JP3740352B2

JP3740352B2 - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP3740352B2
Application number: JP2000211730A
Authority: JP
Inventors: 弘久阿波
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP2002029436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用の電動パワーステアリング制御装置に関し、特に、トルクセンサの入力回路に異常が発生した場合における操舵フィーリングの改善に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は一般的な電動パワーステアリング装置の構成を示し、図８は従来の電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック図である。図７において、１はステアリングホイール、２はステアリング軸、３は運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、４は運転者の操舵力を補助するモータ、５はモータ４の出力トルクをステアリング軸２伝達する減速機講、６は車両の走行速度を検出する車速センサ、７は車両に搭載された電源のバッテリ、８はトルクセンサ３や車速センサ６の出力信号に基づきモータ４を駆動する制御装置である。
【０００３】
図８は制御装置８の詳細構成を示し、９はマイクロコントローラで、マイクロプロセッサＭＰＵと、ＲＡＭとＲＯＭとからなる記憶装置と、入出力ポートであるＩ／Ｏと、パルス幅変調信号出力回路ＰＷＭなどから構成されている。１０は４つのパワーＭＯＳＦＥＴのブリッジ回路から構成されるモータ駆動回路、１１はモータ駆動回路１０を駆動するためのゲート駆動回路、１２はモータ４に流れる電流を検出するモータ電流検出回路、１３はトルクセンサ３の出力信号を処理する増幅位相補償回路である。
【０００４】
このような構成を持つ従来の電動パワーステアリング制御装置は、運転者がステアリングホイール１を操作したとき、この操舵トルクをトルクセンサ３が検出してトルク信号を出力し、このトルク信号が増幅位相補償回路１３に入力され、増幅と位相補償とがなされてマイクロコントローラ９に出力され、マイクロコントローラ９がこの位相補償がなされた信号に基づき所定の制御プログラムに従って演算処理を行い、モータ４を駆動して必要な補助トルクを発生させるものである。増幅位相補償回路１３による位相補償は、例えば、トルク信号によりモータ４に対する目標電流が決定され、この電流によりアシストトルクが発生してトルクセンサ３に加わり、これがトルク信号としてフィードバックされるまでの時間遅れを補償するものであり、従来の電動パワーステアリング制御装置では、増幅位相補償回路１３が制御に必要な位相補償の分解能を確保しており、モータ電流のフィードバック制御に対する応答性を確保していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の電動パワーステアリング制御装置はトルクセンサ３が検出したトルク信号を増幅位相補償回路１３により増幅と位相補償処理とを行い、この処理後の信号によりモータ４の制御を行っているため、増幅位相補償回路１３が故障した場合には、トルクセンサ３による信号、すなわち、運転者による操舵力とは相関のない信号が増幅位相補償回路１３から出力されることになり、運転者の意志による操舵とは相関のない逆補助トルクやステアリングホイールの自転現象などが発生するという問題があり、危険を伴うものであった。
【０００６】
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、増幅位相補償回路に故障が発生した場合においても安全性を確保することが可能な電動パワーステアリング制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電動パワーステアリング制御装置は、ステアリング軸に操舵の補助トルクを与えるモータと、ステアリング軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサからの信号を入力して位相補償する増幅位相補償回路と、この増幅位相補償回路の出力によりモータの補助トルクを演算してモータに対する電流値を設定する目標電流決定手段と、増幅位相補償回路の入力信号と出力信号とを比較して増幅位相補償回路の異常を検出する異常判定手段と、この異常判定手段の出力により目標電流決定手段に信号を出力してモータの駆動を禁止するモータ駆動禁止手段とを備えるようにしたものである。
【０００８】
また、異常判定手段が増幅位相補償回路の入力信号と出力信号とを比較し、両信号の偏差が異常判定基準値以上の値を示す時間が増幅位相補償回路の応答時間以上の期間継続したとき、異常判定手段からの信号によりモータ駆動禁止手段がモータの駆動を禁止するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図６は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を説明するためのもので、図１は制御装置の構成を示す機能ブロック図、図２と図３とは制御装置の動作を説明する波形図、図４は増幅位相補償回路の動作を説明する説明図、図５はトルクセンサの出力特性図、図６は制御装置の動作を説明するフローチャートであり、図中、上記の従来例と同一機能部分には同一符号を付与している。
【００１０】
