JPH11342859A - 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、制御用信号と監視用信号の比較による異常検出とは
独立に、監視用信号を使用して回路的に方向異常検出を
行い、制御の信頼性の向上を図り、また、装置の始動時
に方向異常検出回路自身の故障診断を行い、方向異常検
出機能の信頼性向上を図る。 【解決手段】 モータ６の制御に使用しないトルクセン
サ出力を監視用信号とし、この監視用信号を右及び左回
転方向異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌの入力とする。各方
向異常検出回路はあるしきい値を持ち、トルクセンサ又
はＣＰＵ１５の異常により、本来とは反対方向に出力指
令をした場合に、監視用信号がしきい値を越えて異常検
出信号が出力され、モータ６に流れる電流を禁止し、誤
った操舵補助トルクの発生を防止する。

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
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動式パワーステアリングの制御
装置は、操舵トルク制御のためのトルクセンサを設け、
このトルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた
補助トルクをモータより発生させ、ステアリングシャフ
トにその補助トルクを伝達し、運転者のハンドル操舵力
を軽減させる構成としている。

【０００３】この補助トルクが、制御装置の何らかの故
障により運転者の操舵しようとする方向と違う方向に働
くと不都合であるので、その回避策として、トルクセン
サ入力に応じた方向信号と、制御装置のＣＰＵが出力す
る方向信号とのアンド回路により方向異常検出を行い、
異常検出した場合、操舵補助を止める方法が知られてい
る。

【０００４】また、トルクセンサの信頼性を高めるため
に、トルクセンサ入力を２重系とし、モータ制御に使用
するトルクセンサと、モータ制御には使用しない比較・
監視用のトルクセンサとを設け、一方のトルクセンサ信
号ともう一方のトルクセンサ信号とを比較することによ
り、いずれか一方のトルクセンサが故障しても、それを
検出できるようにしたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の制御装置においても、トルクセンサ入力は
正常であっても、制御を司るＣＰＵが何らかの故障を起
こし、操舵補助トルクの出力方向の判別ができなくなる
ような故障時には、運転者の意志とは関係のない方向に
操舵補助してしまう虞がある。また、トルクセンサ入力
が２重系となっていても、制御入力として使用するトル
クセンサが故障した場合、運転者の意志とは関係のない
方向に操舵補助してしまう。従来、前記のような制御用
信号と監視用信号とのＣＰＵによる比較による異常検出
に依存し過ぎの傾向にあり、上記のような故障モードの
両方に対応し得る、方向異常検出の技術は未だ提案され
ていない。また、上記のような異常検出回路自身の異常
を判断する技術も提案されていない。

【０００６】本発明は、上述したような問題点に着目し
てなされたもので、制御手段を成すＣＰＵに依存した制
御用信号と監視用信号の比較による異常検出とは独立
に、監視用信号を使用して回路的に方向異常検出を行
い、制御の信頼性向上を図り、また、本装置の始動時に
方向異常検出回路自身の故障診断を行い、方向異常検出
機能の信頼性向上を図った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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、操舵系に連結され操舵補助トルク
を発生する電動機と、操舵系の操舵トルクを検出し、電
動機の制御に使用する制御用信号及び、この制御用信号
から独立し、該信号を監視するための監視用信号を出力
するトルクセンサと、このトルクセンサから出力される
各信号に基づいて電動機を駆動する指令を出力する制御
手段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、トルクセンサから出力される監視用信号に基づ
いて右回転方向信号及び左回転方向信号を作成する手段
と、右回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ右
回転方向異常検出回路と、左回転方向信号を入力とした
あるしきい値を持つ左回転方向異常検出回路とを備え、
右回転方向異常検出回路は、右回転方向信号がしきい値
を越えた場合に、異常検出信号を発生し、制御手段によ
る電動機の右回転方向駆動を止め、左回転方向異常検出
回路は、左回転方向信号がしきい値を越えた場合に、異
常検出信号を発生し、制御手段による電動機の左回転方
向駆動を止めるものである。

