JP6090171B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
近年、車両には、ドライバーの操舵をアシストするためのパワーステアリング装置が搭載されている。また、パワーステアリング装置には、ブラシレスDCモータを駆動源として備えた電動パワーステアリング装置(EPS)が広く採用されている。一般的に、EPSには、ブラシレスDCモータを駆動するためのインバータ装置が搭載されている。
インバータ装置の電源は、車両に搭載されたバッテリから供給される。インバータ装置は、6個の半導体スイッチング素子(FET)からなり、バッテリ側に3個のFETを、接地側に3個のFETをそれぞれ備えている。バッテリ側にある3個のFETを駆動するには、これらのFETのゲートに対して、バッテリ電圧よりも高い電圧を供給する必要がある。このため、EPSは、バッテリとは別にゲートドライバ電源を有している。
しかしながら、従来のEPSでは、モータ制御に何らかの異常が発生した場合、その異常がFETの故障によるものか、或いはゲートドライバ側の故障によるものかを特定するための手段が設けられていない。このため、例えばFETの故障によりブラシレスDCモータの1相のみが断線した場合、残りの正常な相によるアシスト制御が可能であるにも拘わらず、アシスト制御を停止せざるを得なかった。このように、従来のEPSにおいては、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御が、モータ制御の異常の要因に応じて適切に行われていなかった。
本発明の目的は、モータ制御の異常の要因に応じて、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を適切に行うことの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。
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、操舵系にアシスト力を付与するモータと、操舵系に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサと、半導体スイッチング素子を含み、半導体スイッチング素子を駆動させて車載されるバッテリを電源としてモータを駆動するインバータ装置と、インバータ装置を構成する半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲートドライバ回路に前記半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧である前記インバータ装置の電源電圧よりも高い電圧を供給するゲートドライバ電源と、操舵トルクに基づきインバータ装置を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置が提供される。制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、アシスト力を操舵系に付与するためのアシスト制御を、アシスト制御を停止させるアシスト停止制御に切替える。また、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が、ゲートドライバ電源の電圧とインバータ装置の電源電圧との差であるとき、制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧がインバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合にアシスト制御を前記指標に基づき通常の状態または制限された状態で実行し、ゲートドライバ電源の電圧がインバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きくない場合にアシスト停止制御を実行する。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、アシスト制御をアシスト停止制御に切替えることができる。このように、ゲートドライバ電源の電圧の状態を判定することで、ゲートドライバ電源の電圧異常以外の要因、例えば、ブラシレスDCモータの1相のみが断線して残りの正常な相によるアシスト制御が可能である場合には、アシスト制御を継続することができる。よって、モータ制御の異常の要因に応じて、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を適切に行うことができる。
また、この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が、ゲートドライバ電源の電圧とインバータ装置の電源電圧との差である。このため、ゲートドライバ電源の電圧がインバータ装置の電源電圧よりも高く維持されているか否かに基づいて、ゲートドライバ電源の電圧の状態を判定することができる。これにより、ゲートドライバ電源の電圧のみに基づきアシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替える場合と比較して、アシスト制御可能な電圧領域を広げることができる。また、この構成によれば、インバータ装置の電源電圧に対するゲートドライバ電源の電圧の低下を、電圧閾値に基づいて判定することができる。つまり、ゲートドライバ電源の電圧が正常である電圧領域と、正常値よりも低い電圧領域とに区分することができる。このように、ゲートドライバ電源の電圧領域が閾値を用いて区分されるため、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
上記課題を解決するため、本発明の第二の態様によれば、操舵系にアシスト力を付与するモータと、操舵系に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサと、半導体スイッチング素子を含み、半導体スイッチング素子を駆動させて車載されるバッテリを電源としてモータを駆動するインバータ装置と、インバータ装置を構成する半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲートドライバ回路に前記半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧である前記インバータ装置の電源電圧よりも高い電圧を供給するゲートドライバ電源と、操舵トルクに基づきインバータ装置を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置が提供される。制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものであるとき、アシスト力を操舵系に付与するためのアシスト制御を、アシスト制御を停止させるアシスト停止制御に切替えるとともに、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものでないとき前記指標に基づきアシスト制御を通常の状態で実行する、またはインバータ装置の電源電圧を下げる。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、アシスト制御をアシスト停止制御に切替えることができる。このように、ゲートドライバ電源の電圧の状態を判定することで、ゲートドライバ電源の電圧異常以外の要因、例えば、ブラシレスDCモータの1相のみが断線して残りの正常な相によるアシスト制御が可能である場合には、アシスト制御を継続することができる。よって、モータ制御の異常の要因に応じて、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を適切に行うことができる。また、この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいてインバータ装置の電源電圧を下げることで、インバータ装置の半導体スイッチング素子が過熱して故障することを防止できる。
