JP5061536B2 - モータ制御装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの相電流検出値を利用して前記ブラシレスモータを駆動制御するようにしたモータ制御装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御装置に関する。

従来から、ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じてモータの回転を制御することにより、操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与するようにした車両の電動パワーステアリング装置が提案されている。この種の電動パワーステアリング装置においては、モータへ供給されるモータ電流を検出し、これを用いてモータ制御を行っている。そして、高精度なモータ電流を獲得するため、モータを駆動するためのインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つに流れる分流電流に基づいてモータに流れるモータ電流を推定するようにしたもの（例えば、特許文献１）、或いは、モータ電流を検出するためのモータ電流検出回路に用いられるサンプルホールド回路の信頼性を向上させるようにしたもの（例えば、特許文献２）、さらに、モータ電流を検出するための電流センサの故障を確実に検出するようにしたもの（例えば、特許文献３）等、が提案されている。
特開２００５−６５３５３号公報 特開２００５−２６３２０４号公報 特開２００５−５１８３９号公報

ところで、このような電動パワーステアリング装置では、装置の異常を検出した場合、電動パワーステアリング装置の誤動作を回避するために、モータ制御を終了するようにしており、例えば電流センサの故障を検出した場合も、正確なモータ電流を検出することができないため、モータ制御を終了している。
しかしながら、近年、電動パワーステアリング制御装置の大型化や高出力化が進んでおり、電動パワーステアリング制御装置による操舵アシストが十分行われない場合には、運転者の操舵負荷が増大することから、特に、電流検出回路の構成部品の地絡異常等、操舵補助制御自体の異常ではなく操舵補助制御を継続可能な軽度の異常が発生した場合には、操舵アシストを継続することの可能な電動パワーステアリング制御装置が望まれていた。

そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、電流検出回路に異常が発生した場合であっても、操舵アシストを継続することの可能なモータ制御装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御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、本発明の請求項１に係るモータ制御装置は、ブラシレスモータの相電流を相毎に検出する、各相に設けられた複数の電流検出回路と、当該電流検出回路で検出される相電流検出値を用いて前記ブラシレスモータを駆動制御する駆動制御手段と、を備えたモータ制御装置において、前記電流検出回路の異常を検出する回路異常検出手段と、前記ブラシレスモータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記回路異常検出手段で何れかの電流検出回路の異常を検出したとき、異常が検出されていない電流検出回路からの相電流検出値を、前記モータ回転角検出手段でのモータ回転角の検出に要する処理時間に応じた所定時間だけ遅延させ、遅延させた遅延相電流検出値と前記モータ回転角検出手段からのモータ回転角と異常が検出されていない電流検出回路に対応する正常相及び異常が検出された電流検出回路に対応する異常相の位相差とから、前記異常相の仮想相電流を推定する相電流推定手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記回路異常検出手段で異常が検出されたときには、異常が検出された電流検出回路の相電流検出値に替えて、前記相電流推定手段で推定された前記仮想相電流を用いて前記駆動制御を行い、さらに、前記ブラシレスモータは、相電流指令値相当の電流供給が行われて駆動され、前記相電流推定手段は、前記正常相と前記異常相との位相差及び前記ブラシレスモータの回転角から決定される係数を、前記正常相の前記遅延相電流検出値に乗算して前記異常相の仮想相電流を算出し、前記正常相の前記遅延相電流検出値が零であるときには、前記異常相に対する前記相電流指令値を前記所定時間だけ遅延させた遅延相電流指令値を、前記異常相の仮想相電流として設定することを特徴としている。

また、請求項２に係るモータ制御装置は、前記回路異常検出手段は、前記相電流検出値とこれに対応する相への前記相電流指令値との偏差に基づいて前記電流検出回路の異常を検出す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制御装置は、請求項１または請求項２記載のモータ制御装置を、操舵補助力発生用のモータ制御装置に適用したことを特徴としている。

本発明の請求項１に係るモータ制御装置によれば、正常な電流検出回路からの相電流検出値を所定時間だけ遅延させた遅延相電流検出値と、ブラシレスモータのモータ回転角とを用いて、異常が検出された電流検出回路に対応する異常相の相電流である仮想相電流を推定するようにしたことから、異常が検出された電流検出回路からの相電流検出値に替えて、推定した仮想相電流を用いることにより、引き続きモータの駆動制御を行うことができる。

