JP2000177610A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィードバック・ループの断線を回転角セン
サ無しで検出する。 【解決手段】 ステップ３１０では電流偏差ΔＩの絶対
値が、経験的に決定された定数Ａよりも大きいか否かを
判定し、ステップ３２０では今回の電流測定値Ｉａ１と
ステップ３８０で記憶した前回の電流測定値Ｉａ０との
差分の絶対値を電流測定値の時間変化量δＩａとして算
出する。ステップ３３０ではこの時間変化量δＩａが、
経験的に決定された定数Ｂよりも小さいか否かを判定す
る。以上の処理により、断線が発生している可能性が有
ると思われる場合には、その判定回数ｊがステップ３４
０によりカウントされる。ステップ３５０では変数ｊの
値を０クリアするので、ｊは断線が発生している可能性
が有ると連続して判定された回数となる。ステップ３６
０の定数Ｎは、ステップ３３０により連続して断線の可
能性が検出された際に、真に断線が発生していると判断
すべき境界値である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータに流すべき
電流を指令する電流指令値と、実際にモータに流れてい
る電流を測定した電流測定値との間の差分である電流偏
差を用いてモータを制御するモータ制御装置に関する。
また、本発明は特にこのようなモータ制御装置を利用し
たパワー・ステアリング・システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のパワー・ステアリング装置（電
気式動力舵取装置）において、アシスト・トルクを与え
るモータに実際に流れている電流（電流測定値）をモー
タの制御のために帰還させるフィードバック・ループ線
路が断線した場合、ハンドルが勝手に操舵されてしまう
現象（セルフ・ステアリング）が起こる恐れが有る。こ
の現象を防止するための対策が講じられた従来のモータ
制御装置には、例えば、「環境研究 １９９４．Ｎｏ．
９５ ｐ．７７〜７８」に記載されているものがある。
このモータ制御装置においては、上記の断線が検出され
た場合に、「動力補助を停止し、マニュアルステアリン
グ化する」などの安全対策が施されている。

【０００３】図５に、従来技術によるモータ制御装置４
００の論理的構成図を示す。ＰＩ制御部４０１は、電気
回路またはコンピュータのソフトウェア等によって、構
成されている。フィードバック・ループ線路１０２は、
ＰＩ制御部４０１が出力するモータＭに流れる電流の測
定値Ｉａを図示する如くＰＩ制御部４０１にフィードバ
ックする。

【０００４】このような従来のモータ制御装置において
は、モータＭの角速度Ωを回転角センサＥを用いて検出
し、その角速度Ωにより、電流偏差の大きさ｜ΔＩ｜
（≡｜Ｉｎ−Ｉａ｜）の適正範囲を決定し、電流偏差の
大きさ｜ΔＩ｜がこの適正範囲内に納まるか否かを判定
することにより、フィードバック・ループ線路１０２の
断線状態の検出を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、回
転角センサを備えていないモータ制御装置においては、
実施することができない。また、回転角センサを用いな
くとも、モータＭの電流と電圧の各値を測定することに
よりモータＭの角速度Ωを求めることは可能であるが、
この方法も、フィードバック・ループ線路１０２が断線
した場合には、電流の測定値Ｉａを入力することができ
なくなり、モータＭの角速度Ωが求められなくなるため
無効となる。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、回転角センサを用いな
くともフィードバック・ループ線路の断線が検出可能な
モータ制御装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、モータに流すべき電流を指令する電流指令値と、実
際にモータに流れている電流を測定した電流測定値との
間の差分である電流偏差又はこの電流偏差の関連値を用
いてモータを制御するモータ制御装置において、電流測
定値の時間変化量を算出する測定電流変化量演算手段
と、この電流測定値の時間変化量と電流偏差或いは電流
測定値の時間変化量と電流偏差の関連値を用いて電流測
定値のフィードバック・ループ線路の断線状態を検出す
る断線検出手段と、この断線検出手段により起動される
異常処理手段とを備えることである。

