JP4267976B2 - Electric power steering device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、モータ電流制御手段の電界効果トランジスタ(FET)、ワイヤハーネス、電流センサ等の故障検出手段を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置は、ブラシ付きモータやブラシレスモータを動力源とする操舵力倍力装置や、マイクロコンピュータユニットおよびモータ駆動装置等からなる制御装置を備え、ステアリングハンドルに付与される操舵力、車速等を検出し、これらの検出信号に基づいて制御装置によってモータを駆動することにより、補助トルクを発生させ、ハンドル操舵力の軽減を図っている。
【0003】
図17は、ブラシレスモータの回転を制御するための従来の制御装置のブロック構成図である。制御装置200は、操舵トルク検出部201からの操舵トルク信号Tと車速検出部202からの車速信号Vを入力として、ブラシレスモータ203を制御する装置であり、目標電流決定部204と電流制御部205と電流センサ206,207と回転速度算出部208から構成される。電流制御部205は、偏差演算部209,210とPI設定部211,212と2軸3相変換部213とモータ駆動部214と、演算部215と、3相2軸変換部216から構成される。ブラシレスモータ203には、ブラシレスモータ203の回転角を検出するためのレゾルバ等の角度センサ217が取り付けられている。
【0004】
目標電流決定部204は、操舵トルク信号Tと車速信号Vと回転速度算出部208から出力されるブラシレスモータ203における回転子の固定子に対する回転角速度ωに基づいて、2相目標電流Idt,Iqtを計算し出力する。目標電流Idt,Iqtは、ブラシレスモータ203の回転子上の永久磁石が作り出す回転磁束と同期した回転座標系において、永久磁石と同一方向のd軸およびこれに直交したq軸にそれぞれ対応するもので、これらの目標電流Idt,Iqtをそれぞれ「d軸目標電流」および「q軸目標電流」という。
【0005】
それらのd軸およびq軸の目標電流Idt,Iqtは偏差演算部209,210において、d軸およびq軸の目標電流Idt,Iqtからd軸およびq軸の検出電流Idr,Iqrをそれぞれ減算することにより偏差DId,DIqを計算して、PI設定部211,212に出力する。
【0006】
PI設定部211,212は偏差DId,DIqを用いた演算の実行により、d軸およびq軸の検出電流Idr,Iqrがd軸およびq軸の目標電流に追従するようにd軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqをそれぞれ計算する。d軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqは、2軸3相変換部213に出力される。
【0007】
2軸3相変換部213は、d軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqを3相目標電圧Vu,Vv,Vwに変換して、3相目標電圧Vu,Vv,Vwをモータ駆動部(モータ駆動回路)214に出力する。
【0008】
モータ駆動部214は、PWM電圧発生部(プリドライブ回路)とインバータ回路を含む。モータ駆動部214は、モータ駆動部214の中の図示しないPWM電圧発生部によって3相目標電圧Vu,Vv,Vwに対応したPWM制御電圧信号(ゲート駆動信号)UU,VU,WUを生成してモータ駆動部214の中の図示しないインバータ回路に出力する。インバータ回路は、PWM制御電圧信号UU,VU,WUに対応した3相の交流駆動電流Iu,Iv,Iwを発生し、これらを3相の駆動電流路218を介してブラシレスモータ203にそれぞれ供給する。3相の交流駆動電流Iu,Iv,Iwはそれぞれブラシレスモータ203をPWM駆動するための正弦波電流である。
【0009】
3相の駆動電流路218のうちの2つにはモータ電流検出部(電流センサ)206,207が設けられ、各モータ電流検出部206,207は、ブラシレスモータ203に対し供給される3相の駆動電流Iu,Iv,Iwのうちの2つの駆動電流Iu,Iwを検出して3相2軸変換部216に出力する。また、演算部215では、検出駆動電流Iu,Iwに基づいて残りの駆動電流Ivが計算され、3相2軸変換部216に出力する。3相2軸変換部216は、これらの3相検出駆動電流Iu,Iv,Iwを2相のd軸およびq軸の検出電流Idr,Iqrに変換し、出力する。
【0010】
角度センサ217は、ブラシレスモータ203における回転子の固定子に対する角度(回転角)θを検出して、検出された角度θに対応する信号を2軸3相変換部213と3相2軸変換部216に供給する。また、回転速度算出部208は、角度センサ217からの信号に基づいてブラシレスモータ203における回転子の固定子に対する回転角速度ωを計算して、計算された回転角速度ωに対応する信号を目標電流決定部204に供給する。
【0011】
上記のように、従来の制御装置200においては、操舵トルク検出部201から出力される操舵トルク信号T、車速検出部202から出力される車速信号V等に基づきブラシレスモータ203に供給する目標電流を設定する。この目標電流と、モータ電流検出部(電流センサ)206,207が出力する検出電流との偏差がゼロになるようにPI制御し、ブラシレスモータ203をベクトル制御している。
【0012】
上記のような制御装置において、電流センサが故障したときに検知する装置として、これまで特許文献1で開示されるブラシレスモータの異常検出装置、特許文献2で開示される電気自動車用電動機の制御装置、特許文献3で開示される電動車両の駆動制御装置が知られている。
【0013】
特許文献1のブラシレスモータの異常検出装置は、3相モータの各相に設けられたモータ巻線の電流を検出する電流センサと、各電流センサの出力値の総和を演算する加算器と、加算値を所定値と比較するコンパレータから構成されており、3相モータに流れる電流の総和がゼロとなることを利用して、総和がゼロにならない場合に故障と判断する。
【0014】
特許文献2の電気自動車用電動機の制御装置は、モータに流れる電流が電流指令値と一致するように制御する電流制御手段と、電流指令値と実電流の偏差を積分する積分手段と、積分値が所定値以上となった場合に異常と判断する異常判定手段から構成されており、電流制御により電流指令値と実電流が一致することを利用し、これらが一致しなくなった場合に故障と判断する。
【0015】
特許文献3の電動車両の駆動制御装置は、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置に応じてモータ電流を供給するモータ電流制御手段と、モータの相電流を検出する少なくとも2つの電流検出手段と、回転位置といずれかの相の電流値とに基づいて他の相に流れるはずの電流値を推定するモータ電流推定手段と、検出された他の相の電流と推定手段で推定される推定電流を比較して、両者の差が所定値以上の場合故障と判断する故障検出手段から構成されており、3相モータに流れる電流はそれぞれ120°の位相差を持って通電されていることを利用し、いずれかの相で検出される電流に対して、位相を120°ずらした値から他の相に流れる電流を推定し、推定電流と検出電流を比較して故障検出を行う。
【0016】
【特許文献1】
特開平6−253585号公報
【特許文献2】
特開平11−332002号公報
【特許文献3】
特開2001−8483公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1のブラシレスモータの異常検出装置においては、3相分の電流を検出してその総和により判定を行うため、2個の電流センサで制御できるにもかかわらず、3相電流すべてを検出するために3個の電流センサが必要となり、コスト高になるという問題がある。
【0018】
また、特許文献2の電気自動車用電動機の制御装置では、実電流が流れないまたはセンサの出力が固着する等の故障であれば検出が可能であるが、電流センサのオフセットずれやゲインずれのように検出値が真値と異なる値で変化するような場合においては、電流制御によって、電流指令値と検出値が一致するように駆動されるため、電流指令値と検出値が一致するか否かというこの手法では電流センサの故障を検出できないという問題がある。
【0019】
同様に、特許文献3の電動車両の駆動制御装置でも、相電流は電流制御によってそれぞれが120°の位相差を持って流れるよう制御されるため、それぞれの相電流の関係が120°ずつ位相差を持っているか否かでは電流センサの故障を検出できないという問題がある。
【0020】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、電動パワーステアリング装置のアシスト補助用モータにおける電流センサの故障検出を行うにあたり、低コストで確実に故障を検出できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【0022】
第1の電動パワーステアリング装置(請求項1に対応)は、操舵トルクに基づき目標電流を決定する目標電流決定手段と、アシストトルクを発生する3相ブラシレスモータと、3相ブラシレスモータの3相のうち2相の電流を検出する電流センサと、2相の電流から残る1相の電流を算出する3相目標電流演算手段と、3相ブラシレスモータの回転角度を検出する角度センサと、回転角度と検出された電流と目標電流に基づきモータ電流制御信号を生成する電流制御手段と、3相ブラシレスモータの駆動電圧を監視する駆動電圧監視手段と、3相ブラシレスモータの検出駆動電流を監視する検出電流監視手段と、を備える電動パワーステアリング装置において、駆動電圧監視手段に入力される駆動電圧から第1故障検知電流を算出し、検出電流監視手段に入力される電流から第2故障検知電流を算出し、第1故障検知電流と第2故障検知電流との和により電流センサの故障を判定する故障検出手段を備えたことで特徴づけられる。
【0023】
第1の電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルクに基づき目標電流を決定する目標電流決定手段と、アシストトルクを発生する3相ブラシレスモータと、3相ブラシレスモータの3相のうち2相の電流を検出する電流センサと、2相の電流から残る1相の電流を算出する3相目標電流演算手段と、3相ブラシレスモータの回転角度を検出する角度センサと、回転角度と検出された電流と目標電流に基づきモータ電流制御信号を生成する電流制御手段と、駆動電圧監視手段と、検出電流監視手段と、を備える電動パワーステアリング装置において、駆動電圧監視手段に入力される駆動電圧から第1故障検知電流を算出し、検出電流監視手段に入力される電流から第2故障検知電流を算出し、第1故障検知電流と第2故障検知電流との和により電流センサの故障を判定する故障検出手段を備えたため、目標電流と実電流が一致するように電流制御が働き、目標電流と実電流が一致している場合においては、駆動電圧監視手段により検出される異常信号により故障が判定され、一方、検出トルクの脈動が無くなるように目標電流が設定され、モータを駆動する電圧に異常信号が現れない場合は、検出電流監視手段により検出される異常信号により電流センサの故障が判定されるので、電動パワーステアリング装置における不感帯かどうか、車速応動による制御の強弱などの電動パワーステアリング装置制御の効き具合によらず、すべてのシチュエーションにおいて電流センサの故障検出が可能となる。また、電流により検出される量と電圧により検出される量の単位を統一して合わせることにより、電流センサの故障量を推定することができ、電流センサの故障の程度に合わせたアクションをとることができる。
【0024】
第2の電動パワーステアリング装置(請求項2に対応)は、上記の構成において、好ましくは駆動電圧監視手段は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定手段と、他の相の駆動電圧と電圧推定手段により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、検出電流監視手段は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定手段と、他の相の検出電流と電流推定手段により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段とから成ることで特徴づけられる。
【0025】
第2の電動パワーステアリング装置によれば、駆動電圧監視手段は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定手段と、他の相の駆動電圧と電圧推定手段により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、検出電流監視手段は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定手段と、他の相の検出電流と電流推定手段により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段とから成るため、検出電流監視手段を2相の検出電流から算出される信号を用いて構成していることにより、3個目の電流センサを用いずに済み、コスト高になることがない。
【0026】
第3の電動パワーステアリング装置(請求項3に対応)は、上記の構成において、好ましくは駆動電圧監視手段は、電流センサの配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出手段と、電圧最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、検出電流監視手段は、電流センサにより検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出手段と、電流最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段と、から成ることで特徴づけられる。
【0027】
第3の電動パワーステアリング装置によれば、駆動電圧監視手段は、電流センサの配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出手段と、電圧最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、検出電流監視手段は、電流センサにより検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出手段と、電流最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段と、から成るため、検出電流監視手段を2相の検出電流から算出される信号を用いて構成していることにより、3個目の電流センサを用いずに済み、コスト高になることがない。
【0028】
第4の電動パワーステアリング装置(請求項4に対応)は、上記の構成において、好ましくは駆動電圧監視手段は、第1の駆動電圧監視手段と第2の駆動電圧監視手段から成り、検出電流監視手段は、第1の検出電流監視手段と第2の検出電流監視手段から成り、第1の駆動電圧監視手段は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定手段と、他の相の駆動電圧と電圧推定手段により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する第1の駆動電圧異常信号生成手段とから成り、第2の駆動電圧監視手段は、電流センサの配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出手段と、電圧最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から駆動電圧の異常信号を生成する第2の駆動電圧異常信号生成手段とから成り、第1の検出電流監視手段は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定手段と、他の相の検出電流と電流推定手段により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する第1の検出電流異常信号生成手段とから成り、第2の検出電流監視手段は、電流センサにより検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出手段と、電流最大値最小値検出手段により検出された最大値および最小値から検出電流の異常信号を生成する第2の検出電流異常信号生成手段と、から成り、回転数に応じて第1の駆動電圧監視手段と第1の検出電流監視手段と、第2の駆動電圧監視手段と第2の検出電流監視手段とを切り換える切換手段を備えたことで特徴づけられる。これにより、確実に電流センサの故障を検出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0030】
図1〜図4を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。
【0031】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置10は、ステアリングホイール11に連結されるステアリング軸12等に対して補助用の操舵力(操舵トルク)を与えるように構成されている。ステアリング軸12の上端はステアリングホイール11に連結され、下端にはピニオンギヤ13が取り付けられている。ピニオンギヤ13に対して、これに噛み合うラックギヤ14aを設けたラック軸14が配置されている。ピニオンギヤ13とラックギヤ14aによってラック・ピニオン機構15が形成される。ラック軸14の両端にはタイロッド16が設けられ、各タイロッド16の外側端には前輪17が取り付けられる。上記ステアリング軸12に対し動力伝達機構18を介してブラシレスモータ19が設けられている。ブラシレスモータ19は、操舵トルクを補助する回転力(トルク)を出力し、この回転力を、動力伝達機構18を経由して、ステアリング軸12に与える。またステアリング軸12には操舵トルク検出部20が設けられている。操舵トルク検出部20は、運転者がステアリングホイール11を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸12に加えたとき、ステアリング軸12に加わる当該操舵トルクを検出する。また、20dは舵角を検出する舵角センサであり、21は車両の車速を検出する車速検出部であり、22はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置22は、操舵トルク検出部20から出力される操舵トルク信号Tと舵角センサ20dから出力される舵角信号と車速検出部21から出力される車速信号Vを取り入れ、操舵トルクに係る情報と舵角に係る情報と車速に係る情報に基づいて、ブラシレスモータ19の回転動作を制御する駆動制御信号SG1を出力する。またブラシレスモータ19には、レゾルバ等によって構成されるモータ回転角検出部(角度センサ)23が付設されている。モータ回転角検出部23の回転角信号SG2は制御装置22にフィードバックされている。上記のラック・ピニオン機構15等は図1中で図示しないギヤボックス24に収納されている。
【0032】
