JPH11217080A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電動パワーステアリング装置の制御装置にお
いて、モータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時
の処置を行なう。 【解決手段】 制御手段は記憶手段及びオフセット値異
常検出手段で成り、前記記憶手段は前記モータ電流検出
手段の初期時の第１オフセット値及び作動時の第２オフ
セット値を記憶し、前記オフセット値異常検出手段は、
起動時に、前記駆動回路電源との間に接続されているリ
レーをオフし、前記駆動回路の全ての駆動素子をオフし
たままで前記モータ電流検出手段から出力される前記第
２オフセット値を読込み、前記第１オフセット値及び第
２オフセット値を比較し、その差が所定値以下の場合に
は前記第２オフセット値を前記モータ電流値の補正値と
し、前記差が前記所定値以上の場合は前記モータ電流検
出手段の故障と判断し、前記モータ出力及びリレーのオ
フ状態をイグニションキーがオフされるまで維持するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や車両の操
舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電
動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に前記
モータ電流値を検出するモータ電流検出手段のオフセッ
ト補正及び故障時の処理を行なう制御手段を設けた電動
パワーステアリング装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や車両のステアリング装置をモー
タの回転力で補助負荷付勢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
ック軸に補助負荷付勢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は、アシストトルク
（操舵補助トルク）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なっている。フィードバッ
ク制御は、電流制御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−ティ比の調整で行なっている。

【０００３】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図４に示して説明すると、操向ハンドル１
の軸２は減速ギア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を経て操向車輪のタイロッ
ド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操
舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられてお
り、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がク
ラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されてい
る。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からイグニションキー１
１を経て電力が供給され、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Ｔと車速
センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令
の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補
助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御す
る。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／
ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）され
ている。そして、コントロールユニット３０によりパワ
ーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニ
ションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとな
っている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。

【０００４】コントロールユニット３０は主としてＣＰ
Ｕで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラム
で実行される一般的な機能を示すと図５のようになる。
例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての
位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位
相補償機能を示している。コントロールユニット３０の
機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出さ
れて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高め
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。又、車速センサ１２で検出された車速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及び車速Ｖに基い
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を決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメ
モリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラ
メータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを
格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補
助指令値Ｉの演算に使用される。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の偏差（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演算器３
６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の
出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの
加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号として
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に入力されてフィードバックさ
れる。

【０００５】モータ駆動回路３７の構成例を図６に示し
て説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂから
の電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲ
ート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成る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に基いて決定されるデューテ
ィ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／
ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが
制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ
１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、Ｆ
ＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電
流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電
流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て
流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加
算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となってい
る。又、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。

【０００６】ここで、電流検出回路用素子として演算増
幅器が一般的に使用されるが、演算増幅器は入力信号に
対して僅かにオフセットされた信号を出力するので、増
幅率が大きい場合はオフセット値も増幅され、検出され
た電流値に対して無視できない誤差が発生する。また、
実際にはモータ電流が流れていないにもかかわらず、Ｆ
ＥＴ駆動回路では、検出されたオフセット値の相対誤差
を含む電流値に対応してデューティ比の値を演算し、結
果として好ましくない振動電流を発生させることにな
り、操舵フィーリングを悪化させる原因となっていた。

【０００７】一方、モータ電流の検出に、Ｈブリッジ回
路の互いに対向する２つのアームの下流側に共通の１個
の抵抗を挿入し、その抵抗両端の電圧降下を検出して電
流を検出する回路による場合は、検出電流値に演算増幅
器のオフセット値が含まれるため、この場合も微妙な制
御が要求される中立位置付近の制御では、円滑な操舵補
助を行なうことができず、操舵フィーリングを悪化させ
る結果となっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような問題を解
決した装置として、例えば特開平９−２４８４６号公報
に示されるものがある。即ち、図７にモータ制御回路１
００、モータ駆動回路１１０及びモータ電流検出回路１
２０の構成の一例を示す。モータ制御回路１００は加算
器３０Ｂから入力された電流制御値Ｅに基づいて決定さ
れるデューティ比ＤのＰＷＭ信号を発生させると共に、
電流制御値Ｅの符号に基づいてモータの回転方向を決定
する回転方向信号を出力するＰＷＭ回路１０１、Ｈブリ
ッジ回路のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートを駆動するゲー
ト駆動回路１０２から構成される。また、モータ駆動回
路１１０は前述したＨブリッジ回路であり、その入力端
子にはバッテリ１４からイグニツションキー１１及びリ
レー４０を経て電圧Ｖｂの電力が供給され、出力端子間
にはモータ２０が接続されている。そして、モータ電流
検出回路１２０は、モータ駆動回路１１０に接続された
電流検出用の抵抗Ｒと、その両端に接続された演算増幅
器ＯＰと、演算増幅器ＯＰの出力側に接続されたＡ／Ｄ
変換器１２１と、補正したモータ電流値ｉを出力する電
流補正演算器１２２と、オフセット値及びその相対誤差
を記憶するメモリ１２３とで構成されている。

