JP5966605B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力をステアリング機構に付与する電動モータを備える電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus including an electric motor that applies a steering assist force to a steering mechanism to reduce a driver's steering burden.
従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、演算した電流指令値と電動モータの駆動電流検出値との偏差に基づいてフィードバック制御を行って電動モータを駆動制御することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
このような電動パワーステアリング装置の制御装置として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、上記電流指令値を演算するMCUの電源電圧が低電圧であることを検出したとき、MCUに対してリセット信号を出力し、当該MCUの動作を自動的に停止するものである。これにより、MCUが動作保証電圧範囲外で動作してしまうのを防止し、MCUの動作が不安定となることに起因してシステム動作が不安定となるのを防止するようにしている。
Conventionally, as a steering device, a driver calculates a current command value based on a steering torque for steering a steering wheel, and performs feedback control based on a deviation between the calculated current command value and a drive current detection value of an electric motor. 2. Description of the Related Art An electric power steering apparatus that gives steering assist force to a steering mechanism by driving and controlling an electric motor has been widespread.
As a control device for such an electric power steering device, for example, there is a technique described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術にあっては、リセット信号に故障が発生している場合や、正常なリセット信号を発生できてもMCU動作を停止できない側へ信号の固着故障が発生している場合には、MCU動作を停止することができない。
そこで、本発明は、電源電圧に異常が発生した際に、適切にシステムを安全側へ移行す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を課題としている。
However, in the technique described in the above-mentioned
Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can appropriately shift the system to the safe side when an abnormality occurs in the power supply voltage.
上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対して操舵補助力を付与する電動モータと、前記電動モータを駆動制御するための電流指令値を演算する制御演算回路と、前記制御演算回路で演算された電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動する駆動回路と、を備える電動パワーステアリング装置であって、前記制御演算回路に供給される電源電圧を監視する電源電圧監視手段と、前記電源電圧監視手段で、前記電源電圧が所定の設定電圧範囲を逸脱していることを検出したとき、前記制御演算回路及び前記駆動回路に対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力する停止信号出力手段と、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an electric power steering apparatus according to the present invention includes an electric motor that applies a steering assist force to a steering system, and a control calculation that calculates a current command value for driving and controlling the electric motor. An electric power steering apparatus comprising: a circuit; and a drive circuit that drives the electric motor based on a current command value calculated by the control arithmetic circuit, wherein the power supply voltage supplied to the control arithmetic circuit is monitored When the power supply voltage monitoring means and the power supply voltage monitoring means detect that the power supply voltage is out of a predetermined set voltage range, the control operation circuit and the drive circuit are stopped. And a stop signal output means for outputting different stop signals.
このように、電源電圧の異常を検出した場合、制御演算回路(マイクロコンピュータ)と駆動回路(ゲート駆動回路)とにそれぞれ異なる停止信号を出力する。したがって、例えば制御演算回路に出力した停止信号によって制御演算回路を正常に停止できない場合であっても、駆動回路に出力した停止信号によって駆動回路を停止することができ、システムを安全側へ移行することができる。 Thus, when an abnormality in the power supply voltage is detected, different stop signals are output to the control arithmetic circuit (microcomputer) and the drive circuit (gate drive circuit). Therefore, for example, even when the control arithmetic circuit cannot be stopped normally by the stop signal output to the control arithmetic circuit, the drive circuit can be stopped by the stop signal output to the drive circuit, and the system is shifted to the safe side. be able to.
また、上記において、前記設定電圧範囲は、前記制御演算回路が正常に動作することができる動作保証電圧範囲であることを特徴としている。
これにより、電源電圧が、制御演算回路が正常に動作することができる動作保証電圧範囲を逸脱しているときに、電源電圧の異常が発生していると判断して停止信号を出力することができる。したがって、制御演算回路が動作保証電圧範囲外で動作するのを確実に防止することができる。
In the above, the set voltage range is an operation guarantee voltage range in which the control arithmetic circuit can operate normally.
As a result, when the power supply voltage deviates from the guaranteed operation voltage range in which the control arithmetic circuit can operate normally, it can be determined that an abnormality in the power supply voltage has occurred and a stop signal can be output. it can. Therefore, it is possible to reliably prevent the control arithmetic circuit from operating outside the guaranteed operating voltage range.
