JP4192620B2 - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操舵力軽減及び操舵フィーリングの向上に資する車両の電動パワーステアリングの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式のパワーステアリングにおいては、操舵系のねじりトルクを検出するねじりトルクセンサの出力信号に基づいて算出したアシスト信号に応じて、電動モータの回転方向や回転トルクを制御することで、運転者の操舵負荷を軽減している。例えば、必要な回転トルクを発生させるために、モータ電流検出回路によって検出される実モータ電流を所定の電流値に一致させる制御をマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと称する）において行い、応答性に優れる電動パワーステアリングを構成する旨の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、ＣＰＵによる動作異常を検出するための監視回路を設け、ＣＰＵの動作異常が検出された場合には、ＣＰＵをリセットするように構成された従来技術における電動パワーステアリングの制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３８６５２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６７５０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＰＵの監視を行うために監視回路へ入力される信号が特性ばらつきに起因する誤差を含んでいる場合には、ＣＰＵの動作が正常であるか異常であるかに関して誤った判定が行われる可能性がある。すなわち、操舵機構において発生する操舵トルクの大きさを示すトルク入力信号や、操舵機構を補助操舵する電動モータに流れる電流の大きさを示すモータ電流検出信号が監視回路に入力され、これらの入力信号に基づいてＣＰＵ動作の判定を行うように構成された監視回路において、トルク入力信号やモータ電流検出信号が、トルクセンサ又はモータ電流検出回路の特性ばらつきに起因する誤差を含んでいる場合には、ＣＰＵ動作が正常であるにも拘らずに異常と判定し、逆に、異常であるにも拘らずに正常であると判定してしまう可能性があるという問題がある。
【０００６】
一方、高精度且つ高価なトルクセンサやモータ電流検出回路を採用することも考えられるが、電動パワーステアリング装置の製造コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、監視用の入力信号の特性ばらつきの調整を行うことにより、安価な構成でＣＰＵ動作を正確に監視することができる電動パワーステアリングの制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、操舵機構を補助操舵する電動モータを通電駆動するモータ駆動手段と、前記電動モータを駆動するための電流指令値を演算して前記モータ駆動手段へ入力する制御手段と、少なくとも一つの入力信号に基づいて前記制御手段による演算結果が正常か否かを判定する監視手段と、を備えた電動パワーステアリングの制御装置において、前記監視手段は、前記制御手段における前記モータ駆動手段への指令値の演算を監視する出力監視手段と、前記制御手段における目標電流値の演算を監視する入力監視手段とから構成され、前記出力監視手段に入力される第１入力信号の特性ばらつきを調整するための第１調整値及び前記入力監視手段に入力される第２入力信号の特性ばらつきを調整するための第２調整値をそれぞれ記憶する調整値記憶手段を備え、前記出力監視手段は、前記第１調整値に基づいて前記第１入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第１入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行い、前記入力監視手段は、前記第２調整値に基づいて前記第２入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第２入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
従って、調整値記憶手段が、出力監視手段に入力される第１入力信号の特性ばらつきを調整するための第１調整値及び入力監視手段に入力される第２入力信号の特性ばらつきを調整するための第２調整値をそれぞれ記憶し、出力監視手段は、第１調整値に基づいて第１入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の第１入力信号を用いて制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行い、入力監視手段は、第２調整値に基づいて第２入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の第２入力信号を用いて制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整された第１入力信号及び第２入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度に制御手段におけるモータ駆動手段への指令値の演算及び目標電流値の演算の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記第１入力信号が、前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段より出力されるモータ電流検出信号であることを特徴とする。
【００１１】
従って、調整値記憶手段が、第１入力信号としてのモータ電流検出信号の特性を調整するための第１調整値を記憶し、出力監視手段は、第１調整値に基づいてモータ電流検出信号の調整を行うと共に、調整後のモータ電流検出信号を用いて、制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたモータ電流検出信号を用いて高精度に制御手段の監視を行うことができる。尚、制御手段による演算結果が正常か否かの判定は、例えば、電動モータの回転子の回転位置の検出結果と、調整後のモータ電流検出信号とを比較することにより行うように構成することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記第２入力信号が、前記操舵機構における操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段より出力されるトルク入力信号であることを特徴とする。
