JP3777792B2

JP3777792B2 - 電動式パワーステアリングの制御装置

Info

Publication number: JP3777792B2
Application number: JP12336798A
Authority: JP
Inventors: 彰夫岡村; 辰也森
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH11314573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の出力でステアリング操舵力を補助するようにした電動式パワーステアリングの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動式パワーステアリングの制御装置においては、一般的に中央演算装置（ＣＰＵ）の周辺に、ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）や過電流検出などの異常監視／禁止回路が設けられ、ＣＰＵの暴走やモータ駆動用パワー素子を破壊する過電流などの異常を検出し、パワーＯＦＦ又はＣＰＵをリセットすることにより、システムの安全性を保つようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの監視／禁止回路が故障していても、操舵アシストの基本機能には影響なく作動するため、これらの監視／禁止回路が故障し、かつ、監視対象の異常が発生した場合には、重大故障に至るという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、少なくとも始動時にこれらの監視／禁止回路を自己診断することにより、それらが故障したことに気付かずに重大故障に陥ることを未然に防止できる電動式パワーステアリングの制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、操舵系に連結された操舵補助トルクを発生するモータと、操舵系の操舵トルクを検出し出力する操舵トルクセンサと、車速を検出し出力する車速センサと、操舵トルクセンサの検出値及び車速センサの検出値に応じてモータの駆動を制御するモータ駆動回路を含む制御手段と、制御手段を含む周辺回路のフェールセーフ機能を制御するＣＰＵとを備えた電動式パワーステアリングの制御装置において、周辺回路として、モータ駆動電流の過電流を検出する過電流検出回路を備え、ＣＰＵは、始動時に過電流検出回路にＣＰＵより過電流レベル電圧を注入することにより該過電流検出回路が正常に作動することを自己診断する機能手段を備えているものである。
この構成においては、ＣＰＵによって、少なくとも始動時に、制御手段を含む周辺回路として、モータ駆動電流の過電流を検出する過電流検出回路が自己診断される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動式パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は電動式パワーステアリング装置の全体構成を示す。ステアリングホイール１（ハンドル）は、操舵系を構成するコラムシャフト中に介在させたコラムギヤ７、さらにはラックアンドピニオン２を介してタイロッド３に連結され、このタイロッド３には車輪４が連結されている。パワーステアリング装置のコントロール装置５（ＥＣＵ）は、操舵系の操舵トルク（ここではコラムギヤ７の軸のねじれ）を検出する操舵トルクセンサ１１及び車速を検出する車速センサ１２からの各検出信号に基づいて、操舵系に連結され操舵補助トルクを発生するモータ６の駆動を制御する。運転者がステアリングホイール１を回転操作して、上記操舵系を介して車輪４の操舵角を切り替える動作に伴い、コントロール装置５はモータ６を駆動してコラムギヤ７部分で操舵アシストトルクを与える。コントロール装置５にはバッテリ８から電源が供給される。
【０００７】
図２は、コントロール装置５により制御される、操舵トルクセンサ１１の検出値に対するモータ駆動電流（操舵アシストトルク）の関係を示す。同じ操舵トルクに対して、車速Ｖｓが遅い程、モータ駆動電流を大きくして操舵アシストを大きくしている。
【０００８】
図３は、コントロール装置５（ＥＣＵ）の具体回路を示す。コントロール装置５は、パワーステアリング制御とフェールセーフ制御などの自己診断制御を司るＣＰＵ１５を有している。また、コントロール装置５は、下記のような各種のＣＰＵ１５の周辺回路を備えている。
