JP4449771B2

JP4449771B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4449771B2
Application number: JP2005031578A
Authority: JP
Inventors: 信彦瓜生
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: JP2005263202A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に使用される電動パワーステアリング制御装置は、通常、車両の走行速度と操舵軸に加わる操舵トルクとを検出し、これらの検出値に応じたアシストモータの目標電流値を設定してこの目標電流値と実際にアシストモータに流れる電流のフィードバック値との偏差を検出し、この偏差を解消するように出力回路を駆動することにより、アシストモータを制御して車速と操舵トルクとに適応したアシストトルクを得ている。また、このアシストモータにはブラシレスモータを使用することによりブラシに起因するトラブルを解消し、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を得ている。

このような制御法において、ブラシレスモータの駆動電流を検出する電流検出手段において検出誤差が生じた場合、ブラシレスモータにはトルクリップルが発生して操舵感覚に違和感が生じることになり、モータ電流検出手段による検出誤差を補正する必要が生ずる。

そこで、温度の変動などによりモータ電流検出手段のオフセット値が変動した場合においてもこのオフセット値の補正ができ、常にアシストモータのトルクリップルを低減して良好な操舵フィーリングを確保することが可能な電動パワーステアリング制御装置が考案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２９４３２号公報

しかしながら、このオフセット値は、オペアンプ等の電流検出手段を構成する素子の温度特性に依存しており、温度の上昇によりオフセット値が増加傾向にあるもの、減少傾向にあるもの、さらには、ある温度を境にして温度が上昇あるいは降下するとオフセット値が増加傾向になるような略Ｕ字状にオフセット値が変化するものもある。

特許文献１の構成では素子の温度特性を考慮しておらず、素子の温度特性を該素子の公差をも考慮してオフセット値の許容範囲を設定すると、オフセット値の設定範囲幅が大きくなりすぎ、実際にモータ電流検出部に異常が発生しても、その異常を検出できないという問題があった。

また、例えば、温度の上昇によりオフセット値が増加傾向になるような素子のみを選別して電流検出手段を構成する方法もあるが、選別するための工数が増加すること、選別時の歩留まりを考慮すると製品数量以上に素子を確保する必要があること、製品に使用できない素子の取り扱い（例えば処分あるいは転用）等によって製造コストが上昇してしまう。

上記問題を背景として、本発明の課題は、低コストで精度よく電流検出手段の異常を検出することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための電動パワーステアリング装置を提供するものである。即ち、操舵トルク信号に基づいてモータへ通電する電流指令値を決定し、電流指令値に基づいてモータを通電駆動して操舵補助を行なう電動パワーステアリング装置であって、モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、モータに含まれ、電流検出手段によって生ずるモータ電流の正常値からの変動量を補償するオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、算出されたオフセット補正量を記憶するオフセット補正量記憶手段と、電流検出手段の温度を検出する温度検出手段と、検出された温度に対応するオフセット補正量の上限値および下限値を演算するオフセット上下限値演算手段と、オフセット補正量が上限値および下限値の範囲内にない場合に電流検出手段が異常であると判定する異常判定手段とを備えることを前提とする。

従来の技術では、図４のように素子の公差を考慮してオフセット補正量すなわちオフセット電圧の許容範囲を設定すると、オフセット補正量の設定範囲幅が素子の動作温度範囲において低温側の温度Ｔ１ではＶ１の範囲で高温側の温度Ｔ２ではＶ２の範囲となっていても、素子の動作温度範囲の全領域においてＶ１とＶ２を重ね合わせたＶ３で示される範囲となり、オフセット補正量の設定範囲幅が大きくなりすぎる。この場合、温度Ｔ１のときはＶ１’で示される範囲は本来は許容範囲でないにもかかわらずオフセット補正量は正常と判断され異常を検出することができない。同様に、温度Ｔ２のときはＶ２’で示される範囲は本来は許容範囲でないにもかかわらずオフセット補正量は正常と判断され異常を検出することができない。本発明の構成では、温度Ｔ１ではＶ１の範囲のみ，温度Ｔ２ではＶ２の範囲のみというように検出された温度に応じてオフセット補正量の上限値および下限値を演算することが可能となるため、電流検出手段を構成するオペアンプ等の素子の温度特性によらず精度よく電流検出手段の異常検出が可能となる。

