JP2012157096A - Motor controller and electric power steering device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor control device and an electric power steering device using the same.
従来、ブラシレスモータの駆動を制御するモータ制御装置は、一般に、モータの回転角を検出する回転角センサによる検出値等に基づきモータへ供給する電流を調節している。ここで、回転角センサとして用いられるレゾルバは、一般に高価であり、配線数が多く、設置スペースが大きいといった問題がある。そこで、特許文献1に記載されたモータ制御装置では、第1モードにおいて、トルクセンサの出力値に基づき加算角を演算し、当該加算角に基づきモータに電流を供給することにより、回転角センサを用いることなく、センサレスでモータの制御を可能としている。また、第2モードでは、モータの端子に印加される電圧(以下、適宜「モータ電圧」という)およびモータに流れる電流(以下、適宜「モータ電流」という)を検出し、当該検出した電圧値および電流値に基づきモータに生じる誘起電圧を推定している。そして、当該推定した誘起電圧からモータの回転角を推定し、当該推定した回転角に基づきモータに電流を供給することにより、回転角センサを用いることなくモータの制御を可能としている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a motor control device that controls driving of a brushless motor generally adjusts a current supplied to a motor based on a detection value by a rotation angle sensor that detects a rotation angle of the motor. Here, the resolver used as a rotation angle sensor is generally expensive, has a problem of a large number of wires and a large installation space. Therefore, in the motor control device described in
ところで、モータの巻線に断線等の異常が生じた場合、モータの制御が不能となるため、モータの制御を停止する必要がある。よって、モータの巻線の異常を検出する手段が求められている。
回転角センサを備えるモータの場合、例えば「回転角センサにより検出したモータの回転角に基づき演算した回転角速度」等に基づき、モータの巻線の異常を検出することが可能である。一方、上述の第2モードでの制御のようにモータ電圧およびモータ電流に基づきモータの回転角を推定しセンサレスでモータを制御する場合、モータの巻線の異常を検出するとき、以下の問題が生じるおそれがある。
By the way, when abnormality such as disconnection occurs in the winding of the motor, it becomes impossible to control the motor, and it is necessary to stop the control of the motor. Therefore, a means for detecting an abnormality in the motor winding is desired.
In the case of a motor having a rotation angle sensor, it is possible to detect an abnormality in the motor winding based on, for example, “a rotation angular velocity calculated based on the rotation angle of the motor detected by the rotation angle sensor”. On the other hand, when the motor rotation angle is estimated based on the motor voltage and motor current and the motor is controlled without the sensor as in the control in the second mode described above, the following problems occur when detecting an abnormality in the motor winding. May occur.
センサレスでモータを制御しているとき、「モータの回転角速度」は、モータ電圧およびモータ電流に基づき推定される回転角に基づき演算(推定)される。ここで、モータの巻線に断線が生じた場合、モータ電流は0になるとともに、モータ電圧はフィードバック制御により増大する。これにより、演算される「モータの回転角速度」は、実際のモータの回転角速度にかかわらず、大きな値となる。そのため、巻線の断線により「回転角速度」が大きくなっているのか、モータが実際に高速回転していることにより「回転角速度」が大きくなっているのかを判断することができない。よって、モータの巻線の異常を判断するために、モータ電圧に基づき推定した「回転角速度」を用いると、誤検出あるいは検出不可となるおそれがある。 When the motor is controlled without a sensor, the “motor rotational angular velocity” is calculated (estimated) based on the rotational angle estimated based on the motor voltage and the motor current. Here, when a disconnection occurs in the motor winding, the motor current becomes zero and the motor voltage increases by feedback control. As a result, the calculated “motor rotational angular velocity” takes a large value regardless of the actual motor rotational angular velocity. For this reason, it cannot be determined whether the “rotational angular velocity” is increased due to the wire breakage or whether the “rotational angular velocity” is increased because the motor is actually rotating at a high speed. Therefore, if the “rotational angular velocity” estimated based on the motor voltage is used to determine the abnormality of the motor winding, there is a risk that erroneous detection or detection becomes impossible.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、回転角検出手段を用いることなくモータを駆動し、このときのモータの巻線の異常を確実に検出できるモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problem, and drives a motor without using a rotation angle detection means, and can reliably detect abnormality in the winding of the motor at this time, and electric power steering To provide an apparatus.
請求項1に記載の発明は、電源から供給される電力により駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、駆動回路と制御部と電流検出手段とトルク検出手段とを備える。本発明のモータ制御装置が制御対象とするモータは、ステータ、当該ステータに対し相対回転可能に設けられるロータ、および、複数の相を構成するようステータに巻回される巻線を有するモータである。駆動回路は、電源とモータとの間に設けられ、電源の電源電圧に基づきモータに駆動電力を供給する。制御部は、駆動回路を制御することによりモータを制御する。電流検出手段は、モータの巻線に流れる電流を検出する。トルク検出手段は、モータによって駆動される駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクを検出する。
The invention described in
制御部は、指示トルク演算手段、加算角演算手段、制御角演算手段、第1制御信号生成手段、第1駆動手段および第1異常検出手段を含む。指示トルク演算手段は、前記駆動対象に加えられるべき指示トルクを演算する。加算角演算手段は、トルク検出手段によって検出された検出トルクと前記指示トルクとに基づき、加算角を演算する。制御角演算手段は、制御上の回転角である制御角の前回値に対し所定の演算周期毎に前記加算角を加算することによって前記制御角の今回値を演算する。第1制御信号生成手段は、電流検出手段により検出した電流、および、前記制御角に基づき、第1制御信号を生成する。第1駆動手段は、前記第1制御信号で駆動回路を制御することによりモータを駆動する。第1異常検出手段は、前記加算角、電流検出手段により検出した電流、および、前記第1制御信号の値に基づき、モータの巻線の異常を検出する。そして、制御部は、第1駆動手段によりモータを駆動しているとき、第1異常検出手段によりモータの巻線の異常を検出可能である。 The control unit includes command torque calculation means, addition angle calculation means, control angle calculation means, first control signal generation means, first drive means, and first abnormality detection means. The command torque calculator calculates a command torque to be applied to the drive target. The addition angle calculation means calculates the addition angle based on the detected torque detected by the torque detection means and the indicated torque. The control angle calculation means calculates the current value of the control angle by adding the addition angle for each predetermined calculation cycle to the previous value of the control angle, which is a control rotation angle. The first control signal generation means generates a first control signal based on the current detected by the current detection means and the control angle. The first drive means drives the motor by controlling the drive circuit with the first control signal. The first abnormality detection means detects an abnormality in the motor winding based on the addition angle, the current detected by the current detection means, and the value of the first control signal. And the control part can detect the abnormality of the winding of the motor by the first abnormality detecting means when the motor is driven by the first driving means.