【００１３】
従って、調整値記憶手段が、第２入力信号としてのトルク入力信号の特性を調整するための調整値を記憶し、入力監視手段は、第２調整値に基づいてトルク入力信号の調整を行うと共に、調整後のトルク入力信号を用いて、制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたトルク入力信号を用いて高精度に制御手段の監視を行うことができる。尚、制御手段による演算結果が正常か否かの判定は、例えば、制御手段による回転方向の演算結果と、調整後のトルク入力信号とを比較することにより行うように構成することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記調整値記憶手段が、データ書き換え可能な不揮発性メモリからなることを特徴とする。
【００１５】
従って、調整値記憶手段がデータ書き換え可能な不揮発性メモリによって構成されているので、例えば、制御装置の出荷検査時に、入力信号の特性ばらつきをを測定し、それにより得られた調整値を調整値記憶手段に書き込むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した電動パワーステアリングの制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は電動パワーステアリング装置１の全体構成図であり、図２は電動パワーステアリング装置１の制御系統を示すハードウェア構成図である。
【００１８】
本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、図１に示す様に、ステアリング２の操舵によってステアリングシャフト３に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵機構に動力を与えてステアリング２の操舵力を補助する３相ブラシレスモータ（以下、電動モータと称する）５と、電動モータ５の図示しない回転子の回転位置を検出する位置センサ６と、電動モータ５を駆動制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１０等とから構成されている。尚、トルクセンサ４が、本発明の操舵トルク検出手段を構成するものであり、ＥＣＵ１０が本発明の電動パワーステアリングの制御装置に相当するものである。
【００１９】
トルクセンサ４は、操舵トルクを電気信号に変換して検出するもので、例えばポテンショメータによって構成され、ステアリングシャフト３に発生する操舵トルクの大きさに応じて出力電圧が変化するものである。
【００２０】
ＥＣＵ１０は、図２に示すように、マイクロプロセッサ（以下、メインＣＰＵと称する）１１と、ＥＥＰＲＯＭ１２と、ゲート駆動回路１３と、インバータ回路１４と、モータ電流検出回路１５と、位置検出回路１６と、監視回路装置１７等とから構成されている。
【００２１】
尚、ゲート駆動回路１３及びインバータ回路１４が本発明のモータ駆動手段を、メインＣＰＵ１１が制御手段を、ＥＥＰＲＯＭ１２が調整値記憶手段及び不揮発性メモリを、モータ電流検出回路１５がモータ電流検出手段をそれぞれ構成するものである。
【００２２】
メインＣＰＵ１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力ポート，システムコントローラ等からなるマイクロコンピュータシステムを１チップに集積した１チップマイクロコンピュータを用いて構成されている。メインＣＰＵ１１は、トルクセンサ４から入力するトルク信号Ｔと車速センサ７（図１参照）から入力する車速信号Ｖとに基づいて電動モータ５を駆動するための目標電流値を演算する。さらに、モータ電流検出回路１５による電流検出出力を目標電流値に一致させるようにＰＩＤフィードバック制御等を行う。
【００２３】
ＥＥＰＲＯＭ１２は、電気的にデータ書き換え可能な不揮発性メモリであって、モータ電流検出回路１５から監視回路装置１７へ入力される電流検出信号の調整値及びトルクセンサから監視回路装置１７へ入力されるトルク入力信号の調整値をそれぞれ記憶する。尚、出荷検査時に行われるＥＥＰＲＯＭ１２への各調整値の書き込みについては後述する。
【００２４】
ゲート駆動回路１３は、ＣＰＵ１１の各出力ポートから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、インバータ回路１４を構成する電力用の各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１４ａ〜１４ｆのそれぞれのゲートへゲート電力を供給する。
【００２５】
インバータ回路１４は、直流電源としてのバッテリが接続されると共に、電動モータ５のＵ相に電力を供給するＦＥＴ１４ａ，１４ｂ、Ｖ相に電力を供給するＦＥＴ１４ｃ，１４ｄ、Ｗ相に電力を供給するＦＥＴ１４ｅ，１４ｆがそれぞれ接続され、ゲート駆動回路２４からゲート電力が供給されることにより電動モータ５をＰＷＭ駆動する。尚、Ｕ相−Ｖ相、Ｖ相−Ｗ相、Ｗ相−Ｕ相は、それぞれ１２０°の電流位相差をもっている。
【００２６】
モータ電流検出回路１５は、インバータ回路１４のＦＥＴ１４ｂ，１４ｄ，１４ｆにそれぞれ接続された電流検出用のシャント抵抗ＲＳの両端の電圧から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流を検出し、電流検出結果を電圧信号（Ｕ相電流検出信号、Ｖ相電流検出信号、Ｗ相電流検出信号）として出力する。
【００２７】
位置検出回路１６は、位置センサ６から出力される電動モータ５の回転子の回転位置の検出結果に基づいて、回転位置検出信号としての第１位置信号及び第２位置信号を出力する。
【００２８】
監視回路装置１７は、メインＣＰＵ１１における演算結果が正常であるか否かを判定し、正常でないと判定された場合には、メインＣＰＵ１１にリセット信号を送出する。監視回路装置１７は、サブＣＰＵ１８と、メインＣＰＵ１１におけるゲート駆動回路２４への指令値の演算を監視する出力監視回路１９と、メインＣＰＵ１１における目標電流値の演算を監視する入力監視回路２０とから構成されている。
【００２９】
サブＣＰＵ１８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、監視回路装置１７全体の制御を行う制御部であり、出力監視回路１９又は入力監視回路２０からの出力に応じてメインＣＰＵ１１へリセット信号を送信するか否かを決定し、必要に応じてリセット信号の送信を行う。