具体的には、オフセット補正量記憶手段は、電流検出手段の動作温度範囲の低温側にある第１の温度におけるオフセット補正量の上限値および下限値、および動作温度範囲において第１の温度よりもより高温である第２の温度におけるオフセット補正量の上限値および下限値を記憶し、オフセット上下限値演算手段は、第１および第２の温度におけるオフセット補正量の上限値から検出された温度に対応するオフセット補正量の上限値を演算し、第１および第２の温度におけるオフセット補正量の下限値から検出された温度に対応するオフセット補正量の下限値を演算する構成をとる。電流検出手段を構成するオペアンプ等の素子は素子ごとの公差を持つため、オフセット補正量の温度特性も製品毎に異なる。本構成によって、例えば図４のように、製品出荷時に製品毎の動作温度範囲の低温側の温度すなわち本発明の第１の温度Ｔ１におけるオフセット補正量の上限値をＶ１ａ，下限値をＶ１ｂ、高温側の温度すなわち本発明の第２の温度Ｔ２におけるオフセット補正量の上限値をＶ２ａ，下限値をＶ２ｂとすると、動作温度範囲におけるオフセット補正量の上限値はＶ１ａとＶ２ａとを結んだ線分Ｖａ，同様に下限値はＶ１ｂとＶ２ｂとを結んだ線分Ｖｂとなる。この線分Ｖａおよび線分Ｖｂを用いれば動作温度範囲の任意の温度におけるオフセット補正量の上下限値を近似計算や補間計算等によって求めることができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置における電流検出手段は、モータ電流が流れる経路に挿入されたシャント抵抗を含み、シャント抵抗の両端に発生する電圧をモータ電流として検出するものであり、モータ電流が流れていないときにシャント抵抗の両端に発生する電圧をオフセット補正量とする構成をとる。一般に、抵抗に流れる電流と該抵抗の両端に発生する電圧にはオームの法則による所定の関係がある。また、電動パワーステアリング装置のモータ電流は数１０〜１００Ａ程度の値となる。これを直接測定するには相応の耐電流特性をもつ部品を使用する必要がありコスト上昇の要因となる。また、電流により発生する電磁力を用いて電流を測定する方法もあるが、測定部がコイル等を含み大型化しコストも上昇する。本構成によって、直接電流値を測定するよりも、低コストかつ簡便な方法でモータ電流を測定することができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置における異常判定手段は、電流検出手段が異常であると判定した場合には、オフセット補正量の上限値もしくは下限値を新たなオフセット補正量とし、オフセット補正量記憶手段は該新たなオフセット補正量を記憶する構成をとる。本構成によって、算出されたオフセット補正量が異常であった場合でも、オフセット補正量を用いて演算を行なう際に影響がないように、すなわち、電動パワーステアリング装置の動作に影響がないようにすることが可能となる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、電流検出手段により検出されたモータ電流に相当する電圧の値から、オフセット補正量記憶手段に記憶されている検出された温度に対応するオフセット補正量を差し引いたものに所定の係数を乗ずることによりモータ電流の値を求める構成をとる。本構成によって、動作温度範囲内において温度によらず精度よくモータ電流の値を求めることが可能となる。

低コストで精度よくモータ電流検出部の異常を検出することが可能な電動パワーステアリング装置を、温度に対応するモータ電流のオフセット値の上下限値を演算することにより実現した。

以下、本発明の実施の形態の一例である電動パワーステアリング装置について、図面を用いて説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置１の構成図である。操舵ハンドル１０が操舵軸１２ａに接続されている。また、この操舵軸１２ａの下端はトルクセンサ１１に接続されており、ピニオンシャフト１２ｂの上端がトルクセンサ１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１６内においてラックバー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を介して操舵輪２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂにはモータ１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられていて、いわゆる、コラムタイプの電動パワーステアリング装置を構成している。

トルクセンサ１１は周知の図示しないトーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対の図示しないレゾルバを備えている。ハンドル軸１２ａが回転すると、トーションバーの回転量に応じたトルクが印加され、その両端の角度差をレゾルバが検知すると、レゾルバで計測された角度差とトーションバーのばね定数とからトーションバーに印加されたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

