JP2009202774A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ位置検出手段に異常が発生した場合であっても、モータ位置を精度良く推定してアシストを継続する電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】車両の操舵系をアシストするモータの回転位置を検出する位置検出手段を備え、操舵トルク及び位置検出手段からの位置情報に基づいてモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、位置情報に基づいて位置検出手段の異常を検出する異常検出手段と、異常検出時の位置情報からモータ方向を推定してモータ回転位置情報を出力する回転角度出力手段とを備え、異常検出手段が異常を検出したとき、モータ回転位置情報に基づいてアシストを継続する。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによるアシストトルク（操舵補助力）を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモータのセンサ系の異常発生に対応してアシストを継続する電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

車両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。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１０に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッション信号Ｉｇが入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｈとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉｒｅｆの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を、ベクトル制御方式について示すと図１１のようになる。ベクトル制御は、ロータマグネットの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し、各軸が９０度の関係にある各軸の電流を制御するもので、モータ２０は一般的に３相のブラシレスＤＣモータが使用される。

コントロールユニット３０は電流指令値演算部３１を具備しており、電流指令値演算部３１はトルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｈを入力すると共に、ブラシレスＤＣモータ２０に回転角センサとして取付けられたレゾルバ２１の出力を、モータ回転角検出回路３９で変換された回転角度θ及び角速度ωを入力し、アシストマップ３２を参照してｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びＩｑｒｅｆを演算する。

演算された電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆは減算部３０１及び３０２に入力され、減算部３０１及び３０２に対してモータ２０の実際のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出してフィードバック制御している。具体的には、電流検出器３８１及び３８２で２相のモータ電流Ｉｕ及びＩｗを検出し、３相の場合はＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係にあることから、減算部３０３においてモータ電流Ｉｖを、Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ）として算出する。このようにして算出された３相のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ベクトル制御のため３相／２相変換部３３に入力され、モータ２０の回転角度θに基づいてｄ−ｑ軸のモータ電流ｉｑ及びｉｄに変換される。

モータ電流ｉｑ及びｉｄはそれぞれ減算部３０１及び３０２にフィードバックされ、減算部３０１で電流指令値Ｉｑｒｅｆとモータ電流ｉｑとの偏差ΔＩｑが算出され、減算部３０２で電流指令値Ｉｄｒｅｆとモータ電流ｉｄとの偏差ΔＩｄが算出される。これら偏差ΔＩｑ及びΔＩｄはＰＩ（比例積分）制御部３５に入力され、ＰＩ制御された電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆが出力される。そして、実際のモータ２０には３相の電流を供給する必要があるので、電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆを２相／３相変換部３４で回転角度θに従って３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに変換し、電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、ＶｃｒｅｆをＰＷＭ制御部３６に入力する。ＰＷＭ制御部３６は電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路３７はこのＰＷＭ制御信号に基づきモータ２０に電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを供給し、偏差ΔＩｑ及びΔＩｄをそれぞれ０とするようにモータ２０を駆動制御する。また、バッテリ１４からの電源電圧Ｖはインバータ３７に入力されると共に、コントロールユニット３０に入力される。

また、モータ回転角検出回路３９は、モータ２０の回転角度θを検出するために所定の周波数を有する搬送波信号ｓｉｎωｔをレゾルバ２１に供給し、レゾルバ２１はこの搬送波信号ｓｉｎωｔを正弦波ｓｉｎθで振幅変調した波形を有する正弦波信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及び搬送波信号ｓｉｎωｔを余弦波ｃｏｓθで振幅変調した波形を有する余弦波信号ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを発生し、これら正弦波信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及び余弦波信号ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθをモータ回転角検出回路３９で、搬送波信号ｓｉｎωｔの正のピーク時間に同期させて正弦波ｓｉｎθ及び余弦波ｃｏｓθを算出し、正弦波ｓｉｎθ及び余弦波ｃｏｓθに基づいてモータ２０の回転角度θを検出する。

