JP5205980B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを用いて車両操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵補助に関連する各種機器の状態を診断し、故障発生時には故障診断用データを不揮発性メモリに保存して故障解析に利用することが可能な電動パワーステアリング装置に関する。

従来、乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、操舵補助モータによって操舵を補助する装置として、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置が使用されている。電動パワーステアリング装置は、減速機を介してモータの駆動力をステアリングシャフトやステアリング機構のラック軸等に付与することで、運転者がステアリングホイールを操作する際の操作力を軽減するものである。電動パワーステアリング装置は、少なくとも、操舵トルクと車両速度（車速）とに基づき、操舵補助のための指令値を演算し、この演算された操舵補助指令値に基づいて電動モータを制御する。このような制御は、電動パワーステアリング装置内に設けられたコントローラにより実行される。

ところで、電動パワーステアリング装置では、操舵補助に関連する各種機器の状態を診断し、故障が発生した場合には、各種機器の状態情報を含む車両状態情報を故障診断用データとして保存用メモリに保存し故障解析に利用している。

例えば、特許文献１では、トルクセンサの故障や劣化に関連するデータを安定して収集することを目的とした電動パワーステアリング用トルクセンサについて記載している。具体的には、トルクセンサの故障解析に利用可能なデータを検出し、そのデータのうち補助操舵力指令が規定値を超えた場合、すなわち、運転者によるハンドル操作が実際に行われたときのデータのみを保存用メモリに書き込むようにしている。これにより、故障解析に不要なデータを排除し、必要なデータのみを保存することで、保存用メモリの容量が少ない場合であっても、故障解析に有用なデータを収集保存するようにしている。また、保存用メモリを上書き用メモリと永久保存用の不揮発性メモリとにより構成し、データの大きさが設定範囲を超えた場合、つまり、何らかの異常が生じている可能性が高い場合のデータを不揮発性メモリに保存し、その他の場合はデータを上書き用メモリに保存するようにしている。

また、特許文献２では、故障解析のために故障発生時の車両状態量を収集する診断データ収集装置において、初回の故障発生時の車両状態量を不揮発性メモリに記憶する構成としている。これは、一般に初回の故障発生時のデータが故障解析を行う上で重要となることを考慮した構成であり、初回の故障発生時の車両状態量を上書きや消去等することなく確実に保持することを目的としている。

特開２０００−３３７９７７号公報 特開２００５−４１２７３号公報

しかしながら、上記従来の技術には以下に示すような問題点がある。すなわち、特許文献１に記載の電動パワーステアリング用トルクセンサでは、何らかの異常が生じている可能性が高いと判断された場合のデータは永久保存用の不揮発性メモリに保存されるが、複数の故障が発生しメモリ容量を超えるデータが検出された場合には、古いデータに新しいデータを上書きすることでデータを保存する。そのため、初回の故障発生時のデータを上書きするなど、故障解析に有用なデータを消去してしまう可能性が高いという問題点がある。

また、特許文献２では、初回の故障発生時のデータを不揮発性メモリに保存する構成としているが、初回に発生した故障が軽微な場合には、この軽微な故障に関するデータが不揮発性メモリに記憶されてしまい、その後に、重度の故障が発生したとしてもその際のデータは不揮発性メモリには記憶されず、故障解析を行う上でより有効なデータが保存されない可能性が高いという問題点がある。

さらにまた、特許文献２では、不揮発性メモリを２つの記憶領域に分けて管理し、一方の記憶領域にて初回の故障発生時のデータを保存し、他方の記憶領域にて最新の故障発生時のデータを保存する構成を開示している。しかしながら、このような構成においても、最新の故障発生時のデータを保存する際に古いデータを上書きすることから、故障発生順序によっては故障解析に有効なデータを保持することができず、さらに、２つの記憶領域を有することからメモリ管理が複雑になるという問題点がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、操舵補助に関連する各種機器の状態を診断し故障が発生した場合には故障解析に有効なデータを確実に不揮発性メモリに保持することが可能であると共にメモリ管理が容易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。

上述した課題を解決し、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、操舵補助用の電動モータと、少なくとも、操舵トルクおよび車両速度を用いて演算した操舵補助指令値に基づき前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記操舵補助に関連する機器の状態を示す信号を診断し、故障発生時には前記信号情報を含む車両状態情報を検出すると共に、予め設定された故障の程度を表す複数の故障ランクの中から前記故障の程度に応じた故障ランクを前記車両状態情報に付与して故障診断用データとして検出する診断手段と、前記検出された故障診断用データをｎ個（ｎは２以上の整数）保存可能な不揮発性メモリと、を備え、前記診断手段は、前記不揮発性メモリに既にｎ個の故障診断用データが保存されている場合に、前記検出された故障診断用データの故障ランクと前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの故障ランクとをそれぞれ比較し、前記検出された故障診断用データの故障ランクが前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの少なくとも１つの故障ランクよりもより重度の故障を表すと判定した場合には、前記検出された故障診断用データよりもより重度の故障データを上書きしないようにして前記不揮発性メモリに保存し、前記検出された故障診断用データの故障ランクが前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの故障ランクよりもより軽度の故障を表すと判定した場合には、前記検出された故障診断用データを前記不揮発性メモリに保存しないことを特徴とする。