さらに、上記において、入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、前記動作保証電圧範囲の上限電圧値は、前記設定電圧値よりも高電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴としている。
これにより、電源電圧が高電圧側へ異常となった場合であっても、適切に制御演算回路及び駆動回路を停止することができる。また、安定化電源電圧の設定電圧値を基準として動作保証電圧範囲の上限電圧値を設定するので、適切に電圧異常を検出することができる。
Further, in the above, the power supply generating means for generating a stabilized power supply voltage having a preset set voltage value from an input power supply and supplying the stabilized power supply voltage to the control arithmetic circuit as the power supply voltage is provided, and the upper limit of the guaranteed operation voltage range The voltage value is set to a predetermined voltage value on a higher voltage side than the set voltage value.
Thereby, even when the power supply voltage becomes abnormal toward the high voltage side, the control arithmetic circuit and the drive circuit can be appropriately stopped. In addition, since the upper limit voltage value of the guaranteed operation voltage range is set with reference to the set voltage value of the stabilized power supply voltage, a voltage abnormality can be detected appropriately.
また、上記において、入力電源から予め設定された設定電圧値の安定化電源電圧を生成し、これを前記電源電圧として前記制御演算回路に供給する電源生成手段を備え、前記動作保証電圧範囲の下限電圧値は、前記設定電圧値よりも低電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴としている。
これにより、電源電圧が低電圧側へ異常となった場合であっても、適切に制御演算回路及び駆動回路を停止することができる。また、安定化電源電圧の設定電圧値を基準として動作保証電圧範囲の下限電圧値を設定するので、適切に電圧異常を検出することができる。
Further, in the above, a power supply generating means for generating a stabilized power supply voltage having a preset set voltage value from an input power supply and supplying the power supply voltage to the control arithmetic circuit as the power supply voltage is provided, and the lower limit of the guaranteed operation voltage range The voltage value is set to a predetermined voltage value on a lower voltage side than the set voltage value.
Thereby, even when the power supply voltage becomes abnormal toward the low voltage side, the control arithmetic circuit and the drive circuit can be appropriately stopped. In addition, since the lower limit voltage value of the guaranteed operation voltage range is set with reference to the set voltage value of the stabilized power supply voltage, a voltage abnormality can be detected appropriately.
本発明の電動パワーステアリング装置では、電源電圧の異常を検出した場合には、制御演算回路と駆動回路とにそれぞれ異なる停止信号を出力して、制御演算回路と駆動回路とを停止させるようにするので、電源電圧異常時における動作停止機能の信頼性を向上させることができる。このように、適切にシステムを安全側へ移行することができる。 In the electric power steering apparatus of the present invention, when an abnormality in the power supply voltage is detected, different stop signals are output to the control arithmetic circuit and the drive circuit, respectively, so that the control arithmetic circuit and the drive circuit are stopped. Therefore, it is possible to improve the reliability of the operation stop function when the power supply voltage is abnormal. In this way, the system can be appropriately shifted to the safe side.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to the present invention.
In the figure,
コラム軸2には、ステアリングホイール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、ステアリングホイール1の操舵力を補助するモータ40が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。モータ40は電動モータであり、ここでは3相ブラシレスモータを適用する。
コントロールユニット30は、車載のバッテリ14(例えば、定格電圧が12Vである)から電源供給されることによって作動する。バッテリ14の負極は接地され、その正極は、エンジン始動を行うイグニションキー11を介してコントロールユニット30に接続されると共に、イグニッションキー11を介さず直接コントロールユニット30に接続されている。
このように、コントロールユニット30には、バッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号IGNが入力される。
The
The
