JP2009089552A - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置を使用した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２相以上の電流センサに故障が発生した場合でもモータ電流の推定を正確に行う。
【解決手段】モータ電流検出手段１９の異常を検出する異常検出手段３８と、電動モータ８とモータ駆動制御手段２４を含む抵抗−インダクタンスモデルを用いてモータ電流を推定する電流オブザーバ３６と、異常検出手段３８で前記モータ電流検出手段１９の異常を検出していないときには当該モータ電流検出手段１９のモータ電流検出値を前記モータ駆動制御手段２４に供給し、前記モータ電流検出手段１９の異常を検出したときには前記電流オブザーバ３６で推定したモータ電流推定値を前記モータ駆動制御手段２４に供給するモータ電流選択手段３９とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータに流れるモータ電流を検出して電動モータを駆動制御するモータ駆動制御装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。

従来、直流無整流子モータの駆動制御装置において、各相の電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段によって異常が検出された相以外の相の電流値に基づいて、異常が検出された相の電流値を推定する電流値推定手段とを設けた直流無整流しモータの駆動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、直流無整流子モータが３相モータである場合には、３相の電流センサうちの１相の電流センサが故障したことを検知した場合、残り２相の電流センサの電流検出値により、電流センサが故障した相の電流値を推定し、推定した電流値に基づいてモータ駆動を行うことができる。
特開２００５−１８４９６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、各相で故障していない相の電流検出値に基づいて故障した相の電流を推定するようにしているので、２相以上の電流センサに故障が発生した場合には、モータ電流の推定を行うことができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、２相以上の電流センサに故障が発生した場合でもモータ電流の推定を正確に行うことができるモータ駆動制御装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係るモータ駆動制御装置は、電動モータを駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記電動モータを流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記電流指令値演算手段で演算した電流指令値と前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流とに基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ駆動制御手段とを備えたモータ駆動制御装置であって、
前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、前記電動モータと前記モータ駆動制御手段を含む抵抗−インダクタンスモデルを用いてモータ電流を推定する電流オブザーバと、前記異常検出手段で前記モータ電流検出手段の異常を検出していないときには当該モータ電流検出手段のモータ電流検出値を前記モータ駆動制御手段に供給し、前記モータ電流検出手段の異常を検出したときには前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値を前記モータ駆動制御手段に供給するモータ電流選択手段とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２に係るモータ駆動制御装置は、請求項１に係る発明において、前記電流オブザーバは、前記モータの抵抗−インダクタンスモデルのパラメータを温度変化を考慮して推定するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係るモータ駆動制御装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記電流オブザーバは、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値及びその微分値の何れかが所定値より小さい領域で前記モータの抵抗−インダクタンスモデルのパラメータを同定するように構成されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係るモータ駆動制御装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記電流オブザーバは、前記異常検出手段で、前記モータ電流検出手段の異常を検出していないときに、当該モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と、当該モータ電流検出値の微分値とを用いて前記抵抗−インダクタンスモデルを同定するように構成されていることを特徴としている。

なおさらに、請求項５に係るモータ駆動制御装置は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記異常検出手段は、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値との偏差が所定閾値以上となったときに当該モータ電流検出手段が異常であると判断するように構成されていることを特徴としている。

また、請求項６に係るモータ駆動制御装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記異常検出手段は、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値との偏差の微分値が所定閾値以上となったときに当該モータ電流検出手段が異常であると判断するように構成されていることを特徴としている。

さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータを前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置で駆動制御するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、電流オブザーバによって、電動モータとモータ駆動手段を含む抵抗−インダクタンスモデルを用いてモータ電流を推定し、モータ電流検出手段の異常を異常検出手段で検出したときに、モータ電流選択手段で、電流オブザーバで推定したモータ電流推定値を選択してモータ駆動制御手段に供給することにより、モータ電流検出手段に異常が発生しても電動モータの駆動制御を正確に継続することができるという効果が得られる。

しかも、電流オブザーバでモータ電流推定値を求めるので、電動モータの相数に応じた数の電流検出手段を用いる必要がなく、電動モータの相数から１を減じた数の電流検出手段を設けるだけで、全ての相の電流検出値を得ることができ、異常となった電流検出手段の数にかかわらず正確なモータ電流推定値を得ることができる。
また、モータ電流検出手段が正常である状態で、モータ電流検出値を用いて電流オブザーバの同定を行うことにより、電流オブザーバで正確なモータ電流推定値を得ることができる。

さらに、正確なモータ電流推定値を得ることができる電流オブザーバを使用したモータ駆動制御装置を操舵補助力を発生させる電動モータとして使用することにより、モータ電流検出手段に異常が発生した場合にも、操舵補助制御を継続することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す全体構成図であって、図中、１はステアリング機構であり、このステアリング機構１はステアリングホイール２が装着されたステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３のステアリングホイール２とは反対側に連結されたラックピニオン機構４と、このラックピニオン機構４にタイロッド等の連結機構５を介して連結された左右の転舵輪６とを備えている。

