WO2017002593A1 - 電動パワーステアリング装置の制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置の制御装置及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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崇文 原
安島　俊幸
佐々木　光雄
岩路　善尚
滋久 青柳
巧 久積
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an electric power steering device and an electric power steering device.
  • a small and highly efficient three-phase synchronous motor is used.
  • a three-phase synchronous motor in general, the rotational position of a rotor provided with a magnet is detected by a magnetic detection element such as a Hall IC, and the armature coil on the stator side is sequentially excited based on the detection result. Is rotating.
  • a resolver, encoder, GMR sensor, etc. which are precise rotational position detectors, driving with a sine wave current can be realized, and vibration such as torque ripple and noise are reduced.
  • rotational position estimation means based on an induced voltage whose rotational position cannot be estimated at zero speed and low speed
  • the number of rotational position detectors is increased to two or more so that the rotational position detector at zero speed and low speed Can be detected with the same accuracy as before the failure.
  • electric power steering it is difficult to increase the number of hardware rotational position detectors due to mounting space and cost constraints.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-189176
  • Patent Document 3 a rotational position estimating means for estimating a rotational position from a neutral point potential of a three-phase winding has been proposed, and a low speed with a small induced voltage is proposed.
  • the synchronous motor can be driven with a sine wave even in the region.
  • Patent Document 1 can realize continuous driving required for electric power steering by using a soft rotational position estimation means instead of a hardware rotational position detector in the event of a malfunction of the rotational position detector.
  • a soft rotational position estimation means instead of a hardware rotational position detector in the event of a malfunction of the rotational position detector.
  • the position cannot be estimated in the operation region of a three-phase synchronous motor frequently used in electric power steering.
  • Patent Documents 2 and 3 describe the operation region of a three-phase synchronous motor frequently used in electric power steering by estimating the position of the rotor based on a virtual neutral point potential or a neutral point potential.
  • the position can be estimated by using the position detector that was originally used in the electric power steering, but the countermeasure for the failure of the position detector is not shown.
  • An object of the present invention is to provide an electric power steering device that improves the reliability of a three-phase synchronous motor drive device without increasing the cost of the drive device.
  • a control device for an electric power steering device is a control device for controlling an electric power steering device in which a three-phase synchronous motor is used as a steering assist force, and the neutral point potential or virtual
  • a rotational position estimator that estimates the position of the rotor of the three-phase synchronous motor based on a neutral point potential
  • a command signal for the three-phase synchronous motor based on the position of the rotor estimated by the rotational position estimator.
  • a command signal calculation unit for calculating.
  • a neutral point potential or a virtual neutral point potential in a zero speed or low speed operation region where a three-phase synchronous motor is frequently used in electric power steering can be continued by estimating the position of the rotor based on one of the signals and driving the three-phase synchronous motor.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a processing configuration of a rotational position comparison means 19A of FIG. It is a figure which shows the structural example of an electric power steering apparatus.
  • FIG. 17 is a diagram showing a configuration of the electric power steering device 4.
  • the torque sensor 42 detects the rotational torque of the steering wheel 41.
  • the torque detected by the torque sensor 42 is input to the driving device 3.
  • the driving device 3 includes a three-phase synchronous motor 2 and a printed circuit board 1 that drives the three-phase synchronous motor 2.
  • the printed circuit board 1 drives the three-phase synchronous motor 2 according to the torque detected by the torque sensor 42.
  • the three-phase synchronous motor 2 outputs a torque for assisting steering based on a command corresponding to the torque.
  • the output torque of the three-phase synchronous motor 2 assists the steering force via the steering assist mechanism 43 and is output to the steering mechanism 44. Then, the tire 45 is steered by the steering mechanism 44.
  • a control device that controls the electric power steering device
  • a drive device 3 that outputs torque for assisting steering based on the torque detected by the torque sensor 42
  • a printed circuit board that constitutes the drive device 3 1 and the control of the three-phase synchronous motor 2
  • the present invention described in a plurality of embodiments described below is based on a virtual neutral point potential or a position estimation means based on a neutral point potential.
  • Electric power steering in which a zero speed and a low speed of 10% or less are frequently used. It is characterized in that it is applied to the device.
  • the steering assist can be continued by driving the three-phase synchronous motor even in the zero-speed or low-speed operation region.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a driving device 3 according to the first embodiment.
  • a configuration of the printed circuit board 1 which is a characteristic configuration of the control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the printed circuit board 1 of the present embodiment includes an inverter 12, a pulse width modulation signal output means 13, a virtual neutral point circuit 14, a current and voltage detection unit 15, a rotation position estimation unit 16A, and a command signal calculation unit 17.
  • the inverter 12 converts the direct current input from the direct current power supply 11 into a three-phase alternating current and outputs it to the three-phase synchronous motor 2.
  • the switching elements Sup to Swn constituting the inverter 12 are controlled based on the pulse width modulation signal calculated by the pulse width modulation signal output means 13.