上記の電動パワーステアリング装置において、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標は、ゲートドライバ電源の電圧であり、制御手段は、前記指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものでないときとしてゲートドライバ電源の電圧が電圧閾値以上である場合にアシスト制御を実行し、前記指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものであるときとしてゲートドライバ電源の電圧が電圧閾値より小さい場合にアシスト停止制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を電圧閾値に基づいて判定することで、本発明の第一の態様に係る電動パワーステアリング装置と同様に、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
上記の電動パワーステアリング装置において、制御手段は、前記制限された状態でのアシスト制御として、目標アシスト力に対応する電流指令値に制限をかけてアシスト制御を行うアシスト制限制御を実行し、制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、アシスト制限制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、アシスト制限制御を実行することができる。これにより、ゲートドライバ電源の電圧が正常値よりも少しだけ低い電圧領域では、アシスト制限制御を実行することで、モータに流れる電流値を抑制することができる。これにより、インバータ装置の半導体スイッチング素子が過熱して故障することを防止できる。
上記の電動パワーステアリング装置において、制御手段は、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が第1電圧閾値以上である場合にアシスト制御を実行し、指標が第1電圧閾値未満であり第1電圧閾値よりも小さい第2電圧閾値よりも高い場合にアシスト制限制御を実行し、指標が第2電圧閾値以下である場合にアシスト停止制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の状態を、第1電圧閾値とそれよりも低い値に設定された第2電圧閾値とに基づいて判定することができる。つまり、ゲートドライバ電源の電圧が正常である電圧領域と、正常値よりも少し低い電圧領域と、正常値よりもかなり低い電圧領域とに区分することができる。このように、ゲートドライバ電源の電圧領域が2つの閾値を用いて区分されるため、アシスト制御、アシスト制限制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
上記の電動パワーステアリング装置において、制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて実行される前記制限された状態でのアシスト制御に代えて、半導体スイッチング素子の駆動周波数を下げることが好ましい。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて半導体スッチング素子の駆動周波数を下げることで、インバータ装置の半導体スイッチング素子が過熱して故障することを防止できる。つまり、アシスト制限制御を実行するときと同等の作用効果を奏することができる。
上記の電動パワーステアリング装置において、制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて実行される前記制限された状態でのアシスト制御に代えて、インバータ装置の電源電圧を下げることが好ましい。
この構成によれば、ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいてインバータ装置の電源電圧を下げることで、インバータ装置の半導体スイッチング素子が過熱して故障することを防止できる。つまり、アシスト制限制御を実行するときと同等の作用効果を奏することができる。
本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図。 電動パワーステアリング装置の電源構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置の演算部の電気的構成を示すブロック図。 アシスト制御を実行する電圧領域とアシスト停止制御を実行する電圧領域とを示すグラフ。 電動パワーステアリング装置の出力部の電気的構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置の異常判定部による制御フローを示すフローチャート。 本発明の第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する演算部の電気的構成を示すブロック図。 アシスト制御を実行する電圧領域とアシスト制限制御を実行する電圧領域とアシスト停止制御を実行する電圧領域とを示すグラフ。 電動パワーステアリング装置の異常判定部による制御フローを示すフローチャート。 本発明の第3実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電源構成を示すブロック図。 電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図。 アシスト制御を実行する電圧領域とアシスト停止制御を実行する電圧領域とを示すグラフ。 電動パワーステアリング装置の異常判定部により制御フローを示すフローチャート。 本発明の第4実施形態に係る電動パワーステアリング装置におけるアシスト制御を実行する電圧領域とアシスト制限制御を実行する電圧領域とアシスト停止制御を実行する電圧領域とを示すグラフ。 電動パワーステアリング装置の異常判定部により制御フローを示すフローチャート。
(第1実施形態)
以下、図1〜図7を参照して、本発明をコラム型の電動パワーステアリング装置(EPS)に具体化した第1実施形態を説明する。
