JP4639750B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクセンサ基板内部の電源や信号を確実に監視して信頼性を高めた電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

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（アシスト）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）制御のデュ−ティ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図４に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸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に連結されている。コラム軸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が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。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（制御装置）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。

図５は、トルクセンサ１０を備えた電動パワーステアリング装置のコントロールユニット３０の一例を示すブロツク構成図である。

コントロールユニット３０はマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ又はＣＰＵ）３１を中心に構成され、コントロールユニット３０にはトルクセンサ１０がコネクタ７を介して接続される。バッテリ１４からイグニションキー１１を経て供給された電力（例えば電圧１２Ｖの電力）は、基準電圧発生回路３４、センサ電源回路３３、ＭＰＵ３１へ定電圧Ｖcc（例えば９Ｖ）を供給する定電圧回路３５及びモータ２０を駆動制御するモータ駆動回路３２に供給される。基準電圧発生回路３４では基準電圧Ｖref（例えば３．３Ｖ）を発生し、基準電圧ＶrefはＭＰＵ３１、センサ電源回路３３に供給される。センサ電源回路３３はトルクセンサ１０を駆動する電力を供給するもので、基準電圧発生回路３４で生成された基準電圧Ｖrに基づいて設定された所定電圧Ｖの電力を出力する。

トルクセンサ１０からはメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号が出力され、ＭＰＵ３１のＡ／Ｄポートに入力される。ＭＰＵ３１では入力されたメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号をＡ／Ｄ変換し、所定の演算式に基いて操舵補助指令値を演算し、演算された操舵補助指令値をモータ駆動回路３２に出力してモータ２０を駆動制御する。

このような構成において、図６に示すようにトルクセンサ１０（センサ基板）へはセンサ電源回路３３からコネクタ７を経て、駆動用定電圧Ｖcc（例えば９Ｖ）及び信号処理用基準電圧Ｖref（例えば３．３Ｖ）が供給されている。トルクセンサ１０には、駆動用定電圧Ｖccによって発振する発振回路１０２が設けられ、発振回路１０２の出力（例えば８ＫＨｚの正弦波）はトルク検出回路１０１のコイルへの交流信号として印加される。トルク検出回路１０１から出力されるメイン信号及びサブ信号を処理する信号処理部１０４が設けられ、この信号処理部１０４には降圧回路１０３で基準電圧（３．３Ｖ）から降圧された２．５Ｖが中立基準電圧として印加される。信号処理部１０４で処理された信号は、メイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号としてコネクタ７を経てコントロールユニット３０に送信される。
特開２００１−８８７２８ 特許３４０９７５３ 特開２００３−１１８３２

従来は図６に示すように、センサ電源回路３３から出力される定電圧Ｖｃｃを監視回路３６で監視するようになっている。このため、センサ電源回路３３の異常は監視できるが、トルクセンサ１０の異常については確実に監視できない問題がある。トルクセンサ１０とコントロールユニット３０の電源系及び信号系の接続はコネクタ７を介して行われるが、コネクタ７の接触不良、コネクタ７の嵌合不良、ピンの半田不良等を監視できないという問題がある。

また、トルクセンサ１０内部で処理されている信号に異常が発生しても、トルクセンサ出力信号が大きな変化をせず、コントロールユニット３０で検出できない場合がある。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、コントロールユニット側の電源のみならず、トルクセンサ内部の信号をも監視するすることにより信頼性を高め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。

本発明は、トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与すると共に、制御部から前記トルクセンサに電圧を供給するようになっている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、前記制御部から供給された前記トルクセンサ内部のトルクセンサ駆動用定電圧、前記トルクセンサの中立時の電圧として用いる中立基準電圧及び前記トルクセンサのコイルへの交流信号を各々独立した異常検出ラインにより前記制御部に送って監視する手段を設けることにより達成される。

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れば、制御側の電源異常を監視できると共に、センサと制御側との間のコネクタの接触不良、コネクタの嵌合不良、ピンの半田不良等によるコネクタ部の不良やトルクセンサ内部の信号の異常をも監視することができる。これにより、信頼性が高く高機能な電動パワーステアリング装置の制御装置を実現することができる。

本発明は制御側の電源監視を行うと共に、トルクセンサ内部の信号の異常をも監視して、電動パワーステアリング装置の信頼性を高めている。トルクセンサ内部の監視により、センサと制御部との間のコネクタの接触不良、コネクタの嵌合不良、ピンの半田不良等に基づくコネクタ部の不良やトルクセンサ内部の信号の異常を確実に検出することができ、安全性を高めることができる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施例を図６に対応させて示しており、制御側から供給された駆動用定電圧Ｖccを、ライン１１０を介してコントロールユニット３０内に設けられた監視回路３７に送って電圧の異常を監視する。駆動用定電圧Ｖccは、トルク検出回路１０１のコイルへの交流信号となる発振回路１０２に入力されているので、駆動用定電圧Ｖccの異常を監視することによって、接触不良等に基づく電源系の異常を監視することができる。