【０００８】この構成においては、制御手段は、トルク
センサ出力のうちの制御用信号に基づいて電動機を駆動
して操舵補助トルクを発生させ、電動機の制御に使用し
ないトルクセンサ出力を監視用信号とし、この監視用信
号を右回転方向異常検出回路及び左回転方向異常検出回
路の入力とする。それぞれの方向異常検出回路はあるし
きい値を持ち、トルクセンサ又は制御手段の異常によ
り、制御手段が本来とは反対方向に出力指令をした場合
に、それぞれの方向異常検出回路において監視用信号が
しきい値を越える結果、異常検出信号が出力され、電動
機に流れる電流を阻止し、誤った操舵補助トルクの発生
が防止される。

【０００９】また、請求項２の発明は、操舵系に連結さ
れ操舵補助トルクを発生する電動機と、操舵系の操舵ト
ルクを検出し電動機の制御に使用する制御用信号、及び
この制御用信号から独立し、該信号を監視するための監
視用信号を出力するトルクセンサと、このトルクセンサ
から出力される各信号に基づいて電動機を駆動する指令
を出力する制御手段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、トルクセンサから出力される監
視用信号に基づいて右回転方向信号、及び左回転方向信
号を作成する手段と、右回転方向信号を入力としたある
しきい値を持つ右回転方向異常検出回路と、左回転方向
信号を入力としたあるしきい値を持つ左回転方向異常検
出回路とを備え、右回転方向異常検出回路は、前記右回
転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異
常検出信号を出力し、左回転方向異常検出回路は、左回
転方向信号が前記設定したしきい値を越えた場合に、異
常検出信号を出力し、制御手段は、当該電動式パワース
テアリングの制御装置の始動時に、右回転方向異常検出
回路及び左回転方向異常検出回路の各しきい値を回路的
に変化させることにより強制的に異常状態を発生させる
と共に、その状態で電動機を駆動して電動機電流を調べ
ることで、各異常検出回路を自己診断するものである。

【００１０】この構成においては、それぞれの回転方向
異常検出回路のしきい値を本制御装置の始動時に、制御
手段からの出力指令により強制的に変更し、異常状態を
発生させ、その状態で電動機を駆動して電動機電流を調
べる。この時に電動機電流が流れると、それぞれの回転
方向異常検出回路が異常であると考えられる。こうし
て、回転方向異常検出回路の自己診断が行える。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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１８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）。

【００１４】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
（ゲート駆動回路）２８が含まれる。モータ駆動回路２
６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Ｃ
ＰＵ１５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。この詳細は後述す
る。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】図４は方向異常検出のための要部回路構成
を示し、図５は方向異常検出回路の構成を示す。上記方
向異常検出回路３１は、右回転方向異常検出回路３１Ｒ
と、左回転方向異常検出回路３１Ｌとから成る。ＣＰＵ
１５には、操舵トルクセンサ１１のメイントルク検出信
号がメイントルク入力アンプ回路４１又は４２（図３）
を介して入力され、各異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌに
は、操舵トルクセンサ１１のサブトルク検出信号がサブ
トルク入力アンプ４３（図３）を介して入力される。Ｃ
ＰＵ１５は、メイントルク検出信号に応じて右方向指令
または左方向指令をゲート駆動回路２８に出力する。ゲ
ート駆動回路２８は、モータ駆動回路２６内のＨ型ブリ
ッジ接続のＦＥＴのゲートＧ１〜Ｇ４に印加する電圧を
制御してＦＥＴの導通を制御し、モータ６に右方向又は
左方向駆動のための電流を流す。各方向異常検出回路３
１Ｒ，３１Ｌの出力端はそれぞれゲートＧ３，Ｇ４に接
続され、異常検出時にＦＥＴの導通を阻止して、モータ
６に誤った電流が流れないようにするものである。な
お、モータ駆動回路２６のブリッジ構成のＦＥＴは、モ
ータ６を左方向回転駆動時に電流が流れる素子をＳＷで
表示し、他の素子を×で表示している。ゲートＧ３，Ｇ
４はいずれもグランド側のＦＥＴのゲートである。

【００１８】上記メイントルク入力アンプ回路４１又は
４２からのメイントルク検出信号は、モータの制御に使
用する制御用信号とし、サブトルク入力アンプ４３から
のサブトルク検出信号は、上記制御用信号から独立した
ものであって、該信号を監視するための監視用信号とす
る。監視用のサブトルク検出信号には、右回転方向信
号、又は左回転方向信号が含まれる。右回転方向異常検
出回路３１Ｒは、右回転方向信号を入力とし、所定のし
きい値を持ち、右回転方向信号がしきい値を越えた場合
に、異常検出信号を発生し、ＣＰＵ１５からの出力指令
に拘らず、モータの右回転方向駆動を止めるものであ
る。左回転方向異常検出回路３１Ｒは、左回転方向信号
を入力とし、所定のしきい値を持ち、左回転方向信号が
しきい値を越えた場合に、異常検出信号を発生し、ＣＰ
Ｕ１５からの出力指令に拘らず、モータの左回転方向駆
動を止めるものである。

