JP5017883B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵系に対して操舵補助力を発生するブラシレスモータと、前記操舵系に発生する操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算手段と、前記操舵補助指令値と、前記ブラシレスモータのモータ電流検出値とからモータ電流制御値を演算して、前記ブラシレスモータをデューティ制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置としては、例えば本出願人が先に提案した、ブラシモータにおいて、モータの端子電圧の検出値とモータをＰＷＭで駆動する場合のデューティ比から推定されるモータ端子電圧推定値との差が所定時間以上継続して所定値を超えたときにモータ駆動系の故障と判断してモータ出力を停止させる駆動手段を具備した電動パワーステアリング装置の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２６３２４０号公報（第１頁、図１、図３）

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、通常のブラシモータをＨブリッジ回路で駆動する際に、モータの端子電圧を検出すると共に、デューティ比に電源電圧を乗算してモータ端子電圧推定値を算出し、モータ端子電圧検出値とモータ端子電圧推定値との偏差が所定時間以上継続して所定値以上であるときにはモータ駆動系の故障と判断するようにしており、モータハーネスに天絡や地絡が発生したときにはこれらを確実に検出することができるものであるが、多相のブラシレスモータについては開示がないと共に、検出したモータ端子電圧検出値をローパスフィルタを通過させてノイズ除去を行うようにしており、このローパスフィルタでの一次の位相遅れが発生し、この位相遅れの影響で正確な故障検出を行うことができないという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、多相のブラシレスモータで、モータ端子電圧検出値とモータ端子電圧推定値とに基づいて正確な異常検出を行う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、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対して操舵補助力を発生する３相以上のブラシレスモータと、前記操舵系に発生する操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算手段と、前記操舵補助指令値と前記ブラシレスモータのモータ電流検出値とからモータ電流制御値を演算して、前記ブラシレスモータをデューティ制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記ブラシレスモータの各相の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記モータ制御手段から出力されるデューティ比に基づいてモータ端子電圧推定値を演算するモータ端子電圧推定手段と、前記端子電圧検出手段で検出したモータ端子電圧検出値がノイズ除去用のローパスフィルタを介して入力され、当該モータ端子電圧検出値のフィルタ出力値と前記モータ端子電圧推定値との偏差が所定時間以上継続して所定値を超えたときにモータ駆動系の異常と判断する異常診断を行い、診断結果が異常であるときにモータ出力を停止させる異常診断手段とを備え、前記モータ端子電圧推定手段は、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧をローパスフィルタでノイズ除去した値と前記デューティ比との積によってモータ端子電圧推定値を演算するように構成され、前記異常診断手段は、前記モータ端子電圧推定値のフィルタ出力及びモータ端子電圧検出値の少なくとも一方の位相を調整して両者の位相マッチングを行う位相調整手段を備えていることを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング制御装置は、請求項１に係る発明において、前記異常診断手段は、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧検出値が所定値以下であるときに前記異常診断を中止するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記異常診断手段は、前記ブラシレスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段を有し、該回転速度検出手段で検出したモータ回転速度が所定値以上であるときに前記異常診断を中止するように構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、多相駆動されるブラシレスモータで、各相の端子電圧検出値及びモータ端子電圧推定値に基づいて異常診断を行う場合に、電源電圧検出値及び端子電圧検出値のローパスフィルタ処理による一次の位相遅れを位相調整手段で調整することにより、位相遅れの影響を除去した正確な異常診断を行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明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例えば３相のブラシレスモータ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、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。

このトルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔは、コントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖ、モータ電流検出器１７ｕ、１７ｖ及び１７ｗで検出したブラシレスモータ１２の例えばスター結線された励磁コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに流れるモータ駆動電流検出値Ｉｄｕ、Ｉｄｖ及びＩｄｗ、端子電圧検出部２７ｕ、２７ｖ及び２７ｗで検出した励磁コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗのモータ端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗ及びロータ回転位置検出器１８で検出したロータ回転位置を表すロータ位置信号ＲＰも入力されている。

