JP2005176477A - モータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で判定し得るモータ制御装置および車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ５０の監視回路７０では、トリガ出力回路７１によりモータレゾルバ４２の励磁信号に基づいてトリガ信号trg を出力し、トリガ信号trg に基づいてＳ／Ｈ回路７２によりＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖおよびモータレゾルバ４２から出力される cos相信号をサンプリング・ホールドし、ｑ軸電流指令値Ｉq^*を配線８０により取得し、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７および符号比較回路７８により、所定式に基づく cos相信号、ｑ軸電流指令値Ｉq^*、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値Ｉｖの関係から導き出される極性符号の一致または不一致に基づいてＣＰＵ６０の正常か異常かを判定し、正常であれば「１」を、また異常であれば「−１」の判定情報として出力する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、１相励磁２相出力型のレゾルバにより検出されたモータ回転角に基づいてモータ制御ＣＰＵによりＤＣブラシレスモータをベクトル制御するモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置に関するものである。

従来より、ＤＣブラシレスモータのベクトル制御においてトルク指令電流値（ｑ軸電流指令値）に対して当該モータに実際に流れる電流（以下「実トルク電流」という。）の方向が正しいか否かを監視するものとして、例えば、下記特許文献１に開示されている「モータ制御装置」がある。この「モータ制御装置」では、フィードバック変換部から送られたトルク電流検知値とモータ制御ＣＰＵのトルク指令値演算部にて演算されたトルク指令値とを所定のマップを参照して比較しモータの出力トルクの方向を監視するトルク方向監視部を、当該モータ制御ＣＰＵ以外のＣＰＵである車両制御ＣＰＵに設けている。これにより、当該モータ制御ＣＰＵ内の演算異常によるモータの反対方向への出力やモータの異常出力を簡易に判定できるとしている。
特開２０００−２３４９９号公報（第２頁〜第４頁、図１、２）

しかしながら、上記特許文献１に開示される「モータ制御装置」によると、モータ制御ＣＰＵとは別個の外部ＣＰＵである車両制御ＣＰＵによって独自に実トルク電流を求めてトルク指令電流を比較している。また両者の比較にはマップを参照している。そのため、当該車両制御ＣＰＵでは、実トルク電流を独自に演算することによる処理負荷の増大等を余儀なくされていることから、当該車両制御ＣＰＵ全体の演算処理に対するスループットの低下を招くという課題がある。このような課題はパフォーマンスが高く演算処理がより高速なＣＰＵを用いることによっても解決し得るが、パフォーマンスの高いＣＰＵは一般に価格も高いため、製品コストの上昇に直結し得るという新たな課題を招来してしまう。

例えば、図８に示すような電気式動力舵取装置の操舵機構１００に内蔵されるアシストモータＭをＰＩ制御するモータ制御装置として、位相補償処理１１１、アシスト制御処理１１２、ＰＩ制御処理１１３、１１４、２相３相変換処理１１５、ＰＷＭ変換処理１１６、３相２相変換処理１１８、モータ回転角演算処理１１９等を実行可能なモータ制御ＣＰＵ１１０がある。このようなモータ制御ＣＰＵ１１０では、インバータ１０５から出力されてアシストモータＭを駆動するＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗを３相２相変換処理１１８により変換してｄ軸実電流値Ｉｄおよびｑ軸実電流値Ｉｑを求め、このｄ軸，ｑ軸実電流値Ｉｄ,Ｉｑ とアシスト制御処理１１２から出力されるｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉd^*,Ｉq^* との偏差をＰＩ制御ループにフィードバックさせる。これにより、ＰＩ制御処理１１３、１１４からは当該フィードバック制御されたｄ軸，ｑ軸それぞれの電圧指令値Ｖd^*,Ｖq^* が出力されるので、これを２相３相変換処理１１５により３相の電圧指令値Ｖu^*,Ｖv^*,Ｖw^*に変換してＰＷＭ変換処理１１６を介してインバータ１０５にＰＷＭ信号ＰＷＭu^*,ＰＷＭv^*,ＰＷＭw^*を出力することで、当該アシストモータＭのＰＷＭ制御を可能にしている。

このようなモータ制御ＣＰＵ１１０によるｑ軸電流指令値Ｉｑに対する実トルク電流の方向が正しいか否かを監視するものとして、前述の「モータ制御装置」のように、モータ制御ＣＰＵ１１０とは別個の外部ＣＰＵにより監視する構成を採ると、例えば、３相２相変換処理１２１、モータ回転角演算処理１２２、トルク出力方向監視処理１２３等を実行可能な監視ＣＰＵ１２０を設ける必要がある。即ち、モータ制御ＣＰＵ１１０でｄ軸，ｑ軸実電流値Ｉｄ,Ｉｑ を求めたように、監視ＣＰＵ１２０においてもアシストモータＭに流れる３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗからｑ軸実電流値Ｉｑ’を３相２相変換処理１２１により求め、このｑ軸実電流値Ｉｑ’とモータ制御ＣＰＵ１１０で求められたｑ軸電流指令値Ｉq^*とから所定のマップ等を参照してアシストモータＭの出力トルクの方向が正常か異常かをトルク出力方向監視処理１２３によって監視し判定する。

なお、図８に示すようなアシストモータＭのモータ制御装置の構成例と上記特許文献１に開示される前述の「モータ制御装置」の構成とを対比すると、図８に示すアシスト制御処理１１２は特許文献１の「モータ制御装置」のトルク指令値演算部(18)および電流値演算部(22)に相当する（括弧内の数字は上記特許文献１に記載されている符号に対応、以下同じ。）。以下同様に、ＰＩ制御処理１１３、１１４、２相３相変換処理１１５およびＰＷＭ変換処理１１６は特許文献１の「モータ制御装置」の比較調整部(28)に相当し、また３相２相変換処理１１８、１２１は特許文献１の「モータ制御装置」のフィードバック変換部(34)に相当し、さらにトルク出力方向監視処理１２３は特許文献１の「モータ制御装置」のトルク方向監視部(42)に相当する。

図８に示したように、上述したような従来の構成を採用すると、モータ制御ＣＰＵ１１０とは別個に監視ＣＰＵ１２０を設けることから、監視ＣＰＵ１２０を新たに追加すればその周辺回路や制御プログラム等も必要となる。そのため、ハードウェアおよびソフトウェアの双方ともに構成・制御が複雑化するうえに、製品コストの上昇にもつながるという課題が発生する。また、当該監視ＣＰＵ１２０の役割を既存の他のＣＰＵに担わせたとしても、前述したように、演算処理のスループット低下や製品コストの上昇を招き得るという課題が発生する。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、モータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で判定し得るモータ制御装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、ＤＣブラシレスモータの出力が正当または不当であることを安価な構成で判定し得るモータ制御装置を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、不当な方向に作用する駆動力の発生を防止し得る車両用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、トリガ手段、ホールド手段、取得手段および判定手段をモータ制御ＣＰＵとは機能的に独立した論理回路によって構成し、トリガ手段によりレゾルバの励磁信号に基づいてトリガ信号を出力し、このトリガ信号に基づいてホールド手段によりＤＣブラシレスモータを駆動するＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電流信号のうちの少なくとも２相の電流信号およびレゾルバから出力される cos相信号をホールドする。そして、取得手段により３相電流信号に変換されるｄ軸，ｑ軸電流指令値のうちｑ軸電流指令値を取得し、判定手段により、所定式に基づく cos相信号、ｑ軸電流指令値および２相の電流信号の関係から導き出される極性符号の一致または不一致に基づいてモータ制御ＣＰＵの正常か異常かを判定し当該判定結果を判定情報として出力する。これにより、モータ制御ＣＰＵとは別個の外部ＣＰＵを設けることなく、判定手段から出力される判定情報によってモータ制御ＣＰＵが正常であるか異常であるかを判断することができる。

なお「モータ制御ＣＰＵとは機能的に独立」とは、たとえモータ制御ＣＰＵの制御プログラムが暴走等を起こしてモータ制御ＣＰＵ自体が制御不能な状態になったとしても、モータ制御ＣＰＵの機能状態に影響を受けることなく、論理回路として正常な機能を独自に発揮し得ることを意味する（特許請求の範囲においても同様）。

