JP2005168242A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置のモータの回転角度を検出するためのＲＤＣ回路が異常になった場合でも、異常時の回転角度の位置に拘わらず電動パワーステアリング装置のアシストを継続できるようにする。
【解決手段】レゾルバから出力される信号を基に、モータの周囲に配置されたホールセンサ程度の回転角度信号を検出してモータを矩形波電流制御すればアシストを継続できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に、モータの角度検出器の故障に対する保護動作を考慮した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

自動車のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を図７を参照して説明する。操向ハンドル１０１の軸１０２は減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に結合されている。軸１０２には，操向ハンドル１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０７が設けられており、操向ハンドル１０１の操舵力を補助するモータ１０８が、減速ギア１０３を介して軸１０２に連結されている。

このような構成の電動パワーステアリング装置のモータ１０８が運転手のハンドル操作に対応した所望のトルクを出力するようにモータ１０８の制御を正しく実行する必要がある。そして、モータ１０８を正しく制御するためには、各種のセンサを利用して電動パワーステアリング装置の状態を検出する必要がある。センサから得られる検出信号は電動パワーステアリング装置の制御にとって非常に重要なものであるから、センサの故障を速やかに検出して、それに対応した制御、保護を実行する必要がある。例えば、センサの一つであるモータの角度検出器の故障検出後の制御は車輌の安全操舵にとって非常に重要な課題であり、従来から種々制御方法が考えられてきた。一例として、特許文献１の制御方法を図８を参照して以下説明する。

図８は従来の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。車速センサ３１３で検出された車速Ｖおよびトルクセンサ１０７で検出されたトルク値Ｔｒとを入力としてトルク指令値演算部３１９でトルク指令値Ｔｒｅｆが算出される。次に、そのトルク指令値Ｔｒｅｆと後述するＲＤＣ回路３１１の出力するモータ１０８の回転角度θとが電流指令値算出手段３２０に入力され、電流指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆが算出される。一方、モータ１０８に通電されるモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが電流検出器３１２で検出され、それらの電流は３相／２相変換部３２７でｄ−ｑ軸の電流であるＩｄ，Ｉｑに変換される。

減算手段３２１において電流指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆとモータ電流Ｉｄ、Ｉｑとの偏差ΔＩｄ，ΔＩｑが算出される。算出された偏差はＰＩ制御部３２３に入力され、偏差ΔＩが零になるように電圧指令値Ｖｄｒｅｆ、Ｖｑｒｅｆが算出され、それらは２相／３相変換手段３２４によって電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆの３相の電圧指令値に変換されてる。この３相の電圧指令値に基いてＰＷＭ制御部３２５がＦＥＴで構成されるインバータ回路３２６を駆動してモータ１０８にモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを供給する。また、角度検出器の一例であるレゾルバ３１０と角度検出手段である位置検出回路３１１（主に、レゾルバーデジタル変換回路（以下ＲＤＣ回路と記す）が用いられる）を用いて、モータ１０８の回転角度θが検出され、２相／３相変換部３２４や３相／２相変換部３２７などで利用されている。

このような電動パワーステアリング装置の制御において、レゾルバ３１０やＲＤＣ回路３１１の検出が異常になった場合、回転角度θを正しく検出できなくなり正しい制御が不可能となるため、基本的には電動パワーステアリング装置を停止してハンドル操作をマニュアル操作に状態が遷移される。

しかし、電動パワーステアリング装置によるハンドル操作のアシストが無くなり、突然マニュアル操作に遷移することはハンドル操作に大きな違和感を与え好ましくない。そこで、特許文献１では、異常判定手段３４０を設けて、レゾルバ３１０やＲＤＣ回路３１１の異常を検出した時は、回転角度θの位置によってはハンドル操作の意志と逆トルクが発生しないので、短時間だけ電動パワーステアリング装置によるアシストを継続するなどの処置をとっている。しかし、別の回転角度θの位置によっては電動パワーステアリング装置を直ちに停止してハンドルをマニュアル操作に遷移する必要がある。
特開２００３−２６０２０

