JP3256211B2 - 電気アシスト・ステアリング・システムにおけるモータ・ストール状態の検出方法及び装置 - Google Patents

電気アシスト・ステアリング・システムにおけるモータ・ストール状態の検出方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気アシスト・ス
テアリング・システムに関し、更に詳しくは、電気アシ
スト・ステアリング・システムにおいてモータ・ストー
ル状態を検出する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気ア
シスト・ステアリング・システムはこの技術分野で広く
知られている。この電気アシスト・ステアリング・シス
テムでは、電気アシスト・モータは、付勢されると、ト
ルク・アシストを提供して車両のステアラブル・ホイー
ル(車輪)の方向を変える際に運転者を補助する。電気
アシスト・モータは、車両のステアリング・ホイール
(ハンドル)に加えられたステアリング・トルクと測定
された車両速度との両方に応答して制御されるのが典型
的である。コントローラは、ステアリング・トルクをモ
ニタし駆動回路を制御して電気アシスト・モータに与え
られる電流を制御する。この駆動回路は、典型的には、
車両バッテリと電気アシスト・モータとの間に動作的に
結合された電界効果トランジスタ(FET)又はそれ以
外の形態のソリッド・ステート・スイッチを含む。電流
は、FET又はスイッチのパルス幅変調によって制御さ
れる。
【0003】車輪が縁石(curb)に接しているときのよ
うに、ステアリング・トルクが加えられているにもかか
わらずステアラブル・ホイールが動くことができない状
態に保持される場合には、電気アシスト・モータとFE
Tとの両方の温度が上昇する。このような状態は、電気
アシスト・モータのストール(stall)状態と称され
る。ストール状態が長時間継続すると、モータ及び/又
はFETが加熱し故障する可能性がある。
【0004】TRW社に譲渡されたMillerへの米国特許
第5,517,415号には、電気アシスト・ステアリング・シ
ステムのためのストール検出装置が開示されている。ス
トール検出器が、ストール状態の発生の検出に応答して
電気モータに供給される電流を制御する。これによっ
て、モータと駆動回路との両方への損傷が回避される。
【0005】Kadeへの米国特許第4,532,567号には、モ
ータを流れる実際の電流を測定する電気アシスト・ステ
アリング・システムが開示されている。測定された電流
がある限度を超えると、モータの駆動電流が減少され
る。
【0006】Daido他への米国特許第5,097,918号には、
電磁クラッチを介してステアリング機構に接続された電
気アシスト・モータを含む電気アシスト・ステアリング
・システムが開示されている。更に、このシステムは、
電気アシスト・モータの回転運動を感知するセンサを含
んでいる。トルクが感知されているのにモータが回転し
ていないことを回転センサが示すとき、システムは電磁
スイッチを切り離す。
【0007】Shimizuへの米国特許第4,878,004号には、
電気アシスト・モータとそのモータの動作を制御するコ
ントローラとを含む電気アシスト・ステアリング・シス
テムが開示されている。このシステムは、更に、電気ア
シスト・モータを流れる実際の電流の量を感知する電流
センサを含んでいる。モータ電流の平均値が決定され
る。モータは、この決定された平均の電流値に応答して
制御される。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、車両ステアリ
ング・システムにおける電気アシスト・モータのストー
ル状態を検出する装置に関する。この装置は、車両ステ
アリング・システムの電気モータに電流を提供するスイ
ッチング回路を含む。スイッチング回路は温度条件を有
する。温度センサがスイッチング回路に結合されてお
り、スイッチング回路の温度条件を示す値を有する出力
信号を提供する。ストール検出器は、温度センサの出力
信号に応答する。特に、ストール検出器は、電気モータ
への電力をモータの転流(整流)に基づいて第1のレベ
ルまで減少させ、更に、(i)モータの転流に基づき、
そして、(ii)スイッチング回路の温度条件が第1の
温度スレショルド以上であると判断されると、第2のレ
ベルまで減少させるように動作する。
【0009】本発明の別の側面は、車両ステアリング・
システムにおける電気アシスト・モータのストール状態
を検出する方法に関する。この方法は、車両ステアリン
グ・システムの電気モータにスイッチング回路を介して
電流を提供するステップを含む。システムのスイッチン
グ回路の温度条件がモニタされ、温度条件を示す出力信
号が提供される。スイッチング回路の温度条件はこの出
力信号に応答して判断される。ストール状態にあると判
断されると、ストール検出器がイネーブルされ、電気モ
ータへの電力がスイッチング回路を介して第1のレベル
まで減少される。スイッチング回路の温度条件がストー
ル状態の間に第1の温度スレショルド以上であると判断
されると、ストール検出器は電気モータへの電力を第1
のレベルとは異なる第2のレベルまで減少させる。好ま
しくは、電力削減の第2のレベルは、スイッチング回路
の温度条件と関数関係を有する。
【0010】本発明のこれ以外の特徴及び効果は、以下
の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことによっ
て、本発明が関係する技術分野の当業者には明らかにな
るはずである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による車両電気ア
シスト・ステアリング・システム10の好適実施例を図
解している。システム10は、入力シャフト16に接続
された車両ステアリング・ホイール(ハンドル)12と
ピニオン・シャフト17に接続されたピニオン・ギア1
4とを含む。入力シャフト16は、トーション・バー1
8を介してピニオン・シャフト17に結合されている。
トーション・バー18は、車両ステアリング・ホイール
12に加えられるトルクに応答してねじれ、入力シャフ
ト16とピニオン・シャフト17との間の相対的な回転
を可能にする。ストップ(図示せず)が、入力シャフト
16とピニオン・シャフト17との間の相対的な回転の
量をこの技術分野で公知である態様で制限している。
【0012】ピニオン・ギア14は、直線状のステアリ
ング部材すなわちラック20上の直線状に切られたギア
の1組の歯(図示せず)とかみ合って係合する1組の螺
旋状のギア歯(図示せず)を有する。ラック20は、ス
テアリング・リンケージによって既知の態様で車両のス
テアラブル・ホイール22、24に結合されている。ピ
ニオン・ギア14は、ラック20と共に、ラックとピニ
オン・ギアとの組を形成する。ステアリング・ホイール
12が回転されると、このラックとピニオン・ギアとの
