JP2008037255A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 永久磁石同期モータのマグネットずれを簡単に検出し、マグネットずれによる振動を低減する。
【解決手段】 操舵トルク検出値Ｔｈの特定周波数における振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きいときには（Ｓ１２：ＹＥＳ）マグネットずれ異常であると判断して、回転角センサのオフセット値を振動レベルＡｘが低下する方向に調整する。オフセット調整を行っても振動レベルＡｘが基準レベルＡ０を上回る場合には、オフセット値を初期値に戻して異常データを記憶するとともに運転者に異常報知する（Ｓ２１〜Ｓ２３）。振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以内におさまれば、調整したオフセット値を正規のオフセット値として記憶更新する（Ｓ２０）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じた操舵アシストトルクを電動モータに発生させるようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。
例えば、コントローラにより操舵ハンドルに加えられた操舵トルクと車速とに基づいて電動モータの目標電流値を算出し、この目標電流値と電流検出器により検出されるモータ電流値（実電流値）との偏差に基づいて、電動モータに通電する目標電圧値を演算する。そして、コントローラにより目標電圧値に応じたデューティ比でインバータをスイッチング制御することで、インバータから電動モータに目標の３相電源電圧が印加されて所望の操舵アシストトルクが得られる。

電動パワーステアリング装置の電動モータとしては、一般に、ブラシレスモータである永久磁石同期モータが使用される。ブラシレスモータは、ロータコアの外周面に複数のマグネット（永久磁石）を固定し、ステータに励磁コイルを巻回して構成される。こうしたブラシレスモータにおいては、マグネットのロータへの固定が緩んで、マグネットが所定位置からずれでしまうことがある。そこで、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置においては、ロータコアを形成する複数の電磁鋼板のうち両端部の電磁鋼板をマグネットの内径よりも大きな外径にすることにより、マグネットのずれ防止を図っている。
特開２００６−２５５０８

しかしながら、特許文献１に提案されたものでは、電動パワーステアリング装置に使用する電動モータの選択自由度が狭くなってしまい、汎用の電動モータを使用することができない。また、こうした電動モータであっても、必ずしもマグネットがずれないという保証もなく、使用中にマグネットずれが生じる可能性が残る。
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、マグネットのずれといったモータ異常を簡単に検出することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシストトルクを発生する電動モータと、上記操舵ハンドルに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、少なくとも上記トルクセンサにて検出された操舵トルクに応じて目標アシスト制御値を算出し、上記算出された目標アシスト制御値に基づいて上記電動モータへの通電を制御するアシスト制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、上記トルクセンサの検出値あるいは上記算出された目標アシスト制御値に含まれる特定周波数の振動を検出する振動検出手段と、上記振動検出手段により検出した振動の振動レベルに基づいて、上記電動モータの異常の有無を判定するモータ異常判定手段とを備えたことにある。

上記のように構成した本発明によれば、アシスト制御手段が、トルクセンサにて検出した操舵トルクに応じて目標アシスト制御値を算出し、この目標アシスト制御値に基づいて電動モータの通電を制御する。例えば、電動モータとして永久磁石同期モータを使用した場合、マグネットずれが生じるおそれがある。マグネットずれ異常が生じた場合においては、モータ出力トルクが特定の周波数で振動する。この特定周波数の振動は、電動モータから転舵機構を介してトルクセンサに伝達され、トルクセンサの検出値における振動として現れる。また、このトルクセンサの検出値における振動は、目標アシスト制御値の振動としても現れる。

そこで、この発明では、振動検出手段によりトルクセンサの検出値あるいは目標アシスト制御値に含まれる特定周波数の振動を検出し、この検出した振動レベルに基づいて、モータ異常判定手段が電動モータの異常の有無を判定する。従って、マグネットずれ異常といったモータ異常を簡単に判定することができる。また、電動パワーステアリング装置に用いるアシスト用モータとして、特殊なモータを使用する必要もなく、設計自由度が狭くならない。

本発明の他の特徴は、上記異常判定手段により上記電動モータの異常が検出された場合には、上記電動モータの制御パラメータの値を変更するパラメータ変更手段を備えたことにある。

上記のように構成した本発明によれば、電動モータの異常が検出された場合には、パラメータ変更手段により電動モータの制御パラメータの値を変更するため、モータ異常による振動を低減することができる。この結果、運転者の操舵操作に対する違和感が低減される。

本発明の他の特徴は、上記電動モータの回転角を検出する回転角センサを備え、上記アシスト制御手段は、上記回転角センサにて検出された回転角に基づいて上記電動モータの通電を制御し、上記パラメータ変更手段は、上記電動モータの異常が検出された場合に、上記回転角センサのオフセット値を変更することにある。

