JP2013162622A - Electric power steering system - Google Patents

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Shigekazu Okumura
繁一 奥村
Masaya Segawa
雅也 瀬川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering system capable of driving a brushless motor and improving steering feeling when a switching element in a driving circuit of the brushless motor fails in short-circuit.SOLUTION: When one FET 31 in a driving circuit 30 fails in short-circuit, a control part 40 identifies the FET which fails in short-circuit. The control part 40 sets a voltage command value corresponding to current to be supplied to an electric motor 18, based on a detected steering torque. Then the control part 40 corrects the voltage command value based on a steering angle. In fact the control part 40 reduces and corrects the voltage command value when the absolute value of the steering angle is higher than a predetermined threshold.

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to an electric power steering apparatus.

電動パワーステアリング装置に使用されているブラシレスモータの駆動回路は、FET(Field Effect Transistor)などのスイッチング素子を含んでいる。スイッチング素子に故障が発生すると、ステアリングホイールを操作するときにブラシレスモータが負荷となり、操舵が重くなるおそれがある。このような問題に対処するために、ブラシレスモータと駆動回路との結線にリレーが挿入されている。たとえば、三相ブラシレスモータの場合には、二相のモータ結線にそれぞれリレーを挿入し、無制御時およびスイッチング素子の故障時には、それらのリレーをオフするようにしている。   The drive circuit of the brushless motor used in the electric power steering apparatus includes a switching element such as an FET (Field Effect Transistor). When a failure occurs in the switching element, the brushless motor becomes a load when the steering wheel is operated, and there is a possibility that the steering becomes heavy. In order to cope with such a problem, a relay is inserted in the connection between the brushless motor and the drive circuit. For example, in the case of a three-phase brushless motor, a relay is inserted into each of the two-phase motor connections, and these relays are turned off when there is no control and when the switching element fails.

特開2003-312508号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-312508

前述した従来技術では、モータ駆動回路内の1つのスイッチング素子が短絡故障した時には、三相ブラシレスモータを駆動することができなくなり、操舵補助力(アシストトルク)を発生させることができなくなる。
そこで、本願発明者は、三相ブラシレスモータの駆動回路内の1つのスイッチング素子が短絡故障した場合に、三相ブラシレスモータの駆動が可能となるロータ回転角領域を制御可能領域として特定する制御可能領域特定手段と、三相ブラシレスモータのロータ回転角が制御可能領域にあるときに、三相ブラシレスモータを駆動するモータ制御手段とを含む電動パワーステアリング装置を開発した。この場合、三相ブラシレスモータは、例えば、120°矩形波駆動方式で駆動される。
In the above-described conventional technology, when one switching element in the motor drive circuit is short-circuited, the three-phase brushless motor cannot be driven and a steering assist force (assist torque) cannot be generated.
Therefore, the inventor of the present application can control the rotor rotation angle region in which the three-phase brushless motor can be driven as a controllable region when one switching element in the driving circuit of the three-phase brushless motor is short-circuited. An electric power steering apparatus has been developed that includes region specifying means and motor control means for driving the three-phase brushless motor when the rotor rotation angle of the three-phase brushless motor is in the controllable region. In this case, the three-phase brushless motor is driven by, for example, a 120 ° rectangular wave driving method.

制御可能領域特定手段は、たとえば、短絡故障したスイッチング素子以外の全てのスイッチング素子がオフとなっている状態において三相ブラシレスモータのロータが回転されたときに、2つの正常相のいずれにも負荷電流が流れないロータ回転角領域を可能領域とし、2つの正常相のうちのいずれか一方にのみ負荷電流が流れるロータ回転角領域を不定領域とし、2つの正常相の両方に負荷電流が流れるロータ回転角領域を不可領域とすると、可能領域および不定領域からなる領域を制御可能領域として特定し、不可領域を制御不能領域として特定する。   The controllable area specifying means is, for example, a load applied to any of the two normal phases when the rotor of the three-phase brushless motor is rotated in a state where all the switching elements other than the short-circuit faulty switching element are turned off. A rotor rotation angle region where current does not flow is a possible region, a rotor rotation angle region where load current flows only in one of the two normal phases is an indefinite region, and a load current flows in both of the two normal phases If the rotation angle area is an uncontrollable area, an area composed of a possible area and an indefinite area is identified as a controllable area, and the unusable area is identified as an uncontrollable area.

三相ブラシレスモータの駆動回路内の1つのスイッチング素子が短絡故障した場合に、前述したようなモータ制御を行なうと、制御可能領域では三相ブラシレスモータが駆動されるが、制御不能領域では三相ブラシレスモータは駆動されないため、操舵トルクが変動する。特に、操舵角の絶対値が大きくなると、負荷トルクが大きくなるので、三相ブラシレスモータの制御指令値が大きくなり、制御可能領域において三相ブラシレスモータによって発生するアシストトルクが大きくなる。そうすると、制御可能領域と制御不能領域との間でのアシストトルクの差が大きくなるので、操舵トルク変動が大きくなり、操舵フィーリングが悪化する。   If one of the switching elements in the drive circuit of the three-phase brushless motor has a short-circuit failure, if the motor control described above is performed, the three-phase brushless motor is driven in the controllable area, but the three-phase brushless motor is driven in the uncontrollable area. Since the brushless motor is not driven, the steering torque varies. In particular, when the absolute value of the steering angle increases, the load torque increases, so the control command value of the three-phase brushless motor increases, and the assist torque generated by the three-phase brushless motor increases in the controllable region. As a result, the difference in assist torque between the controllable region and the uncontrollable region becomes large, so that the steering torque fluctuation increases, and the steering feeling deteriorates.

この発明の目的は、ブラシレスモータの駆動回路内の1つのスイッチング素子が短絡故障した場合に、ブラシレスモータを駆動できるとともに、操舵フィーリングを向上させることができる電動パワーステアリング装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of driving a brushless motor and improving steering feeling when one switching element in a drive circuit of the brushless motor has a short circuit failure. .

請求項1に記載の発明は、ブラシレスモータ(18)によって転舵機構(4)に駆動力を付与する電動パワーステアリング装置(1)であって、操舵角を検出する操舵角検出手段(23,40)と、複数のスイッチング素子(31UH,31UL;31VH,31VL;31WH,31WL)を含み、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動回路(30)と、前記駆動回路内の1つのスイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、短絡故障したスイッチング素子を特定するとともに、前記ブラシレスモータを駆動することが可能なロータ回転角領域である制御可能領域を特定する手段(40,S22,S29,S30)と、前記制御可能領域において、前記駆動回路を介して、前記ブラシレスモータを駆動制御する故障時モータ制御手段(40,S26,S27,S28,S31)とを含み、前記故障時モータ制御手段は、前記ブラシレスモータに供給すべき電流に対応した制御指令値を設定する制御指令値設定手段(40,S26)と、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を補正する指令値補正手段(40,S27,S28)と、前記制御可能領域において、前記指令値補正手段による補正後の制御指令値に基づいて、前記駆動回路を制御する制御手段(40,S31)とを含み、前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が所定の閾値より大きいときに、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を低減補正するように構成されている、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が、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 The invention described in claim 1 is an electric power steering device (1) for applying a driving force to the steering mechanism (4) by a brushless motor (18), wherein the steering angle detecting means (23, 23) detects a steering angle. 40), and a plurality of switching elements (31 UH , 31 UL ; 31 VH , 31 VL ; 31 WH , 31 WL ), and a drive circuit (30) for driving the brushless motor, Means (40, S22) for specifying a controllable region, which is a rotor rotation angle region capable of driving the brushless motor, in addition to specifying the short-circuited switching device when a short-circuit failure occurs in one switching device. , S29, S30), and in the controllable region, the failure mode for controlling the drive of the brushless motor via the drive circuit is provided. Control means (40, S26, S27, S28, S31), and the failure-time motor control means is a control command value setting means (40, S) for setting a control command value corresponding to a current to be supplied to the brushless motor. S26), command value correction means (40, S27, S28) for correcting the control command value set by the control command value setting means based on the steering angle detected by the steering angle detection means, and the control And a control means (40, S31) for controlling the drive circuit based on the control command value corrected by the command value correction means in the possible region, wherein the command value correction means is controlled by the steering angle detection means. The control command value set by the control command value setting means is reduced and corrected when the detected absolute value of the steering angle is larger than a predetermined threshold value. That is an electric power steering system. In addition, although the alphanumeric character in parentheses represents a corresponding component in an embodiment described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. The same applies hereinafter.

この発明によれば、ブラシレスモータの駆動回路内の1つのスイッチング素子が短絡故障した場合に、ブラシレスモータを駆動できる。また、この発明では、操舵角の絶対値が所定の閾値より大きいときに制御指令値が低減補正されるから、操舵角の絶対値が大きな領域において、制御可能領域と制御不能領域との間のアシストトルクの差を低減させることができる。これにより、操舵角の絶対値が大きな領域において、操舵トルク変動を抑制することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。   According to the present invention, the brushless motor can be driven when one switching element in the drive circuit of the brushless motor has a short circuit failure. Further, in the present invention, since the control command value is reduced and corrected when the absolute value of the steering angle is larger than a predetermined threshold value, the region between the controllable region and the uncontrollable region is large in the region where the absolute value of the steering angle is large. The difference in assist torque can be reduced. Thereby, in a region where the absolute value of the steering angle is large, the steering torque fluctuation can be suppressed, and the steering feeling can be improved.

なお、前記制御指令値設定手段は、たとえば、トルクセンサによって検出される検出操舵トルクを少なくとも含む検出値に基づいて、制御指令値を設定するものであってもよい。
請求項2記載の発明は、前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、補正ゲインを設定する補正ゲイン設定手段(40,S27)と、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値に、前記補正ゲイン設定手段によって設定された補正ゲインを乗算することにより、最終的な制御指令値を演算する乗算手段(40,S28)とを含み、前記補正ゲイン設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以下であるときには補正ゲインを1に設定し、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値より大きいときには補正ゲインを1未満の所定値に設定するように構成されている、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。
The control command value setting means may set the control command value based on, for example, a detected value including at least a detected steering torque detected by a torque sensor.
According to a second aspect of the present invention, the command value correction means includes a correction gain setting means (40, S27) for setting a correction gain based on a steering angle detected by the steering angle detection means, and the control command value. Multiplication means (40, S28) for calculating a final control command value by multiplying the control command value set by the setting means by the correction gain set by the correction gain setting means, The gain setting means sets the correction gain to 1 when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means is equal to or less than the threshold, and the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the electric power steering apparatus is configured to set the correction gain to a predetermined value less than 1 when larger than the threshold value.

請求項3記載の発明は、前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、補正ゲインを設定する補正ゲイン設定手段(40,S27)と、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値に、前記補正ゲイン設定手段によって設定された補正ゲインを乗算することにより、最終的な制御指令値を演算する乗算手段(40,S28)とを含み、前記補正ゲイン設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以下であるときには補正ゲインを1に設定し、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以上であるときには、操舵角の絶対値の増加に応じて1から漸減する特性に従って補正ゲインを設定するように構成されている、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。   According to a third aspect of the present invention, the command value correction means includes a correction gain setting means (40, S27) for setting a correction gain based on a steering angle detected by the steering angle detection means, and the control command value. Multiplication means (40, S28) for calculating a final control command value by multiplying the control command value set by the setting means by the correction gain set by the correction gain setting means, The gain setting means sets the correction gain to 1 when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means is equal to or less than the threshold, and the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means 2. The electric power generator according to claim 1, wherein when it is equal to or greater than the threshold value, the correction gain is set according to a characteristic that gradually decreases from 1 in accordance with an increase in the absolute value of the steering angle. It is a power steering apparatus.

請求項4記載の発明は、ブラシレスモータ(18)によって転舵機構(4)に駆動力を付与する電動パワーステアリング装置(1)であって、操舵角を検出する操舵角検出手段(23,40)と、複数のスイッチング素子(31UH,31UL;31VH,31VL;31WH,31WL)を含み、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動回路(30)と、前記駆動回路内の1つのスイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、短絡故障したスイッチング素子を特定するとともに、前記ブラシレスモータを駆動することが可能なロータ回転角領域である制御可能領域を特定する手段(40,S22,S29,S30)と、前記制御可能領域において、前記駆動回路を介して、前記ブラシレスモータを駆動制御する故障時モータ制御手段(40,S26,S27,S28,S31)とを含み、前記故障時モータ制御手段は、前記ブラシレスモータに供給すべき電流に対応した制御指令値を設定する制御指令値設定手段(40,S26)と、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を補正する指令値補正手段(40,S27,S28)と、前記制御可能領域において、前記指令値補正手段による補正後の制御指令値に基づいて、前記駆動回路を制御する制御手段(40,S31)とを含んでおり、前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が所定の閾値より大きく、かつ切り込み方向に操舵が行なわれているときに、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を低減補正するように構成されている、電動パワーステアリング装置である。 The invention according to claim 4 is an electric power steering device (1) for applying a driving force to the steering mechanism (4) by means of a brushless motor (18), wherein the steering angle detecting means (23, 40) detects the steering angle. ) And a plurality of switching elements (31 UH , 31 UL ; 31 VH , 31 VL ; 31 WH , 31 WL ), and a drive circuit (30) for driving the brushless motor, and 1 in the drive circuit When a short circuit failure occurs in one switching element, means for specifying a controllable region that is a rotor rotation angle region capable of driving the brushless motor as well as identifying the short circuit failure switching device (40, S22, S29, S30) and a motor at the time of failure that drives and controls the brushless motor via the drive circuit in the controllable region Control means (40, S26, S27, S28, S31), and the failure motor control means sets a control command value setting means (40, S) for setting a control command value corresponding to the current to be supplied to the brushless motor. S26), command value correction means (40, S27, S28) for correcting the control command value set by the control command value setting means based on the steering angle detected by the steering angle detection means, and the control And a control means (40, S31) for controlling the drive circuit based on the control command value corrected by the command value correction means in the possible region, wherein the command value correction means detects the steering angle. Set by the control command value setting means when the absolute value of the steering angle detected by the means is larger than a predetermined threshold and steering is performed in the cutting direction. The control command value is configured so as to reduce the correction was, an electric power steering apparatus.

