JP5920050B2 - 電動機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電動機の駆動の制御に係るセンサに異常が生じた場合、異常が生じたセンサにより検出された検出値を用いずに電動機を駆動し、操舵のアシストを継続する電動パワーステアリング装置が知られている。例えば特許文献１では、電動機の位置センサに異常が生じた場合においても、操舵のアシストを継続している。

特開２００３−２６０２０号公報

ところで近年、制御技術が向上しており、異常が生じたセンサを用いないセンサレス制御により電動機を駆動した場合でも、センサに異常が生じていない場合と略同様に制御することが可能になっている。そのため、センサに異常が生じていることに気づかずに電動機の駆動を継続する虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置に異常が生じていることを適切に感知させることができる電動機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の電動機制御装置は、ステータ、ステータに対し相対回転可能に設けられるロータ、および、ステータに巻回される巻線組を有し、操舵に関するアシストトルクを出力する電動機の駆動を制御するものである。電動機制御装置は、検出値取得手段と、異常判断手段と、正常時駆動制御手段と、バックアップ制御手段と、を備える。
検出値取得手段は、電動機の駆動に係る検出値として、少なくとも、トルクセンサにより検出される操舵トルクに係るトルク検出し、回転角センサにより検出される電動機の回転角に係る回転角検出値、および、電流センサにより検出される巻線組の各相電流に係る電流検出値を取得する。異常判断手段は、検出値に異常が生じているか否かを判断する。異常判断手段により検出値に異常が生じていないと判断された場合、正常時駆動制御手段は、検出値取得手段により取得される検出値を用い、第１の出力トルクを出力するように電動機の駆動を制御する。また、異常判断手段により検出値の１種類に異常が生じていると判断された場合、バックアップ制御手段は、異常が生じている値を除く他の値を用い、第１の出力トルクとは異なる第２の出力トルクを出力するように電動機の駆動を制御するバックアップ制御とする。また、検出値の２種類以上に異常が生じていると判断された場合、バックアップ制御または電動機の駆動を停止する。

バックアップ制御手段は、異常が生じている検出値を用いずに電動機の駆動を制御するので、センサ等の故障により検出値に異常が生じても、電動機の駆動を継続することができる。また、バックアップ制御手段は、正常時に出力される第１の出力トルクとは異なる第２の出力トルクを出力するように電動機の駆動を制御するので、装置に異常が生じていることを適切に感知させることができる。

また、例えば、電動機制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合、センサ等の故障により検出値に異常が生じても、異常が生じている検出値を用いずに電動機の駆動が継続され、操舵のアシストを継続することができる。また、運転者に故障発生を適切に感知させることができるので、装置の故障に気づかずに使用を継続している間に、他の箇所も故障し、電動機の駆動ができなくなることによって操舵のアシストができなくなるという状況を回避することができる。

本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態によるモータ駆動処理を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態によるモータ駆動処理を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置において、トルクセンサが故障した場合を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置において、回転角センサが故障した場合を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置において、電流センサが故障した場合を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態によるアシストトルクを説明する図であって、（ａ）はセンサに故障が生じていない正常時駆動制御時であり、（ｂ）はセンサに故障が生じているバックアップ制御時である。 本発明の第２実施形態によるアシストトルクを説明する図であって、（ａ）はセンサに故障が生じていない正常時駆動制御時であり、（ｂ）はセンサに故障が生じているバックアップ制御時である。

以下、本発明による電動機制御装置を図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電動機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図１および図２に示す。
電動機制御装置としてのモータ制御装置１は、電動機としてのモータ１０の駆動を制御するものである。モータ制御装置１は、モータ１０とともに、車両のステアリング操作（操舵）をアシスト（補助）するための電動パワーステアリング装置２に適用される。

図１は、モータ制御装置１を採用する電動パワーステアリング装置２を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す図である。
運転者により操舵されるステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２に接続される。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結されている。これにより、運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転し、ステアリングシャフト９２の回転運動がピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度となるように一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置２は、出力トルクとしてのアシストトルクを出力するモータ１０、モータ１０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える減速ギア９４、および、モータ制御装置１を備える。

モータ１０は、本実施形態では、三相ブラシレスモータであり、いずれも図示しないステータ、ロータ、および、シャフトを有する。ロータは、シャフトとともに回転する部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、ロータを内部に収容しており、ロータはステータ内部で回転可能に支持されている。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部にＵ１コイル１１１、Ｖ１コイル１１２、Ｗ１コイル１１３、Ｕ２コイル１２１、Ｖ２コイル１２２、および、Ｗ２コイル１２３が巻回されている。Ｕ１コイル１１１、Ｖ１コイル１１２、および、Ｗ１コイル１１３は、Δ結線されて第１巻線組１１を構成している。同様に、Ｕ２コイル１２１、Ｖ２コイル１２２、および、Ｗ２コイル１２３は、Δ結線されて第２巻線組１２を構成している（図２参照）。なお、第１巻線組１１および第２巻線組１２が「巻線組」に対応している。