また、当該所定式は、例えば、２相の電流信号がＵ相電流信号およびＶ相電流信号である場合、 cos相信号を cosθ、ｑ軸電流指令値をＩq^*、Ｕ相電流信号の実電流値をＩｕ、Ｖ相電流信号の実電流値をＩｖとすると、sign（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）＝sign（Ｉq^*× cosθ）で表される。sign（）は、括弧内の演算結果より正負の極性符号を得る関数である（以下同じ）。この場合、当該式が成立すればモータ制御ＣＰＵは正常であると判定され、成立しなければ異常であると判定される。また、例えば、２相の電流信号がＵ相電流信号およびＷ相電流信号である場合、 cos相信号を cosθ、ｑ軸電流指令値をＩq^*、Ｕ相電流信号の実電流値をＩｕ、Ｗ相電流信号の実電流値をＩｗとすると、sign（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）≠sign（Ｉq^*× cosθ）またはsign（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）＝sign（−Ｉq^*× cosθ）で表される。この場合、当該式が成立すればモータ制御ＣＰＵは正常であると判定され、成立しなければ異常であると判定される。

特許請求の範囲に記載の請求項２記載の手段を採用することによって、判定情報は、ｄ軸，ｑ軸電流指令値のうちのｄ軸電流指令値がほぼゼロまたはゼロである場合に出力されることから、例えば、ＤＣブラシレスモータの固定子のコイルに回転子の永久磁石による磁力を打ち消す電流を流して誘導起電圧を下げる「弱め界磁制御」が行われる場合を有するものであっても、このｄ軸電流指令値の影響を受けることなく、判定手段から出力される判定情報によってモータ制御ＣＰＵが正常であるか異常であるかを正確に判断することができる。

特許請求の範囲に記載の請求項３記載の手段を採用することによって、トリガ手段は、励磁信号がsin(ωt)＝１またはsin(ωt)＝−１である場合にトリガ信号を出力することから、励磁信号の振幅が最大になるタイミングでトリガ信号を出力することできる。そのため、ホールド手段によりホールドされる cos相信号の振幅も最大にすることができ、判定手段による極性符号の一致・不一致をより確実に行うことができる。

特許請求の範囲に記載の請求項４記載の手段を採用することによって、２相の電流信号は、３相電流信号のうち、「Ｕ相電流信号およびＶ相電流信号」または「Ｕ相電流信号およびＷ相電流信号」であることから、Ｕ相電流信号を中心にＶ相またはＷ相のいずれか１相の電流信号を検出する場合に好適に構成することができる。なお、２相の電流信号は、３相電流信号のうち、「Ｕ相電流信号およびＶ相電流信号」または「Ｖ相電流信号およびＷ相電流信号」としても良い。これにより、Ｖ相電流信号を中心にＵ相またはＷ相のいずれか１相の電流信号を検出する場合に好適に構成することができる。

特許請求の範囲に記載の請求項５記載の手段を採用することによって、判定手段によりモータ制御ＣＰＵが異常である旨の判定情報が出力された場合には、モータ制御ＣＰＵによるアシストモータの駆動制御が中止される。これにより、例えば、アシストモータの出力が不当なときの操舵輪のアシスト制御を防止することができる。

請求項１の発明では、モータ制御ＣＰＵとは別個の外部ＣＰＵを設けることなく、トリガ手段、ホールド手段、取得手段および判定手段をモータ制御ＣＰＵとは機能的に独立した論理回路によって構成し、判定手段から出力される判定情報によってモータ制御ＣＰＵが正常であるか異常であるかを判断することができる。したがって、別個の外部ＣＰＵを設けた場合に比べモータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で判定することができる。またこれにより、ＤＣブラシレスモータの出力が正当または不当であることを安価な構成で判定することができる。

請求項２の発明では、例えば、ＤＣブラシレスモータの固定子のコイルに回転子の永久磁石による磁力を打ち消す電流を流して誘導起電圧を下げる「弱め界磁制御」が行われる場合を有するものであっても、このｄ軸電流指令値の影響を受けることなく、判定手段から出力される判定情報によってモータ制御ＣＰＵが正常であるか異常であるかを正確に判断することができる。したがって、このような「弱め界磁制御」が行われる場合を有するものであっても、モータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で正確に判定することができる。またこれにより、ＤＣブラシレスモータの出力が正当または不当であることを安価な構成で判定することができる。

請求項３の発明では、励磁信号の振幅が最大になるタイミングでトリガ信号を出力することできるため、ホールド手段によりホールドされる cos相信号の振幅も最大にすることができ、判定手段による極性符号の一致・不一致をより確実に行うことができる。したがって、モータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で確実に判定することができる。またこれにより、ＤＣブラシレスモータの出力が正当または不当であることを安価な構成で確実に判定することができる。

請求項４の発明では、Ｕ相電流信号を中心にＶ相またはＷ相のいずれか１相の電流信号を検出する場合に好適に構成することができるので、前述の効果に加えて、ハードウェアの構成上、例えば、Ｗ相やＶ相の電流信号を利用できないといった制限がある場合においてもモータ制御ＣＰＵの正常・異常を安価な構成で判定することができる。また、Ｖ相電流信号を中心にＵ相またはＷ相のいずれか１相の電流信号を検出する場合も、前述の効果に加えて、同様にハードウェア構成上、例えば、Ｕ相やＷ相の電流信号を利用できないといった制限に対応することができる。

請求項５の発明では、判定手段によりモータ制御ＣＰＵが異常である旨の判定情報が出力された場合には、モータ制御ＣＰＵによるアシストモータの駆動制御が中止されるので、例えば、アシストモータの出力が不当なときの操舵輪のアシスト制御を防止することができる。したがって、不当な方向に作用する駆動力の発生を防止することができる。

以下、本発明のモータ制御装置を適用した車両用の電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る電気式動力舵取装置（以下、「本電気式動力舵取装置」という。）は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、アシストモータ４０、モータレゾルバ４２、ボールねじ機構４４等を備える操舵機構２０と、この操舵機構２０のアシストモータ４０を駆動制御するモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ）５０とから構成されている。本電気式動力舵取装置は、トルクセンサ３０により検出された操舵状態に基づいて、アシストモータ４０を駆動して運転者による操舵をアシストするもので、特許請求の範囲に記載の「車両用操舵装置」に相当し得るものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の操舵輪が連結されている。

図１に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、ピニオンハウジング２５内に収容されたトルクセンサ３０の入力軸２３ａおよび図略のトーションバーが連結されている。またこのトーションバーの他端側には、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂがスプライン結合により連結されている。なお、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部にはピニオンギヤが形成されている。

トルクセンサ３０は、入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間に介在する第１レゾルバ３５と、出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間に介在する第２レゾルバ３７とによって構成されている。このトルクセンサ３０は、ステアリングホイール２１による操舵状態（操舵トルクや操舵角）を検出する機能を有するもので、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている（図２参照）。これにより、後述するように、トルクセンサ３０は、第１レゾルバ３５により検出される第１操舵角と第２レゾルバ３７により検出される第２操舵角との角度差や角度比等から得られるトーションバーの捻れ角相当のトルク信号ＴｓをＥＣＵ５０に出力している。

ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、ピニオン軸２３のピニオンギヤに噛合可能な図略のラック溝を備えている。これにより、ピニオン軸２３とともにラックアンドピニオン機構を構成している。またラック軸２４の中間部には、螺旋状にボールねじ溝２４ａが形成されている。

アシストモータ４０は、ラック軸２４と同軸に回転可能にベアリング２９により軸受される円筒形状のモータ軸４３、このモータ軸４３の外周に設けられた図略の永久磁石、図略のステータや励磁コイル等により構成されている電動機で、特許請求の範囲に記載の「ＤＣブラシレスモータ」に相当し得るものである。

即ち、このアシストモータ４０は、ステータに巻回された例えば３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の励磁コイルにより発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸４３の永久磁石に作用することよって、モータ軸４３が回転し得るように構成されている。なお、この励磁コイルに印加される電圧を検出し得る図略の電圧センサおよび励磁コイルに流れる電流（Ｕ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、Ｗ相実電流値Ｉｗ）を検出し得る電流センサ４７が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとにアシストモータ４０またはＥＣＵ５０に設けられている。

