JP5954366B2 - モータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、電流制御部を備えた３相電流フィードバック方式により、多系統モータ巻線を有するモータを、巻線系統毎のモータ駆動回路を介して制御するモータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両に関し、特に多系統モータ巻線の駆動系統数に応じて電流制御部のパラメータを切替えて変更する機能を具備し、系統の切替時においても異音や振動発生のないモータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両に関する。車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータ（例えばブラシレスモータ）によるアシスト力を付与するものであり、ブリッジ回路で成るインバータによって駆動制御される。

駆動部にモータを搭載した装置として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っており、モータとしては耐久性や保守性に優れ、騒音やノイズも少ないブラシレスモータが一般的に使用されている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速部内の減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転位置センサから操舵角を取得することも可能である。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続されている。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３と慣性３４−２を加算部３４−４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４−１を加算部３４−５で加算し、加算部３４−５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このような電動パワーステアリング装置において、モータ故障（異常を含む）が発生しても、モータ動作を継続できる構成の多系統巻線を有するモータが使用されるケースが増加している。例えば２系統の巻線を有するモータは、ステータのコイルが２系統（Ｕ１〜Ｗ１相とＵ２〜Ｗ２相）に分けられ、１系統が失陥しても残りの１系統でロータを回転させることができ、アシスト制御の継続が可能となる。

かかるモータを搭載したモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置において、モータ巻線又はインバータの開放系故障が発生した場合の対策手段が、例えば特開２０１３−２３６４８６号公報（特許文献１）に開示されている。即ち、特許文献１の装置は、複数系統の巻線組を有するモータに対し、電源から供給される電流及び印加電圧を制御するモータ制御装置において、故障判別手段が開放系故障を判別した場合に、故障が発生した側の巻線への電流の供給を、故障側のインバータ内のスイッチング素子の制御で停止し、故障が発生していない正常側の巻線への電流の供給を継続するようにしている。

特開２０１３−２３６４８６号公報

しかし、特許文献１に開示された装置では、正常時と故障時で、電流制御手段を切替える旨が説明されているが、その具体的内容の開示は、故障によってモータトルク特性変化を補償するために、ｑ軸電流指令値を補正するということのみであり、詳細は開示されていない。そのため、駆動系統が切替えられた場合に特性変化が生じ、異音や振動が発生したり、ＥＰＳの場合には運転者に違和感を与えることが想定される。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、モータの電気的応答特性が、故障発生で片系統を遮断することによって変化することにより、電流応答特性が変化することで、異音/振動/操舵違和感に繋がることを防ぐため、当該故障前後で、電流フィードバック制御部のパラメータを切替えることで、その電流応答特性変化を防ぐことが可能なモータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両を提供することにある。

本発明は、電流制御部を備えた３相電流フィードバック方式により、２系統モータ巻線を有するモータを、巻線系統毎のモータ駆動回路を介して制御するモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記２系統モータ巻線の駆動系統数に応じて前記電流制御部のモータインダクタンスパラメータを切替えて変更する機能を具備し、系統内相間相互インダクタンスをＭ _Ｐ 、自己インダクタンスをＬ _Ｐ 、系統間多相相互インダクタンスをＭ _Ｓ 、系統間同相相互インダクタンスをＭ _Ｌ としたとき、２系統電流制御時はパラメータ（Ｌ _Ｐ −Ｍ _Ｐ ＋Ｍ _Ｌ −Ｍ _Ｓ ）であり、１系統電流制御時はパラメータ（Ｌ _Ｐ −Ｍ _Ｐ ）であることにより達成される。

本発明の上記目的は、３相×２系統の６相分を個別に、計６個で電流フィードバック制御することにより、或いは３相×系統間合計で１系統の計３個で電流フィードバック制御することにより、或いは１相は他の２相の電流値の合計値から算出する２相×２系統の計４個で電流フィードバック制御することにより、或いは１相は他の２相の電流値の合計値から算出する２相×系統間合計で１系統の計２個で電流フィードバック制御することにより、より効果的に達成される。

上記モータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用することにより、故障発生時に異音や振動の発生もなく、操舵違和感を与えることのない信頼性の高い電動パワーステアリング装置を達成でき、かかる電動パワーステアリング装置を車両に搭載することにより、車両の一層の信頼性向上を図ることがきる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。 本発明を適用できるモータの構造例を示す断面図である。 本発明を適用できるモータの巻線構造を示す模式図である。 モータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 制御演算部の構成例を示すブロック図である。 モータコイル特性と制御用モータパラメータを説明するブロック図である。 モータコイル特性と制御用モータパラメータを説明するブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。