上記において電動パワーステアリング装置10は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部20、舵角センサ20d、車速検出部21、制御装置22、ブラシレスモータ19、動力伝達機構18を付加することによって構成されている。
【0033】
上記構成において、運転者がステアリングホイール11を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸12に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構15を介してラック軸14の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド16を介して前輪17の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸12に付設された操舵トルク検出部20は、ステアリングホイール11での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Tに変換し、この操舵トルク信号Tを制御装置22へ出力する。また、舵角センサ20dは、舵角を検出し舵角信号を制御装置22へ出力する。さらに、車速検出部21は、車両の車速を検出して車速信号Vに変換し、この車速信号Vを制御装置22へ出力する。制御装置22は、操舵トルク信号T、舵角信号および車速信号Vに基づいてブラシレスモータ19を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるブラシレスモータ19は、動力伝達機構18を介して補助操舵力をステアリング軸12に作用させる。以上のごとくブラシレスモータ19を駆動することにより、ステアリングホイール11に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【0034】
図2は、電動パワーステアリング装置10の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸14の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸14は、車幅方向(図2中左右方向)に配置される筒状ハウジング31の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング31から突出したラック軸14の両端にはボールジョイント32がネジ結合され、これらのボールジョイント32に左右のタイロッド16が連結されている。ハウジング31は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット33を備えると共に、両端部にストッパ34を備えている。
【0035】
図2において、35はイグニションスイッチ、36は車載バッテリ、37は車両エンジンに付設された交流発電機(ACG)である。交流発電機37は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置22に対してバッテリ36または交流発電機37から必要な電力が供給される。制御装置22はブラシレスモータ19に付設されている。また38はラック軸の移動時にストッパ34に当たるラックエンド、39はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【0036】
図3は図2中のA−A線断面図である。図3では、ステアリング軸12の支持構造、操舵トルク検出部20、動力伝達機構18、ラック・ピニオン機構15の具体的構成と、ブラシレスモータ19および制御装置22のレイアウトとが明示される。
【0037】
図3において、上記ギヤボックス24を形成するハウジング24aにおいてステアリング軸12は2つの軸受け部41,42によって回転自在に支持されている。ハウジング24aの内部にはラック・ピニオン機構15と動力伝達機構18が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部20が付設されている。ハウジング24aの上部開口はリッド43で塞がれ、リッド43はボルト44で固定されている。ステアリング軸12の下端部に設けられたピニオン13は軸受け部41,42の間に位置している。ラック軸14は、ラックガイド45で案内され、かつ圧縮されたスプリング46で付勢された当て部材47でピニオン13側へ押さえ付けられている。動力伝達機構18は、ブラシレスモータ19の出力軸に結合される伝動軸48に固定されたウォームギヤ49とステアリング軸12に固定されたウォームホイール50とによって形成される。操舵トルク検出部20は、ステアリング軸12の周りに配置される操舵トルク検出センサ20aから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部20bとから構成されている。操舵トルク検出センサ20aはリッド43に取り付けられている。
【0038】
図4は図3中のB−B線断面図である。図4ではブラシレスモータ19および制御装置22の内部の具体的構成が明示される。
【0039】
ブラシレスモータ19は、回転軸51に固定された永久磁石により成る回転子52と、回転子52の周囲に配置された固定子54とを備える。固定子54は固定子巻線53を備える。回転軸51は、2つの軸受け部55,56によって回転自在に支持される。回転軸51の先部はブラシレスモータ19の出力軸19aとなっている。ブラシレスモータ19の出力軸19aは、トルクリミッタ57を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸48に結合されている。伝動軸48には前述の通りウォームギヤ49が固定され、これに噛み合うウォームホイール50が配置されている。回転軸51の後端部には、ブラシレスモータ19の回転子52の回転角(回転位置)を検出する前述のモータ回転角検出部(角度センサ)23が設けられる。モータ回転角検出部23は、回転軸51に固定された回転子23aと、この回転子23aの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子23bとから構成される。モータ回転角検出部23には例えばレゾルバが用いられる。固定子54の固定子巻線53にはモータ電流が供給される。以上のブラシレスモータ19の構成要素は、モータケース58の内部に配置される。
【0040】
次に制御装置22について説明する。制御装置22は、図17で示した制御装置200と同様に、目標電流決定部と電流制御部と電流センサと回転速度算出部を備えている。本発明の実施形態では、電流制御部が従来と異なるため、電流制御部について詳細に説明し、目標電流決定部と電流センサと回転速度算出部は従来の制御装置200と同様であるので説明を省略する。
【0041】
図5は電流制御部のブロック構成図である。電流制御部100は、従来の電流制御部205と同様の偏差演算部209,210とPI設定部211,212と2軸3相変換部213とモータ駆動部214と、演算部215と、3相2軸変換部216に加えて、駆動電圧監視部101と検出電流監視部102と故障検出部103を備えている。ブラシレスモータ19には、ブラシレスモータ19の回転角を検出するためのレゾルバ等の角度センサ23が取り付けられている。駆動電圧監視部101は、2軸3相変換部213から出力される3相目標電圧Vu,Vwが入力され、U相の駆動電圧Vuとモータの回転角度からW相の駆動電圧Vwを推定する電圧推定部(図示せず)と、W相の駆動電圧Vwと電圧推定部(図示せず)により推定される推定電圧を比較して、その差の絶対値が所定値以上のとき異常信号を故障検出部103に出力する装置である。検出電流監視部102は、検出駆動電流Iu,Iwが入力され、U相の検出駆動電流Iuとモータの回転角度からW相の検出駆動電流Iwを推定する電流推定部(図示せず)と、W相の検出駆動電流Iwと電流推定部(図示せず)により推定された推定電流を比較して、その差の絶対値が所定値以上のとき異常信号を故障検出部103に出力する装置である。故障検出部103には、駆動電圧監視部101と検出電流監視部102からの信号が入力され、電流センサ206,207の故障を検知するものである。また、故障検出部103には、故障表示部104が接続されている。そして、故障検出部103は、電流センサ206,207の故障を判断したときは1を、故障を判断しないときはゼロを信号として故障表示部104に出力する。偏差演算部209,210とPI設定部211,212と2軸3相変換部213とモータ駆動部214と、演算部215と、3相2軸変換部216は、基本的には、図17において説明したものと同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。
【0042】
次に、本発明の制御装置において、駆動電圧および検出電流の両方に対して監視手段を設けた理由について説明する。
【0043】
図6に電流センサがオフセットずれ、ゲインずれなどの故障をした場合の3相2軸変換前後の波形を示す。3相2軸変換においては、式(1)に従って3相電流Iu,Iwは2軸電流Id,Iqに変換される。
【0044】
【数1】

Figure 0004267976
【0045】
図6(a)は正常時の3相電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は3相電流を示す。曲線C10は電流Iu、曲線C11は電流Iwを示す。図6(b)は、正常時の2軸電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は2軸電流を示す。曲線C12はd軸電流Id、曲線C13はq軸電流Iqを示す。図6(c)は電流センサのオフセットずれ時の3相電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は3相電流を示す。曲線C20は電流Iu、曲線C21は電流Iwを示す。図6(d)は、電流センサのオフセットずれ時の2軸電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は2軸電流を示す。曲線C22はd軸電流Id、曲線C23はq軸電流Iqを示す。図6(e)は電流センサのゲインずれ時の3相電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は3相電流を示す。曲線C30は電流Iu、曲線C31は電流Iwを示す。図6(f)は、電流センサのゲインずれ時の2軸電流を示し、横軸は電気角を示し、縦軸は2軸電流を示す。曲線C32はd軸電流Id、曲線C33はq軸電流Iqを示す。この図より電流センサにオフセットずれが生じた場合は電気角1周期に対して1次の脈動、電流センサにゲインずれが生じた場合は電気角1周期に対して2次の脈動が検出されるdq軸電流に現れることが分かる。
【0046】
図7は、電動パワーステアリング装置での制御を説明する模式図である。電動パワーステアリング装置における制御は、トルクループ105と電流ループ106の2重の制御がなされている。すなわち、トルク制御部107で設定される目標電流に基づいて電流ループ106内の電流制御部100によって駆動電圧が出力され、それにより、モータ19が駆動される。その駆動するモータ19のモータ電流を電流センサ206,207で検出し、検出電流を電流制御部100にフィードバックさせている。この電流制御部100、モータ19、電流センサ206,207、電流制御部100によって形成されるループが電流ループ106である。また、モータ19の駆動によってギアボックス24内のステアリング軸12にアシストトルクがかかり、トルクセンサ20によって検出されたトルク信号がトルク制御部107にフィードバックされる。このトルク制御部107、電流制御部100、モータ19、ギアボックス24、トルクセンサ20、トルク制御部107によって形成されるループがトルクループ105である。このように、電動パワーステアリング装置10の制御は、モータ19に流れる電流を検出している検出電流が目標電流と一致するように制御する電流ループ106と、操舵補助力を発生するために操舵トルクを検出して目標電流を指示するトルクループ105の2重の制御が働き、このうちトルクループ105は車速、操舵トルク、操舵速度等により制御の度合いを変化させている。
【0047】
図7のように構成されている電動パワーステアリング装置10の制御において、図6で示す電流センサ206,207の故障が生じた場合の各制御の動作について説明する。
【0048】
電流センサ206,207が故障した場合、モータ19内を流れる2軸電流が図6(b)のように正常時の2軸電流のように流れているにもかかわらず、検出される2軸電流が図6(d)と(f)で示されるように、電流センサのオフセットずれ時、ゲインずれ時の2軸電流のように検出されてしまう。そして、この検出された電流が目標電流と一致するように制御が働く。
【0049】
仮に目標電流がゼロの場合を考えると、検出される2軸電流は制御によってゼロとなる。このとき、モータ19内を流れている2軸電流は故障による分だけの脈動が現れ、モータ19を駆動している駆動電圧にも脈動分が現れる。モータ電流の脈動は、これに応じてモータ19の発生するトルクも脈動させ、脈動するモータトルクがドライバーに違和感を感じさせたり、操舵できなくさせてしまう。
【0050】
しかし、電動パワーステアリング装置10には操舵トルクの脈動を低減させるような効果を持つトルク制御があることにより、操舵トルクに現れた脈動を打ち消すように目標電流が調整される。そこで、仮に操舵トルクに脈動が一切現れないような制御がなされた場合を考えると、モータ19内を流れている電流も脈動がなくなり、このモータ19を駆動している駆動電圧の脈動もなくなる。この場合、電流センサ206,207の故障分は検出電流の脈動として現れることになる。
【0051】
このようなことから、電動パワーステアリング装置における電流センサ故障時の故障信号は図8に示すように電流制御とトルク制御の働き度合いによって駆動電圧と検出電流の両方に現れ、それらを合わせた分が電流センサの故障分になると考えられる。すなわち、図8の電流センサの故障している分の駆動電圧に現れる割合と検出電流に現れる割合は、図示するように、電流制御が強くなるほど、発生トルクを乱して検出電流を制御し、駆動電圧に現れる割合が大きくなり、逆に、トルク制御が強い場合には、検出電流を乱して発生トルクを制御し、検出電流に現れる割合が大きくなる。
【0052】
このことに基づき、本発明では、駆動電圧および検出電流の両方に対して監視手段を設け、それらを合わせて故障検出を行うようにしている。ただし、駆動電圧と検出電流では単位が異なるため、単純な加算ができないことから、モータの抵抗値を用いて駆動電圧で検出された成分を電流の単位に換算して処理を行っている。ここで用いるモータの抵抗値は図9に示すような方法で算出され、初期値をモータの設計値、温度変化等に対応するため、保舵時でのvq=R×iqが成立する条件において、この関係式から算出した値にローパスフィルタをかけて計測した値を用いている。すなわち、回路方程式は、(2)式で表され、
【0053】
【数2】
Figure 0004267976
【0054】
保舵状態ではωe=0,PIq=0よりVq=RIqであり、モータ抵抗値の算出のフローチャートは、図9で示すように、まず、Iq微分処理を行いIqの微分値を求め(ステップS10)、Iqローパスフィルタ処理を行いIqLPFを求め(ステップS11)、Vqローパスフィルタ処理を行いVqLPFを求め(ステップS12)、回転速度がしきい値より小さく、Iqの微分値がしきい値より小さく、VqLPFがしきい値より大きく、IqLPFがしきい値より大きいかどうか判断する(ステップS13)。もし、これが満たされなければ、計算は終了し、満たされれば、R=VqLPF/IqLPFを計算し(ステップS14)、RLPF=RLPF処理(ステップS15)を行い、終了する。
【0055】
次に駆動電圧監視部101と検出電流監視部102の説明をする。駆動電圧監視部101は、いずれかの相の駆動電圧とモータ19の回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定部と、他の相の駆動電圧と電圧推定部により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成部とから成り、検出電流監視部102は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定部と、他の相の検出電流と電流推定部により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成部とから成る。
【0056】
図10は、駆動電圧監視部101と検出電流監視部102を示し、駆動電圧監視部101は、2軸3相変換部213からのU相電圧を偏差演算部108に入力し、また、U相電圧を角度センサ23からのモータ回転角度に基づく係数(sin(θ+120°)/sinθ)を掛ける演算部(電圧推定部)109を介して、偏差演算部110に出力する。また、2軸3相変換部213からのW相電圧を偏差演算部110に出力し、また、W相電圧に角度センサ23からのモータ回転角度に基づく係数(sinθ/sin(θ+120°))を掛ける演算部(電圧推定部)111を介して偏差演算部108に出力する。偏差演算部108では、偏差信号を駆動電圧異常信号生成部112に出力する。また、偏差演算部110では、偏差信号を駆動電圧異常信号生成部112に出力する。
【0057】
駆動電圧異常信号生成部112は、偏差演算部108,110からの偏差が所定値より小さければ、正常であることを判断し、正常値信号を故障検出部103に出力し、その偏差が所定値より大きければ、故障と判断し、故障信号(異常信号)、例えば1を故障検出部103に出力する。
【0058】
検出電流監視部102は、電流センサ207からのU相電流を偏差演算部113に入力し、また、U相電流を角度センサ23からのモータ回転角度に基づく係数(sin(θ+120°)/sinθ)を掛ける演算部(電流推定部)114を介して、偏差演算部115に出力する。また、電流センサ206からのW相電流を偏差演算部115に出力し、また、W相電流に角度センサ217からのモータ回転角度に基づく係数(sinθ/sin(θ+120°))を掛ける演算部(電流推定部)116を介して偏差演算部113に出力する。偏差演算部113では、偏差信号を検出電流異常信号生成部117に出力する。また、偏差演算部115では、偏差信号を検出電流異常信号生成部117に出力する。
【0059】
検出電流異常信号生成部117は、偏差演算部113,115から出力される偏差が所定値より小さければ、正常であることを判断し、正常値信号を故障検出部103に出力し、その偏差が所定値より大きければ、故障と判断し、故障信号(異常信号)、例えば1を故障検出部103に出力する。
【0060】
故障検出部103は、駆動電圧異常信号生成部112または検出電流異常信号生成部117から異常信号が出力されたとき故障と判断し、故障信号、例えば1を故障表示部104に出力する。
【0061】
故障表示部104は、電流センサ206,207が故障かどうかを表示する装置であり、例えば、故障検出部103からの入力信号に基づいて点滅する発光ダイオードなどを設けたものである。その発光ダイオードは、故障検出部103からの信号がゼロのときには、点灯しない状態を保ち、故障検出部103からの入力が1のとき、点灯するようにすれば良い。それにより、発光ダイオードが点灯したとき、電流センサ206,207が故障と判断することができる。