【０００９】モータ２０が正方向に回転するときは抵抗
Ｒにモータ電流が流れるので、抵抗Ｒの両端に発生する
電圧の差が演算増幅器ＯＰにより検出され、Ａ／Ｄ変換
器１２１でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器１２２
に入力されてメモリ１２３に記憶される。また、モータ
１０が負方向に回転するときも、抵抗Ｒにモータ電流が
流れるので、抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差が演算増
幅器ＯＰにより検出され、ピークホールド回路等で信号
処理してＡ／Ｄ変換器１２１でＡ／Ｄ変換された後、電
流補正演算器１２２に入力されてメモリ１２３に記憶さ
れる。電流補正演算器１２２はメモリ１２３と協働し
て、検出された抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差からモ
ータ電流値を演算すると共に、演算増幅器ＯＰのオフセ
ット値の相対誤差を補正演算するものであって、補正さ
れたモータ電流値ｉが減算器３０Ａにフィードバックさ
れる。

【００１０】ここで、電流補正演算器１２２の動作を説
明すると、先ずモータ電流値の演算であるが、抵抗Ｒの
両端に発生する電圧の差が、演算増幅器ＯＰで検出され
ると、入力された電圧の差を抵抗Ｒの値で割ることでモ
ータ電流値を求める。演算増幅器ＯＰのオフセット値の
相対誤差の補正演算は、以下のようにして行なわれる。
先ず、イグニションキー１１がＯＦＦからＯＮにされた
時点ではＨブリッジ回路を構成するＦＥＴは全てＯＦＦ
の状態にあるから、実際にはモータ電流が流れていな
い。そこで、この時点でモータ電流が検出されたとき
は、実際の電流値である零からのオフセット値であると
認識することができるので、この検出されたモータ電流
値をオフセット値としてメモリ１２３に記憶させる。こ
のとき、演算増幅器ＯＰの出力を入力とし、その相対誤
差をオフセット値としてメモリ１２３に記憶させる。そ
して、ステアリング装置が動作状態になった後は、所定
時間毎にサンプリングして検出されたモータ電流値から
メモリ１２３に記憶されているモータ電流値のオフセッ
ト値を減算補正し、モータ電流値ｉを演算する。

【００１１】図８は主として電流補正演算処理に関連す
る部分の動作例を示すフローチャートである。先ずイグ
ニションキー１１をＯＮとし（ステップＰ１）、モータ
電流の検出値をオフセット値として読込み、その相対誤
差をメモリ１２３に記憶させる（ステップＰ２）。次に
制御装置の各ユニットの検査（初期チェック）を行ない
（ステップＰ３）、制御装置が正常か否かを判断する
（ステップＰ４）。制御装置が正常であれば正常時の処
理を行ない（ステップＰ５）、イグニションキー１１の
ＯＦＦを判定し（ステップＰ６）、ＯＦＦでなければス
テップＰ４に戻って制御動作を継続し、イグニションキ
ー１１がＯＦＦであれば制御動作を停止する。また、上
記ステップＰ４の判定で制御装置が異常であれば異常時
の処理を行ない（ステップＰ７）、制御動作を停止す
る。

【００１２】図９は、図８に示すフローチャートにおい
て、ステップＰ５の正常時の処理の詳細を示すフローチ
ャートである。即ち、所定時間毎のサンプリング処理に
より操舵トルクＴ及び車速Ｖを読込み（ステップＰ１
１、Ｐ１２）、モータ２０に供給する電流の制御目標値
である電流指令値Ｉを演算する（ステップＰ１３）。モ
ータ電流の検出値を読込み（ステップＰ１４）、検出さ
れたモータ電流値からメモリ１２３に記憶されているオ
フセット値の相対誤差を減算し、モータ電流値ｉを補正
演算する（ステップＰ１５）。電流指令値Ｉとモータ電
流値ｉに基づくフィードバック制御が行なわれて、モー
タ２０に供給する電流制御値Ｅが演算される（ステップ
Ｐ１６）。そして、電流制御値Ｅに基づいて、Ｈブリッ
ジ回路を構成するＦＥＴを所定のデューティ比で駆動す
るＰＷＭ信号、及びモータの回転方向を決定する回転方
向信号が生成され（ステップＰ１７）、ゲート駆動回路
１０２に出力される（ステップＰ１８）。