そして、ステアリングシャフト３には、減速機７を介して電動モータ８が連結されている。この電動モータ８は、例えば三相交流駆動されるスター（Ｙ）結線されたブラシレスモータで構成され、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。
そして、電動モータ８は、車両に搭載されたバッテリ１１から出力される大電流がヒューズ１２を介して直接供給されると共に、小電流がイグニッションスイッチ７１を介して供給される制御装置１３によって駆動制御される。

この制御装置１３には、ステアリングシャフト３に配設された操舵トルク検出部としての操舵トルクセンサ１６で検出されたステアリングホイール２に入力される操舵トルクＴが入力されていると共に、電動モータ８に配設されたレゾルバなどのモータ角度検出器１７で検出されたモータ回転角θｍが入力され、さらに車速センサ１８で検出した車速検出値Ｖｓが入力されると共に、モータ電流検出部１９で検出した電動モータ８の各相電流Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃが入力されている。

ここで、操舵トルクセンサ１６は、ステアリングホイール２に付与されてステアリングシャフト３に伝達された操舵トルクＴを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
モータ電流検出部１９は、電動モータ８に供給される３相のモータ電流の全てを検出してもよいし、３相のモータ電流のうちの２相分例えばＡ相及びＢ相のモータ電流Ｉｍａ及びＩｍｂを検出すると共に、検出したモータ電流Ｉｍａ及びＩｍｂに基づいて残りのモータ電流Ｉｍｃを演算するようにしてもよく、検出した各相電流検出値Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃを制御装置１３に入力する。

制御装置１３は、図２に示すように、モータ角度検出器１７の検出信号に基づいて電気角θｅ及びモータ角速度ωｍを演算する角速度演算部２０と、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ１８で検出した車速Ｖｓが入力されこれらに基づいて電動モータ８に対する電流指令値Ｉｒｅｆを生成し、生成した電流指令値及びモータ角速度に基づいて電動モータ８のｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを演算する電流指令値生成部２１と、この電流指令値生成部２１で生成したｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを電気角θｅに基づいて２相／３相変換して各相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆを算出する２相／３相変換部２３と、この２相／３相変換部２３から出力される相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆと後述する電流選択部３９で選択された各相電流Ｉｓａ、Ｉｓｂ及びＩｓｃとに基づいて電動モータ８の駆動制御するモータ駆動制御手段としてのモータ駆動制御部２４とを備えている。

角速度演算部２０の一例としては、図３に示すように、モータ角度検出器１７の出力信号が入力されてモータ回転角θｍを検出するモータ回転角検出部２０ａと、このモータ回転角検出部２０ａで検出したモータ回転角θｍに基づいて電気角θｅを算出する電気角演算部２０ｂと、モータ回転角検出部２０ａで算出したモータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出するモータ角速度演算部２０ｃとを備えている。

電流指令値生成部２１は、操舵トルクセンサ１６から入力される操舵トルクＴと車速検出値Ｖｓとに基づいて図４に示す電流指令値Ｉｒｅｆを算出する電流指令値算出用記憶テーブルを参照して電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、算出した電流指令値Ｉｒｅｆ及びモータ角速度ωｍに基づいて電動モータ８のｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを演算する。

ここで、電流指令値算出用記憶テーブルは、図４に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速Ｖｓをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は電流指令値Ｉｒｅｆが“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は電流指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

また、モータ駆動制御部２４は、２相／３相変換部２３から出力される相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆから電流選択部３９で選択された選択電流Ｉｓａ、Ｉｓｂ及びＩｓｃを減算して電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃを算出する減算部２５と、この減算部２５から出力される電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃに基づいて比例積分制御を行って電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆを算出する電流制御部２６と、この電流制御部２６から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を形成するＰＷＭ制御部２７と、図５に示すように、ＰＷＭ制御部２７から出力されるパルス幅変調信号によって６個の電界効果トランジスタＱａｕ〜Ｑｃｄのゲートが制御されて、２相／３相変換部２３で変換された相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆに応じた相電流Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃを電動モータ８に供給するインバータ回路２８とを備えている。

ここで、ＰＷＭ制御部２７は、電流制御部２６から出力される各相電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに基づいて決定されるデューティ比Ｄａ、Ｄｂ及びＤｃのＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって後述するインバータ回路２８の電界効果トランジスタＱａｕ〜ＱｃｄをＯＮ／ＯＦＦすることにより、実際に電動モータ８に流れる電流Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃの大きさが制御される。ここで、デューティ比Ｄａ、Ｄｂ及びＤｃの大きさに伴って上アームを構成する電界効果トランジスタＱａｕ、Ｑｂｕ及びＱｃｕと下アームを構成する電界効果トランジスタＱａｄ、Ｑｂｄ及びＱｃｄは、夫々アームショートを避けるためのデッドタイムを持ってＰＷＭ駆動される。

