JP3861349B2

JP3861349B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP3861349B2
Application number: JP35584696A
Authority: JP
Inventors: 稔高橋; 公二松田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10181617A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータの駆動力を利用して操舵系に操舵補助トルクを付与する電動式パワーステアリング装置に関し、特に、電動モータとして相数が３以上のブラシレスモータを適用しているものにおいて、ブラシレスモータの一つの相が不導通となった場合でも、２次的な故障に至る可能性を低く抑えつつ、操舵補助トルクを付与できるような構成とすることにより、走行中にステアリングが急激に重くなることを防止できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動式パワーステアリング装置としては、例えば、特開平７−３２９７９８号公報に開示されたものがある。
【０００３】
即ち、この電動式パワーステアリング装置にあっては、操舵系に操舵補助トルクを付与する電動モータと、その電動モータに対して駆動電流を供給するコントローラとを備えていて、そのコントローラには、異常発生時に遮断されるリレー（フェイルセーフリレー）を介して電力が供給されるようになっている。また、電動モータと操舵系との間には、正常時にはオン状態、異常にはオフ状態となるクラッチを設けている。
【０００４】
そして、電動モータの断線等の異常が発生した場合には、上記リレーやクラッチをオフ状態にすることにより対処していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記公報に開示されたような構成であれば、電動モータ等に異常が発生した場合であっても、コントローラが非稼働状態になったり或いは電動モータが操舵系から切り離されることにより、電動式パワーステアリング装置を有しない通常のマニュアルステアリングとなる構成であるから、運転者による操舵は可能であり、車両の走行が不能になることはない。
【０００６】
しかし、上記のような構成では、走行中であっても突然、パワーステアリング装置を有する車両から有しない車両に移行するようなものであるから、運転者は著しい違和感を感じてしまう。また、パワーステアリング装置に慣れている運転者にとっては、突然マニュアルステアリングに移行してしまうと、そのマニュアルステアリングに慣れるまでの間は、ぎこちない操舵になってしまう可能性さえある。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、電動モータに異常が発生した場合であっても、走行中にステアリングが急激に重くなることを防止できる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している。
【０００８】
【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、操舵系に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵系に操舵補助トルクを付与可能な相数が３以上のブラシレスモータと、前記操舵トルクが低減するように前記トルクセンサの検出結果に応じて前記ブラシレスモータを駆動させるコントローラと、を備えた電動式パワーステアリング装置において、前記ブラシレスモータの各相のうちの一つの相のみが不導通となったことを検出する不導通検出手段と、この不導通検出手段が前記ブラシレスモータの一つの相が不導通であることを検出した異常時には正常時よりも前記ブラシレスモータの駆動電流を小さくする電流抑制手段と、を設け、前記ブラシレスモータの各相のうちの一つの相のみが不導通である場合でも前記操舵系に前記操舵補助トルクが付与されるようにしたものである。
【０００９】
ここで、本発明にあっては、操舵補助トルクの発生源として相数が３以上のブラシレスモータを適用しているが、相数が３以上のブラシレスモータであれば、仮に一つの相が不導通になったとしても、それ以外の相が導通可能であれば、滑らかではないがトルクの発生は可能ではある。
【００１０】
そこで、不導通検出手段がブラシレスモータの一つの相が不導通である（回路を形成していない）ことを検出した場合でも、上記従来の電動式パワーステアリング装置のようにリレーやクラッチをオフにせずに、ブラシレスモータへの駆動電流の供給を継続すれば、取り敢えずは操舵補助トルクの付与が行われるから、ステアリングが急激に重くなることは防止できる。
【００１１】
しかし、発生する操舵補助トルクは、正常時に比べて滑らかではないから、運転者は通常と異なる操舵フィーリングを感じるようになる。このため、運転者は操舵系に異常が発生したことを認識するようになるから、整備に持ち込むきっかけにもなる。
【００１２】
なお、ブラシレスモータの一つの相が不導通になると、その相を流れていた電流は、他の相を流れるようになるため、異常時にも正常時と同じ駆動電流を流してしまうと、導通状態にある相の回路に過大な負担が加わり、ブラシレスモータや駆動回路に２次的な故障が発生することが懸念される。
【００１３】
これに対し、本発明にあっては、電流抑制手段を設けているため、異常時には正常時よりもブラシレスモータの駆動電流が小さくなるから、上記のような２次的な故障が発生する可能性を小さくできる。
【００１４】
さらに、本発明の構成に加えて、ブラシレスモータと操舵系との間にクラッチを設ける、コントローラへの電源供給ラインにリレーを設ける、或いはその両方を設けるとともに、不導通検出手段を、ブラシレスモータの各相のうちの一つの相が不導通となっている状態と、二つ以上の相が不導通となっている状態とを区別して検出できるような構成とし、不導通検出手段がブラシレスモータの一つの相が不導通であることを検出した場合には、上記と同様に電流抑制手段によって駆動電流を小さくする対処だけ行い、不導通検出手段がブラシレスモータの二つ以上の相が不導通であることを検出した場合や、その他の異常検出手段が相の不導通以外の異常を検出したような場合には、クラッチ、リレー、或いはその両方をオフとしてマニュアルステアリングに移行する、というような構成とすれば、本発明の上記作用が発揮されるとともに、さらに安全性に優れた電動式パワーステアリング装置となる。
【００１５】
なお、不導通検出手段は、ブラシレスモータとコントローラとの接続部分に設けることが望ましい。つまり、本発明のような電動式パワーステアリング装置において不導通が発生し易いのは、ブラシレスモータとコントローラとを接続するハーネスのコネクタ部分であるため、ブラシレスモータ側のコネクタ部分やコントローラ側のコネクタ部分に近接するように、ブラシレスモータやコントローラ内に不導通検出手段を内蔵することが望ましいのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明の一実施の形態の構成を示す図であり、図１は本発明に係る電動式パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系の全体構成を示す図である。