この発明によれば、操舵角の絶対値が所定の閾値より大きく、かつ切り込み方向に操舵が行なわれているときには、制御可能領域と制御不能領域との間のアシストトルクの差が低減されるから、操舵トルク変動を抑制することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。
請求項5記載の発明は、前記閾値が180度である、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。
According to the present invention, when the absolute value of the steering angle is larger than the predetermined threshold and the steering is performed in the cutting direction, the difference in assist torque between the controllable region and the uncontrollable region is reduced. Steering torque fluctuation can be suppressed and steering feeling can be improved.
Invention of Claim 5 is an electric power steering apparatus as described in any one of Claims 1-4 whose said threshold value is 180 degree | times.

図1は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus as a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、モータ制御装置としてのECU12の電気的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the ECU 12 as a motor control device. 図3は、制御部40の全体的な動作を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the overall operation of the control unit 40. 図4は、ローサイドFETが短絡故障した場合に負荷電流が流れる閉回路を示す電気回路図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a closed circuit through which a load current flows when the low-side FET is short-circuited. 図5は、ハイサイドFETが短絡故障した場合に負荷電流が流れる閉回路を示す電気回路図である。FIG. 5 is an electric circuit diagram showing a closed circuit in which a load current flows when a short circuit failure occurs in the high-side FET. 図6は、電動モータを回転させるべき方向と短絡故障が発生したFETとの組み合わせ毎に、その組合せに対応する「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」を表すマップを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a map representing “possible area”, “undefined area”, and “unusable area” corresponding to each combination of the direction in which the electric motor should be rotated and the FET in which the short circuit failure has occurred. It is. 図7は、全てのFET31が正常である場合に、全てのFET31がオフの状態で、ロータが正転方向に回転されたときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V,V,Vの理論値を示すグラフである。FIG. 7 shows the induced voltage waveforms V U , V of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when all the FETs 31 are normal and all the FETs 31 are off and the rotor is rotated in the normal rotation direction. V, is a graph showing the theoretical values of V W. 図8Aは、V相のローサイドFET31VLが短絡故障した場合に、他の全てのFETがオフの状態で、ロータが正転方向に回転されたときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V’,V’,V’の理論値を示すグラフである。FIG. 8A shows an induced voltage of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when the V-phase low-side FET 31 VL is short-circuited and all the other FETs are off and the rotor is rotated in the normal rotation direction. waveform V U ', V V', is a graph showing the theoretical values of V W '. 図8Bは、V相のハイサイドFET31VHが短絡故障した場合に、他の全てのFETがオフの状態で、ロータが正転方向に回転されているときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V’,V’,V’の理論値を示すグラフである。FIG. 8B shows that when the V-phase high-side FET 31 VH is short-circuited, the phase of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when all the other FETs are OFF and the rotor is rotated in the normal rotation direction. induced voltage waveform V U ', V V', is a graph showing the theoretical values of V W '. 図9は、図3のステップS5の異常時制御処理において実行される操舵角演算処理を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the steering angle calculation process executed in the abnormal time control process of step S5 of FIG. 図10は、図3のステップS5の異常時制御処理において実行されるメイン処理を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a main process executed in the abnormal time control process of step S5 of FIG. 図11は、検出操舵トルクに対する電圧指令値の設定例を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing an example of setting the voltage command value with respect to the detected steering torque. 図12Aは操舵角θhに対する補正ゲインG(θh)の設定例を示すグラフであり、図12Bは操舵角θhに対する補正ゲインG(θh)の他の設定例を示すグラフである。FIG. 12A is a graph showing a setting example of the correction gain G (θh) with respect to the steering angle θh, and FIG. 12B is a graph showing another setting example of the correction gain G (θh) with respect to the steering angle θh. 図13は、全てのFET31が正常である場合に120°矩形波駆動方式によって電動モータ18を正転方向に回転駆動するときの通電パターンを示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an energization pattern when the electric motor 18 is rotationally driven in the normal rotation direction by the 120 ° rectangular wave driving method when all the FETs 31 are normal.

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本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概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The electric power steering apparatus 1 includes a steering wheel 2 as a steering member for steering the vehicle, a steering mechanism 4 that steers the steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and steering by the driver. And a steering assist mechanism 5 for assisting. The steering wheel 2 and the steering mechanism 4 are mechanically coupled via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7.

ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト6の周囲には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11の出力信号は、ステアリングホイール2が左方向(正転方向)に操舵された場合には、零以上の値となり、ステアリングホイール2に加えられた操舵トルクが大きいほど大きくなるように変化する。また、トルクセンサ11の出力信号は、ステアリングホイール2が右方向(逆転方向)に操舵された場合には、零未満の値となり、ステアリングホイール2に加えられた操舵トルクが大きいほど小さくなるように変化する。
The steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to the steering wheel 2 and an output shaft 9 connected to the intermediate shaft 7. The input shaft 8 and the output shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be relatively rotatable.
A torque sensor 11 is disposed around the steering shaft 6. The torque sensor 11 detects the steering torque T applied to the steering wheel 2 based on the relative rotational displacement amount of the input shaft 8 and the output shaft 9. In this embodiment, when the steering wheel 2 is steered in the left direction (forward rotation direction), the output signal of the torque sensor 11 becomes a value of zero or more, and the larger the steering torque applied to the steering wheel 2 is, the larger the steering signal is. It changes to become larger. The output signal of the torque sensor 11 is less than zero when the steering wheel 2 is steered in the right direction (reverse direction), and becomes smaller as the steering torque applied to the steering wheel 2 is larger. Change.

転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端には、ピニオン16が連結されている。   The steered mechanism 4 includes a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as a steered shaft. The steered wheel 3 is connected to each end of the rack shaft 14 via a tie rod 15 and a knuckle arm (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7. The pinion shaft 13 rotates in conjunction with the steering of the steering wheel 2. A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13.

ラック軸14は、自動車の左右方向(直進方向に直交する方向)に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。   The rack shaft 14 extends linearly along the left-right direction of the automobile (a direction orthogonal to the straight-ahead direction). A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed at an intermediate portion in the axial direction of the rack shaft 14. By the pinion 16 and the rack 17, the rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. The steered wheels 3 can be steered by moving the rack shaft 14 in the axial direction.

ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。電動モータ18の近傍には、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構19は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。
When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into an axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and the rack 17. Thereby, the steered wheel 3 is steered.
The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for assisting steering and a speed reduction mechanism 19 for transmitting the output torque of the electric motor 18 to the steering mechanism 4. In this embodiment, the electric motor 18 is a three-phase brushless motor. In the vicinity of the electric motor 18, a rotation angle sensor 23 made of, for example, a resolver for detecting the rotation angle θ (electrical angle) of the rotor of the electric motor 18 is disposed. The speed reduction mechanism 19 includes a worm gear mechanism that includes a worm shaft 20 and a worm wheel 21 that meshes with the worm shaft 20. The speed reduction mechanism 19 is accommodated in a gear housing 22 as a transmission mechanism housing.

ウォーム軸20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォーム軸20によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、転舵輪3が転舵されるようになっている。
The worm shaft 20 is rotationally driven by the electric motor 18. The worm wheel 21 is coupled to the steering shaft 6 so as to be rotatable in the same direction. The worm wheel 21 is rotationally driven by the worm shaft 20.
When the worm shaft 20 is rotationally driven by the electric motor 18, the worm wheel 21 is rotationally driven and the steering shaft 6 rotates. The rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. Thereby, the steered wheel 3 is steered. That is, the wheel 3 is steered by rotating the worm shaft 20 by the electric motor 18.

電動モータ18は、モータ制御装置としてのECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)12によって制御される。ECU12には、トルクセンサ11の出力信号、回転角センサ23の出力信号等が入力されている。ECU12は、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTに基づいて電圧指令値(制御指令値)を設定し、設定された電圧指令値に応じて、電動モータ18をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。   The electric motor 18 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 12 as a motor control device. An output signal from the torque sensor 11, an output signal from the rotation angle sensor 23, and the like are input to the ECU 12. The ECU 12 sets a voltage command value (control command value) based on the steering torque T detected by the torque sensor 11, and controls the electric motor 18 by PWM (Pulse Width Modulation) according to the set voltage command value. .

図2は、モータ制御装置としてのECU12の電気的構成を示す概略図である。電動モータ18は、U相界磁コイル18U、V相界磁コイル18V、W相界磁コイル18Wを有するステータと、永久磁石が固定されたロータとを備えている。
ECU12は、電動モータ18の駆動電力を生成する駆動回路30と、駆動回路30を制御するための制御部40とを備えている。制御部40は、CPUとこのCPUの動作プログラム等を記憶したメモリ(ROM,RAM,不揮発性メモリ等)とを含むマイクロコンピュータで構成されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrical configuration of the ECU 12 as a motor control device. The electric motor 18 includes a stator having a U-phase field coil 18U, a V-phase field coil 18V, and a W-phase field coil 18W, and a rotor to which a permanent magnet is fixed.
The ECU 12 includes a drive circuit 30 that generates drive power for the electric motor 18 and a control unit 40 that controls the drive circuit 30. The control unit 40 is composed of a microcomputer including a CPU and a memory (ROM, RAM, nonvolatile memory, etc.) that stores an operation program of the CPU.

駆動回路30は、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路30では、電動モータ18のU相に対応した一対のFET(電界効果トランジスタ)31UH,31ULの直列回路と、V相に対応した一対のFET31VH,31VLの直列回路と、W相に対応した一対のFET31WH,31WLの直列回路とが、直流電源33と接地34との間に並列に接続されている。また、各FET31UH〜31WLには、それぞれ回生ダイオード32UH〜32WLが、接地34側から直流電源33側に順方向電流が流れるような向きで、並列に接続されている。 The drive circuit 30 is a three-phase bridge inverter circuit. In the drive circuit 30, a series circuit of a pair of FETs (field effect transistors) 31 UH and 31 UL corresponding to the U phase of the electric motor 18, a series circuit of a pair of FETs 31 VH and 31 VL corresponding to the V phase, A series circuit of a pair of FETs 31 WH and 31 WL corresponding to the W phase is connected in parallel between the DC power supply 33 and the ground 34. Further, regenerative diodes 32 UH to 32 WL are connected in parallel to the FETs 31 UH to 31 WL in such a direction that a forward current flows from the ground 34 side to the DC power supply 33 side.

以下において、各相の一対のFETのうち、電源側のものを「ハイサイドFET」または「上段FET」といい、接地34側のものを「ローサイドFET」または「下段FET」という場合がある。また、6つのFET31UH〜31WLを総称するときには、「FET31」ということにする。同様に、6つの回生ダイオード32UH〜32WLを総称するときには、「回生ダイオード32」ということにする。 Hereinafter, among the pair of FETs of each phase, the power supply side may be referred to as a “high side FET” or “upper stage FET”, and the ground side 34 side may be referred to as a “low side FET” or “lower stage FET”. The six FETs 31 UH to 31 WL are collectively referred to as “FET 31”. Similarly, the six regenerative diodes 32 UH to 32 WL are collectively referred to as “regenerative diode 32”.

電動モータ18のU相界磁コイル18Uは、U相に対応した一対のFET31UH,31ULの間の接続点に接続されている。電動モータ18のV相界磁コイル18Vは、V相に対応した一対のFET31VH,31VLの間の接続点に接続されている。電動モータ18のW相界磁コイル18Wは、W相に対応した一対のFET31WH,31WLの間の接続点に接続されている。 The U-phase field coil 18U of the electric motor 18 is connected to a connection point between a pair of FETs 31 UH and 31 UL corresponding to the U-phase. The V-phase field coil 18V of the electric motor 18 is connected to a connection point between a pair of FETs 31 VH and 31 VL corresponding to the V-phase. W-phase field coil 18W of the electric motor 18 is connected to the W-phase to the connection point between the pair of FET 31 WH, 31 WL corresponding.

制御部40には、回転角センサ23の出力信号と、トルクセンサ11の出力信号と、図示しない相電圧検出回路によって検出される各相の相電圧V,V,Vが入力される。
図3は、制御部40の全体的な動作を示すフローチャートである。
制御部40は、FET31に故障が発生しているか否かを監視する(ステップS1)。FET31に故障が発生していないときには(ステップS1:NO)、制御部40は、通常時制御処理を行なう(ステップS2)。つまり、制御部40は、各FET31を制御することにより、電動モータ18を180°通電正弦波駆動する。
The control unit 40 receives the output signal of the rotation angle sensor 23, the output signal of the torque sensor 11, and the phase voltages V U , V V , V W detected by the phase voltage detection circuit (not shown). .
FIG. 3 is a flowchart showing the overall operation of the control unit 40.
The control unit 40 monitors whether or not a failure has occurred in the FET 31 (step S1). When no failure has occurred in the FET 31 (step S1: NO), the control unit 40 performs a normal time control process (step S2). That is, the control unit 40 drives the electric motor 18 by 180 ° energization sine wave by controlling each FET 31.

