JP2009044879A - モータ制御装置、伝達比可変装置及び車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な過電流検出を行いつつ安定的にモータ制御を実行することのできるモータ制御装置を提供すること。
【解決手段】過電流検出の基礎となる電源電流Ｉ０に関する閾値として、上記モータ制御を停止すべき過電流の発生に相当する第１の閾値よりも低い値を有する第２の閾値Ｉth２を設定する。そして検出される電源電流Ｉ０が、この第２の閾値Ｉth２以上となった場合には、モータに対する印加電圧を低減すべく制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータ制御装置、伝達比可変装置及び車両用操舵装置に関するものである。

従来、モータ制御装置の多くは、その駆動対象となるモータに対する過大な電流供給、即ち過電流の発生を検出する機能を有している。例えば、特許文献１に記載のモータ制御装置は、直流電源から駆動回路へと供給される電源電流を検出するとともに、駆動回路からモータへと供給されるモータ電流を検出し、該駆動電流により補正された電源電流と閾値との比較に基づいて、上記過電流の発生を検出する。そして、当該過電流の発生を検出した場合には、速やかにモータに対する駆動電力の供給を停止してフェールセーフを図る構成となっている。
特開２００３−２１９６７５号公報 特開２００７−１０６２２７号公報

さて、上記従来例のモータ制御装置では、過電流検出の基礎となる電源電流の検出精度を向上させるべく、別途検出されるモータ電流値を用いて該電源電流を補正する構成となっているが、本来、上記過電流検出は、当該過電流発生の主たる要因、即ち駆動回路を構成する各スイッチング素子に生じた短絡故障の早期発見を本来の目的とするものである。従って、電源電流の検出精度が担保されるのであれば、通常、このようなモータ電流の検出は、必ずしも必須というべき位置づけの構成ではない。

ところが、電源電圧及びモータ周囲の温度が必ずしも一定ではない環境下での使用時には、当該電源電圧及びモータ抵抗の変化により、上記のような短絡故障が発生していないにも関わらず、過電流の発生に相当する値、即ちモータ制御を停止すべき値を有する電源電流が検出される場合がある。従って、このような環境下で使用される蓋然性の高い用途においては、モータ電流の検出、及び該モータ電流に基づく短絡故障の判定機能を備えた構成とすることが望ましい。

しかしながら、例えば、特許文献２（第４図及び第５図参照）に記載の駆動力伝達装置の制御手段のように、位置制御の実行によりモータ制御信号の生成・出力を行うモータ制御装置の多くは、そのようなモータ電流を検出するための構成を有していない。そのため、このような構成を有するモータ制御装置においては、上記の例外的に発生する過電流の検出に起因したシステム停止を回避すべく、その過電流検出に用いる閾値を本来の最適値よりも高く設定せざるを得ないのが実情であり、これにより過電流検出の精度向上もまた限りのあるものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高精度な過電流検出を行いつつ安定的にモータ制御を実行することのできるモータ制御装置、及びこれを備えた伝達比可変装置、並びに車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータと直流電源との間の電力供給経路の途中に設けられて前記モータに供給する駆動電力を生成する駆動回路と、モータ制御信号の出力を通じて前記駆動回路の作動を制御する制御手段と、前記駆動回路に供給される電源電流を検出する電流検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出される電源電流が所定の閾値以上である場合には、前記モータに対する駆動電力の供給を停止すべく制御するモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記検出される電源電流が前記駆動電力の供給を停止すべき第１の閾値よりも低い値に設定された第２の閾値以上である場合には、前記モータに対する印加電圧を低減すべく制御すること、を要旨とする。

即ち、駆動回路（を構成する各スイッチング素子）に短絡故障が発生していない限り、モータに対する印加電圧を低減することにより、その電源電流の値を低下させることができる。従って、上記構成のように、過電流の発生に相当する第１の閾値よりも電源電流の値が低い段階で、その低減を図ることにより、電源電圧やモータ（の周囲）の温度変化により生ずる例外的な過電流を抑制することができる。その結果、モータ制御を停止すべき第１の閾値の値を最適化、即ち上記例外的な過電流の発生を考慮しない値として、その過電流検出の精度の向上を図りつつ、安定的にモータ制御を実行することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記駆動回路は、前記モータ制御信号として入力されるパルス信号のＤｕｔｙ比に基づきオン／オフするスイッチング素子により構成され、前記モータに対する印加電圧の低減は、前記Ｄｕｔｙ比の制御を通じて行われるものであって、前記制御手段は、前記Ｄｕｔｙ比に上限値を設定するとともに、前記モータに対する印加電圧を低減するための前記Ｄｕｔｙ比の制御は、前記上限値の変更により行われること、を要旨とする。