組が、ステアリング・ホイールの回転運動をラック20
の直線運動に変換する。ラック20が直線状に動くと、
ステアラブル・ホイール(車輪)22及び24はその関
連するステアリング軸の回りをピボット運動し、車両の
ステアリング(操縦)がなされる。
【0013】電気アシスト・モータ26は、好ましくは
ボール・ナット駆動構成(図示せず)を介して、ラック
20と駆動的に接続されている。しかし、本発明による
装置及び方法が他のタイプの駆動構成にも等しく応用で
きることは、理解されるはずである。モータ26は付勢
されるとアシストを提供し、ラック20のステアリング
運動を補助する。本発明の好適実施例では、モータ26
は可変リラクタンス・モータである。可変リラクタンス
・モータが好ましいのは、比較的小型であり、低摩擦で
あって、トルク対慣性比が高いからである。
【0014】モータ26は、複数の固定子磁極30を有
する固定子(ステータ)28(図2)を含む。それぞれ
の固定子磁極30には、その固定子磁極の周囲に巻かれ
た固定子コイル(図示せず)が付随している。モータ2
6はまた、複数の回転子磁極34を有する回転子(ロー
タ)32を含む。好適実施例では、モータ26は四相モ
ータであり、8つの固定子磁極30と6つの回転子磁極
34とを含む。
【0015】固定子磁極30は、Aa、Bb、Cc及び
Ddとして示されている対として付勢されるように配列
されている。1対の固定子磁極30が付勢されると、回
転子32は、付勢された固定子磁極と回転子磁極34と
の間のリラクタンスが最小となるように動く。最小のリ
ラクタンスは、1対の回転子磁極34が付勢された固定
子磁極30と整列するときに生じる。例えば、図2に図
解されているモータ26の位置では、固定子磁極の対A
aとこれらの固定子磁極Aaと整列している回転子磁極
34との間に最小のリラクタンスが存在する。回転子と
固定子との相対的な位置によって決定される最小のリラ
クタンスがいったん達成されると、付勢されている固定
子磁極30は消勢され、隣接する固定子の対が付勢され
て回転子32の回転を継続させることになる。
【0016】回転子32の回転方向は、固定子磁極30
が付勢されるシーケンスによって制御される。例えば、
回転子32を図2の位置から時計回りに回転させるため
には、固定子磁極対Ddが次に付勢される。回転子32
を図2の位置から反時計回りに回転させるには、固定子
磁極対Bbが次に付勢される。
【0017】モータ26によって生じるトルクは、固定
子コイルを流れる電流の量によって制御される。可変リ
ラクタンス・モータを制御してモータのトルク及び方向
を制御するための好適な態様は、TRW社に譲渡されて
いるMillerへの米国特許第5,257,828号に完全に記載さ
れている。この米国特許における開示内容はその全体を
この出願において援用する。
【0018】図1に図解されているように、回転子位置
センサ36は、固定子28に対する回転子32の位置を
感知し、その相対的な位置を示す回転子位置信号38を
提供する。好適実施例では、回転子位置センサ36は離
散的(discrete)センサである。あるいは、モータ26
の動作パラメータを用いて回転子の位置を感知すること
もできると考えられる。例えば、回転子の位置は、付勢
されていない固定子磁極30と関連する固定子コイルを
流れる電流をモニタすることによって判断することがで
きる。離散的センサを用いずに回転子の位置を感知する
適切な構成が米国特許第5,072,166号に開示されてい
る。この米国特許はこの出願において援用する。
【0019】図1に戻ると、シャフト位置センサ40
は、入力シャフト16と出力シャフト17とに接続され
ている。シャフト位置センサ40は、トーション・バー
18との両者でトルク・センサ42を形成する。シャフ
ト位置センサ40は、入力シャフト16と出力シャフト
17との間の相対的回転位置を示す信号44を提供す
る。この入力シャフト16と出力シャフト17との間の
相対的回転位置は、車両運転者が車両のステアリング・
ホイール12に与えたステアリング・トルクを示す。従
って、シャフト位置センサ40の出力信号44は、車両
のステアリング・ホイール12に加えられたステアリン
グ・トルクを示しており、印加ステアリング・トルク信
号と称される。
【0020】印加ステアリング・トルク信号44は、ト
ルク・コマンド回路46に与えられる。トルク・コマン
ド回路46によって決定されるアシスト・トルクは、
(i)印加ステアリング・トルク信号44の値と(i
i)車両速度という2つのパラメータの関数である。車
両速度センサ50は、車両速度を示す車両速度信号をト
ルク・コマンド回路46に提供する。典型的には、モー
タ26が望むトルク・アシストの量は、車両速度が上昇
するにつれて減少する。これは、この技術分野では速度
比例ステアリングと称される。
【0021】トルク・コマンド回路46は、アシスト・
モータ26が要求するトルク・アシスト値を示すトルク
・コマンド信号48を提供する。トルク・コマンド信号
48は、ゲインを調節可能な増幅器52に向けて出力さ
れる。可変ゲイン増幅器52は、トルク・コマンド信号
48を増幅し、増幅されたトルク・コマンド信号53を
出力する。
【0022】増幅されたトルク・コマンド信号53は、
駆動制御回路54に与えられる。好ましくは、駆動制御
回路54はマイクロプロセッサ又はマイクロコンピュー
タである。あるいは、駆動制御回路54は、1つの集積
回路であったり、電気アシスト・モータ26を制御する
ように構成されているより大きな制御回路の一部であっ
たりする。回転子位置信号38も駆動制御回路54に与
えられる。駆動制御回路54は、増幅されたトルク・コ
マンド信号53と回転子位置信号38とを用いて、要求
されているステアリング方向を達成するのに必要なモー
タ付勢電流とモータ付勢シーケンスとを決定する。駆動
制御回路54は、モータ制御信号55及び63をパワー
・スイッチ56の組に向けて出力する。モータ制御信号
55及び63は、どの固定子磁極の対(すなわち、A
a、Bb、Cc又はDd)が付勢されるか(1つ又は複
数)を制御し、また、付勢電流も制御する。1対の制御
ライン55及び63が示されているが、各磁極対はそれ
自身に関連する制御ラインを有しているのが典型的であ
るから、駆動制御回路54とパワー・スイッチ56との
間には4本の制御ラインが存在する。ただし、本発明に
よる装置及び方法はこれ以外の駆動回路及びパワー・ス
イッチング構成、例えば、各固定子磁極対が2以上のパ
ワー・スイッチで制御される構成にも応用可能であるこ
とは理解されるであろう。
【0023】パワー・スイッチ56は、パルス幅変調さ
れモータ電流を制御する。モータ26の滑らかな動作を
保証するためには、回転子30の位置を実際に回転子位
置を測定する間の所定の時点において評価することがで
きる。この評価は、何らかの既知の条件と何らかの仮定
との下でなされる。回転子位置評価の適切な方法は、W.
