に応じたPWM出力を得るP
WM変調回路（図示略）とを備えている。

PWM変調回路から出力されるモータ制御用PWM信号は、
モータ（１）を正転させる場合には、各正転用パワート
ランジスタ（2a）（2b）のベースに送られる。従って、
この場合は、各正転用パワートランジスタ（2a）（2b）
がPWM信号に応じてオンされるごとに、電源（６）、キ
ースイッチ（７）、フェイルリレー回路（８）、抵抗
（23）、正転用パワートランジスタ（2a）、モータ
（１）、正転用パワートランジスタ（2b）、抵抗（2
5）、電源（６）の順に電流が流れ、モータ（１）が正
転駆動される。

モータ（１）を逆転させる場合には、モータ制御用PW
M信号は、各逆転用パワートランジスタ（2c）（2d）の
ベースに送られる。従って、この場合は、各逆転用パワ
ートランジスタ（2c）（2d）がPWM信号に応じてオンさ
れるごとに、電源（６）、キースイッチ（７）、抵抗
（23）、フェイルリレー回路（８）、逆転用パワートラ
ンジスタ（2c）、モータ（１）、逆転用パワートランジ
スタ（2d）、抵抗（25）、電源（６）の順に電流が流
れ、モータ（１）が逆転駆動される。

第３図を参照して、今、モータ（１）が正常に駆動さ
れているとすると、モータ駆動回路（３）に流入する電
流Iaと、モータ駆動回路（３）から流出する電流Ibと
は、ほぼ等しくなる。したがって、モータ（１）が正常
に駆動されているときには、流入電流Iaと流出電流Ibと
の差ΔＩ（＝Ia−Ib）は、ほぼ零となる。

時点T1で、第８図（ｂ）（ｃ）に示すようなモータ線
の地絡が発生すると。流入電流Iaは急激に増大し、流出
電流Ibは零まで急激に減少する。したがって、流入電流
Iaと流出電流Ibとの差ΔＩは、時点T1において急激に増
大する。制御装置（11）は、流入電流検出回路（21）お
よび流出電流検出回路（22）の出力に基づいて、流入電
流Iaと流出電流Ibとの差ΔＩを算出し、算出したΔＩに
基づいて、モータ線の地絡等のモータ駆動回路（３）の
異常を即座に検出してフェイルセーフ処理を行う。

第４図〜第６図は、制御装置（11）による処理を示し
ている。制御装置（11）による処理には、主処理と、割
り込み処理とがある。

第４図は、主処理の手順を示している。まず、初期化
処理が行われる（ステップ31）。この初期化処理では、
この後に行われる障害監視処理でカウンタとして用いら
れる異常検出時間計時用レジスタのクリア等が行われ
る。

初期化処理の後、障害監視処理（ステップ32）および
車速センサ（10）の検出信号に基づく車速計算などの処
理（ステップ33）が行われる。この後、プログラムの暴
走を検出するために用いられるウオッチドッグパルスが
出力され（ステップ34）、ステップ32に戻る。

第５図は、割り込み処理の手順を示している。この割
り込み処理は、割り込み信号に基づいて、一定時間間隔
で実行される。この処理においては、まず、トルクセン
サ（９）によって検出されたステアリングシャフトの入
力トルクが読み込まれる（ステップ41）。また、トルク
センサ（９）からの入力信号に基づいて操舵方向が判定
される。そして、読み込まれた入力トルクと、主処理の
ステップ33で求められた最新の車速とに基づいて、操舵
力補助量の目標値が算出される（ステップ42）。

この後、算出された目標値を表す操舵力補助量制御信
号および操舵方向に応じた回転方向制御信号が、モータ
駆動回路（３）に出力され（ステップ43）、この割り込
み処理は終了する。

上記ステップ43で、モータ駆動回路（３）に操舵力補
助量制御信号および回転方向制御信号が送られることに
より、モータ（１）は、回転トルクが操舵力補助量制御
信号に応じた大きさになるようにかつ回転方向が回転方
向制御信号に応じた方向になるように駆動される。

第６図は、主処理の障害監視処理の詳細を示してい
る。この障害監視処理においては、トルクセンサ
（９）、車速センサ（10）、クラッチ駆動回路（５）等
の異常検出回路に基づく障害監視処理（ステップ（51）
の他に、電流検出回路（21）（22）の検出電流に基づい
て行われるモータ駆動回路障害監視処理（ステップ52）
が行われる。

モータ駆動回路障害監視処理（ステップ52）において
は、まず、流入電流検出回路（21）および流出電流検出
回路（22）の出力に基づいて、流入電流Iaと流出電流Ib
との差ΔＩが算出される（ステップ61）。次に、算出さ
れたΔＩが予め定められた異常判別用基準値ΔIOより大
きいか否かが判定される（ステップ62）。

ΔＩが基準値ΔIO以下である場合には、異常検出時間
計時用レジスタがクリアされ（ステップ66）、主処理の
ステップ33に移る。ΔＩが基準値ΔIOより大きければ、
検出時間計時用レジスタの内容Ｋが＋１された後（ステ
ップ63）、レジスタ内容Ｋが予め定められた異常判別用
検出時間に対応する基準値TOを越えたか否かが判定され
る（ステップ64）。

レジスタ内容ＫがTOを越えていれば、モータ駆動回路
（３）に地絡等の異常が発生したと判断され、フェイル
リレー回路（８）のリレー接点をオフにする等のフェイ
ルセーフ処理が行われる（ステップ65）。上記ステップ
64においてカウンタの内容ＫがTO以下である場合には、
主処理のステップ33に移る。

発明の効果 この発明による電動式パワーステアリング装置は、操
舵力を補助するための電動モータの駆動回路に流入する
電流と、電動モータの駆動回路から流出する電流との差
に基づいて、モータ駆動回路の異常を検出しているの
で、モータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常を短時間
に検出することができ、このような異常発生に対して、
迅速に電動モータによる操舵力補助を禁止できる。この
ため、モータ線の地絡等のモータ駆動回路の異常が発生
しても、モータ駆動素子が破壊したり、運転者の予期し
ない操舵力補助が働いたりすることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の実施例を示し、第１図は電
動式パワーステアリング装置全体の概略構成を示す電気
ブロック図、第２図はモータ駆動回路、流入電流検出回
路および流出電流検出回路の具体例を示す電気回路図、
第３図はモータ駆動回路に流入する電流Ia、モータ駆動
回路から流出電流Ibおよび両電流の差ΔＩを示すタイム
チャート、第４図は制御装置による主処理の手順を示す
フローチャート、第５図は制御装置による割込処理の手
順を示すフローチャート、第６図は障害監視処理の手順
を示すフローチャート、第７図は従来例を示す電気ブロ
ック図、第８図はモータ線の地絡が発生した場合の電流
の流れを示す図である。 （１）……電動モータ、（３）……モータ駆動回路、
（2a）（2b）（2c）（2d）……パワートランジスタ、
（６）……電源、（８）…フェイルリレー回路、（11）
……制御装置、（21）……流入電流検出回路、（22）…
…流出電流検出回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵力を補助するための電動モータの駆動
   回路に流入する電流を検出する流入電流検出回路、 電動モータの駆動回路から流出する電流を検出する流出
   電流検出回路、 両電流検出回路によって検出された電流の差に基づい
   て、モータ駆動回路の異常を検出する異常検出手段、お
   よび 異常検出手段によって異常が検出されたときに、電動モ
   ータによる操舵力補助を禁止する手段を備えていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。