また、モータ１５の回転角度位置は、ロータリエンコーダあるいはレゾルバ等の周知の角度検出部からなるモータ回転角センサ９により検出される。モータ回転角センサ９で検出された回転角度位置信号は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０は周知のＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ３４およびこれらの構成を接続するバスライン３５が備えられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ３３は、プログラム格納領域３３ａとデータ記憶領域３３ｂとを有している。プログラム格納領域３３ａには操舵制御プログラム３３ｐが格納される。データ記憶領域３３ｂには操舵制御プログラム３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部３０は本発明のオフセット補正量算出手段，オフセット上下限値演算手段，異常判定手段であるＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ１１で検出された操舵トルクに対応した駆動トルクを算出し、モータドライバ１４を介してモータ１５に算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加し、本発明の電流検出手段である電流センサ８から得られるモータ電流値からモータが発生している実トルクを算出し、実トルクが駆動トルクと一致するようにフィードバック制御を行なう。なお、モータ１５については、本発明の電動パワーステアリング装置１に使用可能であれば特にＤＣモータ，ブラシレスモータ等の種類を問わない。さらに、操舵制御部３０には車両の速度に応じて操舵制御を行なうことを可能とするための、周知のロータリエンコーダ等の回転検出部を含んで構成される車速センサ１７が接続されている。

図２は、操舵制御部３０において本発明に関係する構成を機能ブロック図として表したものである。モータ１５に流れる各相の相電流は電流センサ８によって検出され、検出された値は本発明の電流検出手段である電流検出回路４１に送られる。アシスト電流演算部３１ａでは、電流検出回路４１からの電流値とトルクセンサ１１からの操舵トルクに基づいてモータ１５に印加する指令電流値を演算し、その指令電流値に基づく印加電圧値を駆動回路１４からモータ１５に印加することでモータ１５の駆動制御を行なう。なお、指令電流値の演算にはモータ回転角センサ９で検出された回転角度位置信号も用いることもある。

本発明のオフセット補正量記憶手段である記憶装置３０ａは、周知の電気的に読み書き・消去可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory）あるいはフラッシュメモリ等で構成され、操舵制御部３０に電源が供給されていない場合でも、その記憶内容は保持される。また、本発明の温度検出手段である温度センサ３０ｂは温度で抵抗値が変化する周知のサーミスタ等により構成され、電流検出回路４１およびその周辺の回路の温度を測定するものである。

図６は電流検出回路４１の一例を示したものである。電流センサ８はモータ１５の各相ごとにいわゆるシャント抵抗８ａを含んで構成され、モータ１５に流れるモータ電流を電圧信号として検出する。検出された電圧信号は、電流検出回路４１において周知のオペアンプ４１ａを含む増幅部４１１によって所定の電圧値すなわちアシスト電流演算部３１で利用可能な値に変換される。

増幅部４１１によって増幅された電圧信号は、オペアンプ４１ｂ，４１ｅ，およびコンデンサ４１ｄを含むサンプルホールド部４１２に送られる。サンプルホールド部４１２は、ＣＰＵ３１に含まれるアシスト電流演算部３１ａから送られるタイミング信号であるパルス信号に基づいて、サンプル状態あるいはホールド状態に切り替えられる。即ち、タイミング信号がＨレベルの場合はスイッチ４１ｃがオン状態となってサンプル状態となり、コンデンサ４１ｄにはコンデンサ４１ｄの電位がオペアンプ４１ｂの出力電位と同じになるまで電荷が蓄えられる。

一方、タイミング信号がＬレベルの場合はスイッチ４１ｃがオフ状態となってホールド状態となり、コンデンサ４１ｄに蓄えられた電荷が放電され、オペアンプ４１ｅの出力電位はコンデンサ４１ｄに蓄えられた電荷に相当する値となり、これが電流検出値となってアシスト電流演算部３１ａに送られる。

（従来技術の例）
まず、従来技術による相電流の演算方法について図５を用いて説明する。電流センサ８により検出される各相の相電流が０Ａ状態かどうか調べ、相電流が０Ａ状態でない場合（Ｓ２１：Ｎｏ）には、ステップＳ２４へ進む（ステップＳ２４の内容については後述）。即ち、ここでは電流検出オフセット電圧値Ｖｏを更新しない。

