JP2017038498A5 - - Google Patents

Description

本発明の第１実施形態に係る車両の一構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る操舵トルクセンサを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る３相電動モータの構成を示す断面図である。 図３の３相電動モータの巻線構造を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の具体的構成を示す回路図である。 正常時の操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 異常時の操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ電気角検出回路の具体的構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る相対オフセット量推定部の具体的構成を示すブロック図である。 モータ電気角の原点と出力軸回転角検出値の基準値との関係を説明する波形図である。 本発明の第１実施形態に係る第２相対オフセット量推定部の具体的構成を示すブロック図である。 （ａ）は、３相電動モータに印加する高調波電圧の一例を示す波形図であり、（ｂ）は、高調波電圧印加時と磁気飽和電圧印加時の応答電流の一例を示す波形図である。 本発明の第２実施形態に係る第３相対オフセット量推定部の具体的構成を示すブロック図である。 ３相電動モータに印加するパルス波電圧の一例を示す波形図である。 本発明の第３実施形態に係る第４相対オフセット量推定部の具体的構成を示すブロック図である。 ３相電動モータに印加するステップ波電圧の一例を示す波形図である。

次に、図面に基づき、本発明の第１〜第３実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、寸法の関係や比率等は現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。
また、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

そして、ステータ２２ＳのスロットＳＬに、図４に示す２系統で、その各々の同相の磁極がロータ磁石に対し同位相となる多相モータ巻線となる第１の３相モータ巻線Ｌ１と第２の３相モータ巻線Ｌ２とが巻装されている。第１の３相モータ巻線Ｌ１は、Ｕ相コイルＵ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ相コイルＶ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ相コイルＷ１ａ，Ｗ１ｂの各一端が互いに接続されてスター結線とされている。さらに、Ｕ相コイルＵ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ相コイルＶ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ相コイルＷ１ａ，Ｗ１ｂの各他端がモータ制御装置２５に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｖ及びＩ１ｗが供給されている。

また、第２の３相モータ巻線Ｌ２は、Ｕ相コイルＵ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ相コイルＶ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ相コイルＷ２ａ，Ｗ２ｂの各一端が互いに接続されてスター結線とされている。さらに、Ｕ相コイルＵ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ相コイルＶ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ相コイルＷ２ａ，Ｗ２ｂの他端がモータ制御装置２５に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉ２ｕ、Ｉ２ｖ及びＩ２ｗが供給されている。

そして、第１の３相モータ巻線Ｌ１の各相コイル部Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂ並びに第２の３相モータ巻線Ｌ２の各相コイル部Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂは各ティースＴｅを挟むスロットＳＬに通電電流の方向が同一方向となるように巻回されている。
このように第１の３相モータ巻線Ｌ１の各相コイル部Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂと、第２の３相モータ巻線Ｌ２の各相コイル部Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂと、が互いに異なる１２本のティースＴｅ１〜Ｔｅ１２に巻装されている。すなわち、１２本のティースＴｅ１〜Ｔｅ１２に、順次第１系統となる相コイルＵ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂを反時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、次いで、第２系統となる相コイルＵ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂを反時計方向に順に同一の巻回方向で巻装している。さらに、第１系統となる相コイルＵ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂを反時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、最後に、第２系統となる相コイルＵ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂを反時計方向に順に同一の巻回方向で巻装している。このため、第１の３相モータ巻線Ｌ１及び第２の３相モータ巻線Ｌ２の同相のコイル部がロータ２２Ｒの各磁極の永久磁石ＰＭで形成される同一の磁束に同時に鎖交することがないように巻装されている。したがって、第１の３相モータ巻線Ｌ１の各コイル部と第２の３相モータ巻線Ｌ２の各コイル部とで互いの磁気的な干渉を最小限に抑制する磁気回路を構成している。

角度演算部６０は、レゾルバ２３ａから出力される３相電動モータ２２の回転角に応じたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号に基づいて第１のモータ電気角θｍ１を演算する。そして、演算した第１のモータ電気角θｍ１を電気角選択部２３ｄに出力する。
レゾルバ異常診断部６１は、レゾルバ２３ａの異常を検出し、異常検出信号ＳＡｒを出力する。

このサブモータ電気角検出回路２３ｃは、相対オフセット量推定部６２と、モータ電気角推定部６３とを備えている。
相対オフセット量推定部６２は、モータ電気角θｍの原点θｍｄ（以下、「モータ電気角原点θｍｄ」と記載する場合がある）と出力軸回転角検出値θｏｓの基準値θｏｓｒとの相対オフセット量θｏｆｆを推定する。そして、推定した相対オフセット量θｏｆｆをモータ電気角推定部６３に出力する。

