JP2011025809A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転位置検出部毎の異常検出を行うことなく、回転位置検出部の異常を即座に正確に検出することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動モータの回転位置に応じて２値の回転位置信号を出力する複数の位置検出手段と、前記複数の位置検出手段から出力される回転位置信号に基づいて状態関数を所定時間毎に演算して回転位置情報を算出する状態関数演算手段（ステップＳ１４）と、前記電動モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記回転位置情報及び前記回転方向に基づいて次に出力される回転位置検出手段の回転位置信号を予測する出力信号予測手段（ステップＳ１５）と、該出力信号予測手段で予測した回転位置信号が所定時間内に検出されないときに、該当する回転位置検出手段の異常と判定する異常判定手段（ステップＳ１７〜Ｓ２２）とを備えた。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系に電動モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの回転位置を検出する回転位置検出部の異常を容易に検出できるようにした電動パワーステアリング装置に関する。

自動車のステアリング装置を電動モータの回転力で操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置は、電動モータで発生する操舵補助力を、減速機を介してステアリングシャフト或いはラック軸に付与するようにしている。
このような電動パワーステアリング装置において、電動モータとしてブラシレスモータを適用する場合には、ブラシレスモータを駆動制御するために電動モータの回転位置を検出する回転位置検出部を設ける必要があり、この回転位置検出部の異常を監視する必要がある。

従来、回転位置検出部の異常を監視するために、モータの回転位置を検出して２値出力する複数の位置検出センサと、前記複数の位置検出センサの出力を入力とする状態関数を所定時間毎に計算する状態関数計算手段と、前記所定時間を介して前後する前記状態関数の出力値をそれぞれ入力して、前記モータの回転方向の検出及び前記モータの回転方向の検出異常を同時に検出する判定手段とを備えた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１４６６９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、回転位置センサの正常なパターンをテーブル化し、故障が発生した場合の組み合わせになった場合に故障と判定することにより、回転位置センサの異常を条件文を使わずにテーブルのみを用いて高速に異常判定することができるものであるが、回転位置センサか故障した場合、操舵によって特定の異常パターンとなるまで異常検出が遅れるという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するために、上記特許文献２に記載の従来例が提案されているが、この場合にはホールセンサ毎に、電圧レベルを検出するためのマイクロコンピュータＡ／Ｄポートや、電源電圧検出回路を装備する必要があり、コストが嵩んだり、マイクロコンピュータのポート不足が懸念されたりするなどの新たな未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、回転位置検出部毎の異常検出を行うことなく、回転位置検出部の異常を即座に正確に検出することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵系に電動モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータの回転位置に応じて２値の回転位置信号を出力する複数の位置検出手段と、前記複数の位置検出手段から出力される回転位置信号に基づいて状態関数を所定時間毎に演算して回転位置情報を算出する状態関数演算手段と、前記電動モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記回転位置情報及び前記回転方向に基づいて次に出力される回転位置検出手段の回転位置信号を予測する出力信号予測手段と、該出力信号予測手段で予測した回転位置信号が所定時間内に検出されないときに、該当する回転位置検出手段の異常と判定する異常判定手段とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、出力信号予測手段で次に出力される回転位置検出手段の回転位置信号を予測し、予測した回転位置信号が所定時間以内に検出されないときに、該当する回転位置検出手段の異常と判定するので、別途回転位置検出手段の異常を検出する異常検出手段を設けることなく、直ちに検出することができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記状態関数は、出力される回転位置情報が前記電動モータの回転位置と重複することなく一対一の関係となる関数であることを特徴としている。

この構成によると、状態関数の出力値となる回転位置情報と電動モータの回転位置とが一対一の関係となるので、回転位置を正確に検出することができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記異常判定手段で設定される所定時間は、前記位置検出手段から出力される２値出力の周期に基づいて算出することを特徴としている。

この構成によると、車両の操舵系の操舵速度が速い場合には所定時間が短くなり、操舵速度が遅い場合には所定時間が長くなり、操舵速度の変動による異常の誤判定を防止することができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記異常判定手段は、前記電動モータの回転速度が所定回転速度範囲内であるときに、回転位置検出手段の異常判定を行うことを特徴としている。

この構成によれば、操舵速度が速い急操舵状態や、操舵速度が極端に遅いか又は操舵を停止している保舵状態や直進走行状態では回転位置検出手段の異常を誤判断する可能性が高いので、これらに対応する電動モータの回転速度領域での異常判断を停止することにより、異常誤検出を防止することができる。