上記構成によれば、通常時の制御系に影響を与えることなく、容易に上記のような過電流抑制制御を付加することができる。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、所定の周期毎に前記モータ制御信号を生成するものであって、前記上限値の変更は、前記周期毎に段階的に行われること、を要旨とする。

上記構成によれば、電流変化を穏やかなものとして、急峻なトルク変動の発生を抑制することができる。
請求項４に記載の発明は、前記上限値の変更には下限が設定されること、を要旨とする。

即ち、検出される電源電流が上記第２の閾値より低くなるまでＤｕｔｙ比を低減していくことにより、場合によっては、モータに対する印加電圧が必要以上に低下してしまう可能性がある。そして、特に、伝達比可変装置の制御手段として用いられる場合には、仮にそのＤｕｔｙ比「０％」、即ち印加電圧が「０」となった場合、そのモータ駆動に基づく第２の舵角を維持できなくなる、つまり所謂ステアリングフリー状態となるおそれがある。しかしながら、上記の構成によれば、Ｄｕｔｙ比は、その下限未満にはならない。その結果、上記のような過剰な印加電圧の低下を回避して、安定的にモータ制御を継続することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記上限値の変更における下限として、前記第２の閾値に相当する電源電流が発生すると推定される値を演算すること、を要旨とする。

上記構成によれば、過電流抑制制御の実行時においても、その基準となる第１の閾値を超えない範囲において、モータに対する最大限の電圧印加が可能になる。
請求項６に記載の発明は、前記モータの温度を検出する温度検出手段と、前記直流電源の電源電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出される温度に基づき前記モータの抵抗を推定し、該抵抗及び前記電源電圧に基づいて、前記上限値の変更における下限を演算すること、を要旨とする。

上記構成によれば、より正確に、第２の閾値に相当する電源電流が発生すると推定される値を求めることが可能になる。
請求項７に記載の発明は、前記上限値を変更する周期は、前記駆動電力の供給を停止すべきか否かを判定する過電流判定の周期よりも短く設定されるものであって、前記制御手段は、次回の過電流判定周期に対応するタイミングで、前記上限値が前記下限に対応する値まで低下するように、前記上限を変更する徐変量を演算すること、を要旨とする。

上記構成によれば、より滑らかに電源電流（モータ電流）を変化させて、そのトルク変動を一層穏やかなものとすることができる。
請求項８に記載の発明は、前記検出される電源電流が第２の閾値よりも低い場合には、前記上限値を上昇させること、を要旨とする。

上記構成によれば、過電流の発生する可能性が低下した場合における円滑且つ速やかな通常制御への復帰が担保される。そして、更に、過電流抑制制御の実行時においても、モータに対する最大限の電圧印加が可能になる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のモータ制御装置により駆動源のモータを制御する伝達比可変装置であること、を要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置であること、を要旨とする。

上記各構成によれば、高精度な過電流検出を行いつつ安定的にモータ制御を実行することが可能な伝達比可変装置、並びに車両用操舵装置を提供することができる。

本発明によれば、高精度な過電流検出を行いつつ安定的にモータ制御を実行することが可能なモータ制御装置、及びこれを備えた伝達比可変装置、並びに車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両進行方向が変更されるようになっている。尚、本実施形態の車両用操舵装置１は、所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であり、ボール螺子機構（図示略）を介して駆動源であるモータ７の発生するアシストトルクをラック５に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与するようになっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２と転舵輪６との間の操舵伝達系の途中に設けられてステアリング２の舵角（操舵角）と転舵輪６の舵角（転舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８と、該伝達比可変装置８の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ９とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト１０とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１１とからなり、伝達比可変装置８は、第１シャフト１０及び第２シャフト１１を連結する差動機構１２と、該差動機構１２を駆動するモータ１３とを備えている。そして、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１１に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これにより操舵角と転舵角との間の伝達比を可変する。

本実施形態では、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３には、ブラシレスモータが採用されており、同モータ１３は、ＩＦＳＥＣＵ９から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されることにより回転する。そして、モータ制御装置としてのＩＦＳＥＣＵ９は、この駆動電力の供給を通じてモータ１３の回転を制御することにより、伝達比可変装置８の作動を制御する。

具体的には、ＩＦＳＥＣＵ９には、ステアリングセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、ＩＦＳＥＣＵ９は、これらステアリングセンサ１４により検出される操舵角θs及び操舵速度ωs、並びに車速センサ１５により検出される車速Ｖに基づいて、最適な伝達比を決定する。そして、その決定された伝達比とすべく伝達比可変装置８の作動を制御する構成となっている（伝達比可変制御）。