さらに、インバータ回路２８は、図５に示すように、２つの電界効果トランジスタＱａｕ及びＱａｄが直列に接続された直列回路と、この直列回路と並列に接続された同様に２つの電界効果トランジスタＱｂｕ及びＱｂｄの直列回路、電界効果トランジスタＱｃｕ及びＱｃｄの直列回路とで構成されている。このインバータ回路２８の電界効果トランジスタＱａｕ及びＱａｄの接続点、電界効果トランジスタＱｂｕ及びＱｂｄの接続点並びに電界効果トランジスタＱｃｕ及びＱｃｄの接続点が電動モータ８のスター結線された各励磁コイルＬａ、Ｌｂ並びにＬｃに接続されている。さらにインバータ回路２８の電界効果トランジスタＱａｄ及びＱｂｄと接地との間にモータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂを検出し、これらモータ駆動電流Ｉｍａ及びＩｍｂに基づいて残りのＩｍｃを演算するモータ電流検出部１９が配設されている。

また、インバータ回路２８及び電動モータ８間の端子電圧Ｖｍａ、Ｖｍｂ及びＶｍｃが端子電圧検出部３０で検出され、この端子電圧検出部３０で検出された端子電圧Ｖｍａ、Ｖｍｂ及びＶｍｃと電流選択部３９で選択された選択電流Ｉｓａ、Ｉｓｂ及びＩｓｃとが逆起電圧算出部３１に供給されて、各相の逆起電圧ＥＭＦａ、ＥＭＦｂ及びＥＭＦｃが算出され、算出された逆起電圧ＥＭＦａ、ＥＭＦｂ及びＥＭＦｃが電流制御部２６から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに加算部３２で加算されて逆起電圧補償が行われる。

ここで、逆起電圧算出部３１は、例えばＡ相について説明すると、図６に示すように、端子電圧検出部３０で検出された端子電圧Ｖｍａをローパスフィルタ処理する１次のローパスフィルタ３３ａと、電流選択部３９で選択された選択電流Ｉｓａが入力される伝達関数部３４ａと、ローパスフィルタ３３ａから出力されるフィルタ出力から伝達関数部３４ａの出力を減算して逆起電圧ＥＭＦａを算出する減算器３５ａとで構成されている。

ここで、ローパスフィルタ３３ａは、その伝達関数が１／（Ｔ・ｓ＋１）に設定されている。ここに、ｓはラプラス演算子、Ｔは時定数である。
また、伝達関数部３４ａは、その伝達関数が（Ｌ・ｓ＋Ｒ）／（Ｔ・ｓ＋１）に設定されている。ここに、Ｒはモータ巻線抵抗、ｓはラプラス演算子、Ｌはモータの巻線インダクタンス、Ｔは時定数である。

同様に、Ｂ相及びＣ相についても、図示しないがローパスフィルタ３３ａと同様のローパスフィルタ、伝達関数部３４ａと同様の伝達関数部及び減算器３５ａと同様の減算器とを夫々備えている。
一方、電流制御部２６から出力される逆起電圧補償値を含まない電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆが電流オブザーバ３６に入力されて、この電流オブザーバ３６でモータ電流推定値Ｉｍａ＾、Ｉｍｂ＾及びＩｍｃ＾を算出する。

この電流オブザーバ３６は、逆起電圧が完全に補償されていることを前提とし、電動モータ８の抵抗−インダクタンス電流推定モデルを用いてモータ電流ｉｍｊ（ｊ＝ａ，ｂ，ｃ）の推定値ｉｍｊ＾を算出する。
すなわち、電動モータ８に入力する印加電圧から逆起電圧補償値を除いたモータ電圧指令値Ｖｊｒｅｆ（ｊ＝ａ，ｂ，ｃ）をシステムの入力ｕｊとしたとき、通電等による温度変化の影響を考慮したモータ実モデルは下記（１）式で表すことができる。

ｕｊ＝Ｌ（Ｔ）（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒ（Ｔ）ｉｍｊ …………（１）
但し、
Ｌ（Ｔ）＝Ｌ（Ｔ₂₀）（１＋Ｋ_Lt＊（Ｔ−Ｔ₂₀））
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔ₂₀）（１＋Ｋ_Rt＊（Ｔ−Ｔ₂₀））
Ｌ（Ｔ）は温度変化後のモータインダクタンス、Ｌ（Ｔ₂₀）は標準温度でのモータインダクタンス、Ｋ_Ltはインダクタンスの温度変化係数、Ｒ（Ｔ）は温度変化後のモータ抵抗、Ｒ（Ｔ₂₀）は標準温度でのモータ抵抗、Ｋ_Rtは抵抗の温度変化係数、Ｔ₂₀はパラメータの測定時の標準室温２０℃、Ｔはモータ温度である。