モータ制御装置１は、図示しないＥＣＵにより構成される。ＥＣＵは、第１インバータ部２１、第２インバータ部２２、および、制御部３０等を備える。
図２に示すように、第１インバータ部２１は、バッテリ５０と第１巻線組１１との間に設けられ、第１巻線組１１への通電を切り替えるべく、スイッチング素子２１１〜２１６がブリッジ接続されている。第１インバータ部２１とバッテリ５０との間には、電源リレー５１が設けられる。
第２インバータ部２２は、バッテリ５０と第２巻線組１２との間に設けられ、第２巻線組１２への通電を切り替えるべく、スイッチング素子２２１〜２２６がブリッジ接続されている。第２インバータ部２２とバッテリ５０との間には、電源リレー５２が設けられる。

本実施形態では、モータ１０の第１巻線組１１の通電を制御すべく第１インバータ部２１が対応して設けられ、第２巻線組１２の通電を制御すべく第２インバータ部２２が対応して設けられている。換言すると、モータ１０は、２系統で駆動される、といえる。以下適宜、第１巻線組１１と第１インバータ部２１との組み合わせを第１系統１００、第２巻線組１２と第２インバータ部２２との組み合わせを第２系統２００、という。

スイッチング素子２１１〜２１６、２２１〜２２６、および、電源リレー５１、５２には、例えば電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）が用いられる。もちろん、ＭＯＳＦＥＴ以外のＩＧＢＴ等を用いてもよい。以下、スイッチング素子２１１〜２１６、２２１〜２２６を、ＭＯＳ２１１〜２１６、２２１〜２２６という。

第１インバータ部２１のＭＯＳ２１１は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２１４のドレインに接続される。ＭＯＳ２１４のソースは、シャント抵抗７５１を介して接地される。ＭＯＳ２１１とＭＯＳ２１４との接続点は、Ｕ１コイル１１１の一端に接続される。また、ＭＯＳ２１１とＭＯＳ２１４との接続点には、Ｕ１端子電圧Ｖｕ１を検出する端子電圧検出部７６１が接続される。
ＭＯＳ２１２は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２１５のドレインに接続される。ＭＯＳ２１５のソースは、シャント抵抗７５２を介して接地される。ＭＯＳ２１２とＭＯＳ２１５との接続点は、Ｖ１コイル１１２の一端に接続される。また、ＭＯＳ２１２とＭＯＳ２１５との接続点には、Ｖ１端子電圧Ｖｖ１を検出する端子電圧検出部７６２が接続される。
ＭＯＳ２１３は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２１６のドレインに接続される。ＭＯＳ２１６のソースは、シャント抵抗７５３を介して接地される。ＭＯＳ２１３とＭＯＳ２１６との接続点は、Ｗ１コイル１１３の一端に接続される。また、ＭＯＳ２１３とＭＯＳ２１６との接続点には、Ｗ１端子電圧Ｖｗ１を検出する端子電圧検出部７６３が接続される。

第２インバータ部２２のＭＯＳ２２１は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２２４のドレインに接続される。ＭＯＳ２２４のソースは、シャント抵抗７５４を介して接地される。ＭＯＳ２２１とＭＯＳ２２４との接続点は、Ｕ２コイル１２１の一端に接続される。また、ＭＯＳ２２１とＭＯＳ２２４との接続点には、Ｕ２端子電圧Ｖｕ２を検出する端子電圧検出部７６４が接続される。
ＭＯＳ２２２は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２２５のドレインに接続される。ＭＯＳ２２５のソースは、シャント抵抗７５５を介して接地される。ＭＯＳ２２２とＭＯＳ２２５との接続点は、Ｖ２コイル１２２の一端に接続される。また、ＭＯＳ２２２とＭＯＳ２２５との接続点には、Ｖ２端子電圧Ｖｖ２を検出する端子電圧検出部７６５が接続される。
ＭＯＳ２２３は、ドレインがバッテリ５０の高電位側に接続され、ソースがＭＯＳ２２６のドレインに接続される。ＭＯＳ２２６のソースは、シャント抵抗７５６を介して接地される。ＭＯＳ２２３とＭＯＳ２２６との接続点は、Ｗ２コイル１２３の一端に接続される。また、ＭＯＳ２２３とＭＯＳ２２６との接続点には、Ｗ２端子電圧Ｖｗ２を検出する端子電圧検出部７６６が接続される。

制御部３０は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等が備えられている。本実施形態では、制御部３０には、電流センサ７５、電圧センサ７６、トルクセンサ８２、回転角センサ８３、および、図示しない車速センサ等が接続されている。なお、各センサと制御部３０との間の制御線は、煩雑になることを避けるため省略した。

電流センサ７５は、シャント抵抗７５１〜７５６から構成される。制御部３０では、シャント抵抗７５１〜７５６にて検出される両端電圧を取得し、Ｕ１電流Ｉｕ１、Ｖ１電流Ｉｖ１、Ｗ１電流Ｉｗ１、Ｕ２電流Ｉｕ２、Ｖ２電流Ｉｖ２、および、Ｗ２電流Ｉｗ２を算出する。具体的には、シャント抵抗７５１〜７５３の両端電圧に基づき、Ｕ１電流Ｉｕ１、Ｖ１電流Ｉｖ１、および、Ｗ１電流Ｉｗ１を算出する。また、シャント抵抗７５４〜７５６の両端電圧に基づき、Ｕ２電流Ｉｕ２、Ｖ２電流Ｉｖ２、および、Ｗ２電流Ｉｗ２を算出する。