図１において、３は上記の図７にて説明したトルクセンサ、１３はトルクセンサ３の信号を入力して位相補償する増幅位相補償回路、１４はマイクロコントローラであり、マイクロコントローラ１４は、増幅位相補償回路１３の出力信号を入力する第一の入力手段１５と、増幅位相補償回路１３の入力信号を入力する第二の入力手段１６と、第一の入力手段１５に入力された信号によりモータ４に対する目標電流を設定する目標電流設定手段１７と、この目標電流設定手段１７の信号によりモータ４の目標電流を決定する目標電流決定手段１８と、第一の入力手段１５からの信号と第二の入力手段１６からの信号とを比較して増幅位相補償回路１３の故障を判定する異常判定手段１９と、この異常判定手段１９が異常判定することにより目標電流決定手段１８の電流決定値をゼロに設定させるモータ駆動禁止手段２０と、目標電流決定手段１８の出力とモータ電流検出手段１２の出力との偏差によりモータ４の出力を決定するモータ出力決定手段２１とで構成されている。
【００１１】
２２は上記の従来例にて説明したパワーＭＯＳＦＥＴのブリッジ回路から構成されるモータ駆動回路１０と、このモータ駆動回路１０を駆動するためのゲート駆動回路１１とからなるモータ駆動手段である。なお、マイクロコントローラ１４において、第一の入力手段１５には増幅位相補償回路１３により増幅と位相補償とがなされた信号が入力され、第二の入力手段１６には増幅されない信号が入力されるため、異常判定手段１９で両信号が比較される前段階、例えば第二の入力手段１６または異常判定手段１９には両信号のレベルを同一とするための増幅機能が含まれている。
【００１２】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置において、トルクセンサ３の信号が増幅位相補償回路１３に入力されるとこの信号は増幅位相補償回路１３により位相補償がなされて出力される。この位相補償の内容は、上記の従来例と同様に、例えば、トルク信号によりモータ４のアシストトルク用の目標電流が決定され、この電流によりアシストトルクが発生してトルクセンサ３に加わり、これがトルク信号としてフィードバックされるまでの時間遅れ分を補償するものである。この位相補償された信号が第一の入力手段１５に出力され、目標電流設定手段１７はこの位相補償されたトルク信号に基づき目標電流を設定し、目標電流決定手段１８に出力する。
【００１３】
目標電流決定手段１８はこの目標電流によりモータ４の電流を決定するが、一方、トルクセンサ３の信号は第二の入力手段１６に入力され、この信号と上記の位相補償された信号とが異常判定手段１９に入力されて比較され、両信号の差が故障判定値以上であるかどうかが判定されてモータ駆動禁止手段２０に出力される。モータ駆動禁止手段２０では異常判定信号が入力された場合、この異常信号の継続時間を計測し、所定時間以上継続したときには目標電流決定手段１８に対してモータ駆動禁止信号を出力し、目標電流決定手段１８はこの信号が入力されるとモータ４に対する電流出力をゼロ設定してモータの駆動を停止する。なお、モータ駆動禁止手段２０はこの異常信号が入力されても継続時間が所定値以下であればモータ駆動を禁止しない。また、このモータ駆動の禁止信号は、このように目標電流決定手段１８に与えてもモータ停止が実行できるが、モータ駆動禁止手段２０の出力によりリレーなどを駆動してモータ４の電流を遮断したり、モータ４と減速機講５との間にクラッチ機構を設けてこのクラッチ機構をオフにすることによっても達成できる。
【００１４】
目標電流決定手段１８の出力はモータ電流検出回路１２により検出されたモータ４の実電流と比較されて両者の偏差が求められ、この偏差がモータ出力決定手段２１に入力されてモータ４に対する出力が決定され、この出力信号がモータ駆動手段２２に与えられてモータ４が駆動される。
【００１５】
図２は増幅位相補償回路１３が後述する進み補償回路を構成している場合の入力と出力との波形を示したものであり、図の波形Ａが入力信号、波形Ｂが出力信号である。図のように入出力トルク信号は振幅を±ａとして発振する波形となっており、この波形Ａと波形Ｂとの偏差は図３に示すようになる。図３において故障判定レベルを±ｂの値とすると図では半周期毎に時間Ｔの間、この偏差が故障判定レベルを越えていることになり、この時間Ｔはトルク信号波形の発振周期により変化することになる。
【００１６】
増幅位相補償回路１３の位相補償には進み補償回路か、または、遅れ補償回路が使用されるが、この進み補償回路と遅れ補償回路との代表例とそれぞれの特性とを示したのが図４である。図４の回路から進み補償回路を例にとり、図の回路常数と特性との関係を説明すると、回路常数から、ｎ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２とし、発信周波数をωｓ＝１／（Ｃ１・Ｒ１）とすると図に示すようにゲインは、ωｓからｎωｓまで直線的に変化し、進み角度は√ｎ・ωｓの値において位相が最も進むようになる。また、遅れ補償の場合には図に示す常数において、√ｎ・ωｓの値において位相が最も遅れることになり、また、位相補償回路の位相の進み量、または遅れ量は発信周波数によっても変化する。
【００１７】
また、トルクセンサ３の出力特性は、図５に示すように、操舵力がゼロの中立位置では出力がＶｎであり、トルクの加わる方向によってトルクが左方向のＴｌでは出力がＶｂに、また、右方向Ｔｒでは出力がＶｔになり、出力はＶｂとＶｔとで飽和するように設定される。以上のことから、モータ駆動禁止手段２０での禁止判定を、トルク信号がＶｂからＶｔまで変化する時間と、そのときの位相の進み量と故障判定レベルｂの値とを勘案し、判定時間を増幅位相補償回路１３の応答時間以上の時間に設定することにより、速いハンドル操作が行われた場合におけるトルク変動に対しても誤判定することなく、増幅位相補償回路１３に異常がある場合にはこれを確実に判定することができることになる。
