JP4899668B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングの操舵時に補助トルクを付与する電動パワーステアリング制御装置に関する。

電動パワーステアリング制御装置において、ステアリング操舵に補助トルクを付与するモータは、一般的にブラシレスモータが用いられ、インバータにより電源装置から電力が供給され駆動される。また、電圧の挙動を安定化させるため、前記インバータには平滑コンデンサが並列に接続されている。そして、電源投入時に前記電源装置から前記平滑コンデンサに直接充電されると瞬間最大電流（突入電流）が発生するため、これを回避するため前記平滑コンデンサに直列に接続されるプリチャージ手段が設けられる。
しかしながら、このような構成が設けられているため、電源装置のコネクタの脱落やリレーの故障などの電源装置の異常が発生しても前記平滑コンデンサおよび前記プリチャージ手段から電力が供給されてしまうため、操舵者はその異常に気付かずステアリング操舵を続行する虞があった。

この対策として、従来の電動パワーステアリング装置では、インバータに並列に接続された平滑コンデンサのチャージ電圧を利用して電源装置の異常発生の検出を行っている。例えば、モータの駆動中に電源コネクタの脱落やリレーの接点不良等の異常が発生すると、バッテリから直流電流が平滑コンデンサに供給されなくなり、平滑コンデンサにチャージされた電圧が放電して端子電圧が低下するので、この低下を前記平滑コンデンサのプリチャージ手段の充電時間や電圧を利用することにより検出することで、電源装置の異常発生を検出する制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３０４５０１号公報

しかしながら、特許文献１では、操舵者がステアリングを操舵しない車両の停止時や直進時は、電源装置の異常が発生しても、モータが駆動していないのでインバータは電流を消費することがなく、このため平滑コンデンサからの放電がないため端子電圧の低下が生じない。したがって、車両の停止時や直進時などの操舵者がステアリング操舵をせずモータが駆動していない状態では、上記した電源コネクタの脱落やリレーの接点不良等の異常が発生しても、これを検出することができず、操舵者に予めその異常を報知できないという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステアリングの非操舵時においても電源装置の異常発生を検出することのできる電動パワーステアリング制御装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、下記（１）〜（６）を特徴としている。

（１） ステアリングの操舵時に補助トルクを付与するブラシレスモータを駆動するインバータと、前記インバータに並列に接続された平滑コンデンサと、前記インバータに駆動電力を供給する電源装置と、前記電源装置の異常を検出する異常検出手段と、前記ブラシレスモータをｄ−ｑ回転座標系でベクトル制御を実施して前記インバータを駆動制御するモータ制御手段と、を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
前記モータ制御手段は、
前記ステアリングの非操舵時に、前記ブラシレスモータにｄ軸電流を流すように前記インバータを駆動制御するとともに、
前記異常検出手段は、
前記ステアリングの非操舵時の前記ｄ軸電流によって発生する電源電流に応じた前記平滑コンデンサの端子電圧に基づいて、前記電源装置の異常を検出することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

（２） （１）に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記モータ制御手段は、
前記ステアリングが操舵されているか否かを判定する操舵状態検出手段を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

（３） （２）に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記操舵状態検出手段は、前記ブラシレスモータに流れるｑ軸電流、および前記ブラシレスモータの回転速度を検知することによって、前記ステアリングが操舵されているか否かを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。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記異常検出手段は、
前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって前記平滑コンデンサの端子電圧が所定の閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電源装置の異常発生を操舵者に報知する報知手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

（５） （１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記モータ制御手段は、
前記ステアリングの非操舵時に、
前記ブラシレスモータに前記ｄ軸電流を所定の周期で流すように前記インバータを駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記電源装置は、
バッテリと、
前記電源装置の投入時に発生する突入電流を回避するため前記平滑コンデンサを予め充電するプリチャージ手段とを備えており、且つ、
前記プリチャージ手段の作動を制御するプリチャージ制御手段が設けられ、
前記プリチャージ制御手段は、
前記電源装置による電源投入時に前記プリチャージ手段が一旦作動した後、当該プリチャージ手段を非作動にすることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

上記（１）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両の停止時や直進時の、操舵者がステアリングを操舵していない状態の時にも、ブラシレスモータに、ブラシレスモータの出力トルクに無関係なｄ軸電流を流すことによってインバータで電流が消費されるので、電源装置に異常が発生すれば平滑コンデンサにチャージされた電圧がインバータによって放電し、平滑コンデンサの端子電圧が低下して、前記異常を検出することが可能となる。