【0062】
図11は、センサ故障検出のフローチャートである。舵角速度が20deg/sより小さいかどうか判断する(ステップS20)。舵角速度が20deg/sより小さくないときは、リターンし再びステップS20を実行する。舵角速度が20deg/sより小さいときは、モータ回転角度θが0〜60°、180〜240°の範囲にあるかどうか判断する(ステップS21)。もし、この範囲にモータ回転角度がなければ、ステップS22を実行する。もし、モータ回転角度θがこの範囲にあるならば、Vu*=Vv・(sinθ/sin(θ−120°))を計算する(ステップS23)。次にIu*=Iv・(sinθ/sin(θ−120°))を計算する(ステップS24)。Vw*=Vu・(sin(θ+120°)/sin(θ−120°))を計算し(ステップS25),Iw*=Iu・(sin(θ+120°)/sin(θ−120°))を計算し(ステップS26)、Err1=(Vu−Vu*)/R+(Iu−Iu*)とErr2=(Vw−Vw*)/R+(Iw−Iw*)とを計算し(ステップS27)、Err=Max(Err1,Err2)を計算し(ステップS28)、そして故障判定する(ステップS29)。
【0063】
ステップS21でNoならば、ステップS22を実行し、θが60〜120°、240〜300°の範囲内にあるならば、Vw*=Vu・(sin(θ+120°)/sinθを計算し(ステップS30)、Iw*=Iu・(sin(θ+120°)/sinθ)を計算し(ステップS31)、Err=(Vw−Vw*)/R+(Iw−Iw*)を計算し(ステップS32)、故障判定をする(ステップS29)、ステップS22でNoならば、Vu*=Vw・(sinθ/sin(θ+120°))を計算し(ステップS33)、Iu*=Iw・(sinθ/sin(θ+120°))を計算し(ステップS34)、Err=(Vu−Vu*)/R+(Iu−Iu*)を計算し(ステップS35)、故障判定する(ステップS29)。
【0064】
このように、3相モータを正弦波通電で使用した場合の駆動電圧波形および電流波形は3相がそれぞれ120°ずつの位相差を持った正弦波となる。よってU相電流に対して120°分の位相を変更する係数を掛けてW相電流を推定した値と、検出されるW相電流を比較することで、センサにずれが生じているか否かの判定ができると考える。
【0065】
ただし、推定するための係数はsin(θ+120°)/sin(θ)のようになり、θがゼロとなる角度では無限大の値となる等の問題があることからこれを回避するために、図11に示すように角度により切り換えることで、推定する際の係数は1よりも小さい値となり、推定する際の誤差を低減することができる。
【0066】
図12は、他相推定によるセンサ故障量を示すグラフである。図12(a)は、オフセットずれのときの電気角に対する3相電流の変化を示す。横軸は電気角を示し、縦軸は振幅を示す。曲線C40はU相電流を示し、曲線C41はV相電流を示し、曲線C42はW相電流を示す。また、曲線C43はU相推定電流を示し、曲線C45はW相推定電流を示す。図12(b)は、電気角に対するずれ量を示すグラフである。図12(c)は、ゲインずれのときの電気角に対する3相電流の変化を示す。横軸は電気角を示し、縦軸は振幅を示す。曲線C50はU相電流を示し、曲線C51はV相電流を示し、曲線C52はW相電流を示す。また、曲線C53はU相推定電流を示し、曲線C55はW相推定電流を示す。図12(d)は、電気角に対するずれ量を示すグラフである。
【0067】
このように角度により推定相手を切り換えることで、図12に示すようにずれ量が検出され、駆動電圧のずれ分と検出電流のずれ分をそれぞれ算出し、単位をそろえた上で合わせることで、電流センサのずれ量を検出している。このように検出されたずれをチェックし、ずれ量が閾値を越えた時間が規定時間連続した場合に故障であると判断するようになっている。
【0068】
ただしこの手法では電圧・電流の位相が電気角に対して一致していることが前提となるが、操舵速度が速くなると、駆動電圧の位相が進んでしまうため、操舵速度が充分低い場合に限定して処理を行うようにしている。
【0069】
次に、本発明の第2の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。第2の実施形態では、図1で示した電動パワーステアリング装置の制御装置22における駆動電圧監視部と検出電流監視部を後に述べるように変更した装置である。他の構成要素は同様なので説明を省略する。
【0070】
第2の実施形態における駆動電圧監視部と検出電流監視部の説明をする。図13に示すように駆動電圧監視部120は、電流センサ206,207の配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出部121,122と、電圧最大値最小値検出部121,122により検出された最大値および最小値から駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成部123とから成り、検出電流監視部124は、電流センサ206,207により検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出部125,126と、電流最大値最小値検出部125,126により検出された最大値および最小値から検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成部127と、から成る。
【0071】
駆動電圧監視部120は、2軸3相変換部213からのU相電圧を電圧最大値最小値検出部121に入力し、駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出し、それらの値を駆動電圧異常信号生成部123に出力する。駆動電圧異常信号生成部123では、最大値最小値を用いてオフセットずれと振幅ずれを算出し、オフセットずれの値が所定値以上の時、あるいは、振幅ずれの値が所定値以上の時には異常信号を故障検出部103に出力する。また、2軸3相変換部213からのW相電圧を電圧最大値最小値検出部122に入力し、駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出し、そららの値を駆動電圧異常信号生成部123に出力する。駆動電圧異常信号生成部123では、最大値最小値を用いてオフセットずれと振幅ずれを算出し、オフセットずれの値が所定値以上の時、あるいは、振幅ずれの値が所定値以上の時には異常信号を故障検出部103に出力する。
【0072】
検出電流監視部124は、電流センサ207からのU相電流を電流最大値最小値検出部125に入力し、検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出し、それらの値を検出電流異常信号生成部127に出力する。検出電流異常信号生成部127では、最大値最小値を用いてオフセットずれと振幅ずれを算出し、オフセットずれの値が所定値以上の時、あるいは、振幅ずれの値が所定値以上の時には異常信号を故障検出部103に出力する。また、電流センサ206からのW相電流を電流最大値最小値検出部126に入力し、電流センサ206の1周期分のデータの最大値および最小値を検出し、それらの値を検出電流異常信号生成部127に出力する。検出電流異常信号生成部127では、最大値最小値を用いてオフセットずれと振幅ずれを算出し、オフセットずれの値が所定値以上の時、あるいは、振幅ずれの値が所定値以上の時には異常信号を故障検出部103に出力する。
【0073】
図14は、駆動電圧異常信号生成部123と検出電流異常信号生成部124での最大値・最小値からの電流センサ206,207のオフセットずれとゲインずれの検出の原理を示すグラフである。図14(a)は、オフセットずれでの電流、あるいは電圧の変化を示す。曲線C60はU相電流あるいは電圧であり、曲線C61はW相電流あるいは電圧である。横軸は電気角である、縦軸は振幅を示す。オフセットずれはU相電流あるいは電圧の最大値MAX10と最小値MIN10の中央値のゼロからのずれとして求められる。また、オフセットずれはW相電流あるいは電圧の最大値MAX11と最小値MIN11の中央値のゼロからのずれとして求められる。図14(b)は、ゲインずれでの電流、あるいは電圧の変化を示す。曲線C70はU相電流あるいは電圧であり、曲線C71はW相電流あるいは電圧である。横軸は電気角である、縦軸は振幅を示す。ゲインずれはU相電流あるいは電圧の最大値MAX20と最小値MIN20から求まる振幅のW相電圧あるいは電流の最大値MAX21と最小値MIN21から求まる振幅の差として求められる。
【0074】
故障検出部103は、駆動電圧異常信号生成部123または検出電流異常信号生成部127から異常信号が入力されたときは故障と判断し、故障信号、例えば1を故障表示部104に出力する。それにより、故障表示部104の発光ダイオードが点灯したとき、電流センサ206,207が故障と判断することができる。
【0075】
図15は、センサ故障検出のフローチャートである。舵角速度が5deg/s以上かどうか判断する(ステップS40)。舵角速度が5deg/sより小さいときは、リターンしステップS40を実行する。舵角速度が5deg/s以上のときは、電気角1周期分データ収集したかどうか判断する(ステップS41)。もし、1周期分のデータを収集していない場合は、継続してU相電圧Vuの最大値VuMAXと最小値VuMINを検出し(ステップS42)、W相電圧Vwの最大値VwMAXと最小値VwMINを検出し(ステップS43)、U相電流Iuの最大値IuMAXと最小値IuMINを検出し(ステップS44)、W相電流Iwの最大値IwMAXと最小値IwMINを検出する(ステップS45)。ステップS41で電気角1周期分データ収集したならば、U相電圧Vuの最大値VuMAXと最小値VuMINを確定し(ステップS46)、W相電圧Vwの最大値VwMAXと最小値VwMINを確定し(ステップS47)、U相電流Iuの最大値IuMAXと最小値IuMINを確定し(ステップS48)、W相電流Iwの最大値IwMAXと最小値IwMINを確定する(ステップS49)。次に、U相オフセットずれUoffset={(IuMAX+IuMIN)−(VuMAX+VuMIN)/R}/2を計算し(ステップS50)、W相オフセットずれWoffset={(IwMAX+IwMIN)−(VwMAX+VwMIN)/R}/2を計算し(ステップS51)、電圧ゲインずれVpperr={VuMAX−VuMIN)−(IwMAX−IwMIN)}/2を計算し(ステップS52)、電流ゲインずれIpperr={(IuMAX−IuMIN)−(IwMAX−IwMIN)}/2を計算し(ステップS53)、ゲインずれPperr=Vpp/R+Ipperrを計算し(ステップS54)、故障判定する(ステップS55)。
【0076】
このようにして確実に電流センサの故障を検知することができる。
【0077】
次に、本発明の第3の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。第3の実施形態では、図1で示した電動パワーステアリング装置の制御装置22における駆動電圧監視部と検出電流監視部を後に述べるように変更した装置である。他の構成要素は同様なので説明を省略する。
【0078】
図16は第3の実施形態での駆動電圧監視部と検出電流監視部を示した図である。第3の実施形態での駆動電圧監視部は、第1の駆動電圧監視部130と第2の駆動電圧監視部131から成り、検出電流監視部は、第1の検出電流監視部132と第2の検出電流監視部133から成り、第1の駆動電圧監視部130は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定部109,111と、他の相の駆動電圧と電圧推定部109,111により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する第1の駆動電圧異常信号生成部112とから成り、第2の駆動電圧監視部131は、電流センサ206,207の配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出部121,122と、電圧最大値最小値検出部121,122により検出された最大値および最小値から駆動電圧の異常信号を生成する第2の駆動電圧異常信号生成部123とから成り、第1の検出電流監視部132は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定部114,116と、他の相の検出電流と電流推定部114,116により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する第1の検出電流異常信号生成部117とから成り、第2の検出電流監視部133は、電流センサ206,207により検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出部125,126と、電流最大値最小値検出部125,126により検出された最大値および最小値から検出電流の異常信号を生成する第2の検出電流異常信号生成部127と、から成り、回転数に応じて第1の駆動電圧監視部130と第1の検出電流監視部132と、第2の駆動電圧監視部131と第2の検出電流監視部133とを切り換える切換部134,135を備えた。
【0079】
この構成において、第1の駆動電圧監視部130と第1の検出電流監視部132は、第1の実施形態での駆動電圧監視部101と検出電流監視部102の構成と同様であり、また、第2の駆動電圧監視部131と第2の検出電流監視部133は、第2の実施形態での駆動電圧監視部120と検出電流監視部124の構成と同様であるので符号を同じにして説明を省略し、切換部134,135について説明する。
【0080】
切換部134,135は、回転速度算出部208からの角速度信号ωを入力し、その角速度信号ωが所定の角速度(例えば、20deg/s)以下のときには、第1の駆動電圧監視部130と第1の検出電流監視部132に切り換え、第1の実施形態で説明したように故障検知を行う。また、所定の角速度より大きいときは、第2の駆動電圧監視部131と第2の検出電流監視部133に切り換え、第2の実施形態で説明したように故障検知を行う。
【0081】
これにより、第1の実施形態での故障検知では操舵速度が充分低い場合以外では位相ずれの影響により誤検出してしまい、第2の実施形態での回転していない場合などでの1周期分のデータが取得できないことによる検出できなくなってしまうということを解消できる。すなわち、モータの回転速度が低い場合(ハンドル上20deg/sec以下)には第1の駆動電圧監視部130と第1の検出電流監視部132により検出し、回転速度が高い場合(ハンドル上5deg/sec以上)には第2の駆動電圧監視部131と第2の検出電流監視部133により検出する。これにより、すべての回転速度において検出が可能となる。ハンドル上、5deg/sec〜20deg/secの間では、第1、第2両方で監視し、故障検出中に切り替えが起こり、故障検出の時間が長くなることを防止している。
【0082】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【0083】
目標電流と実電流が一致するように電流制御が働き、目標電流と実電流が一致している場合においては、駆動電圧監視手段により検出される異常信号により故障が判定され、一方、検出トルクの脈動が無くなるように目標電流が設定され、モータを駆動する電圧に異常信号が現れない場合は、検出電流監視手段により検出される異常信号により故障が判定されるので、電動パワーステアリング装置における電動パワーステアリング装置制御の効き具合(不感帯かどうか、車速応動による制御の強弱)によらず、すべてのシチュエーションにおいて故障検出が可能となる。また、電流により検出される量と電圧により検出される量の単位を統一して合わせることにより、電流センサの故障量を推定することができ、センサの故障の程度に合わせたアクションをとることができる。
【0084】
また、検出電流監視手段を2相の検出電流から算出される信号を用いて構成していることにより、3個目の電流センサを用いずに済み、コスト高になることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図2】電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。
【図3】図2におけるA−A線断面図である。
【図4】図3におけるB−B線断面図である。
【図5】電流制御部のブロック構成図である。
【図6】電流センサが故障した場合の3相2軸変換前後の波形を示すグラフである。
【図7】電動パワーステアリング装置での制御を説明する模式図である。
【図8】電流センサの故障している分の駆動電圧に現れる割合と検出電流に現れる割合を示す図である。
【図9】モータの抵抗値の算出方法の手順を示す図である。
【図10】第1の実施形態での駆動電圧監視部と検出電流監視部のブロック構成図である。
【図11】第1の実施形態での電流センサ故障検出フローチャートである。
【図12】第1の実施形態での電流センサ故障量の検出を説明するグラフである。
【図13】第2の実施形態での駆動電圧監視部と検出電流監視部のブロック構成図である。
【図14】第2の実施形態での電流センサ故障量の検出を説明するグラフである。
【図15】第2の実施形態での電流センサ故障検出フローチャートである。
【図16】第3の実施形態での駆動電圧監視部と検出電流監視部のブロック構成図である。
【図17】従来の電動パワーステアリング装置の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
10 電動パワーステアリング装置
11 ステアリングホイール
12 ステアリング軸
18 動力伝達機構
19 ブラシレスモータ
20 操舵トルク検出部
20d 舵角センサ
22 制御装置
23 モータ回転角検出部(角度センサ)
100 電流制御部
101 駆動電圧監視部
102 検出電流監視部
103 故障検出部
104 故障表示部
206 電流センサ
207 電流センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to an electric power steering apparatus provided with failure detection means such as a field effect transistor (FET), a wire harness, and a current sensor of motor current control means.
[0002]
[Prior art]
A conventional electric power steering device includes a steering force booster using a motor with a brush or a brushless motor as a power source, a control device including a microcomputer unit and a motor drive device, and the like. By detecting the vehicle speed and the like and driving a motor by a control device based on these detection signals, auxiliary torque is generated to reduce the steering force of the steering wheel.
