WO2013105225A1

WO2013105225A1 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: WO2013105225A1
Application number: PCT/JP2012/050347
Authority: WO
Inventors: 金原　義彦; 昭彦森; 松下　正樹; 二郎岡田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US20150298727A1; JP5995877B2; EP2803556A1; EP2803556B1; EP2803556A4; JPWO2013105225A1; US9346487B2

Abstract

【課題】故障発生時であっても、ハンドル操作に対するドライバの負担を軽減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。【解決手段】対応するモータコイル（３ａ、３ｂ）を駆動する駆動回路（２０ａ、２０ｂ）を備えた複数の系統と、駆動回路（２０ａ、２０ｂ）の制御量を制御するコントロールユニット（１０）とを備え、コントロールユニット（１０）は、モータコイル（３ａ、３ｂ）を含む複数の系統のうちの少なくとも一つに故障が発生したとき、故障が発生した系統の制御量を通常時の制御量より低減させ、若しくは故障が発生した系統による前記駆動を停止させると共に、故障が発生していない系統の制御量を通常時の制御量よりも増大させる。

Description

電動パワーステアリング装置

この発明は、電動パワーステアリング装置、特に、モータに設けられた複数のモータコイルに対応する複数の系統を制御してアシストトルクを発生するようにした電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、周知のように、ドライバの操舵力をモータの駆動力によりアシストするようにしたものであるが、従来の電動パワーステアリング装置は、１個のモータに１個の駆動回路を備える構成のものが殆どであった。しかし、近年、あらゆる車両に電動パワーステアリング装置が搭載されるようになっており、電動パワーステアリング装置の故障によりアシスト機能が停止すると、ドライバがハンドルを操作することが不可能に近く、そのため車両走行自体が困難となる。そのため、電動パワーステアリング装置が故障しても、その故障の内容によってはできる限りアシストを継続する要求が高まっている。

そこで、従来、１個のモータに２組の三相モータコイルを設け、これ等の三相モータコイルを夫々別個に制御する２組の駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示された従来の電動パワーステアリング装置は、故障検出手段により一方の三相モータコイルからなる系統の故障を検出した場合、残った正常な系統でモータ指令値を低減して制御を継続するようにしている。このとき、モータ指令値が低減されているのでモータによるアシスト力が小さくなり、ドライバは電動パワーステアリング装置に故障が発生したことを認識することができる。

特開２０１１－１３１８６０号公報

特許文献１に示された従来の装置は、前述のように、一方の系統が故障したとき、ドライバへの故障の報知のために、他方の正常な系統のモータ指令値を低減して通常時より低減されたモータ電流値とするようにしているので、ドライバは故障を認識することができるものの、通常よりも大きな操舵力をかけないとハンドルを操作することができずドライバの負担が増大するという課題があった。

この発明は、従来の電動パワーステアリング装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、故障発生時であっても、ハンドル操作に対するドライバの負担を軽減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。

この発明による電動パワーステアリング装置は、
独立した複数のモータコイルを有するモータの駆動力によりドライバの操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記複数のモータコイル毎に設けられ、対応する前記モータコイルを駆動する駆動回路を備えた複数の系統と、
前記駆動回路の制御量を制御するコントロールユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットは、
前記モータコイルを含む前記複数の系統のうちの少なくとも一つに故障が発生したとき、前記故障が発生した系統の制御量を通常時の制御量より低減させ、若しくは前記故障が発生した系統による前記駆動を停止させると共に、前記故障が発生していない系統の制御量を通常時の制御量よりも増大させる、
ことを特徴とするものである。

この発明による電動パワーステアリング装置によれば、少なくとも一つの系統が故障した場合であっても、ハンドル操作に対するドライバの負担を軽減し、且つ操舵アシストを確保しそれを継続することができる。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回路構成図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の制御特性図である。この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を説明するための特性図である。この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を説明するための特性図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置について、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回路構成図であり、後述するように、モータに第１のモータコイルと第２のモータコイルとの２組のモータコイルを備えた場合を示している。

以下の説明では、第１のモータコイルと、第１のモータコイルに電力を供給する第１の駆動回路としての第１のインバータと、第１のインバータとバッテリとの間に接続された第１のリレーとを含む系統を総称して第１の系統と称し、夫々の構成要素の符号の末尾に「ａ」を付して説明する。又、第２のモータコイルと、第２のモータコイルに電力を供給する第２の駆動回路としての第２のインバータと、第２のインバータとバッテリとの間に接続された第２のリレーとを含む系統を総称して第２の系統と称し、夫々の構成要素の符号の末尾に「ｂ」を付して説明する。尚、モータコイルは、２組に限られるものではなく、３組以上設けられていても良い。

図１に於いて、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置１００は、ドライバの操舵力をアイスとする駆動力を発生するモータ３と、第１の駆動回路としての第１のインバータ２０ａと、第２の駆動回路としての第２のインバータ２０ｂと、コントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）１０と、車両に搭載されたバッテリ４と、バッテリ４から第１のインバータ２０ａへの電源供給を制御する第１のリレー６ａと、バッテリ４から第２のインバータ２０ｂへの電源供給を制御する第２のリレー６ｂと、バッテリ４と第１のリレー６ａ及び第２のリレー６ｂとの間に接続されたチョークコイル５と、ドライバの操舵トルクや車速等を検出するセンサ２と、電動パワーステアリング装置の異常をドライバ等に報知する報知装置９を備えている。

