JP4241392B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備え、また、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
背景技術
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。
かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。
フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のＤｕｔｙ比の調整で行っている。
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を第９図に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１、リレー１３によりバッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと第１０図のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分演算器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流指令値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
しかしながら、前記モータ電流検出回路３８が故障した場合は、正確なモータ電流を測定することができず、この結果、必要以上の電流がモータに流れて過大なアシストトルクを発生させたり、或いはモータに必要な量の電流が供給されず、十分なアシストトルクが得られないという不都合が発生することになる。
また、前記モータ電流検出回路３８の動作を確認するためにモータに電流を流すと、モータが回転してしまい、クラッチ２１がＯＮ状態では操向ハンドル１が回転し、不測の事故が発生するおそれがある。
従って、モータ電流検出回路の故障を判定する手段を提供することは、事故防止の上でも極めて重要な課題となる。従来、かかる課題を解決するための一つの提案が、本出願の発明者によってなされている（特開平８−９１２４０号公報）。
かかる従来のモータ電流検出回路の構成は、電流検出抵抗に流れる電流によって発生する電圧を、ピークホールドしてその信号を増幅し、それを用いてモータ電流制御や故障検出を行っていた。
従来の電流検出回路の異常検出は、出荷後の故障によって発生した電流検出回路の異常なドリフト電圧の検出を目的として、あらかじめ（出荷の際に）記憶された電流検出のドリフト電圧の値とイグニションスイッチをオンした直後に検出したドリフトの値とを比較して、その差が所定値より増加又は減少していないかを診断していた（初期診断）。
また、電流検出回路内部のショート故障の検出を目的として、モータの電気的時定数より長く、機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、所定電流値より多く流れるか否かを確認したりしていた。（特開平８−９１２４０）
また、制御性と安全性を高めるため、第１１図のように、メイン及びサブの２つのＭＣＵを用い、前記電流検出信号を分岐してメインＭＣＵとサブＭＣＵへ入力して電流制御や故障検出を行うことも、前記発明者によって提案されている（特開２００１−１８８１９号公報）。
すなわち、第１１図において、モータ電流ｉが電流検出抵抗（シャント抵抗）に流れることにより発生する電圧が、モータ電流検出回路１１２に入力され、それがローパスフィルタを通って、メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力されるので、片方のＭＣＵが故障すれば、もう片方の入力値と食い違うため、ＭＣＵの故障を発見することが容易となり、制御性と安全性を高めることができた。
上記のような異常検出手段によって、電流検出回路が故障していると判断した際には、モータ電流制御を停止し、アシスト停止状態にしていた。
しかしながら、上記のようにＭＣＵを２つにして制御性や安全性を高めたとしても、以下のような３つの問題点が残されていた。
第一には、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障を精度良く検出することが出来なかったということである。
すなわち、モータ電流検出回路の電流増幅部が故障した場合、特に操舵中の故障は検出することが出来なかった。もし、電流増幅部が操舵中に故障して、モータ検出電流が正常な状態より小さくなってしまった場合には、ＭＣＵ内で行われる電流制御によって前記モータ検出電流が電流指令値より小さいと判断され、所定の電流値より大きな電流がモータへ流されることになる。このような状態でドライバーが操舵した際には、想定していたアシストトルクより大きなトルクとなり、ステアリングを切りすぎたり、ステアリングが振動するような不安定な状態になる可能性があった。
そのために、モータ電流検出回路の電流増幅部が正常であるか否かを判断する異常検出手段が必要とされていた。
第二には、モータ電流制御を行っている最中（動作中）のモータ電流検出回路の故障が検出できなかったということである。
動作中はＭＣＵで演算してモータ電流制御を行っているため、モータ電流検出回路の故障検出をするためには、いったんモータ電流制御演算を停止して、モータ電流検出回路のオフセットやショート故障を検出しなければならなかった。
このため、初期診断以外はモータ電流検出回路の異常検出を行うことは出来なかった。
しかし、電子部品の故障は、偶発的に発生する可能性があり、動作中のモータ電流検出回路の故障診断は必要であった。
第三には、モータ電流検出回路が故障した場合は、アシストを停止しなければならず、代替制御の手段がなかったということである。
従来、初期診断でモータ電流検出回路の故障と判断されてしまうと、モータ電流を正常に検出する手段が無くなるため、その後はアシスト制御を停止しなければならなかった。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障が精度よく検出でき、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備えるとともに、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備え、また、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出値と、から演算された電流指令値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与えるように前記モータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータに流れる電流を単一の電流検出抵抗で検出し、該検出された信号を、複数のモータ電流検出回路に並列に入力し、該複数のモータ電流検出回路からの出力を比較することにより、前記モータ電流検出回路の故障を判定する機能を設けることによって達成される。
また、本発明の上記目的は、前記電動パワーステアリング装置の制御装置が、メインＭＣＵ及びサブＭＣＵの２つのＭＣＵを有し、かつ、前記複数のモータ電流検出回路の個数が２であって、該２個のモータ電流検出回路の出力データのうち、一方を前記メインＭＣＵに入力し、他方を前記サブＭＣＵに入力するとともに、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間における通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成されることにより、効果的に達成される。
