JPH06284777A

JPH06284777A - 直流モータの異常検出装置

Info

Publication number: JPH06284777A
Application number: JP5087988A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakajima; 洋中島; Fumiaki Ota; 文昭太田; Mizuho Sugiyama; 瑞穂杉山
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】直流モータが回転中である場合にも、直流モ
ータにおける短絡等の異常を確実に検出し得る異常検出
装置を提供する。【構成】ＰＷＭ制御手段Ｓ１から直流モータＭにＰＷ
Ｍ信号が供給され、そのデューティ比に応じて直流モー
タの駆動電流が所定の基準電流を中心とする所定の範囲
内の値に制御される。この間、端子電圧検出手段Ｓ２に
よって電源電圧とＰＷＭ信号のデューティ比に基づき、
直流モータに印加される端子電圧が演算され、回転数検
出手段Ｓ３によって直流モータの回転数が検出されると
共に、電流検出手段Ｓ４によって直流モータに実際に供
給される駆動電流が検出される。そして、基準電流設定
手段Ｓ５において、少くとも端子電圧及び回転数に応じ
て基準電流が設定され、モータ異常判定手段Ｓ６にて直
流モータの実際の駆動電流が基準電流に対して所定値以
上の差を生じたか否かが判定され、所定値以上の差を生
じたときに直流モータが異常と判定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流モータの異常を検出
する装置に関し、特に直流モータ及びその駆動回路等に
おける短絡等の異常を検出し得る異常検出装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平１−２４８９２７号公報に
は、直流モータに流れる電流を検出する電流検出手段の
モータ電流値Ｉと、直流モータに加える電圧を検出する
印加電圧検出手段の印加電圧値Ｖと、直流モータをＰＷ
Ｍ信号により駆動する駆動手段にＰＷＭ信号を出力する
制御手段のデューティ比Ｄによって、直流仮想抵抗Ｒを
Ｒ＝Ｖ・Ｄ／Ｉで算出し、その直流仮想抵抗Ｒの値によ
って異常判別するようにしたＰＷＭ制御モータの異常検
出装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載の装置
においては、ＰＷＭ信号のデューティ比とモータの駆動
電流との関係に基づいて直流モータの異常を検出するこ
ととしているが、直流モータの回転数が大となると駆動
電流が減少し基準電流から外れることになるので、直流
モータが回転中は異常判定をすることができない。従っ
て、直流モータの異常判定は直流モータがほぼ停止して
いる場合に限られる。

【０００４】そこで、本発明は、直流モータが回転中で
ある場合にも、直流モータにおける短絡等の異常を確実
に検出し得る異常検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、図２１に構成の概要を示すように、ＰＷ
Ｍ制御によって駆動する直流モータＭと、この直流モー
タＭに対しＰＷＭ信号を供給すると共に、ＰＷＭ信号の
デューティ比に応じて直流モータＭの駆動電流を所定の
基準電流を中心とする所定範囲内の値に制御するＰＷＭ
制御手段Ｓ１と、電源電圧及び前記デューティ比に基づ
き直流モータＭに印加する端子電圧を演算する端子電圧
検出手段Ｓ２と、直流モータＭの回転数を検出する回転
数検出手段Ｓ３と、直流モータＭに対し実際に供給され
る駆動電流を検出する電流検出手段Ｓ４と、少くとも前
記端子電圧及び前記回転数に基づき前記基準電流を設定
する基準電流設定手段Ｓ５と、電流検出手段Ｓ４によっ
て検出した直流モータＭの駆動電流が前記基準電流に対
して所定値以上の差を生じたか否か判定し、所定値以上
の差を生じたときには異常と判定するモータ異常判定手
段Ｓ６とを備えることとしたものである。

【０００６】前記基準電流をＩｓ、前記電源電圧をＶｐ
ｓ、前記デューティ比をＤｒ、前記回転数をＮｍ，前記
直流モータＭの巻線抵抗をＲ，及び定数をＫｍとしたと
き、Ｉｓ＝（Ｖｐｓ・Ｄｒ−Ｋｍ・Ｎｍ）／Ｒに基づい
て前記基準電流を演算することができる。

【０００７】

【作用】上記の構成になる直流モータにおいては、ＰＷ
Ｍ制御手段Ｓ１から直流モータＭにＰＷＭ信号が供給さ
れ、そのデューティ比に応じて直流モータＭの駆動電流
が所定の基準電流を中心とする所定の範囲内の値に制御
される。この間、端子電圧検出手段Ｓ２によって電源電
圧とＰＷＭ信号のデューティ比に基づき、直流モータＭ
に印加される端子電圧が演算される。また、回転数検出
手段Ｓ３によって直流モータＭの回転数が検出されると
共に、電流検出手段Ｓ４によって直流モータＭに実際に
供給される駆動電流が検出される。そして、基準電流設
定手段Ｓ５において、少くとも端子電圧及び回転数に基
づき上記の基準電流が設定される。例えば上述のように
Ｉｓ＝（Ｖｐｓ・Ｄｒ−Ｋｍ・Ｎｍ）／Ｒに基づき基準
電流が設定される。而して、モータ異常判定手段Ｓ６に
て直流モータＭの実際の駆動電流が基準電流に対して所
定値以上の差を生じたか否かが判定され、所定値以上の
差を生じたときに直流モータＭが異常と判定される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の直流モータの異常検出装置を
車両の後輪操舵装置に適用した実施例について図面を参
照しながら説明する。図１は後輪操舵装置を搭載した車
両の構成を示すもので、前輪１３，１４は前輪操舵機構
１０によりステアリングホイール１９の回動操作に応じ
て操舵される。前輪操舵機構１０には、そのラックの移
動量を検出する第１前輪舵角センサ１７が設けられると
共に、ステアリングホイール１９が取り付けられた操舵
軸に、第２前輪舵角センサ２０が設けられており、これ
らのセンサにより前輪の操舵量が検出される。第１前輪
舵角センサ１７としては、例えばポテンショメータ等の
リニアセンサが用いられ、第２前輪舵角センサ２０とし
ては、回転時にパルスを発するロータリエンコーダ等の
ステアリングセンサが用いられている。

