JPH11314573A - 電動式パワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動式パワーステアリングの制御装置におい
て、始動時にこれらの監視／禁止回路を自己診断するこ
とにより、それらが故障したことに気付かずに重大故障
に陥ることを未然に防止する。 【解決手段】 ＣＰＵは、モータ駆動回路を含む制御手
段及びその周辺回路のフェールセーフ機能を制御し、始
動時にこれら周辺回路を自己診断する。周辺回路として
は、各種の監視／禁止回路が含まれ、ＣＰＵ暴走を検出
するウォッチドッグタイマ回路、アシスト電流の過電流
を検出する過電流検出回路、制御用／フェールセーフ用
としてモータ電流を検出するモータ電流検出回路、バッ
テリ電源を供給又は異常時切り離すパワーリレー回路、
制御用／フェールセーフ用としてトルク検出するトルク
入力アンプ回路などがある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の出力でス
テアリング操舵力を補助するようにした電動式パワース
テアリングの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリングの制御
装置においては、一般的に中央演算装置（ＣＰＵ）の周
辺に、ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）や過電流検出な
どの異常監視／禁止回路が設けられ、ＣＰＵの暴走やモ
ータ駆動用パワー素子を破壊する過電流などの異常を検
出し、パワーＯＦＦ又はＣＰＵをリセットすることによ
り、システムの安全性を保つようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の監視／禁止回路が故障していても、操舵アシストの基
本機能には影響なく作動するため、これらの監視／禁止
回路が故障し、かつ、監視対象の異常が発生した場合に
は、重大故障に至るという問題があった。

【０００４】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、少なくとも始動時にこれらの監視
／禁止回路を自己診断することにより、それらが故障し
たことに気付かずに重大故障に陥ることを未然に防止で
きる電動式パワーステアリングの制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、操舵系に連結された操舵補助トルクを発生
するモータと、操舵系の操舵トルクを検出し出力する操
舵トルクセンサと、車速を検出し出力する車速センサ
と、操舵トルクセンサの検出値及び車速センサの検出値
に応じてモータの駆動を制御するモータ駆動回路を含む
制御手段と、制御手段及びその周辺回路のフェールセー
フ機能を制御するＣＰＵとを備えた電動式パワーステア
リングの制御装置において、ＣＰＵが、始動時に制御手
段を含む周辺回路を自己診断する機能手段を備えている
ものである。この構成においては、ＣＰＵは、少なくと
も始動時に、制御手段を含む周辺回路を自己診断する。
ＣＰＵの周辺回路としては、各種の監視／禁止回路が含
まれ、例えば、ＣＰＵ暴走を検出するウォッチドッグタ
イマ（ＷＤＴ）回路、アシスト電流の過電流を検出する
過電流検出回路、制御用／フェールセーフ用としてモー
タ電流を検出するモータ電流検出回路、バッテリ電源を
供給又は異常時切り離すパワーリレー回路、制御用／フ
ェールセーフ用としてトルク検出するトルク入力アンプ
回路などが挙げられる。上記周辺回路として、ＣＰＵの
暴走を検出するウォッチドッグタイマ回路を備え、ＣＰ
Ｕは、始動時に、ウォッチドッグタイマ回路のリフレッ
シュパルスを止めることで、ＣＰＵのリセットが正常に
作動することをＲＡＭフラグにより自己診断するものと
すればよい。また、上記周辺回路として、モータ駆動電
流の過電流を検出する過電流検出回路を備え、ＣＰＵ
は、始動時に、過電流検出回路にＣＰＵより過電流レベ
ル電圧を注入することにより、過電流検出回路が正常に
作動することを自己診断するものとすればよい。また、
上記周辺回路として、制御用／フェールセーフ用として
モータ電流を検出するモータ電流検出回路を備え、ＣＰ
Ｕは、始動時に、モータ駆動回路を強制駆動することに
よりモータ電流検出回路が正常に作動することを自己診
断するものとすればよい。また、上記周辺回路として、
モータ駆動のためのバッテリ電源を供給し、又は切り離
すパワーリレー回路を備え、ＣＰＵは、始動時に、パワ
ーリレー回路のＯＮ／ＯＦＦの各状態において、モータ
駆動回路を強制駆動することにより、パワーリレー回路
が溶着故障又はオープン故障を起こしていないことを自
己診断するものとすればよい。また、上記周辺回路とし
て、制御用／フェールセーフ用としてトルク検出電圧を
増幅するトルク入力アンプ回路を備え、ＣＰＵは、始動
時に、トルク入力アンプ回路の出力のオフセット電圧を
確認することにより、トルク入力アンプ回路に異常がな
いことを自己診断するものとすればよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電動式パワーステ
アリング装置の一実施形態について図面を参照して説明
する。図１は電動式パワーステアリング装置の全体構成
を示す。ステアリングホイール１（ハンドル）は、操舵
系を構成するコラムシャフト中に介在させたコラムギヤ
７、さらにはラックアンドピニオン２を介してタイロッ
ド３に連結され、このタイロッド３には車輪４が連結さ
れている。パワーステアリング装置のコントロール装置
５（ＥＣＵ）は、操舵系の操舵トルク（ここではコラム
ギヤ７の軸のねじれ）を検出する操舵トルクセンサ１１
及び車速を検出する車速センサ１２からの各検出信号に
基づいて、操舵系に連結され操舵補助トルクを発生する
モータ６の駆動を制御する。運転者がステアリングホイ
ール１を回転操作して、上記操舵系を介して車輪４の操
舵角を切り替える動作に伴い、コントロール装置５はモ
ータ６を駆動してコラムギヤ７部分で操舵アシストトル
クを与える。コントロール装置５にはバッテリ８から電
源が供給される。

