JP7331778B2

JP7331778B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP7331778B2
Application number: JP2020089896A
Authority: JP
Inventors: 大輔小林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2023-08-23
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Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、複数系統が冗長的に設けられた多相モータの制御装置において、一部の系統の異常時に制御を切り替える装置が知られている。例えば特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置は、３相モータで構成された操舵アシストモータの駆動について、二系統のうち一系統のモータ巻線又は駆動回路の異常時に異常系統の電力供給を停止し、正常系統のみでモータ駆動を継続する。

特開第２０１２－０９０４７１号公報

多相モータに通電される相電流センサの検出値を用いて電流フィードバック制御により駆動信号を演算する二系統のモータ制御装置において、一系統の１相以上の電流センサが故障した場合を想定する。このとき、モータ巻線や駆動回路は正常であっても、電流センサが故障した系統では、電流フィードバック制御による駆動信号の演算ができなくなる。

そこで特許文献１の従来技術により故障系統のモータ巻線への電力供給を停止し、正常系統のみでアシスト継続すると、二系統でモータ駆動する場合に比べてモータ出力トルクが低下する。電動パワーステアリング装置における操舵アシストモータの駆動では、正常系統のみでアシスト継続すると、二系統でアシストする場合に比べてアシスト出力が低下し、ドライバビリティを低下させるおそれがある。

本発明は、上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、複数系統のうち一部の系統の電流センサの故障時にモータ出力トルクの低下を防ぐモータ制御装置を提供することにある。

本発明は、複数の３相巻線組（８０１、８０２）を有するモータ（８０）の駆動を制御するモータ制御装置である。このモータ制御装置は、複数の駆動回路（６０１、６０２）と、複数の電流センサ（７０１、７０２）と、複数の制御部（４０１、４０２）と、電流センサ故障診断部（５０）と、を備える。

複数の駆動回路は、対応する３相巻線組に電力供給する。複数の電流センサは、駆動回路から３相巻線組に通電される各相電流を検出する。複数の制御部は、駆動回路に対応して設けられ、各相の電流センサの検出値を座標変換して算出したｄｑ軸実電流をｄｑ軸電流指令値に対してフィードバック制御し、駆動回路に指令する駆動信号を演算する。電流センサ故障診断部は、電流センサの故障を診断する。

互いに対応する３相巻線組、駆動回路、電流センサ及び制御部を含む一群の構成要素の単位を系統と定義する。モータ制御装置は、各系統に３相の電流センサを備える。

各系統の制御部は、電流センサ故障診断部により故障と判定された自系統の電流センサについて、３相の電流センサが故障したとき、又は、２相もしくは１相の電流センサが故障し且つ正常相の電流センサの検出値から故障相の電流を推定不能なとき、他系統の制御部が算出した他系統のｄｑ軸実電流を自系統のｄｑ軸電流指令値に対してフィードバック制御する「代理電流フィードバック制御」を行う。
各系統の制御部は、２相もしくは１相の電流センサが故障し且つ正常相の電流センサの検出値から故障相の電流を推定可能なとき、正常相の電流センサの検出値と故障相の電流推定値とを座標変換してｄｑ軸推定電流を算出し、自系統のｄｑ軸推定電流に基づく「自助電流フィードバック制御」を行う。
各系統の制御部は、代理電流フィードバック制御又は自助電流フィードバック制御により自系統の駆動信号を演算し、自系統の駆動回路によるモータの駆動を継続する。代理電流フィードバック制御での動作中に自系統の駆動回路又は巻線組に過電流異常が発生した場合、自系統の電流センサとは別の異常検出手段により過電流異常が検出される。

本発明のモータ制御装置は、複数系統のうち一部の系統の１相以上の電流センサが故障したとき、故障系統の制御部が代理電流フィードバック制御を行うことで、全系統でのモータ駆動を継続し、モータ出力トルクの低下を防ぐことがきる。例えば電動パワーステアリング装置における操舵アシストモータの駆動では、正常系統のｄｑ軸実電流を用いて故障系統もアシスト継続させることで、アシスト出力の低下を防ぐことができる。

一実施形態のＥＣＵが操舵アシストモータに適用される電動パワーステアリング装置の構成図。二系統機電一体式モータの軸方向断面図。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。多相同軸モータの構成を示す模式図。電流センサ正常時におけるＥＣＵの制御構成を示すブロック図。３相の電流センサ故障時におけるＥＣＵの制御構成を示すブロック図。２相の電流センサ故障時におけるＥＣＵの制御構成を示すブロック図。１相の電流センサ故障時におけるＥＣＵの制御構成を示すブロック図。電流センサが故障と判定された相の数に応じて電流フィードバック制御を切り替えるフローチャート。電流センサの故障モードに応じて電流フィードバック制御を切り替えるフローチャート。

（一実施形態）
以下、本発明の実施形態によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。本実施形態において「モータ制御装置」としてのＥＣＵは、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストモータの通電を制御する。

最初に電動パワーステアリング装置の構成について、図１～図４を参照して説明する。図１に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム９９の全体構成を示す。図１には、ＥＣＵ１０がモータ８０の軸方向の一方側に一体に構成された「機電一体式」のモータ８００を図示するが、ＥＣＵ１０とモータ８０とがハーネスで接続された「機電別体式」の構成としてもよい。また、図１にはコラムアシスト式の装置を図示するが、ラックアシスト式の装置に適用されてもよい。