D. Harris and J.H. Lang, "A Simple Motion Estimato
r For VR Motors", IEEE Industry Applications Socie
ty Annual Meeting, October 1988及びA. Lumsdaine,
J.H. Lang, and M.J. Balas, "A State Observer for V
ariable Reluctance Motors: Analysis and Experiment
s", 19th ASILOMAR Conference on Circuits, Systems
& Computers, November 6-8, 1985に記載されている。
これらの論文における開示内容は本出願において援用す
る。
【0024】図3は、1つの固定子コイル対Aaに関連
するパワー・スイッチ56のパワー・スイッチ回路を図
解している。固定子コイルAaの一方の側はメイン駆動
スイッチ58を介して電気的グラウンドに接続されてい
る。固定子コイルAaの他方の側はスイッチ62とLC
フィルタ・ネットワーク60とを介して車両バッテリに
接続されている。駆動制御回路54(図1)は、モータ
制御信号55及び63をスイッチ58及び62のそれぞ
れの制御端子に向けて出力する。モータ制御信号55及
び63は、駆動制御回路54によってパルス幅変調さ
れ、固定子コイル対Aaを流れる電流を制御する。ダイ
オード64及び65は、フライバック電流制御を提供す
る。ツェナー・ダイオード66及び67は、過電圧保護
を与える。
【0025】再度図1を参照すると、モータ26は、ス
イッチ56の制御を介して付勢されて回転子32を所望
のトルクで所望の方向に回転させる。回転子32が回転
することの結果として、ラック20の直線運動が生じ
る。ラック20が直線運動すると、車両のステアラブル
・ホイール22及び24が回転し車両のステアリングが
なされる。
【0026】モータ26やスイッチ回路56のソリッド
ステート・スイッチ58及び62の加熱を防止する目的
でモータ・ストール条件を検出するために、システム1
0にはストール検出器70が含まれている。ストール検
出器70は、モータのストール状態に応答して、パワー
・スイッチ56によって電気モータ26に供給される電
力量を制御するように動作する。
【0027】温度センサ69がスイッチ56に結合され
ており、スイッチの温度条件を検出する。温度センサ6
9は、スイッチ56の温度条件を示す値を有する出力信
号71をストール検出器70に提供する。ストール検出
器70は、温度センサ69からの出力信号によってスイ
ッチ56の温度を連続的にモニタする。
【0028】ストール検出器70はスイッチ56の温度
条件に応答する。特に、ストール状態が存在する間にス
トール検出器70によって提供される作用は、スイッチ
の温度条件の関数として変動する。
【0029】ストール検出器70が付勢されるか消勢さ
れるかという動作は、温度によっても左右される。例え
ば、スイッチ56の温度条件が第1の所定のスレショル
ド温度以上であるときには、ストール検出器70は付勢
される。逆に、スイッチ56の温度条件が第1の温度ス
レショルド未満であるときには、ストール検出器70は
消勢される。
【0030】好ましくは、例えばスイッチ温度に基づい
てストール検出器70が付勢され、ストール状態が検出
されると、ストール検出器70はモータ26への電力を
第1のレベルまで減少させるように動作する。更に、ス
トール状態が存在すると判断され、スイッチ56の温度
条件が第1のスレショルドを超えるが第2のスレショル
ド未満であると判断されると、ストール検出器70は電
力を第2のレベルまで減少させる。第2のレベルは第1
の動作レベルとは異なっており、好ましくはそれよりも
下にある。スイッチの温度条件が第2の温度スレショル
ド以上である場合には、ストール検出器70は、モータ
への給電を更に第3のレベルまで減少させる。次に、ス
トール検出器70による電気モータ26への電力供給制
御の例を説明する。
【0031】ストール検出器70が付勢されていると仮
定すると、ストール状態が存在するかどうかが判断され
る。ストール検出器70は、本発明の一実施例に従い、
モータ26がストール状態にあるかどうかを判断する際
に2つのパラメータを用いる。第1のパラメータはトル
ク・コマンド信号48の値である。モータ26からの要
求されるアシスト・トルクを示すトルク・コマンド信号
48がスレショルド値Tmin未満であるときには、モー
タからの所望のトルク量はゼロから比較的小さな値まで
の間にある。モータを流れる電流が所定の量未満である
場合には、スイッチ56又はモータ26への損傷は生じ
得ない。従って、そのような場合には、ストール検出器
70は、ストール状態は存在し得ないと判断する。スト
ール検出器70がトルク・コマンド信号48がスレショ
ルドTminよりも大きいと判断すると、ストール状態が
存在している可能性がある。そのような場合には、スト
ール検出器70は第2のパラメータを考慮する。
【0032】ストール検出器70によって用いられる第
2の組のパラメータは、(i)モータが転流(commutat
ion)しているかどうかと(ii)モータの転流の間の
継続時間とである。
【0033】転流センサ74は、駆動制御回路54とス
トール検出器回路70との出力55及び63のそれぞれ
に接続されている。駆動制御回路54の出力55及び6
3は、転流センサにどの固定子磁極対(1つ又は複数)
が付勢されているかを示す。転流センサ74は、モータ
制御信号55及び63をモニタしこれらの信号を用いて
固定子磁極対が付勢される継続時間を決定する。転流セ
ンサ74は2つのタイマA/C及びB/Dを含む。A/
Cタイマは、固定子磁極対Aa又はCcが付勢される時
間周期を測定する。B/Dタイマは、固定子磁極対Bb
又はDdが付勢される時間周期を測定する。
【0034】例えば、固定子磁極対Aaが付勢されてい
るとモータ制御信号55が示すときには、A/Cタイマ
は、固定子磁極対Aaが付勢状態に維持される(すなわ
ち、継続的にパルス幅変調されることによりAaモータ
巻線に電流が流れる)時間周期の測定を開始する。A/
Cタイマは、固定子磁極対Aaが消勢される(すなわ
ち、電流の流れが中断する)まで測定を継続する。転流
センサ74は、固定子磁極対Aaが付勢されていた時間
周期を示す転流信号75をストール検出器70に向けて
出力する。2つの固定子磁極対が同時に付勢される場合
(例えば、Aa及びBb、又は、Aa及びDd)には、
