WO2017037779A1

WO2017037779A1 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: WO2017037779A1
Application number: PCT/JP2015/074415
Authority: WO
Inventors: 古川　晃; 昭彦森
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-09
Also published as: EP3342676A1; CN107921991B; JP6771468B2; US10071763B2; CN107921991A; US20180079449A1; JPWO2017037779A1; EP3342676A4; EP3342676B1

Abstract

車両の操舵装置を回転させる電動モータ（２）と、電動モータ（２）を制御する制御ユニット（１）を備え、電動モータ（２）は独立した２組のコイル巻線群を備えたステータを有し、制御ユニット（１）は、制御量を演算し、出力するＣＰＵ（３）と電動モータ（２）の巻線群それぞれを独立に駆動する駆動回路（１３）を有し、ＣＰＵ（３）は、は複数の故障を検出するとともに、少なくとも２種類の故障モードに分類し、1個目の故障検出後は正常側で制御を継続し、２個目以降の故障発生時には過去の故障を含めて正常時の制御により近い制御ができる組を採用し、制御を継続する。

Description

電動パワーステアリング装置

　この発明は、制御ユニットを冗長系の構成とした電動パワーステアリング装置に関するものである。

　従来の電動パワーステアリング装置において、モータに２組のステータ巻線を備えると共に、制御ユニットにその２組のステータ巻線を独立に駆動できるインバータ回路を２組備え、両者を協働して制御し、一方の異常時には正常側でモータ駆動を継続する装置が知られている。また、例えば特開２０１１－７８２３０号公報（特許文献１）には、制御ユニットのインバータ回路内のスイッチング素子のショート故障時に、その故障によるブレーキトルクを抑制するように正常側で出力を可変（増大）制御する電動パワーステアリング装置が記載されている。さらに、例えば特開２０１１－７８２２１号公報（特許文献２）には、スイッチング素子がオープン故障した場合に、故障していない相は継続制御し、正常側は通常時と故障時の差分トルクを補正して制御する電動パワーステアリング装置が記載されている。

特開２０１１－７８２３０号公報特開２０１１－７８２２１号公報

　特許文献１および２に記載された従来の装置は、１つの故障に対して正常側でいかに制御を継続するかについて記載されたものであって、多数の部品からなる装置においては故障のモードは種々に渡り、装置の構成により対処できる方法も制限されることがあった。従って、故障モード、あるいは装置の構成の違いにより、いかに制御を継続することができるか、又はドライバーにとってどのような制御の継続が車両の運転を続けられるか、について考慮して装置の開発を行うことが必要である。つまり、故障の検出と制御の継続をバランスよく実現した装置の開発が望まれる。

　この発明は、前記のような従来装置の問題点を解決するためになされたものであり、特に２重の故障モードと装置の構成に基づいて制御の継続を実施する電動パワーステアリング装置の提供を目的とするものである。

　この発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵装置を回転させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御ユニットを備え、前記電動モータは少なくとも独立した２組のコイル巻線群を備えたステータを有し、前記制御ユニットは、制御量を演算し、出力する制御部と前記電動モータの巻線群それぞれを独立に駆動できる出力部を有する電動パワーステアリング装置において、
　前記制御部は、各部位の故障を検出し、検出された故障について発生した部位、内容を記憶するとともに、その故障内容を少なくとも２種類の故障モードに分類して記憶するメモリを備え、
　前記メモリは、１個目の故障を検出した場合には、故障を検出していない正常組で制御を継続するか、または故障した組の故障していない一部と正常組とを合わせて制御を継続し、２個目以降の故障を検出した場合には、過去の故障モード、発生部位も含めて制御の継続を決定し、制御を継続する場合は制御することができる組を選出するか、または各組の故障していないそれぞれ一部を採用して制御を継続する故障判断機能部を有するものである。

　この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ巻線組に対応して各部位を組分けし、故障発生毎に発生部位、発生組、故障モードを記憶し、１個目故障発生時は、正常側で制御を継続し、２個目以降の故障発生時は過去の記憶した故障内容も加味して制御を継続するようにしたので、制御の継続がより可能となり、ハンドルアシストを継続し車両の運転を可能となる。また、故障内容が記憶されているので故障原因、修理に役立つ効果がある。
　この発明の上記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体回路図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の故障メモリ図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の回転角に対する電流値を示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の回転角に対する電流値を示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＶ相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＷ相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の各相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ１相とＵ２相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ１相とＵ２相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ１相とＵ２相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ１相とＵ２相故障時の出力トルクを示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＶ１相とＶ２相故障時の電流値を示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置のＵ１相とＵ２相故障時の出力トルクを示す図である。