具体的には、制御部40は、たとえば、トルクセンサ11によって検出された操舵トルクに基づいて正弦波駆動のための電圧指令値を生成し、生成した電圧指令値に応じて各FET31をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。
通常時制御処理が行われているときに、電源オフ指令等の制御停止指令が入力されると(ステップS3:YES)、制御部40は通常時制御処理を終了する。
Specifically, for example, the control unit 40 generates a voltage command value for sine wave driving based on the steering torque detected by the torque sensor 11, and PWMs each FET 31 according to the generated voltage command value ( (Pulse Width Modulation) is controlled.
If a control stop command such as a power-off command is input while the normal time control process is being performed (step S3: YES), the control unit 40 ends the normal time control process.

前記ステップS2の通常時制御処理が行なわれているときに、FET31に故障が発生すると(ステップS1:YES)、制御部40は、全てのFET31をオフにして電動モータ18の駆動を一旦停止させる(ステップS4)。そして、制御部40は、異常時制御処理を行なう(ステップS5)。異常時制御処理が行われているときにおいて、制御停止指令が入力されると(ステップS6:YES)、制御部40は異常時制御処理を終了する。   If a failure occurs in the FET 31 while the normal control process in step S2 is being performed (step S1: YES), the control unit 40 turns off all the FETs 31 and temporarily stops driving the electric motor 18. (Step S4). And the control part 40 performs control processing at the time of abnormality (step S5). When a control stop command is input while the abnormal time control process is being performed (step S6: YES), the control unit 40 ends the abnormal time control process.

異常時制御処理は、短絡故障時に制御可能領域を特定するための処理を含んでいる。制御可能領域とは、短絡故障時に、電動モータ18を回転させるべき方向において、電動モータ18を駆動することが可能なロータ回転角領域(電気角領域)をいう。なお、電動モータ18を回転させるべき方向は、たとえば、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクの方向に基づいて決定される。具体的には、検出操舵トルクの方向が左方向であれば、左方向の操舵を補助するモータトルクを発生させるための回転方向(正転方向)が電動モータ18を回転させるべき回転方向として決定され、検出操舵トルクの方向が右方向であれば、右方向の操舵を補助するモータトルクを発生させるための回転方向(逆転方向)が電動モータ18を回転させるべき回転方向として決定される。   The control process at the time of abnormality includes a process for specifying a controllable area at the time of a short circuit failure. The controllable region refers to a rotor rotation angle region (electrical angle region) in which the electric motor 18 can be driven in the direction in which the electric motor 18 should be rotated when a short circuit failure occurs. Note that the direction in which the electric motor 18 is to be rotated is determined based on, for example, the direction of the steering torque detected by the torque sensor 11. Specifically, if the direction of the detected steering torque is the left direction, the rotation direction (forward rotation direction) for generating the motor torque for assisting the leftward steering is determined as the rotation direction for rotating the electric motor 18. If the direction of the detected steering torque is rightward, the rotation direction (reverse rotation direction) for generating motor torque that assists rightward steering is determined as the rotation direction in which the electric motor 18 should be rotated.

異常時制御処理の全体的な動作を説明する前に、制御可能領域を特定するための処理について説明する。以下において、短絡故障した1つのFETを含む相を短絡故障相といい、短絡故障した1つのFETを含まない相を正常相という場合がある。6つのFET31UH〜31WLのうちの1つのFETが短絡故障した場合に、他のFETの全てがオフとなっている状態でロータが回転されたときには、ロータ回転角(電気角)によっては、短絡故障したFETと、正常なFETに並列接続された回生ダイオードとによって形成される閉回路に負荷電流が流れる。この実施形態では、制御部40は、2つの正常相のいずれにも負荷電流が流れない電気角領域を「可能領域」として特定し、2つの正常相のうちのいずれか一方にのみ負荷電流が流れる電気角領域を「不定領域」として特定し、2つの正常相の両方に負荷電流が流れる電気角領域を「不可領域」として特定する。 Before describing the overall operation of the abnormal time control process, a process for specifying a controllable area will be described. In the following, a phase including one short-circuit failure FET may be referred to as a short-circuit failure phase, and a phase not including one short-circuit failure FET may be referred to as a normal phase. When one of the six FETs 31 UH to 31 WL is short-circuited and the rotor is rotated with all other FETs turned off, depending on the rotor rotation angle (electrical angle), A load current flows through a closed circuit formed by a short-circuited FET and a regenerative diode connected in parallel to a normal FET. In this embodiment, the control unit 40 specifies an electrical angle region where the load current does not flow in any of the two normal phases as a “possible region”, and the load current is applied to only one of the two normal phases. The flowing electrical angle region is specified as “undefined region”, and the electrical angle region in which the load current flows in both of the two normal phases is specified as “impossible region”.

この実施形態では、「可能領域」と「不定領域」とを合わせた領域が、短絡故障時に電動モータ18を駆動することが可能な「制御可能領域」として特定され、「不可領域」が短絡故障時に電動モータ18を駆動することが不可能な「制御不能領域」として特定される。なお、「可能領域」のみを「制御可能領域」として特定し、「不定領域」と「不可領域」とを合わせた領域を「制御不能領域」として特定するようにしてもよい。   In this embodiment, a region combining the “possible region” and the “undefined region” is specified as a “controllable region” capable of driving the electric motor 18 at the time of the short circuit failure, and the “unavailable region” is the short circuit failure. Sometimes it is specified as an “uncontrollable area” where it is impossible to drive the electric motor 18. Note that only the “controllable region” may be specified as the “controllable region”, and the region including the “undefined region” and the “uncontrollable region” may be specified as the “uncontrollable region”.

図4に示すように、たとえば、V相のローサイドFET31VLが短絡故障した場合に、他のFETの全てがオフとなっている状態で、運転者による操舵操作によってロータが回転されたとする。そうすると、電動モータ18に誘起電圧が発生する。この誘起電圧により、ロータ回転角(電気角)によっては、符号61で示す第1の閉回路および符号62で示す第2の閉回路の一方または両方に矢印で示す方向に負荷電流が流れるようになる。 As shown in FIG. 4, for example, when the V-phase low-side FET 31 VL has a short circuit failure, it is assumed that the rotor is rotated by a steering operation performed by the driver while all other FETs are turned off. Then, an induced voltage is generated in the electric motor 18. With this induced voltage, depending on the rotor rotation angle (electrical angle), a load current flows in one or both of the first closed circuit indicated by reference numeral 61 and the second closed circuit indicated by reference numeral 62 in the direction indicated by the arrow. Become.

第1の閉回路61は、短絡故障したV相のローサイドFET31VLと、正常相であるU相のローサイドFET31ULに並列接続された回生ダイオード32ULと、U相界磁コイル18Uと、V相界磁コイル18Vとを含んでいる。一方、第2の閉回路62は、短絡故障したV相のローサイドFET31VLと、正常相であるW相のローサイドFET31WLに並列接続された回生ダイオード32WLと、W相界磁コイル18Wと、V相界磁コイル18Vとを含んでいる。 The first closed circuit 61 includes a short-circuited V-phase low-side FET 31 VL , a regenerative diode 32 UL connected in parallel to the normal-phase U-phase low-side FET 31 UL , a U-phase field coil 18U, and a V-phase Field coil 18V. On the other hand, the second closed circuit 62 includes a V-phase low-side FET 31 VL having a short-circuit failure, a regenerative diode 32 WL connected in parallel to the normal-phase W-phase low-side FET 31 WL , a W-phase field coil 18 W, V-phase field coil 18V.

したがって、V相のローサイドFET31VLが短絡故障した場合には、「不可領域」、「可能領域」および「不定領域」は、次のようになる。すなわち、前記第1の閉回路61および前記第2の閉回路62の両方に負荷電流が流れる電気角領域が「不可領域」となる。一方、前記第1の閉回路61および前記第2の閉回路62のいずれにも負荷電流が流れない電気角領域が「可能領域」となる。そして、前記第1の閉回路61および前記第2の閉回路62のいずれか一方にのみ負荷電流が流れる電気角領域が「不定領域」となる。 Accordingly, when the V-phase low-side FET 31 VL has a short circuit failure, the “impossible region”, “possible region”, and “undefined region” are as follows. In other words, the electrical angle region in which the load current flows in both the first closed circuit 61 and the second closed circuit 62 becomes the “impossible region”. On the other hand, an electrical angle region in which a load current does not flow through either the first closed circuit 61 or the second closed circuit 62 is a “possible region”. An electrical angle region in which a load current flows only in one of the first closed circuit 61 and the second closed circuit 62 is an “indefinite region”.

一方、図5に示すように、V相のハイサイドFET31VHが短絡故障した場合において、他のFETの全てがオフとなっている状態で、運転者による操舵操作によってロータが回転されたとする。そうすると、電動モータ18に誘起電圧が発生する。この誘起電圧により、ロータ回転角(電気角)によっては、符号63で示す第3の閉回路および符号64で示す第4の閉回路の一方または両方に矢印で示す方向に負荷電流が流れるようになる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when the short-circuit failure occurs in the V-phase high-side FET 31 VH, it is assumed that the rotor is rotated by the steering operation by the driver while all other FETs are off. Then, an induced voltage is generated in the electric motor 18. Depending on the rotor rotation angle (electrical angle), the induced voltage causes the load current to flow in one or both of the third closed circuit indicated by reference numeral 63 and the fourth closed circuit indicated by reference numeral 64 in the direction indicated by the arrow. Become.

第3の閉回路63は、短絡故障したV相のハイサイドFET31VHと、V相界磁コイル18Vと、U相界磁コイル18Uと、正常相であるU相のハイサイドFET31UHに並列接続された回生ダイオード32UHとを含んでいる。一方、第4の閉回路64は、短絡故障したV相のハイサイドFET31VHと、V相界磁コイル18Vと、W相界磁コイル18Wと、正常相であるW相のハイサイドFET31WHに並列接続された回生ダイオード32WHとを含んでいる。 The third closed circuit 63 is connected in parallel to the short-circuited V-phase high-side FET 31 VH , the V-phase field coil 18 V, the U-phase field coil 18 U, and the normal-phase U-phase high-side FET 31 UH. Regenerated diode 32 UH . On the other hand, the fourth closed circuit 64 includes a short-circuited V-phase high-side FET 31 VH , a V-phase field coil 18 V, a W-phase field coil 18 W, and a normal-phase W-phase high-side FET 31 WH . The regenerative diode 32WH connected in parallel is included.

したがって、V相のハイサイドFET31VHが短絡故障した場合には、「不可領域」、「可能領域」および「不定領域」は、次のようになる。すなわち、前記第3の閉回路63および前記第4の閉回路64の両方に負荷電流が流れる電気角領域が「不可領域」となる。一方、前記第3の閉回路63および前記第4の閉回路64のいずれにも負荷電流が流れない電気角領域が「可能領域」となる。そして、前記第3の閉回路63および前記第4の閉回路64のいずれか一方にのみ負荷電流が流れる電気角領域が「不定領域」となる。 Therefore, when the V-phase high-side FET 31 VH has a short circuit failure, the “impossible region”, “possible region”, and “undefined region” are as follows. That is, the electrical angle region in which the load current flows in both the third closed circuit 63 and the fourth closed circuit 64 is the “impossible region”. On the other hand, an electrical angle region in which no load current flows in any of the third closed circuit 63 and the fourth closed circuit 64 is a “possible region”. An electrical angle region in which a load current flows only in one of the third closed circuit 63 and the fourth closed circuit 64 is an “indefinite region”.

図4に示すように、V相のローサイドFET31VLが短絡故障している場合において、U相界磁コイル18Uを含む第1の閉回路61に矢印で示す方向に負荷電流が流れるためには、短絡故障相であるV相の相電圧Vが正常相であるU相の相電圧Vより高い(大きい)ことが必要となる。また、この場合、駆動回路30から電動モータ18に向かって流れる電流の極性を正とすると、正常相であるU相の相電流Iの極性は正となる。同様に、W相界磁コイル18Wを含む第2の閉回路62に矢印で示す方向に負荷電流が流れるためには、短絡故障相であるV相の相電圧Vが正常相であるW相の相電圧Vより高いことが必要となる。また、この場合、正常相であるW相の相電流Iの極性は正となる。 As shown in FIG. 4, when the V-phase low-side FET 31 VL has a short circuit failure, in order for the load current to flow in the direction indicated by the arrow in the first closed circuit 61 including the U-phase field coil 18 </ b> U, It is necessary that the phase voltage V V of the V phase that is the short-circuit failure phase is higher (larger) than the phase voltage V U of the U phase that is the normal phase. In this case, when the polarity of the current flowing from the drive circuit 30 to the electric motor 18 is positive, the polarity of the phase current I U of normal phase U phase is positive. Similarly, for a load current flows in the direction indicated by the arrow in the second closed circuit 62 including a W-phase field coil 18W is, W-phase phase voltage V V of the V phase is a short circuit fault phase is normal phase it is required higher than the phase voltage V W of. In this case, the polarity of the phase current I W of the W-phase is normal phase becomes positive.