【００１９】また、正常動作でＣＰＵ１５が右回転方向
指令時に、右回転方向異常検出回路３１Ｒはハイインピ
ーダンス出力となり、左回転方向異常検出回路３１Ｌは
ロー出力となり、異常動作時には、各出力が反転するよ
うに構成されている。また、正常動作でＣＰＵ１５が左
回転方向指令時に、左回転方向異常検出回路３１Ｌはハ
イインピーダンス出力となり、右回転方向異常検出回路
３１Ｒはロー出力となり、異常動作時には、各出力が反
転するように構成されている。

【００２０】さらにまた、ＣＰＵ１５は、電動式パワー
ステアリングの制御装置の始動時に、右回転方向異常検
出回路３１Ｒ及び左回転方向異常検出回路３１Ｌの各し
きい値を回路的に変化させることにより強制的に異常状
態を発生させ、その状態でモータを駆動してモータ電流
を調べることで、各異常検出回路を自己診断する機能を
持つ。そして、各異常検出回路３１Ｒ，３１Ｌは、それ
ぞれ図５（ａ）（ｂ）に示されるように、オペアンプを
用いた非反転、反転のコンパレータで構成され、しきい
値はＣＰＵ１５からの信号ＰＡ５，ＰＡ４により、通常
時と自己診断時とで回路的に変更できるようになってい
る。

【００２１】図６には、通常時と自己診断時のＣＰＵ１
５からの信号ＰＡ５，ＰＡ４の状態を示している。図７
（ａ）には操舵トルクに対するサブトルク検出値の関係
を示し、（ｂ）には操舵トルクに対する右回転方向異常
検出回路３１Ｒの出力（Ｇ３）を示し、（ｃ）には操舵
トルクに対する左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力
（Ｇ４）を示す。出力がハイインピーダンス時にモータ
電流を流せるように作用する。

【００２２】次に、上記構成における方向異常検出動作
を説明する。図４は、ＣＰＵ１５が左回転方向指令を出
力している時の正常／異常の動作を示している。まず、
正常時には、メイントルク入力に応じて、ＣＰＵ１５が
左回転方向に出力指令しているとき、サブトルク入力に
より左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力はハイインピ
ーダンス（Ｚ）、右回転方向異常検出回路３１Ｒの出力
はローレベル（Ｌ）となっている。従って、Ｈ型ブリッ
ジのゲート駆動がＣＰＵ１５の指令通りに働き、左回転
方向のモータ電流が流れる。異常時には、メイントルク
検出信号又はＣＰＵ１５の異常で、反対方向（すなわち
右方向）に出力指令をしたとき、サブトルク入力により
左回転方向異常検出回路３１Ｌの出力はローレベル
（Ｌ）、右回転方向異常検出回路３１Ｒの出力はハイイ
ンピーダンス（Ｚ）となる。従って、Ｈ型ブリッジのゲ
ート駆動が全てＯＦＦ状態となるため、モータ電流が流
れない。なお、右回転方向指令を出力している時の動作
も同様であるので、説明を省略する。

【００２３】次に、ＣＰＵ１５による始動時の自己診断
動作について図８のフローチャートを参照して説明す
る。ＣＰＵ１５は、電動式パワーステアリングの制御装
置の始動時に、右回転方向異常検出回路３１Ｒ（右側回
路）及び左回転方向異常検出回路３１Ｌ（左側回路）の
各しきい値を決めるための信号ＰＡ５，ＰＡ４（診断出
力に相当）を、図６の自己診断時のようにＨＩＧＨ，Ｌ
ＯＷに設定し（＃１，＃２）、これにより、異常検出回
路出力を強制的に異常状態とする。その状態でモータを
右側回転駆動し（＃３）、モータ電流を検出する（＃
４）。このとき、モータ電流が検出されると、異常検出
回路が異常であると判断する（＃１１）。モータ電流が
検出されなければ、今度は左側回転駆動し（＃５）、モ
ータ電流を検出する（＃６）。このとき、モータ電流が
検出されると、異常検出回路が異常であると判断する
（＃１１）。モータ電流が検出されなければ、各異常検
出回路は正常であると判断し（＃７）、駆動を終了し
（＃８）、通常に戻すために、右側回路診断用出力をＬ
ＯＷ（＃９）、左側回路診断用出力をＨＩＧＨとし（＃
１０）、自己診断を終了する。