前述のチョークコイル５は、第１のインバータ２０ａ又は第２のインバータ２０ｂが後述するＰＷＭ制御により高速でスイッチング素子をスイッチングするために発生するノイズを、他の装置へ出力することを抑制するために設けられたものである。前述の報知装置９は、第１のインバータ２０ａ又は第２のインバータ２０ｂの故障時に、音声、光、振動等により、ドライバへその故障の発生を報知する。

モータ３は、ブラシレスタイプのモータであり、三相デルタ結線された２組の電機子巻線であるモータコイル３ａ、３ｂを備えている。以下の説明では、そのうちの一方のモータコイル３ａを第１のモータコイル、他方のモータコイル３ｂを第２のモータコイルと称する。

第１のインバータ２０ａは、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する）から成る６個のスイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａと、３個のシャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａと、１個の平滑コンデンサＣ１ａとにより構成されている。６個のスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａは、三相ブリッジ回路のＵ相上アーム、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アームに夫々挿入され、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａは、三相ブリッジ回路のＵ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームに夫々挿入されている。

後述のモータ電流検出のために設けられたシャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａは、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａと車両のグランドレベルとの間に夫々接続されている。スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａの共通接続部と車両のグランドレベルとの間に接続された平滑コンデンサＣ１ａは、第１のインバータ２０ａに供給される電源電圧を平滑化するために設けられている。

スイッチング素子Ｔ１ａとスイッチング素子Ｔ２ａとの直列接続部であるＵ相交流端子は、モータ３の第１のモータコイル３ａのＵ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ３ａとスイッチング素子Ｔ４ａとの直列接続部であるＶ相交流端子は、第１のモータコイル３ａのＶ相端子に接続され、スイッチングア素子Ｔ５ａとスイッチング素子Ｔ６ａとの直列接続部であるＷ相交流端子は、第１のモータコイル３ａのＷ相端子に接続されている。

スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の上アームの一端は、相互に共通接続されて第１のインバータ２０ａの正極側直流端子を構成し、第１のリレー６ａを介してバッテリ４の正極側端子に接続される。一方、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の下アームの一端は第１のインバータ２０ａの負極側直流端子を構成し、夫々シャント抵抗シャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａを介して車両のグランドレベルに接続されている。

第２のインバータ２０ｂは、ＦＥＴから成る６個のスイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂと、３個のシャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂと、１個の平滑コンデンサＣ１ｂとにより構成されている。６個のスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂは、三相ブリッジ回路のＵ相上アーム、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アームに夫々挿入され、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂは、三相ブリッジ回路のＵ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームに夫々挿入されている。

後述のモータ電流検出のために設けられたシャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂは、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂと車両のグランドレベルとの間に夫々接続されている。スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂの共通接続部と車両のグランドレベルとの間に接続された平滑コンデンサＣ１ｂは、第２のインバータ２０ｂに供給される電源電圧を平滑化するために設けられている。

スイッチング素子Ｔ１ｂとスイッチング素子Ｔ２ｂとの直列接続部であるＵ相交流端子は、モータ３の第２のモータコイル３ｂのＵ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ３ｂｂとスイッチング素子Ｔ４ｂとの直列接続部であるＶ相交流端子は、第２のモータコイル３ｂのＶ相端子に接続され、スイッチングア素子Ｔ５ｂとスイッチング素子Ｔ６ｂとの直列接続部であるＷ相交流端子は、第２のモータコイル３ｂのＷ相端子に接続されている。

スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の上アームの一端は、相互に共通接続されて第２のインバータ２０ｂの正極側直流端子を構成し、第２のリレー６ｂを介してバッテリ４の正極側端子に接続される。一方、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の下アームの一端は第２のインバータ２０ｂの負極側直流端子を構成し、夫々シャント抵抗シャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂを介して車両のグランドレベルに接続されている。

ＥＣＵ１０は、ＥＣＵの機能を主として担うマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと称す）１３を搭載している。ＣＰＵ１３は、後述の故障が発生していない場合である通常時の目標電流制御量としての制御量を演算する通常制御量演算部１１と、第１のインバータ２０ａと第２のインバータ２０ｂの故障を検出する故障検出部１２と、故障時に対応するための目標電流制御量としての制御量を演算する故障制御量演算部１４とを内蔵している。

尚、図１では、第１のインバータ２０ａ、第２のインバータ２０ｂ、第１のリレー６ａ、及び第２のリレー６ｂとＥＣＵ１０とは別体に構成しているが、ＥＣＵ１０に、第１のインバータ２０ａ、第２のインバータ２０ｂ、第１のリレー６ａ、及び第２のリレー６ｂのうち少なくとも一つを内蔵させるようにしてもよい。

