JPH04261396A - ステッピングモータの異常監視装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータの異
常監視装置に関し、特にステッピングモータを後輪操舵
装置の駆動源として用いた場合に有効な異常監視装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステッピングモータ等の電動モー
タを後輪操舵装置の駆動源として用いた装置が種々提案
されている。この場合、モータに断線や短絡等の異常が
生じると、後輪操舵装置の制御の停止や誤作動等の原因
となったり、モータの駆動装置に損傷を与える可能性が
あるため、通常、モータの異常検出を行なっている。

【０００３】その従来装置の一例として、例えば特開平
１−２５７６８号公報に示されるものがある。この装置
においては、後輪転舵機構とその駆動源である電動モー
タとの間にクラッチを設け、装置の作動開始時にこのク
ラッチを切断して、電動モータのイニシャルチェックを
行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら上記従
来装置においては、装置の作動開始時、すなわちイグニ
ッションスイッチをオンしたときにしかモータの異常検
出を行うことができないという問題がある。このため、
車両走行時における後輪操舵装置の作動中にモータの異
常が発生しても、その異常を検出することは不可能であ
った。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、装置の作動開始時に限らず、常時ステッピングモ
ータの異常を監視することを可能として、異常検出精度
を向上させたステッピングモータの異常監視装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるステッピングモータの異常監視装置は
、第１図に示す如く、ステッピングモータと、前記ステ
ッピングモータを駆動する励磁信号を供給する供給手段
と、前記ステッピングモータへ前記励磁信号を供給する
供給経路に設けられ、前記励磁信号のレベルを検出する
レベル検出手段と、検出された前記励磁信号のレベルに
基づいて、前記ステッピングモータ及び前記供給経路の
断線或いは短絡の有無を検出する異常検出手段と、前記
異常検出手段による検出結果に応じて、前記供給手段に
対して異常状態に適応した制御信号を与える制御手段と
を備える。

【０００７】また、前記レベル検出手段は、前記ステッ
ピングモータの励磁相が切り換えられる直前の励磁信号
のレベルを検出することが好ましい。

【０００８】

【作用】上記構成により、本発明によるステッピングモ
ータの異常監視装置においては、ステッピングモータに
供給される励磁信号のレベルを検出し、この検出したレ
ベルに基づいて、ステッピングモータ及び励磁信号の供
給経路の断線或いは短絡の有無が検出される。このため
、ステッピングモータの作動開始時に限らず、作動中は
常に異常検出を行うことが可能となる。

【０００９】また、励磁信号のレベルの検出は、ステッ
ピングモータの励磁相が切り換えられる直前に行うこと
が好ましい。これは、励磁相が切り換えられる直前の励
磁信号は、そのレベルが安定しているため、誤った異常
検出の防止に効果的であるためである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を車両の後輪操舵装置に適用し
た場合の実施例を図面に基づいて説明する。図２におい
て、後輪操舵機構１内に取り付けられたステッピングモ
ータ２は電子制御装置（ＥＣＵ）３の電気的指令信号に
応じて正逆方向に回転し、減速ギア４を通して油圧パワ
ーアシスト付ラック・アンド・ピニオン機構つまり操舵
機構１の入力軸（図示しないトーションバー）の一端に
連結されている。トーションバーの他端にはピニオンギ
ア５が装着されており、パワーピストン６の一端に形成
されたラック７と噛み合っている。即ち、モータ２によ
りトーションバーの一端が回され、トーションバーが捩
じれ、油圧バルブ８の絞り面積が変化し、トーションバ
ーの捩じれを修正する方向に油圧を供給してパワーピス
トン６を動かす機構となっている。

【００１１】パワーピストン６の両端は、それぞれタイ
ロッド９を介してナックルアーム１０に連結されている
。後輪１１はナックルアーム１０によって左右方向へ摺
動自在に支持されている。従って、図中のＡ矢印方向に
パワーピストン６が動くことで、後輪１１は左右に操舵
される。そして、トーションバーの捩じれがなくなると
油圧バルブ８の絞り面積は「０」となり、パワーピスト
ン６を動かす油圧は「０」となってパワーピストン６を
停止する。ここで、後輪操舵角センサ１２は、パワーピ
ストン６の位置を検出し信号を出力する。ＥＣＵ３は、
この信号に基づいて、パワーピストン６の位置と後輪実
舵角との関係から、後輪実舵角を求めるとともに、後輪
実舵角のその変化率より操舵角速度も求める。ステッピ
ングモータ２を含む操舵機構１と制御装置３とによって
、後輪操舵角指令位置に後輪実舵角が一致するように後
輪１１を位置決め制御する位置決めサーボ形を構成して
いる。尚、１３は油圧バルブ８を介してパワーピストン
６に油圧を供給する油圧ポンプ、１４はオイルタンクを
示す。

