JP2013046461A - Motor control device and electrically driven power steering device incorporating the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動回路に設けられた複数のスイッチング素子の何れかが短絡故障した場合に、三相ブラシレスモータの二相駆動を行うモータ制御装置及びこれを備える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 that performs two-phase driving of a three-phase brushless motor when any of a plurality of switching elements provided in a drive circuit is short-circuited, and an electric power steering device including the motor control device.
運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置の電動モータとしては、三相(U相、V相、W相)に駆動電力が供給される三相ブラシレスモータが多く採用されている。 2. Description of the Related Art There is known an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving an electric motor according to a steering torque applied to a steering wheel by a driver. As an electric motor of this electric power steering device, a three-phase brushless motor in which driving power is supplied to three phases (U phase, V phase, W phase) is often used.
上述したような電動モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置では、システムに何らかの異常が生じた場合であっても、ステアリング機構に操舵補助力を付与し続けるために電動モータの駆動を継続して行うことが好ましい。 In the electric power steering apparatus using the electric motor as a drive source as described above, even if any abnormality occurs in the system, the electric motor is continuously driven in order to continuously apply the steering assist force to the steering mechanism. Preferably it is done.
そのため、こうしたなんらかのシステムの異常、例えば駆動回路に設けられた何れかのスイッチング素子(FET等)が短絡故障した場合には、この短絡故障により生じる通電不良の有無をモータの各相(U相、V相、W相)について判定している。そして、通電不良が発生した相(異常相)が一相のみである場合には、異常相以外の二相(正常相)を通電相としてモータの駆動を継続して行う、いわゆる二相駆動式のモータ制御装置が採用された電動パワーステアリング装置が特許文献1に開示されている。 Therefore, in the case of some kind of system abnormality, for example, when any switching element (FET or the like) provided in the drive circuit has a short circuit failure, the presence or absence of a conduction failure caused by this short circuit failure is determined for each phase of the motor (U phase, V phase, W phase). And when the phase (abnormal phase) in which the energization failure has occurred is only one phase, the so-called two-phase drive type that continuously drives the motor with two phases (normal phase) other than the abnormal phase as the energized phase Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses an electric power steering apparatus employing the motor control apparatus.
また、モータの各相に通電不良が発生していなくとも、三相ブラシレスモータの何れか二相のみに通電を行う二相駆動式のモータ制御装置が特許文献2に開示されている。このモータ制御装置は、モータの各正常相に矩形波の電圧を印加する、いわゆる矩形波駆動方式が採用されている。
Further,
ところで、上述したような通電不良が発生した場合に二相駆動式で三相ブラシレスモータの駆動を継続し操舵補助力を発生させるためには、正常相に生じている誘起電圧を超える大きさの駆動電圧をモータの正常相に印加する必要がある。 By the way, in order to continue the driving of the three-phase brushless motor by the two-phase drive type and generate the steering assist force when the above-mentioned energization failure occurs, the magnitude of the induced voltage exceeding the normal phase is larger. It is necessary to apply a driving voltage to the normal phase of the motor.
ここで、誘起電圧は基本的には正弦波であるため、上述したように矩形波で駆動電圧を印加すると正常相には過剰な電圧が印加されることになる。その結果、駆動回路に過剰な電流が流れることに起因して、モータの駆動効率の低下や、ひいては駆動回路の発熱を招くおそれがある。 Here, since the induced voltage is basically a sine wave, when the drive voltage is applied as a rectangular wave as described above, an excessive voltage is applied to the normal phase. As a result, an excessive current flows through the drive circuit, which may lead to a decrease in the drive efficiency of the motor and eventually heat generation of the drive circuit.
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、三相ブラシレスモータを二相駆動する際に、効率よく駆動電圧をモータの正常相に印加することのできるモータ制御装置及びこれを備える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 such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor control capable of efficiently applying a driving voltage to the normal phase of the motor when the three-phase brushless motor is driven in two phases. An apparatus and an electric power steering apparatus including the same are provided.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上述したように、通電不良発生時に異常相以外の二相を正常相として三相ブラシレスモータを二相駆動する際には、正常相に正弦波の駆動電圧を印加することが好ましい。
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
As described above, when two-phase driving of a three-phase brushless motor is performed with two phases other than the abnormal phase as a normal phase when energization failure occurs, it is preferable to apply a sinusoidal drive voltage to the normal phase.
この発明では、信号出力部は正常相を二相駆動するに際し、ロータの回転に伴って各正常相に発生する誘起電圧と相似する正弦波の駆動電圧を誘起電圧に追従する態様で各正常相に対し印加すべく制御信号の生成態様を変更する制御信号変更処理を実行する。 In the present invention, when the signal output unit drives the normal phase in two phases, each normal phase is driven in such a manner that a sine wave drive voltage similar to the induced voltage generated in each normal phase with the rotation of the rotor follows the induced voltage. The control signal changing process is executed to change the generation mode of the control signal to be applied.