そして、コントローラ１５は、図２に示すように、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに基づいて図４に示す操舵補助指令値算出用マップを参照することにより、操舵トルクにＴ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力をブラシレスモータ１２で発生する操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する操舵補助指令値演算部２１と、この操舵補助指令値演算部２１から出力される操舵補助指令値Ｉ_M ^*応じた振幅でロータ位置信号ＲＰに基づく位相に制御された各相電流指令信号Ｉｔｕ，Ｉｔｖ及びＩｔｗを出力する電流指令値演算部２２と、この電流指令値演算部２２から出力される各相電流指令値Ｉｔｕ、Ｉｔｖ及びＩｔｗからモータ電流検出値Ｉｄｕ、Ｉｄｖ及びＩｄｗを減算して電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出する減算器２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗと、これら減算器２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗから出力される電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを例えばＰＩＤ制御してデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗを出力する電流制御部２４と、この電流制御部２４から出力されるデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗに基づいて６つのパルス幅変調信号を形成するゲートドライブ回路としてのパルス幅変調部２５と、このパルス幅変調部２５から出力されるパルス幅変調信号が入力されて、モータ駆動電流を形成するモータ駆動回路としてのインバータ回路２６と、ブラシレスモータ１２及びインバータ回路２６間のモータハーネスのモータ端子電圧を検出する端子電圧検出部２７ｕ、２７ｖ及び２７ｗと、電流制御部２４から出力されるデーティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗとモータ端子電圧検出部２７ｕ、２７ｖ及び２７ｗから出力されるモータ端子電圧検出値Ｖｄｕ、Ｖｄｖ及びＶｄｗとに基づいて異常診断を行う異常診断手段としての異常診断部２８とを備えている。

ここで、操舵補助指令値演算部２１は、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖに基づいて図４に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する。この操舵補助指令値算出マップは、図４に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助指令値Ｉ_M ^*をとると共に、車速検出値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Ｔ１までの間は操舵補助指令値Ｉ_M ^*が“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔ１を超えると最初は操舵補助指令値Ｉ_M ^*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指令値Ｉ_M ^*が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速が増加するに従って傾きが小さくなるように設定されている。

また、インバータ回路２６は、バッテリ１９からモータリレー回路２０を介して電力が供給される電源供給側（上段側）に３個、アース側（下段側）に３個の計６個の電界効果トランジスタで構成されるパワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂを有し、これら６個のパワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂは、上段側と下段側とで対応するパワートランジスタが直列接続され、これら直列接続の各パワートランジスタ対（Ｑｕａ−Ｑｕｂ、Ｑｖａ−Ｑｖｂ、Ｑｗａ−Ｑｗｂ）の接続部が３相ブラシレスモータ１２の各励磁コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗの外端と接続されている。そして、各パワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂのゲートにパルス幅変調部２５から出力されるゲート駆動信号ＧＴｕａ〜ＧＴｗｂが供給されている。

また、端子電圧検出部２７ｕ〜２７ｗは、電源と接地との間に直列に接続されたプルアップ抵抗Ｒ１及びプルダウン抵抗Ｒ２を有し、これらプルアップ抵抗Ｒ１及びプルダウン抵抗Ｒ２の接続点がブラシレスモータ１２の励磁コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗの開放端とインバータ回路２６との間のモータハーネスに接続されていると共に、プルアップ抵抗Ｒ１及びプルダウン抵抗Ｒ２の接続点から得られるモータ端子電圧検出値Ｖｄｕ、Ｖｄｖ及びＶｄｗがノイズを除去するローパスフィルタ２８ｕ、２８ｖ及び２８ｗを介して異常診断部２８に入力される。

異常診断部２８は、図３に示すように、ブラシレスモータ１２の各相に対応する端子電圧を監視する端子電圧監視回路２９ｕ、２９ｖ及び２９ｗと、これら端子電圧監視回路２９ｕ、２９ｖ及び２９ｗから出力される端子電圧値の絶対値を所定値と比較して異常であるか否かを判定する異常判定部３０とを有する。各端子電圧監視回路２９ｕ、２９ｖ及び２９ｗには、電流制御部２４から出力されるデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗが直接入力されると共に、電源電圧を検出する電源電圧検出回路３１からノイズを除去するローパスフィルタ３２を介して電源電圧検出値Ｖｂが入力され、さらにモータ端子電圧検出値Ｖｄｕ、Ｖｄｖ及びＶｄｗがローパスフィルタ２８ｕ、２８ｖ及び２８ｗを介して入力されている。