【０００９】後輪１５，１６には後輪操舵機構１１が接
続されており、モータ１２の回転に応じて操舵される。
モータ１２の端部には、モータ１２の回転角度を検出す
る磁極センサ１８が設けられている。また、後輪操舵軸
たるラック軸２５に後輪舵角センサ２１が設けられてお
り、これにより後輪１５，１６の実際の舵角が検出され
る。この後輪舵角センサ２１は後輪操舵機構１１に内蔵
することとしてもよい。更に、車両の速度を検出する２
系統の第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、及び
車両のヨーレートを測定するヨーレートセンサ２４が設
けられている。上記モータ１２は電子制御装置９からの
信号によって制御されるように構成されている。即ち、
電子制御装置９には、第１前輪舵角センサ１７、第２前
輪舵角センサ２０、磁極センサ１８、後輪舵角センサ２
１、第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、ヨーレ
ートセンサ２４の各センサ出力が供給され、これらの出
力に応じてモータ１２の回転量が設定され、モータ１２
に制御信号が供給される。

【００１０】本実施例の後輪舵角センサ２１は図２に示
すように後輪操舵機構１１内に内蔵されている。後輪操
舵機構１１のハウジング３８にはカバー３６が固定され
ており、このカバー３６上に、磁極センサ１８、モータ
１２のモータハウジング４０及び後輪舵角センサ２１が
一体に設けられている。図２の後輪操舵機構１１の背面
からみた部分断面図である図３に明らかなように、ラッ
ク軸２５が車両の進行方向に対して直角に設けられてお
り、ラック軸２５の両端部はボールジョイント５３を介
して後輪のナックルアームに接続されている。ラック軸
２５の両端部はブーツ２８によって保護されている。ハ
ウジング３８の図示右端にはチューブ３９が嵌着されて
いる。異なる長さのラック軸２５を設ける場合には、チ
ューブ３９を交換することにより、ハウジング３８を変
更することなく対応することができる。ラック軸２５に
はラック２６が形成されており、このラック２６は、車
両の前後方向に延びるピニオン２７と噛合する。そし
て、ラックガイド３１がラック２６方向に付勢された状
態で、ラックガイドカバー３２がハウジング３８に固定
され、これによりラック２６がピニオン２７側に押圧さ
れている。尚、ピニオン２７は図４に示すようにギヤ２
９に焼きばめ（圧入）により固定され、ピン３７により
相対回転が阻止される。

【００１１】図４に示すように、後輪舵角センサ２１は
ポテンショメータを内蔵し、ギヤ２９の面と平行に設け
られている。軸５４には、レバー３３を介してピン３４
が設けられ、このピン３４は、ギヤ２９に形成された孔
３５に嵌合されている。これにより、ギヤ２９が回転す
ると軸５４も回転し、この軸５４の回転角度が後輪舵角
センサ２１によって検出される。一方、軸５４の回転角
度即ちギヤ２９の回転量はラック軸２５の横移動量に比
例する。而して、後輪舵角センサ２１により後輪の舵角
量が検出されることとなる。

【００１２】図３に示すように、モータ１２のモータ軸
４１の先端にピニオン３０が設けられており、このピニ
オン３０にギヤ２９が噛合し、ハイポイドギヤを構成し
ている。このハイポイドギヤは、モータ１２のモータ軸
４１の回転をギヤ２９の回転として伝えるが、ラック軸
２５（図４）側からギヤ２９に回転力が加えられたとき
には、モータ１２のモータ軸４１が回転しないように逆
効率零になるように設定されている。また、ピニオン３
０とギヤ２９は、減速比を大きくとるようにＨＲＨ（ハ
イレシオハイポイド）ギヤを構成している。ギヤ比は、
モータ１２の極数や、操舵角の分解能等により定められ
るため車両によって異なるが、本実施例では６７対１に
設定されている。

【００１３】図５に示すように、モータ１２のモータ軸
４１はモータハウジング４０内に回動可能に支持されて
いる。モータ軸４１の回りには４極の磁石４２が固定さ
れている。また、モータハウジング４０には、磁石４２
に対向してコア４３が固定されており、コア４３にはモ
ータ巻線４４が巻回されている。図５のＡ−Ａ断面を示
す図６に明らかなように、コア４３には中心方向に延出
する１２本の突起４３ａが形成されており、モータ巻線
４４はこの突起４３ａに巻回される。モータ巻線４４の
結線は、磁極センサ１８側からモータ巻線４４を見た図
７に示すように、巻線４４ａと４４ｄ，４４ｂと４４
ｅ，４４ｃと４４ｆの一端はそれぞれ端子Ｕ，Ｖ，Ｗに
接続されている。巻線４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，巻線４
４ｄ，４４ｅ，４４ｆの他端は電気的に接続されてい
る。モータ巻線４４はそれぞれの系統ごとにターミナル
４５を介してワイヤーハーネス４６に接続されている。