また、上記（２）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両の停止時や直進時に、操舵者がステアリングを操舵しているか否かを判定するので、効率的に電源装置の異常を検出することができる。

さらに、上記（３）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両の停止時や直進時の、操舵者がステアリングを操舵していない状態を、ブラシレスモータに流れるｑ軸電流、および前記ブラシレスモータの回転速度を検知することによって操舵しているか否かを判定するので、信号処理の過程を簡素化でき、より素早く電源の異常を検出することができる。

また、上記（４）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両の停止時や直進時の、操舵者がステアリングを操舵していない状態時にも、ブラシレスモータに、ブラシレスモータの出力トルクに無関係なｄ軸電流を流すことによってインバータで電流が消費されるので、電源装置に異常が発生すれば平滑コンデンサにチャージされた電圧がインバータによって放電し、平滑コンデンサの端子電圧が低下して、前記異常を検出することが可能となり、操舵者に異常を報知することができる。

また、上記（５）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両の停止時や直進時の操舵者がステアリングを操舵していない状態時に、ブラシレスモータに、ブラシレスモータの出力トルクに無関係なｄ軸電流を所定の周期で流すことによってインバータで周期的に電流が消費されるので、余分なエネルギー損出を抑制して効率的に電源装置の異常発生を診断することができる。

さらに、上記（６）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、電源装置に異常が発生した場合、平滑コンデンサにチャージされた電圧がインバータによって放電する際には、平滑コンデンサの端子電圧がより速やかに低下して、前記異常をより速やかに検出することが可能となり、車両の操舵者に異常をより速やかに報知することができる。

本発明によれば、ステアリングの操舵時に補助トルクを付与するブラシレスモータと、当該ブラシレスモータを駆動するインバータと、当該インバータに並列に接続された平滑コンデンサと、前記インバータに駆動電力を供給する電源装置と、当該電源装置の異常を検出する異常検出手段と、前記ブラシレスモータをｄ−ｑ回転座標系でベクトル制御を実施して前記インバータを駆動制御するモータ制御手段とを少なくとも備えた電動パワーステアリング制御装置であって、前記モータ制御手段は、前記ステアリングの非操舵時においても、前記ブラシレスモータにｄ軸電流を流すように前記インバータを駆動制御するとともに、前記異常検出手段は、前記ｄ軸電流に基づいて前記電源装置の異常発生を検出するので、前記ブラシレスモータの出力トルクに影響を与えることなく、ステアリングの非操舵時に電源装置の異常発生を検出することができる。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態について図面に従って説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示す図である。電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記す。）２には、操舵者のステアリング操舵に補助トルクを付与するモータ１と、前記モータ１の回転速度を検出する回転センサ２４と、電源装置であり前記ＥＣＵ２に電源コネクタ３を介して直流電源を供給するバッテリ４と、電源投入のため操舵者によりオン操作されるイグニションスイッチ５と、電源装置の異常発生を操舵者に報知する報知装置２９が接続されている。なお、当該報知装置２９は、操舵者に異常発生を報知できればよく、例えばワーニングランプ、警告音など、種々のものが使用できる。

モータ１は、ブラシレスモータであり、前記ＥＣＵ２によりモータ相の電流をロータ回転座標系上のｄ軸およびｑ軸にて電流制御するベクトル制御が行われ回転駆動される。当該モータ１は、この回転を、例えばウォームギアなどの図示しない減速機構を介して図示しない操舵軸に伝達することにより、操舵者のステアリング操舵に補助トルクを付与している。

前記ＥＣＵ２は、モータ１に駆動電流を流すためのＦＥＴなどのスイッチング素子から構成されるインバータ２１と、当該インバータ２１を駆動制御するとともに後述するプリチャージ回路２６及びリレースイッチ２７の動作を制御する制御装置２２と、当該制御装置２２に接続されモータ１の相電流を検出する電流センサ２３と、前記インバータ２１に供給される電圧の挙動を安定化させるため前記インバータ２１に並列に接続された平滑コンデンサ２５と、直列に接続された電流制限抵抗とスイッチから構成され電源投入時に前記平滑コンデンサ２５により発生する突入電流を回避するプリチャージ回路２６、バッテリ４から直流電源を供給するとともに電子制御装置２２によりオンオフが制御されるリレースイッチ２７、前記平滑コンデンサの端子電圧であるＶＲ電圧を監視するＶＲモニタ２８とを備えている。

