JP2016096608A - モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのレゾルバの出力に異常が生じた場合でも電動モータの駆動制御を継続することが可能なモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両を提供する。
【解決手段】
操舵系に介挿されたトーションバーの入出力側の回転角を検出して操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、多相電動モータのモータ回転角を検出するレゾルバを含むモータ回転角検出部と、モータ回転角検出部の異常を検出するモータ角度異常検出部と、多相電動モータのモータ電流検出値およびモータ電圧検出値および操舵トルク検出部のトーションバーの出力側回転角に基づいて逆起電圧によるモータ回転角を推定するモータ回転角推定部と、回転角検出部異常検出部でモータ回転角検出部の異常を検出したときに、当該モータ回転角検出部のモータ回転角検出値に代えてモータ回転角推定部のモータ回転角推定値を選択するモータ回転角選択部とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両に関する。

車両に搭載する電動パワーステアリング装置の電動モータや、電動ブレーキ装置の電動モータ、電気自動車やハイブリッド車の走行用電動モータ等を駆動制御するモータ制御装置は、モータ制御系に異常が発生した場合でも電動モータの駆動を継続できることが望まれている。
上記要望に応えるために、多相電動モータの多相モータ巻線を例えば二重化し、二重化した多相モータ巻線に対して断線状態を検出する断線検出手段を備えるとともに、断線状態に応じてモータの制御量を低減する制御量低減手段を備えるモータ制御装置および車両用操舵装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４３３８５６号公報

ところで、電動パワーステアリング装置のモータ制御においては、ステアリングの操舵角や操舵速度等に応じてモータの回転角度を高精度に制御するために、モータにレゾルバが設けられている。前述した特許文献１に記載された従来例にあっては、モータの動力線の断線状態を検知し、断線状態によってモータの制御量を低減し、動力線の断線時におけるモータの発熱を低減することでモータの駆動を継続しているが、モータの動力線以外の故障、例えば、レゾルバの故障には対応していない。そのため、上記従来例では、モータに取り付けられたレゾルバが故障しモータの回転角が検出できなくなった場合に対処できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、モータのレゾルバに故障が生じた場合や、レゾルバの出力が小さい場合でも電動モータの駆動制御を継続することが可能なモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両を提供することを目的としている。

上記目的を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、操舵系に介挿されたトーションバーの入出力側の回転角を検出して操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記多相電動モータのモータ回転角を検出するレゾルバを含むモータ回転角検出部と、該モータ回転角検出部の異常を検出するモータ角度異常検出部と、前記多相電動モータのモータ電流検出値およびモータ電圧検出値および前記操舵トルク検出部の前記トーションバーの出力側回転角に基づいて逆起電圧によるモータ回転角を推定するモータ回転角推定部と、前記回転角検出部異常検出部でモータ回転角検出部の異常を検出したときに、当該モータ回転角検出部のモータ回転角検出値に代えて前記モータ回転角推定部のモータ回転角推定値を選択するモータ回転角選択部とを備えている。
また、上記本発明に係るパワーステアリング装置の一態様においては、前記モータ回転角推定部は、前記モータ電流検出地および前記モータ電圧検出値を用いた逆起電力推定値が小さいとき、トーションバーの出力側回転角に基づいてモータ回転角を推定してもよい。
また、本発明に係る車両の一態様は、上記電動パワーステアリング装置を備えている。

本発明によれば、モータのレゾルバの故障等により、モータ角度の検出が困難な場合においても、モータの角度を精度良く推定し、モータ制御を継続することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。 トルクセンサを示す概略構成図である。 第１の実施形態におけるモータ制御装置の具体的構成を示す回路図である。 図３の制御演算装置の具体的構成を示すブロック図である。 正常時および異常時の操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 図３の電流検出回路の具体的構成を示すブロック図である。 図２のインバータ回路における異常検出回路を示す概略構成図である。 モータ回転角検出回路の他の例を示すブロック図である。 絶対操舵角の算出手順を示す説明図である。 絶対操舵角算出回路を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を伴って説明する。
図１は、本発明のモータ制御装置を、車両に搭載した電動パワーステアリング装置に適用した場合の第１の実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力がステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａと出力軸２ｂとを有する。入力軸２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで車幅方向の直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する例えば３相ブラシレスモータで構成される電動モータとしての３相電動モータ１２とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、図２に示すように、操舵トルクを入力軸２ａおよび出力軸２ｂ間に介挿したトーションバー３ａの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を入力軸２ａ側に配置した入力側回転角センサ３ｂと出力軸２ｂ側に配置した出力側回転角センサ３ｃとの角度差に変換して検出するように構成されている。