  • the rotational position estimating unit 16A estimates rotational position information of the three-phase synchronous motor 2. The operation of the rotational position estimation unit 16A will be described later with reference to FIG.
  • the output signal of the rotational position estimation unit 16A is represented by the symbol ⁇ 1.
  • the command signal calculator 17 calculates and outputs a pulse width modulation signal. The outputted pulse width modulation signal is outputted to the inverter 12 via the pulse width modulation signal output means 13.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the rotational position estimation unit 16A.
  • the rotational position estimation unit 16A estimates the rotational position estimation ⁇ 1 based on the virtual neutral point potential Vn0.
  • the position is estimated based on the virtual neutral point potential, but position estimation based on the neutral point potential may be used.
  • the rotational position estimation unit 16A includes a non-energized phase potential selector 161, a reference level switch 162, a comparator 163, and an energization mode determiner 164.
  • the non-energized phase potential selector 161 receives the mode command output from the energization mode determiner 164 and samples and holds the virtual neutral point potential.
  • the reference level switch 162 sets a positive reference voltage and a negative reference voltage according to the mode command, compares the non-conduction phase potential selector 161 with the reference level switch 162, and inputs the comparison to the energization mode determiner 164. .
  • the necessary potential of the non-conduction phase can be obtained.
  • torque is driven without a position detector at zero speed and a low speed of 10% or less, which are frequently used in the electric power steering apparatus, and torque is reduced. Can be output.
  • the rotational position estimation unit 16A introduced a method of calculating a mode command from a virtual neutral point potential and setting it as a position. However, since this method is based on 120-degree conduction, the current waveform is distorted. Therefore, as shown in FIG. 3, it is good also as the rotation position estimation part 16B which is a position estimation means based on the neutral point potential which pulled out the neutral point of the three-phase winding.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the driving device 3 according to the second embodiment.
  • the drive device 3 of the present embodiment is characterized in that it includes a hardware position detector 21 and a position detection determination unit 18.
  • a position detector for detecting the position of the rotor of the three-phase synchronous motor 2 is provided from the viewpoint of reliability of position detection.
  • the output ⁇ 3 of the position detector 21 is used, and the position detected by the position detector 21 is an abnormal signal.
  • the output ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 18 is used.
  • the position signal detected by the position detector 21 changes from a normal signal to an abnormal signal, if the output ⁇ 3 of the position detector 21 is suddenly changed from the output ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 18, motor step-out or vibration , Noise will occur. Therefore, when a difference occurs between the output ⁇ 3 of the position detector 21 and the output ⁇ 1 of the rotational position estimating unit 18, and it is determined that the position detector is out of order, the detected position determining unit 18 is as shown in FIG.
  • the position signal is switched when the position ⁇ 3 of the position detector 21 and the position ⁇ 1 of the rotational position estimating unit 16 substantially coincide with each other.
  • the detection position determination unit 18 compares the output ⁇ 1 of the rotation position estimation unit 16 with the output ⁇ 3 of the position detector 21 and matches the signal of the position detector 21 to rotate. Individual differences in magnetic saturation characteristics for each of the three-phase synchronous motors used in the position estimation unit 16 can be adjusted. As a result, adjustment of individual differences among a plurality of three-phase synchronous motors can be realized at low cost.
  • the rotational position estimation unit 16 is described using the position estimation unit 16A based on the virtual neutral point potential, but using the position estimation unit 16B based on the neutral point potential. Also good.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the driving device 3 according to the third embodiment.
  • the drive device 3 of the present embodiment is characterized in that it includes a position detector 22 in addition to the position detector 21, and the position detection system has a redundant configuration.
  • two or more position detectors that detect the position of the rotor of the three-phase synchronous motor 2 are often provided.
  • the case where there are two position detectors will be described as a representative example.
  • the electric power steering apparatus can be driven using a normal position detector.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing configuration of the detection position determination unit 18.
  • the output signals of the position detectors 21 and 22 are compared, and if they match, the signal of the position detector 21 is used.
  • the output signal ⁇ 3 of the position detector 21 and the output signal ⁇ 4 of 22 do not match, the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A is compared.
  • the position detector 21 determines that it is normal and uses the output signal ⁇ 3 of the position detector 21.
  • the position detector 22 determines that it is normal, and uses the output signal ⁇ 4 of the position detector 22.
  • the output signal ⁇ 3 of the position detector 21 and the output signal ⁇ 4 of the position detector 22 do not coincide with the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A, the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A is used.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the drive device 3 according to the fourth embodiment.
  • a method based on the virtual neutral point potential 14 will be described particularly as the rotational position estimation unit.
  • the rotational position estimation unit 16A is driven based on the virtual neutral point potential 14.
  • the virtual neutral circuit 14 is installed on the printed circuit board 1 on which the microcomputer is mounted. With such a configuration, the lead wire for the neutral point potential of the three-phase winding becomes unnecessary, and the connection between the printed circuit board 1 and the three-phase synchronous motor 2 becomes easy. Further, by installing the virtual neutral point circuit 14 on the printed circuit board 1, it is possible to prevent malfunction due to wiring noise and increase in the detection voltage ripple. In addition, the length of the wiring is shortened, and the cost can be reduced.
