JP5511934B2 - モータ制御装置、モータ制御方法および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータ制御装置、モータ制御方法および電動パワーステアリング装置に関し、特に異常状態の判定に関するものである。

従来から、モータ電流検出値の極性とモータ電流指令値の極性とに基づいて、モータが力行運転状態か回生運転状態かを判定するとともに、力行運転状態と判定した場合には、モータ電流検出値とモータ電流指令値との差が所定の判定閾値以上であるときに異常状態と判定し、回生運転状態と判断した場合には、モータ電流検出値とモータ電流指令値との差が力行運転時の所定の判定閾値よりも大きな判定閾値以上であるときに異常状態と判定するモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、このモータ制御装置では、モータの回生運転時の異常判定閾値を、力行運転時の異常判定閾値よりも大きく設定することで、回生運転時における異常状態の誤判定を防止しつつ、回路要素の適切な保護を実現している。

特許第４１７７３８７号明細書

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のモータ制御装置が、例えば電動パワーステアリング装置に適用された場合には、路面からの反力によりステアリングが中立方向に戻される等、外力によりモータが強制的に回転され、モータが発電機として動作する可能性がある。

この場合には、電源側に戻される回生電流による異常状態の誤判定を防止するために、回生運転時の異常判定閾値を、モータが発電機として動作するときに流れ得る電流値よりも大きな値に設定するか、または、モータの回転速度が、モータが発電機として動作する所定の回転速度以上を示すときに、異常判定を禁止する必要がある。そのため、異常判定のカバレッジが低下し、回路要素を適切に保護できない恐れがあるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、モータが発電機として動作する場合に流れる電流による異常状態の誤判定を防止しつつ、異常判定のカバレッジを向上させることにより、回路要素を適切に保護することができるモータ制御装置、モータ制御方法および電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。

この発明に係るモータ制御装置は、複数のスイッチング素子を含み、複数のスイッチング素子のオン／オフによりモータを駆動するＨブリッジ回路と、駆動信号を出力して、複数のスイッチング素子を駆動するモータ駆動部と、モータに流れる駆動電流を検出するモータ電流検出部と、駆動電流がモータ電流指令値と一致するように、モータ駆動部をフィードバック制御するモータ制御部と、を備えたモータ制御装置であって、モータ制御部は、モータ電流指令値を演算する電流指令値演算部と、モータが電動機として動作している場合に、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときの駆動電流を、Ｈブリッジ回路の電源ラインまたはグランドラインで検出し、力行電流検出値として出力するとともに、スイッチング素子がオフの場合、またはモータが発電機として動作している場合には、駆動電流を検出しない力行電流検出部と、モータの両端電圧の大小関係から通電方向を検出し、通電方向検出値を出力する通電方向検出部と、力行電流検出値に対して、通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算するとともに、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との符号が一致した場合には、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上であるときに、モータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成し、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との符号が一致しない場合には、異常判定用電流検出値が所定の閾値以上であるときにモータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する異常判定部と、を有するものである。

また、この発明に係るモータ制御方法は、複数のスイッチング素子を含み、複数のスイッチング素子のオン／オフによりモータを駆動するＨブリッジ回路と、駆動信号を出力して、複数のスイッチング素子を駆動するモータ駆動部と、モータに流れる駆動電流を検出するモータ電流検出部と、駆動電流がモータ電流指令値と一致するように、モータ駆動部をフィードバック制御するモータ制御部と、を備えたモータ制御装置によって実行されるモータ制御方法であって、モータ電流指令値を演算する電流指令値演算ステップと、モータが電動機として動作している場合に、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときの駆動電流を、Ｈブリッジ回路の電源ラインまたはグランドラインで検出し、力行電流検出値として出力するとともに、スイッチング素子がオフの場合、またはモータが発電機として動作している場合には、駆動電流を検出しない流れる電流を検出し、力行電流検出値を出力する力行電流検出ステップと、モータの両端電圧の大小関係から通電方向を検出し、通電方向検出値を出力する通電方向検出ステップと、力行電流検出値に対して、通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算する演算ステップと、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との符号が一致した場合には、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上であるときに、モータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成し、異常判定用電流検出値とモータ電流指令値との符号が一致しない場合には、異常判定用電流検出値が所定の閾値以上であるときに、モータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する異常判定ステップと、を有するものである。

また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記のモータ制御装置を備えたものである。

この発明に係るモータ制御装置、モータ制御方法および電動パワーステアリング装置によれば、異常判定部は、力行電流検出部から入力される力行電流検出値に対して、通電方向検出部から入力される通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算するとともに、異常判定用電流検出値と電流指令値演算部から入力されるモータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上である場合に、モータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する。
そのため、モータが発電機として動作する場合に流れる電流による異常状態の誤判定を防止しつつ、異常判定のカバレッジを向上させることにより、回路要素を適切に保護することができる。

この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を周辺機器とともに示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置のサンプルホールド信号を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における異常判定領域を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータが電動機として動作している場合の通電経路を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータが電動機として動作している場合の各部波形を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータが発電機として動作している場合の通電経路を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータが発電機として動作している場合の各部波形を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における異常判定部の動作を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、従来のモータ制御装置における通電経路を示す説明図である。 従来のモータ制御装置における異常判定領域を示す説明図である。