【００１７】
先ず、構成を説明すると、この車両の操舵系は、ステアリングホイール１が上端部に回転方向に一体に固定されたステアリングシャフト２と、このステアリングシャフト２の回転力が自在継手５ａ及び５ｂ等を介して伝達され且つ下端部にピニオンが形成されたピニオン軸６と、ステアリングギアボックス７内に左右方向に進退可能に配設され且つピニオン軸６と噛み合う図示しないラック軸と、このラック軸の両端部に連結されたタイロッド８，８と、このタイロッド８，８の外端部が連結され且つ転舵輪（図示せず）を回転自在に支持する図示しないナックルと、を含んで構成されている。
【００１８】
そして、ステアリングシャフト２には、例えばトーションバー等から構成されたトルクセンサ３が設けられるとともに、ステアリングシャフト２のトルクセンサ３配設位置よりも下方には、５相のブラシレスモータ１０の回転力が、断続自在のクラッチ９と減速ギア４とを介して伝達可能になっている。
【００１９】
また、電動式パワーステアリング装置の駆動制御等を実行するためにコントローラ１３が設けられていて、このコントローラ１３には、上記トルクセンサ３が検出した操舵トルク検出値が供給されるようになっているとともに、車速を検出する車速センサ１２が検出した車速検出値も供給されるようになっている。なお、コントローラ１３にはバッテリ１４から電力が供給されるようになっているが、それらコントローラ１３とバッテリ１４との間には、イグニッションスイッチ１１及びヒューズ１５が直列に介在している。従って、コントローラ１３には、イグニッションスイッチ１１がオンになっている間は電力が供給されるようになっているとともに、コントローラ１３に何らかの理由で過電流が流れた場合にはヒューズ１５が切断され、コントローラ１３への給電が停止されるようになっている。
【００２０】
そして、コントローラ１３は、バッテリ１４から電力が供給される制御実行中には、トルクセンサ３から供給される操舵トルク検出値に基づき、操舵系の操舵トルクを充分に軽減する方向及び大きさの操舵補助トルクが、ブラシレスモータ１０からクラッチ９及び減速ギア４を介してステアリングシャフト２に付与されるように、クラッチ９をオン状態に維持した上で、ブラシレスモータ１０の駆動電流の方向及び大きさを制御するようになっている。ただし、高速走行中等に比較的大きな操舵補助トルクを発生してしまうと、操舵が軽すぎてしまい、却って走行安定性が損なわれる恐れがあるため、コントローラ１３は、車速センサ１２から供給される車速検出値に基づき、中速走行時・高速走行時には操舵補助トルクを小さく又は零にするようになっている。
【００２１】
図２は、コントローラ１３の内部構造及び周辺との接続関係等を示す回路図であって、コントローラ１３は、マイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ等から構成された演算処理可能な制御回路２０を有していて、この制御回路２０に、トルクセンサ３及び車速センサ１２のそれぞれの検出値が供給されるとともに、バッテリ１４の電力が供給されるようになっている。
【００２２】
また、コントローラ１３内には、電源ラインＶ₁及びアースラインＶ₂間に設けられた５本のラインそれぞれ二つずつ電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀を直列に配設してなるＦＥＴ回路２１と、制御回路２０からの制御信号に応じてＦＥＴ回路２１の各電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀のゲートに適宜電圧を加えるＦＥＴゲート駆動回路２２と、ＦＥＴ回路２１及びＧＮＤ間に介在してこのＦＥＴ回路２１を流れるブラシレスモータ１０の駆動電流を検出する電流検出回路２３と、を有している。
【００２３】
ブラシレスモータ１０内には、例えばホール素子等からなる位相検出用の検出素子３０が設けられている。なお、実際には、検出素子３０は、ブラシレスモータ１０の各励磁コイル３１の相数に対応して五つ設けられているが、図２では省略している。
【００２４】
そして、コントローラ１３は、検出素子３０の出力を受けて電動モータ１０のロータの回転位置を検出しその検出結果を制御回路２０及びＦＥＴゲート駆動回路２２に供給するロータ位置検出回路２４を有していて、上記ＦＥＴゲート駆動回路２２は、そのロータ位置検出回路２４の検出結果を認識しつつ各励磁コイル３１に対応する各電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀のゲートへの供給電圧を制御し、スター結線された各励磁コイル３１の通電状態を調整して電動モータ１０に適宜回転力が発生するようにしている。つまり、制御回路２０は、ＦＥＴゲート駆動回路２２に対し、必要な操舵補助トルクの方向及び大きさに応じて制御信号を出力するようになっていて、ＦＥＴゲート駆動回路２２は、制御回路２０から供給される制御信号に応じた操舵補助トルクが操舵系に発生するように、ＦＥＴ回路２１の電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀のゲートに適宜電圧を印加するようになっている。
【００２５】
そして、ＦＥＴ回路２１の各電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀間の出力端子２１Ａ〜２１Ｅと、励磁コイル３１の各相（ａ相，ｂ相，ｃ相，ｄ相，ｅ相）のそれぞれとが、不導通検出回路２５を介して接続されている。
【００２６】
不導通検出回路２５は、各出力端子２１Ａ〜２１Ｅと励磁コイル３１の各相の外端側との間に流れる電流を監視することにより、励磁コイル３１の各相の端子電圧が零であるか否かを検出し、その検出結果を制御回路２０に供給するようになっている。つまり、不導通検出回路２５は、ａ相〜ｅ相のそれぞれについて、電流が流れているか否かを検出する回路であるから、制御回路２０は、その検出結果に基づき、ブラシレスモータ１０が正常であるか、ブラシレスモータ１０の各相のうちの一つの相が不導通状態であるか、ブラシレスモータ１０の各相のうちの二つ以上の相が不導通であるか、を区別して判断することができる。
【００２７】
即ち、相数が５のブラシレスモータ１０の場合、ａ相〜ｅ相のそれぞれの通電区間は図３に示すようになる。例えば、区間▲１▼（電気角で１８°〜５４°の間）では、ａ相及びｅ相が＋の向きに通電し、ｂ相及びｃ相が−の向きに通電し、ｄ相には電気が流れない、という具合になるから、ブラシレスモータ１０の各相が正常に回路を形成している場合には、５相のうちの４相が通電し、残りの１相は通電しないことになる。そして、通電しない相は、モータ印加電圧の中間の電圧が検出される。
【００２８】
