JP2016535971A - 電動パワーステアリング用のモータ回路および方法 - Google Patents

Abstract

ロータが少なくとも１つの角度位置に位置するとき、モータ制御装置によるモータトルク要求出力にもかかわらず、モータが出力トルクを生成することができない、規定されたフォールトモードを有する種類の、電動パワーステアリングシステムの電気モータを作動させる方法であって、モータが規定されたフォールトモードにあることが知られているとき、Ａ）モータロータの位置を監視するステップと、Ｂ）ロータが少なくとも１つの知られている角度位置の事前に規定された角度範囲内にあり、ロータは運転者がステアリングホイールを回すことによってその位置に向かって動いており、ホイールが特定された運動方向に動き続けるにつれてその角度位置にロータを近づける傾向があるトルクがモータから要求されている状態の存在を特定するステップと、Ｃ）この状態が特定された場合、モータにかけられた電流を変動させて、モータロータを知られている角度位置から離すステップと、Ｄ）その後、モータから要求されたトルクを変動させてモータロータを知られている角度位置に向かう方向に戻すステップとを実行することを含む、方法。【選択図】図５

Description

本発明は、電動パワーステアリングシステムにおいて使用するためのモータ回路における改良に関し、詳細には、モータが特定のロータ状態において出力トルクを生成することができなくなり得る、知られているフォールトモード中、モータを制御するための方法に関する。

モータからのトルク出力が、車両の運転者がステアリングホイールを回すことを助けるように構成される電動パワーステアリングシステム内に、モータを設けることが知られている。モータは、通常、ギアボックスを介してステアリング軸またはラックに連結され、制御装置は、運転者によってステアリングホイールにかけられたトルクの関数となる値を有するトルクをモータから要求する。要求されたトルクは、モータにかけられる駆動電流に変換される。

フィードバック制御およびＰＷＭを使用するそのようなモータ用のモータ駆動回路は、当技術分野においてよく知られている。たとえば、ＷＯ２００６００５９２７は、一般的なシステムを開示しており、その文献の教示は、参照によって本明細書において組み込まれる。

制御装置が、一定のトルクを要求しており、一定速度において回転しているモータの定常作動中、三相モータの相の各々にかけられる電圧は、各相内の電流が、モータロータの電気回転にわたって正弦曲線状に変わるように選択されてよく、信号の周波数は、モータのロータの回転速度に従って選択され、信号の振幅は、必要とされるトルクに左右される。電流波形の各々が、他方から１２０度ずらされるように配置することにより、モータによってもたらされる電流全体は、一定となり、そのためモータトルクもまた、モータが回転するときに一定となる。このパターンで電流をかけることにより、モータが、トルクにおいてピークを有さずに円滑に回転することを確実にする。これは、当技術分野でよく知られており、この背景の理論は、したがって、ここでは詳細には説明されない。

電気ステアリングシステムにおいて使用されるほとんどのモータは、上記で説明されたように三相である。モータの相の１つが開放回路で機能停止し、２つの相しか電流を伝導することができない場合、モータがいくらかの支援トルクをもたらし続けることを可能にするフォールトモードの作動をモータに提供することも知られている。制御装置は、３つすべての相が作用している場合に使用される正弦波形を適用することによって、通常モードの作動に見られるように続けることができる。モータのトルクは、モータが回転するにつれて変動する。しかし、ここではゼロトルク点と称される、ロータが磁場と完全に位置合わせされ、そのためにいかなるトルクも生成することができない２つの点が存在する。モータが電気パワーステアリングにおいて使用される場合、ゼロトルクのこれらの点は、運転者を心配させ得るトルク脈動としてステアリングホイールを通して感じられる。
多くの場合、運転者を苛立たせるにもかかわらず、ゼロトルク点の存在は、運転者がホイールを回す能力を大きく損なわない。しかし、ステアリングホイールが、高く要求されたトルクで低速で回転されている場合、ゼロ点におけるトルクの消失は、非常に顕著なステアリング感覚の異常を生み出し、特定の場合、運転者を、ステアリングホイールを回すことができないままにし得る。これは、運転者に、運転者が超えることが困難であると見出し得る「ノッチ（Ｖ字部）」内に押し込まれるというステアリングの感覚を与える。

本発明の目的は、ゼロトルク位置を有する、知られているフォールトモードを有する電気パワーステアリングシステムのモータのためのモータ制御方法であって、ゼロトルク位置の衝撃を少なくとも部分的に改善することによってフォールトモード中のステアリングの認識される感覚を改善する、モータ制御方法を提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、通常運転中、運転者がステアリングホイールを回すことを支援する支援トルクをかけるためにステアリングホイールと共に回転するステアリングギアの一部に動作可能に連結された多相モータを含む種類の、電動パワーステアリングシステムのモータを作動させる方法であって、モータによって生成された支援トルクは、モータトルク要求信号をモータ制御装置に出力するモータトルク要求回路によって制御され、モータは、ロータが少なくとも１つの角度位置に配置されたとき、モータ制御装置によるモータトルク要求出力にもかかわらず、出力トルクを生成することができない規定されたフォールトモードを有しており、
方法は、モータが規定されたフォールトモードにあることが知られているとき、
Ａ）ロータの位置を監視するステップと、
Ｂ）ロータが少なくとも１つの知られている角度位置の事前に規定された角度範囲内にあり、ロータは運転者がステアリングホイールを回すことによってその位置に向かって動いており、ホイールが特定された運動方向に動き続けるにつれてその角度位置にロータを近づける傾向があるトルクがモータから要求されている状態の存在を特定するステップと、
Ｃ）この状態が特定された場合、モータにかけられた電流を変動させて、モータロータを知られている角度位置から離すステップと、
Ｄ）その後、トルクをモータから要求してモータロータを知られている角度位置に向かう方向に戻すステップとを実行することを含む、方法を提供する。