さらに、本発明の上記目的は、前記モータ電流検出回路の故障の初期診断おいて、モータの電気的時定数より長く、かつ機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、その結果、メインＭＣＵ、サブＭＣＵにそれぞれ入力された前記２個のモータ電流検出回路の各出力データを、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成することにより、或いは、モータ電流の制御中において、所定時間毎に、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成することにより、或いは、前記二つのデータを相互に比較して、その差が所定値を超えた場合には、操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流指令値とから演算された電流指令値に基づくモータ電流制御を停止し、少なくともどちらか一方のＭＣＵが、バッテリ電圧に基づく所定のＤｕｔｙのＰＷＭ信号でモータを強制駆動し、それによって検出された電流と、バッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙから予想される電流とを比較して、故障したモータ電流検出回路を特定し、或いは、前記故障と特定されたモータ電流検出回路の代わりに正常と判断した電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を継続させることによって、より効果的に達成される。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、２つのモータ電流検出回路を設け、一方のモータ電流検出回路の出力をメインＭＣＵに入力し、他方のモータ電流検出回路の出力をサブＭＣＵに入力し、それぞれのモータ電流検出回路で検出されたモータ電流検出値を、メインＭＣＵとサブＭＣＵの相互に比較することで、両モータ電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出することを主な特徴としている。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例を示す全体構成のブロック図であり、トルクセンサ１０からのトルク信号Ｔｒ、車速センサ１２からの車速信号Ｖｓ及びエンジン回転信号はメインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力され、メインＭＣＵ１０１で演算されたモータ駆動信号Ｉｒはモータ駆動回路１１０に入力され、モータ駆動信号Ｉｒに基づいてモータ駆動回路１１０はモータ２０を駆動する。
なお、前記メイン／サブＭＣＵは、上述の第１０図の位相補償器、操舵補助指令値演算器、微分補償器、比例演算器、積分演算器、減算器（３０Ａ）及び加算器（３０Ｂ）の機能を持つものである。
バッテリ１４の入力をＯＮ／ＯＦＦするリレー１１１は、メインＭＣＵ１０１から出力されるリレーＯＮ／ＯＦＦ信号ＲＳ１及びサブＭＣＵ１０２から出力されるリレーＯＮ／ＯＦＦ信号ＲＳ２によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、モータ２０の電流はモータ電流検出回路１１２及び１１３で検出され、各モータ電流検出値Ｉｄはモータ端子電圧Ｖｍと共にメインＭＣＵ／１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力され、サブＭＣＵ１０２から出力されるモータ駆動禁止信号Ｍｐはモータ駆動回路１１０に入力されている。
また、サブＭＣＵ１０２は自分が演算したモータ電流指令値のモータ駆動方向を判定すると共に、メインＭＣＵ１０１がモータ駆動回路１１０へ出力したモータ駆動方向信号Ｄｓを入力し、双方の方向を比較することでメインＭＣＵ１０１の演算が正常に行われたか否かを判断する。
メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２は、いずれもトルク信号Ｔｒ、車速信号Ｖｓ、電流検出値Ｉｄ、モータ端子電圧Ｖｍに基づいてモータ駆動信号（電流指令値）Ｉｒを生成するが、メインＭＣＵ１０１からのモータ駆動信号（電流指令値）Ｉｒのみがモータ駆動回路１１０に入力される。
メインＭＣＵ１０１は、入力されたモータ電流検出信号に基づいて、モータ電流制御を行う。また、メインＭＣＵ１０１に入力されたモータ電流検出値は、メインＭＣＵ１０１とサブＭＣＵ１０２との間で行われるシリアル通信によってサブＭＣＵ１０２へも送られる。
モータ駆動回路３７の構成例を第２図に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂ（第１０図参照）からの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。なお、前記電流制御値Ｅとは、第１図におけるモータ駆動信号Ｉｒ及びモータ駆動方向信号Ｄｓを指す。
ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるＤｕｔｙ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに印加される電圧の大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、Ｄｕｔｙ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるＤｕｔｙ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、Ｄｕｔｙ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒを経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒを経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。
また、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒの両端における電圧降下に基いてモータ電流値の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
また、初期診断おいて、モータの電気的時定数より長く機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、その結果メインＭＣＵ・サブＭＣＵそれぞれが検出した電流値を、相互にシリアル通信でデータを交換し、両ＭＣＵ又はどちらかのＭＣＵが、想定された電流値と検出された電流値とを比較して、その差が所定範囲を超えていないかを比較することで、両モータ電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出できる。
さらに、常時診断においても、所定時間毎に、メインＭＣＵ、サブＭＣＵそれぞれが検出した電流値を、相互にシリアル通信でデータを交換し、両ＭＣＵ又はどちらかのＭＣＵで、その差が所定範囲を超えていないかを比較することで、両電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出できる。
上記のような構成において、二つのモータ電流検出回路で検出された電流検出値を相互に比較して、その差が所定値以上に生じた際には、操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流指令値とから演算された電流指令値に基づくモータ電流制御を停止し、少なくともどちらか一方のＭＣＵが、バッテリ電圧に基づき、モータの電気的時定数より長く機械的時定数より短い時間となるようなＤｕｔｙ比のＰＷＭ信号でモータを強制駆動し、それによって検出されたモータ電流と、バッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙ比から予想される電流（Ｉｃａｌ）とを比較して、故障したモータ電流検出回路を特定する。さらに、故障と判断したモータ電流検出回路の代わりに正常と判断したモータ電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を継続させること（代替制御）が可能となる。