上述したような電動パワーステアリング装置の制御装置において、モータの位置検出手段であるレゾルバやモータ回転角検出回路、モータ回転角検出回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路（以下、レゾルバ、モータ回転角検出回路及びＡ／Ｄ変換回路を単に「位置検出手段」とする。）に異常が発生した場合、モータの回転角度及び角速度を正しく検出できなくなるため、モータから検出される逆起電圧に基づいてモータの回転角度を推定し、継続してモータの駆動制御を行っていた。しかし、フェールセーフ用の冗長系としての用途には適していたが、モータの負荷変動等の影響により、滑らかな制御が極めて困難であった。

また、位置検出手段に異常が発生した場合、ハンドル操舵を突然マニュアル操舵に切替えると、ハンドル操舵に大きな違和感を与えてしまうため、異常の内容を解析し、モータが逆方向のトルクを出力する恐れがない等の条件に合わせて、アシストを継続或いは停止を切替えて制御していた。つまり、条件によってはアシストを停止していたという問題があった。

かかる問題を解決する装置として、例えば特開２００３−１６４１８７号公報（特許文献１）に示されるモータ制御におけるセンサシステムがある。この特許文献１のセンサシステムでは、新たなセンサを設けることなく、冗長性を有するセンサシステムの構築を可能とし、センサの予期せぬ故障に対するフェールセーフを確保している。即ち、動作指令に従ってモータを駆動制御する駆動制御回路を備えるモータ駆動制御系において、モータの回転角度を検出するレゾルバを有するメイン角度検出手段と、モータの逆起電力に基づきモータの回転角度を推定するサブ角度検出手段とを備え、通常時はメイン角度検出手段でモータの回転角度を検出し、メイン角度検出手段の故障時にはサブ角度検出手段でモータの回転角度を検出している。

また、特開２００５−１６８２４２号公報（特許文献２）に示される電動パワーステアリング装置では、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角度検出手段が故障した場合でも、故障時のモータの回転角度の位置に拘らず電動パワーステアリング装置の制御を継続している。即ち、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モータの回転角度θを検出するため、所定周波数の搬送波信号ｓｉｎωｔを供給し、搬送波信号ｓｉｎωｔをｓｉｎθにより振幅変調した波形を有する正弦波信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及びｃｏｓθにより振幅変調した波形を有する余弦波信号ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを発生する角度検出手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、正弦波信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及び余弦波信号ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθからそれぞれｓｉｎθ及びｃｏｓθを抽出し、抽出されたｃｏｓθ及びｓｉｎθ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、回転角度信号に基づいてモータが制御されている。
特開２００３−１６４１８７号公報 特開２００５−１６８２４２号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、メイン角度検出手段とサブ角度検出手段とを備え、メイン角度検出手段に故障が発生した場合、サブ角度検出手段がモータの回転角度を推定している。つまり、サブ角度検出手段は、モータの回転角度を逆起電圧に基づいて推定しているため、モータの回転数が低い場合には推定誤差が大きくなってしまう問題が残っている。特に電動パワーステアリング装置では、停止、始動、正転、逆転を繰り返すような状況に対応しなければならないと共に、モータ回転数が低い状態で大きなトルクを必要とするため、レゾルバ等に異常が発生した場合であっても、信用性の高い回転角度を推定することが求められている。

また、特許文献２の装置では、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出力する角度処理手段を備えてフェールセーフを行っているが、増幅回路などの異常を検出する手段を備えていないため、さらなる改良が望まれている。

さらに近年では、電動パワーステアリング装置を搭載する車両の大型化に伴い、要求される電動パワーステアリング装置の高出力化が進み、モータトルクの増加、大電流化が加速している。このような高出力の電動パワーステアリング装置を備えた車両において、走行中にアシストを停止した場合、その反動がアシストの大きさに伴って大きく現れるため、運転者の負担も大きくなる。つまり、位置検出手段の異常発生であっても、できる限りアシストを継続することが求められている。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、モータ位置検出手段に異常が発生した場合であっても、モータ位置を精度良く推定してアシストを継続す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、車両の操舵系をアシストするモータの回転位置を検出する位置検出手段を備え、操舵トルク及び前記位置検出手段からの位置情報に基づいて前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は前記位置情報に基づいて前記位置検出手段の異常を検出する異常検出手段と、異常検出時の前記位置情報からモータ方向を推定してモータ回転位置情報を出力する回転角度出力手段とを備え、前記異常検出手段が異常を検出したとき、前記モータ回転位置情報に基づいて前記アシストを継続することにより、達成される。

