JP6624213B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、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によるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関し、特にモータ回転角を得て制御する必要のあるブラシレスモータに対して、角度検出系が故障（異常を含む）したときに、モータ回転角を正確に推定してアシスト制御を継続できるようにした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（ＥＰＳ）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、電力供給部（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Ｔｈ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Ｔｈ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からは操舵角θが検出され、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転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１００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Ｖｅｌ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も接続可能である。
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ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を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ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Ｔｈ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３４に入力される。ＰＩ制御部３４で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３５に入力され、更にインバータ３６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３７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３６は、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、回転センサ２１からモータ回転角度θが出力され、更にモータ速度ωがモータ速度演算部２２で演算される。
また、加算部３２Ａには補償信号生成部３８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３８は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３８−１と慣性３８−２を加算部３８−４で加算し、その加算結果に更に収れん性３８−３を加算部３８−５で加算し、加算部３８−５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
モータ２０が３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部３５及びインバータ３６の詳細は例えば図３に示すような構成となっており、ＰＷＭ制御部３５は、電圧制御指令値Ｖｒｅｆを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部３５Ａと、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６で駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部３５Ｂとで構成されている。インバータ３６は半導体スイッチング素子としてのＦＥＴの３相ブリッジ（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６）で構成されており、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。また、インバータ３６とモータ２０との間の電力供給線には、電力供給を行い（ＯＮ）又は遮断（ＯＦＦ）するためのモータリレー２３が各相に接続されている。