また、正常相の相電流検出値に、正常相と異常相との位相差とブラシレスモータの回転角とから決定される係数を乗算して、異常相の相電流を推定するが、正常相の相電流検出値が零であるときには、異常相への相電流指令値を仮想相電流として設定するから、正常相の相電流検出値が零であって、これから異常相の相電流を的確に推定することができない場合であっても、異常相の相電流指令値を仮想相電流として用いることで、引き続きモータを駆動制御することができる。

また、請求項２に係るモータ制御装置によれば、相電流検出値とこれに対する相への相電流指令値との偏差に基づいて電流検出回路の異常を検出しているから、電流検出回路毎にその電流検出回路の異常を確実に検出することができる。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング制御装置は、上記請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置を、操舵補助力発生用のモータ制御装置として用いているから、何れかの電流検出回路に異常が発生し、所定の電流検出値を得ることができない場合であっても、モータ制御装置を引き続き駆動制御することができ、すなわち操舵補助力を発生させることができることから、操舵補助力をより多くの場面で発生させることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、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と出力軸２ｂとを有し、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機構に構成され、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に伝達する減速ギヤ１０が連結されており、この減速ギヤ１０には、操舵系に対して操舵補助力を発生する３相ブラシレスモータ１２の出力軸が連結されている。
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。この操舵トルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔは、コントローラ１３に入力される。

このコントローラ１３には、トルク検出値Ｔの他に、車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖ及び電流検出回路２０で検出した、３相ブラシレスモータ１２の３相のうちの何れか２相の相電流検出値も入力される。
図２はコントローラ１３の機能構成を示すブロック図である。
操舵トルクセンサ３で検出されたトルク検出値Ｔ及び車速センサ１５で検出された車速検出値Ｖは、電流指令値演算部１７に入力され、この電流指令値演算部１７から出力される相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*が電流フィードバック制御部１８に入力されて電流フィードバック制御された電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*が算出される。

この電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*がモータ駆動回路１９に供給され、このモータ駆動回路１９から出力されるモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが３相ブラシレスモータ１２の各相に供給される。
そして、モータ駆動回路１９から出力されるモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのうち、任意の２相、例えば、Ｕ相とＶ相の相電流が、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖで検出される。電流検出回路２０ｕ、２０ｖで検出された相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａは、電流演算部２１に入力される。この電流演算部２１では、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａを用いて電流検出回路２０ｕ、２０ｖの異常診断を行い、正常な電流検出回路からの電流指令値を用いて、残りの相の相電流を検出する演算処理を行い、相電流検出値又は演算値からなる各相の相電流を、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして、フィードバック制御部１８に出力する。

電流指令値演算部１７は、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖをもとに図３に示す電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*を算出する操舵補助電流指令値算出部１７ａと、この操舵補助電流指令値算出部１７ａで算出した操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*をベクトル制御してｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄ及びＩｑを算出するベクトル制御部１７ｂと、このベクトル制御部１７ｂから出力される電流指令値Ｉｄ及びＩｑを２相／３相変換して相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*及びＩｗ^*を算出する２相／３相変換部１７ｃとを備えている。

ここで、操舵補助電流指令値算出部１７ａの電流指令値算出マップは、例えば、図３に示すように、横軸にトルク検出値Ｔをとり、縦軸に操舵補助電流指令値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ている。そして、トルク検出値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Ｉ_M ^*が“０”を維持し、トルク検出値Ｔが設定値Ｔｓ１を越えると最初は操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*がトルク検出値Ｔの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらにトルク検出値Ｔが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が、車速が増加するにしたがって傾きが小さくなるように複数本設定されている。

ベクトル制御部１７ｂでは、３相ブラシレスモータ１２に一体に連結されたモータ回転位置を検出するレゾルバ２２から出力される回転角検出信号に基づいてモータ回転角を算出するレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３から出力されるモータ回転角θ及びモータ回転角θを微分する微分回路２４から出力されるモータ角速度ωが入力され、これらに基づいてｄ−ｑ軸演算処理を行って、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出してこれらを２相／３相変換部１７ｃに出力する。