本発明によれば、複数の位置検出手段の出力を入力として状態関数計算手段で状態関数を生成し、状態関数の変化に基づいて電動モータの回転位置および回転方向を検出するとともに、回転位置および回転方向に基づいて次に出力される位置検出手段の出力信号を予測し、予測した出力信号が所定時間以内に検出されないときに該当する位置検出手段の異常と判断するようにしたので、別途位置検出手段の異常を検出する異常検出手段を設けることなく、位置検出手段の異常を即座に正確に検出することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。 操舵補助制御装置の具体的構成を示す機能ブロック図である。 操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。 回転位置信号と回転位置情報Ｓ(n)との関係を示す図である。 回転位置情報Ｓ(n)とモータの回転方向との関係を示す図である。 異常検出部で実行する異常検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵補助電流指令値演算部、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部及びモータ制御部で実行される操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、３相ブラシレスモータを対象として説明する。
図１は、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する３相ブラシレスモータ１２とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を抵抗変化や磁気変化に変換して検出するように構成されている。

また、３相ブラシレスモータ１２は、例えば一端が互いに接続されてスター接続された三相の励磁コイルを有し、各励磁コイルの他端が操舵補助制御装置２０に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが供給される。また、３相ブラシレスモータ１２には、モータ回転位置を検出する例えば円周方向に１２０度離間して配設された３個の位置検出手段としての例えばホール素子で構成される回転位置センサＨ１〜Ｈ３が配設されている。これら回転位置センサＨ１〜Ｈ３の夫々は、例えば３相ブラシレスモータ１２が時計方向回転したときに、図４に示すように、３相ブラシレスモータ１２の回転に応じて最初の１８０度の区間で論理値“１”、残りの１８０度の区間で論理値“０”となり、夫々１２０度位相がずれた回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３を出力する。

操舵補助制御装置２０は、操舵トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１６で検出された車速Ｖが入力されると共に、回転位置センサＨ１〜Ｈ３から出力される位置検出信号ＨＳ１〜ＨＳ３が入力され、さらに後述するモータ電流検出回路６０で検出された３相ブラシレスモータ１２の三相励磁コイルに供給されるモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが入力されている。

この操舵補助制御装置２０は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを演算する操舵補助電流指令値演算部２１と、この操舵補助電流指令値演算部２１で算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいてｄ−ｑ軸電流指令値を算出するｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２と、このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２から出力されるｄ−ｑ軸指令値に基づいてモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを生成するモータ制御部２３と、回転位置センサＨ１〜Ｈ３から出力される回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３が入力されて操舵角度及び操舵角速度を演算するモータ角度検出部２４、操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルク検出値Ｔに基づいて回転方向を判定して回転方向信号ＤＳを出力する回転方向判定部２５及び回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３及び回転方向信号ＤＳに基づいて回転位置センサＨ１〜Ｈ３の異常を検出する異常検出部２６とで構成されている。

操舵補助電流指令値演算部２１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。
この操舵補助電流指令値算出マップは、図３に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが"０"からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが"０"を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

また、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２は、ｄ軸指令電流算出部５１、誘起電圧モデル算出部５２及びｑ軸指令電流算出部５３を備えている。
ｄ軸指令電流算出部５１は、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆと角度検出部３０で算出される回転位置センサＨ１〜Ｈ３で検出した位置出力信号に基づいて算出される電気角θｅ及びモータ角速度ωとに基づいてｄ軸指令電流Ｉｄ^*を算出する。

また、誘起電圧モデル算出部５２は、電気角θｅに基づいてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（ＥｌｅｃｔｒｏＭｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅd(θｅ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅq(θｅ)を算出する。さらに、ｑ軸指令値電流算出部５３は、誘起電圧モデル算出部５２から出力されるｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ(θｅ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ(θｅ)とｄ軸指令電流算出部５１から出力されるｄ軸指令電流Ｉｄ^*と操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆとに基づいてｑ軸指令電流Ｉｑ^*を算出する。

モータ制御部２３は、ブラシレスモータ１２の三相励磁コイルに供給されるモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出するモータ電流検出部６０で検出したモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを３相／２相変換してｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する３相／２相変換部６１と、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*から３相／２相変換部６１から入力されるｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを個別に減算して各相電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑを求める減算器６２ｄ及び６２ｑと、求めた各相電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｄ及びＶｑを算出するＰＩ電流制御部６３と、このＰＩ電流制御部６３から出力される電圧指令値を２相／３相変換してブラシレスモータ１２の各相に対応する電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを算出する２相／３相変換部６４とを備えている。