次に、本実施形態の車両用操舵装置の電気的構成について説明する。
図２に示すように、ＩＦＳＥＣＵ９は、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３と直流電源としての車載電源（バッテリ）１６との間の電力供給経路Ｌｐの途中に設けられてモータ１３に供給する駆動電力を生成する駆動回路２０と、モータ制御信号の出力を通じて駆動回路２０の作動を制御する制御手段としてのマイコン２１とを備えてなる。

即ち、上記ステアリングセンサ１４及び車速センサ１５（図１参照）により検出された操舵角θs及び操舵速度ωs、並びに車速Ｖは、マイコン２１に入力され、同マイコン２１において、その操舵角θs及び車速Ｖに応じた最適な伝達比が決定される。そして、マイコン２１は、その決定された制御目標に基づきモータ１３を回転させるべく、同モータ１３に駆動電力を供給するためのモータ制御信号を出力し、駆動回路２０は、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１３に三相の駆動電力を供給する。

尚、本実施形態では、駆動回路２０には、入力されるモータ制御信号に基づきオン／オフする複数のスイッチング素子を接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。そして、そのオン／オフする各スイッチング素子の組み合わせ、即ち通電パターンが順次切り替わることにより、車載電源１６の直流電圧が三相の駆動電力に変換され、モータ１３へと供給される構成となっている。

詳述すると、本実施形態のマイコン２１は、上記伝達比可変制御を実行するための各制御成分を演算する制御成分演算手段として、ギヤ比可変制御演算部２３及び微分ステア制御演算部２４を備えている。本実施形態では、ギヤ比可変制御演算部２３には、操舵角θs及び車速Ｖが入力されるようになっており、同ギヤ比可変制御演算部２３は、これらの状態量に基づいて伝達比可変制御の基礎的な制御成分となるギヤ比可変指令角θgr*を演算する。また、微分ステア制御演算部２４には、操舵速度ωs及び車速Ｖが入力されるようになっており、同微分ステア制御演算部２４は、これらの状態量に基づいて、上記ギヤ比可変指令角θgr*の補正成分として微分ステア指令角θls*を演算する。これらギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*は、加算器２５に入力される。そして、同加算器２５において重畳されることにより、伝達比可変制御の目標制御量であるＡＣＴ指令角θta*が生成される。

上記のように生成されたＡＣＴ指令角θta*は、モータ制御信号生成部２６へと入力される。そして、マイコン２１は、このモータ制御信号生成部２６において生成されるモータ制御信号を駆動回路２０へと出力する構成となっている。

さらに詳述すると、モータ制御信号生成部２６に入力された目標制御量としてのＡＣＴ指令角θta*は、ＡＣＴ角演算部２７において演算された伝達比可変制御の実制御量としてのＡＣＴ角θtaとともに、減算器２８へと入力される。

尚、本実施形態では、これらＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaは、伝達比可変装置８の作動により発生する上記ステアリングシャフト３（第２シャフト１１）の上乗せ分の回転角を示す値（所謂ピニオン角ベース）となっており、ＡＣＴ角演算部２７は、回転角センサ２９により検出されるモータ回転角θmに基づいて、ＡＣＴ角θtaを演算する。

減算器２８は、入力されるＡＣＴ指令角θta*及びＡＣＴ角θtaに基づいて、その偏差Δθtaを演算し、Ｆ／Ｂ制御演算部３０へと出力する。そして、このＦ／Ｂ制御演算部３０において、その偏差Δθtaに基づくフィードバック制御演算が実行されることにより、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３に対する印加電圧の制御目標値である電圧指令値Ｖ*が演算される。

即ち、本実施形態のマイコン２１は、目標制御量であるＡＣＴ指令角θta*に実制御量であるＡＣＴ角θtaを追従させるべく、位置制御を実行することによりモータ制御信号の生成・出力を行う。具体的には、モータ回転角θmに応じて、その通電パターンを切り替える所謂矩形波通電を実行すべくモータ制御信号を生成する。そして、上記電圧指令値Ｖ*は、その通電相に対する印加電圧に相当する値となっている。

Ｆ／Ｂ制御演算部３０において演算された電圧指令値Ｖ*は、Ｄｕｔｙ比演算部３１に入力され、同Ｄｕｔｙ比演算部３１において、当該電圧指令値Ｖ*に応じたＤｕｔｙ比（オンＤｕｔｙ比）Ｄが演算される。本実施形態では、このＤｕｔｙ比Ｄは、Ｄｕｔｙ比制限部３２に入力されるようになっており、同Ｄｕｔｙ比制限部３２は、その入力されるＤｕｔｙ比Ｄの値を所定範囲内に制限する制限処理（ガード処理）を実行する。即ち、本実施形態では、Ｄｕｔｙ比Ｄには上限値が設定されている。