【００１３】ところで、上述のモータ電流検出手段では
電流検出用抵抗Ｒから発生する微弱な電圧を検出し、そ
の検出信号を演算増幅器ＯＰで増幅すると共に、例えば
ピークホールド回路などで信号処理してＡ／Ｄ変換す
る。このとき、増幅器やピークホールド回路などでオフ
セット電圧が発生してしまうが、このオフセット電圧
は、電圧のバラツキやコントロールユニット内の温度に
よって変動することが考えられる。オフセット電圧は電
流検出値に影響して、モータ２０に電流が流れていない
のにあたかも流れているように認識されたり、流れてい
るのに検出できないような現象が現れる。そこで、上述
装置では、起動時などの初期状態でモータ駆動をしない
ときに、電流検出手段から出力される電流検出値を読込
み、これをオフセット値として記憶しておき、その後電
流制御を行なうときに電流検出値から上記オフセット値
を差し引くことで、電流検出値の精度を向上させるよう
にしている。

【００１４】しかし、モータ電流検出手段が故障し、オ
フセット値が異常に大きい値として発生した場合、この
異常なオフセット値をそのまま電流検出値に補正してし
まうと、本来の目的から外れて、運転者にとって危険な
状態が発生する。例えば負側に異常なオフセット値が発
生した場合、電流制御によって正常時よりも大きな電流
が流れてしまい、運転者が期待した以上のアシストが発
生して危険である。また、正側に異常なオフセット値が
発生した場合、正常時よりも少ない電流しか流れず、操
舵が重くなって運転者に不安感を感じさせてしまう。

【００１５】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、モータ電流検出手段のオフ
セット補正や故障時の処理を適確に行なうと共に、運転
者を危険にさせたり、不安感を与えたりすることのない
ようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御
値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記
モータを、Ｈブリッジ回路の駆動制御で制御するように
なっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関
するもので、本発明の上記目的は、前記モータ電流値を
検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障
時の処理を行なう制御手段を設けると共に、前記制御手
段は記憶手段及びオフセット値異常検出手段で成り、前
記記憶手段は前記モータ電流検出手段の初期時の第１オ
フセット値及び作動時の第２オフセット値を記憶し、前
記オフセット値異常検出手段は、起動時に、前記駆動回
路電源との間に接続されているリレーをオフし、前記駆
動回路の全ての駆動素子をオフしたままで前記モータ電
流検出手段から出力される前記第２オフセット値を読込
み、前記第１オフセット値及び第２オフセット値を比較
し、その差が所定値以下の場合には前記第２オフセット
値を前記モータ電流値の補正値とし、前記差が前記所定
値以上の場合は前記モータ電流検出手段の故障と判断
し、前記モータ出力及びリレーのオフ状態をイグニショ
ンキーがオフされるまで維持するようにしたことによっ
て達成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】上述したような従来の問題を解決
するために、本発明では図７に対応させて図１に示すよ
うに、モータ電流検出手段１２０内にＲＡＭで成る記憶
手段１２４と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌ
ｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒ
ＯＭ）で成る記憶手段１２５とを設けると共に、記憶手
段１２４及び１２５の出力に基づいて電流検出手段異常
検出信号ＡＳを出力するオフセット値異常検出手段１３
０を設けている。

【００１８】このような構成において、出荷調整時のオ
フセット値の記憶動作を、図２のフローチャートを参照
して説明する。コントロールユニットを出荷調整用など
の調整モードにしてリレー４０をＯＦＦし、全てのＦＥ
Ｔ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦにしたままモータ電流検出手段
のオフセット値を記憶手段１２５に記憶させるが、イグ
ニションキー１１をＯＮにして（ステップＳ１）後にコ
ントロールユニットを調整モードに切替える（ステップ
Ｓ２）。その後リレー４０をＯＦＦし、全てのＦＥＴを
ＯＦＦにした（ステップＳ３）ままモータ２０に電流が
流れない状態にしておく。そして、抵抗Ｒ及び演算増幅
器ＯＰのモータ電流検出手段から出力される電流検出値
を、Ａ／Ｄ変換器１２１を介して複数回読込んでＲＡＭ
の記憶手段１２４に記憶し（ステップＳ５）、前回読込
んだ値と同一になるまで読込みを繰り返し（ステップＳ
６）、同一になったときにその値をオフセット値として
ＥＥＰＲＯＭの記憶手段１２５に記憶させ（ステップＳ
７）、イグニションキー１１をＯＦＦ（ステップＳ８）
させてコントロールユニットを出荷する。