上述のように、第1駆動手段は、トルク検出手段によって検出された検出トルクに基づきモータを制御する。すなわち、モータの回転角を検出する回転角センサ等の回転角検出手段を必要としない。よって、本発明では、センサレスで(回転角センサ無しで)モータを制御可能である。 As described above, the first drive unit controls the motor based on the detected torque detected by the torque detection unit. That is, no rotation angle detection means such as a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the motor is required. Therefore, in the present invention, the motor can be controlled without a sensor (without a rotation angle sensor).
また、第1異常検出手段は、検出トルクに基づき演算された加算角等に基づき、モータの巻線の異常を検出する。ここで、加算角は、モータを流れる電流またはモータの端子に印加される電圧とは無関係の値であるため、モータの巻線が断線して電流または電圧が変動しても、この影響を受けることがない。よって、第1異常検出手段は、センサレス制御時のモータの断線異常を確実に検出することができる。 The first abnormality detection means detects an abnormality in the motor winding based on the addition angle calculated based on the detected torque. Here, since the addition angle is a value unrelated to the current flowing through the motor or the voltage applied to the motor terminal, even if the winding of the motor is broken and the current or voltage fluctuates, it is affected by this. There is nothing. Therefore, the first abnormality detecting means can reliably detect the disconnection abnormality of the motor during the sensorless control.
このように、本発明では、回転角センサ等の回転角検出手段を備えないモータ、あるいは、回転角検出手段を備えるものの回転角検出手段が故障したモータを、第1駆動手段によりセンサレス(回転角センサ無し)で制御可能であり、このときモータの巻線に断線等の異常が生じても、当該巻線の異常を確実に検出することができる。 As described above, in the present invention, a motor that does not include a rotation angle detection unit such as a rotation angle sensor or a motor that includes a rotation angle detection unit but has a malfunction in the rotation angle detection unit is sensorless (rotation angle) by the first drive unit. Even if an abnormality such as disconnection occurs in the motor winding at this time, the abnormality in the winding can be reliably detected.
請求項2に記載の発明は、モータの回転角を検出する回転角検出手段をさらに備えている。本発明の制御部は、回転角速度算出手段、第2制御信号生成手段、第2駆動手段および第2異常検出手段を含む。回転角速度算出手段は、回転角検出手段により検出した回転角に基づきモータ(ロータ)の回転角速度を算出する。第2制御信号生成手段は、電流検出手段により検出した電流、および、前記回転角に基づき、第2制御信号を生成する。第2駆動手段は、前記第2制御信号で駆動回路を制御することによりモータを駆動する。第2異常検出手段は、前記回転角速度、電流検出手段により検出した電流、および、前記第2制御信号の値に基づき、前記巻線の異常を検出する。そして、制御部は、回転角検出手段が正常な場合は、第2駆動手段によりモータを駆動し、このとき、第2異常検出手段によりモータの巻線の異常を検出可能である。一方、回転角検出手段が異常な場合は、第1駆動手段によりモータを駆動し、このとき、第1異常検出手段によりモータの巻線の異常を検出可能である。
The invention according to
上述のように、制御部は、回転角検出手段が正常な場合、第2駆動手段により、回転角検出手段で検出したモータの回転角に基づきモータを制御する。一方、回転角検出手段が異常な場合、第1駆動手段により、加算角に基づき、センサレスでモータを制御する。よって、本発明では、モータの駆動制御中に回転角検出手段が故障しても、モータの制御を中止することなく、継続して制御可能である。 As described above, when the rotation angle detection unit is normal, the control unit controls the motor based on the rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection unit by the second drive unit. On the other hand, when the rotation angle detection unit is abnormal, the first drive unit controls the motor without a sensor based on the addition angle. Therefore, in the present invention, even if the rotation angle detection means breaks down during the motor drive control, the control can be continued without stopping the motor control.
また、制御部は、第2駆動手段によりモータを駆動しているとき、第2異常検出手段によって、回転角検出手段により検出したモータの回転角に基づき演算された回転角速度等に基づき、モータの巻線の異常を検出する。一方、第1駆動手段によりモータを駆動しているとき、第1異常検出手段によって、検出トルクに基づき演算された加算角等に基づき、モータの巻線の異常を検出する。このように、本発明では、回転角検出手段の正異常にかかわらず、モータの巻線の異常を確実に検出することができる。 In addition, when the motor is being driven by the second drive unit, the control unit is configured to detect the motor based on the rotation angular velocity calculated by the second abnormality detection unit based on the rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection unit. Detect winding abnormality. On the other hand, when the motor is driven by the first drive means, the first abnormality detection means detects an abnormality in the motor winding based on the addition angle calculated based on the detected torque. As described above, according to the present invention, it is possible to reliably detect abnormality in the winding of the motor regardless of whether the rotation angle detecting means is normal or abnormal.
請求項3に記載の発明は、駆動回路に印加される電圧を検出可能な電圧検出手段をさらに備えている。これにより、第1異常検出手段は、例えば、前記加算角、電流検出手段により検出した電流、および、前記第1制御信号の値に基づくことに加え、電圧検出手段により検出した電圧に基づき、モータの巻線の異常を検出することができる。よって、第1駆動手段でモータを制御するとき、すなわちセンサレスでモータを制御するときの、モータの巻線の異常を検出する精度をより高めることができる。 The invention described in claim 3 further includes voltage detection means capable of detecting a voltage applied to the drive circuit. Thereby, the first abnormality detection means, for example, based on the voltage detected by the voltage detection means in addition to the addition angle, the current detected by the current detection means, and the value of the first control signal, It is possible to detect abnormal windings. Therefore, when the motor is controlled by the first drive means, that is, when the motor is controlled without a sensor, the accuracy of detecting an abnormality in the winding of the motor can be further increased.
