JP2013215070A - モータ制御装置及びモータ制御方法、並びに、電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流制御の正演算手段において発生する異常を、簡素な演算で正確に検知する。
【解決手段】複数の入力信号に基づいて暫定的な出力信号を演算し、当該暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限した値を出力する正演算手段（５０，５３）と、複数の所定の入力信号に基づいて、演算手段が出力する出力信号が有すべき正負符号を正負符号導出結果として出力する副演算手段（６１）と、正演算手段から出力された出力信号の正負が副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致しない場合、及び／または、正演算手段からの出力信号の大きさが所定制限値より大きい場合に、正演算手段に異常が生じたと判定する異常検知手段（６２）とを備え、出力信号の正負符号だけでなく大きさを含めて正常か否かを簡素な構成で判定できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法、並びに、電動パワーステアリング装置に関し、特に、モータの故障の検知を行うためのモータ制御装置及びモータ制御方法、並びに、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来のパワーステアリング制御装置として、メインのマイコンとサブのマイコンの２つのマイコンを備え、メインのマイコンで実現されるモータの制御演算に生じる異常を、サブのマイコンで冗長な演算を行い、メインとサブのマイコンの両演算値を比較照合することで、検知するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この従来装置の動作について説明する。メインのマイコンは、トルクセンサや自動車の速度等のセンサからの検出信号に基づいて、モータの駆動方向等を演算するとともに、モータ駆動方向の演算結果を、データバスを介してサブのマイコンに送出する。サブのマイコンは、トルクセンサや自動車の速度等のセンサからの検出信号からモータの駆動方向を演算するとともに、メインのマイコンから入力されるモータ駆動方向とを比較し、両者が一致しない場合には故障（異常発生状態）と判定し、モータの駆動を禁止するための出力信号を生成する。

特許第２９１５２３４号公報

上述した従来装置は、メインのマイコンの演算手段の出力信号の方向すなわち正負符号をサブのマイコンで監視し、出力信号の正負符号の異常を判定していたが、正負符号が正しいが、大きさが異常に大きい場合に、その大きさの異常を簡易な構成で検知することができないという問題点があった。

また、モータの回転角度に応じてモータ駆動方向が変わるようなモータ制御を実施する場合に適用するには、サブのマイコン等における異常検知のための冗長な副演算手段が、モータの駆動方向を正しく演算することが困難という問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、出力信号の正負符号だけでなく大きさを含めて正常か否かを判定するよう構成し、簡素な演算で的確に異常判定を行うことが可能な、モータ制御装置及びモータ制御方法、並びに、電動パワーステアリング装置を得ることを目的としている。

この発明は、複数の相を有するモータに電源からの電力を供給するインバータと、前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、前記モータに流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記回転角度と前記相電流と目標ｑ軸電流に基づき、各相への相電圧指令を出力する電流制御手段と、前記相電圧指令に基づき、前記インバータを駆動して、前記モータに印加する相電圧を制御するインバータ駆動回路とを備え、前記電流制御手段は、前記回転角度と前記相電流と前記目標ｑ軸電流のうちの少なくとも１つを含む複数の所定の入力信号が入力され、前記複数の入力信号に基づいて暫定的な出力信号を演算し、前記暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限した値を出力する正演算手段と、前記複数の所定の入力信号に基づいて、前記正演算手段が出力する前記出力信号が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する副演算手段と、前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致するか否かの判定を行うとともに、前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きいか否かの判定を行って、前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致しない場合、及び、前記正演算手段から出力された前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きい場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記正演算手段に異常が生じたと判定する異常検知手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置である。

この発明は、複数の相を有するモータに電源からの電力を供給するインバータと、前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、前記モータに流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記回転角度と前記相電流と目標ｑ軸電流に基づき、各相への相電圧指令を出力する電流制御手段と、前記相電圧指令に基づき、前記インバータを駆動して、前記モータに印加する相電圧を制御するインバータ駆動回路とを備え、前記電流制御手段は、前記回転角度と前記相電流と前記目標ｑ軸電流のうちの少なくとも１つを含む複数の所定の入力信号が入力され、前記複数の入力信号に基づいて暫定的な出力信号を演算し、前記暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限した値を出力する正演算手段と、前記複数の所定の入力信号に基づいて、前記正演算手段が出力する前記出力信号が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する副演算手段と、前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致するか否かの判定を行うとともに、前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きいか否かの判定を行って、前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致しない場合、及び、前記正演算手段から出力された前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きい場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記正演算手段に異常が生じたと判定する異常検知手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置であるので、出力信号の正負符号だけでなく大きさを含めて正常か否かを判定するよう構成し、簡素な演算で的確に異常判定を行うことができる。

本発明によるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１によるモータ制御装置に設けられた電流制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ回転角度に対する電流方向を示す駆動パターンＡを表す図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ回転角度に対する電流方向を示す駆動パターンＢを表す図である。 本発明の実施の形態１による目標相電流符号演算手段（副演算手段）の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による電流制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１によるモータ制御装置に設けられた目標相電流整形手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１によるモータ制御装置に設けられた単位目標相電流発生手段で用いる、目標ｑ軸電流とモータ回転角度とに対する単位目標相電流の関係を示すパターンの一例を示した図である。