[0003]
FIG. 17 is a block diagram of a conventional control device for controlling the rotation of the brushless motor. The control device 200 is a device that controls the brushless motor 203 with the steering torque signal T from the steering torque detection unit 201 and the vehicle speed signal V from the vehicle speed detection unit 202 as inputs, and a target current determination unit 204 and a current control unit 205. And current sensors 206 and 207 and a rotation speed calculation unit 208. The current control unit 205 includes deviation calculation units 209 and 210, PI setting units 211 and 212, a two-axis three-phase conversion unit 213, a motor drive unit 214, a calculation unit 215, and a three-phase two-axis conversion unit 216. . An angle sensor 217 such as a resolver for detecting the rotation angle of the brushless motor 203 is attached to the brushless motor 203.
[0004]
The target current determination unit 204 determines the two-phase target currents Idt and Iqt based on the steering torque signal T, the vehicle speed signal V, and the rotational angular velocity ω of the rotor of the brushless motor 203 output from the rotational speed calculation unit 208 with respect to the stator. Calculate and output. The target currents Idt and Iqt correspond to the d-axis in the same direction as the permanent magnet and the q-axis orthogonal thereto in the rotating coordinate system synchronized with the rotating magnetic flux generated by the permanent magnet on the rotor of the brushless motor 203, respectively. These target currents Idt and Iqt are referred to as “d-axis target current” and “q-axis target current”, respectively.
[0005]
The d-axis and q-axis target currents Idt and Iqt are subtracted from the d-axis and q-axis target currents Idt and Iqt in the deviation calculation units 209 and 210, respectively. To calculate the deviations DId and DIq and output them to the PI setting units 211 and 212.
[0006]
The PI setting units 211 and 212 execute calculations using the deviations DId and DIq so that the detected currents Idr and Iqr of the d-axis and the q-axis follow the target currents of the d-axis and the q-axis. Target voltages Vd and Vq are calculated respectively. The d-axis and q-axis target voltages Vd and Vq are output to the 2-axis 3-phase converter 213.
[0007]
The two-axis three-phase conversion unit 213 converts the d-axis and q-axis target voltages Vd, Vq into three-phase target voltages Vu, Vv, Vw, and converts the three-phase target voltages Vu, Vv, Vw into a motor drive unit (motor Drive circuit) 214.
[0008]
The motor drive unit 214 includes a PWM voltage generation unit (pre-drive circuit) and an inverter circuit. The motor drive unit 214 generates PWM control voltage signals (gate drive signals) UU, VU, WU corresponding to the three-phase target voltages Vu, Vv, Vw by a PWM voltage generation unit (not shown) in the motor drive unit 214. This is output to an inverter circuit (not shown) in the motor drive unit 214. The inverter circuit generates three-phase AC drive currents Iu, Iv, Iw corresponding to the PWM control voltage signals UU, VU, WU, and supplies these to the brushless motor 203 via the three-phase drive current path 218, respectively. . Three-phase AC drive currents Iu, Iv, and Iw are sinusoidal currents for PWM driving the brushless motor 203, respectively.
[0009]
Two of the three-phase drive current paths 218 are provided with motor current detection units (current sensors) 206 and 207, and each of the motor current detection units 206 and 207 is supplied with the three-phase drive current path 218. Two drive currents Iu and Iw out of the drive currents Iu, Iv, and Iw are detected and output to the three-phase biaxial conversion unit 216. Further, the calculation unit 215 calculates the remaining drive current Iv based on the detected drive currents Iu and Iw and outputs the calculated drive current Iv to the three-phase biaxial conversion unit 216. The three-phase two-axis conversion unit 216 converts these three-phase detection drive currents Iu, Iv, Iw into two-phase d-axis and q-axis detection currents Idr, Iqr and outputs them.
[0010]
The angle sensor 217 detects an angle (rotation angle) θ of the rotor with respect to the stator in the brushless motor 203, and outputs signals corresponding to the detected angle θ to the two-axis three-phase conversion unit 213 and the three-phase two-axis conversion unit. 216. Further, the rotation speed calculation unit 208 calculates a rotation angular speed ω of the rotor of the brushless motor 203 relative to the stator based on the signal from the angle sensor 217, and determines a signal corresponding to the calculated rotation angular speed ω as a target current. To the unit 204.
[0011]
As described above, in the conventional control device 200, the target current supplied to the brushless motor 203 based on the steering torque signal T output from the steering torque detection unit 201, the vehicle speed signal V output from the vehicle speed detection unit 202, and the like. Set. PI control is performed so that the deviation between the target current and the detection currents output from the motor current detection units (current sensors) 206 and 207 becomes zero, and the brushless motor 203 is vector-controlled.
[0012]
In the control device as described above, as a device for detecting when a current sensor fails, an abnormality detection device for a brushless motor disclosed in Patent Literature 1 and a control device for an electric vehicle motor disclosed in Patent Literature 2 An electric vehicle drive control device disclosed in Patent Document 3 is known.
[0013]
The abnormality detection device for a brushless motor disclosed in Patent Literature 1 includes a current sensor that detects a current of a motor winding provided in each phase of a three-phase motor, an adder that calculates the sum of output values of each current sensor, and an addition A comparator that compares a value with a predetermined value is used, and the fact that the sum of currents flowing through the three-phase motor is zero is determined to be a failure when the sum does not become zero.
[0014]
A control device for an electric motor for an electric vehicle disclosed in Patent Document 2 includes a current control unit that controls a current flowing through a motor to match a current command value, an integration unit that integrates a deviation between the current command value and the actual current, and an integral value It is composed of an abnormality determination means that determines that an abnormality occurs when the value exceeds a predetermined value. Utilizing the fact that the current command value matches the actual current by current control, it is determined that there is a failure when they do not match. To do.
[0015]
The drive control device for an electric vehicle disclosed in Patent Document 3 includes a rotation position detection unit that detects a rotation position of a motor, a motor current control unit that supplies a motor current according to the rotation position, and at least two that detects a phase current of the motor. One current detection means, a motor current estimation means for estimating a current value that should flow to the other phase based on the rotational position and the current value of one of the phases, and the detected current of the other phase and the estimation means Comparing the estimated currents, it is composed of failure detection means that determines that a failure occurs if the difference between the two is greater than or equal to a predetermined value. The current flowing through the three-phase motor is energized with a phase difference of 120 °. The current flowing in the other phase is estimated from the value shifted by 120 ° with respect to the current detected in one of the phases, and the detected current is compared with the detected current to detect the fault. Do.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-6-253585
[Patent Document 2]
JP 11-332002 A
[Patent Document 3]
JP 2001-8484 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the abnormality detection device for a brushless motor disclosed in Patent Document 1 detects the current for three phases and makes a determination based on the sum of the currents, all three-phase currents can be controlled even though it can be controlled by two current sensors. In order to detect, three current sensors are needed, and there exists a problem that cost becomes high.