以下、この発明に係るモータ制御装置、モータ制御方法および電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

なお、この発明に係るモータ制御装置は、例えば車両用の電動パワーステアリング装置等に用いられるモータ制御装置であって、モータ電流検出値（駆動電流）がモータ電流指令値と一致するように、モータ電流をフィードバック制御するものである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置を示す構成図である。図１において、操舵アシストトルクを発生する直流モータ（モータ）１は、減速ギア２を介してステアリングシャフト３の一端に結合されており、ステアリングシャフト３の他端には、ステアリングホイール４が接続されている。また、ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール４の操舵トルクを検出するトルクセンサ５が設けられている。

また、コントローラ（モータ制御装置）１００は、トルクセンサ５によって検出された操舵トルク値と車速センサ６によって検出された車速値とに基づいて操舵アシストトルクを決定し、直流モータ１をＰＷＭ駆動することにより、ステアリングホイール４の操舵をアシストする。なお、コントローラ１００には、バッテリ（電源）７やイグニッションキースイッチ（ＩＧ）８等が接続されている。

図２は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を周辺機器とともに示すブロック構成図である。図２において、コントローラ１００は、制御コンピュータ（モータ制御部）１０、モータ駆動部２０、Ｈブリッジ回路３０、モータ電流検出部４０、サンプルホールド部５０および電圧検出部６０を備えている。

制御コンピュータ１０は、電流指令値演算部１０ａ、通電方向指令演算部１０ｂ、絶対値演算部１０ｃ、減算部１０ｄ、電流制御部１０ｅ、タイマ１０ｆ、ＰＷＭ出力部１０ｇ、タイミング信号生成部１０ｈ、力行電流検出部１０ｉ、通電方向検出部１０ｊおよび異常判定部１０ｋを有している。

Ｈブリッジ回路３０は、４つのスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）から構成され、モータ駆動部２０から入力される駆動信号（後述する）に基づいて、各スイッチング素子をオン／オフして直流モータ１を駆動する。また、電圧検出部６０は、第１電圧検出部６０ａおよび第２電圧検出部６０ｂを有している。

次に、コントローラ１００の各部の機能について説明する。
電流指令値演算部１０ａは、トルクセンサ５のトルク検出信号（操舵トルク値）と車速センサ６の車速検出信号（車速値）とに基づいて所定の特性に従う演算を行い、直流モータ１を駆動するためのモータ電流指令値Ｉ＊を決定し、決定したモータ電流指令値Ｉ＊を通電方向指令演算部１０ｂ、絶対値演算部１０ｃおよび異常判定部１０ｋに出力する。

通電方向指令演算部１０ｂは、電流指令値演算部１０ａから入力されるモータ電流指令値Ｉ＊の符号に基づいて通電方向指令値Ｄｉｒ＊を演算し、演算した通電方向指令値Ｄｉｒ＊をモータ駆動部２０に出力する。なお、通電方向指令値Ｄｉｒ＊は、モータ電流指令値Ｉ＊＞０のとき通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝１、モータ電流指令値Ｉ＊＝０のとき通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝０、モータ電流指令値Ｉ＊＜０のとき通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝−１として演算される。

絶対値演算部１０ｃは、電流指令値演算部１０ａから入力されるモータ電流指令値Ｉ＊の絶対値ＩＭＴ＝｜Ｉ＊｜を演算し、演算した絶対値ＩＭＴを減算部１０ｄに出力する。

減算部１０ｄは、絶対値演算部１０ｃから入力される絶対値ＩＭＴと、力行電流検出部１０ｉから入力される力行電流ＩＭＳ（後述する）との電流偏差ΔＩ（＝ＩＭＴ−ＩＭＳ）を演算し、演算した電流偏差ΔＩを電流制御部１０ｅに出力する。

電流制御部１０ｅは、減算部１０ｄから入力される電流偏差ΔＩに基づいて比例積分制御演算を行い、直流モータ１の端子間に印加する電圧指令値Ｖ＊を決定し、決定した電圧指令値Ｖ＊をＰＷＭ出力部１０ｇに出力する。

タイマ１０ｆは、ＰＷＭキャリア信号となる三角波信号をアップダウンカウンタにより生成し、生成したＰＷＭキャリア信号をＰＷＭ出力部１０ｇおよびタイミング信号生成部１０ｈに出力する。

ＰＷＭ出力部１０ｇは、電流制御部１０ｅから入力される電圧指令値Ｖ＊と、タイマ１０ｆから入力されるＰＷＭキャリア信号（三角波信号）とを比較することによって、直流モータ１をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号Ｄｔを生成し、生成したＰＷＭ信号Ｄｔをモータ駆動部２０に出力する。

モータ駆動部２０は、通電方向指令演算部１０ｂから入力される通電方向指令値Ｄｉｒ＊と、ＰＷＭ出力部１０ｇから入力されるＰＷＭ信号Ｄｔと、異常判定部１０ｋから入力される異常判定信号ＥＲＲ（後述する）とに基づいて、Ｈブリッジ回路３０を駆動するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をＨブリッジ回路３０に出力する。