イグニション電源１６は、イグニション１７のＯＮによりバッテリ８から電源供給を受け、ＣＰＵ電源１８に電源を供給する。ＣＰＵ電圧監視回路１９はＣＰＵ電源１８の電圧を監視するためのものである。ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）回路２０は、ＣＰＵ１５の暴走を検出するためのもので、ＣＰＵ１５は、装置の始動時に、ウォッチドッグタイマ回路２０のリフレッシュパルスを止めることで、ＣＰＵ１５のリセットが正常に作動することを自己診断する（詳細は後述）。
【０００９】
また、制御回路２５（制御手段）は、ＣＰＵ１５からの指令に基づいてモータ駆動回路２６を制御するものであり、論理出力回路２７やＦＥＴ駆動回路２８が含まれる。モータ駆動回路２６は、モータ６の駆動を制御するＦＥＴのＨ型ブリッジ回路から成る。モータ駆動回路２６には、バッテリ８からフェールセーフパワーリレー回路２９（以下、リレー回路という）を介してモータ駆動のための電源供給が制御される。このリレー回路２９はＣＰＵ１５からの指示によりパワーリレー駆動回路３０を介して駆動される。ＣＰＵは、始動時に、リレー回路２９のＯＮ／ＯＦＦの各状態において、モータ駆動回路２６を強制駆動することにより、リレー回路２９が溶着故障又はオープン故障を起こしていないことを自己診断する。方向異常検出回路３１は、操舵トルクセンサ１１のサブトルク信号とＣＰＵ１５からの指令に基づいて、アシスト操舵方向が異常でないかを判定して、異常である場合に、アシストを禁止するように作用するものである。
【００１０】
また、モータ電流検出回路３２は、制御用／フェールセーフ用としてモータ電流を検出するものであり、フェールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ１５は、始動時に、モータ駆動回路２６を強制駆動することによりモータ電流検出回路３２が正常に作動することを自己診断する。過電流検出回路３３は、モータ駆動電流の過電流を検出するためのもので、ＣＰＵ１５は、始動時に、過電流検出回路３３にＣＰＵ１５より過電流レベル電圧を注入することにより、過電流検出回路３３が正常に作動することを自己診断する。
【００１１】
また、トルク入力アンプ回路４０は、制御用／フェールセーフ用として操舵トルクセンサ１１からのトルク検出値をＣＰＵ１５に入力するためのもので、メイントルク入力アンプ回路４１（２倍）、メイントルク入力アンプ回路４２（微分）、サブトルク入力アンプ４３を含む。これらトルク入力アンプ回路４０は、フェールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ１５は、始動時に、トルク入力アンプ回路４０の出力のオフセット電圧を確認することにより、トルク入力アンプ回路４０に異常がないことを自己診断する。なお、ＣＰＵ１５はＡ／Ｄ変換器を内蔵している。
【００１２】
上記構成でなるコントロール装置５におけるＣＰＵ１５は、始動時に自己診断動作を行う。図４は自己診断動作全体のフローチャートである。自己診断動作では、ＷＤＴ自己診断処理（＃１）、過電流検出回路自己診断処理（＃３）、モータ電流検出回路自己診断処理（＃５）、リレー溶着・リレーオープン自己診断処理（＃７）、及びメイントルクアンプ自己診断処理（＃９）を順次行う。いずれかの診断処理において、異常ありの場合は（＃２，４，６，８のいずれかでＹＥＳ）、それ以降の診断処理は行うことなく、異常とする。
【００１３】
図５はＷＤＴ自己診断回路構成を示す。ＣＰＵ１５及びＷＤＴ２０には、それぞれタイマ用カウンタを備え、ＷＤＴ２０は、これが正常であれば、ＣＰＵ１５から出力されるクリアパルスが一定時間（例えば４０ｍｓ）以上停止した場合に、リセット出力を発生し、ＣＰＵ１５をリセットする。そこで、ＷＤＴ２０が正常であるか否かの診断を行うために、ＣＰＵ１５は始動時にクリアパルスを出力するのを一定時間以上停止して、ＷＤＴ２０からリセット信号が出力されるのを見る。リセット信号が一定時間内に出力されなければ異常と判断する。
【００１４】
図６はＷＤＴ自己診断フローを示す。ＣＰＵ１５は、電源投入により動作を開始すると（＃１２）、ＲＡＭフラグを見てＷＤＴ診断中かを調べ（＃１３）、電源投入時はＷＤＴ診断中でないので（＃１３でＮＯ）、ＷＤＴ自己診断に入るべく、ＷＤＴクリアパルス出力を停止し、それ以後の時間をカウントする（＃１４）。カウンタがインクリメントされ、オーバーフローしたかを調べ（＃１５，＃１６）、一定時間（例えば１００ｍｓ）を越えてカウンタがオーバーフローした場合は（＃１５でＹＥＳ）、リセットが発生しなかったことになるので、ＷＤＴ異常と判断する（＃１８）。ＷＤＴ２０が一定時間内にリセット出力を発生した場合は（＃１１）、ＣＰＵ１５が動作を再開する（＃１２）。その結果、２回目の＃１３ではＷＤＴ診断中であり（＃１３でＹＥＳ）、ＷＤＴ正常と判断する（＃１７）。＃１７，＃１８の後は、ＷＤＴクリアパルス出力を開始し（＃１９）、診断処理を終了する。
