JP2022160301A - モータ制御装置、及び、それを備えるステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ電源を用いてモータを駆動するとき、バックアップ電源の停止によるモータ出力機能の失陥を回避する制限するモータ制御装置を提供する。【解決手段】相対的に容量の大きい電源である主電源１０と、相対的に容量の小さい電源であるバックアップ電源２０とを電源切替判定部２５により切り替え可能に構成されたシステムにおいて、モータ制御装置３００は、主電源１０又はバックアップ電源２０の電力を用いてモータ８０を駆動する。駆動制御部４０は、電流指令値に対する電流検出値のフィードバック制御により演算した駆動信号をインバータ回路７０に出力する。電源切替判定部２５が主電源１０からバックアップ電源２０に切り替えたとき、駆動制御部４０は、主電源１０が用いられるときに実行される「通常制御」から、使用電力を制限しバックアップ電源２０の停止を防ぐ制御である「バックアップ制御」に移行する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ制御装置、及び、それを備えるステアリングシステムに関する。

従来、主電源とバックアップ電源とが切り替え可能に構成されたシステムにおいて、主電源又はバックアップ電源の電力を用いてモータを駆動する装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置は、バックアップ電源を用いてモータを駆動するとき、主電源を用いるときに比べて弱め界磁制御のｄ軸電流を増大して、電圧の低下によるモータ回転速度の低下を抑制する。

また、従来、電源からインバータ回路に流れる電源電流を上限値以下に制限するモータ制御装置が知られている。例えば特許文献２に開示されたモータ制御装置は、ＩＰＭモータの駆動に適用される。このモータ制御装置は、電圧指令値、電流検出値、及び、目標電源電流に基づいてｑ軸電流制限値を演算し、さらにｑ軸電流制限値から変換されたトルク電流制限値を用いて、モータのトルクに比例するトルク電流指令値を制限する。

特開２００７－３２６３７９号公報 特開２０２０－１２７３４６号公報

バックアップ電源は、主電源が失陥した際に使用される非常用サブバッテリである。バックアップ電源は、主電源（例えば鉛バッテリ）と比較してコンパクトであることや安価であることが求められる。その背反としてバックアップ電源は容量が小さい。そのため、バックアップ電源の使用時に、瞬間的に電源電流がオーバーシュートするなどして出力上限を超えた電力が出力された場合、バックアップ電源が停止し、モータ出力機能が失陥する。例えば電動パワーステアリングシステムでは、バックアップ電源の停止により、操舵アシストモータの駆動が停止し、アシスト機能が失陥するという問題がある。特許文献１、２には、このような問題に関し何ら言及されていない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、バックアップ電源を用いてモータを駆動するとき、バックアップ電源の停止によるモータ出力機能の失陥を回避するモータ制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、相対的に容量の大きい直流電源である主電源（１０）と、相対的に容量の小さい直流電源であるバックアップ電源（２０）とを電源切替判定部（２５）により切り替え可能に構成されたシステムにおいて、主電源又はバックアップ電源の電力を用いてモータ（８０）を駆動する。

このモータ制御装置は、インバータ回路（７０）及び駆動制御部（４０）を含む。インバータ回路は、主電源又はバックアップ電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給する。駆動制御部は、電流指令値に対する電流検出値のフィードバック制御により演算した駆動信号をインバータ回路に出力する。

駆動制御部は、電流検出値変換部（６１）と、電圧指令値演算部（６３）と、電圧指令上限ガード部（６７）と、を有する。電流検出値変換部は、インバータ回路からモータに流れる相電流の検出値を座標変換し、ｄ軸電流検出値（Ｉｄ＿ｓｎｓ）及びｑ軸電流検出値（Ｉｑ＿ｓｎｓ）を算出する。

電圧指令値演算部は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値にそれぞれｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値を追従させるように、インバータ回路に印加される電圧指令値もしくはその相関値であるｄ軸電圧指令値（Ｄｄ^*）及びｑ軸電圧指令値（Ｄｑ^*）を演算する。電圧指令上限ガード部は、電圧指令上限ガード値により、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値の絶対値の上限をガードする。

電源切替判定部が主電源からバックアップ電源に切り替えたとき、駆動制御部は、主電源が用いられるときに実行される「通常制御」から、使用電力を制限しバックアップ電源の停止を防ぐ制御である「バックアップ制御」に移行する。よって、本発明のモータ制御装置は、バックアップ電源の停止によるモータ出力機能の失陥を回避することができる。また、本発明のモータ制御装置が適用されるシステムでは、低容量のバックアップ電源でバックアップ制御を実現することができるため、バックアップ電源のサイズやコストを低減することができる。

また、本発明は、操舵アシストトルクを出力する操舵アシストモータ（８０１）、ドライバの操舵に対する反力トルクを出力する反力モータ（８０２）、又は、タイヤを転舵させる転舵モータ（８０３）と、上記モータ制御装置と、を備えるステアリングシステムとして提供される。モータ制御装置は、モータとして、操舵アシストモータ、反力モータ又は転舵モータのうち少なくとも一つの駆動を制御する。高い信頼性が求められるステアリングシステムでは、上記モータ制御装置の効果が特に有効に発揮される。