　以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、電動パワーステアリング装置の全体回路図である。図１において、符号１は制御ユニットを示し、符号２は３相２組のモータを示し、車両の操舵装置を回転させるものである。制御ユニット１は、ＣＰＵを中核とする制御部３（以下、ＣＰＵと称する。）を搭載した制御回路部４と、出力部の主たる構成回路であるインバータ回路５ａ、５ｂ、および電源用リレー６ａ、６ｂを備えて構成されている。車両に搭載されたバッテリ７から電源（＋Ｂ、ＧＮＤ）が供給され、イグニッションスイッチ８により電源回路９を介して制御回路部４に電源が投入される。制御回路部４には、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサ等の情報がセンサ１０から入力される。なお、電源（＋Ｂ、ＧＮＤ）の経路にはノイズフィルタ１１が設置されている。

　センサ１０からの情報は、制御回路部４の入力回路１２を介してＣＰＵ３に伝達される。ＣＰＵ３はそれら情報からモータ２を回転させるための電圧指令値を演算し、駆動回路１３へ出力する。駆動回路１３はそれらの制御指令を受け、インバータ回路５ａ、５ｂの各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。

　インバータ回路５ａは、モータ２の３相の巻線（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）のための上アーム用スイッチング素子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、下アーム用スイッチング素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗと、モータ巻線との接続、遮断を実行するモータリレー用スイッチング素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗと、電流検出用のシャント抵抗１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗと、さらにはノイズ抑制用コンデンサ１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗを備えて構成されている。

　また、インバータ回路５ｂもインバータ回路５ａと同様に構成されている。即ち、インバータ回路５ｂは、モータ２の３相の巻線（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）のための上アーム用スイッチング素子１９Ｕ、１９Ｖ、１９Ｗ、下アーム用スイッチング素子２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗと、モータ巻線との接続、遮断を実行するモータリレー用スイッチング素子２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと、電流検出用のシャント抵抗２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと、さらにはノイズ抑制用コンデンサ２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗを備えて構成されている。

　前記のように、３相２組のモータ２の各相の巻線に対して同一の回路構成を有し、それぞれのモータ２の各相の巻線に独立に電流供給が行えるようになっている。なお、図１では、下アーム用スイッチング素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、および２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗのそれぞれに電流検出用のシャント抵抗１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、および２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗが設置されているが、上アーム用スイッチング素子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの付近や母線に設置してもよい。

　また、図１では示されていないが、シャント抵抗１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、および２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗの両端間の電位差、および例えばモータ巻線端子の電圧等も入力回路１２に伝達されている。これらの情報もＣＰＵ３に入力され、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うことにより、所望のモータ電流を供給し、操舵力をアシストするように構成されている。なお、駆動回路１３から電源用リレー６ａ、６ｂの駆動信号も出力されており、電源用リレー６ａ、６ｂを構成するスイッチング素子によりモータ２への電流供給を遮断することができる。同様に、ＣＰＵ３はモータリレー用スイッチング素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、および２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの制御も行い、各相をそれぞれ独立に遮断することもできる。

　ＣＰＵ３は入力した各情報から、インバータ回路５ａ、５ｂ、モータ２の巻線、さらには各回路などの故障を検出する故障判断機能部を有し、故障を検出した場合、その故障に応じて、例えば所定相のみの電流供給を遮断するために、モータリレー用スイッチング素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、あるいは２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗをオフする。または、電源を元から遮断するために電源用リレー６ａ、６ｂをオフすることも可能である。さらに故障を検出した場合、報知部、例えばＬＥＤ２４を点灯させるように、ＣＰＵ３から出力回路２５を介して信号を出力する。なお、電源用リレー６ａ、６ｂをインバータ回路５ａ、５ｂにそれぞれ包含させてもよい。

