JP3649780B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オルタネータの脈動からエンジン回転数を算出する電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５〜７に示す従来例の電動式パワーステアリング装置では、アシスト力を付与する電動モータｍがコントローラーＣを介してバッテリＢに接続している。
上記バッテリＢには、図示しないエンジンに連係するオルタネータ１を接続している。このオルタネータ１は三相発電式で、３つのコイル８を図６に示すようにＹ結線している。そして、これら各コイル８における起電力を一括した三相式起電力を発生するものである。
さらに、このオルタネータ１は整流機能を有し、前記した起電力により交流電圧を発電したら、それを整流してバッテリＢに蓄電させることができる。
なお、オルタネータ１内には図示しないレギュレータを組み込んで、オルタネータ１の発電量を調整している。例えば、バッテリ電圧が上昇すると、レギュレータがオルタネータ１の発電を停止させる。それに対し、バッテリ電圧が下降すると、レギュレータがオルタネータ１に発電を開始させる。このようにして、レギュレータがオルタネータ１をオン・オフ調整することで、バッテリＢの蓄電量を一定に保っている。
【０００３】
また、上記コントローラーＣは、電動モータｍを制御するためのものである。コントローラーＣは、電動モータｍに電圧を印加し、それを正転あるいは逆転させる駆動回路２と、この駆動回路２を制御する制御回路３と、コントローラーＣに印加させる主電源及びバックアップ用電源のスイッチングを制御する電源回路４とから構成されている。
制御回路３は、車両の走行状態に応じて駆動回路２を制御する制御部７を備え、さらに、電源電圧Ｖからオルタネータの脈動周波数あるいは周期を読み込む読込み部５と、読み込まれた脈動周波数あるいは周期からエンジン回転数Ｎを算出する算出部６とを備えている。
【０００４】
この従来例の電動式パワーステアリング装置では、次のようにして、エンジン回転数Ｎを算出している。
電源電圧Ｖには、オルタネータ１の発電交流電圧を整流した電圧が重畳している。
ここで、オルタネータ１はエンジンに連係するので、それが発電した交流電圧はエンジン回転数に比例した脈動を有している。そして、この交流電圧を整流した電圧には、交流電圧の脈動が含まれることになる。
つまり、図７に示すように、電源電圧Ｖには、オルタネータ１の脈動が含まれることになる。したがって、この電源電圧Ｖの脈動の周波数あるいは周期を読込み部５で読み込めば、オルタネータ１の脈動周波数あるいは周期を知ることができる。そして、オルタネータの脈動周波数あるいは周期を知ることができれば、算出部６でエンジン回転数Ｎを算出できる。
【０００５】
このようにしてエンジン回転数Ｎを算出できれば、制御回路３が電源回路４を制御し、コントローラーＣのスイッチングを制御できる。例えば、算出したエンジン回転数Ｎが設定値よりも大きければ、制御回路３が電源回路４を駆動させ主電源をコントローラーＣに印加させる。それに対し、エンジン回転数Ｎが設定値以下であれば、制御回路３はシステムを起動させる必要が無いと判断し、電源回路４を駆動させバックアップ電源のみをコントローラーＣに印加させる。
このようにすれば、コントローラーＣのスイッチングを、外部のイグニッションスイッチなどに連動させる必要がなくなるので、外部配線を少なくでき、電動式パワーステアリング装置のコストダウン及び小型化が可能となる。
また、エンジン回転数Ｎは車速にほぼ比例するので、この算出されたエンジン回転数Ｎに応じて駆動回路２を制御することができる。したがって、車速センサを設けなくても、車速に応じたアシスト力制御ができ、コストダウン及び小型化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、三相式発電式のオルタネータは、断線などにより欠相が生じても発電をつづける。しかし、この欠相状態におけるオルタネータの脈動は、正常な状態におけるオルタネータの脈動とは異なってしまう。したがって、欠相状態にあることを知らないでエンジン回転数を算出すると、正しいエンジン回転数を得ることができない。
この発明の目的は、オルタネータが欠相状態となると、それを感知することのできる電動式パワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アシスト力を付与する電動モータと、電動モータに電圧を印加する駆動回路及び駆動回路を制御する制御回路からなるコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係する三相発電式のオルタネータとを備え、しかも、上記コントローラーの制御回路は、オルタネータの脈動周波数あるいは周期を読み込む読込み部と、読み込まれた周波数あるいは周期からエンジン回転数を算出する算出部とを備えた電動式パワーステアリング装置を前提とする。