【００２４】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、右回転方向異常
検出回路３１Ｒ及び左回転方向異常検出回路３１Ｌの回
路構成は適宜に変更したものを採用し得る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
制御に使用するトルクセンサ信号の異常時、又は制御手
段を成すＣＰＵが何らかの異常により、補助操舵トルク
の出力方向判別機能を失ったとき、回転方向異常検出回
路により方向異常検出を行い、もって、モータ駆動を禁
止することができ、重大な故障モードを回避することが
できる。また、請求項２の発明によれば、制御装置の始
動時に回転方向異常検出回路自身の故障検出を行うよう
にしたので、その信頼性をより向上することができる。

【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】 方向異常検出のための要部回路構成図。

【図５】 方向異常検出回路の構成を示す図。

【図６】 通常時と自己診断時のＣＰＵからの信号の状
態を示す図。

【図７】 （ａ）は操舵トルクに対するサブトルク検出
値の関係図、（ｂ）は操舵トルクに対する右回転方向異
常検出回路の出力を示す図、（ｃ）は操舵トルクに対す
る左回転方向異常検出回路の出力を示す図。

【図８】 始動時の自己診断動作についてフローチャー
ト図。

【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（制御手段） ２６ モータ駆動回路 ３１Ｒ 右方向異常検出回路 ３１Ｌ 左方向異常検出回路 ４１ メイントルク入力アンプ ４２ メイントルク入力アンプ ４３ サブトルク入力アンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系に連結され操舵補助トルクを発生
   する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出し、前記
   電動機の制御に使用する制御用信号及び、この制御用信
   号から独立し、該信号を監視するための監視用信号を出
   力するトルクセンサと、このトルクセンサから出力され
   る各信号に基づいて前記電動機を駆動する指令を出力す
   る制御手段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、 前記トルクセンサから出力される監視用信号に基づいて
   右回転方向信号及び左回転方向信号を作成する手段と、 前記右回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ右
   回転方向異常検出回路と、 前記左回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ左
   回転方向異常検出回路とを備え、 前記右回転方向異常検出回路は、前記右回転方向信号が
   前記しきい値を越えた場合に、異常検出信号を発生し、
   前記制御手段による電動機の右回転方向駆動を止め、 前記左回転方向異常検出回路は、前記左回転方向信号が
   前記しきい値を越えた場合に、異常検出信号を発生し、
   前記制御手段による電動機の左回転方向駆動を止めるこ
   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】 操舵系に連結され操舵補助トルクを発生
   する電動機と、前記操舵系の操舵トルクを検出し前記電
   動機の制御に使用する制御用信号、及びこの制御用信号
   から独立し、該信号を監視するための監視用信号を出力
   するトルクセンサと、このトルクセンサから出力される
   各信号に基づいて前記電動機を駆動する指令を出力する
   制御手段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、 前記トルクセンサから出力される監視用信号に基づいて
   右回転方向信号、及び左回転方向信号を作成する手段
   と、 前記右回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ右
   回転方向異常検出回路と、 前記左回転方向信号を入力としたあるしきい値を持つ左
   回転方向異常検出回路とを備え、 前記右回転方向異常検出回路は、前記右回転方向信号が
   前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を
   出力し、 前記左回転方向異常検出回路は、前記左回転方向信号が
   前記設定したしきい値を越えた場合に、異常検出信号を
   出力し、 前記制御手段は、当該電動式パワーステアリングの制御
   装置の始動時に、前記右回転方向異常検出回路及び左回
   転方向異常検出回路の各しきい値を回路的に変化させる
   ことにより強制的に異常状態を発生させると共に、その
   状態で前記電動機を駆動して電動機電流を調べること
   で、前記各異常検出回路を自己診断することを特徴とす
   る電動式パワーステアリングの制御装置。