第３図は、本発明の第１実施例を示すもので、２つのＭＣＵを用いた制御装置に係るものである。
１つの電流検出抵抗（シャント抵抗）で検出されたモータ電流信号は、２つのモータ電流検出回路１１２及び１１３にそれぞれ入力され、ローパスフィルタでノイズを除去して、その出力がメインＭＣＵ１０１、サブＭＣＵ１０２それぞれに入力される。
メインＭＣＵ１０１は、入力されたモータ電流検出信号に基づいて、モータ電流制御を行う。また、メインＭＣＵ１０１に入力されたモータ電流検出値は、メインＭＣＵ１０１とサブＭＣＵ１０２間に接続されているシリアル信号を経由して、サブＭＣＵ１０２へと入力される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によるモータ電流検出回路の故障の判定方法を第４図のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、各ステップにおける処理の左肩に示されている「Ｍ」若しくは「Ｓ」の記号は、その処理が行われるＭＣＵを表す。すなわち、「Ｍ」はメインＭＣＵ、「Ｓ」はサブＭＣＵを表している。第５図〜第７図のフローチャートについても同様である。
シャント抵抗で検出されたモータ電流検出信号は電圧信号としてモータ電流検出回路１１２及び１１３に入力され、ローパスフィルタを通って、メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に読み込まれる（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）。
前記読み込まれた各信号（Ｉｍａｉｎ、Ｉｓｕｂ）は、各ＭＣＵ内部の記憶手段（図示せず）に格納される（ステップＳ４０３、Ｓ４０４）。
次に、メインＭＣＵ１０１に読み込まれた電流検出値ＩｍａｉｎはサブＭＣＵ１０２へ送信され（ステップＳ４０５）、サブＭＣＵ１０２はそれを受信し（ステップＳ４０６）、サブＭＣＵ内の前記記憶手段（図示せず）に記憶される（ステップＳ４０７）。ここで、サブＭＣＵにおいて、ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値（ΔＩｄｅｔ）を超えているかどうかを判定する（ステップＳ４０８）。
ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値以下の場合は正常と判定し、通常の処理を行い（ステップＳ４０９）、ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値を超える場合（ステップＳ４０８のＹＥＳ）は、サブＭＣＵは、モータ駆動回路１１０に対してモータ駆動禁止信号Ｍｐを入力し、リレーＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＦＦにするフェールセーフ処理を行う（ステップＳ４１０）とともに、メインＭＣＵに対して、メインＭＣＵのモータ電流検出回路の故障を検出したことを、シリアル通信で知らせる（ステップＳ４１１）。サブＭＣＵから通知を受けたメインＭＣＵは、アシスト制御を中止するとともに、モータ駆動信号ＩｒやリレーＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＦＦにするフェールセーフ処理を行う（ステップＳ４１２）。
第５図は、電源投入直後のまだアシスト制御を行っていない状態における故障診断（初期診断）のフローチャートである。図を参照しつつ、初期診断について説明する。初期状態においては、まだトルクが発生していないため、モータには電流が流れていない。従って、モータに強制的に故障診断のための電流を流す必要がある。
そのために、まず、メインＭＣＵ１０１が、モータに電流を流すためのＰＷＭのＤｕｔｙを決める為に、バッテリ電圧を検出する（ステップＳ５０１）。
次に、メインＭＣＵは読み込んだバッテリ電圧を基にして、モータに電流を流すのに必要なＰＷＭのＤｕｔｙを算出し（ステップＳ５０２）、算出したＰＷＭのＤｕｔｙを出力して、モータに電圧を印加する（ステップＳ５０３）。なお、この場合、モータの電気的時定数より長く、かつ機械的時定数より短い時間だけモータに電流が流れるようにＰＷＭのＤｕｔｙが計算により設定される。
さらに、サブＭＣＵに対して「現在、モータに計算したＤｕｔｙを印加している。」とのメッセージをシリアル通信で送る（ステップＳ５０４）。所定時間経過後（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、メインＭＣＵとサブＭＣＵそれぞれが現在のモータ電流検出値を読み込む（ステップＳ５０６、Ｓ５０７）。これ以降の処理は第４図のフローチャートと同一であるので説明は省略する。
第４図若しくは第５図のフローチャートは、故障診断を行った結果、少なくとも何れか一方のモータ電流検出回路の故障が判明したときに、フェールセーフ処理を行ってアシスト制御を停止するようにしたものであるが、これから説明する第６図及び第７図のフローチャートに基づいた処理は、いずれか一方のモータ電流検出回路の故障が判明した場合であっても、すぐにはアシスト制御を停止しないで、まず、実際に故障しているモータ電流検出回路を特定するとともに、他方のモータ電流検出回路が故障しているか否かを診断し、正常であれば、故障と判断したモータ電流検出回路の代わりに正常と判断したモータ電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を行い、アシスト制御を継続するようにしたもの（代替制御）である。
なお、第５図のフローチャートによる処理は、メインＭＣＵ又はサブＭＣＵのいずれかが故障しているか否かを初期診断するものであるが、最初から次に述べる第６図のフローチャートによる処理、即ち、メインＭＣＵ又はサブＭＣＵのいずれかが故障しているとの前提のもとに、その故障しているＭＣＵを特定するための処理（第６図のステップＳ６０４以降の処理）を行うようにしてもよい。なぜなら、第５図の処理において故障が見つかれば、第６図の故障特定処理に移行することになるし、故障が見つからなかったら、そのまま通常の処理を継続することになるからである。
以下、第６図及び第７図に基づいて、故障したモータ電流検出回路の特定及び代替制御について説明する。
サブＭＣＵ１０２がメインＭＣＵの電流検出値（Ｉｍａｉｎ）を受信し、サブＭＣＵの電流検出値（Ｉｓｕｂ）と比較するまでのフローは、第４図におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０７或いは第５図におけるステップＳ５０１からステップＳ５１２までと同一であるので、その部分の説明は省略する。
ステップＳ６０１においてＹＥＳの場合、すなわち少なくともいずれか一方のモータ電流検出回路が故障と判定された場合、サブＭＣＵは、メインＭＣＵに対して通常制御処理の中止と強制駆動の指示を送信する（ステップＳ６０２）。
サブＭＣＵからの指示を受信すると（ステップＳ６０３）、メインＭＣＵはモータ印加電圧を出力するためのＰＷＭのＤｕｔｙを決める為に、その時のバッテリ電圧を検出する（ステップＳ６０４）。
次に、メインＭＣＵは読み込んだバッテリ電圧を基にして、モータ印加電圧を出力するのに必要なＰＷＭのＤｕｔｙを算出し（ステップＳ６０５）、算出したＰＷＭのＤｕｔｙを出力して、モータに電圧を印加する（ステップＳ６０６）。
さらに、サブＭＣＵに対して「現在、モータに計算したＤｕｔｙを印加している。」とのメッセージをシリアル通信で送る（ステップＳ６０７）。所定時間経過後（ステップＳ６０８のＹＥＳ）、メインＭＣＵとサブＭＣＵそれぞれが現在のモータ電流検出値を読み込む（ステップＳ６０９、Ｓ６１０）。前記読み込まれた各信号（Ｉｍａｉｎ、Ｉｓｕｂ）は、各ＭＣＵ内部の記憶手段（図示せず）に格納される（ステップＳ６１１、Ｓ６１２）。