As described above, the
また、コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出した操舵トルクTsと、車速センサ12で検出した車速Vとを入力し、これらに基づいて、操舵補助指令値(電流指令値)Iの演算を行う。そして、演算した操舵補助指令値Iに基づいて、モータ40に供給する電流を制御する。
図2は、コントロールユニット30の構成を示すブロック図である。
3相ブラシレスモータ40は、この図2に示すように、a相、b相、c相の各コイルの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルの他端がコントロールユニット30に接続されて個別にモータ駆動電流ia、ib及びicが供給される。
トルクセンサ10で検出された操舵トルクTs及び車速センサ12で検出された車速Vは、制御演算装置(制御演算回路)50に入力される。
Further, the
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
In the three-phase
The steering torque Ts detected by the
また、3相ブラシレスモータ40の各相電流は電流検出回路45で検出され、検出された3相のモータ電流ia〜icが制御演算装置50にフィードバック電流として入力される。また、3相ブラシレスモータ40にはホールセンサ等の回転センサ41が取り付けられており、回転センサ41からの回転信号RTがロータ位置検出回路46に入力され、検出された回転位置θが制御演算装置50に入力される。
Each phase current of the three-phase
そして、制御演算装置50は、これらの入力信号に基づいて操舵補助指令値Iを演算し、これをゲート駆動回路(駆動回路)43に出力する。
ゲート駆動回路43は、入力された操舵補助指令値Iに基づいて、PWM制御処理を実行してゲート駆動信号を形成し、そのゲート駆動信号によりインバータ回路44を構成するFETのゲート電流を制御する。
The control
Based on the input steering assist command value I, the
インバータ回路44は、非常停止用の遮断装置42を経て3相ブラシレスモータ40を駆動する。このインバータ回路44は、3相ブリッジを構成する6個のFETTr1〜Tr6で構成され、遮断装置42は2相を遮断するリレー接点421及び422で構成されている。リレー接点421及び422は通常オンされており、本例ではa,b相を非常時に遮断するようになっているが、他相の組み合わせであっても良い。
The inverter circuit 44 drives the three-phase
また、イグニションキー11からのイグニションキー信号IGNは、イグニション電圧モニタ部15及び電源回路部60に入力される。電源回路部60は、入力電圧から電源電圧Vddを生成して制御演算装置50に出力すると共に、後述するリセット信号RS1を制御演算装置50に出力する。さらに、電源回路部60は、後述する駆動停止信号RS2をゲート駆動回路43に出力する。
Further, the ignition key signal IGN from the
図3は、制御演算装置50及び電源回路部60の具体的構成を示す図である。
制御演算装置50はマイクロコンピュータであり、全体の制御を実行するCPU51と、データやプログラム等を記憶するROM/RAM部52と、周辺機器とのインタフェースとなる周辺回路53とで構成されている。
電源回路部60からの電源電圧Vddは、CPU51、ROM/RAM部52及び周辺回路53にそれぞれ供給される。また、操舵トルクTs、車速V、モータ電流ia〜ic、ロータ回転位置θは周辺回路53に入力される。
電源回路部60は、イグニションキー信号IGNに基づいて、設定電圧値5Vの安定化電源電圧Vddを出力する電源生成部(5V−Regulator)61と、電源電圧Vddの異常を監視する電圧監視部62とを備える。ここで、電源生成部61は、正常時には5V±0.15Vの精度で電源電圧Vddを出力するように構成されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the control
The control
The power supply voltage Vdd from the power
Based on the ignition key signal IGN, the power
また、電圧監視部62は、電源電圧Vddを監視し、当該電源電圧Vddが、予め定めた設定電圧範囲を逸脱している異常状態であることを検出する電圧検出回路621と、電圧異常が検出されたときにリセット信号RS1及び駆動停止信号RS2を出力するリセット生成回路622とで構成されている。
電圧検出回路621には、上記設定電圧範囲を規定するためのスレッショルドTh1及びTh2が設定されており、電源電圧VddがスレッショルドTh1以下、又はスレッショルドTh2以上となったときに、電源電圧Vddが異常状態にあると判断する。この電圧検出回路621は、イグニッションON直後から電源電圧Vddを常時監視するものとする。
In addition, the
The
そして、リセット生成回路622は、電源電圧Vddの電圧異常が検出されたとき、リセット信号RS1をCPU51及び周辺回路53に出力してCPU51及び周辺回路53を停止動作とすると共に、駆動停止信号RS2をゲート駆動回路43に出力してゲート駆動回路43を停止動作とする。
ここで、上記設定電圧範囲は、制御演算装置50が正常に動作することができる動作保証電圧範囲に設定するものとし、例えば、スレッショルド(下限電圧値)Th1は、設定電圧値(5V)よりも低電圧側の4.5V、スレッショルド(上限電圧値)Th2は、設定電圧値(5V)よりも高電圧側の5.5Vに設定する。すなわち、5V±0.5Vを動作保証電圧範囲として設定し、電源電圧Vddがこの範囲を逸脱している場合に電源電圧Vddが異常状態であると判断する。
The
Here, it is assumed that the set voltage range is set to an operation guarantee voltage range in which the control
なお、図3において、電源生成部61が電源生成手段に対応し、電圧検出回路621が電源電圧監視手段に対応し、リセット生成回路622が停止信号出力手段に対応している。
このように、電源電圧Vddを常時監視し、何らかの要因により電源電圧Vddに電圧異常が発生した場合には、制御演算装置50とゲート駆動回路43とに対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力するので、適切にシステムを停止状態とすることができる。
In FIG. 3, the
In this way, the power supply voltage Vdd is constantly monitored, and when a voltage abnormality occurs in the power supply voltage Vdd for some reason, the control
仮に、電源電圧Vddの電圧異常発生時に、制御演算装置50に対するリセット信号RS1のみを出力し、ゲート駆動回路43に対する駆動停止信号RS2を出力しないような構成とした場合、次のような問題が生じる。すなわち、リセット信号RS1自体が異常となっている場合や、正常なリセット信号RS1を出力しても制御演算装置50側の停止動作機能に異常が発生している場合(動作を停止できない側への信号の固着が発生している場合など)には、リセット信号RS1により制御演算装置50を停止することができない。
