JP4778248B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の操舵装置に電動機の動力を付与する電動パワーステアリング装置に関し、特に、３相ブラシレスモータを用いて電動機の動力の制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、例えば電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減化を図っている。つまり、操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを制御装置の制御によって発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達してステアリングホイールの操舵力を軽減している。このように、電動機の制御によって電動パワーステアリング装置を実現している技術は種々報告されている（例えば、特許文献１参照）。

また、３相ブラシレスモータを用いて補助トルクを発生させ、操舵トルクをアシストする技術も知られている。この技術によれば、３相ブラシレスモータの３相電流から任意の２相の電流を検出し、３相ブラシレスモータの回転角度信号に基づいてｄ軸電流（界磁電流）とｑ軸電流（トルク軸電流）にｄｑ変換（３相２軸変換）してフィードバックしている。そして、フィードバックされたｄ軸電流とｑ軸電流は個別に指令電流と比較制御され、それぞれｄ軸ＰＩ制御とｑ軸ＰＩ制御が行われて、ｄｑ逆変換（２軸３相変換）された後に３相ＰＷＭ信号に変換されて３相ブラシレスモータをデューティ制御している。このようなｄｑ変換手法を用いることによって、３相電流のうち任意の２相の電流を検出することで３相ブラシレスモータをベクトル制御することができるので、制御系が極めて簡素化される（例えば、特許文献２参照）。

さらに、多相ブラシレスモータにおいて、いずれかの相が断線等によって欠相した場合でも、多相ブラシレスモータを操舵系から切り離すことなく操舵アシストを行うことができる電動パワーステアリングの技術も報告されている。この技術によれば、多相ブラシレスモータは、いずれかの相が断線しても運転を継続することから、いずれかの相の断線を検知したら直ちに多相ブラシレスモータの駆動電流を減少させて操舵トルクの付与を継続する。これによって、多少は操舵トルクが減少するが、いずれかの相の断線によって突然ステアリング機構が重くなるような事態を回避することができると共に、いずれかの相の断線によって波及することが予想される２次的な故障を回避することができる（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−２７９０００号公報（段落番号００１０〜００２３、図１〜図５参照） 特開２００４−４０８８３号公報（段落番号００２７〜００３８、図２参照） 特開平１０−１８１６１７号公報（段落番号００３７〜００４４、図２〜図６参照）

しかしながら、前記の特許文献１及び特許文献２に開示されている電動パワーステアリング装置は断線検知手段を備えていないので、３相中の１相が断線した場合は、電動機が２相運転を継続してしまって操舵フィーリングが悪くなったり、２次的な故障に波及するおそれがある。特に、特許文献２の技術はｄｑ変換（３相２軸変換）によって検出信号をフィードバックして３相ブラシレスモータを高精度にトルク制御しているが、３相ブラシレスモータは１相が欠相しても回転を継続しているので、そのまま運転を続けると不安定なベクトル制御が継続されることになり、運転者に違和感を与えることとなる。

また、特許文献３に開示されている電動パワーステアリング装置は、多相ブラシレスモータのいずれかの相が断線した場合には、断線検知を行ってやや弱めの操舵力でアシストを継続することはできるが、駆動電流が小さい状態で操舵力のアシストを行っている場合は、断線であるのか微弱な駆動電流であるのかを判別することができない。その結果、微弱な駆動電流で操舵力制御を行っているにも関わらず断線と判定してしまう可能性がある。また、レーンキープモードのように微弱な電流で操舵力のアシストを行うような場合は、いずれかの相の断線であるのかレーンキープモード時の微少電流であるのかの判別ができないために、レーンキープモード時において断線と判断してしまうと運転者に違和感を与えるおそれがある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、多相ブラシレスモータを用いてステアリング系にモータパワーを付与する場合に、有効な微少電流であるのか、モータの異常、特に断線であるのかを弁別して確実に異常検知（断線検知）を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動パワーステアリング装置は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出してステアリング系にモータパワーを付与するブラシレスモータを駆動制御する制御手段を有し、制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によってブラシレスモータの制御を行う電動パワーステアリング装置であって、ブラシレスモータに流れるＱ軸電流が０より大きい所定の電流閾値以下であり、かつ、ブラシレスモータに印加されるＱ軸電圧が所定の電圧閾値以上である異常検知エリア状態が所定の時間継続されたとき、または異常検知エリア状態を検出したカウント数の積算値が所定値以上のとき、ブラシレスモータに接続される複数ラインのうち、少なくとも１つのラインが異常であると検知する異常検知手段を備え、前記Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であり、かつ、前記Ｑ軸電圧が所定の電圧閾値未満であるときは、前記異常検知手段は異常検知を行わない構成を採っている。