ＥＣＵ１０内のＣＰＵ１３は、センサ２からの情報、例えば操舵トルク、車速に基づき、前述の通常制御量演算部１１又は故障制御量演算部１４によりモータ３の目標電流制御量を算出し、その目標電流制御量に対応したゲート信号を信号ライン８を介して第１のインバータ２０ａ、及び、第２のインバータ２０ｂ、の各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。モータ３は、第１のインバータ２０ａ、及び第２のインバータ２０ｂによりＰＷＭ制御された三相交流電力により駆動され、所望のアシストトルクを発生してステアリング軸（図示せず）に加える。通常制御量演算部１１又は故障制御量演算部１４により演算した目標電流制御量は、第１のインバータ２０ａと第２のインバータ２０ｂに振り分けられ、第１のモータコイル３ａと第２のモータコイル３ｂとで電流量を分担する。この分担割合は任意に設定可能である。

第１のインバータ２０ａのＵ相交流端子、Ｖ相交流端子、及びＷ相交流端子から取り出された第１のモータコイル３ａのＵ相端子電圧Ｍｕａ、Ｖ相端子電圧Ｍｖａ、Ｗ相端子電圧Ｍｗａは、夫々、信号ライン７を介してＣＰＵ１３へ入力される。又、第１のインバータ２０ａの各シャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａと各スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａとの接続部から取り出された、第１のモータコイル３ａに流れるＵ相モータ電流Ｉｕａ、Ｖ相モータ電流Ｉｖａ、Ｗ相モータ電流Ｉｗａは、信号ライン７を介してＣＰＵ１３へ入力される。

同様に、第２のインバータ２０ｂのＵ相交流端子、Ｖ相交流端子、及びＷ相交流端子から取り出された第２のモータコイル３ｂのＵ相端子電圧Ｍｕｂ、Ｖ相端子電圧Ｍｖｂ、Ｗ相端子電圧Ｍｗｂは、夫々、信号ライン７を介してＣＰＵ１３へ入力される。又、第２のインバータ２０ｂの各シャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂと各スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂとの接続部から取り出された、第２のモータコイル３ｂに流れるＵ相モータ電流Ｉｕｂ、Ｖ相モータ電流Ｉｖｂ、Ｗ相モータ電流Ｉｗｂは、信号ライン７を介してＣＰＵ１３へ入力される。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於いて、通常時には、ＥＣＵ１０に於ける通常制御量演算部からの出力に基づいて、第１の系統と第２の系統とは、所定の分担量に基づいて第１のモータコイル３ａと第２のモータコイル３ｂの電流量を制御し、所望のアシストトルクをモータ３に発生させる。

ＥＣＵ１０に設けられたＣＰＵ１３は、通常時は、前述したようにセンサ２から入力されるドライバによる操舵トルクと車速等の情報に基づいて、通常制御量演算部１１によりモータ３の目標電流制御量を算出し、その算出した目標電流制御量に対する前述の分担量に対応したゲート信号を信号ライン８を介して第１のインバータ２０ａの各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。同様に、前述の算出した目標電流制御量に対する前述の分担量に対応したゲート信号を信号ライン８を介して第２のインバータ２０ｂの各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

モータ３は、第１のインバータ２０ａによりＰＷＭ制御された三相交流電力により付勢される第１のモータコイル３ａと、第２のインバータ２０ｂによりＰＷＭ制御された三相交流電力により付勢される第２のモータコイル３ｂとに基づいて駆動され、運転者の操舵トルクと車速に対応したアシストトルクを発生してステアリング軸（図示せず）に加える。

以上が、通常時に於ける電動パワーステアリング装置としての通常時の動作の概要である。尚、通常時に於いて、第１の系統と第２の系統のうちの何れか一方のみを選択してモータ３を駆動するようにし、他方の系統を休止状態とすることも可能である。

次にこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、故障検出、及び故障時の制御を含む動作の詳細について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートであり、ＥＣＵ１０に内蔵されたＣＰＵ１３の処理ルーチンを示している。

図２に於いて、イングニッションキーの操作により、車両の電源が投入されると、先ず、ステップＳ１に於いてＣＰＵ１３のＲＡＭ（図示せず）や、ポート（図示せず）等の初期化が行なわれる。この初期化は、電源投入時にのみ処理されるものである。ステップＳ１では、前述の初期化の他に、第１の故障判断を実施する。

前述の第１の故障判断は、第１のインバータ２０ａに於ける各スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａ、第２のインバータ２０ｂに於ける各スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂ、第１のリレー６ａ、及び第２のリレー６ｂの動作状態をチエックし、夫々のチエック対象物の故障の有無の判断を行うものである。具体的には、ＣＰＵ１３からの指令に基づき、前述のチェック対象物毎にオン、オフ指令を出力し、第１のモータコイル３ａの各相端子電圧Ｍｕａ、Ｍｕａ、Ｍｗａと各相モータ電流Ｉｕａ、Ｉｕａ、Ｉｗａ、及び、第２のモータコイル３ｂの各相端子電圧Ｍｕｂ、Ｍｕｂ、Ｍｗｂと各相モータ電流Ｉｕｂ、Ｉｕｂ、Ｉｗｂをモニタしてチェックする。