モータレゾルバ４２は、アシストモータ４０が収容されているモータハウジング２７とモータ軸４３との間に設けられており、モータ軸４３の回転角（以下「モータ回転角」という。）θｍを検出する機能を有するように構成されている。このモータレゾルバ４２も、トルクセンサ３０と同様、ＥＣＵ５０に電気的に接続され（図２参照）、モータ回転角θｍに対応する信号をＥＣＵ５０に出力している。なお、このモータレゾルバ４２は、後述するように、特許請求の範囲に記載の「１相励磁２相出力型のレゾルバ」に相当し得るものである。

ボールねじ機構４４は、ラック軸２４とモータ軸４３との間に介在して、モータ軸４３の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換する機能を有するものである。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカにすることができる。

このように操舵機構２０を構成することにより、ステアリングホイール２１による操舵状態をトルクセンサ３０から出力されるトルク信号Ｔｓにより検出することができ、またモータレゾルバ４２から出力されるモータ回転角θｍの信号や電流センサ４７から出力される３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗによってアシストモータ４０の動作状態を検出することができる。

次に、このような操舵機構２０を構成するアシストモータ４０の駆動制御を担うＥＣＵ５０の電気的構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、主に、インターフェイス５２、インバータ５４、入出力バッファ５６、ＣＰＵ６０、監視回路７０、リレー制御部９０等により構成されており、ＣＰＵ６０を中心に入出力バスを介してインターフェイス５２、インバータ５４や入出力バッファ５６が接続されている。

ＣＰＵ６０は、例えば、マイコン、半導体メモリ装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）等から構成されており、上述したような本電気式動力舵取装置の基本的なモータ制御を所定のコンピュータプログラムにより実行する機能を有するものである。即ち、ＣＰＵ６０は、モータレゾルバ４２により検出されたモータ回転角θｍに基づいてアシストモータ４０をベクトル制御する。なお、このＣＰＵ６０は、特許請求の範囲に記載の「モータ制御ＣＰＵ」に相当し得るものである。

インターフェイス５２は、前述したトルクセンサ３０やモータレゾルバ４２あるいは電流センサ４７等から入力される各種センサ信号を、Ａ／Ｄ変換器等を介してＣＰＵ６０の所定ポートに入力したり、またＣＰＵ６０から出力されるレゾルバ励磁信号をＡ／Ｄ変換器等を介してモータレゾルバ４２やトルクセンサ３０（第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７）に出力したりする機能を有するものである。なお、図２では、ＣＰＵ６０からレゾルバに出力されるレゾルバ励磁信号やレゾルバからＣＰＵ６０に入力される sin相信号や cos相信号は、便宜上、入出力バッファ５６を介して入出力されているように図示されているが、この入出力バッファ５６はインターフェイス５２の概念に含まれるものである。

インバータ５４は、直流電源BattからリレーRLを介して供給される電力を制御可能な３相交流電力に変換する機能を有するもので（図４参照）、ＰＷＭ回路とスイッチング回路等から構成されている。なお、リレーRLは、通電（オン）時に接点が導通状態になり、非通電（オフ）時に接点が非導通状態になるメーク接点型のもので、リレー制御部９０によりオンオフ制御されている。

リレー制御部９０は、リレーRLを駆動制御するリレー制御回路９１をはじめ、図略の他のリレーを駆動制御するリレー制御回路等を備えたもので、例えば、リレー制御回路９１は、監視回路７０から入力される判定情報に基づいてリレーRLをオンオフ制御している。本実施形態の場合、後述するように、ＣＰＵ６０の正常時には監視回路７０からＣＰＵ６０の正常を示す判定情報「１」が入力されるので、リレー制御回路９１ではリレーRLをオン状態に維持する制御信号ＲｓをリレーRLに出力することによって直流電源Battからインバータ５４への電力供給を可能にする。一方、ＣＰＵ６０の異常時には監視回路７０からＣＰＵ６０の異常を示す判定情報「−１」が入力されるので、リレー制御回路９１ではリレーRLをオン状態に維持する制御信号Ｒｓの出力を中止することによって直流電源Battからインバータ５４への電力供給を不能にする。なお、監視回路７０の構成等は、後で詳述する。

ここで、モータレゾルバ４２の構成を図３(A) に基づいて説明する。なお、トルクセンサ３０を構成する第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、モータレゾルバ４２と構成がほぼ同様であるので、これらについては説明を省略する。図３(A) に示すように、モータレゾルバ４２は、第１ヨークYK1 、第２ヨークYK2 、第３ヨークYK3 および第４ヨークYK4 と、第１コイルCL1 、第２コイルCL2 、第３コイルCL3 、第４コイルCL4 および第５コイルCL5 とから構成される、対極数７（いわゆる７Ｘ）のレゾルバである。

第１ヨークYK1 は、モータハウジング２７の内周に沿って円環状に形成されており、当該モータハウジング２７に固定されている。また、第１ヨークYK1 の内周には、第１コイルCL1 が巻回されている。一方、第２ヨークYK2 は、第１ヨークYK1 と同様、円環状に形成されており、第１ヨークYK1 と対向するようにモータ軸４３の外周に固定されて、第２コイルCL2 が巻回されている。これにより、第２ヨークYK2 はモータ軸４３と一体に回転できる。

第３ヨークYK3 は、第２ヨークYK2 とモータ軸４３の軸方向にずれて、モータ軸４３の外周上に固定されており、モータ軸４３と一体に回転可能に構成されている。この第３ヨークYK3 には、第３コイルCL3 が巻回されており、この第３コイルCL3 は、第２ヨークYK2 の第２コイルCL2 に電気的に並列接続されている。一方、第４ヨークYK4 は、第１ヨークYK1 と同様、モータハウジング２７の内周に沿って円環状に形成されており、第４コイルCL4 および第５コイルCL5 が巻回されて当該モータハウジング２７に固定されている。なお、第５コイルCL5 は、第４コイルCL4 に対し位相を９０度ずらして巻回されている。

次に、モータレゾルバ４２の電気的特性を図３(B) に基づいて説明する。なお、第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、モータレゾルバ４２と電気的特性がほぼ同様であるので、これらについては説明を省略する。

モータレゾルバ４２は、前述したように、第１コイルCL1 〜第５コイルCL5 により構成され、これらの各コイルは図３(B) に示すような回路図による接続関係を持つ、いわゆる１相励磁２相出力（電圧検出）型のレゾルバである。そのため、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ６０から出力される励磁信号Ｅ１を、ＥＣＵ５０の入出力バッファ５６を介して、回転トランスである第１コイルCL1 および第２コイルCL2 に与え、さらに１相の励磁コイルである第３コイルCL3 に与えることにより、２相の出力コイルである第４コイルCL4 および第５コイルCL5 から検出角度θ（電気角）に応じたレゾルバ出力信号Ｅ２、Ｅ３を得ることができる。そして、このようなモータレゾルバ４２から出力されるレゾルバ出力信号は、 sin相信号および cos相信号により構成されるアナログ信号であるため、ＥＣＵ５０の入出力バッファ５６を介してＣＰＵ６０に内蔵されるＡ／Ｄ変換器に入力されることにより、ＣＰＵ６０により処理可能なディジタル信号に変換される。

なお、モータレゾルバ４２から得られる電気角θM は、モータ軸４３の１回転（３６０度）につき、７つのピーク点を有する。これは、前述したように、モータレゾルバ４２が対極数７のレゾルバであり、電気的には７組のＮ極、Ｓ極を有することから、機械角３６０°に対して３６０°×７＝２５２０°に相当する電気角を出力し得るためである。つまり、当該モータレゾルバ４２は電気角３６０°のレゾルバより７倍の分解能を有する。