【００３０】
出力監視回路１９は、モータ電流検出回路１５の出力と位置検出回路１６の出力とを比較することにより、メインＣＰＵ１１におけるゲート駆動回路２４への指令値の演算が正常に行われているか否かを判定し、その結果をサブＣＰＵ１８に入力する電気電子回路である。以下、出力監視回路１９の構成について、図３のブロック図、図３に示す構成を具体化した一回路例を示す図４の回路図、及びＤ／Ａ変換部１９７を具体化した一回路例を示す図５の回路図をそれぞれ参照しつつ説明する。尚、カッコ内は、図４、図５の回路図において、図３のブロック図における各部を構成する主たる回路素子を示している。
【００３１】
出力監視回路１９には、入力ポートＰ１，Ｐ２を介して、モータ電流検出回路１５より出力されるＵ相電流検出信号及びＶ相電流検出信号がそれぞれ入力される。Ｕ相電流検出信号は、信号増幅部１９１（オペアンプＯＰ１）によって増幅され、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１の非反転入力端子）に入力される。一方、Ｖ相電流検出信号は、信号増幅部１９３（オペアンプＯＰ２）によって増幅され、さらに差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３）を介して特性ばらつきが調整された電圧信号が、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子）に入力される。
【００３２】
ここで、Ｖ相電流検出信号の特性ばらつきを調整するための差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３の反転入力端子）への調整値としての電圧信号の入力について説明する。
【００３３】
本実施形態では、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、Ｕ相、Ｖ相を流れる実電流が０［Ａ］である時にモータ電流検出回路１５より出力されるＵ相電流検出信号及びＶ相電流検出信号（電圧）を測定する。そして、Ｕ相電流検出信号に対するＶ相電流検出信号の偏差（電圧差）が、Ｖ相電流検出信号の調整値としてＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。
【００３４】
ＥＣＵ１０が起動されると、メインＣＰＵ１１はＥＥＰＲＯＭ１２よりＶ相電流検出信号の調整値を読み出して、監視回路装置１７へシリアル通信により調整値を送信する。監視回路装置１７によって受信された調整値は、出力監視回路１９内に設けられた６ビットのレジスタ１９６に保持される。レジスタ１９６に保持された６ビットの調整値は、Ｄ／Ａ変換部１９７（抵抗ラダー回路１９８とオペアンプＯＰ４，ＯＰ５とによって構成されたＤ／Ａ変換回路）によってアナログ電圧に変換され、差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３の反転入力端子）へ入力される。従って、Ｖ相電流検出信号とＤ／Ａ変換された調整値（アナログ電圧）とが差動増幅されることにより、調整値に基づいて特性ばらつきが調整されたＶ相電流を表す電圧信号が、差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３）より出力されるのである。
【００３５】
比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）は、Ｕ相電流検出信号に基づく電圧信号と、調整後のＶ相電流検出信号に基づく電圧信号とを比較し、Ｕ相の電圧信号の方が高い場合にはＨレベルを、Ｖ相の電圧信号の方が高い場合にはＬレベルをそれぞれ出力する。
【００３６】
一方、出力監視回路１９には、入力ポートＰ３，Ｐ４を介して、位置検出回路１６より出力される第１位置信号及び第２位置信号がそれぞれ入力される。そして、上述した比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）からの出力と第１位置信号及び第２位置信号とが、判定部１９５（ＮＡＮＤゲート，ＮＯＲゲート，ＮＯＴゲートを組み合わせた論理回路）に入力される。
【００３７】
判定部１９５では、Ｕ相電流とＶ相電流との大小関係について、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）からの出力に基づく大小関係と、第１位置信号及び第２位置信号に基づく大小関係とが一致している場合には、メインＣＰＵ１１による演算が正常であることを示すＨレベルを、一致しない場合には、メインＣＰＵ１１による演算が異常であることを示すＬレベルを、それぞれサブＣＰＵ１８に出力する。サブＣＰＵ１８は、出力監視回路１９の出力、すなわち判定部１９５の出力に基づいて、必要な場合にはメインＣＰＵ１１へリセット信号を送出する。
【００３８】
入力監視回路２０は、トルクセンサ４の出力とメインＣＰＵ１１からの回転方向信号とを比較することにより、メインＣＰＵ１１の演算が正常に行われているか否かを判定し、その結果をサブＣＰＵ１８に入力する電気電子回路である。以下、入力監視回路２０の構成について、図６のブロック図を参照しつつ説明する。尚、図６のブロック図における各部の詳細構成は出力監視回路１９の各部と同様であるので具体的回路例についての図示説明を省略する。
【００３９】
入力監視回路２０には、入力ポートＰ５を介して、トルクセンサ４より出力されるトルク入力信号が入力される。トルク入力信号は、信号増幅部２０１によって増幅され、さらに差動増幅部２０２を介して特性ばらつきが調整された電圧信号が、判定部２０３に入力される。
【００４０】
ここで、トルク入力信号の特性ばらつきを調整するための差動増幅部２０２への調整値としての電圧信号の入力について説明する。
【００４１】
本実施形態では、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、実際に加えられたトルクに対してトルクセンサ４から出力されるトルク入力信号の誤差が、トルク入力信号の調整値としてＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。
【００４２】