例えば、スイッチング素子Ｔ１ａのチェックでは、第１のリレー６ａをオンとしバッテリ４からの電源を供給した状態で、スイッチング素子Ｔ１ａをオンとしてＵ相端子電圧Ｍｕａが出現するか否かをチエックし、更に、スイッチング素子Ｔ１ａをオフとしてＵ相端子電圧Ｍｕａが消えるか否かをチェックすることで、そのスイッチング素子Ｔ１ａの故障の有無を判断することができる。

又、モータ電流が流れるか否かについてのチエックは、例えば、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｔ３ａとＵ相下アームのスイッチング素子Ｔ２ａを同時に短時間オンとし、第１のモータコイル３ａにＵ相モータ電流Ｉｕａが流れるか否かを判断することにより行なう。このように、チエック対象物の１個ずつ、又は対となるスイッチング素子を夫々チエックして第１の故障判断を行なうことで、電動パワーステアリング装置の制御を開始する前に故障検出を行なうことが可能となる。

第１の故障判断では、前述のスイッチング素子の故障判断のみではなく、モータ３の第１のモータコイル３ａ及び第２のモータコイル３ｂのオープン又はショートの有無も同様にチエックすることができる。第１のモータコイル３ａ、及び第２のモータコイル３ｂのオープン又はショートによる故障判断は、各スイッチング素子の故障の有無をチェックした際に、複数のスイッチング素子が故障となるモードにより行なうことが可能である。

ステップＳ１に於ける前述の第１の故障判断の処理に於いて、何れかの故障が検出された場合は、フラグＦｇ１をセットすると共に、その故障内容も記憶する。故障が検出できなかった場合は、フラグＦｇ１をリセットする。

次にステップＳ２に於いて、センサ２から各情報、例えばドライバによる操舵トルク、車速等をＥＣＵ１０のＣＰＵ１３に入力する。次にステップＳ３に於いて、再度、故障判断を行う。このステップＳ３に於ける故障判断を、第２の故障判断と称する。この第２の故障判断の処理は、前述のステップＳ１に於ける第１の故障判断と類似しているが、電源が投入されている限り何度もチェックが繰り返されるものであり、更には、モータ制御中であってもチェックを行なうものである。

モータ制御中に各スイッチング素子を１個ずつチェックすることは、本来の電動パワーステアリング装置の制御に影響を及ぼすため、実現困難であることが多い。そのため、ステップＳ３での第２の故障判断は、例えば目標制御量に対して、モータ端子電圧が一致しているか否か、又は、モータ電流が目標電流とかけ離れているか否か等の制御状態に沿ったチェックを行うことにより故障判断を実施する。

例えば、第１の系統によるモータ制御中に、第１のインバータ２０ａに於ける１部のスイッチング素子がオープン故障、又はショート故障した場合、第１のモータコイル３ａの各相端子電圧Ｍｕａ、Ｍｖａ、Ｍｗａ、を夫々モニタすることで、そのスイッチング素子のオープン故障、又はショート故障を検出することができる。

同様に、第２の系統によるモータ制御中の場合に於いても、第２のインバータ２０ｂに於ける１部のスイッチング素子がオープン故障、又はショート故障した場合、第２のモータコイル３ｂの各相端子電圧Ｍｕｂ、Ｍｖｂ、Ｍｗｂ、を夫々モニタすることで、そのスイッチング素子のオープン故障、又はショート故障を検出することができる。

又、第１の系統によるモータ制御中に、各相モータ電流Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａをモニタすることにより、チエック対象の相に対応するスイッチング素子にゲート信号を供給していないタイミングでその対象の相に電流が流れていれば、その対象の相に対応するスイッチング素子にショート故障が発生していることをチエックすることができる。更に、このチエックにより、ステップＳ１の場合と同様に、第１のモータコイル３ａのオープン又はショートによる故障判断も含めて行なったことになる。

同様に、第２の系統によるモータ制御中の場合に於いても、各相モータ電流Ｉｕｂ、Ｉｖｂ、Ｉｗｂをモニタすることにより、チエック対象の相に対応するスイッチング素子にゲート信号を供給していないタイミングでその対象の相に電流が流れていれば、その対象の相に対応するスイッチング素子にショート故障が発生していることをチエックすることができる。更に、このチエックにより、ステップＳ１の場合と同様に、第２のモータコイル３ｂのオープン又はショートによる故障判断も含めて行なったことになる。

ステップＳ３での第２の故障判断に於いて、故障を検出した場合はフラグＦｇ２をセットし、故障を検出しなかった場合はフラグＦｇ２をリセットする。又、故障と判断したときは、その故障内容、故障したスイッチング素子の特定、モータコイルのオープン故障若しくはショート故障等、を記憶する。