電動モータは、回転角センサによりそのロータの回転角（即ち回転角位置）を検出し、その回転角に基づいて通電制御される。この電動モータをその回転角に同期させて適正に通電制御するためには、回転角センサにより検出される回転角と、電動モータの通電制御に使われる制御上での回転角（電気角）とを一致させる必要があり、そのために両者の基準回転角位置をあわせるための調整用制御パラメータとしてオフセット値が予め設定される。そこで、本発明においては、電動モータのマグネットずれといった異常を検出したときには、このオフセット値を変更することにより電動モータの通電を適正に行って振動を低減することができる。この結果、運転者の操舵操作に対する違和感が低減される。

また、本発明の他の特徴は、走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、上記モータ異常判定手段は、上記走行速度が所定速度以下となっているときの上記振動レベルに基づいて上記電動モータの異常の有無を判定することにある。

上記のように構成した本発明によれば、走行速度が所定速度以下となる低速走行時あるいは停止時における振動レベルに基づいて電動モータの異常の有無を判定するため、路面凹凸による振動ノイズの影響が少ない高精度な異常判定を行うことができる。

また、本発明の他の特徴は、上記モータ異常判定手段は、上記振動検出手段により検出した振動の振動レベルが、所定時間以上継続して基準レベルを超えているときに、上記電動モータが異常であると判定することにある。

悪路走行中においては、路面凹凸による振動ノイズがモータ異常判定精度に影響を与えるおそれがあるが、悪路走行による振動ノイズの発生は一時的なものであるため、基準レベルを超える振動が所定時間以上継続している場合には、悪路走行による振動ノイズではないと考えられる。従って、本発明によれば、基準レベルを超える振動の継続時間を判断することにより、路面凹凸による振動ノイズの影響が少ない高精度な異常判定を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施系形態に係る車両の電動パワーステアリング装置を示す概略図である。

この車両の電動パワーステアリング装置は、大別すると、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構１０と、転舵機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ１５と、操舵ハンドルの操舵状態に応じて電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０とから構成される。

転舵機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するための機構で、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。従って、操舵ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、ラックアンドピニオン機構１３，１４、タイロッド、ナックルアーム等により転舵機構１０が構成される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、永久磁石三相同期モータであるブラシレスモータによって構成されている。電動モータ１５の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ１５の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。また、電動モータ１５をラックバー１４に組み付けるのに代えて、電動モータ１５をステアリングシャフト１２に組み付けて、電動モータ１５の回転を減速器を介してステアリングシャフト１２に伝達して同シャフト１２を軸線周りに駆動するように構成してもよい。

ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１は、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクＴｈを検出する。操舵トルクＴｈは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時における操舵トルクの大きさをそれぞれ表す。
また、操舵トルクセンサ２１をステアリングシャフト１２に組み付けるのに代え、ラックバー１４に組み付けて、ラックバー１４の軸線方向の歪み量から操舵トルクＴｈをそれぞれ検出するようにしてもよい。

電動モータ１５には、回転角センサ２３が設けられる。この回転角センサ２３は、電動モータ１５内に組み込まれ、電動モータ１５の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力するもので、例えば、レゾルバセンサにより構成される。レゾルバセンサは、電動モータ１５のロータとともに回転する図示しないレゾルバロータと、モータケーシングに固定されるレゾルバステータとを備え、レゾルバロータには励磁コイルである１次巻線が設けられ、レゾルバステータにはπ／２だけ位相のずれた一対の検出用コイルである２次巻線が設けられる。そして１次巻線を正弦波信号により励磁することにより、２次巻線に２種類の誘起電圧信号を出力させる。

この回転角センサ２３の検出信号は、電動モータ１５の回転角θおよび回転角速度ωの計算に利用される。一方、この電動モータ１５の回転角θは、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、本明細書では、この回転角θは、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。また、電動モータ１５の回転角速度ωは、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるため、本明細書では、この回転角速度ωは、操舵ハンドル１１の操舵角速度としても共通に用いられる。

次に、電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０について説明する。
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするとともに、電動モータ１５の駆動回路をも備えている。また、電子制御ユニット３０は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２３、車速センサ２２を接続して各検出信号を入力する。車速センサ２２は、車両の走行速度に応じた車速信号ｖｘを出力する。また、電子制御ユニット３０は、運転者に異常を知らせるためのウォーニングランプ２４を接続する。

次に、電子制御ユニット３０について詳細に説明する。図２は、プログラムの実行によって実現される前記マイクロコンピュータの機能を表す機能ブロックを含む電子制御ユニット３０の全体ブロック図である。
電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータ１５の回転を制御する。尚、これらのｑ軸およびｄ軸について、表現方法を換えると、ｄ軸が電動モータ１５の永久磁石による界磁方向であり、ｑ軸がそれに直交する方向、つまり電動モータ１５のトルクの発生に起因する方向である。

