JP4319112B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置に関する。

従来から、たとえば三相ブラシレスモータなどのモータが発生するトルクをステアリング機構に伝達し、これにより操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が知られている。

特開２００１−１８７５７８号公報

この電動パワーステアリング装置を補助するモータＭと、そのモータＭを制御するマイクロコントローラＣとの関係を図８に、従来の電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の機能構成を示すブロック図を図９に示す。

図８は、従来の電動パワーステアリング装置を制御するマイクロコントローラＣと、マイクロコントローラＣへ入力される値、そして、マイクロコントローラＣが制御するモータＭとの関係を示している。モータＭは、本明細書中に図示されないが、電動パワーステアリング装置にトルクを補助的に供給するものであり、モータＭは、マイクロコントローラＣが制御するパワー回路５２により駆動される。なお、マイクロコントローラＣには、車速センサ４２により取得した自動車の車速Ｖ、トルクセンサ４３により取得した操舵トルクＴ、モータＭに接続されたレゾルバＲとロータ角度検出回路４５により検出されたモータＭのロータ角度θ_ｒｅが入力され、さらにモータＭは、マイクロコントローラＣによって電流フィードバック制御されるため、マイクロコントローラＣには、モータ電流検出部４１（Ｕ相電流検出部４１ｕ、Ｖ相電流検出部４１ｖ）により検出されたモータＭに流れる電流（Ｕ相電流ｉ_ｕａ、Ｖ相電流ｉ_ｖａ）が入力されている。

続いて、図９について説明する。このモータ制御装置では、車速センサ４２で検知された車速Ｖと、トルクセンサ４３で検知され位相補償回路４４を介すことで位相補償された操舵トルクＴが、マイクロコントローラＣに入力されている。またモータ制御装置はモータＭに通電する目標電流指令値Ｉ_ａ ^＊'（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に流す電流の実効値）を決定するための目標電流演算部６１を備えており、操舵フィーリングを向上させるために、レゾルバＲとロータ角度検出回路４５で検出されたモータＭのロータ角度θ_ｒｅをロータ角速度演算部６５を介して出力されるロータ角速度ω_ｒｅと車速Ｖとから決まる収斂性補正値Ｉ_ｃｏ ^＊を演算し、その収斂性補正値を加算部６２に与える。加算部６２では、目標電流演算部６１から入力される目標電流指令値Ｉ_ａ ^＊'（実効値）と収斂性補正部６４から入力される収斂性補正値Ｉ_ｃｏ ^＊が足し合わされ、モータＭのＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を示す収斂性補正後目標電流指令値Ｉ_ａ ^＊が設定される。さらに、モータＭのロータ角度θ_ｒｅに無関係な直流量として電流値を扱うことを可能とするために、ｑ軸電流指令値演算部６６で、上記収斂性補正後目標電流指令値Ｉ_ａ ^＊にｄ−ｑ座標変換を施してｑ軸電流指令値 ｉ_ｑａ ^＊を設定する。一方、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄａ ^＊は零に設定される。

ｄ軸電流指令値ｉ_ｄａ ^＊およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑａ ^＊は、それぞれ減算部６７ｄ、６７ｑに入力される。これらの減算部６７ｄ、６７ｑには、それぞれ、モータＭのＵ相に実際に流れるＵ相電流ｉ_ｕａを検出するためのＵ相電流検出部４１ｕ、およびＶ相に実際に流れるＶ相電流ｉ_ｖａを検出するためのＶ相電流検出部４１ｖの出力を三相交流／ｄ−ｑ座標変換部６８を介して求められるｄ軸電流検出値ｉ_ｄａ、及びｑ軸電流検出値ｉ_ｑａが与えられるようになっている。したがって、減算部６７ｄ、６７ｑからは、それぞれｄ軸電流指令値ｉ_ｄａ ^＊とｄ軸電流検出値ｉ_ｄａの偏差、およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑａ ^＊とｑ軸電流検出値ｉ_ｑａの偏差が出力されることになる。

この減算部６７ｄ、６７ｑから出力される偏差は、それぞれｄ軸電流ＰＩ（比例積分）制御部６９ｄおよびｑ軸電流ＰＩ制御部６９ｑに与えられ、それぞれｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄａ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑａ ^＊を求める。

ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄａ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑａ ^＊は、ｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２に入力されるようになっている。このｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２にはまた、ロータ角度検出回路４５で検出されるロータ角度θ_ｒｅが入力されており、ｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２は、下記第（１）式に従って、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄａ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑａ ^＊を三相交流座標系の指令値Ｖ_ｕａ ^＊、Ｖ_ｖａ ^＊に変換する。そして、その得られたＵ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊およびＶ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊を、三相ＰＷＭ変調部５１に入力する。

ただし、Ｗ相電圧指令値Ｖ_ｗａ ^＊はｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２では算出されず、ｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２で算出されたＵ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊およびＶ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊に基づいて、Ｗ相電圧指令値演算部７３において算出される。すなわち、Ｗ相電圧指令値演算部７３には、ｄ−ｑ／三相交流座標変換部７２からＵ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊およびＶ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊が入力されており、Ｗ相電圧指令値演算部７３は、零からＵ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊およびＶ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊を減算することによりＷ相電圧指令値Ｖ_ｗａ ^＊を求める。

Ｗ相電圧指令値演算部７３で算出されたＷ相電圧指令値Ｖ_ｗａ ^＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊およびＶ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊と同様に三相ＰＷＭ変調部５１に与えられる。三相ＰＷＭ変調部５１は、それぞれＵ相電圧指令値Ｖ_ｕａ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_ｖａ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_ｗａ ^＊に対応したＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを作成し、その作成したＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗをパワー回路５２に向けて出力する。これにより、パワー回路５２からモータＭのＵ相、Ｖ相およびＷ相に、それぞれＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに応じた電圧Ｖ_ｕａ、Ｖ_ｖａ、Ｖ_ｗａが印加され、モータＭから操舵補助に必要なトルクが発生される。

さらに、上述の特許文献１にはオフセットなどの異常が生じているか否かを判断するための異常判断部７４が備えられており、この異常判断部７４は、三相交流／ｄ−ｑ座標変換部６８から出力されるｄ軸電流検出値ｉ_ｄａおよびｑ軸電流検出値ｉ_ｑａに基づいて異常が生じているか否かを判断する構成になっている。ｄ軸電流検出値ｉ_ｄａおよびｑ軸電流検出値ｉ_ｑａは、Ｕ相電流ｉ_ｕａ、Ｖ相電流ｉ_ｖａおよびＷ相電流ｉ_ｗａの振幅をＩａとすると、下記第（２）式のように示すことができ、ロータ角度θ_ｒｅとは無関係であることが理解できる。したがって、異常判断部７４は、ロータ角度θ_ｒｅと無関係にｄ軸電流検出値ｉ_ｄａおよびｑ軸電流検出値ｉ_ｑａを取得し、その取得したｄ軸電流検出値ｉ_ｄａおよびｑ軸電流検出値ｉ_ｑａに基づいて異常の有無を判断できる。また、モータＭに流れる電流の実効値を演算する必要もないと記載されている。

ただし、上述の特許文献１では、その異常判断の具体的な実現方法、すなわち、どの部分の振幅Ｉ_ａ、ｄ軸電流検出値ｉ_ｄａおよびｑ軸電流検出値ｉ_ｑａを用いるのかなどについては、まったく言及されていない。

そこでこの発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置において制御系の異常判定を簡単に実施する具体的な実現手段を提供することを目的としている。

第１の発明に係る電動パワーステアリング装置は、モータに与えるべき電流として、ｄ−ｑ座標系のｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定するｄ−ｑ指令値設定手段と、前記モータに実際に流れる三相交流電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出される三相交流電流をｄ−ｑ座標系のｄ軸電流検出値、およびｑ軸電流検出値に変換する三相交流／ｄ−ｑ座標変換手段と、前記ｄ−ｑ指令値設定手段により設定されるｄ軸電流指令値ならびにｑ軸電流指令値、および前記三相交流／ｄ−ｑ座標変換手段から出力されるｄ軸電流検出値ならびにｑ軸電流検出値に基づいて、前記モータに印加される電圧を制御する電圧制御手段と、前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流指令値とをベクトル合成しベクトル合成指令値を演算するベクトル合成指令値演算手段と、前記ｑ軸電流検出値と前記ｄ軸電流検出値とをベクトル合成しベクトル合成検出値を演算するベクトル合成検出値演算手段と、前記ベクトル合成指令値と前記ベクトル合成検出値との比較を行い、前記ベクトル合成指令値と前記ベクトル合成検出値との差が所定値以上の状態が所定期間以上継続したときに、制御系に異常が生じたと判定する異常判定手段とを備えるものであり、電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の制御系の異常判定を簡単に実施できるものである。
また、これにより、ｑ軸電流検出値、またはｄ軸電流検出値に生じるノイズなどの誤差を吸収することができる。