そのため、正常相を二相駆動するに際し、矩形波の駆動電圧を正常相に印加する場合と比較して駆動電圧が必要以上に大きなものとなること、すなわち、駆動回路に過剰な電流が流れることを抑制することができる。換言すれば、モータの駆動効率の低下や、駆動回路の発熱を抑制することができる。なお、三相ブラシレスモータを駆動させるためには、当然ながら、正常相に発生している誘起電圧の正弦波よりも振幅が大きい正弦波の駆動電圧を正常相に対し印加する。また、上述した二相駆動は、駆動回路の短絡故障したスイッチング素子以外のスイッチング素子が全てオフとなっている状態においてロータが回転された場合に、2つの正常相のいずれにも負荷電流が流れないロータの回転角度範囲又は2つの正常相のいずれか一方にのみ負荷電流が流れるロータの回転角度範囲で実行される。 Therefore, when the normal phase is driven in two phases, the drive voltage becomes larger than necessary compared to the case where the rectangular wave drive voltage is applied to the normal phase, that is, excessive current flows in the drive circuit. Can be suppressed. In other words, it is possible to suppress a decrease in driving efficiency of the motor and heat generation in the driving circuit. In order to drive the three-phase brushless motor, of course, a sine wave drive voltage having an amplitude larger than that of the induced voltage sine wave generated in the normal phase is applied to the normal phase. Further, in the above-described two-phase drive, when the rotor is rotated in a state where all the switching elements other than the short-circuit faulty switching element of the drive circuit are turned off, the load current flows in both of the two normal phases. This is executed in the rotor rotation angle range in which the load current flows only in one of the two normal phases.
ここで、上述した通電不良時、すなわち二相駆動の際に正常相に発生する誘起電圧の波形は、U相、V相、W相のいずれか一相が通電不良となった場合についてロータの回転角度及び回転速度に基づいてそれぞれ信号出力部に記憶されていてもよく、また、二相駆動の際に都度ロータの回転角度及び回転速度に基づいて算出してもよい。 Here, the waveform of the induced voltage generated in the normal phase at the time of the above-described energization failure, that is, in the two-phase drive, is the case where any one of the U phase, V phase, and W phase becomes energization failure. Each may be stored in the signal output unit based on the rotation angle and the rotation speed, or may be calculated based on the rotation angle and rotation speed of the rotor each time two-phase driving is performed.
さらに、上述した二相駆動の際には、三相とも通電不良が発生していない場合(正常時)と比較して各正常相に生じる誘起電圧の位相差が小さくなる傾向にある。そのため、正常相に印加する駆動電圧の正弦波の周期を二相駆動の際に正常相に発生している誘起電圧の正弦波の周期と一致させることにより、上述したモータの駆動効率の低下や、駆動回路の発熱を抑制する効果をより一層顕著なものとすることができる。 Further, in the above-described two-phase driving, the phase difference of induced voltages generated in the respective normal phases tends to be smaller than that in the case where no conduction failure has occurred in all three phases (normal time). Therefore, by matching the cycle of the sine wave of the drive voltage applied to the normal phase with the cycle of the sine wave of the induced voltage generated in the normal phase during the two-phase drive, Thus, the effect of suppressing the heat generation of the drive circuit can be made more remarkable.
また、正常相に発生している誘起電圧の周期と同周期の駆動電圧を印加するだけでは、三相ブラシレスモータに対して十分に駆動電力が供給されないおそれがある。そのため、正常相に発生している誘起電圧の正弦波の周期よりも多少大きな正弦波の周期の駆動電圧を正常相に印加することにより、二相駆動を実行する場合でも十分に駆動電力を三相ブラシレスモータに供給することができる。 Moreover, there is a possibility that the drive power is not sufficiently supplied to the three-phase brushless motor only by applying the drive voltage having the same period as the period of the induced voltage generated in the normal phase. Therefore, by applying a drive voltage with a sine wave period slightly larger than the sine wave period of the induced voltage generated in the normal phase to the normal phase, sufficient drive power can be obtained even when performing two-phase drive. Phase brushless motor can be supplied.
この発明によれば、三相ブラシレスモータを二相駆動する際に、効率よく駆動電圧をモータの正常相に印加することのできるモータ制御装置及びこれを備える電動パワーステアリング装置を提供することができる。 According to the present invention, when a three-phase brushless motor is driven in two phases, it is possible to provide a motor control device capable of efficiently applying a drive voltage to the normal phase of the motor and an electric power steering device including the motor control device. .