  • the resistance of the virtual neutral point circuit 14 is configured with a resistance value that is 100 times or more the winding resistance of the three-phase synchronous motor 2. In this way, the difference between the winding resistance and the resistance of the virtual neutral circuit can be separated from the impedance of the three-phase winding, so the fluctuation of the virtual neutral point potential due to magnetic saturation can be detected accurately. And the position accuracy in the detection position estimation part 16 can be improved.
  • the rotational position estimation unit 16A driven based on the virtual neutral point potential 14 is driven by 120-degree energization control. For this reason, the accuracy of the electrical angle is only ⁇ 30 degrees, and a position error within the control cycle is large at high speed rotation, and reverse torque is generated or stepped out. Therefore, when the rotation speed of the three-phase synchronous motor 2 becomes larger than a predetermined rotation speed, for example, 3000 rpm, the current is set to 0 and the assist is stopped. Thereby, stable driving of the power steering device can be realized.
  • a predetermined rotation speed for example, 3000 rpm
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the driving device 3 according to the fifth embodiment.
  • the rotational position estimating unit 16 is configured to use the neutral point potential of the three-phase winding of the three-phase synchronous motor 2 in particular.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the driving device 3 according to the sixth embodiment.
  • the present embodiment is characterized in that two signals of a neutral point potential and a virtual neutral point potential of the three-phase winding of the three-phase synchronous motor 2 are used.
  • FIG. 12 shows the configuration of the rotational position estimation comparison unit 18.
  • the rotational position estimation comparison unit 18 includes a rotational position estimation unit 16A that performs position estimation based on a virtual neutral point potential, a rotational position estimation unit 16B that performs position estimation based on a neutral point potential, a failure of a virtual neutral point potential circuit, The rotation position estimation / comparison unit 18 detects a disconnection of a neutral point potential lead wire.
  • the rotational position estimation comparing unit 18 compares the virtual neutral point potential with the neutral point potential, so that the open failure of the resistance installed in the virtual neutral point potential circuit or the open failure of the lead wire of the neutral point potential can be detected. Detect disconnection.
  • FIG. 13 shows waveforms of the voltage applied to the upper arm of each phase of the inverter 2 and the neutral point potential Vn and the virtual neutral point potential Vn0.
  • the neutral point potential Vn is indicated by a broken line
  • the virtual neutral point potential Vn0 is indicated by a solid line.
  • the neutral point potential lead line when the neutral point potential lead line is not disconnected, the virtual neutral point potential Vn0 and the neutral point potential Vn coincide with each other while the upper arm of the inverter 2 is all on. To do. However, when the neutral point potential lead line is disconnected due to an open failure, the virtual neutral point potential and the neutral point potential do not match as shown in the lower part of FIG. Thus, the disconnection is detected by comparing the neutral point potential with the virtual neutral point potential.
  • the steering assist can be continued.
  • a virtual neutral point potential and a neutral point potential are provided. By comparing two potentials, disconnection of the neutral point potential and the virtual neutral point potential lead line can be detected without providing a separate circuit. Can do.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of the driving device 3 according to the seventh embodiment.
  • the drive device of this embodiment is characterized in that the signal of the rotational position detector 21 is used in addition to the two signals of the neutral point potential and the virtual neutral point potential.
  • FIG. 15 shows a configuration of the rotational position comparison unit 19.
  • the rotational position comparison unit 19 includes a rotational position estimation unit 16A that performs position estimation based on the virtual neutral point potential, a rotational position estimation unit 16B that performs position estimation based on the neutral point potential, and outputs 16A and 16B of the rotational position estimation unit.
  • the rotation position comparison means 19 compares the output ⁇ 3 of the rotation position detector.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the processing configuration of the rotational position comparison means 19.
  • the rotational position comparison means 19 compares the output of the position detector 21 with the output of the rotational position estimation unit 16B, and determines which of these two outputs is faulty based on the output of the rotational position estimation unit 16A.
  • the position detector 21 and the output signal ⁇ 2 of the rotational position estimation unit 16B are compared, and if they match, the signal of the position detector 21 is used.
  • the output signal ⁇ 3 of the position detector 21 and the output signal ⁇ 2 of the rotational position estimating unit 16B do not match, the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimating unit 16A is compared.
  • the position detector 21 determines that it is normal and uses the output signal ⁇ 3 of the position detector 21.
  • the output signal ⁇ 2 of the rotational position estimation unit 16B matches the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A
  • the output signal ⁇ 2 of the rotational position estimation unit 16B is used.
  • both the output signal ⁇ 3 of the position detector 21 and the output signal ⁇ 2 of the rotational position estimation unit 16B do not coincide with the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A, the output signal ⁇ 1 of the rotational position estimation unit 16A is used.