ＥＣＵ１０が起動されると、メインＣＰＵ１１はＥＥＰＲＯＭ１２よりトルク入力信号の調整値を読み出して、監視回路装置１７へシリアル通信により調整値を送信する。監視回路装置１７によって受信された調整値は、入力監視回路２０内に設けられたレジスタ２０４に保持される。レジスタ２０４に保持された調整値は、Ｄ／Ａ変換部２０５によってアナログ電圧に変換され、差動増幅部２０２へ入力される。従って、トルク入力信号とＤ／Ａ変換された調整値（アナログ電圧）とが差動増幅されることにより、調整値に基づいて特性ばらつきが調整されたトルクの大きさを表す電圧信号が、差動増幅部２０２より出力されるのである。
【００４３】
一方、入力監視回路２０には、入力ポートＰ６，Ｐ７を介して、メインＣＰＵ１１における演算結果として送信される第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷがそれぞれ入力される。尚、電動モータ５の回転方向が時計回りであるときは、第１方向信号ＣＷがＨレベル、第２方向信号ＣＣＷがＬレベルとなっており、回転方向が反時計回りであるときは、第１方向信号がＬレベル、第２方向信号がＨレベルとなっている。そして、上述した差動増幅部２０２からの出力と第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷとが判定部２０３に入力される。
【００４４】
判定部２０３では、電動モータ５の回転方向について、トルク入力信号に基づいた差動増幅部２０２からの出力に基づく回転方向と、第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷに基づく回転方向とが一致している場合には、メインＣＰＵ１１による演算が正常であることを示すＨレベルを、一致しない場合には、メインＣＰＵ１１による演算が異常であることを示すＬレベルを、それぞれサブＣＰＵ１８に出力する。サブＣＰＵ１８は、入力監視回路２０の出力、すなわち判定部２０３の出力に基づいて、必要な場合にはメインＣＰＵ１１へリセット信号を送出する。
【００４５】
上述したことから明らかなように、本実施形態によれば、調整値記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ１２が、入力信号としてのモータ電流検出信号及びトルク入力信号の特性を調整するための調整値をそれぞれ記憶し、監視手段としての監視回路装置１７は、これらの各調整値に基づいてモータ電流検出信号及びトルク入力信号の調整をそれぞれ行うと共に、調整後のモータ電流検出信号及びトルク入力信号をそれぞれ用いて、メインＣＰＵ１１による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたモータ電流検出信号及びトルク入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度にメインＣＰＵ１１の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【００４６】
また、調整値記憶手段がデータ書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１２によって構成されているので、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、入力信号（モータ電流検出信号、トルク入力信号）の特性ばらつきをを測定し、それにより得られた調整値をＥＥＰＲＯＭ１２へ電気的に書き込むことができる。
【００４７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４８】
例えば、前記実施形態では、調整値記憶手段としてＥＥＰＲＯＭ１２を採用したが、フラッシュメモリ等の他のタイプの不揮発性メモリを採用してもよい。
【００４９】
また、前記実施形態では、監視回路装置１７へ入力され且つ特性ばらつきが調整される信号をモータ電流検出信号及びトルク入力信号としたが、いずれか一方であってもよく、これらとは別の入力信号についての調整値をＥＥＰＲＯＭ１２に記憶して特性ばらつきを調整する構成としてもよい。
【００５０】
また、前記実施形態の説明で参照した各図の回路構成は一例であり、同等の機能を実現する他のいかなる手段を採用することも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、特性ばらつきが調整された第１入力信号及び第２入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度に制御手段におけるモータ駆動手段への指令値の演算及び目標電流値の演算の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】 電動パワーステアリング装置の制御系統を示すハードウェア構成図である。
【図３】 出力監視回路の全体構成を示すブロック図である。
【図４】 出力監視回路の一具体的回路例を示す回路図である。
【図５】 Ｄ／Ａ変換部の一具体的回路例を示す回路図である。
【図６】 入力監視回路の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４…トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、５…電動モータ、１０…ＥＣＵ（電動パワーステアリングの制御装置）、１１…メインＣＰＵ（制御手段）、１２…ＥＥＰＲＯＭ（調整値記憶手段、不揮発性メモリ）、１３…ゲート駆動回路（モータ駆動手段）、１４…インバータ回路（モータ駆動手段）、１５…モータ電流検出回路（モータ電流検出手段）、１７…監視回路装置（監視手段）、１８…サブＣＰＵ（監視手段）、１９…出力監視回路（監視手段）、２０…入力監視回路（監視手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操舵力軽減及び操舵フィーリングの向上に資する車両の電動パワーステアリングの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式のパワーステアリングにおいては、操舵系のねじりトルクを検出するねじりトルクセンサの出力信号に基づいて算出したアシスト信号に応じて、電動モータの回転方向や回転トルクを制御することで、運転者の操舵負荷を軽減している。