続いて、モータレゾルバ４２から出力されるレゾルバ信号に基づいたモータ回転角θｍの検出方法について説明する。まず、モータ軸４３がある回転角で回転した場合において、モータレゾルバ４２の第１コイルCL1 に交流電圧Ｅ１が印加されると、その印加電圧に応じて第１ヨークYK1 に磁束が発生し、その磁束が第２ヨークYK2 に伝えられる。すると、この磁束が第２コイルCL2 を鎖交することにより交流電圧が誘起されるので、第２コイルCL2 に接続された第３コイルCL3 にも交流電圧が発生する。そして、この第３コイルCL3 に発生した交流電圧により、第４コイルCL4 および第５コイルCL5 には交流電圧が誘起されて、交流電圧Ｅ２、Ｅ３が出力される。

このような印加された交流電圧Ｅｌおよび出力された交流電圧Ｅ２、Ｅ３は、次の式(1) および式(2) の関係を満たす。なお式(1) および式(2) において、Ｋは変圧比を示す。

Ｅ２ ＝ Ｋ・Ｅ１× cosθ …(1)

Ｅ３ ＝ Ｋ・Ｅ１× sinθ …(2)

このため、当該交流電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を電圧センサ等により検出することで、上式(1) および式(2) に基づいてモータ回転角θｍを算出することができるので、その演算結果からアシストモータ４０のモータ回転角θｍを検出することができる。そしてこのように検出されたモータ回転角θｍは、次に述べるようにＥＣＵ５０において当該アシストモータ４０のＰＩ制御に用いられる。また、トルクセンサ３０を構成する第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７によるそれぞれの回転角についてもモータレゾルバ４２と同様に求めることができる。そのため、ピニオン軸２３の入力軸２３ａと出力軸２３ｂ、そしてこれらの間に介在するトーションバーのばね係数との関係からステアリングホイール２１による操舵トルクＴｓを算出することができる。この操舵トルクＴｓもＥＣＵ５０によるアシストモータ４０の制御に用いられる。

これにより、図２に示すＥＣＵ５０では、次述するＰＩ制御により、トルクセンサ３０のトルク信号Ｔｓやモータレゾルバ４２のモータ回転角θｍあるいは電流センサ４７の３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗに基づいて、操舵状態に適したアシストトルクをアシストモータ４０に発生させ得るため、本電気式動力舵取装置の操舵機構２０では、ステアリングホイール２１により操舵する運転者の操舵を補助可能にしている。

次に、ＥＣＵ５０によるアシストモータ４０に対するＰＩ制御系の演算処理を図４に基づいて説明する。なおこの演算処理は、ＥＣＵ５０のＣＰＵ６０により、所定周期（例えば１ミリ秒）ごとに実行される、例えばタイマ割り込み処理によって行われている。

図４に示すように、トルクセンサ３０からＣＰＵ６０に入力されるトルク信号Ｔｓは、図略のフィルタ回路によりノイズ成分が除去された後、位相補償部６１に入力される。位相補償部６１では、トルクセンサ３０の出力に対する応答性を速くするため位相を進める処理を行った後、位相補償されたトルク信号Ｔｓをアシスト制御部６２に出力する。

アシスト制御部６２では、位相補償部６１から入力されたトルク信号Ｔｓによる検出トルクに基づいて操舵力を補助するため、アシストモータ４０に発生させる二次磁束に対する電流値、つまり界磁電流値（ｄ軸電流指令値Ｉd^*）と、アシストトルクに対応する電流値、つまりトルク指令電流値（ｑ軸電流指令値Ｉq^*）とを設定する処理を行う。例えば、ｄ軸電流指令値Ｉd^*は弱め界磁制御による設定が行われ、ｑ軸電流指令値Ｉq^*は検出トルクに基づいて所定のマップや演算式による設定が行われる。このように設定されたｄ軸電流指令値Ｉd^*およびｑ軸電流指令値Ｉq^*は、それぞれＰＩ制御部６４、６３の前段に位置する加算部に出力される。

ＰＩ制御部６４、６３の前段に位置する加算部では、アシスト制御部６２から出力される電流指令値Ｉd^*,Ｉq^* と、後述する３相２相変換部６７から帰還されるインバータ５４のｄ軸，ｑ軸実電流値Ｉｄ,Ｉｑ との偏差を求める加算処理を行う。これにより、ｑ軸電流指令値Ｉq^*とｑ軸実電流値Ｉｑとの偏差およびｄ軸電流指令値Ｉd^*とｄ軸実電流値Ｉｄとの偏差が、それぞれ算出されてＰＩ制御部６４、６３に出力される。

ＰＩ制御部６３、６４では、比例積分制御が行われる。即ち、ＰＩ制御部６３では、前段の加算部から出力された、ｑ軸電流指令値Ｉq^*とｑ軸実電流値Ｉｑとの偏差に基づいて比例積分演算を行い、目標値に達するまで積分値の訂正動作としてｑ軸の電圧指令値Ｖq^*を２相３相変換部６５に出力する処理を行う。つまり、ＰＩ制御部６３は、加算部とともにフィードバック演算処理を行う。またＰＩ制御部６４も同様に、ｄ軸電流指令値Ｉd^*とｄ軸実電流値Ｉｄとの偏差に基づいて比例積分演算を行い、目標値に達するまで積分値の訂正動作としてｄ軸の電圧指令値Ｖd^*を２相３相変換部６５に出力する処理を行う。

２相３相変換部６５は、ＰＩ制御部６３、６４から、それぞれ入力されたｑ軸電圧指令値Ｖq^*およびｄ軸の電圧指令値Ｖd^*をｄｑ逆変換（３相変換）して、各相の電圧指令値Ｖu^*,Ｖv^*,Ｖw^*を演算する処理を行う。２相３相変換部６５により逆変換された電圧指令値は、Ｕ相電圧指令値Ｖu^*、Ｖ相電圧指令値Ｖv^*、Ｗ相電圧指令値Ｖw^*としてＰＷＭ変換部６６に出力される。ＰＷＭ変換部６６では、各相の電圧指令値Ｖu^*,Ｖv^*,Ｖw^*を各相ごとのＰＷＭ指令値ＰＷＭu^*,ＰＷＭv^*,ＰＷＭw^*に変換する処理を行う。

インバータ５４では、ＰＷＭ変換部６６から出力される各相のＰＷＭ信号ＰＷＭu^*,ＰＷＭv^*,ＰＷＭw^*に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに図略のスイッチング回路をオンオフする。これにより、インバータ５４は、直流電源Battから供給される直流電力を３相交流電力に変換してアシストモータ４０に駆動電力を供給するので、トルクセンサ３０により検出された操舵状態に適したアシストトルクをアシストモータ４０に発生させることができる。そして、インバータ５４から出力される出力電流は、各相ごとに電流センサ４７に検出され、それぞれＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、Ｗ相実電流値Ｉｗとして３相２相変換部６７に出力される。また、これらのうちＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖは、後述する監視回路７０にも出力される。

３相２相変換部６７は、電流センサ４７から、それぞれ入力された各相の実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗをｄｑ変換（２相変換）して、ｄ軸実電流値Ｉｄとｑ軸実電流値Ｉｑとを演算する処理を行う。なおこの３相２相変換部６７には、モータ回転角演算部６９からモータ回転角θｍも入力される。３相２相変換部６７により変換されたインバータ５４の出力電流値は、ｄ軸，ｑ軸実電流値Ｉｄ,Ｉｑ として前述のＰＩ制御部６４、６３の前段に位置する加算部にそれぞれフィードバック入力される。これにより、前述したようにＰＩ制御部６３、６４によるフィードバック演算処理が可能となる。

モータ回転角演算部６９は、モータレゾルバ４２から入力される２相出力信号（ sin相信号、 cos相信号）に基づいて前掲の式(1),(2) によりモータ回転角θｍを演算する処理を行う。これにより算出されたモータ回転角θｍは、３相２相変換部６７に出力される。なお、モータレゾルバ４２には、レゾルバ励磁信号出力部６８から出力される励磁信号（図２参照）が入力されている。

このようなアシストモータ４０のベクトル制御をＣＰＵ６０により行うことによって、本電気式動力舵取装置の基本的な制御が可能となる。ここで、上述したようなＣＰＵ６０によるトルク指令電流値（ｑ軸電流指令値Ｉq^*）に対する実トルク電流（ｑ軸実電流値）の方向が正しいか否かを監視する監視回路７０の構成や動作例を図４〜図７に基づいて説明する。