したがって、本発明は、ロータが、支援トルクをかけることができなくなり得る、知られている角度位置、つまり「ゼロトルク位置」に向かって動いているときを特定し、これが、モータがその地点において動かなくなり得ると決定した場合、モータは、トルク要求を変更することによって一定距離を「戻され」、次いで、トルクは、ロータが前方にゼロ点を通り過ぎることを助けるように切り替えられて戻される。ステップを戻すことにより、モータは、ステアリングが依然として回り、モータがコンプライアンスを巻き取る効果によって、モータがゼロ点を通り抜けるようにすばやく前方に動く。

ロータが動かなくなりやすい状態を特定するステップＢ）は、モータの他のパラメータを監視することを含むことができる。たとえば、これは、要求されたトルクを監視し、トルクが閾値を超えた場合の状態だけを特定することを含むことができる。あるいは、これは、モータの速度を監視し、速度が閾値を下回った場合の状態だけを特定することを含むことができる。これは、トルクの監視と並行して、またはこれと共に使用され得る。

ステップＣ）は、ギアボックス内のコンプライアンスを吸収するために必要とされる、したがってステアリングホイールの対応する大きな動きを引き起こさない、ロータの角度運動以下の距離だけモータを戻すことを含むことができる。モータロータの逆転−前方動作は、ステアリングホイールでは恐らく穏やかな振動で依然として感じられるが、ステアリング軸およびホイールが比較的高い慣性量を有するため、ステアリングホイールの大きな逆転運動は存在しない。

したがって、本発明は、モータがコンプライアンスによる量だけ戻ることを可能にし、これは、ステアリングホイールがモータの動きによって逆転方向に動く必要があるいかなる要求事項も作り出さない。したがって、ロータのこの逆転運動は、ステアリングホイール回転のいかなる逆転または他の変化も引き起こさない。実際、運転者は、単にステアリングを同じ方向で動かせ続けることが可能であり、モータは、逆転し、次いで、前方に動いてステアリングに追い付く。

モータが再度トルクアップされ、コンプライアンスを克服するように動かされる前に、ギアボックスコンプライアンスがモータを押し戻すことを可能にすることにより、ロータがステアリングに追い付こうとするときにゼロに向かうロータのよりすばやい動きが可能になり、これが、モータがゼロ位置に落ち着かないことを確実にすることを助けることができるものである。

電気パワーステアリングシステム内のほとんどすべてのギアボックスは、何らかのコンプライアンスを含むことが知られている。したがって、方法は、ギアボックスを含む事実上すべての電気パワーステアリングシステム上で実施され得る。コンプライアンス源は、モータおよびギアボックスシャフト、ギアホイールの歯、ギアホイールおよびその取付体を含むことができる。

方法は、ステップＣ）およびＤ）の後でロータ位置を監視するステップと、モータがゼロ位置を通過しなかった場合、ステップＣ）およびＤ）を反復するステップとを含むことができる。方法は、モータがゼロ位置を通過するまでステップＣ）およびＤ）を反復することができる。

この監視は、ステップＣ）の後にステップＡ）およびＢ）を反復して、ロータがゼロ位置に向かってゆっくりと進んでいるかどうかを調べるステップを含むことができる。

方法は、電流を変動させて、ステップＣ）を適用するとき、要求されたトルクをゼロまで低減させるステップと、ギアボックスコンプライアンスの戻り力だけの下で、ロータがゼロ位置から離れることを可能にするステップとを含むことができる。モータおよびギアボックスは、モータトルクが無い状態では、それ自体によって巻き戻されて戻り力を除去する。

方法は、代替的に、ステップＣ）において、電流を変動させて、巻き戻しコンプライアンスによって克服されるほど十分に低い限り、元のトルク要求信号と同じ符号のものであるがより低い振幅のものであるトルクをモータから要求するステップを含むことができる。

別の代替策では、ステップＣ）では、電流は、事象の開始時に使用され得る元のトルク要求とは逆符号のモータトルク要求信号の効果をもたらすように変動され得る。これは、モータロータをゼロトルク位置から能動的にかつ迅速に動かす傾向がある。この場合、これは、単にコンプライアンスを自然に巻き戻させるよりコンプライアンスが速く除去されることを確実にする。