  • a triple redundant system can be secured at a low cost while having a single hardware position detector.

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Abstract

本発明の目的は、駆動装置のコストを増大することなく、三相同期電動機の駆動装置の信頼性を向上させる電動パワーステアリング装置を提供することにある。本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵の補助力として三相同期電動機が用いられる電動パワーステアリング装置を制御する制御装置であって、前記三相同期電動機の中性点電位または仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する回転位置推定部と、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する指令信号演算部と、を備えることを特徴とする。

Description

電動パワーステアリング装置の制御装置及び電動パワーステアリング装置
　本発明は、電動パワーステアリング装置の制御装置および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では、小型・高効率の三相同期電動機が用いられている。しかし、三相同期電動機では一般に、磁石を備えた回転子の回転位置をホールＩＣなどの磁気検出素子で検出し、その検出結果に基づき、固定子側の電機子コイルを順次励磁して回転子を回転させている。加えて、精密な回転位置検出器であるレゾルバやエンコーダ、ＧＭＲセンサなどを用いることで、正弦波電流での駆動を実現でき、トルクリプルなどの振動や騒音の低減を図っている。
　三相同期電動機は、この回転位置検出器が故障すると、すぐに回転できなくなる。これは、回転位置検出器にホールＩＣ以外のレゾルバやエンコーダ、ＧＭＲセンサを用いた場合も同様である。このように、回転位置検出器の故障は、電動パワーステアリング装置において作動不良や異常運転の原因となるため、改善が求められてきた。
　特許文献１では、この回転位置検出器の故障のとき、回転位置検出器以外に、三相同期電動機の磁石により誘起された誘起電圧と電流から位置を推定する回転位置推定手段を、回転位置検出器の出力の代替として使用することで、回転位置検出器の故障時にも三相同期電動機を安定して駆動することができる。しかし、この回転位置推定手段は、三相同期電動機の回転速度が定格速度１０％より低い速度のとき誘起電圧がノイズに埋もれてしまうため、低速で回転子の位置を検知することができなかった。特に、電動パワーステアリングでは、操舵をアシストするのに使用する三相同期電動機の回転速度が零速、もしくは零速近傍の低速で使用されるため、特許文献１の回転位置推定手段は、位置を推定できないという課題があった。
　零速および低速で回転位置を推定できない誘起電圧に基づく回転位置推定手段の代わりに、通常１個の回転位置検出器を２個以上と増加させることで、回転位置検出器の零速および低速での回転位置精度を故障前と同等の精度で検出することができる。しかし、電動パワーステアリングでは、搭載スペースやコストの制約から、ハード系の回転位置検出器を増加させることは困難である。
　これらの課題に対して、例えば特開２００９－１８９１７６号公報（特許文献２）にあるように、仮想中性点電位による同期電動機の１２０度通電制御を基礎とした低速度域におけるソフト系の回転位置推定手段が提案されており、誘起電圧の小さい低速度領域においても三相同期電動機を制御することができるようになってきている。加えて、特開２０１３－５５７４４号公報（特許文献３）のように、三相巻線の中性点電位から回転位置を推定する回転位置推定手段が提案されており、誘起電圧の小さい低速度領域においても同期電動機を正弦波で駆動できるようになっている。
特開２０１０－０２２１９６号公報 特開２００９－１８９１７６号公報 特開２０１３－０５５７４４号公報
　特許文献１に記載のものは、回転位置検出器の故障に際してハード系の回転位置検出器の代わりにソフト系の回転位置推定手段を使用することで、電動パワーステアリングに求められる継続駆動を実現できるが、電動パワーステアリングで頻繁に使用される三相同期電動機の動作領域で位置推定できないという課題があった。
　特許文献２、特許文献３に記載のものは、仮想中性点電位もしくは中性点電位により回転子の位置を推定することで、電動パワーステアリングで頻繁に使用される三相同期電動機の動作領域で位置推定できるが、電動パワーステアリングで元々使用されていた位置検出器との併用や位置検出器の故障時の対応については示されていない。
　本発明の目的は、駆動装置のコストを増大することなく、三相同期電動機の駆動装置の信頼性を向上させる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
　本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵の補助力として三相同期電動機が用いられる電動パワーステアリング装置を制御する制御装置であって、前記三相同期電動機の中性点電位または仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する回転位置推定部と、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する指令信号演算部と、を備えることを特徴とする。
　本発明の望ましい実施の形態に関わる電動パワーステアリング装置によれば、電動パワーステアリングにおいて三相同期電動機が頻繁に使用される零速もしくは低速の動作領域において、中性点電位もしくは仮想中性点電位のいずれかの信号に基づき回転子の位置を推定し、三相同期電動機を駆動することで操舵のアシストを継続することができる。
　本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例で明らかにする。