図1〜図8を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
まず、図1を参照して、電動パワーステアリング装置の全体構造について説明する。
電動パワーステアリング装置は、ステアリング1の回転を転舵輪2に伝達する操舵角伝達機構10と、ステアリング1の操作を補助するための力(アシスト力)を操舵角伝達機構10に付与するEPSアクチュエータ20と、EPSアクチュエータ20を制御するためのモータ制御装置30と、各装置の状態を検出する複数のセンサとによって構成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the entire structure of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG.
The electric power steering apparatus includes a steering
操舵角伝達機構10は、ステアリング1とともに回転するステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11の回転をラック軸16に伝達するラックアンドピニオン機構15と、タイロッド17を操作するラック軸16と、ナックル(図示略)を操作するタイロッド17とを備えている。
The steering
ステアリングシャフト11は、その一端にステアリング1が固定されるコラムシャフト12と、ラックアンドピニオン機構15を介してラック軸16を軸方向に移動させるピニオンシャフト14と、コラムシャフト12とピニオンシャフト14とを接続するインターミディエイトシャフト13とを備えている。
The steering shaft 11 includes a
EPSアクチュエータ20は、ステアリングシャフト11(コラムシャフト12)にトルクを付与するモータ21と、モータ21の回転角を検出するための回転角センサ22と、モータ21の回転を減速する減速機構23とによって構成されている。
The
モータ21としては、図1(b)に示すように、三相(U相、V相、W相)の駆動電力の供給により回転するいわゆる三相ブラシレスモータが用いられている。モータ21は、U相界磁コイル21Uと、V相界磁コイル21Vと、W相界磁コイル21Wと、これら各界磁コイルにより形成される磁界により回転するロータ21Aとを備えている。モータ21(ロータ21A)の回転は減速機構23により減速されてステアリングシャフト11に伝達される。このときにモータ21からステアリングシャフト11に付与されるトルクがアシスト力として作用する。
As the
操舵角伝達機構10は次のように動作する。すなわち、ステアリング1が操作されたとき、これにともないステアリングシャフト11も回転する。ステアリングシャフト11の回転は、ラックアンドピニオン機構15によりラック軸16の直線運動に変換される。ラック軸16の直線運動は、同軸16の両端に連結されたタイロッド17を介してナックルに伝達される。そして、このナックルの動作にともない転舵輪2の舵角が変更される。
The steering
電動パワーステアリング装置には、複数のセンサとして、トルクセンサ51及びステアリングセンサ52及び車速センサ53及び回転角センサ22が設けられている。これらのセンサは、それぞれ次のように監視対象の状態の変化に応じた信号を出力する。
In the electric power steering apparatus, a
トルクセンサ51は、ステアリング1の操作によりステアリングシャフト11に付与されたトルクに応じた信号(出力信号SA)をモータ制御装置30に出力する。ステアリングセンサ52は、ステアリング1の操作にともない変化するステアリングシャフト11の回転角に応じた信号(出力信号SB)をモータ制御装置30に出力する。車速センサ53は、車両の転舵輪の回転速度に応じた信号(出力信号SC)をモータ制御装置30に出力する。回転角センサ22は、モータ21の回転角に応じた信号(出力信号SD)をモータ制御装置30に出力する。
The
モータ制御装置30は、各センサの出力に基づいて以下の各演算値を算出する。
・トルクセンサ51の出力信号SAに基づいて、ステアリング1の操作にともないステアリングシャフト11に入力されたトルクの大きさに相当する演算値(操舵トルクτ)を算出する。
The
Based on the output signal SA of the
・ステアリングセンサ52の出力信号SBに基づいて、ステアリング1の操舵角に相当する演算値(操舵角θs)を算出する。
・車速センサ53の出力信号SCに基づいて、車両の走行速度に相当する演算値(車速V)を算出する。
A calculation value (steering angle θs) corresponding to the steering angle of the
Based on the output signal SC of the
・回転角センサ22の出力信号SDに基づいて、モータ21の回転角度、すなわちロータ21Aの回転角度に相当する演算値(回転角度θm)を算出する。なお、ロータ21Aの回転角度θmとは、モータ21のステータ(図示略)に対するロータ21Aの回転角度である。これらの各演算値はモータ制御装置30により行われる各種の制御に用いられる。
Based on the output signal SD of the
モータ制御装置30は、車両の走行状態及びステアリング1の操作状態に応じてアシスト力を調整するためのパワーアシスト制御を行う。
このパワーアシスト制御は、トルクセンサ51の出力信号SAに基づいて算出された操舵トルクτと、車速センサ53の出力信号SCに基づいて算出された車速Vとに基づいて、アシスト力の目標値(目標アシスト力)を算出する。そして、この目標アシスト力に対応した駆動電力をモータ21に供給する。具体的には、三相の各界磁コイルに駆動電圧を印加する。これにより、EPSアクチュエータ20は目標アシスト力に対応したトルクをステアリングシャフト11に付与する。