制御装置２２は、主としてＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えたマイクロコンピュータにより構成され、例えばマイクロコンピュータ内部のＲＯＭなどに格納されているプログラムを読み込み、操舵者のステアリング操作状態に応じて、前記インバータ２１と前記プリチャージ回路２６と前記リレースイッチ２７とを制御する。また、当該制御装置２２には、前記ＶＲモニタ２８で検出されるＶＲ電圧信号と、電流センサ２３と回転センサ２４でそれぞれ検出されるモータ１の相電流信号および回転速度信号とが入力されている。なお、これらの信号は、前記制御装置２２で演算処理が可能なように、例えば図示しないＡ／Ｄ変換器にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。また、当該信号は、適宜、図示しない増幅器で増幅され、また図示しないローパスフィルタで濾波処理が施される。

また、前記制御装置２２は、前記インバータ２１を駆動制御してモータ１を回転駆動させるため、前記相電流信号および前記回転速度信号を取得しベクトル制御に基づいてモータ１のｄ軸およびｑ軸の各指令電流値を算出する電流制御装置２２１と、当該指令電流値に基づいてインバータ２１を駆動制御するモータ駆動制御装置２２２とを備えている。さらに、前記制御装置２２は、電源装置の異常発生を監視するため、ＶＲモニタ２８で検出されたＶＲ電圧信号を取得し前記ＶＲ電圧信号が所定の閾値以下に低下した際に、前記報知装置を作動させる異常検出装置２２３と、前記相電流信号により前記モータ１に流れるｑ軸電流、および前記回転センサ２４により検出される回転速度信号を検知して操舵者の操舵状態を判定する操舵状態検出装置２２４を備えている。
以上の構成により、モータ１は回転駆動される。

なお、操舵者の非操舵状態時には前記モータ１は回転駆動されないこと、および前記モータ１の指令電流停止時直後の惰性運動、および駆動時における逆回転運動などを考慮して、前記操舵状態検出装置は、前記モータ１を回転駆動させるｑ軸電流がほぼ“０”で、且つ前記回転速度信号がほぼ“０”であるとして検知した場合には操舵者がステアリングを操舵してないとして判定し、一方前記ｑ軸電流および回転速度信号の少なくとも一方が“０”以外の数値で検知された場合には操舵者がステアリングを操舵しているとして判定する構成となっている。

図２に従って、本実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の動作について説明する。図２は、電動パワーステアリング制御装置の電源投入時の動作手順を示すフローチャートである。

まず、操舵者によって電源投入のためのイグニションスイッチ５がオンとされる（即ちＳ１０１）。この動作により、バッテリ４からＥＣＵ２に電源が供給されると略同時に制御装置２２はプリチャージ回路２６のスイッチをオンとする（即ちＳ１０２）。これにより、バッテリ４から供給される直流電流が抵抗によって制限され、平滑コンデンサ２５を緩やかに充電する（即ちＳ１０３）。なお、電源投入時にはリレーはオフ状態となっている。

前記制御装置２２は、平滑コンデンサ２５の充電開始から所定の時間が経過したか否かを判定し（即ちＳ１０４）、前記制御装置２２により平滑コンデンサ２５の充電開始から所定の時間が経過していないと判定された場合は、プリチャージ回路２６を介して平滑コンデンサ２５の充電を継続する。所定の時間が経過したと判定した場合は、リレースイッチ２７をオンとするとともに（即ちＳ１０５）、プリチャージ回路２６のスイッチをオフとする（ステップＳ１０６）。これにより、以後、平滑コンデンサ２５はプリチャージ回路２６から充電されることなく、リレースイッチ２７を介してバッテリ４からのみ、充電されることとなる。

このようにして、平滑コンデンサ２５の充電が完了すると、電動パワーステアリング制御装置は通常の制御状態に移行し、車両が稼動して走行する（即ちＳ１０７）。

次に、図３に従って、本実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置において、電源装置の異常発生を検出する際の動作手順について説明する。図３は、電動パワーステアリング制御装置の電源装置の異常を検出する際の動作手順を示すフローチャートである。