以下、説明に用いる記号の簡略化のため、Ｌ（Ｔ）をＬ、Ｒ（Ｔ）をＲと記述する。
このモータ実モデルに対し、電流推定オブザーバ３６の抵抗−インダクタンスモデルを下記（２）式のように構成する。
ｕ＝Ｌ＾（ｄｉ＾／ｄｔ）＋Ｒ＾＊ｉｍｊ＾ …………（２）
但し、Ｌ＾はインダクタンス推定値、Ｒ＾は抵抗推定値、ｉｍｊ＾はモータ電流推定値である。

ここで、上記インダクタンス及び抵抗の推定値Ｌ＾及びＲ＾は、初期値を各定格値とし、後述する補正方法を用いて補正された値である。
次に、実モータは製造バラツキ等により、定格値に対して誤差を持つ。推定値Ｌ＾及びＲ＾からの抵抗及びインダクタンスの誤差を夫々ΔＬ及びΔＲと定義すると、これら誤差ΔＬ及びΔＲは、下記（３）式及び（４る）式のように表される。

Ｌ＝Ｌ＾＋ΔＬ …………（３）
Ｒ＝Ｒ＾＋ΔＲ …………（４）
上記誤差ΔＬ及びΔＲが大きいと、モータ電流推定が誤推定を起こし、トルクリップルの増加を引き起こす可能性がある。また、電流推定値ｉｍｊ＾をモータ電流検出値ｉｍｊの異常判定に使用する場合は、誤検知を引き起す可能性がある。

よって、上記誤差ΔＬ及びΔＲを正確に推定することにより、電流オブザーバ３６のモデルパラメータを同定し、推定値Ｌ＾及びＲ＾を補正する必要がある。この補正を考慮すると、前記（２）式は下記（５）式で表せる。
ｕｊ＝（Ｌ＾＋ΔＬ）（ｄｉ／ｄｔ）＋（Ｒ＾＋ΔＲ）ｉｍｊ …………（５）
なお、抵抗及びインダクタンスの推定誤差ΔＲ及びΔＬは定格値に対して十分小さいものとする。

したがって、電流オブザーバ３６で、上記（５）式で表される抵抗−インダクタンスモデルを使用してモータ電流推定値ｉｍｊ＾を算出する。
ここで、上記（５）式における抵抗及びインダクタンスの推定誤差ΔＲ及びΔＬを小さい値に維持するは、これら推定誤差ΔＲ及びΔＬを最適状態に補正する必要があり、これら推定誤差ΔＲ及びΔＬを補正するために、推定誤差算出部３７が設けられている。

この推定誤差算出部３７では、モータ電流検出部１９で検出されたモータ電流検出値ｉｍｊが入力されており、このモータ電流検出値ｉｍｊに基づいて電流オブザーバ３６の推定誤差ΔＲ及びΔＬを補正する。
すなわち、前記（５）式を展開すると下記（６）式が得られる。
ｕｊ＝Ｌ＾(ｄｉ／ｄｔ)＋ΔＬ(ｄｉ／ｄｔ)＋Ｒ＾ｉｍｊ＋ΔＲｉｍｊ……（６）
条件（１）
モータ電流検出値ｉｍｊが十分大きく、その微分値ｄｉ／ｄｔか十分小さくなるときは右辺第２項は無視できるほど十分小さくなる（ΔＬ（ｄｉ／ｄｔ）→０）。

よって、以下の式で抵抗の推定誤差ΔＲを求めることができる。
ΔＲ＝｛ｕｊ−Ｌ＾（ｄｉ／ｄｔ）−Ｒ＾ｉｍｊ｝／ｉｍｊ
ΔＲ＝｛ｕｊ＋Ｌ＾（ｄｉ／ｄｔ）｝／ｉｍｊ−Ｒ＾ …………（７）
実際に使う抵抗補正値は上記（７）式で求めた抵抗の推定誤差ΔＲの積分値ΔＲ_fb＝ΔＲ（ｇ_R／ｓ）を用いる。これは、モータ電流検出値ｉｍｊの検出ノイズ等による修正誤差の影響をなくすためである。なお、ｓはラプラス演算子、誤差積分器ゲインｇ_Rはチューニングパラメータである。

上記で求めた抵抗補正値ΔＲ_fbを用いて抵抗推定値Ｒ＾を補正し、次回の補正は補正された抵抗推定値を用いて上記と同様に補正処理を実行する。
条件（２）
モータ電流検出値ｉｍｊが十分小さく、その微分値ｄｉ／ｄｔが十分大きいとき、前記（５）式の右辺第４項は無視できるほど十分小さくなる（ΔＲｉｍｊ→０）。