電動パワーステアリングシステムの概略構成図。 ステアバイワイヤシステムの概略構成図。 モータ制御装置が適用されるシステムの電力供給構成を示すブロック図。 図３のシステムにおける電源切替判定処理のフローチャート。 第１、第２実施形態の駆動制御部に共通するフィードバック制御部のブロック図。 第１実施形態の駆動制御部におけるＩＰＭモータ用の電流指令演算部のブロック図。 バックアップ制御への移行処理のフローチャート。 バックアップ電源の充電量及び温度と目標許容電力との関係を示すマップ。 バックアップ電源の充電量及び温度と上限ガード値制限率との関係を示すマップ。 第２実施形態の駆動制御部におけるＳＰＭモータ用の電流指令演算部のブロック図。

以下、本発明の複数の実施形態によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。各実施形態のモータ制御装置は、車両のステアリングシステムに適用され、操舵アシストモータや反力モータや転舵モータの駆動を制御する。また、第１実施形態はＩＰＭモータを駆動対象とし、第２実施形態はＳＰＭモータを駆動対象とする。第１、第２実施形態を包括して「本実施形態」という。

［ステアリングシステム］
図１、図２を参照し、ステアリングシステムとして、電動パワーステアリングシステム（以下「ＥＰＳシステム」）及びステアバイワイヤシステム（以下「ＳＢＷシステム」）の概略構成について説明する。図１、図２では片側のみのタイヤ９９を図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。

図１に、操舵機構と転舵機構とが機械的に結合したＥＰＳシステム９０１の全体構成を示す。なお、図１にはラックアシスト型のＥＰＳシステムを示すが、コラムアシスト型のＥＰＳシステムについても同様である。ＥＰＳシステム９０１では、ステアリングシャフト９２とラック９７とがインターミディエイトシャフト９５により接続されている。

ドライバがハンドル９１を操作すると、ステアリングシャフト９２の回転運動は、インターミディエイトシャフト９５を介してピニオンギア９６に伝達される。ピニオンギア９６の回転運動はラック９７の直線運動に変換され、ラック９７の両端に設けられたタイロッド９８がナックルアーム９８５を往復移動させることで、タイヤ９９が転舵される。

ＥＰＳシステム９０１は、操舵トルクセンサ９４、モータ制御装置３００、操舵アシストモータ８０１等を含む。操舵トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、ドライバの操舵トルクを検出する。モータ制御装置３００は、駆動制御部４０及びインバータ回路７０により構成される。駆動制御部４０は、操舵トルク等に基づき、インバータ回路７０に出力する駆動信号を演算する。インバータ回路７０からの電力供給により操舵アシストモータ８０１が出力した操舵アシストトルクは、減速ギア８９を介してラック９７に伝達される。

図２に、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したＳＢＷシステム９０２の全体構成を示す。ＳＢＷシステム９０２では、ステアリングシャフト９２とラック９７とが分離している。ステアリングシャフト９２側には、ドライバの操舵に対する反力トルクを出力する反力モータ８０２が設けられている。反力モータ８０２が出力した反力トルクは、減速ギア７９を介してステアリングシャフト９２に伝達される。ラック９７側には、ラック９７を直線運動させてタイヤ９９を転舵させる転舵モータ８０３が設けられている。転舵モータ８０３のトルクは、減速ギア８９を介してタイヤ９９に伝達される。

反力モータ８０２及び転舵モータ８０３に対し、それぞれ駆動制御部４０及びインバータ回路７０を含むモータ制御装置３００が設けられている。反力モータ８０２の駆動制御部４０と転舵モータ８０３の駆動制御部４０とは相互に通信し、反力モータ８０２と転舵モータ８０３とが協調して動作するように、それぞれ対応するインバータ回路７０に出力する駆動信号を演算する。

ＥＰＳシステム９０１の操舵アシストモータ８０１、ＳＢＷシステム９０２の反力モータ８０２及び転舵モータ８０３のいずれも、本実施形態では３相ブラシレスモータが用いられる。第１実施形態のモータはＩＰＭモータ、すなわち、突極性を有する埋込永久磁石型同期モータである。第２実施形態のモータはＳＰＭモータ、すなわち、表面永久磁石型同期モータである。各モータ８０１、８０２、８０３は、モータ制御装置３００が一体に形成された機電一体式モータとして構成されてもよい。図３以下では、各モータ８０１、８０２、８０３を包括して「モータ８０」と記す。

［システムの電力供給構成］
次に図３を参照し、モータ制御装置３００が適用されるシステムの電力供給構成について説明する。このシステムは、相対的に容量の大きい直流電源である主電源１０、及び、相対的に容量の小さい直流電源であるバックアップ電源２０を備える。バックアップ電源は、主電源が失陥した際に使用される非常用サブバッテリである。電源電圧については、特許文献１（特開２００７－３２６３７９号公報、対応ＵＳ公報：ＵＳ２００８／０２７７１９１Ａ１）に参照されるように、主電源１０が数百Ｖの高圧バッテリであり、バックアップ電源２０が１２Ｖ程度の低圧バッテリであってもよい。或いは、主電源１０及びバックアップ電源２０とも１２Ｖ程度の低圧バッテリであってもよい。