Ｄｕｔｙ比制限部３２において制限処理が施された後のＤｕｔｙ比Ｄ´は、ＰＷＭ出力部３３に入力され、同ＰＷＭ出力部３３は、当該入力されたＤｕｔｙ比Ｄ´を有するパルス信号を生成することにより、上記電圧指令値Ｖ*に対応するモータ印加電圧を発生させることが可能なモータ制御信号を生成する。尚、上述のように、このモータ制御信号は、回転角センサ２９により検出されるモータ回転角θmに応じた通電パターンを有するものとなっている。そして、マイコン２１は、このようにして生成されたモータ制御信号を、駆動回路２０へと出力する。

また、本実施形態のマイコン２１は、上述のようなモータ１３に対する過大な電流供給、即ち過電流の発生を検出する機能を有している。具体的には、本実施形態のマイコン２１は、上記過電流の発生を検出する過電流検出部３４が設けられている。この過電流検出部３４には、車載電源１６と駆動回路２０との間の電力供給経路Ｌpに設けられた電流検出手段としての電流センサ３５により検出される電源電流Ｉ０が入力されるようになっており、当該過電流検出部３４は、その検出された電源電流Ｉ０と所定の閾値Ｉth１との比較に基づいて、上記過電流の発生を検出する。そして、本実施形態のマイコン２１は、この過電流検出部３４において、過電流の発生が検出された場合には、モータ１３に対する駆動電力の供給を停止すべく制御することにより、速やかにフェールセーフを図る構成となっている。

即ち、図３のフローチャートに示すように、マイコン２１は、検出された電源電流Ｉ０が所定の閾値Ｉth１以上であるか否かを判定し（ステップ１０１）、該閾値Ｉth１以上である場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）には、モータ１３に対する駆動力の供給を停止、即ちモータ制御を停止する（ステップ１０２）。そして、電源電流Ｉ０が所定の閾値Ｉth１よりも小さい場合（ステップ１０１：ＮＯ）には、そのモータ制御を継続する（ステップ１０３）。

（過電流抑制制御）
次に、本実施形態における過電流抑制制御の態様について説明する。
上述のように、電源電圧及びモータ周囲の温度が一定ではない環境下での使用時には、当該電源電圧及びモータ抵抗の変化により、駆動回路を構成する各スイッチング素子に短絡故障が発生していないにも関わらず、そのモータ制御を停止すべき過電流に相当する電源電流が検出される場合がある。そして、本実施形態のＩＦＳＥＣＵ９は、目標制御量であるＡＣＴ指令角θta*に実制御量であるＡＣＴ角θtaを追従させるべく、位置制御を実行することによりモータ制御信号の生成・出力を行う構成でることから、駆動回路２０からモータ１３へと供給される電流、即ちモータ電流を検出する構成を有していない。そのため、その電源電流に基づく過電流検出の判定結果をモータ電流に基づき評価することができず、上記例外的に発生する過電流の検出に起因したシステム停止を回避すべく、当該過電流検出に用いる閾値Ｉth１を本来の最適値よりも高めに設定せざるを得ないのが実情であり、これが過電流検出精度の向上を図る阻害要因となっていた。

この点を踏まえ、本実施形態では、その過電流検出の基礎となる電源電流Ｉ０に関する閾値として、上記モータ制御を停止すべき第１の閾値Ｉth１とともに、当該第１の閾値Ｉth１よりも低い値を有する第２の閾値Ｉth２が設定されている。そして、本実施形態のマイコン２１は、検出される電源電流Ｉ０が、この第２の閾値Ｉth２以上となった場合には、モータ１３に対する印加電圧を低減すべく制御する。

即ち、本実施形態では、検出される電源電流Ｉ０がモータ制御を停止すべき第１の閾値Ｉth１に近い値にまで増加した場合には、当該第１の閾値Ｉth１を超える前の早い段階において、その電源電流Ｉ０の増加を抑えるべくモータ印加電圧を低減する。そして、これにより、モータ制御を停止すべき第１の閾値Ｉth１以上の電源電流Ｉ０の発生、即ち過電流の発生を抑制する構成となっている。

詳述すると、本実施形態では、この過電流抑制のためのモータ印加電圧の低減は、駆動回路２０（を構成する各スイッチング素子）にモータ制御信号として入力されるパルス信号のＤｕｔｙ比の制御を通じて行われる。