このようなブラシレスモータを用いた電動パワーステアリングでは、モータ電流を正確に制御しなければ、モータの発生トルクを正確に得ることができず、モータ角度を精度良く検出するセンサが必要とされている。角度センサとしては、レゾルバやホールセンサ、MRセンサ等があり、何れの方式もモータの角度を必要とされる精度で検出する機能を備えている。
図４は角度検出系の全体構成を示しており、ハンドル１に連結されているステアリングシャフト（コラム軸）２はトーションバー２Ａを具備しており、トーションバー２Ａを挟んでハンドル１側にはハンドル側角度センサ１４Ｈが設けられ、ピニオン側にはピニオン側角度１４Ｐが設けられている。また、ステアリングシャフト２に減速ギア３を介して設けられているモータ２０には、レゾルバ等の回転センサ２１が取付けられている。ピニオン側角度センサ１４Ｐで検出されたピニオン側角度θｐ、回転センサ２１からのモータ角度θｍ、電流検出回路で検出されたモータ電流Ｉｍはコントロールユニット３０に入力される。
しかし、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリングは、モータ効率の高さ等の理由から、比較的ラック推力の大きな車両に用いられている。よって、モータ角度センサが故障すると、モータ電流を制御することが不可能となり、アシスト機能が失陥し、正常時とは全く異なる操舵感となってしまう問題があった。また、アシスト機能の失陥は、それまではモータでアシストしていた力が急に喪失することから、運転者はモータのアシスト力相当の力をハンドルからの急激な反力として受けてしまうことになり、これは、ハンドルからの衝撃として受けることになる。衝撃の程度が運転者にとってコントロールできる範囲内であれば問題は小さいが、コントロールできる範囲外だった場合は、運転者への影響だけでなく、車両挙動への影響も起こりうるため、安全上の問題となり得る。
そこで、ブラシレスモータを採用した電動パワーステアリングは、モータの角度センサが故障しても角度検出することのできる代替手段を搭載することが求められている。
特許第５６１４５９８号公報 特許第５１６８０５７号公報
従来は、主にモータが回転する際に発生させる逆起電圧をＥＣＵでモニタし演算することで、モータの角度(電気角度)を推定している。しかし、モータの逆起電圧は低速操舵領域では十分な電圧振幅を得ることが難しく、保舵状態や低速操舵(100deg/s以下など)では角度推定が困難となり、誤った角度を推定してしまうなどの問題がある。このため、モータの逆起電圧が十分な振幅となるように、意図的にモータへ電流を流して、十分な逆起電圧が得られるモータ回転数を発生させるような操作を行ってみたり、モータ内のステータに高周波電圧(200Hz等)を印加し、ベクトル制御のd軸とｑ軸でのインダクタンス差を利用して、流れるモータ電流の振幅や位相(ベクトル)を計測したりといった、複雑な操作を行うなどして角度推定を行っている。
しかし、そもそも角度推定されることを前提としたモータ構造ではないため、これらの推定手段を用いたとしても、低速操舵領域や十分な操舵アシスト電流を流している状態では、推定精度の悪化や誤推定等の影響が大きくなり、モータ角度センサが正常な時とは大きく異なる操舵感となってしまう問題が残っている。
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、低速操舵でも精度良く角度推定を行い得るように、モータ回生電流を用いた角度推定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にある。
本発明は、ＥＣＵにより、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいて操舵系にアシストトルクを付与するブラシレスモータを、ＰＷＭの各相Dutyによるインバータで駆動制御すると共に、前記操舵系若しくは前記ブラシレスモータの角度を角度センサで検出する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記ブラシレスモータの相電流を検出する電流検出回路が設けられ、前記ＥＣＵは故障判定部及び角度推定部を備え、前記角度センサを含む前記角度の検出系の故障が、前記故障判定部により判定されたとき、各相Dutyを０%若しくは１００%に固定して回生電流として発生する前記相電流を前記電流検出回路により検出し、前記角度推定部は前記相電流の符号及び大きさの比較から電気角３０°刻みの精度で前記角度を推定し、前記角度推定部の推定電気角に基づいてアシスト制御を行うことにより達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ回生電流を用いた角度推定を行うようにしているので、低速操舵でも精度良く角度推定を行い得る。これにより、角度検出系が故障しても、アシスト制御を継続することが可能となる。
