JP4075622B2 - 電動パワーステアリング装置の制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによってステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置の制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、モータのトルクアシストによってステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置が実用化されている。この装置では、ステアリングの操舵トルク（トルクセンサの出力）に応じてモータに通電すべき電流指令値を演算しているため、電流指令値を演算するＥＣＵ内のＣＰＵが暴走等により間違った演算結果を出力すると、モータのアシスト量に過不足が生じて安定したステアリング操舵を確保できなくなる。
この問題に対し、ＣＰＵの演算結果がトルクセンサの出力に対し設定範囲外の時には、演算異常と判定してシステムを停止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６７９８８公報（第２−４頁、図４、図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、操舵フィーリングの向上を目的として、例えばステアリングの操舵速度に応じてモータによるアシスト量を補正するダンピング補正が行われている。この場合、ステアリングの操舵トルクに応じて演算される基本制御量と、操舵速度に応じて演算される補正制御量とを加算して電流指令値を求めている。従って、この電流指令値は、必ずしも操舵トルクに対して一義的には決まらない。
【０００５】
このため、例えば補正制御量が大きく設定された場合は、ＣＰＵで演算が正しく行われていても、トルクセンサの出力に対し演算された電流指令値が設定範囲外に出てしまうことがある。逆に、この現象を避けるように設定範囲を決めると、実際に演算異常が発生しても、その演算異常を検出できない場合が生じ、演算異常によるシステム停止を行うことができない虞がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、補正制御量の大きさに係わり無く、ＣＰＵで演算異常が生じた場合には、その演算異常を確実に検出できるＣＰＵ監視手段を備えた電動パワーステアリング装置の制御システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
電動パワーステアリング装置の制御システムは、モータに通電されるアシスト電流を演算する指令値演算手段と、この指令値演算手段の演算結果を監視する監視手段とを備え、指令値演算手段は、ステアリングの操舵力からアシスト電流の基本制御量を演算する基本制御量演算手段と、ステアリングの操舵速度に応じて基本制御量を補正するための補正制御量を演算する補正制御量演算手段とを有し、監視手段は、ステアリングの操舵力に対して基本制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定する第１の異常判定手段と、ステアリングの操舵速度に対して補正制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定する第２の異常判定手段とを有している。
【０００８】
この構成によれば、基本制御量演算手段の演算結果と補正制御量演算手段の演算結果とをそれぞれ別々に監視して正常か異常かを判定できる。つまり、第１の異常判定手段では、ステアリングの操舵速度とは関係なく、ステアリングの操舵力に対してのみ基本制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定できる。また、第２の異常判定手段では、ステアリングの操舵力とは関係なく、ステアリングの操舵速度に対してのみ補正制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定できる。これにより、補正制御量の大きさに関係なく、各々の演算手段で演算異常が生じた場合には、その演算異常を確実に検出することができる。
【０００９】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
モータ駆動回路は、第１の異常判定手段と第２の異常判定手段の少なくとも一方で異常と判定された時に、モータの駆動を禁止する。
この場合、各々の演算手段で演算された基本制御量と補正制御量の少なくとも一方が異常と判定された時は、モータの駆動を禁止することにより、異常な演算結果に基づくモータのトルクアシストを防止でき、安全性を確保できる。
【００１０】
（請求項３の発明）
請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
第２の異常判定手段は、補正制御量が所定の上限値以上の場合に、補正制御量演算手段の演算結果が異常と判定する。