なお、Ｕ１電流Ｉｕ１、Ｖ１電流Ｉｖ１、Ｗ１電流Ｉｗ１、Ｕ２電流Ｉｕ２、Ｖ２電流Ｉｖ２、および、Ｗ２電流Ｉｗ２が「各相電流」に対応し、以下適宜「各相電流」という。
また、シャント抵抗７５１〜７５６により検出される「検出値」である両端電圧が「各相電流に係る電流検出値」に対応する。さらにまた、制御部３０では、「電流センサから巻線組毎に電流検出値を取得している」と言える。

電圧センサ７６は、端子電圧検出部７６１〜７６６から構成される。制御部３０では、端子電圧検出部７６１〜７６６にて検出される各相の端子電圧を取得する。なお、端子電圧検出部７６１〜７６６により検出される「検出値」である端子電圧が「巻線組の各相の端子電圧に係る電圧検出値」に対応する。

図１に示すように、トルクセンサ８２は、ステアリングシャフト９２のうち、ステアリングホイール９１側の部分と、ピニオンギア９６側の部分と、を接続するトーションバー９３に設けられ、トーションバー９３の捩れ角に相当する検出値を出力する。トーションバー９３の捩れ角は、ステアリングシャフト９２のステアリングホイール９１側の部分に加えられた力による角度と、ステアリングシャフト９２のピニオンギア９６側の部分に加えられた力による角度との差である。この角度差に相当する磁束密度を複数のホール素子により検出する。本実施形態では、２つのホール素子により角度差に相当する磁束密度を検出する。制御部３０では、一方のホール素子により検出される磁束密度をメイン信号Ｔｍ、他方のホール素子により検出される磁束密度をサブ信号Ｔｓとして取得し、メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓに基づき、操舵トルクＴｑを算出する。なお、トルクセンサ８２により検出される「検出値」であるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓが「操舵トルクに係るトルク検出値」に対応する。ここでは便宜上２つの検出値をメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓと呼んでいるが、２つの検出値に優劣はあってもなくてもよい。

回転角センサ８３は、一般的なレゾルバであって、モータ１０のロータ近傍に設けられている。制御部３０は、回転角センサ８３により検出されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づき、モータ１０の電気角θを算出する。なお、電気角θが「回転角」に対応し、回転角センサ８３により検出される「検出値」であるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が「回転角に係る回転角検出値」に対応する。

制御部３０は、操舵トルクＴｑ、モータ１０の電気角θ、各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、車速センサ９５により検出される車両の走行速度ＳＰ等に基づき、第１インバータ部２１および第２インバータ部２２のＭＯＳ２１１〜２１６、２２１〜２２６のオン／オフを制御することによりモータ１０の駆動を制御している。

具体的には、制御部３０では、モータ１０の電気角θに基づき、Ｕ１電流Ｉｕ１、Ｖ１電流Ｉｖ１、および、Ｗ１電流Ｉｗ１を、ｄ軸電流検出値Ｉｄ１およびｑ軸電流検出値Ｉｑ１にｄｑ変換する。また、操舵トルクＴｑおよび車両の走行速度ＳＰに基づいてアシスト量決定部３１にてアシストトルクを決定する。また、アシストトルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値および電気角θからｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*、および、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*を求める。そして、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*と、ｄ軸電流検出値Ｉｄ１およびｑ軸電流検出値Ｉｑ１とから、電流フィードバック演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ１^*を算出する。詳細には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*とｄ軸電流検出値Ｉｄ１との電流偏差ΔＩｄ１、および、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*とｑ軸電流検出値Ｉｑ１との電流偏差ΔＩｑ１を算出し、電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*に追従させるべく、電流偏差ΔＩｄ１、ΔＩｑ１が０に収束するように電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*を算出する。そして、モータ１０の電気角θに基づき、算出された電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*を三相電圧指令値Ｖｕ１^*、Ｖｖ１^*、Ｖｗ１^*に変換し、三相電圧指令値Ｖｕ１^*、Ｖｖ１^*、Ｖｗ１^*に基づき、第１インバータ部２１を構成するＭＯＳ２１１〜２１６のオン／オフを制御する。これにより、第１インバータ部２１にて交流電力が生成され、この交流電力が第１巻線組１１に供給されることにより、モータ１０が駆動される。
また、第２インバータ部２２においても、Ｕ２電流Ｉｕ２、Ｖ２電流Ｉｖ２、および、Ｗ２電流Ｉｗ２等を用い、同様の制御がなされる。これにより、第２インバータ部２２にて交流電力が生成され、この交流電力が第２巻線組１２に供給されることにより、モータ１０が駆動される。

また、本実施形態では、上記センサ類の故障等により検出値に異常が生じた場合、異常が生じた検出値を用いずにモータ１０の駆動を制御するバックアップ制御を行っている。
そこで、本実施形態において、制御部３０にて実行されるモータ１０の駆動制御を図３および図４に基づいて説明する。なお、この処理は、電動パワーステアリング装置２による操舵のアシストが実行されているときに、所定の間隔で実行されるものとする。