【０００７】図２は、コントロール装置５により制御さ
れる、操舵トルクセンサ１１の検出値に対するモータ駆
動電流（操舵アシストトルク）の関係を示す。同じ操舵
トルクに対して、車速Ｖｓが遅い程、モータ駆動電流を
大きくして操舵アシストを大きくしている。

【０００８】図３は、コントロール装置５（ＥＣＵ）の
具体回路を示す。コントロール装置５は、パワーステア
リング制御とフェールセーフ制御などの自己診断制御を
司るＣＰＵ１５を有している。ＣＰＵ１５は、下記のよ
うな各種の周辺回路を備えている。イグニション電源１
６は、イグニション１７のＯＮによりバッテリ８から電
源供給を受け、ＣＰＵ電源１８に電源を供給する。ＣＰ
Ｕ電圧監視回路１９はＣＰＵ電源１８の電圧を監視する
ためのものである。ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）回
路２０は、ＣＰＵ１５の暴走を検出するためのもので、
ＣＰＵ１５は、装置の始動時に、ウォッチドッグタイマ
回路２０のリフレッシュパルスを止めることで、ＣＰＵ
１５のリセットが正常に作動することを自己診断する
（詳細は後述）。

【０００９】また、制御回路２５（制御手段）は、ＣＰ
Ｕ１５からの指令に基づいてモータ駆動回路２６を制御
するものであり、論理出力回路２７やＦＥＴ駆動回路２
８が含まれる。モータ駆動回路２６は、モータ６の駆動
を制御するＦＥＴのＨ型ブリッジ回路から成る。モータ
駆動回路２６には、バッテリ８からフェールセーフパワ
ーリレー回路２９（以下、リレー回路という）を介して
モータ駆動のための電源供給が制御される。このリレー
回路２９はＣＰＵ１５からの指示によりパワーリレー駆
動回路３０を介して駆動される。ＣＰＵは、始動時に、
リレー回路２９のＯＮ／ＯＦＦの各状態において、モー
タ駆動回路２６を強制駆動することにより、リレー回路
２９が溶着故障又はオープン故障を起こしていないこと
を自己診断する。方向異常検出回路３１は、操舵トルク
センサ１１のサブトルク信号とＣＰＵ１５からの指令に
基づいて、アシスト操舵方向が異常でないかを判定し
て、異常である場合に、アシストを禁止するように作用
するものである。