これにより、補正制御量演算手段の演算結果が正常か異常かの判定を、簡単な上限値監視で行えるようになり、より簡単なロジック回路を第２の異常判定手段に適用できる。
【００１１】
（請求項４の発明）
請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
アシスト電流に対して、モータ駆動回路からモータに出力されるモータ駆動信号が、正常か異常かを判定する第３の異常判定手段を備える。
この構成によれば、指令値演算手段により求められたアシスト電流に対し、モータ駆動信号が、正常か異常かを判定できる。これにより、アシスト電流に基づいてモータ駆動信号を演算する過程で発生する演算異常を、確実に検出することができる。
【００１２】
（請求項５の発明）
請求項４に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
モータ駆動回路は、第１の異常判定手段、第２の異常判定手段または第３の異常判定手段のうち、少なくとも一つで異常と判定された時に、モータの駆動を禁止する。
この場合、基本制御量演算手段で演算された基本制御量、補正制御量演算手段で演算された補正制御量またはアシスト電流に基づいて演算されたモータ駆動信号のうち、少なくとも一つが異常と判定された時は、モータの駆動を禁止することにより、異常な演算結果に基づくモータのトルクアシストを防止でき、安全性を確保できる。
【００１３】
（請求項６の発明）
請求項４に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
第１の異常判定手段、第２の異常判定手段および第３の異常判定手段を、１つのカスタムＩＣに含ませる。
これにより、ロジック回路を適用することができる第１の異常判定手段および第３の異常判定手段などとともに、安価なカスタムＩＣを用いて監視部（異常判定手段）を構成することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は電動パワーステアリング装置の制御システムを示す模式図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置（以下ＥＰＳと呼ぶ）は、図２に示す様に、ステアリング１の操舵力を検出するトルクセンサ２、ステアリング１の操舵力を補助するモータ３、このモータ３を制御するモータ制御装置（後述する）、及びモータ制御装置に使用されるＣＰＵ４の演算結果を監視するＣＰＵ演算監視部５（後述する）等より構成される。
【００１５】
トルクセンサ２は、ステアリング１の操舵によってステアリングシャフト６に発生する操舵力を電気信号（例えば電圧）に変換して出力する。
モータ制御装置は、モータのアシスト電流（電流指令値）を演算するＣＰＵ４と、このＣＰＵ４で演算されたアシスト電流に基づいてモータ３を駆動するモータ駆動回路７とで構成される（図２参照）。
モータ駆動回路７は、例えば４個のＦＥＴ（図示しない）で構成されるＨ型のブリッジ回路であり、ＣＰＵ４より出力されるモータ駆動信号に基づいてモータ３をＰＷＭ駆動する。
【００１６】
ＣＰＵ４は、トルクセンサ２の出力に基づいてモータ３を駆動するための基本制御量を演算する基本制御量演算手段４ａ、ステアリング１の操舵速度に応じて基本制御量をダンピング補正するための補正制御量を演算する補正制御量演算手段４ｂ、及び各々の演算手段で演算された制御量から電流指令値（アシスト電流）を算出する加算回路４ｃ等を有している。
【００１７】
基本制御量演算手段４ａは、例えば図１（ａ）に示す様に、操舵力と基本制御量（電流値）との相関を示すマップを有し、このマップからトルクセンサ２の出力に対する基本制御量を決定する。
補正制御量演算手段４ｂは、例えば図１（ｂ）に示す様に、ステアリング１の操舵速度と補正制御量（電流値）との相関を示すマップを有し、このマップから操舵速度に対する補正制御量を決定する。なお、ステアリング１の操舵速度は、例えばモータ３に掛かる電圧と電流から求めることができる。
【００１８】
ＣＰＵ演算監視部５は、ステアリング１の操舵力（トルクセンサ２の出力）に対して基本制御量演算手段４ａの演算結果が正常か異常かを判定する第１の異常判定手段部５ａと、ステアリング１の操舵速度に対して補正制御量演算手段４ｂの演算結果が正常か異常かを判定する第２の異常判定手段５ｂとを有している。
【００１９】
第１の異常判定手段５ａは、例えば図１（ｃ）に示す様に、操舵力（トルクセンサ２の出力）に応じて禁止領域が設定されたマップを有し、基本制御量演算手段４ａの演算結果がマップの禁止領域に入ると、演算異常と判定する。
第２の異常判定手段５ｂは、例えば図１（ｄ）に示す様に、操舵速度に応じて禁止領域が設定されたマップを有し、補正制御量演算手段４ｂの演算結果がマップの禁止領域に入ると、演算異常と判定する。
【００２０】
次に、第１実施形態の制御内容を説明する。
ＣＰＵ４では、トルクセンサ２の出力（トルク信号）に対してマップから基本制御量を決定し、同様に操舵速度信号に対してマップから補正制御量を決定する。
