JP2012076644A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二系統のモータを同期制御する制御装置の演算負荷を軽減できる電動パワ−ステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ制御指令出力手段３１は、第１指令値演算手段３０により生成された第１の指令値とモータ駆動系毎の電流をモータ駆動系電流加算手段により加算された電流値に基づき、第２指令値演算手段３４，３５により演算された第２指令値をモータ制御指令としてモータとこのモータを駆動する駆動回路から構成される二系統のモータ駆動系に出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

２台のモータを回転駆動することにより転舵輪の舵角を変更するようにした電動パワーステアリング装置として特許文献１に記載されたものがある。
この特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、一方のモータを第１駆動回路と第１制御装置により、他方のモータを第２駆動回路と第２制御装置により、それぞれ独立して制御している。即ち、二系統のモータを独立して制御することにより、転舵輪の舵角を変更している。

特開２００４−１００２４号公報

しかしながら、上記電動パワーステアリング装置は、二系統を独立して制御する方式ではあるが、転舵輪の舵角を変更するためには、双方のモータを適切に同期制御して駆動する必要がある。この同期制御を行うためには第１制御装置と第２制御装置の間で制御タイミングや動作状態を監視しながらモータを制御しなければならず、第１制御装置、第２制御装置のいずれも演算負荷が高くなるという問題があった。このような演算負荷が高くなると、適切な同期制御ができなくなり、追従遅れが発生し、操舵フィーリングの低下を招く原因となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、二系統のモータを同期制御する制御装置の演算負荷を軽減できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータとこのモータを駆動する駆動回路から構成される複数のモータ駆動系を備えた電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルク及び前記車速に基づき、第１の指令値を演算する第１指令値演算手段と、前記モータ駆動系毎に設けられ、前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された前記モータ駆動系毎の電流を加算するモータ駆動系電流加算手段と、前記第１の指令値と前記モータ駆動系電流加算手段により加算された電流値に基づき、第２の指令値を演算する第２指令値演算手段と、前記複数のモータ駆動系に、前記第２の指令値をモータ制御指令として出力する指令出力手段を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、第１指令値演算手段により演算された第１の指令値とモータ駆動系毎の電流をモータ駆動系電流加算手段により加算された電流値に基づき、第２指令値演算手段により演算された第２指令値をモータ制御指令として複数のモータ駆動系に出力する。これにより、第２指令値演算手段の演算が複雑でなくなり演算負荷を軽減することができる。

本発明によれば、演算負荷の軽減を図ることができる電動パワ−ステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 モータの概略構成図。 ＥＰＳの制御ブロック図。 同じくＥＰＳの制御ブロック図。

以下、本発明を具体化した二系統のモータを用いた実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。そして、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３a、インターミディエイトシャフト３b、及びピニオンシャフト３cを連結している。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、当該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３aと駆動連結された所謂コラムアシストタイプのＥＰＳアクチュエータとして構成されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、このモータ１２の回転を減速してコラムシャフト３aに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。

一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、同ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号により検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与すべきアシスト力（目標アシスト力）を演算する。そして、その目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ１０に発生させるべく、駆動源であるモータ１２に対する電力供給を通じて、当該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

次に、本実施形態のＥＰＳに用いる前記モータについて説明する。
図２に示すように、本実施形態のモータ１２は、二系統のモータコイル２１Ａ，２１Ｂを同一のステータ２２に互いに位相をずらして巻回することにより形成されている。具体的には、第１系統のモータコイル２１Ａ（２１ua，２１va，２１wa）及び第２系統のモータコイル２１Ｂ（２１ub，２１vb，２１wb）は、ステータ２２の各ティース２３Ａ（２３ua，２３va，２３wa），２３Ｂ（２３ub，２３vb，２３wb）に対して、それぞれその対応する相（u，v，w）毎に巻回されている。そして、これらの各ティース２３Ａ，２３Ｂの径方向内側には、回転自在に支承されたロータ２４が設けられている。

即ち、二系統のモータコイル２１Ａ，２１Ｂに共通のステータ２２及びロータ２４を有しており、ロータ２４は、上記のように各ティース２３Ａ，２３Ｂに巻回された各モータコイル２１Ａ，２１Ｂが発生する起磁力に基づいて回転する。そして、本実施形態のＥＣＵ１１は、これらの各モータコイル２１Ａ，２１Ｂに対して、それぞれ独立に駆動電力を供給することにより、そのモータトルクを制御する。