そして、２相／３相変換部１７ｃでｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*及びＩｗ^*に変換して電流フィードバック制御部１８に出力する。
この電流フィードバック制御部１８は、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃから出力される相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*から、電流演算部２１からの相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃをそれぞれ減算して各相電流誤差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗを求め、求めた各相電流誤差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を算出する。

モータ駆動回路１９は、電流フィードバック制御部１８から出力される電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*が入力され、これら電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に応じたデューティ比のＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを形成するＰＷＭ制御部１９ａと、このＰＷＭ制御部１９ａから出力されるＰＷＭ信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗによって６個の電界効果トランジスタ等のスイッチング素子のゲートが制御されて３相モータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相ブラシレスモータ１２に出力するインバータ回路１９ｂとを備えている。

また、電流演算部２１では、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａ、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃからの相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*、サンプリングホールド回路２７で所定時間遅延された、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａ（以後、遅延相電流検出値Ｉｕａ′、Ｉｖａ′という。）、同様にサンプリングホールド回路２７で所定時間遅延された、２相／３相変換部１７ｃからの相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*（以後、遅延相電流指令値Ｉｕ^*′、Ｉｖ^*′という。）、及びレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３からのモータ回転角θを入力する。

電流演算部２１では、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａと、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃから出力される相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*との偏差をそれぞれ算出し、この偏差が予め設定されたしきい値Ｉα以上であるとき、ｕ相又はｖ相の電流検出回路２０ｕ、２０ｖの異常であると判断する。電流検出回路２０ｕ及び２０ｖが共に正常である場合は、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａから残りのｗ相の相電流Ｉｗｂを推定し、これら各相の相電流を、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力する。一方、電流検出回路２０ｕ、２０ｖの何れかが異常である場合には、サンプリングホールド回路２７で遅延調整された遅延相電流検出値Ｉｕａ′、Ｉｖａ′、或いは、遅延調整された相電流指令値Ｉｕ^*′又はＩｖ^*′と、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３からのモータ回転角θと、ｕ相及びｖ相の相電流の位相差とから、正常な相電流検出回路に対応する正常相を除く他の相の相電流を推定し、正常相の相電流検出値と他相の推定した相電流とからなる各相の相電流を、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力する。

サンプリングホールド回路２７は、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａと、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃから出力される相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*とをそれぞれ入力し、電流演算部２１で何れかの電流検出回路２０ｕ、２０ｖの異常が検出されたとき出力される起動指令を入力したとき、前記相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａ、相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*を、それぞれ予め設定した遅延時間Δｔだけ遅延させる遅延処理を開始する。この遅延時間Δｔは、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３でのレゾルバ信号を、デジタル信号からなるモータ回転角に変換する変換処理に要する所要時間に応じて設定される。

つまり、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３では変換処理にある程度の処理時間を要することから、例えば、図４に示すように、時点ｔ１のタイミングで、モータの回転角θが０°、ｖ相の相電流Ｉｖが零であったとすると、時点ｔ１で電流演算部２１に入力される、電流検出回路２０ｖからの相電流検出値Ｉｖａが零であったとしても、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３ではそのデジタル信号への変換処理に時間がかかることから、この時点ｔ１では、モータ回転角θは０°ではなく、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３での処理時間Δｔが経過した時点ｔ２でモータ回転角θは０°として入力されることになる。

つまり、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａと、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３から出力されるモータ回転角θとは同一時点における値を表すのではなく、モータ回転角θの方がレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３での処理時間相当だけ遅れた時点における値を表すことになる。このため、遅延時間Δｔは、電流検出回路からの相電流検出値を、電流演算部２１へ出力するタイミングだけ遅延させることにより、これら相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａとモータ回転角θとを同期させることの可能な値に設定される。

図５は、電流演算部２１で実行される演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
電流演算部２１では、まずステップＳ１で、電流検出回路２０ｕ、２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａ、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃからの相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*を読み込む。次いでステップＳ２に移行し、電流検出回路２０ｕ又は２０ｖの異常が既に確定しているかどうかを判断し、何れも異常が検出されていない場合にはステップＳ３に移行し、まずｕ相について異常診断を行い、相電流検出値Ｉｕａと相電流指令値Ｉｕ^*との差が予め設定したしきい値Ｉαより小さいかどうかを判断し、しきい値Ｉαよりも小さいときには正常と判断しステップＳ４に移行する。