　モータ２は、３相２組の巻線がスター結線されたブラシレスモータが用いられている。ブラシレスモータのためにロータの回転位置を検出する回転センサ２６ａ、２６ｂが搭載されている。この回転センサ２６ａ、２６ｂも冗長系を確保するために２組のセンサがそれぞれ搭載され、その回転情報は各々制御回路部４の入力回路１２に伝達されている。なお、３相スター結線のブラシレスモータでなくても、デルタ結線であっても、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。また巻線仕様についても、各組に位相差を設けたものであっても、位相差のない所謂多相（６相）巻線であってもよい。

　以上のように制御ユニット１は、それぞれ独立に入力情報、演算値、検出値を使用してモータ２を制御できる構成となっている。図１においては、ＣＰＵ３、および駆動回路１３は単一部品として示しているが、インバータ回路５ａ、５ｂにそれぞれ対応して２個のＣＰＵ（ＣＰＵ１、ＣＰＵ２）、２個の駆動回路を有する構成であってもよい。また、電源回路９も各ＣＰＵ３、駆動回路１３毎に独立で２個有する構成であってもよい。

　以上のように構成された装置において、故障モードについて詳細に検討する。まず、ノイズフィルタ１１、電源回路９に故障が発生したことを検討する。故障モードとしては所定の電源が供給できないことが考えられる。所定の電源が供給できない場合はその他の部品が正常であっても、正常な制御ができる保証はないため、故障モードは他の部位に影響を及ぼすより重大な第２故障モードと判断する。なお、ノイズフィルタ１１のコイルのオープン故障、又はコンデンサショート故障は所定の電源が供給できないことと同一であるが、コイルショート、又はコンデンサオープン故障の場合、所定の電源は供給可能であるので、このようなモードは第２故障モードと比べて比較的軽微な第１故障モードと判断する。

　同様に駆動回路１３、入力回路１２等の周辺回路の故障を考える。オープン故障では所望の信号が伝達されないモードであり、ショート故障では、所定の電圧、電位レベルの固着しているモードが考えられる。どのモードであっても、その情報が制御継続に必須であれば、制御継続不能となるが、他の情報で代替えがきくのであれば制御継続可能となる。そのため故障の影響度によって、より低い第１故障モードから重大な第２故障モードに分類して記憶する。

　同様に電源用リレー６ａ、６ｂ、モータリレー用スイッチング素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、あるいは２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗについて考える。これらは複数の部品を含んでいるが、故障モードの影響度という視点で纏めると、オープンモードとショートモードに分類できる。つまり、オープンモードのほとんどの故障は、所定の信号が伝達されず、他の部位に影響を与る第２故障モードとなる。一方ショートモードのほとんどの故障とは、電流的には接続されている状況であり、このような故障は他の部位にも影響を及ぼすことが少ないので第１故障モードとなる。またインバータ回路５ａ、５ｂも同様なオープン故障、ショート故障に分類できる。ただし、スイッチング素子のみならず、コンデンサ、シャント抵抗が存在するため簡単にオープン故障、ショート故障でそれぞれを第１故障モードあるいは第２故障モードと分類はできない。

　例えば、ノイズ抑制用コンデンサ１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗ、あるいは２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗがオープン故障の場合、モータ２の制御には影響しないので、第１故障モードとなる。上アーム用スイッチング素子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１９Ｕ、１９Ｖ、１９Ｗ、あるいは下アーム用スイッチング素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗの場合、ショート故障を発生させるとそれに直列接続されたもう１方のスイッチング素子がオン制御されて大電流が流れ、そのスイッチング素子のみならず周りの部品まで影響することが考えられる。そのため第２故障モードとなる。一方、オープン故障ではそのスイッチング素子をオンする間のモータ制御が希望どおり回転できないが、その他の部品がすべて正常であれば、残った部品でモータ２の回転を継続することも可能である。そのため第１故障モードに分類する。さらにショート故障には電源、グランドへの天絡、地絡も含まれ、このような故障の場合はどの部品であっても通常は第２故障モードとなる。今後はこれら２種類の故障モードについて考慮してゆく。