また、モータ制御部２３は、ＰＩ電流制御部６３から出力された電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑが２相／３相変換部６４で３相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに変換されて入力され、これら電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてデューティ演算を行って各相のデューティ比Ｄｕ_B、Ｄｖ_B及びＤｗ_Bを算出して各相に対応するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調部６５を備えている。

そして、パルス幅変調部６５から出力されるパルス幅変調信号が例えば２つのスイッチング素子を直列に接続したスイッチングアームを３つ並列に接続された構成を有するインバータ６６に出力される。このインバータ６６は、パルス幅変調部６５から入力されるパルス幅変調信号が各スイッチングアームを構成するスイッチング素子のゲートに供給されて、各スイッチングアームから３相モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗをブラシレスモータ１２に出力する。

また、モータ角度検出部２４は、回転位置センサＨ１〜Ｈ３から出力される回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３に基づいてモータ回転角θｍを算出するとともに、現在のモータ回転角θｍ(n)からｋステップ前のモータ回転角θ(n-k)を減算した値をｋステップ変化するのに要する時間Ｔｋを除して算出したモータ回転速度ωｍ（＝｛θｍ(n)−θｍ(n-k)｝／Ｔｋ）を算出する。このモータ角度検出部２４で検出したモータ回転角θｍ及びモータ回転速度ωｍは前述したｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２に供給されるとともに、モータ回転角θｍがモータ制御部２３の３相／２相変換部６１及び２相／３相変換部６４に供給される。

また、回転方向判定部２５は、操舵トルクセンサ３で検出したトルク検出値Ｔが入力され、トルク検出値Ｔに基づいて回転方向を判定して回転方向信号ＤＳを出力する。すなわち、トルク検出値Ｔが “０”近傍の不感帯幅内であるときに、停止状態を表す「０」、不感帯を超えて正方向に増加する場合に、例えば時計方向（ＣＷ）を表す「＋１」、不感帯を超えて負方向に増加する場合に反時計方向（ＣＣＷ）を表す「−１」で表す回転方向信号ＤＳを出力する。

また、異常検出部２６は、回転位置センサＨ１〜Ｈ３から出力される回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３、回転方向判定部２５から出力される回転方向信号ＤＳ及びモータ角度検出部２４で算出したモータ回転速度ωｍが入力され、これらに基づいて次に状態変化する回転位置信号を予測し、所定時間内に回転位置信号の状態変化が生じないときに該当する回転位置センサＨｉ（ｉ＝１〜３）の異常を検出する。

すなわち、前々回に状態変化を生じた回転位置信号の状態変化時から前回に状態変化を生じた回転位置信号の状態変化時までの状態変化時間Ｔ１を計測し、計測した状態変化時間Ｔ１に基づいて異常判定開始時点Ｔｓ及び異常判定終了時間Ｔｅを算出する。
ここで、異常判定開始時間Ｔｓは状態変化時間Ｔ１に所定値Ｘを乗算して算出する。所定値Ｘとしては例えば０．５が設定される（Ｔｓ＝Ｔ１・Ｘ）。また、異常判定終了時間Ｔｅは状態変化時間Ｔ１に所定値Ｙを乗算して算出する（Ｔｅ＝Ｔ１・Ｙ）。所定値Ｙとしては例えば１．５に設定される。これら所定値Ｘ及びＹは操舵速度やモータ回転速度に応じて変更するようにしてもよい。

そして、異常検出部３６では、図６に示す異常検出処理を実行する。
この異常検出処理は、所定のタイマ割込周期Ｔｔ（例えば１０ｍｓｅｃ）のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３、回転方向信号ＤＳ及びモータ回転速度ωｍを読込み、次いでステップＳ２に移行して、モータ回転速度ωｍが下限値ωｄ及び上限値ωｕで設定される検出角速度範囲内であるか否かを判定する（ωｄ≦ωｍ≦ωｕ）。

この判定結果が、ωｍ＜ωｄ又はωｍ＞ωｕであるときには、モータ回転速度ωｍが遅過ぎるか又はモータ回転速度ωｍが速過ぎて異常検出を正確に行えないものと判定して、ステップＳ３に移行し、異常検出処理中であるか否かを表す検出状態フラグＦｄを“０”にリセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップＳ２の判定結果が、ωｄ≦ωｍ≦ωｕであるときには、異常検出処理を実行可能と判断してステップＳ４に移行し、検出状態フラグＦｄが“１”にセットされているか否かを判定し、検出状態フラグＦｄが“０”にリセットされているときにはステップＳ５に移行する。