【００１５】
図７は過電流検出回路３３の構成を示す。過電流検出回路３３は、モータの電流検出値と抵抗分圧でなる過電流判定しきい値とをコンパレータ３４により比較し、電流検出値が過電流判定しきい値を越えた場合は過電流検出入力が発生する。この過電流検出回路３３
の診断のために、ＣＰＵ１５は始動時に過電流検出回路診断出力をＨＩ（通常時はＬＯＷ）として過電流検出入力が発生するのを見る。
【００１６】
図８は過電流検出回路自己診断フローを示す。診断を開始すると、ＣＰＵ１５の過電流検出回路診断出力をＬＯＷ（通常のもの）とする（＃３１）。この診断時はモータ電流を流していないので、過電流は発生していないため、この状態で過電流検出入力があれば（＃３２であり）、過電流検出回路異常と判断する（＃３７）。次に、過電流検出回路診断出力をＨＩにすると（＃３３）、電流検出値が大きくなり過電流判定しきい値を越えるため、回路が正常であれば過電流検出が入力されるので（＃３４であり）、その場合は回路正常とする（＃３５）。上記で過電流検出入力がなければ（＃３４でなし）、過電流検出回路異常と判断する（＃３７）。その後、診断出力をＬＯＷとし（＃３６）、診断処理を終了する。
【００１７】
図９はモータ電流検出回路構成を示す。ＣＰＵ１５から電流指令値を出力することで、モータ６に電流が流れ、モータ電流検出回路３２の出力でモータ電流を知ることができる。なお、図９において、モータ駆動回路２６のＨブリッジ構成はパワーＭＯＳＦＥＴにより構成している。
【００１８】
図１０はモータ電流検出回路自己診断フローを示す。診断開始により、ＣＰＵ１５は電流指令値をゼロとし（＃５１）、この時、モータ電流は流れないため、電流検出値もゼロ（実際には若干オフセットがある）のはずである。この状態で電流検出値がしきい値（ＩFB0）を越えていれば（＃５２でＮＯ）、電流検出回路３２が異常であると判断する（＃５７）。電流検出値がしきい値（ＩFB0）を越えていなければ（＃５２でＹＥＳ）、次に電流指令値を少し上げて（＃５３，指令値をＩ1とする）、モータ電流を流して電流検出値を入力する。この時の電流検出値は、回路が正常であれば、ほぼ電流指令値に等しいはずである。この状態で電流検出値がしきい値範囲（ＩFBL1とＩFBH1）を越えていれば（＃５４でＮＯ）、電流検出回路３２が異常であると判断する（＃５７）。実際にはモータ電流を流すと車両のハンドルが微振動するためモータ電流は微小とし、電流方向は左右両方に交互に流す。＃５４で電流検出値がしきい値範囲（ＩFBL1とＩFBH1）を越えていなければ（＃５４でＹＥＳ）、電流検出回路３２は正常であると判断する（＃５５）。その後、電流指令値をゼロとし（＃５６）、診断を終了する。
【００１９】
図１１はリレー駆動回路構成を示す。モータ駆動回路２６は、ＣＰＵ１５により駆動されるリレー回路２９を介してバッテリから電源が供給され、また、ＣＰＵ１５からの電流指令出力により制御される。このリレー回路２９は、リレー接点２９ａ（常開接点）と並列に突入電流防止用抵抗２９ｂが接続されたもので成り、そのため、抵抗２９ｂとモータ駆動回路２６との接続点電位は、モータ電流が流れていない状態では、リレーのオープン・クローズに関わらず、通常はバッテリ電圧と同電位になっている。ところが、リレーのオープン状態でモータ電流が流れた場合は、抵抗２９ｂを通して流れるため、上記接続点電位は低下する。それに対して、リレーのクローズ状態でモータ電流が流れた場合は、上記接続点電位は低下しない。このように動作するので、上記接続点電位を平滑回路２９ｃを介してＣＰＵ１５へリレー電圧（ＶＲ）として入力させることで、リレーの異常を検出することができる。
【００２０】