電子制御ユニット３０は、電動モータ１５を通電制御して所望の操舵アシストトルクを発生させるアシスト制御機能部と、電動モータ１５の異常を検出して異常処理を行う異常処理機能部とを備えるが、まず、操舵アシストトルクを発生させるアシスト制御機能部から説明する。
電子制御ユニット３０は、基本アシストトルク演算部３１および補償値演算部３２を備えている。基本アシストトルク演算部３１は、図５に示すように、操舵トルクＴｈと車速ｖｘとに応じて基本アシストトルクＴａｓを設定するための基本アシストマップを記憶する。基本アシストトルク演算部３１は、操舵トルクセンサ２１からの操舵トルクＴｈ情報及び車速センサ２２からの車速ｖｘ情報を入力して、この基本アシストマップを参照することにより基本アシストトルクＴａｓを計算する。この場合、基本アシストトルクＴａｓは、操舵トルクＴｈの増加にしたがって増加するとともに車速ｖｘの増加にしたがって減少する。尚、本実施形態では、基本アシストトルクＴａｓを基本アシストマップを用いて計算するようにしたが、基本アシストマップに代えて操舵トルクＴｈおよび車速ｖｘに応じて変化する基本アシストトルクＴａｓを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて基本アシストトルクＴａｓを計算するようにしてもよい。

補償値演算部３２は、前記車速ｖｘと共に、電動モータ１５の回転角θ（操舵ハンドル１１の操舵角に相当）および回転角速度ω（操舵ハンドル１１の操舵角速度に相当）を入力し、基本アシストトルクＴａｓに対する補償値Ｔｒｔを計算する。すなわち、補償値演算部３２は、基本的には、操舵角に比例して大きくなるステアリングシャフト１２の基本位置への復帰力と、操舵角速度に比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクとの和を補償値Ｔｒｔとして計算する。また、前記補償値Ｔｒｔは、車速ｖｘの増加に従って増加する。

これらの計算された基本アシストトルクＴａｓおよび補償値Ｔｒｔは演算部３３に入力される。演算部３３は、基本アシストトルクＴａｓと補償値Ｔｒｔを加算し、加算結果を目標指令トルクＴ＊としてｑ軸目標電流演算部３４に出力する。

ｑ軸目標電流演算部３４は、前記目標指令トルクＴ＊に比例したｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。このｑ軸目標電流Ｉｑ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｑ軸成分電流であり、電動モータ１５によって発生される回転トルクの大きさを制御するものである。

電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の効率化および小型高出力化のための弱め界磁制御に関係した弱め界磁制御パラメータ演算部３５を備えている。弱め界磁制御パラメータ演算部３５は、詳しくは後述する電動モータ１５の回転角速度ω、電動モータ１５に対するｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’および電動モータ１５のｑ軸実電流Ｉｑを入力し、第１〜第３パラメータマップを参照して、前記回転角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じた第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算する。これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉは、ｄ軸目標電流演算部３６に出力される。ｄ軸目標電流演算部３６は、第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉに正の係数ｋを乗算して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊（＝ｋ・Ｃｗ・Ｃｑ・Ｃｉ）を計算する。このｄ軸目標電流Ｉｄ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｄ軸成分電流であり、電動モータ１５の界磁を弱めるためのものである。

次に、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉについて説明しておく。第１パラメータマップは、図６の特性グラフに示すように、モータ回転角速度ωが小さい部分では「０」を示し、モータ回転角速度ωの大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第１パラメータＣｗを記憶している。したがって、この特性に従って決定される第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が大きな領域で弱め界磁電流を大きくすることを意味し、電動モータ１５を出力トルク重視の特性から回転速度重視の特性に変更する。また、この第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が遅いとき、すなわち操舵ハンドル１１の回動速度が遅いときに、無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第２パラメータマップは、図７の特性グラフに示すように、電動モータ１５のｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’が小さい部分では「０」を示し、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’の大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第２パラメータＣｑを記憶している。このｑ軸指令電圧Ｖｑが大きいことは、ｑ軸指令電流ΔＩｑが大きいこと、すなわちｑ軸目標電流Ｉｑ＊（補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’）と電動モータ１５の実ｑ軸電流Ｉｑとの偏差が大きいことを意味し、前記偏差が大きくなるに従って電動モータ１５の弱め界磁電流は大きくなる。これにより、第２パラメータＣｑは、車両走行中に操舵ハンドル１１をゆっくりかつ小さく回動操作した場合に、前記偏差が大きなときに弱め界磁制御を行って電動モータ１５の回転速度を上昇させ、前記偏差が小さなときには無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第３パラメータマップは、図８の特性グラフに示すように、ｑ軸実電流Ｉｑの小さい部分ではほぼ一定の正の値を示すとともにｑ軸実電流Ｉｑの大きい部分では「０」を示す第３パラメータＣｉを記憶している。この第３パラメータＣｉは、モータ回転角速度ωが大きな状態で、操舵ハンドル１１をさらに速く回動操作した場合に、電動モータ１５による操舵アシストトルクが減少制御されて、操舵ハンドル１１の操舵トルクが増加することを回避する。尚、本実施形態では、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを第１〜第３パラメータマップを用いて計算するようにしたが、これらのマップに代えてモータ回転角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じて変化する第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉをそれぞれ定義した関数を用意しておき、同関数を用いて第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算するようにしてもよい。