さらに、３相電動モータ１２は、図３に示すように、モータの回転位置を検出するレゾルバなどの回転位置センサ１３ａを備えている。この回転位置センサ１３ａからの検出値がモータ回転角検出回路１３に供給されてこのモータ回転角検出回路１３でモータ回転角θｍを検出する。
モータ制御装置２０には、操舵トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴおよび車速センサ２１で検出された車速Ｖｓが入力されるとともに、モータ回転角検出回路１３から出力されるモータ回転角θｍが入力される。
また、モータ制御装置２０には、直流電圧源としてのバッテリー２２から直流電流が入力されている。

制御演算装置３１には、図３には図示を省略しているが、図１に示す操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴおよび車速センサ２１で検出した車速Ｖが入力されているとともに、図３に示すように、モータ回転角検出回路１３から出力されるモータ回転角θｍとが入力され、さらに後述する電流検出回路３９Ａから出力される３相電動モータ１２の多相モータ巻線Ｌａ〜Ｌｃの各相のコイルＬ１〜Ｌ３に通電するモータ電流Ｉａｄ〜Ｉｃｄが入力されている。
この制御演算装置３１は、図４に示すように、操舵補助電流指令値Ｉ＊を算出する操舵補助電流指令値演算部３４と、この操舵補助電流指令値演算部３４で算出した操舵補助電流指令値Ｉ＊に対して入力される角速度ωｅおよび角加速度αに基づいて補償を行う補償制御演算部３５と、この補償制御演算部３５で補償された補償後トルク指令値Ｉ＊′に基づいてｄ−ｑ軸電流指令値を算出し、これを３相電流指令値に変換するｄ−ｑ軸電流指令値演算部３７とを有する。

操舵補助電流指令値演算部３４は、操舵トルクＴｓおよび車速Ｖｓをもとに図５に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値Ｉ＊を算出する。この操舵補助電流指令値算出マップは、同図に示すように、横軸に操舵トルクＴｓをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉ＊をとる放物線状の曲線で表される特性線図で構成されている。
そして、モータ駆動回路３２Ａの正常時には操舵トルクＴおよび車速Ｖをもとに予め設定された図５で実線図示の電流指令値算出曲線Ｌｎｏを参照して操舵補助電流指令値Ｉ＊を算出する。

補償制御演算部３５は、例えばモータ角速度ωｅに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値、モータ角加速度αに基づいて電動モータ１２の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するトルク補償値およびセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定して補償するセルフアライニングトルク補償値を算出し、これらを足し合わせて指令値補償値Ｉｃｏｍを算出する。
そして、補償制御演算部３５は算出した指令値補償値Ｉｃｏｍを操舵補助電流指令値演算部３４から出力される操舵補助電流指令値Ｉ＊に加算器３６で加算することにより、補償後電流指令値Ｉ＊′を算出し、この補償後電流指令値Ｉ＊′をｄ−ｑ軸電流指令値演算部３７に出力する。

また、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部３７は、ｄ軸目標電流算出部３７ａ、誘起電圧モデル算出部３７ｂ、ｑ軸目標電流算出部３７ｃ及び２相／３相変換部３７ｄを備えている。
ｄ軸目標電流算出部３７ａは、補償後操舵補助電流指令値Ｉ＊′とモータ角速度ωｅとに基づいてｄ軸目標電流Ｉｄ＊を算出する。
誘起電圧モデル算出部３７ｂは、モータ回転角θおよびモータ角速度ωｅに基づいてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Electro Magnetic Force）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ（θ）およびｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ（θ）を算出する。
ｑ軸目標電流算出部３７ｃは、誘起電圧モデル算出部３７ｂから出力されるｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ（θ）およびｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ（θ）とｄ軸目標電流算出部３７ａから出力されるｄ軸目標電流Ｉｄ＊と補償後操舵補助電流指令値Ｉ＊′とモータ角速度ωｅとに基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ＊を算出する。
２相／３相変換部３７ｄは、ｄ軸目標電流算出部３７ａから出力されるｄ軸目標電流Ｉｄ＊とｑ軸目標電流算出部３７ｃから出力されるｑ軸目標電流Ｉｑ＊とを３相電流指令値Ｉａ＊、Ｉｂ＊およびＩｃ＊に変換する。