図１２はリレー溶着・リレーオープン自己診断フローを示す。この自己診断においては、まず、ＣＰＵ１５からの指令によりリレーをＯＦＦ状態（接点：開）として、リレー電圧ＶＲを記憶させ（これをＶＲ0とする）、次にモータ電流を流す（＃７１）。この状態でリレー電圧ＶＲをモニタし、所定のしきい値（係数Ｋ0×ＶＲ0）より下がれば（＃７２でＹＥＳ）、リレーは確かにＯＦＦしているが、しきい値まで下がらなければ（＃７２でＮＯ）、リレーが溶着していると判断する（＃７７）。上記＃７２でＹＥＳと判定された後は、モータ駆動を停止し、リレーの接点が同電位になる程度の時間経過後、リレーをＯＮさせ、再びリレー電圧ＶＲを記憶させ（これをＶＲ1とする）、次にモータを駆動する（＃７３）。この状態でリレー電圧ＶＲをモニタし、リレー電圧ＶＲが所定のしきい値（係数Ｋ1×ＶＲ1）まで下がらなければ（＃７４でＹＥＳ）、リレーは確かにＯＮしており、正常であると判断する（＃７５）が、しきい値より下がれば（＃７４でＮＯ）、リレーがオープン故障をしていると判断する（＃７８）。各判断の後は、モータ駆動を停止し（＃７６）、診断を終了する。
【００２１】
図１３は操舵トルクセンサ１１からＣＰＵ１５へのトルク入力構成を示す。ＣＰＵ１５はトルクセンサ電源を出力して、電源回路４４を経て操舵トルクセンサ１１に電圧を印加し、操舵トルクセンサ１１による検出電圧をメイントルクアンプ入力、サブトルク入力として受け取る。自己診断については、本実施形態では、メイントルク入力アンプ４１，４２について行う。
【００２２】
図１４はメイントルクアンプ自己診断フローを示す。診断動作に入ると、操舵トルクセンサ１１の電源をＯＦＦとし（＃９１）、その時はメイントルクアンプ入力はほぼゼロ（実際には若干オフセットがある）のはずである（アンプの電源はＯＮ）。この状態でメイントルクアンプ入力がしきい値（Ｔoffset）以上であれば（＃９２でＮＯ）、回路異常と判断する（＃９４）。メイントルクアンプ入力がしきい値未満であれば（＃９２でＹＥＳ）、回路正常と判断する（＃９３）。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能であり、例えば、上記ではＣＰＵ１５の複数の周辺回路について各々、始動時に自己診断を行う構成を有したものを示したが、その内の一部についてのみ自己診断を行う構成を有するものであっても構わない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＣＰＵの周辺回路（監視／禁止回路）として、モータ駆動電流の過電流を検出する過電流検出回路を始動時に自己診断するようにしたので、このモータ駆動電流の過電流を検出する過電流検出回路が故障状態となった時に故障監視対象の異常が発生したような場合の重大故障を未然に防止することができる。また、周辺回路の機能診断を始動時に１回行うことにより、操舵性能の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電動式パワーステアリング装置の全体構成図。
【図２】操舵トルクセンサの検出値に対するモータ駆動電流の関係図。
【図３】コントロール装置の具体回路を示す図。
【図４】自己診断動作全体のフロー図。
【図５】ＷＤＴ自己診断回路構成を示す図。
【図６】ＷＤＴ自己診断フロー図。
【図７】過電流検出回路の構成を示す図。
【図８】過電流検出回路自己診断フロー図。
【図９】モータ電流検出回路構成図。
【図１０】モータ電流検出回路自己診断フロー図。
【図１１】リレー駆動回路構成図。
【図１２】リレー溶着・リレーオープン自己診断フロー図。
【図１３】操舵トルクセンサからＣＰＵへのトルク入力構成図。
【図１４】メイントルクアンプ自己診断フロー図。
【符号の説明】
５コントロール装置
１１操舵トルクセンサ
１５ＣＰＵ
２０ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）回路
２５制御回路（制御手段）
２６モータ駆動回路
２９フェールセーフパワーリレー回路
３２モータ電流検出回路
３３過電流検出回路
４０トルク入力アンプ回路

Claims

操舵系に連結された操舵補助トルクを発生するモータと、
前記操舵系の操舵トルクを検出し出力する操舵トルクセンサと、
車速を検出し出力する車速センサと、
前記操舵トルクセンサの検出値及び車速センサの検出値に応じて前記モータの駆動を制御するモータ駆動回路を含む制御手段と、
前記制御手段を含む周辺回路のフェールセーフ機能を制御するＣＰＵとを備えた電動式パワーステアリングの制御装置において、
前記周辺回路として、前記モータ駆動電流の過電流を検出する過電流検出回路を備え、
前記ＣＰＵは、始動時に前記過電流検出回路にＣＰＵより過電流レベル電圧を注入することにより該過電流検出回路が正常に作動することを自己診断する機能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の制御装置。