JPH03213464A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車などの電動式パワーステアリング装
置に関する。

従来の技術および発明の課題 自動車の電動式パワーステアリング装置として、操舵力
を補助するための電動モータと、そのモータ駆動回路と
、モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、ステ
アリングホイールに加えられる操舵力に基いてモータの
電流の目標値を演算する目標値演算手段と、この電流の
目標値と電流検出回路で検出された電流の実測値に基い
てＰＷＭ信号をモータ駆動回路に出力するＰＷＭ変換手
段とを備えているものが知られている。

このようなパワーステアリング装置においては、各種の
センサおよびアクチュエータの故障を判断して装置を停
止させるような安全対策が必要であり、そのために、各
センサの出力を検出し、故障診断を行なっている。

センサについては、その出力の有無や通常域からの逸脱
により、故障の判断ができる。しかし、電動式パワース
テアリング装置において最も重要な部分の１つであるモ
ータの電流検出回路については、モータ制御回路がフィ
ードバックループを構成しているため、実際にモータに
流れる電流との間に差異が生じても、これを故障と判断
することが非常に困難である。このため、電流検出回路
の出力によって処理されるすべての動作すなわち通常の
モータ制御やモータに関するフェイルセーフなどが成立
しないということになり、安全上大きな問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、モータの電流
検出回路の故障を確実に判断できる電動式パワーステア
リング装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による電動式パワーステアリング装置は、 操舵力を補助するための電動モータと、そのモータ駆動
回路と、モータに流れる電流を検出する電流検出回路と
、ステアリングホイールに加えられる操舵力に基いてモ
ータの電流の目標値を演算する目標値演算手段と、この
電流の目標値と電流検出回路で検出された電流の実測値
に基いてＰＷＭ信号をモータ駆動回路に出力するＰＷＭ
変換手段とを備えている電動式パワーステアリング装置
において、 電流の目標値から実測値とは独立に演算によってＰＷＭ
デユーティを求める第１演算手段と、電流の目標値と実
測値から演算によってＰＷＭデユーティを求める第２演
算手段と、これら２つの演算手段で求められたＰＷＭデ
ユーティの差の大きさによって電流検出回路の故障を診
断する故障診断手段とを備えているものである。

好ましくは、第１演算手段が、電流の目標値、モータの
電源電圧の実測値およびモータの回転速度の実測値から
ＰＷＭデユーティを演算するものである。

作　　　用 モータの電流検出回路に故障が生じていない場合、すな
わちモータに流れる実電流値とモタ電流検出回路による
モータ電流の実測値が等しい場合、第１演算手段で求め
ろれるＰＷＭデユーティと第２演算手段で求められるＰ
ＷＭデユーティとの間に差はない。

モータ電流検出回路に故障が生じた場合、すなわちモー
タの実電流値と実測値に差が生じた場合、第１演算手段
で求められるＰＷＭデユーティは実測値とは独立であり
、第２演算手段で求められるＰＷＭデユーティは実測値
に基くものであるから、両者の間に差が生じる。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

第１図は、電動式パワーステアリング装置のうち、この
発明に関係する部分の電気的構成を概略的に示している
。

パワーステアリング装置は、操舵力を補助するための直
流モータ（１）、モータ駆動回路（２）、モータ（１）
に流れる電流を検出する電流検出回路（３）、ステアリ
ングホイールに加えられる操舵力（トルク）を検出する
トルクセンサ（４）、自動車の車速を検出する車速セン
サ（５）、ならびにトルクセンサ（４）、車速センサ（
５〉および電流検出回路（３）の出力に基いてモータ駆
動回路（２）を制御する制御装置（６）を備えている。

制御装置（６）はたとえばマイクロコンピュータによっ
て構成されており、トルクセンサ（４）および車速セン
サ（５）の出力に基いてモータ（１）の電流の目標値を
演算する目標値演算手段（７）、この電流目標値と電流
検出回路（３）で検出された電流の実測値に基いてモー
タ制御信号を出力する制御要素演算手段（８）、ならび
にこの制御信号をＰＷＭ変換してＰＷＭ信号をモータ駆
動回路（２）に出力するＰＷＭ変換手段（９）を備えて
いる。なお、これまでのパワーステアリング装置の構成
は公知のものであるから、詳細な説明は省略する。

パワーステアリング装置には、電流検出回路（３）の故
障を診断するために、電源電圧センサ（１０）、モータ
回転速度センサ（１１）、第１演算手段（ＰＷＭデユー
ティ演算手段）　（１２）、第２演算手段（ＰＷＭデユ
ーティ演算手段）　（１３）および故障診断手段（１４
）が付加されている。