【００１４】モータハウジング４０の一端は開口端とな
っており、ここに磁極センサ１８が取付けられる。磁極
センサ１８の基板４９は、ホルダ４７（図９に示す）に
よって、モータハウジング４０の開口端に固定され、こ
の開口端にカバー４８が設けられる。一方、モータ１２
のモータ軸４１の端部にはロータ５２が固定されてお
り、このロータ５２には磁石５１が設けられている。磁
石５１は、図８に示すように、４極の円板状に形成され
ている。基板４９には、図９に示すように、３個のホー
ルＩＣ５０が、それぞれ６０度ずつずれて配置されてい
る。これら３個のホールＩＣ５０の出力は、後述の電子
制御装置９において、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
として使用される。

【００１５】即ち、モータ軸４１が回転すると、図１０
に「磁石５１回転状態」として示すように、ホールＩＣ
（図示ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に対して相対的に磁石５１が
回転し、磁極センサ１８の三つの出力である磁極センサ
信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが図示のようにハイレベル（Ｈ）
とローレベル（Ｌ）間で変化する。図１０はモータ１２
が時計回り（ＣＷ）に回転している状態を示す。モータ
１２が反時計回り（ＣＣＷ）に回転するときには図示右
から左へ向かう方向に磁極センサ１８の磁極センサ信号
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが切り換わる。而して、この磁極セン
サ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの切り換わりに同期してモータ
巻線４４の巻線電流を切換えればモータ１２が回転す
る。尚、図１０に示したモータ１２の回転時の巻線電流
の方向については後述する。

【００１６】図１１は電子制御装置９の構成を示すもの
で、電子制御装置９には車載のバッテリ５９が接続され
ている。即ち、バッテリ５９が、ヒューズ及び電源端子
ＰＩＧＡを介してモータドライバ５に接続されると共
に、ヒューズ、イグニッションスイッチＩＧＳＷ及び電
源端子ＩＧＡを介してモータドライバ５及び定電圧レギ
ュレータ５５に接続されている。この定電圧レギュレー
タ５５から定電圧Ｖｃｃ１が出力される。

【００１７】電子制御装置９は、制御手段であるマイク
ロプロセッサ１を有し、このマイクロプロセッサ１は定
電圧Ｖｃｃ１により作動する。前述の第１前輪舵角セン
サ１７、第２前輪舵角センサ２０、第１車速センサ２
２、第２車速センサ２３、ヨーレートセンサ２４、磁極
センサ１８及び後輪舵角センサ２１の出力が、インター
フェース５７を介してマイクロプロセッサ１に入力され
る。ここでは、第１前輪舵角センサ１７の出力をθｆ
１、第２前輪舵角センサ２０の出力をθｆ２、第１車速
センサ２２の出力をＶ１、第２車速センサ２３の出力を
Ｖ２、ヨーレートセンサ２４の出力をγ、磁極センサ１
８の三つの出力信号をＨＡ，ＨＢ，ＨＣ、そして後輪舵
角センサ２１の出力をθｒとしている。尚、電子制御装
置９に接続されるモータは、前述の機構では１２で表し
たが、図１１以後の回路図においてはモータをＭで表わ
す。モータＭの各相の端子Ｕ，Ｖ，Ｗは電子制御装置９
のモータドライバ５に接続されている。モータドライバ
５に対しては電源端子ＰＩＧＡ及びＩＧＡから電力が供
給される。そして、モータドライバ５には、マイクロプ
ロセッサ１から出力された信号である相切換信号群Ｌ１
（Ｌ１は相切換信号ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，Ｌ
Ａ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１からなる信号群）及びパル
ス幅変調（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＭ１が入
力される。

【００１８】モータドライバ５は図１２に示すように構
成されており、上述の相切換信号群Ｌ１及びパルス幅変
調信号ＰＷＭ１により制御される。ハイサイド側を制御
するための相切換信号ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１は
異常電流制限回路８８を介してゲート駆動回路Ｇ１１に
入力される。通常は、これらの入力信号が異常電流制限
回路８８を介してそのまま出力側から出力される。ゲー
ト駆動回路Ｇ１１はパワーＭＯＳＦＥＴのトランジスタ
ＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１をオン−オフ駆動する回
路である。また、ゲート駆動回路Ｇ１１は昇圧も行な
い、トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１のゲー
トに昇圧した電圧を与えると共に、昇圧電圧を昇圧電圧
値ＲＶ１として出力する。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ
１１，ＴＣ１１は、電源端子ＰＩＧＡからパターンヒュ
ーズＰＨ、チョークコイルＴＣ及び抵抗Ｒｓを介して得
られる高電圧が、それぞれモータＭの三相の各端子Ｕ，
Ｖ，Ｗに供給されるように接続されている。尚、トラン
ジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，ＴＡ２１，ＴＢ
２１，ＴＣ２１のゲートとソース間には、ツェナーダイ
オードが挿入されており、パワーＭＯＳＦＥＴの保護に
供されている。即ち、電源電圧が何らかの原因で２０Ｖ
を越えると、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電
圧が２０Ｖを越え、パワーＭＯＳＦＥＴが破壊されるの
で、これを防ぐためにツェナーダイオードが配設されて
いる。