第２の発明に係る電動パワーステアリング装置は、異常判定手段により制御系に異常が生じていると判定されたとき、モータへの通電を遮断するものであり、これにより、異常な操舵補助を回避することができる。

第３の発明に係る電動パワーステアリング装置は、モータの回転速度が所定値以上のとき、異常判定を禁止するものであり、これにより、モータの回転により生じる誘起電圧の影響による誤判定を防止することができる。

以下では、この発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る、電動パワーステアリング装置に用いるモータＭの機能構成を説明するためのブロック図である。なお、図１中、図９と同じ番号を付すブロックは、図９で示したブロックと同等の動作をするものであり、これらについての詳細な説明を省略する。

本実施の形態では、目標電流演算部６１で指定された目標電流指令値Ｉ_ａ ^＊’に収斂性補正値Ｉ_ｃｏ ^＊が加算されて算出された収斂性補正後目標電流指定値Ｉ_ａ ^＊がモータＭに正確に通電されているか否かを判定する手段を実現するために、ｄ軸電流偏差判定部１０１ｄとｑ軸電流偏差判定部１０１ｑとが設置されている。ｄ軸電流偏差判定部１０１ｄには、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄａ ^＊と、三相交流／ｄ−ｑ座標変換部６８を介して得られるｄ軸電流検出値ｉ_ｄａとが入力され、またｑ軸電流偏差判定部１０１ｑには、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑａ ^＊と、三相交流／ｄ−ｑ座標変換部６８を介して得られるｄ軸電流検出値ｉ_ｄａとが入力される。このように、双方の入力値を比較することにより、制御系に何らかの異常が生じていることを判定する。

以下、ｑ軸電流偏差判定部１０１ｑの動作について、図２から図５を用いて説明する。

図２から図５は、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との関係と、これらの関係に応じてモータ制御装置の異常判定結果を表す異常フラグの変化を示している。前記ｑ軸電流指令値を中心として所定の許容範囲Ｄ_ｑｏが設定されており、ｑ軸電流検出値Ｉ_ｑａが本許容範囲内にある、すなわち下記第（３）式が成立する場合は、制御系は正常動作中であると判定され、その結果、異常フラグは‘０’となる。

上記第（３）式が成立しない状態、すなわち、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流検出値との差ｉ_ｑｄｅｖがｑ軸電流許容範囲Ｄ_ｑｏを越える状態が、所定時間Ｔ継続した場合、制御系は異常であると判定され異常フラグが‘１’に設定される（図２、図３）。

上記第（３）式が成立しない場合であっても、その状態が所定期間Ｔだけ継続しない場合、制御系は正常であると判定され異常フラグが‘０’となる（図４、図５参照）。

上記異常判定手段により制御系に異常が生じていると判定され、すなわち異常フラグが‘１’に設定された場合、異常な操舵補助を回避するために上記モータへの通電を遮断する。

前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値の差が許容範囲を超える状態が所定期間継続した場合に制御系に異常が生じたと判定することによって、ノイズなどの雑音などが原因でｑ軸電流検出値ｉ_ｑａが瞬間的に大きく変動し許容範囲を超えた場合でも制御系が異常であるとは判定されず、モータ制御装置は正常動作の継続が可能となる。

図６は、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値を用いた異常判定動作を示すタイミングチャートであり、その動作は、上述したｑ軸電流によるものと同じであるので詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態では、ｄ軸電流偏差判定部１０１ｄとｑ軸電流偏差判定部１０１ｑ双方を設けた場合について説明したが、制御系の異常判定手段を簡単化するために、ｑ軸電流偏差判定部１０１ｑのみを用いた構成としてもよく、また、ｄ軸電流偏差判定部１０１ｄのみを用いた構成としてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値の差および軸電流指令値とｄ軸電流検出値の差が許容範囲内にあるか否かをそれぞれ個別に判定するものについて説明したが、ｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値とをベクトル合成したベクトル合成指令値とｑ軸電流検出値とｄ軸電流検出値とをベクトル合成したベクトル合成検出値を用いて制御系に異常が生じたことを判定するようにしてもよい。