具体的には、モータ駆動部２０は、異常判定信号ＥＲＲ＝０（正常状態）、かつ通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝１の場合には、Ｈブリッジ回路３０を構成する正転用スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ４）をＰＷＭ信号ＤｔでＰＷＭ駆動し、逆転用スイッチング素子（Ｑ２、Ｑ３）をオフにする信号を、駆動信号として生成する。

また、モータ駆動部２０は、異常判定信号ＥＲＲ＝０（正常状態）、かつ通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝−１の場合には、Ｈブリッジ回路３０を構成する正転用スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ４）をオフにし、逆転用スイッチング素子（Ｑ２、Ｑ３）をＰＷＭ信号ＤｔでＰＷＭ駆動する信号を、駆動信号として生成する。

また、モータ駆動部２０は、異常判定信号ＥＲＲ＝１（異常状態）、または通電方向指令値Ｄｉｒ＊＝０の場合には、Ｈブリッジ回路３０を構成する全てのスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）をオフにする信号を、駆動信号として生成する。

モータ電流検出部４０は、Ｈブリッジ回路３０の低電位側とグランドとの間に挿入されたシャント抵抗Ｒの両端の電位差（Ｈブリッジ回路３０の電源ラインまたはグランドラインの母線に流れる電流）を計測して、Ｈブリッジ回路３０を介して直流モータ１に流れる駆動電流Ｉｍを検出し、検出した駆動電流Ｉｍをサンプルホールド部５０に出力する。なお、検出した駆動電流Ｉｍの符号が正である場合に、Ｈブリッジ回路３０の低電位側からグランドに向かって電流が流れていることを示している。

タイミング信号生成部１０ｈは、タイマ１０ｆから入力されるＰＷＭキャリア信号（三角波信号）の谷側ピーク値のタイミングでサンプルホールド信号を生成し、生成したサンプルホールド信号をサンプルホールド部５０に出力する。このサンプルホールド信号は、例えば図３に示されるように、ＰＷＭキャリア信号（三角波信号）の谷側ピーク値を中心とした所定幅のパルスからなるパルス信号である。

サンプルホールド部５０は、タイミング信号生成部１０ｈから入力されるサンプルホールド信号に基づいて、モータ電流検出部４０から入力される駆動電流Ｉｍをサンプルホールドし、サンプルホールド電流Ｉｍ２を力行電流検出部１０ｉに出力する。

力行電流検出部１０ｉは、サンプルホールド部５０から入力されるサンプルホールド電流Ｉｍ２から後述する方法によって力行電流ＩＭＳを抽出し、抽出した力行電流ＩＭＳを減算部１０ｄおよび異常判定部１０ｋに出力する。

第１電圧検出部６０ａは、タイミング信号生成部１０ｈから入力されるサンプルホールド信号に基づいて、Ｈブリッジ回路３０を構成する正転用スイッチング素子Ｑ１と逆転用スイッチング素子Ｑ３との直列接続点に印加される電圧ＶＭ＋をサンプルホールドし、サンプルホールド電圧Ｖｍ＋を通電方向検出部１０ｊに出力する。

第２電圧検出部６０ｂは、タイミング信号生成部１０ｈから入力されるサンプルホールド信号に基づいて、Ｈブリッジ回路３０を構成する逆転用スイッチング素子Ｑ２と正転用スイッチング素子Ｑ４との直列接続点に印加される電圧ＶＭ−をサンプルホールドし、サンプルホールド電圧Ｖｍ−を通電方向検出部１０ｊに出力する。

通電方向検出部１０ｊは、第１電圧検出部６０ａから入力されるサンプルホールド電圧Ｖｍ＋と、第２電圧検出部６０ｂから入力されるサンプルホールド電圧Ｖｍ−との大小関係に基づいて通電方向検出値Ｄｉｒ＾を演算し、演算した通電方向検出値Ｄｉｒ＾を異常判定部１０ｋに出力する。

なお、通電方向検出値Ｄｉｒ＾は、Ｖｍ＋＞Ｖｍ−のとき通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝１、Ｖｍ＋＝Ｖｍ−のとき通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝０、Ｖｍ＋＜Ｖｍ−のとき通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝−１として演算される。

異常判定部１０ｋは、力行電流検出部１０ｉから入力される力行電流（力行電流検出値）ＩＭＳに対して、通電方向検出部１０ｊから入力される通電方向検出値Ｄｉｒ＾の符号情報を付加した異常判定用電流検出値ＩＭＳ２を演算する。

また、異常判定部１０ｋは、演算した異常判定用電流検出値ＩＭＳ２と電流指令値演算部１０ａから入力されるモータ電流指令値Ｉ＊との関係が、図４に示される異常領域１〜４の範囲内の値を示す場合に、直流モータ１またはモータ駆動部２０の異常状態と判定し、異常領域１〜４の範囲外の値を示す場合に、正常状態と判定する。

また、異常判定部１０ｋは、異常状態と判定した場合には、異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成し、正常状態と判定した場合には、異常判定信号ＥＲＲ＝０を生成して、生成した異常判定信号をモータ駆動部２０に出力する。