前記操舵状態検出装置２２４は、操舵者がステアリングを操舵しているか否かを判定する（即ちＳ２０１）。モータ１が停止してステアリングが非操舵の状態にある（ｑ軸電流がほぼ“０”か、且つ回転速度信号がほぼ“０”か）と判定した場合は、電流制御装置２２１はモータ１のｄ軸に流す指令電流値を算出し、モータ駆動制御装置２２２は前記ｄ軸の指令電流値に基づいてインバータ２１を駆動制御し、モータ１にｄ軸電流を流す（即ちＳ２０２）。なお、ｄ軸電流は、モータ１の出力に関係しない電流であるため、前記ｄ軸電流をモータ１に流してもモータ１は回転駆動することはない。

さらに、前記制御装置２２は、ＶＲモニタ２８で検出されるＶＲ電圧信号が所定の異常検出閾値以下に低下したか否かを判定する（即ちＳ２０３）。ＶＲ電圧信号が予め設定された所定の異常検出閾値以下に低下したと判定した場合は、電源装置に異常が発生していると判断して、操舵者に対してワーニングランプ等で警告を報知する（即ちＳ２０４）。なお、これら一連の動作手順（即ちＳ２０１〜Ｓ２０４）は、前記制御装置２２により、例えば所定の周期で、割込み処理として適宜実施される。
なお、前記異常検出閾値は、外部より設定変更可能な値であり、前記制御装置２２の図示しないＲＡＭなどの記憶装置により記憶保持されている。

ここで、図４、図５に従って、本実施形態に係る電源装置の異常発生の検出についてさらに詳細に説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、ステアリングの非操舵時に、それぞれモータ１にｄ軸を流さない場合と流した場合のＶＲ電圧の変化を示す図である。図５は、モータ１の非駆動時に、モータ１にｄ軸を流した場合の電源電流Ｉｂａｔｔの変化を示す図である。

停車中また直進走行中では、ステアリングは非操舵の状態にあり、モータ１はステアリングに補助トルクを付与することがなく、回転を停止している。従って、その際にインバータ２１に供給される電源電流Ｉｂａｔｔはほとんど‘０’である。

このとき、電源コネクタ２がＥＣＵ２から脱落する等の電源装置の異常が発生しても、平滑コンデンサ２５はほとんど放電されることがなく、図４（ａ）に示すように、ＶＲ電圧はほとんど低下しない。したがって、前記異常検出装置は、ステアリング非操舵の状態では、ＶＲモニタ２８で検出されるＶＲ電圧信号により電源装置の異常を検知することができない。

ここで、図５に示すように、前記モータ駆動制御装置２２２が前記ｄ軸の指令電流値に基づいてインバータ２１を駆動制御しモータ１にｄ軸電流を流すことにより、周辺回路などにおけるジュール熱の発生などで損失エネルギーが発生し、このためインバータ２１にｄ軸電流の値に応じて電源電流Ｉｂａｔｔが僅かに流れる。

このようにして電源電流Ｉｂａｔｔが流れると、電源コネクタ２がＥＣＵ２から脱落する等の電源装置の異常が発生した場合には、電源装置であるバッテリ４から直流電源が供給されなくなり、且つ前記プリチャージ回路２６がオフの状態となっているので、平滑コンデンサ２５は放電し、図４（ｂ）に示すように、ＶＲ電圧が徐々に低下する。したがって、前記電子制御装置２２は、ＶＲモニタ２８で検出されるＶＲ電圧で電源装置の異常発生を検出することができる。

なお、ステアリングの非操舵時にモータ１に流すｄ軸電流は、連続して流してもよいが、所定の周期で流すことが好ましい。所定の周期でｄ軸電流を流す場合には、余分なエネルギー損失を抑制した効率的な電源装置の異常診断が可能となる。

本実施形態によれば、停止時や直進走行時等のステアリングの非操舵時において、ステアリングに補助トルクを付与するモータ１が回転していないことを検出した際、即ち操舵者がステアリングを操舵していない状態時にも、ＥＣＵ２の電子制御装置２２によってｄ軸の指令電流値を算出し、当該指令電流値に基づいてインバータ２１を駆動制御してモータ１にｄ軸電流を流す。これにより、モータ１が非駆動時には従来の電動パワーステアリング装置では流れなかった電流がインバータ２１に流れ、平滑コンデンサ２５が放電してＶＲ電圧が低下するので、これをＶＲモニタ２８で検出して制御装置２２で監視するので電源装置の異常発生を検出することができる。