図1に示すように、ステアリングホイール2は、ステアリングシャフト3に固定されると共に、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5に連結されている。ドライバーがステアリングホイール2を操作すると、ステアリングシャフト3が回転すると共に、ステアリングシャフト3の回転がラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。
ステアリングシャフト3は、コラムシャフト3a、インターミディエイトシャフト3b及びピニオンシャフト3cを連結して構成されている。コラムシャフト3aの中間部には、トーションバー17が取り付けられている。ラック軸5の両端には、タイロッド6がそれぞれ連結されている。ラック軸5の直線運動は、タイロッド6を介して図示しないナックルに伝達される。これにより、転舵輪7の舵角が変更されて、車両の進行方向が変更される。
EPS1は、EPSアクチュエータ10と、EPSアクチュエータ10の作動を制御するECU11とを備えている。EPSアクチュエータ10は、ドライバーによるステアリングホイール2の操作を補助するためのアシスト力を、車両の操舵系に付与する。
EPSアクチュエータ10は、コラム型のEPSアクチュエータとして構成されている。EPSアクチュエータ10は、駆動源であるモータ12と、モータ12及びコラムシャフト3aを連結する減速機構13とを備えている。モータ12には、ブラシレスDCモータが採用されている。EPSアクチュエータ10は、減速機構13によりモータ12の回転を減速してコラムシャフト3aに伝達する。これにより、モータ12のトルクが、アシスト力として操舵系に付与される。
ECU11には、トルクセンサ14、モータ回転角センサ34、CAN(Controller Area Network)等の車載ネットワークCN等が接続されている。車速センサ15からの出力信号は、車載ネットワークCNを介してECU11に入力される。トルクセンサ14は、複数系統のセンサ信号Sa,Sbを出力するトルクセンサである。トルクセンサ14は、図示しないセンサコアと、2つのセンサ素子14a,14bとを備えている。センサコアは、トーションバー17の捩れに基づき変化する磁束を生成する。センサ素子14a,14bは、磁電変換素子であるホールICからなり、センサコアの周りにそれぞれ配置されている。ステアリングシャフト3にトルクが入力されてトーションバー17が捩れると、各センサ素子14a,14bを通過する磁束が変化する。トルクセンサ14は、磁束変化に伴い変化する各センサ素子14a,14bからの出力電圧を、センサ信号Sa,SbとしてECU11に出力する。
ECU11は、各種センサにより検出される車両の状態量に基づいて目標アシスト力を演算する。ECU11は、目標アシスト力をEPSアクチュエータ10に発生させるべくモータ12に駆動電力を供給する。こうして、ECU11は、操舵系に付与するアシスト力を制御するためのアシスト制御を実行する。
次に、図2及び図3を参照して、EPS1の電源構成及び電気的構成を説明する。
図2に示すように、ECU11は、マイクロコンピュータ16、電源リレー24、スイッチングレギュレータ28、ゲートドライバ電源29、ゲートドライバ回路31及びインバータ装置32を備えている。バッテリ20からの電源は、ヒューズ21を経由する経路、又はヒューズ22及びイグニションスイッチ(以下、IGSWと称す)23を経由する経路からECU11に供給される。ヒューズ21は、電源リレー24に接続されている。
電源リレー24とマイクロコンピュータ16との間には、半導体スイッチング素子としてのFET25が設けられている。FET25は、マイクロコンピュータ16によって制御される。また、電源リレー24は、FET25によって開閉される。電源リレー24の出力端子は、ダイオード26とインバータ装置32とにそれぞれ接続されている。IGSW23の出力端子は、ダイオード27に接続されている。
ダイオード26の出力端子は、ダイオード27の出力端子に結合されている。また、ダイオード26の出力側及びダイオード27の出力側が、スイッチングレギュレータ28及びゲートドライバ電源29に接続されている。マイクロコンピュータ16には、スイッチングレギュレータ28から電源が供給される。ゲートドライバ回路31には、ゲートドライバ電源29から電源が供給される。
マイクロコンピュータ16のA/D端子66には、ゲートドライバ電源29とゲートドライバ回路31との中間点であるd点から、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが取り込まれる。一方、マイクロコンピュータ16は、PWM出力部65からモータ制御信号をゲートドライバ回路31に出力する。
図3に示すように、ゲートドライバ回路31は、モータ制御信号に基づいてゲート信号をインバータ装置32に出力し、インバータ装置32を構成するFETのゲートを駆動する。インバータ装置32は、各FETのゲートに入力されたゲート信号に基づいて、駆動電力をモータ12に供給する。そして、モータ12の3相巻線には、インバータ装置32から所定の電圧が印加される。
インバータ装置32は、モータ12の相数に対応して計6個の半導体スイッチング素子としてのFETにより構成されている。具体的には、インバータ装置32は、FET41a,41dの直列回路、FET41b,41eの直列回路、FET41c,41fの直列回路を並列接続することにより構成されている。FET41a,41dの接続点42uは、モータ12のU相コイルに接続されている。FET41b,41eの接続点42vは、モータ12のV相コイルに接続されている。FET41c,41fの接続点42wは、モータ12のW相コイルに接続されている。
また、インバータ装置32には、モータ12に流れる各相電流値Iu,Iv,Iwを検出するための電流センサ43u,43v,43wが設けられている。FET41d,41e,41fは、電流センサ43u,43v,43wを介して接地されている。一方、図2及び図3に示すように、FET41a,41b,41cは、電源リレー24及びヒューズ21等を介してバッテリ20に接続されている。
ゲートドライバ回路31は、マイクロコンピュータ16から出力されたモータ制御信号を、FET41a〜FET41fの各ゲートを駆動可能な電圧に変換する。ゲートドライバ回路31は、変換後の電圧をゲート信号として出力し、FET41a〜FET41fの各ゲート端子にそれぞれ印加する。こうして、モータ制御信号に応答して、各FET41a〜FET41fがオン/オフされる。これにより、バッテリ20から供給される直流電圧が三相(U、V、W)の駆動電力に変換されて、モータ12に供給される。
マイクロコンピュータ16は、電流センサ43u,43v,43wからの出力信号に基づき、モータ12に流れる各相電流値Iu,Iv,Iwをそれぞれ検出する。マイクロコンピュータ16は、モータ回転角センサ34からの出力信号に基づき、モータ12のモータ回転角θmを検出する。マイクロコンピュータ16は、トルクセンサ14から出力されるセンサ信号Sa,Sbに基づき、操舵トルクτを検出する。マイクロコンピュータ16は、車載ネットワークCNを介して受け取った車速センサ15からの出力信号に基づき、車速Vを検出する。マイクロコンピュータ16は、検出した各相電流値Iu,Iv,Iw、モータ回転角θm、操舵トルクτ及び車速Vに基づいてモータ制御信号を生成し、ゲートドライバ回路31に出力する。