前記計算されたｑ軸目標電流Ｉｑ＊およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊はｑ軸目標電流補正演算部３７に出力される。ｑ軸目標電流補正演算部３７は、ｑ軸目標電流演算部３４からｑ軸目標電流Ｉｑ＊を入力し、ｄ軸目標電流演算部３６からｄ軸目標電流Ｉｄ＊を入力する。そして、ｑ軸目標電流補正演算部３７は、図９に示す補正係数マップを参照して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊に対応した補正係数αを算出するとともに、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊をその補正係数αで除算することにより、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を補正した補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を計算して（Ｉｑ＊’＝Ｉｑ＊／α）、その計算結果である補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を演算部３８に出力する。

この補正係数マップは、ｑ軸目標電流補正演算部３７に設けられており、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の増加に従って減少する正の補正係数αを記憶している。これにより、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊が大きくなる従ってｑ軸目標電流Ｉｑ＊を大きくなる側に補正した値を示す。
尚、本実施形態では、補正係数αを補正係数マップを用いて計算するようにしたが、補正係数マップに代えてｄ軸目標電流Ｉｄ＊に応じて変化する補正係数αを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて補正係数αを計算するようにしてもよい。

演算部３８は、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’からｑ軸実電流Ｉｑを減算し、減算結果をｑ軸指令電流ΔＩｑとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１に出力する。演算部３９は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊からｄ軸実電流Ｉｄを減算し、減算結果をｄ軸指令電流ΔＩｄとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４２に出力する。比例積分制御部４１および比例積分制御部４２は、ｑ軸指令電流ΔＩｑおよびｄ軸指令電流ΔＩｄに基づいて、ｑ軸実電流Ｉｑおよびｄ軸実電流Ｉｄが補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊にそれぞれ追従するようにｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を計算する。

比例積分制御部４１および比例積分制御部４２により算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊は、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５により補正されてｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’として２相／３相座標変換部４６に出力される。非干渉補正値演算部４３は、ｑ軸実電流Ｉｑとｄ軸実電流Ｉｄとモータ回転角速度ωとに基づいて、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊のための非干渉補正値−ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ω・Ｌa・Ｉｑを計算する。尚、前記インダクタンスＬa及び磁束φaは、予め決められた定数である。

演算部４４、４５は、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊から非干渉補正値−ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ω・Ｌa・Ｉｑをそれぞれ減算して、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’（＝Ｖｑ＊＋ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)）およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’（＝Ｖｄ＊−ω・Ｌa・Ｉｑ）を算出する。

２相／３相座標変換部４６は、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’を３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、同変換した３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ電圧発生部４７に出力する。ＰＷＭ電圧発生部４７は、３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶをインバータ回路４８に出力する。インバータ回路４８は、前記ＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶに対応した３相の励磁電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生して、同励磁電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを３相の励磁電流路を介して電動モータ１５にそれぞれ印加する。

３相の励磁電流路のうちの２つには電流センサ５１，５２が設けられ、各電流センサ５１，５２は、電動モータ１５に対する３相の励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの励磁電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相／２相座標変換部５３に出力する。この３相／２相座標変換部５３には、演算部５４にて前記実電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて計算された励磁電流Ｉｖも出力されている。３相／２相座標変換部５３は、これらの３相実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相実電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。この２相実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、演算部３８，３９、非干渉補正値演算部４３、および、弱め界磁制御パラメータ演算部３５に出力される。

２相／３相座標変換部４６および３相／２相座標変換部５３による座標変換を行うためには、電動モータ１５の電気角の検出が必要となる。そこで、電子制御ユニット３０は、電気角変換部５５を備えている。電気角変換部５５は、回転角センサ２３の検出信号を入力し、その検出信号に基づいて電動モータ１５における回転子の固定子に対する電気角θを計算する。計算された電気角θは、２相／３相座標変換部４６、３相／２相座標変換部５３だけでなく、角速度変換部５６補償値演算部３２にも出力される。

角速度変換部５６は、前記電気角θを微分して回転子の固定子に対する角速度ωを計算する。計算された角速度ωは、補償値演算部３２、弱め界磁制御パラメータ演算部３５、非干渉補正値演算部４３、２相／３相座標変換部４６および３相／２相座標変換部５３に出力される。