従って、不導通検出回路２５が、５相のうちの２相について略モータ印加電圧Ｅを検出し、他の２相について略零の端子電圧を検出し、残りの１相について略その中間電圧Ｅ／２を検出していれば、ブラシレスモータ１０は正常であると判断できる。しかし、不導通検出回路２５が、５相のうちの３相について略零の端子電圧を検出していれば、ブラシレスモータ１０の各相のうちの一つの相が不導通状態であると判断できる。つまり、不導通の相は、その相に対応するトランジスタ内のダイオードを通して略零の端子電圧となるからである。制御回路２０において、各電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀のゲートへの印加電圧と、不導通検出回路２５の検出結果とを照らし合わせて、不導通状態にある相の有無及び個数を判断するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、不導通検出回路２５及びその検出結果に基づく制御回路２０における判断処理によって、本発明の不導通検出手段が構成される。
さらに、コントローラ１３内にバッテリ１４及び制御回路２０間を断続可能なリレー２６が設けられるとともに、クラッチ９及びリレー２６の状態が、制御回路２０によって制御可能となっている。
【００３０】
そして、制御回路２０は、不導通検出回路２５の検出結果に基づき、ブラシレスモータ１０が正常であると判断している状況（正常時）では通常の制御を継続するが、ブラシレスモータ１０の各相のうちの一つの相が不導通状態であると判断している状況（異常時）には、クラッチ９及びリレー２６はオン状態のまま、電流検出回路２３の出力を監視しつつブラシレスモータ１０に流れる駆動電流を、図４に示すような特性で正常時に比べて小さくするようになっている。制御回路２０におけるこの処理によって、本発明の電流抑制手段が構成される。
【００３１】
さらに、制御回路２０は、ブラシレスモータ１０の各相のうちの二つ以上の相が不導通状態であると判断している状況では、クラッチ９をオフ状態にしてブラシレスモータ１０と減速ギア４との間を切り離すか、リレー２６をオフ状態にしてブラシレスモータ１０に駆動電流が流れることを強制的に停止するか、或いはその両方を実行するようになっている。クラッチ９をオフ状態にすれば、発電制動の発生を防止でき、ステアリングが極端に重くなることを防止できるから、異常時に行う対処としては好ましい。また、リレー２６をオフ状態にすれば、コントローラ１３等で無駄な電力が発生することが防止できるし、仮にＦＥＴ回路２１内でショート異常が発生し且つクラッチ９をオフ状態にできない場合でも、ブラシレスモータ１０が誤動作するようなことを防止できるから、これも異常時に行う対処としては好ましい。安全性の面では、クラッチ９を少なくともオフ状態にすることで対処十分ではある（従って、リレー２６は省略することも可能である）が、より好ましくは、クラッチ９及びリレー２６の両方をオフ状態にするべきである。
【００３２】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
即ち、運転者がステアリングホイール１を操舵することにより発生した操舵力は、テアリングシャフト２、自在継手５ａ，５ｂ及びピニオン軸６を介してラック軸に伝達され、ここでラックピニオン機構により進退力に変換され、ラック軸の両端に連結されたタイロッド８，８が左右に進退してナックルに転舵力が発生し、転舵輪が転舵される。
【００３３】
また、このような操舵の際にステアリングホイール１を操舵してステアリングシャフト２に回転力が生じると、トルクセンサ３を構成する例えばトーションバーに転舵輪及び路面間の摩擦力やラックピニオン機構のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた捩じれが生じるため、それが操舵トルクとして検出され操舵トルク検出値としてコントローラ１３に供給される。また、コントローラ１３には、車速センサ１２から車速検出値も供給される。
【００３４】
すると、コントローラ１３内の制御回路２０は、車速検出値を考慮しつつ、トルク検出値に応じて操舵系の操舵トルクが低減するように、ＦＥＴゲート駆動回路２２に検出素子３０の検出タイミングに同期して制御信号を出力するから、ＦＥＴ回路２１の各電界効果型トランジスタＴ₁〜Ｔ₁₀のゲートに適宜電圧が印加され、出力端子２１Ａ〜２１Ｅに適宜電位が生じ、その電位に応じた駆動電流がブラシレスモータ１０のａ相〜ｅ相に図３に示すようなタイミングで流れるから、ブラシレスモータ１０の出力軸に回転力が発生し、これがクラッチ９及び減速ギア４を介してステアリングシャフト２に伝達されて操舵補助トルクとなり、操舵トルクが減少し、運転者の負担が軽減される。
【００３５】
つまり、ブラシレスモータ１０のａ相〜ｅ相によって発生するトルクは図５の下部に実線で示すように変化し、これらを合成してなるブラシレスモータ１０の出力軸のトルクは、図５の上部に示すように略滑らかになるから、そのトルクが操舵補助トルクとして操舵系に付与されれば、滑らかな操舵フィーリングを損なうことなく、運転者はステアリングホイールを軽く操舵できる。
【００３６】
以上は、コントローラ１３による操舵補助トルク制御が正常に働いている場合の動作である。
しかし、例えばブラシレスモータ１０の各相のうちａ相のみが、コネクタ外れや断線、或いは電界効果型トランジスタＴ₁，Ｔ₂の故障等により不導通となる異常時になったものとする。
【００３７】
ａ相が不導通となっても、例えば図３の区間▲１▼であれば、ａ相に流れるべき電流はｅ相を流れることも可能であるから、ブラシレスモータ１０でのトルク発生は可能である。従って、クラッチ９及びリレー２６のオン状態のまま維持しておけば、ブラシレスモータ１０で発生したトルクは、操舵補助トルクとして操舵系に付与される。
【００３８】
つまり、図６に示すように、ａ相に通電することによって発生するトルクが零になったとしても、その分がｂ相やｅ相に振り分けられることにより、ブラシレスモータ１０の出力軸にはトルクが発生するのである。しかし、ａ相によって発生するトルクが零になる一方で、ｂ相及びｅ相によって発生するトルクが所々で大きくなり、またｃ相及びｄ相で発生するトルクが所々で小さくなるため、ブラシレスモータ１０の出力軸に発生するトルクは、図６の上部に示すように、正常時に比べて滑らかさに欠けてしまう。ちなみに、正常時と同じトルクが発生するのは、不導通状態にあるａ相にはそもそも通電させない区間▲５▼及び10（つまり、正常時にもｂ相〜ｅ相を通電させるような区間）である。
【００３９】
しかも、このような異常時にも正常時と同様の駆動電流を流してしまうと、ｂ相及びｅ相には、最大で通常の約１．３倍の電流が流れることになるから、そのｂ相及びｅ相に関係する回路部分に過大な負担が加わり、電界効果型トランジスタの故障等の２次的な故障を招く恐れがあるが、本実施の形態では、制御回路２０は、上記のような異常を確認した場合には、図４に示すような特性で駆動電流を正常時よりも小さくするようになっているため、ｂ相やｅ相に流れる電流が過大になることを防止でき、上記のような２次的故障に至る可能性を小さくできる信頼性の高い電動式パワーステアリング装置となる。