転流センサは信号をストール検出器70に出力し、どの
固定子磁極対が付勢されているかと、それぞれの固定子
磁極対が付勢される、すなわち、タイマA/CとB/D
との両方がカウント又は計測を行う時間周期とを指示す
る。
【0035】可変リラクタンス・モータでは、隣接する
磁極対を同時に付勢することが可能である。このような
アプローチは、この技術分野で公知のように、トルク・
リプルを減少させる。しかし、磁極対Aa及びCcは決
して同時には付勢されないし、磁極対Bb及びDdも決
して同時に付勢されることはない。従って、転流センサ
74は、2つのタイマすなわちA/CタイマとB/Dタ
イマとを必要とするだけである。
【0036】ストール検出器70は、転流信号75をモ
ニタしてそれぞれの固定子磁極が付勢される時間周期を
決定する。ストール検出器70は、同じ固定子磁極対
(1つ又は複数)が所定の時間周期よりも長い間付勢さ
れていたかどうかを判断する。この判断が肯定的である
場合には、モータ転流は生じていないと判断される。
【0037】ストール検出器70が、(i)同じ固定子
磁極対(1つ又は複数)が所定の時間周期よりも長い間
付勢されており、かつ(ii)トルク・コマンド信号が
スレショルドTminよりも大きい、と判断する場合に
は、ストール状態が存在する。ストール検出器70は、
イネーブルされておりストール状態が存在すると判断す
るときには、制御信号76を可変ゲイン増幅器52に出
力してそのゲインを調整し、モータ26とパワー・スイ
ッチ56とを保護する。
【0038】可変ゲイン増幅器52のゲインGtotは、
本発明の一実施例では、好ましくはストール時間に基づ
いて、次の少なくとも3つの相対値の1つに設定するこ
とができる。すなわち、(1)最小のゲインGmin
(2)中間的なゲインGint及び(3)通常のゲインG
normである。可変ゲイン増幅器52のゲインは、最小の
ゲイン・レベルGminにあるときには、その最低の値に
あるのでモータ26への電流を最小化し、それによっ
て、モータへの電力を減少させる。この低いゲインの値
により、モータ及びスイッチ56の加熱の可能性は最小
となる。可変ゲイン増幅器52のゲインが中間的なゲイ
ン・レベルGintにあるときには、中間的な量の電流が
モータ26に提供される。可変ゲイン増幅器52のゲイ
ンは、通常のゲイン・レベルGnormにあるときには、駆
動制御回路54が所望の量の電流をモータ26に提供す
ることができる最大の値をとる。このようにして、スト
ール状態が存在すると判断されるときには、ストール検
出器70は、モータ26から要求されるトルクを制限す
ることによりモータの損傷とスイッチへの損傷とを回避
する。
【0039】本発明に従って、ゲインの値Gtotは、パ
ワー・スイッチ56の温度(T)と上述したストール状
態の範囲との両方と関数関係を有するように制御され
る。好ましくは、ストール検出器70は、温度センサ6
9の出力信号71に応答してゲイン値の項(term)G
tempを決定する。このGtempの値を、増幅器52のゲイ
ンとパワー・スイッチ56の温度条件とが関数関係を有
するようにするために用いられる。ゲイン増幅器52に
よって与えられる全ゲインGtotは、Gtemp(すなわ
ち、感知されたスイッチ温度のゲインの項)と適切なゲ
インの値Gnorm、Glo w又はGint(すなわち、ストール
状態の範囲の結果としてのゲイン項)との関数として表
現することができる。すなわち、次の通りである。 Gtot=Gtemp*Glow又は Gtot=Gtemp*Gint又は Gtot=Gtemp*Gnorm ストール状態の結果としてのゲイン項(すなわち、G
low、Gint、Gnorm)は、集合的にGstと称することが
できる。従って、次の式が得られる。 Gtot=Gtemp*Gst 好ましくは、ストール検出器70は、次の方程式に従っ
て、増幅器52のストール検出器温度ゲイン項Gtemp
調整する。 T<123℃の場合には、Gtemp=1 123℃≦T<128℃の場合には、Gtemp=−0.0
10136*T+2.255 T≧128℃の場合には、Gtemp=−0.029926
*T+4.788 この分野の当業者には明らかなように、温度が123℃
のスレショルド温度未満であるときには、Gtempの値は
ほぼ単位ゲインである。温度がスレショルド温度より上
に上昇すると、Gtempの値は1よりも小さい値まで減少
し高温では0に近づく。この結果として、電気モータ5
2に供給される電力量は更に減少する。
【0040】ストール検出器70はこのようにパワー・
スイッチの温度に基づき3つの可変レベルのゲイン制御
を提供する。第1のレベルは単位ゲインである。約12
8℃などの第2の温度スレショルドによって、温度ゲイ
ン項Gtempに対してどの可変レベルが用いられるかが確
立される。ゲイン増幅器52の温度に依存する動作に加
えて、ストール検出器70の全ゲイン値Gtotもまたス
トール状態項の発生に応答する。上述したように、スイ
ッチ温度条件が当初のスイッチ温度スレショルドを超え
ると、ストール検出器70の動作を条件付けることが可
能である。
【0041】図4には、ストール検出器70がモータ・
ストール状態を検出する際に実行される好適な制御プロ
セスが図解されている。好ましくは、トルク・コマンド
回路46、駆動制御回路54、ストール検出器70、転
流センサ74及び可変ゲイン増幅器52の機能はすべ
て、マイクロコンピュータにおいて実行される。駆動制
御回路54はパルス幅変調(PWM)された駆動信号を
出力してパワー・スイッチ56を制御する。可変ゲイン
増幅器52は、PWM信号を制御する値を有するデジタ
ル信号を出力する。ストール状態が存在しないときに
は、PWM信号はゲイン増幅器のゲインが1であればト
ルク・コマンド信号だけと関数関係にある。ストール検
出器70は、この出願で述べられているようにパワー・
スイッチ56の温度上昇に基づいてストール状態すなわ
ちトルク・コマンドがありモータ転流がない状態が検出
されるまでは、増幅器52のゲイン値を減少させない。
【0042】ステップ80では、プロセスが開始し、内
部メモリ、フラグ、初期条件などが初期値に設定され
る。次に、プロセスはステップ81に進み、内部カウン
タがゼロに初期化される。ステップ81からは、プロセ
スはステップ82に進む。ステップ82では、トルク・
コマンド信号48の値が所定の最小スレショルド値Tmi
nよりも大きいかどうかが判断される。ステップ82で
の判断が否定的である場合には、プロセスはステップ8
1に戻る。このように、プロセスの残りのステップは、
