JP2017128195A

JP2017128195A - 電動パワーステアリング用異常検出装置

Info

Publication number: JP2017128195A
Application number: JP2016008181A
Authority: JP
Inventors: 努勝間田; Tsutomu Katsumata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27

Abstract

【課題】複数の電流センサ又は複数の電圧センサに係るゲインの異常を検出すること。
【解決手段】電動パワーステアリング用異常検出装置は、車輪の転舵力を発生するモータと、モータの複数相に流れる電流の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電流信号を出力する複数の電流センサと、モータの複数相に発生する電圧の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電圧信号を出力する複数の電圧センサと、複数の電流センサからの各電流信号及び複数の電圧センサからの各電圧信号に基づいて、モータの回転角を算出するモータ回転角算出部と、モータ回転角算出部によるモータ回転角の算出値の時系列に基づいて、算出値が一定量以上変化した後、算出値が変化しない状態が継続した場合に、複数の電流センサ又は複数の電圧センサに係るゲインに異常があると判定する異常判定部とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング用異常検出装置に関する。

モータの中性点での各相の電流の総和は正常時には０になることを利用して、モータの複数相に流れる電流を検出する電流センサの各検出値の総和が０でない場合に、モータの電流系統の異常を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平06-253585号公報

ところで、複数の電流センサからは、それぞれの相に流れる電流の大きさに応じた振幅にゲインを乗じて得られる電流信号がマイコン等に出力される。このゲインは、温度や経年変化等に依存して変化する場合がある。ゲインが正常値から比較的大きく変化すると、電流センサの各検出値に基づいて算出されるモータの回転角が実際の回転角に対して乖離する場合がある。このような乖離は、複数の電流センサにおいてゲインの正常値からのずれが発生した場合のみならず、モータの複数相に発生する電圧を検出する複数の電圧センサにおいてゲインの正常値からのずれが発生した場合にも発生する。従って、電流センサ及び電圧センサの各検出値に基づいてモータの回転角を算出する構成においては、複数の電流センサに係るゲインの正常値からのずれ又は複数の電圧センサに係るゲインの正常値からのずれを検出する機構を持つことが有用となる。

この点、上記の特許文献１に開示されるような従来の技術では、ゲインの正常値からのずれをモータの電流系統の異常として検出することが難しい。これは、例えば複数の電流センサのゲインに同様のずれが発生した場合は、電流センサの各検出値の総和は、キルヒホッフの法則から０のままであるためである。

そこで、本発明は、複数の電流センサ又は複数の電圧センサに係るゲインの異常を検出できる電動パワーステアリング用異常検出装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、車輪の転舵力を発生するモータと、
前記モータの複数相に流れる電流の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電流信号を出力する複数の電流センサと、
前記モータの複数相に発生する電圧の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電圧信号を出力する複数の電圧センサと、
複数の前記電流センサからの各電流信号及び複数の前記電圧センサからの各電圧信号に基づいて、前記モータの回転角を算出するモータ回転角算出部と、
前記モータ回転角算出部によるモータ回転角の算出値の時系列に基づいて、前記算出値が一定量以上変化した後、前記算出値が変化しない状態が継続した場合に、複数の前記電流センサに係る前記ゲイン又は複数の前記電圧センサに係る前記ゲインに異常があると判定する異常判定部とを含む、電動パワーステアリング用異常検出装置が提供される。

本発明によれば、複数の電流センサ又は複数の電圧センサに係るゲインの異常を検出できる電動パワーステアリング用異常検出装置が得られる。

異常検出装置が適用される電動パワーステアリング装置の一例を示す図である。演算装置のモータ回転角算出部及び異常判定部のブロック図である。モータの各パラメータの説明図である。モータの座標系の説明図である。複数の電流センサの全てにおいてゲインが異常となるときのモータ回転角の算出値の時系列の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、異常検出装置が適用される電動パワーステアリング装置１の一例を示す図である。

電動パワーステアリング装置１は、バッテリ１０と、演算装置２０と、電圧センサ３０と、電流センサ３２と、インバータ回路４０と、モータ５０と含む。尚、演算装置２０、電圧センサ３０、及び電流センサ３２は、電動パワーステアリング用異常検出装置の一例を形成する。

演算装置２０は、マイコンのようなコンピューターにより形成される。演算装置２０は、例えばＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）内に形成される。

