JP5298478B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関し、特にその制御装置の制御に関与する構成要素から出力された情報の異常及び正常を判定する基準判定値や基準判定期間を車両の状態に応じて変更し、制御に関与する構成要素の異常検出、及び異常検出後の正常復帰を適切に検出することができる異常／正常検出装置を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両用の電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングシヤフトに発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号に基づいてモータを駆動して操向ハンドルの操舵力を補助するものである。このような電動式パワーステアリング装置の制御はマイクロコンピュータで構成された制御装置で実行されるが、その制御の概要は、トルクセンサで検出された操舵トルクと車速センサで検出された車速に基づいてモータに供給する電流の大きさを演算し、その演算結果に基づいてモータに供給する電流を制御する。

即ち、制御装置は操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生しているときに、検出された車速が零あるいは低速の場合は大きな操舵補助力を供給し、検出された車速が速い場合は小さな操舵補助力を供給するように操向ハンドルの操舵力と車速に応じてモータ電流の制御目標値を演算し、実際にモータに流れる電流がモータ電流の制御目標値に一致するようフイードバツク制御を行ない、走行状態に応じた最適の操舵補助力を与えている。

何等かの原因により、例えば、トルクセンサに故障が発生すると、モータ電流の制御目標値を演算できず、ステアリング装置に最適の操舵補助力を与えることができなくなってしまう。この場合、従来の装置ではモータによる操舵補助を停止することで、ステアリング装置の誤動作を防止し、危険を回避していた。

また、モータ或いはモータ駆動回路が故障してモータに過電流が流れると、モータ或いはモータ駆動回路が焼損してしまう。この場合も、従来の装置ではモータへの給電を停止し、モータによる操舵補助を停止することで、火災などの危険を回避していた。

このように、従来の電動パワーステアリング装置の制御装置では、異常が検出されたときにはモータによる操舵補助を停止するフェールセーフ機能を備えた異常検出手段が設けられており、重大な危険の発生を回避するように構成されていた（特許文献１参照）。
特開２００３−２００８４２号公報

上記した従来の異常検出装置の異常判定手段では、制御装置の制御に関与する各種構成部材の動作状態を示す情報、例えば構成部材がトルクセンサであれば、検出された操舵トルクの値が異常値を越える状態、即ち、所定の判定基準値を越える状態が所定の判定基準時間（又は所定判定回数）以上継続したとき異常と判定しており、判定基準値或いは判定基準時間には、許容誤差範囲が設定されているにしても、中心値は一定値であった。

さらに上記従来の異常検出手段に備られている異常検出後の正常復帰判定手段では、各種構成部材の動作状態を示す情報（例えば構成部材がトルクセンサであれば、検出された操舵トルクの値）が正常な範囲にある状態（所定の判定基準値の範囲）が、所定の判定基準時間（又は所定判定回数）以上継続したとき正常復帰したと判定しているが、この場合も判定基準値や判定基準時間には、許容誤差範囲が設定されているにしても、中心値は一定値であった。

このため、故障した構成部材が同じであっても、異常発生時や正常復帰時の車両の状態によっては、例えば車速が極低速の場合は運転者に操向ハンドルの操作にそれ程の違和感を与えなくとも、高速走行中にあっては操向ハンドルが運転者の意図しない動きをしてしまい、運転者に操向ハンドル操作に違和感を与えるというような不都合の発生する場合があった。この発明は、上記した課題を解決することを目的とする。

この発明は上記課題を解決するもので、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータ出力を制御する制御装置を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態を示す動作状態情報を検出する動作状態情報検出部と、前記制御装置の制御に関与する構成部材の異常の判定及び異常判定後の正常復帰を判定する異常／正常判定部とを備え、前記異常／正常判定部は、前記検出された構成部材の動作状態を示す動作状態情報と、構成部材の動作環境に基づいて予め設定される基準判定情報とを比較し、制御装置の制御に関与する構成部材の異常の判定、及び／又は異常判定後の正常復帰を判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

そして、前記基準判定情報は、前記動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にあるか否かを判定する情報と、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にあるとき、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続されているか否かを判定する情報又はその状態が所定の基準判定回数を越えて維持されているか否かを判定する情報と、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にないとき、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続されているか否かを判定する情報又はその状態が所定の基準判定回数を越えて維持されているか否かを判定する情報である。

また、前記基準判定情報は、制御装置の制御に関与する構成部材の動作環境に応じて変更するものとする。

また、前記制御装置の制御に関与する構成部材の動作環境は、車速であってもよい。

そして、前記異常／正常判定部は、前記動作状態情報と前記基準判定情報とを比較し、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内になく、且つ、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続されているとき、又はその状態が所定の基準判定回数を越えて継続されているとき、制御装置の制御に関与する構成部材が異常であると判定する。

そして、前記異常／正常判定部は、前記動作状態情報と前記基準判定情報とを比較し、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内になく、且つ、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続されているとき、又はその状態が所定の基準判定回数を越えて継続されているときは制御装置の制御に関与する構成部材が異常であると判定し、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にあり、且つ、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続されているとき、又は所定の基準判定回数を越えて維持されているときは制御装置の制御に関与する構成部材が正常状態に復帰したと判定する。

そして、前記制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態情報は、トルクセンサにより検出される操舵トルクであってもよい。

また、前記制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態情報は、モータ電流検出装置により検出されるモータ電流であってもよい。

