JPWO2006132268A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、操舵補助用のブラシレスＤＣモータとを備え、トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、ブラシレスＤＣモータに複数相の電流を流して操舵補助する電動パワーステアリング装置。複数相の各電流を検出する各電流検出器と、各電流検出器が検出した各電流値を加算する手段と、その加算結果が所定範囲外であるか否かを判定する手段とを備え、判定する手段が所定範囲外であると判定したときは、異常と判定する構成である。

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルク値を検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、最近、ブラシレスＤＣモータが使用されるようになっている。ブラシレスＤＣモータでは、ロータの回転する位置に応じて、回転磁界が発生するように、ステータに複数相の電流をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により流している。

更に運転者ならびに車両の案件を確保すべく、特にハンドルロックなどの重大な故障に至ることを未然に防止するフェイル・セーフ技術が採用されている。

このようなフェイル・セーフ技術として下記特許文献等が知られている。
特開２００１−３２８５４９号公報 特開２００１−２６０９２０号公報 特開２００１−２６０９１９号公報 特開２０００−２８０９２７号公報

特許文献１には、誘導モータによる補助操舵力の方向が、操舵力の方向と同方向か否かを判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示されている。
特許文献２には、補助操舵用の誘導モータに出力する駆動信号の出力状態を正確に判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示されている。
特許文献３には、補助操舵用の誘導モータから出力されるトルクの出力状態を正確に判定することにより、信頼性、安全性を向上させる動力舵取装置が開示されている。
特許文献４には、操舵トルクを補う電気モータを駆動する為の制御信号の変化の程度を演算し、演算した変化の程度が所定の程度に達した場合に、制御信号を出力する制御手段が異常であると判定する電動パワーステアリング制御装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１での判定方法では地絡等によって発生する過剰電流や、過少電流を異常として検出することができない。
特許文献２では、モータ駆動回路の出力電流上限値に着目しているため、ある程度以上の電流が流れないと異常として判定できない。
特許文献３では、中性点の地絡等により定常的に流れる電流は出力トルクとして演算されないため検出できない。
特許文献４では、異常検出後の誤判定を防止する技術について開示しているが、異常検出手段そのものについての技術ではない。

操舵補助用にブラシレスＤＣモータを用いた電動パワーステアリング装置では、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障が発生した場合、ハンドルロック等の重大な故障に到る可能性があるという問題がある。
本発明は、上述したような一連の技術的課題を総じて解決すべくなされたものであり、本発明では、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障を検出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目的とする。
また、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障が発生した場合に、ハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置を提供することを本発明の更なる目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は以下の構成を有することを特徴とする。
（１）電動パワーステアリング装置において、
操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
操舵補助用のブラシレスＤＣモータと、
前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、複数の電流を流して前記モータを駆動する駆動手段と、
前記複数相の各電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器が検出した各電流値を加算する加算手段と、
前記加算手段の加算結果が所定範囲であるか否かを判定し、該加算結果が所定範囲外であると判定したときは、異常と判定する判定手段と
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
（２）前記異常と判定したときは、前記モータによる操舵補助を停止するように構成してある（１）記載の電動パワーステアリング装置。
（３）前記所定範囲は、０を中心とした範囲に定められていることを特徴とする（１）記載の電動パワーステアリング装置。

（１）の発明に係る電動パワーステアリング装置では、各電流検出器が、ブラシレスＤＣモータに流れる複数相の各電流を検出し、加算する手段が、各電流検出器が検出した各電流値を加算し、判定する手段が、その加算結果が所定範囲外であるか否かを判定し、所定範囲外であると判定したときは、異常と判定するように構成してあるので、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障を検出することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

（２）の発明に係る電動パワーステアリング装置では、異常と判定したときは、モータによる操舵補助を停止するので、モータ電流検出回路又はモータ駆動回路の断線、地絡等の故障が発生した場合に、ハンドルロック等の重大な故障に到る虞がない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

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の構成を示すブロック図である。 ブラシレスＤＣモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を示すフローチャートである。 ブラシレスＤＣモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の他の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す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の実施の形態の構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しない操舵部材に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ（トルク検出器）１０により検出され、検出された操舵トルク値は、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（コントローラ）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値が大となるに従って操舵トルク値に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。トルク−電流テーブル１６が定めたモータ電流の電流指令値は、減算手段２１及び指令電流方向指定部１９へ与えられる。

モータ電流の電流指令値は、モータ制御における目標値を示す符号付きの値であり、その正負は、操舵補助の方向を示している。
指令電流方向指定部１９は、与えられたモータ電流の電流指令値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路１３に与える。
操舵補助を行うブラシレスＤＣモータであるモータ１８には、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３に与えられる。

モータ電流検出回路（電流検出器）１７が、モータ１８のＵ相界磁コイル及びＶ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流を検出して合計し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１に与える。また、Ｕ相界磁コイル、Ｖ相界磁コイル及びＷ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流を検出して制御部２０に与える。
減算手段２１は、電流指令値とモータ電流検出回路１７が検出して合計した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ変調部２４へ与える。

ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３へ与える。
制御部２０は、与えられたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値を加算し、その加算値が所定範囲外であるか否かを判定することにより、モータ１８の異常を検出する。また、異常を検出したときは、リレー駆動回路１５をオフにして、モータ駆動回路１３と車載バッテリＰとのリレー接点１５ａ、モータ駆動回路１３とＵ相界磁コイルとのリレー接点１５ｂ、及びモータ駆動回路１３とＶ相界磁コイルとのリレー接点１５ｃをオフ（オープン）にする。

Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値を加算した合計は、理論的には０であり、加算値が正常であるか否かの判定基準となる所定範囲は、０を中心とした範囲に定めてある。
尚、上述したＥＣＵ２５のトルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、ブラシレスＤＣモータ１８、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成例を示すブロック図である。ブラシレスＤＣモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線されたステータ１８ａ（固定子）と、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転するロータ１８ｂ（回転子）と、このロータ１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４とを備えている。

モータ駆動回路１３は、車載バッテリＰの電源電圧がスイッチング回路８ａの正極側端子に接続されている。スイッチング回路８ａは、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続されている。また、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
接地端子側のトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６と接地端子との間には、それぞれ電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃが取付けられており、電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各検出値は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値として、モータ電流検出回路１７に与えられる。

トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、リレー接点１５ｂを通じて、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、リレー接点１５ｃを通じて、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続されている。また、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。

ロータ位置検出器１４が検出した、ロータ１８ｂの回転位置は、ロータ位置信号としてゲート制御回路８ｂに通知される。ゲート制御回路８ｂには、ＥＣＵ２５のＰＷＭ変調部２４からＰＷＭ値指令信号が、指令電流方向指定部１９から回転方向指令信号がそれぞれ与えられる。ゲート制御回路８ｂは、回転方向指令信号とロータ位置信号とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、ステータ１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。

回転子１８ｂは、永久磁石であり、回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ｂは、また、電流指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６を保護し、固定子１８ａに流れる電流を持続させるフリーホイールダイオードである。

以下に、このような構成の電動パワーステアリングのモータ異常を検出する動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
モータ駆動回路１３、又は電流センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを含むモータ電流検出回路１７に、断線故障又は地絡故障等が発生した場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値の何れかが、０又は大電流値を示すようになる。

ＥＣＵ２５の制御部２０は、先ず、モータ電流検出回路１７からＵ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値を読み込み（Ｓ２）、読み込んだ各電流値を加算する（Ｓ４）。次いで、その加算値が、０を中心とする所定範囲外であるか否かを判定し、所定範囲外でなければ（Ｓ６ＮＯ）リターンする。
制御部２０は、加算値が所定範囲外であれば（Ｓ６ＹＥＳ）、モータ異常を検出したとして（Ｓ８）、リレー駆動回路１５をオフにし、リレー接点１５ａ，１５ｂ，１５ｃをオフ（オープン）にして、モータ駆動回路１３への電源供給を停止し、モータ１８の閉回路をオープンにして、操舵補助を停止して（Ｓ１０）リターンする。モータ１８の閉回路をオープンにすることにより、ロータ１８ｂの回転による逆起電力の発生を防止し、逆起電力によりハンドルが重くなるのを防止する。

図４は、ブラシレスＤＣモータ１８、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の他の構成例を示すブロック図である。
このモータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７では、電流センサ１７ａに代えて、電流センサ１７ｄが、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点及びリレー接点１５ｂ間に取付けられ、電流センサ１７ｂに代えて、電流センサ１７ｅが、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点及びリレー接点１５ｃ間に取付けられている。また、電流センサ１７ｃに代えて、電流センサ１７ｆが、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点及びコイルＣの他方の端子Ｗ間に取付けられている。

電流センサ１７ｄ，１７ｅ，１７ｆの各検出値は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流値として、モータ電流検出回路１７に与えられる。その他の構成及び動作は、上述した図２のブラシレスＤＣモータ１８、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

以上のように本発明は、モータに流れる３相の電流の合計値のバランス（すなわち瞬時電流の総和がゼロかどうか）が崩れた時点で、異常として判定でき、出力トルクとして現れない或いはある相の過少電流異常を検出することができるので、過剰電流が流れる前に異常を検出し、モータ駆動を停止することができる。
なお、本発明は、例えば、特許文献４に記載の電動パワーステアリング装置に適宜適応してもよい。

Claims (3)

1. 電動パワーステアリング装置において、
   操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、
   操舵補助用のブラシレスＤＣモータと、
   前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき、複数の電流を流して前記モータを駆動する駆動手段と、
   前記複数相の各電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器が検出した各電流値を加算する加算手段と、
   前記加算手段の加算結果が所定範囲であるか否かを判定し、該加算結果が所定範囲外であると判定したときは、異常と判定する判定手段と
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記異常と判定したときは、前記モータによる操舵補助を停止するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記所定範囲は、０を中心とした範囲に定められていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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