なお、監視回路３６及び３７は兼用も可能である。また、ライン１１０を介してコントロールユニット３０側に送られた電圧を、センサ電源回路３３で生成される定電圧Ｖｃｃと比較することで、トルクセンサ１０内の中立基準電圧（２．５Ｖ）の変動が分かり、メイン（サブ）検出トルク信号の補正を行うことも可能である。ライン１１０を介してコントロールユニット３０側に送られた電圧を、直接ＭＰＵ３１のＡ／Ｄポートに入力するようにしても良い。

また、図２は本発明の第２実施例を図６に対応させて示しており、降圧回路１０３からの中立基準電圧（２．５Ｖ）を、ライン１１１を介してコントロールユニット３０内に設けられた監視回路３８に送って電圧の異常を監視する。降圧回路１０３からセンサ出力信号の処理を行う信号処理部１０４へ供給される中立基準電圧（２．５Ｖ）の異常を監視できるので、信頼性を高めることができる。

なお、監視回路３６及び３８は兼用も可能である。また、ライン１１１を介してコントロールユニット３０側に送られた中立基準電圧（２．５Ｖ）を、センサ電源回路３３で生成される基準電圧Ｖｒｅｆと比較することで、トルクセンサ１０内の中立基準電圧（２．５Ｖ）の変動が分かり、メイン（サブ）検出トルク信号の補正を行うことも可能であり、更に中立基準電圧（２．５Ｖ）／Ｖｒｅｆ（３．３Ｖ）の割合が正常ならセンサ特性が確保できる範囲で、パワーステアリングを作動させることも可能である。ライン１１１を介してコントロールユニット３０側に送られた中立基準電圧（２．５Ｖ）を、直接ＭＰＵ３１のＡ／Ｄポートに入力するようにしても良い。

図３は本発明の第３実施例を示しており、発振回路１０２からトルク検出回路１０１に供給されるコイルへの交流信号を、ライン１１２を介してコントロールユニット３０内に設けられた監視回路３９に送って電圧の異常を監視する。発振回路１０２からトルク検出回路１０１には、所定周波数所定電圧の正弦波（若しくは矩形波）がコイルへの交流信号として供給されているので、電源系に異常が発生すると、周波数や電圧が変化する。従って、監視回路３９でコイルへの交流信号の周波数及び電圧を監視することによって、トルクセンサ内部の各作動信号の異常を検出することができる。

上述した第１実施例、第２実施例、第３実施例を組み合わせることも可能であり、更に第１〜第３実施例を併せて実施することもできる。

監視内容として電源電圧、基準電圧及びコイルへの交流信号（励磁信号）が可能であり、順次説明する。

電源電圧については電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、低電圧状態などを、例えば電源電圧≦６．５Ｖ又は電源電圧≧１２Ｖが所定時間継続したか否かで判定する。中立基準電圧（２．５Ｖ）についても同様であり、電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、内部回線の故障などを、例えば中立基準電圧≦２Ｖ又は中立基準電圧≧３Ｖが所定時間継続したか否かで判定する。

また、コイルへの交流信号（励磁信号）については、電圧レベルをしきい値と比較し、天絡、地絡、断線、内部回路の故障などを、例えばコイルへの交流電圧≦６Ｖ又はコイルへの交流電圧≧１１Ｖが所定時間継続したか否かで判定したり、検出されたコイルへの交流周波数をしきい値と比較し、内部回路の故障などを、例えばコイルへの交流周波数≦６ＫＨｚ又はコイルへの交流周波数≧１０ＫＨｚが所定時間継続したか否かで判定する。電圧レベルの比較はＡ／Ｄ変換してマイコン内でソフト的に実行しても良いし、ハードウェアで比較しても良い。

なお、上述で説明した定電圧Ｖｃｃの９Ｖ、基準電圧Ｖｒｅｆの３．３Ｖはあくまで一例であり、他の電圧値を用いることも可能である。

本発明によればトルクセンサ内部の異常をも確実に監視することができるので、高性能で信頼性の高い電動パワーステアリングを実現することができ、高級車の電動パワーステアリングに適当である。

本発明の制御装置の第１実施例を示すブロック構成図である。 本発明の制御装置の第２実施例を示すブロック構成図である。 本発明の制御装置の第３実施例を示すブロック構成図である。 一般的な電動パワーステアリング装置の概略を示す構造図である。 制御系の一例を示すブロック構成図である。 トルクセンサへの電源供給例を示す図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
７ コネクタ
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ リレー
１４ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ ＭＰＵ
３２ モータ駆動回路
３３ センサ電源回路
３４ 基準電圧発生回路
３５ 定電圧回路
３６、３７、３８、３９ 監視回路
１０１ トルク検出回路
１０２ 発振回路
１０３ 降圧回路
１０４ 信号処理部

Claims (1)

1. トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてモータによるアシスト力を操舵系に付与すると共に、制御部から前記トルクセンサに電圧を供給するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記制御部から供給された前記トルクセンサ内部のトルクセンサ駆動用定電圧、前記トルクセンサの中立時の電圧として用いる中立基準電圧及び前記トルクセンサのコイルへの交流信号を各々独立した異常検出ラインにより前記制御部に送って監視する手段を具備した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。

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