しかし、上述したような回転角度θの異常を検出した場合の制御では、異常を検出した時の回転角度θの位置によっては電動パワーステアリング装置の制御を継続できなかったり、継続時間に大きく制限があるなどの不具合がある。また、近年の電動パワーステアリング装置搭載車輌の大型化に伴い、マニュアル操作ではドライバへの負荷が大きく好ましくない。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置のモータの回転角度θを検出するための角度検出器が故障した場合でも、故障時の回転角度θの位置に拘わらず電動パワーステアリング装置の制御を継続できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するための制御に必要な前記モータの回転角度θを検出するため、所定の周波数からなる搬送波信号（ｓｉｎωｔ）を供給し、前記搬送波信号をｓｉｎθにより振幅変調した波形を有するｓｉｎ信号（ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ）およびｃｏｓθにより振幅変調した波形を有するｃｏｓ信号（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ）を発生する角度検出器を具備する電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記ｓｉｎ信号および前記ｃｏｓ信号からそれぞれｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）およびｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）を検出し、前記ｃｏｓ角度信号から作成される信号と、前記ｓｉｎ角度信号から作成される信号とから作成される回転角度信号を出力する角度処理手段を具備し、前記回転角度信号に基いて前記モータが制御されることによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記モータが３相ブラシレスモータであり、前記ｃｏｓ角度信号から作成される信号が、前記ｃｏｓ角度信号の値の正負を表示する１ｂｉｔ信号であり、前記ｓｉｎ角度信号から作成される信号が、前記ｓｉｎ角度信号の値のレベルを判定する２つの閾値によって大小を判定されたそれぞれの結果を表示する２つの１ｂｉｔ信号であることによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記ｓｉｎ信号および前記ｃｏｓ信号から、前記搬送波信号に同期して、或いは、前記搬送波の周期の整数倍の周期に同期して、前記ｓｉｎ角度信号および前記ｃｏｓ角度信号をそれぞれ検出することによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記角度処理手段から構成される副角度処理手段と、前記回転角度θを検出するための主角度処理手段とを具備し、前記主角度処理手段が故障した場合、前記主角度処理手段が検出した前記回転角度θに代えて、前記副角度処理手段の出力する前記回転角度信号に基いて前記モータを制御することによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記回転角度θに基いて制御される場合の前記モータに通電される電流は正弦波電流であり、前記回転角度信号に基いて制御される場合の前記モータに通電される電流は矩形波電流であることによって達成される。

ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号からそれぞれｓｉｎ角度信号およびｃｏｓ角度信号を検出し、検出したｃｏｓ角度信号から作成される信号と、ｓｉｎ角度信号から作成される信号とから作成される回転角度信号を検出できる角度処理手段を具備すれば、当該回転角度信号はモータの周囲に配置したホールセンサが出力する回転角度信号と等価なので、モータを矩形波電流制御することが可能となる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる効果がある。例えば、モータが３相モータの場合、ｃｏｓ角度信号の正負を表示する１ｂｉｔ信号と、ｓｉｎ角度信号の値のレベルを表示する２ｂｉｔ信号とから作成される３ｂｉｔの回転角度信号を検出できる角度処理手段を具備すれば、当該３ｂｉｔの回転角度信号は３相モータの周囲に１２０度毎に配置したホールセンサが出力する回転角度信号と等価なので、モータを矩形波電流制御することが可能となる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる効果がある。

また、主角度処理手段と副角度処理手段の二重系で回転角度信号を検出している場合、主角度処理手段が故障になったとき、前記角度処理手段から構成される副角度処理手段によってモータを矩形波電流制御することによってマニュアル操作に遷移することなく電動パワーステアリング装置によるアシストを維持することが可能となる。本発明のような簡易な副角度処理手段を設けることで、角度処理手段に故障が生じてもアシストが停止することのない故障に強い電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することができる。

モータの回転角度θを検出するＲＤＣ回路が故障した場合、角度検出器から出力される信号に基いてＲＤＣ回路で検出される回転角度θは信頼性の欠いたものになっている。そこで、ＲＤＣ回路が故障した場合でも、レゾルバから出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を用いて、例えば、３相モータのロータの回りに１２０度毎に配されたホールセンサ或いはホールＩＣの出力する回転角度の情報と精度的に同程度の回転角度情報を検出することが可能である。その原理を以下に説明する。

角度検出器であるレゾルバから出力されたｓｉｎ信号（ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ）およびｃｏｓ信号（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ）から、搬送波信号ｓｉｎωｔのピーク値に同期して、又は零クロス点からπ／２位相をずらして、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号をホールドして、ｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）とｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）がそれぞれ検出される。