そして、第１の発明は、上記コントローラーの制御回路に欠相検出部を設け、この欠相検出部は、読み込まれた最新の周期がその前に読み込まれた周期よりも所定量だけ長くなると、欠相カウントするステップからなる第１プログラムと、設定時間内に欠相カウント数が設定した欠相カウント数に達すると、オルタネータが欠相状態にあると判断するステップからなる第２プログラムとを実行する構成とした点に特徴を有する。
【０００８】
このような構成としたので、欠相検出部の第１プログラムにおいて、読み込まれた最新の周期がその前に読み込まれた周期よりも所定量だけ長くなると、欠相カウントされる。
同時に、第２プログラムにおいて、欠相カウント数が数えられる。そして、設定時間内に、この欠相カウント数が設定した欠相カウント数に達していれば、オルタネータは欠相状態にあると判断される。
実際に、オルタネータが欠相状態にあると、電源電圧には長い周期の脈動と正常な周期の脈動とが繰り返して発生する。そして、このような状態になれば、第１及び第２ステップで感知できるので、オルタネータの欠相を知ることができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、欠相検出部で実行される第１プログラムは、最新に読み込まれた周期がその前に読み込まれた周期を基準として所定の範囲内にあるか否かを比較し、所定の範囲内にあれば安定カウントするステップと、安定カウント数が設定した安定カウント数に達すると、欠相カウント数をゼロに戻すステップとを有する点に特徴を有する。
いま、オルタネータの欠相以外の原因で、読み込まれた周期がその前に読み込まれた周期よりも所定量だけ長くなり、欠相カウントされたとする。しかし、この場合には、その後に、安定カウント数が設定した安定カウント数に達すると、つまり、正常な周期が、設定した安定カウント数だけ続けば、オルタネータの欠相によるものではないと判断される。したがって、誤ってオルタネータが欠相状態にあると判断されることがない。
なお、正常な周期とは、その前に読み込まれた周期を基準として所定の範囲内にあることをいう。そして、所定の範囲とは、例えば、あるしきい値を設定しておき、読み込まれた最新の周期が、その前に読み込まれた周期とこのしきい値との積を越えないことをいう。
【００１０】
第３の発明は、第１あるいは第２の発明において、コントローラーの制御回路は、算出されたエンジン回転数に応じて駆動回路を制御しアシスト力を付与する構成とする一方、欠相検出部には、オルタネータが欠相状態にあると判断したとき、マニュアルステアリングに切り換えるステップを設けた点に特徴を有する。このような構成としたので、算出されたエンジン回転数に応じてアシスト力を制御する場合に、欠相検出部がオルタネータに欠相が生じたと判断したら、アシスト力制御を停止しマニュアルステアリングに切り換えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示すこの発明の実施の形態では、コンパレータ９を設け、それに電源電圧Ｖを入力している。このコンパレータ９は、電源電圧Ｖをある基準電圧で比較し、その脈動を矩形波に変換して出力するものである(図２参照)。
このようにして矩形波に変換された出力信号は、制御回路３の読込み部５に導かれ、その周期ｔが読み込まれることになる。なお、ここでいう周期ｔとは、図２に示すように、脈動が一回発生する時間をいう。
そして、この読み込まれた周期ｔに基づいて、算出部６ではエンジン回転数Ｎを算出する。エンジン回転数Ｎは、次式(１)、
Ｎ＝６０／(ｋ・ｃ・ｔ）
ｋ：オルタネータの極数 (オルタネータの一回転で発生する脈動)
ｃ：プーリ比 (エンジンとオルタネータとの回転数比)
ｔ：周期 (sec)
から求めることができる。
【００１２】
さらに、この実施の形態では、制御回路３に欠相検出部１０を設け、読込み部５で読み込まれた周期ｔをこの欠相検出部１０にも入力している。
上記欠相検出部１０は、図３、４に示すフローチャートに対応した第１及び第２プログラムを逐次実行することで、オルタネータが正常な状態にあるか欠相状態にあるかを判断するものである。
ここで、図３、４に示すフローチャートについて説明するが、その前に、コンパレータ９の出力信号について説明する。
【００１３】
例えば、オルタネータ１が正常な状態にあれば、電源電圧Ｖに含まれるオルタネータ１の脈動は、図２のｅ区間に示す矩形波として出力される。
