JP2009220766A

JP2009220766A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2009220766A
Application number: JP2008069630A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nagase; 茂樹長瀬; Takeshi Ueda; 武史上田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】コストの低減を図りながら、昇圧回路の故障時の延命制御も実現する。
【解決手段】三相ブラシレスモータからなる電動モータＭを制御するためのコントローラ１０は、モータ駆動回路１２と、各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、第１および第２昇圧回路２１，２２とを備えている。モータ駆動回路１２は、ハイサイドスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗとローサイドスイッチング素子３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗとの直列回路３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを電動モータＭのＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応して３個備えている。これらの直列回路３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのスイッチング素子に各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗがそれぞれ接続されている。第１および第２昇圧回路２１，２２が生成した電圧のうちいずれか高い方の電圧が、ダイオードＯＲ回路４１によって選択され、各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに共通に与えられる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータを駆動制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、電動モータに電力を供給するモータ駆動回路と、電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出回路と、目標電流を定めるとともにモータ電流が目標電流値に近づくようにモータ駆動回路をフィードバック制御する制御回路とを備えている。

モータ駆動回路は、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からなる複数のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されている。たとえば、三相ブラシレスモータを用いる場合には、モータ駆動回路は、電源の高電位側および低電位側にそれぞれ接続されたハイサイド（上アーム）のスイッチング素子とローサイド（下アーム）スイッチング素子との直列回路を、３個並列に接続して構成される。

下記特許文献１には、各相のスイッチング素子を駆動するために個別にドライバ回路（いわゆるプリドライバ）が設けられ、各ドライバ回路に対応して昇圧回路が備えられた構成が示されている。昇圧回路は、車載バッテリが発生する電源電圧を昇圧する。これにより、各相のハイサイドのスイッチング素子のゲートに、昇圧された電圧が印加されるようになっている。
特開２００４−３２２８６３号公報

前述の先行技術の構成では、各相のドライバ回路に個別に昇圧回路を設ける構成であるため、コスト高となる問題がある。
この問題は、一つの昇圧回路から各相のドライバ回路に昇圧された電圧を共通に与える構成とすれば解決できると考えられる。
しかし、このような構成とすると、昇圧回路に故障が生じたときに、モータの駆動を続けることができなくなり、いわゆる延命制御を行うことができない。

そこで、この発明の目的は、コストの低減を図りながら、昇圧回路の故障時の延命制御も可能な電動パワーステアリング装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、複数相のモータ（Ｍ）が発生する駆動力により操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、スイッチング素子（３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ）からなる上アームとスイッチング素子（３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗ）からなる下アームとの直列回路（３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ）を前記モータの複数相に対応して複数個備え、この複数の直列回路を並列接続して構成されるモータ駆動回路（１２）と、前記複数の直列回路のスイッチング素子にそれぞれ接続された複数の各相ドライバ（１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ）と、複数の昇圧回路（２１，２２）と、この複数の昇圧回路が生成した電圧のうち最も高い電圧を前記複数の各相ドライバに共通に出力する電圧選択手段（４１）とを含む、電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、モータの複数相にそれぞれ対応した複数の直列回路のスイッチング素子を駆動するために、相毎に各相ドライバが設けられている。一方、複数の昇圧回路が設けられていて、この複数の昇圧回路が生成する電圧のうち最も高い電圧が、電圧選択手段によって選択されて前記複数の各相ドライバに共通に与えられる。
したがって、複数の各相ドライバが昇圧回路を共有する構成であるため、いずれかの昇圧回路に故障が生じた場合であっても、故障の生じていない昇圧回路からの電圧が各相ドライバに与えられる。これにより、いずれかの昇圧回路に故障が生じても、モータの駆動を継続することができ、いわゆる延命制御を行うことができる。しかも、個々の各相ドライバに対して１つの昇圧回路を設けるのではなく、複数の各相ドライバが複数の昇圧回路を共有する構成であるので、相数よりも少ない数（たとえば、２個）の昇圧回路を設ければよい。そのため、コストの低減を併せて図ることができる。

たとえば、三相以上のモータの場合に、モータ駆動回路はその相数分の直列回路を持ち、これに対応して、その相数分の各相ドライバが設けられる。この場合に、２つの昇圧回路を設け、この２つの昇圧回路が生成する電圧のうちの最も高い電圧を当該相数分の各相ドライバに共通に与えればよい。
請求項２記載の発明は、前記電圧選択手段は、前記複数の昇圧回路と各相ドライバとの間にそれぞれ順方向接続された複数のダイオード（１８，１９）を含む、請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。