【００１０】また、モータ電流検出回路３２は、制御用
／フェールセーフ用としてモータ電流を検出するもので
あり、フェールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ
１５は、始動時に、モータ駆動回路２６を強制駆動する
ことによりモータ電流検出回路３２が正常に作動するこ
とを自己診断する。過電流検出回路３３は、モータ駆動
電流の過電流を検出するためのもので、ＣＰＵ１５は、
始動時に、過電流検出回路３３にＣＰＵ１５より過電流
レベル電圧を注入することにより、過電流検出回路３３
が正常に作動することを自己診断する。

【００１１】また、トルク入力アンプ回路４０は、制御
用／フェールセーフ用として操舵トルクセンサ１１から
のトルク検出値をＣＰＵ１５に入力するためのもので、
メイントルク入力アンプ回路４１（２倍）、メイントル
ク入力アンプ回路４２（微分）、サブトルク入力アンプ
４３を含む。これらトルク入力アンプ回路４０は、フェ
ールセーフ用として機能させる時は、ＣＰＵ１５は、始
動時に、トルク入力アンプ回路４０の出力のオフセット
電圧を確認することにより、トルク入力アンプ回路４０
に異常がないことを自己診断する。なお、ＣＰＵ１５は
Ａ／Ｄ変換器を内蔵している。

【００１２】上記構成でなるコントロール装置５におけ
るＣＰＵ１５は、始動時に自己診断動作を行う。図４は
自己診断動作全体のフローチャートである。自己診断動
作では、ＷＤＴ自己診断処理（＃１）、過電流検出回路
自己診断処理（＃３）、モータ電流検出回路自己診断処
理（＃５）、リレー溶着・リレーオープン自己診断処理
（＃７）、及びメイントルクアンプ自己診断処理（＃
９）を順次行う。いずれかの診断処理において、異常あ
りの場合は（＃２，４，６，８のいずれかでＹＥＳ）、
それ以降の診断処理は行うことなく、異常とする。

【００１３】図５はＷＤＴ自己診断回路構成を示す。Ｃ
ＰＵ１５及びＷＤＴ２０には、それぞれタイマ用カウン
タを備え、ＷＤＴ２０は、これが正常であれば、ＣＰＵ
１５から出力されるクリアパルスが一定時間（例えば４
０ｍｓ）以上停止した場合に、リセット出力を発生し、
ＣＰＵ１５をリセットする。そこで、ＷＤＴ２０が正常
であるか否かの診断を行うために、ＣＰＵ１５は始動時
にクリアパルスを出力するのを一定時間以上停止して、
ＷＤＴ２０からリセット信号が出力されるのを見る。リ
セット信号が一定時間内に出力されなければ異常と判断
する。

【００１４】図６はＷＤＴ自己診断フローを示す。ＣＰ
Ｕ１５は、電源投入により動作を開始すると（＃１
２）、ＲＡＭフラグを見てＷＤＴ診断中かを調べ（＃１
３）、電源投入時はＷＤＴ診断中でないので（＃１３で
ＮＯ）、ＷＤＴ自己診断に入るべく、ＷＤＴクリアパル
ス出力を停止し、それ以後の時間をカウントする（＃１
４）。カウンタがインクリメントされ、オーバーフロー
したかを調べ（＃１５，＃１６）、一定時間（例えば１
００ｍｓ）を越えてカウンタがオーバーフローした場合
は（＃１５でＹＥＳ）、リセットが発生しなかったこと
になるので、ＷＤＴ異常と判断する（＃１８）。ＷＤＴ
２０が一定時間内にリセット出力を発生した場合は（＃
１１）、ＣＰＵ１５が動作を再開する（＃１２）。その
結果、２回目の＃１３ではＷＤＴ診断中であり（＃１３
でＹＥＳ）、ＷＤＴ正常と判断する（＃１７）。＃１
７，＃１８の後は、ＷＤＴクリアパルス出力を開始し
（＃１９）、診断処理を終了する。