図３に示すように、最初のステップＳ１００（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、モータ１０の駆動に係る各種検出値を取得する。本実施形態では、電流センサ７５を構成するシャント抵抗７５１〜７５６の両端電圧、電圧センサ７６を構成する端子電圧検出部７６１〜７６６により検出される端子電圧、トルクセンサ８２により検出されるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓ、および、回転角センサ８３により検出されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を取得する。

Ｓ１０１では、通常制御中か否かを判断する。通常制御中ではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、すなわち、検出値のいずれか１つに異常が生じており、バックアップ制御中である場合、図４中のＳ２０２へ移行する。通常制御中であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、トルク検出値であるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓが正常か否かを判断する。メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓが正常である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわちメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓに異常が生じていない場合、Ｓ１０３へ移行する。メイン信号Ｔｍまたはサブ信号Ｔｓが正常でない場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、すなわちメイン信号Ｔｍまたはサブ信号Ｔｓに異常が生じている場合、Ｓ１０４へ移行する。

メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓに異常が生じていない場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）に移行するＳ１０３では、メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓの両方を用いて操舵トルクＴｑを算出する。本実施形態では、メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓが正常である場合、メイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓは、図５（ａ）に示す如くであって、このメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓを用い、式（１）に基づいて操舵トルクＴｑを算出する。
Ｔｑ＝（Ｔｍ−Ｔｓ）×Ｋ１ ・・・（１）

メイン信号Ｔｍまたはサブ信号Ｔｓに異常が生じている場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に移行するＳ１０４では、異常フラグをセットするとともに、異常が生じていない方の信号を用いて操舵トルクＴｑを算出する。例えばサブ信号Ｔｓに異常が生じていればメイン信号Ｔｍを用い、メイン信号Ｔｍに異常が生じていればサブ信号Ｔｓを用いて操舵トルクＴｑを算出する。図５（ｂ）に示すように、サブ信号Ｔｓに異常が生じているとすると、メイン信号Ｔｍのみを用い、式（２）に基づいて操舵トルクＴｑを算出する。
Ｔｑ＝Ｔｍ×Ｋ２ ・・・（２）

また、メイン信号Ｔｍに異常が生じている場合、サブ信号Ｔｓのみを用い、式（３）に基づいて操舵トルクＴｑを算出する。
Ｔｑ＝Ｔｓ×Ｋ３ ・・・（３）

なお、上記式（１）中のＫ１は、電圧信号として取得されるメイン信号Ｔｍとサブ信号Ｔｓとの差分値を操舵トルクＴｑに変換するための変換係数である。また、上記式（２）中のＫ２は、メイン信号Ｔｍを操舵トルクＴｑに変換するための変換係数であり、上記式（３）中のＫ３は、サブ信号Ｔｓを操舵トルクＴｑに変換するための変換係数である。変換係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、それぞれ異なる値であって、あらかじめ制御部３０に格納されている。

続くＳ１０５では、回転角検出値であるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が正常か否かを判断する。ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号が正常である場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、すなわちｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に異常が生じていない場合、Ｓ１０６へ移行する。ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の少なくとも一方が正常でない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわちｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の少なくとも一方に異常が生じている場合、Ｓ１０７へ移行する。

ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に異常が生じていない場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）に移行するＳ１０６では、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は、図６（ａ）に示す如くであって、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を用い、式（４）に基づいてモータ１０の電気角θを演算する。
θ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ信号／ｃｏｓ信号） ・・・（４）

ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の少なくとも一方に異常が生じている場合（Ｓ１０５：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、異常フラグをセットするとともに、電圧センサ７６により検出される端子電圧を用いて電気角θを推定する。ここでは一例として、図６（ｂ）に示す如くである第１インバータ部２１の端子電圧検出部７６１〜７６３により検出されるＵ１端子電圧Ｖｕ１、Ｖ１端子電圧Ｖｖ１、および、Ｗ１端子電圧Ｖｗ１を用いて電気角θを推定する。まず、端子電圧Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を３相２相変換により、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。算出されたｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを用い、式（５）に基づいてモータ電圧Ｖｍを算出する。

また、式（５）にて算出されたモータ電圧Ｖｍを用い、式（６）に基づいて前回演算からの角度差分値Δθを算出する。
Δθ＝｛Ｖｍ−ＲＩｍ−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）｝／Ｋｅ ・・・（６）
なお、上記式（６）中のＲはモータ抵抗、Ｉｍはモータ電流、Ｌはインダクタンス、ｄｉ／ｄｔはモータ電流Ｉｍの時間微分、Ｋｅは逆起電圧定数である。モータ電流Ｉｍは、例えば後述の式（８）または式（９）等に基づいて算出される。

そして、モータ１０の電気角θについて、今回演算値をθ_n、前回演算値をθ_n-1とすると、今回演算値θ_nは、前回演算値θ_n-1に角度差分値Δθを加算して算出される。
すなわち、今回演算値θ_nは式（７）により算出される。
θ_n＝θ_n-1＋Δθ ・・・（７）