図5に示すように、V相のハイサイドFET31VHが短絡故障している場合において、U相界磁コイル18Uを含む第3の閉回路63に矢印で示す方向に負荷電流が流れるためには、短絡故障相であるV相の相電圧Vが正常相であるU相の相電圧Vより低い(小さい)ことが必要となる。また、この場合、正常相であるU相の相電流Iの極性は負となる。同様に、W相界磁コイル18Wを含む第4の閉回路64に矢印で示す方向に負荷電流が流れるためには、短絡故障相であるV相の相電圧Vが正常相であるW相の相電圧Vより低いことが必要となる。また、この場合、正常相であるW相の相電流Iの極性は負となる。 As shown in FIG. 5, when the V-phase high-side FET 31 VH is short-circuited, the load current flows in the direction indicated by the arrow through the third closed circuit 63 including the U-phase field coil 18 </ b> U. The phase voltage V V of the V phase that is the short-circuit failure phase is required to be lower (smaller) than the phase voltage V U of the U phase that is the normal phase. In this case, the polarity of the phase current I U of the U phase that is the normal phase is negative. Similarly, for a load current flows in the direction indicated by the arrow in the fourth closed circuit 64 including a W-phase field coil 18W is, W-phase phase voltage V V of the V phase is a short circuit fault phase is normal phase it is necessary lower than the phase voltage V W. In this case, the polarity of the phase current I W of the W-phase is normal phase is negative.

以上のように、「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」は、短絡故障したFETの位置によって異なる。また、電動モータ18が正転方向に回転される場合と逆転方向に回転される場合とでは、短絡故障したFETが同じであっても、各相の誘起電圧波形が異なるため、電動モータ18の回転方向によって、「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」は異なる。   As described above, the “possible area”, “indeterminate area”, and “impossible area” differ depending on the position of the FET that is short-circuited. In addition, when the electric motor 18 is rotated in the forward direction and when it is rotated in the reverse direction, the induced voltage waveform of each phase is different even if the short-circuited FET is the same. The “possible area”, “undefined area”, and “impossible area” differ depending on the rotation direction.

この実施形態では、電動モータ18を回転させるべき方向(CW(clockwise),CCW(counter clockwise))と短絡故障が発生したFETとの組み合わせ毎に、その組合せに対応する「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」を表すマップが予め作成されて、制御部40の不揮発性メモリに格納されている。
図6は、このようなマップの内容例を示している。図6において、CWおよびCCWは、電動モータ18を回転させるべき回転方向を表しており、CWは正転方向を、CCWは逆転方向を表している。U,V,W、上段および下段は、短絡故障したFETの位置を表している。つまり、U,V,Wは、短絡故障相を表している。上段は、短絡故障したFETが上段FET(ハイサイドFET)であることを表し、下段は、短絡故障したFETが下段FET(ローサイドFET)であることを表している。このようなマップは、理論値または計測データに基づいて作成される。
In this embodiment, for each combination of the direction in which the electric motor 18 is to be rotated (CW (clockwise), CCW (counter clockwise)) and the FET in which the short-circuit failure has occurred, the “possible area”, “undefined” A map representing “region” and “impossible region” is created in advance and stored in the nonvolatile memory of the control unit 40.
FIG. 6 shows an example of the contents of such a map. In FIG. 6, CW and CCW represent the rotation direction in which the electric motor 18 is to be rotated, CW represents the forward rotation direction, and CCW represents the reverse rotation direction. U, V, W, the upper stage, and the lower stage represent the positions of the FETs that are short-circuited. That is, U, V, and W represent a short circuit failure phase. The upper stage indicates that the short-circuit failure FET is the upper stage FET (high-side FET), and the lower stage indicates that the short-circuit failure FET is the lower stage FET (low-side FET). Such a map is created based on theoretical values or measurement data.

マップを、理論値に基づいて作成する場合について説明する。図7は、全てのFET31が正常である場合に、全てのFET31がオフの状態で、ロータが正転方向に回転されたときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V,V,Vの理論値(シミュレーション値)を示している。この例では、U相の誘起電圧波形が正から負へと変化する点がロータ回転角(電気角)θの0°として設定されている。 A case where a map is created based on theoretical values will be described. FIG. 7 shows the induced voltage waveforms V U , V of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when all the FETs 31 are normal and all the FETs 31 are off and the rotor is rotated in the normal rotation direction. The theoretical values (simulation values) of V 1 and V W are shown. In this example, the point where the U-phase induced voltage waveform changes from positive to negative is set as 0 ° of the rotor rotation angle (electrical angle) θ.

各相の誘起電圧の理論値V,V,Vは、振幅をEとすると、次式(1)で表される。
=E・sin(θ−π)
=E・sin(θ−π−(2/3)π)
=E・sin(θ−π+(2/3)π) …(1)
図8Aは、V相のローサイドFET31VLが短絡故障した場合に、他の全てのFETがオフの状態で、ロータが正転方向に回転されたときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V’,V’,V’の理論値(シミュレーション値)を示している。V相のローサイドFET31VLが短絡故障した場合の各相の誘起電圧V’,V’,V’の理論値は、全てのFET31が正常である場合における各相の誘起電圧の理論値V,V,Vを用いて次式(2)で表される。
The theoretical values V U , V V , and V W of the induced voltage of each phase are expressed by the following equation (1), where the amplitude is E.
V U = E · sin (θ−π)
V V = E · sin (θ−π− (2/3) π)
V W = E · sin (θ−π + (2/3) π) (1)
FIG. 8A shows an induced voltage of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when the V-phase low-side FET 31 VL is short-circuited and all the other FETs are off and the rotor is rotated in the normal rotation direction. The theoretical values (simulation values) of the waveforms V U ′, V V ′, and V W ′ are shown. The theoretical values of the induced voltages V U ′, V V ′, and V W ′ when the V-phase low-side FET 31 VL is short-circuited are the theoretical values of the induced voltages of the respective phases when all the FETs 31 are normal. It is expressed by the following equation (2) using V U , V V , and V W.

’=V−V
’=0
’=V−V …(2)
図8Aに示されるような理論値に基づいて、短絡故障したFETがV相のローサイドFET31VLであり、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向である場合の制御可能領域が特定される。
V U '= V U -V V
V V '= 0
V W '= V W -V V (2)
Based on the theoretical values as shown in FIG. 8A, the controllable region is specified when the short-circuited FET is the V-phase low-side FET 31 VL and the direction in which the electric motor 18 is to be rotated is the normal rotation direction. .

具体的には、正常相(U相,V相)の両方の誘起電圧V’,V’が、短絡故障相(V相)の誘起電圧V’(図8Aの例では0)より大きくなる電気角領域(図4の第1および第2の閉回路61,62のいずれにも負荷電流が流れない電気角領域)が「可能領域」として特定される。この例では、「可能領域」は150°〜270°となる。
なお、この実施形態では、短絡故障しているFETがローサイドFETである場合には、2つの正常相をA,Bで表すと、「可能領域」のうち、一方の正常相Aの相電圧が他方の正常相Bの相電圧以上となる電気角領域が「可能領域(A)」として特定され、前記他方の正常相Bの相電圧が前記一方の正常相Aの相電圧より大きくなる電気角領域が「可能領域(B)」として特定される。上記の例では、「可能領域」のうち、U相の誘起電圧V’がW相の誘起電圧V’以上となる領域(この例では、210°〜270°)が「可能領域(U)」として特定され、W相の誘起電圧V’がU相の誘起電圧V’より大きくなる領域(この例では、150°〜210°)が「可能領域(W)」として特定される。
Specifically, the induced voltages V U ′ and V W ′ of both normal phases (U phase and V phase) are less than the induced voltage V V ′ (0 in the example of FIG. 8A) of the short-circuit fault phase (V phase). The electrical angle region that increases (the electrical angle region in which the load current does not flow in any of the first and second closed circuits 61 and 62 in FIG. 4) is specified as the “possible region”. In this example, the “possible area” is 150 ° to 270 °.
In this embodiment, when the FET that is short-circuited is a low-side FET, when the two normal phases are represented by A and B, the phase voltage of one normal phase A in the “possible region” is An electrical angle region in which the phase voltage of the other normal phase B is greater than or equal to the phase voltage of the other normal phase B is specified as “possible region (A)”, and the phase angle of the other normal phase B is greater than the phase voltage of the one normal phase A The area is specified as “possible area (B)”. In the above example, among the “possible regions”, a region where the U-phase induced voltage V U ′ is equal to or higher than the W-phase induced voltage V W ′ (in this example, 210 ° to 270 °) is the “possible region (U ) ”, And a region where the W-phase induced voltage V W ′ is larger than the U-phase induced voltage V U ′ (in this example, 150 ° to 210 °) is identified as the“ possible region (W) ”. .

また、正常相(U相,V相)の両方の誘起電圧V’,V’が、短絡故障相(V相)の誘起電圧V’以下となる電気角領域(図4の第1および第2の閉回路61,62のいずれにも負荷電流が流れる電気角領域)が「不可領域」として特定される。この例では、「不可領域」は、330°〜90°となる。
そして、「可能領域」と「不可領域」の中間の電気角領域(図4の第1および第2の閉回路61,62のいずれか一方にのみ負荷電流が流れる電気角領域)が「不定領域」として特定される。この例では、「不定領域」は、90°〜150°および270°〜330°となる。
In addition, an electrical angle region in which the induced voltages V U ′ and V W ′ of the normal phase (U phase and V phase) are equal to or lower than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) (first phase in FIG. 4). And the electrical angle region in which the load current flows in both of the second closed circuits 61 and 62 are specified as “impossible regions”. In this example, the “impossible area” is 330 ° to 90 °.
An electrical angle region (an electrical angle region in which a load current flows only in one of the first and second closed circuits 61 and 62 in FIG. 4) between the “possible region” and the “impossible region” is “an indefinite region”. ". In this example, the “indefinite region” is 90 ° to 150 ° and 270 ° to 330 °.

なお、この実施形態では、短絡故障しているFETがローサイドFETである場合には、2つの正常相をA,B、故障相をCで表すと、「不定領域」のうち、一方の正常相Aの相電圧が故障相Cの相電圧より大きくなる電気角領域が「不定領域(A)」として特定され、他方の正常相Bの相電圧が故障相Cの相電圧より大きくなる電気角領域が「不定領域(B)」として特定される。上記の例では、「不定領域」のうち、U相の誘起電圧V’が短絡故障相(V相)の誘起電圧V’より大きくなる電気角領域(270°〜330°)が「不定領域(U)」として特定され、W相の誘起電圧V’が短絡故障相(V相)の誘起電圧V’より大きくなる電気角領域(90°〜150°)が「不定領域(W)」として特定される。 In this embodiment, when the FET that is short-circuited is a low-side FET, the two normal phases are denoted by A and B, and the failure phase is denoted by C. An electrical angle region in which the phase voltage of A is greater than the phase voltage of failure phase C is specified as “indefinite region (A)”, and the electrical angle region in which the phase voltage of the other normal phase B is greater than the phase voltage of failure phase C Is specified as “indefinite region (B)”. In the above example, among the “undefined regions”, the electrical angle region (270 ° to 330 °) in which the induced voltage V U ′ of the U phase is larger than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) is “undefined”. An electrical angle region (90 ° to 150 °) in which the induced voltage V W ′ of the W phase is greater than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) is identified as “region (U)”. ) ".

図8Bは、V相のハイサイドFET31VHが短絡故障した場合に、他の全てのFETがオフの状態で、ロータが正転方向に回転されたときの、ロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V’,V’,V’の理論値(シミュレーション値)を示している。図8Bに示されるような理論値に基づいて、短絡故障したFETがV相のハイサイドFET31VHであり、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向である場合の制御可能領域が特定される。 FIG. 8B shows the induction of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when the V-phase high-side FET 31 VH is short-circuited and the other rotors are turned off and the rotor is rotated in the forward rotation direction. The theoretical values (simulated values) of the voltage waveforms V U ′, V V ′, and V W ′ are shown. Based on the theoretical values as shown in FIG. 8B, the controllable region is specified when the short-circuited FET is the V-phase high-side FET 31 VH and the direction in which the electric motor 18 is to be rotated is the normal rotation direction. The

具体的には、正常相(U相,V相)の両方の誘起電圧V’,V’が、短絡故障相(V相)の誘起電圧V’より小さくなる電気角領域(図5の第3および第4の閉回路63,64のいずれにも負荷電流が流れない電気角領域)が「可能領域」として特定される。この例では、「可能領域」は、330°〜90°となる。
なお、この実施形態では、短絡故障しているFETがハイサイドFETである場合には、2つの正常相をA,Bで表すと、「可能領域」のうち、一方の正常相Aの相電圧が他方の正常相Bの相電圧以下となる電気角領域が「可能領域(A)」として特定され、前記他方の正常相Bの相電圧が前記一方の正常相Aの相電圧より小さくなる電気角領域が「可能領域(B)」として特定される。上記の例では、「可能領域」のうち、U相の誘起電圧V’がW相の誘起電圧V’以下となる領域(この例では、30°〜90°)が「可能領域(U)」として特定され、W相の誘起電圧V’がU相の誘起電圧V’より小さくなる領域(この例では、330°〜30°)が「可能領域(W)」として特定される。
Specifically, an electrical angle region in which the induced voltages V U ′ and V W ′ of both normal phases (U phase and V phase) are smaller than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) (FIG. 5). The electrical angle region where the load current does not flow in any of the third and fourth closed circuits 63 and 64 is specified as the “possible region”. In this example, the “possible area” is 330 ° to 90 °.
In this embodiment, when the FET that is short-circuited is a high-side FET, the two normal phases are represented by A and B, and the phase voltage of one normal phase A in the “possible region” An electrical angle region in which the phase voltage of the other normal phase B is equal to or lower than the phase voltage of the other normal phase B is specified as “possible region (A)”, and the phase voltage of the other normal phase B is smaller than the phase voltage of the one normal phase A The corner area is specified as “possible area (B)”. In the above example, among the “possible regions”, the region where the U-phase induced voltage V U ′ is equal to or lower than the W-phase induced voltage V W ′ (in this example, 30 ° to 90 °) is the “possible region (U ) ”And the region where the W-phase induced voltage V W ′ is smaller than the U-phase induced voltage V U ′ (in this example, 330 ° to 30 °) is identified as the“ possible region (W) ”. .