この構成によれば、いわゆるダイオードＯＲ回路（４１）が形成されており、このダイオードＯＲ回路によって、複数の昇圧回路の生成電圧のうち最も高いものが選択され、複数の各相ドライバに共通に与えられる。こうして、簡単な構成で、電圧選択手段を構成することができるので、コストの低減に有利である。
請求項３記載の発明は、前記複数の昇圧回路が生成する電圧を監視する電圧監視手段（２０）をさらに含む、請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置である。

この構成により、昇圧回路が生成する電圧を監視することで、昇圧回路の故障を監視することができる。
たとえば、電圧監視手段がいずれかの昇圧回路の生成電圧の異常を検出したときに、警報を発生する警報発生手段（１７）がさらに設けられていてもよい。これにより、使用者に対して修理を促すことができ、昇圧回路が故障状態のままで、電動パワーステアリング装置が継続使用されることを回避できる。

請求項４記載の発明は、各相の前記各相ドライバから前記モータまでの故障を検出する故障検出手段（１１ａ）と、この故障検出手段によって故障が検出された相について、前記モータ駆動回路と前記モータとの接続を切り離す切断手段（１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ）と、前記故障検出手段がいずれの相の故障も検出していないときに、前記モータ駆動回路を第１の態様で制御する一方、前記故障検出手段がいずれかの相の故障を検出しているときに、前記切断手段によって切り離されていない正常な相の前記直列回路を前記第１の態様とは異なる第２の態様で制御する制御手段（１１）とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置である。

この構成によれば、故障検出手段は各相の故障を検出する。相の故障とは、モータ駆動回路の各相の直列回路の故障、各相ドライバの故障、モータとモータ駆動回路との間の給電線（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）の故障（断線故障および短絡故障）、その他、各相ドライバからモータの対応する相の間で生じる故障をいう。
いずれかの相の故障が生じると、切断手段によって、当該故障した相について、モータ駆動回路とモータとの間の接続が切り離される。そして、切断手段によって切断されていない正常な相の直列回路（スイッチング素子の直列回路）を、通常時とは異なる態様で制御することによって、モータが駆動される。こうして、いずれかの相に故障が生じたときには、当該故障が生じた相について、モータ駆動回路とモータとの間の接続を切断し、残余の正常な相の制御によって、いわゆる延命制御を行うことができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。車両の操向のための操作手段としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭからの操舵補助力が、減速機構（図示せず）を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、伝達されるようになっている。電動モータＭは、たとえば、三相ブラシレスＤＣモータである。

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。

トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、モータ制御装置としてのコントローラ１０（ＥＣＵ：電子制御ユニット）に入力されている。
コントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかに、車速センサ６が出力する車速信号が入力されている。コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に応じて、目標電流値を定め、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭを駆動制御する。コントローラ１０は、車両の電装品に電力を供給する電源としての車載バッテリ８からの電力を電動モータＭに供給することによって、この電動モータＭを駆動制御する。

図２は、コントローラ１０の電気的構成を説明するためのブロック図である。コントローラ１０は、マイクロコンピュータからなる制御回路１１と、モータ駆動回路１２と、リレー１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと、電流検出回路１４と、プリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、フェールセーフリレー１６と、警報発生回路１７と、第１および第２ダイオード１８，１９と、電圧監視回路２０と、第１および第２昇圧回路２１，２２とを備えている。

電動モータＭは、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータであり、Ｕ相巻線２５Ｕ、Ｖ相巻線２５ＶおよびＷ相巻線２５Ｗを備えている。Ｕ相巻線２５Ｕとモータ駆動回路１２との間はＵ相給電線２６Ｕで接続されており、Ｖ相巻線２５Ｖとモータ駆動回路１２との間はＶ相給電線２６Ｖで接続されており、Ｗ相巻線２５Ｗとモータ駆動回路１２との間はＷ相給電線２６Ｗで接続されている。Ｕ相給電線２６Ｕ、Ｖ相給電線２６ＶおよびＷ相給電線２６Ｗには、Ｕ相リレー１３Ｕ、Ｖ相リレー１３ＶおよびＷ相リレー１３Ｗがそれぞれ介装されている。これらのリレー１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、制御回路１１によって開閉制御されるようになっている。