図４に示すように、監視回路７０は、トリガ出力回路７１、Ｓ／Ｈ回路７２、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７、符号比較回路７８、監視許可ゲート７９、配線８０等をＣＰＵ６０とは機能的に独立したロジック回路（論理回路）により構成したもので、機能概要は次のとおりである。なお、本実施形態の場合、監視回路７０は、例えば、ＣＰＵ６０やリレー制御部９０を含んで構成されるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）のゲート回路群によって実現されている。

即ち、監視回路７０では、ＣＰＵ６０により演算されたｑ軸電流指令値Ｉq^*に対しｑ軸実電流値の方向が正しいか否かを監視し、ＣＰＵ６０が演算異常を起こしているか否か、つまりＣＰＵ６０の正常・異常を判定情報として出力する。そして、ＣＰＵ６０の演算処理に異常があると判断された場合には、ＣＰＵ６０の異常を示す判定情報「−１」をリレー制御部９０に出力する。これにより、リレー制御部９０のリレー制御回路９１ではリレーRLをオン状態に維持する制御信号Ｒｓの出力を中止し、直流電源Battからインバータ５４に供給されていた電力供給を遮断するので、演算異常等の状態に陥ったＣＰＵ６０による操舵機構２０の制御の継続を防止することが可能となる。

なお、トリガ出力回路７１は特許請求の範囲に記載の「トリガ手段」に相当し得るもの、Ｓ／Ｈ回路７２は特許請求の範囲に記載の「ホールド手段」に相当し得るものである。また、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７および符号比較回路７８は、特許請求の範囲に記載の「判定手段」に相当し得るものである。さらに、配線８０は特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当し得るものである。

トリガ出力回路７１は、モータレゾルバ４２の励磁信号に基づいてトリガ信号trg を出力する機能を有するロジック回路で、前述したレゾルバ励磁信号出力部６８から出力される励磁信号を入力することにより所定のタイミングでトリガ信号trg を出力している。この「所定のタイミング」とは、例えば、図５(A) に示すように、レゾルバ励磁信号出力部６８から入力される励磁信号がsin(ωt)＝１（同図に示す●（黒丸））となるタイミングをいう。これにより、励磁信号の振幅が最大（プラス側）になるタイミングでトリガ信号を出力することができる。そのため、励磁信号の振幅がマイナス側に最大になるsin(ωt)＝−１（同図に示す○（白丸））となるタイミングであっても良い。このように励磁信号の振幅が最大になるタイミングでトリガ出力回路７１からトリガ信号が出力されるので、次に説明するＳ／Ｈ回路７２によりホールドされる cos相信号の振幅も最大にすることができる。

Ｓ／Ｈ回路７２は、アシストモータ４０を駆動するＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電流信号のうちの少なくとも２相の電流信号およびモータレゾルバ４２から出力される cos相信号を、トリガ信号trg に基づいてサンプリングしてホールドした後、演算回路７３や符号判定回路７６に量子化データとして出力する機能を有するロジック回路で、サンプリング機能、ホールド機能および量子化機能を兼ね備えたものである。本実施形態の場合、トリガ出力回路７１によりＳ／Ｈ回路７２に入力されるトリガ信号trg は、励磁信号がsin(ωt)＝１となるタイミングをとることから、Ｓ／Ｈ回路７２はこのタイミングで、Ｕ相、Ｖ相の電流信号および cos相信号をサンプリングする。なお、以下、サンプリングしてホールドする一連の情報処理を「サンプリング・ホールド」と記す。

これにより、例えば、 cos相信号であれば図５(B) に示すように、●（黒丸）のタイミングにおいてサンプリングされる。なお、図５(C) は、参考に同様のタイミングにおいて sin相信号をサンプリングした例を示し、図５(D) は、サンプリング・ホールドした後（Ｓ／Ｈ後）の cos相信号波形（実線）および sin相信号波形（破線）の例を示す。また、Ｕ相、Ｖ相の電流信号であれば、図５(A) に示すタイミングでサンプリングされて、図６(A) 、(B) に示すような電流波形（Ｕ相は細実線、Ｖ相は細破線）が得られる。なお、図６(A) はｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合、図６(B) はｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合である。

演算回路７３は、Ｓ／Ｈ回路７２から出力された量子化データのうち、Ｕ相実電流値Ｉｕに対するＵ相サンプル実電流値Ｉu'とＶ相実電流値Ｉｖに対するＶ相サンプル実電流値Ｉv'を入力して所定の演算処理を行う機能を有するロジック回路である。本実施形態の場合、Ｕ相サンプル実電流値Ｉu'を２で除算（Ｉu'／２）し、その結果（商）にＶ相サンプル実電流値Ｉv'を加算（Ｉu'／２＋Ｉv'）する演算処理を可能にしている。この演算結果は、符号判定回路７４に出力される。なお、この演算処理（Ｉu'／２＋Ｉv'）の根拠は後述する。

符号判定回路７４は、演算回路７３による演算結果から得られる正負の極性符号sign1 を得る機能を有するロジック回路で、前述した括弧内の演算結果より正負の極性符号を得る関数演算処理（sign1 ＝sign（Ｉu'／２＋Ｉv'））を可能にしたものである。これにより得られた極性符号sign1 は、符号比較回路７８に出力される。

符号判定回路７５は、前述のアシスト制御部６２から出力されるｑ軸電流指令値Ｉq^*を配線８０を介して入力し、当該ｑ軸電流指令値Ｉq^*の正負の極性符号sign2 を得る機能を有するロジック回路で、前述の符号判定回路７４とほぼ同様に構成され、具体的には関数演算処理（sign2 ＝sign（Ｉq^*））を可能に構成されている。これにより得られた極性符号sign2 は、乗算回路７７に出力される。

符号判定回路７６は、Ｓ／Ｈ回路７２から出力された量子化データのうち、 cos相信号に対する cosθを入力して当該 cosθの正負の極性符号sign3 を得る機能を有するロジック回路で、前述の符号判定回路７４とほぼ同様に構成され、具体的には関数演算処理（sign3 ＝sign（ cosθ））を可能に構成されている。これにより得られた極性符号sign3 は、乗算回路７７に出力される。

乗算回路７７は、符号判定回路７５から入力されるｑ軸電流指令値Ｉq^*の極性符号sign2 と符号判定回路７６から入力される cosθの極性符号sign3 とを乗算（sign2 ×sign3 ）する演算処理を行う機能を有するロジック回路で、この演算結果sign4 は符号比較回路７８に出力される。この乗算回路７７による演算処理（sign2 ×sign3 ＝sign4 ）は、(＋)×(＋)＝(＋)、(＋)×(−)＝(−)、(−)×(＋)＝(−)、(−)×(−)＝(＋)に従って行われる。なお、この演算処理（sign2 ×sign3 ）の根拠は後述する。

符号比較回路７８は、符号判定回路７４から入力される極性符号sign1 と乗算回路７７から入力される極性符号sign4 とを比較する機能を有するロジック回路で、例えば、両極性符号が一致する場合にはＣＰＵ６０が正常である旨の「１」を、また両極性符号が一致しない場合（不一致の場合）にはＣＰＵ６０が異常である旨の「−１」を、それぞれ判定情報として出力する。なお、後述する理由により、監視許可ゲート７９から出力禁止情報が入力されていない場合（または出力許可情報が入力されている場合）に限り、当該判定情報が出力される。

即ち、符号比較回路７８では、演算回路７３により処理された演算結果（Ｉu'／２＋Ｉv'）の極性符号と、乗算回路７７により処理された演算結果（sign4 ＝sign2 ×sign3 ＝sign（Ｉq^*× cosθ））の極性符号とを比較してその一致・不一致を判断することによって、前述したＣＰＵ６０によるアシスト制御処理（アシスト制御部６２）、特にｑ軸電流指令値Ｉq^*の演算処理が正常に行われているか否か、またＣＰＵ６０によるＰＷＭ変換処理（ＰＷＭ変換部６６）が正常に行われているか否か、を判定し監視している。ここで、これら両極性符号の一致・不一致を判断することによって、ＣＰＵ６０によるこれらの演算処理が正常に行われているか否かを判定できる理由を説明する。