修正形態では、トルク要求の振幅は、ロータ位置とゼロトルク位置の間の距離に比例して変動し、距離が増大するにつれて増大するように選択され得る。これは、ゼロ位置において電流を要求することを回避し、ここではこれは影響を与えることはできず、ステップＢにおいて選択された状態と組み合わせて固着の可能性に比例してトルク要求を提供し、たとえば、高いトルク状態が満たされたときにゼロ位置から依然としていくらかの距離が存在する場合、状態が後で満たされる場合と比べて、より過激な動作が必要とされ得る。
方法は、所定の時間の間、またはモータロータが、所定の角度量だけゼロトルク位置から離れるまで、ステップＣにおいてトルク要求を低減させるステップを含むことができる。

モータが、逆転され、次いで、再度できるだけすばやく前方に動かされることが好ましい。これは、モータがゼロ交差点を過ぎる前にいくつかの試みが必要である場合、これが長くかからないことを確実にする。

各々の場合、ステップＣ）に費やされる時間は、１０ｍｓ秒未満であり、ステップＤ）への移動は、ステップＣ）の終了直後、または１０ｍｓ以内で起こることが好ましい。これは、５０Ｈｚに等しい、２０ｍｓまたはそれ未満の「ループ時間」を与え、それによって、これは、ハンドルを動かすほど速くはなく、振動としてのみ運転者によって認識されることを確実にする。

ステップＣ）およびＤ）を始動させる事象を特定するための状態の１つは、ロータが、ゼロの角度位置の所定範囲内にあることを含むことができる。この範囲は、要求されたトルクに従って変動することができる。

範囲は、トルクが低くなるほど小さくなり、トルクが高くなるほど大きくなり得る。

たとえば、ゼロ位置から５から１５度の範囲が、開始状態として使用され得る。

方法は、ステップＤ）において、要求されたトルクを、制御装置によって要求された元の値、すなわちその事象が特定された直前の値に復活させるステップを含むことができる。

修正形態では、トルク要求信号値は、ステップＣ）において、元の要求されたトルクより高い値に復活され得る。

方法は、特定されたゼロトルク事象に続いて、モータがゼロを通り過ぎたことを特定したとき、モータが所定の量だけゼロ位置を通り過ぎるまで、または事前に規定された時間が経過するまで、要求されたトルクを、事象の開始時点で要求されたものを下回るように低減させるステップを含むことができる。これは、ロータが、ゼロ位置をあまりにすばやく過ぎ去らず、多くの支援をかけ過ぎないことを確実にする。

モータトルクは、モータ制御装置を無効にすることによって、または制御装置に送られたトルク要求信号を変更することによって低減され得る。

代替策では、方法は、モータがゼロ位置を通り過ぎた後にモータトルク要求を増大させ、それによってモータロータがステアリングホイールの動きに「追い付く」ことを可能にするステップを含むことができる。これは、モータが追い付いて逆転／前方運動を補償したと決定されるまでの限定された時間の間になり得る。これが必要であるか否かは、ゼロ位置をモータがどのように通り過ぎるかによって左右される。

トルク要求を変動させるステップは、事象の開始時点におけるトルク要求を、これをフィルタに通すことによって変更することを含むことができる。あるいは、これは、元のトルク要求値とは無関係の新しいトルク要求値を算出し、これを元の値の代わりに使用することを含むことができる。

ゼロトルク位置からの位置に基づくヒステリシス期間が付加されることが可能であり、それにより振動制御装置は、モータが、制御装置が有効にされたときに比べてＶ字部からより遠くになるまで、無効にされない。これは、ステアリングホイールが、通常の要求とモータトルクの代用された要求との間の縁で釣り合いをとらず、１つの状態から他の状態に物理的に動かなければならないことを確実にする。

方法が、モータから要求されたトルクを示す値を有するモータトルク要求信号を生成するステップを含む場合、要求されたトルクを変動させるステップは、その信号の値を変更することを含むことができる。場合によっては、トルク要求信号は、ｄｑ参照フレーム内で、１つまたは複数の電流要求信号を生成するために使用され得る。この場合、要求されたトルクを変動させるステップは、電流要求信号の値を変更することを含むことができる。この結果、モータによって生み出されたトルクにおける変化を直接的に生じさせ、したがって、トルク要求信号を変更することと同じ効果を有する。後者は、これは、信号を妨害し変更するための、モータ回路内のより好都合な場所になることができ、トルク要求信号は通常、回路の、電流要求信号とは異なる部分によって生み出されるため、好ましくなり得る。

第２の態様によれば、本発明は、ステアリングシステムの一部によってもたらされたトルクの測定値が、モータによってステアリングシステムにかけられるトルクを示すトルク要求信号を生み出すためにモータ回路によって使用される種類の、電動パワーステアリングシステムにおいて使用するためのモータ回路であって、

複数の電気スイッチを備える切り替え回路と、

モータトルク要求信号を受け取り、切り替え回路のスイッチをその後駆動するモータ駆動回路用の制御信号を生み出すモータ制御装置とを備え、

モータは、モータの特定のフォールトモード状態下で、ロータが少なくとも１つの知られている角度位置にあるときに出力トルクを生成することができず、回路は、さらに：

ロータが少なくとも１つの知られている角度位置の事前に規定された角度範囲内にあり、ロータは運転者がステアリングホイールを回すことによってその位置に向かって動いており、ホイールが特定された運動方向に動き続けるにつれてその角度位置にロータを近づける傾向があるトルクがモータから要求されている状態の存在を特定するための手段と、