例えば、必要な回転トルクを発生させるために、モータ電流検出回路によって検出される実モータ電流を所定の電流値に一致させる制御をマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと称する）において行い、応答性に優れる電動パワーステアリングを構成する旨の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、ＣＰＵによる動作異常を検出するための監視回路を設け、ＣＰＵの動作異常が検出された場合には、ＣＰＵをリセットするように構成された従来技術における電動パワーステアリングの制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２３８６５２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６７５０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＰＵの監視を行うために監視回路へ入力される信号が特性ばらつきに起因する誤差を含んでいる場合には、ＣＰＵの動作が正常であるか異常であるかに関して誤った判定が行われる可能性がある。すなわち、操舵機構において発生する操舵トルクの大きさを示すトルク入力信号や、操舵機構を補助操舵する電動モータに流れる電流の大きさを示すモータ電流検出信号が監視回路に入力され、これらの入力信号に基づいてＣＰＵ動作の判定を行うように構成された監視回路において、トルク入力信号やモータ電流検出信号が、トルクセンサ又はモータ電流検出回路の特性ばらつきに起因する誤差を含んでいる場合には、ＣＰＵ動作が正常であるにも拘らずに異常と判定し、逆に、異常であるにも拘らずに正常であると判定してしまう可能性があるという問題がある。
【０００６】
一方、高精度且つ高価なトルクセンサやモータ電流検出回路を採用することも考えられるが、電動パワーステアリング装置の製造コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、監視用の入力信号の特性ばらつきの調整を行うことにより、安価な構成でＣＰＵ動作を正確に監視することができる電動パワーステアリングの制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、操舵機構を補助操舵する電動モータを通電駆動するモータ駆動手段と、前記電動モータを駆動するための電流指令値を演算して前記モータ駆動手段へ入力する制御手段と、少なくとも一つの入力信号に基づいて前記制御手段による演算結果が正常か否かを判定する監視手段と、を備えた電動パワーステアリングの制御装置において、前記監視手段は、前記制御手段における前記モータ駆動手段への指令値の演算を監視する出力監視手段と、前記制御手段における目標電流値の演算を監視する入力監視手段とから構成され、前記出力監視手段に入力される第１入力信号の特性ばらつきを調整するための第１調整値及び前記入力監視手段に入力される第２入力信号の特性ばらつきを調整するための第２調整値をそれぞれ記憶する調整値記憶手段を備え、前記出力監視手段は、前記第１調整値に基づいて前記第１入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第１入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行い、前記入力監視手段は、前記第２調整値に基づいて前記第２入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第２入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
従って、調整値記憶手段が、出力監視手段に入力される第１入力信号の特性ばらつきを調整するための第１調整値及び入力監視手段に入力される第２入力信号の特性ばらつきを調整するための第２調整値をそれぞれ記憶し、出力監視手段は、第１調整値に基づいて第１入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の第１入力信号を用いて制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行い、入力監視手段は、第２調整値に基づいて第２入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の第２入力信号を用いて制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整された第１入力信号及び第２入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度に制御手段におけるモータ駆動手段への指令値の演算及び目標電流値の演算の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記第１入力信号が、前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段より出力されるモータ電流検出信号であることを特徴とする。
【００１１】
従って、調整値記憶手段が、第１入力信号としてのモータ電流検出信号の特性を調整するための第１調整値を記憶し、出力監視手段は、第１調整値に基づいてモータ電流検出信号の調整を行うと共に、調整後のモータ電流検出信号を用いて、制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたモータ電流検出信号を用いて高精度に制御手段の監視を行うことができる。尚、制御手段による演算結果が正常か否かの判定は、例えば、電動モータの回転子の回転位置の検出結果と、調整後のモータ電流検出信号とを比較することにより行うように構成することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記第２入力信号が、前記操舵機構における操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段より出力されるトルク入力信号であることを特徴とする。
【００１３】
従って、調整値記憶手段が、第２入力信号としてのトルク入力信号の特性を調整するための調整値を記憶し、入力監視手段は、第２調整値に基づいてトルク入力信号の調整を行うと共に、調整後のトルク入力信号を用いて、制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたトルク入力信号を用いて高精度に制御手段の監視を行うことができる。尚、制御手段による演算結果が正常か否かの判定は、例えば、制御手段による回転方向の演算結果と、調整後のトルク入力信号とを比較することにより行うように構成することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の電動パワーステアリングの制御装置は、前記調整値記憶手段が、データ書き換え可能な不揮発性メモリからなることを特徴とする。