また、第2異常検出手段は、例えば、前記回転角速度、電流検出手段により検出した電流、および、前記第2制御信号の値に基づくことに加え、電圧検出手段により検出した電圧に基づき、モータの巻線の異常を検出することができる。よって、第2駆動手段でモータを制御するときの、モータの巻線の異常を検出する精度をより高めることができる。 Further, the second abnormality detection means, for example, based on the voltage detected by the voltage detection means in addition to the rotation angular velocity, the current detected by the current detection means, and the value of the second control signal, Winding abnormality can be detected. Therefore, it is possible to further improve the accuracy of detecting an abnormality in the motor winding when the motor is controlled by the second driving means.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、操舵に関するアシストトルクを出力する前記モータと、を備える電動パワーステアリング装置の発明である。上述のように、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置では、センサレスでモータを制御しているときでもモータの巻線の異常を確実に検出することができる。よって、モータの巻線に異常が生じた場合にモータの駆動制御を中止する必要がある電動パワーステアリング装置に対し、本発明は特に好適である。
The invention according to claim 4 is an invention of an electric power steering apparatus comprising: the motor control device according to any one of
以下、本発明によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, a motor control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図1に示す。図1は、モータ制御装置1を採用する電動パワーステアリング装置2を備えたステアリングシステム90の全体構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a motor control device according to a first embodiment of the present invention and an electric power steering device using the same. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a
モータ制御装置1は、モータ10を駆動制御するものである。モータ制御装置1は、モータ10とともに、車両のステアリング操作(操舵)をアシスト(補助)するための電動パワーステアリング装置2に採用される。
ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。これにより、運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転し、ステアリングシャフト92の回転運動はピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度となるよう一対の車輪98が操舵される。
The
A
電動パワーステアリング装置2は、操舵に関するアシストトルクを出力するモータ10、モータ10の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える減速ギア94、および、モータ制御装置1を備える。
本実施形態のモータ制御装置1が制御の対象とするモータ10は、三相ブラシレスモータである。モータ10は、図2に示すように、略円筒状のステータ11、当該ステータ11に対し相対回転可能に設けられる界磁としてのロータ12、ステータ11に巻回される巻線13、14、15を有している。巻線13、14、15は、それぞれがU相、V相、W相に対応している。
The electric
The
各相の巻線13、14、15の方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義されている。また、ロータ12の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ12の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系:実回転座標系)が定義されている。dq座標系は、ロータ12とともに回転する回転座標系である。dq座標系ではq軸電流のみがロータ12のトルク発生に寄与するため、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。モータ10(ロータ12)の回転角(ロータ角)θMは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。ロータ角θMを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
Three-phase fixed coordinates (UVW coordinate system) are defined in which the U-axis, V-axis, and W-axis are taken in the direction of the
本実施形態では、モータ10を制御するにあたり、制御上の回転角を表す制御角θCを定義している。制御角θCは、U軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して90°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系(γδ座標系:仮想回転座標系)を定義している。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるdq座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのd軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのq軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。UVW座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。
In the present embodiment, when the
ここで、制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL(=θC−θM)と定義する。制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ10に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ12のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成り立つ。
Iq=Iγ・sinθL・・・(1)
Here, the difference between the control angle θ C and the rotor angle θ M is defined as a load angle θ L (= θ C −θ M ). If the gamma-axis current I gamma based on the control angle theta C is supplied to the
I q = I γ · sin θ L (1)
次に、モータ制御装置1の構成について説明する。モータ制御装置1は、図1に示すように駆動回路としてのインバータ部20、制御部としてのマイコン30、電流検出手段としての電流センサ81、トルク検出手段としてのトルクセンサ82、回転角検出手段としての回転角センサ83、および、電圧検出手段としての電圧センサ84等を備えている。
インバータ部20は、MOS等のスイッチング素子(図示せず)を複数有している。本実施形態では、インバータ部20は、6つのスイッチング素子を有し、これらのスイッチング素子が2つ1組で1つの相に対応している。インバータ部20は、電源としてのバッテリ(図示せず)とモータ10との間に設けられ、バッテリの電源電圧に基づきモータ10に駆動電力(相電流)を供給する。マイコン30は、インバータ部20を制御することによりモータ10を制御する。
Next, the configuration of the
The
本実施形態では、マイコン30には、電流センサ81、トルクセンサ82、回転角センサ83、電圧センサ84、舵角センサ85、および、図示しない車速センサ等が接続されている。
電流センサ81は、インバータ部20とモータ10との間に設けられ、モータ10の巻線に流れる電流を検出する。
In the present embodiment, the
The
トルクセンサ82は、ステアリングシャフト92のうち上側(ハンドル91側)部分と下側部分とを接続するトーションバー93に設けられ、トーションバー93の捩れ角に相当する検出値を出力する。前記捩れ角は、ステアリングシャフト92のうち上側(ハンドル91側)部分に運転者から加えられた力による角度(操舵角度)とステアリングシャフト92のうち下側部分にモータ10から加えられた力(アシストトルク)による角度(アシスト角度)との差である。この角度差に相当する値が操舵トルクとして検出され、トルクセンサ82から出力される(以下、トルクセンサ82から出力される検出値を適宜「検出操舵トルクT」という)。
The
本実施形態では、回転角センサ83は、一般的なレゾルバであって、モータ10のロータ12近傍に設けられている。これにより、回転角センサ83は、ロータ12の回転角(ロータ角θM)を検出可能である。
電圧センサ84は、インバータ部20に設けられ、インバータ部20に印加される電圧を検出可能である。
In the present embodiment, the
The
舵角センサ85は、ステアリングシャフト92のうち上側(ハンドル91側)部分に設けられ、当該部分の回転角(舵角)を検出する。
図示しない車速センサは、電動パワーステアリング装置2が搭載された車両の速度を検出する。
マイコン30は、上述の各センサの出力値に基づきインバータ部20からモータ10へ供給する駆動電力を制御することによりモータ10を制御する。
The
A vehicle speed sensor (not shown) detects the speed of the vehicle on which the electric
The
次に、マイコン30によるモータ10の制御について説明する。