【００１２】また、図２及び図３に示すように、車速セ
ンサ１５は車軸又は車輪の回転速度を検出して、車速Ｖ
に応じた車速信号をＥＣＵ３に出力する。前輪操舵角セ
ンサ１６はインクリメントタイプのロータリエンコーダ
よりなり、被回転体としてのステアリングシャフト１７
に設けられている。そして、ステアリングホイール１８
のハンドル操作に伴うステアリングシャフト１７の回転
を検出して前輪１９の操舵角θＳ　に応じた前輪操舵角
信号をＥＣＵ３に出力する。ヨーレイトセンサ２０はジ
ャイロ等で構成され、車両の重心を中心とした車両の回
転角速度（ヨーレイトＷａ）に応じたヨーレイト信号を
ＥＣＵ３に出力する。左車輪速センサ２１は前輪１９の
左車輪の回転速（左車輪速ωＬ　）を検出し、右車輸速
センサ２２は前輪１９の右車輪の回転速（右車輸速ωＲ
）を検出する。ブレーキスイッチ２３はＡＢＳ（アンチ
ロックブレーキシステム）制御実行中、もしくは、ブレ
ーキペダル操作が行われるとオンする。

【００１３】ＥＣＵ３は、これらの信号を入力部２５を
介してマイクロコンピュータ（マイコン）２４に取り込
み、所定の演算式に従って後輪操舵角指令位置を算出す
る。そして、前述のように後輪操舵角指令位置に後輪実
舵角が一致するようにサーボ演算を行い、ステッピング
モータ２の駆動電流指令値を算出する。この算出された
駆動電流指令値は駆動回路３２に出力され、駆動回路３
２は駆動電流指令値に従って、ステッピングモータ２へ
駆動電流を出力する。

【００１４】図４に、ステッピングモータ２の駆動回路
３２の回路図を示す。本実施例においては、ステッピン
グモータ２の巻線は４相Ａ，　Ａ’，Ｂ，　Ｂ’　であ
り、Ａ，　Ａ’　相巻線４１及びＢ，　Ｂ’　相巻線を
バイポーラ１−２相励磁によって励磁する。ここで、Ａ
，　Ａ’　相巻線４１の駆動回路４０と、Ｂ，　Ｂ’　
相巻線の駆動回路６０との構成は同一であるので、以下
Ａ，　Ａ’　相巻線４１の駆動回路４０についてのみ説
明する。

【００１５】図４において、Ａ，　Ａ’　相巻線４１は
、ステッピングモータ２のステータ（図示せず）に巻装
されている。そして、Ａ，　Ａ’相巻線４１に電流が通
電されることにより、ステータが磁化され、ロータ（図
示せず）の歯部を引き寄せる。４２〜４５はスイッチン
グ用パワートランジスタであり、パワートランジスタ４
２，４３はＡ，　Ａ’　相巻線４１の励磁相を切り換え
るためのものであり、パワートランジスタ４４，４５は
Ａ，　Ａ’　相巻線４１に通電する励磁電流値を制御す
るためのものである。　　抵抗４６，４８は、Ａ，　Ａ
’　相巻線４１に通電される電流値を検出するものであ
り、それぞれ電源とパワートランジスタ４２，４３との
間に接続されている。増幅器４７，４９は、各々の抵抗
４６，４８による降下電圧を増幅して出力するものであ
り、抵抗４６，４８の両端にそれぞれ接続されている。 増幅器４７，４９から出力される増幅信号は、ダイオー
ド５０，５１を介して比較器５２の反転入力端子および
比較器５３の非反転入力端子に接続されている。なお、
増幅器４７，４９と比較器５２，５３を接続する接続線
は、ダイオード５０，５１と比較器５２，５３との間で
相互に接続されている。従って、ダイオード５０，５１
はＯＲ回路として作用し、増幅器４７，４９の何方か一
方から増幅信号が出力された場合に、その増幅信号を比
較器５２及び比較器５３の両者に与える。

【００１６】さらに、増幅器４７，４９から出力される
増幅信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器５９に
も与えられ、このＡ／Ｄ変換器５９によってデジタル信
号に変換された後、マイコン２４に取り込まれる。マイ
コン２４は、取り込んだ抵抗４６，４８の両端電圧値よ
り、抵抗４６，４８を流れる電流値に相当する値を演算
する。