このような構成によれば、Ｑ軸電流が０より大きい所定の電流閾値以下であり、かつＱ軸電圧が所定の電圧閾値以上である領域を異常検知エリアとし、ブラシレスモータの運転中に流れるＱ軸電流及びＱ軸電圧が、所定の時間継続してこの異常検知エリア内にあるときには、ブラシレスモータに接続される複数のラインのうち、少なくとも１本のラインが断線等の異常状態にあると判定することができる。したがって、故障検出回路を設けなくても確実に異常検知を行うことが可能となる。その結果、断線時には速やかにフェールセーフモードに移行して、２次的故障に波及することを防止することができる電動パワーステアリング装置を低コストに実現することができる。また、例えば、高速走行時のように微少電流によってブラシレスモータを駆動する場合に異常検知を行わないようにすることができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記発明の構成において、異常検知手段は、ブラシレスモータが所定の回転速度以上で高速回転しているときは、Ｑ軸電流及びＱ軸電圧が異常検知エリア状態にあるときでも異常検知を行わない構成を採っている。

このような構成によれば、ブラシレスモータは高速回転になると必要なＱ軸電圧が増加するために、異常検知エリア内でブラシレスモータの制御が行われることもあるが、異常検知エリア内では異常検知を行わないようにしているので安定した制御を行うことができる。

操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出してステアリング系にモータパワーを付与するブラシレスモータを駆動制御する制御手段を有し、前記制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって前記ブラシレスモータの制御を行う電動パワーステアリング装置であって、前記ブラシレスモータに流れるＱ軸電流が０より大きい所定の電流閾値以下であり、かつ、前記ブラシレスモータに印加されるＱ軸電圧が所定の電圧閾値以上である異常検知エリア状態が所定の時間継続されたとき、または前記異常検知エリア状態を検出したカウント数の積算値が所定値以上のとき、前記ブラシレスモータに接続される複数ラインのうち、少なくとも１つのラインが異常であると検知する異常検知手段を備え、前記Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であり、かつ、前記Ｑ軸電圧が所定の電圧閾値未満であるレーンキープモードのときに、前記異常検知手段は異常検知を行わず、
前記目標電流は、前記レーンキープモードのときに、道路の車線と車両の位置関係を確認して、その位置関係を適正に保つように目標電流を設定されることができる。
このような構成によれば、レーンキープモードでは微少電流でブラシレスモータを駆動しステアリング系にモータパワーを付与しているので、そのような微少電流のときは異常検知を行わないようにすることができる。つまり、通常の運転状態では微少電流が所定の時間継続されたときに断線と判定するが、レーンキープモードのときは微少電流でも断線と判定しないので、使い勝手のよい電動パワーステアリング装置を実現することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータへ供給される駆動電流が微少電流のとき、その微少電流がブラシレスモータを制御するために必要な微少電流であるのか、断線による微少電流であるのかを弁別して断線判定を行うことができる。したがって、使い勝手のよい電動パワーステアリング装置を提供することができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、故障検出回路を設けなくても、ブラシレスモータの駆動制御を行う制御手段に異常検知手段を設けるだけで異常検知を行うことができるので、コストアップさせることなく電動パワーステアリング装置の付加価値を高めることができる。さらに、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータの高速回転時に異常検知エリア内で制御が行われているときは異常検知を行わないようにしているので、誤検知をするおそれがなくなる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、レーンキープモードにおいて微少電流でブラシレスモータを駆動してステアリング系にモータパワーを付与しているときは異常検知を行わないようしているので、レーンキープモードの機能と異常検知の機能を両立させることができる。したがって、使い勝手がよく、かつ付加価値の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。さらに、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、確実に異常検知を行うことができるので、断線時には速やかにフェールセーフモードに移行して２次的故障に波及することを防止することができる。