電源電圧センサ（ｌＯ）は、モータ（１）の電源電圧す
なわちバッテリ電圧を検出するものである。

回転速度センサ（１１）は、モータ（１）の回転速度を
検出するものである。

２つの演算手段（１２）（１３）および故障診断手段（
１４）は、制御装置（６）に設けられている。第１演算
手段（１２）は、電流目標値、モータ（１）の電源電圧
および回転速度などの特性要素から実測値とは独立にＰ
ＷＭデユーティを演算する。第２演算手段（１３）は、
電流の目標値および実測値からＰＷＭデユーティを演算
する。このＰＷＭデユーティは、制御要素演算手段（８
）を通して得られるものである。故障診断手段（１４〉
は、第１演算手段（１２）で求められたＰＷＭデユーテ
ィと第２演算手段（１３）で求められたＰＷＭデユーテ
ィの差の大きさによって電流検出回路（３）の故障を診
断する。すなわち、この差が所定の値より大きくなると
、故障と判断する。

電流検出回路（３）に故障が生じていない場合、すなわ
ちモータ（１）に流れる実電流値と電流検出回路（３）
によるモータ電流の実測値が等しい場合、第１演算手段
（１２）で求められるＰＷＭデユーティと第２演算手段
（１３）で求められるＰＷＭデユーティとの間に差はな
い。

電流検出回路（３）に故障が生じた場合、すなわちモー
タ（１）の実電流値と実測値に差が生じた場合、第１演
算手段（１２）で求められるＰＷＭデユーティは実測値
とは独立であり、第２演算手段（１３）で制御要素演算
手段（８）を通して求められるＰＷＭデユーティは実測
値に基くものであるから、両者の間に差が生じる。たと
えば、電流検出回路（３）の故障によりモータ（１）の
実電流値と実測値との比が大きくなった場合、すなわち
、モータ（１）の実電流値が一定にもかかわらず、実測
値がこれまでより小さくなる場合、第１演算手段（１２
）で求められるＰＷＭデユーティは実測値とは独立に求
められるので、これまでと変わらないが、制御要素演算
手段（８）を通して第２演算手段（１３）で求められる
ＰＷＭデユーティは実測値を大きくするために大きくな
る。

したがって、故障があれば、両者の差が大きくなり、こ
れによって故障の診断ができる。

次に、第２図および第３図を参照して、ＰＷＭデユーテ
ィの演算について説明する。

第２図は、直流モータ（１）の近似回路を示している。

第３図（ａ）はＰＷＭ信号を示し、同図（ｂ）はモータ
（１）に流れる電機子電流を示している。なお、モータ
インダクタンスをＬ１モータ電機子抵抗をＲ１モータ（
１）にかかる電圧をＶ１モータ（１）の電源電圧すなわ
ちバッテリ電圧をＥ１電機子電流をｉ。、逆起電圧係数
をＫｏ１回転角をθ、回転速度をω、逆起電力をｅ（−
に、Ｘω）とする。また、時間をｔＳｐＷＭ周期をＴ、
１周期の間にＰＷＭ信号がオンになっている領域をＡ１
、オフになっている領域をＡ２、オンになっている時間
すなわちＰＷＭデユーティをＡ１とする。

領域Ａ１では、電機子電流は次のようになる。

Ｅ−ｅ。

ｉ、＋（ｔ）　−（１ｅ−”’　） 十Ｉ。＋（ｏ）　ｅ−”’　　・・・・・・・・・・・
・・・・（１）なお、Ｂ＝Ｒ／Ｌであり、Ｉ−＋（０）
は時間を一〇のときの電機子電流である。

領域Ａ２では、電機子電流は次のようになる。

−ｅ　。

１ａ２（ｊ）　−（１に　−８（＋−１１１１１＋　　
１　　、、（Δｌ）ｅ　−ＢＬＩ−Ａｔ）　　　、、・
、、、、、、　　（２）なお、Ｉ８．（Δ（）は時間を
一Δｔのときの電機子電流である。