マイクロコンピュータ16は、電流指令値Iqを演算する演算部35と、電流指令値Iqに基づきモータ制御信号を出力する出力部36と、異常判定部37とを備えている。異常判定部37は、A/D端子66から取り込まれたゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態を判定する。具体的には、異常判定部37は、電圧Vgが電圧閾値α0以上であるか否かを判定する。異常判定部37は、その判定結果に基づいて、演算部35から出力部36に出力される電流指令値Iqを切替えるための切替信号Svaを生成する。異常判定部37は、電圧Vgの状態を示す切替信号Svaを演算部35に出力する。
図4及び図5に示すように、演算部35は、操舵トルクτ及び車速Vに基づいて、EPSアクチュエータ10に発生させるべき目標アシスト力を演算する。演算部35は、目標アシスト力に対応するモータトルクの電流指令値Iq**を演算する。このため、演算部35は、操舵トルクτ、車速V及び電流指令値Iq**の関係を表した演算マップ50を備えている。また、演算部35は、電流指令値Iq**として「0」を出力する図示しない指令値メモリを備えている。また、演算部35には、切替信号Svaに応答して作動し、出力部36に出力される電流指令値Iqを切替える切替部52を備えている。
切替部52は、演算マップ50に接続されている接点52a、指令値メモリに接続されている接点52n、及び出力部36に接続されている接点52cを備える。切替部52は、異常判定部37からの切替信号Svaに基づいて、以下のように切替えられる。即ち、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが電圧閾値α0以上である場合、切替部52は、接点52aと接点52cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**がそのまま電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される。
一方、電圧Vgが電圧閾値α0未満である場合、切替部52は、接点52nと接点52cとを接続する。その結果、指令値メモリから出力された電流指令値Iq**(=0)が電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される。そして、マイクロコンピュータ16は、アシスト停止制御を実行し、モータ12の駆動を停止させる。
図6に示すように、出力部36には、演算部35から電流指令値Iqが入力されると共に、各相電流値Iu,Iv,Iw及びモータ回転角θmが入力される。具体的には、各相電流値Iu,Iv,Iw及びモータ回転角θmは、出力部36の3相/2相変換部60に入力される。3相/2相変換部60は、モータ回転角θmに基づいて各相電流値Iu,Iv,Iwを座標変換することにより、d軸電流Id及びq軸電流Iqをそれぞれ演算する。
d軸偏差演算部61dは、d軸目標電流Id(本実施形態では、Id=0)とd軸電流Idとの間のd軸偏差ΔIdを求める。同様に、q軸偏差演算部61qは、q軸目標電流となる電流指令値Iqとq軸電流Iqとの間のq軸偏差ΔIqを求める。d軸偏差ΔIdがd軸F/B制御部62dで演算処理され、d軸F/B制御部62dからd軸電圧指令値Vdが出力される。また、q軸偏差ΔIqがq軸F/B制御部62qで演算処理され、q軸F/B制御部62qからq軸電圧指令値Vqが出力される。
2相/3相変換部63は、モータ回転角θmに基づいて、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqの座標変換を行う。これにより、2相/3相変換部63は、U相巻線に対応する電圧指令値Vu、V相巻線に対応する電圧指令値Vv、W相巻線に対応する電圧指令値Vwをそれぞれ演算する。
PWM変換部64は、パルス信号である各相のPWM制御信号を生成する。尚、各相のPWM制御信号は、各電圧指令値Vu,Vv,Vwに対応するデューティ比Du,Dv,Dwを有している。PWM変換部64で生成された各相のPWM制御信号が、PWM出力部65によりゲートドライバ回路31に入力可能な信号レベルへと変換されて、モータ制御信号が生成される。
こうして、出力部36は、電流指令値Iq、各相電流値Iu,Iv,Iw及びモータ回転角θmに基づいて、d/q座標系における電流フィードバック制御を行う。そして、電流フィードバック制御に基づき決定されたモータ制御信号が、出力部36からゲートドライバ回路31に出力される。これにより、d軸電圧指令値Vd及びq軸電圧指令値Vqに対応する電圧が、インバータ装置32からモータ12の3相巻線に印加されて、モータ12を回転させる。
次に、図7を参照して、異常判定部37によるアシスト制御の制御フローを説明する。制御フローは、所定のサンプリング周期で繰り返し実行される。
図7に示すように、まず、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgを取り込む(ステップS101)。次に、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが電圧閾値α0以上か否かを判定する(ステップS102)。ゲートドライバ電源29の電圧Vgが電圧閾値α0以上である場合(ステップS102:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが正常であると判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部52の接点52aと接点52cとを接続し、通常のアシスト制御を実行することで(ステップS103)、制御フローを終了させる。
ゲートドライバ電源29の電圧Vgが電圧閾値α0より小さい場合(ステップS102:NO)、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常値よりも低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部52の接点52nと接点52cとを接続し、アシスト停止制御を実行することで(ステップS104)、制御フローを終了させる。
以上、第1実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが電圧閾値α0以上である場合、電圧Vgが正常であると判定し、通常のアシスト制御を実行する。一方、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電圧閾値α0未満である場合、電圧Vgが正常値よりも低いと判定し、アシスト停止制御を実行する。
この構成によれば、ゲートドライバ電源29の電圧Vgに基づいて、アシスト制御又はアシスト停止制御への切替えを行うことができる。このように、ゲートドライバ電源29の電圧の状態を判定することで、ゲートドライバ電源29の電圧異常以外の要因、例えば、モータ12の1相のみが断線して残りの正常な相によるアシスト制御が可能である場合には、アシスト制御を継続することができる。よって、モータ制御の異常の要因に応じて、アシスト制御又はアシスト停止制御への切替えを適切に行うことができる。