式（７）により算出されたθ_nは、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づいて算出された電気角θに替えて、各種演算に用いられる。
なお、ここでは端子電圧として、第１系統１００のＵ１端子電圧Ｖｕ１、Ｖ１端子電圧Ｖｖ１、および、Ｗ１端子電圧Ｖｗ１を用いたθ_nの演算について説明したが、これに替えて第２系統２００のＵ２端子電圧Ｖｕ２、Ｖ２端子電圧Ｖｖ２、および、Ｗ２端子電圧Ｖｗ２を用いてもよいし、第１系統１００および第２系統２００の端子電圧を用いてもよい。

続くＳ１０８では、電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５６の両端電圧が正常か否かを判断する。電流検出値が正常である場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、すなわち電流検出値に異常が生じていない場合、Ｓ１０９へ移行する。電流検出値が正常でない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、すなわち電流検出値に異常が生じている場合、Ｓ１１０へ移行する。なお、ここでは２重故障はないものとし、一方の系統の電流検出値に異常が生じていた場合、他方の系統は正常であるものとする。

電流検出値に異常が生じていない場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）に移行するＳ１０９では、電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５６の両端電圧から算出される２系統の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を用いて各種演算を行う。なお本実施形態では、電流検出値に異常が生じていない場合、各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２は、図７（ａ）、（ｂ）に示す如くであって、図７（ａ）に示す第１系統１００の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１と、図７（ｂ）に示す第２系統２００の各相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２とは等しい。

電流検出値に異常が生じている場合（Ｓ１０８：ＮＯ）に移行するＳ１１０では、異常フラグをセットするとともに、異常が生じていない系統の電流検出値を用いて算出される一方の各相電流を用いて各種演算を行う。すなわち、第１系統１００の電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５３の両端電圧に異常が生じている場合、第２系統２００の電流検出値であるシャント抵抗７５４〜７５６の両端電圧から算出される第２系統２００の各相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を用いて各種演算を行う。また、図８（ｄ）に示すように、第２系統２００の電流検出値であるシャント抵抗７５４〜７５６の両端電圧に異常が生じている場合、図８（ｃ）に示す第１系統１００の電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５３の両端電圧から算出される第１系統１００の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を用いて各種演算を行う。

ここで、２系統の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２に基づいて算出されるモータ電流Ｉｍについて説明しておく。まず、第１系統１００の各相電流であるＵ１電流Ｉｕ１、Ｖ１電流Ｉｖ１、および、Ｗ１電流Ｉｗ１に基づき、３相２相変換により、ｄ軸電流Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１を算出する。また、第２系統２００の各相電流であるＵ２電流Ｉｕ２、Ｖ２電流Ｉｖ２、および、Ｗ２電流Ｉｗ２に基づき、３相２相変換により、ｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２を算出する。このとき、モータ電流Ｉｍは、式（８）に基づいて算出される。

また、一方の系統である第１系統１００の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に基づいて算出されるモータ電流Ｉｍについて説明しておく。まず第１系統１００の各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１に基づき、３相２相変換により、ｄ軸電流Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１を算出する。このとき、モータ電流Ｉｍは、式（９）に基づいて算出される。

ここで式（８）と式（９）とを比べてみると、各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１と、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２が等しい場合、ｄ軸電流Ｉｄ１とＩｄ２、ｑ軸電流Ｉｑ１とＩｑ２が等しいので、式（９）により算出されるモータ電流Ｉｍは、式（８）により算出されるモータ電流Ｉｍの１／２となっている。

続くＳ１１１では、トルクセンサ８２、回転角センサ８３、または、電流センサ７５により検出される検出値に異常が生じているか否かを判断する。ここでは、例えば異常フラグがセットされているか否かに基づいて判断する。トルクセンサ８２、回転角センサ８３、および、電流センサ７５により検出される検出値に異常が生じていない場合（以下、単に「センサ異常が生じていない場合」という。）（Ｓ１１１：ＮＯ）、すなわち異常フラグがセットされていない場合、Ｓ１１２に移行する。トルクセンサ８２、回転角センサ８３、または、電流センサ７５により検出される検出値に異常が生じている場合（以下、単に「センサ異常が生じている場合」という。）（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ｓ１１３へ移行する。

センサ異常が生じていない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）に移行するＳ１１２では、トルクセンサ８２から取得されるトルク検出値であるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓに基づいて算出される操舵トルクＴｑ、回転角センサ８３から取得される回転角検出値であるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づいて算出される電気角θ、および、電流センサ７５から取得される電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５６の両端電圧に基づいて算出される各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を用い、正常時駆動制御にてモータ１０の駆動を制御する。正常時駆動制御においては、図８（ａ）に示すように、アシスト量決定部３１にて、アシストトルクがＬ１となるように操舵トルクＴｑに応じた電流指令値を決定し、当該電流指令値に基づいてモータ１０の駆動を制御する。

センサ異常が生じている場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）に移行するＳ１１３では、異常が生じている検出値が１つか否かを判断する。異常が生じている検出値が１つではないと判断された場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、すなわち異常が生じている検出値が２つ以上ある場合、Ｓ１１５へ移行する。異常が生じている検出値が１つであると判断された場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、Ｓ１１４へ移行する。