【００１７】比較器５２は、Ａ，　Ａ’　相巻線４１及
びパワートランジスタ４２〜４５を含む回路の短絡を検
出するためのものであり、その比較される基準電圧Ｖ２
　は、通常時に回路に流れる最大電流によって抵抗４６
，４８に生ずる電圧を考慮して所定の大きさに設定され
ている。また比較器５３は、回路の断線を検出するため
のもので、その基準電圧Ｖ１　は、通常時に回路に流れ
る最小電流によって抵抗４６，４８に生ずる電圧を考慮
して所定の大きさに設定されている。

【００１８】ラッチ回路５４は、比較器５２の出力端に
接続され、比較器５２の出力信号のレベルが　’Ｈｉ’
　のときには、　’Ｈｉ’　レベルの信号を出力し、比
較器５２の出力信号のレベルが　’Ｌｏ’　となったと
き、それ以後は　’Ｌｏ’　レベルの信号を出力するも
のである。なお、ラッチ回路５４はＣＬＲ端子を有し、
マイコン２４からＣＬＲ信号を与えられたとき、その出
力信号のレベルが　’Ｈｉ’　となる。このラッチ回路
５４の出力信号は、マイコン２４に入力されるとともに
、ＡＮＤゲート５５〜５８のそれぞれの一方の入力端子
に与えられる。これらＡＮＤゲート５５〜５８の他方の
入力端子には、マイコン２４から出力される制御信号が
与えられており、さらにＡＮＤゲート５５〜５８の出力
端子は各々パワートランジスタ４２〜４５のゲートに接
続されている。

【００１９】次に、本実施例の作動について説明する。 ステッピングモータ２のＡ，　Ａ’　相巻線４１につい
て、Ａ相を励磁する場合、マイコン２４からの制御信号
によってパワートランジスタ４２及び４５がオンされる
。これにより、励磁電流は、抵抗４６，パワートランジ
スタ４２，Ａ，　Ａ’　相巻線４１，パワートランジス
タ４５の経路で流れる。

【００２０】ここで、本実施例による励磁方式はバイポ
ーラ１−２相励磁であるため、次の励磁パターンはＡ相
及びＢ相となり、その次の励磁パターンはＢ相のみとな
る。図５に、この１−２相励磁の励磁パターン，及びそ
の励磁パターンによって変化するロータ位置の関係を示
す。図５に示すように、Ａ相を励磁すると、ロータの歯
部はＡ相の巻線が巻装されたステータ歯部と対向し、Ａ
相とＢ相を同時に励磁すると、ロータの歯部はＡ相の巻
線が巻装されたステータ歯部及びＢ相の巻線が巻装され
たステータ歯部との中間に位置し、Ｂ相を励磁すると、
ロータの歯部はＢ相の巻線が巻装されたステータ歯部と
対向する。従って、４相の励磁巻線に対し、上述のよう
な１−２相励磁によって相励磁を行うと、８ステップに
て１サイクルが終了することになる。

【００２１】なお、上記の１−２相励磁において、一相
励磁の場合の励磁電流Ｉ１　と、２相を同時に励磁する
場合の励磁電流Ｉ２　との関係は以下の通りである。

【数１】Ｉ１　＝√２・Ｉ２　 これは、１相励磁と２相励磁とで励磁電流値を同一とす
ると励磁トルクに差が生ずるので、１相励磁と２相励磁
とで励磁トルクを一定とすべく、上記のように励磁電流
値を変更するのである。

【００２２】本実施例では、ＰＷＭ制御により励磁電流
を制御するものであり、このＰＷＭ制御による励磁電圧
波形と励磁電流波形を図６に示す。図６において、励磁
期間＃０は図５のＡ相の励磁における励磁パターン０に
相当し、励磁期間＃１は励磁パターン１に相当する。こ
の励磁期間＃０においては、パワートランジスタ４２及
び４５がオンされ、Ａ，　Ａ’　相巻線４１に励磁電流
が通電される。このとき、励磁電流の通電初期において
は、Ａ，　Ａ’　相巻線４１のインダクタンスの影響に
より励磁電流が徐々に増加することになる。この励磁電
流によって抵抗４６に電圧が発生し、その電圧値がＡ／
Ｄ変換器５９を介してマイコン２４に入力される。マイ
コン２４は、入力された電圧値からＡ，　Ａ’　相巻線
４１に通電されている励磁電流値を演算する。そして、
マイコン２４は演算された励磁電流値と基準値（１相励
磁の場合はＩ１，２相励磁の場合はＩ２）とを比較し、
励磁電流値が基準値を越えたならばパワートランジスタ
４５をオフする。 これにより、励磁電流は徐々に減少して基準値を下回る
。すると、マイコン２４は、再びパワートランジスタ４
５をオンしてＡ，　Ａ’　相巻線４１に励磁電流を通電
する。この動作を繰り返すことにより、Ａ，　Ａ’　相
巻線４１及びＢ，　Ｂ’　相巻線を定電流によって励磁
する。