《発明の概要》
本発明の電動パワーステアリング装置は、３相ブラシレスモータに流れるＱ軸電流（トルク軸電流）が所定の電流閾値以下であり、かつ、３相ブラシレスモータに印加するＱ軸電圧（トルク軸電圧）が所定の電圧閾値以上である状態が所定の時間継続された場合に、３相ブラシレスモータに入力される３相ラインのうちいずれかのラインが断線していると判定する。また、道路の車線と車両の位置関係を確認して、その位置関係を適正に保つように目標電流を補正するレーンキープモードのときは、僅かな操舵力のアシスト（モータパワーの付与）を行えばよいので、微少電流で３相ブラシレスモータの制御を行っている。そのため、レーンキープモードのときは、Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であっても、操舵力をアシストするための微少電流である場合は断線であると判定しない。すなわち、Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であり、かつ、Ｑ軸電圧が所定の電圧閾値以下である場合は、レーンキープモードであると判断して電線検知を行わないようにしている。

なお、本発明の電動パワーステアリング装置では、従来の電動パワーステアリング装置と区別するために、従来の電動パワーステアリング装置で表現していたｄ軸、ｑ軸を、本発明の電動パワーステアリング装置ではＤ軸、Ｑ軸と大文字で表現して弁別することにする。また、本発明の電動パワーステアリング装置ではその他のアルファベット符号も大文字で表現することにする。但し、数字の添え字はアルファベット符号の小文字を使用する。

《発明の実施の形態》
以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。まず、図１に示す電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。図１において、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４は、自在継ぎ手５ａ、５ｂを有する連結軸５を介して、ステアリング・ギアボックス６内にあるラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａと連結され、手動操舵力発生手段２を構成している。さらに、ピニオン７ａにかみ合うラック歯７ｂと、これらのかみ合いにより往復運動するラック軸９は、その両端にタイロッド１０、１０を介して転動輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗに連結されて、操舵時にはラック＆ピニオン式のステアリング系Ｓを介して左右の前輪Ｗ、Ｗを転動させて車両の方向が変えられるように構成されている。この手動操舵力発生手段２による操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機８を設け、操舵トルクに応じた補助トルクを制御手段１２の制御によって発生させ、この補助トルクをラック軸９に伝達してステアリングホイール３の操舵力を軽減するように構成されている。

すなわち、本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から操舵輪である左右の前輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓが備えられ、手動操舵力発生手段２によって操舵力をアシストしている。そのため、電動パワーステアリング装置１は、制御手段１２からの電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力をアシストする。なお、本実施の形態では、電動機８として３相ブラシレスモータを用い、電動機８の駆動制御としてＤ軸（界磁電流軸）とＱ軸（トルク軸）を制御するＤＱ制御を行っている。

手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備えている。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いによりピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動にしている。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、操舵輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助トルク）を発生させるために、電動機８がラック軸９と同軸上に配設されている。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させている。

制御手段１２には、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサ、電動機電流検出手段１４の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯが入力される。そして、制御手段１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯに基づいて電動機８にかける電動機電流ＩＭの大きさ及び方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力している。さらに、制御手段１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定して電動機８の駆動を制御している。なお、制御手段１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、及び記憶手段などで構成されている。ちなみに、制御手段１２はＣＰＵを備え、そのＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。

車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御手段１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。

操舵トルクセンサＴＳはステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさ及び方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御手段１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。

電動機電流検出手段１４は、例えば、電動機８の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマ（ＣＴ）で形成され、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさ及び方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御手段１２にフィードバック（負帰還）する。

電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加して電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じて電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路及びＦＥＴブリッジを介して電動機８の各巻線に例えば正弦波電流を通電してベクトル制御を行う。

次に、図１の制御手段１２について詳細に説明する。図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置における制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。制御手段１２は、相電流検出手段２１、３相２軸変換手段２２、レゾルバ２３、角度算出手段２４、電動機速度算出手段２５、界磁電流手段２６、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８、２軸３相変換手段２９、ＰＷＭ変換手段３０、非干渉制御手段３１、及び断線検知手段３２を備えた構成となっている。また、周辺機器として、電動機８、電動機駆動手段１３、電流センサ１４ａ、１４ｂを有する電動機電流検出手段１４、及びバッテリを備えている。なお、制御手段１２はＣＰＵからの指令信号によって動作を行うが、この図ではＣＰＵは図示されていない。