端子電圧監視回路２９ｕは、電流制御部２４から出力される−０．５〜＋０．５の範囲のデューティ比Ｄｕに０．５を加算して正値に変換する加算器３３と、この加算器３３から出力される正値のデューティ比にローパスフィルタ３２から入力される電源電圧Ｖｂを乗算してモータ端子電圧推定値Ｖｐｕを算出する乗算器３４と、この乗算器３４で算出されるモータ端子電圧推定値Ｖｐｕに対してローパスフィルタ２８ｕ及び３２の位相遅れを調整する位相調整手段としてのモータ端子電圧検出回路モデルで構成される位相遅れ補償器３５と、この位相遅れ補償器３５で位相調整されたモータ端子電圧推定値Ｖｐｕからローパスフィルタ２８ｕから出力されるモータ端子電圧検出値Ｖｄｕを減算して電圧偏差ΔＶｕを算出する減算器３６と、この減算器３６から出力される電圧偏差ΔＶを例えば移動平均して平均化する平均化回路３７と、この平均化回路３７から出力される電圧偏差ΔＶの平均値を絶対値に変換する絶対値化回路３８とを備えている。ここで、位相遅れ補償器３５は、電源電圧検出値Ｖｂをフィルタ処理するローパスフィルタ３２の伝達関数を１／Ｔ_Vbｓ＋１とし、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉをフィルタ処理するローパスフィルタ２８ｉの伝達関数を１／Ｔ_Vdｓ＋１とし、Ｔ_Vd＞Ｔ_Vbであるものとすると、伝達関数Ｇ_Vp（ｓ）はＧ_Vp（ｓ）＝（Ｔ_Vbｓ＋１）／（Ｔ_Vdｓ＋１）に設定されている。

同様に、他の端子電圧監視回路２９ｖ及び２９ｗも上記端子電圧監視回路２９ｕと同様の構成を有する。
そして、各端子電圧監視回路２９ｕ、２９ｖ及び２９ｗから出力される絶対値が異常判定部３０に供給され、この異常判定部３０で電圧偏差ΔＶｕ〜ΔＶｗの絶対値｜ΔＶｕ｜〜｜ΔＶｗ｜が所定閾値ΔＶｔｈと比較して、｜ΔＶｉ｜（ｉ＝ｕ、ｖ、ｗ）＜ΔＶｔｈであるときには正常と判断し、｜ΔＶｉ｜（ｉ＝ｕ、ｖ、ｗ）≧ΔＶｔｈであるときには異常と判断して、この異常状態が所定時間以上継続したときに、モータ駆動系が異常であることを表す異常信号を少なくともインバータ回路２６に出力して、ブラシレスモータ１２へのモータ電流の供給を停止する。

なお、異常判定部３０は電源電圧検出回路３１で検出された電源電圧Ｖｂがローパスフィルタ３２を介して入力されると共に、ロータ回転位置検出回路１８から出力されるロータ位置に基づいてモータ回転角速度ωを算出するモータ回転角速度演算部４０からのモータ回転角速度ωが入力され、電源電圧Ｖｂが予め設定した設定電圧Ｖｔｈ以下に低下したとき及びモータ回転角速度ωが予め設定した設定角速度ωｔｈ以上に上昇したときに、異常判定を停止する異常判定停止機能を備えている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、モータ駆動系が正常であるものとすると、図示しないキースイッチをオン状態とすることにより、コントローラ１５にバッテリ１９からの電源が投入されることにより、コントローラ１５が作動状態となる。この状態で、例えば車両の停止時に、ステアリングホイール１を操舵していない状態では、操舵トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが“０”であるので、操舵補助指令値演算部２１で操舵補助指令値算出マップを参照して算出される操舵補助指令値Ｉ_M ^*が“０”となり、ブラシレスモータ１２を停止していてモータ駆動電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗが“０”であることから、減算器２３ｕ〜２３ｗから出力される電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗも“０”となり、電流制御部２４ｕ〜２４ｗから出力されるデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗも“０”となって、パルス幅変調部２５から出力されるパルス幅変調信号のデューティ比が５０％となり、且つ上アームの電界効果トランジスタに供給するパルス幅変調信号と下アームの電界効果トランジスタに供給するパルス幅変調信号とにはデッドタイムが設けられているので、上アームの電界効果トランジスタＱｕａ、Ｑｖａ、Ｑｗａと下アームの電界効果トランジスタＱｕｂ、Ｑｖｂ、Ｑｗｂとが導通することはなく、３相ブラシレスモータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ電流Ｉｍｕ、Ｉｍｖ及びＩｍｗは“０”となり、３相ブラシレスモータ１２は停止状態を維持する。