【００４０】
このように、本実施の形態であれば、ブラシレスモータ１０の各相のうちの一つの相が不導通状態となった異常時であっても、突然、操舵補助トルクの付与を停止するようにはなっていないから、走行中にステアリングが急激に重くなるようなことを防止することができる。従って、例えば車体重量の大きい車両で交差点を曲がっているときに、急激にステアリングが重くなって車両が直進状態に戻ろうとして走行状態が不安定になるような可能性を低減できるのである。
【００４１】
また、上記のようにブラシレスモータ１０に発生するトルクが滑らかさに欠ける点は、駆動電流を小さくすることによっては解消はできないが、むしろその滑らかさに欠けるトルクが操舵補助トルクとして操舵系に付与されることにより、運転者はパワーステアリング装置に異常が発生したことを実感できるから、整備に持ち込むことを促す利点がある。
【００４２】
そして、ブラシレスモータ１０の各相のうちの二つ以上の相が不導通状態となった異常に至った場合には、制御回路２０は、クラッチ９やリレー２６をオフ状態とすることにより、ブラシレスモータ１０を操舵系から切り離すから、通常のマニュアルステアリングに移行したことになり、ステアリングはさらに重くなってしまう。しかし、そもそも軽度な異常が発生した時点で運転者はパワーステアリング装置に異常が発生したことに気が付いて車両を整備に出す可能性が高いため、ブラシレスモータ１０を操舵系から切り離す事態に陥る可能性が従来の電動式パワーステアリング装置に比べて小さい。
【００４３】
また、急激に操舵補助トルクが零になるのではなく、滑らかさに欠けしかも通常よりも小さい操舵補助トルクが発生する状況を一旦は経験してから、マニュアルステアリングに移行するようになっているため、仮にブラシレスモータ１０を操舵系から切り離す事態に陥ったとしても、運転者が慣れている可能性が高く、比較的安定した操舵が行える可能性が高いのである。
【００４４】
一方、制御回路２０は、電流検出回路２３の検出値を監視することにより、ショート不良等によって過電流が流れていることを検出することができるから、そのような場合には、非常事態としてクラッチ９やリレー２６をオフ状態にすることにより対処することになる。
【００４５】
ここで、上記実施の形態では、不導通検出回路２５を、コントローラ１３内のうち、ＦＥＴ回路２１の各出力端子２１Ａ〜２１Ｅと、ブラシレスモータ１０とを接続する配線に設けているが、これは、不導通が発生し易いのは、コントローラ１３とブラシレスモータ１０とを繋ぐ配線のコネクタ部分だからである。
【００４６】
そこで、不導通検出回路２５は、コントローラ１３内ではなく、ブラシレスモータ１０内のうち、コネクタ部分と各励磁コイル３１の外端側とを接続する配線に設けてもよい。かかる場合、正常時には、５相のうちの２相は略モータ印加電圧Ｅとなり、他の２相は略零の端子電圧となり、残りの１相は略その中間電圧Ｅ／２となるが、５相のうちの１相が不導通になると、いずれかの２相が中間電圧Ｅ／２となるから、それら端子電圧に基づけば正常及び異常を判断することができる。
【００４７】
なお、不導通検出回路２５は、上記実施の形態のように端子電圧を検出する回路であってもよいが、これに限定されるものではなく、電流の検出回路（シャント抵抗、電流センサ等）であってもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、ブラシレスモータ１０として５相の例を示しているが、ブラシレスモータ１０の励磁コイルの相数はこれに限定されるものでもなく、３相以上であれば本発明は適用可能である。
【００４９】
そして、ブラシレスモータ１０の駆動電流を異常時には正常時よりも小さくする制御は、図４に示すように全体的に小さくするのに限定されるものではなく、例えば図７に示すように頭打ちにするような制御であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にあっては、相数が３以上のブラシレスモータを用いるとともに、そのブラシレスモータの各相のうちの一つの相のみが不導通となったことが検出された異常時には、ブラシレスモータを操舵系から切り離すことなく正常時よりも前記ブラシレスモータの駆動電流を小さくするようにしたため、操舵補助トルクの付与を継続できるから、突然、ステアリングが重くなるような事態に陥る可能性を小さくできるし、２次的な故障に至る可能性も小さくでき信頼性も向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における車両の操舵系の構成図である。
【図２】コントローラの内部構造及びその周辺の回路図である。
【図３】ブラシレスモータの各相の通電状態を示す図である。
【図４】正常時と異常時との駆動電流の特性の一例を示す図である。
【図５】正常時におけるトルクの特性図である。
【図６】異常時におけるトルクの特性図である。
【図７】正常時と異常時との駆動電流の特性の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３トルクセンサ
６ピニオン軸
８タイロッド
９クラッチ
１０ブラシレスモータ
１３コントローラ
２０制御回路
２１ＦＥＴ回路
２２ＦＥＴゲート駆動回路
２３電流検出回路
２４ロータ位置検出回路
２５不導通検出回路
２６リレー
３０検出素子
３１励磁コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device that applies a steering assist torque to a steering system using a driving force of an electric motor, and in particular, a brushless motor having a phase number of 3 or more is applied as an electric motor. Even if one phase of the brushless motor becomes non-conductive, the steering can be suddenly increased during driving by making it possible to apply the steering assist torque while keeping the possibility of secondary failure low. It is designed to prevent it from becoming heavy.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional electric power steering apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-329798.