よって、以下の式でインダクタンスの推定誤差ΔＬを求めることが可能となる。
ΔＬ＝｛ｕｊ−Ｌ＾（ｄｉ／ｄｔ）−Ｒ＾ｉｍｊ｝／（ｄｉ／ｄｔ）
ΔＬ＝（ｕｊ−Ｒ＾ｉｍｊ）／（ｄｉ／ｄｔ）−Ｌ＾ …………（８）
実際に使うインダクタンス補正値は上記（８）式で求めた値の積分値ΔＬ_fb＝ΔＬ（ｇ_L／ｓ）を用いる。これは、モータ電流検出値ｉｍｊの検出ノイズ等による修正誤差の影響をなくすためである。なお、誤差積分器ゲインｇ_Lはチューニングパラメータである。

このインダクタンス補正値ΔＬ_fbでインダクタンス推定値Ｌ＾を補正する。上記で求めたインダクタンス補正値ΔＬ_fbを用いてインダクタンス推定値Ｌ＾を補正し、次回の補正は補正されたインダクタンス推定値Ｌ＾を用いて上記同様に補正処理を実行する。
一方、モータ電流検出部１９の異常を異常検出手段としての異常検出部３８で検出する。この異常検出部３８には、モータ電流検出部１９で検出したモータ電流検出値ｉｍｊと電流オブザーバ３６で算出したモータ電流推定値ｉｍｊ＾とが入力され、両者の偏差Δｉｊ（＝ｉｍｊ−ｉｍｊ＾）が予め設定された閾値Δｉｓ以上であるか否かを判定することにより、モータ電流検出値ｉｍｊが異常であるか否かを判定し、モータ電流検出値ｉｍｊが正常であるときに論理値“０”、異常であるときに論理値“１”の電流選択信号ＳＬを電流選択手段としての電流選択部３９に出力する。

この電流選択部３９には、モータ電流検出部１９で検出されたモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃと電流オブザーバ３６で推定したモータ電流推定値ｉｍａ＾、ｉｍｂ＾及びｉｍｃ＾とが入力され、異常検出部３８から入力される電流選択信号ＳＬが論理値“０”であるときにはモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが正常であると判断してモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃを選択して制御装置１３に供給し、電流選択信号ＳＬが論理値“１”であるときにはモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが異常であると判断してモータ電流推定値ｉｍａ＾、ｉｍｂ＾及びｉｍｃ＾を選択して制御装置１３に供給する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、図１及び図５に示すイグニッションスイッチ７１をオン状態とすることにより、制御装置１３にバッテリ１１からの電源が投入されて、制御装置１３での操舵補助制御処理が開始されると共に、図５に示すリレー７２が通電状態となってインバータ回路２８にバッテリ電圧Ｖｂが供給されて電動モータ８を駆動可能な状態となる。

このとき、電流指令値生成部２１では、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴを読込み、この操舵トルクＴと車速センサ１８から入力される車速Ｖｓとに基づいて図４に示す電流指令値算出マップを参照して電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、算出した電流指令値Ｉｒｅｆ及びモータ角速度ωｍに基づいてｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する。

一方、角速度演算部２０では、モータ回転角検出部２０ａでモータ回転角θｍを検出し、検出したモータ回転角θｍに基づいて電気角演算部２０ｂで電気角θｅを算出すると共に、モータ角速度演算部２０ｃでモータ回転角θｍを微分することによりモータ角速度ωｍを算出する。
そして、電流指令値生成部２１で生成したｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが２相／３相変換部２３に供給されて３相の相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆを算出する。

モータ駆動制御部２４では、減算部２５で、２相／３相変換部２３から出力される相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆから電流選択部３９で選択された選択電流Ｉｓａ、Ｉｓｂ及びＩｓｃが減算されて電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃが算出され、これら電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃが電流制御部２６に供給されてこの電流制御部２６で比例、積分処理を行って電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆを算出する。

一方、逆起電圧算出部３１で選択電流Ｉｓａ〜Ｉｓｃとモータ端子電圧Ｖａ〜Ｖｃとに基づいて逆起電圧ＥＭＦａ〜ＥＭＦｃを算出し、算出した逆起電圧ＥＭＦａ〜ＥＭＦｃを加算部３２に供給して、電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆに加算することにより逆起電圧補償を行い、逆起電圧補償が行われた電圧指令値Ｖａｒｅｆ′〜Ｖｃｒｅｆ′がＰＷＭ制御部２７に入力される。

このため、ＰＷＭ制御部２７で逆起電圧補償された各相電圧指令値Ｖａｒｅｆ′〜Ｖｃｒｅｆ′に応じた６個のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を形成し、これらパルス幅変調信号をインバータ回路２８の各電界効果トランジスタＱａｕ〜Ｑｃｄに供給することにより、このインバータ回路２８から電動モータ８に３相の駆動電流Ｉｍａ〜Ｉｍｃが供給されて電動モータ８が回転駆動され、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに応じた操舵補助力を発生する。