また、前記診断手段は、前記検出された故障診断用データの故障ランクと前記不揮発性メモリに既に保存されている故障診断用データの故障ランクとが等しいと判定した場合には、前記検出された故障診断用データを前記不揮発性メモリに保存しないことが好ましい。

本発明によれば、不揮発性メモリに既に故障診断用データが保存されている場合に、新たに検出された故障診断用データの故障ランクと不揮発性メモリに既に保存されている故障診断用データの故障ランクとを比較し、新たに検出された故障診断用データの故障ランクが不揮発性メモリに既に保存されている故障診断用データの故障ランクよりもより重度の故障を表すと判定した場合には、新たに検出された故障診断用データを不揮発性メモリに保存するようにし、新たに検出された故障診断用データの故障ランクが不揮発性メモリに既に保存されている故障診断用データの故障ランクよりもより軽度の故障を表すと判定した場合には、新たに検出された故障診断用データを不揮発性メモリに保存しないようにしたので、後発した軽微な故障データによって既に保存されているより重度の故障データが上書きまたは消去されることがない。そのため、故障解析に有効なより重度の故障診断用データを確実に不揮発性メモリに保持することが可能になるという効果を奏する。

また、従来技術のように、不揮発性メモリの記憶領域を複数の記憶領域に分けて管理する必要がないので、メモリ管理が容易になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置１００の一般的な構成を示す図である。図１において、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および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Ｔ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操舵補助モータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。ここで、操舵補助モータ２０は、例えば、ブラシレスモータまたはブラシモータである。電動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（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１４から内蔵の電源リレー１３を介して電力が供給され、イグニションキー１１からイグニション信号が供給される。また、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０にて検出された操舵トルクＴと車速センサ１２にて検出された車両速度（車速）Ｖとに基づいて、操舵補助モータ２０の電流指令値を演算し、操舵補助モータ２０の電流検出値が電流指令値に追従するように操舵補助モータ２０を駆動制御する。

図２は、図１のコントロールユニット３０のハードウェア構成を示す図である。コントロールユニット３０は、電源リレー１３、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）１１０、モータ駆動回路１０８、電流検出回路１２０、および位置検出回路１３０等を備えている。

ＭＣＵ１１０は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＥＥＰＲＯＭ１０４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、およびＰＷＭコントローラ１０７等を備えている。また、これらがバス６０に接続されることでデータの送受信が実現されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された各種プログラムを実行し、電動パワーステアリング装置１００を制御する。

ＲＯＭ１０２はＣＰＵ１０１が実行する各種プログラムを格納し、具体的には、例えば操舵補助モータ２０の制御プログラム等を記憶するためのメモリである。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がプログラムを実行する際の作業領域として使用される。

ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１０４は電気的に書き換え可能な不揮発性メモリであり、電源遮断後においても記憶内容を保持可能である。後述するように、ＥＥＰＲＯＭ１０４は、故障診断用データの保存に利用することができる。

Ａ／Ｄ変換器１０６には、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴ、電流検出回路１２０からの操舵補助モータ２０の電流検出値Ｉｍ、および位置検出回路１３０からのモータ回転角信号θ等が入力され、これらの入力をデジタル信号に変換する。インターフェース１０５には、車速センサ１２からの車速信号Ｖ（車速パルス）が入力される。

ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１０７は操舵補助モータ２０の電流指令値に基づきＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。モータ駆動回路１０８は、インバータ回路などにより構成され、ＰＷＭコントローラ１０７から出力された信号に基づき操舵補助モータ２０を駆動する。電流検出回路１２０は操舵補助モータ２０の電流値を検出し、電流検出値ＩｍをＡ／Ｄ変換器１０６に出力する。位置検出回路１３０は、位置センサ２５からの出力信号をモータ回転角信号θとして、Ａ／Ｄ変換器１０６に出力する。

次に、操舵補助に関連する各種機器の状態を診断し、故障発生時には故障診断用データを検出、保存するための構成およびその動作の詳細について説明する。本実施の形態では、ＭＣＵ１１０は、ＲＯＭ１０２に記憶された所定のプログラムに従い、操舵補助に関連する各種機器の状態を示す信号を監視診断し、故障が発生した場合には、その際の信号情報を含む車両状態情報を故障解析用データ（以下、故障データという。）として検出する。なお、故障発生を検出した場合には、電動パワーステアリング装置は、いわゆるフェイルセーフモードに移行するように設定されている。