[0003]
That is, the electric power steering apparatus includes an electric motor that applies a steering assist torque to the steering system, and a controller that supplies a drive current to the electric motor. Electric power is supplied via a relay (fail-safe relay) that is interrupted when it occurs. In addition, a clutch is provided between the electric motor and the steering system that is in an on state when it is normal and is off when it is abnormal.
[0004]
And when abnormalities, such as disconnection of an electric motor, occurred, it was coped with by making the said relay and clutch into an OFF state.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, with the configuration as disclosed in the above publication, even if an abnormality occurs in the electric motor or the like, the controller becomes inoperative or the electric motor is disconnected from the steering system, Since the configuration is a normal manual steering that does not have an electric power steering device, steering by the driver is possible and the vehicle is not disabled.
[0006]
However, in the configuration as described above, since the vehicle suddenly shifts from the vehicle having the power steering device to the vehicle not having the power steering device even during traveling, the driver feels a sense of incongruity. Moreover, for a driver who is used to the power steering device, suddenly shifting to manual steering may result in awkward steering until he / she gets used to the manual steering.
[0007]
The present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and even when an abnormality occurs in the electric motor, the steering becomes suddenly heavy during traveling. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that can prevent the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a torque sensor for detecting a steering torque generated in a steering system, a brushless motor having three or more phases capable of applying a steering assist torque to the steering system, and the steering torque. And a controller that drives the brushless motor in accordance with the detection result of the torque sensor so as to reduce one of the phases of the brushless motor. only A non-conducting detecting means for detecting that the non-conducting state of the brushless motor, and the non-conducting detecting means detects that one phase of the brushless motor is non-conducting. Current suppressing means for reducing The steering assist torque is applied to the steering system even when only one of the phases of the brushless motor is non-conductive. It is a thing.
[0009]
Here, in the present invention, a brushless motor having a phase number of 3 or more is applied as a generation source of the steering assist torque. However, if a brushless motor having a phase number of 3 or more is used, one phase is temporarily not present. Even if it becomes conductive, if other phases can be conducted, it is not smooth, but torque can be generated.
[0010]
Therefore, even when the non-conduction detecting means detects that one phase of the brushless motor is non-conducting (no circuit is formed), the relay and the clutch are turned off as in the conventional electric power steering device. If the drive current is continuously supplied to the brushless motor, the steering assist torque is applied for the time being, so that the steering can be prevented from becoming suddenly heavy.
[0011]
However, since the generated steering assist torque is not smooth as compared with the normal time, the driver feels a different steering feeling than usual. For this reason, the driver becomes aware of the occurrence of an abnormality in the steering system, which is an opportunity to bring in maintenance.
[0012]
If one phase of the brushless motor becomes non-conductive, the current flowing through that phase will flow through the other phase. There is a concern that an excessive load is applied to the circuit in the phase and a secondary failure occurs in the brushless motor and the drive circuit.
[0013]
On the other hand, in the present invention, since the current suppressing means is provided, the driving current of the brushless motor is smaller than that in the normal state at the time of abnormality, and thus the above-described secondary failure may occur. Can be reduced.
[0014]
Further, in addition to the configuration of the present invention, a clutch is provided between the brushless motor and the steering system, a relay is provided on the power supply line to the controller, or both are provided, and the non-conduction detection means is provided for the brushless motor. A configuration in which one of the phases is in a non-conducting state and a state in which two or more phases are in a non-conducting state can be detected. When it is detected that one phase is non-conducting, only the countermeasure for reducing the drive current is performed by the current suppressing means in the same manner as described above, and the non-conducting detecting means detects that two or more phases of the brushless motor are non-conducting. If it is detected, or if other abnormality detection means detects an abnormality other than phase non-conduction, the clutch, relay, or both are turned off and the manual is Shifts to steering, if such that the structure, along with the effect of the present invention is exhibited, and further excellent in safety and electric power steering apparatus.
[0015]
The non-conducting detection means is preferably provided at a connection portion between the brushless motor and the controller. That is, in the electric power steering apparatus as in the present invention, the non-conduction is likely to occur in the connector part of the harness that connects the brushless motor and the controller, so the connector part on the brushless motor side or the connector part on the controller side It is desirable to incorporate non-conducting detection means in the brushless motor or controller so that they are close to each other.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are diagrams showing a configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a vehicle steering system to which an electric power steering apparatus according to the present invention is applied.