まず、ｑ軸電流指令値Ｉq^*、モータ回転角θｍ、Ｕ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖの関係において、アシストモータ４０がブラシレスＤＣモータであり、弱め界磁制御を行わない場合には、ｄ軸電流指令値Ｉd^*は０Ａ（ゼロアンペア）とすることができるので、次式(3) 、(4) が成立する。

Ｉｕ ＝ −√（２／３）×Ｉq^*× sinθ …(3)

Ｉｖ ＝ −√（２／３）×Ｉq^*× sin(θ-120°) …(4)

ここで式(4) は、その右辺を次式(5) のように変形できるので、Ｕ相、Ｖ相の実電流値の関係として、次式(6) を導くことができる。
式(4) ＝ −１／２×｛−√（２／３）×Ｉq^*× sinθ｝＋Ｉq^*× cosθ／√２…(5)
Ｉｕ／２＋Ｉｖ ＝ Ｉq^*× cosθ／√２ …(6)

この式(6) において、 cosθは、モータレゾルバ４２の cos相信号で、モータレゾルバ４２の励磁信号sin(ωt)の振幅が最大であるタイミングでサンプリング・ホールドすればそのサンプリングデータそのものが当該 cosθと等しい値となる。そのため、sin(ωt)＝１のタイミングで cos相信号をサンプリング・ホールドすると同時に、Ｕ相、Ｖ相の実電流値をサンプリング・ホールドすることにより、式(6) の左辺（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）を演算することができ、演算結果の極性符号(＋)、(−)を求めることが可能となる（sign（Ｉｕ／２＋Ｉｖ））。これが前述した演算回路７３における演算処理（Ｉu'／２＋Ｉv'）の根拠で、また符号判定回路７４により関数演算処理（sign1 ＝sign（Ｉu'／２＋Ｉv'））を行う理由である。

一方、sin(ωt)＝１のタイミングでサンプリング・ホールドした cos相信号（＝cosθ）の極性符号とＣＰＵ６０から取得したｑ軸電流指令値Ｉq^*の極性符号を乗算することによって、式(6) の右辺（Ｉq^*× cosθ／√２）を演算することができ、演算結果の極性符号(＋)、(−)を求めることが可能となる。なお極性符号を得るためには（sign（Ｉq^*）×sign（ cosθ））を演算すれば良い。これが、前述した符号判定回路７５による関数演算処理（sign（Ｉq^*））の結果sign2 と、符号判定回路７６による関数演算処理（sign（ cosθ））の結果sign3 とを、乗算回路７７によって乗算演算（sign4 ＝sign2 ×sign3 ）する根拠である。

また、このような式(6) の左辺および右辺の極性符号の関係は、図６(A) および図６(B) に示す波形例からも視覚的に理解することができる。なお、図６は、図５(A) に示す●（黒丸）のタイミングでＵ相実電流値Ｉｕ（細実線）、Ｖ相実電流値Ｉｖ（細破線）および cos相信号 cosθ（太実線）をサンプリングしたときのそれぞれの波形例と演算回路７３による演算結果（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）（太一点鎖線）の波形例で、図６(A) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合のもの、図６(B) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合のものである。

即ち、図６(A) に示すように、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合（Ｉq^*＞０）には、式(6) の右辺のＩq^*の極性符号は正(＋)であるから、式(6) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が正(＋)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）も正(＋)の極性符号をとるはずである。そこで、図６(A) に表されている（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）の極性符号と cosθ（太実線）の波形の極性符号との関係に着目すると、モータ回転角θｍが「０度以上９０度未満および２７０度を超えて３６０度以下の範囲」においては、両波形とも正(＋)の極性符号をとっていることがわかる。一方、同様にＩq^*＞０の場合で、式(6) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が負(−)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）は負(−)の極性符号をとるはずである。この場合も、先と同様に、両波形の極性符号との関係に着目すると、モータ回転角θｍが「９０度を超えて２７０度未満の範囲」においては、両波形とも負(−)の極性符号をとっていることがわかる。

また同様に、図６(B) に示すように、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合（Ｉq^*＜０）には、式(6) の右辺のＩq^*の極性符号は負(−)であるから、式(6) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が負(−)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）は正(＋)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「０度以上９０度未満および２７０度を超えて３６０度以下の範囲」において cosθ（太実線）は正(＋)の極性符号をとっている。一方、同様にＩq^*＜０の場合で、式(6) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が正(＋)のときには、式(6) の右辺の cosθ（太実線）は負(−)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「９０度を超えて２７０度未満の範囲」において、 cosθ（太実線）は負(−)の極性符号をとっていることがわかる。

このように図６(A) および図６(B) からも、アシストモータ４０（ＤＣブラシレスモータ）のベクトル制御においてトルク指令電流値（ｑ軸電流指令値Ｉq^*）に対して実トルク電流（Ｕ相、Ｖ相の実電流値Ｉｕ、Ｉｖ）の方向が正しいか否かを監視することを目的として上記式(6) が成立するか否かを判断する場合には、同式左辺の極性符号と右辺の極性符号とを比較すれば良いことがわかる。したがって、前述したように符号比較回路７８では、式(6) の左辺の極性符号であるsign1 と、同式右辺の極性符号であるsign4 とを比較して、例えば、両極性符号が一致（sign1 ＝sign4 ）する場合にはＣＰＵ６０が正常である旨の「１」を判定情報として出力し、両極性符号が不一致（sign1 ≠sign4 ）の場合にはＣＰＵ６０が異常である旨の「−１」を判定情報として出力し得るように構成している。

以上説明したように本電気式動力舵取装置およびそのＥＣＵ５０を構成することにより、ＥＣＵ５０の監視回路７０では、符号比較回路７８によって、ＣＰＵ６０により演算されたｑ軸電流指令値Ｉq^*に対しｑ軸実電流値の方向が正しいか否かを、前掲の式(6) に基づく cos相信号、ｑ軸電流指令値Ｉq^*、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値Ｉｖの関係から導き出される極性符号の一致または不一致に基づいてＣＰＵ６０の正常か異常かを判定し、正常であれば「１」を、また異常であれば「−１」の判定情報としてリレー制御部９０に出力する。これにより、リレー制御部９０のリレー制御回路９１では、ＣＰＵ６０の正常を示す判定情報「１」が入力された場合には、リレーRLをオン状態に維持する制御信号ＲｓをリレーRLに出力し直流電源Battからインバータ５４への電力供給を可能にし、ＣＰＵ６０の異常を示す判定情報「−１」が入力された場合には、リレーRLをオン状態に維持する制御信号Ｒｓの出力を中止して直流電源Battからインバータ５４への電力供給を不能にする。したがって、ＣＰＵ６０が異常の場合には、ＣＰＵ６０によるアシストモータ４０の駆動制御を中止することができるので、例えば、ＣＰＵ６０による演算異常等によりアシストモータ４０の出力が不当なときの操舵輪のアシスト制御を防止することができ、不当な方向に作用する駆動力の発生を防止することができる。

なお、本実施形態では上述したようなリレー制御部９０を構成したが、例えば、監視回路７０からＣＰＵ６０の異常を示す判定情報「−１」が出力された場合、当該ＣＰＵ６０をハードウェア的に強制リセット（再起動）してＣＰＵ６０の基本制御プログラム（ＢＩＯＳ等）を再スタートさせるロジック回路を構成しても良い。これにより、当該ＣＰＵ６０の異常がソフトウェア的な異常処理等（ゼロ除算、メモリアクセス違反、プログラム暴走等）によるものである場合には、再スタートにより当該異常を解消することができる。