トルク・コマンド信号の値が最小のスレショルド値T
minを超えるときにだけ実行される。
【0043】ステップ82における判断が肯定的である
場合には、プロセスはステップ84に進む。ステップ8
4では、電気アシスト・モータ26が過去5秒間の間転
流していたことを転流センサ74が示しているかどうか
が判断される。ステップ86での判断が否定的である、
従って、ストール状態の可能性を示している場合には、
プロセスはステップ85に進む。
【0044】ステップ85では、スイッチ56の温度が
第1の所定の温度スレショルドである例えば123℃以
上であるかどうかが判断される。この判断が肯定的であ
る場合には、プロセスはステップ86に進み、温度ゲイ
ンGtempが設定される。スイッチの温度はプロセスを通
じて連続的にモニタされているものとする。温度ゲイン
tempは検出されたスイッチ温度に基づいて設定され、
次に、既に述べたように、全体的なゲイン値Gtotを決
定するのに用いられる。温度ゲインGtempを設定した後
で、プロセスはステップ88に進む。ステップ85での
判断が否定的である場合にもプロセスはステップ88に
進むが、温度ゲインGtempは単位ゲインである。この状
況では、Gtemp=1であるから、モータ26への電力の
減少は検出されたストール状態の重大さ(severity)に
基づく。従って、スイッチ温度が所定のスレショルド値
を超え、かつストール状態が検出されるときにだけ、温
度ゲイン減少機能が生じる。
【0045】ステップ88では、無転流カウンタ(no c
ommutation counter)は1だけインクリメントされ、プ
ロセスはステップ90に進む。当初には、無転流カウン
タはステップ82においてゼロの値に設定されている。
このカウンタはマイクロコンピュータのコントローラの
内部にあり、上下にインクリメントすることが可能であ
るが、ゼロよりも小さくなることはない。
【0046】ステップ90では、無転流カウンタのカウ
ントが5以上であるかどうかが判断される。ステップ9
0における判断が否定的である場合、すなわち、モータ
の転流が過去25秒間存在していた場合には、プロセス
はステップ84に戻る。
【0047】ステップ90における判断が肯定的である
場合、すなわち、過去25秒間モータの転流が存在して
いない場合には、プロセスはステップ92に進む。ステ
ップ92では、可変ゲイン増幅器52のゲインは最小の
ゲイン・レベル(Gtemp*G min)に設定され、モータ
26とスイッチ56との保護が最大化される。ステップ
92からは、プロセスはステップ84に戻る。
【0048】ステップ92では、ステップ90で決定さ
れたカウントが5以上である場合には、電流が減少され
る。モータ26が5秒の周期の間に転流しない度に、ス
テップ88のカウンタはインクリメントされる。このよ
うに、トルク・コマンド信号48がスレショルドTmin
を超えておりモータ26が25秒の間転流していないと
きには、ストール検出器70はモータ・ストール状態が
存在すると判断して、増幅器52のゲインを最小値まで
減少させてモータ26とスイッチ56とを保護する。
【0049】ステップ84における判断が肯定的である
とき、すなわち、モータは過去5秒間転流していると転
流センサ74が示すときには、プロセスはステップ94
に進む。ステップ94では、無転流センサが1だけデク
リメントされる。すでに述べたように、カウンタ値はゼ
ロよりも小さくなることはできない。つまり、カウンタ
がゼロである場合にはそれ以上のデクリメントは生じな
い。ステップ94からは、プロセスはステップ96に進
む。ステップ96では、カウンタのカウントが5未満で
あるかどうかが判断される。
【0050】ステップ96における判断が否定的である
場合、すなわち、カウントが5未満でないときには、プ
ロセスはステップ98に進む。ステップ98では、カウ
ントが11以下であるかどうかが判断される。ステップ
98における判断が否定的である場合には、プロセスは
ステップ92に進み、モータ電流を最小値に保つために
増幅器52のゲインは最小値に維持される。しかし、カ
ウントが11以下である場合には、ステップ98におけ
る判断は肯定的でありプロセスはステップ100に進
む。ステップ100では、増幅器52のゲインは、中間
的なゲイン値Gin tと決定されたGtempの値との積に設
定され、結果的にGint*Gtempという増幅器のゲイン
が生じる。
【0051】ステップ96及び98の効果は、ストール
が検出され増幅器52のゲインが最小値まで減少される
と、十分な時間周期の間のモータ転流の後で、増幅器の
ゲインは最終的には中間的なレベルに設定される又は中
間的なレベルまで増加される、ということである。増幅
器52のゲインは、中間的な値に35秒間とどまること
ができるが、これは、カウンタが11から5までデクリ
メントされることに対応する。
【0052】ステップ96における判断が肯定的である
場合、すなわち、無転流カウントが5未満であるときに
は、プロセスはステップ96からステップ102に進
む。ステップ102では、可変ゲイン増幅器52のゲイ
ンは通常のゲイン・レベルGno rmと対応するGtempとの
積であるGnorm*Gtempに設定される。ステップ102
からは、プロセスはステップ104に進む。ステップ1
04では、電気アシスト・モータ26が過去30秒の間
転流したかどうかが判断される。モータ26が過去30
秒の間転流したと判断される場合には、モータ26とス
イッチ56とは容認可能な温度値以下であると想定され
る。ステップ104における判断が肯定的である場合に
は、プロセスはステップ81に戻る。ステップ104に
おける判断が否定的である場合には、モータ26とスイ
ッチ56とは依然として上昇した温度レベルにあると考
えられるので、プロセスはステップ84に戻る。
【0053】この制御構成は必ずしも完全にステアリン
グ・アシストを排除するのではなく、モータ26とスイ
ッチ56とを保護するようにアシスト・レベルを制御す
るものである。転流がないと無転流カウント値は増加す
るのに対し、転流の再開によってカウント値は減少し、
ある時点で通常のアシストが再開する。また、スイッチ
温度が約123℃などの最小の温度スレショルドを超え
ると、ストール検出器70がステアリング・アシストを
減少させるのが好ましいと考えられる。そのような状況
では、GtotはGtempとモータ転流に基づく対応するゲ
イン値であるGs tとの積となる。
【0054】図4に示されている制御プロセスにおいて
用いられる温度スレショルド、継続時間及びカウント値
は、変更され、特定の車両タイプ及びモータ構成に適す