ＣＰＵ演算監視部５では、第１の異常判定手段５ａにて基本制御量演算手段４ａの演算結果を監視し、第２の異常判定手段５ｂにて補正制御量演算手段４ｂの演算結果を監視する。
【００２１】
このＣＰＵ演算監視部５において、基本制御量演算手段４ａの演算結果及び補正制御量演算手段４ｂの演算結果がそれぞれ正常と判定された時は、基本制御量と補正制御量とを加算して電流指令値を決定し、その電流指令値に基づきモータ駆動信号を生成して、モータ駆動回路７へ出力する。
また、ＣＰＵ演算監視部５において、基本制御量演算手段４ａの演算結果と補正制御量演算手段４ｂの演算結果との少なくとも一方が異常と判定された時は、モータ３の駆動を禁止する停止信号を生成してモータ駆動回路７へ出力する。
【００２２】
（第１実施形態の効果）
ＣＰＵ演算監視部５によれば、基本制御量演算手段４ａの演算結果と補正制御量演算手段４ｂの演算結果とをそれぞれ別々に監視して正常か異常かを判定できる。つまり、第１の異常判定手段５ａでは、ステアリング１の操舵速度とは関係なく、ステアリング１の操舵力に対してのみ基本制御量演算手段４ａの演算結果が正常か異常かを判定できる。
【００２３】
また、第２の異常判定手段５ｂでは、ステアリング１の操舵力とは関係なく、ステアリング１の操舵速度に対してのみ補正制御量演算手段４ｂの演算結果が正常か異常かを判定できる。これにより、補正制御量の大きさに関係なく、各々の演算手段で演算異常が生じた場合には、その演算異常を確実に検出することができる。
【００２４】
更に、第１の異常判定手段５ａと第２の異常判定手段５ｂの少なくとも一方で異常と判定された時は、本システムの制御を停止する（モータ３の駆動を禁止する）ことにより、異常な演算結果に基づくモータ３のトルクアシストを防止できるので、安全性を確保できる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は第２実施形態の制御システムをなすＣＰＵ８とカスタムＩＣ９とを示す模式図である。なお、制御システム以外のＥＰＳの構成要素は図２に示す第１実施形態と同様である。
【００２６】
ＣＰＵ８は、以下に説明する位相演算部８１、基本アシスト演算部８２、方向演算部８３、加算補正量演算部８４、上限値ガード部８５、電流指令値演算部８６、ＤＵＴＹ演算部８７、および左右駆動方向演算部８８を備える。
位相演算部８１は、トルクセンサ２からの出力（操舵トルク）を後記するＩ／Ｆ回路９１でデジタル化したデータに基づき位相を算出する。基本アシスト演算部８２は、位相演算部８１で算出された位相に基づき基本アシスト（基本制御量）を算出する。方向演算部８３は、基本アシスト演算部８２で算出された基本アシストに基づき操舵トルクをアシストする方向を演算する。
加算補正量演算部８４は、操舵速度に応じて基本アシストを補正する補正制御量を算出し、その値のＲＡＭチェックを行う。上限値ガード部８５は、上限値ガード（ソフト）により加算補正量演算部８４で算出された加算補正量が所定の上限値を超えていないか確認する。
電流指令値演算部８６は、基本アシスト演算部８２で算出された基本アシストおよび加算補正量演算部８４で算出された加算補正量から電流指令値（アシスト電流）を算出する。ＤＵＴＹ演算部８７は、電流指令値演算部８６で算出された電流指令値を制御パルス信号のオン／オフの割合（通電時間の割合：ＤＵＴＹ比）に換算する。左右駆動方向演算部８８は、電流指令値演算部８６で算出された電流指令値に基づき最終的にモータ３がアシストする方向を演算する。
【００２７】
カスタムＩＣ９は、以下に説明するＩ／Ｆ回路９１、入力監視部９２、補正監視部９３、モータ駆動回路９４、および出力監視部９５を備える。
Ｉ／Ｆ回路９１は、トルクセンサ２からの出力（操舵トルク）を調整してＣＰＵ８の位相演算部８１へ出力する。入力監視部９２は、方向演算部８３からの出力およびトルクセンサ２からの出力（操舵トルク）に基づいて、操舵トルクをアシストする方向の正当性を監視する。補正監視部９３は、初期チェック時（ＥＰＳの制御開始時）にＣＰＵ８から入力された上限ガード値（上限閾値）に基づいて、初期チェック以降常時入力される加算補正量がこの上限ガード値を超えているか否かを監視する。モータ駆動回路９４は、ＤＵＴＹ演算部８７から出力された制御パルス信号に基づいて印加された電流（モータ駆動信号）を出力してモータ３を駆動する。出力監視部９５は、左右駆動方向演算部８８からの出力およびモータ駆動回路９４からの出力に基づき、最終的にモータ３がアシストする方向の正当性を監視する。
【００２８】
ここで、図３に示すごとくＩ／Ｆ回路９１、位相演算部８１、基本アシスト演算部８２、および方向演算部８３で、ステアリング１の操舵力（操舵トルク）から基本制御量（基本アシスト）を演算する基本制御量演算手段８ａが構成される。また、加算補正量演算部８４、および上限値ガード部８５で、ステアリング１の操舵速度に応じて補正制御量（加算補正量）を演算する補正制御量演算手段８ｂが構成される。さらに電流指令値演算部８６で加算手段８ｃが構成され、ＤＵＴＹ演算部８７、左右駆動方向演算部８８、およびモータ駆動回路９４でモータ駆動信号出力手段８ｄが構成される。