この電動モータ８で発生された操舵補助力は、減速機７を介してステアリングシャフト３に伝達されることにより、ステアリングホイール２を軽い操舵力で操舵することができる。
このとき、車両が停車している状態でステアリングホイール２を操舵する所謂据え切り状態では、車速Ｖｓが零であって、図４に示す電流指令値算出用記憶テーブルの特性線の勾配が大きいことにより、小さい操舵トルクＴで大きな電流指令値Ｉｒｅｆを算出するので、電動モータ８で大きな操舵補助力を発生して軽い操舵を行うことができる。

この車両の停車状態から車両を発進させて走行状態とし、この状態でステアリングホイール２を操舵する通常操舵状態では、車速の増加に応じて操舵補助トルクが小さくする必要がある。ステアリングホイール２に伝達される操舵トルクが操舵トルクセンサ１６で検出されて制御装置１３の電流指令値生成部２１に入力される。図４に示すように、高い車速の記憶テーブルを参照することになるため、電流指令値Ｉｒｅｆも小さい値となり、電動モータ８で発生される操舵補助トルクは据切り時の操舵補助トルクに比較して小さくなる。

ところで、モータ電流検出部１９で検出されるモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが正常である場合には、これらモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃと電流オブザーバ３６で算出されるモータ電流推定値ｉｍａ＾、ｉｍｂ＾及びＩｍｃ＾との電流偏差Δｉａ、Δｉｂ及びΔｉｃが予め設定した所定閾値Δｉｓ以下となることにより、異常検出部３８でモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが正常であると検出されて、論理値“０”の電流選択信号ＳＬが電流選択部３９に供給される。

このため、電流選択部３９では、論理値“０”の電流選択信号ＳＬが入力されることにより、モータ電流検出部１９で検出したモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃを選択して制御装置１３に供給する。したがって、制御装置１３のモータ駆動制御部２４の減算部２５で２相／３相変換部２３から出力される相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆからモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが減算されて電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃが算出されて、通常のモータ駆動制御が行われる。

このモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃが正常である状態で、推定誤差算出部３７では、正常なモータ電流検出値ｉｍａ、ｉｍｂ及びｉｍｃを使用して前述した（７）式及び（８）式の演算を行って、抵抗の推定誤差ΔＲ及びインダクタンスの推定誤差ΔＬを算出し、これら抵抗の推定誤差ΔＲ及びインダクタンスの推定誤差ΔＬを夫々積分し、ゲインを乗算された値ΔＲ_fb及びΔＬ_fbを補正値として抵抗推定値Ｒ＾及びインダクタンス推定値Ｌ＾を補正して抵抗−インダクタンスモデルのパラメータの同定をモータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｃが正常である間継続して行う。このため、電流オブザーバ３６で算出されるモータ電流推定値ｉｍａ＾〜ｉｍｃ＾は正常なモータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｃに近似した値となる。

その後、異常検出部３８で、モータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｃとモータ電流推定値ｉｍａ＾〜ｉｍｃ＾との電流偏差Δｉａ〜Δｉｃの絶対値の少なくもと何れか１つが所定閾値Δｉｓを超える状態となると、モータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｃの何れかが異常と判断して、論理値“１”の電流選択信号ＳＬを電流選択部３９に出力する。このため、電流選択部３９で電流オブザーバ３６から出力される直前までモータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｓで同定されていたモータ電流推定値ｉｍａ＾〜ｉｍｃ＾のうち異常と判定された電流値ｉｍａ〜ｉｍｃに替わって選択され、これらを制御装置１３の減算部２５に供給する。

このため、モータ電流検出部１９で異常が発生した場合でも、電流オブザーバ３６で正確なモータ電流推定値ｉｍａ＾〜ｉｍｃ＾を演算して、モータ駆動制御を継続することができる。
このとき、異常となったモータ電流検出部１９のモータ電流検出値ｉｍａ〜ｉｍｃの数にかかわらず即ち１つ又は２つのモータ電流検出値に異常が発生した場合や全てのモータ電流検出値に異常が発生した場合でも、電流オブザーバ３６で正確なモータ電流推定値ｉｍａ＾〜ｉｍｃ＾を算出することができ、運転者に違和感を与えることなくモータ駆動制御を継続することができる。

なお、上記実施形態においては、抵抗誤差ΔＬを求める場合に、ΔＬ（ｄｉ／ｄｔ）→０の条件が必要であるが、実際上、ΔＬ（ｄｉ／ｄｔ）→０という範囲を正確に把握することは困難であるという場合がある。
この問題を解決するために、ｄｉ／ｄｔが０クロスする前後の適当な範囲を指定し、ｄｉ／ｄｔを積分すると、∫ΔＬｄｉ→０という結果を得ることができる。

