JPWO2015190585A1 - 電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置のためのモータ電源電圧VR検出回路の異常検出性を向上させると共に、異常が検出された場合であっても、継続して電動パワーステアリング装置によるアシストを行うこと。【解決手段】制御用電源回路からの制御電圧の検出を行う検出部(Vbat1検出回路)により得られたVbat1電圧と、電源回路からのモータ電源電圧の検出を行う検出回路(VR検出回路)により得られたVR電圧との相関により、VR検出回路の異常検出を行うに当たり、上記VR検出回路を2系統(VR検出回路1、VR検出回路2)設けることにより冗長化して相互比較を可能として、VR検出回路の異常診断を精度良く実施できるようにし、双方のVR検出回路に異常が検出された場合でも、上記検出回路の診断閾値又は判定閾値の少なくとも一つを緩和して、アシスト量を制限しつつアシストを継続可能とした。【選択図】 図2

Description

本発明は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与する電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置に関するものである。
車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機構を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置(EPS)は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティ(Duty)の調整で行っている。
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速機構の減速ギア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、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速機構の減速ギア(ギア比n)3を介してコラム軸2に連結されている。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13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が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによってモータ20に供給する電流を制御する。舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良い。
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)50が接続されており、車速VelはCAN50から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN50以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN51も接続されている。
このような電動パワーステアリング装置では、従来、モータ電源回路からのVR検出回路と、制御用電源回路からの制御用電圧Vbat1の検出回路とが設置され、前記電源電圧VRと制御用電圧Vbat1とのそれぞれの検出電圧値の相関を監視してモータ電源電圧VR検出回路の異常の検出が行われている。これは電源電圧VRと制御用電圧Vbat1との相関関係が基本的に大きく外れないことを利用した方法であり、こうした相関関係を利用したものとして、例えば、特許文献1(特開2009−161156号公報)に記載された異常検出手段などが開示されている。
特開2009−161156号公報
しかしながら、例えば、上記特許文献1に記載されたように、バッテリからシステム電源部にダイオードを介した電流経路を持つ回路構成の場合、一般的には、モータ電源回路からの電源電圧と制御用電源回路からの制御用電圧とが、通常の相関関係から大きく外れる可能性があり、誤検出を防ぐために診断閾値を緩和して対応する必要があった。
しかし、このように診断閾値を緩和して対応した場合には、VR検出回路の異常検出性が低下するという課題が生じていた。
すなわち、電動パワーステアリングの電流制御ではモータ電源電圧VRの検出値がデューティ算出の際に参照され、電圧が低い場合にはデューティを開いて電流を流すようにしている。そのため、モータ電源電圧VRの検出故障により実際の電圧より検出電圧が低くなると、過アシストとなる可能性があった。