しかし、オルタネータ１のコイルの断線などにより、三相のうち一相が欠相してしまうと、オルタネータ１の脈動は図２のｆ区間に示す矩形波として出力されてしまう。
したがって、実際のエンジン回転数がある回転数に保たれているときに、オルタネータ１で一相が欠相すると、矩形波の周期は正常時の周期ｔと、この周期ｔの２倍程の長さの周期ｔ’とが繰り返してコンパレータ９から出力されてしまう。そのため、式(１)によって算出されるエンジン回転数Ｎが、実際のエンジン回転数の２／３程度のものに算出されてしまう。
【００１４】
次に、図３、４に示すフローチャートについて説明する。
欠相検出部１０では、図３に示すフローチャートに対応した第１プログラムを逐次実行している。
まず、ステップ１０１で、読み込まれた周期ｔxが、その前に読み込まれた周期ｔx-1としきい値ａ(＞１)との積より大きいか否かを比較する。なお、しきい値ａとしては、この実施の形態では、例えばａ＝１．５としている。
そして、読み込まれた周期ｔxが、その前に読み込まれた周期ｔx-1としきい値ａ(＞１)との積以下であれば、ステップ１０２で、この周期ｔxが、その前に読み込まれた周期ｔx-1としきい値ｂ(＜１)との積以下であるか否かを比較する。なお、このしきい値ｂとしては、例えばｂ＝０．５としている。
このようにしてステップ１０１、１０２で、読み込まれた最新の周期ｔxがその前に読み込まれた周期ｔx-1を基準として所定の範囲にあるか否かが判断される。そして、周期ｔxが、周期ｔx-1×しきい値ｂ＜周期ｔx≦周期ｔx-1×しきい値ａの範囲、つまり、周期ｔx-1を基準として±50％の範囲にあれば、この周期ｔxが正常なものであると判断し、安定カウンタでカウント＋１とされる。
【００１５】
ただし、ステップ１０１、１０２で、周期ｔxが、周期ｔx-1×しきい値ｂ＜周期ｔx≦周期ｔx-1×しきい値ａの範囲外にあれば、この周期ｔxが異常なものと判断され、安定カウンタのカウント数がゼロに戻される。
特に、ステップ１０１で、周期ｔx＞周期ｔx-1×しきい値ａ、つまり、周期ｔxがその前に読み込まれた周期ｔx-1の１．５倍より大きいと、オルタネータ１に欠相の恐れがあると判断され、欠相カウンタ＋１とされる。
また、ステップ１０３では、安定カウンタのカウント数が、設定した安定カウント数ｘに達したか否かを判断している。そして、例えば、ｘ＝３とした場合、安定カウンタのカウント数が３に達すると、欠相カウンタのカウント数はゼロに戻される。
つまり、ステップ１０１で、欠相以外の何等かの原因により、周期ｔxがその前に読み込まれた周期ｔx-1の１．５倍より大きくなっても、その後、正常な周期が３回読み込まれれば、異常な周期ｔxが欠相によるものではないと判断されることになる。
【００１６】
同時に、欠相検出部１０では、図４に示すフローチャートに対応した第２プログラムが、設定時間毎に繰り返して実行されている。そして、ここでは、例えば、25msec毎に処理されているものとする。
ステップ２０１では、25msec毎にフェールタイマのカウントが＋１とされる。そして、ステップ２０２で、このフェールタイマのカウント数が設定数に達したか否かが判断される。なお、ここでは、設定数を４００としている。
フェールタイマのカウント数が４００に達していれば、つまり、25msec×４００＝１０secとなると、ステップ２０３で、第１プログラムの欠相カウンタのカウント数が、設定した欠相カウント数ｙに達しているか否かが判断される。なお、ここでは、設定した欠相カウント数ｙ＝１０００としている。
そして、ステップ２０３で、欠相カウンタのカウント数が１０００に達していれば、つまり、１０秒間で欠相カウンタのカウント数が１０００に達していると、オルタネータ１が欠相状態にあると判断され、ステップ２０４でフェール処理がなされる。
なお、ステップ２０３で、１０秒間で欠相カウンタのカウント数が１０００に達してなければ、欠相ではないと判断されフェールタイマのカウントがゼロに戻される。
【００１７】
次に、この実施の形態の電動式パワーステアリング装置の作用を、具体的に説明する。
図２に示すように、車両の走行中のある時間Ｔ0に、オルタネータ１の三相のうち一相が欠相したとする。このとき、欠相した時間Ｔ0後の最初の周期ｔ1は、その前の正常時の周期ｔ0に比べ長くなってしまうので、第１プログラムのステップ１０１で、欠相カウンタが＋１とされる。
さらに、最新の周期ｔ2が読み込まれるが、この周期ｔ2はほぼ正常時の周期と同程度となる。そして、周期ｔ 2 は、周期ｔ 1 ×ａよりも小さいので、ステップ１０２へ進み、周期ｔ 2 が周期ｔ 1 ×ｂ、すなわち周期ｔ 1 ×０．５以下か否か判断するが、周期ｔ 2 が周期ｔ 1 ×０．５以下の場合安定カウンタをゼロにする。次に、周期ｔ₃が読み込まれると、今度は、この周期ｔ3が周期ｔ2とがステップ１０１で比較され、欠相カウンタが＋１とされる。