使用において、モータから要求されたトルクを変動させてモータロータを知られている角度位置から離すように構成され、さらに、使用において、モータから要求されたトルクをその後変動させてモータロータを知られている角度位置に向かう方向に戻すように構成された、トルク要求変動手段とを含む、モータ回路を提供する。

本出願人は、三相のスターポイント接続されたモータが、１つの開放相で作動されるとき、２つの残りのフォールトのない相は、依然としてモータを駆動するために使用することができるが、モータがトルクをかけることができない２つの点が存在することになることを理解している。

回路は、モータが特定のロータ状態においてトルクを生成することができないフォールト状態の存在を検出するためのフォールト検出手段を含むことができる。これは、ゼロトルクが生み出され得る１つまたは複数の点の場所を決定するための手段を含むことができる。

場所を決定するための手段は、複数のモータ相のどれが開放回路として機能停止したかを特定するための手段を含むことができる。

モータ回路は、そのフォールト状態においてモータを作動させ続けるための手段を含むことができ、可能性のあるゼロトルクフォールトを特定するための手段は、モータがフォールト状態で作動しているときのみ動作可能になることができる。したがって、通常の使用において、モータから要求されたトルクは、ゼロトルク点が存在せず、そのため、ロータは、そのような点の近傍になる可能性はないため、変更されない。
モータは、三相モータを備えることができる。

モータ制御装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御戦略を用いてモータを制御するように適合され得る。

第２の態様のトルク要求変動手段は、使用において、本発明の第１の態様の方法ステップの任意のものを実施するように構成され得る回路および処理論理を含む。

第３の態様によれば、本発明は、電動パワーステアリングシステムであって、ステアリングホイールをロードホイールに連結するステアリング機構と、ステアリング機構の一部によってもたらされたトルクを示すトルク信号を生み出すトルクセンサと、モータによって生成されたトルクが、ステアリング機構に伝達されるようにステアリング機構に連結されたモータを含む、本発明の第２の態様による電気モータ回路と、トルクセンサによって測定されたトルクの関数である、モータによってステアリングシステムにかけられるトルクを示すトルク要求信号を生成するための手段とを備える、電動パワーステアリングシステムを提供する。

モータは、三相ブラシレスＤＣモータを備えることができる。

次に、添付の図を参照して、これに示された通りに、本発明の１つの実施形態が、例としてのみ説明される。

本発明の態様の範囲内にある、電動パワーステアリングシステムの実施形態の構成要素部分を示す図である。 一般的な三相電気モータ、および図１１に示されるモータを駆動するために使用され得る駆動回路の電気的レイアウトを示す図である。 図１の電気パワーステアリングシステムの電気モータ用のモータ回路を示すブロック図である。 図１のシステムに使用され得る種類の標準的な閉ループモータ制御装置の要素を示す、より詳細なブロック図である。 モータがゼロトルク位置で動かなくなるリスクを制御装置が最小限にすることを可能にする、図５の制御装置に対する修正形態を示すブロック図である。 １つの相が開放回路として機能停止した状態で作動するモータの、高要求トルク（実線）および低要求トルク（破線）に対する、時間に対するモータ支援トルクのプロットである。 図１のステアリングシステムの代表的な使用中の、時間に対するモータ位置のプロットである。 図７に示される時間の期間に対応する、時間に対するトルク要求およびステアリングホイールトルクのプロットである。 モータ制御装置が、第３のモードで作動してゼロトルク点においてモータが固着するリスクを低減しなければならないことを特定する際に実行されるステップを示す流れ図である。

図２を参照すれば、三相ブラシレスモータ１は、相Ｕ、ＶおよびＷとして全体的に示される３つのモータ巻線２、４、６を備える。相は、スターネットワークで接続され、それにより、各相の１つの端部は、スターポイント８において他の相の各々の対応する端部に接続される。各相の自由端部は、切り替え回路に接続される。

切り替え回路は、三相ブリッジを備え、三相ブリッジの各相がモータの各相に対応している。ブリッジの各アーム１０、１２、１４は、ＤＣ電圧供給レール２０とアースライン２２との間に直列に接続された上部スイッチ（トランジスタ１６）および底部スイッチ（トランジスタ１８）の形態のスイッチの対を備える。モータ巻線２、４、６は、トランジスタ１６、１８のそれぞれの相補対間から各々取り出される。スイッチは、開かれ（オフ）または閉じられ（オン）得る。

トランジスタ１６、１８は、図面の図３に詳細が示されるモータ制御装置２４を含むモータ回路によって制御式にオンおよびオフされて、相巻線の各々にかけられた電位電圧のパルス幅変調をもたらし、それによって巻線２、４、６の各々上にかけられた電位差を制御し、故に、巻線を流れ抜ける電流も制御する。これは、さらに、巻線によって生み出された磁場の強度および配向を制御し、それによってモータによって生み出されるトルクを設定する。

抵抗器２６の形態の電流測定装置が、アースライン２２内の、モータ１とアースの間に設けられ、それにより、制御装置２４は、巻線２、４、６のすべてを流れ抜ける総電流を測定することができる。巻線の各々内の電流を測定するために、総電流は、ＰＷＭ期間内の、巻線の各端子にかけられた電圧（故に特定の相の伝導状態）が知られる、正確な時期にサンプリングされなければならない。所望であれば、別個の電流センサが各相に対して設けられ得る。