ところで、前掲の式(3) 〜(6) の関係は、ｄ軸電流指令値Ｉd^*が０Ａ（ゼロアンペア）であることを前提としている。これは、例えば、弱め界磁制御等により、アシスト制御部６２から出力されるｄ軸電流指令値Ｉd^*が０Ａ（ゼロアンペア）またはほぼ０Ａでない場合には、このｄ軸電流指令値Ｉd^*によって cos相信号の cosθとＵ相、Ｖ相の実電流値Ｉｕ、Ｉｖとの間において位相のズレが発生する。そのため、図６(A) や図６(B) で示したように、式(6) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｖ）の波形（太一点鎖線）がゼロクロスするモータ回転角θｍと、式(6) の右辺の cosθ（太実線）の波形がゼロクロスするモータ回転角θｍとが一致し難くなり、式(6) を根拠とする極性符号の一致・不一致の判断を困難にするからである。

したがって、本実施形態では、監視許可ゲート７９を設けて、アシスト制御部６２から入力されるｄ軸電流指令値Ｉd^*を検出することによって、ｄ軸電流指令値Ｉd^*が出力されていないこと、つまりｄ軸電流指令値Ｉd^*が０Ａ（ゼロアンペア）またはほぼ０Ａであることを監視し、ｄ軸電流指令値Ｉd^*＝０ＡまたはＩd^*≒０Ａでない場合には符号比較回路７８による判定情報の出力を禁止する出力禁止情報（またはｄ軸電流指令値Ｉd^*＝０ＡまたはＩd^*≒０Ａである場合には符号比較回路７８による判定情報の出力を許可する出力許可情報）を符号比較回路７８に出力し得るように構成している。

なお、アシスト制御部６２からｄ軸電流指令値Ｉd^*が出力されない構成である場合には、ｄ軸電流指令値Ｉd^*の出力有無の監視を要しないので、当該監視許可ゲート７９を設ける必要はない。また、ｄ軸電流指令値Ｉd^*＝０ＡまたはＩd^*≒０Ａでなく、監視許可ゲート７９を設けない場合であって、前述した位相のズレから生じる極性符号の一致・不一致の判断を困難にする範囲が既知であるときには、例えば、 cosθ（太実線）の波形がゼロクロスするモータ回転角θｍ(0) を中心にその前後所定角度範囲（±５度）を判定禁止範囲に設定して当該範囲内にあれば、符号比較回路７８による判定情報の出力を中止し、当該範囲外であれば符号比較回路７８による判定情報の出力を行うように符号比較回路７８をロジック回路により構成しても良い。これにより、弱め界磁制御等を行っている場合であっても、監視許可ゲート７９を設けることなく監視回路７０を構成することができる。

また、図６を参照して説明した監視回路７０の構成例は、３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗのうち、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値ＩｖをＳ／Ｈ回路７２によりサンプリング・ホールドするものであったが、例えば、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＷ相実電流値ＩｗをＳ／Ｈ回路７２によりサンプリング・ホールドして、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７、符号比較回路７８、監視許可ゲート７９により上述と同様に極性符号の一致・不一致を判断しても良い。この場合、前掲の式(6) に代えて次式(7) を用いて、極性符号の一致・不一致を判断する。

Ｉｕ／２＋Ｉｗ ＝ −Ｉq^*× cosθ／√２ …(7)

これにより、図７(A) に示すように、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合（Ｉq^*＞０）には、式(7) の右辺のＩq^*の極性符号は正(＋)であるから、式(7) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が負(−)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）は正(＋)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「０度以上９０度未満および２７０度を超えて３６０度以下の範囲」においては cosθ（太実線）は正(＋)の極性符号をとっている。一方、同様にＩq^*＞０の場合で、式(7) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が正(＋)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）は負(−)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「９０度を超えて２７０度未満の範囲」において cosθ（太実線）は負(−)の極性符号をとっている。

また同様に、図７(B) に示すように、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合（Ｉq^*＜０）には、式(7) の右辺のＩq^*の極性符号は負(−)であるから、式(7) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が正(＋)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）も正(＋)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「０度以上９０度未満および２７０度を超えて３６０度以下の範囲」においては両波形とも正(＋)の極性符号をとっている。一方、同様にＩq^*＜０の場合で、式(7) の左辺に相当する（Ｉｕ／２＋Ｉｗ）の波形（太一点鎖線）の極性符号が負(−)のときには、同式右辺の cosθ（太実線）も負(−)の極性符号をとるはずで、モータ回転角θｍが「９０度を超えて２７０度未満の範囲」においては、両波形とも負(−)の極性符号をとっていることがわかる。したがって、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＷ相実電流値Ｉｗをサンプリング・ホールドするような構成にしても、上述した監視回路７０と同様の作用・効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電気式動力舵取装置のＥＣＵ５０の監視回路７０では、トリガ出力回路７１、Ｓ／Ｈ回路７２、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７、符号比較回路７８、監視許可ゲート７９等を、アシストモータ４０を制御するＣＰＵ６０とは機能的に独立したロジック回路によって構成し当該ＣＰＵ６０を監視している。即ち、トリガ出力回路７１によりモータレゾルバ４２の励磁信号に基づいてトリガ信号trg を出力し、このトリガ信号trg に基づいてＳ／Ｈ回路７２によりアシストモータ４０を駆動するＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗのうちの少なくとも２相の電流信号、例えばＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖおよびモータレゾルバ４２から出力される cos相信号をサンプリング・ホールドする。そして、ｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉd^*，Ｉq^*のうちｑ軸電流指令値Ｉq^*を配線８０により取得し、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７および符号比較回路７８により、例えば２相の電流信号がＵ相、Ｖ相実電流値Ｉｕ，Ｉｖの場合、前掲の式(6) に基づく cos相信号、ｑ軸電流指令値Ｉq^*、Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値Ｉｖの関係から導き出される極性符号の一致または不一致に基づいてＣＰＵ６０の正常か異常かを判定し、正常であれば「１」を、また異常であれば「−１」の判定情報として出力する。

これにより、ＣＰＵ６０とは別個の外部ＣＰＵを設けることなく、トリガ出力回路７１、Ｓ／Ｈ回路７２、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７、符号比較回路７８、監視許可ゲート７９等を、アシストモータ４０を制御するＣＰＵ６０とは機能的に独立したロジック回路によって構成し、符号比較回路７８から出力される判定情報によってＣＰＵ６０が正常であるか異常であるかを判断することができる。したがって、別個の外部ＣＰＵを設けてそれによりＣＰＵ６０の正常・異常を判定する場合に比べ、当該ＣＰＵ６０の正常・異常を安価な構成で判定することができる。また、これにより、アシストモータ４０の出力が正当または不当であることを安価な構成で判定できる。

また、本実施形態に係る電気式動力舵取装置のＥＣＵ５０の監視回路７０では、符号比較回路７８による判定情報は、ｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉd^*，Ｉq^*のうちｄ軸電流指令値Ｉd^*がほぼ０（ゼロ）または０（ゼロ）である場合に出力されることから、例えば、アシストモータ４０の固定子のコイルに回転子の永久磁石による磁力を打ち消す電流を流して誘導起電圧を下げる「弱め界磁制御」が行われる場合を有するものであっても、このｄ軸電流指令値Ｉd^*の影響（例えば、極性符号の判断対象となる信号波形間において位相のズレが発生する等）を受けることなく、符号比較回路７８から出力される判定情報によってＣＰＵ６０が正常であるか異常であるかを正確に判断することができる。したがって、このような「弱め界磁制御」が行われる場合を有するものであっても、ＣＰＵ６０の正常・異常を安価な構成で正確に判定することができる。またこれにより、アシストモータ４０の出力が正当または不当であることを安価な構成で判定できる。

さらに、本実施形態に係る電気式動力舵取装置のＥＣＵ５０の監視回路７０では、トリガ出力回路７１は、励磁信号がsin(ωt)＝１またはsin(ωt)＝−１である場合にトリガ信号を出力することから（図５(A) 参照）、励磁信号の振幅が最大になるタイミングでトリガ信号trg を出力することできる。そのため、Ｓ／Ｈ回路７２によりサンプリング・ホールドされる cos相信号の振幅も最大にすることができ、演算回路７３、符号判定回路７４、７５、７６、乗算回路７７および符号比較回路７８による極性符号の一致・不一致をより確実に行うことができる。したがって、ＣＰＵ６０の正常・異常を安価な構成で確実に判定することができる。またこれにより、アシストモータ４０の出力が正当または不当であることを安価な構成で確実に判定することができる。