[0018]
In addition, in the control device for the electric vehicle electric motor of Patent Document 2, it is possible to detect a failure such as no actual current flowing or the sensor output being stuck, but it seems to be an offset deviation or gain deviation of the current sensor. When the detected value changes with a value different from the true value, the current command value and the detected value are driven by current control so that the current command value and the detected value match. This method has a problem that a failure of the current sensor cannot be detected.
[0019]
Similarly, in the drive control device for an electric vehicle disclosed in Patent Document 3, the phase currents are controlled to flow with a phase difference of 120 ° by current control, so that the relationship between the phase currents is 120 ° in phase difference. There is a problem that a failure of the current sensor cannot be detected depending on whether or not it has a current.
[0020]
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of reliably detecting a failure at a low cost when detecting a failure of a current sensor in an assist assist motor of the electric power steering device. is there.
[0021]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The electric power steering apparatus according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
[0022]
A first electric power steering apparatus (corresponding to claim 1) includes a target current determining means for determining a target current based on a steering torque, a three-phase brushless motor for generating assist torque, and a three-phase brushless motor. Among them, a current sensor for detecting a two-phase current, a three-phase target current calculation means for calculating a one-phase current remaining from the two-phase current, an angle sensor for detecting a rotation angle of a three-phase brushless motor, Current control means for generating a motor current control signal based on the detected current and the target current; Drive voltage monitoring means for monitoring the drive voltage of the three-phase brushless motor; detection current monitoring means for monitoring the detected drive current of the three-phase brushless motor; In an electric power steering apparatus comprising: The first failure detection current is calculated from the drive voltage input to the drive voltage monitoring means, the second failure detection current is calculated from the current input to the detection current monitoring means, and the first failure detection current and the second failure detection current are calculated. And current sensor It is characterized by having a failure detection means for determining the failure.
[0023]
According to the first electric power steering apparatus, target current determining means for determining a target current based on the steering torque, a three-phase brushless motor that generates assist torque, and a two-phase current among the three phases of the three-phase brushless motor A current sensor that detects a rotation angle of a three-phase brushless motor, a three-phase target current calculation unit that calculates a one-phase current remaining from a two-phase current, a rotation angle, and a detected current Current control means for generating a motor current control signal based on the target current; Drive voltage monitoring means, detected current monitoring means, In an electric power steering apparatus comprising: The first failure detection current is calculated from the drive voltage input to the drive voltage monitoring means, the second failure detection current is calculated from the current input to the detection current monitoring means, and the first failure detection current and the second failure detection current are calculated. With the sum of Since it has a failure detection means to determine the failure of the current sensor, current control works so that the target current and the actual current match, and when the target current and the actual current match, it is detected by the drive voltage monitoring means On the other hand, if the target current is set so that there is no pulsation of the detected torque and no abnormal signal appears in the voltage that drives the motor, the abnormal signal detected by the detected current monitoring means Since the failure of the current sensor is determined, it is possible to detect the failure of the current sensor in all situations regardless of whether it is a dead zone in the electric power steering device or the effectiveness of the electric power steering device control, such as the strength of control due to vehicle speed response. It becomes. Also, by unifying the unit of the amount detected by the current and the amount detected by the voltage, the amount of failure of the current sensor can be estimated, and the action according to the degree of failure of the current sensor should be taken Can do.
[0024]
In the second electric power steering device (corresponding to claim 2), the drive voltage monitoring unit preferably estimates the voltage of the other phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor. Comprising voltage estimation means, and drive voltage abnormality signal generation means for comparing the estimated voltage estimated by the voltage estimation means with the drive voltage of the other phase to generate an abnormality signal of the drive voltage. The current estimation means for estimating the current of the other phase from the detected current of the phase and the rotation angle of the motor, and the detected current abnormality signal by comparing the detected current of the other phase and the estimated current estimated by the current estimation means And a detected current abnormality signal generating means for generating.
[0025]
According to the second electric power steering apparatus, the drive voltage monitoring means includes voltage estimation means for estimating the voltage of the other phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor, and the drive voltage of the other phase. Drive voltage abnormality signal generation means for comparing the estimated voltage estimated by the voltage estimation means to generate a drive voltage abnormality signal, and the detection current monitoring means is based on the detection current of any phase and the rotation angle of the motor. Current estimation means for estimating the current of the other phase, and detection current abnormality signal generation means for generating a detection current abnormality signal by comparing the detection current of the other phase with the estimation current estimated by the current estimation means Therefore, by configuring the detection current monitoring means using a signal calculated from the two-phase detection current, it is not necessary to use the third current sensor, and the cost is not increased.
[0026]
In the third electric power steering apparatus (corresponding to claim 3), in the above-mentioned configuration, the drive voltage monitoring means preferably has a maximum of data for one cycle of the drive voltage of each phase where the current sensor is arranged. Voltage maximum value / minimum value detection means for detecting the value and minimum value, and drive voltage abnormality signal generation means for generating a drive voltage abnormality signal from the maximum value and minimum value detected by the voltage maximum value / minimum value detection means. The detected current monitoring means includes a current maximum value minimum value detecting means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the detected current of each phase detected by the current sensor, and a current maximum value minimum value detecting means. And a detected current abnormality signal generating means for generating an abnormality signal of the detected current from the maximum value and the minimum value detected by the above.
[0027]
According to the third electric power steering apparatus, the drive voltage monitoring means detects the maximum value and the minimum value of the data for one cycle of the drive voltage of each phase where the current sensor is arranged. The detection means and a drive voltage abnormality signal generation means for generating a drive voltage abnormality signal from the maximum value and the minimum value detected by the voltage maximum value minimum value detection means, and the detected current monitoring means is detected by the current sensor. Current maximum value / minimum value detection means for detecting the maximum value and minimum value of data for one cycle of the detected current of each phase, and the detected current from the maximum value and the minimum value detected by the current maximum value / minimum value detection means Detection current abnormality signal generation means for generating an abnormal signal of the above, so that the detection current monitoring means is configured by using signals calculated from the two-phase detection current, thereby providing three Finished without using a current sensor, it never becomes costly.
[0028]
In the fourth electric power steering apparatus (corresponding to claim 4), in the above configuration, preferably the drive voltage monitoring means includes a first drive voltage monitoring means and a second drive voltage monitoring means, and a detected current monitor. The means includes first detection current monitoring means and second detection current monitoring means, and the first drive voltage monitoring means estimates the voltage of the other phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor. And a first drive voltage abnormality signal generation means for generating a drive voltage abnormality signal by comparing the drive voltage of the other phase with the estimated voltage estimated by the voltage estimation means, The drive voltage monitoring means includes a voltage maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the drive voltage of each phase in which the current sensor is arranged, and a voltage maximum value / minimum value detection means. Detected by And a second drive voltage abnormality signal generating means for generating a drive voltage abnormality signal from the value and the minimum value. The first detection current monitoring means determines the other from the detection current of any phase and the rotation angle of the motor. Current estimation means for estimating the current of the phase, and first detection current abnormality signal generation means for generating an abnormality signal of the detection current by comparing the detection current of the other phase and the estimation current estimated by the current estimation means The second detection current monitoring means comprises a current maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the detection current of each phase detected by the current sensor, and a current maximum value. Second detection current abnormality signal generation means for generating an abnormality signal of the detection current from the maximum value and the minimum value detected by the minimum value detection means, and the first drive voltage monitoring means and the first detection voltage according to the rotational speed 1 detection current monitor And means, characterized by comprising a second driving voltage monitoring means and switching means for switching a second detection current monitoring means. Thereby, a failure of the current sensor can be reliably detected.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0030]
The overall configuration of the electric power steering apparatus according to the present invention, the main configuration of the mechanical mechanism, and the layout of the electronic circuit unit will be described with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. The electric power steering device 10 is configured to give auxiliary steering force (steering torque) to the steering shaft 12 and the like connected to the steering wheel 11. An upper end of the steering shaft 12 is connected to the steering wheel 11, and a pinion gear 13 is attached to the lower end. A rack shaft 14 provided with a rack gear 14a meshing with the pinion gear 13 is disposed. A rack and pinion mechanism 15 is formed by the pinion gear 13 and the rack gear 14a. Tie rods 16 are provided at both ends of the rack shaft 14, and front wheels 17 are attached to the outer ends of the tie rods 16. A brushless motor 19 is provided on the steering shaft 12 via a power transmission mechanism 18. The brushless motor 19 outputs a rotational force (torque) that assists the steering torque, and applies this rotational force to the steering shaft 12 via the power transmission mechanism 18. The steering shaft 12 is provided with a steering torque detector 20. The steering torque detector 20 detects the steering torque applied to the steering shaft 12 when the steering torque generated by the driver operating the steering wheel 11 is applied to the steering shaft 12. Reference numeral 20d denotes a steering angle sensor that detects a steering angle, reference numeral 21 denotes a vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed of the vehicle, and reference numeral 22 denotes a control device constituted by a computer. The control device 22 takes in the steering torque signal T output from the steering torque detection unit 20, the steering angle signal output from the steering angle sensor 20d, and the vehicle speed signal V output from the vehicle speed detection unit 21, and information related to the steering torque. And a drive control signal SG1 for controlling the rotation operation of the brushless motor 19 based on the information on the steering angle and the information on the vehicle speed. Further, the brushless motor 19 is provided with a motor rotation angle detector (angle sensor) 23 constituted by a resolver or the like. The rotation angle signal SG2 of the motor rotation angle detector 23 is fed back to the control device 22. The rack and pinion mechanism 15 and the like are housed in a gear box 24 not shown in FIG.
[0032]
In the above, the electric power steering device 10 adds a steering torque detection unit 20, a steering angle sensor 20d, a vehicle speed detection unit 21, a control device 22, a brushless motor 19, and a power transmission mechanism 18 to a normal steering system configuration. Is made up of.
[0033]
In the above configuration, when the driver operates the steering wheel 11 to steer in the traveling direction during the traveling operation of the automobile, the rotational force based on the steering torque applied to the steering shaft 12 is transmitted via the rack and pinion mechanism 15. It is converted into a linear motion in the axial direction of the rack shaft 14, and further, the traveling direction of the front wheel 17 is changed via the tie rod 16. At this time, at the same time, the steering torque detector 20 attached to the steering shaft 12 detects the steering torque corresponding to the steering by the driver at the steering wheel 11 and converts it into an electrical steering torque signal T. A steering torque signal T is output to the control device 22. The steering angle sensor 20 d detects the steering angle and outputs a steering angle signal to the control device 22. Further, the vehicle speed detection unit 21 detects the vehicle speed of the vehicle, converts it into a vehicle speed signal V, and outputs this vehicle speed signal V to the control device 22. The control device 22 generates a motor current for driving the brushless motor 19 based on the steering torque signal T, the steering angle signal, and the vehicle speed signal V. The brushless motor 19 driven by the motor current causes an auxiliary steering force to act on the steering shaft 12 via the power transmission mechanism 18. By driving the brushless motor 19 as described above, the steering force applied by the driver to the steering wheel 11 is reduced.
[0034]
FIG. 2 shows a specific configuration of the main part of the mechanical mechanism of the electric power steering apparatus 10 and the electric system. A part of the left end portion and the right end portion of the rack shaft 14 is shown in cross section. The rack shaft 14 is housed in a cylindrical housing 31 arranged in the vehicle width direction (left-right direction in FIG. 2) so as to be slidable in the axial direction. Ball joints 32 are screwed to both ends of the rack shaft 14 protruding from the housing 31, and left and right tie rods 16 are connected to these ball joints 32. The housing 31 includes a bracket 33 for attaching to a vehicle body (not shown), and includes stoppers 34 at both ends.
[0035]
In FIG. 2, 35 is an ignition switch, 36 is an in-vehicle battery, and 37 is an AC generator (ACG) attached to the vehicle engine. The AC generator 37 starts power generation by the operation of the vehicle engine. Necessary electric power is supplied from the battery 36 or the AC generator 37 to the control device 22. The control device 22 is attached to the brushless motor 19. Reference numeral 38 denotes a rack end that contacts the stopper 34 when the rack shaft is moved, and 39 is a dust seal boot for protecting the inside of the gear box from water, mud, dust and the like.
[0036]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 3, the specific structure of the support structure of the steering shaft 12, the steering torque detector 20, the power transmission mechanism 18, the rack and pinion mechanism 15, and the layout of the brushless motor 19 and the control device 22 are clearly shown.