電圧センサ３０は、モータ５０の複数相のそれぞれに対して設けられる。各相の電圧センサ３０は、対応する相に発生する電圧の大きさに応じた電流信号を出力する。出力される各電圧信号には、ゲインが乗じられる。乗されるゲインは、各電圧信号に共通であってもよいし、個別であってもよい。

電流センサ３２は、モータ５０の複数相のそれぞれに対して設けられる。各相の電流センサ３２は、対応する相に流れる電流の大きさに応じた電流信号を出力する。出力される各電流信号には、ゲインが乗じられる。乗されるゲインは、各電流信号に共通であってもよいし、個別であってもよい。

インバータ回路４０は、バッテリ１０からの直流電流を交流電流（本例では３相の交流電流）に変換し、モータ５０に供給する。

モータ５０は、複数相（本例では３相）のモータである。モータ５０は、車輪の転舵力を発生する。具体的には、モータ５０は、運転者の操舵力を補助するための補助操舵力を発生する。モータ５０は、例えばボールねじナットを介してステアリングラックに接続されてよい。或いは、モータ５０は、ステアリングシャフト（ピニオンシャフト等）に噛合されてもよい。

演算装置２０には、電圧センサ３０及び電流センサ３２が接続されると共に、インバータ回路４０が接続される。

演算装置２０は、後述の異常判定部２０２が異常を検出した場合には、そうでない場合に比べて、目標値を小さく補正する。即ち、演算装置２０は、後述の異常判定部２０２が異常を検出した場合には、そうでない場合に比べて補助操舵力が小さくなるように、目標値を補正する。

また、演算装置２０は、以下で説明するようにモータ回転角算出部２０１及び異常判定部２０２としても機能する。

図２は、演算装置２０のモータ回転角算出部２０１及び異常判定部２０２のブロック図である。図３は、モータ５０の各パラメータの説明図であり、図４は、モータ５０の座標系の説明図である。

図３において、モータ５０のＮ，Ｓは磁極を表し、Ｕ，Ｖ、Ｗは各相を表し、ｑ、ｄは、ｑ軸、ｄ軸を表し、θは、ロータ５２の回転角を表し、ωは、ロータ５２の角速度を表す。また、図４において、Ｖは電圧を表し、Ｖ_ｄはｄ軸の電圧成分、Ｖ_ｑはｑ軸の電圧成分をそれぞれ表す。

ここで、ｕ，ｖ，ｗの３相と、ｄ、ｑの２相との間の変換式は、以下のとおりである。

また、モータ５０の電圧方程式は、以下のとおりである。

上記の数２の式において、Ｒは、モータ５０の巻線抵抗を表し、Ｌ_ｄは、ｄ軸のインダクタンス成分、Ｌ_ｑはｑ軸のインダクタンス成分をそれぞれ表す。また、Ｐは演算子を表し、Ｋ_ｅは、永久磁石のモータ鎖交磁束を表し、ω・Ｋ_ｅは、永久磁石のモータ鎖交磁束による誘起電圧を表す。また、Ｉ_ｄはｄ軸の電流成分、Ｉ_ｑはｑ軸の電流成分をそれぞれ表す。

モータ回転角算出部２０１は、電圧センサ３０及び電流センサ３２からの各検出値に基づいて、数１の式からＩ_ｄ，Ｉ_ｑ，Ｖ_ｄ，及びＶ_ｑを算出する。そして、モータ回転角算出部２０１は、算出したＩ_ｄ，Ｉ_ｑ，Ｖ_ｄ，及びＶ_ｑを、数２の電圧方程式に代入することで、誘起電圧ω・Ｋ_ｅを算出し、算出した誘起電圧ω・Ｋ_ｅからロータ５２の角速度ωを算出する。そして、モータ回転角算出部２０１は、算出した角速度ωを積分（前回値に積算）することでモータ回転角θを算出する。