続いて、図５〜８の説明図および図９のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における異常判定処理について具体的に説明する。

まず、モータ電流検出部４０による電流検出動作について説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータ１が電動機として動作している場合の通電経路を示す説明図である。図６は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータ１が電動機として動作している場合の各部波形を示す説明図である。

また、図７は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータ１が発電機として動作している場合の通電経路を示す説明図である。図８は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置において、直流モータ１が発電機として動作している場合の各部波形を示す説明図である。なお、図５〜８において、（ａ）は正転駆動時を示し、（ｂ）は逆転駆動時を示している。

直流モータ１が電動機として動作している場合、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときは、図５（ａ）、（ｂ）に示されるＡの通電経路で電流が流れ、オフのときは、図５（ａ）、（ｂ）に示されるＢの通電経路で電流が流れる。

このとき、モータ電流検出部４０によって検出される駆動電流Ｉｍは、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、正転駆動時と逆転駆動時とで同じ値となるが、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのとき（図６（ｉ））は駆動電流Ｉｍが正方向となり、オフのとき（図６（ｉｉ））は駆動電流Ｉｍが負方向となる。

これに対して、直流モータ１が発電機として動作している場合には、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子のオン／オフにかかわらず、常に図７（ａ）、（ｂ）に示されるＡの通電経路で電流が流れる。

このとき、モータ電流検出部４０によって検出される駆動電流Ｉｍは、図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、正転駆動時と逆転駆動時とで同じ値となり、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子のオン／オフにかかわらず、常に駆動電流Ｉｍが負方向となる（図８（ｉ）（ｉｉ））。

つまり、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンである場合において、駆動電流Ｉｍが正方向のときは、直流モータ１が電動機として動作していることを示し、負方向のときは、直流モータ１が発電機として動作していることを示している。

次に、サンプルホールド部５０および力行電流検出部１０ｉの動作について説明する。直流モータ１が発電機として動作する場合に、直流モータ１に電流が流れるのは、正常な動作であり、異常と判断すべきではない。そこで、この発明の実施の形態１では、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流に基づいて異常判定を行う。

そのため、サンプルホールド部５０および力行電流検出部１０ｉは、モータ電流検出部４０が検出した駆動電流Ｉｍから、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流を抽出する。

まず、サンプルホールド部５０は、タイミング信号生成部１０ｈで生成されたサンプルホールド信号（ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンとなるタイミングに同期した信号）に基づいて、駆動電流Ｉｍをサンプルホールドすることで、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときの駆動電流を抽出する（図６、図８のサンプルホールド電流Ｉｍ２）。

続いて、力行電流検出部１０ｉは、サンプルホールド部５０で抽出されたサンプルホールド電流Ｉｍ２（ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときの駆動電流）から、Ｉｍ２≧０のときはＩＭＳ＝Ｉｍ２、Ｉｍ２＜０のときはＩＭＳ＝０として、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流である力行電流ＩＭＳを抽出する（図６、図８の力行電流ＩＭＳ）。

続いて、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂおよび通電方向検出部１０ｊの動作について説明する。上述したように、モータ電流検出部４０によって検出される駆動電流Ｉｍは、正転駆動時と逆転駆動時とで同じ値となる。すなわち、駆動電流Ｉｍに基づいて、直流モータ１に流れるモータ電流ＭＩの通電方向を検出することができない。

そこで、この発明の実施の形態１では、直流モータ１の両端電圧の大小関係から通電方向を検出する。また、この発明の実施の形態１における異常判定は、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流に基づいて異常判定を行うので、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂおよび通電方向検出部１０ｊは、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流の通電方向を検出する。

まず、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂは、タイミング信号生成部１０ｈで生成されたサンプルホールド信号（ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンとなるタイミングに同期した信号）に基づいて、直流モータ１の両端電圧（ＶＭ＋、ＶＭ−）をサンプルホールドすることで、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンのときの直流モータ１の両端電圧を検出する（図６、図８のＶｍ＋、Ｖｍ−）。

続いて、通電方向検出部１０ｊは、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂで検出された電圧（Ｖｍ＋、Ｖｍ−）に基づいて、ＶＭ＋＞ＶＭ−のときは通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝１、ＶＭ＋＝ＶＭ−のときは通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝０、ＶＭ＋＜ＶＭ−のときは通電方向検出値Ｄｉｒ＾＝−１として、通電方向検出値Ｄｉｒ＾を演算する（図６、図８の通電方向検出値Ｄｉｒ＾）。

次に、異常判定部１０ｋの動作について、図９のフローチャートに沿って説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における異常判定部１０ｋの動作を示すフローチャートである。

まず、異常判定部１０ｋは、電流指令値演算部１０ａで決定されたモータ電流指令値Ｉ＊、力行電流検出部１０ｉで検出された力行電流ＩＭＳ、および通電方向検出部１０ｊで検出された通電方向検出値Ｄｉｒ＾を読み込む（ステップＳ１〜３）。