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。 電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。 電動パワーステアリング装置のモータ制御部の構成例を示す線図である。 角度検出系の全体構成を示す模式図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 相電流から電気角を推定するための一例を示す特性図である。 ２系統巻線を有するモータ（Ｙ結線）の結線図である。 ２系統巻線を有するモータ（デルタ結線）の結線図である。 ２系統巻線を有するモータ（Ｙ結線）を駆動制御する本発明の具体的な構成例を示すブロック図である。
本発明の具体的な構成例を示すブロック図である。
電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の駆動素子にブラシレスモータを用いている場合、正確なモータトルクを発生させるためにモータ回転角を得る必要がある。通常、レゾルバやホールセンサ、ＭＲセンサ等を用いて角度を検出している。よって、これら角度検出手段が故障（異常を含む）した場合、正確なモータトルクを発生させることができなくなるため、電動パワーステアリング装置の主機能となる操舵アシスト機能を継続することができなくなる問題がある。
そこで、本発明では、角度センサを含む角度検出系が故障しても角度を推定する角度推定手段を設けることで、角度検出系が故障した場合であっても推定角度によって操舵アシスト機能を継続させる。角度推定の具体的な手段は、角度センサの故障が発生し、角度推定が必要となったタイミングで、意図的にＵＶＷ相全てのDuty指令値を０%に固定する。これは、モータを完全な電磁ブレーキモードとすることで、ステアリング系にダンピング成分を付与し、急激な操舵速度の変化による車両挙動の不安定状態(ヨーレートの発散や、旋回中の急激な操舵トルクの上昇、急激な横加速度の発生など)を避けることを目的とすると共に、モータが回転することにより発生する回生電流を即座にＥＣＵで正確に検出させ、角度推定を実施するためである。上記Dutyの全相０%固定は、電流検出方式が下流シャント方式のＥＣＵの場合であり、電流検出方式が上流シャント方式であれば、Dutyは全相１００%に固定することでダンピングの付与と回生電流検出が可能となるし、相電流検出方式のＥＣＵであれば、０%若しくは１００%に固定すれば良い。
そして、角度推定が完了したときにDuty０%固定を解除し、角度センサの角度情報が使えない代わりに、推定された角度情報に基づいて通常と同等のアシスト制御を行い、アシスト機能を継続させる。アシスト機能の継続中は角度情報が得られなくなるため、角度推定(Duty０%若しくは１００%固定)とアシスト制御を交互に繰り返すことで、角度推定しながらアシスト制御を行うことが可能となる。
本発明では、低速操舵でも精度良く角度推定を行い得るように、角度検出系が故障したタイミングでモータ回生電流を用いた角度推定を行う。この方法は、ＥＣＵの内部インピーダンス(抵抗成分)やモータ巻線のインピーダンス(抵抗成分)が十分に低いことを利用している。通常、ＥＣＵやモータのインピーダンス(抵抗成分)は１０mΩ程度であるため、モータの逆起電圧では振幅が小さ過ぎて計測が難しい低速操舵領域でも、十分な検出電流値を得ることができ、精度良く角度推定が可能となる。モータの回生電流をＥＣＵで精度良く検出するためには、３相全て同じDutyに保つ。これはＥＣＵ側からモータへ余計な電流を流さずに、回生電流のみを検出するためである。しかし、通常のモータ駆動に用いられる回路構成は、各相にスイッチング素子を２個配置したインバータ構成であるため、この２個のスイッチング素子が短絡しないようなガード間隔としてデッドタイムが設けられており、電流検出の精度が低下してしまう。デッドタイムによる検出精度の悪化を防ぐために、３相全てのDutyは０%若しくは１００%に固定することにより、デッドタイムの影響を除外することが可能となる。