モータ駆動回路１２には、電源としての車載バッテリ８からの電力が給電ライン２７を介して供給されるようになっている。この給電ライン２７に、フェールセーフリレー１６が介装されている。このフェールセーフリレー１６は、制御回路１１によって制御されるようになっている。フェールセーフリレー１６と、モータ駆動回路１２との間には、ノイズを除去して電源電圧を平滑化するためのフィルタ回路２８が設けられている。このフィルタ回路２８は、給電ライン２７に直列に介装されたコイル２９と、このコイル２９とモータ駆動回路１２との間において、モータ駆動回路１２に並列に接続された平滑化コンデンサ３０とを有している。

モータ駆動回路１２は、Ｕ相直列回路３１Ｕと、Ｖ相直列回路３１Ｖと、Ｗ相直列回路３１Ｗとを、給電ライン２７に対して並列接続して構成されている。Ｕ相直列回路３１Ｕは、給電ライン２７側の上アームを構成するハイサイドスイッチング素子３２Ｕと、接地ライン３６側の下アームを構成するローサイドスイッチング素子３３Ｕと、電流検出用抵抗３４Ｕとを直列接続して構成され、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ間の接続点３５Ｕが、Ｕ相給電線２６Ｕを介してＵ相巻線２５Ｕに接続されている。Ｖ相直列回路３１Ｖは、給電ライン２７側の上アームを構成するハイサイドスイッチング素子３２Ｖと、接地ライン３６側の下アームを構成するローサイドスイッチング素子３３Ｖと、電流検出用抵抗３４Ｖとを直列接続して構成され、スイッチング素子３２Ｖ，３３Ｖ間の接続点３５Ｖが、Ｖ相給電線２６Ｖを介してＶ相巻線２５Ｖに接続されている。Ｗ相直列回路３１Ｗは、給電ライン２７側の上アームを構成するハイサイドスイッチング素子３２Ｗと、接地ライン３６側の下アームを構成するローサイドスイッチング素子３３Ｗと、電流検出用抵抗３４Ｗとを直列接続して構成され、スイッチング素子３２Ｗ，３３Ｗ間の接続点３５Ｗが、Ｗ相給電線２６Ｗを介してＷ相巻線２５Ｗに接続されている。

電流検出回路１４は、電流検出用抵抗３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗで生じる電圧降下を検出することによって、各相の相電流を表す電流信号を生成する。この電流信号は、制御回路１１に与えられるようになっている。
プリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、個別のＩＣ（集積回路）で構成されている。すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の直列回路３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗにそれぞれ対応するＵ相プリドライバ１５Ｕ、Ｖ相プリドライバ１５ＶおよびＷ相プリドライバ１５Ｗが設けられている。これらのプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには、制御回路１１からのオン／オフ制御信号が入力されるようになっている。このオン／オフ制御信号は、モータ駆動回路１２を構成するスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ，３３Ｕ，３３Ｖ，３３ＷをＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するための制御信号（ＰＷＭ制御信号）である。このオン／オフ制御信号に応じて、プリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、スイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ，３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗを駆動するための信号を生成する。

すなわち、Ｕ相プリドライバ１５Ｕは、Ｕ相直列回路３１Ｕのスイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕのゲートにオン／オフ駆動（より具体的にはＰＷＭ駆動）のための駆動信号を入力する。また、Ｖ相プリドライバ１５Ｖは、Ｖ相直列回路３１Ｖのスイッチング素子３２Ｖ，３３Ｖのゲートにオン／オフ駆動（より具体的にはＰＷＭ駆動）のための駆動信号を入力する。同様に、Ｗ相プリドライバ１５Ｗは、Ｗ相直列回路３１Ｗのスイッチング素子３２Ｗ，３３Ｗのゲートにオン／オフ駆動（より具体的にはＰＷＭ駆動）のための駆動信号を入力する。

ハイサイドスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを駆動するための高電圧を得るために、各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには、第１昇圧回路２１または第２昇圧回路２２からの高電圧が共通に与えられるようになっている。これにより、ハイサイドスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗのゲートには、比較的高い制御電圧（車載バッテリ８の電圧よりも高い電圧）が与えられ、ローサイドスイッチング素子３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗのゲートには、それよりも低い制御電圧が与えられるようになっている。