したがって、上記のように従来技術では、モータ電源電圧VRの検出回路の故障検出性を向上させるという課題が生じていた。
そこで、本発明は上述のような事情によりなされたものであり、VR検出回路を冗長化し、上記VR検出回路の異常診断を精度よく実施することで、上述した過アシストのような事象に至ることを効果的に防止することが可能な、電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によってモータを駆動し、減速機構を介して操舵アシストを制御する電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置であって、前記電源電圧診断装置は、制御用電源回路からの制御電圧の検出を行う検出部(Vbat1検出回路)と、電源回路からの電源電圧の検出を行う少なくとも2つの検出回路(VR検出回路1、VR検出回路2)と、前記制御電圧の検出部からの出力Vbat1と前記電源電圧の検出回路(VR検出回路1、VR検出回路2)からの各出力電圧(VR1,VR2)に基づいて診断を行う診断部とを有し、前記診断部において、前記制御電圧の検出部からの出力Vbat1と前記電源電圧の検出回路からの各出力電圧(VR1、VR2)との相関を監視して、故障診断を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置を提供する。
また、上記課題の解決は、前記相関の監視は、前記出力電圧VR1と前記出力電圧VR2との比率をとり、その大きさが診断閾値AとBとの範囲内にあるかどうかを判断する故障診断により行われることにより、或いは、前記故障診断により異常が発見された場合には、VR故障箇所判定を行い、前記VR故障箇所判定では、前記VR検出回路1と前記VR検出回路2との何れの検出回路が異常であるかを判定することにより、或いは、前記電源電圧診断装置は更にVR選択部を備えており、前記故障診断では、前記電源電圧の検出回路からの各出力電圧(VR1、VR2)の比率が、診断閾値Aより大きく診断閾値Bより小さい範囲(A<(VR1/VR2)<B)に無い場合には、判定閾値C,Dに基づいて、(VR1/Vbat1)<C、又は、D<(VR1/Vbat1)、の場合にはVR検出回路1に異常があると判定し、(VR2/Vbat1)<C、又は、D<(VR2/Vbat1)、の場合にはVR検出回路2に異常があると判定し、前記VR選択部により、上記判定に基づいて正常と判断したいずれか1つのVR検出回路からの出力電圧をデューティ制御部へ出力することにより、或いは、上記故障診断において、前記2つの検出回路の双方の回路が異常と判定した場合に、上記診断に用いる診断閾値A、B、又は、判定閾値C、Dのうち少なくともいずれか1の前記診断閾値又は判定閾値の値を緩和して再度の診断乃至判定を行い、上記再度の診断乃至判定の結果及び前記緩和した診断閾値又は判定閾値の値に基づいて、前記操舵アシストの量を制限することにより、更に効果的に達成される。
本発明では、電源電圧VRの検出回路を冗長化し、2系統の検出回路(VR検出回路1、VR検出回路2)の相互比較を可能として、温度変化などの条件変化に左右されることなくVR電圧検出の故障を精度よく検出することが可能となっている。そのため、信頼性の高いアシスト付与が可能となる。
また、いずれかのVR検出回路に故障があると検出された後は、Vbat1との相関関係を利用して、上記2系統のVR検出回路のうち、どちらの検出回路の故障かを特定し、正常と判断したVR検出回路のVR検出値を使用して信頼性の高いアシスト付与継続が可能である。
また、本発明では、上記2系統のVR検出回路の何れもが故障と判断される場合であっても、VR検出回路の相関関係から故障を検出するための診断閾値A、Bの値、又は、上記2系統のVR検出回路のうち、どちらの検出回路が故障しているかを判定するために、Vbat1との相関関係を判定する場合の判定閾値C又はDの値を緩和して、再度故障診断を行うことも可能である。そのため、中途故障の検出性が低下したとしても、上記診断閾値又は判定閾値の緩和の程度(例えば、予め記憶してある前記緩和前後の閾値の比率等)に応じたアシスト量制限を行うことで、2重故障時の過アシストを防ぐことが可能である。
更に、上記電源電圧VRは電源リレーの初期診断等にも使用されるため、その他のVR検出値を使用する全ての診断の信頼性を向上することが可能である。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 本発明の実施形態の構成図である。 本発明の診断部における診断の動作例を示すフローチャートである。
次に本発明の実施の形態を図2及び3を参照して説明する。なお、上述の図1と共通する構成部分については同じ記号を用いて説明する。