このステップＳ４でも同様の手順で、ｖ相について異常診断を行い、相電流検出値Ｉｖａと相電流指令値Ｉｖ^*との差が予め設定したしきい値Ｉαより小さいとき正常と判断し、ステップＳ５に移行する。
このステップＳ５では、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａからｗ相の相電流Ｉｗｂを推定する。具体的には、３相の相電流の総和は、“０”であることから、“−Ｉｗｂ＝Ｉｕａ＋Ｉｖａ”を満足するＩｗｂを算出する。

次いで、ステップＳ６に移行し、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａと、相電流推定値Ｉｗｂとを、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力する。
一方、ステップＳ２の処理で、電流検出回路２０ｕ或いは２０ｖの異常が既に確定している場合には、ステップＳ７に移行し、異常が確定していない方の電流検出回路に対応する相についてステップＳ３又はステップＳ４の処理と同様の手順で異常診断を行う。そして、ステップＳ７の処理で電流検出回路２０ｕ及び２０ｖ共に異常が検出されたときにはステップＳ８に移行し、警報を発する等の異常発生時の処理を行った後、処理を終了する。

ステップＳ７の処理での異常診断の結果、電流検出回路２０ｕ又は電流検出回路２０ｖのどちらかに異常が発生していない場合にはステップＳ１１に移行する。
また、ステップＳ３でｕ相の電流検出回路２０ｕの異常が検出されたとき、また、ステップＳ４でｖ相の電流検出回路２０ｖの異常が検出されたときにはステップＳ９に移行し、サンプリングホールド回路２７に起動指令を出力する。そして、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、サンプリングホールド回路２７で遅延処理された異常が検出されていない電流検出回路に対応する相の遅延相電流検出値及び遅延相電流指令値と、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３のモータ回転角θとを読み込む。そして、異常が検出されていない電流検出回路に対応する相をｘ相、異常が検出された電流検出回路に対応する相をｙ相としたとき、正常なｘ相の遅延相電流検出値Ｉｘａ′が零であるかどうかを判断し（ステップＳ１２）、零でなければステップＳ１３に移行し、この遅延相電流検出値Ｉｘａ′に基づき、異常相であるｙ相の相電流（以後、仮想相電流という）Ｉｙｆを推定する。具体的には、ｘ相とｙ相との位相差をΔθ、３相ブラシレスモータ１２のモータ回転角をθとしたとき、次式（１）から算出する。
Ｉｙｆ＝Ｉｘａ′・ｓｉｎ（θ−Δθ） ……（１）

そして、ステップＳ１４に移行し、正常相の遅延相電流検出値Ｉｘａ′と、異常相の仮想相電流Ｉｙｆとから、前記ステップＳ５の処理と同様の手順で、ｗ相の相電流Ｉｗｂを推定する。そして、ステップＳ６に移行し、遅延相電流検出値Ｉｘａ′、仮想相電流Ｉｙｆ、相電流推定値Ｉｗｂを、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力する。

一方、ステップＳ１２で、正常相である遅延相電流検出値Ｉｘａ′が零であるときにはステップＳ１５に移行し、異常が検出されたｙ相に対応する、サンプリングホールド回路２７からの遅延相電流指令値Ｉｙ^*′を仮想相電流Ｉｙｆとし、この仮想相電流Ｉｙｆと、正常相の遅延相電流検出値Ｉｘａ′（＝０）とから、ｗ相の相電流推定値Ｉｗｂを前記ステップＳ５と同様の手順で推定する。そして、ステップＳ６に移行し、遅延相電流検出値Ｉｘａ′、仮想相電流Ｉｙｆ（＝Ｉｙ^*′）、相電流推定値Ｉｗｂを、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力する。