また、制御演算装置３１では、算出したＡ相電流指令値Ｉａ＊、Ｂ相電流指令値Ｉｂ＊およびＣ相電流指令値Ｉｃ＊と電流検出回路３９Ａで検出した電流検出値Ｉａｄ，ＩｂｄおよびＩｃｄとに基づいてモータ駆動回路３２Ａに対する電圧指令値Ｖ１＊を算出する電圧指令値演算部３８を備えている。この電圧指令値演算部３８は、Ａ相電流指令値Ｉａ＊、Ｂ相電流指令値Ｉｂ＊およびＣ相電流指令値Ｉｃ＊から電流検出値Ｉａｄ、ＩｂｄおよびＩｃｄを減算して電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂおよびΔＩｃを算出し、これら電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂおよびΔＩｃについて例えばＰＩ制御演算又はＰＩＤ制御演算を行ってモータ駆動回路３２Ａに対する３相の電圧指令値Ｖ１＊を算出し、算出した３相の電圧指令値Ｖ１＊をモータ駆動回路３２Ａに出力する。

また、制御演算装置３１には、図３及び図６に示すように、モータ駆動回路３２Ａとモータ電流遮断部３３Ａとの間に設けられたモータ電圧検出回路４０Ａで検出した各モータ相電圧Ｖ１ｍａ、Ｖ１ｍｂ、Ｖ１ｍｃが入力されている。
さらに、制御演算装置３１には、図３に示すように、モータ駆動回路３２Ａのインバータ回路４２Ａに供給される直流電流を検出する電流検出回路３９Ａ１から出力される上側電流検出値ＩＡ１ｄと、インバータ回路４２Ａから接地に流れる直流電流を検出する電流検出回路３９Ａ２から出力される下側電流検出値ＩＡ２ｄとが入力されている。

そして、制御演算装置３１は、各モータ相電圧Ｖｍ１ａ、Ｖｍ１ｂ、Ｖｍ１ｃと、上側電流検出値ＩＡ１ｄ、下側電流検出値ＩＡ２ｄとがＡ／Ｄ変換部３１ｃに入力されている。

モータ駆動回路３２Ａは、制御演算装置３１から出力される３相の電圧指令値Ｖ１＊が入力されてゲート信号を形成するゲート駆動回路４１Ａと、これらゲート駆動回路４１Ａから出力されるゲート信号が入力されるインバータ回路４２Ａとを備えている。
ゲート駆動回路４１Ａは、制御演算装置３１から電圧指令値Ｖ１＊が入力されると、これら電圧指令値Ｖ１＊と三角波のキャリア信号Ｓｃとをもとにパルス幅変調（ＰＷＭ）した６つのゲート信号を形成し、これらゲート信号をインバータ回路４２Ａに出力する。
なお、６つのＰＷＭゲート信号を制御演算装置３１で共通生成してインバータ回路４２Ａに入力する構成としてもよい。

また、ゲート駆動回路４１Ａは、制御演算装置３１から入力される異常検出信号ＳＡａが論理値“０”（正常）であるときには、モータ電流遮断部３３Ａに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力するとともに、電源遮断部４４Ａに対してハイレベルのゲート信号を出力する。また、ゲート駆動回路４１Ａは、異常検出信号ＳＡａが論理値“１”（異常）であるときにはモータ電流遮断部３３Ａに対してローレベルの３つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断するとともに、電源遮断部４４Ａに対してローレベルのゲート信号を出力し、バッテリー電力を遮断する。