ただし、モータ電流の検出方式によって、固定する最適なDutyは異なることに注意する必要がある。例えば、下段のスイッチング素子と隣接する形で電流検出用にシャント抵抗などの電流検出素子を配置したような場合は、Dutyを０%に固定して、全てのモータ回生電流がシャント抵抗を流れるようにする。これとは逆に、上段のスイッチング素子と隣接する形で電流検出素子が配置されている場合は、Dutyを１００%に固定する。
もしも、電流検出素子が上段と下段の間のモータ相上に直接配置されている場合、Dutyは１００%でも０%でもどちらかで構わない。このようにすることで、極めて遅い操舵速度(例えば10deg/s以下)でも、精度良くモータ回生電流を検出でき、３相の電流の大小関係等から、電気角を推定することが可能となる。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図５は本発明の構成例を示しており、角度検出系は図４と同様になっている。ＥＣＵ２００内にはＭＣＵ２３０、安定化電源回路２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２などが設けられており、ＭＣＵ２３０は故障判定部２１０、角度推定部２２０、トルク方向判定部２２１、補正部２２２の機能を具備している。ＥＣＵ２００は、ＦＥＴゲート駆動回路１３０に演算した各相Dutyを入力し、インバータ１４０を介してモータ１００を駆動する。インバータ１４０にはバッテリ１０５からスイッチ部１３１を経て電力が供給され、スイッチ部１３１はＥＣＵ２００でＯＮ／ＯＦＦされる。また、バッテリ１０５からＥＣＵ２００に電力が供給されると共に、イグニションキー１０４からのイグニションキー信号がＥＣＵ２００及びスイッチ部１３１入力される。
モータ１００のロータには回転センサとしてレゾルバ１０１が連結されており、レゾルバ１０１からの検出信号はロータ回転角検出回路１０２に入力され、検出された回転角θはＥＣＵ２００に入力される。また、モータ１００の相電流は電流検出回路１０３で検出され、検出された相電流ＩｐはＥＣＵ２００に入力される。更に、トルクセンサ１１０で検出された操舵トルクＴｈはＡ／Ｄ変換部２０２でディジタル値に変換されてＭＣＵ２３０に入力され、車速センサ１１１からの車速ＶｓはＭＣＵ２３０に入力される。
このような構成において、その動作例を図６のフローチャートを参照して説明する。
動作がスタートとするとトルクセンサ１１０から操舵トルクＴｈが入力されると共に、車速センサ１１１から車速Ｖｓが入力される（ステップＳ１）。ＥＣＵ２００（ＭＣＵ２３０）は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｓに基づいて電流指令値を演算すると共に（ステップＳ２）、各相Dutyを演算する（ステップＳ３）。ゲート駆動回路１３０及びインバータ１４０を介してモータ１００が駆動される（ステップＳ４）。このアシスト制御状態で、相電流Ｉｐは電流検出回路１０３で検出され、回転角θはロータ回転角検出回路１０２で検出され、それぞれＥＣＵ２００に入力される。
ＭＣＵ２３０内の故障判定部２１０は、上述のようなアシスト制御中に、角度センサ（レゾルバ１０１等）に故障（異常を含む）が発生していないか否かを判定する（ステップＳ５）。角度センサ（レゾルバ１０１等）の故障判定は、sinθ２＋cosθ２＝１に収まっているか否か等の、一般的な手法を用いる。故障が発生していない場合は、上記ステップＳ１にリターンして上記動作を繰り返す。
上記ステップＳ５において、故障判定部２１０により角度センサに故障が発生したと判定された場合には、Dutyを０%に固定してモータ１００の駆動を停止すると共に（ステップＳ１０）、電流検出回路１０３で検出した相電流Ｉｐの振幅が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。相電流Ｉｐの振幅が閾値Ｐｔｈよりも小さい場合には、上記ステップＳ１０にリターンする。なお、閾値Ｐｔｈは、A/D変換後の電流検出値のノイズの振幅よりも大きい値とする。フィルタ処理等によりノイズを低減させることで、より小さい閾値Ｐｔｈを設定することもできる。
上記ステップＳ１１において、相電流Ｉｐの振幅が閾値Ｐｔｈ以上であると判定された場合には、ＭＣＵ２３０内の角度推定部２２０は相電流Ｉｐから電気角を推定する（ステップＳ１２）。相電流Ｉｐから電気角を推定するための実施例は、図７に示すような特性である。即ち例えばＵ相とＶ相が正の値で、Ｗ相が負の値の時は、推定角度は０〜６０°の範囲であると推定する。更に細かく、Ｕ相よりもＶ相が大きい時は０〜３０°の範囲と推定し、逆にＵ相がＶ相よりも大きい場合は３０〜６０°の範囲であると推定する。他の角度についても同様に、電流の符号と大小関係から３０°刻みの角度を推定することができる。