尚、モータ制御中でない場合は、ステップＳ１の場合と同様に、各スイッチング素子のチェックを行うことも可能である。

次に、Ｓ４に於いて、前述の第１の故障判断及び第２の故障判断により故障が検出されたか否かのチェックを行なう。即ち、前述のフラグＦｇ１、又はフラグＦｇ２が「１」にセットされているか否かに基づいて故障の有無を判定する。その判定の結果、フラグＦｇ１、フラグＦｇ２の何れも「１」にセットされていなければ故障なしの判定となり（Ｎ）、ステップＳ５に進んで、ＣＰＵ１３の通常制御量演算部１１により通常制御量の演算を行なう。

ステップＳ５での通常制御量の演算は、従来の装置と同様に、操舵トクル、車速、及び目標電流と実電流との差等を用いて、モータ電流値を目標値に一致させるように制御量を演算するものである。そしてその結果を第１の系統と第２の系統との２系統に振り分ける。前述したようにこの２系統の分担割合は任意に設定することができる。次にステップＳ６に進んで、ドライバへの故障報知は停止する。

一方、ステップＳ４に於いて故障発生と判定した場合（Ｙ）、ステップＳ７に進み、故障時の制御量を演算する。このステップＳ７での処理が図１に於ける故障制御量演算部１４での処理に相当する。故障制御量を演算するためには、先ず、故障内容を判断する必要がある。二つの系統のうちの一つの系統に於いてスイッチング素子の１個がオープン、又はショート故障していると判断した場合は、その故障している系統は、３相制御から２相制御として目標電流を低減してでも制御を継続するように制御量を演算する。他方の正常な系統では、故障している一方の系統の制御量の低減分を割り増して制御量を増加する。

又、第１のインバータ２０ａ若しくは第２のインバータ２０ｂに於いて、一つの相の上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同時にショート故障した場合や、第１のモータコイル３ａ若しくは第２のモータコイル３ｂのショート故障のような重大故障の場合は、この故障した系統は使用することはできず、従ってその故障した系統のリレーを遮断せざるを得ない。この場合、正常系統は最大２倍のモータ電流を供給するように制御量を演算する。即ち、ステップＳ７では故障の程度に応じて正常系統は通常より大きく、最大２倍までの電流制御量に増加するように故障制御量を演算する。

次に、ステップＳ８に於いて、ドライバへ故障報知を行なうように報知装置９への信号を出力する。報知装置９は、音、光等の１種類の報知装置ではなく複数の種類の報知装置を組合せるようにしてもよい。更に、１種類の報知装置であっても、例えば故障用ランプを点灯するのみではなく点滅するように工夫することで、ドライバへの故障報知を確実にすることができる。

次に、ステップＳ９に進み、ステップＳ５又はステップＳ７に於いて演算された制御量を、所定の分担割合に基づいて第１の系統及び第２の系統に振り分け、その振り分けられた制御量に基づいたゲート信号を第１のインバータ２ａ、及び第２のインバータ２ｂの各スイッチング素子のゲートへ出力する。

次に、ステップＳ１０では、ＣＰＵ１３の周期ｔ［ｍｓｅｃ］で次回の処理ができるように待機する。今回の処理が完了して後、ｔ［ｍｓｅｃ］経た場合は、再度、ステップＳ２へ戻って今回の処理と同様な次回の処理を継続する。

以上、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を説明したが、次に、前述のステップＳ７に於ける故障制御量の演算について更に詳しく説明する。図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の制御特性図であり、モータのトルクに対するモータ電流の関係を示している。

図３に於いて、横軸はトルクであり、「＋」側が右方向のトルク、「－」側が左方向のトルクである。縦軸は目標モータ電流であり、「＋」側が右方向のトルクを発生させる目標モータ電流、「－」側が左方向のトルクを発生させる目標モータ電流を示している。左方向の制御特性は右方向の制御特性と同等であるため、以下の説明では、右方向の制御特性についてのみ説明する。

図３に於いて、破線で示す制御特性３１、３２は、前述の二つの系統が共に故障していない通常の制御の場合の通常時制御特性、実線で示す制御特性３３、３４は、二つの系統のうちの一方が故障した場合の他方の正常な系統に於ける故障時制御特性を示している通常時制御特性３１と故障時制御特性３３は、車速が略「０」［ｋｍ／ｈ］の場合であり、通常時制御特性３２と故障時制御特性３４は、車速が略「２０」［ｋｍ／ｈ］の場合を示す。

いま、略「２０」［ｋｍ／ｈ］の車速で走行しているとして、二つの系統のうちの一方の系統に故障が発生すると、正常である他方の系統は、通常時制御特性３２よりも所定の増加率３６で増加した故障時制御特性３４となる。一方、車速が略「０」［ｋｍ／ｈ］である場合、二つの系統のうちの一方の系統に故障が発生すると、正常である他方の系統は、通常時制御特性３１よりも所定の増加率３５で増加した故障時制御特性３３となる。この場合、故障時制御特性３３は、通常時制御特性３１の約２倍の電流値を有する制御特性となる。

周知のように、例えば電界効果型トランジスタのようなスイッチング素子は、その素子に流し得る電流の最大値が存在する。図３に示す電流最大値３７は、第１のインバータ２０ａ、第２のインバータ２０ｂに於ける各スイッチング素子の電流最大値である。この電流最大値３７は、各スイッチング素子の特性、及びそのスイッチング素子の発熱も加味して決定された電流最大値であり、この電流最大値３７を超えるような制御量をＥＣＵ１０が出力することはなく、この電流最大値３７の近傍ではスイッチング素子の発熱を考えると、モータ３の長時間の駆動はできない。