このような制御手段１２は、２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって指令トルクに応じた電動機８のベクトル制御を行っている。すなわち、ステアリング系Ｓのハンドルに加わる操舵トルクＴを操舵トルクセンサＴＳにより検出し、この検出した操舵トルクＴに応じたアシストトルクが得られるように、電動機８をベクトル制御することにより操舵のアシストを行っている。

まず、図示しないＣＰＵ内において、操舵トルクセンサＴＳが検出して出力した操舵トルク信号Ｔ、操舵角速度、及び車速センサＶＳが検出して出力した車速信号Ｖなどから指令トルクが求められ、さらに、この指令トルクはトルク電流変換によってＱ軸電流指令値に変換され、制御手段１２のＱ軸ＰＩ制御手段２７へ入力される。また、ＣＰＵからの指令信号と電動機速度算出手段２５からの速度信号が界磁電流手段２６へ入力され、Ｄ軸電流指令値に変換されてＤ軸ＰＩ制御手段２８へ入力される。

また、電動機８の各相電流（例えば、Ｕ相電流ＩＵ、Ｗ相電流ＩＷ）が電動機電流検出手段１４の電流センサ（ＣＴ）１４ａ、１４ｂで検出され、相電流検出手段２１によって所定の周期でサンプリングされる。そして、相電流検出手段２１から出力された各相電流（ＩＵ、ＩＷ）は３相２軸変換手段２２へ入力される。一方、レゾルバ２３が検出した電動機８の回転位置は角度算出手段２４によって角度信号（ＡＮＧＬＥ）に変換され、その角度信号が３相２軸変換手段２２へ入力される。そして、３相２軸変換手段２２は、入力された角度信号に基づいて各相電流（ＩＵ、ＩＷ）をＤＱ変換してＤ軸電流（ＩＤ）とＱ軸電流（ＩＱ）を出力する。

次に、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７は、ＣＰＵから入力されたＱ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＱ軸電流（ＩＱ）とに基づいて、Ｐ（Proportional：比例）制御処理及びＩ（Integral：積分）制御処理を実行し、その結果としてＱ軸に対しての指令電圧ＶＱを生成して、この指令電圧ＶＱを２軸３相変換手段２９へ入力する。また、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８は、界磁電流手段２６から入力されたＤ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＤ軸電流（ＩＤ）とに基づいて、Ｐ（比例）制御処理及びＩ（積分）制御処理を実行し、その結果としてＤ軸に対しての指令電圧ＶＤを生成して、この指令電圧ＶＤを２軸３相変換手段２９へ入力する。

すると、２軸３相変換手段２９は、これらの指令電圧ＶＱ、ＶＤに対してＤＱ逆変換を行って電動機８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対するそれぞれの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに変換する。そして、これらの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷはＰＷＭ変換手段３０でＰＷＭデュ−ティ信号となり、このＰＷＭデューティ信号が電動機駆動手段１３内の図示しないプリドリブ回路及びＦＥＴブリッジ回路を制御する。これによって、ブラシレスモータなどの電動機８の各相巻線にはＰＷＭ制御された電流が通電され、電動機８に対して所定のベクトル制御を行う。

なお、非干渉制御手段３１は、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７とＤ軸ＰＩ制御手段２８のように複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉がある場合に、１つの制御入力の影響が１つの制御量だけに及ぶように相互干渉を絶つ働きをする。図２の例では、非干渉制御手段３１は、電動機角速度と電動機電流のフィードバックループを小さくする（つまり、フィードバックループの応答速度を早くする）ために用いられている。

ところで、本発明の電動パワーステアリング装置は、図２に示すように、電動機８に接続されるＵ相ライン、Ｖ相ライン、Ｗ相ラインの断線を検知するための断線検知手段３２を備えている。すなわち、断線検知手段３２は、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７から出力されるＱ軸電圧ＶＱが所定の電圧閾値以上であり、かつ電動機８に流れる各相の相電流（つまり、電動機電流検出手段１４が検出して相電流検出手段２１を介して３相２軸変換手段２２から出力されるＱ軸電流ＩＱ）が所定の電流閾値以下である状態が所定の時間以上継続された場合に、その３相ブラシレスモータが断線していると判定する。そして、断線検知手段３２は、３相ブラシレスモータのいずれかのラインが断線していると判断した場合は、断線信号を電動機駆動手段１３へ送信してフェールセーフモードに移行し、３相ブラシレスモータへの電流供給を停止させる。これによって、電動機８や制御手段１２の各要素に２次故障が波及することを防止することができる。