次に、上記のように構成したアシスト制御機能部の動作について説明する。
運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、この回動操作は、ステアリングシャフト１２およびピニオンギヤ１３を介してラックバー１４に伝達されて、ラックバー１４の軸線方向の変位により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵される。これと同時に、操舵トルクセンサ２１はステアリングシャフト１２に付与される操舵トルクＴｈを検出し、電動モータ１５が電子制御ユニット３０によりサーボ制御されて前記操舵トルクＴｈに応じたアシストトルクでラックバー１４を駆動するので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は電動モータ１５の駆動力によりアシストされながら操舵される。

この電子制御ユニット３０によるサーボ制御においては、基本アシストトルク演算部３１、補償値演算部３２及び演算部３３が、前記検出操舵トルクＴｈ、車速ｖｘ、電動モータ１５の回転角（操舵ハンドル１１の操舵角）θ及び電動モータ１５の角速度（操舵ハンドル１１の操舵角速度）ωに基づいて目標指令トルクＴ＊を計算するとともに、ｑ軸目標電流演算部３４がこの目標指令トルクＴ＊に基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。また、ｄ軸目標電流演算部３６が、弱め界磁制御パラメータ演算部３５にて電動モータ１５の角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑおよびｑ軸実電流Ｉｑに基づいて計算された第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを用いて、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を計算する。

そして、演算部３８，３９、比例積分制御部４１，４２、２相／３相座標変換部４６、ＰＷＭ電圧発生部４７及びインバータ回路４８が、電流センサ５１，５２、３相／２相座標変換部５３及び演算部５４によってフィードバックされたｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑを用いて、電動モータ１５を制御する。また、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５は、ｄ，ｑ軸間で干渉し合う速度起電力を打ち消すために比例積分制御部４１，４２からのｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を補正する。

電子制御ユニット３０は、こうしたアシスト制御と並行して電動モータ１５の異常の有無を判定し、異常が検出されたときに異常処理を行うモータ異常処理部６０を備える。
このモータ異常処理部６０は、図２に示すように、周波数分離フィルタ処理部６１と、異常判定自動補正部６２と、異常履歴記憶部６３とから構成される。周波数分離フィルタ処理部６１は、操舵トルクセンサ２１の出力する操舵トルク信号から特定の周波数（周波数帯）における振動成分をフィルタリング処理により抽出する。

電動モータ１５は、ロータに固定されたマグネットが緩んで正しい位置からずれると、その出力トルクが固有の周波数で振動する。この振動周波数は、モータステータ数、つまり、ステータのコイル数に応じた値となる。そして、この出力トルクの振動は、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈ検出値に現れる。そこで、本実施形態においては、電動モータ１５のマグネットずれ異常を検出するために、周波数分離フィルタ処理部６１により、操舵トルクＴｈの出力信号から予め設定したマグネットずれ特有の特定周波数における振動成分を抽出する。

周波数分離フィルタ処理部６１により抽出された特定周波数における振動成分は、異常判定自動補正部６２に出力される。異常判定自動補正部６２は、入力した特定周波数における振動成分の振動レベルから電動モータ１５の異常の有無を判定する。そして、異常有りと判定した場合には、回転角センサ２３のオフセット値を調整することにより振動低減を図り、振動レベルが基準値内におさまらない場合に、不揮発性メモリで構成される異常履歴記憶部６３にモータ異常データを記憶する。

ここで、異常判定自動補正部６２の処理について詳しく説明する。図３は、異常判定自動補正部６２の実行する異常判定オフセット値変更制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは、異常判定自動補正部６２内に制御プログラムとして記憶されている。本制御ルーチンは、イグニッションスイッチがオンしているときに予め定められたタイミングで実施される。このタイミングは、任意に設定できるものである。また、この制御ルーチンが実行されるときには、それと並行して周波数分離フィルタ処理部６１による特定周波数の振動成分抽出処理が行われる。

本制御ルーチンが起動すると、異常判定自動補正部６２は、まず、ステップＳ１１において、車速センサ２２から車速ｖｘ情報を読み込み、車速ｖｘが予め設定された基準速度ｖ０以下であるか否かを判断する。このステップＳ１１の判断処理は、車両が実質的に停止しているか否かを判断するものである。従って、基準速度ｖ０は、零（ｖｘ＝０）あるいは零近傍の所定値に設定される。
車速ｖｘが基準車速ｖ０より大きければ（Ｓ１１：ＮＯ）、本制御ルーチンを終了し、車速ｖｘが基準車速ｖ０以下であれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、その処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２においては、周波数分離フィルタ処理部６１により抽出された特定周波数における振動成分を読み込み、この振動成分の振動レベルＡｘ（振幅Ａｘ）が予め設定した基準レベルＡ０より大きいか否かを判断する。つまり、ステップＳ１２では、電動モータ１５のマグネットずれによる特有の振動が発生しているか否かを判断する。
電動モータ１５にマグネットずれが生じている場合には、特定周波数にてモータ出力トルクが振動する。この周波数（例えば、電気角１回転あたりの振動数）は、ステータコイル数に関係する。そこで、操舵トルクセンサ２１にて検出した操舵トルク信号Ｔｈの特定周波数における振動成分を周波数分離フィルタ処理部６１により抽出し、その抽出された振動成分の振動レベルＡｘの大きさに基づいて、マグネットずれ異常の有無を判断する。