【００１９】一方、ローサイド側を制御するための相切
換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１は、パルス幅変調
信号合成回路８９及び異常電流制限回路８８を介してゲ
ート駆動回路Ｇ２１に接続されている。パルス幅変調信
号合成回路８９は相切換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ
２１をそれぞれパルス幅変調信号ＰＷＭ１と合成する回
路である。ゲート駆動回路Ｇ２１はＭＯＳＦＥＴのトラ
ンジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオン−オフ駆
動する回路であり、これらのトランジスタＴＡ２１，Ｔ
Ｂ２１，ＴＣ２１は、モータＭの三相の各端子Ｕ，Ｖ，
Ｗとバッテリ５９のグランド間が接続されるように配置
されている。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１の各々には保護用の
ダイオードＤ３乃至Ｄ８が接続されている。トランジス
タＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１に供給される電圧は、
同時に電圧ＰＩＧＭ１として出力される。

【００２０】この電圧ＰＩＧＭ１と、ゲート駆動回路Ｇ
１１の昇圧電圧値ＲＶ１との差が２Ｖ程度に下がると、
ＭＯＳＦＥＴのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ
１１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１のオン抵抗が増
え、異常発熱をおこす場合がある。従って、電圧ＰＩＧ
Ｍ１と昇圧電圧値ＲＶ１との差が所定値以下となった場
合には全トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，
ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオフさせるようにする
とよい。尚、トランジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２
１のソースには大電流が流れるので、マイクロプロセッ
サ等の弱電回路部のグランドは、これらのグランドとは
別系統の配線とすることが望ましい。

【００２１】抵抗Ｒｓの両端には電流検出回路８６が接
続されており、抵抗Ｒｓに流れる電流値が検出される。
電流検出回路８６は、抵抗Ｒｓに流れる電流値が１８Ａ
以上のとき過電流と判定し、出力信号ＭＯＣ１として過
電流信号を出力すると共に、パルス幅変調信号合成回路
８９に過電流信号を与え、ローサイド側で制限をかけ
る。また、電流検出回路８６は抵抗Ｒｓに流れる電流値
が２５Ａ以上のとき異常電流と判定し、出力信号ＭＳ１
として異常電流信号を出力する。異常電流が発生した場
合には、異常電流制限回路８８に異常電流信号を与え、
ハイサイド及びローサイド側で制限をかける。この場
合、全てのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１を異常電流検出時か
ら一定時間オフさせてやればよい。この一定時間は、予
想される最大電流に対してＦＥＴの安全動作領域内とな
るように設定するとよい。電流検出回路８６にて検出さ
れた電流値はピークホールド回路１０１に与えられ、ピ
ークホールド回路１０１から電流値のピーク値がピーク
信号ＭＩ１として出力される。このピークホールド回路
１０１はリセット信号ＤＲ１が切り替わるタイミングで
リセットされる。

【００２２】次に、図１０を参照してモータＭの回転動
作について説明する。磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
の状態に応じて、相切換信号のパターンを表１のように
設定することによりモータＭが回転する。時計方向の回
転（ＣＷ）は右切り、反時計方向の回転（ＣＣＷ）は左
切りに設定してある。先ず、表１における右回転の順１
のように、磁極センサ信号が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝
（Ｈ，Ｌ，Ｈ）の場合には、相切換信号は（ＬＡ１１，
ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）
＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）として出力される。この
状態は図１０の図示Ａの範囲の状態に対応し、三つのホ
ールＩＣに対する磁石５１の相対的回転位置関係から明
らかなように、磁極センサ信号ＨＡ及びＨＣがハイレベ
ル（Ｈ）となっている。巻線電流の方向はＵ相からＶ相
となり、モータＭの回転に伴い磁石５１は図示時計方向
に回転する。磁石５１が３０度程回転すると、磁極セン
サ信号ＨＡがハイレベルからローレベルに切り換わる。
これに応じ、相切換信号が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ
１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｌ，Ｌ，
Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）に切換えられ、モータＭは更に３０度
回転し、磁極センサ信号ＨＢがハイレベルとなる。この
ようにして、図１０の左方の状態から右方の状態に進
み、モータＭが連続して回転することとなる。而して、
モータＭに対し時計方向の回転（ＣＷ）又は反時計方向
の回転（ＣＣＷ）を与えるには、表１の上段又は下段の
順に従って相切換信号のパターンを切換えればよい。