The
This power assist control is based on the steering torque τ calculated based on the output signal SA of the
次に、図2を参照してモータ制御装置30の詳細な構成について説明する。
モータ制御装置30は、以下の各制御ブロックによって構成されている。
すなわち、モータ21に駆動電力を供給する駆動回路31と、モータ21に供給する駆動電力の大きさを指示する信号(制御信号Sm)を生成する信号出力部32とを備えている。
Next, a detailed configuration of the
The
That is, a
また、操舵トルクτ及び車速Vに基づいて、目標アシスト力に相当するトルクをEPSアクチュエータ20に生じさせるために必要となる電流値(電流指令値Ia)、すなわち、モータ21に供給する電流の目標値を算出する電流指令値演算部33を備えている。
Further, based on the steering torque τ and the vehicle speed V, the current value (current command value Ia) necessary for causing the
さらには、トルクセンサ51からの出力信号SAに基づいて操舵トルクτを算出する操舵トルク検出部34と、車速センサ53からの出力信号SCに基づいて車速Vを算出する車速検出部35と、回転角センサ22からの出力信号SDに基づいてロータ21Aの回転角度θmを算出する回転角検出部36とを備えている。
Furthermore, the steering torque detector 34 that calculates the steering torque τ based on the output signal SA from the
また、モータ21の端子間電圧に応じた信号を出力する電圧センサを備え(図示略)、同センサの出力信号に基づいて各相の相電圧Vu、Vv、Vwを算出する電圧検出部37を備えている。同様に、モータ21に供給される電流に応じた信号を出力する電流センサを備え(図示略)、同センサの出力信号に基づいて各相の相電流Iu、Iv、Iwを算出する電流検出部38を備えている。
In addition, a voltage sensor (not shown) that outputs a signal corresponding to the voltage between the terminals of the
さらに、モータ21の三相(U相、V相、W相)の何れかの相に通電不良が発生した場合に、この通電不良が発生した異常相を特定する「異常相特定処理」を実行する特定部40を備えている。
Furthermore, when an energization failure occurs in any of the three phases (U phase, V phase, W phase) of the
電流指令値演算部33は、次のように電流指令値Iaを算出する。
・トルクセンサ51から入力された操舵トルクτが大きくなるにつれて電流指令値Iaとしてより大きな値を算出する。すなわち、操舵トルクτが大きくなるにつれて目標アシスト力を大きくする。
・車速Vが小さくなるにつれて電流指令値Iaとしてより大きな値を算出する。すなわち、車速Vが小さくなるにつれて目標アシスト力を大きくする。
The current
As the steering torque τ input from the
-As the vehicle speed V decreases, a larger value is calculated as the current command value Ia. That is, the target assist force is increased as the vehicle speed V decreases.
信号出力部32は、電流指令値Iaと、各相の相電流Iu、Iv、Iwと、回転角センサ22によって検出されるロータ21Aの回転角度θmとに基づいて、モータ21に発生するアシスト力が目標アシスト力と一致するように制御信号Smを生成し駆動回路31に出力する。
The
駆動回路31は、信号出力部32から取り込まれた制御信号Smに基づいて、三相の駆動電圧をモータ21に供給する。すなわち、目標アシスト力に相当するトルクをEPSアクチュエータ20に生じさせるための駆動電圧を各界磁コイルに印加する。
The
次に、図3を参照して駆動回路31の詳細な構成について説明する。
駆動回路31はいわゆる三相ブリッジインバータ回路であり、モータ21のU相と対応するU相直列回路60と、モータ21のV相と対応するV相直列回路70と、モータ21のW相と対応するW相直列回路80とを備えている。これら直列回路60〜80は直流電源91と接地点92との間に互いに並列に接続されている。
Next, the detailed configuration of the
The
U相直列回路60は、直流電源91側に設けられる上段FET61と、接地点92側に設けられる下段FET62と、これらFET61,62に対応してそれぞれ設けられる上段ダイオード63及び下段ダイオード64とによって構成されている。これらダイオード63,64は接地点92側から直流電源91側の方向(順方向)に電流が流れるような向きにそれぞれ接続されている。
The
V相直列回路70は、直流電源91側に設けられる上段FET71と、接地点92側に設けられる下段FET72と、これらFET71,72に対応してそれぞれ設けられる上段ダイオード73及び下段ダイオード74とによって構成されている。これらダイオード73,74は順方向に電流が流れるような向きにそれぞれ接続されている。
The V-
W相直列回路80は、直流電源91側に設けられる上段FET81と、接地点92側に設けられる下段FET82と、これらFET81,82に対応してそれぞれ設けられる上段ダイオード83及び下段ダイオード84とによって構成されている。これらダイオード83,84は順方向に電流が流れるような向きにそれぞれ接続されている。