図１は検出されたｓｉｎ角度信号とｃｏｓ角度信号を表示したものである。ここで、ｓｉｎ角度信号およびｃｏｓ角度信号に対して、次のような処理をすると、３相モータのロータ回りに１２０°間隔で配置された３個のホールセンサの出力する回転角度の信号と同等の情報を得ることができる。

まず、ｃｏｓ角度信号から作成される信号を求めるために，ｃｏｓ角度信号の値の極性を判定する。つまりｓｉｇｎ（ｃｏｓθ）が正であるか、負であるかを判定する。
ｃｏｓθが正の場合、Ｃ＝ｓｉｇｎ（ｃｏｓθ）＝１とする。
ｃｏｓθが負の場合、Ｃ＝ｓｉｇｎ（ｃｏｓθ）＝０とする。

次に、ｓｉｎ角度信号から作成される信号を求めるために、ｓｉｎ角度信号の値のレベルと２つの閾値（０．５と−０．５）とを用いて大小の判定をし、その判定結果をそれぞれＬｅｂｅｌ１とＬｅｂｅｌ２とする。具体的には、
ｓｉｎθ＞０．５の場合、Ｂ＝Ｌｅｂｅｌ１（ｓｉｎθ＞０．５）＝１
ｓｉｎθ＜０．５の場合、Ｂ＝Ｌｅｂｅｌ１（ｓｉｎθ＞０．５）＝０
および
ｓｉｎθ＜−０．５の場合、Ａ＝Ｌｅｂｅｌ２（ｓｉｎθ＜−０．５）＝１
ｓｉｎθ＞−０．５の場合、Ａ＝Ｌｅｂｅｌ２（ｓｉｎθ＜−０．５）＝０
モータのロータの位置を３６０度の６分割で分割させた回転角度エリアを図２に示す。この角度エリアに対応したｃｏｓθの極性（Ｃ）およびｓｉｎθのレベル判定Ｌｅｂｅｌ１（Ｂ）およびＬｅｂｅｌ２（Ａ）およびＳ１＝４Ａ＋２Ｂ＋Ｃと定義して、回転角度エリアとＳ１，Ａ，Ｂ，Ｃとの関係を表にして表示すると表１のようになる。ここで、３ｂｉｔ信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）がｃｏｓ角度信号から作成される信号と、ｓｉｎ角度信号とから作成される３ｂｉｔの回転角度信号となるが、信号Ｓ１も形を変えた３ｂｉｔの回転角度信号である。

回転角度エリア（３３０°〜３０°）では、レゾルバからの出力信号に基き作成される組み合わせ３ｂｉｔの回転角度信号（Ｌｅｂｅｌ２，Ｌｅｂｅｌ１、ｓｉｇｎ（ｃｏｓθ））は（０、０、１）となる。回転角度エリア（３０°〜９０°）では（０、１、０）の３ｂｉｔ回転角度信号が形成される。Ｓ１＝６，７はレゾルバ又はＲＤＣ回路のどちらかの故障を示す。

同じように、図２に示すようにロータの回りに１２０度毎に配された３個のホールセンサＨＳ１，ＨＳ２，ＨＳ３の出力信号を、Ａ＝ＨＳ３の出力信号、Ｂ＝ＨＳ２の出力信号、Ｃ＝ＨＳ１の出力信号、そしてＳ２＝４Ａ＋２Ｂ＋Ｃと定義して、表１の回転角度エリアに対応して、Ｓ２，Ａ，Ｂ，Ｃの値を表示すると表２のようになる。

ここで、回転角度エリアと（Ａ，Ｂ，Ｃ）で構成される３ｂｉｔの回転角度信号（以下、３ｂｉｔ信号と記す）との関係をみると、まず、表１において、各回転角度エリア同士で、３ｂｉｔ信号が互いに同じ値になることはなく、ロータの回転角度エリアと３ｂｉｔ信号を一対一で対応させることができる。次に、表２においても、各回転角度エリア同士で、３ｂｉｔ信号が互いに同じ値になることはなく、ロータの回転角度エリアと３ｂｉｔ信号を一対一で対応させることができる。