第１および第２のインバータ回路４２Ａは、ノイズフィルタ４３と、電源遮断部４４Ａと、電流検出回路３９Ａ１とを介してバッテリー２２のバッテリー電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサＣＡおよびＣＢが接続されている。
これら第１および第２のインバータ回路４２Ａは、６個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６を有し、２つの電界効果トランジスタを直列に接続した３つのスイッチングアームＳＷＡａ、ＳＷＡｂ、ＳＷＡｃを並列に接続した構成を有する。
これら第１および第２のインバータ回路４２Ａは、各電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートにゲート駆動回路４１Ａから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームＳＷＡａ、ＳＷＡｂ、ＳＷＡｃの電界効果トランジスタ間の接続点からＡ相電流Ｉａ、Ｂ相電流Ｉｂ、Ｃ相電流Ｉｃがモータ電流遮断部３３Ａを介して３相電動モータ１２の３相モータ巻線Ｌａ、ＬｂおよびＬｃに通電される。

また、インバータ回路４２Ａの各スイッチングアームＳＷＡａ、ＳＷＡｂ、ＳＷＡｃは、下アームとなる電界効果トランジスタＱ２、Ｑ４およびＱ６のソースが互いに接続されて電流検出回路３９Ａ２を介して接地され、これら電流検出回路３９Ａでモータ電流Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃが検出される。
電流検出回路３９Ａ１，３９Ａ２は、図６に示すように構成されている。すなわち、電流検出回路３９Ａ１は、図７に示すように、各スイッチングアームＳＷＡａ〜ＳＷＡｃの電源側と電源遮断部４４Ａとの間に介挿された電流検出用のシャント抵抗５１Ａを有する。電流検出回路３９Ａ１は、図６（ａ）に示すように、シャント抵抗５１Ａの両端電圧が抵抗Ｒ２およびＲ３を介して入力されるオペアンプ３９ａと、このオペアンプ３９ａの出力信号が供給される主にノイズフィルタで構成されるサンプルホールド回路３９ｓとで構成されている。

そして、サンプルホールド回路３９ｓから出力される電流検出信号ＩＡ１ｄが制御演算装置３１のＡ／Ｄ変換部３１ｃに供給される。
また、電流検出回路３９Ａ２は、図７に示すように、各スイッチングアームＳＷＡａ〜ＳＷＡｃの接地側と接地との間に介挿された電流検出用のシャント抵抗５２Ａを有する。電流検出回路３９Ａ２は、図６（ｂ）に示すように、シャント抵抗５２Ａの両端電圧が抵抗Ｒ２およびＲ３を介して入力されるオペアンプ３９ａと、このオペアンプ３９ａの出力信号が供給されるノイズフィルタを含むピークホールド回路３９ｐと、オペアンプ３９ａの出力信号が供給される主にノイズフィルタで構成されるサンプルホールド回路３９ｓとで構成されている。
そして、サンプルホールド回路３９ｓから出力される電流検出信号ＩＡ２ｄが制御演算装置３１のＡ／Ｄ変換部３１ｃに供給される。
また、ピークホールド回路３９ｐから出力される電流検出値のピークホールド信号ＩＡ３ｄがＡ／Ｄ変換部３１ｃと後述する過電流時遮断回路７０Ａと電流側路回路８０Ａとに供給される。

モータ電流遮断部３３Ａは、３つの電流遮断用の電界効果トランジスタＱＡ１、ＱＡ２およびＱＡ３を有する。電界効果トランジスタＱＡ１のソースがモータ電圧検出回路４０Ａを介して第１のインバータ回路４２ＡのスイッチングアームＳＷＡａのトランジスタＱ１およびＱ２の接続点に接続され、ドレインが３相モータ巻線Ｌ１のＡ相モータ巻線Ｌａに接続されている。
また、電界効果トランジスタＱＡ２のソースがモータ電圧検出回路４０Ａを介して第１のインバータ回路４２ＡのスイッチングアームＳＷＡｂのトランジスタＱ３およびＱ４の接続点に接続され、ドレインが３相モータ巻線Ｌｂに接続されている。
さらに、電界効果トランジスタＱＡ３のソースがモータ電圧検出回路４０Ａを介して第１のインバータ回路４２ＡのスイッチングアームＳＷＡｃのトランジスタＱ５およびＱ６の接続点に接続され、ドレインが３相モータ巻線Ｌｃに接続されている。