るように調整することができる。継続時間とカウント値
とは、単に説明の目的のために選択したのであって、本
発明を限定することを意図したのものではない。
【0055】図5の流れ図(フローチャート)には、ス
トール検出器70のための別の制御プロセスが示されて
いる。この制御プロセスは、トルク・コマンド信号に対
する初期のゲイン値を1に設定することを含む初期パラ
メータの設定がなされるステップ110において開始さ
れる。次に、プロセスはステップ111に進み、スイッ
チ56の温度が例えば約123℃であるスレショルド温
度以上であるかどうかが判断される。スイッチ56の感
知された温度がこのスレショルド・レベルに達しない場
合には、ストール検出器70はイネーブルされない。
【0056】パワー・スイッチ56の温度がスレショル
ド値以上であると感知される場合には、プロセスはステ
ップ112に進み、そこでトルク・コマンド信号48が
ストール検出器70によってモニタされる。ステップ1
12からはプロセスはステップ114に進み、モニタさ
れたトルク・コマンド信号48がリーク形ストール検出
積分器(leaky stall detect integrator)によって積
分される。リーク形積分を達成するには、プロセスがル
ープを通過する度に、すなわち、ステップ114が実行
される度に、比較的小さな定数値が積分値から減算され
る。
【0057】プロセスは次にステップ116に進む。ス
テップ116では、積分されたトルク・コマンド値がス
レショルド値T0よりも大きいかどうかが判断される。
ステップ116における判断が否定的である場合には、
プロセスはステップ118に進み、そこで可変ゲイン増
幅器52のゲインが増加される。次に、プロセスはステ
ップ122に進み、トルク・コマンド・ゲインが1の値
に制限される。そして、プロセスは、ステップ112に
戻る。
【0058】ステップ116における判断が肯定的であ
る場合には、モータ26がストール状態にあるとプロセ
スは判断する。次に、プロセスはステップ120に進
む。ステップ120では、ストール検出器70は可変ゲ
イン増幅器のゲインを減少させる。先に述べた実施例の
場合と同様に、このゲインはパワー・スイッチ56の温
度と関数関係を有し、好ましくは、上述したGtempの値
を含む。
【0059】次に、プロセスは、ステップ121に進
み、ゲインの減少は所定の最小値に制限される。ステッ
プ121からはプロセスはステップ112に戻る。制御
プロセスは、積分されたトルク・コマンドが十分な時間
周期にわたる積分器のリーク(漏洩)の結果としてスレ
ショルドT0未満にとどまるときにだけ、時間経過と共
に増幅器のゲインを通常レベルまで増加させる。ステッ
プ118におけるトルク・コマンド・ゲインの増加率と
ステップ120におけるトルク・コマンド・ゲインの減
少率とが相互に独立であることは、この技術分野の当業
者であれば理解するはずである。また、これらの率は線
形又は非線形であり得る。
【0060】また、当業者であれば理解するように、図
5の実施例は電気アシスト・ステアリング・システムの
過剰使用(over-use)を検出することができる。例えば
そのような過剰使用は、モータが動作しているにもかか
わらず大きなモータ・トルクがある長さの時間周期の間
命令されるときに生じる。やはり当業者であれば理解す
るように、ストール状態は、パワー・スイッチ56の温
度がスレショルド温度を超えるなどの過剰使用状態でも
あり得る。
【0061】図4及び図5に示されている制御プロセス
は、単一のストール及び過剰使用検出器70において実
現することができる。そのような実現例では、ストール
及び過剰使用検出器70は2つのプロセスのどちらか又
は両方がストール又は過剰使用状態の存在を示している
ときにストール又は過剰使用状態が存在すると判断す
る。実際、ストール状態は、トルク・コマンドがスレシ
ョルド値よりも大きくモータ転流のない状態が所定の時
間周期の間継続することの結果として検出され、過剰使
用状態は積分されたトルク・コマンドがスレショルド値
を超えることの結果である。
【0062】駆動制御回路には自己診断機能を内蔵して
アシスト構成の適切な動作を保証することが望ましい。
電気アシスト・ステアリング・システムのためのそのよ
うな診断構成は、TRW社に譲渡されているBehr他への
米国特許第4,660,671号に完全に記載されている。この
米国特許はこの出願において援用する。
【0063】本発明に関する以上の説明から、当業者で
あれば改良、変更及び修正に気付くことができるであろ
う。例えば、電力の減少や増加は、時間経過と共に生じ
るインクリメントするステップ関数として説明された。
しかし、制御システムが、電力の増加及び減少に関して
時間ベースのランプ関数(ramping function)を提供す
ることも考えられる。このランプ関数は、アナログ又は
デジタル制御のいずれかとして実現することができる。
以上の及びそれ以外の同様の改良、変更及び修正は、特
許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく電気アシスト・ステアリング・
システムを図解するブロック図である。
【図2】図1に示された電気アシスト・モータの断面図
である。
【図3】図1に示されたパワー・スイッチの一部分の回
路図である。
【図4】図1のシステムと共に用いられるストール検出
プロセスを示す流れ図である。
【図5】図1のシステムと共に用いられる別のストール
検出プロセスを示す流れ図である。
フロントページの続き (72)発明者 アイヴァン・ジェイ・ウィリアムズ アメリカ合衆国カリフォルニア州90274, ローリング・ヒルズ,ラリアット・レー ン 12 (56)参考文献 特開 平8−127351(JP,A) 特開 平3−99981(JP,A) 特開 平8−207801(JP,A) 特開 平7−309249(JP,A) 特開 平8−207812(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 5/00 B62D 6/00

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両ステアリング・システムにおける電
    気アシスト・モータ(26)を制御する装置(10)で
    あって、 電力を前記車両ステアリング・システムの前記電気アシ
    スト・モータ(26)に接続し、ある温度を有するスイ
    ッチング回路(56)と、 前記スイッチング回路(56)と関連しており、該スイ