また、この構成によれば、ゲートドライバ電源29の電圧の低下を電圧閾値α0に基づいて判定することができる。つまり、ゲートドライバ電源29の電圧を正常である電圧領域と、正常値よりも低い電圧領域とに区分することにより、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
(第2実施形態)
以下、図8〜図10を参照して、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第2実施形態における第1実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
図8に示すように、演算部135は、演算マップ50から出力される電流指令値Iq**に制限をかける制限マップ51を備えている。切替部152は、演算マップ50に接続されている接点152a、指令値メモリに接続されている接点152n、制限マップ51に接続されている接点152b、及び出力部36に接続されている接点152cを備える。切替部152は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態に基づいて、以下のように切替えられる。即ち、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが第1電圧閾値α1以上である場合、切替部152は、接点152aと接点152cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**がそのまま電流指令値Iqとして、演算部135から出力部36に出力される。
一方、電圧Vgが第2電圧閾値α2よりも高く第1電圧閾値α1未満である場合、切替部52は、接点152bと接点152cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**は、制限マップ51により所定の大きさに制限される。そして、制限後の電流指令値Iqが電流指令値Iqとして、演算部135から出力部36へ出力される(アシスト制限制御)。また、電圧Vgが第2電圧閾値α2以下である場合、切替部152は、接点152bと接点152nとを接続する。その結果、指令値メモリから出力された電流指令値Iq**(=0)が電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される(アシスト停止制御)。
次に、図10を参照して、異常判定部37によるアシスト制御の制御フローを説明する。
図10に示すように、まず、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgを取り込む(ステップS201)。次に、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが第1電圧閾値α1以上か否かを判定する(ステップS202)。そして、電圧Vgが第1電圧閾値α1以上である場合(ステップS202:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが正常であると判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152aと接点152cとを接続し、通常のアシスト制御を実行することで(ステップS203)、制御フローを終了させる。
電圧Vgが第1電圧閾値α1より小さい場合(ステップS202:NO)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが第2電圧閾値α2以下か否かを判定する(ステップS204)。電圧Vgが第2電圧閾値α2よりも高い場合(ステップS204:YES)、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常値よりも少し低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152bと接点152cとを接続し、アシスト制限制御を実行することで(ステップS205)、制御フローを終了させる。
一方、電圧Vgが第2電圧閾値α2以下である場合(ステップS204:NO)、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常値よりもかなり低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152nと接点152cとを接続し、アシスト停止制御を実行することで(ステップS206)、制御フローを終了させる。
以上、第2実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(2)EPS1において、ゲートドライバ電源29の電圧が正常値よりも少しだけ低い電圧領域では、インバータ装置32を構成するFETが不飽和オン状態となる。この状態でモータ12に電流が流れ続けると、FETが過熱して故障してしまう虞がある。
その点、第2実施形態によれば、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが第1電圧閾値α1以上である場合、電圧Vgが正常であると判定し、通常のアシスト制御を実行する。一方、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが第2電圧閾値α2よりも高く第1電圧閾値α1未満である場合、正常値よりも少し低いと判定し、アシスト制限制御を実行する。また、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが第2電圧閾値α2以下である場合、正常値よりもかなり低いと判定し、アシスト停止制御を実行する。
この構成によれば、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常値よりも少しだけ低い電圧領域では、アシスト制限制御を実行することで、モータ12に流れる相電流値を抑制するとともにアシスト力の付与を継続することができる。これにより、インバータ装置32の半導体スイッチング素子であるFETが過熱して故障することを防止するとともにアシスト力の付与を継続することができる。
また、この構成によれば、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態を、第1電圧閾値α1とそれよりも低い値に設定された第2電圧閾値α2とに基づいて判定することができる。つまり、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常である電圧領域と、正常値よりも少し低い電圧領域と、正常値よりもかなり低い電圧領域とに区分することにより、アシスト制御、アシスト制限制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
(第3実施形態)