第１および第２昇圧回路２１，２２は、それぞれ、たとえばチャージポンプ回路で構成されており、車載バッテリ８からの給電を受けて、車載バッテリ８の出力電圧よりも高い高電圧を生成するように構成されている。
第１昇圧回路２１は、第１ダイオード１８を介して高電圧ライン４０に接続されている。また、第２昇圧回路２２は、第２ダイオード１９を介して高電圧ライン４０に接続されている。したがって、第１および第２ダイオード１８，１９は、ダイオードＯＲ回路４１を形成しており、第１および第２昇圧回路２１，２２が生成する高電圧のうち、いずれか高い方の高電圧が高電圧ライン４０に現れることになる。

一方、高電圧ライン４０は、３つのプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに共通に接続されている。したがって、ダイオードＯＲ回路４１で選択されて高電圧ライン４０に導出される高電圧は、３つのプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに共通に与えられるようになっている。
この構成により、第１および第２昇圧回路２１，２２のいずれか一方に故障が生じたときには、正常な他方の昇圧回路が生成する高電圧が高電圧ライン４０を介してプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに共通に与えられる。これにより、一つの昇圧回路が故障しても、他方の昇圧回路を用いて、電動モータＭの駆動を継続することができ、電動パワーステアリング装置の延命制御が可能になる。

電圧監視回路２０は、第１および第２昇圧回路２１，２２がそれぞれ生成する高電圧を監視している。そして、いずれかの昇圧回路２１，２２が生成する高電圧が所定の閾値電圧以下になると、制御回路１１に対して、異常発生（昇圧回路の異常）を通知する。この通知を受けて、制御回路１１は、警報発生回路１７を作動させる。警報発生回路１７は、たとえば、車両のインスツルメントパネル内の警告灯を点灯させるものであってもよい。

制御回路１１は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に基づいて、電動モータＭから発生させるべきトルクに対応する目標電流値を設定する。一方、制御回路１１は、電流検出回路１４から、各相の検出電流値を取り込み、この検出電流値が目標電流値に一致するようにフィードバック制御を実行する。より具体的には、たとえば、目標電流値と検出電流値との偏差を求め、この偏差に対する比例積分制御を行って、電動モータＭに印加すべきモータ電圧指示値を求める。そして、制御回路１１は、そのモータ電圧指示値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成し、各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに与える。

これにより、各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｖ，１５ＷがＰＷＭ制御信号に応じてオン／オフする。その結果、モータ駆動回路１２のスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ，３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗの各ゲートに動作用の電圧が与えられ、これらのスイッチング素子が前記ＰＷＭ制御信号に対応するオン／オフ動作を行うことになる。その結果、モータ電圧指示値に対応した電圧が各相の巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに印加されることになる。これにより、電動モータＭがトルクを発生すると、これが操舵補助力としてステアリング機構３（図１参照）に伝達される。

一方、制御回路１１は、電流検出回路１４から与えられる各相の検出電流値に基づいて、各相の故障の有無を判断する故障検出動作を実行する故障検出部１１ａを有している。故障検出部１１ａは、制御回路１１がプログラムを実行することによってソフトウェア的に実現される機能実現手段であってもよい。故障検出部１１ａが実行する故障検出動作は、たとえば、各相の目標電流値と各相の検出電流値との偏差が所定の故障閾値を超えたときに、当該相に故障が生じていると判定する動作であってもよい。また、各相の給電線２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗに導出される電圧を監視する電圧監視回路（図示せず）を設け、この電圧監視回路によって検出される各相電圧に基づいて故障の検出を行う構成としてもよい。たとえば、モータ指示電圧と各相電圧とを比較し、それらの偏差が所定の故障閾値を超えたときに、当該相に故障が生じていると判定するようにしてもよい。

故障検出動作において検出対象となる各相の故障は、以下の故障を含む。
ア．各相のプリドライバ１５Ｕ，１５Ｗ，１５Ｖの故障
イ．各相のスイッチング素子32U,33U;32V,33V;32W,33Wの故障
ウ．各相の給電線２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗの故障（短絡および断線）
（過大な電流が検出されれば短絡故障、電流なしの状態なら断線故障）
制御回路１１は、いずれの相にも故障が生じていない通常時には、Ｕ相リレー１３Ｕ、Ｖ相リレー１３ＶおよびＷ相リレー１３Ｗをいずれも閉成状態に保持する。一方、いずれかの相に故障が生じると、制御回路１１は、警報発生回路１７に警報発生動作を行わせるとともに、当該相に対応したリレー１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗを開成し、当該相の巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗとモータ駆動回路１２との間の接続を切り離す。これにより、電動モータＭの逆起電力による回生ブレーキが生じないようにされる。そして、制御回路１１は、正常な２相の巻線に対して電圧を印加し、操舵補助を継続するための延命制御を行う。

