WO2017077567A1 - 電動パワーステアリング装置およびその制御方法 - Google Patents

電動パワーステアリング装置およびその制御方法 Download PDF

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    • H02P29/50—Reduction of harmonics

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering device for assisting a driver's steering torque by a motor and a control method thereof.
  • Patent Document 1 discloses how to continue control on the normal side with respect to a short-circuit failure of a switching element.
  • a method that can be dealt with is limited depending on the configuration of the apparatus, there is a problem that it is difficult to keep the steering feeling of the driver constant when a failure occurs.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and when a failure occurs in one of the motor winding sets, the control is continued while maintaining the steering feeling of the driver in a good state. It is an object to obtain an electric power steering apparatus and a control method thereof.
  • An electric power steering apparatus includes a motor that assists a steering torque of a driver of a vehicle, and a control unit that includes an inverter circuit including a plurality of switching elements and controls driving of the motor.
  • the control unit has at least two sets of motor windings independent from each other, and the control unit includes a control unit that calculates a current command value for driving the motor in the dq axis coordinate system, and a drive signal corresponding to the current command value.
  • an output unit capable of driving a plurality of switching elements and independently supplying current to each of the two sets of motor windings.
  • a method for controlling an electric power steering apparatus comprising: a motor that assists a steering torque of a vehicle driver; and a control unit that includes an inverter circuit including a plurality of switching elements and controls driving of the motor.
  • the motor has at least two sets of motor windings independent of each other, and the control unit includes a control unit for calculating a current command value for driving the motor in a dq axis coordinate system, and a current command value.
  • An electric power steering apparatus realized by an electric power steering apparatus having an output unit capable of driving a plurality of switching elements with a corresponding drive signal and independently supplying a current to each of two sets of motor windings And detecting a failure of each part of the electric power steering device and a normal mode according to the detected failure.
  • the control unit detects a failure of each part of the electric power steering device, and performs field weakening control by a normal motor winding and an inverter circuit according to the detected failure.
  • the d-axis current is limited according to the torque ripple generated in the vehicle steering wheel for the field weakening control in a state where no failure has occurred. Therefore, when one of the motor winding sets fails, the control can be continued while maintaining the driver's steering feeling in a good state.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the d-axis current in the electric power steering apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which shows the d-axis current restriction
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electric power steering apparatus includes a control unit 1 and a motor 2 controlled by the control unit 1.
  • the motor 2 has two sets of three-phase motor windings.
  • the control unit 1 includes inverter circuits 3a and 3b, which are main constituent circuits of the output unit, a control circuit unit 4 on which a CPU 10 serving as the core of the control unit is mounted, and power supply relays 5a and 5b.
  • control unit 1 power (+ B, GND) is supplied to the control unit 1 from the battery 6 mounted on the vehicle, and the control circuit unit 4 is powered by the ignition switch 7 via the power circuit 13.
  • a noise filter 17 is provided in the power supply path from the battery 6 to the control unit 1.
  • a sensor 8 such as a torque sensor that detects a steering torque and a speed sensor that detects a traveling speed of the vehicle is input to the control circuit unit 4 in the vicinity of the steering wheel of the vehicle. Information from the sensor 8 is transmitted to the CPU 10 via the input circuit 12 of the control circuit unit 4.
  • the CPU 10 calculates a current command value for driving the motor 2 based on information from the sensor 8 obtained via the input circuit 12 and outputs it to the drive circuit 11.
  • the drive circuit 11 outputs a drive signal for driving each switching element of the inverter circuits 3a and 3b according to the current command value from the CPU 10.
  • Inverter circuits 3a and 3b are connected to upper and lower arm switching elements 31 and 32 for three-phase motor windings (U, V and W) of motor 2, a shunt resistor 33 for current detection, and motor windings. Or it has the switching element 34 for motor relays to interrupt
  • the inverter circuits 3a and 3b have the same circuit configuration for the motor windings of each phase, and can supply current independently to the motor windings of each phase.
  • the shunt resistor 33 for current detection is installed downstream of the lower arm, the present invention is not limited to this, and it may be installed near the upper arm switching element or in the power line.
  • the potential difference between both ends of the shunt resistor 33 and the voltage of the motor winding terminal are also transmitted to the CPU 10 via the input circuit 12.
  • the CPU 10 calculates the difference between the calculated current command value and the detected value corresponding to the current command value, and performs so-called feedback control to supply a desired motor current and assist the steering force.
  • the drive circuit 11 also outputs a drive signal to the power relay switching elements 5a and 5b, and the power supply switching elements 5a and 5b can cut off the current supply to the motor 2. Similarly, the drive circuit 11 outputs a drive signal also to the motor relay switching element 34, and can cut off current supply to each phase of the motor 2 independently.