また、前記異常／正常判定部には、異常検出動作を中止するマスク条件が予め車速に応じて設定することができる。

また、前記制御装置は、前記異常／正常判定部により動作状態情報が異常であると判定されたときはフェールセーフ機能を作動させ、モータへの給電を遮断するとよい。

また、前記制御装置は、前記異常／正常判定部により動作状態情報が異常であると判定されたときは、動作状態情報に代えて所定の初期値に基づいて制御を継続するようにするとよい。

また、前記動作状態情報検出部は、所定時間毎に制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態情報を検出するものとする。

この発明は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータ出力を制御する制御装置を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態を示す動作状態情報を検出する動作状態情報検出部と、前記制御装置の制御に関与する構成部材の異常判定及び異常判定後の正常復帰を判定する異常／正常判定部とを備え、前記異常／正常判定部は、前記構成部材の動作状態を示す動作状態情報と、構成部材の動作環境に基づいて予め設定されている基準判定情報とを比較し、制御装置の制御に関与する構成部材の異常の判定、及び異常判定後の正常復帰を判定することを特徴とする。

そして、前記基準判定情報は、前記動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にあるか否かを示す情報と、動作状態情報が所定の正常動作状態の範囲内にあるとき、その状態が所定の基準判定時間を越えて継続しているか否かを示す情報、又はその状態が所定の基準判定回数を越えて維持されているか否かを示す情報であり、前記基準判定情報は、制御装置の制御に関与する構成部材の動作環境、即ち車両の状態に応じて変更し、最適値／最適時間、又は最適回数に設定されるから、運転者の意図しない車両の挙動を低減することができ、運転者に操向ハンドル操作に違和感を与えることなく、安全な操向ハンドル操作を確保できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図で、操向ハンドル１の軸２は減速ギア４、ユニバーサルジョイント５ａ、５ｂ、ピニオンラツク機構７を経て操向車輪のタイロツド８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３が設けられており、また、操舵力を補助するモータ９が減速ギア４を介して軸２に結合している。

パワーステアリング装置を制御する制御装置１０は、バツテリ１４からイグニッシヨンキー１１を経て、イグニッシヨンキー信号が供給されるとともに、並列の電源ラインから電力が供給される。制御装置１０はトルクセンサ３で検出された操舵トルクと車速センサ１２で検出された車速に基づいて電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に基づいてモータ９に供給する電流ｉを制御する。

図２は、制御装置１０とその周辺回路の構成を示すブロツク図である。この実施の形態では制御装置１０の主要部分はＣＰＵから構成されるが、ここではそのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される機能を示してある。例えば、位相補償器２１は独立したハードウエアとしての位相補償器２１を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示す。なお、制御装置１０をＣＰＵで構成せず、これらの機能要素をそれぞれ独立したハードウエア（電子回路）で構成できることは言うまでもない。

以下、制御装置１０の機能と動作を説明する。トルクセンサ３から入力された操舵トルク信号は、位相補償器２１で操舵系の安定を高めるために位相補償され、電流指令演算器２２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速も電流指令値演算器２２に入力される。

電流指令値演算器２２は、入力されたトルク信号と車速信号に基づいて所定の演算式によりモータ９に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉを決定する。

比較器２３、微分補償器２４、比例演算器２５及び積分演算器２６から構成される回路は、実際のモータ電流値ｉが電流指令値Ｉに一致するようにフイードバツク制御を行う回路である。

比例演算器２５では、電流指令値Ｉと実際のモータ電流値ｉとの差に比例した比例値が出力される。さらに比例演算器２５の出力信号はフイードバツク系の特性を改善するため積分演算器２６において積分され、差の積分値の比例値が出力される。

微分補償器２４では、電流指令値演算器２２で演算された電流指令値Ｉに対する実際にモータに流れるモータ電流値ｉの応答速度を高めるため、電流指令値Ｉの微分値が出力される。

微分補償器２４から出力された電流指令値Ｉの微分値、比例演算器２５から出力された電流指令値と実際のモータ電流値との差に比例した比例値、及び積分演算器２６から出力された積分値は、加算器２７において加算演算され、演算結果である電流制御値Ｅ（モータ印加電圧を決定するＰＷＭ信号のデユーテイ比）がモータ駆動回路４１に出力される。モータ９に流れる実際の電流はモータ電流検出回路４２で検出され、検出されたモータ電流値ｉは比較器２３にフイードバツクされ、モータ電流のフイードバツク制御が行なわれる。

動作状態情報検出部３１は、制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態情報を検出するもので、制御装置の制御に関与する構成部材とは、例えばトルクセンサやモータ電流検出装置であり、動作状態情報は制御に関与する構成部材がトルクセンサの場合は操舵トルク、制御に関与する構成部材がモータ電流検出装置の場合はモータ電流である。

動作状態情報検出部３１には、トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ、モータ電流検出回路４２で検出されたモータ電流ｉ、モータ角速度センサ３０で検出されたモータ角速度φが入力される。

基準判定情報記憶部３５は、構成部材の動作環境、例えば車速に基づいて予め設定された基準判定情報が格納されている。基準判定情報は構成部材の異常か否かの判定、及び異常判定された後に正常復帰したか否かを判定する情報である。

異常／正常判定部３２には、前記基準判定情報記憶部３５が接続され、動作状態情報検出部３１で検出された動作状態情報と、前記基準判定情報記憶部３５に格納されている基準判定情報とを比較し、制御装置の制御に関与する構成部材、例えばトルクセンサやモータ電流検出装置が異常か否かの判定、及び異常判定された後に正常復帰したか否かを判定する。