実施の形態１．
以下の説明では、本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法を３相ブラシレスモータに適用した場合を例に説明するが、本発明は、当該場合に限定されるものではなく、多相交流により回転駆動するモータに対しても使用することができるものである。

図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の全体構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本発明のモータ制御装置１０には、制御対象となる、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の巻線を備えたブラシレスモータ（以下、モータ５とする）が接続されている。モータ５には、モータ５の回転角度を検出するモータ角度センサ６が設けられており、モータ角度センサ６で検出されたモータ５の回転角度の検出信号は、モータ制御部１０に入力される。モータ制御部１０には、外部から、モータトルクの目標値に相当するトルク電流指令（以下、目標ｑ軸電流とする）も入力される。

モータ制御装置１０の内部には、図１に示すように、モータ回転角度検出回路２１、電流検出回路２２、電流制御手段２３、ＦＥＴ駆動回路２４、及び、インバータ２５が設けられている。以下、これらの構成について説明する。

モータ回転角度検出回路２１は、モータ５の回転角度を検出するモータ角度センサ６からの信号を受け、それに基づき、モータ５の回転角度を算出する。

電流検出回路２２は、インバータ２５からの信号を受け、それに基づき、モータ５のＵ、Ｖ、Ｗの各相に流れる電流を算出する。

電流制御手段２３は、後述するように、目標ｑ軸電流、電流検出回路２２で検出されたモータ５の各相の検出電流、および、モータ回転角度検出回路２１で検出されたモータ回転角度に応じて、３相電圧指令を決定する。

ＦＥＴ駆動回路２４（インバータ駆動回路）は、電流制御手段２３からの３相電圧指令をＰＷＭ変調してインバータ２５へＦＥＴ駆動を指示する。

インバータ２５は、ＦＥＴ駆動回路２４からの各相のＦＥＴ駆動信号を受けて、それに基づき、チョッパ制御を実現し、モータ制御装置１０に接続された電源（図示省略、図７参照）から供給される電力により、モータ５の各相に電流を流す。各相に流れるこの電流によって、モータトルクが発生する。

なお、電流制御手段２３は、通常、ハードウエアとしてのマイコンに、マイコンのソフトウエアとして、実装されるものである。マイコンは周知の中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、インターフェース（ＩＦ）等からなり、ＲＯＭに収納されたプログラムを順次抽出してＣＰＵで所望の演算を行うとともに演算結果をＲＡＭに一時保存する等により、ソフトウエアを実行して所定の制御動作が行われる。また、電流制御手段２３は、通常の制御に用いられるメインマイコンと、メインマイコンに発生した異常を検知するためのサブマイコンの２個を備える。各マイコンの中身を構成するハードウェアは、それぞれ上述と同様な構成である。

電流制御手段２３の基本的な構成は、例えば特許第４４９８３５３号公報（以下、特許文献２とする）に示された電流制御手段を用いればよく、以下では、本実施の形態との差異を中心に説明する。特許文献２の電流制御手段は、通常時に動作する正常時電流制御手段と、１相が断線など開放状態になる異常時に動作させる異常時電流制御手段とを切替えて使う構成となっている。本実施の形態では、正演算手段と、その異常を検知するための副演算手段および異常検知手段６２を中心に説明する。

図２は、本実施の形態における電流制御手段２３の構成を示すブロック図である。

図２は、Ｕ相が開放状態の故障の場合に用いる制御を行う構成を示したブロック図である。図２に示すように、電流制御手段２３には、Ｖ相制御器４２と、減算器４５と、目標相電流整形手段５０と、微分手段５１と、乗算器５２ａと、出力制限手段５３と、目標相電流符号演算手段６１と、異常検知手段６２とが設けられている。電流制御手段２３は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流Ｉｑ＊を、モータ回転角度とモータ回転角速度に応じて、故障が発生していない正常な各相（Ｖ相、Ｗ相）に流す目標相電流に変換する。このとき、Ｕ相には電流が流れないので、Ｕ相目標電流を算出する必要はなく、また、Ｖ相とＷ相が互いに逆符号でその絶対値が等しい（Ｉｗ＊＝−Ｉｖ＊）ので、どちらか片方のみを算出すればよく、ここでは、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊を算出する例について説明する。

以下、電流制御手段２３に設けられた各構成について説明する。

目標相電流整形手段５０は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と、モータ回転角度検出回路２１からのモータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度とが入力され、それらに応じて、出力信号として暫定的なＶ相目標電流を算出する。

出力制限手段５３は、目標相電流整形手段５０からの暫定的なＶ相目標電流の大きさを所定制限値に制限し、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊として出力する。具体的には、所定制限値以下ならそのまま出力し、所定制限値を超えていた場合には、暫定的なＶ相目標電流の大きさを所定制限値に変更して出力する。この所定制限値は、定格電流などに基づいた値に予め設定しておく。

減算器４５は、出力制限手段５３からのＶ相目標電流Ｉｖ＊から、電流検出回路２２で得られたＶ相の検出電流Ｉｖを減算し、Ｐ制御で構成されたＶ相制御器４２に供給する。

Ｖ相制御器４２は、減算器４５で求められたＶ相目標電流とＶ相検出電流との偏差信号に基づいて、Ｖ相電圧指令を生成し、ＦＥＴ駆動回路２４に向けて出力する。

乗算器５２ａは、Ｖ相とＷ相が互いに逆符号でその絶対値が等しいため、Ｖ相制御器４２から出力されるＶ相電圧指令に、−１を乗算したものをＷ相電圧指令として算出し、ＦＥＴ駆動回路２４に向けて出力する。