また、制御系が正常な状態であっても、モータＭが回転することにより発生する誘起電圧の影響によって、ｑ軸あるいはｄ軸電流指令値とｑ軸あるいはｄ軸電流検出値の偏差が許容範囲を超える状態となることがあるが、モータＭの回転速度が所定値以上の場合には故障判定を禁止するように構成することによって、誘起電圧の影響による誤判定を防止することができる。

さらにまた、上述の実施の形態では、異常を検出した場合に、マイクロコントローラＣに実装されたソフトウェアでパワー回路５２によりモータＭへの通電を遮断するべく制御していたが、パワー回路５２の異常の場合であってもモータＭへの通電を遮断するべく、パワー回路５２の外部にスイッチ手段を配設してもよい。

図７は、本実施例を説明するための回路図であり、８は電動パワーステアリング装置の電源であるバッテリ、９は電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置、５２は前述のパワー回路であって、マイクロコントローラＣの出力を電流増幅するためのプリドライバ５２ａ、パワーＭＯＳＦＥＴによる三相ブリッジ回路５２ｂ、コンデンサ５２ｃから構成されている。１０はリレー等で構成され、バッテリ８とプリドライバ５２ａを接続または開放するための第１のスイッチ手段、１１はバッテリ８と三相ブリッジ回路５２ｂを接続または開放するための第２のスイッチ手段、１２はモータＭの少なくとも２相とパワー回路５２を接続または開放するための第３のスイッチ手段であって、いずれもモータ制御装置９に内蔵されている。なお、上述の実施例に相当する箇所には同一番号を付しており、説明は省略する。

本実施例においては、マイクロコントローラＣが異常を検出した場合、三相ブリッジ回路５２ｂによるモータＭの駆動を停止させるべくプリドライバ５２ａを駆動するとともに、第１〜第３のスイッチ手段を遮断し、モータＭの駆動を停止する。これにより、パワー回路５２の故障により異常を検出した場合であっても、モータＭの駆動を確実に停止させることができる。

なお、本実施例では、第１から第３の３つのスイッチ手段を設けたが、いずれか１つでも同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置に用いるモータ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の一実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す回路図である。 電動パワーステアリング装置を制御するモータと、そのモータを制御するマイクロコントローラとの関係を示す図である 従来の電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

Ｃ マイクロコントローラ、Ｍ モータ、Ｒ レゾルバ、４１ モータ電流検出部、４１ｕ Ｕ相電流検出部、４１ｖ Ｖ相電流検出部、４２ 車速センサ、４３ トルクセンサ、４４ 位相補償回路、４５ ロータ角度検出回路、５１ 三相ＰＷＭ変調部、５２ パワー回路、６１ 目標電流演算部、６４ 収斂値補正部、６６ ｑ軸電流指令値演算部、６８ 三相交流／ｄ−ｑ座標変換部、６９ｄ ｄ軸電流ＰＩ制御部、６９ｑ ｑ軸電流ＰＩ制御部、７２ ｄ−ｑ／三相交流座標変換部、７３ Ｗ相電圧指令値演算部、 １０１ｄ ｄ軸電流偏差判定部、１０１ｑ ｑ軸電流偏差判定部

Claims (3)

1. モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、前記モータに与えるべき電流として、ｄ−ｑ座標系のｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定するｄ−ｑ指令値設定手段と、前記モータに実際に流れる三相交流電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出される三相交流電流をｄ−ｑ座標系のｄ軸電流検出値、およびｑ軸電流検出値に変換する三相交流／ｄ−ｑ座標変換手段と、前記ｄ−ｑ指令値設定手段により設定されるｄ軸電流指令値ならびにｑ軸電流指令値、および前記三相交流／ｄ−ｑ座標変換手段から出力されるｄ軸電流検出値ならびにｑ軸電流検出値に基づいて、前記モータに印加される電圧を制御する電圧制御手段と、前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流指令値とをベクトル合成しベクトル合成指令値を演算するベクトル合成指令値演算手段と、前記ｑ軸電流検出値と前記ｄ軸電流検出値とをベクトル合成しベクトル合成検出値を演算するベクトル合成検出値演算手段と、前記ベクトル合成指令値と前記ベクトル合成検出値との比較を行い、前記ベクトル合成指令値と前記ベクトル合成検出値との差が所定値以上の状態が所定期間以上継続したときに、制御系に異常が生じたと判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記異常判定手段により前記制御系に異常が生じていると判定されたとき、前記モータへの通電を遮断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。
3. 前記モータの回転速度が所定値以上のとき、異常判定を禁止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。

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