次に、ＥＣＵ２００内のトルク方向判定部２２１は、ピニオン側角度の動きから、モータ１００に掛かるトルクの方向を判定する（ステップＳ１３）。上記ステップＳ１２で推定した推定角度は、モータ１００に掛かる(発生する)トルクの方向が逆転すると、１８０°ズレるため、コラム軸のピニオン側角度(出力軸角度) であるステアリングシャフト角度θｐの変化する方向(角度の変化方向とは、回転方向を意味する)から、モータ１００に掛かるトルクの向きを推定し、必要であれば１８０°補正する。例えばステアリングシャフト角度θｐがＣＷ方向に回転している場合は、モータ１００は３相が短絡しているに等しいことから、ＣＷ回転に対してブレーキトルクを発生させる。このブレーキトルクは回転方向とは逆向きとなるため、モータ１００のトルクの方向はＣＣＷとなる。逆にステアリングシャフト角度θｐがＣＣＷ方向に回転している場合は、モータ１００のトルクの方向はＣＷとなる。
ＭＣＵ２３０内の補正部２２２は、トルク方向判定部２２１で判定されたトルクの方向から推定電気角を補正する（ステップＳ１４）。モータ１００の相電流Ｉｐは、モータ１００のトルクの方向が反転すると、極性が反転する特性がある。つまり、ＣＷ方向のモータトルクが角度９０°で発生した場合と、ＣＣＷ方向のモータトルクが角度２７０°で発生した場合では、同じ相電流の符号と大小関係になる。従って、補正部２２２は、例えば図７に示す電流と角度の関係が、モータ１００の発生するトルクがＣＷ方向であった場合を仮定すると、モータ１００のトルクがＣＣＷ方向だった場合は、推定角度を１８０°オフセット補正させることで正しい角度を推定することができるようになる。
上述のように電気角の推定及び補正が終了すると、ＥＣＵ２００は各相Dutyの０%固定を解除し（ステップＳ１５）、補正された推定角度で通常と同じアシスト制御を行う（ステップＳ１６）。
上述では電流検出回路１０３をモータ相間に配置して、Dutyを０%に固定するようにしているが、１００%に固定に固定しても良い。また、インバータ下段のＦＥＴ（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）と隣接する形で電流検出用シャント抵抗などの電流検出素子を配置したような場合は、Dutyを０%に固定して、全てのモータ回生電流がシャント抵抗を流れるようにする。これとは逆に、インバータ上段のＦＥＴ（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）と隣接する形で電流検出素子が配置されている場合は、Dutyを１００%に固定する。
また、角度推定部２２０は、ステアリングシャフト角度（ピニオン側角度）の代わりに操舵トルクＴｈの符号若しくは操舵トルクＴｈの微分値の符号を用いてトルク方向を判定しても良く、各相Dutyの固定時間(角度推定に要する時間)は、操舵速度及びアシストトルクなどの状況に応じて変更することできる。更に、角度推定部２２０は、モータ１００が全く回転しない状況で、且つ角度推定が不定の場合は、モータ１００へ電流を流してモータ１００を動かし、その直後に各相Dutyを固定して電流を検出することで角度推定を行うようにしても良い。
一方、近年モータの安全性を高めるため、モータ巻線を多系統化したモータが出現している。図８はＹ結線の３相モータを示しており、１系統がＵ相巻線ＵＷ１、Ｖ相巻線ＶＷ１、Ｗ相巻線ＷＷ１で構成され、他の１系統がＵ相巻線ＵＷ２、Ｖ相巻線ＶＷ２、Ｗ相巻線ＷＷ２で構成されている。巻線ＵＷ１〜ＷＷ１又は巻線ＵＷ２〜ＷＷ２に３相電流を流すことによってモータが駆動される。また、図９はデルタ結線の３相モータを示しており、１系統がＵ相巻線ＵＷ１、Ｖ相巻線ＶＷ１、Ｗ相巻線ＷＷ１で構成され、他の１系統がＵ相巻線ＵＷ２、Ｖ相巻線ＶＷ２、Ｗ相巻線ＷＷ２で構成されている。巻線ＵＷ１〜ＷＷ１又は巻線ＵＷ２〜ＷＷ２に３相電流を流すことによってモータが駆動される。
このような多系統巻線を有するモータで駆動される電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができ、その構成例を図５に対応させて図１０に示す。本例では、Ｙ結線の２系統巻線（Ｌ１：Ｌ１ｕ〜Ｌ１ｗ，Ｌ２：Ｌ２ｕ〜Ｌ２ｗ）を有するモータ１５０の駆動制御について説明する。