続いて、異常判定部１０ｋは、通電方向検出値Ｄｉｒ＾が０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、通電方向検出値Ｄｉｒ＾が０よりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、力行電流ＩＭＳに対して、通電方向検出値Ｄｉｒ＾の符号を付加して、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２（＝−ＩＭＳ）を演算する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ４において、通電方向検出値Ｄｉｒ＾が０以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、力行電流ＩＭＳに対して、通電方向検出値Ｄｉｒ＾の符号を付加して、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２（＝ＩＭＳ）を演算する（ステップＳ６）。

ここで、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２は、直流モータ１が電動機として動作している場合には、直流モータ１に流れるモータ電流ＭＩに一致する電流値（図６のＩＭＳ２）となり、直流モータ１が発電機として動作している場合には、０を示す信号（図８のＩＭＳ２）となる。

次に、異常判定部１０ｋは、モータ電流指令値Ｉ＊の極性と異常判定用電流検出値ＩＭＳ２の極性とが同じであるか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、両者の極性が同じである（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、直流モータ１に流れるモータ電流ＭＩがモータ電流指令値Ｉ＊に対して順方向に流れているとみなして、順方向時の異常判定処理を行う（ステップＳ８）。

このとき、異常判定部１０ｋは、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２とモータ電流指令値Ｉ＊とを比較し、｜ＩＭＳ２｜−｜Ｉ＊｜の値が、第１判定閾値ＴＨ１以上（図４の異常領域１または異常領域３の範囲内）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８において、｜ＩＭＳ２｜−｜Ｉ＊｜≧ＴＨ１（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合は、直流モータ１が電動機として動作しているにもかかわらず、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２が、モータ電流指令値Ｉ＊を、第１判定閾値ＴＨ１以上オーバーシュートしている状態である。そこで、異常判定部１０ｋは、直流モータ１の異常発生状態（地絡故障等の配線異常状態）とみなして、一時的な異常判定信号を生成し、ステップＳ９に進む。

続いて、異常判定部１０ｋは、一時的な異常判定信号が所定時間（所定期間）Ｔ１継続した時点で、最終的な異常判定状態とみなして最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成し、モータ駆動部２０からの駆動信号の出力を遮断する（ステップＳ９）。これにより、Ｈブリッジ回路３０内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４等を過大な地絡電流から保護することができる。

なお、異常判定部１０ｋは、所定時間Ｔ１が経過するまでは、最終的な異常判定状態とみなさず、最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝０を生成して、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１０）、所定時間が経過した後に（すなわち、Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ８において、｜ＩＭＳ２｜−｜Ｉ＊｜＜ＴＨ１（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、正常状態なので異常判定信号ＥＲＲ＝０としてステップＳ１０に進み、所定時間が経過した後に、ステップＳ１に戻る。

このように、一時的な異常判定信号が所定時間Ｔ１継続した時点で最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成することにより、ノイズ等の影響で一時的に｜ＩＭＳ２｜−｜Ｉ＊｜≧ＴＨ１の関係を満たした場合を除外し、確実に異常発生状態を検出することができる。

一方、ステップＳ７において、両者の極性が異なる（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、直流モータ１に流れるモータ電流ＭＩがモータ電流指令値Ｉ＊に対して逆方向に流れているとみなして、逆方向時の異常判定処理を行う（ステップＳ１０）。

このとき、異常判定部１０ｋは、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２について、｜ＩＭＳ２｜の値が、第２の判定閾値ＴＨ２以上（図４の異常領域２または異常領域４の範囲内）であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、｜ＩＭＳ２｜≧ＴＨ２（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合は、直流モータ１が電動機として動作しているにもかかわらず、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２が、モータ電流指令値Ｉ＊に対して逆方向に、第２の判定閾値ＴＨ２以上オーバーシュートしている状態である。そこで、異常判定部１０ｋは、直流モータ１の異常発生状態（地絡故障等の配線異常状態）とみなして、一時的な異常判定信号を生成し、ステップＳ１２に進む。

続いて、異常判定部１０ｋは、一時的な異常判定信号が所定時間Ｔ２継続した時点で、最終的な異常判定状態とみなして最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成し、モータ駆動部２０からの駆動信号の出力を遮断する（ステップＳ１２）。これにより、Ｈブリッジ回路３０内のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４等を過大な地絡電流から保護することができる。

なお、異常判定部１０ｋは、所定時間Ｔ２が経過するまでは、最終的な異常判定状態とみなさず、最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝０を生成して、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１０）、所定時間が経過した後に（すなわち、Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１１において、｜ＩＭＳ２｜＜ＴＨ２（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、異常判定部１０ｋは、正常状態なので異常判定信号ＥＲＲ＝０としてステップＳ１０に進み、所定時間が経過した後に、ステップＳ１に戻る。

このように、一時的な異常判定信号が所定時間Ｔ２継続した時点で最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成することにより、ノイズ等の影響で一時的に｜ＩＭＳ２｜≧ＴＨ２の関係を満たした場合を除外し、確実に異常発生状態を検出することができる。

また、上述したように、ステップＳ１に戻る経路にステップＳ１０の待機処理が挿入されているので、ステップＳ１〜９、１０〜１１で示した処理が、所定周期（所定期間）で実行されるように管理することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、異常判定部は、力行電流検出部から入力される力行電流検出値に対して、通電方向検出部から入力される通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算するとともに、異常判定用電流検出値と電流指令値演算部から入力されるモータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上である場合に、モータまたはモータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する。
そのため、モータが発電機として動作する場合に流れる電流による異常状態の誤判定を防止しつつ、異常判定のカバレッジを向上させることにより、回路要素を適切に保護することができる。