[0037]
In FIG. 3, the steering shaft 12 is rotatably supported by two bearing portions 41 and 42 in a housing 24 a forming the gear box 24. A rack and pinion mechanism 15 and a power transmission mechanism 18 are housed inside the housing 24a, and a steering torque detector 20 is additionally provided at the top. The upper opening of the housing 24 a is closed with a lid 43, and the lid 43 is fixed with bolts 44. The pinion 13 provided at the lower end portion of the steering shaft 12 is located between the bearing portions 41 and 42. The rack shaft 14 is pressed against the pinion 13 side by a contact member 47 guided by a rack guide 45 and biased by a compressed spring 46. The power transmission mechanism 18 is formed by a worm gear 49 fixed to a transmission shaft 48 coupled to an output shaft of the brushless motor 19 and a worm wheel 50 fixed to the steering shaft 12. The steering torque detection unit 20 includes an electronic circuit unit 20b that electrically processes a detection signal output from a steering torque detection sensor 20a disposed around the steering shaft 12. The steering torque detection sensor 20 a is attached to the lid 43.
[0038]
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIG. 4, specific configurations of the brushless motor 19 and the control device 22 are clearly shown.
[0039]
The brushless motor 19 includes a rotor 52 made of a permanent magnet fixed to the rotation shaft 51 and a stator 54 disposed around the rotor 52. The stator 54 includes a stator winding 53. The rotating shaft 51 is rotatably supported by the two bearing portions 55 and 56. The tip of the rotating shaft 51 is an output shaft 19 a of the brushless motor 19. The output shaft 19a of the brushless motor 19 is coupled to the transmission shaft 48 through the torque limiter 57 so that rotational power is transmitted. As described above, the worm gear 49 is fixed to the transmission shaft 48, and the worm wheel 50 meshing with the worm gear 49 is disposed. At the rear end portion of the rotation shaft 51, the above-described motor rotation angle detection unit (angle sensor) 23 that detects the rotation angle (rotation position) of the rotor 52 of the brushless motor 19 is provided. The motor rotation angle detection unit 23 includes a rotor 23a fixed to the rotation shaft 51 and a detection element 23b that detects the rotation angle of the rotor 23a using a magnetic action. For example, a resolver is used for the motor rotation angle detector 23. A motor current is supplied to the stator winding 53 of the stator 54. The above components of the brushless motor 19 are arranged inside the motor case 58.
[0040]
Next, the control device 22 will be described. The control device 22 includes a target current determination unit, a current control unit, a current sensor, and a rotation speed calculation unit, similarly to the control device 200 shown in FIG. In the embodiment of the present invention, since the current control unit is different from the conventional one, the current control unit will be described in detail, and the target current determination unit, the current sensor, and the rotation speed calculation unit are the same as those of the conventional control device 200. Omitted.
[0041]
FIG. 5 is a block diagram of the current control unit. The current control unit 100 includes deviation calculation units 209 and 210, a PI setting unit 211 and 212, a two-axis three-phase conversion unit 213, a motor drive unit 214, a calculation unit 215, and a three-phase unit similar to the conventional current control unit 205. In addition to the biaxial conversion unit 216, a drive voltage monitoring unit 101, a detected current monitoring unit 102, and a failure detection unit 103 are provided. An angle sensor 23 such as a resolver for detecting the rotation angle of the brushless motor 19 is attached to the brushless motor 19. The drive voltage monitoring unit 101 receives the three-phase target voltages Vu and Vw output from the two-axis three-phase conversion unit 213, and estimates the W-phase drive voltage Vw from the U-phase drive voltage Vu and the rotation angle of the motor. A voltage estimator (not shown) compares the estimated voltage estimated by the W-phase drive voltage Vw and the voltage estimator (not shown), and outputs an abnormal signal when the absolute value of the difference is equal to or greater than a predetermined value. It is a device that outputs to the failure detection unit 103. The detection current monitoring unit 102 receives the detection drive currents Iu and Iw, a current estimation unit (not shown) that estimates the W-phase detection drive current Iw from the U-phase detection drive current Iu and the rotation angle of the motor, A device that compares the detected drive current Iw of the W phase with the estimated current estimated by a current estimation unit (not shown) and outputs an abnormal signal to the failure detection unit 103 when the absolute value of the difference is a predetermined value or more. is there. The failure detection unit 103 receives signals from the drive voltage monitoring unit 101 and the detection current monitoring unit 102 and detects a failure of the current sensors 206 and 207. In addition, a failure display unit 104 is connected to the failure detection unit 103. Then, the failure detection unit 103 outputs a signal to the failure display unit 104 when the failure of the current sensors 206 and 207 is determined and as a signal when the failure is not determined. The deviation calculation units 209 and 210, the PI setting units 211 and 212, the two-axis three-phase conversion unit 213, the motor drive unit 214, the calculation unit 215, and the three-phase two-axis conversion unit 216 are basically shown in FIG. Since it is the same as that described, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
[0042]
Next, the reason for providing monitoring means for both the drive voltage and the detection current in the control device of the present invention will be described.
[0043]
FIG. 6 shows waveforms before and after the three-phase biaxial conversion when the current sensor has a failure such as offset deviation or gain deviation. In the three-phase two-axis conversion, the three-phase currents Iu and Iw are converted into two-axis currents Id and Iq according to the equation (1).
[0044]
[Expression 1]
Figure 0004267976
[0045]
FIG. 6A shows a three-phase current in a normal state, the horizontal axis shows an electrical angle, and the vertical axis shows a three-phase current. A curve C10 indicates the current Iu, and a curve C11 indicates the current Iw. FIG. 6B shows a normal biaxial current, the horizontal axis shows an electrical angle, and the vertical axis shows a biaxial current. A curve C12 indicates the d-axis current Id, and a curve C13 indicates the q-axis current Iq. FIG. 6C shows the three-phase current when the current sensor is offset, the horizontal axis shows the electrical angle, and the vertical axis shows the three-phase current. A curve C20 indicates the current Iu, and a curve C21 indicates the current Iw. FIG. 6D shows the biaxial current at the time of offset deviation of the current sensor, the horizontal axis shows the electrical angle, and the vertical axis shows the biaxial current. A curve C22 indicates the d-axis current Id, and a curve C23 indicates the q-axis current Iq. FIG. 6E shows the three-phase current when the gain of the current sensor is shifted, the horizontal axis shows the electrical angle, and the vertical axis shows the three-phase current. A curve C30 indicates the current Iu, and a curve C31 indicates the current Iw. FIG. 6F shows the biaxial current at the time of gain deviation of the current sensor, the horizontal axis shows the electrical angle, and the vertical axis shows the biaxial current. A curve C32 indicates the d-axis current Id, and a curve C33 indicates the q-axis current Iq. From this figure, when an offset deviation occurs in the current sensor, a primary pulsation is detected for one period of electrical angle, and when a gain deviation occurs in the current sensor, a secondary pulsation is detected for one period of electrical angle. It can be seen that it appears in the dq-axis current.
[0046]
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining control in the electric power steering apparatus. The control in the electric power steering apparatus is a double control of the torque loop 105 and the current loop 106. That is, the drive voltage is output by the current control unit 100 in the current loop 106 based on the target current set by the torque control unit 107, thereby driving the motor 19. The motor current of the motor 19 to be driven is detected by current sensors 206 and 207, and the detected current is fed back to the current control unit 100. A loop formed by the current control unit 100, the motor 19, the current sensors 206 and 207, and the current control unit 100 is a current loop 106. Further, assist torque is applied to the steering shaft 12 in the gear box 24 by driving the motor 19, and a torque signal detected by the torque sensor 20 is fed back to the torque control unit 107. A loop formed by the torque control unit 107, the current control unit 100, the motor 19, the gear box 24, the torque sensor 20, and the torque control unit 107 is a torque loop 105. As described above, the control of the electric power steering apparatus 10 includes the current loop 106 for controlling the detected current for detecting the current flowing through the motor 19 to match the target current, and the steering torque for generating the steering assist force. Double control of the torque loop 105 that detects the target current and detects the target current works, and the torque loop 105 changes the degree of control according to the vehicle speed, steering torque, steering speed, and the like.
[0047]
In the control of the electric power steering apparatus 10 configured as shown in FIG. 7, the operation of each control when the failure of the current sensors 206 and 207 shown in FIG. 6 occurs will be described.
[0048]
When the current sensors 206 and 207 fail, the detected biaxial current is detected even though the biaxial current flowing in the motor 19 is flowing like the normal biaxial current as shown in FIG. 6B. 6 (d) and 6 (f), the current sensor is detected as a biaxial current at the time of offset deviation and gain deviation. Control is performed so that the detected current matches the target current.
[0049]
Considering the case where the target current is zero, the detected biaxial current becomes zero by control. At this time, a pulsation corresponding to the failure appears in the biaxial current flowing in the motor 19, and a pulsation appears in the drive voltage driving the motor 19. The pulsation of the motor current causes the torque generated by the motor 19 to pulsate accordingly, and the pulsating motor torque makes the driver feel uncomfortable or cannot be steered.
[0050]
However, since the electric power steering apparatus 10 has torque control having an effect of reducing the pulsation of the steering torque, the target current is adjusted so as to cancel the pulsation appearing in the steering torque. Thus, if control is performed such that no pulsation appears in the steering torque, the current flowing in the motor 19 is also free from pulsation, and the pulsation of the drive voltage driving the motor 19 is also eliminated. In this case, the failure of the current sensors 206 and 207 appears as a pulsation of the detected current.
[0051]
For this reason, the failure signal at the time of failure of the current sensor in the electric power steering device appears in both the drive voltage and the detected current depending on the working degree of the current control and the torque control as shown in FIG. This is considered to be the failure of the current sensor. That is, the ratio that appears in the drive voltage corresponding to the failure of the current sensor in FIG. 8 and the ratio that appears in the detected current are, as shown in FIG. In contrast, when the torque control is strong, the ratio that appears in the drive voltage increases, and the ratio that appears in the detection current increases by controlling the generated torque by disturbing the detection current.
[0052]
Based on this, in the present invention, monitoring means are provided for both the drive voltage and the detected current, and they are combined to perform failure detection. However, since the units of the drive voltage and the detected current are different, simple addition cannot be performed. Therefore, the component detected by the drive voltage using the resistance value of the motor is converted into the unit of current. The resistance value of the motor used here is calculated by the method shown in FIG. 9, and the initial value corresponds to the motor design value, temperature change, etc., so that vq = R × iq at the time of steering is satisfied. The value measured by applying a low pass filter to the value calculated from this relational expression is used. That is, the circuit equation is expressed by the equation (2),
[0053]
[Expression 2]
Figure 0004267976
[0054]
In the steered state, ωe = 0 and PIq = 0, so Vq = RIq. As shown in FIG. 9, in the flowchart of calculating the motor resistance value, first, Iq differentiation processing is performed to obtain a differential value of Iq (step S10). ), Iq low pass filter processing is performed to obtain IqLPF (step S11), Vq low pass filter processing is performed to obtain VqLPF (step S12), the rotational speed is smaller than the threshold value, and the differential value of Iq is smaller than the threshold value. It is determined whether VqLPF is larger than the threshold value and IqLPF is larger than the threshold value (step S13). If this is not satisfied, the calculation ends, and if it is satisfied, R = VqLPF / IqLPF is calculated (step S14), RLPF = RLPF processing (step S15) is performed, and the process ends.
[0055]
Next, the drive voltage monitoring unit 101 and the detected current monitoring unit 102 will be described. The drive voltage monitoring unit 101 includes a voltage estimation unit that estimates a voltage of another phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor 19, and an estimated voltage estimated by the drive voltage and voltage estimation unit of the other phase. The detection current monitoring unit 102 estimates the current of the other phase from the detection current of one of the phases and the rotation angle of the motor. The current estimation unit includes a detection current abnormality signal generation unit that generates a detection current abnormality signal by comparing a detection current of another phase with an estimation current estimated by the current estimation unit.
[0056]
FIG. 10 shows the drive voltage monitoring unit 101 and the detected current monitoring unit 102. The drive voltage monitoring unit 101 inputs the U-phase voltage from the two-axis three-phase conversion unit 213 to the deviation calculation unit 108, and the U-phase The voltage is output to the deviation calculation unit 110 via a calculation unit (voltage estimation unit) 109 that multiplies a coefficient (sin (θ + 120 °) / sin θ) based on the motor rotation angle from the angle sensor 23. In addition, the W-phase voltage from the biaxial three-phase conversion unit 213 is output to the deviation calculation unit 110, and the coefficient (sin θ / sin (θ + 120 °)) based on the motor rotation angle from the angle sensor 23 is added to the W-phase voltage. It outputs to the deviation calculating part 108 via the calculating part (voltage estimation part) 111 to multiply. The deviation calculation unit 108 outputs the deviation signal to the drive voltage abnormality signal generation unit 112. Further, the deviation calculation unit 110 outputs the deviation signal to the drive voltage abnormality signal generation unit 112.
[0057]
The drive voltage abnormality signal generation unit 112 determines that the deviation is normal when the deviation from the deviation calculation units 108 and 110 is smaller than a predetermined value, and outputs a normal value signal to the failure detection unit 103. The deviation is a predetermined value. If it is larger, it is determined as a failure, and a failure signal (abnormal signal), for example, 1 is output to the failure detection unit 103.