  • the CPU 10 has a failure detection function for detecting failures of the inverter circuits 3a and 3b, the motor windings, and each circuit and others from each input information.
  • the CPU 10 turns off the motor relay switching element 34 via the drive circuit 11 in order to cut off the current supply of only a predetermined phase, for example, according to the failure. .
  • the CPU 10 can also turn off the power relay switching elements 5a and 5b via the drive circuit 11 in order to cut off the power from the source. Furthermore, when detecting a failure, the CPU 10 outputs an operation command via the output circuit 16 so as to turn on a lamp, for example, that constitutes the notification unit 15.
  • the power relay switching elements 5a and 5b may be included in the inverter circuits 3a and 3b, respectively.
  • the motor 2 is a brushless motor in which two sets of three-phase motor windings are star-connected.
  • the motor 2 is provided with rotation sensors 9a and 9b for detecting the rotational position of the rotor.
  • This rotation sensor is also provided with two sets of sensors in order to ensure a redundant system, and the rotation information is transmitted to the CPU 10 via the input circuit 12, respectively.
  • rotation sensors 9a and 9b for example, it is conceivable that a magnet rotor is attached to the end of the rotation shaft of the motor 2 and a rotation sensor IC is provided at the opposite position. As described above, mounting the rotation sensors 9a and 9b in the vicinity of the motor 2 is an indispensable configuration for downsizing, and therefore, the influence of noise due to the large current on / off drive must also be taken into consideration. .
  • the motor 2 may not be a three-phase star connection brushless motor, may be a delta connection, or may be a two-pole two-pair brushed motor.
  • each set may be provided with a phase difference, or may be a so-called multiphase (6-phase) motor winding having no phase difference.
  • control unit 1 is configured to be able to drive the motor 2 using information, a calculated value, and a detected value that are independently input.
  • the CPU 10 and the drive circuit 11 are shown as single components, the CPU 10 and the drive circuit 11 have two CPUs (CPU1, CPU2) and two drive circuits corresponding to the inverter circuits 3a and 3b, respectively. Also good.
  • the power supply circuit 13 may be configured to be provided independently for each CPU 10 and drive circuit 11.
  • the CPU 10 When the CPU 10 is activated, it performs ON / OFF control of each switching element as an initial check, and can detect an open / short failure of the switching element by comparing voltage values on the circuit.
  • the CPU 10 can check the shunt resistor 33 by supplying a small current that does not allow the motor 2 to rotate. Further, during the control, the two motor winding sets, each of which is composed of the two motor windings of the motor 2 and the inverter circuits 3a and 3b, are equally controlled, so that the voltage of each part can be controlled. A failure can be detected by comparing current, rotational position, and the like.
  • the CPU 10 detects a failure with respect to one motor winding set, specifically, for example, an open failure or a short failure of a plurality of switching elements of the inverter circuit 3b, or a disconnection of the motor winding, etc. In this motor winding group, it may be determined that the failure is impossible to continue the control thereafter.
  • the CPU 10 switches to the control only on the normal side and continues the control. In other words, even when controlling one of the motor winding groups, if a desired output torque, that is, a sufficient steering force can be obtained, the control can be continued without any problem.
  • Vd RId ⁇ LIq
  • Vq RIq + ⁇ (LId + ⁇ ) (4)
  • L self-inductance
  • ⁇ electrical angular velocity
  • ⁇ magnetic flux
  • torque ripple due to an error component included in the detected angle information is likely to occur.
  • the vibration may be transmitted to the steering wheel, and the driver may feel uneasy or unpleasant.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a d-axis current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the dq axis coordinates show a state in which a negative current flows from substantially zero to the d axis on the d axis.
  • the current I flows with a shift of ⁇ with respect to the q axis.
  • the error ⁇ is included in the angle ⁇ of the current I, this error becomes a torque ripple expressed by the following equation (5).
  • the d-axis current increases as the phase angle ⁇ increases. Even if the angle error ⁇ is the same, the larger the d-axis current, the larger the ratio of the q-axis component of the current ripple, and the torque ripple.
  • the rotation sensors 9a and 9b may be affected by the magnetic field generated by the motor windings, the inverter circuits 3a and 3b, or the connecting portions of both, and rotation errors may occur.
  • FIG. 3 showing the d-axis current limitation in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the horizontal axis is the motor rotation speed
  • the vertical axis is the output torque.
  • the characteristic 21 shows the output torque when the d-axis current is zero without field-weakening control, and the characteristic 22 is normal, that is, no two motor winding sets have failed.
  • the output torque when normal is shown.