前述の車速「０」［ｋｍ／ｈ］に於ける故障時制御特性３３は、車速「２０」［ｋｍ／ｈ］の場合の通常時制御特性３１に比べて、小さなトルク値で前述の電流最大値３７に達する。一方、車速「２０」［ｋｍ／ｈ］のような通常走行時では、図３に示すように故障時制御特性３４は、通常時制御特性３２の２倍より小さい電流値を有する制御特性とすることも可能であり、この場合は、電流最大値３７に達することはなく、自由に制御量の増加率３６を変更できる。

一般的には、実際の車両走行中に電流最大値３７に達し、長時間その電流最大値３７でモータ３に電流を供給する状況は少なく、平均的には電流最大値３７の半分以下の領域を使用していることが多い。そのため、一方の系統の故障時に他方の正常な系統のみによる操舵トルクの確保は実用上可能である。

図３に於いて、一方の系統の故障時に於ける他方の正常な系統の制御特性の増加率は車速に応じて変化し、車速が略「０」［ｋｍ／ｈ］の場合にその増加率は最大となる。この場合の制御特性３３は、前述したように、故障が発生していない場合の制御特性３１の２倍の電流値を有する制御特性となる。

前述の一方の系統の故障時に於ける他方の正常な系統の制御特性の増加率は、車速が高くなるにつれて任意に変化させることが可能であり、最終的には「１」に近づく。一方、故障した系統は、任意の減少率ではなく、例えば実質の相数として［２相≒６０％］、［１相≒３０％］、又は［５０％］、［０％］のように複数のステップで変化する減少率とすることで充分である。そのため、故障した系統に於いてステップ的に変化する減少率に基づき減少した制御量に依存して正常な系統を駆動する場合、前述の増加率をステップ的に［＋３０％］、［＋５０％］、［＋６０％］、［＋１００％］と変化させるようにしても良い。又、そのステップ的に変化させる場合に、急激に異なる値に変化させるのではなく最終的にその値に近づけるように緩やかな変化とするようにしてもよい。

正常な系統の増加率の変更は、車速に依存させる場合のほか、電流値、又はその電流値の積算値、電流の二乗値に依存させることができ、電流値が少ないほど、又は積算値が少ないほど増加率を大きくすることもできる。このような増加率の変更方法は、特に部品の発熱を考慮して正常な系統を酷使することにより正常な系統も故障することがないように配慮したものである。又、増加率を故障後所定時間は出力を継続し、その後所定量まで漸減させることも可能である。更に、増加率、減少率ではなく、加算量、減算量として補正しても同様の効果がある。

尚、前述の正常な系統に於ける前述の増加率は、系統の数に相当する値を最大の増加率とする。即ち、系統の数が実施の形態１の場合のように「２」であれば増加率は最大２倍であり、系統の数が「３」であれば増加率は最大３倍となる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置によれば、一方の系統の故障を検出し、この故障の状況に応じて故障した系統は電流の制御特性を低減し若しくは制御を停止し、正常な系統は通常の電流の制御特性に比較して電流の制御特性を大きくし、最大で系統数までの増加率で制御を継続することにより、操舵アシストのための合計トルクを減らすことなくドライバへのアシスト力をできる限り保持継続することができる。これにより、ドライバの負担を軽減し、車両の走行を容易にするものであり、又、複数の系統のうちの一部の系統が故障したとき、操舵トルクの急変を生ずることもなく操舵性を確保し、車両の安定走行にも寄与することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートであり、実施の形態１に於ける図２と同一の符号は、それと同等の処理を行うものであるが、図２のフローチャートとの主な相違点は、故障制御量演算、及びその出力が異なる。この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の回路構成は、実施の形態１の場合に於ける図１と同様である。

図４に於いて、イングニッションキーの操作により、車両の電源が投入されると、先ず、ステップＳ１に於いてＣＰＵ１３のＲＡＭ（図示せず）や、ポート等の初期化が行なわれる。この初期化は、電源投入時にのみ処理されるものである。ステップＳ１では、前述の初期化の他に、第１の故障判断を実施する。この第１の故障判断の内容は、前述の次紙の形態１に於ける図２のステップＳ１の内容と同様である。

ステップＳ１に於ける第１の故障判断の処理に於いて、前述の何れかの故障が検出された場合は、フラグＦｇ１をセットすると共に、その故障内容も記憶する。故障が検出できなかった場合は、フラグＦｇ１をリセットする。

次にステップＳ２に於いて、センサ２から各情報、例えばドライバによる操舵トルク、車速等をＥＣＵ１０のＣＰＵ１３に入力する。次にステップＳ３に於いて、再度、故障判断を行う。このステップＳ３に於ける故障判断を、第２の故障判断と称する。この第２の故障判断の処理は、前述のステップＳ１に於ける第１の故障判断と類似しているが、電源が投入されている限り何度もチェックが繰り返されるものであり、更には、モータ制御中であってもチェックを行なうものである。ステップＳ３での第２の故障判断の内容は、前述の図２に於けるステップＳ３での処理内容と同様である。

