JP3886991B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は自動車等の電動パワーステアリング等に最適な，レゾルバの故障検出方法，ならびに同方法を用いたモータ制御装置に関するものである。

図７は、従来のレゾルバ信号検出装置を示す図である。
図において５１ａおよび５１ｂは二乗回路，５２ａおよび５２ｂは整流回路，５３は加算回路，５４は定電圧回路，５５は比較回路である。
ｓｉｎ信号の二乗とｃｏｓ信号の二乗の和を所定電圧と比較し，異常を判定することが示されている。

実開昭６２−９９８１５号公報

従来のレゾルバ信号検出装置では，上記故障判定の閾値電圧に関しては言及されていなかった。
レゾルバの極数と，モータの極数の組み合わせによっては，レゾルバの断線等の故障時に，モータの実際の電気角とレゾルバにより検出した電気角が９０°以上ずれる。モータの電気角検出値が９０°以上ずれると，モータの出力トルクは指示値と方向が反対になる。このようなモータ制御装置を例えば電動パワーステアリング装置に適用し，故障が発生すると，モータは運転者の操舵力と反対方向に操舵補助力を発生するため，操舵力に略比例した操舵力に抗する力を発生することとなり，最悪ステアリングがロック状態となる。上記故障判定の閾値電圧の設定値によっては，ステアリングロック状態での故障判定が極めて困難となるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので，廉価な極数の少ないレゾルバと，小型高出力に有利な多極モータを組み合わせたモータ制御装置で，確実にレゾルバの故障を検出することを目的する。

本発明の請求項１に関わるモータ制御装置は，ｍ，ｎを自然数とし，２ｍ極モータを，２ｎ極レゾルバによって検出されたロータ回転角θに基づき駆動するモータ制御装置において，励磁信号を上記モータのロータの回転角θに対応したｓｉｎθとｃｏｎθで変調する上記レゾルバの，ｓｉｎθで変調された信号の二乗とｃｏｎθで変調された信号の二乗の加算値を所定の故障判定しきい値と比較し，上記レゾルバの故障を判定するとともに，上記加算値の正常とみなされる値をａ^２とするとき，故障判定しきい値を｛ａ×ｃｏｓ（（π／２）／（ｍ／ｎ））｝^２ 以上とする。

さらに，本発明の請求項２に関わるモータ制御装置は，上記励磁信号の振幅をｂ，上記レゾルバの変圧比をｋとしたとき，上記正常とみなされる値ａ^２を，（ｋ×ｂ）^２とする。

さらに，本発明の請求項３に関わるモータ制御装置は，第１の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると故障と判定して上記モータの駆動を停止し，第２の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以上となると正常と判定して上記モータを駆動する。

さらに，本発明の請求項４に関わるモータ制御装置は，第３の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると，再起動されるまでモータ駆動停止を維持し，上記第１の所定時間を上記第３の所定時間よりも短く設定する。

さらに，本発明の請求項５に関わるモータ制御装置は，上記ｓｉｎθで変調された信号と，上記ｃｏｓθで変調された信号の，振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定を離散系で処理する。

さらに，本発明の請求項６に関わるモータ制御装置は，上記励磁信号の振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定処理を離散系処理する。

さらに，本発明の請求項７に関わるモータ制御装置は，故障と判定したときには，励磁信号を停止する。

さらに，本発明の請求項８に関わるモータ制御装置は，上記モータの出力トルクを車両のステアリング系に作用させるべく構成する。

本発明の請求項１に関わるモータ制御装置は，ｍ，ｎを自然数とし，２ｍ極モータを，２ｎ極レゾルバによって検出されたロータ回転角θに基づき駆動するモータ制御装置において，励磁信号を上記モータのロータの回転角θに対応したｓｉｎθとｃｏｎθで変調する上記レゾルバの，ｓｉｎθで変調された信号の二乗とｃｏｎθで変調された信号の二乗の加算値を所定の故障判定しきい値と比較し，上記レゾルバの故障を判定するとともに，上記加算値の正常とみなされる値をａ^２とするとき，故障判定しきい値を｛ａ×ｃｏｓ（（π／２）／（ｍ／ｎ））｝^２以上とするので，レゾルバの故障を確実に検出することができる。