また、Ｕ相電圧指令としては、Ｕ相には電流が流れないので、電流制御手段２３から、零が出力される。

こうして、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電圧指令をＦＥＴ駆動回路２４に供給し、目標相電流整形手段５０で得られた目標電流を実現すべくインバータ２５を制御する。

目標相電流整形手段５０は、例えば、図８に示すような構成である。単位目標相電流発生手段７１は、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度に応じて、単位目標相電流を決定する。乗算手段７２は、目標ｑ軸電流と単位目標相電流を乗算し、Ｖ相目標電流を算出する。この単位目標相電流は、目標ｑ軸電流の大きさが１のときの、Ｖ相目標電流を意味している。

この単位目標相電流発生手段７１において、単位目標相電流を決定するときには、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度とに対する、単位目標相電流の関係を示すパターンを予め用意しておき、当該パターンを用いて、単位目標相電流を決定するようにすればよい。当該パターンの例としては、例えば、特許文献２に示すような様々なパターンを用いることができる（特許文献２の図５、図１０〜図１２、図１８参照）。ここでは、そのうちの１つのパターン（特許文献２の図５のパターン）についてのみ簡単に説明し、他のパターンについては特許文献２を参照することとし、それらの説明は省略する。

図９は、特許文献２の図５に示されたパターンである。図９で示す単位目標相電流の生成方式をトルク方向対応駆動方式と呼ぶことにする。この方式は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流の方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替えており、目標ｑ軸電流が正のときは図９（ａ）の関係、目標ｑ軸電流が負のときは図９（ｂ）の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。このような目標相電流を実現するように電流制御すると、目標ｑ軸電流の方向に応じて、モータトルクは図９（ｃ）、（ｄ）のような形状になる。３相電流の通常の形状としては正弦波や矩形波があるが、図９（ａ）、（ｂ）に示した形状は、これらとは全く異なるものである。なお、この単位目標相電流の算出において、モータ回転角速度を使用してないが、モータ回転角速度を使用した例については、特許文献２の図１１に示されているので、そちらを参照されたい。また、図９で示した単位目標相電流は、目標ｑ軸電流の方向によって、単位目標相電流を切り替えたが、目標ｑ軸電流の代わりに、モータトルク検出信号を用いても良い。ここで、モータトルク検出信号を算出する手段を説明する。電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を２相変換することで、ｄ軸電流、ｑ軸電流を算出し、ｑ軸電流にトルク定数を乗算することで得られる。モータトルク検出信号で目標ｑ軸電流を代用できる理由は、目標ｑ軸電流がモータトルクの目標値に相当するので、モータトルクを検出して得られるモータトルク検出信号は目標ｑ軸電流と相関関係があるからである。図２は、Ｕ相が開放状態の故障の場合の制御ブロック図を示しているが、Ｖ、Ｗ相に異常が発生した場合に備えて、同様の構成が設けられ、開放相想定三相個別制御を行うことは言うまでもない。

上記のようにして、単位目標相電流発生手段７１において、モータ回転角度に対する相電流の方向を示す駆動パターンを決め、単位目標相電流発生手段７１に設定する。例えば、図９に示すパターンに、単位目標相電流発生手段７１を設定すると、モータ回転角度に対する相電流の方向を示す駆動パターンは、図３に示す駆動パターン（以下、駆動パターンＡとする）のようになる。ここで、目標相電流整形手段５０において、図８に示すように、単位目標相電流発生手段７１の後に、乗算器７２により、目標ｑ軸電流が乗算されて、符号が変化していることを理解されたい。あるいは、単位目標相電流発生手段７１のパターンの設定によっては、図４に示す駆動パターン（以下、駆動パターンＢとする）もあり得る。

本実施の形態においては、目標相電流整形手段５０と出力制限手段５３とが、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊とモータ回転角度とモータ回転角速度とに応じて暫定的なＶ相目標電流を算出し、暫定的なＶ相目標電流の大きさを所定制限値に制限し、Ｖ相目標電流として出力する、正演算手段を構成している。