２系統モータ巻線を有するモータ１５０を駆動するモータ制御部は、巻線Ｌ１（Ｌ１ｕ〜Ｌ１ｗ）を駆動制御する制御部１５０Ａと、巻線Ｌ２（Ｌ２ｕ〜Ｌ２ｗ）を駆動制御する制御部１５０Ｂとで構成されている。制御部１５０Ａ及び１５０Ｂは同一構成であり、制御部１５０Ａ及び１５０ＢはそれぞれＥＣＵ２００Ａ及び２００Ｂで制御される。ＥＣＵ２００Ａ及び２００Ｂはそれぞれ少なくとも、故障判定部２１０Ａ及び２１０Ｂ、角度推定部２２０Ａ及び２２０Ｂ、トルク方向判定部２２１Ａ及び２２１Ｂ、補正部２２２Ａ及び２２２Ｂの機能を具備している。
ＥＣＵ２００Ａ及び２００Ｂには操舵トルクＴｈ、車速Ｖｓ及びロータ回転角検出回路１０２からの回転角θが入力され、ＥＣＵ２００Ａには、第１系統のモータ巻線Ｌ１の各相コイルから検出されたモータ電流Ｉ１ｄ（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）が入力され、ＥＣＵ２００Ｂには第２系統のモータ巻線Ｌ２の各相コイルから検出されたモータ電流Ｉ２ｄ（Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２）が入力される。ＥＣＵ２００Ａで、上述のように演算されたDutyの駆動信号ＧｔＡはゲート駆動回路１３０Ａに入力され、ＥＣＵ２００Ｂで演算されたDutyの駆動信号ＧｔＢはゲート駆動回路１３０Ｂに入力される。また、ＥＣＵ２００Ａ内の故障判定部２１０Ａで判定された故障信号ＳＡａはゲート駆動回路１３０Ａに入力され、ＥＣＵ２００Ｂ内の故障判定部２１０Ｂで判定された故障信号ＳＡｂはゲート駆動回路１３０Ｂに入力される。
また、制御部１５０Ａ及び１５０Ｂには、直流電源としてのバッテリ１０５からノイズフィルタ１０６を経て、更にそれぞれゲート駆動回路１３０Ａ及び１３０ＢによってＯＮ／ＯＦＦされる電源遮断回路１３１Ａ及び１３１Ｂを介して直流電流が供給されている。電源遮断回路１３１Ａ及び１３１Ｂのそれぞれは、２つのＦＥＴＱＣ１，ＱＣ２及びＱＤ１，ＱＤ２がソース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のドレインが互いに接続されてノイズフィルタ１０６の出力側に接続され、ＦＥＴＱＣ２及びＱＤ２のドレインがインバータ１２２Ａ及び１２２Ｂの各ＦＥＴＱ１，Ｑ２及びＱ３のソースに接続されている。
インバータ１４０Ａ及び１４０Ｂの電源供給部には、電源平滑用の電解コンデンサＣＡ及びＣＢが並列に接続されている。また、インバータ１４０Ａとモータ１５０の巻線Ｌ１との間には、電流遮断用のＦＥＴＱＡ１、ＱＡ２及びＱＡ３で成るモータ開放リレー１３２Ａが接続され、インバータ１４０Ｂとモータ１５０の巻線Ｌ２との間には、電流遮断用のＦＥＴＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３で成るモータ開放リレー１３２Ｂが接続されている。モータ開放リレー１３２Ａ及び１３２Ｂ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１４０Ａ及び１４０Ｂ側として、各々が同一向きに接続されている。
ＥＣＵ２００Ａは、角度検出系の故障が判定されず故障信号ＳＡａを出力していないとき、演算した駆動信号ＧｔＡに基づいてゲート駆動回路１３０Ａ、インバータ１４０Ａを介してモータ１５０の巻線Ｌ１を駆動し、ＥＣＵ２００Ｂは、角度検出系の故障が判定されず故障信号ＳＡｂを出力していないとき、演算した駆動信号ＧｔＢに基づいてゲート駆動回路１３０Ｂ、インバータ１４０Ｂを介してモータ１５０の巻線Ｌ２を駆動する。ゲート駆動回路１３０ＡはＥＣＵ２００Ａから故障信号ＳＡａが入力されたとき、Dutyを０％若しくは１００％に固定すると共に、必要に応じて電源遮断回路１３１Ａ及びモータ開放リレー１３２ＡをＯＦ／ＯＦＦ制御する。また、ゲート駆動回路１３０ＢはＥＣＵ２００Ｂから故障信号ＳＡｂが入力されたとき、Dutyを０％若しくは１００％に固定すると共に、必要に応じて電源遮断回路１３１Ｂ及びモータ開放リレー１３２ＢをＯＦ／ＯＦＦ制御する。
このような２系統のハードウェア構成の場合は、一方の系統は駆動専用として、もう一方の系統はモータの電流から角度を推定する専用として用いることもできる。具体的には、一方の系統はDutyを０%乃至１００%に固定して、モータ電流を常に検出して角度を推定し続ける。残りのもう一方は、推定された角度を使いアシスト制御を行う。このようにすることで、角度推定とアシスト制御が同時に行うことが可能となり、より滑らかな操舵感とすることが可能となる。また、Dutyを固定した系統のモータはブレーキトルクを常に発生させるため、アシスト制御する側の系統では、ブレーキトルクを相殺するアシストトルクを発生させることで、操舵感の変化を相殺できる。更に、ブレーキトルク過大によるアシスト不足や不要な粘性感を避けるため、Dutyを固定した系統のモータ開放リレーをＯＮ／ＯＦＦ制御することで、過度なブレーキトルクとならないように制御することもできる。若しくは、Duty固定モードと０[A]制御を高速に交互に繰り返すことでも、同様の効果を得ることができる。