第１の実施形態における駆動装置の構成図である。 仮想中性点電位に基づく回転位置推定部１６Ａを示したブロック図である。 中性点電位に基づく回転位置推定部１６Ｂを適用した駆動装置の構成図である。 第２の実施形態における駆動装置の構成図である。 検出位置判定部１８における処理である。 第３の実施形態における駆動装置の構成図である。 図６の回転位置比較手段１８の処理構成を示すフロー図である。 第４の実施形態における駆動装置の構成図である。 第４の実施形態におけるプリント回路板１の構成である。 第５の実施形態における駆動装置の構成図である。 第６の実施形態における駆動装置の構成図である。 回転位置推定比較部１８の構成を示すブロック図である。 中性点電位の引き出し線のオープン故障での断線検知の概要である。 第７の実施形態における駆動装置の構成図である。 回転位置比較部１９の構成を示すブロック図である。 図１５の回転位置比較手段１９Ａの処理構成を示すフロー図である。 電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
　図１７は、電動パワーステアリング装置４の構成を示す図である。運転者がステアリングホイール４１を操作すると、ステアリングホイール４１の回転トルクをトルクセンサ４２が検知する。トルクセンサ４２が検知したトルクは駆動装置３に入力される。駆動装置３は、三相同期電動機２と、三相同期電動機２を駆動するプリント回路板１を有する。プリント回路板１は、トルクセンサ４２が検知したトルクに応じて、三相同期電動機２を駆動する。三相同期電動機２は、当該トルクに応じた指令に基づいて、操舵を補助するためのトルクを出力する。三相同期電動機２の出力トルクは、ステアリングアシスト機構４３を介して操舵力をアシストし、ステアリング機構４４へ出力される。そして、ステアリング機構４４により、タイヤ４５を転舵する。
　以下では、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置の実施の形態として、トルクセンサ４２が検知したトルクに基づいて操舵を補助するトルクを出力する駆動装置３および、駆動装置３を構成するプリント回路板１と三相同期電動機２の制御について説明する。以下の複数の実施形態で説明する本発明は、仮想中性点電位もしくは中性点電位に基づいた位置推定手段を、零速および定格速度１０％以下の低速が頻繁に使用される電動パワーステアリング装置に適用した点に特徴を有する。これにより、零速もしくは低速の動作領域においても三相同期電動機を駆動することで操舵のアシストを継続することができる。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る駆動装置３の構成を示す図である。本実施形態に係る制御装置として特徴的な構成であるプリント回路板１の構成を、図１を用いて説明する。
　本実施形態のプリント回路板１は、インバータ１２、パルス幅変調信号出力手段１３、仮想中性点回路１４、電流および電圧検出部１５、回転位置推定部１６Ａ、指令信号演算部１７を有する。インバータ１２は、直流電源１１から入力された直流電流を三相交流電流に変換し、三相同期電動機２に出力する。インバータ１２を構成するスイッチング素子Ｓｕｐ～Ｓｗｎは、パルス幅変調信号出力手段１３で演算されるパルス幅変調信号に基づいて、制御される。
　仮想中性点回路１４から入力された仮想中性点電位Ｖｎ０に基づき、回転位置推定部１６Ａは、三相同期電動機２の回転位置情報を推定する。回転位置推定部１６Ａの動作は、図２において後述する。回転位置推定部１６Ａの出力信号は符号θ１で表される。回転位置情報推定値θ１に基づき、指令信号演算部１７は、パルス幅変調信号を演算し、出力する。出力された前記パルス幅変調信号は、パルス幅変調信号出力手段１３を介して、インバータ１２へ出力される。
　図２は、回転位置推定部１６Ａの構成を示すブロック図である。回転位置推定部１６Ａは、仮想中性点電位Ｖｎ０に基づいて、回転位置推定θ１を推定する。なお、本実施形態においては、仮想中性点電位に基づいて位置推定をしているが、中性点電位に基づく位置推定を使用しても良い。
　回転位置推定部１６Ａは、非通電相電位選択器１６１、基準レベル切替器１６２、比較器１６３、通電モード決定器１６４により構成される。
　非通電相電位選択器１６１は、通電モード決定器１６４の出力するモード指令を受けて、仮想中性点電位をサンプルホールドする。基準レベル切替器１６２は、モード指令に応じて正側基準電圧と負側基準電圧を設定し、非通電相電位選択器１６１と基準レベル切替器１６２を比較し、通電モード決定器１６４へ入力する。この構成によって、非通電相の必要な電位が得られることになる。以上のような構成とすることで、低速時の位置検出をセンサなしに行うことが実現できる。本実施形態の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、電動パワーステアリング装置で頻繁に使用される零速および定格速度１０％以下の低速において、位置検出器がない状態での駆動をし、トルクを出力することができる。
　回転位置推定部１６Ａでは、仮想中性点電位からモード指令を演算し、位置とする方法を紹介したが、この方法は１２０度通電に基づく方法であるので、電流波形は歪む。そのため、図３に示すように、三相巻線の中性点を引き出した中性点電位に基づく位置推定手段である回転位置推定部１６Ｂとしてもよい。
　（第２の実施形態）
　図４は、第２の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態の駆動装置３は、ハード系の位置検出器２１と位置検出判定器１８とを有する点を特徴とする。
　電動パワーステアリング装置では、位置検出の信頼性の観点から、三相同期電動機２の回転子の位置を検出する位置検出器が設けられている。本実施形態では、検出位置判定部１８によって、位置検出器２１によって検出された位置が正常信号のときは、位置検出器２１の出力θ３を用い、位置検出器２１によって検出された位置が異常信号のときは、回転位置推定部１８の出力θ１を用いる。
　位置検出器２１によって検出された位置信号が正常信号から異常信号になったとき、位置検出器２１の出力θ３から回転位置推定部１８の出力θ１に急激に変化させると、モータの脱調や振動、騒音が発生してしまう。そこで、位置検出器２１の出力θ３と回転位置推定部１８の出力θ１に乖離が発生し、位置検出器が故障していると判定されたとき、検出位置判定部１８は、図５に示すように位置検出器２１の位置θ３と回転位置推定部１６の位置θ１が略一致したところで位置信号を切り替える。
　このような構成とすることで、位置検出器の位置情報に加えて位置推定部による位置情報を使用することができ、低コストに冗長な電動パワーステアリング装置を構成できる。また、位置検出器２１が故障したときも切り替えショックが少なくドライバに違和感を与えない電動パワーステアリング装置を得ることができる。
　位置検出器２１の信号が正常信号のとき、検出位置判定部１８において回転位置推定部１６の出力θ１と位置検出器２１の出力θ３を比較し、位置検出器２１の信号に合わせることで、回転位置推定部１６で使用する三相同期電動機ごとの磁気飽和特性の個体差を調整することができる。結果として、複数の三相同期電動機の個体差の調整を低コストに実現できる。