次に、正演算手段（５０，５３）の冗長的演算である副演算手段について説明する。本実施の形態１では、副演算手段は、目標相電流符号演算手段６１のことを示す。目標相電流符号演算手段６１は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊とモータ回転角度とを入力信号とし、正演算手段（５０，５３）の出力信号であるＶ相目標電流の方向すなわち正負符号を求めて正負符号導出結果を生成する。そのため、目標相電流符号演算手段６１は、駆動パターンＡのような、モータ回転角度に対する目標相電流の正負符号を写像情報として予め保有しておき、それを参照して、正負符号を判別すればよい。この写像情報は、図３に示すように、駆動パターンＡの（ａ）で表されるモータの回転角度と出力信号の正負符号の対応関係を示す第１対応関係（第１の対応関係情報）と、駆動パターンＡの（ｂ）で表される第２対応関係（第２の対応関係情報）からなる。なお、駆動パターンＡの（ａ）の第１対応関係は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊が正（Ｉｑ＊≧０）のときのパターンで、駆動パターンＡの（ｂ）の第２対応関係は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊が負（Ｉｑ＊＜０）のときのパターンである。目標相電流符号演算手段６１は、駆動パターンＢの場合も、同様に、第１及び第２対応関係を有する。すなわち、目標相電流符号演算手段６１は、駆動パターンＢの（ａ）で表されるモータの回転角度と出力信号の正負符号の対応関係を示す第１対応関係（第１の対応関係情報）と、駆動パターンＢの（ｂ）で表される第２対応関係（第２の対応関係情報）とを有する。なお、駆動パターンＢの（ａ）の第１対応関係は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊が正（Ｉｑ＊≧０）のときのパターンで、駆動パターンＢの（ｂ）の第２対応関係は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊が負（Ｉｑ＊＜０）のときのパターンである。

副演算手段の具体的な動作、すなわち、目標相電流符号演算手段６１の具体的な動作を説明する。まず、目標ｑ軸電流の方向すなわち正負符号に基づき、目標ｑ軸電流が正の場合は、図３に示す駆動パターンＡの（ａ）（第１の対応関係情報）を選択し、負の場合は、図３に示す駆動パターンＡの（ｂ）（第２の対応関係情報）を選択する。次に、駆動パターンＡの（ａ）の場合、モータ回転角度が、領域Ａａｐすなわち９０〜２７０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は正とし、領域Ａａｎすなわち０〜９０、２７０〜３６０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は負とする。駆動パターンＡの（ｂ）の場合、モータ回転角度が、領域Ａｂｐすなわち０〜９０、２７０〜３６０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は正とし、領域Ａｂｎすなわち９０〜２７０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は負とする。なお、この領域Ａｂｐ、Ａｂｎの閾値である９０、２７０ｄｅｇ付近では、判別を実施しない不感帯として、演算誤差の影響を防止する。

図４に示す駆動パターンＢを用いる場合も、同様に行い、目標ｑ軸電流の方向すなわち正負符号に基き、目標ｑ軸電流が正の場合すなわち駆動パターンＢの（ａ）の場合、モータ回転角度が、領域Ｂａｐすなわち６０〜２４０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は正とし、領域Ｂａｎすなわち０〜６０、２４０〜３６０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は負とする。駆動パターンＢの（ｂ）の場合、モータ回転角度が、領域Ｂｂｐすなわち０〜１２０、３００〜３６０ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は正とし、領域Ｂｂｎすなわち１２０〜３００ｄｅｇの場合、正負符号導出結果は負とする。なお、この領域Ｂｂｐ、Ｂｂｎの閾値である６０、１２０、２４０、３００ｄｅｇ付近では、判別を実施しない不感帯として、演算誤差の影響を防止する。

このように、本実施の形態１においては、副演算手段である目標相電流符号演算手段６１が、目標ｑ軸電流の正負符号と回転角度とに基づいて、正負符号導出結果を生成するようにしたので、入力信号が複数個あっても、簡素な演算で、正演算手段（５０，５３）の異常を検知することができる。

次に、異常検知手段６２の動作の概略について図５のフローチャートを用いて説明する。図５に示すように、異常検知手段６２は、副演算手段である目標相電流符号演算手段６１から正負符号導出結果が入力されるとともに、正演算手段の最後段に設けらた出力制限手段５３からV相目標電流Ｉｖ＊が入力されて、正演算手段の出力であるV相目標電流Ｉｖ＊の正負符号と、副演算手段の出力である正負符号導出結果とを比較照合し、それらが不一致の状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ０１）。判定の結果、不一致の状態が所定時間以上継続した場合はステップＳ０３に進み、そうでない場合はステップＳ０４に進む。

また、ステップＳ０１の処理と並行に、異常検知手段６２は、正演算手段を構成する出力制限手段５３から入力されたV相目標電流Ｉｖ＊の大きさが、予め設定された所定制限値を所定時間以上超えたか否かを判定する（ステップＳ０２）。判定の結果、所定制限値を所定時間以上超えたと判断した場合はステップＳ０３に進み、そうでない場合は、ステップＳ０４に進む。

ステップＳ０３では、正演算手段に異常が生じたと判断し、異常に応じた処置（フェールセーフ処置）に移行する。一方、ステップＳ０４では、正常と判断し、ステップＳ０１，Ｓ０２の処理に戻る。

ステップＳ０２について補足すると、出力制限手段５３が正常に動作していれば、適正値に制限されて、安全が保たれるものであるが、出力の大きさが所定制限値を超えていれば、正演算手段（５０，５３）に何らかの異常が生じたと判断される。正演算手段に異常が生じたと判断された場合は、異常に応じた処置（フェールセーフ処置）に移行すればよい。当該処置の説明は省略する。

具体的にステップＳ０２を説明する。V相目標電流Ｉｖ＊が正、かつ、正負符号導出結果が正の場合、または、V相目標電流Ｉｖ＊が負、かつ、正負符号導出結果が負の場合は、正常と判断し、V相目標電流Ｉｖ＊が正、かつ、正負符号導出結果が負の場合、または、V相目標電流Ｉｖ＊が負、かつ、正負符号導出結果が正の場合は、異常の疑義があると判断し、この状態が所定時間以上継続する場合に、正演算手段に異常が発生したと確定する。なお、上述した領域Ａｂｐ、Ａｂｎ、または、領域Ｂｂｐ、Ｂｂｎの閾値付近の不感帯においては、異常の疑義を判断しない。