バックアップ電源装置２００は、バックアップ電源２０、温度センサ２３、スイッチ２４、及び電源切替判定部２５を含む。２入力１出力型のスイッチ２４の一方の入力端子には、必要に応じて降圧回路１２を介して、主電源１０の正極が接続されている。スイッチ２４のもう一方の入力端子にはバックアップ電源２０の正極が接続されている。スイッチ２４の出力端子にはインバータ回路７０の高電位線Ｌｐが接続されている。インバータ回路７０の低電位線Ｌｇは、主電源１０及びバックアップ電源２０の負極と同電位である。

主電源１０が正常であるとき、スイッチ２４の入力側は主電源１０に接続されている。電源切替判定部２５は、主電源１０の電源電圧Ｖｂｔｍを監視し、主電源１０の失陥等により電源電圧Ｖｂｔｍが所定の閾値を下回ったとき、スイッチ２４に切替信号を出力して入力側がバックアップ電源２０に接続されるように切り替える。このようにシステムは、主電源１０及びバックアップ電源２０が電源切替判定部２５により切り替え可能に構成されている。

モータ制御装置３００は、インバータ回路７０及び駆動制御部４０を含み、主電源１０又はバックアップ電源２０の直流電力を用いてモータ８０を駆動する。インバータ回路７０は、ブリッジ接続された上下アームの複数のスイッチング素子から構成され、入力部に平滑コンデンサが設けられる。インバータ回路７０は、主電源１０又はバックアップ電源２０からの直流電力を交流電力に変換してモータ８０に供給する。

駆動制御部４０は、電流指令値に対する電流検出値のフィードバック制御により演算した駆動信号をインバータ回路７０に出力する。駆動制御部４０は、マイコンやプリドライバ等で構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。駆動制御部４０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

また、インバータ回路７０からモータ８０に流れる相電流を検出する電流センサ７５、及び、モータ８０の電気角θを検出する回転角センサ８４が設けられている。電流センサ７５により３相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが検出されてもよいし、３相のうち２相の電流が検出され、残り１相の電流がキルヒホッフの法則により算出されてもよい。電流センサ７５の配置は、図示のようにインバータ回路７０とモータ８０との間の電力経路に限らず、インバータ回路７０の内部に配置されてもよい。３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及び電気角θは、駆動制御部４０に取得される。

また、電源切替判定部２５が主電源１０からバックアップ電源２０に切り替えたとき、電源切替判定部２５から駆動制御部４０に、バックアップ状態であることが通知される。以下、駆動制御部４０において、主電源１０が用いられるときに実行される制御を「通常制御」といい、バックアップ電源２０が用いられるときに実行される制御を「バックアップ制御」という。駆動制御部４０は、バックアップ状態の通知を受けると、通常制御からバックアップ制御に移行する。

バックアップ制御時に駆動制御部４０は、バックアップ電源装置２００からバックアップ電源２０の充電量及び温度の情報を取得する。バックアップ電源２０の充電量は、例えばバックアップ電源２０からインバータ回路７０に流れる電源電流Ｉｂｔｂｕに基づいて判断される。バックアップ電源２０の温度は、例えばバックアップ電源２０の近傍に設置された温度センサ２３により検出される。専用の温度検出値に限らず、外気温や周辺温度の検出値が流用されてもよい。

充電量は、連続値に限らず、「レベル０，１，２，３」のような多段階の充電量レベルとして取得されてもよい。例えばレベル０は充電率０％～２５％、レベル１は充電率２５％～５０％というように規定される。温度については、電源特性の温度依存性に基づき、例えば所定温度以下のときオンする低温フラグとして取得されてもよい。

図４のフローチャートを参照し、電源切替判定処理について説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを示す。Ｓ０１で電源切替判定部２５は、主電源１０の電源電圧Ｖｂｔｍを取得する。Ｓ０２では、電源電圧Ｖｂｔｍが閾値Ｖｂｔｍ＿ｔｈを下回っているか判断される。Ｓ０２でＹＥＳの場合、Ｓ０３で電源切替判定部２５は、スイッチ２４に切替信号を出力し、主電源１０からバックアップ電源２０に切り替える。また、Ｓ０４で電源切替判定部２５は、バックアップ状態であることを駆動制御部４０に通知する。

ところで、バックアップ電源２０は容量が小さいため、バックアップ電源２０の使用時に、瞬間的に電源電流がオーバーシュートするなどして出力上限を超えた電力が出力された場合、バックアップ電源２０が停止し、モータ８０の出力機能が失陥する。例えばＥＰＳシステムでは、バックアップ電源２０の停止により、操舵アシストモータの駆動が停止し、アシスト機能が失陥するという問題がある。

そこで本実施形態のモータ制御装置３００は、バックアップ電源２０を使用するとき、「使用電力を制限しバックアップ電源２０の停止を防ぐ制御」であるバックアップ制御を行う。言い換えれば、本実施形態における「バックアップ制御」とは、「使用電力を制限しバックアップ電源２０の停止を防ぐ制御」を意味する。具体的にモータ制御装置３００は、駆動制御部４０の複数の制御ブロックにおいて電力制限を行う。