次に、表１と表２とを比較すると、回転角度エリア（１５０°〜２１０°）を除いて、全ての回転角度エリアにおいて、表１の３ｂｉｔ信号と表２の３ｂｉｔ信号とが同じである。例えば、ロータが回転角度エリア（３３０°〜３０°）では、表１の３ｂｉｔ信号（０，０，１）と表２の３ｂｉｔ信号（０，０，１）とは同じであり、回転角度エリア（３０°〜９０°）でも、表１の３ｂｉｔ信号（０，１，１）と表２の３ｂｉｔ信号（０，１，１）とでは同じである。唯一、回転角度エリア（１５０°〜２１０°）で表１の３ｂｉｔ信号（０，０，０）と表２の３ｂｉｔ信号（１，１，１）が異なる。Ｓ１とＳ２との関係で表現すれば、回転角度エリア（１５０°〜２１０°）では、Ｓ１＝０でＳ２＝６となり、Ｓ１とＳ２とは異なった値をとる。

そこで、表１と表２との異なる部分は、変換し直せばロータの全ての回転角度エリアで当該角度処理回路の出力の３ｂｉｔ信号とホールセンサの３ｂｉｔの出力信号が等しくなる。例えば、回転角度エリア（１５０°〜２１０°）において、表１の（０，０、０）を表２の（１，１，０）に変換し直おせば、レゾルバの出力信号を入力とする角度処理回路で検出した３ｂｉｔの回転角度信号は全てホールセンサで得られる３ｂｉｔの回転角度信号に変換し直すことができる。具体的に実施する場合は、３ｂｉｔ信号同士の変換より、Ｓ１信号とＳ２信号との変換の方が容易である。この場合、３ｂｉｔの回転角度信号はホールセンサと同等の信号であるので、ホールセンサ異常検出方法（特願２００３−３５２２７５で開示）などをそのまま適用して、角度処理回路の異常を検出することができる。

一方、モータのロータの回りに１２０度毎に配された３個のホールセンサの信号から形成される３ｂｉｔの回転角度信号でモータを矩形波電流制御できることは従来から良く知られている。つまり、角度処理回路で検出された３ｂｉｔの回転角度信号をホールセンサの３ｂｉｔの回転角度信号に変換すれば、同じようにモータを矩形波電流制御できることは明らかである。

また、以上の説明は３相モータを一例とした説明であったが、３相以外のｎ相モータ（５相、７相・・・）であっても、適切にｓｉｎ角度信号やｃｏｓ角度信号のレベル判定をｎ箇所（ｎｂｉｔ）で行なえば、ｎ相モータの周囲に配されたホールセンサから得られる回転角度信号と同等の回転角度信号を得られることは言うまでもない。

以上説明した本発明の理論に基いて、本発明の好適な実施例を図３および図４を参照して説明する。図３は本発明の角度処理手段を含む電動パワーステアリング装置の制御装置全体を示す制御ブロック図であり、図４は角度処理手段をハードウエアで実現し角度処理回路１０の内部の詳細を示す制御ブロック図である。なお、従来技術で説明した番号と同一の番号を有する手段は同じ機能を有する。

図３の実施例は、通常の制御で使用されるベクトル制御部（破線Ａで囲まれた部分）と、レゾルバやＲＤＣ回路が異常になった場合の異常事態に使用する矩形波制御（破線Ｂで囲まれた部分）から構成されている。ベクトル制御部Ａと矩形波制御部Ｂとの切替えは、ＲＤＣ回路には一般的に自己の異常を監視している異常検出端子であるＥ端子を備えているので、ＲＤＣ回路の故障検出機能を利用して切り替えて実行している。また、角度処理回路１０に自己の異常を監視している異常検出端子のＥ端子を備えている場合は、角度処理回路１０のＥ端子信号で切替えを実行しても良い。

まず、通常の制御で使用される従来技術で説明したベクトル制御部の方から説明する。トルクセンサ１０７で検出されたトルク値Ｔｒと車速センサ３１３で検出された車速値Ｖとがトルク指令値演算部３１９に入力され、トルク指令値Ｔｒｅｆが出力される。そしてスイッチ１１はＲＤＣ回路３１１の故障検出機能の出力端子Ｅの信号に基き、通常はベクトル制御部Ａを選択している。