マイコン30は、回転角センサ83が正常な場合、回転角センサ83の検出値(ロータ角θM)に基づきモータ10を制御する。一方、回転角センサ83が異常な場合(故障等の場合)は、回転角センサ83の検出値ではなく、トルクセンサ82の検出値に基づきモータ10を制御する。
Next, control of the
When the
まず、回転角センサ83が正常な場合のモータ10の制御について、図3に基づき説明する。ここで、マイコン30は、指示電流値生成部31、電流偏差演算部32、三相二相変換部33、PI制御部34、二相三相変換部35およびPWM制御部36等を含む。
指示電流値生成部31は、dq座標系の座標軸に流すべき電流値を指示電流値として生成する。具体的には、d軸指示電流値Id *およびq軸指示電流値Iq *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Idq *」という)を生成する。さらに具体的には、指示電流値生成部31は、q軸指示電流値Iq *を有意値とする一方で、d軸指示電流値Id *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部31は、トルクセンサ82によって検出される検出操舵トルクTに基づいてq軸指示電流値Iq *を設定する。
First, control of the
The command current
検出操舵トルクTに対するq軸指示電流値Iq *の設定例は、図3に符号31で示す矩形内に示されている。検出操舵トルクTは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、q軸指示電流値Iq *は、モータ10から右方向操舵のためのアシストトルクを発生させるべきときには正の値とされ、モータ10から左方向操舵のためのアシストトルクを発生させるべきときには負の値とされる。q軸指示電流値Iq *は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正の値をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクTが所定の範囲(トルク不感帯)の微小な値のときには、q軸指示電流値Iq *は零とされる。また、q軸指示電流値Iq *は、車速センサによって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きなアシストトルクを発生させることができ、高速走行時にはアシストトルクを小さくすることができる。
A setting example of the q-axis command current value I q * with respect to the detected steering torque T is shown in a rectangle indicated by
電流偏差演算部32は、指示電流値生成部31により生成された指示電流値Idq*に対する二相検出電流Iγδ(γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδ)の偏差を演算する。具体的には、電流偏差演算部32は、d軸指示電流値Id *(=0)に対するγ軸検出電流Iγの偏差Id *−Iγと、q軸指示電流値Iq *に対するδ軸検出電流Iδの偏差Iq *−Iδとを演算する。γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδは、三相二相変換部33から電流偏差演算部32に与えられるようになっている。
The current deviation calculation unit 32 calculates the deviation of the two-phase detection current I γδ (γ-axis detection current I γ and δ-axis detection current I δ ) from the instruction current value Idq * generated by the instruction current
三相二相変換部33は、電流センサ81によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相検出電流IU、V相検出電流IVおよびW相検出電流IW)を二相固定座標系であるαβ座標系の二相検出電流IαおよびIβ(以下、これらを総称するときには「二相検出電流Iαβ」という)に変換する。ここで、αβ座標系は、図2に示すように、ロータ12の回転中心を原点として、ロータ12の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸(図2ではU軸と同軸)を定めた固定座標系である。また、三相二相変換部33は、二相検出電流Iαβをγδ座標系の二相検出電流IγおよびIδ(以下、これらを総称するときには「二相検出電流Iγδ」という)に変換する。これらが電流偏差演算部32に与えられるようになっている。なお、三相二相変換部33における座標変換には、回転角センサ83により検出したモータ10の回転角、すなわちロータ角θMが用いられる。
The three-phase to two-
PI制御部34は、電流偏差演算部32によって演算された電流偏差に対するPI演算を行うことにより、モータ10に印加すべき二相指示電圧Vγδ *(γ軸指示電圧Vγ *およびδ軸指示電圧Vδ *)を生成する。この二相指示電圧Vγδ *が、二相三相変換部35に与えられる。
二相三相変換部35は、二相指示電圧Vγδ *をαβ座標系の二相指示電圧Vαβ *に変換する。この座標変換には、回転角センサ83により検出したロータ角θMが用いられる。二相指示電圧Vαβ *は、α軸指示電圧Vα *およびβ軸指示電圧Vβ *からなる。二相三相変換部35は、二相指示電圧Vαβ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部36に与えられる。
The
The two-phase / three-
PWM制御部36は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *にそれぞれ対応するデューティーのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、インバータ部20に供給する。
インバータ部20を構成するスイッチング素子がPWM制御部36から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ10の各相の巻線13、14、15に印加されることになる。これにより、モータ10が回転駆動する。ここで、電流偏差演算部32およびPI制御部34は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ10に流れるモータ電流が、二相指示電流値Idq *に近づくように制御される。
The
Since the switching elements constituting the
このように、回転角センサ83が正常な場合、マイコン30は、回転角センサ83により検出したロータ角θMに基づきモータ10を駆動制御する。ここで、上述のU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号は、特許請求の範囲における「第2制御信号」に相当する。また、ここで、PWM制御部36は特許請求の範囲における「第2制御信号生成手段」として機能し、マイコン30は特許請求の範囲における「第2駆動手段」として機能する。
Thus, when the
続いて、回転角センサ83が異常な場合のモータ10の制御について、図4に基づき説明する。回転角センサ83が異常な場合とは、例えば回転角センサ83が故障し、回転角センサ83によってはロータ角θMを検出することができなくなった場合等である。
ここで、マイコン30は、指示電流値生成部31、電流偏差演算部32、三相二相変換部33、PI制御部34、二相三相変換部35およびPWM制御部36に加え、指示操舵トルク設定部41、トルク偏差演算部42、PI制御部43、制御角演算部44および加算器45等を含む。
Next, control of the
Here, in addition to the command current
指示操舵トルク設定部41は、舵角センサ85によって検出される舵角と、車速センサによって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクT*を設定する。例えば、図4の符号41の矩形内に示すように、例えば、舵角が正の値(右方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は正の値(右方向へのトルク)に設定され、舵角が負の値(左方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は負の値(左方向へのトルク)に設定される。そして、舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように指示操舵トルクT*が設定される。ただし、本実施形態では、所定の上限値(正の値:例えば+7Nm)および下限値(負の値:例えば−7Nm)の範囲内で指示操舵トルクT*の設定が行われる。また、指示操舵トルクT*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。なお、舵角が所定の範囲のときには、指示操舵トルクT*は零とされる。ここで、指示操舵トルク設定部41は、特許請求の範囲における「指示トルク演算手段」に対応している。
The command steering
トルク偏差演算部42は、指示操舵トルク設定部41によって設定される指示操舵トルクT*とトルクセンサ82によって検出される操舵トルクT(以下、区別を容易にするために適宜「検出操舵トルクT」という)との偏差(トルク偏差)ΔTを求める。PI制御部43は、このトルク偏差ΔTに対するPI演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部42およびPI制御部43によって、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。PI制御部43は、トルク偏差ΔTに対するPI演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。検出操舵トルクTは、右方向操舵トルクに対しては正符号、左方向操舵トルクに対しては負符号を有している。ここで、PI制御部43は、特許請求の範囲における「加算角演算手段」に対応している。
The torque
制御角演算部44は、加算器45を含む。加算器45は、制御角θCの前回値θC(n−1)にPI制御部43から与えられる加算角αを加算する。すなわち、制御角演算部44は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n−1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。ここで、制御角演算部44は、特許請求の範囲における「制御角演算手段」に対応している。
The control