【００１５】
従って、調整値記憶手段がデータ書き換え可能な不揮発性メモリによって構成されているので、例えば、制御装置の出荷検査時に、入力信号の特性ばらつきをを測定し、それにより得られた調整値を調整値記憶手段に書き込むことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した電動パワーステアリングの制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は電動パワーステアリング装置１の全体構成図であり、図２は電動パワーステアリング装置１の制御系統を示すハードウェア構成図である。
【００１８】
本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、図１に示す様に、ステアリング２の操舵によってステアリングシャフト３に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵機構に動力を与えてステアリング２の操舵力を補助する３相ブラシレスモータ（以下、電動モータと称する）５と、電動モータ５の図示しない回転子の回転位置を検出する位置センサ６と、電動モータ５を駆動制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１０等とから構成されている。尚、トルクセンサ４が、本発明の操舵トルク検出手段を構成するものであり、ＥＣＵ１０が本発明の電動パワーステアリングの制御装置に相当するものである。
【００１９】
トルクセンサ４は、操舵トルクを電気信号に変換して検出するもので、例えばポテンショメータによって構成され、ステアリングシャフト３に発生する操舵トルクの大きさに応じて出力電圧が変化するものである。
【００２０】
ＥＣＵ１０は、図２に示すように、マイクロプロセッサ（以下、メインＣＰＵと称する）１１と、ＥＥＰＲＯＭ１２と、ゲート駆動回路１３と、インバータ回路１４と、モータ電流検出回路１５と、位置検出回路１６と、監視回路装置１７等とから構成されている。
【００２１】
尚、ゲート駆動回路１３及びインバータ回路１４が本発明のモータ駆動手段を、メインＣＰＵ１１が制御手段を、ＥＥＰＲＯＭ１２が調整値記憶手段及び不揮発性メモリを、モータ電流検出回路１５がモータ電流検出手段をそれぞれ構成するものである。
【００２２】
メインＣＰＵ１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力ポート，システムコントローラ等からなるマイクロコンピュータシステムを１チップに集積した１チップマイクロコンピュータを用いて構成されている。メインＣＰＵ１１は、トルクセンサ４から入力するトルク信号Ｔと車速センサ７（図１参照）から入力する車速信号Ｖとに基づいて電動モータ５を駆動するための目標電流値を演算する。さらに、モータ電流検出回路１５による電流検出出力を目標電流値に一致させるようにＰＩＤフィードバック制御等を行う。
【００２３】
ＥＥＰＲＯＭ１２は、電気的にデータ書き換え可能な不揮発性メモリであって、モータ電流検出回路１５から監視回路装置１７へ入力される電流検出信号の調整値及びトルクセンサから監視回路装置１７へ入力されるトルク入力信号の調整値をそれぞれ記憶する。尚、出荷検査時に行われるＥＥＰＲＯＭ１２への各調整値の書き込みについては後述する。
【００２４】
ゲート駆動回路１３は、ＣＰＵ１１の各出力ポートから出力されるＰＷＭ信号に基づいて、インバータ回路１４を構成する電力用の各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１４ａ〜１４ｆのそれぞれのゲートへゲート電力を供給する。
【００２５】
インバータ回路１４は、直流電源としてのバッテリが接続されると共に、電動モータ５のＵ相に電力を供給するＦＥＴ１４ａ，１４ｂ、Ｖ相に電力を供給するＦＥＴ１４ｃ，１４ｄ、Ｗ相に電力を供給するＦＥＴ１４ｅ，１４ｆがそれぞれ接続され、ゲート駆動回路２４からゲート電力が供給されることにより電動モータ５をＰＷＭ駆動する。尚、Ｕ相−Ｖ相、Ｖ相−Ｗ相、Ｗ相−Ｕ相は、それぞれ１２０°の電流位相差をもっている。
【００２６】
モータ電流検出回路１５は、インバータ回路１４のＦＥＴ１４ｂ，１４ｄ，１４ｆにそれぞれ接続された電流検出用のシャント抵抗ＲＳの両端の電圧から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流を検出し、電流検出結果を電圧信号（Ｕ相電流検出信号、Ｖ相電流検出信号、Ｗ相電流検出信号）として出力する。
【００２７】
位置検出回路１６は、位置センサ６から出力される電動モータ５の回転子の回転位置の検出結果に基づいて、回転位置検出信号としての第１位置信号及び第２位置信号を出力する。
【００２８】
監視回路装置１７は、メインＣＰＵ１１における演算結果が正常であるか否かを判定し、正常でないと判定された場合には、メインＣＰＵ１１にリセット信号を送出する。監視回路装置１７は、サブＣＰＵ１８と、メインＣＰＵ１１におけるゲート駆動回路２４への指令値の演算を監視する出力監視回路１９と、メインＣＰＵ１１における目標電流値の演算を監視する入力監視回路２０とから構成されている。
【００２９】
サブＣＰＵ１８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、監視回路装置１７全体の制御を行う制御部であり、出力監視回路１９又は入力監視回路２０からの出力に応じてメインＣＰＵ１１へリセット信号を送信するか否かを決定し、必要に応じてリセット信号の送信を行う。
【００３０】
出力監視回路１９は、モータ電流検出回路１５の出力と位置検出回路１６の出力とを比較することにより、メインＣＰＵ１１におけるゲート駆動回路２４への指令値の演算が正常に行われているか否かを判定し、その結果をサブＣＰＵ１８に入力する電気電子回路である。以下、出力監視回路１９の構成について、図３のブロック図、図３に示す構成を具体化した一回路例を示す図４の回路図、及びＤ／Ａ変換部１９７を具体化した一回路例を示す図５の回路図をそれぞれ参照しつつ説明する。尚、カッコ内は、図４、図５の回路図において、図３のブロック図における各部を構成する主たる回路素子を示している。
【００３１】