  • r1 has shown the rated rotation speed of the motor 2, and is a value calculated
  • a region 23 sandwiched between the characteristic 21 and the characteristic 22 is a field weakening control region, and is a region where torque ripple increases.
  • the d-axis current limiting characteristic 24 in FIG.
  • the left half of the region 23 is a region in which the torque ripple is not so large even when the field weakening control is performed, and the driver does not feel much vibration.
  • the right half of the region 23 is a region where the torque ripple becomes large.
  • a d-axis current value experimentally obtained in advance for a specific vehicle can be used.
  • the torque ripple that the average driver feels uneasy and unpleasant is determined, the corresponding angle error ⁇ of FIG. 2 can be determined. Thereafter, the d-axis current value can be determined by the following equation (6) using the angle error ⁇ .
  • This characteristic can be arbitrarily set in advance in relation to the torque ripple, and can be varied according to the vehicle or can be changed according to the vehicle speed.
  • the driver is informed that such a d-axis current limiting function is operating by a method different from the notification method at the time of failure detection, for example, by changing the lighting mode of the notification unit 15 in FIG. You can also.
  • the control unit detects a failure in each part of the electric power steering apparatus, and performs field-weakening control by a normal motor winding and an inverter circuit in accordance with the detected failure.
  • the d-axis current is limited according to the torque ripple generated in the vehicle steering wheel for the field weakening control in a state where no failure has occurred. Therefore, when one of the motor winding sets fails, the control can be continued while maintaining the driver's steering feeling in a good state.
  • Embodiment 2 In the second embodiment of the present invention, another method for suppressing torque ripple in the field-weakening control region when control is continued with only one motor winding group will be described.
  • FIG. 4 showing the d-axis current limitation in the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the horizontal axis is the motor rotation speed
  • the vertical axis is the output torque.
  • the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the d-axis current limiting characteristic 25 has the same characteristic as normal when the motor rotation speed r2 is normal, that is, no two motor winding groups have failed. As shown, the output torque drops sharply after the motor rotational speed r2.
  • the d-axis current limiting characteristic 25 performs field-weakening control as usual without limiting the d-axis current up to the motor speed r2, but in this region, the torque ripple does not increase so much and the driver does not vibrate the steering wheel. This is a region that is not felt so much, and the motor speed r2 is the boundary. After the motor speed r2, the d-axis current is limited.
  • the d-axis current can be further reduced in order to further reduce the characteristics. Thereby, it can control by two or more types of d-axis current values. In other words, without increasing the d-axis current limit any more, the motor speed r2 and thereafter are limited so as to decrease.
  • the first method pays attention to the fact that the increase in d-axis current is proportional to the increase in torque ripple, and is the time when the d-axis current reaches a predetermined value.
  • the second method uses the phase angle ⁇ and sets the time when a predetermined angle is reached.
  • the third method is the time when the motor rotation speed reaches a predetermined motor rotation speed r2.
  • the torque ripple threshold value is experimentally determined according to the vehicle on which the electric power steering apparatus is mounted, and stored in advance in the CPU 10 or the like, so that d can be used as an alternative to the torque ripple value.
  • the shaft current, phase angle or motor speed can be used.
  • the d-axis current is controlled in the same manner as in normal times in the region where they are smaller than a predetermined value, and the motor rotation speed r2 in FIG. If it becomes above, it will restrict
  • the d-axis current is initially limited to the same control as in normal time, and when reaching a predetermined position, torque ripple is suppressed by further reducing the d-axis current thereafter. At the same time, it is possible to increase the motor speed easily without an additional sensor.
  • the d-axis current limiting characteristic 25 in FIG. 4 normally has two characteristics of field weakening control and d-axis current limiting, but has three or more characteristics corresponding to torque ripple. Also good. Further, as shown in the d-axis current limiting characteristic 26 in FIG. 4, for example, the d-axis current continues to decrease along with the time and the motor rotation speed, and the motor rotation speed r1 for starting field-weakening control is made variable. It is also possible.
  • the present invention can be applied to an electric power steering apparatus having only one motor winding group by limiting the same d-axis current during two-phase driving.