この例の制御装置は、空間ベクトル変調（ＳＶＭ）アルゴリズムを使用するが、任意の変調技術もまた、本発明の範囲内で同様に使用されてよく、これは限定的であると解釈されてはならない。

三相システム内の各巻線２、４、６は、供給レール２０またはアースライン２２のいずれかのみに接続されることが可能であり、したがって、制御回路のスイッチの８つの可能な状態が存在する。１を用いて正電圧にある相の１つを表し、０を用いてアースに接続された相を表すことにより、状態１は、１にある相Ｕ、０にある相Ｖ、および０にある相Ｗを示す「１００」として表すことができ、状態２は、「１１０」として、状態３は「０１０」として、状態４は「０１１」として、状態５は「００１」として、状態６は「１０１」として、状態０は「０００」として、状態７は「１１１」として表される。状態１から６の各々は、電流が巻線２、４、６のすべてを流れ、これらの１つを通って一方向におよび他の２つを通って他の方向に流れる、伝導状態である。状態０は、巻線のすべてがアースに接続されたゼロボルト状態であり、状態７は、巻線すべてが供給レールに接続されたゼロボルト状態である。

切り替え回路が、パルス幅変調を生み出すために制御装置２４によって制御されている通常の作動中、相２、４、６の各々は、通常、各ＰＷＭ期間になるとオンおよびオフされる。各々の状態にかかる時間の相対的長さは、各巻線内に生み出される磁場の振幅および方向、故にロータにかけられた総トルクの振幅および方向を決定する。正弦電流波形を各相に適用することにより、モータは、一定のトルク出力を生み出す。各相内の電流の振幅および符号を変動させることにより、幅広い範囲の値にわたってトルクを変動させることが可能になる。モータを駆動するために使用され得る多くの異なるモータ制御戦略が、知られており、これらは、当業者によく知られているため、ここではこれ以上詳細に説明されない。

図２のモータ回路は、数多くの用途において使用されることが可能であり、この実施形態では、図１に示されるような電気パワーステアリングシステムの一部を形成する。モータ１の出力シャフトは、ギアボックスを介して、ステアリング軸２８またはステアリングラック（またはステアリングの任意の他の動く部分）に連結される。これは、モータが、ギアボックスを介してステアリングの動く部分にかけられる支援トルクを生み出すことを可能にする。ギアボックスは、よく知られているようにコンプライアンス量を含む。これは、モータトルクがゼロから増大するにつれて、ギアボックスは、これが負荷下に置かれているため、コンプライアンスがすべて吸収されるまで少しずつ変形することを意味する。これが吸収されるまでの間、モータは、ステアリング部の対応する動きをほとんどまたは全く有さずに回転することができる。その後、モータのすべての動きは、ステアリングの動く部分に直接的に伝導され得る。

図３に示されるように、ステアリングシステムは、ステアリング軸内のトルクを測定し、これをトルク制御装置３４に送るトルクセンサ３２を含む。トルク制御装置３４は、運転者がステアリングホイールを回すことを助けるためにモータが生み出すべきトルクの量を示す、トルク要求信号を生成する。支援トルク要求信号の値は、運転者によってステアリングシステムにかけられたトルクの関数として、故に測定されたトルクを制御装置に入力する必要性に応じて設定される。このトルク要求信号は、モータ制御装置に送られ、モータ制御装置は、モータ相ごとに、要求されたトルクを送出するために必要とされる電流を生み出す。

モータ１は、したがって、通常、支援トルクを生成し、この支援トルクは、運転者によってかけられたトルクと同じ符号のものであり、それにより、モータは、運転者がステアリングホイールを回すのと同じ方向にステアリングホイールを回すことを助ける。これはまた、運転者が、コーナリング中、ホイールを安定して保持しながら、ステアリングが静的に負荷かけされる場合にもあてはまる。運転者によってかけられたトルクは、モータによってかけられたトルクによって支援されて、コーナリング力に対してホイールを保持することを助ける。

運転者によってかけられたトルクとモータによってかけられた支援トルクとの間の関係は、所要に応じて車両製造者によって、トルク制御装置を調整することによって用途ごとに調整され得る。全般的な目的は、運転者がホイールを回すことをモータが助けるためである。そのようにする際、その作動は、運転者が予期せぬ突然の変更を伴わずにできるだけ透明性のあるものでなければならない。

トルク制御装置からのトルク要求信号は、電流制御装置２４内に送られ、電流制御装置２４は、このトルク要求を、モータ１の知られている特性に従って電流要求に変換する。電流要求信号は、モータロータに対して固定される参照フレーム内にベクトルを含む、ｄ−ｑ軸電流値として設定される。ロータ位置情報を与えるモータロータ位置センサ３６が、設けられるが、モータを駆動するために位置センサレス制御戦略が使用され得ることが可能であり、この場合、位置センサは省略され得ることが可能である。電流要求およびトルク要求は、所与のモータ位置の場合、トルク要求と電流要求の間に直接的な相関関係が存在するという点で、等価のものである。電流要求信号の値は、所与の電流に対するモータからのトルク出力がそのモータ特有のものであるため、明らかにモータ特性に左右される。