【００２９】
一方、入力監視部９２はステアリング１の操舵力（操舵トルク）に対して基本制御量演算手段８ａの演算結果が正常か異常かを判定する第１の異常判定手段９ａをなし、補正監視部９３は補正制御量演算手段８ｂで算出された補正制御量が所定の上限値を超えた場合に、補正制御量演算手段８ｂの演算結果を異常と判定する第２の異常判定手段９ｂをなし、出力監視部９５は加算手段８ｃで算出されたアシスト電流（電流指令値）に対して、モータ駆動回路９４からモータ３に出力されるモータ駆動信号が、正常か異常かを判定する第３の異常判定手段９ｃをなす。
【００３０】
入力監視部９２（第１の異常判定手段９ａ）は、図４に示す様に、禁止領域が設定された入力監視マップを有し、基本制御量演算手段８ａの演算結果が禁止領域に入ると演算異常と判定し、モータ３の駆動を禁止する停止信号を生成してモータ駆動回路７へ出力する。
方向演算部８３で求められる基本アシストのアシスト方向は、ＣＷＣＣＷの２ビット信号として入力監視部９２に出力される。すなわち（右、左）で各々が０または１として求められ出力される。
この基本アシストの２ビット信号と操舵トルク（トルクセンサ２の出力）とに応じて、入力監視マップでは禁止領域が定められている。すなわち、２ビット信号が（１，０）の場合は、操舵トルク≦Ｖｔｈ１の部分が禁止領域となる。２ビット信号が（０，０）の場合は、操舵トルク≦Ｖｔｈ４、Ｖｔｈ３≦操舵トルクの部分が禁止領域となる。２ビット信号が（０，１）の場合は、Ｖｔｈ２≦操舵トルクの部分が禁止領域となる。
【００３１】
補正監視部９３（第２の異常判定手段９ｂ）は、図５に示す様に、初期（ＥＰＳの制御開始時）にＣＰＵ８から送信された上限ガード値（上限閾値）に基づいて、初期以降、常時送信される加算補正量がこの上限ガード値以上か否かを監視する。加算補正量が上限ガード値以上の場合は、補正制御量演算手段８ｂは演算異常と判定され、モータ３の駆動を禁止する停止信号が生成されてモータ駆動回路７へ出力される。
【００３２】
出力監視部９５（第３の異常判定手段９ｃ）は、図６に示す様に、逆アシスト領域が設定された出力監視マップを有し、モータ駆動信号出力手段８ｄの出力結果が逆アシスト領域に入ると出力異常と判定し、モータ３の駆動を禁止する停止信号を生成されてモータ駆動回路７へ出力される。
電流指令値（アシスト電流）に基づき、左右駆動方向演算部８８で求められる最終的なモータ３によるアシスト方向は、右駆動（ＤＲ）、左駆動（ＤＬ）、または不感帯として、出力監視部９５に出力される。
このアシスト電流のアシスト方向としての右駆動（ＤＲ）、左駆動（ＤＬ）、または不感帯を示す信号と、モータ駆動回路９４から出力されたモータ駆動信号による駆動方向とに応じて、出力監視マップでは逆アシスト領域が定められている。すなわちアシスト方向が左駆動（ＤＬ）の場合、駆動方向が横軸よりも上側の領域（右駆動信号の領域）が逆アシスト領域となり、アシスト方向が右駆動（ＤＲ）の場合、駆動方向が横軸よりも下側の領域（左駆動信号の領域）が逆アシスト領域となる。
【００３３】
（第２実施形態の効果）
第２の異常判定手段９ｂを、簡単な上限値監視で行う補正監視部９３にしたことにより、より簡単なロジック回路を第２の異常判定手段９ｂに適用できる。
すなわち、補正制御量演算手段には種々の方法があり制御システムに応じて変更されるため、通常、補正制御量（加算補正量）の監視手段も、制御システムに応じて変更できるようにマイクロコンピュータを用いなければならない。しかし、簡単な上限値監視で行う補正監視部９３にしたことにより、より簡単なロジック回路を第２の異常判定手段９ｂに適用できる。
さらにロジック回路を適用することができる第１の異常判定手段９ａ（入力監視部９２）および第３の異常判定手段９ｃ（出力監視部９５）などとともに、安価なカスタムＩＣ９を用いて監視部（異常判定手段）を構成することが可能になる。
【００３４】
また、アシスト電流（電流指令値）に対して、モータ駆動回路９４からモータ３に出力されるモータ駆動信号が、正常か異常かを判定する第３の異常判定手段９ｃ（出力監視部９５）を備えることにより、アシスト電流に対しモータ駆動信号が正常か異常かを判定できるため、アシスト電流に基づいてモータ駆動信号を出力する過程で発生する出力異常を、確実に検出することができる。
【００３５】
更に、第１の異常判定手段９ａ、第２の異常判定手段９ｂまたは第３の異常判定手段９ｃのうち、少なくとも一つで異常と判定された時は、本システムの制御を停止する（モータ３の駆動を禁止する）ことにより、異常な演算結果に基づくモータ３のトルクアシストを防止できるので、さらに安全性を高めることができる。
【００３６】
（変形例）
第１実施形態のＣＰＵ演算監視部５は、マイクロコンピュータであってもロジック回路であってもかまわない。