【表１】

【００２３】マイクロプロセッサ１は、図１３に示すよ
うに、目標舵角演算部６０、モータサーボ制御・モータ
異常判定部６１、相切換制御部６２、磁極センサ異常判
定部６３、オープン制御部６４及びスイッチＳＷ１を有
する。目標舵角演算部６０はヨーレート値γ、車速Ｖ及
びステアリング角θｓから目標舵角値ＡＧＬＡを求め
る。図１３には示していないが、車速Ｖは第１及び第２
車速センサ２２，２３の出力値Ｖ１，Ｖ２に基づいて演
算される。このとき、二つの車速値の平均を車速Ｖとし
てもよいし、二つの車速値の内最大値を車速Ｖとしても
よい。このように車速を２系統で検出することにより、
車速センサの異常を検出することができる。また、図１
３には示していないが、前輪舵角θｓは第１及び第２前
輪舵角センサ１７，２０の出力値θｆ１，θｆ２に基づ
いて演算される。この場合において、通常は第１前輪舵
角センサ１７としてポテンショメータが用いられるが、
ポテンショメータは精度が荒い。一方、第２前輪舵角セ
ンサ２０としてロータリエンコーダを用いると、舵角量
を精度よく検出できるものの、初期舵角量を検出するこ
とができない。そこで、第１前輪舵角センサ１７で第２
前輪舵角センサ２０の出力の絶対値を求めることとし、
絶対値を求めた後は第２前輪舵角センサ２０の出力をス
テアリング角θｓとしている。

【００２４】図１４はモータサーボ制御・モータ異常判
定部６１におけるモータサーボ制御機能のブロック図を
示すもので、微分部９０において目標舵角値ＡＧＬＡが
微分されて微分値ＳＡＧＬＡが求められ、微分ゲイン設
定部９１にて目標舵角値の微分値ＳＡＧＬＡの絶対値に
基づき微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮが求められる。微
分値ＳＡＧＬＡの絶対値が４（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下の
場合には微分ゲインは０に、微分値ＳＡＧＬＡの絶対値
が１２（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の場合には微分ゲインは
４に設定され、微分値ＳＡＧＬＡの絶対値が４乃至１２
（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の場合には微分ゲインは０乃至４の
値になる。

【００２５】一方、モータＭの回転角度θｍが磁極セン
サ１８の出力に基づいて演算される。図１４には示して
いないが、モータＭの回転角度θｍは磁極センサ１８の
出力値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ及び後輪舵角センサ２１の出力
値θｒに基づいて求められる。通常は、後輪舵角センサ
２１としてポテンショメータが用いられるが、ポテンシ
ョメータは精度が荒く、磁極センサ１８は舵角量を精度
よく検出できるが、初期舵角量を検出することができな
い。そこで、後輪舵角センサ２１で磁極センサ１８の絶
対値を求め、絶対値を求めた後は磁極センサ１８の出力
変化からモータＭの回転角度θｍを求めることとしてい
る。回転角度θｍはバッファ１００を介して実舵角値Ｒ
ＡＧＬとして減算部９２に供給される。尚、本実施例に
おいては、直流モータの回転センサとして、磁極センサ
１８を使用しているが、発光ダイオードを利用した光パ
ルス式のセンサ等のエンコーダを用いることとしてもよ
い。

【００２６】減算部９２においては目標舵角値ＡＧＬＡ
から実舵角値ＲＡＧＬが減算され、舵角偏差ΔＡＧＬが
求められる。この舵角偏差ΔＡＧＬは偏差舵角不感帯付
与部９３を介して処理される。偏差舵角不感帯付与部９
３は、舵角偏差ΔＡＧＬの絶対値が所定値Ｅ２ＰＭＡＸ
以下の場合に舵角偏差値ＥＴＨ２を０として処理するも
のであり、舵角偏差ΔＡＧＬの値が小さいときには制御
を停止させるものである。得られた舵角偏差値ＥＴＨ２
は比例部９６及び微分部９４に送られる。比例部９６で
は舵角偏差値ＥＴＨ２を所定の比例ゲインだけ積算し、
比例項ＰＡＧＬＡを得る。また、微分部９４では舵角偏
差値ＥＴＨ２を微分し、舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２を得
る。この舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２と前述の微分ゲイン
ＹＴＤＩＦＧＡＩＮとが積算部９５にて積算され、微分
項ＤＡＧＬＡが得られる。そして、比例項ＰＡＧＬＡと
微分項ＤＡＧＬＡが加算部９７にて加算され、舵角値Ｈ
ＰＩＤが得られる。

【００２７】舵角値ＨＰＩＤは偏差舵角リミッタ９８に
より舵角制限がかけられる。偏差舵角リミッタ９８は、
舵角値ＨＰＩＤに比例して制御量ＡＮＧを設定すると共
に、制御量ＡＮＧが１．５ｄｅｇ以上または−１．５ｄ
ｅｇ以下にならないように設定するものである。制御量
ＡＮＧはパルス幅変調変換部９９にてパルス幅変調信号
に変換され、モータドライバ５に供給される。モータド
ライバ５はパルス幅変調信号に応じてモータＭを回転さ
せるもので、これによりモータＭがサーボ制御される。
また、舵角偏差はＰＤ制御される。この内、微分項の微
分ゲインは目標舵角値の微分値に応じて変更される。微
分ゲインは目標舵角値の微分値が小さいときには０とな
り、この場合の制御は比例項のみによって行なわれる。
尚、上記ＰＤ制御に積分項を追加することとしてもよ
い。また、モータＭの回転角度θｍは電源電圧の変動に
よっても変化するので、バッテリ電圧を測定し、バッテ
リ電圧に応じて制御量ＡＮＧを補正するようにしてもよ
い。