図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ１１は、上記各モータコイル２１Ａ，２１Ｂに対応して設けられた二つの駆動回路２６Ａ，２６Ｂと、これらの各駆動回路２６Ａ，２６Ｂに対して、それぞれ制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bを出力するマイコン２７とを備えている。

具体的には，駆動回路２６Ａは、動力線２８Ａ（２８ua，２８va，２８wa）を介して第１系統のモータコイル２１Ａに接続され、駆動回路２６Ｂは、動力線２８Ｂ（２８ub，２８vb，２８wb）を介して第２系統のモータコイル２１Ｂに接続されている。また、マイコン２７の出力する制御信号Ｓmc_aは、駆動回路２６Ａに入力され、もう一方の制御信号Ｓmc_bは、駆動回路２６Ｂに入力される。尚、本実施形態では、各駆動回路２６Ａ，２６Ｂには、直列接続されたスイッチング素子対を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されており、マイコン２７の出力する各制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bは、その各相アームのオンｄｕｔｙ比を規定するものとなっている。そして、本実施形態のＥＣＵ１１は、これらの各制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bに基づき各駆動回路２６Ａ，２６Ｂが出力する駆動電力を、それぞれその対応する各モータコイル２１Ａ，２１Ｂに供給する。

詳述すると、図４に示すように、本実施形態のマイコン２７は、目標アシスト力に対応するモータトルクを発生させるべく、モータ１２に対する電力供給の電流指令値Ｉq*を生成するアシスト制御部３０と、その電流指令値Ｉq*に基づいて上記二系統の制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bの出力を実行する制御信号出力部３１（制御信号出力手段）と、各系統の電力供給路に生じた通電不良の発生を検知可能な異常検知部３８とを備えている。

本実施形態では、指令手段としてのアシスト制御部３０は、上記トルクセンサ１４により検出される操舵トルクτ及び車速センサ１５により検出される車速Ｖに基づいて、上記目標アシスト力に対応した電流指令値Ｉq*を演算する。具体的には，その操舵トルクτが大きいほど、また車速Ｖが遅いほど、より大きなアシスト力が発生するような電流指令値Ｉq*を演算する。そして、アシスト制御部３０は、この操舵トルクτ及び車速Ｖに基づく電流指令値Ｉq*を、そのモータ１２に対する電力供給の電流指令値Ｉq*として制御信号出力部３１に出力する。

一方、制御信号出力手段を構成する制御信号出力部３１には、図３に示すように、図２の各系統のモータコイル２１Ａ，２１Ｂに通電される各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_b並びにモータ１２の回転角θa，θbが入力される。尚、本実施形態では、各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_bは、それぞれ、各系統の動力線２８Ａ，２８Ｂに設けられた電流センサ３２Ａ（３２ua，３２va，３２wa），３２Ｂ（３２ub，３２vb，３２wb）により独立に検出される一方、モータ１２の回転角θa，θbは、共通の回転角センサ３３により検出される。モータ回転角θbは、θaに基づいて演算により決定される。そして、本実施形態の制御信号駆動回路２６Ａ，２６Ｂに対応した制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bを出力する。

更に詳述すると、本実施形態の制御信号出力部３１は、図４に示すように、第１系統（図２に示すモータコイル２１Ａ、図３に示す駆動回路２６Ａ、及び動力線２８Ａを含む系統）に対応するＰＷＭ変換部３６Ａ及び３相２相変換部３７Ａと、第２系統（図２に示すモータコイル２１Ｂ、図３に示す駆動回路２６Ｂ、及び動力線２８Ｂを含む系統）に対応するＰＷＭ変換部３６Ｂ、及び３相２相変換部３７Ｂとを備えている。

また、各３相２相変換部３７Ａ，３７Ｂには、各電流センサ３２Ａ，３２Ｂにより検出された各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_b、並びにモータ回転角センサ３３により検出されたモータ回転角θa，θbが入力される。各３相２相変換部３７は、入力されたモータ回転角θa，θbに基づいて、各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_bをｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値Ｉd_a，Ｉd_b及びｑ軸電流値Ｉq_a，Ｉq_bに変換する。そして、制御信号出力部３１は、３相２相変換部３７Ａにより演算されたｄ軸電流値Ｉd_aと３相２相変換部３７Ｂにより演算されたｄ軸電流値Ｉd_bとを加算し、ｄ軸電流値Ｉdとして電流制御部３４に出力する。また、３相２相変換部３７Ａにより演算されたｑ軸電流値Ｉq_aと３相２相変換部３７Ｂにより演算されたｑ軸電流値Ｉq_bとを加算し、ｑ軸電流値Ｉqとして電流制御部３５に出力する。そして、各電流制御部３４、３５は、その入力される制御指令Ｉd*、Ｉq*に基づいて、それぞれ、電流フィードバック制御を実行する。