[0058]
The detected current monitoring unit 102 inputs the U-phase current from the current sensor 207 to the deviation calculating unit 113, and the coefficient based on the motor rotation angle from the angle sensor 23 (sin (θ + 120 °) / sinθ). Is output to the deviation calculation unit 115 via the calculation unit (current estimation unit) 114. In addition, the W-phase current from the current sensor 206 is output to the deviation calculation unit 115, and the calculation unit (sin θ / sin (θ + 120 °)) based on the motor rotation angle from the angle sensor 217 is multiplied by the W-phase current ( Output to the deviation calculator 113 via the current estimator 116. Deviation calculation unit 113 outputs the deviation signal to detected current abnormality signal generation unit 117. Further, the deviation calculation unit 115 outputs a deviation signal to the detected current abnormality signal generation unit 117.
[0059]
The detected current abnormality signal generation unit 117 determines that the deviation is normal if the deviation output from the deviation calculation units 113 and 115 is smaller than a predetermined value, and outputs a normal value signal to the failure detection unit 103. If it is larger than the predetermined value, it is determined as a failure, and a failure signal (abnormal signal), for example, 1 is output to the failure detection unit 103.
[0060]
The failure detection unit 103 determines that a failure has occurred when an abnormality signal is output from the drive voltage abnormality signal generation unit 112 or the detected current abnormality signal generation unit 117, and outputs a failure signal, for example, 1 to the failure display unit 104.
[0061]
The failure display unit 104 is a device that displays whether or not the current sensors 206 and 207 are in failure. For example, the failure display unit 104 includes a light emitting diode that blinks based on an input signal from the failure detection unit 103. The light emitting diode may be kept off when the signal from the failure detection unit 103 is zero, and lit up when the input from the failure detection unit 103 is 1. Thereby, when the light emitting diode is turned on, it can be determined that the current sensors 206 and 207 are out of order.
[0062]
FIG. 11 is a flowchart of sensor failure detection. It is determined whether the rudder angular velocity is smaller than 20 deg / s (step S20). When the rudder angular velocity is not smaller than 20 deg / s, the process returns and step S20 is executed again. When the rudder angular velocity is smaller than 20 deg / s, it is determined whether or not the motor rotation angle θ is in the range of 0 to 60 ° and 180 to 240 ° (step S21). If there is no motor rotation angle in this range, step S22 is executed. If the motor rotation angle θ is within this range, Vu * = Vv · (sin θ / sin (θ−120 °)) is calculated (step S23). Next, Iu * = Iv · (sin θ / sin (θ−120 °)) is calculated (step S24). Vw * = Vu · (sin (θ + 120 °) / sin (θ−120 °)) is calculated (step S25), and Iw * = Iu · (sin (θ + 120 °) / sin (θ−120 °)) is calculated. (Step S26), Err1 = (Vu−Vu *) / R + (Iu−Iu *) and Err2 = (Vw−Vw *) / R + (Iw−Iw *) are calculated (Step S27), and Err = Max (Err1, Err2) is calculated (step S28), and a failure is determined (step S29).
[0063]
If NO in step S21, step S22 is executed. If θ is in the range of 60 to 120 ° and 240 to 300 °, Vw * = Vu · (sin (θ + 120 °) / sin θ is calculated (step S30), Iw * = Iu · (sin (θ + 120 °) / sinθ) is calculated (step S31), Err = (Vw−Vw *) / R + (Iw−Iw *) is calculated (step S32), and a failure occurs. Judgment is made (step S29). If No in step S22, Vu * = Vw · (sin θ / sin (θ + 120 °)) is calculated (step S33), and Iu * = Iw · (sin θ / sin (θ + 120 °)). ) Is calculated (step S34), Err = (Vu−Vu *) / R + (Iu−Iu *) is calculated (step S35), and a failure is determined (step S29).
[0064]
As described above, when the three-phase motor is used with sine wave energization, the drive voltage waveform and the current waveform are sine waves in which the three phases each have a phase difference of 120 °. Therefore, by comparing the value obtained by multiplying the U-phase current by a coefficient for changing the phase by 120 ° and estimating the W-phase current with the detected W-phase current, it is determined whether or not there is a deviation in the sensor. I think it can be judged.
[0065]
However, the coefficient for estimation is sin (θ + 120 °) / sin (θ), and there is a problem such as an infinite value at an angle where θ is zero. By switching according to the angle as shown in FIG. 11, the coefficient for estimation becomes a value smaller than 1, and the error in estimation can be reduced.
[0066]
FIG. 12 is a graph showing the sensor failure amount based on the other phase estimation. FIG. 12A shows a change in the three-phase current with respect to the electrical angle at the time of offset deviation. The horizontal axis indicates the electrical angle, and the vertical axis indicates the amplitude. A curve C40 indicates a U-phase current, a curve C41 indicates a V-phase current, and a curve C42 indicates a W-phase current. A curve C43 indicates the U-phase estimated current, and a curve C45 indicates the W-phase estimated current. FIG. 12B is a graph showing the amount of deviation with respect to the electrical angle. FIG. 12C shows a change in the three-phase current with respect to the electrical angle when there is a gain shift. The horizontal axis indicates the electrical angle, and the vertical axis indicates the amplitude. Curve C50 shows the U-phase current, curve C51 shows the V-phase current, and curve C52 shows the W-phase current. A curve C53 indicates the U-phase estimated current, and a curve C55 indicates the W-phase estimated current. FIG. 12D is a graph showing the amount of deviation with respect to the electrical angle.
[0067]
By switching the estimation partner according to the angle in this way, the deviation amount is detected as shown in FIG. 12, and the deviation amount of the driving voltage and the deviation amount of the detected current are calculated, and after matching the units, The deviation amount of the current sensor is detected. The deviation detected in this way is checked, and if the deviation exceeds the threshold for a predetermined time, it is determined that a failure has occurred.
[0068]
However, this method assumes that the voltage / current phase matches the electrical angle. However, if the steering speed increases, the phase of the drive voltage will advance, so only if the steering speed is sufficiently low. To process.
[0069]
Next, an electric power steering apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the drive voltage monitoring unit and the detected current monitoring unit in the control device 22 of the electric power steering apparatus shown in FIG. 1 are changed as described later. Since other components are the same, description thereof is omitted.
[0070]
A drive voltage monitoring unit and a detection current monitoring unit in the second embodiment will be described. As shown in FIG. 13, the drive voltage monitoring unit 120 detects the maximum value and the minimum value of the voltage to detect the maximum value and the minimum value of one cycle of the drive voltage of each phase where the current sensors 206 and 207 are arranged. Sections 121 and 122, and a drive voltage abnormality signal generation section 123 that generates a drive voltage abnormality signal from the maximum and minimum values detected by the voltage maximum value and minimum value detection sections 121 and 122, and a detected current monitoring section 124. Includes current maximum value / minimum value detection units 125 and 126 for detecting the maximum value and minimum value of data for one cycle of the detected current of each phase detected by the current sensors 206 and 207, and current maximum value / minimum value detection. A detection current abnormality signal generation unit 127 that generates an abnormality signal of the detection current from the maximum value and the minimum value detected by the units 125 and 126.
[0071]
The drive voltage monitoring unit 120 inputs the U-phase voltage from the two-axis three-phase conversion unit 213 to the voltage maximum value / minimum value detection unit 121, detects the maximum value and the minimum value of data for one cycle of the drive voltage, Those values are output to the drive voltage abnormality signal generator 123. The drive voltage abnormality signal generation unit 123 calculates the offset deviation and the amplitude deviation using the maximum value and the minimum value, and when the offset deviation value is a predetermined value or more, or when the amplitude deviation value is a predetermined value or more, the abnormal signal Is output to the failure detection unit 103. In addition, the W-phase voltage from the biaxial three-phase conversion unit 213 is input to the voltage maximum value / minimum value detection unit 122, and the maximum value and the minimum value of the data for one cycle of the drive voltage are detected. This is output to the drive voltage abnormality signal generator 123. The drive voltage abnormality signal generation unit 123 calculates the offset deviation and the amplitude deviation using the maximum value and the minimum value, and when the offset deviation value is a predetermined value or more, or when the amplitude deviation value is a predetermined value or more, the abnormal signal Is output to the failure detection unit 103.
[0072]
The detected current monitoring unit 124 inputs the U-phase current from the current sensor 207 to the current maximum value / minimum value detection unit 125, detects the maximum value and the minimum value of the data for one cycle of the detected current, and detects these values. The detected current abnormality signal generation unit 127 outputs the detected current abnormality signal. The detected current abnormality signal generation unit 127 calculates the offset deviation and the amplitude deviation using the maximum value and the minimum value. When the offset deviation value is equal to or larger than a predetermined value, or when the amplitude deviation value is equal to or larger than the predetermined value, an abnormal signal is detected. Is output to the failure detection unit 103. Further, the W-phase current from the current sensor 206 is input to the current maximum value / minimum value detection unit 126, the maximum value and the minimum value of the data for one cycle of the current sensor 206 are detected, and those values are detected as a detected current abnormality signal. The data is output to the generation unit 127. The detected current abnormality signal generation unit 127 calculates the offset deviation and the amplitude deviation using the maximum value and the minimum value. When the offset deviation value is equal to or larger than a predetermined value, or when the amplitude deviation value is equal to or larger than the predetermined value, an abnormal signal is detected. Is output to the failure detection unit 103.
[0073]
FIG. 14 is a graph showing the principle of detection of offset deviation and gain deviation of the current sensors 206 and 207 from the maximum value / minimum value in the drive voltage abnormality signal generation unit 123 and the detected current abnormality signal generation unit 124. FIG. 14A shows changes in current or voltage due to offset deviation. A curve C60 is a U-phase current or voltage, and a curve C61 is a W-phase current or voltage. The horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the amplitude. The offset deviation is obtained as a deviation from the median of the maximum value MAX10 and the minimum value MIN10 of the U-phase current or voltage from zero. Further, the offset deviation is obtained as a deviation from the median of the maximum value MAX11 and the minimum value MIN11 of the W-phase current or voltage from zero. FIG. 14B shows changes in current or voltage due to gain deviation. A curve C70 is a U-phase current or voltage, and a curve C71 is a W-phase current or voltage. The horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the amplitude. The gain deviation is obtained as a difference in amplitude obtained from the maximum value MAX21 and the minimum value MIN21 of the W-phase voltage or current having the amplitude obtained from the maximum value MAX20 and the minimum value MIN20 of the U-phase current or voltage.
[0074]
The failure detection unit 103 determines that a failure has occurred when an abnormality signal is input from the drive voltage abnormality signal generation unit 123 or the detected current abnormality signal generation unit 127, and outputs a failure signal, for example, 1 to the failure display unit 104. Thereby, when the light emitting diode of the failure display unit 104 is turned on, the current sensors 206 and 207 can be determined as a failure.
[0075]
FIG. 15 is a flowchart of sensor failure detection. It is determined whether the rudder angular velocity is 5 deg / s or more (step S40). If the rudder angular velocity is less than 5 deg / s, the process returns and executes step S40. When the steering angular velocity is 5 deg / s or more, it is determined whether or not data for one electrical angle cycle has been collected (step S41). If data for one cycle is not collected, the maximum value VuMAX and minimum value VuMIN of the U-phase voltage Vu are continuously detected (step S42), and the maximum value VwMAX and minimum value VwMIN of the W-phase voltage Vw are detected. (Step S43), the maximum value IuMAX and the minimum value IuMIN of the U-phase current Iu are detected (step S44), and the maximum value IwMAX and the minimum value IwMIN of the W-phase current Iw are detected (step S45). If data for one electrical angle period is collected in step S41, the maximum value VuMAX and minimum value VuMIN of the U-phase voltage Vu are determined (step S46), and the maximum value VwMAX and minimum value VwMIN of the W-phase voltage Vw are determined ( In step S47, the maximum value IuMAX and minimum value IuMIN of the U-phase current Iu are determined (step S48), and the maximum value IwMAX and minimum value IwMIN of the W-phase current Iw are determined (step S49). Next, U phase offset deviation Uoffset = {(IuMAX + IuMIN) − (VuMAX + VuMIN) / R} / 2 is calculated (step S50), and W phase offset deviation Woffset = {(IwMAX + IwMIN) − (VwMAX + VwMIN) / R} / 2. Calculate (step S51), calculate voltage gain deviation Vpperr = {VuMAX−VuMIN) − (IwMAX−IwMIN)} / 2 (step S52), and calculate current gain deviation Iperr = {(IuMAX−IuMIN) − (IwMAX−IwMIN). )} / 2 (step S53), gain deviation Pperr = Vpp / R + Ipperr is calculated (step S54), and a failure is determined (step S55).
[0076]
In this way, a failure of the current sensor can be reliably detected.
[0077]
Next, an electric power steering apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the drive voltage monitoring unit and the detected current monitoring unit in the control device 22 of the electric power steering apparatus shown in FIG. 1 are changed as described later. Since other components are the same, description thereof is omitted.
