JP2008024242A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電流値検出器が故障しても、モータやコントロールユニットを過熱から保護する。
【解決手段】モータ駆動回路３７に出力される指令信号としての電流制御値Ｅを監視し、例えばデューティ比からなる電流制御値Ｅが７５％以上であるときにカウンタ値ＣＮＴをインクリメントし、電流制御値Ｅが２５％以下であるときにカウンタ値ＣＮＴをデクリメントし、モータ電流値ｉが所定値ｉＨｉ以下であり、そのカウンタ値ＣＮＴが所定カウント値ＣＮＴ_０以上である場合には、モータの温度が上昇しすぎている可能性があるとして、電流制御値Ｅの元になる補助操舵指令値Ｉを制限（停止）する。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータによる操舵補助力を車両の操舵系に付与する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモータを過熱から保護するのに好適なものである。

このような電動パワーステアリング装置の制御装置としては、例えば以下に例示する非特許文献１のように、モータに流れる電流値とモータの温度上昇との関係を計算や実験によって予め求めておき、モータ電流検出器でモータに流れる電流値を検出して当該モータの温度上昇を推定し、その温度が所定値以上になったら、例えばモータ駆動回路への指令信号を制限することにより実際にモータに流れる電流値を制限してモータを過熱から保護するものがある。
特公平６−５１４７４号公報

しかしながら、前記従来の電動パワーステアリング装置の制御装置では、モータ電流検出器又はその出力系に故障が生じた場合に、モータやコントロールユニットを過熱から保護できないという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、モータ電流値をモニタすることなく、モータやコントロールユニットを確実に過熱から保護することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵トルクに応じた指令信号をモータ駆動回路に出力すると、モータ駆動回路によってモータに駆動信号が出力されるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータ駆動回路への指令信号が高側所定値以上であるときに加算され且つモータ駆動回路への指令信号が低側所定値以下であるときに減算されるカウンタと、前記カウンタの値が所定値以上であるときに、前記モータ駆動回路への指令信号を制限する過熱保護手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のうち請求項２に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、請求項１の電動パワーステアリング装置の制御装置において、モータの電流値を検出するモータ電流値検出手段を備え、前記過熱保護手段は、前記モータ電流値検出手段で検出されるモータの電流値が所定値以下であるときに、前記モータ駆動回路への指令信号を制限することを特徴とするものである。

而して、本発明のうち請求項１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、カウンタの値を、モータ駆動回路への指令信号が高側所定値以上であるときに加算し且つモータ駆動回路への指令信号が低側所定値以下であるときに減算し、そのカウンタの値が所定値以上であるときに、モータ駆動回路への指令信号を制限する構成としたため、モータ電流値をモニタすることなく、モータやコントロールユニットを過熱から保護することが可能となる。

また、本発明のうち請求項２に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータ電流値検出手段で検出されるモータの電流値が所定値以下であるときに、モータ駆動回路への指令信号を制限する構成としたため、モータ電流値に基づく過熱保護を併用した場合でも、モータやコントロールユニットを過熱から確実に保護することが可能となる。

次に、本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の概略構成図である。ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２は、減速ギヤ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を経て転舵輪のタイロッド８に連結されている。ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール１の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１０が設けられており、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギヤ３を介して当該ステアリングシャフト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３０には、バッテリ１４からイグニッションスイッチ１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、操舵トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ及び走行速度センサ１２で検出された走行速度Ｖに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉを算出し、その算出された操舵所指令値Ｉに基づいてモータ２０への供給電流値を制御する。

コントロールユニット３０は主としてマイクロコンピュータ等の演算処理装置によって構成されるが、その内部で実行される演算処理の機能を示すと図２のようになる。例えば、位相補償器は独立したハードウエアとしての位相補償器を示すものではなく、演算処理装置で実行される演算処理としての位相補償能、即ちソフトウエアを示している。このコントロールユニット３０の機能及び作用を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴは、操舵系の安定を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、走行速度センサ１２で検出された走行速度Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。

操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び走行速度Ｖに基づいてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを算出する。この操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されており、このメモリ３３には、走行速度Ｖをパラメータとし且つ操舵トルクＴＡに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、この格納されたデータに基づいて操舵補助指令値Ｉを設定する。

操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの出力（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分補償器３６に入力される。微分補償器３４の出力及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに入力され、その出力である電流制御値Ｅがモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａを介してフィードバックされる。この実施形態では、モータ駆動回路３７に入力される電流制御値Ｅを指令信号として扱う。

モータ駆動回路３７の構成例を図３に示す。モータ駆動回路３７は、加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基づいて、パワースイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと記す）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で構成されるＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。

ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基づいて決定されるデューティ比Ｄ１のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ、ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。

例えば、ＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１の順に流れ、モータ２０には正方向の電流が生じる。また、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２の順に流れ、モータ２０には負方向の電流が生じる。従って、加算器３０Ｂから出力される電流制御値ＥもＰＷＭ出力（デューティ比）となっている。また、モータ電流検出回路３８は、抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基づいて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基づいて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。