【００２８】図１５に示すように、マイクロプロセッサ
１の割込み端子と通常入力端子が磁極センサ信号ＨＡ，
ＨＢ，ＨＣの入力用に供されている。磁極センサ信号Ｈ
Ａ，ＨＢはイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ１に入力
し、磁極センサ信号ＨＣとイクスクルーシブＯＲ回路Ｅ
ＸＯＲ１の出力信号はイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯ
Ｒ２に入力するように接続されている。而して、磁極セ
ンサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの内の何れか一つに変化があ
ると、イクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ２の出力が変
化する。

【００２９】上述のように磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，
ＨＣの内の何れか一つに変化があると、図１３の磁極セ
ンサ異常判定部６３において、図１６に示す磁極センサ
信号エッジ割り込みルーチンが実行される。ここでは、
割り込みがある度に、モータＭの回転数が演算された
後、磁極センサ信号の状態が判別され、今回値として記
憶されると共に、これまで記憶されていた今回値が前回
値として更新される。即ち、先ずステップ２００におい
て、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの何れかの信号の
エッジからエッジまでの時間差に基づいて、モータＭの
回転数が演算される。そして、ステップ２０１にて、こ
れまで記憶されていた磁極センサ信号が前回値として更
新される。次に、ステップ２０２にて、磁極センサ信号
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの入力端子の状態が読み込まれ、今回
値として記憶される。次に、ステップ２０３にて、表２
に示すマップから前回予測値が読みだされる。後述する
ように、磁極センサ１８は磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，
ＨＣのうち何れか一つが順に変化するよう構成されてい
る。従って、前回値と今回値に対して、磁極センサ信号
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのうちの何れか一つの極性が変化した
ものになるはずである。

【表２】

【００３０】表２のマップの前回予測値には今回値に対
してありうる状態の全てが記憶されている。具体的に
は、今回値が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝（Ｌ，Ｌ，Ｈ）で
あったとき、前回予測値は（Ｈ，Ｌ，Ｈ）または（Ｌ，
Ｈ，Ｈ）となる。図１６のステップ２０４ではこの前回
予測値と実際の前回値とが比較される。磁極センサ１８
が正常に機能しておれば、前回予測値と前回値は一致す
るはずである。従って、前回予測値と前回値が一致して
おれば、ステップ２０５で磁極センサ異常フラグＦａｂ
ｎがクリア（０）される。前回予測値と前回値が一致し
ていなければ、ステップ２０６にて磁極センサ異常フラ
グＦａｂｎがセット（１）され、この磁極センサ信号エ
ッジ割り込みルーチンが終了する。而して、以後の処理
においては、磁極センサ異常フラグＦａｂｎが１となっ
ていれば、磁極センサ１８に異常有と判定され、磁極セ
ンサ異常フラグＦａｂｎがクリアされておれば、以下に
説明する図１７のルーチンに従って相切換信号パターン
が設定される。

【００３１】モータサーボ制御・モータ異常判定部６１
におけるモータ異常判定は図１７に示すように処理され
る。先ずステップ３０１にてモータＭに供給される電流
Ｉｍが読み込まれ、ステップ３０２にて電源電圧Ｖｐｓ
が読み込まれる。本実施例では、前述の図１２のＭＩ
１，ＰＩＧＭ１を読み込むことになる。更にステップ３
０３に進み、前述のステップ２００にて演算されたモー
タＭの回転数Ｎｍが読み込まれる。続いてステップ３０
４に進み、基準電流ＩｓがＩｓ＝（Ｖｐｓ・Ｄｒ−Ｋｍ
・Ｎｍ）／Ｒに基づいて演算される。ここで、ＤｒはＰ
ＷＭ信号のデューティ比であり、マイクロプロセッサ１
で判明している。また、ＲはモータＭの巻線抵抗、Ｋｍ
は定数であり、これらは予め設定される。そして、Ｖｐ
ｓ・ＤｒはモータＭの端子電圧を表し、Ｋｍ・Ｎｍは逆
起電力を表している。このように、電源電圧Ｖｐｓと回
転数Ｎｍを検出することにより、モータＭに供給される
電流Ｉｍの推定値である基準電流Ｉｓを演算することが
できる。

【００３２】そして、ステップ３０５において、上記モ
ータ電流Ｉｍが基準電流Ｉｓから所定値αを減じた値
（Ｉｓ−α）と比較され、この値以上であればステップ
３０６にて基準電流Ｉｓに所定値αを加えた値（Ｉｓ＋
α）と比較される。而して、モータ電流Ｉｍが（Ｉｓ−
α）以上であって（Ｉｓ＋α）以下であるとき、即ち
（Ｉｓ−α）と（Ｉｓ＋α）の間の値であるときには正
常と判定され、ステップ３０１に戻る。これに対し、モ
ータ電流Ｉｍが（Ｉｓ−α）の値を下回るか、あるいは
（Ｉｓ＋α）の値を上回れば、基準電流Ｉｓに対し所定
値α以上の差が生じていることになり、モータＭが異常
であると判定され、モータ異常フラグＦｍａｂがセット
（１）される。尚、所定値αはモータ電流Ｉｍのバラツ
キ、温度変化等による影響を考慮して設定され、モータ
電流Ｉｍに対する許容変動幅ということができる。