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Abstract

一方のモータ巻線組の故障発生時において、ドライバの操舵フィーリングを良好な状態に保ちつつ、制御を継続することができる電動パワーステアリング装置を得る。制御部は、電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出し、検出された故障に応じて、正常なモータ巻線とインバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続する場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行う。

Description

電動パワーステアリング装置およびその制御方法
　この発明は、モータによりドライバの操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置およびその制御方法に関する。
　従来から、モータのステータに２組のモータ巻線を設け、制御ユニットにこれら２組のモータ巻線をそれぞれ独立して駆動することができる２組のインバータ回路を設け、モータ巻線とインバータ回路とを組にしたモータ巻線組をそれぞれ協働して制御することで、一方のモータ巻線組の故障発生時に正常側のモータ巻線組でモータの駆動を継続する電動パワーステアリング装置が知られている。
　ここで、制御ユニットのインバータ回路内のスイッチング素子にショート故障が発生した場合に、故障したモータ巻線組に生じるブレーキトルクを打ち消すように、故障していないモータ巻線組の出力を増大させる電動パワーステアリング装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４８３１５０３号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　特許文献１の電動パワーステアリング装置は、スイッチング素子のショート故障に対して、正常側でいかに制御を継続するかを開示するものであるが、多数の部品からなる装置においては、故障の種類が多岐にわたり、装置の構成によっても対処できる方法が制限されることから、故障発生時にドライバの操舵フィーリングを一定に保つことが困難になるという問題がある。
　すなわち、故障の種類や装置の構成の違いにより、いかに制御を継続することができるか、またはドライバにとって、どのような制御継続であれば車両の運転を続けられるかについて考慮する必要がある。つまり、故障検出と制御継続とをバランスよく実現することができる装置の開発が望まれている。
　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、一方のモータ巻線組の故障発生時において、ドライバの操舵フィーリングを良好な状態に保ちつつ、制御を継続することができる電動パワーステアリング装置およびその制御方法を得ることを目的とする。
　この発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両のドライバの操舵トルクを補助するモータと、複数のスイッチング素子を含むインバータ回路を有し、モータの駆動を制御する制御ユニットと、を備え、モータは、少なくとも互いに独立した２組のモータ巻線を有し、制御ユニットは、モータを駆動させるための電流指令値をｄ－ｑ軸座標系で演算する制御部と、電流指令値に応じた駆動信号により、複数のスイッチング素子を駆動させて、２組のモータ巻線のそれぞれに独立して電流を供給可能な出力部と、を有する電動パワーステアリング装置であって、制御部は、電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出し、検出された故障に応じて、正常なモータ巻線とインバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続する場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行うものである。
　また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法は、車両のドライバの操舵トルクを補助するモータと、複数のスイッチング素子を含むインバータ回路を有し、モータの駆動を制御する制御ユニットと、を備え、モータは、少なくとも互いに独立した２組のモータ巻線を有し、制御ユニットは、モータを駆動させるための電流指令値をｄ－ｑ軸座標系で演算する制御部と、電流指令値に応じた駆動信号により、複数のスイッチング素子を駆動させて、２組のモータ巻線のそれぞれに独立して電流を供給可能な出力部と、を有する電動パワーステアリング装置で実現される電動パワーステアリング装置の制御方法であって、電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出するステップと、検出された故障に応じて、正常なモータ巻線とインバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続するか否かを判定するステップと、制御を継続すると判定した場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行うステップと、を有するものである。
　この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、制御部は、電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出し、検出された故障に応じて、正常なモータ巻線とインバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続する場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行う。
