JP4807546B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを操舵補助力の発生源とした電動パワーステアリング装置では、たとえば、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサが備えられていて、トルクセンサの検出値（操舵トルク検出値）に応じた目標電流値が設定され、その設定された目標電流値に基づいて電動モータがフィードバック制御されるようになっている。したがって、トルクセンサの故障やトルクセンサからの信号を伝送する線路の短絡などの異常が生じると、目標電流値が操舵トルクに応じた値に設定されず、ステアリングホイールの操作と無関係な操舵補助が行われるおそれがある。
【０００３】
そこで、従来の電動パワーステアリング装置においては、たとえば、トルクセンサの検出値がステアリングホイールの操作では達成し得ないような異常な値である状態が一定時間以上継続した場合には、操舵トルクの検出系に異常が生じていると判断されて、電動モータへの駆動電流の供給を停止するといった処理（フェイルセーフ処理）が行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、フェイルセーフ処理が行われるまでは、トルクセンサの検出値が異常な値であっても、その異常値に応じた目標電流値が設定されてモータ制御が行われる。そのため、操舵トルクの検出系に異常が生じた場合、電動モータの発生トルクは、トルクセンサの検出値が最初に異常値を示したことに応答して大幅に増加し、その後、フェイルセーフ処理が行われたことに応答して大幅に減少するといった変動を示す。このような電動モータの発生トルクの変動は、ステアリングホイールの大きな挙動変化をもたらし、車両直進状態でステアリングホイールが切り込まれるといった事態を招くおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、異常発生時におけるモータ発生トルクの大幅な変動を抑制することによって、ハンドル挙動変化を小さく抑えることができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータの発生トルクをステアリング機構に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値と上記車速検出手段によって検出された車速検出値とに基づいて、上記電動モータの駆動制御に用いられる制御目標値を設定する制御目標値設定手段と、上記制御目標値設定手段によって設定された制御目標値を記憶する制御目標値記憶手段と、上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値がそれに対して予め設定されている正常範囲内であり、かつ上記車速検出手段によって検出された車速検出値がそれに対して予め設定されている正常範囲内である場合に、上記制御目標値設定手段によって設定された制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御する正常時制御手段と、上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および上記車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している場合に、上記制御目標値記憶手段に記憶されている制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御する異常時制御手段と、上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および上記車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している状態が所定期間続いた場合に、上記電動モータの駆動を停止するフェイルセーフ処理実行手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００７】
この発明によれば、トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している場合には、制御目標値記憶手段に記憶されている目標電流値に基づいて電動モータの制御が行われる。これにより、上記正常範囲外の異常な検出値に応じた過大な制御目標値が設定されることがないから、トルク検出手段および車速検出手段を含む系に異常が発生した場合に、電動モータの発生トルクが大幅に増加することがない。
【０００８】
また、トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している状態が所定期間続くと、電動モータの駆動が停止されるが、その停止直前の制御目標値は制御目標値記憶手段に記憶されている制御目標値であるから、従来と比較して電動モータの駆動停止によるモータ発生トルクの減少幅は小さい。
ゆえに、トルク検出手段および車速検出手段を含む系に異常が発生した時に、電動モータの発生トルクが大幅に変動することがなく、これに起因したハンドル挙動の大幅な変化を生じるおそれがない。
【０００９】
なお、請求項２に記載のように、上記制御目標値記憶手段は、上記電動モータの駆動制御に用いられた制御目標値を時系列に記憶するものであり、上記異常時制御手段は、上記制御目標値記憶手段に時系列に記憶されている制御目標値のうち、最新の制御目標値から所定数だけ前に上記制御目標値記憶手段に記憶された制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御するものであってもよい。
また、制御目標値は、上記電動モータに供給すべき電流値の規範値である目標電流値であってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータ４から発生する駆動力が操舵補助力として伝達されるようになっている。
【００１２】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力側シャフト２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力側シャフト２Ｂとに分割されている。入力側シャフト２Ａと出力側シャフト２Ｂとは、これらの相対的な回転により捩れを生じるトーションバー５で互いに連結されている。