そして、トルク指令値Ｔｒｅｆは電流指令値算出部３２０に入力され、電流指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆが算出される。算出された電流指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆと電流検出回路３１２で検出され、３相／２相変換部３２７で変換された電流Ｉｄ，Ｉｑとが減算部３２１で偏差ΔＩｄ、ΔＩｑ（ΔＩｄ＝Ｉｄｒｅｆ−Ｉｄ、ΔＩｑ＝Ｉｑｒｅｆ−Ｉｑ）が算出される。次に、算出された偏差ΔＩがＰＩ制御部３２３に入力され電圧指令値Ｖｄｒｅｆ、Ｖｑｒｅｆが算出される。電圧指令値Ｖｄｒｅｆ、Ｖｑｒｅｆは２相／３相変換手段３２４に入力され、３相に変換された電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆに変換される。

スイッチ１２は、ＲＤＣ回路３１１の故障検出機能の出力端子Ｅの信号に基き、通常は電圧指令値として、２相／３相変換部３２４から出力された電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆを選択している。その電圧指令値に基きＰＷＭ制御部３２５はＰＷＭ信号を発生させ、インバータ回路３２６はそのＰＷＭ信号に基き、モータ１０８にモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを供給する。

通常、ベクトル制御を用いてモータ１０８は正弦波電流による制御が実行されている。これは、モータ１０８の回転角度θを精度良く検出できることで可能となる。具体的には、モータ１０８の回転角度θの情報は、レゾルバ３１０から出力された搬送波ｓｉｎωｔ、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が主角度処理回路としてのＲＤＣ回路３１１に入力され、回転角度θが出力される。そして、回転角度θは、上述した制御動作の過程で２相／３相変換や３相／２相変換などに利用されている。ＲＤＣ回路３１１が正常に動作している場合は、ＲＤＣ回路から出力される回転角度θは精度の良い信頼できる情報なので、その回転角度に基いて制御が実行されれば良い。

しかし、ＲＤＣ回路３１１が故障した場合、電動パワーステアリング装置を用いて継続してアシストを維持したいなら、ＲＤＣ回路３１１から角度処理回路１０へ切り替えて角度処理回路１０が出力するホールセンサ相当の３ｂｉｔの回転角度信号に基いてモータ１０８を矩形波電流制御で駆動すればアシストの継続が可能である。

以下、レゾルバ３１０やＲＤＣ回路３１１が異常になった場合の矩形波電流制御によるモータ制御について説明する。角度処理回路１０については、後で詳細に説明するので、まず、矩形波電流制御について説明する。

ＲＤＣ回路３１１はレゾルバ３１０やＲＤＣ回路３１１を自己監視しており、異常になるとＥ端子かた故障信号を出力し、よって、スイッチ１１とスイッチ１２は切り替えられ、スイッチ１１はトルク指令値演算部３１９と電流指令値演算部３２０−１を連結し、スイッチ１２はＰＩ制御部３２３−１とＰＷＭ制御部３２５を連結する。

よって、トルク指令値演算部３１９から出力されたトルク指令値Ｔｒｅｆと、副角度処理回路としての角度処理回路１０の出力である３ｂｉｔ回転角度信号が電流指令値演算部３２０−１に入力され、矩形波電流制御のための電流指令値Ｉａｒｅｆ，Ｉｂｒｅｆ，Ｉｃｒｅｆが出力される。次に、電流検出器３１２で検出されたモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと、電流指令値Ｉａｒｅｆ，Ｉｂｒｅｆ，Ｉｃｒｅｆとの偏差が減算部３２１−１で算出され、その偏差はＰＩ制御部３２３−１に入力される。ＰＩ制御部３２３−１は電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆを出力する。

スイッチ１２を介して、この電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，ＶｃｒｅｆがＰＷＭ制御部３２５に入力される。ＰＷＭ制御部３２５は電圧指令値に基き矩形波電流制御用のＰＷＭ信号を発生し、インバータ回路３２６はモータ１０８に矩形波電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを供給する。このようにして、モータの回転角度θが正しく検出できない時は、角度処理回路１０の出力する３ｂｉｔの回転角度信号に基き、矩形波電流制御を可能とし、電動パワーステアリング装置のアシスト継続が可能となる。

次に、図４を参照して本発明の要部である角度処理回路１０の詳細な構成および動作を説明する。角度処理回路１０はｃｏｓ信号、ｓｉｎ信号、搬送波信号を入力として３ｂｉｔの回転角度信号を出力する。まず、搬送波信号ｓｉｎωｔがピーク検出回路２０に入力され、ピーク値設定器２４が示す搬送波のピーク値と搬送波とがレベル検出回路２２で比較することにより搬送波のピーク時期を検出できる。或いは、搬送波の零クロス点を検出し、位相をπ／２ずらすことによって、ピーク時期を検出しても良い。