これにより、前記（６）式の両側を積分して、
∫ΔＲ＝∫｛（ｕｊ−Ｌ＾ｄｉ／ｄｔ）／ｉｍｊ−Ｒ＾｝ｄｔ …………（９）
を求め、この抵抗誤差ΔＲの積分値∫ΔＲを用いて、抵抗推定値Ｒ＾を補正することにより、抵抗推定値Ｒ＾の補正を正確に行うことができる。
同様に、インダクタンスの補正についても、適当にモータ電流検出値ｉｍｊの０クロス前後の適当な範囲を指定し、前記（６）式の両側を積分することで、∫ΔＲｉｍｔ→０を得、前記（８）式の両側を積分することにより、下記（１０）式で表されるようにインダクタンス推定値Ｌ＾の補正値∫ΔＬを算出することができる。

∫ΔＬ＝∫｛（ｕｊ−Ｒ＾ｉｍｊ）／（ｄｉ／ｄｔ）−Ｌ＾｝ …………（１０）
なお、上記実施形態においては、抵抗推定値Ｒ＾及びインダクタンス推定値Ｌ＾の補正をモータ電流検出値ｉｍｊに基づいて行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、モータ電流推定値ｉｍｊ＾との電流偏差Δｉを使用して行うようにしてもよい。

すなわち、推定誤差算出部３７では、以下のようにして抵抗及びインダクタンスの推定誤差ΔＲ及びΔＬを算出する。
ここで、記述を簡単にするために、以下、モータ電流検出値ｉｍｊを単にｉと表記し、モータ電流推定値ｉｍｊ＾を単にｉ＾と表記する。
先ず、モータ電流検出値ｉとモータ電流推定値ｉ＾との関係は、下記（１１）式で表すことができる。

ｉ＾＝ｉ＋Δｉ …………（１１）
ここで、Δｉはモータ電流推定値ｉ＾からモータ電流検出値ｉを減算した電流偏差である。
この（１１）式を前述した（２）式に代入すると下記（１２）式が得られる。
ｕ＝(Ｌ−ΔＬ)ｄ(ｉ＋Δｉ)／ｄｔ＋(Ｒ−ΔＲ)＋(ｉ＋Δｉ) ……………（１２）
この（１２）式に前記（１）式を代入すると下記（１３）式が得られる。

Ｌ（ｄΔｉ／ｄｔ）−ΔＬ（ｄｉ＾／ｄｔ）＋ＲΔｉ−ΔＲｉ＾＝０…………（１３）
この（１３）式でモータ電流推定値ｉ＾が十分小さいとき、ΔＲｉ＾→０とみなすことができ、推定誤差ΔＬを下記（１４）式で算出することができる。
ΔＬ＝（ＬｄΔｉ／ｄｔ＋ＲΔｉ）／（ｄｉ＾／ｄｔ） …………（１４）
また、前記（１３）式でモータ電流推定値ｉ＾の微分値ｄｉ＾／ｄｔが十分小さいとき、ΔＬｄｉ＾／ｄｔ→０とみなすことができ、推定誤差ΔＲを下記（１５）式で算出することができる。

ΔＲ＝（ＬｄΔｉ／ｄｔ＋ＲΔｉ）／ｉ＾ …………（１５）
したがって、推定誤差算出部３７で上記（１４）式及び（１５）式に従って推定誤差ΔＬ及びΔＲを算出し、これらを電流オブザーバ３６に供給することにより、インダクタンス推定値Ｌ＾及び抵抗推定値Ｒ＾を補正することができ、電流オブザーバ３６で正確なモータ電流推定値ｉｍｊ＾を算出することができる。

また、上記実施形態においては、電動モータ８の温度変化を考慮しない場合について説明したが、電動モータ８の温度変化を考慮する場合には、電流オブザーバ３６に用いる抵抗−インダクタンスモデルのパラメータも温度によって変動するパラメータとする必要がある。
すなわち、基準温度を２０℃とした場合、温度による各パラメータの変化は下記（１６）式及び（１７）式で表される。

Ｌ（Ｔ）＝Ｌ（Ｔ₂₀）（１＋Ｒ_Lt＊（Ｔ−Ｔ₂₀）） …………（１６）
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔ₂₀）（１＋Ｒ_Rt＊（Ｔ−Ｔ₂₀）） …………（１７）
ただし、Ｌ（Ｔ）は現温度したのインダクタンス、Ｌ（Ｔ₂₀）は標準温度下のインダクタンス、Ｒ（Ｔ）は現温度下の抵抗、Ｒ（Ｔ₂₀）は標準温度下の抵抗、Ｒ_Ltはインダクタンスの温度係数、Ｒ_Rtは抵抗の温度係数、Ｔは現温度情報、Ｔ₂₀は基準温度（２０℃）である。