先ず本発明を適用できる２系統巻線モータの例を、図３及び図４に示して説明する。本発明は電動モータであるが、以下では単に「モータ」として説明する。

３相モータ２００は図３に示すように、内周面に内方に突出形成されてスロットＳＬを形成する磁極となるティースＴを有するステータ１２Ｓと、このステータ１２Ｓの内周側にティースＴと対向して回転自在に配置された永久磁石ＰＭを表面に配置した８極の表面磁石型のロータ１２Ｒとを有するＳＰＭモータの構成を有する。ここで、ステータ１２ＳのティースＴの数を相数×２ｎ（ｎは２以上の整数）で、例えばｎ＝２に設定して、８極、１２スロットの構成としている。

そして、ステータ１２ＳのスロットＳＬに、図４に示す２系統で、その各々の同相の磁極がロータ磁石に対し同位相となる多相モータ巻線となる第１の３相モータ巻線Ｌ１と第２の３相モータ巻線Ｌ２とが巻回されている。第１の３相モータ巻線Ｌ１は、Ｕ相コイルＬ１ｕ、Ｖ相コイルＬ１ｖ及びＷ相コイルＬ１ｗの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルＬ１ｕ、Ｌ１ｖ及びＬ１ｗの他端がモータ制御装置２０に接続され、個別にモータ駆動電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｖ及びＩ１ｗが供給されている。

各相コイルＬ１ｕ、Ｌ１ｖ及びＬ１ｗには、それぞれ２つのコイル部Ｌ１ｕａ，Ｌ１ｕｂ、Ｌ１ｖａ，Ｌ１ｖｂ及びＬ１ｗａ，Ｌ１ｗｂが形成されている。これらコイル部Ｌ１ｕａ，Ｌ１ｖａ及びＬ１ｗａは、時計方向のティースＴ１、Ｔ２及びＴ３に集中巻きで巻回されている。また、コイル部Ｌ１ｕｂ，Ｌ１ｖｂ及びＬ１ｗｂはティースＴ１、Ｔ２及びＴ３とは、ロータ１２Ｒを挟んで対角となる時計方向のティースＴ７、Ｔ８及びＴ９に集中巻きで巻回されている。

また、第２の３相モータ巻線Ｌ２は、Ｕ相コイルＬ２ｕ、Ｖ相コイルＬ２ｖ及びＷ相コイルＬ２ｗの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルＬ２ｕ、Ｌ２ｖ及びＬ２ｗの他端がモータ制御装置１００に接続され、個別にモータ駆動電流Ｉ２ｕ、Ｉ２ｖ及びＩ２ｗが供給されている。

各相コイルＬ２ｕ、Ｌ２ｖ及びＬ２ｗには、それぞれ２つのコイル部Ｌ２ｕａ，Ｌ２ｕｂ、Ｌ２ｖａ，Ｌ２ｖｂ及びＬ２ｗａ，Ｌ２ｗｂが形成されている。これらコイル部Ｌ２ｕａ，Ｌ２ｖａ及びＬ２ｗａは、時計方向のティースＴ４、Ｔ５及びＴ６に集中巻きで巻回されている。また、コイル部Ｌ１ｕｂ，Ｌ１ｖｂ及びＬ１ｗｂはティースＴ４、Ｔ５及びＴ６とは、ロータ１２Ｒを挟んで対角となる時計方向のティースＴ１０、Ｔ１１及びＴ１２に集中巻きで巻回されている。

そして、各相コイルＬ１ｕ〜Ｌ１ｗのコイル部Ｌ１ｕａ，Ｌ１ｕｂ、Ｌ１ｖａ，Ｌ１ｖｂ及びＬ１ｗａ，Ｌ１ｗｂ及び各相コイルＬ２ｕ〜Ｌ２ｗのコイル部Ｌ２ｕａ，Ｌ２ｕｂ、Ｌ２ｖａ，Ｌ２ｖｂ及びＬ２ｗａ，Ｌ２ｗｂは、各ティースＴを挟むスロットＳＬに通電電流の方向が同一方向となるように巻回されている。