また、各処理をどのマイコンで実施するかについて説明する。例えば、副演算手段すなわち目標相電流符号演算手段６１と、演算異常検知手段６２での処理を、サブマイコンで実施し、その他の構成の処理を全てメインマイコンで実施するよう構成する。この構成の場合、演算異常検知手段６２によって、メインマイコンの中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、インターフェース（ＩＦ）等における異常に由来する正演算手段の異常を検知できる。

他の例として、演算異常検知手段６２の処理を、サブマイコンで実施し、その他の構成の処理を全てメインマイコンで実施するよう構成する。この構成の場合、正演算手段のプログラムが記憶されたメモリの手段分の異常が検知できる。また、全てをメインマイコンで実施するよう構成する場合も、正演算手段のプログラムが記憶されたメモリの手段分の異常が検知できる。

以上のように、本実施の形態１に係るモータ制御装置においては、正演算手段（５０、５３）は、目標ｑ軸電流やモータ回転角度等の複数の入力信号に応じて暫定的な出力信号を演算し、暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限したものを、出力信号すなわちＶ相目標電流とし、副演算手段（目標相電流符号演算手段６１）は、それらの複数の入力信号に応じて、出力信号が有すべき正負符号を求めて正負符号導出結果を生成し、異常検知手段６２は、正演算手段（５０，５３）の出力信号の正負が正負符号導出結果と一致しない場合、または、出力信号の大きさが所定制限値より大きい場合に、正演算手段（５０，５３）に異常が生じたと判定するように構成している。このように、正演算手段（５０，５３）に出力制限手段５３を備えたことで、出力信号の正負符号だけでなく大きさを含めて正常か否かを判定できるため、極めて簡素な演算で的確に異常判定することが可能である。一方、従来においては、上述したように、出力信号の正負符号は判定していたが、制限値を超えたか否かも同時に判定することができなかったため、出力信号の正負符号の判定結果が正しければ、異常が発生していることを検知できずに見落としてしまうという問題点があったが、本実施の形態においては、そのような誤検出を行うことはない。本実施の形態１に係るモータ制御装置およびモータ制御方法は、出力信号の符号が適正で、かつ、大きさが制限値を超えていないならば、安全とみなせるような出力信号について、異常を検知するときに有効な手法であり、簡易な構成で実現できることが利点である。

また、上記の実施の形態１に係るモータ制御装置においては、入力信号を目標ｑ軸電流と回転角度とし、出力信号を相電流に対する指令である目標相電流とし、正演算手段（５０，５３）は、入力信号に応じ暫定的な出力信号を演算する目標相電流整形手段５０を備え、副演算手段（６１）は、回転角度に応じて、目標相電流が有すべき正負符号を求めて正負符号導出結果を生成し、異常検知手段６２は、出力信号の正負が正負符号導出結果と一致しない場合、及び／または、出力信号の大きさが所定制限値より大きい場合に、正演算手段に異常が生じたと判定するように構成したので、モータ５の回転角度に応じて出力信号の正負符号が異なる出力を有する場合にも適用でき、簡易な演算で、異常検知を実現できる。

また、上記の実施の形態１に係るモータ制御装置において、副演算手段（６１）は、モータの回転角度と出力信号の正負符号の対応関係を示す第１の対応関係情報および第２の対応関係情報を有し、目標ｑ軸電流の正負符号に基いて、前記第１または第２対応関係情報のいずれか一方を選択し、選択された前記第１または第２の対応関係情報に基いて、正負符号導出結果を生成するよう構成したので、入力信号が複数あっても、簡素な演算で、正演算手段の異常を検知することができる。

なお、目標相電流整形手段５０において、モータ回転角速度を用いて、相電流の正負符号を切替えるよう設定する場合は、駆動パターンは、目標ｑ軸電流の符号だけでなく、モータ回転角速度に応じて、切り替わることになるので、その場合、副演算手段においても、モータ回転角速度に応じて、相電流とモータ回転角度の対応関係を切替えればよい。

実施の形態２．
本実施の形態２に係るモータ制御装置１０は、電流制御手段２３の内部構成以外は上記の図１に示した実施の形態１の構成と同じであるため、以下の説明においては、異なる構成を中心に説明し、同一または相当する構成については、実施の形態１の説明を参照することとし、ここではそれらの説明は省略する。本実施の形態２おいては、電流制御手段２３は、図６のように構成される。実施の形態１と区別するため、実施の形態２では、電流制御手段２３を、電流制御手段２３Ａと呼ぶこととする。電流制御手段２３Ａにおける、実施の形態１との差異は、
（１）図１の目標相電流符号演算手段６１の代わりに電流偏差符号演算手段６３を設け、副演算手段を電流偏差符号演算手段６３とした点、
（２）異常検知手段６４の構成を変えた点、
（３）図２の出力制限手段５３を設けずに、Ｖ相制御器４２から出力されるＶ相電圧指令に対して出力制限手段５４を設けた点
の３つの点である。