出力監視回路１９には、入力ポートＰ１，Ｐ２を介して、モータ電流検出回路１５より出力されるＵ相電流検出信号及びＶ相電流検出信号がそれぞれ入力される。Ｕ相電流検出信号は、信号増幅部１９１（オペアンプＯＰ１）によって増幅され、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１の非反転入力端子）に入力される。一方、Ｖ相電流検出信号は、信号増幅部１９３（オペアンプＯＰ２）によって増幅され、さらに差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３）を介して特性ばらつきが調整された電圧信号が、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子）に入力される。
【００３２】
ここで、Ｖ相電流検出信号の特性ばらつきを調整するための差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３の反転入力端子）への調整値としての電圧信号の入力について説明する。
【００３３】
本実施形態では、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、Ｕ相、Ｖ相を流れる実電流が０［Ａ］である時にモータ電流検出回路１５より出力されるＵ相電流検出信号及びＶ相電流検出信号（電圧）を測定する。そして、Ｕ相電流検出信号に対するＶ相電流検出信号の偏差（電圧差）が、Ｖ相電流検出信号の調整値としてＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。
【００３４】
ＥＣＵ１０が起動されると、メインＣＰＵ１１はＥＥＰＲＯＭ１２よりＶ相電流検出信号の調整値を読み出して、監視回路装置１７へシリアル通信により調整値を送信する。監視回路装置１７によって受信された調整値は、出力監視回路１９内に設けられた６ビットのレジスタ１９６に保持される。レジスタ１９６に保持された６ビットの調整値は、Ｄ／Ａ変換部１９７（抵抗ラダー回路１９８とオペアンプＯＰ４，ＯＰ５とによって構成されたＤ／Ａ変換回路）によってアナログ電圧に変換され、差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３の反転入力端子）へ入力される。従って、Ｖ相電流検出信号とＤ／Ａ変換された調整値（アナログ電圧）とが差動増幅されることにより、調整値に基づいて特性ばらつきが調整されたＶ相電流を表す電圧信号が、差動増幅部１９４（オペアンプＯＰ３）より出力されるのである。
【００３５】
比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）は、Ｕ相電流検出信号に基づく電圧信号と、調整後のＶ相電流検出信号に基づく電圧信号とを比較し、Ｕ相の電圧信号の方が高い場合にはＨレベルを、Ｖ相の電圧信号の方が高い場合にはＬレベルをそれぞれ出力する。
【００３６】
一方、出力監視回路１９には、入力ポートＰ３，Ｐ４を介して、位置検出回路１６より出力される第１位置信号及び第２位置信号がそれぞれ入力される。そして、上述した比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）からの出力と第１位置信号及び第２位置信号とが、判定部１９５（ＮＡＮＤゲート，ＮＯＲゲート，ＮＯＴゲートを組み合わせた論理回路）に入力される。
【００３７】
判定部１９５では、Ｕ相電流とＶ相電流との大小関係について、比較部１９２（コンパレータＣＯＭＰ１）からの出力に基づく大小関係と、第１位置信号及び第２位置信号に基づく大小関係とが一致している場合には、メインＣＰＵ１１による演算が正常であることを示すＨレベルを、一致しない場合には、メインＣＰＵ１１による演算が異常であることを示すＬレベルを、それぞれサブＣＰＵ１８に出力する。サブＣＰＵ１８は、出力監視回路１９の出力、すなわち判定部１９５の出力に基づいて、必要な場合にはメインＣＰＵ１１へリセット信号を送出する。
【００３８】
入力監視回路２０は、トルクセンサ４の出力とメインＣＰＵ１１からの回転方向信号とを比較することにより、メインＣＰＵ１１の演算が正常に行われているか否かを判定し、その結果をサブＣＰＵ１８に入力する電気電子回路である。以下、入力監視回路２０の構成について、図６のブロック図を参照しつつ説明する。尚、図６のブロック図における各部の詳細構成は出力監視回路１９の各部と同様であるので具体的回路例についての図示説明を省略する。
【００３９】
入力監視回路２０には、入力ポートＰ５を介して、トルクセンサ４より出力されるトルク入力信号が入力される。トルク入力信号は、信号増幅部２０１によって増幅され、さらに差動増幅部２０２を介して特性ばらつきが調整された電圧信号が、判定部２０３に入力される。
【００４０】
ここで、トルク入力信号の特性ばらつきを調整するための差動増幅部２０２への調整値としての電圧信号の入力について説明する。
【００４１】
本実施形態では、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、実際に加えられたトルクに対してトルクセンサ４から出力されるトルク入力信号の誤差が、トルク入力信号の調整値としてＥＥＰＲＯＭ１２に書き込まれる。
【００４２】
ＥＣＵ１０が起動されると、メインＣＰＵ１１はＥＥＰＲＯＭ１２よりトルク入力信号の調整値を読み出して、監視回路装置１７へシリアル通信により調整値を送信する。監視回路装置１７によって受信された調整値は、入力監視回路２０内に設けられたレジスタ２０４に保持される。レジスタ２０４に保持された調整値は、Ｄ／Ａ変換部２０５によってアナログ電圧に変換され、差動増幅部２０２へ入力される。従って、トルク入力信号とＤ／Ａ変換された調整値（アナログ電圧）とが差動増幅されることにより、調整値に基づいて特性ばらつきが調整されたトルクの大きさを表す電圧信号が、差動増幅部２０２より出力されるのである。
【００４３】
一方、入力監視回路２０には、入力ポートＰ６，Ｐ７を介して、メインＣＰＵ１１における演算結果として送信される第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷがそれぞれ入力される。尚、電動モータ５の回転方向が時計回りであるときは、第１方向信号ＣＷがＨレベル、第２方向信号ＣＣＷがＬレベルとなっており、回転方向が反時計回りであるときは、第１方向信号がＬレベル、第２方向信号がＨレベルとなっている。そして、上述した差動増幅部２０２からの出力と第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷとが判定部２０３に入力される。
【００４４】