［駆動制御部］
続いて駆動制御部４０の詳細な構成について、ＩＰＭモータを駆動対象とする第１実施形態と、ＳＰＭモータを駆動対象とする第２実施形態とに分けて、順に説明する。ＩＰＭモータでは、モータトルクとしてマグネットトルクに加え、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差に基づくリラクタンスが発生する。一方、一般的なＳＰＭモータではリラクタンストルクが発生しない。なお、突極性を有するインセット型ＳＰＭモータでは例外的にリラクタンストルクが発生する。本明細書では、インセット型ＳＰＭモータをＩＰＭモータに含むものとして扱う。

この特性差に基づき、駆動制御部４０において、特にｑ軸電流指令値の演算に関する構成が異なる。以下、第１実施形態としてＩＰＭモータ用の駆動制御部４０１について説明し、第２実施形態としてＳＰＭモータ用の駆動制御部４０２について説明する。共通する事項は第１実施形態の説明に記載する。特にＩＰＭモータ用の制御構成については、特許文献２（特開２０２０－１２７３４６号公報、対応ＵＳ公報：ＵＳ２０２０／０２５２０１５Ａ１）の図２、図３、図４等が参照される。

（第１実施形態）
図５～図９を参照し、第１実施形態について説明する。まず図５を参照し、第１、第２実施形態の駆動制御部４０１、４０２に共通する制御構成を説明する。共通部分は、主にベクトル制御による電流フィードバック制御に関する構成であり、通常制御の構成に加え、本実施形態に特有のバックアップ制御の構成を有している。図５の説明では駆動制御部の符号を「４０１」と記す。

駆動制御部４０１は、電流センサ７５が検出した相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値、及び、回転角センサ８４が検出したモータ８０の電気角θを取得する。また、駆動制御部４０１は、図示しない電圧センサ等からインバータ入力電圧Ｖｉｎを取得する。駆動制御部４０１は、これらの情報に基づくフィードバック制御によりインバータ回路７０を駆動する。さらに駆動制御部４０１は、バックアップ状態の通知信号、バックアップ電源２０の充電量及び温度の情報を取得する。

駆動制御部４０１は、通常制御の構成として、３相２相変換部６１、電流偏差算出部６２、電圧指令値演算部６３、電圧指令上限ガード部６７、２相３相変換部６８、ＰＷＭ制御器６９、目標許容電力演算部４１及び電流制限値演算部４３を有する。基本的にｄｑ軸座標を用いたベクトル制御を想定し、「電流」及び「電圧」はｄｑ軸電流及びｄｑ軸電圧を意味する。

「電流検出値変換部」としての３相２相変換部６１は、電流センサ７５により検出された相電流の検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、電気角θを用いて３相２相座標変換し、ｄ軸電流検出値Ｉｄ＿ｓｎｓ及びｑ軸電流検出値Ｉｑ＿ｓｎｓを算出する。

電流偏差算出部６２は、入力されたｄ軸電流指令値（図中「Ｉｄ指令値」）及びｑ軸電流指令値（図中「Ｉｑ指令値」）と、３相２相変換部６１からフィードバックされたｄｑ軸電流検出値Ｉｄ＿ｓｎｓ、Ｉｑ＿ｓｎｓとの電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを算出する。ここで、Ｉｄ指令値及びＩｑ指令値の具体的な記号は、第１実施形態の駆動制御部４０１と、第２実施形態の駆動制御部４０２とで異なるため、図５では記号を用いないで記す。

電圧指令値演算部６３は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値にそれぞれｄ軸電流検出値Ｉｄ＿ｓｎｓ及びｑ軸電流検出値Ｉｑ＿ｓｎｓを追従させるように、すなわち、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを０に近づけるようにＰＩ演算を行う。電圧指令値演算部６３は、インバータ回路７０の出力電圧の目標値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを演算する。

また、本実施形態の電圧指令値演算部６３は、インバータ入力電圧Ｖｉｎを用いて、式（１．１）、（１．２）により、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*をｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*、Ｄｑ^*に変換する。

ｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*、Ｄｑ^*はｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*の相関値であるが、本明細書では、ｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*、Ｄｑ^*を含めて広義の「ｄｑ軸電圧指令値」と解釈する。したがって、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが入力され、ｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*、Ｄｑ^*を出力するまでの部分を「電圧指令値演算部６３」という。

電圧指令上限ガード部６７は、電圧指令上限ガード値により、ｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*及びｑ軸デューティ比指令値Ｄｑ^*の絶対値の上限をガードし、ガード後のｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^**、Ｄｑ^**を出力する。

例えば電圧指令上限ガード部６７は、ガード後のｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^**を算出してから、ガード後のｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^**に基づき、飽和ガード演算係数を乗じてガード後のｑ軸デューティ比指令値Ｄｑ^**を算出する。このとき電圧指令上限ガード部６７は、ガード後のｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^**についての多項式演算によりｑ軸デューティ比指令値Ｄｑ^**を演算してもよい。多項式演算では、例えば０次項から３次項までを加算した値が算出される。