【００１８】
このマイクロコントローラ１４を含む制御装置の動作を図６のフローチャトにて説明すると次の通りである。まず、ステップ６０１にて第一の入力手段１５が増幅位相補償回路１３より図２の信号Ｂを入力し、この信号を基にステップ６０２では目標電流設定手段１７がモータ４の目標電流を設定する。続いてステップ６０３において第二の入力手段１６がトルク信号として図２の信号Ａを入力し、ステップ６０４にて異常判定手段１９が第一の入力手段１５からの信号Ｂと第二の入力手段１６からの信号Ａとを比較して偏差を求める。なお、ここでは上記したように信号ＡとＢとは信号レベルが同一とされている。
【００１９】
ステップ６０５では信号Ａと信号Ｂとの偏差が判定基準ｂの値と比較され、偏差がｂ以上であればステップ６０６に進んでモータ駆動禁止手段２０がタイマをカウントアップし、ｂ以下であればステップ６０７に進んでタイマをゼロクリアする。ステップ６０８ではタイマのカウント値が故障判定時間ＴＦ以上であるかどうかが判定され、ＴＦ以上であればステップ６０９にて目標電流設定手段１７が設定した目標電流をゼロに変更すべく信号を目標電流決定手段１８に出力してステップ６１０に進み、ＴＦ以下であればステップ６０８からステップ６１０に進む。ここで、目標電流をゼロに変更することはモータ４の駆動を禁止することを意味する。
【００２０】
ステップ６１０ではモータ電流検出回路１２によるモータ４の実電流が検出されて入力され、ステップ６１１において目標電流がゼロかどうかを判定して、ゼロでなければステップ６１２に進み、目標電流値とモータ４の実電流値とが比較されて偏差が求められる。ステップ６１３ではこの偏差に基づくモータ４の出力が求められ、ステップ６１１における判定で目標電流がゼロであればステップ６１４にてモータ４の出力をゼロにする設定がなされて、ステップ６１３またはステップ６１４からステップ６１５に進んでモータ４を駆動するか、または、駆動禁止にする。ここで、ステップ６１３で求められる出力は、目標電流値とモータ４の実電流値との偏差が大であるほど出力も大となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の電動パワーステアリング制御装置によれば、ステアリング軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサの出力を増幅位相補償回路を介して入力し、モータの補助トルクを演算して電流値を設定するものにおいて、増幅位相補償回路の入力信号と出力信号とを比較して増幅位相補償回路の異常を判定する手段と、異常の判定が所定時間継続することによりモータの駆動を禁止する手段とを設けたので、増幅位相補償回路の故障に起因する過剰なアシストや逆方向アシスト、または、ステアリングの操作に反した自転など、危険なモードを回避することができ、また、異常を判定する手段が、異常判定の継続時間が増幅位相補償回路の応答時間以上となったときに異常と判定するように設定したので、故障検出感度を高めても正常な操舵を異常状態と誤判定することなく、操舵フィーリングの悪化と誤判定とが防止できる信頼性と安全性の高い電動パワーステアリング制御装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の動作を説明する波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の動作を説明する波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置に使用する増幅位相補償回路を説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置に使用するトルクセンサの特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】従来の電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図８】従来の電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３トルクセンサ、４モータ、１０モータ駆動回路、
１１ゲート駆動回路、１２モータ電流検出回路、
１３増幅位相補償回路、１４マイクロコントローラ、
１５第一の入力手段、１６第二の入力手段、
１７目標電流設定手段、１８目標電流決定手段、
１９異常判定手段、２０モータ駆動禁止手段、
２１モータ出力決定手段、２２モータ駆動手段。

Claims

ステアリング軸に操舵の補助トルクを与えるモータ、前記ステアリング軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ、このトルクセンサからの信号を入力して位相補償する増幅位相補償回路、この増幅位相補償回路の出力により前記モータの補助トルクを演算して前記モータに対する電流値を設定する目標電流決定手段、前記増幅位相補償回路の入力信号と出力信号とを比較して前記増幅位相補償回路の異常を検出する異常判定手段、この異常判定手段の出力により前記目標電流決定手段に信号を出力して前記モータの駆動を禁止するモータ駆動禁止手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
異常判定手段が増幅位相補償回路の入力信号と出力信号とを比較し、両信号の偏差が異常判定基準値以上の値を示す時間が増幅位相補償回路の応答時間以上の期間継続したとき、異常判定手段からの信号によりモータ駆動禁止手段がモータの駆動を禁止することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。