[0017]
First, the configuration of the vehicle will be described. The vehicle steering system includes a steering shaft 2 in which a steering wheel 1 is integrally fixed to an upper end portion in a rotational direction, and the rotational force of the steering shaft 2 is passed through universal joints 5a and 5b. And a pinion shaft 6 having a pinion formed at the lower end thereof, a rack shaft (not shown) disposed in the steering gear box 7 so as to be able to advance and retreat in the left-right direction and meshing with the pinion shaft 6, and both end portions of the rack shaft Tie rods 8 and 8 connected to each other, and knuckle (not shown) to which the outer ends of the tie rods 8 and 8 are connected and rotatably support a steered wheel (not shown).
[0018]
The steering shaft 2 is provided with a torque sensor 3 composed of, for example, a torsion bar, and the rotational force of the five-phase brushless motor 10 is below the position where the torque sensor 3 is provided on the steering shaft 2. The transmission is possible via the intermittent clutch 9 and the reduction gear 4.
[0019]
In addition, a controller 13 is provided to execute drive control of the electric power steering device, and the controller 13 is supplied with a steering torque detection value detected by the torque sensor 3. In addition, a vehicle speed detection value detected by the vehicle speed sensor 12 that detects the vehicle speed is also supplied. The controller 13 is supplied with power from the battery 14, but the ignition switch 11 and the fuse 15 are interposed in series between the controller 13 and the battery 14. Therefore, power is supplied to the controller 13 while the ignition switch 11 is on, and when an overcurrent flows to the controller 13 for some reason, the fuse 15 is cut, The power supply to the controller 13 is stopped.
[0020]
Then, the controller 13 steers in a direction and a magnitude that sufficiently reduce the steering torque of the steering system based on the detected steering torque value supplied from the torque sensor 3 during execution of the control in which electric power is supplied from the battery 14. The direction and magnitude of the drive current of the brushless motor 10 are changed while the clutch 9 is kept on so that the auxiliary torque is applied from the brushless motor 10 to the steering shaft 2 via the clutch 9 and the reduction gear 4. It comes to control. However, if a relatively large steering assist torque is generated during high-speed traveling or the like, the steering is too light and the traveling stability may be impaired. Based on the detected value, the steering assist torque is made small or zero during medium speed traveling and high speed traveling.
[0021]
FIG. 2 is a circuit diagram showing the internal structure of the controller 13 and the connection relationship with the periphery. The controller 13 includes a control circuit 20 that can be operated and configured by a memory such as a microprocessor, a ROM, and a RAM. The detected values of the torque sensor 3 and the vehicle speed sensor 12 are supplied to the control circuit 20 and the electric power of the battery 14 is supplied to the control circuit 20.
[0022]
In addition, the controller 13 includes a power line V ₁ And earth line V ₂ Two field effect transistors T in each of five lines provided in between ₁ ~ T _Ten Are arranged in series, and each field effect transistor T of the FET circuit 21 according to a control signal from the control circuit 20 ₁ ~ T _Ten An FET gate drive circuit 22 for applying a voltage to the gate of the FET, and a current detection circuit 23 for detecting the drive current of the brushless motor 10 that flows between the FET circuit 21 and the GND and flows through the FET circuit 21. .
[0023]
In the brushless motor 10, a detection element 30 for phase detection made of, for example, a Hall element is provided. In practice, five detection elements 30 are provided corresponding to the number of phases of each excitation coil 31 of the brushless motor 10, but are omitted in FIG.
[0024]
The controller 13 has a rotor position detection circuit 24 that receives the output of the detection element 30 to detect the rotational position of the rotor of the electric motor 10 and supplies the detection result to the control circuit 20 and the FET gate drive circuit 22. The FET gate drive circuit 22 recognizes the detection result of the rotor position detection circuit 24 and recognizes each field effect transistor T corresponding to each excitation coil 31. ₁ ~ T _Ten The supply voltage to the gate is controlled to adjust the energization state of each excitation coil 31 connected in a star connection so that a rotational force is appropriately generated in the electric motor 10. That is, the control circuit 20 outputs a control signal to the FET gate drive circuit 22 in accordance with the direction and magnitude of the necessary steering assist torque. The FET gate drive circuit 22 receives the control signal from the control circuit 20. The field effect transistor T of the FET circuit 21 so that the steering assist torque corresponding to the supplied control signal is generated in the steering system. ₁ ~ T _Ten A voltage is appropriately applied to the gate.
[0025]
Each field effect transistor T of the FET circuit 21 ₁ ~ T _Ten The output terminals 21 </ b> A to 21 </ b> E are connected to each of the phases (a phase, b phase, c phase, d phase, e phase) of the exciting coil 31 via the non-conduction detection circuit 25.
[0026]
The non-conducting detection circuit 25 monitors the current flowing between the output terminals 21A to 21E and the outer end side of each phase of the exciting coil 31, so that the terminal voltage of each phase of the exciting coil 31 is zero. Whether or not is detected and the detection result is supplied to the control circuit 20. That is, the non-conducting detection circuit 25 is a circuit that detects whether or not a current is flowing in each of the a phase to the e phase. Therefore, the control circuit 20 determines that the brushless motor 10 is normal based on the detection result. Whether or not one of the phases of the brushless motor 10 is in a non-conductive state or whether two or more of the phases of the brushless motor 10 are in a non-conductive state Can do.
[0027]
That is, in the case of the brushless motor 10 having 5 phases, the energization sections of the a phase to the e phase are as shown in FIG. For example, in section {circle around (1)} (between 18 ° and 54 ° in electrical angle), the a phase and the e phase are energized in the + direction, the b phase and the c phase are energized in the − direction, and the d phase is Since electricity does not flow, when each phase of the brushless motor 10 normally forms a circuit, four of the five phases are energized and the remaining one phase is not energized. Become. Then, in the non-energized phase, an intermediate voltage between the motor applied voltages is detected.