このステップＳ５では、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れかで状態変化が有ったか否かを判定し、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れにも状態変化がないときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。また、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れかに状態変化があったときには、ステップＳ６に移行して、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３に基づいて下記（１）式に従って回転位置情報Ｓ(n)を算出し、算出した回転位置情報Ｓ(n)をＲＡＭ等のメモリに形成した回転位置情報記憶領域に更新記憶してからステップＳ７に移行する。

Ｓ＝４・「ＨＳ３」＋２・「ＨＳ２」＋「ＨＳ１」
＝２²・「ＨＳ３」＋２¹「ＨＳ２」＋２⁰「ＨＳ１」 …………（１）
ここで、「ＨＳ３」、「ＨＳ２」、「ＨＳ１」は、回転位置信号ＨＳ３、ＨＳ２、ＨＳ１の出力値で、“０”又は“１”をとる。
この（１）式で表される状態関数を図４に示す回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３に基づいて演算して回転位置情報Ｓ(n)を算出した結果を図４（ｄ）に示す。この図４（ｄ）から明らかなように、ブラシレスモータ１２のロータの６０度（電気角）毎の位置と回転位置情報Ｓ(n)の値との関係は一対一に関係付けられていることが分かる。この回転位置情報Ｓ(n)とブラシレスモータ１２の回転方向との関係は図５に示すようになる。この図５において、右側に移動する、例えば、回転位置情報Ｓ(n)の値が“５”→“１”→“３”…に移動する方向を時計方向回転（以下、ＣＷと称す）とする。逆に、左に移動する、例えば“５”→“４”→“６”…に移動する方向を反時計方向回転（以下、ＣＣＷと称す）とする。

各回転位置センサＨ１〜Ｈ３の出力値と状態回数Ｓの出力値である回転位置情報Ｓ(n)との関係を表すと下記表１に示すようになる。

この表１において、回転位置情報Ｓ(n)が“０”及び“７”は回転位置としては定義付けされていないが、状態関数Ｓの出力値として存在するので標記しておく。具体的には、回転位置センサＨ１〜Ｈ３の何れか１個が故障して、その回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れか１個が常時“０”又は“１”に固定された場合に回転位置情報Ｓ(n)が“０”又は“７”となる。

なお、状態関数Ｓは（１）式に限定されるものではなく、状態関数Ｓはその出力値となる回転位置情報Ｓ(n)がブラシレスモータ１２の回転位置と重複することなく一対一の関係となるものであれば他の状態関数を適用することができる。
ステップＳ７では、状態変化時間Ｔ１を計数するためのカウント値Ｎを“０”にクリアしてからステップＳ８に移行し、検出状態フラグＦｄを“１”にセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

一方、前記ステップＳ４の判定結果が、検出状態フラグＦｄが“１”にセットされているときには、ステップＳ９に移行して、カウント値Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ１０に移行する。

このステップＳ１０では、前回状態変化時間Ｔ１を算出しているか否かを判定し、前回状態変化時間Ｔ１を算出していないときにはステップＳ１１に移行して、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れかで状態変化が有ったか否かを判定し、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れも状態変化を生じていないときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れかに状態変化があったときにはステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２では、カウント値Ｎにタイマ割込周期Ｔｔを乗算して状態変化時間Ｔ１（＝Ｎ×Ｔｔ）を算出し、次いでステップＳ１３に移行して、算出した状態変化時間Ｔ１に基づいて異常検出開始時間Ｔｓ及び異常検出終了時間Ｔｅを算出し、これらを異常検出設定時間記憶領域に更新記憶する。

次いで、ステップＳ１４に移行して、前記（１）式に基づいて回転位置情報Ｓ(n)を算出し、これを回転位置情報記憶領域に更新記憶してからステップＳ１５移行する。
このステップＳ１５では、回転位置情報Ｓ(n)及び回転方向信号ＤＳに基づいて次回に状態変化を生じる回転位置信号ＨＳｉ（ｉ＝１〜３）を予測し、次いで、ステップＳ１６に移行して、カウント値Ｎを“０”にリセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

一方、前記ステップＳ１０の判定結果が、前回状態返還時間Ｔ１を算出したものであるときには、ステップＳ１７に移行して、カウント値Ｎに基づいて前回状態変化を生じてからの経過時間Ｔｎ（＝Ｎ×Ｔｔ）を算出してからステップＳ１８に移行する。