　本実施形態である図４において、回転位置推定部１６は、仮想中性点電位に基づく位置推定部１６Ａを用いて説明しているが、中性点電位に基づく位置推定部１６Ｂを使用してもよい。
　（第３の実施形態）
　図６は、第３の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態の駆動装置３は、第２の実施形態と比較し、位置検出器２１に加えて位置検出器２２を備え、位置検出システムを冗長構成とする点が特徴である。
　電動パワーステアリング装置では、位置検出信頼性の向上の観点から、三相同期電動機２の回転子の位置を検出する位置検出器が２個以上設けられていることが多い。本実施形態では、位置検出器が２個の場合を代表例として取り上げて述べる。
　位置検出器２個の構成において、一方の位置検出器が故障した場合、どちらの位置検出器が故障したかを判別することは困難である。そこで、本実施形態では、位置検出器２個に加えて、回転位置推定部１６Ａを使用することで、位置検出器２１と位置検出器２２のうちのどちらが故障しているか判定することができる。したがって、正常な位置検出器を使用して電動パワーステアリング装置を駆動することができる。
　図７に、検出位置判定部１８の処理構成を示すフロー図を示す。まず、位置検出器２１と２２の出力信号を比較し、一致している場合は位置検出器２１の信号を用いる。位置検出器２１の出力信号θ３と２２の出力信号θ４が一致していない場合は、回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と比較する。位置検出器２１の出力信号θ３が回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致した場合は、位置検出器２１が正常と判断し、位置検出器２１の出力信号θ３を用いる。位置検出器２２の出力信号θ４が回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致した場合は、位置検出器２２が正常と判断し、位置検出器２２の出力信号θ４を用いる。位置検出器２１の出力信号θ３および位置検出器２２の出力信号θ４が共に回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致しない場合は、回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１を用いる。
　このような構成とすることで、２個ある位置検出器のうち１個が故障した場合であっても、回転位置推定部によっていずれの位置検出器が故障したかを特定することができる。そして、もう一方の位置検出器の位置情報を使用することで、位置検出器を使用した継続アシストを低コストで実現することができる。
　（第４の実施形態）
　図８は、第４の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態では回転位置推定部として特に、仮想中性点電位１４に基づく方法について説明する。
　回転位置推定部１６Ａは、仮想中性点電位１４に基づいて駆動される。仮想中性点回路１４は、図９に示すように、マイコンが搭載されるプリント回路板１の上に設置される。このような構成とすることで、三相巻線の中性点電位の引き出し線が不要となり、プリント回路板１と三相同期電動機２との結線が容易となる。また、プリント回路板１上に仮想中性点回路１４を設置することで、配線のノイズによる誤動作や検出電圧のリプルの増大を防ぐことができる。また、配線の長さも短くなり、コストを低減することができる。
　この仮想中性点回路１４の抵抗は、三相同期電動機２の巻線抵抗の１００倍以上の抵抗値で構成される。このように、巻線抵抗と仮想中性点回路の抵抗に差をつけることで、三相巻線のインピーダンスと分離することができるため、磁気飽和による仮想中性点電位の変動を精度よく検出し、検出位置推定部１６における位置精度を向上することができる。
　仮想中性点電位１４に基づいて駆動される回転位置推定部１６Ａは、１２０度通電制御で駆動される。そのため、電気角の精度は±３０度しかなく、高速回転では制御周期内での位置誤差が大きく、逆トルクの発生や脱調が発生する。そのため、三相同期電動機２の回転数が所定の回転数、例えば３０００ｒｐｍより大きくなった場合、電流を０にしてアシストを停止させる。これにより、パワーステアリング装置の安定駆動を実現することができる。
　（第５の実施形態）
　図１０は、第５の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態では、回転位置推定部１６として特に、三相同期電動機２の三相巻線の中性点電位を用いる構成となっている。
　このような構成とすることで、仮想中性点電位に基づく位置推定と異なり、正弦波での駆動が実現でき、トルク脈動による振動や騒音を低減することができる。
　（第６の実施形態）
　図１１は、第６の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態は、三相同期電動機２の三相巻線の中性点電位と仮想中性点電位の２つの信号を使用する点が特徴である。
　図１２に、回転位置推定比較部１８の構成を示す。回転位置推定比較部１８は、仮想中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ａ、中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ｂ、仮想中性点電位回路の故障や中性点電位の引き出し線の断線を検出する回転位置推定比較部１８により構成される。
　回転位置推定比較部１８では、仮想中性点電位と中性点電位を比較することで、仮想中性点電位回路に設置された抵抗のオープン故障や中性点電位の引き出し線のオープン故障での断線を検出する。
　中性点電位の引き出し線のオープン故障での断線検知の概要を、図１３を用いて説明する。図１３には、インバータ２の各相の上側アームに印加される電圧と、中性点電位Ｖｎおよび仮想中性点電位Ｖｎ０の波形を示している。図１３において、中性点電位Ｖｎは破線で、仮想中性点電位Ｖｎ０は実線で示される。
　図１３の上段に示すように、中性点電位引き出し線が断線していない場合には、インバータ２の上側アームが全てオンの期間において、仮想中性点電位Ｖｎ０と中性点電位Ｖｎは一致する。しかし、中性点電位の引き出し線がオープン故障で断線したとき、図１３の下段に示すように、仮想中性点電位と中性点電位が不一致となる。このように、中性点電位と仮想中性点電位とを比較することで、断線を検知する。