指示電流値生成部31は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成する。具体的には、γ軸指示電流値Iγ *およびδ軸指示電流値Iδ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という)を生成する。指示電流値生成部31は、γ軸指示電流値Iγ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Iδ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部31は、トルクセンサ82によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値Iγ *を設定する。
The command current
検出操舵トルクTに対するγ軸指示電流値Iγ *の設定例は、図4に符号31で示す矩形内に示されている。ここで、検出操舵トルクTが零付近の領域には不感帯NRが設定されている。γ軸指示電流値Iγ *は、不感帯NRの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がハンドル91を操作していないときには、モータ10への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
A setting example of the γ-axis command current value I γ * with respect to the detected steering torque T is shown in a rectangle indicated by
電流偏差演算部32は、指示電流値生成部31により生成された指示電流値Iγδ *に対する二相検出電流Iγδ(γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδ)の偏差を演算する。具体的には、電流偏差演算部32は、γ軸指示電流値Iγ *に対するγ軸検出電流Iγの偏差Iγ *−Iγと、δ軸指示電流値Iδ *(=0)に対するδ軸検出電流Iδの偏差Iδ *−Iδとを演算する。γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδは、三相二相変換部33から電流偏差演算部32に与えられる。
The current deviation calculation unit 32 calculates the deviation of the two-phase detection current I γδ (γ-axis detection current I γ and δ-axis detection current I δ ) from the instruction current value I γδ * generated by the instruction current
三相二相変換部33は、電流センサ81によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVWを二相固定座標系であるαβ座標系の二相検出電流Iαβに変換する。また、三相二相変換部33は、二相検出電流Iαβをγδ座標系の二相検出電流Iγδに変換する。これらが電流偏差演算部32に与えられる。なお、三相二相変換部33における座標変換には、制御角演算部44で演算した制御角θCが用いられる。
The three-phase to two-
PI制御部34は、電流偏差演算部32によって演算された電流偏差に対するPI演算を行うことにより、モータ10に印加すべき二相指示電圧Vγδ *を生成する。この二相指示電圧Vγδ *が、二相三相変換部35に与えられる。
二相三相変換部35は、二相指示電圧Vγδ *をαβ座標系の二相指示電圧Vαβ *に変換する。この座標変換には、制御角演算部44で演算した制御角θCが用いられる。二相三相変換部35は、二相指示電圧Vαβ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。この三相指示電圧VUVW *はPWM制御部36に与えられる。
The
The two-phase / three-
PWM制御部36は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *にそれぞれ対応するデューティーのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、インバータ部20に供給する。
インバータ部20を構成するスイッチング素子がPWM制御部36から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ10の各相の巻線13、14、15に印加される。これにより、モータ10が回転駆動する。ここで、電流偏差演算部32およびPI制御部34は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ10に流れるモータ電流が、二相指示電流値Iγδ *に近づくように制御される。
The
Since the switching elements constituting the
上述のように、指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差(トルク偏差)に対するPI制御によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n−1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)=θC(n−1)+αが求められる。このとき、制御角θCとロータ12の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL=θC−θMとなる。
As described above, the addition angle α is generated by the PI control with respect to the deviation (torque deviation) between the command steering torque T * and the detected steering torque T. It is obtained by adding the addition the addition angle alpha control angle theta previous value of C θ C (n-1) , the current value of the control angle θ C θ C (n) = θ C (n-1) + α is Desired. At this time, the deviation between the control angle θ C and the actual rotor angle θ M of the
したがって、制御角θCに従うγδ座標系(仮想回転座標系)のγ軸(仮想軸)にγ軸指示電流値Iγ *に従ってγ軸電流Iγが供給されると、q軸電流Iq=IγsinθLとなる。このq軸電流Iqがロータ12の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ10のトルク定数KTをq軸電流Iq(=IγsinθL)に乗じた値が、アシストトルクTA(=KT・IγsinθL)として、減速ギア94を介して、ステアリングシャフト92に伝達される。このアシストトルクTAをステアリングシャフト92からの負荷トルクTLから減じた値が、運転者がハンドル91に与えるべき操舵トルクTである。この操舵トルクTがフィードバックされることによって、この操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
Therefore, when the γ-axis current I γ is supplied according to the γ-axis command current value I γ * to the γ-axis (virtual axis) of the γδ coordinate system (virtual rotation coordinate system) according to the control angle θ C , the q-axis current I q = I γ sin θ L This q-axis current I q contributes to the torque generated by the
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差ΔTに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ10から発生するようになっている。これにより、舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクT*に応じたトルクをモータ10から発生させることができるので、舵角および車速に対応した適切なアシストトルクをステアリングシャフト92に与えることができる。すなわち、舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
In this way, while the current is passed through the γ-axis that is the virtual axis for control, the control angle θ C is updated with the addition angle α obtained according to the deviation ΔT between the command steering torque T * and the detected steering torque T. As a result, the load angle θ L changes, and torque corresponding to the load angle θ L is generated from the
このように、回転角センサ83が異常な場合、マイコン30は、トルクセンサ82よって検出された検出操舵トルクTに基づき演算される加算角αに基づきモータ10を駆動制御する。すなわち、マイコン30は、センサレスで(回転角センサ83の検出値を用いることなく)モータ10を制御可能である。ここで、上述のU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号は、特許請求の範囲における「第1制御信号」に相当する。また、ここで、PWM制御部36は特許請求の範囲における「第1制御信号生成手段」として機能し、マイコン30は特許請求の範囲における「第1駆動手段」として機能する。
Thus, when the
次に、マイコン30によるモータ10の駆動制御、および、モータ10の巻線13、14、15の異常検出について、図5および6に基づき説明する。
図5および6に示す一連の処理は、例えば運転者がイグニッションキーをオンにしたとき、すなわち車両の運転開始時等に開始される。
Next, drive control of the
The series of processing shown in FIGS. 5 and 6 is started, for example, when the driver turns on the ignition key, that is, when the vehicle starts driving.