そして、モータ電流遮断部３３Ａの電界効果トランジスタＱＡ１〜ＱＡ３およびＱＢ１〜ＱＢ３は寄生ダイオードＤのアノードをインバータ回路４２Ａ側として各々が同一向きに接続されている。
また、電源遮断部４４Ａは、１つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＱＣおよびＱＤと寄生ダイオードとの並列回路で構成され、電界効果トランジスタＱＣおよびＱＤのドレインがノイズフィルタ４３を介してバッテリー２２に接続され、ソースがインバータ回路４２Ａに接続されている。なお、これら電源遮断部４４Ａは上記構成に限らず、図７に示すように、寄生ダイオードが逆向きとなるように２つの電源遮断部４４Ａ，４４Ａ′を直列に接続するようにしてもよい。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
図示しないイグニッションスイッチがオフ状態であって車両が停止していると共に、操舵補助制御処理も停止している作動停止状態であるときには、モータ制御装置２０の制御演算装置３１が非作動状態となっている。このため、制御演算装置３１で実行される操舵補助制御処理および異常監視処理は停止されている。したがって、電動モータ１２は作動を停止しており、操舵補助機構１０への操舵補助力の出力を停止している。
この作動停止状態からイグニッションスイッチをオン状態とすると、制御演算装置３１が作動状態となり、操舵補助制御処理および異常監視処理を開始する。このとき、各モータ駆動回路３２Ａのインバータ回路４２Ａにおける各電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ６にオープン故障およびショート故障が発生していない正常状態であるものとする。このときには、ステアリングホイール１を操舵していない非操舵状態では、制御演算装置３１で実行する操舵補助制御処理で操舵トルクＴが“０”であり、車速Ｖも“０”であるので、図５の電流指令値算出マップにおける実線図示の正常時電流指令値算出曲線Ｌｎｏを参照して操舵補助電流指令値を算出する。

そして、算出された操舵補助電流指令値Ｉ＊とモータ回転角検出回路１３から入力されるモータ電気角θｅとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をｄｑ二相−三相変換処理を行ってＡ相電流指令値Ｉａ＊、Ｂ相電流指令値Ｉｂ＊およびＣ相電流指令値Ｉｃ＊を算出する。
さらに、各相電流指令値Ｉａ＊、Ｉｂ＊およびＩｃ＊と、電流検出回路３９Ａで検出した各相電流検出値ＩＡ１ｄからその加算を含む演算にて算出される各相電流検出値Ｉａｄ、ＩｂｄおよびＩｂｃとの電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂおよびΔＩｃを算出し、算出した電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂおよびΔＩｃをＰＩ制御処理又はＰＩＤ制御処理を行って目標電圧指令値Ｖａ＊、Ｖｂ＊およびＶｃ＊を算出する。

そして、算出した目標電圧指令値Ｖａ＊、Ｖｂ＊およびＶｃ＊を電圧指令値Ｖ１＊としてモータ駆動回路３２Ａのゲート駆動回路４１Ａに出力する。また、制御演算装置３１は、インバータ回路４２Ａが正常であるので、論理値“０”の異常検出信号ＳＡａおよびＳＡｂをゲート駆動回路４１Ａおよび４１Ｂに出力する。
このため、ゲート駆動回路４１Ａおよび４１Ｂでは、モータ電流遮断部３３Ａおよび３３Ｂに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力する。したがって、モータ電流遮断部３３Ａおよび３３Ｂの電界効果トランジスタＱＡ１〜ＱＡ３およびＱＢ１〜ＱＢ３がオン状態となって、インバータ回路４２Ａおよび４２Ｂと３相電動モータ１２の３相モータ巻線Ｌ１およびＬ２との間が導通状態となって、３相電動モータ１２に対する通電制御が可能な状態となる。