悪路走行中においては、路面の凹凸により車輪に転舵力が働いて操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈが振動する。従って、この振動がモータ異常判定にとってノイズとなる。そこで、先のステップＳ１１において、車速ｖｘが基準速度ｖ０以下のとき、つまり、実質的に車両が走行していないときにモータ異常判定を行うようにしている。

ステップＳ１２において、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以下であれば（Ｓ１２：ＮＯ）、マグネットずれ異常が生じていないと判断して本制御ルーチンを終了する。一方、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きければ（Ｓ１２：ＹＥＳ）、マグネットずれ異常が生じていると判断して、その処理をステップＳ１３に進める。従って、このステップＳ１２の判断処理が、本発明のモータ異常判定手段に相当する。

ステップＳ１３においては、回転角センサ２３のオフセット値を＋側に所定値だけ変更指示するための変更指令Ｃｏｆｆ＋を電気角変換部５５に出力する。
回転角センサ２３のオフセット値は、回転角センサ２３により検出される電動モータ１５のロータ回転角と、電動モータ１５の通電制御に使われる制御上での回転角（電気角）との基準回転角位置を一致させるための調整用制御パラメータであり、電気角変換部５５に予め適正な値に設定されている。そして、電気角変換部５５は、異常判定自動補正部６２からのオフセット値変更指令Ｃｏｆｆ＋に従って、回転角センサ２３のオフセット値を所定値だけ増す。

続いて、ステップＳ１４において、再度、周波数分離フィルタ処理部６１から特定周波数振動成分を読み込み、この振動成分の振動レベルＡｘが低下したかを判断する。つまり、回転角センサ２３のオフセット値を＋側に変更して振動低減効果が得られているか否かを判断する。そして、振動レベルＡｘの低下が検出されなければ、今度は、逆に、オフセット値を−側に変更指示するための変更指令Ｃｏｆｆ−を電気角変換部５５に出力する（Ｓ１５）。電気角変換部５５は、異常判定自動補正部６２からのオフセット値変更指令Ｃｏｆｆ−に従って、回転角センサ２３のオフセット値を所定値だけ減らす。この場合、オフセット値は、初期設定値、つまり、ステップＳ１３にて変更する前の値に対して所定値だけ減らされる。

次に、ステップＳ１６において、このオフセット値の変更に対して振動レベルＡｘが低下したかを判断する。そして、振動レベルＡｘの低下が検出されなければ、つまり、オフセット値を＋側に変更しても−側にも変更しても振動レベルＡｘが変化しない場合には、オフセット値を初期値に戻し（Ｓ２１）、異常履歴記憶部６３に操舵トルク振動異常が発生している旨のデータを記憶する（Ｓ２２）。また、ウォーニングランプ２４に点灯指令信号Ｗｏｎを出力してウォーニングランプ２４を点灯し運転者に異常を報知する（Ｓ２３）。この異常報知処理を完了すると、本制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１４あるいはステップＳ１６において、オフセット値の変更により振動レベルＡｘの低下が確認された場合には、ステップＳ１７の処理に移行し、オフセット値の変更量を１段階増加させる変更指令を電気角変換部５５に出力する。例えば、オフセット値を＋側に増大することで振動レベルＡｘの低下が確認されている場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、オフセット値を更に＋側に１段階増大させる変更指令Ｃｏｆｆ＋を出力する。逆に、オフセット値を−側に増大することで振動レベルＡｘの低下が確認されている場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、オフセット値を更に−側に１段階増大させる変更指令Ｃｏｆｆ−を出力する。

続いて、ステップＳ１８において、振動レベルＡｘが低下したか否かを判断する。振動レベルＡｘが低下していれば、ステップＳ１７の処理に戻り、更にオフセット値の変更量を増大する。このステップＳ１７，Ｓ１８の処理は繰り返され、振動レベルＡｘの低下が検出されなくなった時点で、次のステップＳ１９の処理に進む。
このステップＳ１９においては、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以下にまで低下しているか否かを判断する。そして、オフセット値の変更により振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以下にまで低下した場合には（Ｓ１９：ＹＥＳ）、調整されたオフセット値を正規のオフセット値として電気角変換部５５に記憶更新させ、本制御ルーチンを終了する。従って、以降、電気角変換部５５は、この更新されたオフセット値を使って電動モータ１５の電気角θを算出する。

一方、ステップＳ１９において、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きいと判断された場合、つまり、オフセット値を変更調整したにもかかわらず、振動レベルＡｘが基準レンベルＡ０を超えている場合には、上述したステップＳ２１〜ステップＳ２３の処理を行って本制御ルーチンを終了する。