S101では、マイコン30は、回転角センサ83が正常か否かを確認する。回転角センサ83は正常であると判断した場合(S101:YES)、処理はS102へ移行する。一方、回転角センサ83は正常ではない、すなわち、回転角センサ83に異常が生じている、あるいは、回転角センサ83は故障していると判断した場合(S101:NO)、処理はS201(図6参照)へ移行する。
In S101, the
S102では、マイコン30は、モータ10の回転角に基づくモータ10の駆動制御を開始する。すなわち、S102以降、マイコン30は、上述の「第2駆動手段」として機能し、回転角センサ83により検出されたモータ10の回転角(ロータ角θM)に基づきモータ10を駆動制御する。つまり、回転角センサ83が正常なときは、回転角センサ83の検出値に基づいてモータ10を制御する。
In S <b> 102, the
S103では、マイコン30は、インバータ部20に印加されている電圧が所定値Thpig以上か否かを判断する。ここで、マイコン30は、電圧センサ84(図1参照)によりインバータ部20に印加されている電圧を検出し、当該検出値を前記判断に用いる。電圧センサ84による検出値がThpig以上であった場合(S103:YES)、処理はS104へ移行する。一方、電圧センサ84による検出値がThpigより小さかった場合(S103:NO)、処理はS106へ移行する。
S103でYESと判断された場合、インバータ部20には所定値Thpig以上の電圧が印加されていることを意味する。なお、本実施形態では、Thpigは例えば13(V)に設定されている。また、S103では、マイコン30は、異常時間を示す値Tabのカウントアップを開始する。すなわち、S103以降、時間の経過に伴い、Tabの値は増大する。
In S103, the
If YES is determined in S103, it means that a voltage equal to or higher than the predetermined value Thpig is applied to the
S104では、マイコン30は、モータ10の回転角速度が所定値Thω以下か否かを判断する。ここで、マイコン30は、「回転角速度算出手段」として機能し、回転角センサ83により検出したモータ10の回転角に基づきモータ10の回転角速度を算出する。そして、算出した回転角速度がThω以下であった場合(S104:YES)、処理はS105へ移行する。一方、算出した回転角速度がThωより大きかった場合(S104:NO)、処理はS106へ移行する。
S104でYESと判断された場合、モータ10の回転角速度は所定値Thω以下であることを意味する。なお、本実施形態では、Thωは例えば1860(deg/sec)に設定されている。
In S104, the
If YES is determined in S104, it means that the rotational angular velocity of the
S105では、マイコン30は、「モータ10に流れる電流が所定値Thcurより小さい」、かつ、「インバータ部20への電圧指令値が所定値Thvolupより大きい、または、所定値Thvoldnより小さい」か否かを判断する。ここで、マイコン30は、電流センサ81(図1および2参照)によりモータ10に流れる電流を検出し、当該検出値を前記判断に用いる。また、前記電圧指令値は上述の「第2制御信号」、すなわち、U相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号に相当するため、マイコン30は、これらのPWM制御信号の値を前記判断に用いる。「電流センサ81による検出値がThcurより小さい」、かつ、「各PWM制御信号の値がThvolupより大きい、または、Thvoldnより小さい」と判断した場合(S105:YES)、処理はS107へ移行する。一方、「電流センサ81による検出値がThcur以上」、または、「各PWM制御信号の値がThvoldn以上、かつ、Thvolup以下」であると判断した場合(S105:NO)、処理はS106へ移行する。
S105でYESと判断された場合、モータ10に流れる電流は所定値Thcurより小さく、かつ、各相のデューティーが広がっていることを意味する。なお、本実施形態では、Thcurは例えば10(A)に設定され、Thvolupは例えば87(%)、Thvoldnは例えば13(%)に設定されている。
In S105, the
If YES is determined in S105, it means that the current flowing through the
S106は、S103、S104、S105でNOと判断された場合に実行される。S106では、マイコン30は、異常時間を示す値Tabをクリア、すなわち零に設定する。その後、処理はS103に戻る。
S106 is executed when NO is determined in S103, S104, and S105. In S106, the
S107では、異常時間が規定時間以上となったか否かを判断する。すなわち、マイコン30は、異常時間を示す値Tabが所定値に達したか否かを判断する。Tabが所定値に達したと判断した場合(S107:YES)、処理はS108へ移行する。一方、Tabは所定値より小さいと判断した場合(S107:NO)、処理はS103へ戻る。
S108では、マイコン30は、モータ10の巻線13、14、15のいずれかに断線等の異常が生じたと判断する。
In S107, it is determined whether or not the abnormal time has exceeded a specified time. That is, the
In S <b> 108, the
S201は、S101でNOと判断された場合に実行される(図6参照)。S201では、マイコン30は、演算した加算角に基づくモータ10の駆動制御を開始する。すなわち、S101以降、マイコン30は、上述の「第1駆動手段」として機能し、トルクセンサ82よって検出された検出操舵トルクTに基づき演算される加算角αに基づきモータ10を駆動制御する。つまり、回転角センサ83が異常なときは、トルクセンサ82の検出値に基づいてモータ10を制御する。
S201 is executed when NO is determined in S101 (see FIG. 6). In S201, the
S202では、マイコン30は、S103での処理と同様、インバータ部20に印加されている電圧が所定値Thpig以上か否かを判断する。電圧センサ84による検出値がThpig以上であった場合(S202:YES)、処理はS203へ移行する。一方、電圧センサ84による検出値がThpigより小さかった場合(S202:NO)、処理はS205へ移行する。
S202でYESと判断された場合、インバータ部20には所定値Thpig以上の電圧が印加されていることを意味する。なお、本実施形態では、Thpigは例えば13(V)に設定されている。また、S202では、S103での処理と同様、マイコン30は、異常時間を示す値Tabのカウントアップを開始する。すなわち、S202以降、時間の経過に伴い、Tabの値は増大する。
In S202, the
If YES is determined in S202, it means that a voltage equal to or higher than the predetermined value Thpig is applied to the
S203では、マイコン30は、演算した加算角が所定値Thang以下か否かを判断する。ここで、マイコン30は、モータ10を駆動制御するために演算している加算角(トルクセンサ82よって検出された検出操舵トルクTに基づき演算される加算角α)を前記判断に用いる。演算により導出された加算角αがThang以下であった場合(S203:YES)、処理はS204へ移行する。一方、演算により導出された加算角αがThangより大きかった場合(S203:NO)、処理はS205へ移行する。
S203でYESと判断された場合、加算角αは所定値Thang以下であることを意味する。なお、本実施形態では、Thangは例えば7(deg)に設定されている。
In S203, the
If YES is determined in S203, it means that the addition angle α is equal to or less than the predetermined value Change. In the present embodiment, Change is set to 7 (deg), for example.