[0028]
Accordingly, the non-conducting detection circuit 25 detects a substantially motor applied voltage E for two of the five phases, detects a substantially zero terminal voltage for the other two phases, and detects a substantially intermediate voltage E for the remaining one phase. If / 2 is detected, it can be determined that the brushless motor 10 is normal. However, if the non-conduction detection circuit 25 detects a substantially zero terminal voltage for three of the five phases, it can be determined that one of the phases of the brushless motor 10 is non-conductive. . That is, the non-conducting phase becomes a substantially zero terminal voltage through the diode in the transistor corresponding to the phase. In the control circuit 20, each field effect transistor T ₁ ~ T _Ten The presence / absence and number of phases in a non-conductive state may be determined by comparing the voltage applied to the gate of the non-conductive state with the detection result of the non-conductive detection circuit 25.
[0029]
Here, in the non-conduction detection circuit 25 and the determination process in the control circuit 20 based on the detection result. Yo Thus, the non-conduction detection means of the present invention is configured.
Further, a relay 26 capable of intermittently connecting the battery 14 and the control circuit 20 is provided in the controller 13, and the states of the clutch 9 and the relay 26 can be controlled by the control circuit 20.
[0030]
Then, the control circuit 20 continues normal control in the situation where the brushless motor 10 is determined to be normal based on the detection result of the non-conduction detection circuit 25 (normal time), but each phase of the brushless motor 10 In a situation where one of the phases is determined to be in a non-conducting state (abnormal state), the clutch 9 and the relay 26 remain on and the output of the current detection circuit 23 is monitored while the brushless motor 10 is turned on. The flowing drive current is made smaller than that in the normal state due to the characteristics shown in FIG. This process in the control circuit 20 constitutes the current suppressing means of the present invention.
[0031]
Further, in a situation where the control circuit 20 determines that two or more of the phases of the brushless motor 10 are in a non-conductive state, the clutch 9 is turned off and the brushless motor 10, the reduction gear 4, Or the relay 26 is turned off to forcibly stop the drive current from flowing through the brushless motor 10, or both are executed. If the clutch 9 is turned off, the generation braking can be prevented and the steering can be prevented from becoming extremely heavy. Further, if the relay 26 is turned off, it is possible to prevent unnecessary power from being generated in the controller 13 or the like, and even if a short circuit abnormality occurs in the FET circuit 21 and the clutch 9 cannot be turned off, the brushless Since it is possible to prevent the motor 10 from malfunctioning, this is also preferable as a countermeasure to be taken when an abnormality occurs. In terms of safety, it is sufficient to at least turn off the clutch 9 (thus, the relay 26 can be omitted), but more preferably, both the clutch 9 and the relay 26 are turned off. Should be.
[0032]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
That is, the steering force generated when the driver steers the steering wheel 1 is transmitted to the rack shaft via the tearing shaft 2, the universal joints 5a and 5b, and the pinion shaft 6, where the forward and backward force is generated by the rack and pinion mechanism. The tie rods 8 and 8 that are converted and connected to both ends of the rack shaft advance and retreat left and right to generate a turning force at the knuckle, and the steered wheels are steered.
[0033]
Further, when the steering wheel 1 is steered during such steering and a rotational force is generated on the steering shaft 2, for example, the friction force between the steered wheels and the road surface and the gear of the rack and pinion mechanism are formed on the torsion bar constituting the torque sensor 3. Is generated as a steering torque and supplied to the controller 13 as a detected steering torque value. The controller 13 is also supplied with a vehicle speed detection value from the vehicle speed sensor 12.
[0034]
Then, the control circuit 20 in the controller 13 is synchronized with the detection timing of the detection element 30 in the FET gate drive circuit 22 so that the steering torque of the steering system is reduced according to the torque detection value while taking the vehicle speed detection value into consideration. Since the control signal is output, each field effect transistor T of the FET circuit 21 ₁ ~ T _Ten A voltage is appropriately applied to the gates of the first and second terminals, and potentials are appropriately generated at the output terminals 21A to 21E, and drive currents corresponding to the potentials flow from the a phase to the e phase of the brushless motor 10 at the timing shown in FIG. A rotational force is generated on the output shaft of the motor 10, which is transmitted to the steering shaft 2 via the clutch 9 and the reduction gear 4 to become a steering assist torque, the steering torque is reduced, and the burden on the driver is reduced.
[0035]
That is, the torque generated by the a-phase to e-phase of the brushless motor 10 changes as indicated by the solid line in the lower part of FIG. 5, and the torque of the output shaft of the brushless motor 10 formed by combining them is shown in the upper part of FIG. 5. As shown in the figure, when the torque is applied to the steering system as a steering assist torque, the driver can lightly steer the steering wheel without impairing the smooth steering feeling.
[0036]
The above is the operation when the steering assist torque control by the controller 13 is operating normally.
However, for example, only the a phase of the phases of the brushless motor 10 is disconnected or disconnected, or the field effect transistor T ₁ , T ₂ It is assumed that it has become an abnormal time when it becomes non-conducting due to a failure or the like.
[0037]
Even if the a phase becomes non-conductive, for example, in the section (1) in FIG. 3, the current that should flow through the a phase can also flow through the e phase, so that the torque can be generated by the brushless motor 10. is there. Therefore, if the clutch 9 and the relay 26 are kept on, the torque generated by the brushless motor 10 is applied to the steering system as steering assist torque.
[0038]
That is, as shown in FIG. 6, even when the torque generated by energizing the a phase becomes zero, the torque is applied to the output shaft of the brushless motor 10 by being distributed to the b phase and the e phase. Will occur. However, since the torque generated by the a phase becomes zero, the torque generated by the b phase and the e phase increases in some places, and the torque generated in the c phase and the d phase decreases in some places. As shown in the upper part of FIG. 6, the torque generated on the output shaft is not as smooth as normal. By the way, the same torque as normal is generated in the sections (5) and 10 (that is, the section in which the b-phase to e-phase are energized in the normal state) where the a phase in the non-conductive state is not energized in the first place. is there.