このように、ＭＣＵ１１０は各種信号を診断する診断手段としての機能を有するが、ＭＣＵ１１０により検出された故障データを故障解析に利用するためには、検出後の故障データを不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する必要がある。しかしながら、一般に車両搭載用メモリの容量は小さく、ＥＥＰＲＯＭ１０４の容量も制限されている。そのため、検出された故障データのすべてをＥＥＰＲＯＭ１０４に保持する構成は実用的ではなく、故障解析に最も有効なデータを選択して確実に保持するような構成が望ましい。

そこで、本実施の形態では、故障データにその故障の程度（すなわち、故障の重軽度）に応じた故障ランクを付与し、順序付けすることで、この故障ランクの比較によって故障データ間の故障の程度の相違を判定可能とし、即時アシストオフを必要とするような重度の故障が発生した場合の故障情報を確実に保持するようにする。ここで、故障ランクの数は複数であれば任意に設定可能であり、一例として３つの故障ランクを設定した場合には、例えば、故障ランク１は重度の故障を表し、故障ランク２は中度の故障を表し、故障ランク３は軽度の故障を表すというように故障を分類することができる。故障ランク１に属する故障例としては、モータ駆動回路１０８の故障、トルクセンサ１０の故障等である。故障ランク２に属する故障例としては、温度センサ（図示ぜず）等の故障である。温度センサは機器の温度を検出し、例えば半導体素子等の温度制御等に利用される。故障ランク３に属する故障例としては、速度センサ１２の故障等である。

なお、前述のように車両搭載用メモリの容量には一般に制約があることから、本実施の形態ではＥＥＰＲＯＭ１０４の容量として、例えば、保存可能な故障データの個数が１つであるような容量とする。

次に、故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する際の処理手順について説明する。図３は、故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する際の処理手順を示すフローチャートである。図３に示す処理は、イグニッションキー１１をオンした際に起動される。

まず、ＭＣＵ１１０は、ＥＥＰＲＯＭ１０４内のデータを読出し、既に故障データが保存されているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１が実行されると、故障が検出されるまで待ち状態となるが(ステップＳ１０２のＮｏ）、故障が検出されると（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、ＭＣＵ１１０は検出された故障データをラッチする（ステップＳ１０３）。その際、故障データには故障ランクが付与される。

次に、ＭＣＵ１１０は、ステップＳ１０１の処理結果に基づきＥＥＰＲＯＭ１０４に故障データが保存されていないと判断した場合には（ステップＳ１０４のＮｏ）、ステップＳ１０８に進み、検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する。この場合は、初回の故障が発生した場合に対応する。一方、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に故障データが保存されていると判断した場合には（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクを読出す（ステップＳ１０５）。

続いて、新たに検出された故障データの故障ランクと、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクとを比較し（ステップＳ１０６）、新たに発生した故障がより重度の故障であるか否かの判定を行う（ステップＳ１０７）。例えば、前述の３つの故障ランクを設定した例では、新たに検出された故障データの故障ランクの値が、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクの値よりも小さい場合に、新たに発生した故障がより重度の故障であると判定する。

そして、故障ランクの比較結果をもとに、新たに発生した故障がＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データに相当する故障よりも重度であると判定された場合には、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する（ステップＳ１０８）。一方、それ以外の場合、すなわち、新たに発生した故障がＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データに相当する故障よりも軽度である場合または同程度である場合には、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存せず、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データをそのまま保持するようにする。ここで、前述の３つの故障ランクを設定した例では、新たに発生した故障がＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データに相当する故障よりも軽度である場合とは、新たに検出された故障データの故障ランクの値が、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクの値よりも大きい場合である。また、新たに発生した故障がＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データに相当する故障と同程度である場合とは、新たに検出された故障データの故障ランクの値と、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクの値とが等しい場合である。

このように、故障ランクに基づいて故障データを比較することで、即時アシストオフが必要となるようなより重度の故障のデータをＥＥＰＲＯＭ１０４に残すようにし、このデータが後発したより軽微な故障のデータによって上書きされないようにしている。また、新たに発生した故障の故障ランクとＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクとが等しい場合には、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存しないが、これは、一般に先に発生した故障についてのデータが故障解析を行う上でより重要となることに基づく。