【００２３】上述のような相励磁において、励磁巻線に
断線や短絡等の異常が生じると、ステッピングモータ２
が停止したり、駆動回路３２に過大電流が流れて回路に
悪影響を及ぼす場合がある。そこで本実施例では、以下
に説明するような手法により、ステッピングモータ２の
異常検出を行う。なお、以下の説明では、Ａ，　Ａ’　
相巻線４１のＡ相についての異常検出について述べるが
、Ａ’　相、Ｂ，　Ｂ’　相についても同様である。

【００２４】Ａ，　Ａ’　相巻線４１のＡ相について励
磁する場合、励磁電流は、抵抗４６，パワートランジス
タ４２，Ａ，　Ａ’　相巻線４１，パワートランジスタ
４５の経路で流れる。このとき、抵抗４６には励磁電流
に対応した電圧が発生し、その電圧が増幅器４７を介し
て比較器５２，５３に与えられる。ここで、上述したよ
うに、励磁電流は、Ａ，　Ａ’　相巻線４１のインダク
タンスの影響により、その通電初期においては徐々に増
加し、通電後半になるとＰＷＭ制御によって定電流とな
る。このため、励磁巻線の断線や短絡等の異常検出は、
図７に示すように励磁相が切り換えられる直前の期間に
行う。すなわち、マイコン２４は、図示しないメインル
ーチンによって、各種センサからの検出信号に基づいて
後輪操舵角指令位置を算出し、それに応じてステッピン
グモータ２の駆動電流指令値を算出するわけであるが、
このとき算出される駆動電流指令値には、各励磁相の目
標励磁電流値とステッピングモータ２の回転速度を調節
するための各励磁相の励磁期間との情報が含まれている
。そして、マイコン２４は、各励磁相の励磁期間から励
磁相の切り換えタイミングを判断し、その直前の所定の
期間に入力ポートを検査して、異常検出の確認及処理を
行う。この異常検出の確認及び処理の手順を図８のフロ
ーチャートを用いて説明する。

【００２５】図８に示すフローチャートは、上述の如く
、励磁相が切り換えられる直前の期間に割り込み処理さ
れるルーチンである。図８において、ステップＳ１では
、ラッチ回路５４及び比較器５３から出力される信号を
取り込む。ステップＳ２では、比較器５３の出力信号の
レベルに基づいて、断線異常が生じているか否か判断す
る。すなわち、比較器５３では、励磁電流によって抵抗
４６に発生した電圧値と断線状態を検出するために設定
された所定値Ｖ１　とが比較される。そして、比較器５
３は、電圧値が所定値Ｖ１　以上の場合　’Ｈｉ’　レ
ベルの信号を出力し、電圧値が所定値Ｖ１　以下の場合
　’Ｌｏ’　レベルの信号を出力する。このため、比較
器５３の出力信号のレベルが　’Ｈｉ’　であれば正常
、　’Ｌｏ’　であれば異常と判断される。次に、ステ
ップＳ３では、ラッチ回路５４から出力される信号のレ
ベルに基づいて短絡異常が生じているか否か判断する。 すなわち、比較器５２では、励磁電流によって抵抗４６
に発生した電圧値と短絡状態を検出するために設定され
た所定値Ｖ２　とが比較され、電圧値が所定値Ｖ２　以
下の場合　’Ｈｉ’　レベルの信号を出力し、電圧値が
所定値Ｖ２　以上の場合　’Ｌｏ’　レベルの信号を出
力する。そして、ラッチ回路５４は、比較器５２の出力
信号のレベルが　’Ｈｉ’　のときには、　’Ｈｉ’　
レベルの信号を出力し、比較器５２の出力信号のレベル
が　’Ｌｏ’　となったとき、それ以後は　’Ｌｏ’　
レベルの信号を出力するため、ラッチ回路５４の出力信
号のレベルが　’Ｈｉ’　であれば正常、　’Ｌｏ’　
であれば異常と判断される。