ここで、数２の電圧方程式におけるＶ_ｑ成分について展開すると、以下のとおりである。
Ｖ_ｑ＝ω_ｅ・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ＋Ｒ・Ｉ_ｑ＋Ｐ・Ｌ_ｑ・Ｉ_ｑ＋ω・Ｋ_ｅ
ここで、右辺の第１項（ω_ｅ・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ）及び第３項（Ｐ・Ｌ_ｑ・Ｉ_ｑ）は影響が小さいので無視することとする。この場合、以下のとおりである。
Ｖ_ｑ＝Ｒ・Ｉ_ｑ＋ω・Ｋ_ｅ（式１）
複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインが正常値から大きな値に変化すると、キルヒホッフの法則から、Ｕ，Ｖ、Ｗの各相の電流値の総和は、０のままであるが、Ｉ_ｑは、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインが正常値であるときに比べて大きくなる。この結果、（式１）における右辺第１項（Ｒ・Ｉ_ｑ）の値が大きくなる。これに伴い、右辺第２項（ω・Ｋ_ｅ）の値が小さくなり、０となる。ω・Ｋ_ｅの値が０となることは、角速度ωの算出値が０になることを意味し、従って、モータ回転角の算出値が前回値に固定され続けることを意味する。即ち、ω・Ｋ_ｅの値が０となると、モータ回転角の算出値が一定となる状態が継続する。尚、これは、電圧センサ３０の全てにおいてゲインが正常値から変化した場合も同様である。

この点を利用して、異常判定部２０２は、モータ回転角算出部２０１によるモータ回転角の算出値の時系列に基づいて、モータ回転角の算出値が一定量以上変化した後、モータ回転角の算出値が変化しない状態が継続した場合（例えば、１００ｍｓ以上継続した場合）に、所定のゲイン異常が発生したと判定する。所定のゲイン異常とは、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインが異常であること、及び複数の電圧センサ３０の全てにおいてゲインが異常であることの少なくともいずれか一方に起因する異常である。

異常判定部２０２は、所定のゲイン異常が発生したと判定した場合、所定のゲイン異常が検出されたことを示す異常検出結果を出力する。例えば、異常判定部２０２は、異常検出フラグを"１"にセットする。この場合、異常検出フラグは、初期値が"０"である。

図５は、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインが異常となるときのモータ回転角の算出値の時系列の説明図である。図５において、縦軸はモータ回転角（電気角）であり、横軸は時間である。図５には、モータ回転角の算出値の時系列が一点鎖線で示され、モータ回転角の実際の値が実線で示されている。尚、図５では、モータ回転角は、３６０度毎に０となるが、実際には、積算され、３６０度よりも大きな値を取る。

図５に示す例では、時刻ｔ１にて、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインが正常値から大きな値に変化している。これに伴い、上述のように、モータ回転角の算出値が一定になり、実際のモータ回転角から乖離する。

本実施例によれば、異常判定部２０２が設けられるので、図５に示すようなモータ回転角の算出値の時系列に基づいて、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインに異常が発生した場合に、かかる異常を検出できる。同様に、本実施例によれば、複数の電圧センサ３０の全てにおいてゲインに異常が発生した場合にも、かかる異常を検出できる。尚、本実施例では、異常判定部２０２は、複数の電流センサ３２の全てにおいてゲインに異常が発生したか、或いは、複数の電圧センサ３０の全てにおいてゲインに異常が発生したかを判別することはできない。しかしながら、これらを判別する必要性は低い。これは、いずれの異常態様であっても、同様の対策が有用であるためである。具体的には、かかる異常を検出した場合には、上述のように補助操舵力が小さく補正される。これにより、ステアリングホイールの操作が急に重くなることを低減しつつ、信頼性の低い検出値に基づく制御の影響を低減できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１電動パワーステアリング装置
１０バッテリ
２０演算装置
３０電圧センサ
３２電流センサ
４０インバータ回路
５０モータ
２０１モータ回転角算出部
２０２異常判定部

Claims

車輪の転舵力を発生するモータと、
前記モータの複数相に流れる電流の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電流信号を出力する複数の電流センサと、
前記モータの複数相に発生する電圧の大きさに応じた振幅にゲインを乗じた電圧信号を出力する複数の電圧センサと、
複数の前記電流センサからの各電流信号及び複数の前記電圧センサからの各電圧信号に基づいて、前記モータの回転角を算出するモータ回転角算出部と、
前記モータ回転角算出部によるモータ回転角の算出値の時系列に基づいて、前記算出値が一定量以上変化した後、前記算出値が変化しない状態が継続した場合に、複数の前記電流センサに係る前記ゲイン又は複数の前記電圧センサに係る前記ゲインに異常があると判定する異常判定部とを含む、電動パワーステアリング用異常検出装置。