２相３相変換部６８は、電気角θを用いて、ガード後のデューティ比指令値Ｄｄ^**、Ｄｑ^**を３相デューティ比指令値Ｄｕ^*、Ｄｖ^*、Ｄｗ^*に２相３相座標変換する。ＰＷＭ制御器６９は、３相デューティ比指令値Ｄｕ^*、Ｄｖ^*、Ｄｗ^*に基づく電圧パルス信号を駆動信号として生成し、インバータ回路７０に指令する。駆動信号に従ってインバータ回路７０がスイッチング動作することで、電圧指令値に応じた出力電圧がモータ８０に印加される。

目標許容電力演算部４１は、インバータ回路７０が出力するインバータ電力の上限許容値である目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを演算する。通常制御時、所定の目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを出力する。バックアップ制御時の動作については後述する。

電流制限値演算部４３は、ｄ軸電圧指令値としてのガード前のｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*、ｑ軸電圧指令値としてのｑ軸デューティ比指令値Ｄｑ^*、ｄ軸電流検出値Ｉｄ＿ｓｎｓ、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍ、及びインバータ入力電圧Ｖｉｎを取得する。ｑ軸電流検出値Ｉｑ＿ｓｎｓの情報は無くてもよいため破線で記す。電流制限値演算部４３は、これらの情報に基づき、インバータ電力が目標許容電力Ｐｉｎｖ以下となるように、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算する。

インバータ電力Ｐｉｎｖは、式（１．１）、（１．２）を用いた式（２）で表される。

式（２）のｄ軸電流Ｉｄを検出値Ｉｄ＿ｓｎｓ、ｑ軸電流Ｉｑをｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍとすると、式（３）になる。式（３）を整理すると、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍについての式（４）が得られる。

次に、本実施形態に特有のバックアップ制御の構成について説明する。目標許容電力演算部４１は、バックアップ電源２０の充電量及び温度を取得する。目標許容電力演算部４１は、充電量を、多段階の充電量レベルとして取得してもよく、温度を、所定温度以下のときオンする低温フラグとして取得してもよい。

目標許容電力演算部４１は、バックアップ状態の通知を受信したときバックアップ制御に切り替え、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを通常制御時よりも小さい値に設定する。また、目標許容電力演算部４１は、バックアップ制御時に、バックアップ電源２０の充電量又は温度に応じて、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを可変に設定する。具体的な設定方法については図８を参照して後述する。

さらに、目標許容電力演算部４１の出力側に、バックアップ制御の開始時における目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍの急変を抑制するフィルタ（図中「ＬＰＦ」）４２が設けられている。

また駆動制御部４０１は、上限ガード値制限率演算部６５を有する。上限ガード値制限率演算部６５は、バックアップ状態の通知、バックアップ電源２０の充電量及び温度を取得する。上限ガード値制限率演算部６５は、充電量を、多段階の充電量レベルとして取得してもよく、温度を、所定温度以下のときオンする低温フラグとして取得してもよい。

上限ガード値制限率演算部６５は、「通常制御時の電圧指令上限ガード値に対するバックアップ制御時の電圧指令上限ガード値の制限割合」である上限ガード値制限率αを演算する。通常制御時、上限ガード値制限率演算部６５は、上限ガード値制限率αを１に設定する。

上限ガード値制限率演算部６５は、バックアップ状態の通知を受信したときバックアップ制御に切り替え、上限ガード値制限率αを０より大きく１より小さい値、すなわち通常制御時よりも小さい値に設定する。また、上限ガード値制限率演算部６５は、バックアップ制御時に、バックアップ電源２０の充電量又は温度に応じて、上限ガード値制限率αを可変に設定する。具体的な設定方法については図９を参照して後述する。

さらに、上限ガード値制限率演算部６５の出力側に、バックアップ制御の開始時における上限ガード値制限率αの急変を抑制するフィルタ（図中「ＬＰＦ」）６６が設けられている。

上限ガード値制限率演算部６５が設定した上限ガード値制限率αは、電圧指令上限ガード部６７に入力される。バックアップ制御時、電圧指令上限ガード部６７は、制限率αを乗じた電圧指令上限ガード値により、ｄ軸デューティ比指令値Ｄｄ^*及びｑ軸デューティ比指令値Ｄｑ^*の絶対値の上限をガードし、ガード後のｄｑ軸デューティ比指令値Ｄｄ^**、Ｄｑ^**を出力する。これにより、使用電力が直接的に制限される。

続いて図６を参照し、第１実施形態の駆動制御部４０１におけるＩＰＭモータ用の電流指令演算部の構成について説明する。駆動制御部４０１は、通常制御の構成として、トルク電流変換部４４、トルク電流指令値制限部５６、弱め界磁制御演算部５２、及びｄｑ軸電流変換部５７０を有する。ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの両方に依存するリラクタンストルクを発生するＩＰＭモータでは、モータ８０のトルクに比例するトルク電流を用いることが有効である。トルク電流変換部４４、トルク電流指令値制限部５６、ｄｑ軸電流変換部５７０の詳細に関しては特許文献２が参照される。

トルク電流変換部４４は、ｄ軸電流検出値Ｉｄ＿ｓｎｓを用いてｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍをトルク電流制限値Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍに変換する。トルク電流制限値Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍは、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍが反映された値となる。したがって、バックアップ制御時に目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍが制限されると、トルク電流制限値Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍも制限される。なお、トルク電流変換部４４の後にフィルタが設けられてもよい。