また、道路の車線と車両の位置関係をＣＣＤカメラで確認して、その位置関係を適正に保つように目標電流を補正するレーンキープモードでは、僅かな操舵力のアシストを行えばよいので微少電流で３相ブラシレスモータの制御を行っている。この技術は同一出願人による特開平１１−９９９５５号公報などに開示されている。このようなレーンキープモードでは、Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であっても、操舵力をアシストするための微少な駆動電流であることもあるので、単純に断線であると判定することはできない。そこで、断線検知手段３２は、図２には図示されていないＣＣＤカメラからレーンキープモードである旨の情報が入力されると、レーンキープモードでは微弱な電力で電動機８を制御して操舵力のアシストを行えばよいので、電動機８に流れる各相の相電流（つまり、３相２軸変換手段２２から出力されるＱ軸電流ＩＱ）が所定の電流閾値以下であって、かつ、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７から出力されるＱ軸電圧ＶＱが所定の電圧閾値以下である場合は、レーンキープモードであると判断して断線検知を行わないようにしている。

図３は、図２の断線検知手段３２が断線検知を行う電圧・電流の範囲を示す概念図であり、横軸にＱ軸電圧ＶＱを表わし、縦軸にＱ軸電流ＩＱを表わしている。すなわち、電動機８に接続される各相ラインの断線状態とは、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７から所定の値以上のＱ軸電圧ＶＱが出力されているにも関わらず、各相ラインから流れる電流が所定の値以下である状態、つまり、３相２軸変換手段２２から出力されるＱ軸電流ＩＱが所定の値以下である状態である。すなわち、図３に示すように、Ｑ軸電圧ＶＱが電圧閾値ＶＱ１以上であってＱ軸電流ＩＱが電流閾値ＩＱ１以下である領域を断線検知エリアＳｂとする。

そして、Ｑ軸電圧ＶＱが電圧閾値ＶＱ１以上であってＱ軸電流ＩＱが電流閾値ＩＱ１以下である断線検知エリアＳｂの状態が所定の時間継続された場合、または、断線検知エリアＳｂの故障検知カウントの積算値が所定の値以上になった場合は、断線検知手段３２は、電動機８に接続される３相ラインのうちいずれかのラインが断線していると確定し、制御手段１２をフェールセーフモードにする。例えば、断線検知手段３２から電動機駆動手段１３に断線信号を送信して、図示しないフェールセーフリレーをＯＦＦにして電動機８に接続される３相ラインを遮断する。

ところが、レーンキープモードなどのように小さな操舵力アシストを行う場合は電動機８が低速回転状態にあり、図３に示すように、比較的小さなＱ軸電圧ＶＱとＱ軸電流ＩＱのレーンキープモードエリアＳａで電動機８の制御が行われる。したがって、Ｑ軸電流ＩＱのレベルが電流閾値ＩＱ１以下であって、かつ、Ｑ軸電圧ＶＱのレベルが電圧閾値ＶＱ１以下であるレーンキープモードエリアＳａは、断線検知エリアＳｂから外して正常に断線検知ができるようにする。

また、図３の１点鎖線のＶＱ−ＩＱ特性は、電動機８の回転速度ＮをパラメータとしたときのＱ軸電圧ＶＱに対するＱ軸電流ＩＱの特性であり、電動機８の回転速度Ｎが上昇すると電機子コイルの逆起電力が増加するために、必要とするＱ軸電圧ＶＱを高くしなければならない。言い換えれば、同じＱ軸電圧ＶＱを印加した場合は、電動機８の回転速度Ｎが上昇するとＱ軸電流ＩＱは減少する。例えば、Ｑ軸電圧ＶＱ２を印加した場合、低い転速度Ｎ１のときのＱ軸電流はＩＱ３で断線検知エリアＳｂの外にある。また、やや高い回転速度Ｎ２のときのＱ軸電流はＩＱ２であり断線検知エリアＳｂの外にある。ところが、さらに高い回転速度Ｎ３のときのＱ軸電流はＩＱ１より少ないＩＱ０であって断線検知エリアＳｂの中にある。