図２に示すように、本実施形態のマイコン２１（のモータ制御信号生成部２６）には、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６が設けられており、上記Ｄｕｔｙ比制限部３２により行われる制限処理（ガード処理）は、このＤｕｔｙ制限値演算部３６により演算されるＤｕｔｙ制限値Ｄlimを上限として行われる。即ち、マイコン２１の出力するモータ出力信号のＤｕｔｙ比は、このＤｕｔｙ制限値Ｄlim以下となる。

本実施形態では、このＤｕｔｙ制限値演算部３６には、上記電流センサ３５により検出された電源電流Ｉ０が入力されるようになっており、同Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、その入力される電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２以上であるか否かを判定する。そして、電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２以上であると判定した場合（Ｉ０≧Ｉth２）には、その上記Ｄｕｔｙ比制限部３２に出力するＤｕｔｙ制限値Ｄlimを、徐々に低い値へと変更（徐減）する。

具体的には、本実施形態のＤｕｔｙ制限値演算部３６におけるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの演算周期は、過電流検出部３４における過電流判定の周期よりも短い周期となっており、当該Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの徐減は、その各周期毎に所定の定数（徐変量α）を減算することにより段階的に行われる。そして、より低い値に変更されたＤｕｔｙ制限値Ｄlimに基づき制限処理（ガード処理）が行われることにより、モータ制御信号のＤｕｔｙ比、即ちモータ１３に対する印加電圧が徐々に低減される構成となっている。

尚、本実施形態のＤｕｔｙ制限値演算部３６は、検出される電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２より低くなった場合（Ｉ０＜Ｉth２）には、その出力するＤｕｔｙ制限値Ｄlimを、徐々に大きな値に変更（徐増）する。このＤｕｔｙ制限値Ｄlimの徐増は、その演算周期毎に、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimに所定の定数（徐変量β）を加算することにより行われる。そして、これにより、過電流の発生する可能性が低下した場合における円滑且つ速やかな通常制御への復帰を担保する構成となっている。

また、本実施形態では、上記Ｄｕｔｙ制限値演算部３６によるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更（徐減）には下限が設定される。
詳述すると、本実施形態のＤｕｔｙ制限値演算部３６は、当該Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの変更（徐減）における下限となる値、即ち徐減下限値Ｄlim_Loとして、上記第２の閾値Ｉth２に相当する電源電流Ｉ０が発生すると推定される値を演算する。そして、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの変更（徐減）において、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの値が、その徐減下限値Ｄlim_Lo以下となった場合には、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの値を当該徐減下限値Ｄlim_Loとする。

具体的には、本実施形態のＤｕｔｙ制限値演算部３６には、電圧センサ３７により検出される電源電圧Ｖ０、及び温度センサ３８（図１参照）により検出されるモータ１３（の周囲）の温度Ｔmpが入力されるようになっており、同Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、これら電源電圧Ｖ０及び温度Ｔmpに基づいて、モータ１３の抵抗値Ｒを推定する。即ち、本実施形態では、電圧センサ３７により電圧検出手段が構成され、温度センサ３８により温度検出手段が構成される。そして、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、その推定された抵抗値Ｒ及び電源電圧Ｖ０に基づいて、上記第２の閾値Ｉth２に相当する電源電流Ｉ０が発生すると推定される値を有する徐減下限値Ｄlim_Loを演算する。

尚、本実施形態では、抵抗値Ｒの推定は、許容誤差及び温度特性を考慮した周知の演算手法により行われる。そして、徐減下限値Ｄlim_Loの演算は、次の（１）式を用いることにより行われる。

Ｄlim_Lo＝√（Ｉth２×Ｒ／Ｖ０） ・・・（１）
即ち、検出される電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２より低くなるまでＤｕｔｙ制限値Ｄlimを徐減することにより、場合によっては、そのＤｕｔｙ制限値Ｄlim、つまり制限処理後のＤｕｔｙ比Ｄ´が必要以上に低下してしまう可能性がある。そして、仮にそのＤｕｔｙ比Ｄ´が「０％」となった場合には、モータ駆動に基づく舵角、即ちＡＣＴ角θtaの維持ができなくなる、つまり所謂ステアリングフリー状態となるおそれがある。

しかしながら、上記のように、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの徐減に下限を設定することで、このような事態の発生を回避することができる。そして、その徐減下限値Ｄlim_Loとして、上記第２の閾値Ｉth２に相当する電源電流Ｉ０が発生すると推定される値を演算することにより、過電流の発生を抑制すべく行われるモータ印加電圧の低減時においても、その基準となる第１の閾値Ｉth１を超えない範囲において、モータ１３に対する最大限の電圧印加が可能な構成となっている。