上記の実施形態では、ステアリング１の操舵速度をモータ３に掛かる電圧と電流によって検出しているが、例えばステアリング１の操舵角度を微分して求めることもできる。
また、上記の実施形態では、補正制御の一例としてダンピング補正を挙げているが、ダンピング補正以外の補正制御が実行される場合にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電動パワーステアリング装置の制御システムを示す模式図である。
【図２】第１実施形態の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図３】第２実施形態の制御システムをなすＣＰＵとカスタムＩＣとを示す模式図である。
【図４】第２実施形態の基本制御量（基本アシスト量）の禁止領域を示す入力監視マップである。
【図５】第２実施形態の補正制御量（加算制御量）の監視手段（第２の異常判定手段）を示す模式図である。
【図６】第２実施形態のモータ駆動信号の逆アシスト領域を示す出力監視マップである。
【符号の説明】
１ ステアリング
３ モータ
４ ＣＰＵ（指令値演算手段）
４ａ 基本制御量演算手段
４ｂ 補正制御量演算手段
５ ＣＰＵ演算監視部（監視手段）
５ａ 第１の異常判定手段
５ｂ 第２の異常判定手段
７ モータ駆動回路
８ ＣＰＵ（指令値演算手段）
８ａ 基本制御量演算手段
８ｂ 補正制御量演算手段
８ｄ モータ駆動信号出力手段
９ カスタムＩＣ（監視手段）
９ａ 第１の異常判定手段
９ｂ 第２の異常判定手段
９ｃ 第３の異常判定手段

Claims (6)

1. ステアリングの操舵力を補助するモータと、
   このモータに通電されるアシスト電流を演算する指令値演算手段と、
   前記アシスト電流に応じて前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記指令値演算手段の演算結果を監視する監視手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御システムであって、
   前記指令値演算手段は、
   前記ステアリングの操舵力から前記アシスト電流の基本制御量を演算する基本制御量演算手段と、
   前記ステアリングの操舵速度に応じて前記基本制御量を補正するための補正制御量を演算する補正制御量演算手段とを有し、
   前記監視手段は、
   前記ステアリングの操舵力に対して前記基本制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定する第１の異常判定手段と、
   前記ステアリングの操舵速度に対して前記補正制御量演算手段の演算結果が正常か異常かを判定する第２の異常判定手段とを有していることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。
2. 請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
   前記モータ駆動回路は、前記第１の異常判定手段と前記第２の異常判定手段の少なくとも一方で異常と判定された時に、前記モータの駆動を禁止することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。
3. 請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
   前記第２の異常判定手段は、前記補正制御量が所定の上限値以上の場合に、前記補正制御量演算手段の演算結果が異常と判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。
4. 請求項１に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
   前記アシスト電流に対して、前記モータ駆動回路から前記モータに出力されるモータ駆動信号が、正常か異常かを判定する第３の異常判定手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。
5. 請求項４に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
   前記モータ駆動回路は、前記第１の異常判定手段、前記第２の異常判定手段または前記第３の異常判定手段のうち、少なくとも一つで異常と判定された時に、前記モータの駆動を禁止することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。
6. 請求項４に記載した電動パワーステアリング装置の制御システムにおいて、
   前記第１の異常判定手段、前記第２の異常判定手段および前記第３の異常判定手段を、１つのカスタムＩＣに含ませることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御システム。

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