このステップＳ１８では、経過時間が前記ステップＳ１３で算出した異常検出開始時間Ｔｓ及び異常検出終了時間Ｔｅで規定される異常検出期間内であるか否かを判定し、異常検出期間内であるときにはステップＳ１９に移行する。
このステップＳ１９では、前記ステップＳ１５で予測した予測回転位置信号ＨＳｉに状態変化が生じたか否かを判定し、状態変化を生じたときには、該当する回転位置センサＨｉが正常であると判断して、前記ステップＳ１２に移行し、状態変化を生じていないときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

また、前記ステップＳ１８の判定結果が、Ｔｎ＜Ｔｓ又はＴｎ＞ＴｅであるときにはステップＳ２０に移行して、経過時間Ｔｎが異常検出終了時間Ｔｅを超えているか否かを判定し、Ｔｎ＜Ｔｅであるときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、Ｔｎ＞ＴｅであるときにはステップＳ２１に移行する。
このステップＳ２１では、予測回転位置信号ＨＳｉに状態変化がなく、この予測回転位置信号ＨＳｉを出力する回転位置センサＨｉが異常であることを表すセンサ異常情報をＲＡＭ等のメモリに形成したセンサ異常情報記憶領域に記憶する。次いで、ステップＳ２２に移行して、操舵補助制御処理を停止させる異常フラグＦａを“１”にセットしてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

この図６の処理において、ステップＳ１４の処理が状態関数演算手段に対応し、ステップＳ１５の処理が出力信号予測手段に対応し、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１７〜Ｓ２２の処理が異常判定手段に対応している。
また、操舵補助制御装置２０では、前述した操舵補助電流指令値演算部２１、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２及びモータ制御部２３に対応する操舵補助制御処理を実行する。

この操舵補助制御処理は、図７に示すように、先ず、ステップＳ３０で、異常フラグＦａを読込み、次いでステップＳ２に移行して、異常フラグＦａが“１”にセットされているか否かを判定し、異常フラグＦａが“１”にセットされているときには、操舵補助制御処理を終了し、異常フラグＦａが“０”にリセットされているときにはステップＳ３１に移行する。

このステップＳ３１では、操舵トルクセンサ１４、車速センサ１６、モータ電流検出部６０等の各種センサの検出値を読込み、次いでステップＳ３２に移行して、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／２相変換処理してｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを算出してからステップＳ３３に移行する。
このステップＳ３３では、操舵トルクＴをもとに前述した図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、次いでステップＳ３４に移行して、算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに対してｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２と同様のｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行してｄ軸指令電流Ｉｄ^*及びｑ軸指令電流Ｉｑ^*を算出する。

次いで、ステップＳ３５に移行して、ｄ軸指令電流Ｉｄ^*及びｑ軸指令電流Ｉｑ^*からモータ電流検出値Ｉｄ及びＩｑを減算して電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑを算出し、次いでステップＳ３６に移行して、電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑについてＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖｄ及びＶｑを算出し、次いでステップＳ３７に移行して算出した電圧指令値Ｖｄ及びＶｑを２相／３相変換処理して３相電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗを算出してからステップＳ３８に移行する。

このステップＳ３８では、３相電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに基づいてデューティ比を演算してからパルス幅変調処理を行ってインバータゲート信号を形成し、次いでステップＳ３９に移行して、形成したインバータゲート信号をインバータ６６に出力してから操舵補助制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチ（図示せず）をオン状態とすることにより、操舵補助制御装置２０に電源が投入されて、操舵補助制御処理が実行開始される。
このため、操舵トルクセンサ１４で検出した操舵トルクＴ、車速センサ１６で検出した車速Ｖ、モータ電流検出部６０で検出したモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗ、回転位置センサＨ１〜Ｈ３で検出した回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３が操舵補助制御装置２０に供給される。

したがって、操舵補助電流指令値演算部２１で、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて図３に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆがｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２に入力される。

一方、回転位置センサＨ１〜Ｈ３で検出した回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３が角度検出部２４に入力され、この角度検出部２４で、モータ角度θｍ及びモータ角速度ωｍが算出され、これらモータ角度θｍ及びモータ角速度ωｍがｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２に供給される。

このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール１が操舵されていない状態では、操舵トルクセンサ１４で検出される操舵トルクＴが"０"であり、車速センサ１６で検出される車速Ｖも"０"であるので、操舵補助電流指令値演算部２１で算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆも"０"となっている。このため、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２で算出されるｄ軸電流目標値Ｉｄ^*及びｑ軸電流目標値Ｉｑ^*も“０”となり、これらｄ軸電流目標値Ｉｄ^*及びｑ軸電流目標値Ｉｑ^*がモータ制御部２３に供給される。