　そのため、一方のモータ巻線組の故障発生時において、ドライバの操舵フィーリングを良好な状態に保ちつつ、制御を継続することができる。
この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流制限を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流制限を示す説明図である。
　以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置およびその制御方法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。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す回路図である。図１において、この電動パワーステアリング装置は、制御ユニット１および制御ユニット１によって制御されるモータ２を備えている。ここで、モータ２は、３相２組のモータ巻線を有している。
　制御ユニット１は、出力部の主たる構成回路であるインバータ回路３ａ、３ｂと、制御部の中核をなすＣＰＵ１０を搭載した制御回路部４と、電源用リレー５ａ、５ｂとから構成されている。
　また、制御ユニット１には、車両に搭載されたバッテリ６から電源（＋Ｂ、ＧＮＤ）が供給され、イグニッションスイッチ７により、電源回路１３を介して制御回路部４に電源が投入される。なお、バッテリ６から制御ユニット１までの電源経路には、ノイズフィルタ１７が設けられている。
　また、制御回路部４には、車両のハンドルの近傍に設けられ、操舵トルクを検出するトルクセンサや、車両の走行速度を検出する速度センサ等のセンサ８で検出された情報が入力される。センサ８からの情報は、制御回路部４の入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達される。
　ＣＰＵ１０は、入力回路１２を介して得られたセンサ８からの情報に基づいて、モータ２を駆動させるための電流指令値を演算し、駆動回路１１に出力する。駆動回路１１は、ＣＰＵ１０からの電流指令値に応じて、インバータ回路３ａ、３ｂの各スイッチング素子を駆動するための駆動信号を出力する。
　インバータ回路３ａ、３ｂは、モータ２の３相のモータ巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のための上下アーム用スイッチング素子３１、３２と、電流検出用のシャント抵抗３３と、モータ巻線と接続または遮断するモータリレー用スイッチング素子３４と、ノイズ抑制用コンデンサ３５を有している。
　また、インバータ回路３ａ、３ｂは、各相のモータ巻線に対して同一な回路構成を有しており、各相のモータ巻線に独立して電流供給を行うことができる。なお、下アームの下流に電流検出用のシャント抵抗３３を設置しているが、これに限定されず、上アームスイッチング素子付近や電源ラインに設置してもよい。
　また、シャント抵抗３３の両端間の電位差、および例えばモータ巻線端子の電圧等も入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達されている。ＣＰＵ１０は、演算した電流指令値と、電流指令値に対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うことで、所望のモータ電流を供給し、操舵力をアシストする。
　また、駆動回路１１は、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂに対しても駆動信号を出力しており、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂにより、モータ２への電流供給を遮断することができる。同様に、駆動回路１１は、モータリレー用スイッチング素子３４に対しても駆動信号を出力しており、モータ２の各相への電流供給をそれぞれ独立して遮断することもできる。
　ここで、ＣＰＵ１０は、入力された各情報から、インバータ回路３ａ、３ｂ、モータ巻線、さらには各回路その他の故障を検出する故障検出機能を有している。ＣＰＵ１０は、故障を検出した場合には、その故障に応じて、例えばあらかじめ定められた所定の相のみの電流供給を遮断するために、駆動回路１１を介してモータリレー用スイッチング素子３４をオフする。
　また、ＣＰＵ１０は、電源を元から遮断するために、駆動回路１１を介して電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂをオフすることもできる。さらに、ＣＰＵ１０は、故障を検出した場合に、報知部１５を構成する、例えばランプを点灯させるように、出力回路１６を介して動作指令を出力する。なお、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂをインバータ回路３ａ、３ｂにそれぞれ包含させてもよい。
　また、モータ２は、３相２組のモータ巻線がスター結線されているブラシレスモータである。ここで、モータ２には、ロータの回転位置を検出するための回転センサ９ａ、９ｂが設けられている。なお、この回転センサも冗長系を確保するために２組のセンサがそれぞれ設けられ、その回転情報は、それぞれ入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達されている。
　この回転センサ９ａ、９ｂとしては、例えばモータ２の回転軸端に磁石ロータを装着し、その対向位置に回転センサ用ＩＣを設けることが考えられる。このように、モータ２の近傍に回転センサ９ａ、９ｂを搭載することは、小型化を図るためには必須の構成であるが、そのため大電流のオンオフ駆動によるノイズの影響も考慮しなければならない。