このステアリングホイール１の非操舵状態から、車両の停止時にステアリングホイール１を操舵して所謂据え切り状態とすると、これに応じて操舵トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが大きな値となると共に、車速Ｖｓが“０”であるので、図４の操舵補助指令値算出マップで一番急峻な特性曲線が選択されることにより、操舵トルクＴの増加に応じて大きな値の操舵補助指令値Ｉ_M ^*が算出されることになり、これが電流指令値演算部２２に供給されることにより、この電流指令値演算部２２で、ロータ位置信号ＲＰに基づく位相に制御された各相の電流指令値Ｉｔｕ〜Ｉｔｗが出力される。

このとき、モータ電流検出器１７ｕ〜１７ｗで検出されるモータ電流検出値Ｉｄｕ〜Ｉｄｗは“０”を維持しているので、減算器２３ｕ〜２３ｗから出力される電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗは、電流指令値Ｉｔｕ〜Ｉｔｗそのものとなり、これらが電流制御部２４ｕ〜２４ｗでＰＩＤ制御されてデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗが出力され、これらがパルス幅変調部２５に供給されて、このパルス幅変調部２５からデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗに応じたパルス幅変調信号がインバータ回路２６に出力される。このため、インバータ回路２６の各パワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂが制御されて、モータ駆動電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗがブラシレスモータ１２の励磁コイルＬｕ〜Ｌｗに供給されることにより、ブラシレスモータ１２が回転駆動されて操舵補助指令値Ｉ_M ^*に応じた操舵補助力を発生し、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２に伝達されることにより、ステアリングホイール１を軽い操舵力で操舵することができる。

その後、車両が走行を開始すると、これに応じて操舵補助指令値演算部２１で算出される操舵補助指令値Ｉ_M ^*が低下することにより、モータ電流指令値Ｉｔｕ〜Iｔｗが減少し、これに応じてモータ駆動電流Ｉｍｕ、Ｉｍｖ及びＩｍｗが減少して、３相ブラシレスモータ１２で発生する操舵補助力が減少される。
このとき、異常診断部２８では、モータ駆動系が正常であるので、各相デューティ比Ｄｕ〜Ｄｗに０．５を加算した正値と電源電圧検出回路３１で検出した電源電圧Ｖｂとを乗算器３４で乗算することにより、モータ端子電圧推定値Ｖｐｕ〜Ｖｐｗを算出し、算出したモータ端子電圧推定値Ｖｐｕに対してモータ端子電圧検出回路モデルで構成される位相遅れ補償器３５で、モータ端子電圧検出回路のローパスフィルタ２８ｕによる位相遅れに併せた位相遅れとなるように位相調整して減算器３６に出力する。この減算器３６には、端子電圧検出部２７ｕから出力されるモータ端子電圧検出値Ｖｄｕがローパスフィルタ２８ｕでノイズ除去されて供給されている。

このとき、モータ駆動系が正常であるので、モータ端子電圧推定値Ｖｐｕとモータ端子電圧検出値Ｖｄｕとは略等しく、両者の電圧偏差ΔＶｕは略零であり、これを平均化回路３７で平均化してから絶対値化回路３８で絶対値に変換したときでも絶対値｜ΔＶｕ｜が略“０”となり、これが異常判定部３０に供給されることにより、この異常判定部３０で所定値ΔＶｔｈと比較したときに、｜ΔＶｕ｜＜ΔＶｔｈとなって、正常と判断され、異常検出信号Ｓａは出力されず、リレー回路２０がオン状態を継続して、インバータ回路２６にバッテリ１９の電力が供給されて操舵補助制御が継続される。