図2は本発明に係る電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置の基本的な構成例を示す図である。そして、本発明の電源電圧診断装置は、基本的には、上記コントロールユニット(ECU)30の中に組み込まれている。
本実施形態では、図2に示したように、電源としてのバッテリ(13)とモータ電源回路からのモータ電源(VR電圧)との間にフェールセーフ用リレー(R)を備えており、上記バッテリ(13)と制御用電源(Vbat1電圧)との間に逆接防止ダイオード(D1)を備えている。また、上記モータ電源(VR電圧)と制御用電源(Vbat1電圧)とは、上記モータ電源から制御用電源の方向を順方向としたダイオード(D2)を介して接続されている。
上記ダイオード(D2)の役割は、通常時ダイオード(D1)がオープン故障したときに、ダイオード(D2)を介してシステムに給電可能となるため、イグニション(11)をオフするまでの間はアシストが継続可能であることと、クランキング時などでバッテリ(13)の電圧が低下した場合に、上記フェールセーフ用リレー(R)を閉じ、上記モータ電源(VR電圧)の電解コンデンサ(C2)に蓄えられた電荷を、上記ダイオード(D2)を通して制御用電源(Vbat1電圧)に供給することで、上記制御用電源(Vbat1電圧)が上記コントロールユニットなどのMCU(Micro Controller Unit)のリセット電圧まで低下する時間を遅延させる役割を有している。
また、上記モータ電源(VR電圧)の検出手段として、上記モータ電源(VR電圧)には、VR検出回路1(64)とVR検出回路2(66)の2系統が備えられており、上記制御用電源(Vbat1電圧)の検出手段として、上記制御用電源にはVbat1検出回路(62)が1系統備えられている。
そして、上記VR検出回路1(64)の出力電圧VR1と、上記VR検出回路2(66)の出力電圧VR2は、診断部(60)とVR選択部(68)へ接続されている。
なお、上記Vbat1検出回路とVR検出回路、又は、上記VR検出回路1とVR検出回路2とは、同一の回路構成とすることが望ましい。
そして、上記診断部(60)では、上記各検出回路の故障診断が行われ、その結果に応じて、上記VR選択部(68)へVR選択信号を出力し、又は、電流制御部(33)へアシスト(停止/制限)信号を出力する。
また、上記VR選択部(68)はデューティ制御部(36)とも接続されており、上記VR選択部(68)では、上記診断部(60)の診断結果に基づいてVR選択信号が入力されることにより、VR1又はVR2のいずれかの出力を選択して上記デューティ(Duty)制御部(36)へ出力し、また、上記診断部(60)でVR検出回路に異常などが検出された場合等には、別途算出されたVR推定値が入力され、これをデューティ制御部(36)に出力する。
また、上記モータ電源(VR電圧)はモータ駆動回路(37)に接続されており、上記モータ駆動回路(37)の制御は、上記デューティ制御部(36)においてモータ印加電圧の調整を行うために決定されたデューティ値に基づいて行われている。
また、上記デューティ制御部(36)には、電流制限部(33)が接続されており、上記電流制限部(33)では、操舵トルク(θ)と車速(vel)に基づいて電流指令値演算部(図示しない)で演算された電流指令値や、診断部(68)からのアシスト(停止/制限)信号が入力され、当該入力された電流指令値等に基づいて、最大電流の制限を行った電流指令値等を上記デューティ制御部(36)に出力している。
次に、上記の様な基本構成を有する本発明に係る電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置の動作について、図3を用いて説明する。
本発明の電源電圧診断装置では、上記のように制御用電源回路からの制御電圧Vbat1がVbat1検出回路(62)を介して上記診断部(60)へ入力されており、同じくモータ電源回路からのモータ電源電圧VRが、VR検出回路1(64)とVR検出回路2(66)とを介して、それぞれ上記診断部(60)へ入力されている。
そこで、本発明の電源電圧診断装置では、例えば、図3に示したように、最初に上記診断部(60)により、VR相関診断(ステップS1)が行われる。上記VR相関診断では、更に具体的には、VR1とVR2との比率をとり、その大きさが診断閾値AとBとの範囲内にあるかどうかの判断が行われる(ステップS2)。