さらに，本発明の請求項２に関わるモータ制御装置は，上記励磁信号の振幅をｂ，上記レゾルバの変圧比をｋとしたとき，上記正常とみなされる値ａ^２を，（ｋ×ｂ）^２とするので，励磁振幅の変動に関わらずレゾルバの故障を確実に検出することができる。

さらに，本発明の請求項３に関わるモータ制御装置は，第１の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると故障と判定して上記モータの駆動を停止し，第２の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以上となると正常と判定して上記モータを駆動するので，モータの出力トルク方向が指示値と反転する期間を最短としながら，ノイズ等による誤判定を防止し，レゾルバの故障を確実に検出することができる。

さらに，本発明の請求項４に関わるモータ制御装置は，第３の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると，再起動されるまでモータ駆動停止を維持し，上記第２の所定時間を上記第３の所定時間よりも短く設定するので，モータの出力トルク方向が指示値と反転する期間を最短としながら，ノイズ等による誤判定を防止し，レゾルバの故障を確実に検出することができる。

さらに，本発明の請求項５に関わるモータ制御装置は，上記ｓｉｎθで変調された信号と，上記ｃｏｓθで変調された信号の，振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定を離散系で処理するので，マイコンによりレゾルバの故障を判定できる。

さらに，本発明の請求項６に関わるモータ制御装置は，上記励磁信号の振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定処理を離散系処理するので，マイコンによりレゾルバの故障を判定できる。

さらに，本発明の請求項７に関わるモータ制御装置は，故障と判定したときには，励磁信号を停止するので，故障時の励磁回路の焼損を防止することができる。

さらに，本発明の請求項８に関わるモータ制御装置は，上記モータの出力トルクを車両のステアリング系に作用させるので，より安全なステアリング制御装置を構築することができる。

実施の形態１

本発明の第１の実施例について，図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例に係る電動パワーステアリング制御装置の構成図である。

操舵アシストトルクを発生する永久磁石同期モータ（以下ＰＭモータ）５は減速ギア４を介してステアリングシャフト２の一端に接続されており，ステアリングシャフト２の他端にはステアリングホイール１が接続されている。また，ステアリングシャフト２にはステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ３が接続されている。

コントローラ１００はトルクセンサ３のトルク検出値と車速センサ６の車速検出値とに基づいて操舵アシストトルクを決定し，レゾルバ９により検出したロータ位置に応じてＰＭモータ５を駆動することによりステアリングホイール１の操舵をアシストする。

図２は第１の実施例に係る電動パワーステアリング制御装置を機能的に示している。
本実施例では，８極モータ（ｍ＝４）と４極レゾルバ（ｎ＝２）の組み合わせを例に説明を行う。

図中１００は操舵補助制御を行うマイクロコンピュータであり，マイクロコンピュータ１００内にはそのソフトウェア構成を機能ブロックで表してある。図２においてマイクロコンピュータ１００は，ｑ軸目標電流演算部１００ａと，ｄ軸目標電流設定部１００ｂと，位置演算部１００ｃと，ｄｑ変換部１００ｄと，電流制御部１００ｅと，ｄｑ逆変換部１００ｆと，励磁信号発生部１００ｇと，故障判定部１００ｈとを備える。

ｑ軸目標電流演算部１００ａは，操舵トルクを検出するトルクセンサ３のトルク検出信号および車速を検出する車速センサ６の車速検出信号とに基づき所定の演算を行って，ＰＭモータ５を駆動するためのｑ軸目標電流値（Ｉｑ＊）を決定し，決定したｑ軸目標電流値を電流制御部１００ｅに供給する。
ただし，故障判定部１００ｈより，モータ駆動停止信号が供給された場合には，ｑ軸目標電流を０として電流制御部１００ｅに供給する。

ｄ軸目標電流設定部１００ｂは，ｄ軸目標電流を０として電流制御部１００ｅに供給する。

励磁信号発生部１００ｇは，レゾルバ９の励磁信号を生成するための１０ｋＨｚのパルス信号を発生する。前記パルス信号は波形整形され励磁信号ｂ・ｓｉｎωｔ（図３（ａ））としてレゾルバ９に入力される。レゾルバ９からは，レゾルバの変圧比をｋとすると，そのロータ角度θに応じて励磁信号がｓｉｎθで振幅変調された信号ｋ・ｂ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ（図３（ｂ））およびｃｏｓθで振幅変調された信号ｋ・ｂ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ（図３（ｃ））が出力される。