次に、メインＭＣＵにおいては、前記検出したバッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙ比から想定される電流値（Ｉｃａｌ）を計算し（ステップＳ６１３）、これを前記モータ電流検出値（Ｉｍａｉｎ）とともにサブＭＣＵに送信する（ステップＳ６１４）。
一方、サブＭＣＵにおいては、ステップＳ６１４で送信されたＩｍａｉｎとＩｃａｌを受信して内部の記憶手段（図示せず）に格納する（ステップＳ６１５）。以下、一定のモータ印加電圧を出力した時に発生するモータ電流推定値（Ｉｃａｌ）と実際のモータ電流検出値（Ｉｍａｉｎ又はＩｓｕｂ）とを比較することで、故障した電流検出回路を特定する手順について説明する。
まず、ステップＳ６１６において、ＩｍａｉｎとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。そこで、差が所定の値を超えていれば、メインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障していると判定される（ステップＳ６１６のＹＥＳ）。次に、ステップＳ６１７において、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。これは、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障しているか否かを調べるために行うものである。
ここで、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていれば（ステップＳ６１７のＹＥＳ）、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路も故障していると判断され、ステップＳ６１８乃至Ｓ６２０のフェールセーフ等の処理を行い、システムを停止する。フェールセーフ等の処理の内容は、上述のステップＳ４１０乃至Ｓ４１２の処理と同じであるので、説明は省略する。
これに対して、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値以下であれば、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路は正常であると判断できるので、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路の出力に基づいてモータ電流制御を行い、アシスト制御を継続するために、以下に述べるステップＳ６２１乃至Ｓ６２４の処理を行う。
すなわち、サブＭＣＵからメインＭＣＵに対して、メインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が異常である旨を伝え、今後はサブＭＣＵから送信する電流検出値で電流制御を行うよう指示するとともに、出力電流を所定値以下に制限するように指示する（ステップＳ６２１）。次に、メインＭＣＵに対してサブＭＣＵの電流検出値を送信する（ステップＳ６２２）。一方、メインＭＣＵでは、サブＭＣＵから送信された電流検出値を受信し（ステップＳ６２３）、その電流検出値に基づいて電流制御を行う（ステップＳ６２４）。
これに対して、ステップＳ６１６においてメインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が正常と判定された場合（ステップＳ６１６のＮＯ）は、ステップＳ６２５において、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。これは、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障しているか否かを調べるために行うものである。
ここで、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていれば（ステップＳ６２５のＹＥＳ）、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障していると判断されるので、メインＭＣＵに対して、サブＭＣＵのモータ電流検出回路が異常である旨を伝え、今後はサブＭＣＵの電流検出値を用いた異常診断は行わないよう指示するとともに、出力電流は所定値以下に制限するよう指示を行う（ステップＳ６２６）。
以上のようにして代替制御が可能となる。
これに対して、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値以下であれば、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路も正常であると判断されるので、通常の処理を継続して行う（ステップＳ６２７）。
第８図は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の第二実施例を示すものであり、１つのＭＣＵに対して、２つのモータ電流検出回路の出力が入力されるものである。この場合は、１つのＭＣＵの中で、２つのモータ電流検出値を比較することになるが、上述のような二つのＭＣＵで行う場合と実質的には同じであることは明らかである。
産業上の利用可能性
上述のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障が精度よく検出でき、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常の検出が可能となるとともに、故障を検出した際にその代替制御が実施できるようなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例を示す全体構成のブロック図である。第２図は、モータ駆動回路の構成例を示す図である。第３図は、本発明の第１実施例を示すもので、２つのＭＣＵを用いた制御装置に係るものである。第４図は、本発明によるモータ電流検出回路の故障の判定の手順を示すフローチャートである。第５図は、モータ電流検出回路の故障の初期診断の手順を示すフローチャートである。第６図は、故障したモータ電流検出回路の特定及びその後の代替制御の手順を示すフローチャートである。第７図は、第６図に示すフローチャートの続きである。第８図は、本発明の第二実施例を示すものである。第９図は、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構成図である。第１０図は、電動パワーステアリング装置の制御装置の一例を示すブロック構成図である。第１１図は、モータ電流検出回路の故障を診断する装置の従来例を示した図である。
本発明は、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備え、また、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
背景技術
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。
かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。
フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のＤｕｔｙ比の調整で行っている。
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を第９図に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１、リレー１３によりバッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと第１０図のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分演算器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流指令値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