この問題は、ゲート駆動回路43に対する駆動停止信号RS2のみを出力し、制御演算装置50に対するリセット信号RS1を出力しないような構成とした場合にも同様に発生する。
If the configuration is such that only the reset signal RS1 is output to the control
This problem similarly occurs when only the drive stop signal RS2 for the
これに対して、本実施形態では、電源電圧Vddの電圧異常発生時には、制御演算装置50だけでなく、ゲート駆動回路43も停止させるように、それぞれに対して停止信号を出力する。また、その停止信号は、制御演算装置50とゲート駆動回路43とで異なる信号(リセット信号RS1と駆動停止信号RS2)とする。そのため、リセット信号RS1及び駆動停止信号RS2の何れか一方が異常となった場合や、制御演算装置50及びゲート駆動回路43の何れか一方の停止動作機能が異常となった場合であっても、システムの動作を停止し安定側に移行することができる。
すなわち、電源電圧Vddの電圧異常発生時におけるフェールセーフ機能の二重化を実現することができる。
On the other hand, in the present embodiment, when a voltage abnormality of the power supply voltage Vdd occurs, a stop signal is output to each so that not only the control
That is, the fail-safe function can be duplicated when a voltage abnormality of the power supply voltage Vdd occurs.
ところで、電源電圧Vddの供給及び電圧異常監視を行うものとして、5V定電圧電源と電源電圧Vddの低電圧監視機能とを内蔵した汎用の集積回路がある。この回路は、電源電圧Vddが低下し閾値VTHを下回ると、直ちにリセット信号を出力するように構成されている。このように、当該回路では、低電圧側にのみ閾値VTHを設定して電圧異常を監視しており、高電圧側には閾値を設定していない。 Incidentally, there is a general-purpose integrated circuit incorporating a 5V constant voltage power supply and a low voltage monitoring function of the power supply voltage Vdd as a power supply voltage Vdd supply and voltage abnormality monitoring. This circuit is configured to immediately output a reset signal when the power supply voltage Vdd decreases and falls below the threshold value VTH. As described above, in this circuit, the threshold value VTH is set only on the low voltage side to monitor the voltage abnormality, and the threshold value is not set on the high voltage side.
ところが、制御演算装置50の動作保証電圧範囲は、例えば5V±0.5Vのように、5Vに対して低電圧側だけでなく高電圧側にも範囲を持っている。これは、電源電圧Vddが上昇して高電圧側へ電圧異常となると、IC内部故障が生じ、高電圧のまま固着することで暴走するおそれがあるためである。上記の汎用の低電圧監視機能付き集積回路では、電源電圧Vddが高電圧側に異常となってもリセット信号を出力しないため、制御演算装置50をリセット信号により適切に停止することができない。
However, the operation guarantee voltage range of the control
これに対して、本実施形態では、低電圧側の電圧異常だけでなく、高電圧側の電圧異常についても監視するので、電源電圧Vddが上昇して高電圧側の電圧異常となった場合には適切にリセット信号RS1及び駆動停止信号RS2を出力することができる。そのため、制御演算装置50及びゲート駆動回路43をこれらの信号により適切に停止することができ、システムを安全側に移行することができる。
On the other hand, in this embodiment, not only the voltage abnormality on the low voltage side but also the voltage abnormality on the high voltage side is monitored, so when the power supply voltage Vdd rises and becomes a voltage abnormality on the high voltage side. Can appropriately output the reset signal RS1 and the drive stop signal RS2. Therefore, the control
また、制御演算装置50が正常に動作することができる動作保証電圧範囲の下限電圧値をスレッショルドTh1として設定し、動作保証電圧範囲の上限電圧値をスレッショルドTh2として設定して電源電圧Vddを監視するので、電源電圧Vddが動作保証電圧範囲を逸脱したことを適切に検出し、制御演算装置50及びゲート駆動回路43を停止させることができる。したがって、電源電圧Vddが動作保証電圧範囲を逸脱した状態でシステムが動作するのを防止することができる。
Further, the lower limit voltage value of the guaranteed operation voltage range in which the control
(変形例)
なお、上記実施形態においては、電源回路部60として汎用の低電圧監視機能付きレギュレータを用いることもできる。この場合、図4に示すように、電源回路部60の電圧監視回路62を、電源電圧Vddの低電圧側の異常のみを検出する低電圧検出回路621と、電源電圧Vddの低電圧側の異常を検出したときに、制御演算装置50に対してリセット信号RS1を出力すると共に、ゲート駆動回路43に対して駆動停止信号RS2を出力するリセット生成回路622とで構成する。
(Modification)
In the above embodiment, a general-purpose regulator with a low voltage monitoring function may be used as the power
そして、電圧監視回路62とは別に、電圧監視回路63を設けるようにする。電圧監視回路63は、電源電圧Vddの高電圧側の異常のみを検出する高電圧検出回路631と、電源電圧Vddの高電圧側の異常を検出したときに、制御演算装置50に対してリセット信号RS1´を出力すると共に、ゲート駆動回路43に対して駆動停止信号RS2´を出力するリセット生成回路632とで構成する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
A