具体的には、各３相２相変換部３７Ａ，３７Ｂは、その対応する系統の各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_bを、モータ１２の回転角θa，θbに従うｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する（ｄ／ｑ変換）。また、上記制御指令Ｉq*は、ｑ軸電流指令値として入力される（ｄ軸電流指令値は「０」）。そして、各電流制御部３４、３５は、そのｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御の実行により得られるｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を出力する。各ＰＷＭ変換部３６Ａ，３６Ｂは、入力されたｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相の交流座標系上に写像することにより（ｄ／ｑ逆変換）、それぞれ、その対応する系統の各相電圧指令値Ｖu*_a，Ｖv*_a，Ｖw*_a及びＶu*_b，Ｖv*_b，Ｖw*_bを演算する。そして、それぞれ、その対応する各相電圧指令値Ｖu*_a，Ｖv*_a，Ｖw*_a及びＶu*_b，Ｖv*_b，Ｖw*_bに基づいて、その対応する系統の駆動回路２６Ａ，２６Ｂに対する制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bの出力を実行する。

次に、本実施形態におけるＥＰＳの制御について説明する。
図４に示すように、本実施形態のマイコン２７には、上記各モータコイル２１Ａ，２１Ｂ（図２参照）に対応する各系統の電力供給路に生じた通電不良の発生を検知可能な異常検知部３８が設けられている。

具体的には，本実施形態の異常検知部３８には、各系統のモータコイル２１Ａ，２１Ｂに通電される各相電流値Ｉu_a，Ｉv_a，Ｉw_a及びＩu_b，Ｉv_b，Ｉw_b、並びに各制御信号Ｓmc_a，Ｓmc_bが規定する各相のオンｄｕｔｙを示すデューティ信号Ｓduty_b，Ｓduty_b及びモータ１２の回転角速度ωが入力される。そして、検知手段としての異常検知部３８は、これらの各状態量に基づいて、相毎に、各系統における通電不良の発生を検知する。

即ち、何れかの相について、そのデューティ信号Ｓduty_b，Ｓduty_bが通電状態にあるべき状態にあることを示すにもかかわらず、その相電流値が非通電状態を示す値である場合には、当該相に通電不良が発生したものと判定することができる。そして、本実施形態の異常検知部３８は、更に、モータの回転角速度ωに基づく速度条件を付加し、その逆起電圧の影響が顕在化する高速回転時は検知しないことにより、精度よく、その通電不良の発生を検知することが可能な構成となっている。

また、本実施形態では、この異常検知部３８による異常検知の結果が、異常検知信号Ｓ_trとして上記制御信号出力部３１に入力されるようになっている。そして、本実施形態の制御信号出力部３１は、上記各モータコイル２１Ａ，２１Ｂに対応する二系統のうち、その一方の系統に通電不良の発生が検知された場合には、他方の系統の駆動回路に対する制御信号の出力を優先する。

詳述すると、本実施形態の制御信号出力部３１において、その通電不良の発生が第１系統である場合には、第１系統における電力供給を停止し、他方の上記モータコイル２１Ｂに対応する第２系統の駆動回路２６Ｂに対する制御信号Ｓmc_bの出力を優先する。

また、通電不良の発生が第２系統である場合には、第２系統における電力供給を停止し、第１系統の駆動回路２６Ａに対する制御信号Ｓmc_aの出力を優先する。そして、本実施形態では、通電不良の発生がない場合、その第１系統の駆動回路２６Ａに対する制御信号Ｓmc_a、及び第２系統の駆動回路２６Ｂに対する制御信号Ｓmc_bの両方を出力する。（通常動作時制御）

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
本実施形態のモータは、二系統のモータコイルに共通のステータ及びロータを有しており、各モータコイルは、互いに位相をずらして配置されており、ロータは、上記のように各ティースに巻回された各モータコイルが発生する起磁力に基づいて回転する。そして、本実施形態の制御手段（ＥＣＵ）は、これらの各モータコイルに対して、それぞれ駆動電力を供給することにより、そのモータトルクを制御する構成になっている。即ち、本実施形態のＥＣＵは、上記各モータコイルに対応して設けられた二つの駆動回路と、これらの各駆動回路に対して、それぞれ制御信号を出力するマイコンとを備えるようにした。