フェールセーフ処理器３３、モータリレー３４は、異常／正常判定部３２により判定された判定結果が、制御装置の制御に関与する構成部材、例えばトルクセンサやモータ又はモータ駆動回路が異常であるとの判定結果を示す信号を入力としてフェールセーフ処理を行う構成である。

動作状態情報検出部３１、異常／正常判定部３２、及びフェールセーフ処理器３３、モータリレー３４の動作については、後で実施例に基づいて詳細に説明する。

図３にモータ駆動回路４１の構成の一例を示す。モータ駆動回路４１は加算器２７から入力された電流制御値をＰＷＭ信号と電流方向信号とに分離変換する変換部４５、ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ4 、及びそれ等のゲートを開閉駆動するＦＥＴゲート駆動回路４６等からなる。昇圧電源４７はＦＥＴ1 、ＦＥＴ2 のハイサイド側を駆動する電源である。

ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）は、Ｈブリツジ接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイツチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ2 のゲートを駆動する信号で、加算器２７において演算された電流制御値の絶対値によりＰＷＭ信号のデユーテイ比Ｄ（ＦＥＴのゲートをＯＮ／ＯＦＦする時間比）が決定される。

なお、通常の走行状態においては、上記したとおり、デユーテイ比Ｄは演算された電流制御値Ｅに基づいて決定される。

電流方向信号は、モータに供給する電流の方向を指示する信号で、加算器２７において演算された電流制御値の符号（正負）により決定される信号である。

ＦＥＴ1 とＦＥＴ2 は前記したＰＷＭ信号のデユーテイ比に基づいてゲートがＯＮ／ＯＦＦされるスイツチング素子であって、モータに流れる電流の大きさを制御するためのスイツチング素子である。また、ＦＥＴ3 とＦＥＴ4 は前記した電流方向信号に基づいてゲートがＯＮ或いはＯＦＦされる（一方がＯＮの時、他方はＯＦＦとなる）スイツチング素子で、モータに流れる電流の方向、即ちモータの回転方向を切り換えるスイツチング素子である。

ＦＥＴ3 が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ1 、モータ９、ＦＥＴ3 、抵抗Ｒを経て流れ、モータ９に正方向の電流が流れる。また、ＦＥＴ4 が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ2 、モータ９、ＦＥＴ4 、抵抗Ｒを経て流れ、モータ９に負方向の電流が流れる。

モータ電流検出手段を構成するモータ電流検出回路４２は、抵抗Ｒの両端における電圧降下に基づいて電流の大きさを検出する。検出された実際のモータ電流値は比較器２３にフィードバックして入力される（図２参照）。

以上説明した制御装置は、操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生しているときに、検出された操舵トルクが大きく、また検出された車速が零あるいは低速の場合は電流指令値Ｉを大きく設定し、検出された操舵トルクが小さく、また検出された車速が速い場合は電流指令値Ｉを小さく設定するから、走行状態に応じた最適の操舵補助力を与えることができる。

次に、制御装置１０の動作状態情報検出部３１、異常／正常判定部３２、及びフェールセーフ処理器３３における、制御装置の制御に関与する各種構成部材の異常判定処理、及び異常判定後の正常復帰判定処理、及び異常判定結果に基づくフェールセーフ処理について説明する。

先に、発明が解決しようとする課題で説明したとおり、従来のフェールセーフ機能を備えた制御装置の異常判定手段では、制御装置の制御に関与する各種構成部材の動作状態を示す情報、例えば構成部材がトルクセンサであれば、検出された操舵トルクの値が異常値を越える状態、即ち、所定の判定基準値を越える状態が所定の判定基準時間以上継続したとき、異常と判定するものであって、前記した判定基準値、或いは判定基準時間には所定の許容誤差範囲が設定されているにしても、その中心値は一定値であった。

このため、異常発生時の車両の状態、例えば車速が極低速の場合は運転者に操向ハンドルの操作にそれ程の違和感を与えなくとも、高速走行中にあっては操向ハンドルが運転者の意図しない動きをしてしまい、運転者に操向ハンドル操作に違和感を与えるというような不都合の発生する場合があった。

そこでこの発明では、制御装置の制御に関与する各種構成部材の動作状態情報が異常値を示しているか否かを判定する判定基準情報を、制御装置の制御に関与する構成部材の動作環境に応じて設定、即ち、例えば構成部材がトルクセンサやモータ電流検出器であれば、その時の動作環境である車速が極低速か／中間速度か／高速かなどに応じて判定基準情報を変更し、上記した不都合を解決したものである。

なお、制御装置の制御に関与する構成部材の動作状態に関する情報は所定時間毎に繰り返しサンプリングされ、各種構成部材の異常判定が行われる。

以下、第１乃至第３実施例により各種構成部材の異常判定、異常判定後の正常復帰判定、及び異常判定結果に基づくフェールセーフ処理について説明する。

［第１実施例］
第１実施例は、制御装置の制御に関与する構成部材の１つであるトルクセンサの異常を判定する実施例である。まず、トルクセンサの異常判定の手法について説明する。

図４は、操向ハンドルを所定角度だけ操舵した場合に必要とする操舵トルク（以下、トルクという）と車速との関係を説明する図であって、横軸は車速Ｖ、縦軸はトルク検出値ｄである。車速Ｖが比較的低速の車速ＳＰ2 までは、トルク検出値ｄは路面とタイヤとの間の摩擦により減少するが、車速ＳＰ2 を越えると車両の直進性が増加するためトルク検出値ｄは多少増加することが知られている。