また、正常相(U相,V相)の両方の誘起電圧V’,V’が、短絡故障相(V相)の誘起電圧V’以上となる電気角領域(図5の第3および第4の閉回路63,64のいずれにも負荷電流が流れる電気角領域)が「不可領域」として特定される。この例では、「不可領域」は、150°〜270°となる。
そして、「可能領域」と「不可領域」の中間の電気角領域(図5の第3および第4の閉回路63,64のいずれか一方にのみ負荷電流が流れる電気角領域)が「不定領域」として特定される。この例では、「不定領域」は、90°〜150°および270°〜330°となる。
In addition, an electrical angle region in which the induced voltages V U ′ and V W ′ in the normal phase (U phase and V phase) are equal to or higher than the induced voltage V V ′ in the short-circuit fault phase (V phase) (third in FIG. 5). And the electric angle region in which the load current flows in both of the fourth closed circuits 63 and 64) is specified as the “impossible region”. In this example, the “impossible area” is 150 ° to 270 °.
An electrical angle region (an electrical angle region in which a load current flows only in one of the third and fourth closed circuits 63 and 64 in FIG. 5) between the “possible region” and the “impossible region” is “an indefinite region”. ". In this example, the “indefinite region” is 90 ° to 150 ° and 270 ° to 330 °.

なお、この実施形態では、短絡故障しているFETがハイサイドFETである場合には、2つの正常相をA,B、故障相をCで表すと、「不定領域」のうち、一方の正常相Aの相電圧が故障相Cの相電圧より小さくなる電気角領域が「不定領域(A)」として特定され、他方の正常相Bの相電圧が故障相Cの相電圧より小さくなる電気角領域が「不定領域(B)」として特定される。上記の例では、「不定領域」のうち、U相の誘起電圧V’が短絡故障相(V相)の誘起電圧V’より小さくなる電気角領域(90°〜150°)が「不定領域(U)」として求められ、W相の誘起電圧V’が短絡故障相(V相)の誘起電圧V’より小さくなる電気角領域(270°〜330°)が「不定領域(W)」として求められる。 In this embodiment, when the FET that is short-circuited is a high-side FET, the two normal phases are represented by A and B, and the failure phase is represented by C. An electrical angle region in which the phase voltage of phase A is smaller than the phase voltage of fault phase C is specified as “undefined region (A)”, and the electrical angle of the other normal phase B is smaller than the phase voltage of fault phase C The area is specified as “undefined area (B)”. In the above example, the electrical angle region (90 ° to 150 °) in which the induced voltage V U ′ of the U phase is smaller than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) among the “undefined regions” is “undefined. The electrical angle region (270 ° to 330 °) in which the W-phase induced voltage V W ′ is smaller than the induced voltage V V ′ of the short-circuit fault phase (V phase) is determined as “region (U)”. ) ".

同様にして、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向であり、短絡故障したFETがU相のローサイドFET31ULである場合の各領域、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向であり、短絡故障したFETがU相のハイサイドFETUHである場合の各領域、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向であり、短絡故障したFETがW相のローサイドFETWLである場合の各領域および電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向であり、短絡故障したFETがW相のローサイドFETWLである場合の各領域が求められる。このようにして求められた各領域に基づいて、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向(CW)である場合のマップが予め作成される。また、同様な方法により、電動モータ18を回転させるべき方向が逆転方向(CCW)である場合のマップが予め作成される。これにより、図6に示すようなマップが得られる。 Similarly, the direction in which the electric motor 18 should be rotated is the normal rotation direction, and each region when the short-circuited FET is the U-phase low-side FET 31 UL , the direction in which the electric motor 18 should be rotated is the normal rotation direction. Yes , each region when the short-circuit failure FET is the U-phase high-side FET UH , the direction in which the electric motor 18 should be rotated is the normal rotation direction, and the short-circuit failure FET is the W-phase low-side FET WL Each region and the direction in which the electric motor 18 should be rotated are the normal rotation directions, and each region when the short-circuited FET is the W-phase low-side FET WL is obtained. Based on the respective areas thus obtained, a map in the case where the direction in which the electric motor 18 should be rotated is the forward rotation direction (CW) is created in advance. Further, a map in the case where the direction in which the electric motor 18 is to be rotated is the reverse rotation direction (CCW) is created in advance by a similar method. Thereby, a map as shown in FIG. 6 is obtained.

以下、図3のステップS5の異常時制御処理について説明する。この異常時制御処理においては、メイン処理と操舵角演算処理とが実行される。
図9は、図3のステップS5の異常時制御処理において実行される操舵角演算処理を示すフローチャートである。図9の処理は、図3のステップS6で制御停止指令が与えられるまで、所定の第1の演算周期毎に繰り返し実行される。
Hereinafter, the abnormality control process in step S5 of FIG. 3 will be described. In the abnormal time control process, a main process and a steering angle calculation process are executed.
FIG. 9 is a flowchart showing the steering angle calculation process executed in the abnormal time control process of step S5 of FIG. The process of FIG. 9 is repeatedly executed for each predetermined first calculation cycle until a control stop command is given in step S6 of FIG.

制御部40は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、ロータ回転角θを演算する(ステップS11)。次に、制御部40は、今回演算されたロータ回転角θおよび減速機構19の減速比に基づいて、操舵角θhを演算する(ステップS12)。なお、操舵角θhは、ステアリングホイール2の中立位置(基準位置)からのステアリングホイール2の正逆両方向の回転量(回転角)を表すものであり、この実施形態では、中立位置から左方向への回転量が正の値で表され、中立位置から右方向への回転量が負の値で表される。   The control unit 40 calculates the rotor rotation angle θ based on the output signal of the rotation angle sensor 23 (step S11). Next, the control unit 40 calculates the steering angle θh based on the currently calculated rotor rotation angle θ and the reduction ratio of the speed reduction mechanism 19 (step S12). The steering angle θh represents the amount of rotation (rotation angle) of the steering wheel 2 in both forward and reverse directions from the neutral position (reference position) of the steering wheel 2, and in this embodiment, from the neutral position to the left direction. The amount of rotation is represented by a positive value, and the amount of rotation from the neutral position to the right is represented by a negative value.

図10は、図3のステップS5の異常時制御処理において実行されるメイン処理を示すフローチャートである。図10の処理は、図3のステップS6で制御停止指令が与えられるまで、所定の第2の演算周期毎に繰り返し実行される。
制御部40は、短絡故障した1つのFET(短絡故障したFETの位置)が既に特定されているか否かを判別する(ステップS21)。短絡故障したFETが特定されていない場合には(ステップS21:NO)、制御部40は、短絡故障が発生しているか否か、および短絡故障が発生している場合には短絡故障が発生しているFETを特定するための処理を行なう(ステップS22)。
FIG. 10 is a flowchart showing a main process executed in the abnormal time control process of step S5 of FIG. The processing in FIG. 10 is repeatedly executed at every predetermined second calculation cycle until a control stop command is given in step S6 in FIG.
The control unit 40 determines whether or not one FET that has a short-circuit fault (the position of the short-circuit fault FET) has already been specified (step S21). If the short-circuited FET has not been identified (step S21: NO), the control unit 40 determines whether or not a short-circuit failure has occurred, and if a short-circuit failure has occurred, a short-circuit failure has occurred. A process for specifying the FET that is being performed is performed (step S22).

具体的には、制御部40は、まず、一次判定処理を行なう。一次判定処理では、制御部40は、各相の相電圧V,V,Vを取得する。そして、いずれかの相電圧が所定のグランドレベルVG(たとえば0.5[V])以下であるという第1条件を満たしているか否か、およびいずれかの相電圧が所定の電源レベルVB(たとえば5.0[V])以上であるという第2条件を満たしているか否かを調べる。第1条件を満たしている場合には、制御部40は、いずれかの相のローサイドFETが短絡故障であると判定する。第2条件を満たしている場合には、制御部40は、いずれかの相のハイサイドFETが短絡故障であると判定する。第1条件および第2条件のいずれをも満たしていない場合には、制御部40は、短絡故障が発生していないと判別する。 Specifically, the control unit 40 first performs a primary determination process. In the primary determination process, the control unit 40 acquires the phase voltages V U , V V , and V W of each phase. Then, whether or not a first condition that any one of the phase voltages is equal to or lower than a predetermined ground level VG (for example, 0.5 [V]) is satisfied, and any one of the phase voltages is equal to a predetermined power supply level VB (for example, It is checked whether the second condition of 5.0 [V]) or higher is satisfied. When the first condition is satisfied, the control unit 40 determines that the low-side FET of any phase has a short circuit failure. When the second condition is satisfied, the control unit 40 determines that the high-side FET of any phase has a short circuit failure. When neither the first condition nor the second condition is satisfied, the control unit 40 determines that a short circuit failure has not occurred.

一次判定処理によって短絡故障が発生しているFETがハイサイドFETであるかローサイドFETであるかを特定できた場合には、制御部40は、二次判定処理を行なう。二次判定処理においては、制御部40は、電気角に応じて各FET31を制御することにより、電動モータ18に電流を流す(強制転流制御)。そして、制御部40は、各相の相電圧VU,V,を監視し、それらの電圧波形に基づいて、短絡故障が発生しているFETの相(短絡故障相)を特定する。これにより、短絡故障が発生している一つのFETを特定することができる。なお、前述した方法以外の方法によって、短絡故障が発生しているFETを特定してもよい。 When the primary determination process can identify whether the FET in which the short-circuit failure has occurred is a high-side FET or a low-side FET, the control unit 40 performs a secondary determination process. In the secondary determination process, the control unit 40 controls each FET 31 according to the electrical angle to cause a current to flow through the electric motor 18 (forced commutation control). Then, the control unit 40, the phase of the phase voltage V U, V V, monitors V W, based on their voltage waveform to identify the phase of the FET short-circuit fault has occurred (the short-circuit fault phase) . Thereby, it is possible to identify one FET in which a short circuit failure has occurred. Note that the FET in which the short-circuit fault has occurred may be specified by a method other than the method described above.

前記ステップS22の処理によって短絡故障が発生しているFETを特定できなかった場合(短絡故障が発生していないと判定した場合も含まれる)には(ステップS23:NO)、今回の演算周期での処理を終了する。なお、前記ステップS22の処理の開始時点において短絡故障が発生しているFETがハイサイドFETであるかローサイドFETであるかが既に特定されている場合には、制御部40は、一次判定処理を行なうことなく、二次判定処理を開始する。   When the FET in which the short-circuit fault has occurred cannot be identified by the process of step S22 (including the case where it is determined that the short-circuit fault has not occurred) (step S23: NO), in the current calculation cycle Terminate the process. If it is already specified whether the FET in which the short-circuit failure has occurred at the start of the process of step S22 is the high-side FET or the low-side FET, the control unit 40 performs the primary determination process. The secondary determination process is started without performing it.

前記ステップS22の処理によって短絡故障が発生しているFETを特定できた場合には(ステップS23:YES)、制御部40は、ステップS24に移行する。また、前記ステップS21において、短絡故障したFETの位置が既に特定されている場合には(ステップS21:YES)、制御部40は、ステップS24に移行する。
ステップS24では、制御部40は、トルクセンサ11によって検出される操舵トルク(検出操舵トルク)T、前述の操舵角演算処理(図9参照)によって演算された最新のロータ回転角θおよび操舵角θhを取得する。そして、制御部40は、前述したように、取得した検出操舵トルクの方向に基づいて、電動モータ18を回転させるべき方向を決定する(ステップS25)。
If the FET in which the short-circuit failure has occurred can be identified by the process of step S22 (step S23: YES), the control unit 40 proceeds to step S24. In step S21, when the position of the short-circuited FET has already been specified (step S21: YES), the control unit 40 proceeds to step S24.
In step S24, the control unit 40 detects the steering torque (detected steering torque) T detected by the torque sensor 11, the latest rotor rotation angle θ and the steering angle θh calculated by the above-described steering angle calculation process (see FIG. 9). To get. And the control part 40 determines the direction which should rotate the electric motor 18 based on the direction of the acquired detected steering torque as mentioned above (step S25).

次に、制御部40は、取得した検出操舵トルクTに基づいて電動モータ18に供給すべき電流に対応した電圧指令値(制御指令値)Pを設定する(ステップS26)。この実施形態では、制御部40は、図11に示すように、検出操舵トルクTに比例した電圧指令値Pを設定する。
この後、制御部40は、前記ステップS24で取得した操舵角θhに基づいて、電圧指令値Pを補正するための補正ゲインG(θh)を設定する(ステップS27)。そして、制御部40は、設定された補正ゲインG(θh)を用いて、前記ステップS26で設定された電圧指令値(電圧指令値の基本値)を補正する(ステップS28)。
Next, the control unit 40 sets a voltage command value (control command value) P corresponding to the current to be supplied to the electric motor 18 based on the acquired detected steering torque T (step S26). In this embodiment, the control unit 40 sets a voltage command value P proportional to the detected steering torque T, as shown in FIG.
Thereafter, the control unit 40 sets a correction gain G (θh) for correcting the voltage command value P based on the steering angle θh acquired in step S24 (step S27). And the control part 40 correct | amends the voltage command value (basic value of a voltage command value) set by said step S26 using the set correction | amendment gain G ((theta) h) (step S28).