トーションバー５に関連して、このトーションバー５に生じる捩れの大きさおよび方向を操舵トルクとして検出するトルクセンサ６が設けられている。トルクセンサ６の検出信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０に入力されている。この電子制御ユニット１０には、さらに、車速センサ７からの信号も入力されるようになっている。
【００１３】
電子制御ユニット１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２およびＲＯＭ１１３を含むマイクロコンピュータ１１と、電動モータ４に駆動電流を供給するためのモータドライバ１２と、このモータドライバ１２から電動モータ４に供給される駆動電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出器１３とを有している。トルクセンサ６、車速センサ７およびモータ電流検出器１３の検出信号はマイクロコンピュータ１１に入力されるようになっていて、マイクロコンピュータ１１のＣＰＵ１１１は、トルクセンサ６、車速センサ７およびモータ電流検出器１３の検出信号に基づいてモータドライバ１２を制御し、これにより電動モータ４を駆動制御する。
【００１４】
図２は、マイクロコンピュータ１１のＣＰＵ１１１が実行する処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１１１は、この図２の処理を予め定める制御周期（たとえば、５msec）ごとに繰り返し実行する。ＣＰＵ１１１は、まず、トルクセンサ６の検出信号を取り込み、その取り込んだ検出信号の表す値（トルク検出値）がステアリングホイール１の操作によって達成され得る操舵トルク値の範囲である正常範囲内（たとえば、０〜５Nmの範囲内）の値であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００１５】
トルク検出値が上記正常範囲内の値であれば、ＣＰＵ１１１は、そのトルク検出値および車速センサ７の検出信号が表す値（車速検出値）に応じた目標電流値を設定する（ステップＳ２）。そして、その設定した目標電流値とモータ電流検出器１３の検出信号が表す値（モータ電流検出値）との偏差を求め、この偏差に応じたモータ制御信号を生成してモータドライバ１２に入力する。これにより、目標電流値に相当する駆動電流がモータドライバ１２から電動モータ４に供給され、その結果、ステアリングホイール１の操作および車速に応じた操舵補助力が電動モータ４から発生される。また、ＣＰＵ１１１は、トルク検出値および車速検出値に応じた目標電流値を設定した後、その設定した目標電流値をＲＡＭ１１２に記憶させる（ステップＳ３）。
【００１６】
その後、ＣＰＵ１１１は、この処理をリターンして、トルク検出値が上記正常範囲内の値であるか否かの判断を行い、トルク検出値が上記正常範囲内の値であれば、トルク検出値および車速検出値に応じた目標電流値を設定し、これに基づいてモータドライバ１２を制御するとともに、その目標電流値をＲＡＭ１１２に記憶させるといった処理を行う。このようにして、トルク検出値が上記正常範囲内の値である間はステップＳ１〜Ｓ３の処理が繰り返され、これにより、ＲＡＭ１１２には、トルク検出値および車速検出値に応じて設定された目標電流値が時系列に記憶されていく。
【００１７】
ステップＳ１〜Ｓ３の処理が繰り返されるうちに、上記正常範囲を逸脱した（上記正常範囲の上限値よりも大きな）トルク検出値がマイクロコンピュータ１１（ＣＰＵ１１１）に入力されると、ＣＰＵ１１１は、操舵トルクの検出系（トルクセンサ６やトルクセンサ６の検出信号をマイクロコンピュータ１１に伝送する信号線など）に異常が生じているおそれがあると判断し、予め定めるｎ（ｎ：自然数、好ましくは２以上の整数）制御周期前に設定した目標電流値をＲＡＭ１１２から読み出す（ステップＳ４）。すなわち、現在の制御周期が第Ｎ（Ｎ：自然数）制御周期であれば、（Ｎ−ｎ）制御周期に設定した目標電流値をＲＡＭ１１２から読み出す。そして、そのＲＡＭ１１２から読み出した目標電流値とモータ電流検出器１３の検出信号が表す値（モータ電流検出値）との偏差を求め、この偏差に応じたモータ制御信号を生成してモータドライバ１２に入力する。すなわち、トルク検出値が上記正常範囲外の値（ステアリングホイール１の操作によっては達成され得ない異常な値）である場合には、トルク検出値および車速検出値に応じた目標電流値の設定は行われず、ｎ制御周期前に設定した目標電流値に基づいて電動モータ４が制御されることになる。
【００１８】
その後、ＣＰＵ１１１は、たとえば、ＲＡＭ１１２内に設定されたフェイルカウンタのカウント値をインクリメント（＋１）し（ステップＳ５）、さらに、そのインクリメント後のカウント値が予め設定した値（たとえば、「５」）よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ６）。インクリメント後のフェイルカウンタのカウント値が上記設定値以下であれば（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ４で設定した目標電流値をＲＡＭ１１２に記憶させた後（ステップＳ３）、
この第Ｎ制御周期の処理をリターンする。
【００１９】
第（Ｎ＋１）制御周期において取得したトルク検出値が上記正常範囲外の値であれば、ｎ（ｎ：自然数）制御周期前に設定した目標電流値、つまり（Ｎ＋１−ｎ）制御周期に設定した目標電流値をＲＡＭ１１２から読み出し、その読み出した目標電流値に基づいて電動モータ４の制御を行う。そして、フェイルカウンタのカウント値をインクリメント（＋１）し、さらに、そのインクリメント後のカウント値が上記設定値よりも大きいか否かを判断する。インクリメント後のフェイルカウンタのカウント値が上記設定値以下であれば、ステップＳ４で設定した目標電流値をＲＡＭ１１２に記憶させた後、この第（Ｎ＋１）制御周期の処理をリターンする。
【００２０】
こうしてトルク検出値が上記正常範囲外の値である状態が続き、ステップＳ１→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ３の処理が繰り返し行われて、フェイルカウンタのカウント値が上記設定値よりも大きくなると、ＣＰＵ１１１は、操舵トルクの検出系に異常が生じていると判断（フェイル確定）し、電動モータ４への駆動電流の供給を停止（システム停止）する（ステップＳ７）。