以下、図4及び図11〜図14を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。なお、第3実施形態における第1実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
図11に示すように、マイクロコンピュータ16のA/D端子66には、電源リレー24とインバータ装置32の中間点であるd2点から、インバータ装置32の電源電圧Vbが分圧抵抗R3,R4により分圧されて取り込まれる。また、A/D端子66には、ゲートドライバ電源29とゲートドライバ回路31との中間点であるd1点から、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが分圧抵抗R1,R2により分圧されて取り込まれる。
図12に示すように、異常判定部37は、A/D端子66に取り込まれたゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの差に基づいて、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態を判定する。具体的には、異常判定部37は、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0以上であるか否かを判定する。そして、異常判定部37は、その判定結果に基づいて、演算部35から出力部36に出力される電流指令値Iqを切替えるための切替信号Svaを生成し、演算部35に出力する。
図4及び図13に示すように、切替部52は、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態に基づいて、以下のように切替えられる。即ち、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0以上である場合、切替部52は、接点52aと接点52cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**がそのまま電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される。
一方、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0未満である場合、切替部52は、接点52nと接点52cとを接続する。その結果、指令値メモリから出力された電流指令値Iq**(=0)が電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される(アシスト停止制御)。
次に、図14を参照して、異常判定部37によるアシスト制御の制御フローを説明する。
図14に示すように、まず、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgを取り込む(ステップS301)。次に、マイクロコンピュータ16は、インバータ装置32の電源電圧Vbを取り込む(ステップS302)。続いて、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0以上か否かを判定する(ステップS303)。電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0以上である場合(ステップS303:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されており正常であると判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部52の接点52aと接点52cとを接続し、通常のアシスト制御を実行することで(ステップS304)、制御フローを終了させる。
電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0より小さい場合(ステップS303:NO)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されておらず、正常値よりも低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部52の接点52nと接点52cとを接続し、アシスト停止制御を実行することで(ステップS305)、制御フローを終了させる。
以上、第3実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(3)第1及び第2実施形態では、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態を判定するのに、インバータ装置32の電源電圧Vbを考慮せずに、ゲートドライバ電源29の電圧Vgのみを用いた。つまり、電圧Vgが電圧閾値α0より小さい場合又は第2電圧閾値α2以下である場合には、電源電圧Vbの値によらず一律にアシスト停止制御を実行していた。
これらの構成によれば、ゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常値よりも高いか低いかをある程度は判定できるものの、インバータ装置32を駆動可能な電圧領域においてもアシスト停止制御が実行されることがある。例えば、図13の斜線で示す電圧領域では、電圧Vgが電源電圧Vbよりも電圧閾値β0だけ高くインバータ装置32が駆動可能であるものの、電圧Vgが電圧閾値α0よりも低いためにアシスト停止制御が実行されてしまう。
その点、第3実施形態によれば、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0以上である場合、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されており正常であると判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、通常のアシスト制御を実行する。一方、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が電圧閾値β0より小さい場合、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されておらず、正常値よりも低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、アシスト停止制御を実行する。
この構成によれば、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの低下を示す指標が、ゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの差である。このため、ゲートドライバ電源29の電圧Vgがインバータ装置32の電源電圧Vbよりも十分に高く維持されているか否か、即ち、ゲートドライバ電源29の電圧Vgがインバータ装置32を駆動可能な電圧であるか否かに基づいて、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態を判定することができる。これにより、ゲートドライバ電源29の電圧Vgのみに基づきアシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替える場合と比較して、アシスト制御可能な電圧領域を広げることができる。よって、モータ制御の異常の要因に応じて、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より適切に行うことができる。