　ＣＰＵ３の故障モードを考えると、１個の入力、又は出力ポートのみが故障した場合は他の部位に影響を与えない第１故障モードとなり、ＣＰＵ３の内部のコア部、例えば演算部、メモリ部の故障のように１個の故障であってもその結果が制御量、記憶値に影響を及ぼす第２故障モードと分類することができる。ＣＰＵ３が２個構成（ＣＰＵ１、ＣＰＵ２）であれば、さらに両者の保有値を交換して互いに比較検証することもできる。さらにＣＰＵ３では、故障検出毎に故障モードを分類するのみならず、複数の故障の発生事実も記憶する。また、この発生した故障を２組のコイル巻線のどちら側の組で発生したかも記憶する。つまり、故障発生した組と故障発生部位、故障モード、故障発生順番の４つに分割されることになる。これらの故障検出、分類、記憶はすべてＣＰＵ３の内部で達成できる。

　次に、故障が発生した後の制御方法について説明する。
　まず、１個目の故障を検出した場合の最も単純な方法として、その故障モードが第１、第２に係りなく、故障発生した組の制御を停止する。そして正常側の組のみで制御を継続する。次に２個目の故障を検出した場合は、その内容、発生組によって制御継続方法を変更する。つまり、１個目の故障と同一組で第１、第２故障モードが２回目に発生した場合は、正常側のみで制御を継続しているので、これを継続する。

　２個目の故障が他の組で発生した場合、その故障モードと１個目の故障も含めて考慮する。組わせとして、次の４種類が考えられる。
　　（１）第１＋第１故障モード
　　（２）第１＋第２故障モード
　　（３）第２＋第１故障モード
　　（４）第２＋第２故障モード

　前記（１）の故障モード場合はどちらも第１故障モードであり、どちらの組で制御継続してもよい。又は第１故障モードでもより正常時に近い制御継続ができる方を採用することもできる。さらに両方の組で制御できるもののみを継続して両者協同で制御継続も可能である。例えば、３相の内１相のスイッチング素子（１４Ｕまたは１５Ｕ）がオープン故障をした場合、一方の組のみで２相駆動を行うこともできるし、両組をそれぞれ２相ずつ駆動することもできる。さらにパワーステアリングアシスト力が多く必要の場合は両組を駆動し、アシスト力が少なくてよい場合は１組のみで駆動することも可能である。

　次に、前記（２）、（３）の故障モード場合、発生順序が異なるが故障モードとしては同一である。従って一方の故障が第２故障モードであるため、この第２故障モード側の組の制御を中止し、もう１組の第１故障モードを駆動する。つまり第１故障モードを優先的に採用するものである。

　前記（４）の故障モード場合、故障モードとしては重篤であるので、最悪は制御中止となる。また、両方が第２故障モードであっても、故障部位によって制御継続する上で優先順位をつけることができるのであれば、その優先順位に沿って制御継続を行う。例えば、上アーム用スイッチング素子１４Ｕがショート故障である１組と、モータ巻線が天絡、又は地絡故障である２組とすると、モータ巻線の故障の方がモータ２を回転させる上では制御不可能であることが高い。そのため１組の方を採用し、上アーム用スイッチング素子１４Ｕがショートしていることを踏まえて２相駆動することでモータ巻線に電流を供給しつづけることが可能である。つまりこのような故障の場合は、１組を採用して制御をできるかぎり継続する。

　ＣＰＵ３における故障発生時の記憶内容を図２に示す。図２はＣＰＵ３の内部にあるメモリの一部を模擬している、符号３０から３２は列を、符号３３から３７は行をそれぞれ示し、それらはアドレスＡｄｄ１からＡｄｄ４に相当する。符号３３は説明のための表題の行であって、メモリには存在していない。アドレスＡｄｄ１の３０列にはどの組かを記憶するための場所であり、アドレスＡｄｄ１の３１列には故障発生部位を示し、例えば図１に示した部品名を記憶する。アドレスＡｄｄ１の３２列は故障モードを記憶するためのメモリで、第１又は第２故障モ－ドのどちらかの故障モードが記憶される。同様にアドレスＡｄｄ２は２個目に発生した故障、アドレスＡｄｄ３は３個目、アドレスＡｄｄ４は４個目の故障となっている。