　なお、モータ２は、３相スター結線のブラシレスモータでなくてもよいし、デルタ結線であってもよいし、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。また、モータ巻線仕様について、各組に位相差を設けたものであってもよいし、位相差のないいわゆる多相（６相）モータ巻線であってもよい。
　以上のように、制御ユニット１は、それぞれ独立して入力された情報、演算した値、検出した値を用いてモータ２を駆動できる構成となっている。また、ＣＰＵ１０および駆動回路１１は、単一部品として示しているが、インバータ回路３ａ、３ｂにそれぞれ対応して、２個のＣＰＵ（ＣＰＵ１、ＣＰＵ２）および２個の駆動回路を有する構成であってもよい。また、電源回路１３も、各ＣＰＵ１０、駆動回路１１毎に独立で１個ずつ備える構成であってもよい。
　続いて、上記のように構成された電動パワーステアリング装置において、ＣＰＵ１０の故障検出について説明する。ＣＰＵ１０は、起動された際に、初期チェックとして各スイッチング素子のオン、オフ制御を行うことにより、回路上の電圧値を比較することでスイッチング素子のオープン、ショート故障を検出ことができる。
　また、ＣＰＵ１０は、モータ２が回転しない程度の小電流を供給して、シャント抵抗３３をチェックすることもできる。また、制御中においては、モータ２の２組のモータ巻線とインバータ回路３ａ、３ｂとをそれぞれ組にした２組のモータ巻線組を両組均等に制御することにより、互いの各部の電圧、電流、回転位置等を比較することで故障を検出することができる。
　ここで、ＣＰＵ１０は、一方のモータ巻線組についての故障、具体的には、例えばインバータ回路３ｂの複数のスイッチング素子のオープン故障またはショート故障、またはモータ巻線の断線等を検出した場合に、このモータ巻線組では、以後制御を継続することが不可能な故障であると判断することがある。
　このとき、残った正常側のモータ巻線組のみで制御を継続することは可能であるので、ＣＰＵ１０は、正常側のみの制御に切り替えて制御を続行する。すなわち、一方のモータ巻線組の制御であっても、所望の出力トルク、つまり十分な操舵力を得ることができる場合には、何も問題なく制御を継続することができる。
　しかしながら、高負荷、かつモータ回転数を増加しなければならないような場合も運転中には発生する。なお、通常高回転域では、モータ２が発生する誘起電圧により、電源電圧を一定とすると、ｑ軸電流を増やすことができない。ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと定格電流Ｉｄｑｍａｘとの関係は次式（１）で与えられ、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑとバッテリ電圧Ｖｄｃとの関係は次式（２）で与えられる。
　　Ｉｄ2＋Ｉｑ2≦Ｉｄｑｍａｘ2　　　　　　（１）
　　Ｖｄ2＋Ｖｑ2≦Ｖｄｃ2／２　　　　　　　（２）
　また、定常時において、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑは、それぞれ次式（３）、（４）で与えられる。
　　Ｖｄ＝ＲＩｄ－ωＬＩｑ　　　　　　　　　　（３）
　　Ｖｑ＝ＲＩｑ＋ω（ＬＩｄ＋φ）　　　　　　（４）
　なお、Ｒ：巻線抵抗、Ｌ：自己インダクタンス分、ω：電気角速度、φ：磁束
　ここで、モータが高回転になると、式（３）および式（４）におけるωの項が増大してくるため、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑの絶対値が増加する。一方で、電圧は式（２）を満足する必要があるため、Ｉｑが減少することになる。したがって、さらにモータ回転数を上昇させるために、負のｄ軸電流を増加させることによりＬＩｄ＋φを小さくする、いわゆる弱め界磁制御を行うことが多い。
　式（３）、（４）において、Ｉｄを逆方向、つまりマイナス方向にすると、ｑ軸がその分だけ増加する。そのため、モータ回転数は上昇するが、出力トルクは減少する。そこで、この弱め界磁制御を用いて高回転域の制御をカバーしている。
　しかしながら、この弱め界磁制御領域においては、検出した角度情報に含まれる誤差成分によるトルクリップルが発生しやすくなる。なお、トルクリップルが発生すると、ハンドルにその振動が伝達されることにより、ドライバが不安、不愉快に感じることがある。
　この点について、図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流を示す説明図である。図２では、ｄ軸がほぼゼロからｄ軸に負電流を流している様子をｄ－ｑ軸座標に表している。ここでは、電流Ｉが、ｑ軸に対してθ分ずれて流れている。ここで、この電流Ｉの持つ角度θには誤差△θが含まれるので、この誤差が次式（５）で表されるトルクリップルとなる。
　　ＫｔＩ△θｓｉｎθ≒Ｋｔ｜Ｉｄ｜△θ　　　　　　（５）
　　なお、Ｋｔ：トルク定数
　式（５）において、位相角θが大きいほどｄ軸電流が大きくなる。また、角度誤差Δθが同じであっても、ｄ軸電流が大きいほど電流リプルのｑ軸成分の比率は大きくなり、トルクリップルも大きくなる。また、電流のオン、オフ制御時には、モータ巻線、インバータ回路３ａ、３ｂ、または両者の接続部等の作る磁界の影響を回転センサ９ａ、９ｂが受けて、回転誤差を生じることがある。
　ここで、モータ２の２組のモータ巻線とインバータ回路３ａ、３ｂとをそれぞれ組にした２組のモータ巻線組において、互いに磁界の影響を相殺することができている場合には、その誤差が小さく抑えられる。しかしながら、一方のモータ巻線組しか制御できない場合には、正常な両組制御と比較して、位相角θに重畳される誤差は、増加する傾向となってしまう。