[0039]
Moreover, if a drive current similar to that in a normal state is supplied even in such an abnormal state, a current about 1.3 times as large as the normal current flows in the b phase and the e phase. In addition, an excessive load is applied to the circuit portion related to the e-phase and a secondary failure such as failure of the field effect transistor may occur, but in the present embodiment, the control circuit 20 is configured as described above. When the abnormality is confirmed, the drive current is made smaller than that in the normal state due to the characteristics shown in FIG. 4, so that the current flowing in the b-phase and the e-phase can be prevented from being excessive. Thus, a highly reliable electric power steering apparatus that can reduce the possibility of secondary failure is obtained.
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the application of the steering assist torque is suddenly stopped even when an abnormality occurs when one of the phases of the brushless motor 10 is in a non-conductive state. Therefore, it is possible to prevent the steering from becoming suddenly heavy during traveling. Therefore, for example, when a vehicle with a large vehicle weight is turning at an intersection, the possibility that the steering state suddenly becomes heavy and the vehicle returns to the straight traveling state and the traveling state becomes unstable can be reduced.
[0041]
Further, the point that the torque generated in the brushless motor 10 lacks smoothness as described above cannot be solved by reducing the drive current, but rather the torque lacking smoothness is applied to the steering system as a steering assist torque. As a result, the driver can feel that an abnormality has occurred in the power steering apparatus, and there is an advantage of encouraging the driver to bring it in for maintenance.
[0042]
When an abnormality occurs in which two or more of the phases of the brushless motor 10 are in a non-conducting state, the control circuit 20 turns off the clutch 9 and the relay 26 so that the brushless motor 10 is turned off. Since the motor 10 is disconnected from the steering system, it has shifted to normal manual steering, and the steering becomes heavier. However, since a driver is likely to notice that an abnormality has occurred in the power steering device at the time of occurrence of a minor abnormality, the vehicle is likely to be put into service, so that the brushless motor 10 may be disconnected from the steering system. Is smaller than the conventional electric power steering device.
[0043]
In addition, the steering assist torque does not suddenly become zero, but it is not smooth, but once it has experienced a situation where steering assist torque is smaller than usual, it shifts to manual steering. Even if the brushless motor 10 is disconnected from the steering system, there is a high possibility that the driver is accustomed and a relatively stable steering can be performed.
[0044]
On the other hand, the control circuit 20 can detect that an overcurrent is flowing due to a short-circuit failure or the like by monitoring the detection value of the current detection circuit 23. 9 and the relay 26 are turned off.
[0045]
Here, in the above-described embodiment, the non-conducting detection circuit 25 is provided in the controller 13 in the wiring connecting the output terminals 21A to 21E of the FET circuit 21 and the brushless motor 10. The reason why non-conductivity is likely to occur is because the connector portion of the wiring connecting the controller 13 and the brushless motor 10.
[0046]
Therefore, the non-conducting detection circuit 25 may be provided not in the controller 13 but in a wire connecting the connector portion and the outer end side of each exciting coil 31 in the brushless motor 10. In such a case, at normal times, two of the five phases are substantially motor applied voltage E, the other two phases are substantially zero terminal voltage, and the remaining one phase is substantially intermediate voltage E / 2. When one of the phases becomes non-conductive, any two phases become the intermediate voltage E / 2. Therefore, normality and abnormality can be determined based on these terminal voltages.
[0047]
The non-conduction detection circuit 25 may be a circuit that detects a terminal voltage as in the above embodiment, but is not limited to this, and a current detection circuit (such as a shunt resistor or a current sensor). It may be.
[0048]
In the above embodiment, an example of five phases is shown as the brushless motor 10. However, the number of phases of the exciting coil of the brushless motor 10 is not limited to this, and the present invention is not limited to three phases. Applicable.
[0049]
Further, the control for reducing the drive current of the brushless motor 10 to be smaller than normal at the time of abnormality is not limited to the overall reduction as shown in FIG. 4, but for example, it reaches a peak as shown in FIG. Such control may be used.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a brushless motor having three or more phases is used, and one of the phases of the brushless motor is used. only At the time of an abnormality that is detected to be non-conductive, the brushless motor drive current is made smaller than normal without disconnecting the brushless motor from the steering system, so that the application of the steering assist torque can be continued. Suddenly, the possibility of falling into a situation where the steering becomes heavy can be reduced, and the possibility of a secondary failure can be reduced, and the reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a vehicle steering system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of an internal structure of a controller and its periphery.
FIG. 3 is a diagram showing energization states of respective phases of the brushless motor.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of drive current characteristics during normal operation and abnormal operation.
FIG. 5 is a characteristic diagram of torque in a normal state.
FIG. 6 is a characteristic diagram of torque at the time of abnormality.
FIG. 7 is a diagram showing another example of characteristics of the drive current during normal time and abnormal time.
[Explanation of symbols]
1 Steering wheel
2 Steering shaft
3 Torque sensor
6 Pinion shaft
8 Tie Rod
9 Clutch
10 Brushless motor
13 Controller
20 Control circuit
21 FET circuit
22 FET gate drive circuit
23 Current detection circuit
24 Rotor position detection circuit
25 Non-conduction detection circuit
26 Relay
30 detector elements
31 Excitation coil

Claims

A torque sensor that detects a steering torque generated in the steering system, a brushless motor having a phase number of 3 or more capable of applying a steering assist torque to the steering system, and a detection result of the torque sensor so that the steering torque is reduced. And a controller for driving the brushless motor according to the electric power steering apparatus,
Non-conducting detection means for detecting that only one of the phases of the brushless motor is non-conductive, and the non-conductive detecting means detects that one phase of the brushless motor is non-conductive. Current suppressing means for reducing the drive current of the brushless motor when it is abnormal is smaller than normal, and even when only one of the phases of the brushless motor is non-conductive, the steering system An electric power steering apparatus characterized in that an auxiliary torque is applied .