このように第１の３相モータ巻線Ｌ１の各相コイルＬ１ｕ〜Ｌ１ｗのコイル部Ｌ１ｕａ，Ｌ１ｕｂ、Ｌ１ｖａ，Ｌ１ｖｂ及びＬ１ｗａ，Ｌ１ｗｂと、第２の３相モータ巻線Ｌ２の各相コイルＬ２ｕ〜Ｌ２ｗのコイル部Ｌ２ｕａ，Ｌ２ｕｂ、Ｌ２ｖａ，Ｌ２ｖｂ及びＬ２ｗａ，Ｌ２ｗｂとが、互いに異なる１２本のティースに巻回されている。即ち、１２本のティースＴに、順次第１系統となる相コイルＬ１ｕａ、Ｌ１ｖａ、Ｌ１ｗａを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、次いで、第２系統となる相コイルＬ２ｕａ、Ｌ２ｖａ及びＬ２ｗａを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、更に第１系統となる相コイルＬ１ｕｂ、Ｌ１ｖｂ、Ｌ１ｗｂを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、最後に、第２系統となる相コイルＬ２ｕｂ、Ｌ２ｖｂ及びＬ２ｗｂを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装している。このため、第１の多相モータ巻線Ｌ１及び第２のモータ巻線Ｌ２の同相のコイル部がロータ１２Ｒの各磁極の永久磁石ＰＭで形成される同一の磁束に、同時に鎖交することがないように巻装されている。従って、第１の３相モータ巻線Ｌ１の各コイル部と第２の３相モータ巻線Ｌ２の各コイル部とで、互いの磁気的な干渉を最小限に抑制する磁気回路を構成している。

このような２系統巻線を有する３相モータに対して、個別のインバータから電流を供給し、一方のインバータのスイッチング手段に導通不可となるＯＦＦ故障（オープン故障）が生じた場合に、故障が生じた故障スイッチング手段を特定し、故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御すると共に、故障スイッチング手段を含む故障インバータ以外の正常インバータを制御するモータ制御装置の例を、図５に示して説明する。

モータ制御装置１００は異常検出部１１１を含み、モータ電流指令値を演算する制御演算部１１０と、制御演算部１１０から出力される電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊が個別に入力されるモータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂと、これらモータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂの出力側と３相モータ２００の第１のモータ巻線Ｌ１及び第２のモータ巻線Ｌ２との間に介挿されたモータ電流遮断回路１３０Ａ及び１３０Ｂとを備えている。

３相モータ２００は、ロータの回転位置を検出するホール素子などの回転位置センサ１０１を備えており、回転位置センサ１０１からの検出値がロータ回転角検出回路１０２に入力され、ロータ回転角検出回路１０２でロータ回転角θｍが検出される。モータ制御装置１００内の制御演算部１１０には、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖｓが入力されると共に、ロータ回転角検出回路１０２から出力されるロータ回転角θｍが入力される。更に、モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂ内の電流検出回路１２１Ａ及び１２１Ｂから出力されるモータ２００の第１のモータ巻線Ｌ１及び第２のモータ巻線Ｌ２の各相コイルから出力されるモータ電流Ｉ１ｄ及びＩ２ｄが制御演算部１１０に入力されている。また、モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂには、直流電源としてのバッテリ１０３からノイズフィルタ１０４を経て直流電流が供給されている。

制御演算部１１０では、モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂの正常時には操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓを基に予め設定されたマップＡを参照して電流指令値Ｉ１^＊及びＩ２^＊を算出し、モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂの異常時には操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓを基に予め設定されたマップＢを参照して電流指令値Ｉ１^＊及びＩ２^＊を算出する。

また、制御演算部１１０では、算出した電流指令値Ｉ１^＊及びＩ２^＊とロータ回転角θｍとに基づいて、ベクトル制御のｄ−ｑ座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出し、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊をロータ回転角θｍに従って２相/３相変換してＵ相電流指令値Ｉｕ^＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ^＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ^＊を算出する。そして、算出したＵ相電流指令値Ｉｕ^＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ^＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ^＊と電流検出回路１２１Ａ及び１２１Ｂで検出した電流検出値の相毎の加算値との電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出し、これら電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｂ及びΔＩｗについてＰＩ制御演算等を行ってモータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂに対する３相の電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊を算出し、算出した３相の電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊をモータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂに入力する。