この延命制御について、次に説明する。
三相ブラシレスモータ（電動モータＭ）の出力トルクＴは、次式（１）で表される。
Ｔ＝ｅｕ×ｉｕ＋ｅｖ×ｉｖ＋ｅｗ×ｉｗ ……（１）
ｅｕ……Ｕ相基準無負荷起電力
ｅｖ……Ｖ相基準無負荷起電力
ｅｗ……Ｗ相基準無負荷起電力
ｉｕ……Ｕ相電流
ｉｖ……Ｖ相電流
ｉｗ……Ｗ相電流
基準無負荷起電力は、歪みのないきれいな波形（正弦波）であれば、次式（２）で表される。

ｅｕ＝Ｅ×sinθ
ｅｖ＝Ｅ×sin(θ−120°) ……（２）
ｅｗ＝Ｅ×sin(θ＋120°)
Ｅは定数、θは電動モータＭの位相角（電気角）
そこで、各相電流を次式（３）に従って印加する。

ｉｕ＝Ｉ×sinθ
ｉｖ＝Ｉ×sin(θ−120°) ……（３）
ｉｗ＝Ｉ×sin(θ＋120°)
Ｉは電流の大きさ
すると、次式（４）から理解されるとおり、トルクＴを電流の大きさＩで制御することができる。

Ｔ＝Ｅ×sinθ×Ｉ×sinθ
＋Ｅ×sin(θ−120°)×Ｉ×sin(θ−120°)
＋Ｅ×sin(θ＋120°)×Ｉ×sin(θ＋120°)
＝ＥＩ×｛sin²θ＋sin²(θ−120°)＋sin²(θ＋120°)｝
＝３／２×ＥＩ ……（４）
たとえば、Ｕ相が故障した場合を考える。

この場合、Ｕ相リレー１３Ｕを開成すると、Ｕ相巻線２５Ｕへの電流印加ができなくなる。そのため、前記式（１）は、次式（５）のとおりとなる。
Ｔ＝ｅｕ×０＋ｅｖ×ｉｖ＋ｅｗ×ｉｗ
＝ｅｖ×ｉｖ＋ｅｗ×ｉｗ ……（５）
また、電動モータＭに流れ込む電流と流れ出す電流は等しいから次式（６）が成立する。

ｉｖ＝−ｉｗ ……（６）
よって、前記式（２）（５）（６）から、次式（７）を得る。
Ｔ＝Ｅ×sin(θ−120°)×ｉｖ＋Ｅ×sin(θ＋120°)×(−ｉｖ)
＝Ｅ×√３×sin(θ−90°)×ｉｖ ……（７）
つまり、出力すべきトルクＴに応じて、Ｖ相電流およびＷ相電流を次式（８）（９）にそれぞれ従って印加すればよいことが分かる。

ｉｖ＝Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝ ……（８）
ｉｗ＝−ｉｖ＝−Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝ ……（９）
ただし、sin(θ−90°)≠０
この場合のＶ相電流およびＷ相電流の波形を図示すると、図３のとおりとなり、一定のトルクが得られることが分かる。

図３から理解されるとおり、位相角（電気角）θが９０度の付近および２７０度の付近では、電流の大きさが無限大に近づく。しかし、実際に印加することができる電流の大きさには制限がある。
そこで、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗを次のように定めればよい。
〈sin(θ−90°)＝０のとき〉
ｉｖ＝０
ｉｗ＝０ ……（１０）
〈sin(θ−90°)≠０のとき〉
・Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝＞αのとき（αは制限値。α＞０）
ｉｖ＝＋α
ｉｗ＝−α ……（１１）
・Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝＜−αのとき
ｉｖ＝−α
ｉｗ＝＋α ……（１２）
・｜Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝｜≦αのとき
ｉｖ＝Ｔ／｛Ｅ×√３×sin(θ−90°)｝
ｉｗ＝−ｉｖ ……（１３）
この場合のＶ相電流およびＷ相電流の波形を図示すると、図４のとおりとなる。電動モータＭが発生するトルクは、位相角θ＝９０°，２７０°の付近でＶ字状に減少し、瞬間的に零になるが、大部分の期間において一定のトルク出力が得られる。これにより、一相に故障が生じたときでも、残りの二相によって、可及的に滑らかなトルク出力を維持しつつ、電動モータＭを継続して駆動することができる。