このモータ駆動系の正常状態から、例えばＵ相のモータハーネスで断線が発生すると、このモータハーネスにはモータ電流が流れないので、モータ電流検出器１７ｕで検出されるモータ電流検出値Ｉｄｕが“０”となることから電流制御部２４で算出されるデューティ比Ｄが直ちに最大値近傍まで増加する。よって、デューティ比Ｄと電源電圧Ｖｂとの積で算出されるモータ端子電圧推定値Ｖｐｕが大きな値となり、モータ端子電圧検出値Ｖｄｕは低い状態を維持するので、両者の電圧偏差ΔＶｕが大きな値となり、平均化回路３７で算出される平均値も大きな値となり、これが絶対値化回路３８で絶対値に変換されて異常判定部３０に供給される。このため、｜ΔＶｕ｜が所定値ΔＶｔｈ以上の値となることにより、この状態が所定時間以上継続するとモータ駆動系の異常と判定されてモータリレー回路２０がオフ状態に制御されて、インバータ回路２６への電力供給が遮断されて、ブラシレスモータ１２の駆動が停止される。

また、インバータ回路２６とブラシレスモータ１２の励磁コイルＬｉ（ｉ＝ｕ，ｖ，ｗ）との間のモータハーネスに地絡又は天絡が発生した場合には、パルス幅変調部２５から出力されるパルス幅変調信号によってインバータ回路２６のパワートランジスタＱｉａ又はＱｉｂがオン状態となる毎にモータハーネスに大電流が流れることにより、端子電圧検出部２７ｕ〜２７ｗで検出したモータ端子電圧検出値Ｖｄｕ〜Ｖｄｗと、デューティ比Ｄｕ〜Ｄｗと電源電圧Ｖｂとの乗算値でなるモータ端子電圧推定値Ｖｐｕ〜Ｖｐｗとが等しくならないことから、前述した断線の場合と同様に電圧偏差ΔＶｉの平均値の絶対値｜ΔＶｉ｜が所定値ΔＶｔｈより大きくなり、この状態が所定時間以上継続すると異常判定部３０で異常と判断されて、異常検出信号が出力される。このため、モータリレー回路２０がオフ状態に制御されて、インバータ回路２６への電力の供給が遮断されることにより、インバータ回路２６からのモータ駆動電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗの出力が停止される。

さらに、インバータ回路２６のパワートランジスタＱｉａ又はＱｉｂがゲート信号にかかわらずオン状態を継続するオン異常又はオフ状態を継続するオフ異常状態となったときにも、パワートランジスタＱｉａ又はＱｉｂのゲートに供給されるパルス幅変調信号のオン・オフにかかわりなくモータハーネスに電流が流れることになるので、端子電圧検出部２７ｉで検出したモータ端子電圧検出値Ｖｄｉと、デューティ比Ｄｉと電源電圧Ｖｂとの積でなるモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとの電圧偏差ΔＶｉが正又は負の大きな値となり、これを平均化回路３７で平均化した後絶対値化回路３８で変換した絶対値｜ΔＶｉ｜が大きな値となり、所定値ΔＶｔｈ以上となるので、この状態が所定時間以上継続すると異常状態であると判断されて、異常検出信号がモータリレー回路２０に供給されて、このモータリレー回路２０がオフ状態に制御され、インバータ回路２６への電力の供給が遮断されて、ブラシレスモータ１２へのモータ駆動電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗの供給が停止される。