位置演算部１００ｃは，前記ｓｉｎθで振幅変調された信号と前記ｃｏｓθで振幅変調された信号の振幅とみなされる信号をサンプリングして得た ｋ・ｂ・ｓｉｎθおよびｋ・ｂ・ｃｏｓθの情報（図３（ｄ）（ｅ））に基づき，θ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の関係よりレゾルバ位置θを算出する。また，レゾルバ４極（ｎ＝２）に対してモータ８極（ｍ＝４）であることから，モータ電気角θｅをθｅ＝（ｍ／ｎ）＊θ＝２＊θの関係より演算により求め，前記θｅを角速度演算部１００ｇとｄｑ変換部１００ｄとｄｑ逆変換部１００ｆとに供給する。

ｄｑ変換部１００ｄは，電流センサ１０２ａ，１０２ｂにより検出した相電流値（Ｉｕ，Ｉｖ）と前記電気角θｅとに基づき三相―二相変換（ｄｑ変換）を行い，変換後のｄｑ軸電流（Ｉｄ，Ｉｑ）を電流制御部１００ｅとに供給する。

電流制御部１００ｅは，ｄｑ軸目標電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）と検出したｄｑ軸電流（Ｉｄ，Ｉｑ）との偏差に基づきＰＩ制御を行い，ｄｑ軸目標印加電圧（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を生成する。

ｄｑ逆変換部１００ｆは，ｄｑ軸目標印加電圧（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）と前記電気角θｅとに基づき二相―三相変換（ｄｑ逆変換）を行い三相目標印加電圧（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を駆動部１０１に供給する。

故障判定部１００ｈは，前記ｓｉｎθで振幅変調された信号と前記ｃｏｓθで振幅変調された信号の振幅とみなされる信号をサンプリングして得た ｋ・ｂ・ｓｉｎθおよびｋ・ｂ・ｃｏｓθの二乗和を算出すると共に，レゾルバ励磁信号の振幅とみなされる信号をサンプリングして得た励磁信号振幅ｂと予め記憶したレゾルバの変圧比ｋとからａ^２＝（ｋ・ｂ）^２として算出した正常とみなされる値ａ^２に基づいて，故障判定閾値を，｛ａ・ｃｏｓ（（π／２）／（ｍ／ｎ））｝^２ （＝ ｛ｋ・ｂ・ｃｏｓ（４５ｄｅｇ）｝^２ ）として算出する。

故障判定部１００ｈは，前記二乗和が前記故障判定閾値以下の状態が第１の所定時間継続したとき故障と判断し，モータ駆動停止信号をｑ軸目標電流演算部１００ａに出力する。

また，故障判定部１００ｈは，前記二乗和が前記故障判定閾値以上の状態が第２の所定時間継続したとき正常と判断し，モータ駆動許可信号をｑ軸目標電流演算部１００ａに出力する。

さらにまた，故障判定部１００ｈは，前記二乗和が前記故障判定閾値以上の状態が前記第１の所定よりも長く設定された第３の所定時間継続したとき故障と判断し，システムが再起動されるまでモータ駆動停止信号をｑ軸目標電流演算部１００ａに出力すると共に，励磁信号発生部１００ｇから出力されるパルス信号を停止させる。

次に、レゾルバ断線時の故障検出例を説明する。

例えばレゾルバｓｉｎ信号線が断線した場合，位置演算部１００ｃに入力されるｓｉｎθ情報は０となるためモータ電気角検出値θｅは０度固定となる。このとき，モータはトルク発生方向に応じて，電気角９０度または電気角２７０度（＝ −９０度）に張り付くこととなり，電動パワーステアリング装置においては，最悪の場合ステアリングがロック状態となる。

このとき，レゾルバはレゾルバ角で４５度または３１５度（＝ −４５度）の角度に張り付くこととなる。図４にモータ電気角θｅとレゾルバ角θの関係を示す。

このとき，故障判定部１００ｈに入力される信号は，ｓｉｎ信号は断線により０，ｃｏｓ信号はｋ・ｂ・ｃｏｓ（４５ｄｅｇ）となる。これをベクトルで表すと図５のＡで表され，ベクトルＡが故障判定領域に入っている場合に故障を検出することができる。