よって、標準室温下のインダクタンスと抵抗を各パラメータ推定値Ｒ＾及びＬ＾に基づいて下記（１８）式及び（１９）式より求めることができる。
Ｌ＾（Ｔ₂₀）＝Ｌ＾（Ｔ）／（１＋Ｒ_Lt＊（Ｔ−Ｔ₂₀）） …………（１８）
Ｒ＾（Ｔ₂₀）＝Ｒ＾（Ｔ）／（１＋Ｒ_Rt＊（Ｔ−Ｔ₂₀）） …………（１９）
なお、現温度情報Ｔは電動モータ８の温度を温度センサで検出することが望ましいが、例えば推定温度であってもよい。

そして、算出した基準温度での基準パラメータＬ＾（Ｔ₂₀）及びＲ＾（Ｔ₂₀）をＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶領域に記憶しておき、電流推定オブザーバ３６に用いる抵抗推定値Ｒ＾及びインダクタンス推定値Ｌ＾を、基準パラメータＬ＾（Ｔ₂₀）及びＲ＾（Ｔ₂₀）より現温度時のパラメータＬ＾（Ｔ）及びＲ＾（Ｔ）を算出した値を用いることで、温度変化の影響を除去する。

また、上記実施形態においては、モータ電流検出部１９で電動モータ８のＡ，Ｂ相のモータ電流Ｉｍａ，Ｉｍｂを検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、Ａ〜Ｃ相におけるモータ電流のうちの２相分を検出し、残りの１相分を検出した２相分から推定するようにしてもよく、さらには全ての相のモータ電流を検出するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、モータ角速度ωｍをモータ角度検出器１７の回転角検出信号に基づいて算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ８の端子電圧から逆起電圧算出部３１で算出したモータ逆起電圧に基づいてモータ角速度ωｍを推定するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態においては、異常検出部３８で、モータ電流検出値ｉｍｊとモータ電流推定値ｉｍｊ＾との電流偏差Δｉの絶対値が所定閾値Δｉｓ以上となったときにモータ電流検出値ｉｍｊが異常であると判断する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電流偏差Δｉの微分値すなわち電流偏差Δｉの変化量の絶対値が所定閾値以上となったときにモータ電流検出値ｉｍｊが異常であると判断するようにしてもよく、さらには電流偏差Δｉの絶対値が所定閾値Δｉｓ以上となるか又は電流偏差Δｉの微分値が所定閾値以上となったときにモータ電流検出値ｉｍｊが異常であると判断するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置、電動テレスコ装置、電動チルト装置等の車載機器や、車載機器以外の任意の機器に使用する電動モータの駆動制御に本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態における制御装置の具体的構成を示すブロック図である。 図２のモータ角速度検出部の具体的構成を示すブロックである。 操舵補助電流指令値生成部で使用する操舵トルクと電流指令値との関係を表す電流指令値算出用記憶テーブルを示す説明図である。 インバータ回路を示す回路図である。 逆起電圧算出部の具体的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ステアリング機構、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、７…減速機、８…電動モータ、１３…制御装置、１６…操舵トルクセンサ、１７…モータ角度検出器、１８…車速センサ、１９…モータ電流検出部、２０…角速度演算部、２１…電流指令値生成部、２２…ｄ−ｑ軸電流指令値生成部、２３…２相／３相変換部、２４…モータ駆動制御部、２５…減算部、２６…電流制御部、２７…ＰＷＭ制御部、２８…インバータ回路、３１…逆起電圧算出部、３６…電流オブザーバ、３７…推定誤差算出部、３８…異常検出部、３９…電流選択部

Claims (7)

1. 電動モータを駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記電動モータを流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記電流指令値演算手段で演算した電流指令値と前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流とに基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ駆動制御手段とを備えたモータ駆動制御装置であって、
   前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、前記電動モータと前記モータ駆動制御手段を含む抵抗−インダクタンスモデルを用いてモータ電流を推定する電流オブザーバと、前記異常検出手段で前記モータ電流検出手段の異常を検出していないときには当該モータ電流検出手段のモータ電流検出値を前記モータ駆動制御手段に供給し、前記モータ電流検出手段の異常を検出したときには前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値を前記モータ駆動制御手段に供給するモータ電流選択手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記電流オブザーバは、前記モータの抵抗−インダクタンスモデルのパラメータを、温度変化を考慮して推定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記電流オブザーバは、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値及びその微分値の何れかが所定値より小さい領域で前記モータの抵抗−インダクタンスモデルのパラメータを同定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記電流オブザーバは、前記異常検出手段で、前記モータ電流検出手段の異常を検出していないときに、当該モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と、当該モータ電流検出値の微分値とを用いて前記抵抗−インダクタンスモデルを同定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記異常検出手段は、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値との偏差が所定閾値以上となったときに当該モータ電流検出手段が異常であると判断するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記異常検出手段は、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値と前記電流オブザーバで推定したモータ電流推定値との偏差の微分値が所定閾値以上となったときに当該モータ電流検出手段が異常であると判断するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
7. 操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータを前記請求項１乃至６の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置で駆動制御するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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