【００２６】ここで、ラッチ回路５４の出力信号は、各
ＡＮＤゲート５５〜５８の一方の入力端子に与えられて
おり、各ＡＮＤゲート５５〜５８の他方の入力端子には
、マイコン２４から各パワートランジスタ４２〜４５へ
の制御信号が与えられている。従って、短絡異常が発生
しておらず、ラッチ回路５４の出力信号が　’Ｈｉ’　
レベルであるときには、マイコン２４からの制御信号が
そのまま各パワートランジスタ４２〜４５に与えられる
。 また、短絡異常が生じた場合には、短絡異常が検出され
た時点でラッチ回路５４の出力信号が　’Ｌｏ’　レベ
ルとなるため、即座に各パワートランジスタ４２〜４５
への制御信号を停止することができる。これにより、駆
動回路に過大電流が流れることを確実に防止でき、仮に
短絡異常が生じた場合であっても、駆動回路に悪影響を
及ぼすことがない。

【００２７】ステップＳ２，ステップＳ３において、と
もに正常と判断された場合には、ステップＳ４に進み、
励磁相の切り換えを行う。一方、ステップＳ２，ステッ
プＳ３のどちらか一方で異常と判断された場合は、ステ
ップＳ５に進む。ステップＳ５では、先に検出した異常
がモータ電圧の瞬断やスパイクノイズ等による一時的な
ものであるか否かを判断するため、励磁相の切り換えを
中止し、励磁相を固定する。そして、ステップＳ６にお
いて異常が断線であるか短絡であるか判断し、短絡異常
であればステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ラッ
チ回路５４に対してクリア信号ＣＬＲを出力し、　’Ｌ
ｏ’　レベルの出力信号を解除する。ステップＳ８では
、所定時間の経過後に、ステップＳ１と同様にラッチ回
路５４及び比較器５３から出力される信号を取り込む。

【００２８】ステップＳ９では断線異常が継続している
か否か、またステップＳ１０では短絡状態が継続してい
るか否かを判断する。この判断の結果、それぞれ正常に
復帰していれば検出した異常は一時的なものと判断して
ステップＳ４に進み、励磁相の切り換えを行う。一方、
断線異常または短絡異常が継続している場合には、異常
状態が確定したものと判断し、ステップＳ１１において
励磁電流の通電を中止して、後輪操舵装置の作動を停止
させる。そして、ステップ１２において、後輪操舵装置
に異常が発生したことを運転者に知らせるため、図示し
ないウォーニングランプ等を点灯するウォーニング表示
を行う。

【００２９】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、ステッ
ピングモータに供給される励磁信号のレベルを検出し、
この検出したレベルに基づいてステッピングモータ及び
励磁信号の供給経路の断線或いは短絡の有無を検出して
いるため、ステッピングモータの作動開始時に限らず、
作動中は常に異常検出を行うことが可能となる。これに
より、ステッピングモータの異常監視装置の異常検出精
度を向上させることができるという優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明の一実施例の構成を示す構成図である。

【図３】電子制御装置の構成を示す構成図である。

【図４】駆動回路の回路図である。

【図５】ステッピングモータの励磁方法を説明する説明
図である。

【図６】ステッピングモータの励磁信号を説明する説明
図である。

【図７】ステッピングモータの断線及び短絡の検出方法
を説明する説明図である。

【図８】異常検出処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１　　　　　　後輪操舵機構 ２　　　　　　ステッピングモータ ３　　　　　　電子制御装置 ２４　　　　マイクロコンピュータ ３２　　　　駆動回路 ４０　　　　Ａ，Ａ’相駆動回路 ４１　　　　Ａ，Ａ’相巻線 ６０　　　　Ｂ，Ｂ’相駆動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ステッピングモータと、前記ステッピ
   ングモータを駆動する励磁信号を供給する供給手段と、
   前記ステッピングモータへ前記励磁信号を供給する供給
   経路に設けられ、前記励磁信号のレベルを検出するレベ
   ル検出手段と、検出された前記励磁信号のレベルに基づ
   いて、前記ステッピングモータ及び前記供給経路の断線
   或いは短絡の有無を検出する異常検出手段と、前記異常
   検出手段による検出結果に応じて、前記供給手段に対し
   て異常状態に適応した制御信号を与える制御手段とを備
   えることを特徴とするステッピングモータの異常監視装
   置。
2. 【請求項２】　　前記レベル検出手段は、前記ステッピ
   ングモータの励磁相が切り換えられる直前の励磁信号の
   レベルを検出することを特徴とする請求項１記載のステ
   ッピングモータの異常監視装置。