本実施の形態によれば、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に故障データが保存されている場合には、新たに検出された故障データの故障ランクとＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクとを比較し、新たに検出された故障データの故障ランクがＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクよりもより重度の故障を表すと判定した場合に、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存するようにし、新たに検出された故障データの故障ランクがＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクよりもより軽度の故障を表すと判定した場合には、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存しないようにしたので、後発したより軽微な故障データによって既に保存されているより重度な故障データが上書きまたは消去されることがなく、故障解析に有効なより重度の故障データを確実にＥＥＰＲＯＭ１０４に保持することが可能になるという効果を奏する。

また、本実施の形態においては、従来技術のように、ＥＥＰＲＯＭ１０４の記憶領域を複数の記憶領域に分けて管理していないので、メモリ管理が容易になるという効果を奏する。

また、新たに発生した故障の故障ランクとＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されている故障データの故障ランクとが等しい場合には、新たに検出された故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存しない。これにより、一般に先に発生した故障についての故障データが故障解析を行う上でより重要となることが多いことから、故障解析に有効なデータをより確実にＥＥＰＲＯＭ１０４に保持することが可能になる。

なお、本実施の形態では、ＥＥＰＲＯＭ１０４の容量として、保存可能な故障データの個数が１つであるような容量としたが、これに限定されず、保存可能な故障データの個数が複数であるような容量とすることができる。例えば、ＥＥＰＲＯＭ１０４にｎ個（ｎは２以上の整数）の故障データが保存可能であり、かつ、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既にｎ個の故障データが保存されている場合を考える。この場合、新たに発生した故障の故障データ（以下、新たな故障データという。）と、ＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されているｎ個の故障データとをそれぞれ比較し、新たな故障データがＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されているｎ個の故障データの少なくとも１つよりも重大であると判定された場合には、新たな故障データよりもより重度の故障データを上書きしないようにして新たな故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存する。その際、新たな故障データに対して最も軽度の故障データを上書きするようにして保存することが好ましい。一方、新たな故障データとＥＥＰＲＯＭ１０４に既に保存されているｎ個の故障データとの比較結果が前記以外の場合は、新たな故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４に保存しないようにする。また、ＥＥＰＲＯＭ１０４にｎ個未満の故障データが保存されている場合には、新たな故障データをＥＥＰＲＯＭ１０４の空き領域に保存することができる。このようにして、重度の故障データを確実にＥＥＰＲＯＭ１０４に保持することが可能となる。

以上のように、本発明の係る電動パワーステアリング装置は、不揮発性メモリの容量を増大することなく、故障解析に有効なデータを確実に保持しようとする場合に有用である。

実施の形態に係る電動ステアリング装置の一般的な構成を示す図である。 実施の形態におけるコントロールユニットのハードウェア構成を示す図である。 故障データをＥＥＰＲＯＭに保存する際の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
４ａ，４ｂ ユニバーサルジョイント
５ ピニオンラック機構
６ タイロッド
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ 電源リレー
１４ バッテリ
２０ 操舵補助モータ
２５ 位置センサ
６０ バス
１００ ＥＰＳ装置
１１０ ＭＣＵ
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＥＥＰＲＯＭ
１０５ インターフェース
１０６ Ａ／Ｄ変換器
１０７ ＰＷＭコントローラ
１０８ モータ駆動回路
１２０ 電流検出回路
１３０ 位置検出回路

Claims (2)

1. 操舵補助用の電動モータと、少なくとも、操舵トルクおよび車両速度を用いて演算した操舵補助指令値に基づき前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記操舵補助に関連する機器の状態を示す信号を診断し、故障発生時には前記信号情報を含む車両状態情報を検出すると共に、予め設定された故障の程度を表す複数の故障ランクの中から前記故障の程度に応じた故障ランクを前記車両状態情報に付与して故障診断用データとして検出する診断手段と、前記検出された故障診断用データをｎ個（ｎは２以上の整数）保存可能な不揮発性メモリと、を備え、
   前記診断手段は、前記不揮発性メモリに既にｎ個の故障診断用データが保存されている場合に、前記検出された故障診断用データの故障ランクと前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの故障ランクとをそれぞれ比較し、前記検出された故障診断用データの故障ランクが前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの少なくとも１つの故障ランクよりもより重度の故障を表すと判定した場合には、前記検出された故障診断用データよりもより重度の故障データを上書きしないようにして前記不揮発性メモリに保存し、前記検出された故障診断用データの故障ランクが前記不揮発性メモリに既に保存されているｎ個の故障診断用データの故障ランクよりもより軽度の故障を表すと判定した場合には、前記検出された故障診断用データを前記不揮発性メモリに保存しないことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記診断手段は、前記検出された故障診断用データの故障ランクと前記不揮発性メモリに既に保存されている故障診断用データの故障ランクとが等しいと判定した場合には、前記検出された故障診断用データを前記不揮発性メモリに保存しない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。

Images