【０００８】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、上記の断線検出手段に、電流偏差の絶対値があ
る定数よりも大きいか否かを判定する手段と、電流測定
値の時間変化量の絶対値が他の定数よりも小さいか否か
を判定する手段とを備え、更に、上記の異常処理手段
に、モータの回転、モータの制御又はモータへの給電を
停止する手段、或いは、モータの制御方法を変更する手
段を備えることである。

【０００９】また、第３の手段は、上記の第１又は第２
の手段において、上記のモータを、自動車のパワー・ス
テアリング・シャフト又はパワー・ステアリング・ギヤ
に対して直接又は間接的にアシスト・トルクを与えるモ
ータとし、上記の異常処理手段を、音声、ランプ、ブザ
ー、又は、画面表示などにより、運転者に対して異常を
警告する自動車の異常警告手段を起動する異常処理手段
とすることである。以上の手段により、前記の課題を解
決することができる。

【００１０】

【作用及び発明の効果】本発明によれば、電流測定値の
時間変化量と電流偏差又はこの電流偏差の関連値を用い
て電流測定値のフィードバック・ループ線路の断線状態
を検出することができる。従って、回転角センサを用い
なくとも、電流のフィードバック・ループ線路の断線の
検出が可能となるので、電流のフィードバック・ループ
線路の断線が検出可能なモータ制御装置を低価格で提供
することができる。また、本発明によれば、回転角セン
サを用いない分、モータ制御装置を小型化することが可
能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１に、本発明の実施例におけるパ
ワー・ステアリング・システム８０のハードウェア構成
図を示す。ステアリングシャフト１０の一端には、ステ
アリングホイール１１が取り付けられ、他端にはギヤボ
ックス１２に軸承されたピニオン軸１３が結合されてい
る。ピニオン軸１３は、ギヤボックス１２に嵌装された
ラック軸１４に歯合され、このラック軸１４の両端は図
示していないが、ボールジョイント等を介して操向車輪
に連結されている。また、ステアリングシャフト１０に
は、アシストトルクを発生する直流モータＭが、歯車１
７を介して連結されている。その直流モータＭには、電
源回路１１３より電流検出器１１５を介して所望の電力
が給電される。この給電時の直流モータＭの負荷電流Ｉ
ａが電流検出器１１５により検出され、負荷電流Ｉａが
後述するＣＰＵ１１０に入力される。

【００１２】更に、ステアリングシャフト１０には、運
転者からステアリングホイール１１に加えられたマニュ
アル操舵力の大きさ及びその方向（操舵トルクτ）を検
出するためのトルク検出器１５及び、ステアリングシャ
フト１０の操舵角θを検出するフォトインタラプタ３０
が設けられている。フォトインタラプタ３０の出力はカ
ウンタ３２に入力され、カウンタ３２の出力により操舵
角速度（ｄθ／ｄｔ）が検出される。また、モータ制御
装置１００には、モータＭの回転角を検出する回転角セ
ンサ（エンコーダ等）は設けられていない。

【００１３】モータ制御装置１００は、ＣＰＵ１１０、
ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２、電源回路１１３、入力イ
ンターフェイス（ＩＦ）１１４、電流検出器１１５等か
ら構成されている。電源回路１１３は、図略のバッテリ
ー、ＰＷＭ変換器、ＰＭＯＳ駆動回路等から構成され、
チョッパ制御によりモータＭに電力を供給する。モータ
制御装置１００は、上記の操舵トルクτ、操舵角速度
（ｄθ／ｄｔ）及び、車速計５０により検出された車両
速度Ｖを入力インターフェイス（ＩＦ）１１４を介して
ＣＰＵ１１０に入力し、これらの入力値より、電流指令
値Ｉｎを決定する。

【００１４】図２に、このモータ制御装置１００の論理
的構成図を示す。本モータ制御装置１００は、上記の電
流測定値Ｉａ及び電流指令値Ｉｎより電流偏差ΔＩ（≡
Ｉｎ−Ｉａ）を算出し、この電流偏差ΔＩに基づいてＰ
Ｉ制御部１０１によりモータＭに給電する際の指令電圧
Ｖｎを決定し、この指令電圧Ｖｎに従ってモータＭに所
望の電力を給電する。