次に、上記Ｄｕｔｙ制限値演算部３６により行われるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更（徐減及び徐増）の処理手順について説明する。
図４のフローチャートに示すように、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、各状態量を取得すると（ステップ２０１）、先ずモータ１３の抵抗値Ｒを推定し（ステップ２０２）、続いて当該推定された抵抗値Ｒ及び電源電圧Ｖ０に基づきＤｕｔｙ制限値Ｄlimの徐減における下限となる値、即ち徐減下限値Ｄlim_Loを演算する（ステップ２０３）。

次に、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、検出された電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２以上であるか否かを判定する（ステップ２０４）。そして、電源電流Ｉ０が第２の閾値Ｉth２以上であると判定した場合（Ｉ０≧Ｉth２、ステップ２０４：ＹＥＳ）には、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimから所定の徐変量αを減算することにより、当該Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimを徐々に低い値へと変更、即ち徐減するためのＤｕｔｙ制限値徐減演算を実行する（Ｄlim＝Ｄlim−α、ステップ２０５）。

次に、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、その徐減演算後のＤｕｔｙ制限値Ｄlimが徐減下限値Ｄlim_Lo以下であるか否かを判定し（ステップ２０６）、徐減下限値Ｄlim_Lo以下である場合（Ｄlim≦Ｄlim_Lo、ステップ２０６：ＹＥＳ）には、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの値を当該徐減下限値Ｄlim_Loとする（Ｄlim＝Ｄlim_Lo、ステップ２０７）。尚、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimが徐減下限値Ｄlim_Loよりも大きい場合（Ｄlim＞Ｄlim_Lo、ステップ２０６：ＮＯ）には、ステップ２０７の処理は実行されない。そして、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、上記ステップ２０５〜ステップ２０７の実行により演算されたＤｕｔｙ制限値ＤlimをＤｕｔｙ比制限部３２へと出力する（ステップ２０８）。

一方、上記ステップ２０４において、電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２より小さいと判定した場合（Ｉ０＜Ｉth２、ステップ２０４：ＮＯ）には、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimに所定の徐変量βを加算し、当該Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimを徐々に高い値へと変更、即ち徐増するためのＤｕｔｙ制限値徐増演算を実行する（Ｄlim＝Ｄlim＋β、ステップ２０９）。

次に、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、その徐増演算後のＤｕｔｙ制限値Ｄlimが徐増上限値Ｄlim_Hi以上であるか否かを判定し（ステップ２１０）、徐増上限値Ｄlim_Hi以上である場合（Ｄlim≧Ｄlim_Hi、ステップ２１０：ＹＥＳ）には、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの値を当該徐増上限値Ｄlim_Hiとする（Ｄlim＝Ｄlim_Hi、ステップ２１１）。尚、本実施形態では、この徐増上限値Ｄlim_Hiは、予め設定された定数となっている。また、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimが当該徐増上限値Ｄlim_Hiよりも小さい場合（Ｄlim＜Ｄlim_Hi、ステップ２１０：ＮＯ）には、ステップ２１１の処理は実行されない。そして、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、上記ステップ２０９〜ステップ２１１の実行により演算されたＤｕｔｙ制限値ＤlimをＤｕｔｙ比制限部３２へと出力する（ステップ２０８）。

このように、本実施形態のＤｕｔｙ制限値演算部３６は、上記ステップ２０１〜ステップ２１１に示されるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更処理を所定周期毎に実行する。そして、これにより、過電流の発生に相当する第１の閾値Ｉth１を超えない程度に電源電流Ｉ０を抑制しつつ、且つモータ１３に対し最大限の電圧印加を行う構成となっている。

即ち、図５に示すように、電源電流Ｉ０が第２の閾値Ｉth２を超えた場合、そのＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更に応じてＤｕｔｙ比Ｄが上下することにより、電源電流Ｉ０は、過電流の発生に相当する第１の閾値Ｉth１を超えない範囲で上下に推移することになる。その結果、図６に示すように、電源電圧Ｖ０が規定値（この場合、１２Ｖ）を超えて上昇した状況下においても、過電流の発生を抑えつつ、且つ最大限の通電を可能とする構成になっている。尚、電源電圧Ｖ０が規定値を超える状況としては、例えば、エンジン始動時のクランキングによる場合が挙げられる。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）過電流検出の基礎となる電源電流Ｉ０に関する閾値として、上記モータ制御を停止すべき過電流の発生に相当する第１の閾値Ｉth１よりも低い値を有する第２の閾値Ｉth２を設定する。そして検出される電源電流Ｉ０が、この第２の閾値Ｉth２以上となった場合には、モータ１３に対する印加電圧を低減すべく制御する。