【００１５】図７は過電流検出回路３３の構成を示す。
過電流検出回路３３は、モータの電流検出値と抵抗分圧
でなる過電流判定しきい値とをコンパレータ３４により
比較し、電流検出値が過電流判定しきい値を越えた場合
は過電流検出入力が発生する。この過電流検出回路３３
の診断のために、ＣＰＵ１５は始動時に過電流検出回路
診断出力をＨＩ（通常時はＬＯＷ）として過電流検出入
力が発生するのを見る。

【００１６】図８は過電流検出回路自己診断フローを示
す。診断を開始すると、ＣＰＵ１５の過電流検出回路診
断出力をＬＯＷ（通常のもの）とする（＃３１）。この
診断時はモータ電流を流していないので、過電流は発生
していないため、この状態で過電流検出入力があれば
（＃３２であり）、過電流検出回路異常と判断する（＃
３７）。次に、過電流検出回路診断出力をＨＩにすると
（＃３３）、電流検出値が大きくなり過電流判定しきい
値を越えるため、回路が正常であれば過電流検出が入力
されるので（＃３４であり）、その場合は回路正常とす
る（＃３５）。上記で過電流検出入力がなければ（＃３
４でなし）、過電流検出回路異常と判断する（＃３
７）。その後、診断出力をＬＯＷとし（＃３６）、診断
処理を終了する。

【００１７】図９はモータ電流検出回路構成を示す。Ｃ
ＰＵ１５から電流指令値を出力することで、モータ６に
電流が流れ、モータ電流検出回路３２の出力でモータ電
流を知ることができる。なお、図９において、モータ駆
動回路２６のＨブリッジ構成はパワーＭＯＳＦＥＴによ
り構成している。

【００１８】図１０はモータ電流検出回路自己診断フロ
ーを示す。診断開始により、ＣＰＵ１５は電流指令値を
ゼロとし（＃５１）、この時、モータ電流は流れないた
め、電流検出値もゼロ（実際には若干オフセットがあ
る）のはずである。この状態で電流検出値がしきい値
（ＩFB0）を越えていれば（＃５２でＮＯ）、電流検出
回路３２が異常であると判断する（＃５７）。電流検出
値がしきい値（ＩFB0）を越えていなければ（＃５２で
ＹＥＳ）、次に電流指令値を少し上げて（＃５３，指令
値をＩ1とする）、モータ電流を流して電流検出値を入
力する。この時の電流検出値は、回路が正常であれば、
ほぼ電流指令値に等しいはずである。この状態で電流検
出値がしきい値範囲（ＩFBL1とＩFBH1）を越えていれば
（＃５４でＮＯ）、電流検出回路３２が異常であると判
断する（＃５７）。実際にはモータ電流を流すと車両の
ハンドルが微振動するためモータ電流は微小とし、電流
方向は左右両方に交互に流す。＃５４で電流検出値がし
きい値範囲（ＩFBL1とＩFBH1）を越えていなければ（＃
５４でＹＥＳ）、電流検出回路３２は正常であると判断
する（＃５５）。その後、電流指令値をゼロとし（＃５
６）、診断を終了する。

【００１９】図１１はリレー駆動回路構成を示す。モー
タ駆動回路２６は、ＣＰＵ１５により駆動されるリレー
回路２９を介してバッテリから電源が供給され、また、
ＣＰＵ１５からの電流指令出力により制御される。この
リレー回路２９は、リレー接点２９ａ（常開接点）と並
列に突入電流防止用抵抗２９ｂが接続されたもので成
り、そのため、抵抗２９ｂとモータ駆動回路２６との接
続点電位は、モータ電流が流れていない状態では、リレ
ーのオープン・クローズに関わらず、通常はバッテリ電
圧と同電位になっている。ところが、リレーのオープン
状態でモータ電流が流れた場合は、抵抗２９ｂを通して
流れるため、上記接続点電位は低下する。それに対し
て、リレーのクローズ状態でモータ電流が流れた場合
は、上記接続点電位は低下しない。このように動作する
ので、上記接続点電位を平滑回路２９ｃを介してＣＰＵ
１５へリレー電圧（ＶＲ）として入力させることで、リ
レーの異常を検出することができる。