次に、上記実施の形態の動作を説明する。
今、運転者がステアリングホイール１を操舵することにより、ステアリングホイール１に操舵トルクＴが伝達されると、この操舵トルクＴが操舵トルクセンサ３によって検出されると共に、そのときの車速Ｖが車速センサ１５で検出される。
そして、検出されたトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖが電流指令値演算部１７の操舵補助電流指令値算出部１７ａで、トルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖをもとに、図３に示す電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*を算出し、この操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*をベクトル制御部１７ｂに供給することにより、このベクトル制御部１７ｂでレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３からのモータ回転角θ及び微分回路２４から入力されるモータ角速度ωに基づいてｄ−ｑ座標でのｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを算出し、これらｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを２相／３相変換部１７ｃで相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*に変換して電流フィードバック制御部１８に出力する。

この電流フィードバック制御部１８では、入力される相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*から、電流演算部２１からの相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃをそれぞれ減算し、相電流誤差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗを求め、これに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を算出する。
そして、この電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*をモータ駆動回路１９のＰＷＭ制御部１９ａに出力することにより、インバータ回路１９ｂの各スイッチング素子のゲートを制御するパルス幅変調信号が出力されて、３相ブラシレスモータ１２をトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じた最適な操舵補助力を発生するように駆動する３相のモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが３相ブラシレスモータ１２に出力される。このため、３相ブラシレスモータ１２で最適な操舵補助力が発生され、これが例えば減速ギヤを介してステアリングホイールが連結されたステアリングシャフト２又はステアリングギヤのピニオンシャフト７に伝達されることにより、ステアリングホイール１を軽い操舵トルクで操舵することができる。

このとき、電流演算部２１では、電流検出回路２０ｕ、２０ｖからのｕ相及びｖ相の相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａに対して、異常診断を行っており、これら相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａのそれぞれと電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃからの相電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*のそれぞれとの偏差が予め設定されたしきい値Ｉαより小さいかどうかを監視している（ステップＳ３、Ｓ４）。そして、これらが正常である間は、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａと、ｗ相の相電流との和が零となる関係を利用して、ｗ相の相電流推定値Ｉｗｂが演算され、相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａ、相電流推定値Ｉｗｂが相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃとして電流フィードバック制御部１８に出力され、これらに基づいて電流フィードバック制御が行われる。このとき、ｕ相及びｖ相の相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃは電流検出回路２０ｕ及び２０ｖで検出された実電流相当値であり、また、ｗ相の相電流測定値Ｉｗｃはこれら実電流相当の相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａをもとに理論的に演算した値であることから、これら相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃをもとに電流フィードバック制御を行うことにより、高精度なフィードバック制御を行うことができる。

この状態から、例えばｖ相の電流検出回路２０ｖに異常が発生し、その相電流検出値Ｉｖａとその相電流指令値Ｉｖ^*との差がしきい値Ｉα以上となると、電流演算部２１ではステップＳ４からステップＳ９に移行し、ｖ相の電流検出回路２０ｖが異常と判断し、サンプリングホールド回路２７に対して起動指令を出力する。これによって、サンプリングホールド回路２７は、遅延処理を開始し、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖからの相電流検出値Ｉｕａ及びＩｖａ、電流指令値演算部１７の２相／３相変換部１７ｃからの相電流指令値Ｉｕ^*及びＩｖ^*に対する遅延処理を開始する。

電流演算部２１では、電流検出回路に異常が発生していないｕ相について、サンプリングホールド回路２７で遅延処理された遅延相電流検出値Ｉｕａ′及び遅延相電流指令値Ｉｕ^*′と、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３からのモータ回転角θとを読込み（ステップＳ１１）、遅延相電流検出値Ｉｕａ′が零でなければ、ステップＳ１２からステップＳ１３に移行し、前記（１）式からｖ相の仮想相電流Ｉｖｆを算出し、遅延相電流検出値Ｉｕａ′と仮想相電流Ｉｖｆとから、ｗ相の相電流推定値Ｉｗｂを算出する。

例えば、各相に流れる電流の位相が、図６に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相の順に１２０°間隔でずれているものとすると、遅延相電流検出値Ｉｕａ′＝−４０〔Ａ〕、モータ回転角θ＝２７０°の場合、ｕ相とｖ相との位相差Δθは１２０°であることから、前記（１）式から、ｖ相の仮想相電流Ｉｖｆは、次式（２）により算出される。
Ｉｖｆ＝Ｉｕａ′・ｓｉｎ（θ−Δθ）
＝−４０〔Ａ〕×ｓｉｎ（２７０°−１２０°）
＝２０〔Ａ〕 ……（２）