S204では、マイコン30は、「モータ10に流れる電流が所定値Thcurより小さい」、かつ、「インバータ部20への電圧指令値が所定値Thvolupより大きい、または、所定値Thvoldnより小さい」か否かを判断する。ここで、マイコン30は、電流センサ81によりモータ10に流れる電流を検出し、当該検出値を前記判断に用いる。また、前記電圧指令値は上述の「第1制御信号」、すなわち、U相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号に相当するため、マイコン30は、これらのPWM制御信号の値を前記判断に用いる。「電流センサ81による検出値がThcurより小さい」、かつ、「各PWM制御信号の値がThvolupより大きい、または、Thvoldnより小さい」と判断した場合(S204:YES)、処理はS206へ移行する。一方、「電流センサ81による検出値がThcur以上」、または、「各PWM制御信号の値がThvoldn以上、かつ、Thvolup以下」であると判断した場合(S204:NO)、処理はS205へ移行する。
S204でYESと判断された場合、モータ10に流れる電流は所定値Thcurより小さく、かつ、各相のデューティーが広がっていることを意味する。なお、本実施形態では、Thcurは例えば10(A)に設定され、Thvolupは例えば87(%)、Thvoldnは例えば13(%)に設定されている。
In S204, the
If YES is determined in S204, it means that the current flowing through the
S205は、S202、S203、S204でNOと判断された場合に実行される。S205では、マイコン30は、異常時間を示す値Tabをクリア、すなわち零に設定する。その後、処理はS202に戻る。
S205 is executed when NO is determined in S202, S203, and S204. In S205, the
S206では、異常時間が規定時間以上となったか否かを判断する。すなわち、マイコン30は、異常時間を示す値Tabが所定値に達したか否かを判断する。Tabが所定値に達したと判断した場合(S206:YES)、処理はS207へ移行する。一方、Tabは所定値より小さいと判断した場合(S206:NO)、処理はS202へ戻る。
S207では、マイコン30は、モータ10の巻線13、14、15のいずれかに断線等の異常が生じたと判断する。
In S206, it is determined whether or not the abnormal time has exceeded a specified time. That is, the
In S <b> 207, the
S109は、S108またはS207でモータ10の巻線13、14、15のいずれかに断線等の異常が生じたと判断した場合に実行される。S109では、マイコン30は、モータ10の駆動制御を停止する。これにより、モータ10からアシストトルクは出力されなくなり、電動パワーステアリング装置2による操舵に関するアシストが停止する。ここで、本実施形態では、マイコン30は、モータ10の故障に関する情報をダイアグ情報として記憶するとともに、電動パワーステアリング装置2が故障(モータ10の巻線が断線)していることを運転者に通知する。
S109の後、マイコン30は、図5および6に示すモータ10の駆動制御処理、および、モータ10の巻線の異常検出処理を終了する。
S109 is executed when it is determined in S108 or S207 that an abnormality such as disconnection has occurred in any of the
After S109, the
以上のように、本実施形態では、回転角センサ83が正常な場合、回転角センサ83の検出値に基づきモータ10を駆動制御するとともに、回転角センサ83の検出値に基づきモータ10の巻線の異常を検出可能である。一方、回転角センサ83が異常な場合、回転角センサ83の検出値を用いることなく、トルクセンサ82の検出値に基づき加算角を演算することでモータ10を駆動制御するとともに、演算した加算角に基づきモータ10の巻線の異常を検出可能である。
なお、マイコン30は、S103〜108において、特許請求の範囲の「第2異常検出手段」として機能する。また、マイコン30は、S202〜207において、特許請求の範囲の「第1異常検出手段」として機能する。
As described above, in the present embodiment, when the
The
以上説明したように、本実施形態では、マイコン30は、回転角センサ83が正常な場合、「第2駆動手段」として機能し、回転角センサ83で検出したモータ10の回転角(ロータ角θM)に基づきモータ10を制御する。一方、回転角センサ83が異常な場合、「第1駆動手段」として機能し、トルクセンサ82により検出された検出トルク(検出操舵トルクT)に基づき演算した加算角αに基づき、(回転角センサ83を用いることなく)センサレスでモータ10を制御する。よって、本実施形態では、モータ10の駆動制御中に回転角センサ83が故障しても、モータ10の制御を中止することなく、継続して制御可能である。
As described above, in the present embodiment, when the
また、マイコン30は、「第2駆動手段」として機能しモータ10を駆動しているとき、「第2異常検出手段」として機能し、回転角センサ83により検出したモータ10の回転角(ロータ角θM)に基づき演算された回転角速度等に基づき、モータ10の巻線の異常を検出する。一方、「第1駆動手段」として機能しモータ10を駆動しているとき、「第1異常検出手段」として機能し、トルクセンサ82により検出された検出トルク(検出操舵トルクT)に基づき演算された加算角α等に基づき、モータ10の巻線の異常を検出する。このように、本実施形態では、回転角センサ83の正異常にかかわらず、モータ10の巻線の異常を確実に検出することができる。
Further, the
なお、上述のように、マイコン30は、「第1異常検出手段」として機能するとき、トルクセンサ82により検出された検出トルク(検出操舵トルクT)に基づき演算された加算角α等に基づき、モータ10の巻線の異常を検出する。ここで、加算角αは、モータ10を流れる電流またはモータ10の端子に印加される電圧とは無関係の値であるため、モータ10の巻線が断線して電流または電圧が変動しても、この影響を受けることがない。よって、マイコン30は、「第1異常検出手段」として機能することで、センサレス制御時のモータ10の断線異常を確実に検出することができる。
As described above, when the
また、本実施形態では、マイコン30は、「第2異常検出手段」として機能するとき、モータ10の回転角速度、電流センサ81により検出した電流、および、第2制御信号の値に基づくことに加え(S104およびS105)、電圧センサ84により検出した電圧に基づき(S103)、モータ10の巻線の異常を検出する。よって、「第2駆動手段」として機能しモータ10を制御するときの、モータ10の巻線の異常を検出する精度をより高めることができる。
In the present embodiment, when the
また、本実施形態では、マイコン30は、「第1異常検出手段」として機能するとき、演算により導出した加算角、電流センサ81により検出した電流、および、第1制御信号の値に基づくことに加え(S203およびS204)、電圧センサ84により検出した電圧に基づき(S202)、モータ10の巻線の異常を検出する。よって、「第1駆動手段」として機能しモータ10を制御するときの、モータ10の巻線の異常を検出する精度をより高めることができる。
In the present embodiment, when the
上述では本実施形態によるモータ制御装置1を電動パワーステアリング装置2に適用する例を示した。モータ制御装置1は、センサレスでモータ10を制御しているときでもモータ10の巻線の異常を確実に検出することができる。よって、モータ10の巻線に異常が生じた場合にモータ10の駆動制御を中止する必要がある電動パワーステアリング装置2に対し、本実施形態は特に好適である。
In the above, the example which applies the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態によるモータ制御装置について説明する。
図7に、本発明の第2実施形態によるモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置2を示す。
(Second Embodiment)
A motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows a motor control device according to a second embodiment of the present invention and an electric
図7に示すように、第2実施形態によるモータ制御装置は、レゾルバ等の回転角センサを備えないモータ10を制御の対象としている。すなわち、マイコン30には、回転角センサからの検出値の入力はない。
As shown in FIG. 7, the motor control device according to the second embodiment controls a
本実施形態では、マイコン30は、第1実施形態における「回転角センサ83が異常な場合のモータ10の制御」と同様、トルクセンサ82よって検出された検出操舵トルクTに基づき演算される加算角αに基づきモータ10を駆動制御する(図4参照)。すなわち、マイコン30は、センサレスで(回転角センサの検出値を用いることなく)モータ10を制御する。このとき、マイコン30は、特許請求の範囲における「第1駆動手段」として機能する。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、マイコン30は、第1実施形態における「第1駆動手段として機能しモータ10を駆動しているときのモータ10の巻線の異常検出処理」と同様、「第1駆動手段」として機能しモータ10を駆動しているとき、電圧センサ84により検出した電圧、演算により導出した加算角、電流センサ81により検出した電流、および、第1制御信号の値に基づきモータ10の巻線の異常を検出する(図6、S202〜207参照)。
以上説明したように、本実施形態では、マイコン30は、回転角センサ等の回転角検出手段を備えないモータ10を、「第1駆動手段」として機能することによりセンサレス(回転角センサ無し)で制御可能であり、このときモータ10の巻線に断線等の異常が生じても、当該巻線の異常を確実に検出することができる。
Further, in the present embodiment, the
As described above, in this embodiment, the
(他の実施形態)
本発明の他の実施形態では、マイコン30は、S101で回転角センサ83に異常が生じている、あるいは、回転角センサ83は故障していると判断した場合(S101:NO)、回転角センサ83の異常または故障に関する情報をダイアグ情報として記憶するとともに、モータ10の回転角センサ83が異常である(故障している)ことを運転者に通知することとしてもよい。
(Other embodiments)
In another embodiment of the present invention, when the
上述の実施形態では、モータ制御装置の制御対象のモータとして、インナロータ型のブラシレスモータを例示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ステータの径方向外側に筒状のロータが配置されるアウタロータ型のブラシレスモータを制御対象としてもよい。 In the above-described embodiment, an inner rotor type brushless motor is exemplified as a motor to be controlled by the motor control device. On the other hand, in another embodiment of the present invention, an outer rotor type brushless motor in which a cylindrical rotor is disposed on the radially outer side of the stator may be controlled.