このように、上記第１の実施形態によると、モータ駆動系の異常即ち天絡、地絡、断線、インバータ回路２６のパワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂのオン異常又はオフ異常を正確に検出することができる。
しかも、端子電圧検出部２７ｉで検出するモータ端子電圧検出値Ｖｄｉと、デューティ比Ｄｉと電源電圧Ｖｂとを乗算して算出するモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとは、夫々がノイズ除去のためのローパスフィルタ２８ｉ及び３２を介して通過させることにより、こさらローパスフィルタ２８ｉ及び３２の出力が一次遅れとなり、ローパスフィルタ２８ｉがローパスフィルタ３２より位相遅れが大きいものとすると、乗算器３４で算出されたモータ端子電圧推定値Ｖｐｉが位相遅れ補償器３５でローパスフィルタ２８ｉの位相遅れに相当する位相遅れを生じさせて、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉとモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとが位相誤差の影響によって誤った異常判定を確実に防止することができる。

その上、モータ回転角速度ωが所定値ωｔｈ以上となるブラシレスモータ１２の高速回転時には、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉとモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとの誤差が大きくなるので、異常判定を中止することにより、誤検出を防止することができる。さらに、電源電圧Ｖｂが低い場合には、インバータ回路２６のパワートランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂを正確に駆動することが困難となるため、同様に異常判定を中止することにより、誤検出を防止することができる。

なお、上記実施形態においては、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉのノイズ除去用のローパスフィルタ２８ｉの位相遅れが電源電圧Ｖｂのノイズ除去用のローパスフィルタ３２の位相遅れより大きい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、逆に電源電圧Ｖｂのノイズ除去用のローパスフィルタ３２の位相遅れがモータ端子電圧検出値Ｖｄｉのノイズ除去用ローパスフィルタ２８ｉの位相遅れよりも大きいときには、図５に示すように、乗算器３４の後段側の位相遅れ補償器３５を省略し、これに代えてノイズフィルタ２８ｉと減算器３６との間に電源電圧検出回路モデルに相当する位相遅れ補償器５０を介挿し、その伝達関数Ｇ_V（ｓ）をＧ_V（ｓ）＝（Ｔ_Vdｓ＋１）／（Ｔ_Vbｓ＋１）とすることにより、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉに電源電圧Ｖｂのノイズ除去用のローパスフィルタ３２の位相遅れに相当する分だけ位相遅れを生じさせて、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉとモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとの位相マッチングを正確に行って、誤検出を確実に防止することができる。

また、上記実施形態においては、コントローラ１５をハードウェアで構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、コントローラ１５をマイクロコンピュータで構成し、このマイクロコンピュータで図６に示す操舵補助制御処理と、図７に示す異常診断処理を実行するようにすればよい。
すなわち、操舵補助制御処理は、図６に示すように、先ず、ステップＳ４１で電流検出回路２７ｕ、２７ｖ及び２７ｗで検出したブラシレスモータ１２へ出力する相電流Ｉｍｕ及びＩｍｗを読込み、次いでステップＳ４２に移行して、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５０で検出した車速Ｖを読込んでからステップＳ４３に移行する。

このステップＳ４３では、読込んだ操舵トルクＴｓ及び車速Ｖをもとに前述した第１の実施形態における図４に示す操舵補助指令値算出マップを参照してモータ指令電流値で表される操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する。
次いで、ステップＳ４４に移行して、ロータ回転位置検出回路１８で検出したロータ回転角θ_M を読込み、次いでステップＳ４５に移行して、ステップＳ４３で算出した操舵補助指令値Ｉ_M ^*とロータ回転角θ_M とに基づいてブラシレスモータ１２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流指令値Ｉｔｕ 、Ｉｔｖ 及びＩｔｗ に変換する三相分相処理を行ってからステップＳ４６に移行する。

このステップＳ４６では、ステップＳ４１で読込んだモータ相電流検出値Ｉｍｕ、Ｉｍｖ及びＩｍｗと上記ステップＳ４５で変換した電流指令値Ｉｔｕ 、Ｉｔｖ 及びＩｔｗ とに基づいて両者の偏差にＰＩＤ処理を行って電流フィードバック処理を行って電流指令値となるデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗを算出し、次いでステップＳ４９に移行して、デューティ比Ｄｕ、Ｄｂ及びＤｗに応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を形成し、これをインバータ回路２６へ出力し、次いでステップＳ４８に移行して制御を終了するか否かを判定し、制御を継続する場合には前記ステップＳ１に戻り、制御を終了する場合には、処理を終了する。