モータ制御装置２４は、電流要求信号とモータ内、また参照のｄｑフレーム内を流れる実際の電流を比較して、誤差信号を生み出す。電流制御装置２４は、次いで、誤差を最小限にさせる、各々の相にかけられる電圧を生み出し、それによって実際の電流が要求された電流に合致することを確実にする。これは、１つの可能なモータ制御装置構成で図４に示される。

モータ制御装置２４は、モータ用の３つの駆動モードを実装する。第１は、いわゆる通常モードであり、モータの三相すべてが、正しく伝導しているときに使用される。

第２は、いわゆる開放相フォールトモードであり、この場合、モータの１つの相は、開放回路として機能停止しており、電流を伝導することはできない。このモードにおける他の２つの相は、電流を依然としてもたらすことができる。

第３は、いわゆるゼロトルクモードであり、これは、モータが、第２のモード、または以下で説明されるように、モータ回転中、ゼロトルク点が存在する任意の他のフォールトモードですでに作動しているとき、かつ特定の事前に規定された状態が満たされたときのみ使用される。

通常モードでの作動中、モータ１は、ロータの任意の角度位置に対して所与の支援トルクをかけることができる。

１つの相が回路をフェイルオープンし、２つの作用相のみがトルクをもたらすことができる場合、モータ制御装置は、モータを作動の第２のモードで駆動し続ける。ロータには、要求されたトルクにかかわらず、また、どれだけ多くの電流が２つの相内に流れるかにかかわらず、モータが出力トルクを全く生み出さない２つの位置が存在する。これは、図６に示される。実際には、本明細書では、ゼロトルク位置と称される２つのそのような位置ＹおよびＺが存在し、各々は、他方から１８０度離間されている。ゼロ位置の両側で、生み出され得る、要求されたトルクは、各相にかけられ得る電流の量の限界によって急激に降下する。トルクがそれにわたって降下する、図６に示す「Ｖ字部」の幅は、要求されたトルクに伴って変動し、（実線によって示されるように）高いトルクにおいてはより広く、（破線によって示されるように）低く要求されたトルクではより狭くなる。通常、Ｖ字部の幅は、ゼロトルク位置の両側で８から１５度の間になる。ロータがこのＶ字部内にある場合、モータの出力は、制御装置から要求されたトルクと合致せず、ゼロ位置にある場合、トルクは生み出され得ない。

ゼロトルク位置近傍にあるときにモータ１によってかけられた支援トルクの低減は、ホイールが運転者によってかけられた一定のトルクで安定して回されるとき、トルク脈動として運転者によって感じられる可能性があり、運転者は、ステアリングホイールがモータを、ゼロトルク点を通り抜けるように動かすとき、支援トルクにおける降下を認識する。

高ステアリングホイール速度および高トルクでは、脈動は感じられるが、ステアリングの運動量が、ゼロ位置を過ぎるようにモータを持っていくのに十分であるため、運転者にとって問題ではない。しかし、運転者が、恐らくきつい高速コーナリングステアリング中、高トルク下でホイールをゆっくりと動かしており、モータがゼロ位置近傍にあり、またこれに向かって動いている場合、モータからのトルクの欠如は、運転者が、ホイールを回してゼロ位置を通過させる強さを奮い起こすことをできなくする。これは、ステアリングが動かなくなる感覚を与え得る。

したがって、モータ制御装置２４は、第２のモードで作動しているとき、２つの作用モータ相に電流をかけ続けてモータが回転し続けることができるようにする。

ステアリングホイールのそのような低速回転中にステアリングホイールが動かなくなる認識を最小限にするために、この実施形態のモータ制御装置２４は、第３のモードでも作動するように構成され、この第３のモードでは、これは、モータにかけられたトルク要求を変動させてモータがゼロトルク位置を円滑に通過することを助け（または少なくともこれが通過することを助け）、モータがゼロ位置に落ち着く（留まる）ことを防止することを助け、このゼロ位置では、これは、モータ電流の印加によって動力供給されて戻ることはできない。これを達成するために使用される回路は、図５に示されるように構成され得る。これは、振動制御装置と呼ばれる離散処理ブロック３６を備え、離散処理ブロック３６は、モータ制御装置２４に入力されたトルク要求信号（またはこの場合、ｄｑフレーム内で表された電流要求信号）が、通常モードトルク（または電流）要求信号と代用信号との間で切り替えられることを可能にする。入力を一方から他方に動かすことを可能にするスイッチ３８が、設けられる。

離散処理ブロック３６は、モータがフォールトモードで作動しているときに常に活動しており、モータロータの位置およびゼロトルク点の位置を監視する。したがって、処理ブロックは、ａ）トルク要求を変更せずにモータに適用することを可能にし、またはｂ）モータから要求されたトルクを規定された制御戦略に従ってモータがゼロ位置を通過するような時間までの間、変更する。