また、前記制御装置２２は電源投入時に前記プリチャージ回路２６が一旦作動した後は、当該プリチャージ回路２６を非作動にするので、電源装置の異常検出の際、平滑コンデンサ２５がプリチャージ回路２６から充電されることがないので、より速やかに電源装置の異常発生を検出することができる。

なお、本実施形態によれば、ステアリングの非操舵時のみならず操舵時においても、平滑コンデンサ２５のＶＲ電圧をＶＲモニタ２８で検出して制御装置２２で監視することができるので、ステアリングの操舵時においても、従来のものと同様に電源装置の異常発生を検出することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の様態はこれら実施形態に限られるものではく、適宜、変形、改良等が可能である。

本実施形態では、ステアリングの非操舵状態の検出を、モータ１のｑ軸電流と回転速度信号とを用いて行ったが、これに限られるものでなく、例えば、ステアリングに直接舵角センサなどを付設し当該舵角センサにより検出された舵角信号などを用いて判定してもよい。

また、本実施形態では、ステアリング非操舵状態を判定する手段として操舵状態検出装置を例示して説明したが、これに限られるものではなく、少なくともステアリングの非操舵時にｄ軸電流が流れればよく、例えばｄ軸電流をモータの回転数で規定される関数とし、当該回転数から参照する構成、あるいはステアリングの操舵時、非操舵時を問わず、オフセット電流としてｄ軸電流を流す構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の電源投入時における動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の電源装置の異常を検出する際の動作手順を示すフローチャートである。 （ａ）は、モータの停止時に、モータにｄ軸を流さない場合のＶＲ電圧の変化を示す図、（ｂ）は、モータにｄ軸を流した場合のＶＲ電圧の変化を示す図である。 モータの停止時に、モータにｄ軸を流した場合の電源電流の変化を示す図である。

符号の説明

１ モータ
２ ＥＣＵ
３ 電源コネクタ
４ バッテリ
５ イグニションスイッチ
２１ インバータ
２２ 電子制御装置
２４ 回転センサ
２５ 平滑コンデンサ
２６ プリチャージ回路
２７ リレースイッチ
２８ ＶＲモニタ
２９ 報知装置
２２ 制御装置
２２１ 電流制御装置
２２２ モータ駆動制御装置
２２３ 異常検出装置
２２４ 操舵状態検出装置

Claims (6)

1. ステアリングの操舵時に補助トルクを付与するブラシレスモータを駆動するインバータと、
   前記インバータに並列に接続された平滑コンデンサと、
   前記インバータに駆動電力を供給する電源装置と、
   前記電源装置の異常を検出する異常検出手段と、
   前記ブラシレスモータをｄ−ｑ回転座標系でベクトル制御を実施して前記インバータを駆動制御するモータ制御手段と、
   を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記モータ制御手段は、
   前記ステアリングの非操舵時に、前記ブラシレスモータにｄ軸電流を流すように前記インバータを駆動制御するとともに、
   前記異常検出手段は、
   前記ステアリングの非操舵時の前記ｄ軸電流によって発生する電源電流に応じた前記平滑コンデンサの端子電圧に基づいて、前記電源装置の異常を検出することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記モータ制御手段は、
   前記ステアリングが操舵されているか否かを判定する操舵状態検出手段を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記操舵状態検出手段は、
   前記ブラシレスモータに流れるｑ軸電流、および前記ブラシレスモータの回転速度を検知することによって、前記ステアリングが操舵されているか否かを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。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記異常検出手段は、
   前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段によって前記平滑コンデンサの端子電圧が所定の閾値以下に低下したことを検出した際に、前記電源装置の異常発生を操舵者に報知する報知手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記モータ制御手段は、
   前記ステアリングの非操舵時に、
   前記ブラシレスモータに前記ｄ軸電流を所定の周期で流すように前記インバータを駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記電源装置は、
   バッテリと、
   前記電源装置の投入時に発生する突入電流を回避するため前記平滑コンデンサを予め充電するプリチャージ手段と、を備えており、且つ、
   前記プリチャージ手段の作動を制御するプリチャージ制御手段が設けられ、
   前記プリチャージ制御手段は、
   前記電源装置による電源投入時に前記プリチャージ手段が一旦作動した後、当該プリチャージ手段を非作動にすることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

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