これと同時に、ゲート駆動回路４１Ａから電源遮断部４４Ａに対してハイレベルのゲート信号を出力する。このため、電源遮断部４４Ａの電界効果トランジスタＱＣおよびＱＤがオン状態となってバッテリー２２からの直流電流がノイズフィルタ４３を介してインバータ回路４２Ａに供給される。
さらに、ゲート駆動回路４１Ａでは、制御演算装置３１から入力される電圧指令値Ｖ１＊に基づいてパルス幅変調を行ってゲート信号を形成し、形成したゲート信号をインバータ回路４２Ａの各電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートに供給する。
したがって、車両が停止状態で、ステアリングホイール１を操舵していない状態では、操舵トルクＴｓが“０”であるので、操舵補助電流指令値も“０”となって電動モータ１２は停止状態を維持する。

しかしながら、車両の停止状態または車両の走行開始状態でステアリングホイール１を操舵して所謂据え切りを行うと、操舵トルクＴｓが大きくなることにより、図５を参照して、大きな操舵補助電流指令値Ｉ＊が算出され、これに応じた大きな電圧指令値Ｖ１＊がゲート駆動回路４１Ａに供給される。このため、ゲート駆動回路４１Ａから大きな電圧指令値Ｖ１＊に応じたデューティ比のゲート信号がインバータ回路４２Ａに出力される。
したがって、インバータ回路４２Ａから操舵補助電流指令値Ｉ＊に応じた１２０度の位相差を有するＡ相電流Ｉ１ａ、Ｂ相電流Ｉ１ｂ、Ｃ相電流Ｉ１ｃおよびＩ２ａ、Ｉ２ｂおよびＩ３ｃが出力され、これらがモータ電流遮断部３３Ａの各相に対応する電界効果トランジスタＱＡ１〜ＱＡ３およびＱＢ１〜ＱＢ３を通って３相電動モータ１２の３相モータ巻線Ｌａ〜Ｌｃに供給される。

これにより、電動モータ１２が回転駆動されて、操舵トルクＴｓに応じた目標操舵補助電流値Ｉ＊に対応する大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ１１を介して出力軸２ｂに伝達される。このため、ステアリングホイール１を軽い操舵力で操舵することができる。
その後、車速Ｖｓが増加すると、これに応じて算出される操舵補助電流指令値が据え切り時に比較して低下して電動モータ１２で操舵トルクＴｓおよび車速Ｖｓに応じて適度に減少させた操舵補助力を発生する。
このように、インバータ回路４２Ａが正常で、３相電動モータ１２に供給されるモータ電流Ｉａ、ＩｂおよびＩｃが正常である場合には、操舵トルクＴｓおよび車速Ｖｓに最適なモータ電流が３相電動モータ１２に供給される。

また、上記実施形態においては、電流検出回路３９Ａを各インバータ回路に２つのシャント抵抗５１Ａ，５２Ａを使用してモータ電流の検出を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明では、モータ駆動回路３２Ａの各相スイッチングアームＳＷＡａ〜ＳＷＡｃの接地側に個別にシャント抵抗を介挿して、各相のモータ電流を検出したり、３つのシャント抵抗のうち一つを省略して省略した相のモータ電流を演算で算出したりするようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、制御演算装置３１がＡ／Ｄ変換部３１ｃを内蔵している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電流検出回路３９Ａ１，３９Ａ２の出力側にＡ／Ｄ変換部を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、モータ回転角検出回路１３がレゾルバを使用した構成である場合について説明したが、このモータ回転角検出回路１３については、図８に示すように、バックアップ制御を行っている。
すなわち、モータ回転角検出回路１３の具体的構成は、図８に示すように、メインモータ回転角検出回路８６と、サブモータ回転角検出回路８７と、これらメインモータ回転角検出回路８６およびサブモータ回転角検出回路８７から出力されるモータ回転角θｍ１およびθｍ２を選択する回転角選択部８８とを備えている。