    ッチング回路の感知した温度を示す値を有する出力信号
    (71)を提供する温度センサ(69)と、 前記電気アシスト・モータ(26)がストール状態にあ
    るときを判定するストール検出器(70)であって、前
    記温度センサ(69)の出力信号(71)に応答して、
    前記スイッチング回路(56)の温度が第1の温度スレ
    ショルド未満であることを感知するとき前記電気アシス
    ト・モータ(26)の判定されたストール状態に応答し
    て電気アシスト・モータのパワーをトルク・コマンド
    (46,48,52,53)を介して第1のレベルまで
    低下させ、前記スイッチング回路(56)の温度が前記
    第1の温度スレショルド以上であることを感知するとき
    前記電気アシスト・モータの(26)の判定されたスト
    ール状態に応答して電気アシスト・モータのパワーをト
    ルク・コマンド(46,48,52,53)を介して前
    記第1のレベルと異なる第2のレベルまで低下させるス
    トール検出器(70))と、 から構成される装置。
  2. 【請求項2】 前記ストール検出器(70)は、前記電
    気アシスト・モータの(26)の判定されたストール状
    態に応答して、前記スイッチング回路(56)の温度が
    第2の温度スレショルド以上であることを感知すると
    き、前記電気アシスト・モータへのパワーを前記第1及
    び第2のレベルとは異なる第3のレベルまで低下させ
    る、請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記車両ステアリング・システムは、前
    記車両のステアリング・ホイール(12)に加えられた
    ステアリング・トルクに応答してある値を有するトルク
    ・コマンド(48)を前記ストール検出器(70)に提
    供するトルク・コマンド回路(46)を備えている、請
    求項1記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記ストール検出器(70)からの信号
    (76)に応答して前記トルク・コマンド(46,4
    8)の値を調整する手段(52)を更に備えている、請
    求項3記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記ストール検出器(70)は、前記電
    気アシスト・モータ(26)の判定されたストール状態
    に応答して、前記スイッチング回路(56)の温度が前
    記第1の温度スレショルドより高いが第2の温度スレシ
    ョルド未満であることを感知する(69)とき、前記ト
    ルク・コマンド(46,48)の値を調整する手段(5
    2)を第1の値だけ制御するように動作する、請求項4
    記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記ストール検出器(70)は、前記電
    気アシスト・モータ(26)の判定されたストール状態
    に応答して、前記スイッチング回路(56)の温度が第
    2の温度スレショルド以上であることを感知する(6
    9)とき、前記トルク・コマンド(46,48)の値を
    調整する手段(52)を第2の値だけ制御するように動
    作する、請求項5記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記電気モータ(26)の転流を感知し
    該電気モータの転流を示す転流信号(75)を前記スト
    ール検出器に提供する転流センサ(74)を更に備えて
    おり、前記ストール検出器(70)は前記トルク・コマ
    ンド(46,48)及び転流信号(75)に応答して前
    記ストール状態の発生を判定する、請求項3記載の装
    置。
  8. 【請求項8】 前記ストール検出器(70)は、前記ス
    イッチング回路(56)の温度がイネーブル温度スレシ
    ョルド以上であることを感知する(69)ときイネーブ
    ルされ、前記スイッチング回路(56)の温度が前記イ
    ネーブル温度スレショルド未満であると判定されるとき
    ディセーブルされる、請求項1記載の装置。
  9. 【請求項9】 車両の操縦可能な車輪(22,24)を
    操縦するように動作可能なステアリング部材(12,1
    6,18,17,14,20)と、 加えられたステアリング・トルクを感知し、前記加えら
    れたステアリング・トルクを示す印加ステアリング・ト
    ルク信号(44)を提供するトルク・センサ(42)
    と、 前記ステアリング部材(20)と動作的に接続されてお
    り、付勢されるときステアリング補助を提供する電気ア
    シスト・モータ(26)と、 前記電気アシスト・モータ(26)と電気的に接続され
    ており、トルク・コマンド信号(48)に応答して電力
    を提供し前記電気アシスト・モータ(26)を付勢する
    電力スイッチング回路(56)と、 前記電力スイッチング回路(56)に結合されており、
    該スイッチング回路の温度を示す値を有する出力信号
    (71)を提供するように動作する温度センサ(69)
    と、 前記印加ステアリング・トルク信号(44)をモニタ
    し、該印加ステアリング・トルク信号(44)に応答し
    て前記トルク・コマンド信号(48)を提供するコント
    ローラ(46)であって、前記電気アシスト・モータ
    (26)は前記トルク・コマンド信号(48)に応答し
    て付勢される、コントローラ(46)と、 前記温度センサ(69)の出力信号(71)に応答する
    ストール検出器(70)であって、前記電気アシスト・
    モータのストール状態を検出するように動作し、(i)
    ストール状態が存在すると判定し、かつ(ii)前記ス
    イッチング回路(56)の温度が第1の温度スレショル
    ドより高いことを感知するとき、前記トルク・コマンド
    信号(48)を調整する(52,76)ことによって、
    前記電気アシスト・モータのパワーを第1のレベルまで
    低下させるように動作し、(i)ストール状態が存在す
    ると判定し、かつ(ii)前記スイッチング回路(5
    6)の温度が第2の温度スレショルド以上であることを
    感知するとき、前記トルク・コマンド信号(48)を調
    整(52,76)することによって、前記電気アシスト