次に、ピーク検出回路２０から出力する搬送波のピーク時期を示す信号が分周回路２６に入力される。分周回路２６は搬送波の周波数の整数倍の周波数を取り出すためのものである。なお、分周回路２６は存在しなくても本発明を実現可能であり、分周回路３２が存在しない場合は、後述するｓｉｎ信号やｃｏｓ信号のサンプルホールドのタイミングが搬送波の周期に同期して頻繁にホールドすることになる。一方、分周回路３２が存在する場合は、ｓｉｎ信号やｃｏｓ信号のサンプルホールドのタイミングが搬送波の周期の整数分の一の頻度でサンプルホールドすることになる。求めるｓｉｎ信号やｃｏｓ信号の精度の粗さとサンプルホールドする頻度の負担との兼ね合いによって分周回路の有無、或いは分周の周期が決定される。

次に、分周回路２６の出力信号のタイミングに同期して、或いは分周回路３２が存在しない場合は、ピーク検出回路２０の出力信号のタイミングに同期して、サンプルホールド回路（以下ＳＨ回路）２８−１において、入力されたｃｏｓ信号（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ）に対してサンプルホールドすることによりｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）がサンプルホールドされ、ＳＨ回路２８−２において、入力されたｓｉｎ信号（ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ）に対してサンプルホールドすることによりｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）がサンプルホールドされる。さらに、ノイズを除去するために、ｃｏｓ角度信号とｓｉｎ角度信号はローパスフィルタ回路（以下ＬＰＦ回路と記す）３０−１とＬＰＦ回路３０−２をそれぞれ通過する。ｃｏｓ角度信号やｓｉｎ角度信号を検出するための回路である図４の破線Ｃで囲まれた部分である角度信号検出回路は従来技術として知られている。

本発明の要部となる部分について以下説明する。まず、ＬＰＦ回路３０−１から出力されるｃｏｓ角度信号が表１の極性を検出するためのレベル検出回路１４−１に入力される。同じく、ＬＰＦ回路３０−２から出力されるｓｉｎ角度信号は表１のＬｅｂｅｌ１を検出するためのレベル検出回路１４−２、および表１のＬｅｂｅｌ２を検出するためのレベル検出回路１４−３に入力される。そして、レベル検出回路１４−１において、設定器１５−１が示す設定値（０）とｃｏｓ角度信号とが比較されることによりｃｏｓ角度信号の極性であるｓｉｇｎ（ｃｏｓθ）が判定され、例えば、正の場合は「１」が、負の場合は「０」が出力される。

また、レベル検出回路１４−２に入力されたｓｉｎ角度信号は設定器１５−２が示す設定値（０．５）と比較され、ｓｉｎ角度信号が０．５より大きい場合は「１」が出力され、ｓｉｎ角度信号が０．５より小さい場合は「０」が出力され、Ｌｅｂｅｌ１の値が決定される。同じように、レベル検出回路１４−３に入力されたｓｉｎ角度信号は設定器１５−３が示す設定値（−０．５）と比較され、ｓｉｎ角度信号が−０．５より小さい場合（絶対値で比較するとｓｉｎ角度信号の絶対値が０．５より大きい場合）は「１」が出力され、ｓｉｎ角度信号が−０．５より大きい場合（絶対値で比較するとｓｉｎ角度信号の絶対値が０．５より小さい場合）は「０」が出力され、Ｌｅｂｅｌ２の値が決定される。各レベル検出回路の出力、即ちレベル検出回路１４−１、レベル検出回路１４−２、レベル検出回路１４−３の出力信号によって形成される３ｂｉｔ信号が回転角度信号の基礎となる。なお、設定器１５−２や設定器１５−３が示す「０．５」や「−０．５」はｓｉｎ角度信号のピーク値を１とした場合の５０％のレベルを示す値である。