この図６の処理で、ステップＳ４１〜Ｓ４３の処理が操舵補助指令値演算手段に対応し、ステップＳ４４〜Ｓ４７の処理がモータ制御手段に対応している。
また、異常診断処理は、図７に示すように、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ５１で、操舵補助制御処理で算出したデューティ比Ｄｉ（ｉ＝ｕ，ｖ，ｗ）、モータ端子電圧検出値Ｖｄｉ、電源電圧Ｖｂを読込み、次いでステップＳ５２に移行して、デューティ比Ｄｉに０．５を加算してデューティ比Ｄｉを正値Ｄｉ′に変換してからステップＳ５３に移行する。

このステップＳ５３では、正値のデューティ比Ｄｉに電源電圧Ｖｂを乗算してモータ端子電圧推定値Ｖｐｉを算出し、次いでステップＳ５４に移行して、モータ端子電圧推定値Ｖｐｉについて伝達関数Ｇ_Vp（ｓ）はＧ_Vp（ｓ）＝（Ｔ_Vbｓ＋１）／（Ｔ_Vdｓ＋１）に設定された位相遅れ補償処理を行って位相補正モータ端子電圧推定値Ｖｐｉ′を算出してからステップＳ５５に移行する。

このステップＳ５５では、位相補正モータ端子電圧推定値Ｖｐｉ′からモータ端子電圧検出値Ｖｄｉを減算して電圧偏差ΔＶｉを算出し、次いでステップＳ５６に移行して、算出した電圧偏差ΔＶｉを移動平均処理して平均値ΔＶｉ_Mを算出し、次いでステップＳ５７に移行して、平均値ΔＶｉ_Mの絶対値｜ΔＶｉ_M｜を算出する。
次いで、ステップＳ５８に移行して、モータ角速度ωを読込み、次いでステップＳ５９に移行して、モータ角速度ωが予め設定した所定値ωｔｈ以上であるか否かを判定し、ω≧ωｔｈであるときには異常診断を中止するものとしてそのままタイマ割込処理を終了し、ω＜ωｔｈであるときには異常診断を継続するものと判断してステップＳ６０に移行し、電源電圧Ｖｂが所定値Ｖ_L以下であるか否かを判定し、Ｖｂ≦Ｖ_Lであるときには異常診断を中止するものとしてそのままタイマ割込処理を終了し、Ｖｂ＞Ｖ_Lであるときには異常診断を継続するものと判断してステップＳ６１に移行する。

このステップＳ６１では、電圧偏差の絶対値｜ΔＶｉ_M｜が所定値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定し、｜ΔＶｉ_M｜＜Ｖｔｈであるときにはモータ駆動系が正常であると判断してステップＳ６２に移行して、経過時間をカウントするタイマ値Ｎを“０”にクリしてからタイマ割込処理を終了し、｜ΔＶｉ_M｜≧ＶｔｈであるときにはステップＳ６３に移行して、計時時間をカウントするタイマ値Ｎを“１”だけインクリメントしてからステップＳ６４に移行する。

このステップＳ６４ではカウント値Ｎが予め設定した所定値Ｎｓ以上であるか否かを判定し、Ｎ＜Ｎｓであるときにはそのままタイマ割込処理を終了し、Ｎ≧Ｎｓであるときには、モータ駆動系に異常が発生したものと判断してステップＳ６５に移行して、異常検出信号Ｓａをモータリレー回路２０に出力してからタイマ割込処理を終了する。
この図７の処理において、ステップＳ５３の処理がモータ端子電圧推定手段に対応し、ステップＳ５４の処理が位相調整手段に対応し、ステップＳ５５〜Ｓ５７及びＳ６１〜Ｓ６５の処理が異常診断手段に対応している。

この図７の処理では、ステップＳ５２〜Ｓ５７の電圧偏差ΔＶｉの平均値算出処理については電源電圧検出値Ｖｂが所定値Ｖ_L以下であるか、又はモータ角速度ωが所定値ωｔｈ以上であるかの異常診断中止条件が整った場合でも常時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、ステップＳ５８〜Ｓ６０の処理をステップＳ５１及びステップＳ５２間に設けて、異常診断中止条件が整ったときに全ての異常診断処理を中止するようにしてもよく、さらには電源電圧Ｖｂの読込み及びステップＳ５８〜ステップＳ６０の処理を異常診断中止監視処理として独立させ、この異常診断中止監視処理の判断結果が異常診断中止であるときに図７の処理の実行を停止させるようにしてもよい。