そして、遅延相電流検出値Ｉｕａ′と算出した仮想相電流Ｉｖｆとから、遅延相電流推定値Ｉｗｂは、次式（３）により算出される。
−Ｉｗｂ＝Ｉｕａ′＋Ｉｖｆ
＝−４０〔Ａ〕＋２０〔Ａ〕
＝−２０〔Ａ〕
Ｉｗｂ＝２０〔Ａ〕 ……（３）

ここで、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３は、アナログ信号をデジタル信号に変換してモータ回転角θを得ているため、その処理時間Δｔ相当だけ、電流演算部２１へのモータ回転角θの出力タイミングが遅れることになり、電流演算部２１に入力される電流検出回路２０ｕ、２０ｖの各相電流検出値Ｉｕａ、Ｉｖａと、モータ回転角θとでは、これら値の実際の検出タイミングが、ずれることになる。しかしながら、電流演算部２１では、サンプリングホールド回路２７で、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３の処理時間Δｔ相当だけ遅延処理した、ｕ相の遅延相電流検出値Ｉｕａ′を用いてｖ相の相電流を推定しているからレゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３の処理時間に伴う各検出値の実際の検出タイミングのずれに起因して、仮想相電流Ｉｖｆの推定精度が低下することを回避することができ、高精度な仮想相電流Ｉｖｆを推定することができる。また、このようにして推定した、遅延相電流検出値Ｉｕａ′、仮想相電流Ｉｖｆを用いてｗ相の相電流推定値Ｉｗｂを推定しているから、ｗ相の相電流推定値Ｉｗｂの推定精度も確保することができる。

したがってこのようにして算出設定した相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ及びＩｗｃを用いて、操舵補助制御処理を実行することによって、電流検出回路２０ｖで、ｖ相の相電流検出値Ｉｖを的確に検出することができない場合であっても、引き続き的確に操舵補助制御処理を継続することができる。
また、ｖ相の異常が確定したときには、ステップＳ２からステップＳ７に移行し、ｕ相の異常診断が行われた後、ステップＳ１１に移行して、ｕ相の遅延相電流検出値Ｉｕａ′を用いて、ｖ相及びｗ相の相電流の推定が行われる。ｕ相の電流検出回路２０ｕに異常が発生した場合には速やかにこれが検出されることになるから、この時点で警報を発生すること等により、電流検出回路２０ｕ及び２０ｖ共に異常が発生している状態で、そのまま操舵補助制御処理が継続されることを回避することができる。

この状態から、遅延相電流検出値Ｉｕａ′が零となると、ステップＳ１２からステップＳ１５に移行し、サンプリングホールド回路２７で遅延処理されたｖ相の遅延相電流指令値Ｉｖ^*′が仮想相電流Ｉｖｆとして設定され、遅延相電流指令値Ｉｕａ′と、仮想相電流Ｉｖｆとからｗ相の相電流推定値Ｉｗｂが推定される。

例えば、遅延相電流検出値Ｉｕａ′＝０、位相差Δθ＝１２０°、モータ回転角θ＝３６０°、ｖ相の遅延相電流指令値Ｉｖ^*′＝−２５．９８〔Ａ〕とすると、遅延相電流検出値Ｉｕａ′が０であることから、ｖ相の遅延相電流指令値Ｉｖ^*′（＝−２５．９８〔Ａ〕）がｖ相の仮想相電流Ｉｖｆとして設定され、遅延相電流検出値Ｉｕａ′と仮想相電流Ｉｖｆとから、ｗ相の相電流推定値Ｉｗｂが、次式（４）から算出される。
−Ｉｗｂ＝０〔Ａ〕＋（−２５．９８）〔Ａ〕
Ｉｗｂ＝２５．９８〔Ａ〕 ……（４）