しかしながら、前記モータ電流検出回路３８が故障した場合は、正確なモータ電流を測定することができず、この結果、必要以上の電流がモータに流れて過大なアシストトルクを発生させたり、或いはモータに必要な量の電流が供給されず、十分なアシストトルクが得られないという不都合が発生することになる。
また、前記モータ電流検出回路３８の動作を確認するためにモータに電流を流すと、モータが回転してしまい、クラッチ２１がＯＮ状態では操向ハンドル１が回転し、不測の事故が発生するおそれがある。
従って、モータ電流検出回路の故障を判定する手段を提供することは、事故防止の上でも極めて重要な課題となる。従来、かかる課題を解決するための一つの提案が、本出願の発明者によってなされている（特開平８−９１２４０号公報）。
かかる従来のモータ電流検出回路の構成は、電流検出抵抗に流れる電流によって発生する電圧を、ピークホールドしてその信号を増幅し、それを用いてモータ電流制御や故障検出を行っていた。
従来の電流検出回路の異常検出は、出荷後の故障によって発生した電流検出回路の異常なドリフト電圧の検出を目的として、あらかじめ（出荷の際に）記憶された電流検出のドリフト電圧の値とイグニションスイッチをオンした直後に検出したドリフトの値とを比較して、その差が所定値より増加又は減少していないかを診断していた（初期診断）。
また、電流検出回路内部のショート故障の検出を目的として、モータの電気的時定数より長く、機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、所定電流値より多く流れるか否かを確認したりしていた。（特開平８−９１２４０）
また、制御性と安全性を高めるため、第１１図のように、メイン及びサブの２つのＭＣＵを用い、前記電流検出信号を分岐してメインＭＣＵとサブＭＣＵへ入力して電流制御や故障検出を行うことも、前記発明者によって提案されている（特開２００１−１８８１９号公報）。
すなわち、第１１図において、モータ電流ｉが電流検出抵抗（シャント抵抗）に流れることにより発生する電圧が、モータ電流検出回路１１２に入力され、それがローパスフィルタを通って、メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力されるので、片方のＭＣＵが故障すれば、もう片方の入力値と食い違うため、ＭＣＵの故障を発見することが容易となり、制御性と安全性を高めることができた。
上記のような異常検出手段によって、電流検出回路が故障していると判断した際には、モータ電流制御を停止し、アシスト停止状態にしていた。
しかしながら、上記のようにＭＣＵを２つにして制御性や安全性を高めたとしても、以下のような３つの問題点が残されていた。
第一には、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障を精度良く検出することが出来なかったということである。
すなわち、モータ電流検出回路の電流増幅部が故障した場合、特に操舵中の故障は検出することが出来なかった。もし、電流増幅部が操舵中に故障して、モータ検出電流が正常な状態より小さくなってしまった場合には、ＭＣＵ内で行われる電流制御によって前記モータ検出電流が電流指令値より小さいと判断され、所定の電流値より大きな電流がモータへ流されることになる。このような状態でドライバーが操舵した際には、想定していたアシストトルクより大きなトルクとなり、ステアリングを切りすぎたり、ステアリングが振動するような不安定な状態になる可能性があった。
そのために、モータ電流検出回路の電流増幅部が正常であるか否かを判断する異常検出手段が必要とされていた。
第二には、モータ電流制御を行っている最中（動作中）のモータ電流検出回路の故障が検出できなかったということである。
動作中はＭＣＵで演算してモータ電流制御を行っているため、モータ電流検出回路の故障検出をするためには、いったんモータ電流制御演算を停止して、モータ電流検出回路のオフセットやショート故障を検出しなければならなかった。
このため、初期診断以外はモータ電流検出回路の異常検出を行うことは出来なかった。
しかし、電子部品の故障は、偶発的に発生する可能性があり、動作中のモータ電流検出回路の故障診断は必要であった。
第三には、モータ電流検出回路が故障した場合は、アシストを停止しなければならず、代替制御の手段がなかったということである。
従来、初期診断でモータ電流検出回路の故障と判断されてしまうと、モータ電流を正常に検出する手段が無くなるため、その後はアシスト制御を停止しなければならなかった。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障が精度よく検出でき、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備えるとともに、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常が検出可能な機能を備え、また、故障を検出した際にその代替制御を実施できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出値と、から演算された電流指令値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与えるように前記モータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータに流れる電流を単一の電流検出抵抗で検出し、該検出された信号を、複数のモータ電流検出回路に並列に入力し、該複数のモータ電流検出回路からの出力を比較することにより、前記モータ電流検出回路の故障を判定する機能を設けることによって達成される。
また、本発明の上記目的は、前記電動パワーステアリング装置の制御装置が、メインＭＣＵ及びサブＭＣＵの２つのＭＣＵを有し、かつ、前記複数のモータ電流検出回路の個数が２であって、該２個のモータ電流検出回路の出力データのうち、一方を前記メインＭＣＵに入力し、他方を前記サブＭＣＵに入力するとともに、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間における通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成されることにより、効果的に達成される。
さらに、本発明の上記目的は、前記モータ電流検出回路の故障の初期診断おいて、モータの電気的時定数より長く、かつ機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、その結果、メインＭＣＵ、サブＭＣＵにそれぞれ入力された前記２個のモータ電流検出回路の各出力データを、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成することにより、或いは、モータ電流の制御中において、所定時間毎に、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも１つが故障していると判定するように構成することにより、或いは、前記二つのデータを相互に比較して、その差が所定値を超えた場合には、操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流指令値とから演算された電流指令値に基づくモータ電流制御を停止し、少なくともどちらか一方のＭＣＵが、バッテリ電圧に基づく所定のＤｕｔｙのＰＷＭ信号でモータを強制駆動し、それによって検出された電流と、バッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙから予想される電流とを比較して、故障したモータ電流検出回路を特定し、或いは、前記故障と特定されたモータ電流検出回路の代わりに正常と判断した電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を継続させることによって、より効果的に達成される。