一方、フェイルカウンタのカウント値が上記設定値よりも大きくなる前に、トルク検出値が上記正常範囲内の値に復帰した場合は、ＣＰＵ１１１は、操舵トルクの検出系に異常は生じていないと判断して、トルク検出値および車速検出値に応じた目標電流値を設定し、その設定した目標電流値に基づくモータドライバ１２（電動モータ４）の制御を行う。なお、トルク検出値が上記正常範囲内の値に復帰した場合には、その復帰に応答してフェイルカウンタのカウント値が零にリセットされる。
【００２１】
以上のように、この実施形態では、トルク検出値がステアリングホイール１の操作によって達成され得る操舵トルク値の範囲である正常範囲外の値（異常な値）である間は、予め定めるｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われる。これにより、上記正常範囲外の異常なトルク検出値に応じた目標電流値が設定されることがないから、操舵トルクの検出系に異常が発生した場合に、電動モータ４の発生トルクが大幅に増加することがない。
【００２２】
また、トルク検出値が異常な値を示している状態が所定期間（上記設定値×制御周期）続くと、電動モータ４への駆動電流の供給が停止されるが、その停止の直前に電動モータ４に流れているモータ電流はｎ制御周期前に設定された目標電流値に応じた電流であるから、従来と比較して電動モータ４への駆動電流の供給停止によるモータ電流の減少幅は小さく、電動モータ４の発生トルクが大幅に減少するといったことはない。
【００２３】
ゆえに、操舵トルクの検出系に異常が発生した時に、電動モータ４の発生トルクが大幅に変動することがなく、これに起因したハンドル挙動の大幅な変化を生じるおそれがない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、トルクセンサ６の検出値が異常な値を示した場合に、ｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われるとしたが、車速センサ７の検出値が異常な値を示した場合に、ｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われるようにしてもよい。また、トルクセンサ６および車速センサ７のうちの少なくとも一方の検出値が異常な値を示した場合に、ｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われるようにしてもよい。
【００２４】
さらに、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサを備え、このエンジン回転数センサの検出値に基づいて電動モータ４の制御を行う場合には、エンジン回転数センサの検出値が異常な値を示した場合に、ｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われるようにしてもよい。
さらにまた、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサを備え、この操舵角センサの検出値に基づいて電動モータ４の制御を行う場合には、操舵角センサの検出値が異常な値を示した場合に、ｎ制御周期前に設定された目標電流値に基づいて電動モータ４の制御が行われるようにしてもよい。
【００２５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＰＵが実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
３ ステアリング機構
４ 電動モータ
６ トルクセンサ
７ 車速センサ
１０ 電子制御ユニット
１１ マイクロコンピュータ
１２ モータドライバ
１３ モータ電流検出器
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＡＭ
１１３ ＲＯＭ

Claims (2)

1. 電動モータの発生トルクをステアリング機構に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、
   操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値と上記車速検出手段によって検出された車速検出値とに基づいて、上記電動モータの駆動制御に用いられる制御目標値を設定する制御目標値設定手段と、
   上記制御目標値設定手段によって設定された制御目標値を記憶する制御目標値記憶手段と、
   上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値がそれに対して予め設定されている正常範囲内であり、かつ上記車速検出手段によって検出された車速検出値がそれに対して予め設定されている正常範囲内である場合に、上記制御目標値設定手段によって設定された制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御する正常時制御手段と、
   上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および上記車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している場合に、上記制御目標値記憶手段に記憶されている制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御する異常時制御手段と、
   上記トルク検出手段によって検出されたトルク検出値および上記車速検出手段によって検出された車速検出値のうちの少なくとも一方がそれに対して予め設定されている正常範囲を逸脱している状態が所定期間続いた場合に、上記電動モータの駆動を停止するフェイルセーフ処理実行手段と
   を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記制御目標値記憶手段は、上記電動モータの駆動制御に用いられた制御目標値を時系列に記憶するものであり、
   上記異常時制御手段は、上記制御目標値記憶手段に時系列に記憶されている制御目標値のうち、最新の制御目標値から所定数だけ前に上記制御目標値記憶手段に記憶された制御目標値に基づいて、上記電動モータを駆動制御するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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