即ち、駆動回路２０を構成する各スイッチング素子に短絡故障が発生していない限り、モータ１３に対する印加電圧の低減により電源電流Ｉ０の値を低下させることができる。従って、上記構成のように、過電流の発生に相当する第１の閾値Ｉth１よりも電源電流Ｉ０が低い段階で、その低減を図ることにより、電源電圧Ｖ０やモータ１３（の周囲）の温度Ｔmpの変化により生ずる例外的な過電流を抑制することができる。その結果、モータ制御を停止すべき第１の閾値Ｉth１の値を最適化、即ち上記例外的な過電流の発生を考慮しない値として、その過電流検出の精度の向上を図りつつ、安定的にモータ制御を実行することができるようになる。

（２）マイコン２１は、Ｄｕｔｙ比Ｄの値を所定範囲内に制限するＤｕｔｙ比制限部３２と、その上限となるＤｕｔｙ制限値Ｄlimを演算するＤｕｔｙ制限値演算部３６とを備える。そして、上記モータ１３に対する印加電圧の低減は、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６によるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更により行われる。

上記構成によれば、通常時の制御系に影響を与えることなく、容易に上記過電流抑制を付加することができる。
（３）Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、所定周期毎にＤｕｔｙ制限値Ｄlimの演算を実行する。そして、当該Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimを低減する際は、周期毎に所定の定数（徐変量α）を減算することにより段階的に行われる。

上記構成によれば、電流変化を穏やかなものとして、急峻なトルク変動の発生を抑制することができる。その結果、過電流抑制制御の実行時においても良好な操舵フィーリングを確保することができるようになる。

（４）Ｄｕｔｙ制限値演算部３６によるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更（徐減）には下限が設定される。
即ち、検出される電源電流Ｉ０が上記第２の閾値Ｉth２より低くなるまでＤｕｔｙ制限値Ｄlimを徐減することにより、場合によっては、そのＤｕｔｙ制限値Ｄlim、つまり制限処理後のＤｕｔｙ比Ｄ´が必要以上に低下してしまう可能性がある。そして、仮にそのＤｕｔｙ比Ｄ´が「０％」となった場合には、モータ駆動に基づく舵角、即ちＡＣＴ角θtaの維持ができなくなる、つまり所謂ステアリングフリー状態となるおそれがある。

しかしながら、上記の構成によれば、制限処理後のＤｕｔｙ比Ｄ´は、その徐減下限値Ｄlim_Lo未満にはならない。その結果、上記のような過剰な印加電圧の低下を回避して、安定的にモータ制御を継続することができるようになる。

（５）Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、徐減下限値Ｄlim_Loとして、上記第２の閾値Ｉth２に相当する電源電流Ｉ０が発生すると推定される値を演算する。
上記構成によれば、過電流抑制制御の実行時においても、その基準となる第１の閾値Ｉth１を超えない範囲において、モータ１３に対する最大限の電圧印加が可能になる。

（６）Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、電源電圧Ｖ０及びモータ１３（の周囲）の温度Ｔmpに基づいて、同モータ１３の抵抗値Ｒを推定する。そして、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６は、その推定された抵抗値Ｒ及び電源電圧Ｖ０に基づいて、上記徐減下限値Ｄlim_Loを演算する。

上記構成によれば、より正確に、第２の閾値Ｉth２に相当する電源電流Ｉ０が発生すると推定される値を求めることが可能になる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。

・本実施形態では、モータ１３に対する印加電圧の低減は、Ｄｕｔｙ制限値演算部３６によるＤｕｔｙ制限値Ｄlimの変更により行われることとした。しかし、これに限らず、Ｄｕｔｙ比演算部３１におけるＤｕｔｙ比演算を変更してもよく、電圧指令値Ｖ*に制限をかける等、その他の構成により行うこととしてもよい、
・本実施形態では、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの低減は、周期毎に所定の定数（徐変量α）を減算することにより段階的に行われる、即ち徐減することとした。しかし、これに限らず、一回で低減する構成としてもよい。