以上説明した異常判定オフセット値変更制御ルーチンによれば、電動モータ１５のマグネットずれ異常を操舵トルクＴｈ信号の特定周波数における振動レベルに基づいて検出し、更に、異常が検出された場合には、回転角センサ２３のオフセット値を変更して振動レベルを最小にする。そして、振動レベルが基準レベル以下になっていれば、振動レベルが最小となるオフセット値を正規のオフセット値として電気角変換部５５に記憶更新する。また、オフセット値を変更しても振動レベルが基準レベル以下に達しない場合には、ウォーニングランプ２４の点灯により運転者に異常を知らせるとともに異常履歴記憶部６３に異常データを記憶する。サービスマンは、この異常履歴記憶部６３に記憶された異常データにより異常内容を把握して適切な修理を行うことができる。

このように本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、電動モータ１５のマグネットずれ異常を簡単に検出することができる。しかも、異常検出時には、回転角センサ２３の検出値に対するオフセット値を変更設定することで、操舵トルク振動を最小にし、運転者の操舵操作にかかる違和感を低減した状態でアシスト制御を継続することができる。
また、車速ｖｘが零あるいは零近傍である基準速度ｖ０以下のときに、マグネットずれ異常を検出するようにしているため、路面凹凸により検出される振動ノイズの影響がなく精度良く異常判定を行うことができる。
また、電動パワーステアリング装置に用いるアシスト用モータとして、特殊なモータを使用する必要もなく、設計自由度が狭くならない。

尚、オフセット値を変更しても振動レベルが基準レベル以下に低下しない場合には、安全性を向上するために、パワーアシストを停止（操舵アシストトルクの発生を停止）あるいは操舵アシストトルクを低減するアシスト低減手段を設けるとよい。例えば、ステップＳ２２の異常履歴記憶処理を行うときに、異常判定自動補正部６２からＰＷＭ電圧発生部４７に補正係数Ｋｘ信号を出力する。そして、ＰＷＭ電圧発生部４７は、この補正係数Ｋｘ信号に基づいて、インバータ回路４８に出力する電圧指令に補正係数Ｋｘ（０≦Ｋｘ＜１）を乗じることで、電動モータ１５に印加する電圧を減らして、操舵アシストトルクを低減するように構成する。

また、この補正係数Ｋｘは、振動レベルＡｘに応じて変化させるようにしてもよい。例えば、異常判定自動補正部６２は、振動レベルＡｘが大きいほど補正係数Ｋｘの値を小さな値に設定するマップ等の関係付けデータを記憶し、この関係付けデータに沿って補正係数Ｋｘを算出する。これによれば、振動レベルＡｘが大きいほど、操舵アシストトルクの発生を抑えることができる。

また、上記異常判定オフセット値変更制御ルーチンにおいては、操舵トルクセンサ２１の出力信号Ｔｈの特定周波数における振動レベルを検出したが、目標アシスト制御値の特定周波数における振動レベルを検出してもよい。例えば、目標アシスト制御値としては、基本アシストトルク演算部３１により算出される基本アシストトルクＴａｓ、あるいは、補償値トルクＴｒｔを加味した演算部３３により算出される目標指令トルクＴ＊、あるいは、ｑ軸目標電流演算部３４にて算出されるｑ軸目標電流Ｉｑ＊などを利用することができる。この場合、周波数分離フィルタ処理部６１は、目標アシスト制御値を入力し、目標アシスト制御値に含まれる特定周波数における振動を抽出する。尚、図２中においては、基本アシストトルク演算部３１にて算出された基本アシストトルクＴａｓを周波数分離フィルタ処理部６１に入力して特定周波数における振動レベルを検出する変形例としての構成を、その信号ラインを破線を用いて示している。

また、上記異常判定オフセット値変更制御ルーチンにおいては、路面凹凸による振動ノイズがモータ異常判定に影響しないように、車速ｖｘが基準速度ｖ０以下となる状況において異常判定を行うようにしているが、振動の継続時間に基づいてモータ異常振動と路面ノイズ振動とを判別するようにしてもよい。その変形例について図４を用いて説明する。
図４は、変形例としての異常判定オフセット値変更制御ルーチンを表す。この変形例は、図３にて示した制御ルーチンにおいてステップＳ１１の処理を省き、ステップＳ３０の処理を追加したものである。他の処理については、先の制御ルーチンと同一であるため説明を省略する。

この制御ルーチンが起動すると、異常判定自動補正部６２は、まず、ステップＳ１２において、周波数分離フィルタ処理部６１により抽出された特定周波数における振動成分を読み込み、この振動成分の振動レベルＡｘ（振幅Ａｘ）が予め設定した基準レベルＡ０より大きいか否かを判断する。そして、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以下であれば（Ｓ１２：ＮＯ）、電動モータ１５にマグネットずれ異常が発生していないと判断して本制御ルーチンを終了する。一方、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きければ（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ３０において、その状態が所定時間継続したか否か、つまり、振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きい状態が所定時間継続したか否かを判断する。