このように、制御回路１１は、いずれの相にも故障が生じていない通常時には、正弦波状に変化するように各相電流を印加する（目標電流値を設定する）一方で、いずれかの相に故障が生じると、当該相をリレー１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗによって切り離すとともに、通常時とは異なる態様で故障の生じていない各相への電流を印加する（目標電流値を設定する）。これにより、故障時であっても、電動モータＭから可及的に滑らかにトルクを出力させることができるので、操舵フィーリングを大きく損なうことなく、操舵補助動作を継続することができる。むろん、運転者には通常時とは異なる操舵フィーリングを感知させることができるから、早期の修理を促すことができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、前述の実施形態では、ダイオードＯＲ回路４１によって、第１および第２昇圧回路２１，２２の出力電圧のうちいずれか高い方が選択されて高電圧ライン４０に導出される構成としているが、第１および第２昇圧回路２１，２２の出力電圧の選択は、アナログスイッチ等のスイッチング素子によって行うこともできる。たとえば、第１および第２昇圧回路２１，２２と高電圧ライン４０との間に、ダイオード１８，１９の代わりに第１および第２スイッチング素子をそれぞれ介装しておく。そして、電圧監視回路２０によって第１および第２昇圧回路２１，２２の出力電圧を検出し、その検出結果に応じて、制御回路１１によって前記第１および第２スイッチング素子をオン／オフ制御すればよい。

また、前述の実施形態では、昇圧回路２１，２２が２つ設けられた構成について説明したが、３個以上の昇圧回路が設けられてもよい。ただし、コスト低減の観点からは、相数よりも少ない数の昇圧回路を各相で共有する構成とすることが好ましい。
また、前述の実施形態では、警報発生回路１７は、車両のインスツルメントパネルへの表示によって使用者に対する警報を行うようになっているが、警報表示の代わりに警報音によって使用者に対する警報を行うようにしてもよい。他にも、ステアリングホイール１に対して振動を与えるための信号を目標電流値に重畳することにより、ステアリングホイール１の振動によって運転者に対する警報を行う構成とすることもできる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。前記電動パワーステアリング装置に備えられたコントローラの電気的構成を説明するためのブロック図である。故障の生じていない相を用いて一定のトルクを出力する場合の各相電流の波形図である。故障の生じていない相を用いて、電流制限範囲内で、可及的に一定のトルクを出力する場合の各相電流の波形図である。

符号の説明

１２…モータ駆動回路、１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ…リレー、１８，１９…ダイオード、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ…直列回路、３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ…ハイサイドスイッチング素子、３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗ…ローサイドスイッチング素子、４１…ダイオードＯＲ回路、Ｍ…電動モータ

Claims

複数相のモータが発生する駆動力により操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
スイッチング素子からなる上アームとスイッチング素子からなる下アームとの直列回路を前記モータの複数相に対応して複数個備え、この複数の直列回路を並列接続して構成されるモータ駆動回路と、
前記複数の直列回路のスイッチング素子にそれぞれ接続された複数の各相ドライバと、
複数の昇圧回路と、
この複数の昇圧回路が生成した電圧のうち最も高い電圧を前記複数の各相ドライバに共通に出力する電圧選択手段とを含む、電動パワーステアリング装置。
前記電圧選択手段は、前記複数の昇圧回路と各相ドライバとの間にそれぞれ順方向接続された複数のダイオードを含む、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記複数の昇圧回路が生成する電圧を監視する電圧監視手段をさらに含む、請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
各相の前記各相ドライバから前記モータまでの故障を検出する故障検出手段と、
この故障検出手段によって故障が検出された相について、前記モータ駆動回路と前記モータとの接続を切り離す切断手段と、
前記故障検出手段がいずれの相の故障も検出していないときに、前記モータ駆動回路を第１の態様で制御する一方、前記故障検出手段がいずれかの相の故障を検出しているときに、前記切断手段によって切り離されていない正常な相の前記直列回路を前記第１の態様とは異なる第２の態様で制御する制御手段とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。