この補正は、後述する故障時用モータ制御処理が行なわれるときに、操舵角θhの絶対値が大きい場合に操舵トルクの変動を抑制するために行われる。つまり、制御部40は、操舵角θhの絶対値が所定の閾値αより大きいときに、電圧指令値Pを低減補正する。この閾値αは、たとえば、180[deg]に設定される。制御部40は、次式(2)に基づいて、電圧指令値Pを補正する。   This correction is performed to suppress fluctuations in the steering torque when the absolute value of the steering angle θh is large when a failure motor control process described later is performed. That is, the control unit 40 corrects and reduces the voltage command value P when the absolute value of the steering angle θh is larger than the predetermined threshold value α. This threshold value α is set to 180 [deg], for example. The control unit 40 corrects the voltage command value P based on the following equation (2).

P←P×G(θh) …(2)
図12Aおよび図12Bは、それぞれ、閾値αが180[deg]である場合の操舵角θhに対する補正ゲインG(θh)の設定例を示している。
図12Aの例では、補正ゲインG(θh)は、操舵角θhの絶対値が閾値αに相当する180[deg]以下の領域では1.0に固定され、操舵角θhの絶対値が180[deg]より大きい領域では0.2に固定される。したがって、操舵角θhの絶対値が180[deg]以下であるときには、電圧指令値は実質的には補正されず、補正後の電圧指令値は電圧指令値の基本値と同じ値となる。一方、操舵角θhの絶対値が180[deg]より大きいときには、補正後の電圧指令値は電圧指令値の基本値の1/5となる。つまり、操舵角θhの絶対値が180[deg]より大きいときには、電圧指令値Pが低減補正される。
P ← P × G (θh) (2)
12A and 12B show examples of setting the correction gain G (θh) with respect to the steering angle θh when the threshold α is 180 [deg].
In the example of FIG. 12A, the correction gain G (θh) is fixed to 1.0 in an area where the absolute value of the steering angle θh is equal to or less than 180 [deg] corresponding to the threshold value α, and the absolute value of the steering angle θh is 180 [ In a region larger than [deg], it is fixed to 0.2. Therefore, when the absolute value of the steering angle θh is 180 [deg] or less, the voltage command value is not substantially corrected, and the corrected voltage command value is the same value as the basic value of the voltage command value. On the other hand, when the absolute value of the steering angle θh is larger than 180 [deg], the corrected voltage command value is 1/5 of the basic value of the voltage command value. That is, when the absolute value of the steering angle θh is larger than 180 [deg], the voltage command value P is corrected to be reduced.

図12Bの例では、補正ゲインG(θh)は、操舵角θhの絶対値が閾値αに相当する180[deg]以下の領域では1.0に固定される。操舵角θhの絶対値が180[deg]以上の領域では、補正ゲインG(θh)は、操舵角θhの絶対値の増加に応じて1.0から0.2付近まで漸減する特性に従って設定される。したがって、操舵角θhの絶対値が180[deg]以下であるときには、電圧指令値は実質的には補正されず、補正後の電圧指令値は電圧指令値の基本値と同じ値となる。一方、操舵角θhの絶対値が180[deg]より大きい領域では、補正後の電圧指令値は電圧指令値の基本値より小さくなり、かつ操舵角θhの絶対値が大きいほど基本値に対する低下率が大きくなる。この例においても、操舵角θhの絶対値が180[deg]より大きいときには、電圧指令値が低減補正される。   In the example of FIG. 12B, the correction gain G (θh) is fixed to 1.0 in the region where the absolute value of the steering angle θh is 180 [deg] or less corresponding to the threshold value α. In the region where the absolute value of the steering angle θh is 180 [deg] or more, the correction gain G (θh) is set according to the characteristic that gradually decreases from 1.0 to around 0.2 as the absolute value of the steering angle θh increases. The Therefore, when the absolute value of the steering angle θh is 180 [deg] or less, the voltage command value is not substantially corrected, and the corrected voltage command value is the same value as the basic value of the voltage command value. On the other hand, in a region where the absolute value of the steering angle θh is larger than 180 [deg], the corrected voltage command value is smaller than the basic value of the voltage command value, and the rate of decrease with respect to the basic value increases as the absolute value of the steering angle θh increases. Becomes larger. Also in this example, when the absolute value of the steering angle θh is larger than 180 [deg], the voltage command value is corrected for reduction.

次に、制御部40は、制御可能領域特定処理を行なう(ステップS29)。具体的には、制御部40は、前記ステップS25で決定した電動モータ18を回転させるべき方向(CWまたはCCW)と、短絡故障した1つのFETの位置と、図6に示すマップとから、電動モータ18を回転させるべき方向および短絡故障した1つのFETの位置に対応した各領域(「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」)を特定する。そして、制御部40は、前記ステップS24で取得したロータ回転角(現在のロータ回転角)θが、「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」のいずれの領域に属するかを判別する(ステップS30)。   Next, the control unit 40 performs controllable area specifying processing (step S29). Specifically, the control unit 40 generates an electric signal from the direction (CW or CCW) in which the electric motor 18 to be rotated determined in step S25 should be rotated, the position of one short-circuited FET, and the map shown in FIG. Each region (“possible region”, “undefined region”, and “unusable region”) corresponding to the direction in which the motor 18 should be rotated and the position of one short-circuited FET is identified. Then, the control unit 40 determines whether the rotor rotation angle (current rotor rotation angle) θ acquired in step S24 belongs to a “possible region”, “undefined region”, or “impossible region”. (Step S30).

次に、制御部40は、故障時用モータ制御処理を行なう(ステップS31)。そして、今回の演算周期での処理を終了する。故障時用モータ制御処理においては、制御部40は、現在のロータ回転角が属している領域(「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」)に応じて、駆動回路30を制御する。
現在のロータ回転角が「不可領域」に属している場合、つまり、現在のロータ回転角が「制御不能領域」に属している場合には、制御部40は、全てのFET32をオフ状態にする。つまり、この場合には、電動モータ18は駆動されない。一方、現在のロータ回転角が「可能領域」に属している場合または「不定領域」に属している場合、つまり、現在のロータ回転角が「制御可能領域」に属している場合には、制御部40は、駆動回路30を制御することにより、電動モータ18を駆動する。具体的には、制御部40は、補正後の電圧指令値Pを用いて、例えば120°矩形波駆動方式によって、電動モータ18を駆動する。
Next, the control unit 40 performs a failure motor control process (step S31). Then, the process in the current calculation cycle is terminated. In the motor control process for failure, the control unit 40 controls the drive circuit 30 according to the region to which the current rotor rotation angle belongs (“possible region”, “undefined region”, and “impossible region”). .
When the current rotor rotation angle belongs to the “uncontrollable region”, that is, when the current rotor rotation angle belongs to the “uncontrollable region”, the control unit 40 turns off all the FETs 32. . That is, in this case, the electric motor 18 is not driven. On the other hand, if the current rotor rotation angle belongs to the “possible area” or belongs to the “undefined area”, that is, if the current rotor rotation angle belongs to the “controllable area”, control is performed. The unit 40 drives the electric motor 18 by controlling the drive circuit 30. Specifically, the control unit 40 drives the electric motor 18 by using the corrected voltage command value P, for example, by a 120 ° rectangular wave driving method.

以下、故障時用モータ制御処理について、より具体的に説明する。まず、全てのFET31が正常である場合に120°矩形波駆動方式によって電動モータ18を回転駆動するときの制御方法について説明する。
図13は、全てのFET31が正常である場合に120°矩形波駆動方式によって電動モータ18を正転方向に回転駆動するときの通電パターンを示す模式図である。図13には、全てのFET31が正常である場合に電動モータ18を180°通電正弦波駆動させたときのロータ回転角θに対する各相の誘起電圧波形V,V,Vが示されているとともに、全てのFET31が正常である場合において電動モータ18を120°矩形波駆動方式によって正転方向に回転駆動するときの通電パターンが示されている。
Hereinafter, the failure motor control process will be described more specifically. First, a control method when the electric motor 18 is rotationally driven by the 120 ° rectangular wave driving method when all the FETs 31 are normal will be described.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an energization pattern when the electric motor 18 is rotationally driven in the normal rotation direction by the 120 ° rectangular wave driving method when all the FETs 31 are normal. FIG. 13 shows the induced voltage waveforms V U , V V , and V W of each phase with respect to the rotor rotation angle θ when the electric motor 18 is driven by 180 ° conduction sine wave when all the FETs 31 are normal. In addition, when all the FETs 31 are normal, an energization pattern is shown when the electric motor 18 is rotationally driven in the normal rotation direction by the 120 ° rectangular wave driving method.

図13に示される通電パターン図の上段は、各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHがPWM制御される期間(電気角)をそれぞれ示している。通電パターン図の上段のU,VおよびWは、それぞれU相のハイサイドFET31UH、V相のハイサイドFET31VHおよびW相のハイサイドFET31WHを表している。通電パターン図の下段は、各相のローサイドFET31UL,31VL,31WLがオン状態にされる期間(電気角)をそれぞれ示している。通電パターン図の下段のU,VおよびWは、それぞれU相のローサイドFET31UL、V相のローサイドFET31VLおよびW相のローサイドFET31WLを表している。 The upper part of the energization pattern diagram shown in FIG. 13 shows periods (electrical angles) in which the high-side FETs 31 UH , 31 VH , and 31 WH of each phase are PWM-controlled. U, V, and W in the upper part of the energization pattern diagram represent a U-phase high-side FET 31 UH , a V-phase high-side FET 31 VH, and a W-phase high-side FET 31 WH , respectively. The lower part of the energization pattern diagram shows periods (electrical angles) in which the low-side FETs 31 UL , 31 VL , 31 WL of the respective phases are turned on. U, V, and W in the lower part of the energization pattern diagram respectively represent a U-phase low-side FET 31 UL , a V-phase low-side FET 31 VL, and a W-phase low-side FET 31 WL .

全てのFET31が正常である場合において、120°矩形波駆動方式によって電動モータ18を正転方向に回転駆動する場合を想定する。この場合には、各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHに対して、それぞれ120度の電気角の期間に渡って、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力されることになる。この矩形波駆動信号は、電圧指令値に応じたデューティでパルス変調された矩形波駆動信号である。各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHにPWMパルスが与えられる120度の期間は、120度ずつ位相がずれている。つまり、ハイサイドFET31UH,31VH,31WHは、120度ずつ位相がずらされた各120度の期間に、循環的にPWM制御される。このPWM制御される各120度の期間に、PWMデューティに応じた電圧が電動モータ18の各相に印加される。 In the case where all the FETs 31 are normal, a case is assumed in which the electric motor 18 is rotationally driven in the normal rotation direction by the 120 ° rectangular wave driving method. In this case, a rectangular wave drive signal composed of a PWM pulse is output to the high-side FETs 31 UH , 31 VH , and 31 WH of each phase over an electrical angle period of 120 degrees. This rectangular wave drive signal is a rectangular wave drive signal that is pulse-modulated with a duty corresponding to the voltage command value. During the 120-degree period in which the PWM pulse is applied to the high-side FETs 31 UH , 31 VH , and 31 WH of each phase, the phases are shifted by 120 degrees. That is, the high-side FETs 31 UH , 31 VH , and 31 WH are cyclically PWM-controlled during each 120-degree period whose phase is shifted by 120 degrees. A voltage corresponding to the PWM duty is applied to each phase of the electric motor 18 in each 120-degree period under PWM control.

一方、各相のローサイドFET31UL,31VL,31WLは、各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHがPWM制御される期間から電気角で60度シフトされた120度の期間に渡ってオン状態とされ、残余の期間はオフ状態とされる。つまり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLがオン状態となる120度の期間は、120度ずつ位相がすれている。つまり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLは、120度ずつ位相がすらされた各120度の期間に、循環的にオン状態となる。 On the other hand, the low-side FETs 31 UL , 31 VL , and 31 WL of each phase span a period of 120 degrees that is shifted by 60 degrees in electrical angle from the period in which the high-side FETs 31 UH , 31 VH , and 31 WH of each phase are PWM-controlled. Are turned on, and the remaining period is turned off. That is, the phase is shifted by 120 degrees in the period of 120 degrees when the low-side FETs 31 UL , 31 VL , 31 WL are turned on. That is, the low-side FETs 31 UL , 31 VL , 31 WL are cyclically turned on during each 120-degree period in which the phases are evenly shifted by 120 degrees.

したがって、ロータが電気角で60度回転する毎に、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せが切り替えられる。電気角の360度の期間を、図13の通電パターンにしたがって、60度ずつの6つの制御区間に区切ることにする。すなわち、330度〜30度の制御区間を第1制御区間、30度〜90度の制御区間を第2制御区間、90度〜150度の制御区間を第3制御区間、150度〜210度の制御区間を第4制御区間、210度〜270度の制御区間を第5制御区間、270度〜330度の制御区間を第6制御区間とする。   Therefore, each time the rotor rotates 60 degrees in electrical angle, the combination of the high-side FET that is PWM-controlled and the low-side FET that is turned on is switched. A period of 360 degrees of electrical angle is divided into six control sections of 60 degrees according to the energization pattern of FIG. That is, the control section of 330 to 30 degrees is the first control section, the control section of 30 to 90 degrees is the second control section, the control section of 90 to 150 degrees is the third control section, and the control section of 150 to 210 degrees. The control section is the fourth control section, the control section of 210 to 270 degrees is the fifth control section, and the control section of 270 to 330 degrees is the sixth control section.