【００２０】図１２はリレー溶着・リレーオープン自己
診断フローを示す。この自己診断においては、まず、Ｃ
ＰＵ１５からの指令によりリレーをＯＦＦ状態（接点：
開）として、リレー電圧ＶＲを記憶させ（これをＶＲ0
とする）、次にモータ電流を流す（＃７１）。この状態
でリレー電圧ＶＲをモニタし、所定のしきい値（係数Ｋ
0×ＶＲ0）より下がれば（＃７２でＹＥＳ）、リレーは
確かにＯＦＦしているが、しきい値まで下がらなければ
（＃７２でＮＯ）、リレーが溶着していると判断する
（＃７７）。上記＃７２でＹＥＳと判定された後は、モ
ータ駆動を停止し、リレーの接点が同電位になる程度の
時間経過後、リレーをＯＮさせ、再びリレー電圧ＶＲを
記憶させ（これをＶＲ1とする）、次にモータを駆動す
る（＃７３）。この状態でリレー電圧ＶＲをモニタし、
リレー電圧ＶＲが所定のしきい値（係数Ｋ1×ＶＲ1）ま
で下がらなければ（＃７４でＹＥＳ）、リレーは確かに
ＯＮしており、正常であると判断する（＃７５）が、し
きい値より下がれば（＃７４でＮＯ）、リレーがオープ
ン故障をしていると判断する（＃７８）。各判断の後
は、モータ駆動を停止し（＃７６）、診断を終了する。

【００２１】図１３は操舵トルクセンサ１１からＣＰＵ
１５へのトルク入力構成を示す。ＣＰＵ１５はトルクセ
ンサ電源を出力して、電源回路４４を経て操舵トルクセ
ンサ１１に電圧を印加し、操舵トルクセンサ１１による
検出電圧をメイントルクアンプ入力、サブトルク入力と
して受け取る。自己診断については、本実施形態では、
メイントルク入力アンプ４１，４２について行う。

【００２２】図１４はメイントルクアンプ自己診断フロ
ーを示す。診断動作に入ると、操舵トルクセンサ１１の
電源をＯＦＦとし（＃９１）、その時はメイントルクア
ンプ入力はほぼゼロ（実際には若干オフセットがある）
のはずである（アンプの電源はＯＮ）。この状態でメイ
ントルクアンプ入力がしきい値（Ｔoffset）以上であれ
ば（＃９２でＮＯ）、回路異常と判断する（＃９４）。
メイントルクアンプ入力がしきい値未満であれば（＃９
２でＹＥＳ）、回路正常と判断する（＃９３）。

【００２３】なお、本発明は上記実施形態の構成に限ら
れず、種々の変形が可能であり、例えば、上記ではＣＰ
Ｕ１５の複数の周辺回路について各々、始動時に自己診
断を行う構成を有したものを示したが、その内の一部に
ついてのみ自己診断を行う構成を有するものであっても
構わない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、モータを
制御する制御手段を含むＣＰＵの周辺回路（監視／禁止
回路）自体を始動時に自己診断するようにしたので、こ
れら周辺回路が故障状態となった時に故障監視対象の異
常が発生したような場合の重大故障を未然に防止するこ
とができる。また、周辺回路の機能診断を始動時に１回
行うことにより、操舵性能の信頼性を向上することがで
きる。また、上記において、始動時にウォッチドッグタ
イマ回路のリフレッシュパルスを止めることで、ＣＰＵ
のリセットが正常に作動することをＲＡＭフラグにより
自己診断することができる。また、始動時に過電流検出
回路にＣＰＵより過電流レベル電圧を注入することによ
り、過電流検出回路が正常に作動することを自己診断す
ることができる。また、始動時にモータ駆動回路を強制
駆動することによりモータ電流検出回路が正常に作動す
ることを自己診断することができる。また、始動時にパ
ワーリレー回路のＯＮ／ＯＦＦの各状態において、モー
タ駆動回路を強制駆動することにより、パワーリレー回
路が溶着故障又はオープン故障を起こしていないことを
自己診断することができる。また、始動時にトルク入力
アンプ回路の出力のオフセット電圧を確認することによ
り、トルク入力アンプ回路に異常がないことを自己診断
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による電動式パワーステ
アリング装置の全体構成図。