すなわち、電動機８の高回転領域では、頻度は少ないものの断線検知エリアＳｂ内で電動機８の制御が行われることがある。したがって、単純に断線検知エリアＳｂの故障検知をカウントアップして積算値が所定の値以上になったときに断線であると判定すると誤検知してしまう可能性もある。そこで、このような不具合を解消するために、所定の回転速度以上の高速回転のとき、Ｑ軸電圧ＶＱが所定電圧値以上のとき、及びＱ軸電流ＩＱが所定電流値以上のときは、先に検知した断線検知エリアＳｂの故障検知のカウント数をカウントダウンする。

次に、フローチャートの流れに沿って断線検知の手順を説明する。図４は、図２に示す断線検知手段３２が行う断線検知の処理の流れを示すフローチャートである。したがって、図２及び図３を参照しながら図４のフローチャートを説明する。図４において、まず、断線検知手段３２は、電動機８の回転速度の読込みを行う（ステップＳ１）。そして、電動機８の回転速度が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、電動機８の回転速度が所定値以下であれば（ステップＳ２でＹｅｓの場合）、Ｑ軸電流ＩＱの読込みを行う（ステップＳ３）。そして、読み込んだＱ軸電流ＩＱの絶対値が電流閾値ＩＱ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

次に、Ｑ軸電流ＩＱの絶対値が電流閾値ＩＱ１以下であれば（ステップＳ４でＹｅｓの場合）、Ｑ軸電圧ＶＱの絶対値が電圧閾値ＶＱ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、Ｑ軸電圧ＶＱの絶対値が電圧閾値ＶＱ１以上であれば（ステップＳ５でＹｅｓの場合）、図３の断線検知エリアＳｂに入っているので、断線カウンタをカウントアップ（積算）してゆく（ステップＳ６）。そして、断線カウンタのカウント値が未だ所定値以下であるか否かを判断し（ステップＳ７）、断線カウンタのカウント値が所定値以下でなければ、つまり、カウント値が所定値に達していれば（ステップＳ７でＮｏの場合）、断線検知エリアＳｂでの故障カウントは所定の積算値に達したので、断線故障が発生したものと確定する（ステップＳ８）。このような処理は継続して繰り返される（ステップＳ９）。なお、断線故障と確定した場合は、電動パワースステアリング装置の作動を制限してワーニング点灯などの処理を行う。

また、ステップＳ２で電動機８の回転速度が所定値以下でないとき、つまり、電動機８が高速回転であるときは（ステップＳ２でＮｏの場合）、図３で説明した回転速度Ｎ３の高速回転の場合のように、断線検知エリアＳｂで制御を行っている可能性がある。したがって、断線故障ではない可能性もあるため、断線カウンタのカウント値を１つカウントダウンして（ステップＳ１０）、次の検知サイクルにリターンする（ステップＳ９）。

また、ステップＳ４でＱ軸電流ＩＱの絶対値が電流閾値ＩＱ１以下でないときは（ステップＳ３でＮｏの場合）、図３に示すように断線検知エリアＳｂ内には入っていないので、断線カウンタのカウント値を１つカウントダウンして（ステップＳ１０）、次の検知サイクルにリターンする（ステップＳ９）。

さらに、Ｑ軸電流ＩＱの絶対値が電流閾値ＩＱ１以下であるときに（ステップＳ４でＹｅｓ）、ステップＳ５でＱ軸電圧ＶＱの絶対値が電圧閾値ＶＱ１以上でない場合は（ステップＳ５でＮｏの場合）、つまり、Ｑ軸電流ＩＱの絶対値が電流閾値ＩＱ１以下であって、かつ、Ｑ軸電圧ＶＱの絶対値が電圧閾値ＶＱ１未満のときは、図３に示すレーンキープモードエリアＳａにあるので断線検知を行わないため、断線カウンタのカウント値を１つカウントダウンして（ステップＳ１１）、次の検知サイクルにリターンする（ステップＳ９）。なお、上記実施形態では、断線カウンタのカウント値が所定値異常の時、断線故障を判定するようにしたが、断線検知エリアに所定時間入っているときに断線故障を判定するようにしてもよい。