図９は、モータが動かなくなり得ることを決定するために、したがって第３のモードの出入りの時間を決定するためにモータ回路によって実行され得る論理ステップを示す流れ図である。これらのステップが実行され得る順序は、当然ながら、変動し得る。図示されるように、モータ回路は、最初、知られている１つまたは複数のゼロ点に対するモータロータの位置を確認する。ロータは、これがゼロの両側の角度範囲として規定されたゾーン内にある場合、ゼロ点近傍にある。この範囲は、要求されたトルクによっても左右され得る。これがその範囲内にある場合、回路は、これがどれだけ長くそこにいるかを確認して調べる。次に、回路は、モータがゼロ点に向かって動いているかどうかを確認する。要求されたトルクもまた確認され、これが閾値を上回るかまたは下回るかを調べる。これが上回る場合、運転者がステアリングにゼロ点を超えさせることができないリスクが増大される。

すべての確認が、ロータがゼロ点において落ち着く（ゼロ点近傍にあり、これに向かってゆっくりと動いている、長時間範囲内にある）リスクがあると示す場合、回路は、運転者がゼロ点を乗り越えることができないためにモータおよびステアリングが動かなくなり得る事象のリスクが存在すると特定する。この事象において、システムは、以下のステップを実施する。

最初、第３のモードを開始したとき、制御装置からの要求されたトルクは、もはやモータには渡されない。特に、モータ制御が、図５に示されるように変更された、図４に示される種類のフィードバック戦略を含む場合、要求は、フィードバックループに送り込まれない。その代わり、これは、離散制御ブロックからの変更されたトルク要求で置き換えられる。変更されたトルク要求は、モータをゼロ点から戻す値に設定される。これは常に可能であり、その理由は、システムは、一緒になってステアリングシステムを同じ方向に押し出すハンドルの運転者の回転およびモータの支援トルクの組合わせによって緊張状態にあるためである。トルク要求が低減され、またはさらには逆転される（逆符号）場合、システムは、緩和し、モータは戻る。特に、これは、必要とされるステアリングホイールの対応する動きを全く有さずにギアボックス内のコンプライアンスによる所与の量だけ戻ることができる。

モータがゼロ位置から規定された角度距離だけ戻るのに十分な時間が経過した後、トルク要求は、モータを再度ゼロ位置に向かって戻す値に戻される。これは、一定期間の間維持され、その間モータロータ位置および速度は、その事象が取り除かれ、ロータがゼロ点を通り過ぎたか、またはモータが再度動かなくなりそうかどうかを確認して調べる。

ロータがゼロ点を通過していない場合、この事象は再度特定され、逆転および前進のシーケンスが反復される。

多くの場合、モータは後退しておらず、システムは負荷解除されているため、モータは、これが逆転された後、ゼロ点に向かって迅速に前方に動くことができ、運動量は、ゼロ位置を通過するようにこれを持っていくことを助ける。変更されたトルク要求、これにかけられる時間、これが戻る位置などの慎重な選択により、システムは、ロータがゼロ位置を通り抜ける機会を増大させるように調整され得る。

ゼロトルク位置を過ぎた後、振動制御装置の最終作動は、電流要求を増大させ、モータをゼロトルク位置から離れるように推進し、それによって「ステップ戻り」が生じさせた運動量のあらゆる損失を補償することである。

図７および８は、モータ回路の作動を示す。図７では、時間に対するモータロータ位置のプロットが示される。図８では、ステアリングトルク（実線）および要求されたトルク（破線）の対応するプロットが、示される。

最初、時間Ｔ０とＴ１の間では、運転者は、正トルクをかけることによってホイールを一方向に回す。モータは、合致するが、低減された値の支援トルクをかける。これは、ホイールを回すことをより容易にする。時間Ｔ１からＴ２において、運転者は、ホイールを反対の方向に回し、再度、合致するトルク要求がもたらされる。要求されたトルクは、達成された実際の支援トルクと常に合致するわけではないことに留意されたい。通常モードでは、これは、ほぼ合致するが、開放回路が起こっている第１のモードでは、これはモータ位置に伴って変動する。

次に、モータが開放フォールトを有すると想定する。時間Ｔ３からＴ４にかけて、運転者は、ホイールをゆっくり回しており、モータは、ゼロ点に近づく。この例では、ゼロは時間Ｔ４で起こると想定し、この時間において、ロータは、ゼロトルク点の場所である機能停止した相に対して９０度で位置している。モータロータがこの点近傍、たとえば８度内になったとき、可能性のあるフォールト事象が特定され、モータは、要求されたトルクを変更することによって、短時間の間（時間Ｔ５まで）逆転される。一定の時間が経過した後、モータは、次いで、トルク要求信号を適切な値に変更することによって、ゼロ点に向かって（時間Ｔ５からＴ６にかけて）再度前方に動かされる。この例では、これは、ゼロ点を超えるほど十分ではなく、そのため逆転が、再度、時間Ｔ６とＴ７の間でかけられ、その後別の前方運動が続けられる。このとき、システムがゼロトルク位置を超えるのに十分な運動量を有することが、理解され得る。

Claims (12)