相電流が０Ａ状態である場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）には、シャント抵抗８ａの両端に発生している電圧値を読み込みこれを電流検出オフセット電圧値Ｖｏとし（Ｓ２２）、記憶装置３０ａの所定の記憶領域に記憶する（Ｓ２３）。そして、該記憶されている電流検出オフセット電圧値Ｖｏを用い、相電流値を算出する（Ｓ２４）。なお、相電流値は、電流検出電圧値すなわちシャント抵抗８ａの両端に発生している電圧値から電流検出オフセット電圧値Ｖｏを減じたものに所定の係数を乗ずることにより求める。

つまり、従来技術による相電流の演算方法では、電流検出オフセット電圧値Ｖｏの上下限チェックあるいは、温度により電流検出オフセット電圧値Ｖｏの上下限値を設定し該上下限値を用いて電流検出オフセット電圧値Ｖｏの上下限をチェックする方法を用いていない。

（本発明の実施例）
次に、本発明による相電流の演算方法について図３および図４を用いて説明する。電流センサ８により検出される各相の相電流が０Ａ状態かどうか調べ、相電流が０Ａ状態でない場合（Ｓ１：Ｎｏ）には、ステップＳ６へ進む（ステップＳ６の内容については後述）。即ち、ここでは電流検出オフセット電圧値Ｖｏを更新しない。

相電流が０Ａ状態である場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）には、シャント抵抗８ａの両端に発生している電圧を読み込みこれを電流検出オフセット電圧値Ｖｏとし、さらに、温度センサ３０ｂによって検出される操舵制御部３０における電流検出回路４１周辺部の現在の温度を読み込む（Ｓ２）。

そして、検出された現在の温度に基づいて、図４で示される温度センサ３０ｂによって検出された温度とオフセット電圧との関係から、現在の温度におけるオフセット電圧の上下限値を演算する。例えば、温度センサ３０ｂによって検出された温度がｔのとき、予め記憶装置３０ａに記憶されている低温側オフセット電圧の上限値Ｖ１ａと高温側オフセット電圧の上限値Ｖ２ａを結ぶ線分Ｖａから、直線補間等の方法により温度ｔにおけるオフセット電圧の上限値Ｖｔａを求める。同様に、予め記憶装置３０ａに記憶されている低温側オフセット電圧の下限値Ｖ１ｂと高温側オフセット電圧の下限値Ｖ２ｂを結ぶ線分Ｖｂから、直線補間等の方法により温度ｔにおけるオフセット電圧の下限値Ｖｔｂを求める（Ｓ３）。

そして、先に検出された電流検出オフセット電圧値Ｖｏが求められた上下限値（Ｖｔａ，Ｖｔｂ）の範囲内にあるかを調べる。電流検出オフセット電圧値Ｖｏが上下限値の範囲内にある場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）は、検出された電流検出オフセット電圧値Ｖｏを検出された現在の温度に対応付けて記憶装置３０ａの所定の記憶領域に記憶する（Ｓ５）。

一方、電流検出オフセット電圧値Ｖｏが求められた上下限値（Ｖｔａ，Ｖｔｂ）の範囲内にない場合（Ｓ４：Ｎｏ）は、まず、電流検出オフセット電圧値Ｖｏが上限値Ｖｔａを上回っているかどうか調べ、上限値Ｖｔａを上回っている場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）は電流検出オフセット電圧値Ｖｏの値を上限値Ｖｔａとする（Ｓ８）。また、電流検出オフセット電圧値Ｖｏが下限値Ｖｔｂを下回っている場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）は、電流検出オフセット電圧値Ｖｏの値を下限値Ｖｔｂとする（Ｓ１０）。

そして、上下限値によるチェックが行なわれた後の電流検出オフセット電圧値Ｖｏの値を記憶装置３０ａの所定の記憶領域に記憶する（Ｓ５）。

最後に、上述の方法により求められて記憶装置３０ａの所定の記憶領域に記憶されている電流検出オフセット電圧値Ｖｏを用い、相電流値を算出する（Ｓ６）。なお、相電流値は、電流検出電圧値すなわちシャント抵抗８ａの両端に発生している電圧値から電流検出オフセット電圧値Ｖｏを減じたものに、例えば、シャント抵抗８ａの抵抗値のような所定の係数を乗ずることにより求める。