トルク電流指令値制限部５６は、モータに要求されるトルク指令値から換算されたトルク電流指令値Ｉｔｒｑ^*をトルク電流制限値Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍと比較し、小さい方の値を制限後のトルク電流指令値Ｉｔｒｑ^**として出力する。つまり、「Ｉｔｒｑ^*＜Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍ」のとき、トルク電流指令値制限部５６は、入力されたトルク電流指令値Ｉｔｒｑ^*をそのまま出力する。一方、「Ｉｔｒｑ^*≧Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍ」のとき、トルク電流指令値制限部５６は、トルク電流制限値Ｉｔｒｑ＿ｌｉｍを出力する。

弱め界磁制御演算部５２は、モータ８０の回転速度や最大印加電圧に対する飽和度合いに応じて弱め界磁制御用のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｗｆ^*を演算する。モータの高回転時に負のｄ軸電流の絶対値を大きくする弱め界磁制御を行うことで、逆起電力によってモータ巻線に電流が流れにくくなることが防止される。

ｄｑ軸電流変換部５７０は、制限後のトルク電流指令値Ｉｔｒｑ^**及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｗｆ^*を取得し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*に変換する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*は、フィードバック制御の指令値として電流偏差算出部６２に入力される。目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍの制限は、トルク電流指令値Ｉｔｒｑ^*の制限を経て、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*の制限にまで反映される。よって、使用電力が制限される。

また駆動制御部４０１は、バックアップ制御の構成として、弱め開示制御実施判定部５１及びｄ軸電流ゼロ設定判定部５３を有する。弱め開示制御実施判定部５１は、弱め開示制御の実施又は非実施を判定する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*の絶対値を大きくする弱め開示制御を行うと使用電力が増大する。そこで、バックアップ状態では弱め界磁制御を非実施とすることで、使用電力がより制限される。

ところで特許文献１の電動パワーステアリング装置では、バックアップ電源使用時における操舵操作性の確保を優先し、逆にｄ軸電流の絶対値を増大させている。これは、何を最優先するかの着眼点の違いによるものである。そもそも非常時に行われるバックアップ制御では、全ての要求を満足することはできない。たとえ操舵操作性が確保されたとしても、システムが停止してしまったのでは意味がない。この点に着目し、本実施形態では、バックアップ電源２０の停止を回避することを最優先する。

ｄ軸電流ゼロ設定判定部５３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を０Ａ（ゼロアンペア、以下同じ）に設定するか否かを判定する。たとえ弱め開示制御を非実施としてもｄ軸電流指令値Ｉｄ^*の絶対値が小さくなるだけで、０Ａになるとは限らない。そこでｄ軸電流ゼロ設定判定部５３は、バックアップ状態において「Ｉｄ^*＝０Ａ」に設定する有効フラグを強制的にオンする。これにより、使用電力がさらに制限される。

このように第１実施形態の駆動制御部４０１は、バックアップ制御時に、目標許容電力演算部４１、上限ガード値制限率演算部６５、弱め開示制御実施判定部５１、ｄ軸電流ゼロ設定判定部５３において複数の電力制限を多重に実行することで、使用電力を総合的に制限する。したがって、バックアップ電源２０の停止によるモータ出力機能の失陥を回避することができる。具体的に、ＥＰＳシステム９０１では、操舵アシストモータ８０１の駆動停止による操舵アシスト機能の失陥を回避することができる。ＳＢＷシステム９０２では、反力モータ８０２の駆動停止による反力提示機能や、転舵モータ８０３の駆動停止による転舵機能の失陥を回避することができる。よって、車両のステアリングシステムにおける信頼性が向上する。

また、本実施形態のモータ制御装置３００が適用されるシステムでは、低容量のバックアップ電源２０でバックアップ制御を実現することができるため、バックアップ電源２０のサイズやコストを低減することができる。

次に図７のフローチャート及び図８、図９を参照し、駆動制御部４０１におけるバックアップ制御への移行処理について説明する。Ｓ１０では、バックアップ状態であるか、つまり、バックアップ状態の通知信号が受信されたか判断される。Ｓ１０でＹＥＳの場合、バックアップ制御として、第１実施形態ではＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１５の４項目が実行される。なお、後述の第２実施形態ではＳ１５を除く３項目が実行される。これらの実行順序は問わない。

Ｓ１１で目標許容電力演算部４１は、バックアップ電源２０の充電量及び温度に応じて目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを可変に設定する。図８に示すように、充電量が小さいほど目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍは低く設定される。また、通常の温度Ｔ１に比べ低い温度Ｔ２のとき、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍが低く設定される。

Ｓ１２で上限ガード値制限率演算部６５は、バックアップ電源２０の充電量及び温度に応じて上限ガード値制限率αを「０＜α＜１」の範囲で可変に設定する。図９に示すように、充電量が小さいほど上限ガード値制限率αは低く設定される。また、通常の温度Ｔ１に比べ低い温度Ｔ２のとき、上限ガード値制限率αが低く設定される。

図８、図９において、多段階の充電量レベルを用いて、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍや上限ガード値制限率αをステップ状に変化させてもよい。また、低温フラグがオフのときとオンのときとで、充電量に対するマップを切り替えるようにしてもよい。出力値を離散的な数通りに限定することで、演算負荷が低減される。