また、この構成によれば、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgの低下を、電圧閾値β0に基づいて判定することができる。つまり、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgが正常である電圧領域と、正常値よりも低い電圧領域とに区分することにより、アシスト制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるための制御を、より的確に行うことができる。
(第4実施形態)
以下、図8、図15及び図16を参照して、本発明の第4実施形態を説明する。なお、第4実施形態における第3実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
図8及び図15に示すように、切替部152は、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgの状態に基づいて、以下のように切替えられる。即ち、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第1電圧閾値β1以上である場合、切替部152は、接点152aと接点152cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**がそのまま電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される。
一方、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第2電圧閾値β2よりも高く第1電圧閾値β1未満である場合、切替部152は、接点152bと接点152cとを接続する。その結果、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**は、制限マップ51により所定の大きさに制限される。そして、制限後の電流指令値Iqが電流指令値Iqとして、演算部135から出力部36へ出力される。また、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第2電圧閾値β2以下である場合、切替部152は、接点152bと接点152nとを接続する。その結果、指令値メモリから出力された電流指令値Iq**(=0)が電流指令値Iqとして、演算部35から出力部36に出力される(アシスト停止制御)。
次に、図16を参照して、異常判定部37によるアシスト制御の制御フローを説明する。
図16に示すように、まず、マイクロコンピュータ16は、ゲートドライバ電源29の電圧Vgを取り込む(ステップS401)。次に、マイクロコンピュータ16は、インバータ装置32の電源電圧Vbを取り込む(ステップS402)。続いて、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第1電圧閾値β1以上か否かを判定する(ステップS403)。電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第1電圧閾値β1以上である場合(ステップS403:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されており正常であると判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152aと接点152cとを接続し、通常のアシスト制御を実行することで(ステップS404)、制御フローを終了させる。
電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第1電圧閾値β1より小さい場合(ステップS403:NO)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第2電圧閾値β2以下か否かを判定する(ステップS405)。電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第2電圧閾値β2よりも高い場合(ステップS405:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されておらず、正常値よりも少し低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152bと接点152cとを接続し、アシスト制限制御を実行することで(ステップS406)、制御フローを終了させる。
一方、電圧Vgと電源電圧Vbとの差が第2電圧閾値β2以下である場合(ステップS405:YES)、マイクロコンピュータ16は、電圧Vgが電源電圧Vbに対して十分に高く維持されておらず、正常値よりもかなり低いと判定する。そして、マイクロコンピュータ16は、その判定結果に基づいて、切替部152の接点152nと接点152cとを接続し、アシスト停止制御を実行することで(ステップS407)、制御フローを終了させる。
以上、第4実施形態によれば、第2実施形態及び第3実施形態の効果を共に奏することができる。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
・第2実施形態において、マイクロコンピュータ16は、インバータ装置32の電源電圧Vbに対するゲートドライバ電源29の電圧Vgが第2電圧閾値α2よりも高く第1電圧閾値α1未満である場合、FETの過熱防止を目的としてアシスト制限制御を実行したが、これに代えて、FETの駆動周波数を下げてスイッチング損失を減らすようにしてもよい。また、この場合、ゲートドライバ電源29の電圧が低下してもFETの飽和オン状態を維持するために、インバータ装置32の電源電圧Vbを下げるようにしてもよい。尚、第4実施形態においても同様である。
・第2実施形態において、演算マップ50から出力された電流指令値Iq**に制限をかける制限マップ51と、切替信号Svaに応答して電流指令値Iqを切替える切替部52とを用いてアシスト制限制御を実行していたが、アシスト制限制御は、この様な態様に限定されない。例えば、制限マップ51に代えて、ゲートドライバ電源29の電圧に比例した制限値を有する制限値制限マップを備えてもよい。この場合、制限値制限マップから出力される電流指令制限値と電流指令値Iq**とを比較して小さい方の値を選択する選択部を備えてもよい。このような態様のアシスト制限制御を実行することでも、FETの過熱が防止される。