各レベル検出回路の出力から構成される３ｂｉｔ信号はモータに１２０度毎に配されたホールセンサの信号と同じ出力形態にするための変換回路１６に入力され、変換回路１６から求める３ｂｉｔの回転角度信号が出力される。変換回路１６はテーブルで構成し、３ｂｉｔの入力信号に対してホールセンサの出力に対応する３ｂｉｔ信号を出力するよう構成すれば良い。以上説明した各回路の処理を経て、変換回路１６から出力される３ｂｉｔ信号が最終的に角度処理回路１０の出力である回転角度信号となる。

なお、上記の実施例では、ｃｏｓ角度信号を用いた極性とｓｉｎ角度信号のレベル値の判定結果をＬｅｂｅｌ１およびＬｅｂｅｌ２の値とした３ｂｉｔの回転角度信号を用いてモータを矩形波電流制御したが、ｓｉｎ角度信号を用いた極性と、ｃｏｓ角度信号のレベル値の判定結果をＬｅｂｅｌ１およびＬｅｂｅｌ２の値とした３ｂｉｔの回転角度信号を用いてもモータを矩形波電流制御できることは言うまでもない。

また、上述した実施例では、角度処理手段をハードウエアで実現した場合について説明したが、角度処理手段の一部を図５のフローチャートに示すステップを用いてソフトウエアで実現することも可能である。

まず、ハードウエアで処理する部分とソフトウエアで処理する部分に分ける。ハードウエアで処理する部分は、図３の角度処理回路１０のｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）とｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）を検出し、それらの信号がＬＰＦ回路３０−１とＬＰＦ回路３０−２とを通過するところまで（破線Ａで囲まれた角度信号検出回路）はハードウエアで処理をする。その後の処理からホールセンサ検出信号相当の３ｂｉｔ信号を作成するところ（破線Ｂで囲まれた部分）をＣＰＵ回路において、以下のようにソフトウエア処理される。

即ち、ｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）およびｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）を読み込む（Ｓ２０１）。次に、ｃｏｓ角度信号の極性を判定する。その極性（ｓｉｇｎ（ｃｏｓθ））が正なら「１」、負なら「０」とする（Ｓ２０２）。一方、ｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）が０．５より大きいか小さいかを判定する。即ち、ｓｉｎθ＞０．５ならＬｅｂｅｌ１＝「１」であり、ｓｉｎθ＜０．５ならＬｅｂｅｌ１＝「０」である（Ｓ２０３）。同じように、ｓｉｎ角度信号が−０．５より大きいか小さいかを判定する。即ち、ｓｉｎθ＜−０．５ならＬｅｂｅｌ２＝「１」であり、ｓｉｎθ＞−０．５ならＬｅｂｅｌ２＝「０」である（Ｓ２０４）。次に、求めたｃｏｓ角度信号の極性であるｓｉｇｎ（ｃｏｓθ）およびＬｅｂｅｌ１，Ｌｅｂｅｌ２より構成される３ｂｉｔ信号を作成する（Ｓ２０５）。最後に、当該３ｂｉｔ信号をホールセンサ信号に相当する信号に変換し、３ｂｉｔの回転角度信号を算出する（Ｓ２０６）。このようにすれば、ソフトウエアとしても本実施例を実現できる。

図６は本発明を適用した他の実施例である。実施例２は実施例１のベクトル制御部Ａを疑似ベクトル制御部Ｆに置き換えたものである。疑似ベクトル制御部Ｆ（以下ＰＶＣ制御部と記す）は、電流指令値を３相Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ，Ｉｃｒｅｆとして算出するが、トルク指令値Ｔｒｅｆから電流指令値を算出する途中でベクトル制御を利用している。よって、モータの回転角度θを正しく検出する必要があるので、レゾルバ３１０たＲＤＣ回路３１１が正しく動作している必要がある。

まず、レゾルバ３１０とＲＤＣ回路３１１が正しく動作している場合は、スイッチ１１とスイッチ１２は、電流指令値演算部３２０−２の入力と２相／３相変換部３２４の出力とを選択する。電流指令値演算部３２０−２と２相／３相変換部３２４はＰＶＣ制御用の電流指令値Ｉａｖｒｅｆ，Ｉｂｖｒｅｆ，Ｉｃｖｒｅｆを算出する。この電流指令値に基いてモータは制御される。
一方、レゾルバ３１０又はＲＤＣ回路３１１が故障した場合は、実施例１で説明したＲＤＣ回路３１１が故障を検出した場合は、矩形波電流制御を実行することは同じである。