【００３３】図１３の相切換制御部６２においては、図
１８に示すように処理される。先ず、ステップ２１０に
おいて上記モータ異常フラグＦｍａｂが０か否かが判定
され、これがセットされておれば（１であれば）以下の
処理は行なわれない。即ち、モータＭに異常が検出され
たときには、ステップ２１６に進み相切換信号ＬＡ１１
乃至ＬＣ２１の全てがローレベル（Ｌ）とされ、相切換
制御ルーチンは実行されない。モータ異常フラグＦｍａ
ｂがセットされていない場合には、ステップ２１１に進
み前述の磁極センサ信号のエッジ割り込みがあったか否
かが判定される。割り込みがあった場合には、ステップ
２１２乃至２１４にて、時計方向の回転をすべきであれ
ば方向フラグＤＩに値ＣＷがセットされ、反時計方向の
回転をすべきであれば方向フラグＤＩに値ＣＣＷがセッ
トされる。回転方向は前述の舵角値ＨＰＩＤが正か負か
で判断可能であり、ＨＰＩＤ＞０であれば方向フラグＤ
Ｉ＝ＣＣＷとされ、ＨＰＩＤ＜０であれば方向フラグＤ
Ｉ＝ＣＷとされる。

【００３４】次に、ステップ２１５にて、下記の表３の
マップに基づき相切換信号パターンがセットされる。相
切換信号は６ビット信号であり、各ビットはハイレベル
「Ｈ」又はローレベル「Ｌ」を取り、下記の表４のよう
に定められている。ステップ２１５では、今まで出力し
ていた相切換信号パターンと方向フラグＤＩの状態に基
づき次回の相切換信号パターンが設定される。例えば、
現状値が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，
ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）で
あって、ＤＩ＝ＣＷ（時計方向の回転）であれば、次回
値として（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）が設定される。設
定された相切換信号パターンはマイクロプロセッサ１に
おいては相切換信号群Ｌ１として演算される。制御サイ
クルが早い場合には、この相切換制御のルーチンを前述
の磁極センサ信号エッジ割り込みルーチン内で行なうと
よい。尚、方向フラグ設定時に舵角値ＨＰＩＤがゼロと
なった場合には、相切換はストップモードとされ、（Ｌ
Ａ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，Ｌ
Ｃ２１）＝（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ）とされる。

【表３】

【表４】

【００３５】図１３のオープン制御部６４においては、
図１９に示すように処理される。先ず、ステップ２２０
において、前述の磁極センサ異常フラグＦａｂｎが１か
否かが判定され、０となっていれば以下の処理は行なわ
れない。即ち、磁極センサ１８が正常であるときにはオ
ープン制御ルーチンは実行されない。従って、図１３の
磁極センサ異常判定部６３の判定結果に応じスイッチＳ
Ｗ１が切換えられ、正常時には相切換制御部６２が機能
し上述の相切換制御ルーチンが実行され、異常時にはオ
ープン制御部６４側に切換られオープン制御ルーチンが
実行される。このオープン制御ルーチンにおいては、オ
ープン制御実行中フラグＦｏｐ及びタイマＴが使用され
る。タイマＴに所定時間がセットされると、その後タイ
マＴは次第にデクリメントされ、所定時間後に０とな
る。オープン制御実行中フラグＦｏｐは初期状態で０と
されている。

【００３６】ステップ２２１では、オープン制御実行中
フラグＦｏｐの状態が判定され、オープン制御実行中フ
ラグＦｏｐが０であると、次にステップ２２２にて、タ
イマＴが所定時間（例えば１秒）にセットされる。そし
て、タイマＴが０以下になるまでの間、ステップ２２４
にて、相切換信号パターンにモータブレーキパターンが
セットされる。モータブレーキパターンは、（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）、（ＬＡ１２，ＬＢ
１２，ＬＣ１２，ＬＡ２２，ＬＢ２２，ＬＣ２２）＝
（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）に設定される。所定時間を
経過すると、ステップ２２５にて、オープン制御実行中
フラグＦｏｐがセット（１）される。この状態でタイマ
Ｔは０以下であるので、ステップ２２７にて表５に示す
マップから次回の相切換信号パターンがセットされる。
次に、ステップ２２８にてタイマＴが再びセットされ
る。ステップ２２６ではタイマＴが０以下のときのみス
テップ２２７を実行させるので、ステップ２２７はタイ
マＴに設定された所定時間毎に実行される。

【００３７】ステップ２２７において、次回値は現状の
相切換信号パターン及び後輪舵角センサ２１の出力する
後輪舵角値θｒと所定値Ａ１との比較結果に応じて設定
される。Ａ１は零に近い値（例えば０．５度）に設定し
てある。例えば、現状の相切換信号パターンが（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）であり、後輪舵角値
θｒが−１度であった場合には、次回の相切換信号パタ
ーンは（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）となる。表５のマッ
プは、後輪舵角値が負の場合は右回転するように、後輪
舵角値が正の場合は左回転するように、設定されてい
る。いずれの場合にも後輪舵角の絶対値が零に近づくよ
うに作用する。後輪舵角の絶対値が所定値Ａ１以下とな
ると、相切換信号パターンは（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，
Ｌ）となり、モータ１２は停止する。よって、オープン
制御ルーチンでは、後輪舵角が零になり中立復帰するよ
うに相切換信号パターンが制御される。