【００１９】一方、車両に組込んだ後に動作させる場合
は、図３のフローチャートに示すように、先ず起動時の
初期状態においてイグニションキー１１をＯＮし（ステ
ップＳ１０）、その後リレー４０をＯＦＦして全てのＦ
ＥＴ１〜ＦＥＴ４をＯＦＦ（ステップＳ１１）としたま
ま、モータ２０に電流が流れない状態にして、モータ抵
抗Ｒ及び演算増幅器ＯＰの電流検出手段から出力される
電流検出値をＡ／Ｄ変換器１２１を介して読込み、記憶
手段１２４に記憶させる（ステップＳ１２）。次に、予
め記憶手段１２５に記憶されているオフセット値を読出
して（ステップＳ１３）、前記電流検出値との差を比較
する（ステップＳ１４）。その差が規定値以下であるか
否かを判定し（ステップＳ１５）、規定値以下の場合は
電流検出値は正常と判断して一時的に読み書きできるＲ
ＡＭの記憶手段１２４にオフセット値として記憶する
（ステップＳ１６）。その後、通常動作状態において、
モータ電流検出手段から検出される電流検出値から上記
記憶されたオフセット値を差し引き、電流検出手段のオ
フセットを補正した値を電流検出値ｉとして、前述した
通常の制御等に用いる。次に、起動時の初期状態におい
て、読込んだ電流検出値をオフセット値と比較して、そ
の差が規定値以上の場合は（ステップＳ１５）、電流検
出値を読込んでオフセット値と複数回比較する（ステッ
プＳ１７）。所定回数比較してもオフセット値と電流検
出値との差が所定値以上の場合は、モータ電流検出手段
の故障と判断して（ステップＳ１８）、その後のシーケ
ンスを中止してモータ出力とリレー４０のＯＦＦ状態
を、イグニションキー１１がＯＦＦされるまで維持す
る。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明の電動パワーステア
リング装置の制御装置によれば、モータ電流値を検出す
るモータ電流検出手段のオフセット補正及び故障時の処
置を行なう制御手段を設け、オフセット値の大きさを判
定すると共に、異常動作を複数回判定するようにしてい
るので、運転者を危険にさせることなく、モータ電流検
出手段のオフセット補正及び故障時の処置を確実に行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動パワーステアリング装置にお
けるコントロールユニットの一部構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明による出荷調整時のオフセット値の記憶
動作例を示すフローチャートである。

【図３】本発明による通常制御時のオフセット値の記憶
動作例を示すフローチャートである。

【図４】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロ
ック構成図である。

【図５】コントロールユニットの一般的な内部構成を示
すブロック図である。

【図６】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。

【図７】従来装置の一例を示すブロック図である。

【図８】従来の装置の動作例を示すフローチャートであ
る。

【図９】従来の装置の動作例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 操向ハンドル ５ ピニオンラック機構 １０ トルクセンサ １２ 車速センサ ２０ モータ ３０ コントロールユニット ３１ 位相補償器 ３７ モータ駆動回路 ３８ モータ電流検出回路 １００ モータ制御回路 １１０ モータ駆動回路 １２０ モータ電流検出回路 １２４、１２５ 記憶手段 １３０ オフセット値異常検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトに発生する操舵ト
   ルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータのモ
   ータ電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリ
   ング機構に操舵補助力を与える前記モータを、Ｈブリッ
   ジ回路の駆動回路で制御するようになっている電動パワ
   ーステアリング装置の制御装置において、前記モータ電
   流値を検出するモータ電流検出手段のオフセット補正及
   び故障時の処理を行なう制御手段を設けると共に、前記
   制御手段は記憶手段及びオフセット値異常検出手段で成
   り、前記記憶手段は前記モータ電流検出手段の初期時の
   第１オフセット値及び作動時の第２オフセット値を記憶
   し、前記オフセット値異常検出手段は、起動時に、前記
   駆動回路電源との間に接続されているリレーをオフし、
   前記駆動回路の全ての駆動素子をオフしたままで前記モ
   ータ電流検出手段から出力される前記第２オフセット値
   を読込み、前記第１オフセット値及び第２オフセット値
   を比較し、その差が所定値以下の場合には前記第２オフ
   セット値を前記モータ電流値の補正値とし、前記差が前
   記所定値以上の場合は前記モータ電流検出手段の故障と
   判断し、前記モータ出力及びリレーのオフ状態をイグニ
   ションキーがオフされるまで維持するようにしたことを
   特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。