以上説明したのは、主角度処理回路と副角度処理回路とそれに対応した制御部が存在した場合について説明したが、ＲＤＣ回路が存在しない場合は、本発明の角度処理手段の出力する３ｂｉｔの回転角度信号に基いて、上述したＲＤＣ回路の故障時だけではなく常時モータを矩形波電流制御することも可能である。

また、ＲＤＣ回路を主角度処理手段とし、本発明の角度処理手段を副角度処理手段とした場合、ＲＤＣ回路が正常動作している場合は、ＲＤＣ回路の出力する回転角度θに基いてモータを正弦波電流で制御し、ＲＤＣ回路が故障した場合は、副角度処理手段の出力する３ｂｉｔの回転角度信号に基いてモータを正弦波電流制御から矩形波電流に切り替えて制御できる。

よって、主角度処理手段であるＲＤＣ回路が故障して副角度処理手段を用いてモータを制御する場合、ＲＤＣ回路が故障したときのモータの回転角度（回転位置）によって制限を受けることなくモータを矩形波電流で制御できる優れた効果がある。よって、従来技術の課題であったＲＤＣ回路が故障したときのモータの回転角度（回転位置）によって制限を受けることなく、電動パワーステアリング装置を継続して制御でき、ハンドル操作が突然マニュアル操作になってハンドル操作に違和感を感じることがない優れた効果を期待できる。

本発明の回転角度信号を検出するための原理を説明する図である。 ホールセンサ信号と回転角度の関係を示す図である。 本発明の実施例１の制御ブロック図である。 本発明の角度処理手段の詳細ブロック図である。 本発明の角度処理手段の一部をソフトウエアで処理した場合のフローチャート図である。 本発明の実施例２の制御ブロック図である 電動パワーステアリング装置の構成図である。 従来のモータの回転角度検出異常に対応する制御ブロック図である。

符号の説明

１０ 角度処理回路（副角度処理手段）
１１ 切替えスイッチ
１４−１，１４−２，１４−３ レベル検出回路
１５−１，１５−２，１５−３ 設定器
１６ テーブル
２０ ピーク検出回路
２１ ピーク値設定器
２２ レベル検出回路
２６ 分周回路
２８−１、２８−２ サンプルホールド回路
３０−１，３０−２ ローパスフィルタ回路
３１０ レゾルバ（角度検出器）
３１１ ＲＤＣ回路（主角度処理手段）

Claims (5)

1. 車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するための制御に必要な前記モータの回転角度θを検出するため、所定の周波数からなる搬送波信号（ｓｉｎωｔ）を供給し、前記搬送波信号をｓｉｎθにより振幅変調した波形を有するｓｉｎ信号（ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ）およびｃｏｓθにより振幅変調した波形を有するｃｏｓ信号（ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ）を発生する角度検出器を具備する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記ｓｉｎ信号および前記ｃｏｓ信号からそれぞれｓｉｎ角度信号（ｓｉｎθ）およびｃｏｓ角度信号（ｃｏｓθ）を検出し、前記ｃｏｓ角度信号から作成される信号と、前記ｓｉｎ角度信号から作成される信号とから作成される回転角度信号を出力する角度処理手段を具備し、前記回転角度信号に基いて前記モータが制御されることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記モータが３相ブラシレスモータであり、前記ｃｏｓ角度信号から作成される信号が、前記ｃｏｓ角度信号の値の正負を表示する１ｂｉｔ信号であり、前記ｓｉｎ角度信号から作成される信号が、前記ｓｉｎ角度信号の値のレベルを判定する２つの閾値によって大小を判定されたそれぞれの結果を表示する２つの１ｂｉｔ信号である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記ｓｉｎ信号および前記ｃｏｓ信号から、前記搬送波信号に同期して、或いは、前記搬送波の周期の整数倍の周期に同期して、前記ｓｉｎ角度信号および前記ｃｏｓ角度信号をそれぞれ検出する請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記角度処理手段から構成される副角度処理手段と、前記回転角度θを検出するための主角度処理手段とを具備し、前記主角度処理手段が故障した場合、前記主角度処理手段が検出した前記回転角度θに代えて、前記副角度処理手段の出力する前記回転角度信号に基いて前記モータを制御する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記回転角度θに基いて制御される場合の前記モータに通電される電流は正弦波電流であり、前記回転角度信号に基いて制御される場合の前記モータに通電される電流は矩形波電流である請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
   

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