また、制御演算部１１０には、モータ電流遮断回路１３０Ａ及び１３０Ｂとモータ２００の第１モータ巻線Ｌ１及び第２モータ巻線Ｌ２との間に設けられた異常検出回路１３１Ａ及び１３１Ｂで検出したモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ、Ｉ１ｖｄ、Ｉ１ｗｄ及びＩ２ｕｄ、Ｉ２ｖｄ、Ｉ２ｗｄが入力されている。そして、制御演算部１１０は、入力されるモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ〜Ｉ１ｗｄ及びＩ２ｕｄ〜Ｉ２ｗｄと自身が算出した各相電流指令値Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊及びＩｗ^＊とを比較してインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂを構成するスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６のオープン故障（ＯＦＦ故障）及びショート故障（ＯＮ故障）を検出する異常検出部１１１を備えている。この異常検出部１１１では、インバータ１２２Ａ及び１２２Ｂを構成するＦＥＴのオープン故障又はショート故障を検出したときに、異常を検出したモータ駆動回路１２０Ａ又は１２０Ｂのゲート駆動回路１２３Ａ又は１２３Ｂに対して異常検出信号ＳＡａ又はＳＡｂを入力する。

モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂのそれぞれは、制御演算部１１０から出力される３相の電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊が入力されてゲート信号を形成すると共に、異常時電流制御部を兼ねるゲート駆動回路１２３Ａ及び１２３Ｂと、これらゲート駆動回路１２３Ａ及び１２３Ｂから出力されるゲート信号が入力されるインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂとを備えている。

ゲート駆動回路１２３Ａ及び１２３Ｂのそれぞれは、制御演算部１１０から電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊が入力されると、これら電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊と三角波のキャリア信号Ｓｃとを基に６つのＰＷＭ信号を形成し、これらＰＷＭ信号をインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂに入力する。

また、ゲート駆動回路１２３Ａは、制御演算部１１０から異常検出信号ＳＡａが入力されていない正常であるときには、モータ電流遮断回路１３０Ａに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力すると共に、電源遮断回路１２４Ａに対してハイレベルの２つのゲート信号を出力し、異常検出信号ＳＡａが入力された異常であるときには、モータ電流遮断回路１３０Ａに対してローレベルの３つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断すると共に、電源遮断回路１２４Ａに対してローレベルの２つのゲート信号を同時に出力し、バッテリ電力を遮断する。

同様に、ゲート駆動回路１２３Ｂは、制御演算部１１０から異常検出信号ＳＡｂが入力されていない正常であるときには、モータ電流遮断回路１３０Ｂに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力すると共に、電源遮断回路１２４Ｂに対してハイレベルの２つのゲート信号を出力し、異常検出信号ＳＡｂが入力された異常であるときには、モータ電流遮断回路１３０Ｂに対してローレベルの３つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断すると共に、電源遮断回路１２４Ｂに対してローレベルの２つのゲート信号を同時に出力し、バッテリ電力を遮断する。

インバータ１２２Ａ及び１２２Ｂのそれぞれは、ノイズフィルタ１０４及び電源遮断回路１２４Ａ及び１２４Ｂを介してバッテリ１０３のバッテリ電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサＣＡ及びＣＢが接続されている。

インバータ１２２Ａ及び１２２Ｂは、６個のスイッチング素子としてのＦＥＴＱ１〜Ｑ６を有し、２つのＦＥＴを直列に接続した３つのスイッチングアームＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗを並列に接続した構成を有する。そして、各ＦＥＴＱ１〜Ｑ６のゲートにゲート駆動回路１２３Ａ及び１２３Ｂから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗのＦＥＴ間からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗがモータ電流遮断回路１３０Ａ及び１３０Ｂを介してモータ２００の第１巻線Ｌ１及び第２巻線Ｌ２に入力する。

モータ電流遮断回路１３０Ａは、３つの電流遮断用のＦＥＴＱＡ１、ＱＡ２及びＱＡ３を有し、モータ電流遮断回路１３０Ｂは、３つの電流遮断用のＦＥＴＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３を有する。そして、モータ電流遮断回路１３０Ａ及び１３０ＢのＦＥＴＱＡ１〜ＱＡ３及びＱＢ１〜ＱＢ３がそれぞれの寄生ダイオードＤのカソードをインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂ側として、各々が同一向きに接続されている。