また、指令手段により生成された電流指令値と各電流センサにより検出された二系統の各相電流値をｄ／ｑ座標系に変換した電流値を加算した電流値との偏差に基づくフィードバック制御の実行により二系統の制御信号を出力するようにした。即ち、本実施形態では、二系統のモータコイルの位相がずれており各相電流値での加算ができないため、ｄ／ｑ座標系に変換した電流値を加算することとした。

上記構成によれば、二系統のモータ駆動系が動作する場合に、モータ駆動系毎に検出された電流値を加算してフィードバック制御を行うことによりマイコンの演算負荷を軽減することができる。更に、マイコンの演算負荷が軽減したことにより１台のマイコンで同期して駆動が可能となる。

また、ＥＣＵは、各モータコイルに対応する各系統の電力供給経路における通電不良の発生を検知可能な異常検知手段を有し、アシスト制御を実行している一方の系統について前記通電不良の発生が検知された場合には、前記通電不良が発生した系統の前記モータコイルの三相を開放し、他方の正常な系統において前記制御信号を出力しアシスト制御を継続するようにした。

上記構成によれば、通電不良発生後の継続制御時にトルクリップルの発生がなく、操舵フィーリングの良い操舵を継続できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明をコラムアシストタイプのＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプのＥＰＳに適用してもよい。
・上記各実施形態では、ＥＰＳアクチュエータ１０は、二系統のモータコイル２１Ａ，２１Ｂに対して共通のステータ２２及びロータ２４を有するモータ１２を駆動源とすることとした。しかし、これに限らず、各モータコイルが個別のステータ又は個別のロータを有する構成に具体化してもよい。そして、更に、２台のモータを駆動源とするものに適用してもよい。また、３つ以上のモータコイルを含む複数の系統を設けてもよい。
・また、各系統のモータコイルについては、その位相が互いにずれた関係となるように配置される構成としたが、同相となるように同一のティースにそれぞれ巻回されたモータコイルの構成であってもよい。
・更に、ＥＰＳの他、独立に設けられた二系統のモータコイルを備えたモータを制御するモータ制御システムに具体化してもよい。

１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、３ａ：コラムシャフト、
３ｂ：インターミディエイトシャフト、３ｃ：ピニオンシャフト、
４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
６：タイロッド、７：転舵輪、１０：ＥＰＳアクチュエータ、１１：ＥＣＵ、
１２：モータ、１３：減速機構、１４：トルクセンサ、１５：車速センサ、
２１Ａ，２１Ｂ：モータコイル、２２：ステータ、２３Ａ，２３Ｂ：ティース、
２４：ロータ、２６Ａ，２６Ｂ：駆動回路、２７：マイコン、２８Ａ，２８Ｂ：動力線、
３０：アシスト制御部、３１：制御信号出力部、３２Ａ，３２Ｂ：電流センサ、
３３：モータ回転角センサ、３４，３５：電流制御部、
３６Ａ，３６Ｂ：ＰＷＭ変換部、３７Ａ，３７Ｂ：３相２相変換部、３８：異常検知部、
Ｉq*：ｑ軸電流指令値、Ｉd，Ｉd_a，Ｉd_a：ｄ軸電流値、
Ｉq，Ｉq_a，Ｉq_b：ｑ軸電流値、
Ｉu_a、Ｉv_a、Ｉw_a、Ｉu_b、Ｉv_b、Ｉw_b：各相電流値、
Ｖd*：ｄ軸電圧指令値、Ｖq*：ｑ軸電圧指令値、
Ｖu*_a，Ｖv*_a，Ｖw*_a，Ｖu*_b，Ｖv*_b，Ｖw*_b：各相電圧指令値、
Ｓmc_a，Ｓmc_b：制御信号、Ｓ_tr：異常検知信号、
Ｓduty_a，Ｓduty_b：デューティ信号、
θa，θb：モータ回転角、ω：モータ回転角速度、Ｖ：車速、τ：操舵トルク

Claims (1)

1. ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータとこのモータを駆動する駆動回路から構成される複数のモータ駆動系を備えた電動パワーステアリング装置において、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記操舵トルク及び前記車速に基づき、第１の指令値を演算する第１指令値演算手段と、
   前記モータ駆動系毎に設けられ、前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された前記モータ駆動系毎の電流を加算するモータ駆動系電流加算手段と、
   前記第１の指令値と前記モータ駆動系電流加算手段により加算された電流値に基づき、第２の指令値を演算する第２指令値演算手段と、
   前記複数のモータ駆動系に、前記第２の指令値をモータ制御指令として出力する指令出力手段を備えたこと、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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