メインモータ回転角検出回路８６は、３相電動モータ１２の回転角を検出するレゾルバ８６Ａと、このレゾルバ８６Ａから出力される３相電動モータ１２の回転角に応じたｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づいてモータ回転角θｍを演算する角度演算部８６Ｂと、レゾルバ８６Ａおよび角度演算部８６Ｂの異常を検出し、異常検出信号ＳＡｒを出力する異常検出部８６Ｃとを備えている。
また、サブモータ回転角検出回路８７は、モータ電流検出値Ｉｍと、モータ電圧検出値Ｖｍと、前述した図２における出力側回転角センサ３ｃから出力される出力軸角度検出信号θｏｓが入力されている。
このサブモータ回転角検出回路８７は、モータ電流検出値Ｉｍおよびモータ電圧検出値Ｖｍに基づいて逆起電圧ＥＭＦを算出し、算出した逆起電圧ＥＭＦに基づいてモータ回転角θｍを推定する第１のモータ回転角推定部８７Ａと、出力軸角度検出信号θｏｓに基づいてモータ回転角θｍを推定する第２のモータ回転角推定部８７Ｂと、第１のモータ回転角推定部８７Ａおよび第２のモータ回転角推定部８７Ｂのモータ回転角推定値θｍｅ１およびθｍｅ２を選択する選択部８７Ｃとを備えている。

ここで、選択部８７Ｃは、第１のモータ回転角推定部８７Ａで算出した逆起電圧ＥＭＦが入力され、逆起電圧ＥＭＦが所定閾値以上であるときには第１のモータ回転角推定部８７Ａで推定したモータ回転角推定値θｍｅ１を選択し、逆起電圧ＥＭＦが所定閾値未満であるときには第２のモータ回転角推定部８７Ｂで推定したモータ回転角推定値θｍｅ２を選択してモータ回転角θｍ２として出力する。
また、回転角選択部８８は、メインモータ回転角検出回路８６の異常検出部８６Ｃから出力される異常検出信号ＳＡｒが異常なしを表す論理値“０”であるときに、メインモータ回転角検出回路８６から出力されるモータ回転角θｍ１を選択してモータ回転角θｍとして前述した制御演算装置３１に出力し、異常検出信号ＳＡｒが異常ありを表す論理値“１”であるときに、サブモータ回転角検出回路８７から出力されるモータ回転角θｍ２を選択してモータ回転角θｍとして制御演算装置３１に出力する。

このように、モータ回転角検出回路１３をメインモータ回転角検出回路８６とサブモータ回転角検出回路８７と、回転角選択部８８とで構成することにより、メインモータ回転角検出回路８６が正常であるときには、このメインモータ回転角検出回路８６から出力される高精度のモータ回転角θｍ１をモータ回転角θｍとして制御演算装置３１に出力する。そして、メインモータ回転角検出回路８６に異常が発生した場合には、サブモータ回転角検出回路８７で推定したモータ回転角推定値θｍｅ１又はθｍｅ２をモータ回転角θｍとして制御演算装置３１に出力する。

さらに、サブモータ回転角検出回路８７では、３相電動モータ１２のモータ巻線Ｌａ〜Ｌｃで発生する逆起電圧ＥＭＦが所定閾値以上となるモータ回転速度が高い状態では、逆起電圧ＥＭＦに基づいてモータ回転角を推定する第１のモータ回転角推定部８７Ａで推定したモータ回転角推定値θｍｅ１を選択し、逆起電圧ＥＭＦが所定閾値未満となるモータ回転速度が低い領域では、逆起電圧ＥＭＦに基づいて推定するモータ回転角推定値θｍｅ１の推定精度が低下するので、第２のモータ回転角推定部８７Ｂで出力軸角度検出信号θｏｓに基づいて推定したモータ回転角推定値θｍｅ２を選択する。

これにより、メインモータ回転角検出回路８６に異常が生じたときに、サブモータ回転角検出回路８７で最低限必要な精度を確保しながらモータ回転角を求めることができる。
また、上記実施形態では、操舵トルクセンサ３が図２に示すように入力側回転角センサ３ｂと出力側回転角センサ３ｃとを備えているので、図２に示すように入力軸２ａ側に操舵角センサ９１を設けることにより、この操舵角センサ９１の操舵角検出信号θｓと、出力側回転角センサ３ｃで検出される出力軸角度検出信号θｏｓとに基づいて絶対操舵角θａｂを検出することができる。