　次に、図２の例に記載した内容で発生した故障の記憶とその対策について説明する。
　１個目（初めて）の故障がアドレスＡｄｄ１の行に記憶され、１組の巻線に対応する側で、上アーム用スイッチング素子１４Ｕが第１故障モードで故障を検出したことを記憶している。ここで故障が発生したため、１組側は制御を中止し、２組の正常側のみで制御を継続することになる。その後２個目の故障が発生し、アドレスＡｄｄ２にその内容が記憶される。この場合も１組で、下アーム用スイッチング素子１５Ｕで第１故障モードが検出され、記憶されたことを示している。なお、これらの故障は修理されることなく順次発生したものであって、故障発生後修理される毎に、これらのデータはクリアされる。また、イグニッションスイッチ８のオン、オフには依存しない。つまり電源の有無に関係なくデータは修理されない限り保持される。

　２個目の故障発生も１個目と同一組であったため、制御継続は同様に２組側で実施される。次に３個目の故障が発生し、アドレスＡｄｄ３の行にその内容が記憶される。ここでは２組側で、電源用リレー６ｂが第２故障モードで記憶されたことを示している。３個目では今まで正常側であった２組に、しかも第２故障モードが発生してしまったことになる。制御継続の視点で１組と２組を比較すると、１組は２個の部位に故障が発生しているが、第１故障モードであり、しかも同一相であるＵ相に発生していることがわかる。つまり残りのＶ相、Ｗ相に対応する部位は正常に残存している。一方２組は電源用リレー６ｂが故障し、しかもその故障はより重篤である第２故障モードである。そのため制御継続面から考えると、１組で制御継続した方がアシストを実行できる、つまりモータ２を回転させることがより可能である。そこで、３個目の故障発生後には１組側に制御を移し、Ｕ相以外の２相駆動でモータ駆動を継続する。

　さらに４個目の故障は発生しアドレスＡｄｄ４の行に記憶される。この場合は２組、第２故障モードであり、両組とも第２故障モードが発生してしまったケースである。そのため制御継続はこれ以上不可能であり、制御中止となる。

　以上のように故障した組、部位、故障モードを検出する毎に記憶して、２個目以降の故障が発生した場合、過去の故障モード、部位、組を考慮して制御の継続ができる方を判断して採用するように機能する。

　故障発生に対してこれをドライバーに報知する必要があるが、報知部であるＬＥＤ２４を用いて報知することができる。この際、故障発生１個目から４個目はその報知方法を変更してドライバーに故障レベルを知らせることもできる。つまりアドレスＡｄｄ１ではＬＥＤ２４を点灯、アドレスＡｄｄ２からＡｄｄ４は異なるモードで点滅させるようにする。これによりドライバーは故障回数も把握できることになり、車両を修理工場へ移送する緊急度がわかるようになる。そのため１個目の制御継続、２個目又は１個目と異なる制御継続、さらには制御中止の３種類程度を用意するとよい。また、図２のメモリに故障内容が記憶されているので、修理工場ではどこが故障しているかを把握することができ、故障原因、修理に役立つ効果も有している。

　ＣＰＵ３による故障検出方法は、部位に依存し部位を駆動、非駆動とした場合の各々の電圧値、又は電流値をモニタすることにより判断する。また電源投入時、イグニッションオン時にのみチェックすることで判明する故障、および部位もあれば、制御中にモニタすることで判明するものもあり、この方法は従来装置と同様である。

　以上の説明のように、実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ巻線組に対応して各部位を組分けし、故障発生毎に発生部位、発生組、故障モードを記憶し、１個目故障発生時は、正常側で制御を継続し、２個目以降の故障発生時は過去の記憶した故障内容も加味して制御を継続するようにしたので、制御の継続がより可能となり、ハンドルアシストを継続し車両の運転を可能となる。また、故障内容が記憶されているので故障原因、修理に役立つ効果がある。

実施の形態２．
　次に、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置について説明する。実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の構成については、実施の形態１と略同様であるので、図示説明は省略する。
　制御ユニット１は、ＣＰＵを２個有し同一パッケージに内蔵した構成であってもよい。この場合、２個のＣＰＵ間で通信できるラインで接続し、各々相手方のＣＰＵの状況、例えば異常発生の有無、分担率等を通信により授受することで、相手方の状況を把握して自己の制御に反映することができる。

　単一のＣＰＵであっても、ソフトウエアの構成を独立にし、その制御指令他の結果値も別々に格納することで、冗長系をなすことができる。また、駆動回路１３のために出力ポートを異なるポートに分離することにより、一方のポートが異常になった場合であっても、他方のポートで出力を継続することができる。制御回路部４のＣＰＵ３を１本化して集約することで、実施の形態１と比較してその規模を縮小することができ、通信ラインを省くことによりノイズ他により通信エラーに対しても強化できる効果がある。