Ｓ１３で弱め開示制御実施判定部５１は、弱め開示制御実施を非実施と判定する。Ｓ１４では、駆動対象がＩＰＭモータであるか判断される。第１実施形態の場合、Ｓ１４でＹＥＳと判断され、Ｓ１５でｄ軸電流ゼロ設定判定部５３は、「Ｉｄ^*＝０Ａ」に設定する有効フラグをオンにする。

一方、Ｓ１０でＮＯの場合、通常制御としてＳ２１、Ｓ２２が実行される。Ｓ２１、Ｓ２２の実行順序は問わない。Ｓ２１で目標許容電力演算部４１は、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを通常制御時の値に設定する。Ｓ２２で上限ガード値制限率演算部６５は、上限ガード値制限率αを１に設定する。

（第２実施形態）
図１０を参照し、第２実施形態の駆動制御部４０２におけるＳＰＭモータ用の電流指令演算部の構成について説明する。図１０において、図６と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。駆動制御部４０２におけるフィードバック制御部の構成については、第１実施形態と共通に図５が参照される。

ＳＰＭ用の駆動制御部４０２では、電流制限値演算部４３が演算したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍはｑ軸電流制限部５９に入力される。ｑ軸電流制限部５９は、制限前のｑ軸電流指令値Ｉｑ^*をｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍと比較し、小さい方の値を制限後のｑ軸電流指令値Ｉｑ^**として電流偏差算出部６２に出力する。

ｄ軸電流指令値については、第１実施形態の駆動制御部４０１と同様に、弱め開示制御実施判定部５１及び弱め界磁制御演算部５２が設けられている。弱め界磁制御演算部５２が演算した弱め界磁制御用のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｗｆ^*が電流偏差算出部６２に入力される。

第２実施形態におけるバックアップ状態での制御の移行について、図８のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は第１実施形態と同様である。ＳＰＭモータを駆動対象とする第２実施形態では、Ｓ１４でＮＯと判断されるため、Ｓ１５はスキップされる。第２実施形態でも第１実施形態と同様にバックアップ制御時に使用電力を制限することで、バックアップ電源２０の停止によるモータ出力機能の失陥を回避することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）図７のフローチャートでは、バックアップ制御時、第１実施形態で４項目、第２実施形態で３項目の電力制限を実施している。これに限らず、少なくとも目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍ又は上限ガード値制限率αの一方を含む１項目以上のステップのみが実行されてもよい。少なくとも一部の電力制限が実施されることで、バックアップ電源２０の停止によるモータ出力機能の失陥を回避することができる。

（ｂ）バックアップ制御時、目標許容電力演算部４１は、バックアップ電源２０の充電量又は温度のうちいずれか一方の情報のみを用いて目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを可変に設定してもよい。或いは、バックアップ制御時、目標許容電力演算部４１は、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍを通常制御時の値より小さい固定値に設定してもよい。

同様に、バックアップ制御時、上限ガード値制限率演算部６５は、バックアップ電源２０の充電量又は温度のうちいずれか一方の情報のみを用いて上限ガード値制限率αを可変に設定してもよい。或いは、バックアップ制御時、上限ガード値制限率演算部６５は、上限ガード値制限率αを０より大きく１より小さい固定値に設定してもよい。

（ｃ）バックアップ制御の開始時における電力制限急変の影響を考慮しない場合、目標許容電力演算部４１の出力側、又は、上限ガード値制限率演算部６５の出力側にフィルタ４２、６６が設けられなくてもよい。

（ｄ）図３に示す構成例では、バックアップ電源装置２００からモータ制御装置３００の駆動制御部４０にバックアップ状態、充電量及び温度が通知されるが、各情報の判定や通知に関する機能配置はこれに限らない。モータ制御装置３００が検出した電流、電圧値に基づいて、バックアップ制御への移行が判定されてもよい。例えば電源切替判定部２５がモータ制御装置３００の内部に設けられてもよい。その場合、モータ制御装置３００が主電源１０の電圧Ｖｂｔｍを監視し、電圧低下時に主電源１０からバックアップ電源２０に切り替える。

（ｅ）バックアップ制御時のバックアップ電源２０の充電量は、電源電流Ｉｂｔｂｕに限らずバックアップ電源２０の電池容量に基づいて判断されてもよい。その場合、充電量バックアップ電源装置２００は、バックアップ制御の開始後、電池容量を継続的に検出し、充電量に換算してモータ制御装置３００の駆動制御部４０に通知する。それに応じて駆動制御部４０は、目標許容電力Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍ及び上限ガード値制限率αを設定する。

（ｆ）本発明のモータ制御装置は、ＥＰＳやＳＢＷのステアリングシステムに限らず、主電源１０とバックアップ電源２０とを切り替え可能に構成された、どのようなモータの駆動システムに適用されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

本開示に記載の駆動制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の駆動制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の駆動制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０ ・・・主電源、
２０ ・・・バックアップ電源、
２５ ・・・電源切替判定部、
３００・・・モータ制御装置、
４０（４０１、４０２）・・・駆動制御部、
６１ ・・・３相２相変換部（電流検出値変換部）、
６３ ・・・電圧指令値演算部、
６７ ・・・電圧指令上限ガード部、
７０ ・・・インバータ回路、
８０（８０１、８０２、８０３）・・・モータ。