その結果、上記VR1とVR2との比率が、上記診断閾値Aより大きくBより小さい範囲内(A<(VR1/VR2)<B)ならば、上記診断部(60)では上記電源電圧(VR)は正常と判断して、上記診断部(60)よりVR選択部(68)へ指示が出力され、上記VR選択部(68)からVR1がデューティ制御部(36)へ出力されて、前記デューティ制御部(36)において、VR1を使用してデューティ演算が行われる(ステップS3)。
その一方、上記VR1とVR2との比率が上記診断閾値A以下((VR1/VR2)≦A)又は、B以上(B≦(VR1/VR2))の場合(但しA<B)には、更にVR故障箇所判定(ステップS4)が行われる。
上記VR故障箇所判定は、VR検出回路1とVR検出回路2との何れの検出回路が異常であるかを判定するものである。
そして、上記VR故障箇所判定では、まずVR検出回路2(66)の異常の有無が判断される(ステップS5)。上記VR検出回路2(66)の異常の有無の判断は、VR2とVbat1との比率(VR2/Vbat1)が判定閾値C(例えば、C=0.8)より小さいかどうか、又は、VR2とVbat1との比率(VR2/Vbat1)が判定閾値D(例えば、D=1.2)より大きいかどうかにより行われる。
その結果、VR2とVbat1との比率が、上記判定閾値Cより小さいか、又は、上記判定閾値Dより大きい場合((VR2/Vbat1)<C、又は、D<(VR2/Vbat1))には、VR2に異常があると判断する。そして、その場合には、ステップS3に進み、上記診断部(60)よりVR選択部(68)へVR1を選択するためのVR選択信号が出力され、上記VR選択部(68)からVR1がデューティ制御部(36)へ出力されて、VR検出回路1(64)からのVR1に基づいて、デューティ演算が行われる。
また、上記ステップS5により、VR2に異常がないと判定された場合には、引き続いて、VR検出回路1(64)の異常の有無が判断される(ステップS6)。そして、上記VR検出回路1(64)の異常の有無の判断は、VR1とVbat1との比率(VR1/Vbat1)が判定閾値Cより小さいかどうか、又は、VR1とVbat1との比率(VR1/Vbat1)が上記判定閾値Dより大きいかどうかにより行われる。
その結果、VR1とVbat1との比率が、上記判定閾値Cより小さいか、又は、上記判定閾値Dより大きい場合((VR1/Vbat1)<C、又は、D<(VR1/Vbat1))には、VR1に異常があると判定する。そして、その場合には、ステップS7へ進み、上記診断部(60)より上記VR選択部(68)へVR2を選択するためのVR選択信号が出力され、上記VR選択部(68)からVR2がデューティ制御部(36)へ出力されて、上記デューティ制御部(36)において、VR2を使用してデューティ演算が行われる。
その一方、VR1に異常がないと判定された場合には、上記VR故障箇所判定では、VR検出回路1とVR検出回路2のいずれか一方を故障箇所と判定できなかったものの、VR相関診断からは故障が検出されていることから、故障箇所が特定できなかったことになる。したがってこの場合には、アシストを停止するか、又は、アシスト量を制限する信号を上記診断部(60)から、上記電流制限部(33)へ出力し(ステップS8)、アシスト量を制限しつつ、アシスト自体は継続して行うことも可能である。
そして、上記のようにアシスト量を制限する場合には、故障時の特性を予め記憶したメモリのデータ等に基づいて、モータ端子電圧、PWMのデューティ等からモータ電源電圧VRを推定してデューティ制御に使用することも可能であるが、こうした推定値を使用した制御は信頼性が低いため、最大電流制限、入力トルク―通電電流の特性ゲインを小さくして上記の様な制限アシストを行う。
また、本発明では、上記のようにアシスト量を制限する場合には、上記診断閾値A、B,又は判定閾値C、Dのうち、いずれか1つ又は複数の診断閾値又は判定閾値を所定の程度緩和して、当該緩和した診断閾値又は判定閾値に基づいて上記判定を再び行い、それにより得られた新たなVR1又はVR2を上記モータ電源電圧VRの推定に活用することも可能である。そして、その場合には、上記緩和した診断閾値又は判定閾値の程度(例えば、予め記憶してある前記緩和前後の閾値の比率等)に応じて、アシスト量を制限したアシストを行うことも可能である。
なお、ここで上記診断閾値又は判定閾値を緩和するとは、診断閾値A及び判定閾値Cについては、その値を従前の値よりも減少させることをいい、診断閾値B及び判定閾値Dについては、その値を従前の値よりも増加させることをいう。
そして、上記のように診断閾値又は判定閾値を緩和した場合には、従前の診断閾値又は判定閾値に基づいて電源電圧VRに異常があると検出された場合であっても、新たな診断閾値は判定閾値に基づいた上記診断の結果に基づいて操舵アシストを継続することが可能であるため、運転者の操舵負担を引き続き軽減することが可能である。また、上記のように再び診断乃至判定を行ってもVR1とVR2とに異常があると判定される場合には、アシスト停止するか、又は、更にアシスト量を制限してアシストを継続して行う構成とすることも可能である。