上述の方法の他に、電流検出オフセット電圧値Ｖｏが上下限値の範囲内にある場合は、検出された電流検出オフセット電圧値Ｖｏを記憶装置３０ａの所定の記憶領域に検出された現在の温度に対応付けて記憶するとともに、例えばＶｏ＋０．１（Ｖ）のように該電流検出オフセット電圧値Ｖｏから所定の範囲のある電圧値を該温度ｔに対するオフセット電圧の上限値とし、同様に、例えばＶｏ−０．１（Ｖ）のように該電流検出オフセット電圧値Ｖｏから所定の範囲のある電圧値を該温度ｔに対するオフセット電圧の下限値として記憶装置３０ａの所定の記憶領域に記憶する方法をとってもよい。

そして、電流検出オフセット電圧値Ｖｏが求める際に検出された温度センサ３０ｂによって温度ｔ’がＴ１とｔの間にある場合には、Ｔ１およびｔにおけるオフセット電圧の上限値あるいは下限値を用いて補間計算を行なうことにより、温度ｔ’におけるオフセット電圧の上限値あるいは下限値を求めるようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の一実施例としての電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図。操舵制御部の詳細を示す図。本発明による相電流演算を示すフロー図。温度とオフセット電圧の関係を示す図。従来技術による相電流演算を示すフロー図。電流検出回路の一例を示す図。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
８電流センサ（電流検出手段）
１５モータ
３０ａ記憶装置（オフセット補正量記憶手段）
３０ｂ温度センサ（温度検出手段）
３１ＣＰＵ（オフセット補正量算出手段，オフセット上下限値演算手段，異常判定手段）
３１ａアシスト電流演算部
４１電流検出回路（電流検出手段）

Claims

操舵トルク信号に基づいてモータへ通電する電流指令値を決定し、前記電流指令値に基づいてモータを通電駆動して操舵補助を行なう電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記モータに含まれ、前記電流検出手段によって生ずる前記モータ電流の正常値からの変動量を補償するオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、
前記算出されたオフセット補正量を記憶するオフセット補正量記憶手段と、
前記電流検出手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記検出された温度に対応する前記オフセット補正量の上限値および下限値を演算するオフセット上下限値演算手段と、
前記オフセット補正量が前記上限値および前記下限値の範囲内にない場合に前記電流検出手段が異常であると判定する異常判定手段と、
を備え、
前記オフセット補正量記憶手段は、前記電流検出手段の動作温度範囲の低温側にある第１の温度における前記オフセット補正量の上限値および下限値、および前記動作温度範囲において第１の温度よりもより高温である第２の温度における前記オフセット補正量の上限値および下限値を記憶し、
前記オフセット上下限値演算手段は、前記第１および前記第２の温度における前記オフセット補正量の上限値から前記検出された温度に対応する前記オフセット補正量の上限値を演算し、前記第１および前記第２の温度における前記オフセット補正量の下限値から前記検出された温度に対応する前記オフセット補正量の下限値を演算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
操舵トルク信号に基づいてモータへ通電する電流指令値を決定し、前記電流指令値に基づいてモータを通電駆動して操舵補助を行なう電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記モータに含まれ、前記電流検出手段によって生ずる前記モータ電流の正常値からの変動量を補償するオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、
前記算出されたオフセット補正量を記憶するオフセット補正量記憶手段と、
前記電流検出手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記検出された温度に対応する前記オフセット補正量の上限値および下限値を演算するオフセット上下限値演算手段と、
前記オフセット補正量が前記上限値および前記下限値の範囲内にない場合に前記電流検出手段が異常であると判定する異常判定手段と、
を備え、
前記異常判定手段は、前記電流検出手段が異常であると判定した場合には、前記オフセット補正量の前記上限値もしくは前記下限値を新たなオフセット補正量とし、前記オフセット補正量記憶手段は該新たなオフセット補正量を記憶することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記電流検出手段は、前記モータ電流が流れる経路に挿入されたシャント抵抗を含み、前記シャント抵抗の両端に発生する電圧を前記モータ電流として検出するものであり、前記モータ電流が流れていないときに前記シャント抵抗の両端に発生する電圧を前記オフセット補正量とするものである請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記電流検出手段により検出された前記モータ電流に相当する電圧の値から、前記オフセット補正量記憶手段に記憶されている前記検出された温度に対応する前記オフセット補正量を差し引いたものに所定の係数を乗ずることにより前記モータ電流の値を求めるものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。