Claims (12)

1. 相対的に容量の大きい直流電源である主電源（１０）と、相対的に容量の小さい直流電源であるバックアップ電源（２０）とを電源切替判定部（２５）により切り替え可能に構成されたシステムにおいて、前記主電源又は前記バックアップ電源の電力を用いてモータ（８０）を駆動するモータ制御装置であって、
   前記主電源又は前記バックアップ電源からの直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ回路（７０）、及び、電流指令値に対する電流検出値のフィードバック制御により演算した駆動信号を前記インバータ回路に出力する駆動制御部（４０）を備え、
   前記駆動制御部は、
   前記インバータ回路から前記モータに流れる相電流の検出値を座標変換し、ｄ軸電流検出値（Ｉｄ＿ｓｎｓ）及びｑ軸電流検出値（Ｉｑ＿ｓｎｓ）を算出する電流検出値変換部（６１）と、
   ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値にそれぞれ前記ｄ軸電流検出値及び前記ｑ軸電流検出値を追従させるように、前記インバータ回路に印加される電圧指令値もしくはその相関値であるｄ軸電圧指令値（Ｄｄ^*）及びｑ軸電圧指令値（Ｄｑ^*）を演算する電圧指令値演算部（６３）と、
   電圧指令上限ガード値により、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の絶対値の上限をガードする電圧指令上限ガード部（６７）と、
   を有し、
   前記電源切替判定部が前記主電源から前記バックアップ電源に切り替えたとき、
   前記駆動制御部は、前記主電源が用いられるときに実行される通常制御から、使用電力を制限し前記バックアップ電源の停止を防ぐ制御であるバックアップ制御に移行するモータ制御装置。
2. 前記駆動制御部は、
   前記インバータ回路が出力するインバータ電力の上限許容値である目標許容電力（Ｐｉｎｖ＿ｌｉｍ）を演算する目標許容電力演算部（４１）と、
   前記ｄ軸電圧指令値、前記ｑ軸電圧指令値、前記ｄ軸電流検出値及び前記ｑ軸電流検出値から算出されるインバータ電力が前記目標許容電力以下となるように、ｑ軸電流制限値（Ｉｑ＿ｌｉｍ）を演算する電流制限値演算部（４３）と、
   をさらに有し、
   前記目標許容電力演算部は、前記バックアップ制御時に前記目標許容電力を前記通常制御時よりも小さい値に設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記駆動制御部は、
   前記通常制御時の前記電圧指令上限ガード値に対する前記バックアップ制御時の前記電圧指令上限ガード値の制限割合である上限ガード値制限率を演算する上限ガード値制限率演算部（６５）をさらに有し、
   前記上限ガード値制限率演算部は、前記バックアップ制御時に前記上限ガード値制限率を０より大きく１より小さい値に設定する請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記目標許容電力演算部は、前記バックアップ制御時に、前記バックアップ電源の充電量又は温度に応じて、前記目標許容電力を可変に設定する請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記記上限ガード値制限率演算部は、前記バックアップ制御時に、前記バックアップ電源の充電量又は温度に応じて、前記上限ガード値制限率を可変に設定する請求項３に記載のモータ制御装置。
6. 前記バックアップ電源の充電量は、前記バックアップ電源から前記インバータ回路に流れる電源電流に基づいて判断される請求項４または５に記載のモータ制御装置。
7. 前記目標許容電力演算部の出力側に、前記バックアップ制御の開始時における前記目標許容電力の急変を抑制するフィルタ（４２）が設けられている請求項２または４に記載のモータ制御装置。
8. 前記上限ガード値制限率演算部の出力側に、前記バックアップ制御の開始時における前記上限ガード値制限率の急変を抑制するフィルタ（６６）が設けられている請求項３または５に記載のモータ制御装置。
9. 前記駆動制御部は、弱め界磁制御の実施又は非実施を判定する弱め開示制御実施判定部（５１）をさらに有し、
   前記弱め開示制御実施判定部は、前記バックアップ制御時に弱め界磁制御を非実施とする請求項２～８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
10. 前記モータはＩＰＭモータであり、
    前記駆動制御部は、ｄ軸電流指令値を０に設定するか否かを判定するｄ軸電流ゼロ設定判定部（５３）をさらに有し、
    前記ｄ軸電流ゼロ設定判定部は、前記バックアップ制御時に前記ｄ軸電流指令値を０に設定する請求項２～９のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
11. 前記電源切替判定部は、前記主電源の電源電圧に基づいて、前記主電源から前記バックアップ電源に切り替える請求項１～１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
12. 操舵アシストトルクを出力する操舵アシストモータ（８０１）、ドライバの操舵に対する反力トルクを出力する反力モータ（８０２）、又は、タイヤを転舵させる転舵モータ（８０３）と、
    前記モータとして、前記操舵アシストモータ、前記反力モータ又は前記転舵モータのうち少なくとも一つの駆動を制御する請求項１～１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    を備えるステアリングシステム。

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