また、本発明の上記目的は、前記位置検出手段がレゾルバを用いて構成されていることにより、或いは前記回転角度出力手段は、前記レゾルバからの正弦波信号のゼロクロス点における遷移の向きと余弦波信号の符号との関係、或いは余弦波信号のゼロクロス点における遷移の向きと正弦波信号の符号との関係から、前記モータの回転方向を推定することにより、或いは前記位置検出手段がホールセンサを用いて構成されていることにより、或いは前記回転角度出力手段が、前記ホールセンサからのＨ／Ｌの検出信号に基づいて、前記モータの回転方向を推定することにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータ回転位置を検出する位置検出手段の異常を効率良く検出すると共に、位置検出手段に異常が発生した場合であっても、新たなセンサを追加することなく、出力されている位置情報に基づいてモータの回転方向を推定し、推定された回転方向を反映させてモータ回転位置を精度良く推定することができる。このため、位置検出手段に異常が発生した場合でも、アシストを継続することができ、運転者の負担を抑制することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータの回転位置を検出する位置検出手段の異常を効率良く検出すると共に、異常を検出した場合であっても、出力されている位置情報に基づいて実際のモータの回転方向を推定し、推定した回転方向を反映させて精度良くモータ回転位置を推定することで、アシストを継続するようにしている。

先ず本発明の前提として、モータに取り付けられている位置検出手段に異常が発生した場合に、モータ回転位置を推定することによりアシストを継続する電動パワーステアリング制御装置の例（例えば特開２００７−１１８８２３号）を図１に示して説明する。

トルクセンサからの操舵トルクＴｈは、保舵時振動検出手段４６に入力されると共に、入力前処理手段４１を介して平滑化処理手段４２に入力される。保舵時振動検出手段４６はノイズ除去のため進角ゲイン手段４５の進角推定ゲインＫｍを感応制御し、入力された操舵トルクＴｈに振動が発生していなければ、進角ゲイン手段４５の進角推定ゲインＫｍを比較的大きく設定し、振動が発生している場合は、進角推定ゲインＫｍを比較的小さく設定する。

操舵トルクＴｈが入力された平滑化処理手段４２は、読込んだ操舵トルクＴｈと過去分の所定数サンプリングとで平均化を行い、平均トルクＴｓ_Ｍを算出して不感帯演算手段４３に入力する。不感帯演算手段４３は、予め設定された不感帯を検出する所定値と平滑化処理手段４２において算出された平均トルクＴｓ_Ｍとを比較し、不感帯内であれば平均トルクＴｓ_Ｍを“０”として制限手段４４に入力し、不感帯外であれば平均トルクＴｓ_Ｍを制限手段４４に入力する。

制限手段４４では入力された現在の平均トルクＴｓ_Ｍ（ｎ）と、前回サンプリングされた平均トルクＴｓ_Ｍ（ｎ−１）との変化量ΔＴが演算され、さらに変化量ΔＴと予め設定された設定変化量ΔＴ_Ｕとが比較され、設定変化量ΔＴ_Ｕを超えないように制限され、制限された平均値トルクＴｓ_Ｍｌｉｍ（ｎ）が進角ゲイン手段４５に入力される。

進角ゲイン手段４５は、車速Ｖｈに基づいて低車速状態であるか或いは高車速状態であるか閾値を用いて判定し、車速Ｖｈが停止状態を含む低車速状態であれば下記（１）式の演算を行い、モータの回転角変化量Δθ_Ｍを算出する。

Δθ_Ｍ＝Ｔｓ_Ｍｌｉｍ（ｎ）・Ｋｍ／２^１２ ・・・（１）

また、車速Ｖｈが高車速状態であれば、操舵追従性を考慮して下記（２）式の演算を行い、モータの回転角変化量Δθ_Ｍを算出する。

Δθ_Ｍ＝（Ｔｓ_Ｍｌｉｍ（ｎ）・Ｋ／２^１０＋Ｔｓ_ＰＨ＋Ｔｓ’）・Ｋｍ／２^１２・・・（２）

ここで、Ｋは定数、Ｋｍは進角推定ゲイン、Ｔｓ_ＰＨは操舵トルクＴｈを位相補償した値、Ｔｓ’は操舵トルクＴｈを微分してステアリングの中立点付近における応答性を高めるセンタ応答性改善値である。