・本実施形態では、演算により徐減下限値Ｄlim_Loを求めることとしたが、徐減下限値Ｄlim_Loとして、予め所定値を設定する構成であってもよい。
・本実施形態では、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの低減時における徐変量αは所定の定数とした。しかし、これに限らず、演算により徐変量αを求める構成としてもよい。例えば、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの演算周期が過電流判定周期よりも短い場合、図７に示すように、電源電流Ｉ０が第２の閾値Ｉth２を超えた場合（時間ｔ１）、次回の過電流判定周期に対応するタイミング（時間ｔ２）で、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimがその時点の値Ｄ１から徐減下限値Ｄlim_Loまで低下するように、その徐変量αを演算する構成とするとよい。このような構成とすれば、より滑らかに電源電流Ｉ０（モータ電流）を変化させて、そのトルク変動を一層穏やかなものとすることができる。その結果、過電流抑制制御の実行時におけるより良好な操舵フィーリングの確保が可能になる。尚、このような演算手法は、Ｄｕｔｙ制限値Ｄlimの増加時における徐変量βについて適用してもよい。

・本実施形態では、本発明を車両用操舵装置に設けられた伝達比可変装置８の制御手段、即ちＩＦＳＥＣＵ９に具体化した。しかし、これに限らず、本発明は、伝達比可変装置の制御手段以外の用途に用いられるモータ制御装置に具体化してもよい。

車両用操舵装置の概略構成図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 過電流検出時のフェールセーフ制御の処理手順を示すフローチャート。 Ｄｕｔｙ制限値変更の処理手順を示すフローチャート。 過電流抑制制御時の各電流及びＤｕｔｙ比の推移を示す波形図。 過電流抑制の効果を示す説明図。 Ｄｕｔｙ制限値の低減時における徐変量演算の一例を示す説明図。

符号の説明

１…車両用操舵装置、８…伝達比可変装置、９…ＩＦＳＥＣＵ、１３…モータ、１６…車載電源、２０…駆動回路、２１…マイコン、３２…Ｄｕｔｙ比制限部、３４…過電流検出部、３５…電流センサ、３６…Ｄｕｔｙ制限値演算部、３７…電圧センサ、３８…温度センサ、Ｌｐ…電力供給経路、Ｉ０…電源電流、Ｉth１，Ｉth２…閾値、Ｄ，Ｄ´…Ｄｕｔｙ比、Ｄlim…Ｄｕｔｙ制限値、Ｄlim_Lo…徐減下限値、α，β…徐変量、Ｖ０…電源電圧、Ｔmp…温度、Ｒ…抵抗値。

Claims (10)

1. モータと直流電源との間の電力供給経路の途中に設けられて前記モータに供給する駆動電力を生成する駆動回路と、モータ制御信号の出力を通じて前記駆動回路の作動を制御する制御手段と、前記駆動回路に供給される電源電流を検出する電流検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出される電源電流が所定の閾値以上である場合には、前記モータに対する駆動電力の供給を停止すべく制御するモータ制御装置であって、
   前記制御手段は、前記検出される電源電流が前記駆動電力の供給を停止すべき第１の閾値よりも低い値に設定された第２の閾値以上である場合には、前記モータに対する印加電圧を低減すべく制御すること、を特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記駆動回路は、前記モータ制御信号として入力されるパルス信号のＤｕｔｙ比に基づきオン／オフするスイッチング素子により構成され、前記モータに対する印加電圧の低減は、前記Ｄｕｔｙ比の制御を通じて行われるものであって、
   前記制御手段は、前記Ｄｕｔｙ比に上限値を設定するとともに、前記モータに対する印加電圧を低減するための前記Ｄｕｔｙ比の制御は、前記上限値の変更により行われること、を特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記制御手段は、所定の周期毎に前記モータ制御信号を生成するものであって、前記上限値の変更は、前記周期毎に段階的に行われること、を特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記上限値の変更には下限が設定されること、を特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項４に記載のモータ制御装置において、
   前記制御手段は、前記上限値の変更における下限として、前記第２の閾値に相当する電源電流が発生すると推定される値を演算すること、を特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項５に記載のモータ制御装置において、
   前記モータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記直流電源の電源電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出される温度に基づき前記モータの抵抗を推定し、該抵抗及び前記電源電圧に基づいて、前記上限値の変更における下限を演算すること、
   を特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項３〜請求項６の何れか一項に記載のモータ制御装置において、
   前記上限値を変更する周期は、前記駆動電力の供給を停止すべきか否かを判定する過電流判定の周期よりも短く設定されるものであって、
   前記制御手段は、次回の過電流判定周期に対応するタイミングで、前記上限値が前記下限に対応する値まで低下するように、前記上限を変更する徐変量を演算すること、
   を特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項２〜請求項７の何れか一項に記載のモータ制御装置において、
   前記検出される電源電流が第２の閾値よりも低い場合には、前記上限値を上昇させること、を特徴とするモータ制御装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のモータ制御装置により駆動源のモータを制御する伝達比可変装置。
10. 請求項９に記載の伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置。

Images