本実施の形態２では、正演算手段は、減算器４５、Ｖ相制御器４２、出力制限手段５４で構成される。すなわち、本実施の形態２では、正演算手段に、目標相電流整形手段５０から出力されるＶ相目標電流Ｉｖ＊と電流検出回路２２で検出されたＶ相の検出電流Ｉｖとが入力信号として入力され、減算器４５によりＶ相目標電流Ｉｖ＊とＶ相の検出電流Ｉｖとの偏差信号を求め、Ｖ相制御器４２により当該偏差信号から暫定的なＶ相電圧指令を求め、出力制限手段５４により当該暫定的なＶ相電圧指令の大きさを制限して、それを出力信号としてＦＥＴ駆動回路２４に出力する構成である。出力制限手段５４は、Ｖ相制御器４２から出力された暫定的なＶ相電圧指令の大きさを所定制限値に制限して、Ｖ相電圧指令として出力する。具体的には、所定制限値以下ならそのまま出力し、所定制限値を超えていた場合には、暫定的なＶ相電圧指令の大きさを所定制限値に変更して出力する。この所定制限値は、定格電圧などに基づいた値に予め設定しておく。なお、減算器４５，Ｖ相制御器４２を、合わせて、電流フィードバック制御手段と呼ぶ。従って、本実施の形態２においては、正演算手段が、電流フィードバック制御手段（４５，４２）と出力制限手段５４とを含む。

なお、目標相電流整形手段５０の構成および動作は実施の形態１と同じであり、説明するまでもないが、外部から入力される目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と、モータ回転角度検出回路２１からのモータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度とが入力され、それらに応じて、出力信号としてＶ相目標電流Ｉｖ＊を算出する。

次に、本実施の形態２における副演算手段すなわち電流偏差符号演算手段６３について説明する。正演算手段は、Ｖ相目標電流とＶ相の検出電流との偏差信号に比例ゲインを乗算して大きさを制限するものであるので、副演算手段は、目標相電流整形手段５０から出力されるＶ相目標電流Ｉｖ＊と電流検出回路２２で検出されたＶ相の検出電流Ｉｖとが入力信号として入力され、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊とＶ相の検出電流Ｉｖとの大小関係に基づいて、出力信号すなわちＶ相電圧指令の正負符号を判断し、正負符号導出結果を生成する。具体的には、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊が、Ｖ相の検出電流Ｉｖより大きいか等しい場合（Ｉｖ＊≧Ｉｖ）は、正負符号導出結果を正とし、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊が、Ｖ相の検出電流Ｉｖより小さい場合（Ｉｖ＊＞Ｉｖ）は、正負符号導出結果を負とする。

次に、本実施の形態２における異常検知手段６４について説明する。異常検知手段６４は、基本的に、実施の形態１における図５に示した異常検知手段６２と同様の動作を行う。以下、図５のフローチャートを参照して具体的に説明する。異常検知手段６４は、副演算手段である電流偏差符号演算手段６３から正負符号導出結果が入力されるとともに、正演算手段を構成する出力制限手段５４からＶ相電圧指令が入力されて、正演算手段の出力であるV相電圧指令の正負符号と、副演算手段の出力である正負符号導出結果とを比較照合し、それらが不一致の状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ０１）。判定の結果、不一致の状態が所定時間以上継続した場合はステップＳ０３に進み、そうでない場合はステップＳ０４に進む。

また、ステップＳ０１の処理と並行に、異常検知手段６４は、正演算手段を構成する出力制限手段５４から入力されたV相電圧指令の大きさが所定制限値を所定時間以上超えたか否かを判定する（ステップＳ０２）。判定の結果、所定制限値を所定時間以上超えたと判断した場合はステップＳ０３に進み、そうでない場合は、ステップＳ０４に進む。

ステップＳ０３では、正演算手段に異常が生じたと判断し、異常に応じた処置（フェールセーフ処置）に移行する。一方、ステップＳ０４では、正常と判断し、ステップＳ０１，Ｓ０２の処理に戻る。

なお、本実施の形態２においては、電流制御手段２３から３相電圧指令を直接的にＦＥＴ駆動回路２４に渡す構成としたが、３相電圧指令を電源電圧の値で除算した値をデューティとし、このデューティを指令としてＦＥＴ駆動回路２４に渡しても良い。この場合、上記の出力限手段５４は、電圧指令に対して制限するよう構成したが、デューティに対して制限するよう構成してもよく、等価な機能となる。

また、各処理をどのマイコンで実施するかについて説明する。例えば、副演算手段（６３）と異常検知手段６４とを、サブマイコンで実施し、その他を全てメインマイコンで実施するよう構成する。この構成の場合、異常検知手段６４によって、メインマイコンの中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、インターフェース（ＩＦ）等における異常に由来する正演算手段の異常を検知できる。

他の例として、異常検知手段６４を、サブマイコンで実施し、その他を全てメインマイコンで実施するよう構成する。この構成の場合、正演算手段のプログラムが記憶されたメモリの手段分の異常が検知できる。また、全てをメインマイコンで実施するよう構成する場合も、正演算手段のプログラムが記憶されたメモリの手段分の異常が検知できる。