【００１５】本モータ制御装置１００の電流指令値演算
部（図略）、電流偏差算出部１０３、及び、ＰＩ制御部
１０１は、ＣＰＵ１１０により実行されるソフトウェア
によって実現されている。以下、本モータ制御装置１０
０のフィードバック・ループ線路１０２の断線を検出す
る機構について説明する。

【００１６】図３は、本実施例におけるＰＩ制御実行ル
ーチンのフローチャートである。本ＰＩ制御実行ルーチ
ンは、上記の電流指令値演算部（図略）、電流偏差算出
部１０３、及び、ＰＩ制御部１０１を実現するソフトウ
ェアである。

【００１７】本ＰＩ制御実行ルーチン（図３）では、ま
ず最初に、ステップ２１０により、電流指令値Ｉｎの演
算、電流偏差ΔＩの算出、及び、ＰＩ制御（指令電圧Ｖ
ｎの算出）の初期処理を実行する。この初期処理は、後
述のステップ２３０、ステップ２４０を実行するための
初期設定を行うものであり、従来と同様の処理によって
構成されている。次に、ステップ２２０では、変数ｊの
初期化を行う。本変数ｊは、後述の断線検出ルーチン
（ステップ２５０、図４）において使用される変数であ
り、その初期値は０とする。

【００１８】ステップ２３０及びステップ２４０では、
従来と同様のＰＩ制御（電流指令値Ｉｎの算出、電流偏
差ΔＩの算出、及び、指令電圧Ｖｎの算出）を実行す
る。即ち、ステップ２３０では、モータＭのＰＩ制御に
必要な物理量の入力を行う。この物理量には、操舵トル
クτ、操舵角速度（ｄθ／ｄｔ）、車両速度Ｖ、電流測
定値Ｉａなどがある。ステップ２４０では、上記の電流
指令値演算部、電流偏差算出部１０３及びＰＩ制御部１
０１に該当する、ＰＩ制御処理を実行する。

【００１９】ステップ２４０のＰＩ制御処理では、電流
偏差の計算（ΔＩ＝Ｉｎ１−Ｉａ１）を含んだモータＭ
のＰＩ制御に関する処理を実行する。但しここで、Ｉｎ
１は今回の電流指令値、Ｉａ１は今回の電流測定値であ
る。ステップ２５０では、以下に説明する断線検出ルー
チン（図４）を実行し、本ステップ終了後、ステップ２
３０に処理を戻す。

【００２０】図４に、本実施例の断線検出ルーチンのフ
ローチャートを示す。本ルーチンでは、まず最初に、ス
テップ３１０により、上記のステップ２４０で求めた電
流偏差ΔＩの絶対値が経験的に決定された定数Ａよりも
大きいか否かを判定し、大きい場合には、ステップ３２
０へ、そうでなければステップ３５０へ処理を移す。ス
テップ３２０では、ステップ２３０で入力された今回の
電流測定値Ｉａ１と後述のステップ３８０で記憶された
前回の電流測定値Ｉａ０との差分の絶対値を電流測定値
の時間変化量δＩａとして算出する。

【００２１】ステップ３３０では、電流測定値の時間変
化量δＩａが経験的に決定された定数Ｂよりも小さいか
否かを判定することにより、断線が発生している可能性
の有無を判定する。この時δＩａがＢよりも小さけれ
ば、断線が発生している可能性なしと判定され、ステッ
プ３４０へ、そうでなければステップ３５０へ処理を移
す。

【００２２】ステップ３４０では、上記の判定処理によ
り断線が発生している可能性が有ると判定された回数を
カウントする。即ち、前記の変数ｊの値を１だけ増加す
る。ステップ３５０では、変数ｊの値を０クリアする。
本ステップの作用により、ステップ３４０においてカウ
ントされる回数は、連続して、断線が発生している可能
性が有ると判定された回数となる。ステップ３６０で
は、変数ｊの値が定数Ｎに達したか否かを判定する。こ
の定数Ｎは、その数だけ連続して断線が発生している可
能性が有ると判定された場合には、真に断線が発生して
いると判断すべき境界値である。