　仮想中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ａと中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ｂのうちの一方の位置推定部が故障した場合、故障していないもう一方の回転位置推定部に切り替えることで、操舵アシストを継続することができる。仮想中性点電位と中性点電位を備え、２つの電位を比較することで、中性点電位と仮想中性点電位の引き出し線の断線を別系統の回路を設けることなく、検知することができる。
　（第７の実施形態）
　図１４は、第７の実施形態に係る駆動装置３の構成を表すブロック図である。本実施形態の駆動装置は、中性点電位と仮想中性点電位の２つの信号に加え、回転位置検出部２１の信号を使用する点が特徴である。
　図１５は、回転位置比較部１９の構成を示す。回転位置比較部１９は、仮想中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ａ、中性点電位に基づく位置推定を行う回転位置推定部１６Ｂ、回転位置推定部の出力１６Ａ、１６Ｂと回転位置検出器の出力θ３とを比較する回転位置比較手段１９により構成される。
　図１６は、回転位置比較手段１９の処理構成を示すフロー図を示す。回転位置比較手段１９では、位置検出器２１の出力と回転位置推定部１６Ｂの出力を比較し、これら２つの出力のうちどちらが故障しているかを回転位置推定部１６Ａの出力で判定する。位置検出器２１と回転位置推定部１６Ｂの出力信号θ２を比較し、一致している場合は位置検出器２１の信号を用いる。位置検出器２１の出力信号θ３と回転位置推定部１６Ｂの出力信号θ２が一致していない場合は、回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と比較する。位置検出器２１の出力信号θ３が回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致した場合は、位置検出器２１が正常と判断し、位置検出器２１の出力信号θ３を用いる。回転位置推定部１６Ｂの出力信号θ２が回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致した場合は、回転位置推定部１６Ｂの出力信号θ２を用いる。位置検出器２１の出力信号θ３および回転位置推定部１６Ｂの出力信号θ２が共に回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１と一致しない場合は、回転位置推定部１６Ａの出力信号θ１を用いる。
　このような構成とすることで、ハード系の位置検出器を１つとする構成でありながら、３重の冗長系を低コストで確保することができる。なお、本実施形態では、回転位置検出器が１個の例を紹介したが、２個以上とすることで更なる冗長化を図ることができる。
１：プリント回路板，１１：直流電源，１２：インバータ，１３：パルス幅変調信号出力手段，１４：仮想中性点回路，１５：電流検出部、電圧検出部，１６：回転位置推定部，１６１：非通電相電位選択器，１６２：基準レベル切替器，１６３：比較器，１６４：通電モード決定器，１７：指令信号演算部，１８：回転位置推定比較部，２：三相同期電動機，３：駆動装置，４：電動パワーステアリング装置，４１：ステアリングホイール，４２：トルクセンサ，４３：ステアリングアシスト機構，４４：ステアリング機構，４５：タイヤ

Claims (20)

  1. 　操舵の補助力として三相同期電動機が用いられる電動パワーステアリング装置を制御する制御装置であって、
    　前記三相同期電動機の中性点電位または仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する回転位置推定部と、
    　前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する指令信号演算部と、を備える電動パワーステアリング装置の制御装置。
  2. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記制御装置には、前記三相同期電動機の回転子の位置を検出する回転位置検出器によって検出された位置信号が入力され、
    　前記指令信号演算部は、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置または前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置のいずれかに基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算し、
    　前記指令信号演算部は、前記位置信号が異常である場合に、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  3. 　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記制御装置には、前記三相同期電動機の回転子の位置を検出する第１の回転位置検出器によって検出された第１の位置信号と、前記三相同期電動機の回転子の位置を検出する第２の回転位置検出器によって検出された第２の位置信号と、が前記位置信号として入力される電動パワーステアリング装置の制御装置。
  4. 　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記制御装置は、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置に基づいて、前記回転位置推定部が推定する前記回転子の位置を補正する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  5. 　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置と、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置とが略一致するときに、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置に基づく前記三相同期電動機の指令信号の演算と、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づく前記三相同期電動機の指令信号の演算とを切り替える電動パワーステアリング装置の制御装置。