・第3実施形態において、ゲートドライバ電源29の電圧Vgの低下を示す指標として、ゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの差を用いたが、ゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの比を用いてもよい。この場合、電圧Vg/電源電圧Vbの値が所定値以上であることを条件にアシスト制御を実行し、電圧Vg/電源電圧Vbの値が所定値未満であることを条件にアシスト停止制御を実行すればよい。第4実施形態においても同様に、ゲートドライバ電源29の電圧Vgとインバータ装置32の電源電圧Vbとの比を用いて、アシスト制御、アシスト制限制御及びアシスト停止制御のいずれかに切替えるようにしてもよい。
・第1〜第4実施形態において、EPSアクチュエータ10の駆動源にブラシレスDCモータを使用し、ブラシレスDCモータを駆動するためにインバータ装置を使用したが、ブラシレスDCモータをブラシ付きDCモータに変更してもよい。この場合、ブラシ付きDCモータを駆動するためにHブリッジ回路を構成すればよい。
・第1〜第4実施形態において、本発明をコラム型のEPS1に具体化したが、本発明は、ピニオン型やラックアシスト型のEPSに適用してもよい。また、本発明を、工作機械の数値制御装置やロボットの制御装置等に適用してもよい。

Claims (7)

  1. 操舵系にアシスト力を付与するモータと、
    前記操舵系に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサと、
    半導体スイッチング素子を含み、前記半導体スイッチング素子を駆動させて車載されるバッテリを電源として前記モータを駆動するインバータ装置と、
    前記インバータ装置を構成する半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲートドライバ回路に前記半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧である前記インバータ装置の電源電圧よりも高い電圧を供給するゲートドライバ電源と、
    前記操舵トルクに基づき前記インバータ装置を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、前記アシスト力を前記操舵系に付与するためのアシスト制御を、前記アシスト制御を停止させるアシスト停止制御に切替えるものであって、
    前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が、前記ゲートドライバ電源の電圧と前記インバータ装置の電源電圧との差であるとき、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合にアシスト制御を前記指標に基づき通常の状態または制限された状態で実行し、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して前記電圧閾値以上大きくない場合にアシスト停止制御を実行することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 操舵系にアシスト力を付与するモータと、
    前記操舵系に付与された操舵トルクを検出するトルクセンサと、
    半導体スイッチング素子を含み、前記半導体スイッチング素子を駆動させて車載されるバッテリを電源として前記モータを駆動するインバータ装置と、
    前記インバータ装置を構成する半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲートドライバ回路に前記半導体スイッチング素子を駆動可能な電圧である前記インバータ装置の電源電圧よりも高い電圧を供給するゲートドライバ電源と、
    前記操舵トルクに基づき前記インバータ装置を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものであるとき、前記アシスト力を前記操舵系に付与するためのアシスト制御を、前記アシスト制御を停止させるアシスト停止制御に切替えるとともに、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものでないとき前記指標に基づきアシスト制御を通常の状態で実行する、または前記インバータ装置の電源電圧を下げることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  3. 請求項2記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標は、前記ゲートドライバ電源の電圧であり、
    前記制御手段は、前記指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものでないときとは前記ゲートドライバ電源の電圧が電圧閾値以上であるときであり前記指標が前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示すものであるときとは前記ゲートドライバ電源の電圧が前記電圧閾値より小さいときであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  4. 請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記制限された状態でのアシスト制御として、目標アシスト力に対応する電流指令値に制限をかけてアシスト制御を行うアシスト制限制御を実行し、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて、前記アシスト制限制御を実行することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  5. 請求項4記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標が第1電圧閾値以上である場合にアシスト制御を実行し、前記指標が第1電圧閾値未満であり第1電圧閾値よりも小さい第2電圧閾値よりも高い場合にアシスト制限制御を実行し、前記指標が第2電圧閾値以下である場合にアシスト停止制御を実行することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  6. 請求項1に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて実行される前記制限された状態でのアシスト制御に代えて、前記半導体スイッチング素子の駆動周波数を下げ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1に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記制御手段は、前記ゲートドライバ電源の電圧が前記インバータ装置の電源電圧に対して電圧閾値以上大きい場合、前記ゲートドライバ電源の電圧の低下を示す指標に基づいて実行される前記制限された状態でのアシスト制御に代えて、前記インバータ装置の電源電圧を下げ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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