このモータ制御部２３では、モータ電流検出部６０で検出されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが"０"であり、３相／２相変換部６１から出力されるｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑが共に０となり、減算器６１ｄ及び６１ｑから出力される電流偏差ΔＩｄ及びＩｑも"０"となる。このため、ＰＩ電流制御部６３から出力される電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑも"０"となって、これら電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑが２相／３相変換部６４で３相電圧指令値に変換されてパルス幅変調部６５に供給される。このパルス幅変調部６５でデューティ比０％のパルス幅変調信号がパルス幅変調部６５からインバータ６６に供給されるので、このインバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも"０"となって、ブラシレスモータ１２が停止状態を継続する。

このブラシレスモータ１２の停止状態で、ステアリングホイール１を右切り（又は左切り）操舵する所謂据え切りを行うと、操舵トルクセンサ１４で操舵方向に応じた操舵トルクＴが検出され、この操舵トルクＴが操舵補助制御装置２０に供給されることにより、操舵補助電流指令値演算部２１で、車速Ｖが"０"であるので、一番内側の特性曲線が選択されて操舵トルクＴの増大に応じて早めに大きな値となる操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが算出され、この操舵補助指令値Ｉｒｅｆがｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２に供給される。

このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２で、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに応じた値のｄ軸指令電流Ｉｄ^*及びｑ軸指令電流Ｉｑ^*が算出され、これらがモータ制御部２３に出力される。
このとき、ブラシレスモータ１２がまだ停止状態であるので、モータ電流検出部６０で検出されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが"０"であり、これを３相／２相変換したｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑも“０”となるので、減算器６１ｄ及び６１ｑから出力される電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑはｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*のままとなり、これら電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑがＰＩ電流制御部６３に供給される。

このため、ＰＩ電流制御部６３でＰＩ制御処理が行われて、電圧指令値Ｖｄ及びＶｑが算出され、これらが電圧指令値Ｖｄ及びＶｑが２相／３相変換されて３相電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに変換されてパルス幅変調部６５に出力される。このパルス幅変調部６５から電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗに応じたデューティ比のパルス幅変調信号がインバータ６６に供給され、インバータ６６からモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが出力されてブラシレスモータ１２が回転駆動されて、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。

その後、車両を発進させると、車速センサ１６で検出される車速Ｖが増加することにより、走行中にステアリングホイール１を操舵したときに、操舵補助電流指令値演算部２１で算出される操舵補助電流指令値は図３のマップで車速Ｖが速くなるほど外側の特性曲線が選択されることになるので、操舵トルクＴの増加に対応する操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆの増加量が少なくなることにより、ブラシレスモータ１２で発生される操舵補助トルクも据え切り時に比較して小さい値となり、車速Ｖに応じた最適の操舵補助トルクを発生させることができる。

ところで、異常検出部２５では、図６に示す異常検出処理をタイマ割込処理として常時実行している。この異常検出処理では、モータ回転速度ωｍが下限値ωｄ及び上限値ωｕの正常検出範囲外であるときには、異常検出処理で誤検出を行う恐れが高いので、回転位置センサＨ１〜Ｈ３の異常検出を中止するが、モータ回転速度ωｍが下限値ωｄ及び上限値ωｕの正常検出範囲内（ωｄ≦ωｍ≦ωｕ）であるときには回転位置センサＨ１〜Ｈ３の異常検出を行う。

したがって、例えば、ステアリングホイール１を操舵していない状態やステアリングホイール１を急操舵している状態では、異常検出は行われず、検出状態フラグＦｄが“０”にリセットされているが、前述した据え切り時や走行操舵時では、異常検出を行うことになる。
そして、異常検出が中止されている状態からモータ回転速度ωｍが正常検出範囲内になると、図６の処理でステップＳ２からステップＳ４に移行し、前回まで検出状態フラグＦｄが“０”にリセットされているので、ステップＳ４からステップＳ５に移行して、回転位置検出信号ＨＳ１〜ＨＳ３の何れかで状態変化が生じるまで待機する。

この状態で、例えば各回転位置センサＨ１〜Ｈ３から出力される回転位置信号ＨＳ１、ＨＳ２及びＨＳ３が、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、時点ｔ０で、ＨＳ１が論理値“０”、ＨＳ２が論理値“０”及びＨＳ３が論理値“１”であるものとする。この状態で、ブラシレスモータ１２が時計方向回転することにより、時点ｔ１で、回転位置信号ＨＳ１が論理値“０”から論理値“１”に状態変化すると、図６の異常検出処理で、ステップＳ５からステップＳ６に移行して、回転位置情報Ｓ(n)を算出して、回転位置情報記憶領域に更新記憶する。このため、回転位置情報記憶領域には回転位置情報Ｓ(n)として“５”が記憶される。