【表５】

【００３８】以上説明したように、本実施例において
は、モータＭの基準電流Ｉｓが（Ｖｐｓ・Ｄｒ−Ｋｍ・
Ｎｍ）／Ｒに基づいて演算され、Ｖｐｓ・Ｄｒで求めら
れるモータＭの端子電圧とモータＭの回転数Ｎｍの値に
応じて設定される。図２０はモータＭに供給されるＰＷ
Ｍ信号のデューティ比Ｄｒとモータ電流Ｉｍとの関係を
示すもので、モータＭが停止しているときの基準電流Ｉ
ｓ１とモータＭが所定の回転数で回転しているときの基
準電流Ｉｓ２とが相互に異なる値に設定されている。そ
して、各々の基準電流Ｉｓ１，Ｉｓ２に関し所定の許容
変動幅（α）が設けられており、何れの場合もモータ電
流Ｉｍが基準値（Ｉｓ＋α）と（Ｉｓ−α）の範囲内に
あれば正常と判定され、これらの範囲外にあるときに異
常と判定される。而して、モータＭが回転中であって
も、例えばモータＭの巻線の短絡や断線のみならず、モ
ータＭを駆動する回路中に短絡あるいは断線が生じた場
合には、確実にこれらの異常を検出することができる。
更には、モータ電流Ｉｍの検出系の異常も検出すること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の直流モー
タの異常検出装置においては、少くとも直流モータの端
子電圧及び回転数に基づいて設定された基準電流に対し
て、直流モータの実際の駆動電流が所定値以上の差を生
じたか否かが判定され、その判定結果に基づき直流モー
タの異常が検出されるように構成されているので、直流
モータが回転中であっても、巻線の短絡等による故障を
確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例に使用する後輪操舵機構の正
面図である。

【図３】図２の後輪操舵機構の部分断面図である。

【図４】図２の後輪操舵機構の断面図である。

【図５】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図７】図５，６のモータの巻線説明図である。

【図８】本発明の一実施例に使用する磁石の正面図であ
る。

【図９】本発明の一実施例に使用する磁極センサの基板
の正面図である。

【図１０】本発明の一実施例に係る直流モータの作動説
明図である。

【図１１】本発明の一実施例に使用する電子制御装置の
回路構成図である。

【図１２】図１１の電子制御装置のドライバの回路構成
図である。

【図１３】図１１の電子制御装置のマイクロプロセッサ
の機能ブロック図である。

【図１４】図１３のマイクロプロセッサにおけるモータ
サーボ制御機能のブロック図である。

【図１５】図１１の電子制御装置の磁極センサ入力回路
の回路構成図である。

【図１６】本発明の一実施例における磁極センサ信号エ
ッジ割り込みのフローチャートである。

【図１７】本発明の一実施例におけるモータ異常判定の
フローチャートである。

【図１８】本発明の一実施例における相切換制御のフロ
ーチャートである。

【図１９】本発明の一実施例におけるオープン制御のフ
ローチャートである。

【図２０】本発明の一実施例におけるモータの基準電流
を示すグラフである。

【図２１】本発明の構成の概要を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１マイクロプロセッサ５モータ
ドライバ９電子制御装置１２モータ
（直流モータ）１７，２０第１，第２前輪舵角センサ１８磁極センサ（回転センサ）２１後輪舵
角センサ２２，２３第１，第２車速センサ５５定電圧
レギュレータ５７インターフェース５９バッテ
リ６０目標舵角演算部６１モータサーボ制御・モータ異常判定部６２相切換制御部６３磁極セ
ンサ異常判定部６４オープン制御部８６電流検
出回路８８異常電流制限回路８９パルス
幅変調信号合成回路９０，９４微分部９１微分ゲ
イン設定部９２減算部９３偏差舵
角不感帯付与部９５積算部９６比例部９７加算部９８偏差舵
角リミッタ９９パルス幅変調変換部１００バッ
ファ１０１ピークホールド回路ＡＧＬＡ目標舵角値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ磁極センサ信号Ｌ１相切換
信号群ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，
ＬＣ２１相切換信号Ｍモータ（直流モータ） θｓステア
リング角ＰＷＭ１パルス幅変調信号Ｕ，Ｖ，Ｗ
端子Ｖ車速 γ ヨーレー
ト値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山瑞穂愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＷＭ制御によって駆動する直流モータ
と、該直流モータに対しＰＷＭ信号を供給すると共に、
該ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて前記直流モータの
駆動電流を所定の基準電流を中心とする所定範囲内の値
に制御するＰＷＭ制御手段と、電源電圧及び前記デュー
ティ比に基づき前記直流モータに印加する端子電圧を演
算する端子電圧検出手段と、前記直流モータの回転数を
検出する回転数検出手段と、前記直流モータに対し実際
に供給される駆動電流を検出する電流検出手段と、少く
とも前記端子電圧及び前記回転数に基づき前記基準電流
を設定する基準電流設定手段と、前記電流検出手段によ
って検出した前記直流モータの駆動電流が前記基準電流
に対して所定値以上の差を生じたか否かを判定し、所定
値以上の差を生じたときには異常と判定するモータ異常
判定手段とを備えたことを特徴とする直流モータの異常
検出装置。