すなわち，故障判定閾値が，検出したｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の二乗和 ０^２＋｛ｋ・ｂ・ｃｏｓ（４５ｄｅｇ）｝^２ 以上であるとき，故障を検出することが可能となる。

本実施例の８極モータ（ｍ＝４）と４極レゾルバ（ｎ＝２）の組み合わせにおいては，故障判定閾値は｛ａ・ｃｏｓ（（π／２）／（ｍ／ｎ））｝^２ 以上，即ち｛ｋ・ｂ・ｃｏｓ（４５ｄｅｇ）｝^２ 以上に設定されるため，確実に故障検出することが可能となる。

以上のように，本実施例における電動パワーステアリング装置は，レゾルバ断線によりステアリングがロックする状況においても確実に故障検出することができる。

また，励磁信号の振幅ｂを検出し，励磁振幅検出値に応じて故障判定閾値を算出するので，励磁振幅の変動に関わらずレゾルバの故障を確実に検出することができる。

実施の形態２
図６は本発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング制御装置の構成図である。なお，上記実施の形態１と同様の機能をもつ部位には同じ符号を付しており，説明を省略する。
故障判定部１００ｉは，レゾルバ励磁振幅とレゾルバ変圧比とに基づいて予め算出した故障判定閾値を記憶しており，この記憶した故障判定値に基づき故障判定を行う。
本実施例は，実施の形態１と比較してレゾルバ励磁信号モニタ回路が不要となると共に，故障判定閾値の算出が不要となる利点がある。

この発明の実施例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の制御ブロックを示すものである。 この発明の実施の形態に係るレゾルバの信号波形例である。 この発明の実施の形態に係る電気角とレゾルバ角の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る故障判定領域を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の制御ブロックを示すものである。 従来のレゾルバ故障判定を示すブロック図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ トルクセンサ
４ 減速ギア
５ 永久磁石同期モータ
６ 車速センサ
７ バッテリ
８ イグニションキー
９ レゾルバ
１００ コントローラ
１００ａ ｑ軸目標電流演算部
１００ｂ ｄ軸目標電流設定部
１００ｃ 位置演算部
１００ｄ ｄｑ変換部
１００ｅ 電流制御部
１００ｆ ｄｑ逆変換部
１００ｇ 励磁信号発生部
１００ｈ，ｉ 故障判定部
１０１ 駆動部
１０２ａ，ｂ 電流センサ
５１ａ，ｂ 二乗回路
５２ａ，ｂ 整流回路
５３ 加算回路
５４ 定電圧回路
５５ 加算回路

Claims (8)

1. ｍ，ｎを自然数とし，２ｍ極モータを，２ｎ極レゾルバによって検出されたロータ回転角θに基づき駆動するモータ制御装置において，励磁信号を上記モータのロータの回転角θに対応したｓｉｎθとｃｏｎθで変調する上記レゾルバの，ｓｉｎθで変調された信号の二乗とｃｏｎθで変調された信号の二乗の加算値を所定の故障判定しきい値と比較し，上記レゾルバの故障を判定するとともに，上記加算値の正常とみなされる値をａ^２とするとき，故障判定しきい値を｛ａ×ｃｏｓ（（π／２）／（ｍ／ｎ））｝^２以上とすることを特徴とするモータ制御装置。
2. 上記励磁信号の振幅をｂ，上記レゾルバの変圧比をｋとしたとき，上記正常とみなされる値ａ^２を，（ｋ×ｂ）^２とすることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 第１の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると故障と判定して上記モータの駆動を停止し，第２の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以上となると正常と判定して上記モータを駆動する請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 第３の所定時間連続して上記加算値が上記判定しきい値以下となると，再起動されるまでモータ駆動停止を維持し，上記第１の所定時間を上記第３の所定時間よりも短く設定した請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 上記ｓｉｎθで変調された信号と，上記ｃｏｓθで変調された信号の，振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定を離散系で処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 上記励磁信号の振幅とみなされる値をサンプリングし，上記レゾルバの故障判定処理を離散系処理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。
7. 故障と判定したときには，励磁信号を停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 上記モータの出力トルクを車両のステアリング系に作用させるべく構成された請求項１〜７のいずれか一項に記載のステアリング制御装置。
   

Images