具体的には、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置によれば、直流モータ１が電動機として動作している場合に流れる電流（力行電流ＩＭＳ）と、直流モータ１の両端電圧の大小関係に基づいて演算した通電方向検出値Ｄｉｒ＾とに基づいて異常判定用電流検出値ＩＭＳ２が演算され、演算された異常判定用電流検出値ＩＭＳ２とモータ電流指令値Ｉ＊とを比較して異常判定が行われる構成となっている。そのため、常時異常判定を行うことができる。

すなわち、従来のモータ制御装置では、モータが発電機として動作する場合に流れる電流による異常状態の誤判定を防止するために、例えばモータの回転速度が所定値以上の場合に異常判定処理を停止する等の誤判定防止対策が必要であった。

ここで、図１０、１１を参照しながら、上述した従来のモータ制御装置の問題について具体的に説明する。図１０（ａ）、（ｂ）は、従来のモータ制御装置における通電経路を示す説明図である。また、図１１は、従来のモータ制御装置における異常判定領域を示す説明図である。

従来のモータ制御装置では、図１０に示されるように、モータ線に対して直列に挿入されたシャント抵抗の両端電圧に基づいてモータ電流を検出することで、モータに流れる電流を双方向で検出している。そのため、例えば力行運転時には、図１０（ａ）、（ｂ）に示されるＡの通電経路でモータに流れる電流が検出され、回生運転時には、図１０（ａ）、（ｂ）に示されるＢの通電経路でモータに流れる電流が検出される。

つまり、従来のモータ制御装置では、力行運転、回生運転にかかわらずモータに流れる電流を双方向で検出し、検出したモータ電流検出値とモータ電流指令値とを比較することで異常判定が行われる。

そのため、外力によりモータが強制的に回転され、モータが発電機として動作する可能性がある用途に用いられる場合には、モータが発電機として動作するときにモータに流れる電流による異常状態の誤判定を防止するために、回生運転時の異常判定閾値を、モータが発電機として動作するときに流れ得る電流値よりも大きな値に設定する必要がある。その結果、図１１に示されるように、回生運転領域での異常判定カバレッジが低下する。

また、モータが回転することによって生じる逆起電圧が電源電圧を超えた場合に、モータが発電機として動作することを考慮し、逆起電圧が電源電圧と等しくなる所定のモータ回転速度以上である場合に異常判定を禁止する必要がある。この場合には、所定のモータ回転速度以上では異常判定をすることができないので、モータ高回転域での異常判定カバレッジが低下する。

これに対して、この発明の実施の形態１では、直流モータ１が発電機として動作する場合にモータに流れる電流を検出しない構成となっている。そのため、発電機として動作する場合に流れる電流による異常状態の誤判定の可能性はなく、常時異常判定を行うことができる。

また、異常判定用電流検出値ＩＭＳ２とモータ電流指令値Ｉ＊との極性に応じて故障判定条件および判定閾値を切り替える構成とし、極性が異なる場合の判定閾値ＴＨ２を適切に設定することができるようにしている。そのため、従来のモータ制御装置よりも高い異常判定カバレッジを確保することができる。

すなわち、従来のモータ制御装置では、モータが発電機として動作するときに流れる電流による異常状態の誤判定を防止するために、極性が異なる場合の判定閾値ＴＨ２を、モータが発電機として動作するときに流れる電流よりも大きく設定する必要があった。これに対して、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置では、直流モータ１が発電機として動作するときにモータに流れる電流を検出しない構成としているので、極性が異なる場合の判定閾値ＴＨ２を適切に設定することができる。

また、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置では、タイミング信号生成部１０ｈで生成されたサンプルホールド信号に基づいて、駆動電流Ｉｍと直流モータ１の両端電圧とをサンプルホールドする構成としている。そのため、力行電流検出部１０ｉで検出した力行電流ＩＭＳと、通電方向検出部１０ｊで検出した通電方向検出値Ｄｉｒ＾との情報を、確実に同期させることができる。これにより、直流モータ１が電動機として動作する場合に流れる電流（＝異常判定用電流検出値ＩＭＳ２）を正確に得ることができ、信頼性の高い異常判定を実現することができる。

また、タイミング信号生成部１０ｈで生成されたサンプルホールド信号（ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンとなるタイミングに同期した信号）に基づいて、直流モータ１の両端電圧（ＶＭ＋、ＶＭ−）をサンプルホールドした情報（Ｖｍ＋、Ｖｍ−）を用いて、通電方向検出値Ｄｉｒ＾が演算されるように構成されている。そのため、ＰＷＭ信号ＤｔのＤｕｔｙが小さく、直流モータ１の両端電圧の平均電位差が小さい場合であっても、精度良く通電方向を検出することができ、信頼性の高い異常判定を実現することができる。

また、異常判定部１０ｋは、異常状態が所定時間継続した場合に、最終的な異常判定信号ＥＲＲ＝１を生成する。そのため、ノイズ等の影響による一時的な異常状態を除外し、確実に異常発生状態を検出することができる。