このように、遅延相電流検出値Ｉｕａ′が０の場合には、ｖ相の相電流を、前記（１）式から推定することは不可であるが、この場合には、ｖ相の遅延相電流指令値Ｉｖ^*′を仮想相電流Ｉｖｆとして用いているため、この仮想相電流と、遅延相電流検出値Ｉｕａ′とを用いることによって、ｗ相の相電流を確実に推定することができる。また、操舵補助制御処理では、相電流指令値Ｉｖ^*に一致するように、３相ブラシレスモータ１２にモータ駆動電流を供給しており、３相ブラシレスモータ１２に供給されモータ駆動電流は、相電流指令値Ｉｖ^*に追従するように変化することから、実際に流れる相電流（相電流検出値Ｉｖａ）に替えて、遅延相電流指令値Ｉｖ^*′を用いて操舵補助制御を行ったとしても、操舵制御処理における制御精度の低下幅を許容範囲内に収めることができる。

また、電流検出回路２０ｕ又は２０ｖに異常が発生した場合には、サンプリングホールド回路２７で遅延処理した正常相であるｘ相の遅延相電流検出値Ｉｘａ′を用いて、他相の相電流を推定しているため、このようにして算出される相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃは、サンプリングホールド回路２７の遅延時間Δｔ相当だけ、実際よりも前の時点における測定値を表すことになる。

ここで、基本的に３相ブラシレスモータ１２へ供給する駆動電流は、トルク検出値Ｔと車速検出値Ｖとから、ある程度決定される。また、フィードバック制御用に実際に３相ブラシレスモータ１２に供給される電流を検出しているため、フィードバック制御に伴う、３相ブラシレスモータ１２への駆動電流の補正度合によっては、相電流測定値に含まれる誤差に起因して、操舵制御処理の制御精度が低下する可能性もあるが、相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃの演算方法から演算負荷はそれほどかからないと予測されることから、実際よりも遅延時間Δｔ相当だけ前の時点における相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃを用いて操舵補助制御処理を行ったとしても、これに起因して誤差が生じる可能性は小さい。

したがって、多少誤差が発生する可能性はあるものの、このようにして算出した相電流測定値Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃを用いて操舵補助制御処理を継続することによって、操舵アシストを継続することができ、操舵に伴う運転者の負荷軽減を図ることができる。
また、電流検出回路の異常診断を行う際には、例えば相電流検出値どうしを比較する等、複数相の相電流検出値の相関関係から異常診断を行うのではなく、相電流検出値とこれに対応する相電流指令値とを比較することで、相毎に異常診断を行っている。よって、例えば、相電流検出値どうしを比較すること等、相電流検出値どうしの相関関係に基づいて異常診断を行う場合には、上述のように一方の電流検出回路に異常が発生した場合には、的確な比較を行うことができないため、適切な異常診断を行うことができないが、相電流検出値と相電流指令値とを比較することで、相毎に異常診断を行うことができるため、引き続き、相電流検出値の異常診断を継続しつつ、操舵補助制御処理を継続することができ、信頼性をより向上させることができる。

なお、上述のように２相の相電流しか監視していない場合、その相電流を検出していない相において断線等異常が発生した場合には、その異常を検出することはできない。しかしながら、３相ブラシレスモータ１２の励磁相が切り換わらない事象が発生することは考えにくく、３相ブラシレスモータ１２の挙動異常は、レゾルバ信号を監視することにより検出することができることから、レゾルバ信号を監視することで、異常診断対象となっていない相の相電流の異常診断を実行するようにしてもよく、このようにすることによって、より信頼性を向上させることができる。

また、上記実施の形態においては、３相の相電流のうち２相の相電流を検出し、これらに基づき残りの相の相電流を推定し、これらを用いて操舵補助制御を行う場合について説明したが、これに限るものではない。上述のように、少なくとも１相の相電流を検出することができればこれに基づき残りの相の相電流を推定することができることから、３相の相電流それぞれを検出し、これらに基づき操舵補助制御処理を行う制御方法においても、１相の電流検出回路、或いは２相の電流検出回路が異常となった場合であっても、引き続き操舵補助制御処理を継続することができる。
また、上記実施の形態においては、電動パワーステアリング制御装置に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、３相ブラシレスモータを駆動制御するようにした制御装置であれば適用することができる。