Ｓ１１４では、異常が生じている検出値を用いないバックアップ制御にてモータ１０の駆動を制御する。バックアップ制御においては、異常箇所に応じ、Ｓ１０４、Ｓ１０７、Ｓ１１０にて異常が生じている検出値を用いずに算出された各種演算値を用いてモータ１０の駆動制御を行う。
また、バックアップ制御では、図８（ｂ）に示すように、アシスト量決定部３１にて、アシストトルクがＬ１より小さいＬ２となるように操舵トルクＴｑに応じた電流指令値を決定し、当該電流指令値に基づいてモータ１０の駆動を制御する。本実施形態のバックアップ制御では、第１系統１００および第２系統２００を用い、全体として正常時駆動制御よりもアシストトルクが小さくなるように制御する。

これにより、センサ異常が生じている場合、センサ異常が生じていない場合よりもアシストトルクが小さくなり、運転者がステアリングホイール９１の操舵に要するトルクが大きくなる、すなわちステアリングホイール９１が重く感じられるので、運転者が装置に故障が生じていることを感知しやすくなる。運転者が装置に故障が生じていることを感知すれば、早期に車両を修理工場等へ持ち込む動機づけとなりえるので、故障発生に気づかずに使用を継続することにより、他の箇所も故障し、操舵のアシストができなくなるという状況を回避することができる。
なお、アシストトルクＬ１が「第１の出力トルク」に対応し、アシストトルクＬ２が「第２の出力トルク」に対応する。

異常が生じている検出値が２つ以上あると判断された場合（Ｓ１１３：ＮＯ）に移行するＳ１１５では、モータ１０の駆動を停止し、電動パワーステアリング装置２による操舵のアシストを停止する。

図４に示すように、バックアップ制御中である場合（Ｓ１０１：ＮＯ）に移行するＳ２０２〜Ｓ２１０における処理は、図３中のＳ１０２〜Ｓ１１０の処理と同様であるので、説明を省略する。
Ｓ２１１では、異常が生じている検出値が１つか否かを判断する。異常が生じている検出値が１つではないと判断された場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、すなわち異常が生じている検出値が２つ以上であると判断された場合、Ｓ２１３へ移行する。異常が生じている検出値が１つであると判断された場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、Ｓ２１２へ移行する。

Ｓ２１２では、同じ箇所のセンサ異常が継続しており、他のセンサ異常が生じていないので、Ｓ１１４と同様のバックアップ制御を継続する。
異常が生じている検出値が２つ以上あると判断された場合（Ｓ２１３：ＹＥＳ）に移行するＳ２１３では、Ｓ１１５と同様、モータ１０の駆動を停止し、電動パワーステアリング装置２による操舵のアシストを停止する。

また、Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ２０２、Ｓ２０５、Ｓ２０８における各センサの検出値の異常判定については、どのような方法で行ってもよい。例えば、所定の下限値を出力しつづけたり、所定の下限値を下回ったり、所定の上限値を出力し続けたり、所定の上限値を上回ったり等により、異常が生じていると判定することができる。

以上詳述したように、モータ制御装置１は、ステータ、ステータに対し相対回転可能に設けられるロータ、および、ステータに巻回される第１巻線組１１および第２巻線組１２を有するモータ１０の駆動を制御する。
制御部３０では、以下の処理が実行される。モータ１０の駆動に係る検出値を取得し（Ｓ１００）、検出値に異常が生じているか否かを判断する（Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ２０２、Ｓ２０５、Ｓ２０８）。検出値に異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、取得した検出値であるトルク検出値、回転角検出値、および、電流検出値を用い、アシストトルクＬ１を出力するようにモータ１０の駆動を制御する（Ｓ１１２）。また、検出値の少なくとも１つに異常が生じていると判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳかつＳ１１３：ＹＥＳ、Ｓ２１１：ＹＥＳ）、異常が生じている検出値を除く他の検出値を用い、アシストトルクＬ１とは異なるアシストトルクＬ２を出力するようにモータ１０の駆動を制御する（Ｓ１１４、Ｓ２１２）。

本実施形態では、検出値の少なくとも１つに異常が生じている場合、異常が生じている検出値を用いずにモータ１０の駆動をバックアップ制御にて制御するので、モータ１０の駆動を継続することができる。また、検出値に異常が生じていない場合に出力されるアシストトルクＬ１とは異なるアシストトルクＬ２を出力するようにモータ１０の駆動を制御するので、装置に異常が生じていることを適切に感知させることができる。

本実施形態のモータ制御装置１は、電動パワーステアリング装置２に適用されている。本実施形態では、上記バックアップ制御を行うことにより、センサ等の故障により検出値に異常が生じていても、モータ１０の駆動が継続され、ステアリングホイール９１の操舵のアシストを継続することができる。また、検出値に異常が生じていない場合に出力されるアシストトルクＬ１とは異なるアシストトルクＬ２が出力されるので、装置に異常が生じていることを運転者に適切に感知させることができる。これにより、センサ等の故障に気づかずに使用を継続している間に、他の箇所も故障し、電動機の駆動ができなくなることによって操舵のアシストができなくなるという状況を回避することができる。