    ・モータのパワーを前記第1のレベルとは異なる第2の
    レベルまで低下させるストール検出器(70)と、 から構成される車両ステアリング・システム。
  10. 【請求項10】 前記電気アシスト・モータ(26)の
    転流を感知し前記電気アシスト・モータ(26)の転流
    を示す転流信号(75)を提供する転流センサ(74)
    を更に備えており、前記ストール検出器(70)は前記
    トルク・コマンド信号(48)と前記モータ転流信号
    (75)とに応答して前記電気アシスト・モータ(2
    6)のストール状態の発生を検出する、請求項9記載の
    システム。
  11. 【請求項11】 前記ストール検出器(70)は、
    (i)トルク・コマンド信号(48)が所定のコマンド
    ・スレショルドを超えており、かつ(ii)前記転流セ
    ンサ信号(75)が前記電気アシスト・モータ(26)
    は転流していないことを示すとき、前記ストール検出信
    号を提供する手段を更に備えている、請求項10記載の
    システム。
  12. 【請求項12】 前記ストール検出器(70)は、スト
    ール状態の存在を判定し、前記電力スイッチング回路
    (56)の温度が前記第1の温度スレショルド以上であ
    ることを感知するとき、前記トルク・コマンド信号(4
    8)の値を第1の値だけ調整する手段(52)を含む、
    請求項11記載のシステム。
  13. 【請求項13】 前記ストール検出器(70)は、スト
    ール状態の存在を判定し、前記電力スイッチング回路
    (56)の温度が第2の温度スレショルド以上であるこ
    とを感知するとき、前記トルク・コマンド信号(48)
    の値を調整する手段(52)を前記第1の値とは異なる
    第2の値だけ制御するように動作する、請求項12記載
    のシステム。
  14. 【請求項14】 前記ストール検出器(70)は、前記
    電力スイッチング回路(56)の温度が前記第1の温度
    スレショルド以上であることを感知するときイネーブル
    され、前記電力スイッチング回路(56)の温度が前記
    第1の温度スレショルド未満であることを感知するとき
    ディセーブルされる、請求項9記載のシステム。
  15. 【請求項15】 車両ステアリング・システムにおける
    電気アシスト・モータのストール状態を検出する方法で
    あって、 スイッチング回路(56)を介して電力を前記車両ステ
    アリング・システムの前記電気アシスト・モータ(2
    6)に提供するステップと、 前記スイッチング回路(56)の温度を感知する(6
    9,85)ステップと、 前記スイッチング回路(56)の前記感知された温度を
    示す値を有する出力信号(71)を提供するステップ
    と、 前記電気アシスト・モータ(26)がストール状態にあ
    るか否かを判定する(70,82,84)ステップと、 前記電気アシスト・モータの判定されたストール状態に
    応答し、前記スイッチング回路(56)の温度が第1の
    温度スレショルドより高いことを感知するとき、前記電
    気アシスト・モータへの電力をトルク・コマンドを介し
    て第1のレベルまで低下させるように、前記スイッチン
    グ回路(56)を制御する(52,53)ステップと、 前記電気アシスト・モータ(26)の判定されたストー
    ル状態に応答し、前記スイッチング回路(56)の温度
    が第2の温度スレショルドより高いことを感知すると
    き、前記電気アシスト・モータへの電力をトルク・コマ
    ンド(48,52,53)を介して第1のレベルとは異
    なる第2のレベルまで低下させるように、前記スイッチ
    ング回路(56)を制御するステップと、 を含む、方法。
  16. 【請求項16】 加えられたステアリング・トルクを感
    知する(42)ステップと、モータの転流を感知する
    (74)ステップと、前記感知された印加ステアリング
    ・トルクと前記感知されたモータの転流とに応答して、
    ストール検出信号(76)を提供するステップと、を更
    に含む、請求項15記載の方法。
  17. 【請求項17】 車両ステアリング・システム(10)
    における電気アシスト・モータ(26)を制御する装置
    であって、 電力を前記車両ステアリング・システムの前記電気アシ
    スト・モータに提供するスイッチング回路(56)と、 前記スイッチング回路に結合されており、該スイッチン
    グ回路(56)の温度を感知し、該スイッチング回路
    (56)の感知された温度を示す値を有する出力信号
    (71)を提供する温度センサ(69)と、 前記電気アシスト・モータ(26)のストール状態を検
    出するストール検出器(70)であって、前記温度セン
    サ(69)の出力信号(71)に応答して、 (i)前記スイッチング回路(56)の感知された温度
    が第1の温度スレショルド以上であり、前記電気アシス
    ト・モータ(26)のストール状態が前記ストール検出
    器によって検出されたとき、イネーブルされて前記電気
    アシスト・モータ(26)への電力をトルク・コマンド
    (48,53)を介して低下させ、(ii)前記スイッ
    チング回路(56)の感知された温度が前記第1の温度
    スレショルド未満であるとき、ディセーブルされるスト
    ール検出器(70)と、 から構成される装置。
  18. 【請求項18】 車両ステアリング・システムに(1
    0)おける電気アシスト・モータ(26)のストール状
    態を検出する方法であって、 スイッチング回路(56)を介して電力を前記車両ステ
    アリング・システムの前記電気アシスト・モータに提供
    するステップと、 前記スイッチング回路の温度を感知する(69)ステッ
    プと、 前記スイッチング回路(56)の温度が第1の温度スレ
    ショルド以上であると判定するとき、前記電気アシスト
    ・モータ(26)がストール状態にあるか否かを判定す
    る(70)ステップと、 判定されたストール状態に応答して、スイッチング回路
    (56)を通りトルク・コマンド(48,52,53)
    を介する前記電気アシスト・モータへの電力を低下させ
    るステップと、 を含む、方法。
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