また、上記実施の形態においては、正常な電流検出回路の遅延相電流検出値Ｉｘａ′が零であるときには、異常が発生した電流検出回路の仮想相電流Ｉｙｆとして、この異常が生じた電流検出回路に対応する相への相電流指令値Ｉｙ^*を遅延処理した値を仮想相電流Ｉｙｆとして設定し、この遅延処理した相電流指令値Ｉｙ^*と遅延処理した仮想相電流Ｉｙｆとからｗ相の相電流推定値Ｉｗｂを算出する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、正常な電流検出回路の相電流検出値Ｉｘａが零であることを検出したときには、相電流検出値Ｉｘａが零である時点での、異常な電流検出回路に対応する相電流指令値Ｉｙ^*を検出し、相電流検出値Ｉｘａと相電流指令値Ｉｙ^*とからｗ相の相電流推定値Ｉｗｂを算出し、相電流検出値Ｉｘａを遅延処理したその出力タイミングで、相電流検出値Ｉｘａと相電流指令値Ｉｙ^*及び相電流推定値Ｉｗｂを、相電流測定値Ｉｕｃ〜Ｉｗｃとして出力するようにしてもよい。

なお、上記実施の形態において、電流指令値演算部１７、電流フィードバック制御部１８、モータ駆動回路１９及び電流演算部２１が駆動制御手段に対応し、電流演算部２１で実行される図５のステップＳ３及びステップＳ４の処理が回路異常検出手段に対応し、レゾルバ２２、レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）２３及びサンプリングホールド回路２７がモータ回転角検出手段に対応し、電流演算部２１で実行されるステップＳ１１からステップＳ１４の処理が相電流推定手段に対応している。

本発明を電動パワーステアリング制御装置に適用した場合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機能構成図である。 操舵補助電流指令値算出部で使用する電流指令値算出マップを示す特性線図である。 サンプリングホールド回路の遅延時間Δｔの設定方法を説明するための説明図である。 電流演算部での電流演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の動作説明に供する３相ブラシレスモータの各相に流れる電流の一例である。

符号の説明

３ 操舵トルクセンサ
１２ ３相ブラシレスモータ
１３ コントローラ
１５ 車速センサ
１７ 電流指令値演算部
１８ 電流フィードバック制御部
１９ モータ駆動回路
２０、２０ｕ、２０ｖ 電流検出回路
２１ 電流演算部
２２ レゾルバ
２３ レゾルバデジタル変換器（ＲＤＣ）
２７ サンプリングホールド回路

Claims (3)

1. ブラシレスモータの相電流を相毎に検出する、各相に設けられた複数の電流検出回路と、当該電流検出回路で検出される相電流検出値を用いて前記ブラシレスモータを駆動制御する駆動制御手段と、を備えたモータ制御装置において、
   前記電流検出回路の異常を検出する回路異常検出手段と、
   前記ブラシレスモータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、
   前記回路異常検出手段で何れかの電流検出回路の異常を検出したとき、異常が検出されていない電流検出回路からの相電流検出値を、前記モータ回転角検出手段でのモータ回転角の検出に要する処理時間に応じた所定時間だけ遅延させ、遅延させた遅延相電流検出値と前記モータ回転角検出手段からのモータ回転角と異常が検出されていない電流検出回路に対応する正常相及び異常が検出された電流検出回路に対応する異常相の位相差とから、前記異常相の仮想相電流を推定する相電流推定手段と、を備え、
   前記駆動制御手段は、前記回路異常検出手段で異常が検出されたときには、異常が検出された電流検出回路の相電流検出値に替えて、前記相電流推定手段で推定された前記仮想相電流を用いて前記駆動制御を行い、
   さらに、前記ブラシレスモータは、相電流指令値相当の電流供給が行われて駆動され、
   前記相電流推定手段は、前記正常相と前記異常相との位相差及び前記ブラシレスモータの回転角から決定される係数を、前記正常相の前記遅延相電流検出値に乗算して前記異常相の仮想相電流を算出し、
   前記正常相の前記遅延相電流検出値が零であるときには、前記異常相に対する前記相電流指令値を前記所定時間だけ遅延させた遅延相電流指令値を、前記異常相の仮想相電流として設定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記回路異常検出手段は、前記相電流検出値とこれに対応する相への前記相電流指令値との偏差に基づいて前記電流検出回路の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載のモータ制御装置を、操舵補助力発生用のモータ制御装置に適用したことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

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