このようにしてオルタネータ１の三相のうち一相が欠相すると、長い周期ｔ’と正常な周期ｔとが繰り返してコンパレータ９から出力される。したがって、欠相カウンタ＋１が繰り返され、第２プログラムにおいて、設定時間の１０秒間に欠相カウント数が１０００に達し、オルタネータ１の欠相を感知することができる。
【００１８】
このようにしてオルタネータ１の欠相を判断したら、第２プログラムのステップ２０４でフェール処理がなされる。つまり、欠相状態でエンジン回転数を算出しても正確ではないので、欠相を知ったらそれ以後はエンジン回転数の算出を停止する。
また、フェール処理としては、例えば算出されたエンジン回転数から車速を推定し、制御回路３が駆動回路２を制御しアシスト力を付与する場合には、オルタネータ１の欠相を知ったら、マニュアルステアリングに切り換えてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、オルタネータのコイルが断線するなどして欠相状態になったら、それを感知することができる。したがって、エンジン回転数の算出を停止すれば、間違ったエンジン回転数を算出することがなくなる。
第２の発明によれば、第１の発明において、オルタネータの欠相以外の原因によって、読み込まれた周期がその前に読み込まれた周期よりも所定量だけ長くなっても、安定カウント数が設定数に達すると欠相カウントをゼロに戻すので、間違ってオルタネータの欠相と判断することがない。
第３の発明によれば、第１あるいは第２の発明において、算出されたエンジン回転数から車速を推定し、制御回路３が駆動回路２を制御しアシスト力を付与する場合に、オルタネータ１の欠相を知ったら、マニュアルステアリングに切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における電動式パワーステアリング装置の回路図を示す。
【図２】オルタネータ１の脈動とコンパレータ９の出力との関係を示した図である。
【図３】第１プログラムを示すフローチャート図である。
【図４】第２プログラムを示すフローチャート図である。
【図５】従来例の電動式パワーステアリング装置の回路図を示す。
【図６】オルタネータ１が三相発電式であることを示す図である。
【図７】電源電圧Ｖに重畳するオルタネータ１の脈動電圧の特性を示す図である。
【符号の説明】
ｍ 電動モータ
Ｃ コントローラー
Ｂ バッテリ
１ オルタネータ
２ 駆動回路
３ 制御回路
５ 読込み部
６ 算出部
１０ 欠相検出部

Claims (3)

1. アシスト力を付与する電動モータと、電動モータに電圧を印加する駆動回路及び駆動回路を制御する制御回路からなるコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係する三相発電式のオルタネータとを備え、しかも、上記コントローラーの制御回路は、オルタネータの脈動周波数あるいは周期を読み込む読込み部と、読み込まれた周波数あるいは周期からエンジン回転数を算出する算出部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、上記コントローラーの制御回路に欠相検出部を設け、この欠相検出部は、読み込まれた最新の周期がその前に読み込まれた周期よりも所定量だけ長くなると、欠相カウントするステップからなる第１プログラムと、設定時間内に欠相カウント数が設定した欠相カウント数に達すると、オルタネータが欠相状態にあると判断するステップからなる第２プログラムとを実行する構成としたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 欠相検出部で実行される第１プログラムは、最新に読み込まれた周期がその前に読み込まれた周期を基準として所定の範囲内にあるか否かを比較し、所定の範囲内にあれば安定カウントするステップと、安定カウント数が設定した安定カウント数に達すると、欠相カウント数をゼロに戻すステップとを有することを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
3. コントローラーの制御回路は、算出されたエンジン回転数に応じて駆動回路を制御しアシスト力を付与する構成とする一方、欠相検出部には、オルタネータが欠相状態にあると判断したとき、マニュアルステアリングに切り換えるステップを設けたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の電動式パワーステアリング装置。

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