JP5406226B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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前記第2閾値は、例えば、前記異常相検出手段による異常相の検出精度が不十分になるほど前記モータが過度の逆起電力を生じさせているか否かを判定するための閾値とすることができる。
また、3相全てを駆動している際、前記異常相検出手段が異常相を検出した場合には、当該異常相が機能しないことにより前記モータの出力が低下する電気角付近において、前記モータの出力を増加させるように当該異常相以外の相を駆動させてもよい。これにより、異常相が存在する場合であっても、モータの出力の急減を抑制し、モータからの操舵アシスト力を安定的に生成することが可能となる。
3相をなすU相、V相及びW相の基準電圧をそれぞれVu_base、Vv_base、Vw_baseとし、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseの算出に用いるゲインをGphとするとき、U相に異常が発生している場合、次の式(1)〜(6)を用いて、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出してもよい。
0°≦Φ1<180°の場合
Vu_base=0 (1)
Vv_base=Gph×(1−0.5sinΦ1) (2)
Vw_base=−Gph×(1−0.5sinΦ1) (3)
180°≦Φ1<360°の場合
Vu_base=0 (4)
Vv_base=Gph×(−1−0.5sinΦ) (5)
Vw_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ) (6)
但し、上記式(1)〜(6)では、Φ1は、前記モータの電気角と270°の和として定義され、Gphは、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseの算出に用いるゲインである。
V相に異常が発生している場合、次の式(7)〜(12)を用いて、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出してもよい。
0°≦Φ2<180°の場合
Vv_base=0 (7)
Vw_base=Gph×(1−0.5sinΦ2) (8)
Vu_base=−Gph×(1−0.5sinΦ2) (9)
180°≦Φ2<360°の場合
Vv_base=0 (10)
Vw_base=Gph×(−1−0.5sinΦ2) (11)
Vu_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ2) (12)
但し、上記式(7)〜(12)では、Φ2は、前記モータの電気角と150°の和として定義される。
W相に異常が発生している場合、次の式(13)〜(18)を用いて、基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出してもよい。
0°≦Φ3<180°の場合
Vw_base=0 (13)
Vu_base=Gph×(1−0.5sinΦ3) (14)
Vv_base=−Gph×(1−0.5sinΦ3) (15)
180°≦Φ3<360°の場合
Vw_base=0 (16)
Vu_base=Gph×(−1−0.5sinΦ3) (17)
Vv_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ3) (18)
但し、上記式(13)〜(18)では、Φ3は、前記モータの電気角と30°の和として定義される。
A.構成の説明
1.電動パワーステアリング装置10の全体
図1は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置10(以下「パワーステアリング装置10」とも称する。)の概略構成図である。図2は、パワーステアリング装置10の一部についての回路構成図である。
ステアリングシャフト14は、操向ハンドル12に一体結合されたメインステアリングシャフト52と、ラック&ピニオン機構のピニオン56が設けられたピニオン軸54と、メインステアリングシャフト52及びピニオン軸54を連結するユニバーサルジョイント58とを備える。
(1)アシスト駆動系
モータ22は、ウォームギア24及びウォームホイールギア26を介してラック軸16に連結されている。すなわち、モータ22の出力軸22aは、ウォームギア24に連結されている。また、ウォームギア24と噛合するウォームホイールギア26は、ピニオン軸54に形成され、ピニオン軸54はラック軸16に連結されている。
(a)フィードフォワード系センサ類
トルクセンサ28は、ピニオン軸54の中間部の軸受60bと上部の軸受60aとの間に設けられ、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルクTrを検出し、ECU50に出力する。
インバータ36は、3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、バッテリ34からの直流を3相の交流に変換してモータ22に供給する。
電流センサ38は、モータ22の巻線86uにおけるU相の電流(U相電流Iu)を検出し、ECU50に出力する。同様に、電流センサ40は、巻線86wにおけるW相の電流(W相電流Iw)を検出し、ECU50に出力する。なお、電流センサ38、40は、モータ22の3相のうちの2つの相を検出するものであれば、U相とW相の組合せ以外の電流を検出するものであってもよい。
図3には、ECU50への入力及び出力並びにECU50の内部構成及び機能が示されている。ECU50は、各センサからの出力値に基づき、モータ22の出力を制御する。
バッテリ34は、低電圧(本実施形態では12ボルト)を出力可能な蓄電装置であり、例えば、鉛蓄電池等の2次電池を利用することができる。
1.全体の流れ