【図２】 操舵トルクセンサの検出値に対するモータ駆
動電流の関係図。

【図３】 コントロール装置の具体回路を示す図。

【図４】 自己診断動作全体のフロー図。

【図５】 ＷＤＴ自己診断回路構成を示す図。

【図６】 ＷＤＴ自己診断フロー図。

【図７】 過電流検出回路の構成を示す図。

【図８】 過電流検出回路自己診断フロー図。

【図９】 モータ電流検出回路構成図。

【図１０】 モータ電流検出回路自己診断フロー図。

【図１１】 リレー駆動回路構成図。

【図１２】 リレー溶着・リレーオープン自己診断フロ
ー図。

【図１３】 操舵トルクセンサからＣＰＵへのトルク入
力構成図。

【図１４】 メイントルクアンプ自己診断フロー図。

【符号の説明】

５ コントロール装置 １１ 操舵トルクセンサ １５ ＣＰＵ ２０ ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）回路 ２５ 制御回路（制御手段） ２６ モータ駆動回路 ２９ フェールセーフパワーリレー回路 ３２ モータ電流検出回路 ３３ 過電流検出回路 ４０ トルク入力アンプ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系に連結された操舵補助トルクを発
   生するモータと、 前記操舵系の操舵トルクを検出し出力する操舵トルクセ
   ンサと、 車速を検出し出力する車速センサと、 前記操舵トルクセンサの検出値及び車速センサの検出値
   に応じて前記モータの駆動を制御するモータ駆動回路を
   含む制御手段と、 前記制御手段及びその周辺回路のフェールセーフ機能を
   制御するＣＰＵとを備えた電動式パワーステアリングの
   制御装置において、 前記ＣＰＵが、始動時に前記制御手段を含む周辺回路を
   自己診断する機能手段を備えていることを特徴とする電
   動式パワーステアリングの制御装置。
2. 【請求項２】 前記ＣＰＵの暴走を検出するウォッチド
   ッグタイマ回路を備え、 前記ＣＰＵは、始動時に、前記ウォッチドッグタイマ回
   路のリフレッシュパルスを止めることで、ＣＰＵのリセ
   ットが正常に作動することをＲＡＭフラグにより自己診
   断することを特徴とする請求項１に記載の電動式パワー
   ステアリングの制御装置。
3. 【請求項３】 モータ駆動電流の過電流を検出する過電
   流検出回路を備え、 前記ＣＰＵは、始動時に、前記過電流検出回路にＣＰＵ
   より過電流レベル電圧を注入することにより、該過電流
   検出回路が正常に作動することを自己診断することを特
   徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリングの
   制御装置。
4. 【請求項４】 制御用／フェールセーフ用としてモータ
   電流を検出するモータ電流検出回路を備え、 前記ＣＰＵは、始動時に、前記モータ駆動回路を強制駆
   動することによりモータ電流検出回路が正常に作動する
   ことを自己診断することを特徴とする請求項１に記載の
   電動式パワーステアリングの制御装置。
5. 【請求項５】 モータ駆動のためのバッテリ電源を供給
   し、又は切り離すパワーリレー回路を備え、 前記ＣＰＵは、始動時に、前記パワーリレー回路のＯＮ
   ／ＯＦＦの各状態において、前記モータ駆動回路を強制
   駆動することにより、該パワーリレー回路が溶着故障又
   はオープン故障を起こしていないことを自己診断するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリ
   ングの制御装置。
6. 【請求項６】 制御用／フェールセーフ用としてトルク
   検出電圧を増幅するトルク入力アンプ回路を備え、 前記ＣＰＵは、始動時に、前記トルク入力アンプ回路の
   出力のオフセット電圧を確認することにより、該トルク
   入力アンプ回路に異常がないことを自己診断することを
   特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング
   の制御装置。