ここで、レゾルバ２３ａ及び角度演算部６０が正常時は、モータ電気角の原点θｍｄが解るので、出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとの相対オフセット量を容易に推定することが可能である。
なお、基準値θｏｓｒは、システム起動時（ＩＧＮスイッチ２８がＯＦＦからＯＮになった時）の出力軸回転角検出値に極対数Ｐと減速比ＲＧｒとを乗算したものである。

また、モータ電気角θｍを出力軸回転角検出値θｏｓ・極対数Ｐ・減速比ＲＧｒで補うためには、モータ電気角の原点θｍｄ（０度）と出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとを一致させる必要がある。例えば、図１０中に示すように、基準値θｏｓｒと原点θｍｄとが一致していない場合、同図中の一点鎖線に示すように、同図中の実線に示すモータ電気角θｍに対して出力軸回転角検出値θｏｓ・極対数Ｐ・減速比ＲＧｒ（基準値θｏｓｒからの変位量）に角度誤差が生じる。そのため、実際のモータ電気角θｍに対して大きなずれが生じることになる。

そのため、モータ電気角の原点θｍｄに対して、出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒがどれだけずれているかを相対オフセット量として求めておき、モータ電気角を推定時は相対オフセット量を加える（相対オフセット量で補正する）必要がある。
第２相対オフセット量推定部７１は、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態となるシステム停止後からＩＧＮスイッチ２８が再びＯＮ状態となるシステム再起動後のレゾルバ異常診断部６１による初期診断にて異常検出信号ＳＡｒが異常ありを示す値であったときに、第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を推定する。そして、推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２をＲＡＭ５０に記憶する。なお、第１実施形態のレゾルバ異常診断部６１は、ＩＧＮスイッチ２８がＯＮ状態となってシステムが起動した直後に診断を行うようになっている。

オフセット量推定処理部１１４は、補正後のモータ電気角初期値θｍｓｃに基づきモータ電気角原点θｍｄを推定し、このモータ電気角原点θｍｄとシステム再起動時の出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとに基づき第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を推定する。そして、推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２をＲＡＭ５０に記憶する。
相対オフセット量選択部７２は、システム起動中に異常検出信号ＳＡｒが異常ありを示す値となった場合に、第１の相対オフセット量θｏｆｆ１を選択し、システム再起動後の初期診断で異常検出信号ＳＡｒが異常ありを示す値となった場合に、第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を選択する。そして、第１の相対オフセット量θｏｆｆ１及び第２の相対オフセット量θｏｆｆ２のうち選択した方をＲＡＭ５０から読み出し、相対オフセット量θｏｆｆとしてモータ電気角推定部６３に出力する。

引き続き、相対オフセット量推定部６２は、オフセット量推定処理部１１４において、補正後のモータ電気角初期値θｍｓｃに基づきモータ電気角原点θｍｄを推定し、このモータ電気角原点θｍｄと、システム再起動時に取得した出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとに基づき第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を推定する。そして、推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を、ＲＡＭ５０に記憶する。

（第１実施形態の効果）
（１）第１実施形態に係るモータ制御装置２５は、電気角初期値推定部１１１が、システム再起動後の初期診断において、操舵補助力を発生する３相電動モータ２２のモータ電気角θｍを検出するレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断されると、３相電動モータ２２へのモータ駆動信号（高調波電圧）の入力に応じた３相電動モータ２２の応答出力（応答電流）に基づきモータ電気角初期値θｍｓを推定する。モータ電気角推定部６３が、出力軸回転角検出値θｏｓと、モータ電気角初期値θｍｓ（に基づき推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２）とに基づきモータ電気角θｍを推定する。制御演算装置３１及びモータ電気角検出回路２３が、レゾルバ２３ａ及び角度演算部６０が正常時はこれらで検出した第１のモータ電気角θｍ１に基づき３相電動モータ２２を駆動制御する。一方、システム再起動後の初期診断においてレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常時はモータ電気角推定部６３で推定した第２のモータ電気角θｍ２に基づき３相電動モータ２２を駆動制御する。