図５は、従来のトルク検出値ｄの異常判定手法で設定される判定基準値を説明する図で、横軸は車速Ｖ、縦軸はトルク検出値ｄ、及びトルク正常／異常判定基準値ｄa （以下、判定基準値という）である。従来の判定基準値ｄａは、図５に示すように車速Ｖに無関係に一定値に設定されており、判定基準値ｄａよりも上の異常判定領域Ｄａにトルク検出値ｄがあるときはトルク検出値ｄが異常、即ちトルクセンサが異常であると判定していた。なお、判定基準値ｄａには誤検出防止のため所定の許容誤差範囲、即ち検出マージンｍが設定されている。

以下、具体例を説明する。制御装置の制御に関与する構成部材であるトルクセンサに異常が発生し、図５でＡの位置にあったトルク検出値がＢの位置に移動すると、判定基準値ｄａよりも上の異常判定領域に入るから、トルク検出値は異常、即ちトルクセンサに異常が発生したことが検出される。この後、トルクセンサは異常でありながら、トルク検出値がやや減少してＣの位置に移動したとすると、判定基準値ｄａよりも下の正常判定領域に入るから、トルク検出値は正常、即ちトルクセンサは正常に復帰したと誤判定されてしまう結果となる。

そこで、この発明ではその時の車速が極低速か／中間速度か／高速かなどに応じて判定基準情報（ここでは、トルク正常／異常判定基準値ｄａ）を変更設定するようにした。

図６は、第１実施例のトルク検出値ｄの異常判定を行うトルク正常／異常判定基準値（以下、判定基準値）ｄａとトルク異常判定基準時間（以下、判定基準時間）ｔａの設定の一例を説明する図で、横軸は車速Ｖ、縦軸はトルク検出値ｄ、トルク異常を判定する判定基準値ｄａ、及び判定基準時間ｔａ（図６で右側の縦軸）を示している。判定基準値ｄａ、判定基準時間ｔａには、誤検出防止のため所定の許容誤差範囲、即ち検出マージンｍが設定されている。

なお、図６では、設定された判定基準値ｄａと判定基準時間ｔａが同じ折れ線で示されているが、判定基準値ｄａと判定基準時間ｔａがこれとは異なる折れ線或いは曲線となる場合もあり、また、判定基準値ｄａと判定基準時間ｔａとが異なる折れ線或いは曲線となる場合もある。ここでは、判定基準値ｄａと判定基準時間ｔａの一例を示している。

異常判定領域は車速に応じて複数の領域に分割されており、車速が零から車速ＳＰ1 までは第１判定領域Ｄ1 、車速ＳＰ1 から車速ＳＰ2 までは第２判定領域Ｄ2 、車速ＳＰ2以上の高速領域では第３判定領域Ｄ3 とする。そして第１判定領域Ｄ1 では一定値の判定基準値ｄａ1 と判定基準時間ｔａ1 が設定される。また、第２判定領域Ｄ2 では車速が高速になるにつれて減少する判定基準値ｄａ2 と判定基準時間ｔａ2 とが設定され、第３判定領域Ｄ3 では車速が高速になるにつれて増加する判定基準値ｄａ3 と判定基準時間ｔａ3 が設定される。

特殊な操舵パターンに対応するため、第１判定領域Ｄ1 では判定基準値として車速に関係なく一定値の判定基準値ｄａ1 と判定基準時間ｔａ1 が設定されているが、これは、例えば車両の速度が零から車速ＳＰ1 までの第１判定領域Ｄ1 では、ハンドルの据え切りや旋回中の強い端当て捩りなどによりトルクが異常に大きくなる場合が想定されるので、比較的大きな一定値の判定基準値ｄａ1 と判定基準時間ｔａ1 が設定され、検出マージンｍも比較的大きく設定される。

第２判定領域Ｄ2 では、先に説明したようにトルクは車速の増大に応じて減少する傾向にあるので、車速が高速になるにつれて減少する判定基準値ｄａ2 と判定基準時間ｔａ2が設定され、検出マージンｍも車速が高速になるにつれて減少するように設定される。

また、高速走行中には、通常は大きなトルクが発生することは有り得ないから、高速領域である第３判定領域Ｄ3 では車速が高速になるにつれて増加する判定基準値ｄａ3 と判定基準時間ｔａ3 が設定され、検出マージンｍは略一定に設定される。

以下、具体例を説明する。制御装置の制御に関与する構成部材であるトルクセンサに異常が発生し、図６でＡの位置にあったトルク検出値がＢの位置に移動すると、判定基準値ｄa よりも上の異常判定領域に入るから、トルク検出値は異常、即ちトルクセンサに異常が発生したことが検出される。この後、トルクセンサは異常でありながら、トルク検出値がやや減少してＣの位置に移動したとしても、判定基準値ｄａよりも上の異常判定領域にあるから、トルク検出値は異常、即ちトルクセンサは異常と判断され、誤判定されてしまうおそれはない。

この後、トルク検出値が更に減少してＡの位置に移動したとすると、トルク検出値は判定基準値ｄａ2 以下になり一応正常値の範囲に入るが、この時、この状態（トルク検出値が判定基準値ｄａ2 以下の状態）が所定の判定基準時間ｔａ2 を越えて継続したか否かが判定され、所定の判定基準時間を越えて継続したことが確認されたとき、トルクセンサは正常に復帰したと判定される。