以上のように、本実施の形態２に係るモータ制御装置においては、入力信号を相電流と相電流に対する指令である目標相電流とし、出力信号を相電圧指令として、正演算手段（４５，４２，５４）は、入力信号に応じ暫定的な出力信号を演算する電流フィードバック制御手段（４５，４２）を備え、副演算手段（６３）は、相電圧指令が有すべき正負符号を求めて正負符号導出結果を生成するよう構成したので、複数の入力信号から電圧指令の符号のみを簡素に演算でき、電流フィードバック制御手段（４５，４２）と出力制限手段５４で構成された正演算手段の異常を正確に検知することができる。

また、副演算手段（６３）は、相電流指令と相電流の大小関係に基いて、正負符号導出結果を生成するよう構成したので、入力信号が複数あっても必要な情報だけ抽出し簡素な演算で、正演算手段の異常を検知することができる。

なお、これは、電流フィードバック制御手段（４５，４２）が比例ゲインを用いて出力制限を行うので、入力信号と出力信号が静的な関係で定まるため、これだけ簡素な演算で正確に判定できるものであり、例えば、ＰＩ制御の場合は、動的な関係となるので、その分の補正が必要となる。したがって、その場合は、副演算手段（６３）において、正演算手段（４５，４２，５４）の１演算周期前の相電圧指令を参照して、電流の偏差信号を補正する処置などをすればよい。

また、実施の形態１と実施の形態２に示したモータ制御装置はいずれにおいても、電流制御手段２３，２３Ａが、モータ５またはインバータ２５における１相において開放状態の故障が発生した場合に、他の正常な相のみを制御する異常時制御を実行するようにしており、このような異常時制御の演算に対して、簡素な演算で、的確に演算異常の判定が可能である。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の概略構成図であり、上記の実施の形態１，２で示したモータ制御装置１０を自動車の電動パワーステアリング装置に適用した一例を示すものである。図７のように、電動パワーステアリングは、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ラック・ピニオンギヤ１２と、車輪３，４と、モータ５と、モータ減速ギヤ７と、電源（バッテリ）１１と、コントロールユニット９と、モータ回転角センサ６と、トルクセンサ８とが設けられている。上記の実施の形態１，２で示したモータ制御装置１０は、コントロールユニット９内に設けられている。

図７において、図示しない運転者からステアリングホイール１に加えられた操舵力は、ステアリングシャフト２を通り、ラック・ピニオンギヤ１２を介して、ラックに伝達され、車輪４，３を転舵させる。モータ５は、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２と連結している。モータ５から発生するモータトルク（以下補助力とも言う）は、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。

トルクセンサ８は、運転者がステアリングホイール１を操舵することによりステアリングシャフト２に加わった操舵力を検出する。モータ制御装置１０は、トルクセンサ８で検出した操舵力に応じて、モータ５が付与する補助力の方向と大きさを決定し、この補助力を発生させるべく電源１１からモータ５に流れる電流を制御する。また、モータ角度センサ６は、モータ５の回転角度を検出する。コントロールユニット９は、モータトルクの目標値に相当するトルク電流指令（ｑ軸電流指令）を算出するマップ（図示しない）と、モータ制御装置１０とで構成される。出力すべきモータトルクをあらかじめ記憶しているマップは、トルクセンサ８で検出した操舵力に応じたモータトルクの方向と大きさを決定し、トルク電流指令を算出する。モータ５の各相に電流を流す。モータ制御装置１０は、トルク電流指令を実現すべく、モータ５に流れる電流を制御する。この電流によって、モータ５による補助力が発生する。このモータ制御装置１０は、実施の形態１および２で示したものである。従って、モータ制御装置１０の構成および動作は、実施の形態１，２で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。

電動パワーステアリング装置において、走行中に故障が発生した場合に制御を停止すると、運転者の感じる違和感が大きいので、可能な限り制御を継続することで違和感を低減させることが望ましい。何らかの故障があるにも関わらず、可能な限り良好な制御を継続するには、故障した箇所と故障内容を特定することが望ましい。さらに、故障発生後に早く故障状態に対応した制御に移行するために、短時間で故障箇所と故障内容を特定することが望ましい。

この実施の形態３の電動パワーステアリング装置によれば、上記の実施の形態１，２で示した電流制御手段２３，２３Ａを備えるようにしたので、上記の実施の形態１，２と同様に、正演算手段の異常を正確に判定することができるので、誤ることなく、異常状態に対応した制御に移行することができ、運転者の感じる違和感を低減できる。

なお、実施の形態１〜３まで、Ｕ相に開放状態の故障が生じた場合の異常時電流制御について、演算異常を検知する構成を説明したが、Ｖ、Ｗ相についても同様な処置が可能であり、構成としては、±１２０ｄｅｇの位相差を考慮した設計にすればよく、故障した相に応じて駆動パターンなどで±１２０ｄｅｇずらす補正を設ければよい。

５ モータ、１０ モータ制御装置、２１ モータ回転角度検出回路、２２ 電流検出回路、２３ 電流制御手段、２４ ＦＥＴ駆動回路、２５ インバータ、５３ 出力制限手段、５４ 出力制限手段、６１ 目標相電流符号演算手段（副演算手段）、６２ 演算異常検知手段、６３ 電流偏差符号演算手段（副演算手段）、６４ 演算異常検知手段。