The W-
モータ21のU相界磁コイル21UはU相に対応した一対のFET61,62との間の点に接続されている。同様に、V相界磁コイル21VはV相に対応した一対のFET71,72との間の点に接続され、W相界磁コイル21WはW相に対応した一対のFET81,82との間の点に接続されている。なお、以下において、これら6つのFETを特に区別しないときには単にFETと称する。
The U-phase field coil 21U of the
信号出力部32は、正常時にこれら各FETをPWM制御することにより、モータ21を180°通電させる正弦波駆動を実行する。
具体的には、信号出力部32は、入力される各相の相電圧Vu、Vv、Vwの値と、ロータ21Aの回転角度θmの値とに基づいて、アシスト力が目標アシスト力に近づくように制御量を算出し、この制御量をPWM変換して制御信号Smとして各FETに出力する。
The
Specifically, the
詳述すると、信号出力部32には、ロータ21Aの回転角度θmとモータ21の各相の駆動電圧作成のための正弦波生成レベルとが対応付けられた正弦波テーブルが記憶されている。信号出力部32は、この正弦波テーブルを参照してロータ21Aの回転角度θmに対応する正弦波生成レベルを取得する。そして、ロータ21Aの回転角度θmに基づいて、まずU相に対応する制御量、すなわちU相の駆動電圧を算出する。そして、V相の駆動電圧及びW相の駆動電圧については、U相の駆動電圧からそれぞれ位相を120°及び240°進めた制御量をそれぞれ算出する。
More specifically, the
その一方、各FETのうち、異常時には、その短絡故障したFETに対応する相は通電不良、すなわち異常相となる。そのため、この場合には信号出力部32は正常相である残りの二相に対応するFETをPWM制御することによりモータ21の二相駆動を実行する。なお、何れのFETが短絡故障し、どの相が異常相であるかについては、特定部40が実行する上述した「異常相特定処理」に基づいて特定される。
On the other hand, when each FET is abnormal, the phase corresponding to the short-circuited FET becomes an energization failure, that is, an abnormal phase. Therefore, in this case, the
ここで、図4を参照してこの異常相特定処理について説明する。
特定部40は、モータ21に動作不良が発生したことを検出した場合に、この異常相特定処理を実行する。なお、モータ21に動作不良が発生したか否かについては、電圧検出部37から特定部40に入力される各相の相電圧Vu、Vv、Vwの波形を監視することにより行われる。
Here, the abnormal phase specifying process will be described with reference to FIG.
The
まず、ステップS110において、特定部40は信号出力部32にモータ停止指令信号を出力する。信号出力部32は、このモータ停止指令信号を受信すると180°通電の正弦波駆動を中止して、駆動回路31の全てのFETを一時的にオフにする。これにより、モータ21の駆動が一時的に停止する。
First, in step S <b> 110, the specifying
次に、ステップS120において、モータ21の各相の相電圧Vu、Vv、Vwが第1条件を満たしているか否か、すなわち各相の相電圧Vu、Vv、Vwが所定のグランドレベルの電圧Vg以下であるか否かについて判定する。この第1条件を満たしている場合には、ステップS130において、下段FET62,72,82の何れかのFETが短絡故障している旨判定する。
Next, in step S120, whether or not the phase voltages Vu, Vv, and Vw of each phase of the
その一方、第1条件を満たしていない場合には、ステップS140において、第2条件を満たしているか否か、すなわち各相の相電圧Vu、Vv、Vwが所定の電源レベルVb以上か否かについて判定する。この第2条件を満たしている場合には、ステップS150において、上段FET61,71,81の何れかのFETが短絡故障している旨判定する。
On the other hand, if the first condition is not satisfied, it is determined in step S140 whether the second condition is satisfied, that is, whether the phase voltages Vu, Vv, Vw of each phase are equal to or higher than a predetermined power supply level Vb. judge. If this second condition is satisfied, it is determined in step S150 that any one of the
ステップS130又はステップS150において、短絡故障が発生しているFETが上段FETか下段FETの何れかであることを特定すると、ステップS160において、具体的に何れのFETが短絡故障しているかを特定する。すなわち、ステアリング1の操舵にともなうモータ21(ロータ21A)の回転により発生する各相の誘起電圧を監視し、それらの波形に基づいて、短絡故障が発生しているFETを特定する。なお、ステップS140において、第2条件も満たさない旨判定した場合には、各FETの短絡故障以外の原因で通電不良が発生しているものと判定するとともに異常相特定処理を終了する。