　そこで、一方のモータ巻線組のみで制御を継続することになった場合には、この弱め界磁制御領域におけるトルクリップルを抑制する必要がある。以下、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流制限を示す図３を参照しながら、この方法について説明する。図３では、横軸をモータ回転数とし、縦軸を出力トルクとしている。
　図３において、特性２１は弱め界磁制御なしでｄ軸電流がゼロである場合の出力トルクを示し、特性２２は通常時、すなわち２組のモータ巻線組が何れも故障を発生しておらず、正常である場合の出力トルクを示している。また、ｒ１はモータ２の定格回転数を示しており、上記式（１）、（２）から求められる値である。また、図３において、この特性２１と特性２２とで挟まれた領域２３が弱め界磁制御領域であり、トルクリップルが増加する領域でもある。
　ここで、一方のモータ巻線組のみで制御を継続する場合には、トルクリップルを考慮してｄ軸電流を制限する必要がある。この様子の一例を図３のｄ軸電流制限特性２４で示している。このとき、あらかじめ定められた所定のｄ軸電流値で弱め界磁制御を行っているため、領域２３を分断するような特性を示している。特に、領域２３の左半分は、弱め界磁制御を実施しても、トルクリップルがさほど大きくなく、ドライバに振動をあまり感じさせない領域となっている。逆に、領域２３の右半分は、トルクリップルが大きくなる領域である。
　なお、トルクリップルの大小を追加のセンサなしに測定することは不可能であるが、トルクリップルの代替え、またはトルクリップルに相当する値を示すものを使用してｄ軸電流値を決定することがコスト的にも有効である。
　また、特定の車両において実験的にあらかじめ得られたｄ軸電流値を利用することもできる。平均的なドライバが不安、不愉快に感じるトルクリップルを決定すると、これに相当する図２の角度誤差Δθを決定することができる。その後、角度誤差Δθを用いて、次式（６）によりｄ軸電流値を決めることができる。
　　Ｉｄｌｍｔ∝Ｋ／Ｋｔ△θ　　　　　　（６）
　　なお、Ｉｄｌｍｔ：Ｉｄの制限値、Ｋ：定数
　これにより、弱め界磁制御なしでｄ軸電流がゼロである場合と、２組のモータ巻線組が何れも正常である場合との中間領域で作用することになり、トルクリップルの増加を抑制しつつ、高回転に対応するように作用するので、一方のモータ巻線組の故障発生時であっても、ハンドル振動をできる限り抑えながら、高負荷領域の制御を継続することができ、操縦性を確保することができる。
　また、この特性は、あらかじめトルクリップルとの関係で任意に設定することができ、車両に応じて可変することも、車速に応じて変更することもできる。また、このようなｄ軸電流制限機能が作用していることを、故障検出時の報知方法とは異なる方法、例えば、図１の報知部１５の点灯モードを変更することで、ドライバに知らせることもできる。
　すなわち、一方のモータ巻線組について故障が発生し、他方のモータ巻線組のみで制御を継続することになった場合に、その制御性能や、操舵フィーリングを考慮してｄ軸電流を低減するようにしたので、操舵中のトルクリップルを抑制できる。
　以上のように、実施の形態１によれば、制御部は、電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出し、検出された故障に応じて、正常なモータ巻線とインバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続する場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行う。
　そのため、一方のモータ巻線組の故障発生時において、ドライバの操舵フィーリングを良好な状態に保ちつつ、制御を継続することができる。
　実施の形態２．
　この発明の実施の形態２では、一方のモータ巻線組のみで制御を継続することになった場合に、弱め界磁制御領域におけるトルクリップルを抑制する別の方法について説明する。
　以下、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置におけるｄ軸電流制限を示す図４を参照しながら、この方法について説明する。図４では、横軸をモータ回転数とし、縦軸を出力トルクとしている。また、図３と同一の部分には、同一符号を付している。
　図４において、ｄ軸電流制限特性２５は、モータ回転数ｒ２までは、通常時、すなわち２組のモータ巻線組が何れも故障を発生しておらず、正常である場合と同一の特性を示し、モータ回転数ｒ２以降は、出力トルクが急激に降下するものである。
　ｄ軸電流制限特性２５は、モータ回転数ｒ２までは、ｄ軸電流の制限なく通常時と同様の弱め界磁制御を行っているが、この領域は、トルクリップルの増大が少なく、ドライバがハンドル振動をあまり感じない領域であり、モータ回転数ｒ２がその境界である。モータ回転数ｒ２以降は、ｄ軸電流が制限される。
　ここで、ｄ軸電流値を保持するのではなく、特性をさらに落とすために、ｄ軸電流をさらに減少させることもできる。これにより、２種類以上のｄ軸電流値で制御できることになる。言い換えると、ｄ軸電流制限をこれ以上増加させることなく、モータ回転数ｒ２以降は、減少させるように制限するものである。
　なお、このモータ回転数ｒ２をセンサ他の追加なしに決定するためには、以下の３つの方法がある。１つ目の方法は、ｄ軸電流の増加とトルクリップルの増加とが比例することに着目し、ｄ軸電流があらかじめ定められた所定値に達した時点とするものである。２つ目の方法は、位相角θを使用し、あらかじめ定められた所定の角度に到達した時点とするものである。３つ目の方法は、モータ回転数があらかじめ定められた所定のモータ回転数ｒ２に達した時点とするものである。
　なお、どの方法であっても、この電動パワーステアリング装置が搭載された車両に応じてトルクリップルの閾値を実験的に見極め、あらかじめＣＰＵ１０等に記憶させておくことにより、トルクリップル値の代替えとしてｄ軸電流、位相角またはモータ回転数を利用することができる。