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、２つのモータ電流検出回路を設け、一方のモータ電流検出回路の出力をメインＭＣＵに入力し、他方のモータ電流検出回路の出力をサブＭＣＵに入力し、それぞれのモータ電流検出回路で検出されたモータ電流検出値を、メインＭＣＵとサブＭＣＵの相互に比較することで、両モータ電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出することを主な特徴としている。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例を示す全体構成のブロック図であり、トルクセンサ１０からのトルク信号Ｔｒ、車速センサ１２からの車速信号Ｖｓ及びエンジン回転信号はメインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力され、メインＭＣＵ１０１で演算されたモータ駆動信号Ｉｒはモータ駆動回路１１０に入力され、モータ駆動信号Ｉｒに基づいてモータ駆動回路１１０はモータ２０を駆動する。
なお、前記メイン／サブＭＣＵは、上述の第１０図の位相補償器、操舵補助指令値演算器、微分補償器、比例演算器、積分演算器、減算器（３０Ａ）及び加算器（３０Ｂ）の機能を持つものである。
バッテリ１４の入力をＯＮ／ＯＦＦするリレー１１１は、メインＭＣＵ１０１から出力されるリレーＯＮ／ＯＦＦ信号ＲＳ１及びサブＭＣＵ１０２から出力されるリレーＯＮ／ＯＦＦ信号ＲＳ２によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、モータ２０の電流はモータ電流検出回路１１２及び１１３で検出され、各モータ電流検出値Ｉｄはモータ端子電圧Ｖｍと共にメインＭＣＵ／１０１及びサブＭＣＵ１０２に入力され、サブＭＣＵ１０２から出力されるモータ駆動禁止信号Ｍｐはモータ駆動回路１１０に入力されている。
また、サブＭＣＵ１０２は自分が演算したモータ電流指令値のモータ駆動方向を判定すると共に、メインＭＣＵ１０１がモータ駆動回路１１０へ出力したモータ駆動方向信号Ｄｓを入力し、双方の方向を比較することでメインＭＣＵ１０１の演算が正常に行われたか否かを判断する。
メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２は、いずれもトルク信号Ｔｒ、車速信号Ｖｓ、電流検出値Ｉｄ、モータ端子電圧Ｖｍに基づいてモータ駆動信号（電流指令値）Ｉｒを生成するが、メインＭＣＵ１０１からのモータ駆動信号（電流指令値）Ｉｒのみがモータ駆動回路１１０に入力される。
メインＭＣＵ１０１は、入力されたモータ電流検出信号に基づいて、モータ電流制御を行う。また、メインＭＣＵ１０１に入力されたモータ電流検出値は、メインＭＣＵ１０１とサブＭＣＵ１０２との間で行われるシリアル通信によってサブＭＣＵ１０２へも送られる。
モータ駆動回路３７の構成例を第２図に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂ（第１０図参照）からの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。なお、前記電流制御値Ｅとは、第１図におけるモータ駆動信号Ｉｒ及びモータ駆動方向信号Ｄｓを指す。
ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるＤｕｔｙ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに印加される電圧の大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、Ｄｕｔｙ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるＤｕｔｙ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、Ｄｕｔｙ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒを経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒを経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。
また、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒの両端における電圧降下に基いてモータ電流値の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
また、初期診断おいて、モータの電気的時定数より長く機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、その結果メインＭＣＵ・サブＭＣＵそれぞれが検出した電流値を、相互にシリアル通信でデータを交換し、両ＭＣＵ又はどちらかのＭＣＵが、想定された電流値と検出された電流値とを比較して、その差が所定範囲を超えていないかを比較することで、両モータ電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出できる。
さらに、常時診断においても、所定時間毎に、メインＭＣＵ、サブＭＣＵそれぞれが検出した電流値を、相互にシリアル通信でデータを交換し、両ＭＣＵ又はどちらかのＭＣＵで、その差が所定範囲を超えていないかを比較することで、両電流検出回路の少なくとも一方の故障を検出できる。
上記のような構成において、二つのモータ電流検出回路で検出された電流検出値を相互に比較して、その差が所定値以上に生じた際には、操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流指令値とから演算された電流指令値に基づくモータ電流制御を停止し、少なくともどちらか一方のＭＣＵが、バッテリ電圧に基づき、モータの電気的時定数より長く機械的時定数より短い時間となるようなＤｕｔｙ比のＰＷＭ信号でモータを強制駆動し、それによって検出されたモータ電流と、バッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙ比から予想される電流（Ｉｃａｌ）とを比較して、故障したモータ電流検出回路を特定する。さらに、故障と判断したモータ電流検出回路の代わりに正常と判断したモータ電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を継続させること（代替制御）が可能となる。
第３図は、本発明の第１実施例を示すもので、２つのＭＣＵを用いた制御装置に係るものである。
１つの電流検出抵抗（シャント抵抗）で検出されたモータ電流信号は、２つのモータ電流検出回路１１２及び１１３にそれぞれ入力され、ローパスフィルタでノイズを除去して、その出力がメインＭＣＵ１０１、サブＭＣＵ１０２それぞれに入力される。
メインＭＣＵ１０１は、入力されたモータ電流検出信号に基づいて、モータ電流制御を行う。また、メインＭＣＵ１０１に入力されたモータ電流検出値は、メインＭＣＵ１０１とサブＭＣＵ１０２間に接続されているシリアル信号を経由して、サブＭＣＵ１０２へと入力される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によるモータ電流検出回路の故障の判定方法を第４図のフローチャートに基づいて詳細に説明する。なお、各ステップにおける処理の左肩に示されている「Ｍ」若しくは「Ｓ」の記号は、その処理が行われるＭＣＵを表す。すなわち、「Ｍ」はメインＭＣＵ、「Ｓ」はサブＭＣＵを表している。第５図〜第７図のフローチャートについても同様である。