以上のように、本発明によれば、モータ駆動電源電圧の異常検出性を向上させると共に、異常が発見された場合であっても、アシスト量を制限しつつ継続したアシストを行うことが可能であり、これにより運転者の負担を軽減することが可能である。
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
4a 4b ユニバーサルジョイント
5 ピニオンラック機構
6a 6b タイロッド
7a 7b ハブユニット
8L 8R 操向車輪
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
14 舵角センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
33 電流制限部
36 デューティ制御部
37 モータ駆動回路
60 診断部
62 Vbat1検出回路
64 VR検出回路1
66 VR検出回路2
68 VR選択部
A B 判断閾値
C D 判定閾値
D1 D2 ダイオード
C1 C2 電解コンデンサ
R フェールセーフ用リレー

Claims (5)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によってモータを駆動し、減速機構を介して操舵アシストを制御する電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置であって、
    前記電源電圧診断装置は、制御用電源回路からの制御電圧の検出を行う検出部(Vbat1検出回路)と、
    電源回路からの電源電圧の検出を行う少なくとも2つの検出回路(VR検出回路1、VR検出回路2)と、
    前記制御電圧の検出部からの出力Vbat1と前記電源電圧の検出回路(VR検出回路1、VR検出回路2)からの各出力電圧(VR1,VR2)に基づいて診断を行う診断部とを有し、
    前記診断部において、前記制御電圧の検出部からの出力Vbat1と前記電源電圧の検出回路からの各出力電圧(VR1、VR2)との相関を監視して、故障診断を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置。
  2. 前記相関の監視は、前記出力電圧VR1と前記出力電圧VR2との比率をとり、その大きさが診断閾値AとBとの範囲内にあるかどうかを判断する故障診断により行われる請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置。
  3. 前記故障診断により異常が発見された場合には、VR故障箇所判定を行い、前記VR故障箇所判定では、前記VR検出回路1と前記VR検出回路2との何れの検出回路が異常であるかを判定する請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置。
  4. 前記電源電圧診断装置は更にVR選択部を備えており、前記故障診断では、前記電源電圧の検出回路からの各出力電圧(VR1、VR2)の比率が、
    診断閾値Aより大きく診断閾値Bより小さい範囲(A<(VR1/VR2)<B)に無い場合には、
    判定閾値C,Dに基づいて、
    (VR1/Vbat1)<C、又は、D<(VR1/Vbat1)、の場合には
    VR検出回路1に異常があると判定し、
    (VR2/Vbat1)<C、又は、D<(VR2/Vbat1)、の場合には
    VR検出回路2に異常があると判定し、
    前記VR選択部により、上記判定に基づいて正常と判断したいずれか1つのVR検出回路からの出力電圧をデューティ制御部へ出力する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置。
  5. 上記故障診断において、前記2つの検出回路の双方の回路が異常と判定した場合に、上記診断に用いる診断閾値A、B、又は、判定閾値C、Dのうち少なくともいずれか1の前記診断閾値又は判定閾値の値を緩和して再度の診断乃至判定を行い、上記再度の診断乃至判定の結果及び前記緩和した診断閾値又は判定閾値の値に基づいて、前記操舵アシストの量を制限する請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置の電源電圧診断装置。
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