したがって、 領域Ａ１ およびＡ２ での平均型 流Ｉ は、 式（１） ％式％（２） より、次のように なる。

十ｆ”　　ｔ　ｓ□（＋）ｄｌ　ｌ 滞 　　　ｅｍ ［Δｊ＋ （ｅ−Ｂａｔ　　　１１ ＲＴ ■ −＋（０） （ｅ−Ｂｌｌｌ １） ］ −ｅ　　ω 十 ［Ｔ−Δｉ ＲＴ 十 （ｅ Ｂ（Ｔ−Ａ“）−１） −ｒ　、　、　（Δｌ）（ｅ−Ｂ（Ｔ−、ａ＋）　　　
］、ｌ　　］・・・・・・・・・　（３） 一般に、時定数Ｌ／ＲはＰＷＭ周期に比べて十分大きい
ものとするから、 ｅ　　ｌ’ｌｘ≠１　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（４）
となり、■、は次のようになる。

Ｅ　−ｅ　、、、　　　　−ｅ　、。

■、−Δ（十　　　　　（Ｔ−Ａ１） ＲＴ　　　　　ＲＴ ＥΔｌ　　　　ｅ。

ＲＴ 式（５）より、 になる。

Δｌ　　　　　　　Ｋ、。

□　−□　ω　　・・・・・・　（５）Ｒ ＰＷＭデユーティΔｌは次のよう Δｌ−（１，Ｒ＋に、　　ω）　　・・・・・・・・・
　（６）もし、目標電流値■。とモータ電機子電流が等
しければ、式（６）は次のようになる。

ΔＩ−（ＩＭＲ＋に、、、ω）　・・・・・・・・・　
（７）第１演算手段（１２）は、式（７）によってＰＷ
ＭデユーティΔｌを演算する。式（７）において、Ｔｌ
Ｒおよびに、は一定であり、予めわかっている。

したがって、Ｅを電源電圧センサ（１０）から、ωを回
転速度センサ（１１）から、ＩＭを目標値演算手段（７
）からそれぞれ入力することにより、Δ（を求めること
ができる。

第１図の制御装置（６）において、制御要素演算手段（
８）の制御要素をＰＩ（比例積分）とすると、次のよう
にＰＷＭデユーティΔｌが求められる。

Δｌ＝　　（ＫＰ　　（ＩＭ　　　ｉ　！　）十に＋　
　Ｊ’　　（ＩＭ　　　ｉｓ　）　ｄｔｌ　　Ｔ　　・
・・・・・　（８）第２演算手段（１３）は、式（８）
ニよタテ２ｗＭデユーティΔ１を演算する。式（８）に
おいて、Ｋ、は比例要素の制御ゲイン、Ｋ、は積分要素
の制御ゲインであり、これらは一定である。したがって
、工。を目標値演算手段（７）がら、１８を電流検出回
路（３）からそれぞれ入力することにより、Δ（を求め
ることができる。

故障診断は、一定周期ごとに行なうようにしてもよいし
、簡易的なシステムではシステム始動時のみに行なうよ
うにしてもよい。また、近似による誤差を含めても、十
分に効果があげられる。

発明の効果 この発明のパワーステアリング装置によれば、上述のよ
うに、モータ電流検出回路の故障を確実に判断すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すパワーステアリング装
置の主要部の電気ブロック図、第２図は直流モータの近
似回路を示す回路図、第３図はＰＷＭ信号およびモータ
電機子電流を示すグラフである。 （１）・・・直流モータ、（２）・・・モータ駆動回路
、（３）・・・電流検出回路、（７）・・・目標値演算
手段、（９）・・・ＰＷＭ変換手段、（１２）・・・第
１演算手段、（１３）・・・第２演算手段、（１４）・
・・故障診断手段。 以　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵力を補助するための電動モータと、そのモー
   タ駆動回路と、モータに流れる電流を検出する電流検出
   回路と、ステアリングホィールに加えられる操舵力に基
   いてモータの電流の目標値を演算する目標値演算手段と
   、この電流の目標値と電流検出回路で検出された電流の
   実測値に基いてＰＷＭ信号をモータ駆動回路に出力する
   ＰＷＭ変換手段とを備えている電動式パワーステアリン
   グ装置において、 電流の目標値から実測値とは独立に演算によってＰＷＭ
   デューティを求める第１演算手段と、電流の目標値と実
   測値から演算によってＰＷＭデューティを求める第２演
   算手段と、これら２つの演算手段で求められたＰＷＭデ
   ューティの差の大きさによって電流検出回路の故障を診
   断する故障診断手段とを備えている電動式パワーステア
   リング装置。
2. （２）第１演算手段が、電流の目標値、モータの電源電
   圧の実測値およびモータの回転速度の実測値からＰＷＭ
   デューティを演算するものである請求項（１）の電動式
   パワーステアリング装置。