　さらにＣＰＵ３において一方が異常時に制限電流を増加する具体例について説明する。実施の形態１では分担について説明したが、ここでは現実に制御している電流値について説明する。
　正常時に３相を流れる電流は、電流実効値Ｉｒｍｓを用いて式（１）で与えられる。

　誘起電圧は式（２）で与えられる。

　モータトルクＴｍ、３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよび３相誘起電圧ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの関係は、式（３）で与えられる。

　式（１）および式（２）を式（３）に代入すると、モータトルクＴｍは式（４）で与えられる。

　一方、Ｕ１相がオープン故障した場合には、Ｕ相には電流が流れないため、式（５）が成り立つ。

　このとき、モータトルクＴｍは式（６）で与えられる。

　つまり、モータトルクＴｍを出力するためには式（７）のようにＶ相電流を設定すればよい。

　例えば、ロータの表面に磁石を張り合わせた形状をもつ、回転界磁式の同期モータ（ＳＰＭモータ）のような突極性の無いモータでは、モータトルクＴｍはｑ軸電流Ｉｑに対して式（８）のように表すことができる。

　また、式（１）のような３相電流が流れる場合のｑ軸電流Ｉｑは式（９）で表される。

　式（９）を式（７）に代入することで、ｑ軸電流Ｉｑによってオープン故障時に必要となるＶ相電流は式（１０）で与えられる。

　Ｕ相のオープン故障時に式（１０）のようにＶ相電流を制御した場合には、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗは図３のようになる。図３は横軸にモータ２の回転角、縦軸を正常時の電流実効値＝１とした場合の電流比率を表しているが、電流比率は出力トルク比率と見ることもできる。ここでは、３相のうち１相を停止していることから熱容量に対してマージンができたと考えて、故障時の電流実効値Ｉｒｍｓの最大値を正常時の３／２倍としている。正常時の各群の出力トルクを１として、図４のような出力トルクとなる。９０ｄｅｇ付近と２７０ｄｅｇ付近では出力トルクが減少し、９０ｄｅｇおよび２７０ｄｅｇでは０となる。なお、ここでは故障時の電流実効値Ｉｒｍｓの最大値を正常時の３／２倍としたが、許容できる熱容量に応じて最大値を設定してもよい。正常時と同等にした場合には図５のようになり、制限がかかって出力トルクが減少する範囲が大きくなる。つまり、故障時の電流実効値Ｉｒｍｓが大きいほど出力トルクを確保できる領域が広がる。

　また、Ｖ相がオープン故障した場合には図６のようになり、３０ｄｅｇ付近と２１０ｄｅｇ付近では出力トルクが減少し、３０ｄｅｇおよび２１０ｄｅｇでは０となる。Ｗ相がオープン故障した場合には図７のようになり、１５０ｄｅｇ付近と３３０ｄｅｇ付近では出力トルクが減少し、１５０ｄｅｇおよび３３０ｄｅｇでは０となる。

　本実施の形態２では、２群で３０ｄｅｇ位相差があるモータ２において、それぞれの群で３相のうち１相がオープン故障した場合として、例えば、インバータ回路５ａのＵ相の上アーム用スイッチング素子１４Ｕおよびインバータ回路５ｂのＵ相の上アーム用スイッチング素子１９Ｕがオープン故障したときについて説明する。

　正常時に３相を流れる電流は、電流実効値Ｉｒｍｓを用いて式（１１）で与えられる。

　Ｕ２相、Ｖ２相またはＷ２相がオープン故障した場合には、前述と同様の考え方により図８のような出力トルクとなる。つまり、それぞれの群にオープン故障した相が存在する場合には、最初にオープン故障した群で継続運転しても、後にオープン故障した群で継続運転しても１周期の中でトルクが０となる角度が２回発生する。

　ところで、図４、図６および図７と、図８を見比べてわかるように、位相差３０ｄｅｇの効果により、出力トルクが０となる角度が６相全てで異なる。本実施の形態２ではこの性質を利用して、両群でオープン故障した場合に故障相以外の計４相によって継続運転する。