また、本実施形態では、検出値に異常が生じている場合のアシストトルクＬ２が、検出値に異常が生じていない場合のアシストトルクＬ１よりも小さくなるようにモータ１０の駆動を制御する。これにより、運転者がステアリングホイール９１の操舵に要するトルクが大きくなり、ステアリングホイール９１が重く感じられるので、検出値に異常が生じていることを運転者に適切に感知させることができる。

モータ１０は、操舵に関するアシストトルクを出力するものである。また、制御部３０は、トルクセンサ８２により検出される操舵トルクＴｑに係るトルク検出値であるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓ、回転角センサ８３により検出されるモータ１０の電気角θに係る回転角検出値であるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号、および、電流センサ７５により検出される巻線組１１、１２の各相電流に係る電流検出値であるシャント抵抗７５１〜７５６の両端電圧を取得し、これらを用いてモータ１０の駆動を制御する。これにより、モータ１０の駆動を適切に制御することができる。

制御部３０は、トルクセンサ８２から２つのトルク検出値であるメイン信号Ｔｍおよびサブ信号Ｔｓを取得する。そして、トルク検出値の一部に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ、Ｓ２０２：ＮＯ）、異常が生じていないトルク検出値を用い（Ｓ１０４、Ｓ２０４）、モータ１０の駆動を制御する。これにより、トルク検出値の一部に異常が生じていても、モータ１０の駆動を適切に制御することができる。

また、制御部３０は、電圧センサ７６により検出される巻線組１１、１２の各相の端子電圧に係る電圧検出値を取得し（Ｓ１００）、回転角検出値に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ、Ｓ２０５：ＮＯ）、電圧検出値に基づいて推定される電気角θを用い（Ｓ１０７、Ｓ２０７）、モータ１０の駆動を制御する。これにより、回転角検出値の異常が生じても、モータ１０の駆動を適切に制御することができる。

さらに本実施形態のモータ１０は、第１巻線組１１および第２巻線組１２を有しており、電流センサ７５は、巻線組１１、１２毎に設けられている。制御部３０は、巻線組１１、１２毎に電流検出値を取得している。そして、一部の巻線組の電流検出値に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ、Ｓ２０８：ＮＯ）、異常が生じている電流検出値を含まない巻線組の電流検出値を用い（Ｓ１１０、Ｓ２１０）、モータ１０の駆動を制御する。これにより、電流検出値の一部に異常が生じても、モータ１０の駆動を適切に制御することができる。

本実施形態では、制御部３０が「検出値取得手段」、「異常判断手段」、「正常時駆動制御手段」、「バックアップ制御手段」を構成する。また、図３中のＳ１００が「検出値取得手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ２０２、Ｓ２０５、Ｓ２０８が「異常判断手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１１２が「正常時駆動制御手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１１４、Ｓ２１２が「バックアップ制御手段」の機能としての処理に相当する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるモータ制御装置を図９に基づいて説明する。なお、本実施形態は、バックアップ制御のみが第１実施形態と異なるので、バックアップ制御についてのみを説明し、他の構成や制御等の詳細については説明を省略する。また、図９（ａ）は、図８（ａ）と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のバックアップ制御では、図９（ｂ）に示すように、アシスト量決定部３１にて、アシストトルクが脈動するように、アシストトルクＬ１にパルス指令値Ｌｐを加算したトルクを出力するように、操舵トルクＴｑに応じた電流指令値を決定し、当該電流指令値に基づいてモータ１０の駆動を制御する。本実施形態では、アシストトルクＬ１にパルス指令値Ｌｐを加算したトルクが「第２の出力トルク」に対応する。

これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する他、検出値に異常が生じている場合、アシストトルクが脈動するので、装置に異常が生じていることを運転者に適切に感知させることができる。

（他の実施形態）
（ア）他の実施形態では、上記実施形態の如く、電動機が複数系統で駆動されている場合であって、検出値に異常が生じていると判断された場合、一部の巻線組への電力供給を遮断してもよい。第１実施形態の例でいえば、検出値に異常が生じていると判断された場合、電源リレー５２を遮断し、第２系統２００を用いず、第１系統１００のみでモータ１０を駆動するようにしてもよいし、電源リレー５１を遮断し、第１系統１００を用いず、第２系統２００のみでモータ１０を駆動するようにしてもよい。この場合、上記式（８）、（９）に示すように、モータ１０の駆動に係る電力は、２系統で駆動した場合の約半分となる。
換言すると、「一部の巻線組への電力供給を遮断することにより、第２の出力トルクを第１の出力トルクよりも小さくする」ということである。これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。また、電動機の駆動制御に係る系統数を減らすことにより、検出値に異常が生じた場合の制御を簡素化することができる。

（イ）第１実施形態では、検出値に異常が生じた場合のアシストトルクが、検出値に異常が生じていない場合のアシストトルクよりも小さくなるように制御した。また、第２実施形態では、検出値に異常が生じた場合のアシストトルクに脈動が生じるように、パルス指令値を加算した。他の実施形態では、これらを組み合わせ、異常が生じていない場合のアシストトルクよりも小さいアシストトルクに、パルス指令値を加算して脈動させてもよい。アシストトルクを低減させる手段としては、電動機の駆動に係る全ての系統を用いてもよいし、上記（ア）のように一部の系統のみを用いてもよい。