【００２３】ステップ３７０では、所定の異常処理ルー
チン（異常処理手段）を実行する。この異常処理ルーチ
ンは、モータの回転、モータの制御、又は、モータへの
給電を停止するか、或いは、モータの制御方法を変更す
るためのものである。

【００２４】また、例えば、上記のモータを、自動車の
パワー・ステアリング・シャフト又はパワー・ステアリ
ング・ギヤに対して直接又は間接的にアシスト・トルク
を与えるモータとした場合には、この異常処理ルーチン
に、音声、ランプ、ブザー、又は、画面表示などによ
り、運転者に対して異常を警告する上記自動車の異常警
告手段を起動する処理を備えても良い。ステップ３８０
では、今回の電流測定値Ｉａ１を次回に用いる電流測定
値Ｉａ０として保存する。

【００２５】以上のモータ制御装置１００の構成によ
り、モータＭの制御を行えば、回転角センサを用いなく
とも、断線を検出することが可能となるので、電流のフ
ィードバック・ループ線路の断線が検出可能なモータ制
御装置を低価格で提供することができる。また、本発明
によれば、回転角センサを用いない分、モータ制御装置
を小型化することが可能となる。

【００２６】尚、本発明は、パワー・ステアリング・シ
ステムに限らず、切削機、研削盤、ＥＨＰＳ、ロボット
等のマニュピュレータなどに用いられるモータ制御装置
にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるパワー・ステアリング
・システム８０のハードウェア構成図。

【図２】本発明の実施例におけるモータ制御装置１００
の論理的構成図。

【図３】本発明の実施例におけるＰＩ制御実行ルーチン
のフローチャート。

【図４】本発明の実施例における断線検出ルーチンのフ
ローチャート。

【図５】従来技術によるモータ制御装置４００の論理的
構成図。

【符号の説明】

１００ … モータ制御装置 １０１ … ＰＩ制御部 １０２ … フィードバック・ループ線路 １０３ … 電流偏差算出部 ΔＩ … 電流偏差（≡Ｉｎ−Ｉａ） Ｉｎ … 電流指令値 Ｉａ … 電流測定値 Ｉｎ１ … 今回の電流指令値 Ｉａ１ … 今回の電流測定値 Ｉａ０ … 前回の電流測定値 δＩａ … 電流測定値の時間変化量（≡Ｉａ１−Ｉ
ａ０） Ａ，Ｂ … 定数 τ … 操舵トルク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 厚夫 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC33 CC48 DA03 DA09 DA15 DA23 DA64 DC01 DC02 DC03 DC09 DC33 DC34 DD10 DD17 DE09 EA01 EB11 EC23 GG01 3D033 CA03 CA13 CA16 CA17 CA20 CA21 CA31 CA32 CA33

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに流すべき電流を指令する電流指
   令値と、実際に前記モータに流れている電流を測定した
   電流測定値との間の差分である電流偏差又はこの電流偏
   差の関連値を用いて前記モータを制御するモータ制御装
   置において、 前記電流測定値の時間変化量を算出する測定電流変化量
   演算手段と、 前記電流測定値の時間変化量と前記電流偏差、或いは、
   前記電流測定値の時間変化量と前記電流偏差の関連値を
   用いて、前記電流測定値のフィードバック・ループ線路
   の断線状態を検出する断線検出手段と、 前記断線検出手段により起動される異常処理手段とを有
   することを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記断線検出手段は、 前記電流偏差の絶対値がある定数よりも大きいか否かを
   判定する手段と、前記電流測定値の時間変化量の絶対値
   が他の定数よりも小さいか否かを判定する手段とを備
   え、 前記異常処理手段は、前記モータの回転、前記モータの
   制御又は前記モータへの給電を停止する手段、或いは、
   前記モータの制御方法を変更する手段を備えていること
   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３】 前記モータは、自動車のパワー・ステア
   リング・シャフト又はパワー・ステアリング・ギヤに対
   して直接又は間接的にアシスト・トルクを与えるモータ
   であり、 前記異常処理手段は、音声、ランプ、ブザー、又は、画
   面表示などにより、運転者に対して異常を警告する前記
   自動車の異常警告手段を起動することを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。