なお、トルク検出値が判定基準値以下になった後、この状態が所定の判定基準時間を越えて継続したか否かの判定に代えて、繰り返しサンプリングされるトルク検出値の判定基準値以下の状態が所定の判定基準回数を越えて維持されたことが確認されたとき、トルクセンサは正常に復帰したと判定してもよい。

高速走行領域ではトルク異常の判定基準値が小さく設定され、異常判定領域が拡げられるので、小さいトルク値で異常検出が行われ、誤検出を防止しながら早期に異常を検出することができる。これにより高速走行中にトルクセンサに異常が発生した場合、早期に異常を検出することができ、運転者の意図しない車両の挙動を抑えることができる。

上記した第１実施例では、判定基準値ｄａは車速に応じて変更する車速感応型であるが、判定基準値ｄａを一定値のままとし、判定基準時間ｔａを車速感応型としてもよい。この場合、低速領域では車速に無関係に判定基準値ｄａを一定値に設定し、高速領域では車速の増加に対応して判定基準時間ｔａを短く設定するとよい。また、異常判定のための判定基準値ｄａと判定基準時間ｔａの両方を車速感応型としてもよい。

また、判定基準値ｄａや判定基準時間ｔａは、予め車速に応じてルックアップテーブルの形式で記憶装置に格納しておき、異常判定を行うとき参照するようにするとよい。また、予め基本判定基準値や基本判定基準時間を設定しておき、異常判定を行うときの車速に応じて予め設定されている係数を基本判定基準値や基本判定基準時間に乗算して、車速に応じた判定基準値や判定基準時間を算出するようにしてもよい。

図２を参照して、第１実施例の電動パワーステアリング装置の構成要素の１つであるトルクセンサ３の故障の検出、及び検出結果に基づくフェールセーフ処理を行う構成と動作を説明する。

基準判定情報記憶部３５には、予め設定されている基準判定情報として、前記した判定基準値ｄａ、及び判定基準時間ｔａが格納されており、車速センサ１２で検出された車速信号が入力されると、車速に応じた判定基準値ｄａ及び判定基準時間ｔａが、後述する異常／正常判定部３２に出力される。

動作状態情報検出部３１には、トルクセンサ３で検出された操舵トルク検出値ｄが入力され、異常／正常判定部３２に出力される。

異常／正常判定部３２は、動作状態情報検出部３１から出力された操舵トルク検出値ｄと、基準判定情報記憶部３５から出力された判定基準値ｄａ及び判定基準時間ｔａを入力とし、また、判定基準時間ｔａの経過時間（或いは判定基準回数）を判断するため、制御装置１０を構成するＣＰＵの計時機能を使用した図示されていないタイマにより判定基準時間ｔａの経過時間の計時（或いは判定基準回数の計数）が開始される。

異常／正常判定部３２では、トルクセンサ３で検出されたトルク信号ｄと、車速に応じた判定基準値ｄａ及び判定基準時間ｔａの経過時間（或いは判定基準回数）とが比較され、入力されたトルク信号ｄが判定基準値ｄａを越えているか否か、越えている場合はトルク信号ｄが判定基準値ｄａを越えた状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したか否か（或いは判定基準回数を越えたか否か）が判定される。

判定の結果、入力されたトルク信号ｄが判定基準値ｄａを越え、越えた状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したとき（或いは判定基準回数を越えたとき）は、トルク信号が異常、即ちトルクセンサ３に異常が発生したとする判定が確定される。そして、トルクセンサ３に異常が発生したとする判定が確定されたときは、所定の時間（複数回の正常復帰判断を行う時間）の経過を待ってフェールセーフ処理器３３に作動信号が出力される。フェールセーフ処理器３３はモータリレー３４を作動させて接点３４ａを開き、モータ９への給電が遮断される。

また、一旦トルク信号が異常、即ちトルクセンサ３に異常が発生したと判定されても、フェールセーフ処理器３３が作動する前に検出されたトルク信号ｄが判定基準値ｄａの範囲内にあり、その状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したと判定されたときは、トルク信号は正常、即ちトルクセンサ３は正常に復帰したと判定される。

［第２実施例］
第２実施例は、制御装置の制御に関与する構成部材の１つであるモータ或いはモータ駆動回路の異常を判定する実施例である。車両が停止乃至低速走行中には車庫入れなどのためにハンドルを大きく切り、大きなトルクが発生する場合があるが、高速走行中にはハンドルを大きく切ることはなく、大きなトルクが発生することは有り得ないから、モータ或いはモータ駆動回路が正常であれば高速走行中はモータ電流検出値は小さな値となる。

図７は、従来のモータ電流検出値の正常／異常判定手法における判定基準値を説明する図で、横軸は車速Ｖ、縦軸はモータ電流検出値ｉ及び判定基準値ｉａである。図７に示すように従来の判定基準値ｉａは車速に無関係に一定値が設定され、判定基準値ｉａよりも上の異常判定領域Ｄa にモータ電流検出値ｉがあるときはモータ或いはモータ駆動回路は異常であると判定していた。ここには図示されていないが、判定基準値ｉａには誤検出防止のために検出マージンｍ（許容誤差範囲）が設定されている。