Claims (9)

1. 複数の相を有するモータに電源からの電力を供給するインバータと、
   前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、
   前記モータに流れる相電流を検出する電流検出手段と、
   前記回転角度と前記相電流と目標電流に基づき、各相への相電圧指令を出力する電流制御手段と、
   前記相電圧指令に基づき、前記インバータを駆動して、前記モータに印加する相電圧を制御するインバータ駆動回路と
   を備え、
   前記電流制御手段は、
   前記回転角度と前記相電流と前記目標電流のうちの少なくとも１つを含む複数の所定の入力信号が入力され、前記複数の入力信号に基づいて暫定的な出力信号を演算し、前記暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限した値を出力する正演算手段と、
   前記複数の所定の入力信号に基づいて、前記正演算手段が出力する前記出力信号が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する副演算手段と、
   前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致するか否かの判定を行うとともに、前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きいか否かの判定を行って、前記正演算手段から出力された前記出力信号の正負が前記副演算手段から出力された正負符号導出結果と一致しない場合、及び、前記正演算手段から出力された前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きい場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記正演算手段に異常が生じたと判定する異常検知手段と
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記正演算手段に入力される前記複数の所定の入力信号は、前記目標電流と前記回転角度とを含み、
   前記正演算手段で得られる前記暫定的な出力信号は、前記相電流に対する指令としての目標相電流であり、
   前記正演算手段は、
   前記目標電流と前記回転角度とに基づいて、目標相電流を出力する目標相電流整形手段と、
   前記目標相電流整形手段から出力された前記目標相電流の大きさを所定制限値に制限した値を出力する第１の出力制限手段と
   を備え、
   前記副演算手段は、
   前記目標電流と前記回転角度とに基づいて、前記目標相電流が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する目標相電流符号演算手段
   を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記副演算手段は、前記目標電流の正負符号と前記回転角度とに基いて、前記目標相電流が有すべき正負符号を求めて、前記正負符号導出結果を生成することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記副演算手段は、前記目標電流の正負符号が正の場合の前記回転角度と前記目標相電流の正負符号との対応関係を示す第１の対応関係情報と、前記目標電流の正負符号が負の場合の前記回転角度と前記目標相電流の正負符号との対応関係を示す第２の対応関係情報とを有し、前記目標電流の正負符号に基づいて、前記第１または第２の対応関係情報を選択し、選択された前記第１または第２の対応関係情報に基づいて、正負符号導出結果を生成することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記正演算手段に入力される前記複数の所定の入力信号は、前記電流検出手段で検出された前記相電流と前記相電流に対する指令としての目標相電流とであり、
   前記正演算手段で得られる前記暫定的な出力信号は、前記インバータ駆動回路に対して出力する前記相電圧指令であり、
   前記正演算手段は、
   前記相電流と前記目標相電流とに基づいて、前記相電圧指令を出力する電流フィードバック制御手段と、
   前記電流フィードバック制御手段から出力された前記相電圧指令の大きさを所定制限値に制限した値を出力する第２の出力制限手段と
   を備え、
   前記副演算手段は、
   前記相電流と前記目標相電流とに基づいて、前記相電圧指令が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する電流偏差符号演算手段
   を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記副演算手段は、前記目標相電流と前記相電流との大小関係に基いて、前記相電圧指令が有すべき正負符号を求めて、前記正負符号導出結果を生成することを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記電流制御手段は、前記モータまたは前記インバータのいずれか１つの相において開放状態の故障が発生した場合に、他の残りの正常な相のみを制御するものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
9. 複数の相を有するモータの回転角度を検出するモータ回転角度検出ステップと、
   前記モータに流れる相電流を検出する電流検出ステップと、
   前記回転角度と前記相電流と目標電流に基づき、各相への相電圧指令を出力する電流制御ステップと、
   前記相電圧指令に基づいてインバータを駆動して、前記モータに印加する相電圧を制御し、前記モータに電源からの電力をインバータを介して供給するインバータ駆動ステップと
   を備え、
   前記電流制御ステップは、
   回転角度の検出値とモータに流れる相電流の検出値と目標電流のうちの少なくとも１つを含む複数の所定の入力信号が入力され、前記複数の所定の入力信号に基づいて暫定的な出力信号を演算し、前記暫定的な出力信号の大きさを所定制限値に制限した信号を出力信号として出力する正演算ステップと、
   前記複数の所定の入力信号が入力されて、前記複数の所定の入力信号に基づいて、前記正演算ステップにより出力される前記出力信号が有すべき正負符号を求めて、正負符号導出結果として出力する副演算ステップと、
   前記正演算ステップで出力された前記出力信号の正負が前記副演算ステップで出力された正負符号導出結果と一致するか否かの判定を行うとともに、前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きいか否かの判定を行って、前記正演算ステップで出力された前記出力信号の正負が前記副演算ステップで出力された正負符号導出結果と一致しない場合、及び、前記正演算ステップで出力される前記出力信号の大きさが前記所定制限値より大きい場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記正演算ステップの演算に異常が生じたと判定する異常検知ステップと
   を備えていることを特徴とするモータ制御方法。

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