そして、状態変化時間Ｔ１を計時するためのカウント値Ｎを“０”にクリアし（ステップＳ７）、検出状態フラグＦｄを“１”にセットする（ステップＳ８）。
その後、タイマ割込周期Ｔｔが経過して次に異常検出処理が実行されたときに、検出状態フラグＦｄが“１”にセットされているので、ステップＳ４からステップＳ９に移行し、カウント値Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ１０に移行する。このとき、前回状態変化時間Ｔ１を算出していないので、ステップＳ１１に移行する。この状態では回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ２の何れもが状態変化していないので、そのままタイマ割込処理を終了する。

その後、時点ｔ２に達するまでは、カウント値Ｎのインクリメントのみが実行され、時点ｔ２に達して回転位置信号ＨＳ３に論理値“１”から論理値“０”となる状態変化が生じると、図６の処理で、ステップＳ１１からステップＳ１２に移行して、カウント値Ｎにタイマ割込周期Ｔｔを乗算して状態変化時間Ｔ１を算出する（ステップＳ１２）。

次いで、算出した状態変化時間Ｔ１に基づいて検出開始時間Ｔｓ及び検出終了時間Ｔｅを算出し（ステップＳ１３）、次いで回転位置信号ＨＳ１〜ＨＳ３に基づいて回転位置情報Ｓ(n)を算出し、これを回転位置情報記憶領域に更新記憶する。このときの回転位置情報Ｓ(n)は、回転位置信号ＨＳ１が論理値“１”で、回転位置信号ＨＳ２及びＨＳ３が論理値“０”であるので、Ｓ(n)＝“１”となる。

この状態で、回転位置情報Ｓ(n)及び回転方向信号ＤＳに基づいて次に状態変化を生じる回転位置信号ＨＳｉを予測する。この場合、ブラシレスモータ１２の回転方向が時計方向回転であり、回転位置情報Ｓ(n)＝“１”であるので、次に予測される回転位置情報Ｓ(n+1)は図４（ｄ）からＳ(n+1)＝“３”となり、状態変化を生じる予測回転位置信号ＨＳｉはＨＳ２となる。

このように、時点ｔ２で状態変化時間Ｔ１が算出されたので、その後に異常検出処理が実行されたときにはステップＳ１０からステップＳ１７に移行する。このため、現在のカウント値Ｎにタイマ割込周期Ｔｔを乗算して経過時間Ｔｎを算出し（ステップＳ１７）、この経過時間Ｔｎが異常検出開始時間Ｔｓに達する間での間は、ステップＳ１８からステップＳ２２に移行し、Ｔｎ＜Ｔｅであるので、そのままタイマ割込処理を終了することにより、カウント値Ｎのインクリメントのみが行われる。

その後、経過時間Ｔｎが異常検出開始時間Ｔｓに達すると、ステップＳ１８からステップＳ１９に移行し、予測回転位置信号ＨＳｉ（＝ＨＳ２）に状態変化が生じたか否かを判定し、予測回転位置信号ＨＳｉに状態変化が生じていないときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

その後、経過時間Ｔｎが長くなって、図４（ｂ）に示すように、異常検出終了時間Ｔｅに達する前の時点ｔ３で、予測回転位置信号ＨＳｉとなる回転位置信号ＨＳ２に論理値“０”から論理値“１”への状態変化が生じると、回転位置センサＨＳ２が正常であると判断して、図６の処理において、ステップＳ１９からステップＳ１２に移行して、状態変化時間Ｔ１を算出し、その後、異常検出開始時間Ｔｓ及び異常検出終了時間Ｔｅを算出し（ステップＳ１３）、次いで回転位置情報Ｓ(n)を算出し（ステップＳ１４）、さらに次回に状態変換を生じる予測回転位置信号ＨＳｉを算出し（ステップＳ１５）、次いでカウント値Ｎを“０”にクリアする（ステップＳ１６）。

以上の処理を繰り返して、状態変化時間Ｔ１に基づいて算出される異常検出開始時間Ｔｓ及び異常検出終了時間Ｔｅ間に予測された回転位置信号ＨＳｉに状態変化が生じると、該当する回転位置センサＨｉが正常であると判断する。