In Step S130 or Step S150, when it is specified that the FET in which the short-circuit fault has occurred is either the upper stage FET or the lower stage FET, in Step S160, which FET is specifically faulty is specified. . That is, the induced voltage of each phase generated by the rotation of the motor 21 (
次に、図5を参照して、異常時に駆動回路31に流れる負荷電流について説明する。
図5に示すように、例えば、W相の下段FET82が短絡故障した場合において、他のFETが全てオフとなっている状態で、運転者がステアリング1を操舵し、ロータ21Aが回転したとする。この場合に、モータ21に誘起電圧が発生し、この誘起電圧によって駆動回路31の第1の閉回路100及び第2の閉回路110に負荷電流が流れることとなる。
Next, with reference to FIG. 5, the load current flowing in the
As shown in FIG. 5, for example, when the W-phase
第1の閉回路100は、短絡故障したW相の下段FET82と、U相の下段ダイオード64と、U相界磁コイル21Uと、W相界磁コイル21Wとによって構成されている。
一方、第2の閉回路110は、短絡故障したW相の下段FET84と、V相の下段ダイオード74と、V相界磁コイル21Vと、W相界磁コイル21Wとによって構成されている。
The first
On the other hand, the second
以下において、W相の下段FET82が短絡故障した場合に、これら第1の閉回路100及び第2の閉回路110の両方に負荷電流が流れているロータ21Aの回転角度範囲を不可範囲とし、それ以外のロータ21Aの回転角度範囲を制御可能範囲とする。
In the following, when a short-circuit failure occurs in the lower-
次に、図6を参照してモータ21の各相に発生する誘起電圧の波形について説明する。
図6(a)に示すように、正常時には各相に発生する正弦波の誘起電圧Vu´、Vv´、Vw´の位相差は120°となっている。
Next, the waveform of the induced voltage generated in each phase of the
As shown in FIG. 6A, the phase difference between the induced voltages Vu ′, Vv ′, and Vw ′ of the sine wave generated in each phase in the normal state is 120 °.
しかし、異常時、例えばW相の下段FET82が短絡故障した場合には、図6(b)に示すように、V相及びU相に発生する正弦波の誘起電圧Vv´、Vu´の位相差は正常時と比較して小さくなる。そのため、異常時には、このように正常相に発生する誘起電圧の位相差が変化することを考慮して、正常相に正弦波の駆動電圧を印加する必要が生じる。すなわち、制御信号Smの生成態様を変更する必要がある。
However, at the time of abnormality, for example, when the W-stage
次に、図7を参照して、制御信号変更処理について説明する。
特定部40は、上述した異常相特定処理の結果を信号出力部32に出力する。信号出力部32は、異常相特定処理の結果を受けて、以下の制御信号変更処理を実行する。
Next, the control signal change process will be described with reference to FIG.
The specifying
まず、ステップS210において、モータ21の二相駆動が可能か否かについて判定する。すなわち、異常相特定処理の結果を受けて、通電不良が発生している相が一相か否かについて判定する。
First, in step S210, it is determined whether or not the
ステップS210において、モータ21の二相駆動が可能である旨判定した場合、ステップS220において、各正常相に発生している誘起電圧を特定する。例えば、短絡故障しているFETがW相の上段FET81若しくはW相の下段FET82である場合、正常相であるU相及びV相に発生している誘起電圧の正弦波を特定する。詳述すると、信号出力部32は、U相、V相、W相のうち何れか1相が通電不良となったそれぞれの場合について、各正常相に発生する誘起電圧の正弦波をロータ21Aの回転角度θmと対応付けて記憶した正弦波テーブルを有している。したがって、信号出力部32は、これら正弦波テーブル及びロータ21Aの回転角度θmに基づいて、各正常相に発生している誘起電圧の正弦波を特定する。そして、ロータ21Aの回転速度θsに基づいて、特定した誘起電圧の振幅を決定する。
If it is determined in step S210 that the
ステップS230において、特定された各誘起電圧に相似する正弦波の駆動電圧を制御可能範囲において各誘起電圧に追従する態様で各正常相に対し印加すべく制御信号Smの生成態様を変更する。 In step S230, the generation mode of the control signal Sm is changed so that a sinusoidal driving voltage similar to each specified induced voltage is applied to each normal phase in a mode that follows each induced voltage in a controllable range.