この構成であれば、システム再起動後の初期診断でレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断された場合に、３相電動モータ２２へのモータ駆動信号の入力に応じた３相電動モータ２２の応答出力に基づきモータ電気角初期値θｍｓを推定し、推定したモータ電気角初期値θｍｓと出力軸回転角検出値θｏｓとに基づきモータ電気角θｍを推定することが可能である。
これにより、レゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断されてから一旦システムが停止した後にシステムが再起動した場合や、システム停止中に異常が発生した場合などでもシステム再起動後に３相電動モータ２２を正常時と遜色なく駆動することが可能となる。

（２）第１実施形態に係るモータ制御装置２５は、操舵トルクセンサ１３がステアリング機構に伝達される操舵トルクＴを検出する。出力側回転角センサ１３ｃがステアリングの舵角（出力軸回転角検出値θｏｓ）を検出する。３相電動モータ２２が操舵補助力を発生する。レゾルバ２３ａ及び角度演算部６０が３相電動モータ２２のモータ電気角θｍを検出する。第１及び第２のインバータ回路４２Ａ及び４２Ｂが、３相電動モータ２２に駆動電流を供給する。制御演算装置３１が、操舵トルクセンサ１３で検出した操舵トルクＴとレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０で検出したモータ電気角θｍとに基づき第１及び第２のインバータ回路４２Ａ及び４２Ｂを駆動制御する。

さらに、モータ電気角推定部６３が、出力側回転角センサ１３ｃで検出した出力軸回転角検出値θｏｓと電気角初期値推定部１１１で推定したモータ電気角初期値θｍｓ（に基づき推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２）とに基づきモータ電気角θｍを推定する。制御演算装置３１が、システム再起動後のレゾルバ異常診断部６１による初期診断でレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断されると、操舵トルクセンサ１３で検出した操舵トルクＴとモータ電気角推定部６３で推定したモータ電気角推定値θｍｅ（第２のモータ電気角θｍ２）とに基づき第１及び第２のインバータ回路４２Ａ及び４２Ｂを駆動制御する。

この構成であれば、システム再起動後の初期診断でレゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断された場合に、３相電動モータ２２へのモータ駆動信号の入力に応じた３相電動モータ２２の応答出力に基づきモータ電気角初期値θｍｓを推定し、推定したモータ電気角初期値θｍｓと出力軸回転角検出値θｏｓとに基づきモータ電気角θｍを推定することが可能である。
これにより、レゾルバ２３ａ及び角度演算部６０の少なくとも一方が異常と診断されてから一旦システムが停止した後にシステムが再起動した場合や、システム停止中に異常が発生した場合などでもシステム再起動後に３相電動モータ２２を正常時と遜色なく駆動することが可能となる。

オフセット量推定処理部１１４は、電気角初期値補正部１１２からの補正後のモータ電気角初期値θｍｓｃに基づきモータ電気角原点θｍｄを推定し、このモータ電気角原点θｍｄと、システム再起動時の出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとに基づき第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を推定する。そして、推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２をＲＡＭ５０に記憶する。

電気角初期値補正部１１２は、検出した第５電流ピーク値Ｉｍｐ５からＲＯＭ５１に記憶された補正情報マップを参照してモータ電気角補正情報Ｃｍを読み出し、読み出したモータ電気角補正情報Ｃｍに基づきモータ電気角初期値θｍｓを補正する。そして、補正後のモータ電気角初期値θｍｓｃをオフセット量推定処理部１１４に出力する。
オフセット量推定処理部１１４は、電気角初期値補正部１１２からの補正後のモータ電気角初期値θｍｓｃに基づきモータ電気角原点θｍｄを推定する。さらに、このモータ電気角原点θｍｄと、システム再起動時の出力軸回転角検出値の基準値θｏｓｒとに基づき第２の相対オフセット量θｏｆｆ２を推定する。そして、推定した第２の相対オフセット量θｏｆｆ２をＲＡＭ５０に記憶する。

（変形例）
（１）上記実施形態においては、操舵トルクセンサ１３を構成する出力側回転角センサ１３ｃで検出した出力軸回転角検出値θｏｓに基づきモータ電気角を推定する構成としたが、この構成に限らない。例えば、入力側回転角センサ１３ｂで検出した入力軸回転角θｉｓに基づきモータ電気角を推定するなど、ステアリングホイール１１の操作に伴って回転する軸の回転角を検出するセンサであれば他のセンサで検出した回転角に基づきモータ電気角を推定してもよい。

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