各系統のインバータのデッドタイムの影響を考慮しない場合は、固定するDutyは限定せずに３相とも同じDutyとし、且つ必要な電流値が測定できるDutyであれば良い。
１ ハンドル
２Ａ トーションバー
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０、１１０ トルクセンサ
１２、１１１ 車速センサ
１４Ｈ ハンドル側角度センサ
１４Ｐ ピニオン側角度センサ
２０、１００、１５０ モータ
２３ モータ開放スイッチ
３０、２００ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３４ ＰＩ制御部
３５ ＰＷＭ制御部
３６、１４０ インバータ
１０１ レゾルバ
１０２ ロータ回転角検出回路
１０３ 電流検出回路
１３０ ＦＥＴゲート駆動回路
２１０ 故障判定部
２２０ 角度推定部
２２１ トルク方向判定部
２２２ 補正部
２３０ ＭＣＵ

Claims (9)

  1. ＥＣＵにより、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいて操舵系にアシストトルクを付与するブラシレスモータを、ＰＷＭの各相Dutyによるインバータで駆動制御すると共に、前記操舵系若しくは前記ブラシレスモータの角度を角度センサで検出する電動パワーステアリング装置において、
    前記ブラシレスモータの相電流を検出する電流検出回路が設けられ、
    前記ＥＣＵは故障判定部及び角度推定部を備え、
    前記角度センサを含む前記角度の検出系の故障が、前記故障判定部により判定されたとき、
    前記各相Dutyを０%若しくは１００%に固定して回生電流として発生する前記相電流を前記電流検出回路により検出し、前記角度推定部は前記相電流の符号及び大きさの比較から電気角３０°刻みの精度で前記角度を推定し、前記角度推定部の推定電気角に基づいてアシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記ＥＣＵは更にトルク方向判定部及び補正部を備え、前記トルク方向判定部は前記ブラシレスモータに掛かるトルクの方向を判定し、前記補正部は前記判定されたトルクの方向に基づいて前記推定電気角を補正するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記電流検出回路が前記インバータの下段スイッチング素子と接している場合は、固定するDutyを０%とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記電流検出回路が前記インバータの上段スイッチング素子と接している場合は、固定するDutyを１００%とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記電流検出回路が前記ブラシレスモータの相上に配置されている場合は、固定するDutyを０%若しくは１００%で選択できる請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記角度推定部は、前記各相Dutyの全てを固定中に前記ブラシレスモータの電流を検出するようになっている請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 前記角度推定部は、ステアリングシャフト角度の回転方向の代わりに前記操舵トルクの符号若しくは前記操舵トルクの微分値の符号を用いている請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記各相Dutyの固定時間を操舵速度及びアシストトルクなどの状況に応じて変更できる請求項１乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記角度推定部は、前記ブラシレスモータが全く回転しない状況で、且つ角度推定が不定の場合は、前記ブラシレスモータへ電流を流して前記ブラシレスモータを動かし、その直後に前記各相Dutyを固定して電流を検出することで角度推定を行うようになっている請求項６乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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