第1制御区間および第2制御区間ではV相のハイサイドFET31VHがPWM制御され、第3制御区間および第4制御区間ではW相のハイサイドFET31WHがPWM制御され、第5制御区間および第6制御区間ではU相のハイサイドFET31UHがPWM制御される。また、第6制御区間および第1制御区間では、W相のローサイドFET31WLがオン状態にされ、第2制御区間および第3制御区間では、U相のローサイドFET31ULがオン状態にされ、第4制御区間および第5制御区間では、V相のローサイドFET31VLがオン状態にされる。 In the first control section and the second control section, the V-phase high-side FET 31 VH is PWM-controlled. In the third control section and the fourth control section, the W-phase high-side FET 31 WH is PWM-controlled, and the fifth control section and the second control section are controlled. In the six control periods, the U-phase high-side FET 31 UH is PWM-controlled. In the sixth control period and the first control period, the W-phase low-side FET 31 WL is turned on, and in the second control period and the third control period, the U-phase low-side FET 31 UL is turned on. In the control section and the fifth control section, the V-phase low-side FET 31 VL is turned on.

次に、6個のFET31のうちの1つに短絡故障が発生している場合に、120°矩形波駆動方式によって電動モータ18を駆動する場合の制御部40の動作(故障時用モータ制御処理)について説明する。
制御部40は、図10のステップS28で演算された補正後の電圧指令値Pに応じたデューティでパルス変調された矩形波駆動信号を生成する。そして、現在の電気角が「可能領域」または「不定領域」にあるときには、第1〜第6の制御区間のうち現在の電気角が属する制御区間においてPWM制御されるべきハイサイドFETに前記矩形波駆動信号を与えるとともに、当該制御区間においてオン状態にされるべきローサイドFETをオン状態にさせる。
Next, when a short circuit failure has occurred in one of the six FETs 31, the operation of the control unit 40 in the case of driving the electric motor 18 by the 120 ° rectangular wave drive method (motor control processing for failure) ).
The control unit 40 generates a rectangular wave drive signal that is pulse-modulated with a duty corresponding to the corrected voltage command value P calculated in step S28 of FIG. When the current electrical angle is in the “possible region” or “indefinite region”, the rectangle is formed on the high-side FET to be PWM-controlled in the control section to which the current electrical angle belongs among the first to sixth control sections. A wave drive signal is given, and the low-side FET to be turned on in the control section is turned on.

たとえば、短絡故障したFETがV相のローサイドFET31VLであり、電動モータ18を回転させるべき回転方向が正転方向であるとすると、「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」は、次のようになる。
「可能領域(U)」:210°〜270°
「可能領域(W)」:150°〜210°
「不定領域(U)」:270°〜330°
「不定領域(W)」:90°〜150°
「不可領域」:330°〜90°
したがって、現在の電気角が「不可領域」である330°〜90°の電気角領域に属しているときには、制御部40は短絡故障したFET以外のFETの全てをオフ状態とする。この場合には、電動モータ18は駆動されない。
For example, when the short-circuit failure FET is the V-phase low-side FET 31 VL and the rotation direction in which the electric motor 18 is to be rotated is the normal rotation direction, the “possible region”, “undefined region”, and “impossible region” It becomes as follows.
“Possible area (U)”: 210 ° to 270 °
“Possible area (W)”: 150 ° to 210 °
“Undefined region (U)”: 270 ° to 330 °
“Indefinite region (W)”: 90 ° to 150 °
“Impossible area”: 330 ° to 90 °
Therefore, when the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 330 ° to 90 ° which is the “impossible region”, the control unit 40 turns off all FETs other than the short-circuited FET. In this case, the electric motor 18 is not driven.

現在の電気角が「不定領域(W)」である90°〜150°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、W相のハイサイドFET31WHをPWM制御するとともにU相のローサイドFET31ULをオン状態にさせる。W相のハイサイドFET31WHがオンされている期間においては、図2または図3を参照して、電源33からW相のハイサイドFET31WHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18W,18U,18V)を経由した後、U相のローサイドFET31ULおよびV相のローサイドFET(故障FET)31VLを介して接地34へと流れる。これにより、電動モータ18が駆動され、アシストトルクが発生する。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 90 ° to 150 ° which is the “undefined region (W)”, the control unit 40 PWMs the W-phase high-side FET 31 WH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the U-phase low-side FET 31 UL is turned on. In the period in which the W-phase high-side FET 31 WH is on, referring to FIG. 2 or FIG. 3, the current passing through the W-phase high-side FET 31 WH from the power source 33 is the electric motor 18 (field coil 18W , 18U, after passing through the 18V), through the low-side FET (fault FET) 31 VL of U-phase low-side FET 31 UL and V-phase flows to the ground 34. As a result, the electric motor 18 is driven and assist torque is generated.

現在の電気角が「可能領域(W)」である150°〜210°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、W相のハイサイドFET31WHをPWM制御するとともにV相のローサイドFET(故障FET)31VLをオン状態にさせる。W相のハイサイドFET31WHがオンされている期間においては、電源33からW相のハイサイドFET31WHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18W,18V)を経由した後、V相のローサイドFET(故障FET)31VLを介して接地34へと流れる。これにより、電動モータ18が駆動され、アシストトルクが発生する。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 150 ° to 210 ° that is the “possible region (W)”, the control unit 40 PWMs the W-side high-side FET 31 WH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the V-phase low-side FET (failed FET) 31 VL is turned on. During the period when the W-phase high-side FET 31 WH is turned on, the current passing through the W-phase high-side FET 31 WH from the power source 33 passes through the electric motor 18 (field coils 18 W and 18 V) and then the V-phase. The low-side FET (failed FET) 31 VL flows to the ground 34 through VL . As a result, the electric motor 18 is driven and assist torque is generated.

現在の電気角が「可能領域(U)」である210°〜270°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、U相のハイサイドFET31UHをPWM制御するとともにV相のローサイドFET(故障FET)31VLをオン状態にさせる。U相のハイサイドFET31UHがオンされている期間においては、電源33からU相のハイサイドFET31UHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18U,18V)を経由した後、V相のローサイドFET(故障FET)31VLを介して接地34へと流れる。これにより、電動モータ18が駆動され、アシストトルクが発生する。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 210 ° to 270 ° which is the “possible region (U)”, the control unit 40 PWMs the U-phase high-side FET 31 UH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the V-phase low-side FET (failed FET) 31 VL is turned on. In the period in which the U-phase high-side FET 31 UH is turned on, the current passing through the high side FET 31 UH U-phase from the power source 33, after passing through the electric motor 18 (the field coil 18U, 18V), V-phase The low-side FET (failed FET) 31 VL flows to the ground 34 through VL . As a result, the electric motor 18 is driven and assist torque is generated.

現在の電気角が「不定領域(U)」である270°〜330°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、U相のハイサイドFET31UHをPWM制御するとともにW相のローサイドFET31WLをオン状態にさせる。この場合、U相のハイサイドFET31UHがオンされている期間においては、電源33からU相のハイサイドFET31UHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18U,18W,18V)を経由した後、W相のローサイドFET31WLおよびV相のローサイドFET(故障FET)31VLを介して接地34へと流れる。これにより、電動モータ18が駆動され、アシストトルクが発生する。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 270 ° to 330 ° which is the “undefined region (U)”, the control unit 40 PWMs the U-phase high-side FET 31 UH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the W-phase low-side FET 31 WL is turned on. In this case, during the period when the U-phase high-side FET 31 UH is on, the current passing through the U-phase high-side FET 31 UH from the power supply 33 passes through the electric motor 18 (field coils 18U, 18W, 18V). After that, the current flows to the ground 34 via the W-phase low-side FET 31 WL and the V-phase low-side FET (failed FET) 31 VL . As a result, the electric motor 18 is driven and assist torque is generated.

一方、短絡故障したFETがV相のハイサイドFET31VHである場合には、電動モータ18を回転させるべき方向が正転方向であるとすると、「可能領域」、「不定領域」および「不可領域」は、次のようになる。
「可能領域(W)」:330°〜30°
「可能領域(U)」:30°〜90°
「不定領域(U)」:90°〜150°
「不定領域(W)」:270°〜330°
「不可領域」:150°〜270°
したがって、現在の電気角が「可能領域(W)」である330°〜30°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、V相のハイサイドFET(故障FET)31VHをPWM制御するとともにW相のローサイドFET31WLをオン状態にさせる。ただし、この場合には、V相のハイサイドFETVHは短絡故障しているため常時オン状態となる。この場合には、図2または図4を参照して、電源33からV相のハイサイドFET(故障FET)31VHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18V,18W)を経由した後、W相のローサイドFET31WLを介して接地34へと流れる。
On the other hand, if the short-circuited FET is the V-phase high-side FET 31 VH , assuming that the direction in which the electric motor 18 should be rotated is the normal rotation direction, the “possible area”, “undefined area”, and “impossible area” Is as follows.
“Possible area (W)”: 330 ° to 30 °
“Possible area (U)”: 30 ° to 90 °
“Undefined region (U)”: 90 ° to 150 °
“Indefinite region (W)”: 270 ° to 330 °
“Impossible area”: 150 ° to 270 °
Therefore, when the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 330 ° to 30 ° that is the “possible region (W)”, the control unit 40 follows the energization pattern of FIG. Faulty FET) 31 VH is PWM-controlled and W-phase low-side FET 31 WL is turned on. In this case, however, the V-phase high-side FET VH is always on because it is short-circuited. In this case, referring to FIG. 2 or FIG. 4, the current passing from the power source 33 through the V-phase high-side FET (failed FET) 31 VH passes through the electric motor 18 (field coils 18V, 18W). Thereafter, the current flows to the ground 34 through the W-phase low-side FET 31 WL .

現在の電気角が「可能領域(U)」である30°〜90°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、V相のハイサイドFET(故障FET)31VHをPWM制御するとともにU相のローサイドFET31ULをオン状態にさせる。ただし、この場合には、V相のハイサイドFETVHは短絡故障しているため常時オン状態となる。この場合には、電源33からV相のハイサイドFET(故障FET)31VHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18V,18U)を経由した後、W相のローサイドFET31ULを介して接地34へと流れる。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 30 ° to 90 °, which is the “possible region (U)”, the control unit 40 follows the energization pattern of FIG. ) is a 31 VH to turn on the low side FET 31 UL of U-phase as well as PWM control. In this case, however, the V-phase high-side FET VH is always on because it is short-circuited. In this case, the current passing through the V-phase high-side FET (failed FET) 31 VH from the power supply 33 passes through the electric motor 18 (field coils 18V and 18U) and then passes through the W-phase low-side FET 31 UL . And flows to the ground 34.

現在の電気角が「不定領域(U)」である90°〜150°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、W相のハイサイドFET31WHをPWM制御するとともにU相のローサイドFET31ULをオン状態にさせる。W相のハイサイドFET31WHがオンされている期間においては、電源33からW相のハイサイドFET31WHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18W,18Uを経由した後、U相のローサイドFET31を介して接地34へと流れるとともに、電源33からV相のハイサイドFET(故障FET)31VHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18V,18U)を経由した後、U相のローサイドFET31を介して接地34へと流れる。 When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 90 ° to 150 ° which is the “undefined region (U)”, the control unit 40 PWMs the W-phase high-side FET 31 WH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the U-phase low-side FET 31 UL is turned on. In the period in which the high-side FET 31 WH the W-phase is turned on, the power supply 33 current passing through the high side FET 31 WH of the W phase, the electric motor 18 (the field coil 18W, after passing through the 18U, the U-phase The current flowing to the ground 34 via the low-side FET 31 U and passing through the V-phase high-side FET (failed FET) 31 VH from the power supply 33 passes through the electric motor 18 (field coils 18V and 18U), through the low side FET 31 U of the U phase flows to the ground 34.

現在の電気角が「不可領域」である150°〜270°の電気角領域に属しているときには、制御部40は短絡故障したFET以外のFETの全てをオフ状態とする。
現在の電気角が「不定領域(W)」である270°〜330°の電気角領域に属しているときには、制御部40は、図13の通電パターンに従って、U相のハイサイドFET31UHをPWM制御するとともにW相のローサイドFET31WLをオン状態にさせる。U相のハイサイドFET31UHがオンしている期間においては、電源33からU相のハイサイドFET31UHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18U,18W)を経由した後、W相のローサイドFET31WLを介して接地34へと流れるとともに、電源33からV相のハイサイドFET(故障FET)31VHを通過した電流は、電動モータ18(界磁コイル18V,18W)を経由した後、W相のローサイドFET31WLを介して接地34へと流れる。
When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 150 ° to 270 ° which is the “impossible region”, the control unit 40 turns off all FETs other than the short-circuited FET.
When the current electrical angle belongs to the electrical angle region of 270 ° to 330 ° which is the “undefined region (W)”, the control unit 40 PWMs the U-phase high-side FET 31 UH according to the energization pattern of FIG. At the same time, the W-phase low-side FET 31 WL is turned on. In the period in which the high-side FET 31 UH U-phase is turned on, the current passing through the high side FET 31 UH U-phase from the power source 33, after passing through the electric motor 18 (the field coil 18U, 18W), W-phase The current flowing through the low-side FET 31 WL to the ground 34 and passing through the V-phase high-side FET (failed FET) 31 VH from the power source 33 passes through the electric motor 18 (field coils 18V and 18W). And flows to the ground 34 via the W-phase low-side FET 31 WL .