（ウ）上記実施形態では、電動機は２系統で駆動されていたが、他の実施形態では、１系統でもよいし、３系統以上であってもよい。
（エ）上記実施形態では、一方の系統の電流検出値に異常が生じた場合、他方の系統の電流検出値を用いて電動機の駆動を制御した。他の実施形態では、電流検出値に異常が生じた場合、所謂電流センサレス制御としてもよい。

（オ）上記実施形態では、トルクセンサ、回転角センサ、電流センサ、および、電圧センサが設けられ、これらのセンサからの検出値を取得した。他の実施形態では、例えば回転角センサを省略して各相電流や端子電圧等から電気角θを推定する、といった具合に、一部のセンサを省略してもよい。また、例えばステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサ等、他のセンサを設け、当該センサからの検出値を取得して電動機の駆動を制御するようにし、当該センサからの検出値に異常が生じた場合には、上記実施形態と同様のバックアップ制御をするようにしてもよい。

（カ）上記実施形態では、トルク検出値、回転角検出値、電流検出値の異常判定を一連の処理として実行した。他の実施形態では、異常判定の順序を入れ替えてもよいし、検出値毎に個別に異常判定を行ってもよい。
（キ）上記実施形態では、２以上の検出値に異常が生じた場合、電動機の駆動を停止するようにしていたが、他の実施形態では、複数の検出値に異常が生じていても電動機の駆動が継続可能であれば、バックアップ制御にて電動機の駆動を継続するようにしてもよい。
（ク）上記実施形態では、電動機制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用されたが、他の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・モータ制御装置（電動機制御装置）
２・・・電動パワーステアリング装置
１０・・・モータ（電動機）
１１、１２・・・巻線組
３０・・・制御部（検出値取得手段、異常判断手段、正常時駆動制御手段、バックアップ制御手段）
７５・・・電流センサ
７６・・・電圧センサ
８２・・・トルクセンサ
８３・・・回転角センサ

Claims (8)

1. ステータ、前記ステータに対し相対回転可能に設けられるロータ、および、前記ステータに巻回される巻線組（１１、１２）を有し、操舵に関するアシストトルクを出力する電動機（１０）の駆動を制御する電動機制御装置（１）であって、
   前記電動機の駆動に係る検出値として、少なくとも、トルクセンサ（８２）により検出される操舵トルクに係るトルク検出値、回転角センサ（８３）により検出される前記電動機の回転角に係る回転角検出値、および、電流センサ（７５）により検出される前記巻線組の各相電流に係る電流検出値を取得する検出値取得手段（Ｓ１０１）と、
   前記検出値に異常が生じているか否かを判断する異常判断手段（Ｓ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１０８、Ｓ２０２、Ｓ２０５、Ｓ２０８）と、
   前記異常判断手段により前記検出値に異常が生じていないと判断された場合、前記検出値取得手段により取得される前記トルク検出値、前記回転角検出値、および、前記電流検出値を用い、第１の出力トルクを出力するように前記電動機の駆動を制御する正常時駆動制御手段（Ｓ１１２）と、
   前記異常判断手段により前記検出値の１種類に異常が生じていると判断された場合、異常が生じている値を除く他の値を用い、前記第１の出力トルクとは異なる第２の出力トルクを出力するように前記電動機の駆動を制御するバックアップ制御とするバックアップ制御手段と、
   を備え、
   前記検出値の２種類以上に異常が生じていると判断された場合、前記バックアップ制御または前記電動機の駆動を停止することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記バックアップ制御手段は、前記電動機の駆動の制御に係るトルク指令値にパルス指令値を加算することにより前記第２の出力トルクを脈動させることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記バックアップ制御手段は、前記第２の出力トルクが前記第１の出力トルクよりも小さくなるように前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
4. 前記巻線組は、複数であり、
   前記バックアップ制御手段は、一部の前記巻線組への電力供給を遮断することにより前記第２の出力トルクを前記第１の出力トルクよりも小さくすることを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記検出値取得手段は、前記トルクセンサから少なくとも２つの前記トルク検出値を取得し、
   前記異常判断手段により、前記トルク検出値の一部に異常が生じていると判断された場合、
   前記バックアップ制御手段は、異常が生じていない前記トルク検出値を用い、前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
6. 前記検出値取得手段は、電圧センサ（７６）により検出される前記巻線組の各相の端子電圧に係る電圧検出値を取得し、
   前記異常判断手段により、前記回転角検出値に異常が生じていると判断された場合、
   前記バックアップ制御手段は、前記電圧検出値に基づいて推定される前記回転角を用い、前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
7. 前記巻線組は、複数であり、
   前記電流センサは、前記巻線組毎に設けられ、
   前記検出値取得手段は、前記電流センサから前記巻線組毎に前記電流検出値を取得し、
   前記異常判断手段により、一部の前記巻線組の前記電流検出値に異常が生じていると判断された場合、
   前記バックアップ制御手段は、異常が生じている前記電流検出値を含まない前記巻線組の前記電流検出値を用い、前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動機制御装置と、
   操舵に関するアシストトルクを出力する前記電動機と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置（２）。

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