次に、ステップＳ５に於いて通常制御量の演算を行う。この通常制御量の演算は、前述の図２に於けるステップＳ５での演算と同様である。次にステップＳ４に進み、前述の第１の故障判断及び第２の故障判断により故障が検出されたか否かのチェックを行なう。即ち、前述のフラグＦｇ１、又はフラグＦｇ２が「１」にセットされているか否かに基づいて故障の有無を判定する。その判定の結果、フラグＦｇ１、フラグＦｇ２の何れも「１」にセットされていなければ故障なしの判定となり（Ｎ）、ステップＳ６に進んで、ドライバへの故障報知は停止する。

一方、ステップＳ４での判定の結果、フラグＦｇ１、フラグＦｇ２の何れも「１」にセットされていれば故障有りの判定となり（Ｙ）、ステップＳ１１に進んで故障制御量を演算する。ステップＳ１１での故障制御量の演算は、故障を検出したときに記憶している故障内容によって二つの系統の出力量の分担割合を変更する。

即ち、二つの系統のうちの一つの系統が故障しその電流の制御特性を所定の値だけ減少せざるをえない場合、目標電流をできる限り変更せず、つまり二つの系統の駆動回路により制御される合計トルクをできる限り減少させることなく、正常な他方の系統で故障系統の不足分を補うように分担割合を変更する。例えば、故障した系統が３相駆動から２相駆動となった場合、正常な系統と故障した系統との出力量の分担割合を、［１．４：０．６］とするものである。

次に、ステップＳ８に於いて、前述の図２に於けるステップＳ８と同様に、ドライバへ故障報知を行なうように報知装置９への信号を出力する。報知装置９は、音、光等の１種類の報知装置ではなく複数の種類の報知装置を組合せるようにしてもよい。更に、１種類の報知装置であっても、例えば故障用ランプを点灯するのみではなく点滅するように工夫することで、ドライバへの故障報知を確実にすることができる。

次に、ステップＳ１２に於いて、故障時には正常な系統と故障して系統の出力量の分担割合を［１．４：０．６］として制御量を出力し、故障発生がない場合は、それらの出力割合を［１：１］として制御量を出力するものである。従って第１の系統と第２の系統の出力割合は、正常系統では「１．０」～「２．０」までの値を取り、第１の系統と第２の系統の出力割合を合計すると略「２．０」となる。

又、スイッチング素子１個のショート故障時に、残ったスイッチング素子により程度制御を続行し、正常な系統はその故障して系統の出力量の分担の減少分を補って制御量を出力するものであり、平均的には合計トルクの減少はないが、より微視的見れば、故障によりトルク変動が発生してしまう。そのため、正常な系統での出力量の分担の割合を若干大きくし、両者の合計を「２．０」より大きめに設定することで、よりドラインバーの感覚的に合計トルク減少をなくすことも可能である。更に、正常な系統に於ける発熱を特に考慮して、両者の出力量の分担の合計を「２．０」より小さめに設定し、運転者へ気づかせやすくすることも可能である。

以上述べたように、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置によれば、故障検出時はその故障の状況に応じて角系統の出力量の分担割合を変更することで、目標電流値を変更することがないため処理が簡単になる。また、合計出力量を変更しないので、ドライバの操舵トルクに対するアシスト量を変更せずに制御を継続することができ、その結果、ドライバの負担を抑制できる効果を奏する。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置について説明する。この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置は、何れかの系統の故障時に、前述の実施の形態１若しくは実施の形態２に述べたように、系統に於ける制御の仕方を変更したことをドライバへ報知する方法に特徴を有する。即ち、前述の実施の形態１及び実施の形態２では、報知装置９は、例えばスピーカ、ランプを搭載しなければならなかったが、実施の形態３では新たな報知装置を不要とするものである。尚、実施の形態１及び実施の形態２の場合と同様に、報知装置９を別に備えていても良い。

図５は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を説明するための特性図であり、故障発生時の正常な系統によりモータが発生するトルクの一例を示す特性図である。図５に於いて、縦軸は正常な系統による発生トルク、横軸は時間を表わしている。前述の実施の形態１及び２により説明したように、一方の系統の故障時には正常な系統による出力量の分担割合は増加し、正常な系統に基づいてモータに発生するトルクの平均値は、故障が発生していない通常時の制御特性による発生トルクよりも増大しており、概ね２倍の特性となっている。

図５に於いて、４０は、故障が発生していない通常時の制御特性による発生トルクを示している。４１は、一方の系統の故障時に正常な系統により発生するトルクを示している。一方の系統の故障時に正常な系統により発生するトルク４１は、出力量の分担の増加による発生トルクに可聴周波数領域である１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の交流成分を重畳させたものであり、モータから１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の電磁音を発生させることが可能となる。従って、特別な報知装置等の追加のハードウェアを用いることなく、１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の電磁音によってドライバへ故障を報知することが可能である。