　すなわち、ｄ軸電流、位相角θまたはモータ回転数に応じて、それらがあらかじめ定められた所定値よりも小さい領域では、通常時と同様にｄ軸電流を制御し、図４のモータ回転数ｒ２以上となると、ｄ軸電流が減少するようにさらに制限するものである。
　このように、ｄ軸電流の制限を、初期は通常時と同様の制御とし、あらかじめ定められた所定の位置に達すると、それ以降はｄ軸電流をさらに減少させることにより、トルクリップルを抑制するとともに、モータ回転数も上昇させることが、追加のセンサなしに簡単に可能となる。
　また、図４のｄ軸電流制限特性２５は、通常弱め界磁制御とｄ軸電流の制限との２つの特性を有しているが、トルクリップルに対応して３つ以上の特性を有していてもよい。さらには、図４のｄ軸電流制限特性２６に示されるように、例えば時間やモータ回転数に沿ってｄ軸電流の減少を続けること、さらに弱め界磁制御を開始するモータ回転数ｒ１を可変とすることも可能である。
　なお、上記実施の形態１、２では、２組のモータ巻線および２組のインバータ回路を備えた電動パワーステアリング装置において、一方のモータ巻線組が故障した場合に、残りのモータ巻線組で制御を継続する場合について説明してきたが、一方のモータ巻線組の一部および他方のモータ巻線組の一部の故障時に、両組の正常群のみで制御を継続する場合であっても、同様にｄ軸電流制限を付加することができる。
　具体的には、例えば２組のモータ巻線組のそれぞれのインバータ回路の１相のみが故障した場合に、２相駆動をそれぞれのモータ巻線組が実行するようなときであっても、ｄ軸電流の制限を付加することにより、トルクリップルを低減することができる。さらに、モータ巻線組が１組のみ電動パワーステアリング装置においても、２相駆動時に同様なｄ軸電流を制限することにより、適用可能である。

Claims (7)

  1. 　車両のドライバの操舵トルクを補助するモータと、
    　複数のスイッチング素子を含むインバータ回路を有し、前記モータの駆動を制御する制御ユニットと、を備え、
    　前記モータは、少なくとも互いに独立した２組のモータ巻線を有し、
    　前記制御ユニットは、
    　前記モータを駆動させるための電流指令値をｄ－ｑ軸座標系で演算する制御部と、
    　前記電流指令値に応じた駆動信号により、前記複数のスイッチング素子を駆動させて、前記２組のモータ巻線のそれぞれに独立して電流を供給可能な出力部と、を有する電動パワーステアリング装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出し、
    　検出された故障に応じて、正常な前記モータ巻線と前記インバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続する場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、前記車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行う
    　電動パワーステアリング装置。
  2. 　前記制御部は、前記モータの回転数が定格回転数に達した場合に、あらかじめ定められた所定のトルクリップルに対応してあらかじめ決められたｄ軸電流値を用いて制御を継続する
    　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 　前記制御部は、あらかじめ定められた所定のトルクリップルに対応してあらかじめ決められた複数のｄ軸電流値を切り替えながら制御を継続する
    　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 　前記制御部は、故障が発生していない状態におけるｄ軸電流でまず制御を継続した後に、前記トルクリップルに応じたｄ軸電流値またはｄ軸位相角に達した場合に、ｄ軸電流の制限を行う
    　請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 　前記制御部は、故障が発生していない状態におけるｄ軸電流でまず制御を継続した後に、前記トルクリップルに応じたモータ回転数に達した場合に、ｄ軸電流の制限を行う
    　請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 　前記制御部によりｄ軸電流の制限が開始されたことを、故障検出時の報知方法とは異なる方法で報知する報知部をさらに備えた
    　請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 　車両のドライバの操舵トルクを補助するモータと、
    　複数のスイッチング素子を含むインバータ回路を有し、前記モータの駆動を制御する制御ユニットと、を備え、
    　前記モータは、少なくとも互いに独立した２組のモータ巻線を有し、
    　前記制御ユニットは、
    　前記モータを駆動させるための電流指令値をｄ－ｑ軸座標系で演算する制御部と、
    　前記電流指令値に応じた駆動信号により、前記複数のスイッチング素子を駆動させて、前記２組のモータ巻線のそれぞれに独立して電流を供給可能な出力部と、を有する電動パワーステアリング装置で実現される電動パワーステアリング装置の制御方法であって、
    　前記電動パワーステアリング装置の各部の故障を検出するステップと、
    　検出された故障に応じて、正常な前記モータ巻線と前記インバータ回路とにより、弱め界磁制御により制御を継続するか否かを判定するステップと、
    　制御を継続すると判定した場合に、故障が発生していない状態における弱め界磁制御に対して、前記車両のハンドルに発生するトルクリップルに応じたｄ軸電流の制限を行うステップと、
    　を有する電動パワーステアリング装置の制御方法。
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