判定部２０３では、電動モータ５の回転方向について、トルク入力信号に基づいた差動増幅部２０２からの出力に基づく回転方向と、第１方向信号ＣＷ及び第２方向信号ＣＣＷに基づく回転方向とが一致している場合には、メインＣＰＵ１１による演算が正常であることを示すＨレベルを、一致しない場合には、メインＣＰＵ１１による演算が異常であることを示すＬレベルを、それぞれサブＣＰＵ１８に出力する。サブＣＰＵ１８は、入力監視回路２０の出力、すなわち判定部２０３の出力に基づいて、必要な場合にはメインＣＰＵ１１へリセット信号を送出する。
【００４５】
上述したことから明らかなように、本実施形態によれば、調整値記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ１２が、入力信号としてのモータ電流検出信号及びトルク入力信号の特性を調整するための調整値をそれぞれ記憶し、監視手段としての監視回路装置１７は、これらの各調整値に基づいてモータ電流検出信号及びトルク入力信号の調整をそれぞれ行うと共に、調整後のモータ電流検出信号及びトルク入力信号をそれぞれ用いて、メインＣＰＵ１１による演算結果が正常か否かの判定を行う。よって、特性ばらつきが調整されたモータ電流検出信号及びトルク入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度にメインＣＰＵ１１の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【００４６】
また、調整値記憶手段がデータ書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１２によって構成されているので、ＥＣＵ１０の出荷検査時に、入力信号（モータ電流検出信号、トルク入力信号）の特性ばらつきをを測定し、それにより得られた調整値をＥＥＰＲＯＭ１２へ電気的に書き込むことができる。
【００４７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４８】
例えば、前記実施形態では、調整値記憶手段としてＥＥＰＲＯＭ１２を採用したが、フラッシュメモリ等の他のタイプの不揮発性メモリを採用してもよい。
【００４９】
また、前記実施形態では、監視回路装置１７へ入力され且つ特性ばらつきが調整される信号をモータ電流検出信号及びトルク入力信号としたが、いずれか一方であってもよく、これらとは別の入力信号についての調整値をＥＥＰＲＯＭ１２に記憶して特性ばらつきを調整する構成としてもよい。
【００５０】
また、前記実施形態の説明で参照した各図の回路構成は一例であり、同等の機能を実現する他のいかなる手段を採用することも可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、特性ばらつきが調整された第１入力信号及び第２入力信号を用いることにより、安価な構成で高精度に制御手段におけるモータ駆動手段への指令値の演算及び目標電流値の演算の監視を行うことが可能となり、これにより電動パワーステアリングの安全性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】 電動パワーステアリング装置の制御系統を示すハードウェア構成図である。
【図３】 出力監視回路の全体構成を示すブロック図である。
【図４】 出力監視回路の一具体的回路例を示す回路図である。
【図５】 Ｄ／Ａ変換部の一具体的回路例を示す回路図である。
【図６】 入力監視回路の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４…トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、５…電動モータ、１０…ＥＣＵ（電動パワーステアリングの制御装置）、１１…メインＣＰＵ（制御手段）、１２…ＥＥＰＲＯＭ（調整値記憶手段、不揮発性メモリ）、１３…ゲート駆動回路（モータ駆動手段）、１４…インバータ回路（モータ駆動手段）、１５…モータ電流検出回路（モータ電流検出手段）、１７…監視回路装置（監視手段）、１８…サブＣＰＵ（監視手段）、１９…出力監視回路（監視手段）、２０…入力監視回路（監視手段）。
Claims (4)
- 操舵機構を補助操舵する電動モータを通電駆動するモータ駆動手段と、前記電動モータを駆動するための電流指令値を演算して前記モータ駆動手段へ入力する制御手段と、少なくとも一つの入力信号に基づいて前記制御手段による演算結果が正常か否かを判定する監視手段と、を備えた電動パワーステアリングの制御装置において、
前記監視手段は、前記制御手段における前記モータ駆動手段への指令値の演算を監視する出力監視手段と、前記制御手段における目標電流値の演算を監視する入力監視手段とから構成され、
前記出力監視手段に入力される第１入力信号の特性ばらつきを調整するための第１調整値及び前記入力監視手段に入力される第２入力信号の特性ばらつきを調整するための第２調整値をそれぞれ記憶する調整値記憶手段を備え、
前記出力監視手段は、前記第１調整値に基づいて前記第１入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第１入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行い、
前記入力監視手段は、前記第２調整値に基づいて前記第２入力信号の特性ばらつきの調整を行うと共に、調整後の前記第２入力信号を用いて前記制御手段による演算結果が正常か否かの判定を行うことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。 - 前記第１入力信号は、前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段より出力されるモータ電流検出信号であ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の制御装置。
- 前記第２入力信号は、前記操舵機構における操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段より出力されるトルク入力信号であ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の制御装置。
- 前記調整値記憶手段は、データ書き換え可能な不揮発性メモリからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
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