振動レベルＡｘが基準レベルＡ０より大きいと判断された後、所定時間経過する前に振動レベルＡｘが基準レベルＡ０以内におさまった場合には、一時的な振動であるため、電動モータ１５のマグネットずれ異常ではないと判断して本制御ルーチンを終了する。例えば、車両が悪路走行している場合には、路面の凹凸により車輪に転舵力が働き操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈ、あるいは、それに伴う目標アシスト制御値が振動する場合がある。しかし、そうした現象は一時的なものであるため、ステップＳ３０により振動の継続時間を判断することにより、振動発生が悪路走行によるものなのかマグネットずれ異常によるものなのかを判別する。

そして、ステップＳ３０の判断が「ＹＥＳ」、つまり、振動レベルＡｘが所定時間継続して基準レベルＡ０より大きい場合には、電動モータ１５のマグネットずれ異常であると判断して、以下、ステップＳ１３からのオフセット値変更処理を行う。このステップＳ１３以降のオフセット値変更処理は、図３に示した制御ルーチンと同様である。

以上本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、本実施形態においては、マグネットずれ異常が検出された場合に、オフセット値調整により振動レベルが基準レベル以下におさまったケースにおいては、ウォーニングランプ２４を点灯しないように構成したが、オフセット値を調整した場合には、振動レベルが基準レベル以下におさまったケースであってもウォーニングランプ２４を点灯するように構成してもよい。
また、本実施形態においては、オフセット値を調整して振動レベルが低下した場合であっても、その振動レベルが基準レベル以下にならなければオフセット値を更新記憶しなかったが、振動レベルの低下が検知された場合には、その振動レベルが基準レベルを上回っていても、そのときのオフセット値を正規のオフセット値として記憶更新するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、電動モータ１５として永久磁石三相同期モータを使用したが、他の種類の電動モータであってもよい。マグネットずれ異常を検出する構成であれば、永久磁石同期モータを使用することになる。
更に、本実施形態においては、マグネットずれ異常を検出したときに、回転角センサ２３のオフセット値を変更するようにしたが、他の制御パラメータを変更するようにしてもよいし、制御パラメータを変更せずに異常報知処理あるいは異常履歴記憶処理を行うようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の概略図である。 実施形態に係る電子制御ユニットの機能を示す機能ブロック図である。 異常判定オフセット値変更制御ルーチンを表すフローチャートである。 変形例としての異常判定オフセット値変更制御ルーチンを表すフローチャートである。 操舵トルクと基本アシストトルクとの関係を示す特性グラフである。 電動モータの角速度と第１パラメータＣｗとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸指令電圧と第２パラメータＣｑとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸実電流と第３パラメータＣｉとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｄ軸目標電流と補正係数αとの関係を表すグラフである。

符号の説明

１０…転舵機構、１１…操舵ハンドル、１５…電動モータ、２１…操舵トルクセンサ、２２…車速センサ、２３…回転角センサ、２４…ウォーニングランプ、３０…電子制御ユニット、３１…基本アシストトルク演算部、５５…電気角変換部、６０…モータ異常処理部、６１…周波数分離フィルタ処理部、６２…異常判定自動補正部、６３…異常履歴記憶部、ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪（転舵輪）。

Claims (5)

1. 操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、
   上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシストトルクを発生する電動モータと、
   上記操舵ハンドルに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   少なくとも上記トルクセンサにて検出された操舵トルクに応じて目標アシスト制御値を算出し、上記算出された目標アシスト制御値に基づいて上記電動モータへの通電を制御するアシスト制御手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記トルクセンサの検出値あるいは上記算出された目標アシスト制御値に含まれる特定周波数の振動を検出する振動検出手段と、
   上記振動検出手段により検出した振動の振動レベルに基づいて、上記電動モータの異常の有無を判定するモータ異常判定手段と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記異常判定手段により上記電動モータの異常が検出された場合には、上記電動モータの制御パラメータの値を変更するパラメータ変更手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記電動モータの回転角を検出する回転角センサを備え、
   上記アシスト制御手段は、上記回転角センサにて検出された回転角に基づいて上記電動モータの通電を制御し、
   上記パラメータ変更手段は、上記電動モータの異常が検出された場合に、上記回転角センサのオフセット値を変更することを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、
   上記モータ異常判定手段は、上記走行速度が所定速度以下となっているときの上記振動レベルに基づいて上記電動モータの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記モータ異常判定手段は、上記振動検出手段により検出した振動の振動レベルが、所定時間以上継続して基準レベルを超えているときに、上記電動モータが異常であると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。

Images