　Ｕ１相とＵ２相がオープン故障したときのそれぞれの群の出力トルクは図９のようになり、２群の出力トルクの和の最大値は図１０となる。例えば、各群で図１１のような出力トルクを確保すると、出力トルクの和は８８ｄｅｇから１２２ｄｅｇ、２６８ｄｅｇから３０２ｄｅｇの区間では１０％程度のトルク低下があるものの、それ以外の区間で１となる。群間に位相差のあるモータ２において各群で１相ずつオープン故障が発生した場合に各群の正常相を用いて継続運転をすることによって、正常群のみを継続運転することで出力トルク１を確保している片群故障時に対して、出力トルク低下を一部区間で１０％程度に低減することができる。ここでは、２群のみでは出力トルクが不足した場合に１群でも出力トルクを稼ぐようにしたが、熱的に偏りが生じるため時間や角度などを条件として１群と２群の負荷バランスを調整してもよいことはいうまでも無い。

　熱的な偏りを抑制するために１群と２群で負荷を均等に配分した一例における出力トルクを図１２に、Ｖ１相およびＶ２相の電流を図１３に示す。１群と２群でほぼ５０％ずつ出力トルクを確保して、オープン故障の影響によって片群の出力トルクが大きく低下する領域ではもう一群の電流を多めに流すことで図１１と同様の出力トルクの和を得ることができる。なお、図１１から図１３では図３と同様に、故障時の電流実効値Ｉｒｍｓの最大値を正常時の３／２倍としたが、熱容量に余裕があれば正常時の√３倍にすることで図１４のように全領域で出力トルク１を確保することが可能である。

　以上のように、同程度の故障、特に第１故障モードがそれぞれの異なる箇所に発生した場合、故障モードに差異がないため、一方の組のみで制御を継続するのではなく、各組の故障箇所を制御停止し、その他の正常な箇所使用して継続駆動することにより、故障により適切に対処できる。また、故障発生時に駆動の制限電流値を増加させることにより、モータ電流供給を少しでも増加継続したので、操舵力アシストをできる限り確保することができ、操舵性を確保することにより安全性の高いパワーステアリング装置を提供できる。

　なお、前記においてはこの発明の実施の形態１および２について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

　車両の操舵装置を回転させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御ユニットを備え、前記電動モータは少なくとも独立した２組のコイル巻線群を備えたステータを有し、前記制御ユニットは、制御量を演算し、出力する制御部と前記電動モータの巻線群それぞれを独立に駆動する駆動回路を有する電動パワーステアリング装置において、
　前記制御部は、各部位の故障を検出し、検出された故障について発生した部位、内容を記憶するとともに、その故障内容を少なくとも２種類の故障モードに分類して記憶するメモリを備え、
　前記メモリは、１個目の故障を検出した場合には、故障を検出していない正常組で制御を継続するか、または故障した組の故障していない一部と正常組とを合わせて制御を継続し、２個目以降の故障を検出した場合には、過去の故障モード、発生部位も含めて制御の継続を決定し、制御を継続する場合は制御することができる組を選出するか、または各組の故障していないそれぞれ一部を採用して制御を継続する故障判断機能部を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、故障モードを第１モードと第２モードの２種類の故障モードを有し、前記第１モードは故障が発生した部位のみに作用するもの、または代替え可能な軽微な故障モードであり、前記第２モードは、故障が発生した部位のみならず他の部位にまでその故障が影響するか、または代替え不可能な前記第1モードと比較して重篤な故障モードであることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、２個目以降の故障を検出した場合、過去の故障モード、発生部位、組も含めて前記第１モードを優先して選択することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、複数の故障が同一の前記第２モードの故障であり、かつ各組のそれぞれに故障が発生して発生部位にも差異がない場合、制御を中止することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、複数の故障が同一の前記第１モードの故障を検出した場合、発生部位を考慮して正常時の制御により近くなる組を採用するか、または両組の一部をそれぞれ採用することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、前記故障モードに応じて制御の継続を行う際、故障による一部の制御を停止し、継続する組の電流を正常時より増加して制御を継続することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記故障判断機能部は、１個目の故障発生時の制御の継続と、１個目の制御の継続と異なる２個目以降の故障発生時の制御の継続の少なくとも２種類以上の報知内容を持つ報知部を有することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。