また、電源遮断回路１２４Ａ及び１２４Ｂのそれぞれは、２つのＦＥＴＱＣ１，ＱＣ２及びＱＤ１，ＱＤ２がドレイン同士を接続して寄生ダイオードが逆向きとなる直列回路構成を有する。そして、ＦＥＴＱＣ１及びＱＤ１のソースが互いに接続されてノイズフィルタ１０４の出力側に接続され、ＦＥＴＱＣ２及びＱＤ２のソースがインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂの各ＦＥＴＱ１，Ｑ２及びＱ３のソースに接続されている。

制御演算部１１０の詳細な構成例は図６に示すようになっており、補償制御演算部１１３は、例えばモータ角速度ωに基づいてヨーレートの収れん性を補償する収れん性補償値を算出し、モータ角加速度αに基づいてモータ２００の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するトルク補償値を算出し、推定若しくは検出したＳＡＴに基づいて、モータ２００のアシスト力を補償するＳＡＴ補償値を算出し、これら補償値から補償信号Ｉｃｏｍを算出する。補償信号Ｉｃｏｍは電流指令値演算部１１２からの電流指令値Ｉｒｅｆａに加算部１１４で加算され、補償後の電流指令値Ｉｒｅｆｂが算出されてｄ−ｑ軸電流指令値演算部１４０に入力される。

ｄ−ｑ軸電流指令値演算部１４０は、ｄ軸電流指令値算出部１４１と、ｑ軸電流指令値算出部１４２と、誘起電圧モデル算出部１４３と、２相／３相変換部１４４とを備えている。ｄ軸電流指令値算出部１４１は、電流指令値Ｉｒｅｆａとモータ角速度ωとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊を算出する。誘起電圧モデル算出部１４３は、モータ回転角θｍ及びモータ角速度ωに基づいて、ｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Electro Magnetic Force）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ（θ）及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ（θ）を算出する。ｑ軸電流指令値算出部１４２は、誘起電圧モデル算出部１４３から出力されるｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ（θ）及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ（θ）と、ｄ軸電流指令値算出部１４１で算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊と、電流指令値Ｉｒｅｆｂと、モータ角速度ωとに基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を算出する。

２相／３相変換部１４４は、２相のｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊を３相電流指令値Ｉａ^＊、Ｉｂ^＊及びＩｃ^＊に変換し、電流指令値Ｉａ^＊、Ｉｂ^＊及びＩｃ^＊を電圧指令値演算部１５０に入力する。

電圧指令値演算部１５０は、Ｕ相電流指令値Ｉｕ^＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ^＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ^＊と、電流検出回路１２１Ａ及び１２１Ｂで検出した電流検出値Ｉ１ｄ及びＩ２ｄとに基づいて電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊を算出する。具体的に、電圧指令値演算部１５０は、電流検出回路１２１Ａ及び１２１Ｂで検出した電流検出値Ｉ１ｄ及びＩ２ｄから各相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを算出し、Ｕ相電流指令値Ｉｕ^＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ^＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ^＊から各相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを減算して電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出する。そして、電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗについてＰＩ制御演算等を行ってモータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂに対する３相の電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊を算出する。３相の電圧指令値Ｖ１^＊及びＶ２^＊は、異常検出部１１１で異常を検出していない正常状態で互いに同一の値として出力され、モータ駆動回路１２０Ａ及び１２０Ｂは、通常時は、操舵アシストに必要な電流量を５０[％]ずつ分担して請け負うようになっている。

このような２系統巻線モータに対するモータ制御装置において、１系統巻線駆動状態の場合の、モータコイル特性と制御用モータパラメータについて説明する。

相間のインダクタンスを考慮したモータ１相（Ｕ相）コイルの電圧方程式は、下記数１となる。

逆起電圧の項ωｅΦｆは、逆起電圧補償機能により完全にキャンセルされると仮定して、これを省略すると、下記数２が成立する。

ここで、相互インダクタンスＭｕｖ＝Ｍｕｗと仮定し、これをＭ_Ｐ（系統内相間相互インダクタンス[Ｈ]）、Ｌ_ＵをＬ_Ｐ（自己インダクタンス[Ｈ]）とそれぞれ表記し、整理すると下記数３となる。