図６は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置を説明するための特性図であり、周波数と応答の関係をプロットして示している。図６に於いて、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は応答［ｄＢ］を示している。図６に於いて、４３は、等ラウドネス曲線と呼ばれるものであり、音の大きさ(ラウドネス)に関する人間の感覚を示したものであり、人の聴感は１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の音について感じやすいことを示している。

一方、４２は、電流制御応答曲線を示したもので、モータ３に給電したい所望の電流に対する実際の給電された電流の応答をプロットしたものである。図６の曲線４２から判るように、１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の帯域では，電流制御の応答が低下する。そこで、モータ３から１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の電磁音を発生させるために、正常な系統が発生するインバータが出力する電圧に１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の交流電圧を重畳すれば良い。この１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の周波数の帯域は、電流制御応答の周波数より高いので、正常な系統が発生するインバータの電流制御と干渉することなく、ドライバへ報知するための１［ｋＨｚ］～６［ｋＨｚ］の電磁音を発生させることができる。

以上述べたように、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置によれば、正常な系統の制御量に所定の周波数の交流成分を重畳させることにより、新たな報知装置を付加することなく、ドライバへ故障を報知することができる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明による電動パワーステアリング装置は、自動車等の車両のパワーステアリング装置として利用することが可能である。

１００電動パワーステアリング装置、２センサ、３モータ、３ａ第１のモータコイル、３ｂ第２のモータコイル、４バッテリ、５チョークコイル６ａ第１のリレー、６ｂ
第２のリレー、７、８信号ライン、９報知装置、１０ＥＣＵ、１１制御量演算部、１２故障検出部、１３ＣＰＵ、１４故障制御量演算部、２０ａ第１のインバータ、２０ｂ
第２のインバータ、Ｔ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂスイッチング素子、Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａ、Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂ
シャント抵抗、Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ平滑コンデンサ

Claims

独立した複数のモータコイルを有するモータの駆動力によりドライバの操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記複数のモータコイル毎に設けられ、対応する前記モータコイルを駆動する駆動回路を備えた複数の系統と、
前記駆動回路の制御量を制御するコントロールユニットと、
を備え、
前記コントロールユニットは、
前記モータコイルを含む前記複数の系統のうちの少なくとも一つに故障が発生したとき、前記故障が発生した系統の制御量を通常時の制御量より低減させ又は前記故障が発生した系統による前記駆動を停止させると共に、前記故障が発生していない系統の制御量を通常時の制御量よりも増大させる、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータコイルを含む前記複数の系統のうちの少なくとも一つに故障が発生したとき、
前記コントロールユニットは、前記故障が発生していない系統の制御量を、前記故障が発生した系統の制御量の低減に対応して増大させる、
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。
前記コントロールユニットは、
前記対応するモータコイルを含む前記複数の系統の故障を検出する故障検出部と、
前記故障検出部が前記故障を検出していない通常時に、前記複数の系統の通常時の制御量を演算して前記複数の系統に出力する通常制御量演算部と、
前記故障検出部が前記故障を検出したときに、前記故障の状況に応じて制御量を低減し又は制御を中止する故障時の制御量を演算して前記故障が発生した系統に出力すると共に、通常時の制御量よりも増大させた故障時の制御量を演算して前記故障が発生していない系統に出力する故障制御量演算部と、
を備え、
前記複数のモータコイルは、
前記故障検出部が前記故障を検出していないときは、前記通常制御量演算部からの出力に基づいて、対応する系統の前記駆動回路により駆動され、
前記故障検出部が前記故障を検出したときは、前記故障制御量演算部からの出力に基づいて対応する系統の駆動回路により制御される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障制御量演算部は、前記故障が発生していない系統に出力する故障時の制御量を、前記故障の状況に応じて、前記通常時の制御量に前記系統の数を乗算した値まで増加させ得る、
ことを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障制御量演算部は、前記検出された故障の状況に応じて、前記故障が発生した系統に対する故障時の制御量と前記故障が発生していない系統に対する故障時の制御量との出力量の分担割合を変更する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障制御量演算部は、前記故障時の制御量を、通常時の制御量より車速が低いほど大きく増大させて前記故障が発生していない系統へ出力する、
ことを特徴とする請求項３乃至５のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障制御量演算部は、前記故障が発生した系統へ出力する故障時の制御量を、前記故障の状況に応じて段階的に低減させる、
ことを特徴とする請求項３乃至６のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記段階的に低減される段階の数は、前記系統の数に依存した数である、
ことを特徴とする請求項７記載の電動パワーステアリング装置。
前記複数のモータコイルは、３相２組のモータコイルからなり、
前記複数の系統は、前記２組のモータコイルに夫々対応した２組の系統からなり、
前記モータコイルを含む２組の系統は、周期的に故障の有無が監視され、
前記監視の対象は、少なくとも前記モータの端子電圧と電流である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障が発生したときは、前記ドライバに前記故障の発生を報知する報知装置を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至９のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記故障制御量演算部から前記故障が発生していない系統に出力される故障時の制御量に、可聴周波数領域の交流値を重畳する、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。