進角ゲイン手段４５において上記（１）式又は上記（２）式に基づいて演算されたモータの回転角変化量Δθ_Ｍは、前回サンプリング時に算出された回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ−１）と加算手段６０にて加算処理され、算出されたモータの回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ）が切替手段４９の接点Ｃ２に入力される。切替手段４９の接点Ｃ１には、レゾルバ２１及びモータ回転角検出回路３９からの回転角度θが入力されている。

切替手段４９の切替信号ＣＳは、レゾルバ２１、モータ回転角検出回路３９及びＡ／Ｄ変換回路の位置検出手段によって検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθに基づいて、異常検出マップ（図示せず）によって正常／異常が検出されて入力されるようになっている。異常検出マップによって正常と判断されると、切替信号ＣＳによって切替手段４９の接点は“Ｃ１”に切替えられ、異常と判断されると、切替信号ＣＳによって切替手段４９の接点は“Ｃ２”に切替えられる。つまり、位置検出手段からの正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの組合せが正常であれば、そのまま切替手段４９の接点Ｃ１を介して電気角として出力され、異常であれば、切替手段４９の接点Ｃ２を介して進角ゲイン手段４５において推定されたモータ回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ）が電気角として出力される。

次に、上述したような本発明の前提となる位置検出手段に異常が発生した場合に、位置検出手段の異常を効率よく検出し、回転方向を推定してモータ回転位置を推定する本発明の原理を以下に説明する。

図２及び図３は、位置検出手段の１構成要素であるレゾルバ２１によって検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの例を示す特性図であり、図２（ａ）は、モータ回転角検出回路３９によって検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθを所定時間毎に読込み、縦軸にｓｉｎを、横軸にｃｏｓをそれぞれプロットした特性を示し、原点Ｇ（０，０）を中心に３つの同心円を示している。実線で示されている半径“（ｓｉｎθ）^２＋（ｃｏｓθ）^２＝１”の同心円Ｄは、正常時における理想の正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθであり、点線で示されている半径（１＋α）の同心円Ｄ１及び半径（１−α）の同心円Ｄ２は、それぞれ検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの異常を検出するための閾値を示している。例えば、位置検出手段を構成するレゾルバ２１、モータ回転角検出回路３９及びＡ／Ｄ変換回路のいずれかに異常が発生すると、検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθに変化が生じ、例えば図２（ｂ）の実線に示されるような特性になる。つまり、レゾルバ２１のコイル部にショートが発生した場合や増幅回路に異常が発生した場合等、位置検出手段に異常が発生すると図２（ｂ）の実線に示されるように、正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθのプロット特性は円形から変形し、例えば楕円軌道を描くようになるので、軌道の一部が半径（１＋α）の同心円Ｄ１より大きくなったり、或いは半径（１−α）の同心円Ｄ２よりも小さくなったりし、このような場合を異常と判定するように閾値±αを予め設定する。このような閾値±αと、検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの関係式は、正弦波の２乗（ｓｉｎθ）^２をＥ^２ _ｓｉｎとし、余弦波の２乗（ｃｏｓθ）^２をＥ^２ _ｃｏｓとすると、下記（３）式に示されるようになる。

（１−α）＜（Ｅ^２ _ｓｉｎ＋Ｅ^２ _ｃｏｓ）＜（１＋α） ・・・（３）

上記（３）式の関係式を用いることにより、検出される位置情報の正常／異常を効率よく判定することができる。また、上記（３）式をマップ化することで、その都度演算する必要がないので、位置情報の正常／異常をさらに効率よく判定することができる。

また、図３（ａ）は、図２（ａ）に対応する正弦波信号ｓｉｎθと余弦波信号ｃｏｓθの波形例を示しており、検出された正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの出力レベルを示す振幅が同一で、余弦波信号ｃｏｓθが正弦波信号ｓｉｎθよりも位相が常に９０°遅れている様子を示し、正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθがいずれも正常である状態を示している。また、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に対応した正弦波信号ｓｉｎθと余弦波信号ｃｏｓθの波形例を示しており、検出された正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの振幅及び位相に不揃いが生じ、異常が発生している状態を示している。