ここで、３相モータの巻線原理より

であるので、数４を用いて数３を整理すると、下記数５及び数６が成立する。

よって、モータ１相（Ｕ相）コイルの伝達関数Ｐｍｕ（ｓ）は、下記数７となる。

従って、図７に示すように数７のモータコイルと直列にして電流フィードバック制御系を組むとき、Ｉｒｅｆｕ→Ｉｕの伝達関数を、応答周波数ｆ_ＦＢ[Ｈｚ]の１次遅れモデルに相当するための電流フィードバック制御部Ｃ_ＦＢ（ｓ）は、下記数８となる。

図７のようにＵ相の相電流指令値Ｉｒｅｆｕを、数８による電流フィードバック制御部と数７によるモータコイルをフィードバック経路として、モータ相電流Ｉｕを得る場合、入出力の伝達関数は（Ｌ_Ｐ−Ｍ_Ｐ）ｓ＋Ｒｕが分子分母で相殺されてフィードバックループを形成するため、下記数９となる。他の相の電流についても同様である。

次に、２系統巻線駆動状態の場合の、モータコイル特性と制御用モータパラメータについて説明する。

１系統の場合と同様に、モータ逆起電圧は、逆起電圧補償により完全にキャンセルされると仮定し、系統間／相間の相互インダクタンスを考慮して、モータ１系統／１相（第１系統／Ｕ相）コイルの電圧方程式は、下記数１０で表される。

ここで、Ｍ_１ｕ１ｖ＝Ｍ_１ｕ１ｗと仮定し、これをＭ_Ｐ（系統内相間相互インダクタンス[Ｈ]）、Ｍ_１ｕ２ｖ＝Ｍ_１ｕ２ｗと仮定し、これをＭ_Ｓ（系統内相間相互インダクタンス[Ｈ]）、Ｍ_１ｕ２ｕをＭ_Ｌ（自己インダクタンス[Ｈ]）とそれぞれ表記して整理すると、下記数１１となる。その前提として、数１２が成立している。

更に、Ｉ_１ｕ＝Ｉ_２ｕ（系統間同相の電流は同期する）と仮定して、これをＩ_ｕと表記すると、下記数１３及び数１４が成立する。

よって、モータ１系統／１相（第１系統／Ｕ相）コイルの伝達関数Ｐ_ｍ１ｕ（ｓ）は、下記数１５となる。

従って、図８に示すように数１５のモータコイルと直列にして電流フィードバック制御系を組むとき、Ｉｒｅｆ１ｕ→Ｉ１ｕの伝達関数を、応答周波数ｆ_ＦＢ[Ｈｚ]の１次遅れモデルに相当するための電流フィードバック制御部Ｃ_ＦＢ１ｕ（ｓ）は、下記数１６となる。

図８のようにＵ相の相電流指令値Ｉｒｅｆ１ｕを、数１６による電流フィードバック制御部と数１５によるモータコイルをフィードバック経路として、モータ相電流Ｉ１ｕを得る場合、入出力の伝達関数は（Ｌ_Ｐ−Ｍ_Ｐ＋Ｍ_Ｌ−Ｍ_Ｓ）ｓ＋Ｒ_１ｕが分子分母で相殺されてフィードバックループを形成するため、前記数９となる。他の相の電流についても同様である。

上述のように１系統でも２系統でも電流フィードバック制御部及びモータコイルのパラメータ変更することによって、常に同じ伝達関数とすることができる。本発明はかかる前提の基に図９に示すような電圧指令値演算部１５０Ａ及び１５０Ｂを備えると共に、故障若しくは異常を検出して判別する故障判別部１６０からパラメータ切替信号ＰＳＷ及び故障系統遮断指令ＦＳＳを出力する構成となっている。

即ち、本発明のモータ制御装置は、前述のようにして生成されたｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びモータ電気角θｍは電流指令値進角補償部及び２相／３相変換部１６３に入力され、各相電流指令値Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊がそれぞれ電圧指令値演算部１５０Ａ及び１５０Ｂ内のモータ相電流制御部１５１Ａ及び１５１Ｂに入力される。また、モータ電気角θｍはモータ回転数演算部１６２に入力され、演算されたモータ回転数はモータ電気角と共に、それぞれ電圧指令値演算部１５０Ａ及び１５０Ｂ内の逆起電圧補償部１５２Ａ及び１５２Ｂに入力される。モータ相電流制御部１５１Ａ及び逆起電圧補償部１５２Ａの各出力がそれぞれ加算され、加算結果が各相電圧指令値Ｖ１^＊としてモータ駆動回路１６１Ａに入力され、モータ駆動回路１６１Ａ内の電流検出部で検出された各相電流検出値Ｉ１ｄがモータ相電流制御部１５１Ａにフィードバックされている。同様に、モータ相電流制御部１５１Ｂ及び逆起電圧補償部１５２Ｂの各出力がそれぞれ加算され、加算結果が各相電圧指令値Ｖ２^＊としてモータ駆動回路１６１Ｂに入力され、モータ駆動回路１６１Ｂ内の電流検出部で検出された各相電流検出値Ｉ２ｄがモータ相電流制御部１５１Ｂにフィードバックされている。