また、異常判定部１０ｋからの異常判定信号ＥＲＲ＝１により、モータ駆動部２０が全てのスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）をオフにしてモータの駆動を停止する。そのため、モータの異常トルクの発生を確実に抑止することができる。

また、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置によれば、極性が異なる場合の判定閾値ＴＨ２を、直流モータ１が発電機として動作する場合に流れる電流を考慮せずに適切に設定することにより、逆アシスト領域の異常判定カバレッジを向上させることができる。そのため、モータ端子の天絡故障や地絡故障等により、直流モータ１が自転する危険な故障モードを確実に検出することができる信頼性の高い電動パワーステアリング制御装置を実現することができる。

すなわち、この電動パワーステアリング装置においては、異常なモータ電流により直流モータ１が自転した場合は、トルクセンサ５によりモータ出力トルクに対して逆方向のトルクが検出され、電流指令値演算部１０ａによりモータ電流に対して逆極性の電流指令値が生成される。そのため、判定閾値ＴＨ２を適切に設定して、図４に示した異常領域２および異常領域４の領域を広げることにより、直流モータ１が自転する危険な故障モードを確実に検出することができる。

なお、上記実施の形態１では、サンプルホールド信号をタイミング信号生成部１０ｈで生成する構成としたが、これに限定されず、ＰＷＭ信号Ｄｔをサンプルホールド信号として用いても同様の効果を得ることができる。この場合には、タイミング信号生成部１０ｈおよび制御コンピュータ１０からサンプルホールド信号を出力するためのポートが不要となるので、より構成を簡単にすることができる。

また、上記実施の形態１では、タイミング信号生成部１０ｈで生成したサンプルホールド信号に基づいて、サンプルホールド部５０で駆動電流Ｉｍをサンプルホールドする構成としたが、これに限定されない。すなわち、サンプルホールド部５０の代わりに、制御コンピュータ１０内のＡＤ変換器を用いて、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンとなるタイミングで、駆動電流ＩｍをＡＤ変換しても同様の効果を得ることができる。この場合には、サンプルホールド部５０が不要となるので、コストを削減することができる。

同様に、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂで直流モータ１の両端電圧（ＶＭ＋、ＶＭ−）をそれぞれサンプルホールドする代わりに、制御コンピュータ１０内のＡＤ変換器を用いて、ＰＷＭ駆動しているスイッチング素子がオンとなるタイミングで、直流モータ１の両端電圧（ＶＭ＋、ＶＭ−）をＡＤ変換しても同様の効果を得ることができる。この場合には、第１電圧検出部６０ａ、第２電圧検出部６０ｂ内のサンプルホールド機能が不要となるので、コストを削減することができる。

また、上記実施の形態１では、モータ電流検出部４０を、Ｈブリッジ回路３０の低電位側とグランドとの間に挿入されたシャント抵抗Ｒの両端の電位差を計測して、Ｈブリッジ回路３０を介して直流モータ１に流れる駆動電流を検出する構成としたが、これに限定されない。すなわち、Ｈブリッジ回路３０の高電位側とバッテリ７との間にシャント抵抗Ｒを挿入して、シャント抵抗Ｒの両端の電位差を計測する構成としてもよい。

また、上記実施の形態１では、モータ電流検出部４０を、双方向電流検出（Ｈブリッジ回路３０の低電位側からグランドに向かって流れる電流を正の電流値として検出し、グランドからＨブリッジ回路３０の低電位側に向かって流れる電流を負の電流値として検出する）で構成し、力行電流検出部１０ｉで正の電流値のみを抽出して力行電流ＩＭＳを演算する構成としたが、これに限定されない。

すなわち、モータ電流検出部４０を片方向電流検出（Ｈブリッジ回路３０の低電位側からグランドに向かって流れる電流を正の電流値として検出し、グランドからＨブリッジ回路３０の低電位側に向かって流れる電流を０として検出する）するように構成しても同様の効果を得ることができる。この場合には、力行電流検出部１０ｉが不要となるので、より構成を簡単にすることができる。

また、上記実施の形態１では、モータ電流検出部と力行電流検出部１０ｉとが、Ｈブリッジ回路３０の低電位側とグランドとの間に挿入したシャント抵抗Ｒを共用する構成としたが、これに限定されず、シャント抵抗を個別に設ける構成としてもよい。

すなわち、上述した特許文献１と同様に、図１０に示される位置に挿入したシャント抵抗の両端の電位差を計測して直流モータ１に流れる駆動電流を検出するようモータ電流検出部を構成し、Ｈブリッジ回路３０の低電位側とグランドとの間に挿入したシャント抵抗Ｒの両端の電位差に基づいて、力行電流を検出するよう力行電流検出部１０ｉを構成してもよい。

この場合には、モータ電流検出部で検出したモータ電流検出値に基づいてモータ電流制御を行い、力行電流検出部１０ｉで検出した力行電流に基づいて異常判定部１０ｋが異常判定を行うことにより、従来と同様の電流制御系を構成しつつ、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