シャント抵抗で検出されたモータ電流検出信号は電圧信号としてモータ電流検出回路１１２及び１１３に入力され、ローパスフィルタを通って、メインＭＣＵ１０１及びサブＭＣＵ１０２に読み込まれる（ステップＳ４０１、Ｓ４０２）。
前記読み込まれた各信号（Ｉｍａｉｎ、Ｉｓｕｂ）は、各ＭＣＵ内部の記憶手段（図示せず）に格納される（ステップＳ４０３、Ｓ４０４）。
次に、メインＭＣＵ１０１に読み込まれた電流検出値ＩｍａｉｎはサブＭＣＵ１０２へ送信され（ステップＳ４０５）、サブＭＣＵ１０２はそれを受信し（ステップＳ４０６）、サブＭＣＵ内の前記記憶手段（図示せず）に記憶される（ステップＳ４０７）。ここで、サブＭＣＵにおいて、ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値（ΔＩｄｅｔ）を超えているかどうかを判定する（ステップＳ４０８）。
ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値以下の場合は正常と判定し、通常の処理を行い（ステップＳ４０９）、ＩｍａｉｎとＩｓｕｂの差が予め定めた値を超える場合（ステップＳ４０８のＹＥＳ）は、サブＭＣＵは、モータ駆動回路１１０に対してモータ駆動禁止信号Ｍｐを入力し、リレーＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＦＦにするフェールセーフ処理を行う（ステップＳ４１０）とともに、メインＭＣＵに対して、メインＭＣＵのモータ電流検出回路の故障を検出したことを、シリアル通信で知らせる（ステップＳ４１１）。サブＭＣＵから通知を受けたメインＭＣＵは、アシスト制御を中止するとともに、モータ駆動信号ＩｒやリレーＯＮ／ＯＦＦ信号をＯＦＦにするフェールセーフ処理を行う（ステップＳ４１２）。
第５図は、電源投入直後のまだアシスト制御を行っていない状態における故障診断（初期診断）のフローチャートである。図を参照しつつ、初期診断について説明する。初期状態においては、まだトルクが発生していないため、モータには電流が流れていない。従って、モータに強制的に故障診断のための電流を流す必要がある。
そのために、まず、メインＭＣＵ１０１が、モータに電流を流すためのＰＷＭのＤｕｔｙを決める為に、バッテリ電圧を検出する（ステップＳ５０１）。
次に、メインＭＣＵは読み込んだバッテリ電圧を基にして、モータに電流を流すのに必要なＰＷＭのＤｕｔｙを算出し（ステップＳ５０２）、算出したＰＷＭのＤｕｔｙを出力して、モータに電圧を印加する（ステップＳ５０３）。なお、この場合、モータの電気的時定数より長く、かつ機械的時定数より短い時間だけモータに電流が流れるようにＰＷＭのＤｕｔｙが計算により設定される。
さらに、サブＭＣＵに対して「現在、モータに計算したＤｕｔｙを印加している。」とのメッセージをシリアル通信で送る（ステップＳ５０４）。所定時間経過後（ステップＳ５０５のＹＥＳ）、メインＭＣＵとサブＭＣＵそれぞれが現在のモータ電流検出値を読み込む（ステップＳ５０６、Ｓ５０７）。これ以降の処理は第４図のフローチャートと同一であるので説明は省略する。
第４図若しくは第５図のフローチャートは、故障診断を行った結果、少なくとも何れか一方のモータ電流検出回路の故障が判明したときに、フェールセーフ処理を行ってアシスト制御を停止するようにしたものであるが、これから説明する第６図及び第７図のフローチャートに基づいた処理は、いずれか一方のモータ電流検出回路の故障が判明した場合であっても、すぐにはアシスト制御を停止しないで、まず、実際に故障しているモータ電流検出回路を特定するとともに、他方のモータ電流検出回路が故障しているか否かを診断し、正常であれば、故障と判断したモータ電流検出回路の代わりに正常と判断したモータ電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を行い、アシスト制御を継続するようにしたもの（代替制御）である。
なお、第５図のフローチャートによる処理は、メインＭＣＵ又はサブＭＣＵのいずれかが故障しているか否かを初期診断するものであるが、最初から次に述べる第６図のフローチャートによる処理、即ち、メインＭＣＵ又はサブＭＣＵのいずれかが故障しているとの前提のもとに、その故障しているＭＣＵを特定するための処理（第６図のステップＳ６０４以降の処理）を行うようにしてもよい。なぜなら、第５図の処理において故障が見つかれば、第６図の故障特定処理に移行することになるし、故障が見つからなかったら、そのまま通常の処理を継続することになるからである。
以下、第６図及び第７図に基づいて、故障したモータ電流検出回路の特定及び代替制御について説明する。
サブＭＣＵ１０２がメインＭＣＵの電流検出値（Ｉｍａｉｎ）を受信し、サブＭＣＵの電流検出値（Ｉｓｕｂ）と比較するまでのフローは、第４図におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０７或いは第５図におけるステップＳ５０１からステップＳ５１２までと同一であるので、その部分の説明は省略する。
ステップＳ６０１においてＹＥＳの場合、すなわち少なくともいずれか一方のモータ電流検出回路が故障と判定された場合、サブＭＣＵは、メインＭＣＵに対して通常制御処理の中止と強制駆動の指示を送信する（ステップＳ６０２）。
サブＭＣＵからの指示を受信すると（ステップＳ６０３）、メインＭＣＵはモータ印加電圧を出力するためのＰＷＭのＤｕｔｙを決める為に、その時のバッテリ電圧を検出する（ステップＳ６０４）。
次に、メインＭＣＵは読み込んだバッテリ電圧を基にして、モータ印加電圧を出力するのに必要なＰＷＭのＤｕｔｙを算出し（ステップＳ６０５）、算出したＰＷＭのＤｕｔｙを出力して、モータに電圧を印加する（ステップＳ６０６）。
さらに、サブＭＣＵに対して「現在、モータに計算したＤｕｔｙを印加している。」とのメッセージをシリアル通信で送る（ステップＳ６０７）。所定時間経過後（ステップＳ６０８のＹＥＳ）、メインＭＣＵとサブＭＣＵそれぞれが現在のモータ電流検出値を読み込む（ステップＳ６０９、Ｓ６１０）。前記読み込まれた各信号（Ｉｍａｉｎ、Ｉｓｕｂ）は、各ＭＣＵ内部の記憶手段（図示せず）に格納される（ステップＳ６１１、Ｓ６１２）。
次に、メインＭＣＵにおいては、前記検出したバッテリ電圧とＰＷＭのＤｕｔｙ比から想定される電流値（Ｉｃａｌ）を計算し（ステップＳ６１３）、これを前記モータ電流検出値（Ｉｍａｉｎ）とともにサブＭＣＵに送信する（ステップＳ６１４）。
一方、サブＭＣＵにおいては、ステップＳ６１４で送信されたＩｍａｉｎとＩｃａｌを受信して内部の記憶手段（図示せず）に格納する（ステップＳ６１５）。以下、一定のモータ印加電圧を出力した時に発生するモータ電流推定値（Ｉｃａｌ）と実際のモータ電流検出値（Ｉｍａｉｎ又はＩｓｕｂ）とを比較することで、故障した電流検出回路を特定する手順について説明する。
まず、ステップＳ６１６において、ＩｍａｉｎとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。そこで、差が所定の値を超えていれば、メインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障していると判定される（ステップＳ６１６のＹＥＳ）。次に、ステップＳ６１７において、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。これは、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障しているか否かを調べるために行うものである。