1…ステアリングホイール、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…イグニッションキー、12…車速センサ、14…バッテリ、15…IGN電圧モニタ部、30…コントロールユニット、40…モータ(3相ブラシレスモータ)、41…回転センサ、42…遮断装置、43…ゲート駆動回路(駆動回路)、44…インバータ回路、45…電流検出回路、46…ロータ位置検出回路、50…制御演算装置、51…CPU、52…ROM/RAM部、53…周辺回路、60…電源回路部、61…電源生成部、62…電圧監視部、621…電圧検出回路、622…リセット生成回路、63…電圧監視部、631…高電圧検出回路、632…リセット生成回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記駆動回路は、3相ブリッジを構成する6個の電界効果トランジスタで構成されるインバータ回路と、前記電流指令値に基づき前記電界効果トランジスタのゲート駆動信号を形成するゲート駆動回路とを備え、
前記インバータ回路と前記3相電動モータとの3相の接続ラインのうちいずれか2相の接続ラインに個別に介挿されたリレー接点から構成される遮断装置と、
前記制御演算回路に供給される電源電圧を監視する電源電圧監視手段と、
前記電源電圧監視手段で、前記電源電圧が所定の設定電圧範囲を逸脱していることを検出したとき、前記制御演算回路及び前記駆動回路に対して、それぞれの動作を停止するために異なる停止信号を出力する停止信号出力手段と、を備え、
前記遮断装置は、通常時にオンされ非常時に遮断されるように制御され、
前記停止信号出力手段は、前記ゲート駆動回路に対して停止信号を出力して該ゲート駆動回路を停止動作とすることで前記駆動回路の動作を停止することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A three-phase electric motor for applying a steering assist force to the steering system, a control arithmetic circuit for calculating a current command value for driving and controlling the three-phase electric motor, and a current command value calculated by the control arithmetic circuit An electric power steering device comprising: a drive circuit that drives the three-phase electric motor based on
The drive circuit includes an inverter circuit composed of six field effect transistors constituting a three-phase bridge, and a gate drive circuit that forms a gate drive signal of the field effect transistor based on the current command value,
A breaker configured by relay contacts individually inserted in any two-phase connection line among the three-phase connection lines of the inverter circuit and the three-phase electric motor;
Power supply voltage monitoring means for monitoring the power supply voltage supplied to the control arithmetic circuit;
When the power supply voltage monitoring means detects that the power supply voltage is out of a predetermined set voltage range, a different stop signal is used to stop the operation of the control arithmetic circuit and the drive circuit. and a stop signal output means for outputting,
The shut-off device is controlled to be normally turned on and shut off in an emergency,
The electric power steering apparatus characterized in that the stop signal output means stops the operation of the drive circuit by outputting a stop signal to the gate drive circuit and setting the gate drive circuit to a stop operation .
前記動作保証電圧範囲の上限電圧値は、前記設定電圧値よりも高電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 A power supply generating means for generating a stabilized power supply voltage having a preset set voltage value from an input power supply and supplying the stabilized power supply voltage to the control arithmetic circuit as the power supply voltage;
The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the upper limit voltage value of the operation guarantee voltage range is set to a predetermined voltage value on a higher voltage side than the set voltage value.
前記動作保証電圧範囲の下限電圧値は、前記設定電圧値よりも低電圧側の所定電圧値に設定されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の電動パワーステアリング装置。
A power supply generating means for generating a stabilized power supply voltage having a preset set voltage value from an input power supply and supplying the stabilized power supply voltage to the control arithmetic circuit as the power supply voltage;
4. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the lower limit voltage value of the operation guarantee voltage range is set to a predetermined voltage value on a lower voltage side than the set voltage value. 5.
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