１ 直流モータ、２ 減速ギア、３ ステアリングシャフト、４ ステアリングホイール、５ トルクセンサ、６ 車速センサ、７ バッテリ、１０ 制御コンピュータ（モータ制御部）、１０ａ 電流指令値演算部、１０ｂ 通電方向指令演算部、１０ｃ 絶対値演算部、１０ｄ 減算部、１０ｅ 電流制御部、１０ｆ タイマ、１０ｇ ＰＷＭ出力部、１０ｈ タイミング信号生成部、１０ｉ 力行電流検出部、１０ｊ 通電方向検出部、１０ｋ 異常判定部、２０ モータ駆動部、３０ ブリッジ回路、４０ モータ電流検出部、５０ サンプルホールド部、６０ 電圧検出部、６０ａ 第１電圧検出部、６０ｂ 第２電圧検出部、１００ コントローラ。

Claims (9)

1. 複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子のオン／オフによりモータを駆動するＨブリッジ回路と、
   駆動信号を出力して、前記複数のスイッチング素子を駆動するモータ駆動部と、
   前記モータに流れる駆動電流を検出するモータ電流検出部と、
   前記駆動電流がモータ電流指令値と一致するように、前記モータ駆動部をフィードバック制御するモータ制御部と、を備えたモータ制御装置であって、
   前記モータ制御部は、
   前記モータ電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
   前記モータが電動機として動作している場合に、ＰＷＭ駆動している前記スイッチング素子がオンのときの駆動電流を、前記Ｈブリッジ回路の電源ラインまたはグランドラインで検出し、力行電流検出値として出力するとともに、前記スイッチング素子がオフの場合、または前記モータが発電機として動作している場合には、駆動電流を検出しない力行電流検出部と、
   前記モータの両端電圧の大小関係から通電方向を検出し、通電方向検出値を出力する通電方向検出部と、
   前記力行電流検出値に対して、前記通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算するとともに、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との符号が一致した場合には、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上であるときに、前記モータまたは前記モータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成し、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との符号が一致しない場合には、前記異常判定用電流検出値が所定の閾値以上であるときに、前記モータまたは前記モータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する異常判定部と、を有する
   モータ制御装置。
2. 前記異常判定部は、前記所定の判定閾値として、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との極性が同じである場合に用いられる第１判定閾値と、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との極性が異なる場合に用いられる第２判定閾値と、を有する
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記Ｈブリッジ回路を構成する正転用スイッチング素子および逆転用スイッチング素子を含む前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子がＰＷＭ駆動され、
   前記通電方向検出部は、ＰＷＭ駆動されるスイッチング素子がオンとなる期間に、前記正転用スイッチング素子と前記逆転用スイッチング素子との直列接続点に印加される電圧に基づいて、前記モータの通電方向を検出する
   請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記Ｈブリッジ回路を構成する前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子がＰＷＭ駆動され、
   前記力行電流検出部は、ＰＷＭ駆動されるスイッチング素子がオンとなる期間に、前記Ｈブリッジ回路の電源ラインまたはグランドラインの母線に流れる電流に基づいて、電源から前記Ｈブリッジ回路に流れる力行電流を検出する
   請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記異常判定部は、前記異常判定信号が所定期間にわたって継続した時点で、最終的な異常判定信号を生成する
   請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータ駆動部は、前記異常判定信号が生成された場合に、前記モータの駆動を停止する
   請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータ電流検出部と前記力行電流検出部とが、共用されている
   請求項１から請求項６までの何れか１項に記載のモータ制御装置。
8. 複数のスイッチング素子を含み、前記複数のスイッチング素子のオン／オフによりモータを駆動するＨブリッジ回路と、
   駆動信号を出力して、前記複数のスイッチング素子を駆動するモータ駆動部と、
   前記モータに流れる駆動電流を検出するモータ電流検出部と、
   前記駆動電流がモータ電流指令値と一致するように、前記モータ駆動部をフィードバック制御するモータ制御部と、を備えたモータ制御装置によって実行されるモータ制御方法であって、
   前記モータ電流指令値を演算する電流指令値演算ステップと、
   前記モータが電動機として動作している場合に、ＰＷＭ駆動している前記スイッチング素子がオンのときの駆動電流を、前記Ｈブリッジ回路の電源ラインまたはグランドラインで検出し、力行電流検出値として出力するとともに、前記スイッチング素子がオフの場合、または前記モータが発電機として動作している場合には、駆動電流を検出しない力行電流検出ステップと、
   前記モータの両端電圧の大小関係から通電方向を検出し、通電方向検出値を出力する通電方向検出ステップと、
   前記力行電流検出値に対して、前記通電方向検出値の符号情報を付加した異常判定用電流検出値を演算する演算ステップと、
   前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との符号が一致した場合には、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との差が、所定の判定閾値以上であるときに、前記モータまたは前記モータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成し、前記異常判定用電流検出値と前記モータ電流指令値との符号が一致しない場合には、前記異常判定用電流検出値が所定の閾値以上であるときに、前記モータまたは前記モータ駆動部の異常状態と判定して異常判定信号を生成する異常判定ステップと、を有する
   モータ制御方法。
9. 請求項１から請求項７までの何れか１項に記載のモータ制御装置を備えた
   電動パワーステアリング装置。

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