本発明は、電動パワーステアリング装置用のモータに限らず、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置用のモータ、ならびに、ステアバイワイヤ(SBW)システムおよび可変ギアレシオ(VGR)ステアリングシステム等その他の車両用操舵装置に用いられるモータの制御を行うために用いてもよい。また、車両用操舵装置用に限らず、他の用途のモータの制御に本発明を用いることもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。
The present invention is not limited to a motor for an electric power steering device, but is applied to a motor for an electric pump type hydraulic power steering device, and other vehicle steering devices such as a steer-by-wire (SBW) system and a variable gear ratio (VGR) steering system. It may be used to control the motor used. Further, the present invention can be used not only for the vehicle steering apparatus but also for controlling a motor for other purposes.
Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various forms without departing from the gist thereof.
1 ・・・・モータ制御装置
10 ・・・モータ
11 ・・・ステータ
12 ・・・ロータ
13、14、15 ・・・巻線
20 ・・・インバータ部(駆動回路)
30 ・・・マイコン(制御部、指示トルク演算手段、加算角演算手段、制御角演算手段、第1制御信号生成手段、第1駆動手段、第1異常検出手段)
81 ・・・電流センサ(電流検出手段)
82 ・・・トルクセンサ(トルク検出手段)
DESCRIPTION OF
30... Microcomputer (control unit, command torque calculating means, addition angle calculating means, control angle calculating means, first control signal generating means, first driving means, first abnormality detecting means)
81... Current sensor (current detection means)
82... Torque sensor (torque detection means)
Claims (4)
前記電源と前記モータとの間に設けられ、前記電源の電源電圧に基づき前記モータに駆動電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御することにより前記モータを制御する制御部と、
前記巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記モータによって駆動される駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクを検出するトルク検出手段と、を備え、
前記制御部は、
前記駆動対象に加えられるべき指示トルクを演算する指示トルク演算手段、
前記トルク検出手段によって検出された検出トルクと前記指示トルクとに基づき、加算角を演算する加算角演算手段、
制御上の回転角である制御角の前回値に対し所定の演算周期毎に前記加算角を加算することによって前記制御角の今回値を演算する制御角演算手段、
前記電流検出手段により検出した電流、および、前記制御角に基づき、第1制御信号を生成する第1制御信号生成手段、
前記第1制御信号で前記駆動回路を制御することにより前記モータを駆動する第1駆動手段、ならびに、
前記加算角、前記電流検出手段により検出した電流、および、前記第1制御信号の値に基づき、前記巻線の異常を検出する第1異常検出手段、を含み、
前記第1駆動手段により前記モータを駆動しているとき、前記第1異常検出手段により前記巻線の異常を検出可能であることを特徴とするモータ制御装置。 A motor having a stator, a rotor provided to be rotatable relative to the stator, and a winding wound around the stator so as to form a plurality of phases, and controlling a motor driven by electric power supplied from a power source A control device,
A drive circuit that is provided between the power source and the motor and supplies driving power to the motor based on a power source voltage of the power source;
A control unit for controlling the motor by controlling the drive circuit;
Current detecting means for detecting a current flowing in the winding;
Torque detecting means for detecting torque other than motor torque, which is applied to a driving object driven by the motor,
The controller is
Command torque calculating means for calculating command torque to be applied to the drive target;
An addition angle calculation means for calculating an addition angle based on the detected torque detected by the torque detection means and the indicated torque;
Control angle calculation means for calculating the current value of the control angle by adding the addition angle for each predetermined calculation cycle with respect to the previous value of the control angle that is a control rotation angle;
First control signal generation means for generating a first control signal based on the current detected by the current detection means and the control angle;
First driving means for driving the motor by controlling the driving circuit with the first control signal; and
First abnormality detection means for detecting abnormality of the winding based on the addition angle, the current detected by the current detection means, and the value of the first control signal;
The motor control apparatus according to claim 1, wherein when the motor is driven by the first driving means, the abnormality of the winding can be detected by the first abnormality detecting means.
前記制御部は、
前記回転角検出手段により検出した前記回転角に基づき前記モータの回転角速度を算出する回転角速度算出手段、
前記電流検出手段により検出した電流、および、前記回転角に基づき、第2制御信号を生成する第2制御信号生成手段、
前記第2制御信号で前記駆動回路を制御することにより前記モータを駆動する第2駆動手段、ならびに、
前記回転角速度、前記電流検出手段により検出した電流、および、前記第2制御信号の値に基づき、前記巻線の異常を検出する第2異常検出手段、を含み、
前記回転角検出手段が正常な場合は、前記第2駆動手段により前記モータを駆動し、このとき、前記第2異常検出手段により前記巻線の異常を検出可能であり、
前記回転角検出手段が異常な場合は、前記第1駆動手段により前記モータを駆動し、このとき、前記第1異常検出手段により前記巻線の異常を検出可能であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the motor;
The controller is
A rotational angular velocity calculating means for calculating a rotational angular velocity of the motor based on the rotational angle detected by the rotational angle detecting means;
Second control signal generation means for generating a second control signal based on the current detected by the current detection means and the rotation angle;
Second drive means for driving the motor by controlling the drive circuit with the second control signal; and
Second abnormality detection means for detecting abnormality of the winding based on the rotational angular velocity, the current detected by the current detection means, and the value of the second control signal,
When the rotation angle detecting means is normal, the motor is driven by the second driving means, and at this time, the abnormality of the winding can be detected by the second abnormality detecting means,
The abnormality of the winding can be detected by the first abnormality detecting means at the time when the motor is driven by the first driving means when the rotation angle detecting means is abnormal. The motor control device according to 1.
操舵に関するアシストトルクを出力する前記モータと、を備える電動パワーステアリング装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 3,
An electric power steering apparatus comprising: the motor that outputs an assist torque related to steering.
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