ここで、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示されるような異常が位置検出手段に発生した場合、検出される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθから、その変化の方向と符号を判定することによって、モータの回転方向を推定することができる。以下に、モータの回転方向を推定する例を図４及び図５を参照して説明する。

図４は、図２（ｂ）に示されるような異常が発生した状態において、回転方向（ＣＷ、ＣＣＷ）を推定する方法を説明するための特性図である。異常が検出された場合、図４に示されるように、正弦波信号ｓｉｎθ或いは余弦波信号ｃｏｓθがゼロを通過するゼロクロス点における正負の変遷を読取る。つまり、ゼロクロス点において正→負に変遷したか、又は負→正に変遷したかを読取る。そして、図５に示す正負の変遷時における符号の対応関係を示すフォーマット図に基づいて、正弦波信号ｓｉｎθの正負の変遷に対する余弦波信号ｃｏｓθの符号、或いは余弦波信号ｃｏｓθの正負の変遷に対する正弦波信号ｓｉｎθの符号の関係から回転方向（ＣＷ、ＣＣＷ）を推定する。つまり、図４の回転Ｐ１では、正弦波信号ｓｉｎθが正から負に変遷しており、余弦波信号ｃｏｓθの符号が“−”であることから、図５（ａ）に示されるフォーマットの“ｓｉｎ正→負”から、モータの回転方向が“ＣＷ”であることを推定することができる。また、図４の回転Ｐ２では、余弦波信号ｃｏｓθが負から正に変遷しており、正弦波ｓｉｎθの符号が“＋”であることから、図５（ｂ）に示されるフォーマットの“ｃｏｓ負→正”から、モータの回転方向が“ＣＣＷ”であることを推定することができる。

このように、位置検出手段に異常が発生した場合であっても、実際に出力される位置検出手段の変遷情報から、精度良く効率的にモータ回転方向を推定することができる。つまり、位置検出手段に異常が検出された場合であっても、モータの回転数に関係なく、実際の位置検出手段の変遷情報から回転方向を確実に推定することができる。

次に、上述の原理に基づいて、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図６は本発明の構成例を図１に対応させて示すブロック図であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。本発明では、図４及び図５で原理を説明した回転方向の推定を行って回転角度を出力する回転角度出力手段５０と、図２及び図３で原理を説明した異常検出手段５１とを新しく付加している。

モータ回転角検出回路３９を経てレゾルバ２１から正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθが回転角度出力手段５０及び異常検出手段５１に入力され、回転角度出力手段５０は、入力された正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθに基づいて、図４に示したようなゼロクロス点における正負の変遷を読取り、図５に示す変遷時のフォーマットに基づいてモータの回転方向を推定し、回転方向を示す推定要素Ｋ_Ｋを求める。そして、進角ゲイン手段４５から入力される回転角変化量Δθ_Ｍに推定要素Ｋ_Ｋを乗算することで回転方向を反映させ、回転方向を考慮した回転角変化量Δθ_Ｍ・Ｋ_Ｋを加算手段７０に入力する。加算手段７０に入力された回転角変化量Δθ_Ｍ・Ｋ_Ｋは、前回サンプリング時に算出された回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ−１）と加算手段７０にて加算処理され、算出された回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ）は切替手段４９の接点Ｃ２に入力される。

また、異常検出手段５１には、図２（ａ）で説明した閾値±αが予め設定されて入力されていると共に、上記（３）式に基づいたマップ化が施されており、レゾルバ２１からの正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの組合せに基づいて上記（３）式の異常判定が行われる。異常検出手段５１の判定が正常であれば、切替手段４９の接点を“Ｃ１”に切替える切替信号ＣＳを出力し、異常であれば切替手段４９の接点を“Ｃ２”に切替える切替信号ＣＳを出力し、切替手段４９の接点Ｃ１及びＣ２を切替える。つまり、レゾルバ２１からの正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの組合せが正常であれば、そのまま切替手段４９の接点Ｃ１を介して電気角として出力し、異常であれば、切替手段４９の接点Ｃ２を介して加算手段７０からのモータの回転方向を考慮した回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ）を電気角として出力する。