なお、ステップS210において、モータ21の二相駆動が可能でない旨判定した場合、すなわち2個以上のFETが短絡故障している場合、ステップS240において、通電不良が発生している相が二相以上である旨判定し、この制御信号変更処理を終了する。
If it is determined in step S210 that the two-phase drive of the
次に、図8を参照して上述した制御信号変更処理の結果、各正常相に印加される駆動電圧の波形について説明する。
図8に示すように、例えばW相の下段FET82が短絡故障した場合には、V相に発生している誘起電圧Vv´及びU相に発生している誘起電圧Vu´と同周期の正弦波の駆動電圧Vvo及び駆動電圧Vuoを正常相であるV相及びU相に印加する。なお、図中の不可範囲とは、上述したように第1の閉回路100及び第2の閉回路110の両方に負荷電流が流れているロータ21Aの回転角度範囲である。詳述すると、異常時にW相の誘起電圧Vw´よりもV相の誘起電圧Vv´及び誘起電圧Vu´が低いロータ21Aの回転角度範囲である。換言すれば、この不可範囲を除いたロータ21Aの回転角度範囲がW相の下段FET82が短絡故障した場合の制御可能範囲となる。
Next, the waveform of the drive voltage applied to each normal phase as a result of the control signal change process described above with reference to FIG. 8 will be described.
As shown in FIG. 8, for example, when the W-stage
なお、U相又はV相に同様の通電不良が発生した場合でも、処理態様は基本的には同様である。また、不可範囲を決定するに際して考慮すべき負荷電流が流れる閉回路については次のようになる。すなわち、例えば、U相の下段FET62が短絡故障した場合は、短絡故障したU相の下段FET62と、V相の下段ダイオード74と、U相界磁コイル21Uと、V相界磁コイル21Vとによって閉回路が形成される。さらに、短絡故障したU相の下段FET62と、W相の下段ダイオード84と、U相界磁コイル21Uと、W相界磁コイル21Wとによって閉回路が形成される。
Even when the same energization failure occurs in the U phase or the V phase, the processing mode is basically the same. The closed circuit through which the load current to be considered when determining the impossible range is as follows. That is, for example, when the U-phase lower FET 62 is short-circuited, the short-circuited U-phase lower FET 62, the V-phase
また、V相の下段FET72が短絡故障した場合には、短絡故障したV相の下段FET72と、U相の下段ダイオード64と、U相界磁コイル21Uと、V相界磁コイル21Vとによって閉回路が形成される。さらに、短絡故障したV相の下段FET72と、W相の下段ダイオード84と、V相界磁コイル21Vと、W相界磁コイル21Wとによって閉回路が形成される。
When the V-phase lower FET 72 is short-circuited, the V-phase lower FET 72, the U-phase
各相の上段のFETが短絡故障した場合にも基本的には同様である。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
(1)モータ21の正常相のみに通電を行う二相駆動を実行するに際しては、正常相に正弦波の駆動電圧を印加することが好ましいことは上述したとおりである。
This is basically the same when the upper FET of each phase is short-circuited.
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) As described above, when performing two-phase driving in which only the normal phase of the
本実施形態のモータ制御装置30の信号出力部32は、正常相を二相駆動するに際し、ロータ21Aの回転に伴って各正常相に発生する誘起電圧Vu´及び誘起電圧Vv´と相似する正弦波の各駆動電圧Vuo,Vvoを各誘起電圧Vu´,Vv´に追従する態様で各正常相に対し印加すべく制御信号の生成態様を変更する制御信号変更処理を実行する。そのため、各正常相に印加する各駆動電圧Vuo,Vvoが必要以上に大きくなることを抑制することができる。すなわち、駆動回路31に過剰な電流が流れることを抑制することができ、モータ21の駆動効率の低下や、駆動回路31の発熱を抑制することができる。
The
(2)また、各正常相を二相駆動するに際しては、上述した図6(b)に示すように、正常時と比較して正常相に生じる誘起電圧の位相差が小さくなる傾向にある。そのため、駆動電圧の周期を正常相に発生している誘起電圧の周期と一致させることにより、上述したモータ21の駆動効率の低下や、駆動回路31の発熱を抑制する効果をより一層顕著なものとすることができる。
(その他の実施形態)
なお、この発明の実施態様は上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
(2) Further, when each normal phase is driven in two phases, as shown in FIG. 6B described above, the phase difference of the induced voltage generated in the normal phase tends to be smaller than that in the normal phase. Therefore, by making the cycle of the drive voltage coincide with the cycle of the induced voltage generated in the normal phase, the effect of suppressing the reduction in the drive efficiency of the
(Other embodiments)
In addition, the embodiment of the present invention is not limited to the embodiment exemplified in the above-described embodiment, and the embodiment may be modified as shown below, for example. The following modifications are not applied only to the above-described embodiment, and different modifications can be combined with each other.