さらにまた、本実施形態に係る電気式動力舵取装置のＥＣＵ５０の監視回路７０では、２相の電流信号は、３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗのうち、「Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値Ｉｖ」であることから、例えば、ハードウェアの構成上、Ｗ相実電流値Ｉｗを利用できないような制限がある場合においても、ＣＰＵ６０の正常・異常を安価な構成で判定することができる。また、Ｗ相実電流値Ｉｗを必要としない分、ハーネス等の引き回しを簡素化することができる。なお、３相実電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗのうち、「Ｕ相実電流値ＩｕおよびＷ相実電流値Ｉｗ」または「Ｖ相実電流値ＩｖおよびＷ相実電流値Ｉｗ」を選択しても、「Ｕ相実電流値ＩｕおよびＶ相実電流値Ｉｖ」を選択した場合と同様にハードウェア構成上の制限に対応することができ、またハーネス等の引き回しを簡素化できる。「Ｖ相実電流値ＩｖおよびＷ相実電流値Ｉｗ」を選択した場合には、前掲の式(6) に代えて次式(8) を用いて、極性符号の一致・不一致を判断する。

Ｉｖ／２＋Ｉｗ ＝ Ｉq^*× cos(θ-120°)／√２ …(8)

なお、本実施形態では、監視回路７０を、ＣＰＵ６０を含めて構成されるＡＳＩＣ内に構成したが、本発明はこれに限られることはなく、ＣＰＵ６０とは機能的に独立したロジック回路によって構成されるものであれば良く、例えば、ＣＰＵ６０と物理的に分離してＥＣＵ５０内に設けられるゲートアレイやＰＬＤ（Programmable Logic Device ）により監視回路７０を構成しても良い。

また、本実施形態では、車両用操舵装置の一実施態様として車両用の電気式動力舵取装置の例を挙げてモータ制御装置の適用例を説明したが、本発明はこれに限られることはなく車両用操舵装置であれば、例えば、「ステアリングホイールの操作状態に基づいて操舵輪の目標舵角を決定し、この決定された目標舵角に操舵輪を制御する操舵制御系を備えた車両用操舵装置」として概念される、ステアリングホイールと操舵輪の操舵機構とを機械的に接続するリンク機構を設けることなくステアリングホイールの操作状態に基づいて操舵輪の目標舵角を決定しこの決定された目標舵角に操舵輪を制御する、いわゆるステアバイワイヤシステム（ＳＢＷ）や、「ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に電動モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段を備えた車両用操舵装置」として概念されるいわゆるＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio System；登録商標）にも、本発明のモータ制御装置を適用することができる。そして、このようなＳＢＷやＶＧＲＳ（登録商標）に本発明のモータ制御装置を適用した場合にも、上述した車両用の電気式動力舵取装置のＥＣＵ５０に監視回路７０を適用したのと同様の作用・効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。 本電気式動力舵取装置のＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３(A) は本電気式動力舵取装置に用いられるレゾルバの構成を示す説明図で、図３(B) は同レゾルバの回路図である。 本実施形態によるモータのＰＩ制御系およびモータ制御ＣＰＵの監視系に関する機能ブロック図である。 図５(A) はモータレゾルバの励磁信号がsin(ωt)＝１となるタイミングを●（黒丸）で、また同励磁信号がsin(ωt)＝−１となるタイミングを○（白丸）で表した例、図５(B) はモータレゾルバの cos相信号を図５(A) に示す●（黒丸）のタイミングでサンプリングした例、図５(C) はモータレゾルバの sin相信号を図５(A) に示す●（黒丸）のタイミングでサンプリングした例、図５(D) はサンプリング・ホールドした後の cos相信号波形（実線）および sin相信号波形（破線）の例、をそれぞれ示す説明図である。 図５(A) に示す●（黒丸）のタイミングでＵ相、Ｖ相実電流値およびモータレゾルバの cos相信号をサンプリングしたときの波形例等で、図６(A) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合のもの、図６(B) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合のものである。 図５(A) に示す●（黒丸）のタイミングでＵ相、Ｗ相実電流値およびモータレゾルバの cos相信号をサンプリングしたときの波形例等で、図７(A) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より大きい場合のもの、図７(B) は、ｑ軸電流指令値Ｉq^*が０（ゼロ）より小さい場合のものである。 従来例によるモータのＰＩ制御系およびモータ制御ＣＰＵの監視系に関する機能ブロック図である。

符号の説明

２０…操舵機構（車両用操舵装置）
２１…ステアリングホイール
４０…アシストモータ（ＤＣブラシレスモータ）
４２…モータレゾルバ（レゾルバ）
５０…ＥＣＵ（モータ制御装置）
５４…インバータ
６０…ＣＰＵ（モータ制御ＣＰＵ）
７０…監視回路（論理回路）
７１…トリガ出力回路（トリガ手段）
７２…Ｓ／Ｈ回路（ホールド手段）
７３…演算回路（判定手段）
７４、７５、７６…符号判定回路（判定手段）
７７…乗算回路（判定手段）
７８…符号比較回路（判定手段）
７９…監視許可ゲート
８０…配線（取得手段）
９０…リレー制御部
１００…操舵機構
１０５…インバータ
１１０…モータ制御ＣＰＵ
１２０…監視ＣＰＵ
θｍ…モータ回転角
trg …トリガ信号
Ｉｕ…Ｕ相実電流値（３相電流信号、Ｕ相電流信号）
Ｉｖ…Ｖ相実電流値（３相電流信号、Ｖ相電流信号）
Ｉｗ…Ｗ相実電流値（３相電流信号、Ｗ相電流信号）
Ｉu'…Ｕ相サンプル実電流値
Ｉv'…Ｖ相サンプル実電流値
Ｉw'…Ｗ相サンプル実電流値
Ｉd^*…ｄ軸電流指令値
Ｉq^*…ｑ軸電流指令値
Ｉｄ…ｄ軸実電流値
Ｉｑ…ｑ軸実電流値

Claims (5)

1. １相励磁２相出力型のレゾルバにより検出されたモータ回転角に基づいてモータ制御ＣＰＵによりＤＣブラシレスモータをベクトル制御するモータ制御装置であって、
   前記レゾルバの励磁信号に基づいてトリガ信号を出力するトリガ手段と、
   前記ＤＣブラシレスモータを駆動するＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電流信号のうちの少なくとも２相の電流信号および前記レゾルバから出力される cos相信号を、前記トリガ信号に基づいてホールドするホールド手段と、
   前記３相電流信号に変換されるｄ軸，ｑ軸電流指令値のうちｑ軸電流指令値を取得する取得手段と、
   所定式に基づく前記 cos相信号、前記ｑ軸電流指令値および前記２相の電流信号の関係から導き出される極性符号の一致または不一致に基づいて前記モータ制御ＣＰＵの正常か異常かを判定し、当該判定結果を判定情報として出力する判定手段と、
   を備え、前記トリガ手段、前記ホールド手段、前記取得手段および前記判定手段は、前記モータ制御ＣＰＵとは機能的に独立した論理回路によって構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記判定情報は、前記ｄ軸，ｑ軸電流指令値のうちのｄ軸電流指令値がほぼゼロまたはゼロである場合に出力されることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記トリガ手段は、前記励磁信号がsin(ωt)＝１またはsin(ωt)＝−１である場合に前記トリガ信号を出力することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
4. 前記２相の電流信号は、前記３相電流信号のうち、「Ｕ相電流信号およびＶ相電流信号」または「Ｕ相電流信号およびＷ相電流信号」であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. ステアリングホイールによる操舵状態に基づいてアシストモータを駆動制御し、当該アシストモータの駆動力によりまたは当該駆動力を補って操舵輪の舵角を制御する車両用操舵装置において、前記アシストモータは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置のモータ制御ＣＰＵによって制御され、当該モータ制御ＣＰＵは、前記判定手段による判定の対象となる車両用操舵装置であって、
   前記判定手段により、前記モータ制御ＣＰＵが異常である旨の判定情報が出力された場合には、前記モータ制御ＣＰＵによる前記アシストモータの駆動制御を中止することを特徴とする車両用操舵装置。
   

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