以上のようにして、本発明の電動パワーステアリング装置は、断線検知エリアＳｂとレーンキープモードエリアＳａを弁別して断線検知を行っているので、レーンキープモードの機能と断線検知の機能を両立させながら高精度に操舵力アシストの制御を実現することができる。なお、本発明は、ステアリング系Ｓにおけるステアリングホイールと前輪（転蛇輪）とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer#By#Wire）にも適用可能である。また、断線検知エリアも固定とするのではなく、たとえば、車速やモータ回転数によってその範囲を変更してもよい。たとえば、モータ回転速度が上昇するにしたがって、電圧閾値ＶＱ１を上昇させてもよい。この場合は、ブラシレスモータの高速回転時であっても誤検知をするおそれがない。

本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置における制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。 図２の断線検知手段が断線検知を行う電圧・電流の範囲を示す概念図である。 図２に示す断線検知手段が行う断線検知の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ 手動操舵力発生手段
３ ステアリングホイール
４ ステアリング軸
５ 連結軸
５ａ，５ｂ 自在継ぎ手
６ ステアリング・ギアボックス
７ ラック＆ピニオン機構
７ａ ピニオン
８ 電動機
９ ラック軸
１０ タイロッド
１１ ボールねじ機構
１２ 制御手段
１３ 電動機駆動手段
１４ 電動機電流検出手段
１４ａ，１４ｂ 電流センサ
１５ 電動機電圧検出手段
２１ 相電流検出手段
２２ ３相２軸変換手段
２３ レゾルバ
２４ 角度算出手段
２５ 電動機速度算出手段
２６ 界磁電流手段
２７ Ｑ軸ＰＩ制御手段
２８ Ｄ軸ＰＩ制御手段
２９ ２軸３相変換手段
３０ ＰＷＭ変換手段
３１ 非干渉制御手段
３２ 断線検知手段
Ｓ ステアリング系
Ｓａ レーンキープモードエリア
Ｓｂ 断線検知エリア
ＴＳ 操舵トルクセンサ
ＶＳ 車速センサ
Ｗ 前輪

Claims (3)

1. 操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出してステアリング系にモータパワーを付与するブラシレスモータを駆動制御する制御手段を有し、
   前記制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって前記ブラシレスモータの制御を行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記ブラシレスモータに流れるＱ軸電流が０より大きい所定の電流閾値以下であり、かつ、前記ブラシレスモータに印加されるＱ軸電圧が所定の電圧閾値以上である異常検知エリア状態が所定の時間継続されたとき、または前記異常検知エリア状態を検出したカウント数の積算値が所定値以上のとき、前記ブラシレスモータに接続される複数ラインのうち、少なくとも１つのラインが異常であると検知する異常検知手段を備え、前記Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であり、かつ、前記Ｑ軸電圧が所定の電圧閾値未満であるときは、前記異常検知手段は異常検知を行わないことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出してステアリング系にモータパワーを付与するブラシレスモータを駆動制御する制御手段を有し、
   前記制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって前記ブラシレスモータの制御を行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記ブラシレスモータに流れるＱ軸電流が０より大きい所定の電流閾値以下であり、かつ、前記ブラシレスモータに印加されるＱ軸電圧が所定の電圧閾値以上である異常検知エリア状態が所定の時間継続されたとき、または前記異常検知エリア状態を検出したカウント数の積算値が所定値以上のとき、前記ブラシレスモータに接続される複数ラインのうち、少なくとも１つのラインが異常であると検知する異常検知手段を備え、前記Ｑ軸電流が所定の電流閾値以下であり、かつ、前記Ｑ軸電圧が所定の電圧閾値未満であるレーンキープモードのときに、前記異常検知手段は異常検知を行わず、
   前記目標電流は、前記レーンキープモードのときに、道路の車線と車両の位置関係を確認して、その位置関係を適正に保つように設定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記異常検知手段は、前記ブラシレスモータが所定の回転速度以上で高速回転しているときは、前記Ｑ軸電流及び前記Ｑ軸電圧が前記異常検知エリア状態にあるときでも異常検知を行わないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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