・印加する駆動電圧の周期を正常相に発生している誘起電圧の周期と一致させたが、図9に示すように、制御可能範囲において、正常相に発生している誘起電圧の周期よりも大きな周期の正弦波の駆動電圧を正常相に印加してもよい。これにより、二相駆動を実行する場合でも十分に駆動電圧を正常相に印加することができる。 The period of the drive voltage to be applied is matched with the period of the induced voltage generated in the normal phase, but as shown in FIG. 9, in the controllable range, the period of the induced voltage generated in the normal phase A sinusoidal driving voltage having a large period may be applied to the normal phase. Thereby, even when two-phase driving is executed, a driving voltage can be sufficiently applied to the normal phase.
・U相が異常相の場合には、V相及びW相の二相駆動を行うことができる。また、V相が異常相の場合には、U相及びW相の二相駆動を行うことができる。
・第1閉回路の100及び第2の閉回路110の両方に負荷電流が流れているロータの回転角度範囲を不可範囲としたが、第1の閉回路100又は第2の閉回路110の少なくとも一方に負荷電流が流れている範囲を不可範囲とすることができる。
When the U phase is an abnormal phase, two-phase driving of the V phase and the W phase can be performed. When the V phase is an abnormal phase, two-phase driving of the U phase and the W phase can be performed.
The rotation angle range of the rotor in which the load current flows in both the first
・上記実施形態では、コラム型の電動パワーステアリング装置に本発明を適用したが、ピニオン型及びラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に対して本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the present invention is applied to the column type electric power steering apparatus, but the present invention can be applied to pinion type and rack assist type electric power steering apparatuses.
1…ステアリング、2…転舵輪、10…操舵角伝達機構、11…ステアリングシャフト。12…コラムシャフト、13…インターミディエイトシャフト、14…ピニオンシャフト、15…ラックアンドピニオン機構、16…ラック軸、17…タイロッド、20…EPSアクチュエータ、21…モータ、21A…ロータ、21U…U相界磁コイル、21V…V相界磁コイル、21W…W相界磁コイル、22…回転角センサ、30…モータ制御装置、31…駆動回路、32…信号出力部、33…電流指令値演算部、34…操舵トルク検出部、35…車速検出部、36…回転角検出部、37…電圧検出部、38…電流検出部、40…特定部、51…トルクセンサ、52…ステアリングセンサ、53…車速センサ、60…U相直列回路、61…上段FET、62…下段FET、63…上段ダイオード、64…下段ダイオード、70…V相直列回路、71…上段FET、72…下段FET、73…上段ダイオード、74…下段ダイオード、80…W相直列回路、81…上段FET、82…下段FET、83…上段ダイオード、84…下段ダイオード、91…直流電源、92…接地点、100…第1の閉回路、110…第2の閉回路。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記信号出力部は前記正常相を二相駆動するに際し、前記ロータの回転に伴って前記各正常相に発生する誘起電圧と相似する正弦波の駆動電圧を誘起電圧に追従する態様で前記各正常相に対し印加すべく前記制御信号の生成態様を変更する制御信号変更処理を実行する
ことを特徴とするモータ制御装置。 A signal output unit that generates and outputs a control signal of a brushless motor having a rotor and a three-phase field coil, a drive circuit that supplies drive power to the field coil based on the control signal, and a drive circuit A specific unit that identifies an in-phase as an abnormal phase when any one of the plurality of switching elements provided is short-circuited and an energization failure occurs in any one phase of the brushless motor, and when the energization failure occurs, In the motor control device that drives these two phases with the two phases other than the abnormal phase as the normal phase,
When the normal phase is driven in two phases, the signal output unit follows the induced voltage with a sinusoidal driving voltage similar to the induced voltage generated in each normal phase as the rotor rotates. A motor control device that executes control signal change processing for changing a generation mode of the control signal to be applied to a phase.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The signal output unit calculates, as the control signal change processing, an induced voltage generated in each normal phase at the time of the energization failure based on a rotation angle and a rotation speed of the rotor, and a mode of generating the calculated induced voltage The motor control device according to claim 1, wherein the control signal is generated based on the control signal.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 In the control signal changing process, the control signal is applied to each normal phase in such a manner that a sine wave drive voltage having the same period as that of the induced voltage generated in each normal phase at the time of the energization failure follows the induced voltage. The motor control device according to claim 1, wherein the generation mode is changed.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 The control signal changing process changes the generation mode of the control signal so as to apply a driving voltage of a sine wave having a period longer than that of the induced voltage generated in each normal phase at the time of the energization failure so as to follow the induced voltage. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is a device.
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