ここで、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていれば（ステップＳ６１７のＹＥＳ）、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路も故障していると判断され、ステップＳ６１８乃至Ｓ６２０のフェールセーフ等の処理を行い、システムを停止する。フェールセーフ等の処理の内容は、上述のステップＳ４１０乃至Ｓ４１２の処理と同じであるので、説明は省略する。
これに対して、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値以下であれば、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路は正常であると判断できるので、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路の出力に基づいてモータ電流制御を行い、アシスト制御を継続するために、以下に述べるステップＳ６２１乃至Ｓ６２４の処理を行う。
すなわち、サブＭＣＵからメインＭＣＵに対して、メインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が異常である旨を伝え、今後はサブＭＣＵから送信する電流検出値で電流制御を行うよう指示するとともに、出力電流を所定値以下に制限するように指示する（ステップＳ６２１）。次に、メインＭＣＵに対してサブＭＣＵの電流検出値を送信する（ステップＳ６２２）。一方、メインＭＣＵでは、サブＭＣＵから送信された電流検出値を受信し（ステップＳ６２３）、その電流検出値に基づいて電流制御を行う（ステップＳ６２４）。
これに対して、ステップＳ６１６においてメインＭＣＵ側のモータ電流検出回路が正常と判定された場合（ステップＳ６１６のＮＯ）は、ステップＳ６２５において、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていないかを調べる。これは、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障しているか否かを調べるために行うものである。
ここで、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値を超えていれば（ステップＳ６２５のＹＥＳ）、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路が故障していると判断されるので、メインＭＣＵに対して、サブＭＣＵのモータ電流検出回路が異常である旨を伝え、今後はサブＭＣＵの電流検出値を用いた異常診断は行わないよう指示するとともに、出力電流は所定値以下に制限するよう指示を行う（ステップＳ６２６）。
以上のようにして代替制御が可能となる。
これに対して、ＩｓｕｂとＩｃａｌとの差が所定の値以下であれば、サブＭＣＵ側のモータ電流検出回路も正常であると判断されるので、通常の処理を継続して行う（ステップＳ６２７）。
第８図は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の第二実施例を示すものであり、１つのＭＣＵに対して、２つのモータ電流検出回路の出力が入力されるものである。この場合は、１つのＭＣＵの中で、２つのモータ電流検出値を比較することになるが、上述のような二つのＭＣＵで行う場合と実質的には同じであることは明らかである。
産業上の利用可能性
上述のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータ電流検出回路の電流増幅部の故障が精度よく検出でき、操舵中においてもモータ電流検出回路の異常の検出が可能となるとともに、故障を検出した際にその代替制御が実施できるようなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例を示す全体構成のブロック図である。第２図は、モータ駆動回路の構成例を示す図である。第３図は、本発明の第１実施例を示すもので、２つのＭＣＵを用いた制御装置に係るものである。第４図は、本発明によるモータ電流検出回路の故障の判定の手順を示すフローチャートである。第５図は、モータ電流検出回路の故障の初期診断の手順を示すフローチャートである。第６図は、故障したモータ電流検出回路の特定及びその後の代替制御の手順を示すフローチャートである。第７図は、第６図に示すフローチャートの続きである。第８図は、本発明の第二実施例を示すものである。第９図は、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構成図である。第１０図は、電動パワーステアリング装置の制御装置の一例を示すブロック構成図である。第１１図は、モータ電流検出回路の故障を診断する装置の従来例を示した図である。
Claims (5)
- ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータ電流検出値と、から演算された電流指令値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与えるように前記モータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記モータに流れる電流を検出する単一の電流検出抵抗と、
該検出された電流検出信号がそれぞれ並列に入力される２個のモータ電流検出回路と、
メインＭＣＵ及びサブＭＣＵの２つのＭＣＵを備え、
前記２個のモータ電流検出回路の出力データのうち、一方を前記メインＭＣＵに入力し、他方を前記サブＭＣＵに入力するとともに、
前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間における通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも一方が故障している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装置。 - 前記モータ電流検出回路の故障判定おいて、モータの電気的時定数より長く、かつ機械的時定数より短い時間だけモータに電流を流し、その結果、前記メインＭＣＵ、サブＭＣＵにそれぞれ入力された前記２個のモータ電流検出回路の各出力データを、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも一方が故障していると判定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装置の制御装置。
- モータ電流の制御中において、所定時間毎に、前記メインＭＣＵとサブＭＣＵ間におけるシリアル通信により、少なくともいずれか一方のＭＣＵの前記データを他方のＭＣＵへ送り、該他方のＭＣＵにおいて前記各データの差を求め、その差が所定の値を超えている場合に、前記モータ電流検出回路のうち少なくとも一方が故障していると判定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装置の制御装置。
- 前記二つのデータを相互に比較して、その差が所定値を超えた場合には、操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流指令値とから演算された電流指令値に基づくモータ電流制御を停止し、少なくともどちらか一方のＭＣＵが、バッテリ電圧に基づく所定のDutyのPWM信号でモータを強制駆動し、それによって検出された電流と、バッテリ電圧とPWMのDutyから予想される電流とを比較して、故障したモータ電流検出回路を特定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記故障と特定されたモータ電流検出回路の代わりに正常と判断した電流検出回路の出力に基づいて、モータ電流制御を継続させることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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