一方、本実施形態では、コントロールユニット３０内に、モータ２０、ひいてはコントロールユニット３０自身を過熱から保護する過熱保護装置３９を備える。この過熱保護装置３９には、加算器３０Ｂから出力される電流制御値Ｅ及びモータ電流検出回路３８で検出されるモータ電流値ｉが入力され、且つ操舵補助指令値演算期３２に向けて操舵補助指令値Ｉの制限（停止）指令が出力される。

この過熱保護装置３９も、他の機能ブロックと同様に、演算処理によって構築されている。図４には、過熱保護装置３９を構成する演算処理のフローチャートを示す。この演算処理は、イグニッションスイッチ（図ではＩＧ）オンで初期異常診断を行ってから、イグニッションスイッチオフまで、例えば所定サンプリング時間毎のタイマ割込み等によって常時実行される。この演算処理では、まずステップＳ１で、電流制御値Ｅを読込む。

次にステップＳ２に移行して、ステップＳ１で読込まれた電流制御値Ｅのデューティ比が、例えば７５％程度に設定された高側所定値Ｅ_Ｈｉ以上であるか否かを判定し、当該電流制御値Ｅが高側所定値Ｅ_Ｈｉ以上である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、ステップＳ１で読込まれた電流制御値Ｅのデューティ比が、例えば２５％程度に設定された高側所定値Ｅ_Ｌｏ以下であるか否かを判定し、当該電流制御値Ｅが高側所定値Ｅ_Ｌｏ以下である場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合にはステップＳ６に移行する。

ステップＳ４では、例えば１に設定された高側所定カウント値ＣＮＴ_ＨｉをカウンタＣＮＴに加算してからステップＳ６に移行する。
ステップＳ５では、例えば１に設定された低側所定カウント値ＣＮＴ_Ｌｏをカウンタ値ＣＮＴから減算してからステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、モータ電流値ｉを読込む。
次にステップＳ７に移行して、ステップＳ６で読込まれたモータ電流値ｉの大きさが高側所定値ｉ_Ｈｉ以下であるか否かを判定し、モータ電流値ｉが高側所定値ｉ_Ｈｉ以下である場合にはステップＳ８に移行し、そうでない場合にはステップＳ９に移行する。

ステップＳ８では、カウンタ値ＣＮＴが所定値ＣＮＴ_０以上であるか否かを判定し、カウンタ値ＣＮＴが所定値ＣＮＴ_０以上である場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
ステップＳ１０では、操舵補助指令値Ｉの制限（この場合は停止）指令を操舵補助指令値演算期３２に出力してからメインプログラムに復帰する。
ステップＳ９では、図示されない個別の演算処理によって、例えば前述した従来技術と同様に、モータ電流値過大に対応するフェイルセーフ制御を行ってからメインプログラムに復帰する。

この演算処理によれば、モータ電流値ｉが高側所定値ｉ_Ｈｉより大きい場合にも、前記従来技術と同様に、モータ電流値過大に対応するフェイルセーフ制御が行われるが、モータ駆動回路３７への指令信号である電流制御値Ｅに応じて加減されるカウント値ＣＮＴが所定値ＣＮＴ_０以上である場合にも、操舵補助指令値Ｉの制限（停止）指令が出力され、その結果、モータ駆動回路３７への指令信号が制限され、モータ２０、ひいてはコントロールユニット３０自身を過熱から保護することが可能となる。

無駄や応答遅れを無視すると、モータ２０の負荷量であるモータ電流値ｉと温度Ｔとはリニアな関係にあり、原則的にモータ電流値ｉと電流制御値Ｅとは比例関係にある。図５は、それらのスケールを合わせて表示したものであり、例えば実際のモータの真の温度Ｔに対し、その温度Ｔとリニアなモータ電流値ｉが、時刻ｔ_１におけるモータ電流検出回路３８の故障によって正しく検出できなくなった場合を想定している。そのような場合でも、電流制御値Ｅの大きさを反映するカウンタ値ＣＮＴはモータの真の温度Ｔと共に増大し、やがて時刻ｔ_２で所定値ＣＮＴ_０以上となるので、この時刻ｔ_２以後は、操舵補助指令値Ｉが制限（停止）され、モータ２０、ひいてはコントロールユニット３０を過熱から保護することができる。
なお、監視する指令信号としての電流制御値Ｅは、所定時間内の平均値を用いてもよい。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１のコントロールユニットの機能ブロック図である。 図２のモータ駆動回路の回路図である。 図２の過熱保護装置で行われる演算処理を示すフローチャートである。 図４の演算処理の作用の説明図である。

符号の説明

１はステアリングホイール
２はステアリングシャフト
３は減速ギヤ
４ａ，４ｂはユニバーサルジョイント
５はピニオンラック機構
８はタイロッド
３９は過熱保護装置

Claims (2)

1. 操舵トルクに応じた指令信号をモータ駆動回路に出力すると、モータ駆動回路によってモータに駆動信号が出力されるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータ駆動回路への指令信号が高側所定値以上であるときに加算され且つモータ駆動回路への指令信号が低側所定値以下であるときに減算されるカウンタと、前記カウンタの値が所定値以上であるときに、前記モータ駆動回路への指令信号を制限する過熱保護手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. モータの電流値を検出するモータ電流値検出手段を備え、前記過熱保護手段は、前記モータ電流値検出手段で検出されるモータの電流値が所定値以下であるときに、前記モータ駆動回路への指令信号を制限することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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