[0078]
FIG. 16 is a diagram showing a drive voltage monitoring unit and a detection current monitoring unit in the third embodiment. The drive voltage monitoring unit in the third embodiment includes a first drive voltage monitoring unit 130 and a second drive voltage monitoring unit 131, and the detection current monitoring unit includes the first detection current monitoring unit 132 and the second drive voltage monitoring unit 132. The first drive voltage monitoring unit 130 includes voltage estimation units 109 and 111 that estimate the voltage of the other phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor, A first drive voltage abnormality signal generation unit 112 that generates a drive voltage abnormality signal by comparing the phase drive voltage with the estimated voltage estimated by the voltage estimation units 109 and 111, and a second drive voltage monitoring unit Reference numeral 131 denotes a voltage maximum value / minimum value detection unit 121, 122 for detecting the maximum value and the minimum value of data for one cycle of the driving voltage of each phase in which the current sensors 206, 207 are arranged, and a voltage maximum value minimum Value detectors 121 and 12 And a second drive voltage abnormality signal generation unit 123 that generates a drive voltage abnormality signal from the maximum value and the minimum value detected by the first detection current monitoring unit 132. The current estimation units 114 and 116 that estimate the current of the other phase from the rotation angle of the motor, and the detected current of the other phase and the estimated current estimated by the current estimation units 114 and 116 are compared to generate an abnormal signal of the detected current. The second detection current monitoring unit 133 includes a first detection current abnormality signal generation unit 117 to be generated, and the second detection current monitoring unit 133 is a maximum value of data for one cycle of the detection current of each phase detected by the current sensors 206 and 207. Current maximum value / minimum value detection units 125 and 126 for detecting the minimum value, and an abnormality signal of the detected current is generated from the maximum value and the minimum value detected by the current maximum value / minimum value detection units 125 and 126. Two detection current abnormality signal generation units 127, and according to the number of rotations, the first drive voltage monitoring unit 130, the first detection current monitoring unit 132, the second drive voltage monitoring unit 131, and the second drive voltage monitoring unit 131 Switching sections 134 and 135 for switching between the detected current monitoring section 133 are provided.
[0079]
In this configuration, the first drive voltage monitoring unit 130 and the first detected current monitoring unit 132 are the same as the configurations of the drive voltage monitoring unit 101 and the detected current monitoring unit 102 in the first embodiment, and Since the second drive voltage monitoring unit 131 and the second detection current monitoring unit 133 are the same as the configuration of the drive voltage monitoring unit 120 and the detection current monitoring unit 124 in the second embodiment, the same reference numerals are used for explanation. The switching units 134 and 135 will be described.
[0080]
The switching units 134 and 135 receive the angular velocity signal ω from the rotational velocity calculation unit 208, and when the angular velocity signal ω is equal to or lower than a predetermined angular velocity (for example, 20 deg / s), the switching unit 134 and 135 1 is switched to the detected current monitoring unit 132, and failure detection is performed as described in the first embodiment. When the angular velocity is higher than the predetermined angular velocity, the second drive voltage monitoring unit 131 and the second detection current monitoring unit 133 are switched to perform failure detection as described in the second embodiment.
[0081]
As a result, the failure detection in the first embodiment is erroneously detected due to the effect of the phase shift except when the steering speed is sufficiently low, and for one cycle in the case of no rotation in the second embodiment. It is possible to solve the problem that the data cannot be detected because the data cannot be acquired. That is, when the rotational speed of the motor is low (up to 20 deg / sec on the handle), it is detected by the first drive voltage monitoring unit 130 and the first detected current monitoring unit 132, and when the rotational speed is high (5 deg / up on the handle). (second or more) is detected by the second drive voltage monitoring unit 131 and the second detection current monitoring unit 133. As a result, detection is possible at all rotational speeds. On the handle, between 5 deg / sec and 20 deg / sec, monitoring is performed in both the first and second, and switching occurs during failure detection, and the failure detection time is prevented from becoming longer.
[0082]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0083]
Current control works so that the target current and the actual current match, and when the target current and the actual current match, the failure is determined by the abnormal signal detected by the drive voltage monitoring means, while the detected torque If the target current is set so that there is no pulsation, and no abnormal signal appears in the voltage that drives the motor, the failure is determined by the abnormal signal detected by the detected current monitoring means. Regardless of the effectiveness of steering device control (whether it is a dead zone or the strength of control due to vehicle speed response), failure detection is possible in all situations. Also, by unifying the unit of the amount detected by the current and the amount detected by the voltage, the amount of failure of the current sensor can be estimated, and an action can be taken according to the degree of failure of the sensor. it can.
[0084]
Further, since the detection current monitoring means is configured using a signal calculated from the two-phase detection current, it is not necessary to use the third current sensor, and the cost is not increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of a main part and an electric system of a mechanical mechanism of the electric power steering apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a block configuration diagram of a current control unit.
FIG. 6 is a graph showing waveforms before and after three-phase two-axis conversion when a current sensor fails.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining control in the electric power steering apparatus.
FIG. 8 is a diagram illustrating a ratio appearing in a drive voltage and a ratio appearing in a detection current corresponding to a failure of the current sensor.
FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure of a method for calculating a resistance value of a motor.
FIG. 10 is a block configuration diagram of a drive voltage monitoring unit and a detection current monitoring unit in the first embodiment.
FIG. 11 is a current sensor failure detection flowchart in the first embodiment;
FIG. 12 is a graph illustrating detection of a current sensor failure amount in the first embodiment.
FIG. 13 is a block configuration diagram of a drive voltage monitoring unit and a detection current monitoring unit in the second embodiment.
FIG. 14 is a graph illustrating detection of a current sensor failure amount in the second embodiment.
FIG. 15 is a current sensor failure detection flowchart in the second embodiment;
FIG. 16 is a block configuration diagram of a drive voltage monitoring unit and a detection current monitoring unit in the third embodiment.
FIG. 17 is a block configuration diagram of a control device of a conventional electric power steering device.
[Explanation of symbols]
10 Electric power steering device
11 Steering wheel
12 Steering shaft
18 Power transmission mechanism
19 Brushless motor
20 Steering torque detector
20d Rudder angle sensor
22 Control device
23 Motor rotation angle detector (angle sensor)
100 Current controller
101 Drive voltage monitoring unit
102 Detection current monitoring unit
103 Failure detection unit
104 Failure indicator
206 Current sensor
207 Current sensor

Claims (4)

操舵トルクに基づき目標電流を決定する目標電流決定手段と、アシストトルクを発生する3相ブラシレスモータと、前記3相ブラシレスモータの3相のうち2相の電流を検出する電流センサと、前記2相の電流から残る1相の電流を算出する演算手段と、前記3相ブラシレスモータの回転角度を検出する角度センサと、前記回転角度と検出された電流と前記目標電流に基づきモータ電流制御信号を生成する電流制御手段と、前記3相ブラシレスモータの駆動電圧を監視する駆動電圧監視手段と、前記3相ブラシレスモータの検出駆動電流を監視する検出電流監視手段と、を備える電動パワーステアリング装置において、
前記駆動電圧監視手段に入力される駆動電圧から第1故障検知電流を算出し、前記検出電流監視手段に入力される電流から第2故障検知電流を算出し、前記第1故障検知電流と前記第2故障検知電流との和により前記電流センサの故障を判定する故障検出手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
Target current determining means for determining a target current based on the steering torque, a three-phase brushless motor for generating assist torque, a current sensor for detecting two-phase current among the three phases of the three-phase brushless motor, and the two-phase Calculating means for calculating a current of one phase remaining from the current of the motor, an angle sensor for detecting a rotation angle of the three-phase brushless motor, and generating a motor current control signal based on the rotation angle, the detected current and the target current An electric power steering apparatus comprising: current control means for performing drive voltage monitoring means for monitoring drive voltage of the three-phase brushless motor; and detection current monitoring means for monitoring detected drive current of the three-phase brushless motor .
A first failure detection current is calculated from the drive voltage input to the drive voltage monitoring means, a second failure detection current is calculated from the current input to the detection current monitoring means, and the first failure detection current and the first failure detection current are calculated. 2. An electric power steering apparatus comprising a failure detection means for determining a failure of the current sensor based on a sum of two failure detection currents .
前記駆動電圧監視手段は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定手段と、前記他の相の駆動電圧と前記電圧推定手段により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、
前記検出電流監視手段は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定手段と、前記他の相の検出電流と電流推定手段により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段とから成ることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
The drive voltage monitoring means includes a voltage estimation means for estimating a voltage of another phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor, and an estimation estimated by the drive voltage of the other phase and the voltage estimation means. Drive voltage abnormality signal generating means for comparing the voltages and generating a drive voltage abnormality signal,
The detection current monitoring means includes a current estimation means for estimating a current of another phase from a detection current of any phase and a rotation angle of the motor, and a detection current estimated by the detection current of the other phase and the current estimation means. 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, further comprising detected current abnormality signal generation means for generating a detected current abnormality signal by comparing the two.
前記駆動電圧監視手段は、前記電流センサの配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出手段と、前記電圧最大値最小値検出手段により検出された前記最大値および前記最小値から駆動電圧の異常信号を生成する駆動電圧異常信号生成手段とから成り、
前記検出電流監視手段は、前記電流センサにより検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出手段と、前記電流最大値最小値検出手段により検出された前記最大値および前記最小値から検出電流の異常信号を生成する検出電流異常信号生成手段と、から成ることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
The drive voltage monitoring means includes a voltage maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the drive voltage of each phase in which the current sensor is disposed, and the voltage maximum value minimum Drive voltage abnormality signal generating means for generating a drive voltage abnormality signal from the maximum value and the minimum value detected by the value detection means,
The detection current monitoring means includes a current maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the detection current of each phase detected by the current sensor, and the current maximum value / minimum value. 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, further comprising detected current abnormality signal generating means for generating an abnormality signal of a detected current from the maximum value and the minimum value detected by the detecting means.
前記駆動電圧監視手段は、第1の駆動電圧監視手段と第2の駆動電圧監視手段から成り、前記検出電流監視手段は、第1の検出電流監視手段と第2の検出電流監視手段から成り、
前記第1の駆動電圧監視手段は、いずれかの相の駆動電圧とモータの回転角度から他の相の電圧を推定する電圧推定手段と、前記他の相の駆動電圧と前記電圧推定手段により推定される推定電圧を比較して駆動電圧の異常信号を生成する第1の駆動電圧異常信号生成手段とから成り、
前記第2の駆動電圧監視手段は、前記電流センサの配置されている各々の相の駆動電圧の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電圧最大値最小値検出手段と、前記電圧最大値最小値検出手段により検出された前記最大値および前記最小値から駆動電圧の異常信号を生成する第2の駆動電圧異常信号生成手段とから成り、
前記第1の検出電流監視手段は、いずれかの相の検出電流とモータの回転角度から他の相の電流を推定する電流推定手段と、前記他の相の検出電流と前記電流推定手段により推定される推定電流を比較して検出電流の異常信号を生成する第1の検出電流異常信号生成手段とから成り、
前記第2の検出電流監視手段は、前記電流センサにより検出される各々の相の検出電流の1周期分のデータの最大値および最小値を検出する電流最大値最小値検出手段と、前記電流最大値最小値検出手段により検出された前記最大値および前記最小値から検出電流の異常信号を生成する第2の検出電流異常信号生成手段と、から成り、
回転数に応じて前記第1の駆動電圧監視手段と前記第1の検出電流監視手段と、前記第2の駆動電圧監視手段と前記第2の検出電流監視手段とを切り換える切換手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
The drive voltage monitoring means comprises a first drive voltage monitoring means and a second drive voltage monitoring means, and the detection current monitoring means comprises a first detection current monitoring means and a second detection current monitoring means,
The first drive voltage monitoring means is estimated by a voltage estimation means for estimating a voltage of another phase from the drive voltage of any phase and the rotation angle of the motor, and estimated by the drive voltage of the other phase and the voltage estimation means. A first drive voltage abnormality signal generating means for comparing the estimated voltages to generate a drive voltage abnormality signal,
The second drive voltage monitoring means includes a voltage maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the drive voltage of each phase in which the current sensor is disposed, and the voltage A second drive voltage abnormality signal generating means for generating a drive voltage abnormality signal from the maximum value and the minimum value detected by the maximum value / minimum value detection means;
The first detection current monitoring means is estimated by a current estimation means for estimating a current of another phase from a detection current of any phase and a rotation angle of the motor, and a detection current of the other phase and the current estimation means. Comprising a first detected current abnormality signal generating means for comparing the estimated currents generated to generate an abnormality signal of the detected current,
The second detection current monitoring means includes a current maximum value / minimum value detection means for detecting a maximum value and a minimum value of data for one cycle of the detection current of each phase detected by the current sensor, and the current maximum A second detected current abnormality signal generating means for generating an abnormality signal of a detected current from the maximum value and the minimum value detected by the value minimum value detecting means,
There is provided switching means for switching between the first drive voltage monitoring means, the first detection current monitoring means, the second drive voltage monitoring means, and the second detection current monitoring means in accordance with the rotational speed. The electric power steering apparatus according to claim 1.
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