図８は、第２実施例のモータ或いはモータ駆動回路の正常／異常を示すモータ電流検出値ｉを判定する判定基準値ｉａの設定の一例を説明する図で、横軸は車速Ｖ、縦軸はモータ検出電流値ｉ及び判定基準値ｉａである。正常／異常判定領域は車速に応じて複数の領域に分割されており、車速が零から車速ＳＰ1 までは第１判定領域Ｄ1 、車速ＳＰ1 以上は第２判定領域Ｄ2 とする。そして車速が零から車速ＳＰ1 までの低速領域Ｄ1 では、大きなトルクに対応してモータ電流検出値ｉも大きくなる可能性があるので、低速領域Ｄ1では車速に無関係に判定基準値ｉａを一定値ｉａ1 に設定し、高速領域Ｄ2 では車速の増加に対応して判定基準値ｉａ2 が減少するように設定する。これにより、異常状態の判定を、従来の車速に無関係に一定値に設定するよりも、より迅速且つ正確に行うことができる。

上記した第２実施例では、モータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａを越え、且つ、判定基準値ｉａを越える状態が所定の判定基準時間ｔａを越えて経過したとき異常発生と判定する。前記した図８には、判定基準値ｉａと共に判定基準時間ｔａを示した（図８で右側の縦軸）。判定基準時間ｔａは、第１実施例の場合と同様に、判定基準値ｉａと同様に車速に応じて異なる時間を設定する。例えば、低速領域Ｄ1 では判定基準時間ｔａ1 、高速領域Ｄ2 では判定基準時間ｔａ2 を設定する。

上記した第２実施例では、モータ電流検出値ｉの異常判定のための判定基準値ｉａを車速感応型としているが、判定基準値ｉａを一定値のままとし、判定基準時間ｔａを車速感応型としてもよい。この場合、低速領域では車速に無関係に一定値に設定し、高速領域では車速の増加に対応して判定基準時間ｔａを短く設定するとよい。また、異常判定のための判定基準値ｉａと判定基準時間ｔａの両方を車速感応型としてもよい。

また、判定基準値ｉａや判定基準時間ｔａは、予め車速に応じてルックアップテーブルの形式に設定しておき、異常判定を行うとき参照するようにするとよい。また、予め基本判定基準値や基本判定基準時間を設定しておき、異常判定を行うときの車速に応じて予め設定されている係数を、基本判定基準値や基本判定基準時間に乗算して判定基準値ｉａや判定基準時間ｔａを算出するようにしてもよい。

図２を参照して、第２実施例の電動パワーステアリング装置を構成する構成要素の１つであるモータ駆動回路４１の故障の検出、及び検出結果に基づくフェールセーフ処理を行う構成と動作を説明する。

基準判定情報記憶部３５には、予め設定されている基準判定情報として、前記した判定基準値ｉａ、及び判定基準時間ｔａが格納されており、車速センサ１２で検出された車速信号が入力されると、車速に応じた判定基準値ｉａ及び判定基準時間ｔａが、後述する異常／正常判定部３２に出力される。

動作状態情報検出部３１には、モータ電流検出回路４２で検出されたモータ電流検出値ｉが入力され、異常／正常判定部３２に出力される。

異常／正常判定部３２は、動作状態情報検出部３１から出力されたモータ電流検出値ｉと、記憶部３５から出力された判定基準値ｉａ及び判定基準時間ｔａを入力とし、また、判定基準時間ｔａの経過時間を判断するため、制御装置１０を構成するＣＰＵの計時機能を使用した図示されていないタイマにより判定基準時間ｔａの経過時間の計時が開始される。

異常／正常判定部３２では、モータ電流検出回路４２で検出されたモータ電流検出値ｉと、車速に応じた判定基準値ｉａ及び判定基準時間ｔａの経過時間とが比較され、入力されたモータ電流検出値ｉが判定基準値ｉｄａを越えているか否か、越えている場合はモータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａを越えた状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したか否かが判定される。

判定の結果、入力されたモータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａを越え、越えた状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したときは、モータ電流検出値が異常、即ちモータ又はモータ駆動回路４１に異常が発生したと判定される。そして、モータ又はモータ駆動回路４１に異常が発生したと判定されたときは、所定の時間（複数回の正常復帰判断を行う時間）の経過を待ってフェールセーフ処理器３３に作動信号が出力される。フェールセーフ処理器３３はモータリレー３４を作動させて接点３４ａを開き、モータ９への給電が遮断される。

また、一旦モータ又はモータ駆動回路４１に異常が発生したと判定されても、フェールセーフ処理器３３が作動する前に検出されたモータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａの範囲内にあり、その状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したと判定されたときは、モータ電流検出値は正常、即ちモータ又はモータ駆動回路は正常に復帰したと判定される。

［第３実施例］
異常判定機能を備えた制御装置では、異常が検出されたときに電動パワーステアリング装置の操舵補助を停止させるフェールセーフ装置が備えられているが、この場合、異常状態の誤検出を防止する機能（以下、マスク機能という）が設けられている。ここでいうマスク機能とは、モータ角速度φが所定値以上になってから所定時間経過するまでの間、制御装置の異常／正常判定部で実行される異常判定機能を停止し、異常状態の誤検出を防止する機能である。

例えば、車庫入れなどでハンドルを大きく切る操作の場合は、大きなトルクが発生するが、大きなモータ電流値が検出されたとき、モータ角速度が大きく逆起電圧が誤差となり、直ちにモータ駆動回路の異常と判定したのでは誤検出することになる。そこで、異常／正常判定部にマスク機能を設定し、ハンドルを大きく切ってモータ角速度が所定値以上になってから所定時間経過するまでは異常／正常判定部の異常判定機能を停止して、誤検出を防止しようとするのである。