ところが、図４（ｅ）〜（ｈ）に示すように、回転位置センサＨ２に異常が発生して、前述したように時点ｔ２で算出した異常検出開始時間Ｔｓ及び異常検出終了時間Ｔｅ間に予測回転位置信号ＨＳｉとしての回転位置信号ＨＳ２に状態変化が生じない場合には、経過時間Ｔｎが異常検出終了時間Ｔｅを超えたときに、ステップＳ１８からステップＳ２０を経てステップＳ２１に移行し、回転位置センサＨ２が異常であることを表す異常情報を異常情報記憶領域に記憶するとともに、ステップＳ２２に移行して、異常フラグＦａを“１”にセットする。
このため、図７の操舵補助制御処理が実行されたときに、ステップＳ３０からそのまま操舵補助制御処理を終了し、ブラシレスモータ１２による操舵補助力の発生を停止する。

このように、上記実施形態によれば、回転位置情報Ｓ(n)と回転方向信号ＤＳに基づいて次回に状態変化を生じる回転位置信号ＨＳｉを予測し、予測した回転位置信号ＨＳｉが所定時間内に検出されないときには、回転位置信号ＨＳｉを出力する回転位置センサＨｉが異常であると直ちに且つ正確に検出することができる。

しかも、回転位置信号ＨＳｉが異常であるか否かを判定する異常検出時間の開始時間Ｔｓ及び終了時間Ｔｅを前回の状態変化を生じている信号間の状態変化時間Ｔ１に基づいて算出するので、ステアリングホイール１の操舵速度が変化した場合にも、その操舵速度変化に応じて状態変化時間Ｔ１が変化することになり、操舵速度に最適な異常検出時間Ｔｓ〜Ｔｅを設定することができる。

なお、上記実施形態においては、回転方向判定部３２で操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴの符号に基づいて回転方向信号ＤＳを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前回の回転位置情報Ｓ(n-1)と今回の回転位置情報Ｓ(n)とに基づいて回転方向を検出するようにしてもよく、さらにはモータ回転速度ωｍに基づいて回転方向を検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、モータ回転速度ωｍが所定の正常検出範囲内であるときに異常検出処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば１つの回転位置信号ＨＳｉについて複数回連続して異常を検出したときに、異常と判定する場合には、正常検出範囲の上限を設定する上限値ωｕを大きな値に変更するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、回転位置センサを３つ設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転センサを４つ以上設けて分解能を向上させるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、３相ブラシレスモータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、４相以上のブラシレスモータを適用することもできる。

さらに、上記実施形態においては、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*とｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差ΔＩｄ及びΔＩｑをＰＩ制御処理してから２相／３相変換して３相電圧変換する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２２で演算したｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*を２相／３相変換して３相電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*を算出し、これら３相電流指令値Ｉｕ^*〜Ｉｗ^*とモータ電流検出部６０で検出したモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗとの偏差をＰＩ制御処理して電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗを算出するようにしてもよい。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…３相ブラシレスモータ、１６…車速センサ、２０…操舵補助制御装置、２１…操舵補助電流指令値演算部、２２…ｄ−ｑ軸電流指令値演算部、２３…モータ制御部、２４…モータ角度検出部、２５…回転方向判定部、２６…異常検出部、５１…ｄ軸指令電流算出部、５２…誘起電圧モデル算出部、５３…ｑ軸指令電流算出部、６０…モータ電流検出部、６１…３相／２相変換部、６２ｄ，６２ｑ…減算器、６３…ＰＩ電流制御部、６４…２相／３相変換部、６５…パルス幅変調部、６６…インバータ

Claims (4)

1. 車両の操舵系に電動モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータの回転位置に応じて２値の回転位置信号を出力する複数の位置検出手段と、
   前記複数の位置検出手段から出力される回転位置信号に基づいて状態関数を所定時間毎に演算して回転位置情報を算出する状態関数演算手段と、
   前記電動モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、前記回転位置情報及び前記回転方向に基づいて次に出力される回転位置検出手段の回転位置信号を予測する出力信号予測手段と、
   該出力信号予測手段で予測した回転位置信号が所定時間内に検出されないときに、該当する回転位置検出手段の異常と判定する異常判定手段と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記状態関数は、出力される回転位置情報が前記電動モータの回転位置と重複することなく一対一の関係となる関数であ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. 前記異常判定手段で設定される所定時間は、前記位置検出手段から出力される２値出力の周期に基づいて算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記異常判定手段は、前記電動モータの回転速度が所定回転速度範囲内であるときに、回転位置検出手段の異常判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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