故障判別部１６０は前述のように故障（異常を含む）を判定し、故障発生時には故障系統遮断指令を発生してモータ駆動回路１６１Ａ及び１６１Ｂに入力し、故障系統の回路を遮断する。パラメータ切替信号ＰＳＷをモータ相電流制御部１５１Ａ及び１５１Ｂに入力して駆動する巻線系統数に応じてパラメータを変更する。つまり、正常時の２系統駆動の場合には数１６のパラメータ（Ｌ_Ｐ−Ｍ_Ｐ＋Ｍ_Ｌ−Ｍ_Ｓ）とし、１系統が故障して他の１系統駆動の場合には数８のパラメータ（Ｌ_Ｐ−Ｍ_Ｐ）とする。

このように、電流制御部を備えた３相電流フィードバック方式により、多系統モータ巻線を有するモータを、巻線系統毎のモータ駆動回路を介して制御するモータ制御装置において、多系統モータ巻線の駆動系統数に応じて電流制御部のパラメータを切替えて変更する機能を具備することにより、故障発生の系統切替でモータの電気的応答特性が変化しても、電流フィードバック制御部のパラメータの切替で対応でき、異音や振動の発生がなく、操舵違和感のないモータ制御装置を実現できる。

上述の実施形態では２系統巻線の３相モータについて説明したが、３系統以上の多系統モータ巻線を有するモータにも同様に適用できる。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
１００ モ−タ制御装置
１０１ 回転位置センサ
１０３ バッテリ
１１０ 制御演算部
１１１ 異常検出部
１１２ 電流指令値演算部
１１３ 補償制御演算部
１２０Ａ，１２０Ｂ モータ駆動回路
１２１Ａ，１２１Ｂ 電流検出回路
１２２Ａ，１２２Ｂ インバータ
１２３Ａ，１２３Ｂ ゲート駆動回路
１２４Ａ，１２４Ｂ 電源遮断回路
１３０Ａ，１３０Ｂ モータ電流遮断回路
１３１Ａ，１３１Ｂ 異常検出回路
１４０ ｄ−ｑ軸電流指令値演算部
１４１ ｄ軸電流指令値演算部
１４２ ｑ軸電流指令値演算部
１４３ 誘起電圧モデル算出部
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ 電圧指令値演算部
１６０ 故障判別部
２００ ２系統巻線モータ

Claims (7)

1. 電流制御部を備えた３相電流フィードバック方式により、２系統モータ巻線を有するモータを、巻線系統毎のモータ駆動回路を介して制御するモータ制御装置において、
   前記２系統モータ巻線の駆動系統数に応じて前記電流制御部のモータインダクタンスパラメータを切替えて変更する機能を具備し、
   系統内相間相互インダクタンスをＭ _Ｐ 、自己インダクタンスをＬ _Ｐ 、系統間多相相互インダクタンスをＭ _Ｓ 、系統間同相相互インダクタンスをＭ _Ｌ としたとき、２系統電流制御時はパラメータ（Ｌ _Ｐ −Ｍ _Ｐ ＋Ｍ _Ｌ −Ｍ _Ｓ ）であり、１系統電流制御時はパラメータ（Ｌ _Ｐ −Ｍ _Ｐ ）である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. ３相×２系統の６相分を個別に、計６個で電流フィードバック制御する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. ３相×系統間合計で１系統の計３個で電流フィードバック制御する請求項１に記載のモータ制御装置。
4. １相は他の２相の電流値の合計値から算出する２相×２系統の計４個で電流フィードバック制御する請求項１に記載のモータ制御装置。
5. １相は他の２相の電流値の合計値から算出する２相×系統間合計で１系統の計２個で電流フィードバック制御する請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置でモータ駆動制御され、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にアシスト力を付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 請求項６に記載の電動パワーステアリング装置を搭載した車両。