なお、電動モータ18を回転させるべき方向が逆転方向である場合には、次のようにして電動モータ18を駆動制御すればよい。つまり、現在の電気角が「不可領域」に属しているときには、制御部40は、短絡故障したFET以外の全てのFET31をオフ状態とする。一方、現在の電気角が「可能領域」または「不定領域」に属しているときには、制御部40は、全てのFETが正常である場合に120°矩形波駆動方式によって電動モータ18が逆転方向に回転駆動されるときに現在の電気角に対してPWM制御されるべきハイサイドFETをPWM制御するとともにオン状態にされるべきローサイドFETをオン状態にさせる。   When the direction in which the electric motor 18 is to be rotated is the reverse direction, the electric motor 18 may be driven and controlled as follows. That is, when the current electrical angle belongs to the “impossible region”, the control unit 40 turns off all the FETs 31 other than the short-circuited FET. On the other hand, when the current electrical angle belongs to the “possible region” or “undefined region”, the control unit 40 causes the electric motor 18 to rotate in the reverse direction by the 120 ° rectangular wave driving method when all the FETs are normal. When the rotational drive is performed, the high-side FET to be PWM-controlled with respect to the current electrical angle is PWM-controlled and the low-side FET to be turned on is turned on.

上記実施形態では、1つのFETが短絡故障した場合には、ロータ回転角が制御可能領域にあるときに、120°矩形波駆動方式によって電動モータ18が駆動される。したがって、1つのFETが短絡故障した場合にも、電動モータ18によって操舵補助力を発生させることができる。
また、このようなモータ制御が行なわれる場合、操舵角θhの絶対値が閾値αより大きいときには電圧指令値(制御指令値)Pが低減補正され、補正後の電圧指令値Pに基づいて、PWM信号からなる矩形波駆動信号が生成される。したがって、操舵角θhの絶対値が大きいときには、制御可能領域において電動モータ18によって発生するアシストトルクが低減されるから、ロータ回転角が制御可能領域にある場合と制御不能領域にある場合との間のアシストトルクの差が低減される。これにより、操舵角θhの絶対値が大きいときに操舵トルクの変動を抑制することができるから、操舵フィーリングを向上させることができる。
In the above embodiment, when one FET is short-circuited, the electric motor 18 is driven by the 120 ° rectangular wave driving method when the rotor rotation angle is in the controllable region. Therefore, the steering assist force can be generated by the electric motor 18 even when one FET is short-circuited.
When such motor control is performed, the voltage command value (control command value) P is reduced and corrected when the absolute value of the steering angle θh is greater than the threshold value α, and the PWM command is based on the corrected voltage command value P. A rectangular wave drive signal composed of the signal is generated. Therefore, when the absolute value of the steering angle θh is large, the assist torque generated by the electric motor 18 in the controllable region is reduced, so that the rotor rotation angle is between the controllable region and the uncontrollable region. The difference in assist torque is reduced. Thereby, since the fluctuation | variation of a steering torque can be suppressed when the absolute value of steering angle (theta) h is large, a steering feeling can be improved.

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できる。たとえば、前述の実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTに基づいて電圧指令値Pが演算されているが、検出操舵トルクTと車速とに基づいて電圧指令値Pを演算するようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、電動モータ18がトルクセンサ11によって検出される操舵トルクに基づいてフィードフォワード制御される場合について説明したが、電動モータが電流フィードバック制御される場合にもこの発明を適用することができる。具体的には、モータ電流を検出する電流センサを設け、トルクセンサ11によって検出される操舵トルク、車速等に基づいて電流指令値を設定し、設定された電流指令値と電流センサによって検出されるモータ電流との偏差を演算し、その偏差に基づいて電圧指令値を演算し、得られた電圧指令値に基づいてPWM信号を生成するような電動パワーステアリング装置にもこの発明を適用することができる。1つのFETが短絡故障した場合に、このようなフィードバック制御によって電流指令値および電圧指令値が演算される場合には、電流指令値または電圧指令値を制御指令値として、制御指令値を操舵角θhに応じて補正すればよい。より具体的には、操舵角θhの絶対値が閾値αより大きいときに電流指令値または電圧指令値を低減補正する。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the voltage command value P is calculated based on the steering torque T detected by the torque sensor 11, but the voltage command value P is calculated based on the detected steering torque T and the vehicle speed. It may be.
In the above-described embodiment, the case where the electric motor 18 is feedforward controlled based on the steering torque detected by the torque sensor 11 has been described, but the present invention is also applied to the case where the electric motor is subjected to current feedback control. can do. Specifically, a current sensor that detects a motor current is provided, a current command value is set based on a steering torque, a vehicle speed, and the like detected by the torque sensor 11, and is detected by the set current command value and the current sensor. The present invention can also be applied to an electric power steering apparatus that calculates a deviation from a motor current, calculates a voltage command value based on the deviation, and generates a PWM signal based on the obtained voltage command value. it can. When a current command value and a voltage command value are calculated by such feedback control when one FET is short-circuited, the current command value or the voltage command value is used as the control command value, and the control command value is used as the steering angle. What is necessary is just to correct | amend according to (theta) h. More specifically, the current command value or the voltage command value is reduced and corrected when the absolute value of the steering angle θh is larger than the threshold value α.

また、前述の実施形態では、操舵角θhの絶対値が閾値αより大きいときに電圧指令値(制御指令値)を低減補正しているが、操舵角θhの絶対値が閾値αより大きく、かつ切り込み方向に操舵が行なわれているときに、電圧指令値を低減補正するようにしてもよい。これは、切り戻し方向に操舵が行なわれている場合には、切り戻し方向にセルフアライニングトルクが作用するため、操舵トルク変動は小さいと考えられるからである。切り込み方向に操舵が行なわれている場合には操舵トルクの方向とステアリングシャフト6の回転方向が同じ方向となるため、例えば、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTの方向とロータ角速度ωの方向とに基づいて、切り込み方向に操舵が行なわれているか否かを判定することができる。   In the above-described embodiment, the voltage command value (control command value) is reduced and corrected when the absolute value of the steering angle θh is larger than the threshold value α. However, the absolute value of the steering angle θh is larger than the threshold value α, and When the steering is performed in the cutting direction, the voltage command value may be corrected to be reduced. This is because when the steering is performed in the switchback direction, the self-aligning torque acts in the switchback direction, so that the steering torque fluctuation is considered to be small. When the steering is performed in the cutting direction, the direction of the steering torque and the rotation direction of the steering shaft 6 are the same direction. For example, the direction of the steering torque T detected by the torque sensor 11 and the direction of the rotor angular velocity ω Based on the above, it can be determined whether or not the steering is performed in the cutting direction.

また、前述の実施形態では、操舵角θhは、電動モータ18のロータ回転角を検出するための回転角センサ23の出力に基づいて演算されているが、ステアリングシャフト6の回転角を検出するための操舵角センサによって、操舵角θhを検出するようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、駆動回路30を構成するスイッチング素子としてFETが用いられているが、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のFET以外のスイッチング素子を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the steering angle θh is calculated based on the output of the rotation angle sensor 23 for detecting the rotor rotation angle of the electric motor 18, but for detecting the rotation angle of the steering shaft 6. The steering angle θh may be detected by the steering angle sensor.
In the above-described embodiment, the FET is used as the switching element constituting the drive circuit 30, but a switching element other than the FET such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used as the switching element.

なお、この発明は、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。   The present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.

2…ステアリングホイール、18…電動モータ、23…回転角センサ、30…駆動回路、31…FET、32…回生ダイオード、33…電源、34…接地、40…制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Steering wheel, 18 ... Electric motor, 23 ... Rotation angle sensor, 30 ... Drive circuit, 31 ... FET, 32 ... Regenerative diode, 33 ... Power supply, 34 ... Ground, 40 ... Control part

Claims (5)

ブラシレスモータによって転舵機構に駆動力を付与する電動パワーステアリング装置であって、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
複数のスイッチング素子を含み、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動回路と、
前記駆動回路内の1つのスイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、短絡故障したスイッチング素子を特定するとともに、前記ブラシレスモータを駆動することが可能なロータ回転角領域である制御可能領域を特定する手段と、
前記制御可能領域において、前記駆動回路を介して、前記ブラシレスモータを駆動制御する故障時モータ制御手段とを含み、
前記故障時モータ制御手段は、
前記ブラシレスモータに供給すべき電流に対応した制御指令値を設定する制御指令値設定算手段と、
前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を補正する指令値補正手段と、
前記制御可能領域において、前記指令値補正手段による補正後の制御指令値に基づいて、前記駆動回路を制御する制御手段とを含んでおり、
前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が所定の閾値より大きいときに、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を低減補正するように構成されている、電動パワーステアリング装置。
An electric power steering device that applies a driving force to the steering mechanism by a brushless motor,
Steering angle detection means for detecting the steering angle;
A drive circuit including a plurality of switching elements for driving the brushless motor;
When a short-circuit fault occurs in one switching element in the drive circuit, the short-circuit faulty switching element is specified, and a controllable region that is a rotor rotation angle region capable of driving the brushless motor is specified Means,
In the controllable region, including a motor control unit at the time of failure to drive and control the brushless motor via the drive circuit,
The failure motor control means is
Control command value setting calculating means for setting a control command value corresponding to the current to be supplied to the brushless motor;
Command value correcting means for correcting the control command value set by the control command value setting means based on the steering angle detected by the steering angle detecting means;
Control means for controlling the drive circuit based on a control command value after correction by the command value correction means in the controllable region,
The command value correcting means is configured to reduce and correct the control command value set by the control command value setting means when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detecting means is larger than a predetermined threshold value. An electric power steering device.
前記指令値補正手段は、
前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、補正ゲインを設定する補正ゲイン設定手段と、
前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値に、前記補正ゲイン設定手段によって設定された補正ゲインを乗算することにより、最終的な制御指令値を演算する乗算手段とを含み、
前記補正ゲイン設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以下であるときには補正ゲインを1に設定し、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値より大きいときには補正ゲインを1未満の所定値に設定するように構成されている、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
The command value correcting means is
Correction gain setting means for setting a correction gain based on the steering angle detected by the steering angle detection means;
Multiplication means for calculating a final control command value by multiplying the control command value set by the control command value setting means by the correction gain set by the correction gain setting means,
The correction gain setting means sets the correction gain to 1 when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means is equal to or less than the threshold, and the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the correction gain is set to a predetermined value of less than 1 when is greater than the threshold.
前記指令値補正手段は、
前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、補正ゲインを設定する補正ゲイン設定手段と、
前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値に、前記補正ゲイン設定手段によって設定された補正ゲインを乗算することにより、最終的な制御指令値を演算する乗算手段とを含み、
前記補正ゲイン設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以下であるときには補正ゲインを1に設定し、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が前記閾値以上であるときには、操舵角の絶対値の増加に応じて1から漸減する特性に従って補正ゲインを設定するように構成されている、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
The command value correcting means is
Correction gain setting means for setting a correction gain based on the steering angle detected by the steering angle detection means;
Multiplication means for calculating a final control command value by multiplying the control command value set by the control command value setting means by the correction gain set by the correction gain setting means,
The correction gain setting means sets the correction gain to 1 when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means is equal to or less than the threshold, and the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detection means. 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein when the value is equal to or greater than the threshold, the correction gain is set according to a characteristic that gradually decreases from 1 in accordance with an increase in the absolute value of the steering angle.
ブラシレスモータによって転舵機構に駆動力を付与する電動パワーステアリング装置であって、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
複数のスイッチング素子を含み、前記ブラシレスモータを駆動するための駆動回路と、
前記駆動回路内の1つのスイッチング素子に短絡故障が発生した場合に、短絡故障したスイッチング素子を特定するとともに、前記ブラシレスモータを駆動することが可能なロータ回転角領域である制御可能領域を特定する手段と、
前記制御可能領域において、前記駆動回路を介して、前記ブラシレスモータを駆動制御する故障時モータ制御手段とを含み、
前記故障時モータ制御手段は、
前記ブラシレスモータに供給すべき電流に対応した制御指令値を設定する制御指令値設定手段と、
前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を補正する指令値補正手段と、
前記制御可能領域において、前記指令値補正手段による補正後の制御指令値に基づいて、前記駆動回路を制御する制御手段とを含んでおり、
前記指令値補正手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角の絶対値が所定の閾値より大きく、かつ切り込み方向に操舵が行なわれているときに、前記制御指令値設定手段によって設定された制御指令値を低減補正するように構成されている、電動パワーステアリング装置。
An electric power steering device that applies a driving force to the steering mechanism by a brushless motor,
Steering angle detection means for detecting the steering angle;
A drive circuit including a plurality of switching elements for driving the brushless motor;
When a short-circuit fault occurs in one switching element in the drive circuit, the short-circuit faulty switching element is specified, and a controllable region that is a rotor rotation angle region capable of driving the brushless motor is specified Means,
In the controllable region, including a motor control unit at the time of failure to drive and control the brushless motor via the drive circuit,
The failure motor control means is
Control command value setting means for setting a control command value corresponding to the current to be supplied to the brushless motor;
Command value correcting means for correcting the control command value set by the control command value setting means based on the steering angle detected by the steering angle detecting means;
Control means for controlling the drive circuit based on a control command value after correction by the command value correction means in the controllable region,
The command value correcting means is set by the control command value setting means when the absolute value of the steering angle detected by the steering angle detecting means is larger than a predetermined threshold and steering is performed in the cutting direction. An electric power steering device configured to reduce and correct the control command value.
前記閾値が180度である、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。   The electric power steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the threshold value is 180 degrees.
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