  6. 　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記制御装置は、前記位置信号が異常であると判定された場合に、前記異常を検出する前に前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置を保持したまま、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づく前記三相同期電動機の指令信号の演算に切り替える電動パワーステアリング装置の制御装置。
  7. 　請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記指令信号演算部は、前記位置信号が正常である場合に、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  8. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記三相同期電動機の仮想中性点電位を出力する仮想中性点回路を備え、
    　前記回転位置推定部は、前記仮想中性点回路が出力する前記仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  9. 　請求項８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記仮想中性点回路は、前記制御装置を駆動するマイコンが搭載されるプリント回路板に搭載される電動パワーステアリング装置の制御装置。
  10. 　請求項８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記三相同期電動機の回転数が所定の回転数を超えたときに、前記三相同期電動機による操舵補助を停止する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  11. 　請求項８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記仮想中性点回路の各抵抗値は、前記三相同期電動機の巻線抵抗の百倍以上とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
  12. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記三相同期電動機の中性点電位を前記指令信号演算部に出力する中性点電位引き出し線を備え、
    　前記回転位置推定部は、前記三相同期電動機の中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  13. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記三相同期電動機の仮想中性点電位を出力する仮想中性点回路と、
    　前記三相同期電動機の中性点電位を前記指令信号演算部に出力する中性点電位引き出し線と、を備え、
    　前記三相同期電動機の前記中性点電位と前記三相同期電動機の前記仮想中性点電位とを比較することによって前記中性点電位引き出し線の断線を検知する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  14. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記回転位置推定部は、第１の回転位置推定部と第２の回転位置推定部とを有し、
    　前記指令信号演算部は、前記第１の回転位置推定部または第２の回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  15. 　請求項１４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記制御装置には、前記三相同期電動機の回転子の位置を検出する回転位置検出器によって検出された位置信号が入力され、
    　前記指令信号演算部は、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置または前記第１の回転位置推定部もしくは第２の回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  16. 　請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
    　前記回転位置推定部は、前記三相同期電動機の中性点電位または仮想中性点電位のいずれかのみに基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する電動パワーステアリング装置の制御装置。
  17. 　操舵操作に応じて転舵輪を転舵させる操舵機構と、
    　前記操舵機構に操舵力を付与する三相同期電動機と、
    　前記三相同期電動機を駆動制御する制御装置と、
    　前記三相同期電動機の中性点電位または仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する回転位置推定部と、
    　前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する指令信号演算部と、を備える電動パワーステアリング装置。
  18. 　請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置において、
    　前記三相同期電動機の回転子の位置を検出する回転位置検出を備え、
    　前記指令信号演算部は、前記回転位置検出器によって検出された前記回転子の位置または前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置のいずれかに基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算し、
    　前記指令信号演算部は、前記位置信号が異常である場合に、前記回転位置推定部によって推定された前記回転子の位置に基づき前記三相同期電動機の指令信号を演算する電動パワーステアリング装置。
  19. 　請求項１８に記載の電動パワーステアリング装置において、
    　前記三相同期電動機の仮想中性点電位を出力する仮想中性点回路を備え、
    　前記回転位置推定部は、前記仮想中性点回路が出力する前記仮想中性点電位に基づき前記三相同期電動機の回転子の位置を推定する電動パワーステアリング装置。
  20. 　請求項１９に記載の電動パワーステアリング装置において、
    　前記仮想中性点回路は、前記制御装置を駆動するマイコンが搭載されるプリント回路板に搭載される電動パワーステアリング装置。
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