また、マスク機能を設定する条件、即ち、異常／正常判定部の異常判定機能を停止する条件は、前記したとおり、モータ角速度φが所定値以上になってから所定時間ｔが経過するまでであるが、この条件を車両の速度Ｖに応じて変更し、高速になるほどモータ角速度φの設定値を小さく、経過時間ｔを短縮する。何故ならば、高速走行中にハンドルを大きく切るような操作は一般的には有り得ないからである。これにより、異常状態の判定を従来よりも一層迅速に行うことが可能となる。

図９は、マスク機能の判定基準値である判定基準モータ角速度φｍ及び判定基準時間ｔｍを説明する図で、横軸は車速、縦軸はマスク機能の判定基準値である判定基準モータ角速度φｍ、及び判定基準時間ｔｍである。図９に示す車速Ｖに応じた判定基準モータ角速度φｍ、判定基準時間ｔｍは、ルックアップテーブル等の形で基準判定情報記憶部３５に記憶させておく。

図２を参照して、第３実施例の電動パワーステアリング装置の異常／正常判定部３２に対するマスク機能の設定と動作を説明する。ここでは、モータ駆動回路４１の異常を検出する例で説明するが、その他の構成要素、例えばトルクセンサにおいても同様である。

基準判定情報記憶部３５には、予め図９を参照して説明したマスク機能の判定基準値である車速Ｖに応じた判定基準モータ角速度φｍと判定基準時間ｔｍが記憶されている。

動作状態情報検出部３１には、モータ電流検出回路４２で検出されたモータ電流検出値ｉとモータ角速度センサ３０で検出されたモータ角速度検出値φが入力され、異常／正常判定部３２に出力される。

基準判定情報記憶部３５に車速センサ１２で検出された車速Ｖが入力されると、検出された車速に応じたマスク機能の判定基準値である判定基準モータ角速度φｍと判定基準時間ｔｍが異常／正常判定部３２に出力される。

異常／正常判定部３２は、基準判定情報記憶部３５から出力された判定基準モータ角速度φｍと判定基準時間ｔｍを入力とし、制御装置１０を構成するＣＰＵの計時機能を使用した図示されていないタイマで、判定基準時間ｔｍの計時が開始される。また、判定基準モータ角速度φｍと判定基準時間ｔｍとに基づいて前記したマスク機能が設定される。

異常／正常判定部３２では、動作状態情報検出部３１から出力されたモータ電流検出値ｉと、モータ角速度検出値φが入力される。そして、モータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａ（第２実施例参照）を越えているか否か、また必要に応じてモータ電流検出値ｉが判定基準値ｉａを越えた状態が判定基準時間ｔａを越えて経過したか否かが判定される。

このとき、異常／正常判定部３２にはマスク機能が設定されているから、検出されたモータ角速度φが判定基準モータ角速度φｍ以上で、マスク機能の所定の判定基準時間ｔｍが経過するまでは、異常／正常判定部３２により異常と判定された場合でも異常発生を示す信号は出力されず、フェールセーフ処理器３３は作動しない。

異常／正常判定部３２に設定されたマスク機能の条件がクリアしたとき、即ち、検出されたモータ角速度φが判定基準値φｍ以上で所定の判定基準時間ｔｍの経過後は、異常／正常判定部３２で異常の発生と判断されている場合には、フェールセーフ処理器３３に作動信号が出力され、フェールセーフ処理器３３はモータリレー３４を作動させて接点３４ａを開き、モータ９への給電が遮断される。

上記した第１乃至第３実施例においては、構成部材の動作状態情報の異常が検出されたときは、フェールセーフ機能により電動パワーステアリング装置の操舵補助を停止しているが、異常とされた動作状態情報に代えて、所定の初期値に基づいて制御を継続するようにしてもよい。

制御装置の制御に関与する各種構成部材の動作状態情報と、所定の判定基準情報とを比較し、各種構成部材の異常判定及び異常判定後の正常復帰を判定する判定手段を備えた車両用の電動パワーステアリング装置であって、運転者に操向ハンドル操作の際に違和感を与えることがなく、迅速に各種構成部材の異常判定及び異常判定後の正常復帰を判定することができる。

電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図。 この発明の実施例の制御装置のブロツク図。 モータ駆動回路の構成の一例を示すブロツク図。 操向ハンドルを所定角度だけ操舵した場合に必要とする操舵トルクと車速との関係を説明する図。 従来の操舵トルク検出値の異常判定手法で設定される判定基準値を説明する図。 第１実施例の操舵トルク検出値の異常判定を行う判定基準値の設定を説明する図。 従来のモータ電流検出値の異常判定手法で設定される判定基準値を説明する図。 第２実施例のモータ電流検出値の異常を判定する判定基準値を説明する図。 第３実施例のマスク機能の判定基準値、及び判定基準時間を説明する図。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ 軸
３ トルクセンサ
４減速ギア
５ａ、５ｂ ユニバーサルジョイント
７ ピニオンラック機構
８ タイロッド
９ モータ
１０ 制御装置
１１ イグニツシヨンキー
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２１ 位相補償器
２２ 電流指令値演算器
２３ 比較器
２４ 微分補償器
２５ 比例演算器
２６ 積分演算器
２７ 加算器
３０ モータ角速度センサ
３１ 動作状態情報検出部
３２ 異常／正常判定部
３３ フェールセーフ処理器
３４ モータリレー
３５ 基準判定情報記憶部
４１ モータ駆動回路
４２ モータ電流検出回路