図4は、本実施形態におけるECU50の処理の全体を示すフローチャートである。ステップS1において、ECU50は、通常時通電制御機能106を用いて通常時通電制御を実行する。通常時通電制御では、インバータ36の3つの相アーム70(図2)を用いてモータ22の出力を制御する(詳細は後述する。)。
図5は、通常時通電制御におけるECU50の機能的なブロック図である。図5に示すように、通常時通電制御におけるECU50は、トルク指令値算出部110と、位相補償部112と、3相−dq変換部114と、q軸電流目標値算出部116と、第1減算器118と、q軸PI制御部120と、d軸電流目標値設定部122と、第2減算器124と、d軸PI制御部126と、dq−3相変換部128と、PWM制御部130とを有する。これらの構成要素を用いてインバータ36の制御が行われる。なお、インバータ36の制御系としては、基本的に、特許文献2や特許文献3に記載のものを用いることが可能であり、本実施形態において省略されている構成要素についても付加的に適用可能である。
図7は、ECU50による異常判定処理(異常判定機能100)のフローチャート(図4のS4の詳細)である。ステップS11において、ECU50は、d軸電圧Vdとq軸電圧Vqを演算により求める。具体的には、ECU50は、電圧センサ44からのU相電圧Vuと、電圧センサ46からのV相電圧Vvと、電圧センサ48からのW相電圧Vwとを電気角θを用いて3相−dq変換し、d軸電圧Vdとq軸電圧Vqを求める。
図8は、ECU50による異常相特定処理(異常相特定機能102)のフローチャート(図4のS6の詳細)である。ステップS21において、ECU50は、電圧センサ46からのV相電圧Vvと電圧センサ48からのW相電圧Vwとの相関電圧(以下「VW相間電圧Vvw」という。)の絶対値が、閾値THv未満であるか否かを判定する。VW相間電圧Vvwは、V相電圧VvとW相電圧Vwとの差として定義される(Vvw=Vv−Vw)。閾値THvは、VW相間電圧Vvwがゼロ又はその近傍の値であるか否か(換言すると、V相電圧VvとW相電圧Vwとが略等しいか否か)を判定するためのものである。
(1)全体
図9は、異常発生時通電制御におけるECU50の機能的なブロック図である。以下では、図5と同じ構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
通常時通電制御と同様、トルク指令値算出部110は、トルクセンサ28からの操舵トルクTrと車速センサ30からの車速Vに基づいて第1トルク指令値Tr_c1を算出する。位相補償部112は、第1トルク指令値Tr_c1に位相補償処理を行って第2トルク指令値Tr_c2を算出する。
図10は、ゲイン設定部140の機能ブロック図である。ゲイン設定部140は、第2トルク指令値Tr_c2と車速Vとに基づいてゲインGphを算出する。図10に示すように、ゲイン設定部140は、絶対値変換部160と、2相通電用の出力電圧テーブル162と、2相通電用の車速ゲインテーブル164と、第1乗算器166と、レートリミット処理部168と、サイン変換器170と、第2乗算器172とを有する。
図9に戻り、基準電圧算出部142は、ゲインGphと電気角θと異常相特定機能102の特定結果(いずれの相に異常が発生しているか)とに基づいて各相の基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出する。
(a)0°≦Φ<180°の場合
Vu_base=0 (1)
Vv_base=Gph×(1−0.5sinΦ) (2)
Vw_base=−Gph×(1−0.5sinΦ) (3)
(b)180°≦Φ<360°の場合
Vu_base=0 (4)
Vv_base=Gph×(−1−0.5sinΦ) (5)
Vw_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ) (6)
(c)0°≦Φ<180°の場合
Vv_base=0 (7)
Vw_base=Gph×(1−0.5sinΦ) (8)
Vu_base=−Gph×(1−0.5sinΦ) (9)
(d)180°≦Φ<360°の場合
Vv_base=0 (10)
Vw_base=Gph×(−1−0.5sinΦ) (11)
Vu_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ) (12)
(e)0°≦Φ<180°の場合
Vw_base=0 (13)
Vu_base=Gph×(1−0.5sinΦ) (14)
Vv_base=−Gph×(1−0.5sinΦ) (15)
(f)180°≦Φ<360°の場合
Vw_base=0 (16)
Vu_base=Gph×(−1−0.5sinΦ) (17)
Vv_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ) (18)
図9の回転速度算出部144は、レゾルバ42からの電気角θに基づいてモータ22の回転速度ωを算出する。
補正電圧算出部146は、電気角θと回転速度ωと異常相特定機能102の特定結果(いずれの相に異常が発生しているか)とに基づいて各相の補正電圧Vu_emf、Vv_emf、Vw_emfを算出する。各補正電圧Vu_emf、Vv_emf、Vw_emfは、モータ22による誘起電圧を相殺するためのものである。
Vu_emf=0 (19)
Vv_emf=−(√3/2)Ke×ω×sinΦ (20)
Vw_emf=(√3/2)Ke×ω×sinΦ (21)
Vv_emf=0 (22)
Vw_emf=−(√3/2)Ke×ω×sinΦ (23)
Vu_emf=(√3/2)Ke×ω×sinΦ (24)
Vw_emf=0 (25)
Vu_emf=−(√3/2)Ke×ω×sinΦ (26)
Vv_emf=(√3/2)Ke×ω×sinΦ (27)
図9の第1加算器148は、U相の基準電圧Vu_baseと補正電圧Vu_emfとの和をU相電圧目標値Vu_tとして出力する。第2加算器150は、V相の基準電圧Vv_baseと補正電圧Vv_emfとの和をV相電圧目標値Vv_tとして出力する。第3加算器152は、W相の基準電圧Vw_baseと補正電圧Vw_emfとの和をW相電圧目標値Vw_tとして出力する。