このように、位置検出手段に異常が発生した場合であっても、実際の位置検出手段の出力からモータの回転方向を推定して反映させたモータ回転角を出力することができるので、操舵トルクＴｈの向きとモータの回転方向の不一致（例えばハンドル戻りや微操舵等）等が起こった場合でも、自然なアシストを継続することができる。

なお、上述では、レゾルバ２１からモータ回転角検出手段３９を経て入力される正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの組合せに基づいて異常を判定する例を説明したが、レゾルバ２１から直接又はモータ回転角検出回路３９のＡ／Ｄ変換回路からの正弦波信号ｓｉｎθ及び余弦波信号ｃｏｓθの組合せに基づいて異常判定を行うようにしても良い。

次に、位置検出手段に半導体センサのホール素子、ホールＩＣ等（以下、単に「ホールセンサ」とする）を用いた本発明の別の原理を以下に説明する。

ホールセンサを用いた位置検出手段は、モータに設けられたホールセンサからの検出信号が増幅回路等に入力され、増幅された検出信号に基づいて位置情報を検出するようになっている。つまり、位置情報として扱う検出信号の信号レベルが予め決められているので、位置検出手段が正常であるか或いは異常であるかを、上下限値の閾値を用いて検出信号の信号レベルを比較することにより判定する。例えば、検出信号の信号レベルを１〜４［Ｖ］の範囲で正常とした場合、下限閾値１［Ｖ］未満或いは上限閾値４［Ｖ］超では異常と判定する。このようなホールセンサＨｕ、Ｈｖ、Ｈｗからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの信号レベルに対する閾値を、下限閾値Ｓｌ、上限閾値Ｓｈとすると、関係式は下記（４）式に示されるようになる。

Ｓｌ＜（Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ）＜Ｓｈ ・・・（４）

上記（４）式の関係式を用いることにより、検出される位置情報の正常／異常を効率よく判定することができる。

ここで、上記（４）式に基づいてホールセンサに異常が発生した場合、正常なホールセンサによって検出される立上り／立下りの検出信号とＨｉｇｈ／Ｌｏｗ（以下、単に「Ｈ」／「Ｌ」）とする）の検出信号とを比較することによりモータの回転方向を推定することができる。以下に、位置検出手段にホールセンサを用いた場合、モータの回転方向を推定する例を図７及び図８を参照して説明する。

図７は、例として３相ブラシレスモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の極位置を検出するために１２０°間隔で設けられたホールセンサＨｕ、Ｈｖ、Ｈｗからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの立上り／立下り及びＨ／Ｌの状態を、正常に検出している状態を示した信号波形図である。そして、図７に示されるホールセンサＨｕ、Ｈｖ、Ｈｗからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗのいずれか１つに断線等の異常が発生し、上記数（４）式に基づいて異常と判定された場合、検出される残りの正常なホールセンサからの検出信号の立上り／立下り及びＨ／Ｌの状態を読取り、図８に示す検出信号の立上り／立下りとＨ／Ｌの対応関係を示すフォーマット図に基づいて回転方向を推定する。つまり、例えばホールセンサＨｕからの検出信号Ｅｕに異常が発生した場合、図７のＰ４では、正常なホールセンサＨｖからの検出信号Ｅｖの立上りを検出し、その時の正常なホールセンサＨｗの検出信号Ｅｗが「Ｈ」の状態であり、図８に示されるフォーマット図からモータの回転方向が“ＣＷ”であることを推定することができる。また、正常なホールセンサＨｖからの検出信号Ｅｖに異常が発生した場合、図７のＰ５では、ホールセンサＨｕからの検出信号Ｅｕの立下りを検出し、その時の正常なホールセンサＨｗの検出信号Ｅｗが「Ｈ」の状態であり、回転図８に示されるフォーマット図からモータの回転方向が“ＣＷ”であることを検出することができる。

このように、ホールセンサからの位置情報に異常が検出された場合であっても、モータの回転数に関係なく実際のホールセンサから回転方向を検出することができるため、モータ回転位置情報の推定精度を向上することができる。