Claims (3)

1. 車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを有するステアリング機構を備えた車両の電動パワーステアリング装置において、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記ステアリング機構の操向ハンドルの軸に設けられて当該軸に生じるトルクを検出するトルクセンサと、
   車速センサを備えており、
   前記制御装置は、
   モータ駆動回路と、
   モータ電流検出回路と、
   動作状態情報検出部と、
   基準判定情報記憶部と、
   異常／正常判定部と、
   フェールセーフ処理部と、
   モータリレーを備え、
   前記動作状態情報検出部は、前記トルクセンサで検出した操舵トルク検出値を入力し、これを前記異常／正常判定部に出力するものであり、
   前記基準判定情報記憶部には、複数の車速の領域に応じた複数のトルク判定基準値と判定基準時間が予め格納されており、
   前記異常／正常判定部は、前記動作状態情報検出部から出力された操舵トルク検出値と、前記基準判定情報記憶部から出力された車速の領域に応じたトルク判定基準値と判定基準時間を入力して、前記トルクセンサで検出されたトルク検出信号と前記車速に応じたトルク判定基準値を比較し、前記トルク検出信号が前記判定基準値を超え、超えた状態が前記判定基準時間を超えたときは前記トルクセンサに異常が発生したと判定し、前記フェールセーフ処理部に前記モータへの給電を遮断する作動信号を出力し、
   前記トルクセンサに異常が発生し、前記フェールセーフ処理部に前記モータへの給電を遮断する作動信号を出力するまでの前記判定基準時間経過前に前記操舵トルク検出値が前記判定基準値の範囲内にあり、その状態が前記判定基準時間を超えて経過したと判定されたときは前記トルクセンサは正常に復帰したと判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを有するステアリング機構を備えた車両の電動パワーステアリング装置において、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記ステアリング機構の操向ハンドルの軸に設けられて当該軸に生じるトルクを検出するトルクセンサと、
   車速センサを備えており、
   前記制御装置は、
   モータ駆動回路と、
   モータ電流検出回路と、
   動作状態情報検出部と、
   基準判定情報記憶部と、
   異常／正常判定部と、
   フェールセーフ処理部と、
   モータリレーを備え、
   前記動作状態情報検出部は、前記モータ電流検出回路で検出されたモータ電流検出値を入力し、これを前記異常／正常判定部に出力するものであり、
   前記基準判定情報記憶部には、複数の車速の領域に応じた複数のモータ電流判定基準値と判定基準時間が予め格納されており、
   前記異常／正常判定部は、前記動作状態情報検出部から出力されたモータ電流検出値と、前記基準判定情報記憶部から出力された車速の領域に応じたモータ電流判定基準値と判定基準時間を入力して、前記モータ電流検出回路で検出されたモータ電流検出値と前記車速に応じたモータ電流判定基準値を比較し、前記モータ電流検出値が前記判定基準値を超え、超えた状態が前記判定基準時間を超えたときは前記モータ又は前記モータ駆動回路に異常が発生したと判定し、前記フェールセーフ処理部に前記モータへの給電を遮断する作動信号を出力し、
   前記モータ又は前記モータ駆動回路に異常が発生し、前記フェールセーフ処理部に前記モータへの給電を遮断する作動信号を出力するまでの前記判定基準時間経過前に前記モータ電流検出値が前記判定基準値の範囲内にあり、その状態が前記判定基準時間を超えて経過したと判定されたときは前記モータ又は前記モータ駆動回路は正常に復帰したと判定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを有するステアリング機構を備えた車両の電動パワーステアリング装置において、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記ステアリング機構の操向ハンドルの軸に設けられて当該軸に生じるトルクを検出するトルクセンサと、
   車速センサと、
   前記モータの角速度を検出するモータ角速度センサを備えており、
   前記制御装置は、
   モータ駆動回路と、
   モータ電流検出回路と、
   モータ角速度センサと、
   動作状態情報検出部と、
   基準判定情報記憶部と、
   異常／正常判定部と、
   フェールセーフ処理部と、
   モータリレーを備え、
   前記動作状態情報検出部は、前記モータ角速度センサで検出したモータ角速度検出値を入力し、これを前記異常／正常判定部に出力するものであり、
   前記基準判定情報記憶部には、複数の車速の領域に応じた複数の判定基準モータ角速度と判定基準時間が予め格納されており、前記車速センサで検出された車速が入力されると、検出された車速に応じた前記判定基準モータ角速度と前記判定基準時間が前記異常／正常判定部に出力され、
   前記異常／正常判定部は、前記基準判定情報記憶部から出力された車速の領域に応じた前記判定基準モータ角速度と前記判定基準時間を入力して、前記動作状態情報検出部から出力されるモータ角速度検出値と前記判定基準モータ角速度検出値を比較し、前記モータ角速度検出値が前記判定基準モータ角速度を超えているか否か、前記モータ角速度検出値が当該判定基準値を超えた状態が前記判定基準時間を超えて経過したか否かを判定し、
   前記モータ角速度検出値が当該判定基準値を超えた状態が前記判定基準時間を所定時間経過するまでは前記異常／正常判定部は異常判定を示す信号は出力せず、前記判定基準時間を経過後、前記モータ角速度センサで検出したモータ角速度検出値が前記判定基準値以上で所定の判定基準時間経過後、前記異常／正常判定部で異常の発生と判定されている場合、前記フェールセーフ処理部に前記モータへの給電を遮断する作動信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

Images