なお、上記実施形態においては、モータ端子電圧推定値Ｖｐｉに位相調整手段を設けるかモータ端子電圧検出値Ｖｄｉに位相調整手段を設ける場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、モータ端子電圧推定値Ｖｐｉ及びモータ端子電圧検出値Ｖｄｉの双方に位相調整手段を設けるようにしてもよく、さらには位相調整手段としては位相遅延手段に限らず、位相進み手段又は位相進み・遅れ手段を設けるようにしてもよく、要はモータ端子電圧推定値Ｖｐｉとモータ端子電圧検出値Ｖｄｉとの位相が揃う用に調整すれば良いものである。

また、上記実施形態においては、３相のブラシレスモータに本発明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に本発明を適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明によるブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に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、他の車両用機器や動力発生装置等の回転駆動源を必要とする任意の装置に本発明のブラシレスモータを適用することができる。
また、モータ制御部としては上記構成に限定されるものではなく、ベクトル制御方式を適用するようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 図１のコントローラの具体的構成を示すブロック図である。 図２の異常診断部の具体的構成を示すブロック図である。 操舵補助指令値算出マップを示す特性線図である。 本発明の他の実施形態を示す異常診断部のブロック図である。 マイクロコンピュータで実行す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。 マイクロコンピュータで実行する異常診断処理手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

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、４…８…ステアリング機構、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…ブラシレスモータ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１７ｕ〜１７ｗ…モータ電流検出器、１８…ロータ回転角検出器、１９…バッテリ、２０…モータリレー回路、２１…操舵補助指令値演算部、２２…電流指令値演算部、２３ｕ〜２３ｗ…減算器、２４ｕ〜２４ｗ…電流制御部、２５…パルス幅変調部、２６…インバータ回路、２７ｕ〜２７ｗ…モータ端子電圧検出部、２８…異常診断部、２９ｕ〜２９ｗ…モータ端子電圧監視部、３０…異常判定部、３１…電源電圧検出回路、３２…ローパスフィルタ、３３…加算器、３４…乗算器、３５…位相遅延補償器、３６…減算器、３７…平均化回路、３８…絶対値化回路、４０…モータ回転角速度演算部、５０…位相遅れ補償器

Claims (3)

1. 操舵系に対して操舵補助力を発生する３相以上のブラシレスモータと、前記操舵系に発生する操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算手段と、前記操舵補助指令値と前記ブラシレスモータのモータ電流検出値とからモータ電流制御値を演算して、前記ブラシレスモータをデューティ制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記ブラシレスモータの各相の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記モータ制御手段から出力されるデューティ比に基づいてモータ端子電圧推定値を演算するモータ端子電圧推定手段と、前記端子電圧検出手段で検出したモータ端子電圧検出値がノイズ除去用のローパスフィルタを介して入力され、当該モータ端子電圧検出値のフィルタ出力値と前記モータ端子電圧推定値との偏差が所定時間以上継続して所定値を超えたときにモータ駆動系の異常と判断する異常診断を行い、診断結果が異常であるときにモータ出力を停止させる異常診断手段とを備え、
   前記モータ端子電圧推定手段は、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧をローパスフィルタでノイズ除去した値と前記デューティ比との積によってモータ端子電圧推定値を演算するように構成され、
   前記異常診断手段は、前記モータ端子電圧推定値のフィルタ出力及びモータ端子電圧検出値の少なくとも一方の位相を調整して両者の位相マッチングを行う位相調整手段を備えている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記異常診断手段は、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧検出値が所定値以下であるときに前記異常診断を中止するように構成されてい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. 前記異常診断手段は、前記ブラシレスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段を有し、該回転速度検出手段で検出したモータ回転速度が所定値以上であるときに前記異常診断を中止するように構成されてい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。

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