すなわち、操舵角センサ９１で、図９（ａ）に示すように、ステアリングホイール１の２９６ｄｅｇ周期の鋸歯状波でなる操舵角検出信号θｓを出力させ、出力側回転角センサ３ｃで検出される出力軸２ｂの４０ｄｅｇ周期の鋸歯状波でなる出力軸角度検出信号θｏｓを出力させる。これら操舵角検出信号θｓと、出力軸角度検出信号θｏｓとが一致する操舵角は１４８０ｄｅｇとなる。そして、出力軸角度検出信号θｏｓが操舵角検出信号θｓ＝１４８０ｄｅｇ内のどの位置（１個目〜３７個目）にあるのかをバーニア演算することにより、図９（ｂ）に示すように、絶対操舵角θａｂを求めることができる。

このためには、図１０に示すように、２系統のトルクセンサ３Ａおよび３Ｂを配置し、両トルクセンサ３Ａおよび３Ｂから出力される入力軸回転角検出信号θｉｓおよび出力軸角度検出信号θｏｓをバーニア演算部９２に供給するとともに、操舵角センサ９１で検出した操舵角検出信号θｓをバーニア演算部９２に供給し、このバーニア演算部９２でイグニッションスイッチがオン状態となった直後に１回バーニア演算を行って初期操舵角θｉｎｉｔを算出する。さらに、トルクセンサ３Ａおよび３Ｂから出力される出力軸角度検出信号θｏｓを平均化回路９３で平均値を算出し、この平均値の変化量を積算回路９４で積算して積算値を算出し、算出した積算値をバーニア演算部９２で算出した初期操舵角θｉｎｉｔに加算することにより、絶対値操舵角θａｂを算出する。

また、上記実施形態においては、電動モータが３相電動モータである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、４相以上の多相電動モータにも本発明を適用することができる。
また、上記各実施形態においては、本発明によるモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置、ステアバイワイヤシステム、車両走行用のモータ駆動装置等の電動モータを使用する任意のシステムに本発明を適用することができる。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、３ａ…トーションバー、３ｂ…入力側回転角センサ、３ｃ…出力側回転角センサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１２…３相電動モータ、Ｌａ…Ａ相モータ巻線、Ｌｂ…Ｂ相モータ巻線、Ｌｃ…Ｃ相モータ巻線、Ｌ１〜Ｌ３…コイル部、２０…モータ制御装置、２１…車速センサ、２２…バッテリー、３１…制御演算装置、３２Ａ…モータ駆動回路、３３Ａ…モータ電流遮断回路、３４…操舵補助電流指令値演算部、３５…補償制御演算部、３６…加算器、３７…ｄ−ｑ軸電流指令値演算部、３８…電圧指令値演算部、３９Ａ１，３９Ａ２…電流検出回路、４０Ａ…電圧検出回路、４１Ａ…ゲート駆動回路、４２Ａ…インバータ回路、４４Ａ…電源遮断部、７０Ａ…過電流時遮断回路、８０Ａ…電流側路回路、８６…メインモータ回転角検出回路、８７…サブモータ回転角検出回路、８８…角度選択部、９１…操舵角センサ、９２…バーニア演算部、９３…平均化回路、９４…積算回路

Claims (3)

1. （請求項２９）
   操舵系に介挿されたトーションバーの入出力側の回転角を検出して操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
   前記多相電動モータのモータ回転角を検出するレゾルバを含むモータ回転角検出部と、
   該モータ回転角検出部の異常を検出するモータ角度異常検出部と、前記多相電動モータのモータ電流検出値およびモータ電圧検出値および前記操舵トルク検出部の前記トーションバーの出力側回転角に基づいて逆起電圧によるモータ回転角を推定するモータ回転角推定部と、前記回転角検出部異常検出部でモータ回転角検出部の異常を検出したときに、当該モータ回転角検出部のモータ回転角検出値に代えて前記モータ回転角推定部のモータ回転角推定値を選択するモータ回転角選択部とを備えている電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータ回転各推定部は、前記モータ電流検出地および前記モータ電圧検出値を用いた逆起電力推定値が小さいとき、トーションバーの出力側回転角に基づいてモータ回転角を推定する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２の何れかに記載の電動パワーステアリング装置を備えた車両。

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