通常時通電制御と同様、PWM制御部130は、相電圧指令値Vu_t、Vv_t、Vw_tに応じて、パルス幅変調(PWM)制御によりインバータ36を介してモータ22の各相の巻線86を通電する。PWM制御部130は、インバータ36の各SW素子74、80のオンオフを制御することで、各相の巻線86を通電する。
以上のように、本実施形態によれば、q軸電圧Vqが印加されているにも関わらず、q軸電流Iqがゼロである状態において、相間電圧がゼロボルト近傍になっている組合せの相以外の相を異常相として検出する(図8)。このため、相電流検出用に2つの電流センサ38、40しか有さない構成であっても、異常相の検出が可能となる。
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記実施形態では、いずれかの相に異常が発生しているか否かを判定するための判断基準として、q軸電流Iqがゼロであることを用いた(図7のS14)。しかしながら、これに限らず、ゼロ近傍の正の閾値及び負の閾値を設け、この間にq軸電流Iqが入っていることを判断基準としてもよい。或いは、q軸電流Iqの絶対値が、ゼロ近傍の正の閾値以下であることを判断基準とすることもできる。
図14〜図19は、異常発生時通電制御におけるモータ22の電気角θと各相の出力電圧との関係の第1変形例〜第6変形例を示す。換言すると、図14〜図19の例では、ゲイン設定部140における処理の変形例を示している。なお、図14〜図19ではいずれもW相が断線した場合を前提としている。
上記実施形態では、回転速度ωと閾値TH_ωとを比較し、回転速度ωが閾値TH_ω以下であるときのみ異常判定処理を行った(図4)。しかしながら、回転速度ωと閾値TH_ωとを比較しない構成も可能である。
36…インバータ
50…ECU(電流座標変換手段、電圧座標変換手段、異常相検出手段、回転速度検出手段)
Claims (3)
- モータに3相の交流電力を供給するインバータと、
前記3相に流れる電流を励磁電流成分であるd軸電流と、トルク電流成分であるq軸電流とのd−q座標電流に変換する電流座標変換手段と、
前記モータに印加される3相電圧を、d軸電圧及びq軸電圧に変換する電圧座標変換手段と、
前記q軸電圧が印加されているにも関わらず、前記q軸電流が第1閾値以下の状態において、相間電圧がゼロボルト近傍になっている組合せを判定し、当該組合せに含まれる相以外の相を異常相として検出する異常相検出手段と
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と
を備え、
前記回転速度が第2閾値以下のときに前記異常相検出手段を作動させ、
前記第2閾値は、前記異常相検出手段による異常相の検出精度が不十分になるほど前記モータが過度の逆起電力を生じさせているか否かを判定するための閾値である
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、
前記異常相検出手段が異常相を検出した場合には、所定電気角において当該異常相以外の相を駆動させる
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1又は2記載の電動パワーステアリング装置において、
3相全てを駆動している際、前記異常相検出手段が異常相を検出した場合には、当該異常相が機能しないことにより前記モータの出力が低下する電気角付近において、前記モータの出力を増加させるように当該異常相以外の相を駆動させ、
3相をなすU相、V相及びW相の基準電圧をそれぞれVu_base、Vv_base、Vw_baseとし、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseの算出に用いるゲインをGphとするとき、U相に異常が発生している場合、次の式(1)〜(6)を用いて、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出し、
0°≦Φ1<180°の場合
Vu_base=0 (1)
Vv_base=Gph×(1−0.5sinΦ1) (2)
Vw_base=−Gph×(1−0.5sinΦ1) (3)
180°≦Φ1<360°の場合
Vu_base=0 (4)
Vv_base=Gph×(−1−0.5sinΦ1) (5)
Vw_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ1) (6)
但し、上記式(1)〜(6)では、Φ1は、前記モータの電気角と270°の和として定義され、
V相に異常が発生している場合、次の式(7)〜(12)を用いて、前記基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出し、
0°≦Φ2<180°の場合
Vv_base=0 (7)
Vw_base=Gph×(1−0.5sinΦ2) (8)
Vu_base=−Gph×(1−0.5sinΦ2) (9)
180°≦Φ2<360°の場合
Vv_base=0 (10)
Vw_base=Gph×(−1−0.5sinΦ2) (11)
Vu_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ2) (12)
但し、上記式(7)〜(12)では、Φ2は、前記モータの電気角と150°の和として定義され、
W相に異常が発生している場合、次の式(13)〜(18)を用いて、基準電圧Vu_base、Vv_base、Vw_baseを算出し、
0°≦Φ3<180°の場合
Vw_base=0 (13)
Vu_base=Gph×(1−0.5sinΦ3) (14)
Vv_base=−Gph×(1−0.5sinΦ3) (15)
180°≦Φ3<360°の場合
Vw_base=0 (16)
Vu_base=Gph×(−1−0.5sinΦ3) (17)
Vv_base=−Gph×(−1−0.5sinΦ3) (18)
但し、上記式(13)〜(18)では、Φ3は、前記モータの電気角と30°の和として定義される
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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