上述の原理に基づく本発明の別の構成例を、図６に対応させて図９に示して説明する。

モータ２０に設けられたホールセンサ（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）２１Ａからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗが回転角度出力手段６０及び異常検出手段６１に入力され、回転角度出力手段６０は、入力された検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗに基づいて、図７に示したような立上り／立下りにおけるＨ／Ｌを読取り、図８に示す立上り／立下りとＨ／Ｌの対応関係のフォーマットに基づいてモータ２０の回転方向を推定し、回転方向を示す推定要素Ｋ_Ｋを求める。そして、進角ゲイン手段４５から入力される回転角変化量Δθ_Ｍに推定要素Ｋ_Ｋを乗算することで、回転方向を反映させ、回転方向を考慮した回転角変化量Δθ_Ｍ・Ｋ_Ｋを加算手段７０に入力する。

また、異常検出手段６１には上記数（４）式の下限閾値Ｓｌ及び上限閾値Ｓｈが予め設定されており、異常検出手段６１はホールセンサ２１Ａからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗに基づいて上記（４）式の異常判定を行う。異常検出手段６１の判定が正常であれば、切替手段４９の接点を“Ｃ１”に切替える切替信号ＣＳを出力し、異常であれば切替手段４９の接点を“Ｃ２”に切替える切替信号ＣＳを出力し、切替手段４９の接点Ｃ１及びＣ２を切替える。つまり、ホールセンサ２１Ａからの検出信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗが正常であれば、そのまま切替手段４９の接点Ｃ１を介して電気角として出力し、異常であれば、切替手段４９の接点Ｃ２を介して加算手段７０からのモータ２０の回転方向を考慮した回転角推定値θ_ＭＰ（ｎ）を電気角として出力する。

このように、位置検出手段に異常が発生した場合であっても、実際のモータ２０の回転方向を推定して反映させたモータ回転角を出力することができるので、操舵トルクＴｈの向きとモータ２０の回転方向の不一致（例えばハンドル戻りや微操舵等）等が起こった場合でも、自然なアシストを継続することができる。

本発明の前提となるモータ回転位置を推定する電動パワーステアリング制御装置の一例を示す構成図である。 位置検出手段から検出される正弦波信号及び余弦波信号の例を示す特性図である。 位置検出手段から検出される正弦波信号及び余弦波信号の例を示す波形図である。 回転方向を推定する原理を説明するための特性図である。 正負の変遷時における符号の対応関係を示すフォーマット図である。 本発明に係る構成例を示すブロック図である。 回転方向を推定する別の原理を説明するための信号波形図である。 検出信号の立上り／立下り及びＨ／Ｌ状態の対応関係を示すフォーマット図である。 本発明に係る別の構成例を示すブロック図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ コラム軸
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
２１ レゾルバ
２１Ａ ホールセンサ
３９ モータ回転角検出回路
４３ 不感帯演算手段
４４ 制限手段
４５ 進角ゲイン手段
４６ 保舵時振動検出手段
４９ 切替手段
５０、６０ 回転角度出力手段
５１、６１ 異常検出手段

Claims (5)

1. 車両の操舵系をアシストするモータの回転位置を検出する位置検出手段を備え、操舵トルク及び前記位置検出手段からの位置情報に基づいて前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記位置情報に基づいて前記位置検出手段の異常を検出する異常検出手段と、異常検出時の前記位置情報からモータ方向を推定してモータ回転位置情報を出力する回転角度出力手段とを備え、前記異常検出手段が異常を検出したとき、前記モータ回転位置情報に基づいて前記アシストを継続す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. 前記位置検出手段がレゾルバを用いて構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記回転角度出力手段は、前記レゾルバからの正弦波信号のゼロクロス点における遷移の向きと余弦波信号の符号との関係、或いは余弦波信号のゼロクロス点における遷移の向きと正弦波信号の符号との関係から、前記モータの回転方向を推定する請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記位置検出手段がホールセンサを用いて構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記回転角度出力手段が、前記ホールセンサからのＨ／Ｌの検出信号に基づいて、前記モータの回転方向を推定する請求項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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