1. 通常運転中、運転者がステアリングホイールを回すことを支援する支援トルクをかけるために前記ステアリングホイールと共に回転するステアリングギアの一部に動作可能に連結された多相モータを含む種類の、電動パワーステアリングシステムの電気モータを作動させる方法であって、前記モータによって生成される前記支援トルクは、モータ制御装置にモータトルク要求信号を出力するモータトルク要求回路によって制御され、前記モータは、ロータが少なくとも１つの角度位置に配置されたとき、前記モータ制御装置による前記モータトルク要求出力にもかかわらず、出力トルクを生成することができない、規定されたフォールトモードを有し、
   前記方法は、前記モータが前記規定されたフォールトモードにあることが知られているとき、
   Ａ）前記モータロータの位置を監視するステップと、
   Ｂ）前記ロータが前記少なくとも１つの知られている角度位置の事前に規定された角度範囲内にあり、前記ロータは前記運転者が前記ステアリングホイールを回すことによってその位置に向かって動いており、前記ホイールが、特定された運動方向に動き続けるにつれて前記角度位置に前記ロータを近づける傾向があるトルクが前記モータから要求されている状態の存在を特定するステップと、
   Ｃ）前記状態が特定された場合、前記モータにかけられた電流を変動させて、前記モータロータを前記知られている角度位置から離すステップと、
   Ｄ）その後、前記モータから要求された前記トルクを変動させて前記モータロータを前記知られている角度位置に向かう方向に戻すステップとを実行することを含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ステップＣ）が、前記ステアリングホイールの対応する動きを引き起こさない、ギアボックス内のコンプライアンスによって受け入れられ得る前記ロータの角度運動以下の距離だけ前記モータを戻すことを含む、方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の方法において、さらに、ステップＣ）およびＤ）の後で前記ロータ位置を監視するステップと、前記モータがゼロ位置を通過しなかった場合、ステップＣ）およびＤ）を反復するステップと含む、方法。
4. 請求項２に記載の方法において、前記監視するステップが、ステップＣ）の後でステップＡ）およびＢ）を反復するステップを含む、方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、前記電流を変動させるステップが、ステップＣ）を適用するとき、要求された前記トルクをゼロまで低減することと、前記ギアボックスコンプライアンスの戻り力だけの下で、前記ロータが前記ゼロ位置から離れることを可能にすることとを含む、方法。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、ステップＣ）において、前記元のトルク要求とは逆符号のものであり、任意選択で異なる振幅のものである低減されたモータトルク要求信号値を適用することによって、前記電流を変動させるステップを含む、方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、ステップＣにおいて前記モータから要求された前記トルクの前記振幅が、前記ロータ位置と前記ゼロトルク位置の間の距離に比例して変動し、前記距離が増大するにつれて増大するように選択される、方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記特定されたゼロトルク事象に続いて、前記モータが前記ゼロを通り過ぎたことを特定したとき、前記モータが所定の量だけ前記ゼロ位置を通り過ぎるまで、または事前に規定された時間が経過するまで、前記要求されたトルクを、前記事象の開始時に要求されたものを下回るように低減させるステップを含む、方法。
9. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、前記モータが前記ゼロ位置を通り過ぎた後に前記モータトルク要求を増大させて、前記モータロータが前記ステアリングホイールの動きに「追い付く」ことを可能にするステップを含む、方法。
10. ステアリングシステムの一部によってもたらされたトルクの測定値が、モータ回路によって使用されて、前記モータによって前記ステアリングシステムにかけられるトルクを示すトルク要求信号を生み出す種類の、電動パワーステアリングシステムにおいて使用するためのモータ回路であって、
    複数の電気スイッチを備える切り替え回路と、
    モータトルク要求信号を受け取り、前記切り替え回路の前記スイッチをその後駆動するモータ駆動回路用の制御信号を生み出す、モータ制御装置とを備え、
    前記モータは、前記モータの特定のフォールトモード状態下で、ロータが少なくとも１つの知られている角度位置にあるときに出力トルクを生成することができず、
    前記モータ回路は、規定された組のモータ状態下で、前記モータが前記少なくとも１つの知られている角度位置において動かなくなるリスクを低減するように動作可能であり、
    前記回路は、
    前記ロータが前記少なくとも１つの知られている角度位置の事前に規定された角度範囲内にあり、前記ロータは運転者がステアリングホイールを回すことによって前記位置に向かって動いており、前記ホイールが特定された運動方向に動き続けるにつれて前記角度位置に前記ロータを近づける傾向があるトルクが前記モータから要求されている状態の存在を特定するための手段と、
    使用において、前記モータから要求された前記トルクを変動させて前記モータロータを前記知られている角度位置から離すように構成され、さらに、使用において、前記モータから要求された前記トルクをその後変動させて前記モータロータを前記知られている角度位置に向かう方向に戻すように構成された、トルク要求変動手段とを含む、モータ回路。
11. 請求項１０に記載のモータ回路において、三相電気モータを含む、モータ回路。
12. 電動パワーステアリングシステムであって、
    ステアリングホイールをロードホイールに連結するステアリング機構と、
    前記ステアリング機構の一部によってもたらされたトルクを示すトルク信号を生み出すトルクセンサと、
    請求項１０または請求項１１による電気モータ回路であって、モータによって生成されたトルクが、前記ステアリング機構に伝達されるように前記ステアリング機構に連結されたモータを含む前記電気モータ回路と、
    前記トルクセンサによって測定された前記トルクの関数である、前記モータによって前記ステアリングシステムにかけられるトルクを示す、トルク要求信号を生成するための手段と、
    を備える、電動パワーステアリングシステム。

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