ステアリングシステム９９は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクセンサ９３、ＥＣＵ１０、モータ８０、及び、減速ギア９４等を含む。操舵トルクセンサ９３は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクを検出する。図１に示す形態では、二重化された操舵トルクセンサ９３は、第１トルクセンサ９３１及び第２トルクセンサ９３２を含み、第１操舵トルクｔｒｑ１及び第２操舵トルクｔｒｑ２を二重に検出する。操舵トルクセンサが冗長的に設けられない場合、一つの操舵トルクｔｒｑの検出値が二系統共通に用いられてもよい。

ＥＣＵ１０は、操舵トルクｔｒｑ１、ｔｒｑ２に基づいて、モータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。

機電一体式モータ８００の構成について、図２、図３を参照して説明する。図３に示す形態では、ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力側とは反対側において、シャフト８７の軸Ａｘに対して同軸に配置されている。モータ８０は３相ブラシレスモータであって、ステータ８４０、ロータ８６０、及びそれらを収容するハウジング８３０を備えている。

ステータ８４０は、ハウジング８３０に固定されたステータコア８４５と、ステータコア８４５に組み付けられた「複数の多相巻線組」としての二組の３相巻線組８０１、８０２とを有している。第１巻線組８０１を構成する各相巻線からは、リード線８５１、８５３、８５５が延び出している。第２巻線組８０２を構成する各相巻線からは、リード線８５２、８５４、８５６が延び出している。ロータ８６０は、リア軸受８３５及びフロント軸受８３６により支持されたシャフト８７と、シャフト８７が嵌入されたロータコア８６５とを有している。ロータ８６０は、ステータ８４０の内側に設けられており、ステータ８４０に対して相対回転可能である。シャフト８７の一端には永久磁石８８が設けられている。

ハウジング８３０は、リアフレームエンド８３７を含む有底筒状のケース８３４と、ケース８３４の一端に設けられたフロントフレームエンド８３８とを有している。ケース８３４及びフロントフレームエンド８３８は、ボルト等により互いに締結されている。各巻線組８０１、８０２のリード線８５１、８５２等は、リアフレームエンド８３７のリード線挿通孔８３９を挿通してＥＣＵ１０側に延び、基板２３０に接続されている。

ＥＣＵ１０は、カバー２１と、カバー２１に固定されたヒートシンク２２と、ヒートシンク２２に固定された基板２３０と、基板２３０に実装された各種の電子部品とを備えている。カバー２１は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ＥＣＵ１０内への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー２１は、外部からの給電ケーブルや信号ケーブルが接続される外部接続用コネクタ部２１４と、カバー部２１３とを有している。外部接続用コネクタ部２１４の給電用端子２１５、２１６は、図示しない経路を経由して基板２３０に接続されている。

基板２３０は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド８３７と対向する位置に設けられ、ヒートシンク２２に固定されている。基板２３０には、二系統分の各電子部品が系統毎に独立して設けられており、完全冗長構成をなしている。基板２３０は一枚でもよく、二枚以上でもよい。基板２３０の二つの主面のうち、リアフレームエンド８３７に対向している面をモータ面２３７とし、その反対側の面、すなわちヒートシンク２２に対向している面をカバー面２３８とする。

モータ面２３７には、複数のスイッチング素子２４１、２４２、回転角センサ２５１、２５２、カスタムＩＣ２６１、２６２等が実装されている。複数のスイッチング素子２４１、２４２は各系統について６個であり、駆動回路の３相の上下アームを構成する。回転角センサ２５１、２５２は、シャフト８７の先端に設けられた永久磁石８８と対向するように配置される。カスタムＩＣ２６１、２６２及びマイコン３０１、３０２は、ＥＣＵ１０の制御部を構成する。マイコン３０１、３０２は、マイコン間通信により各系統の電流指令値、電流制限値、故障情報等を共有する。

カバー面２３８には、マイコン３０１、３０２、コンデンサ２８１、２８２、及び、インダクタ２７１、２７２等が実装されている。特に、第１マイコン３０１及び第２マイコン３０２は、同一の基板２３０の同一側の面であるカバー面２３８に、所定間隔を空けて配置されている。コンデンサ２８１、２８２は、電源から入力された電力を平滑化し、また、スイッチング素子２４１、２４２のスイッチング動作等に起因するノイズの流出を防止する。インダクタ２７１、２７２は、コンデンサ２８１、２８２と共にフィルタ回路を構成する。

図４に示すように、ＥＣＵ１０の制御対象であるモータ８０は、二組の３相巻線組８０１、８０２が同軸に設けられた二重巻線式３相ブラシレスモータである。巻線組８０１、８０２は、抵抗やインダクタンス等の電気的特性が同等であり、共通のステータに互いに電気角３０°ずらして配置されている。これに応じて、巻線組８０１、８０２には、振幅が等しく位相差が３０°の相電流が通電されるように制御される。

回転角センサ２５１、２５２が冗長的に設けられる場合、第１回転角センサ２５１及び第２回転角センサ２５２は、各系統の基準相（例えばＵ相）電流の電気角を個別に検出可能である。或いは、一つの回転角センサが検出した一方の系統の基準相電流の電気角θに基づき、他方の系統の基準相電流の電気角を（θ±３０°）として算出してもよい。本実施形態では、第１系統の基準相電流の電気角をθとし、第２系統の基準相電流の電気角を（θ＋３０°）として扱う。

次に図５を参照し、ＥＣＵ１０の制御構成について説明する。ＥＣＵ１０は、冗長二系統構成の駆動回路６０１、６０２、電流センサ７０１、７０２、制御部４０１、４０２、及び、二系統共通に設けられた電流センサ故障診断部５０を備える。ここで、互いに対応する巻線組、駆動回路、電流センサ及び制御部を含む一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。各制御部４０１、４０２の視点から、その制御部が含まれる系統を「自系統」といい、他方の制御部が含まれる系統を「他系統」という。

原則として、第１系統の構成要素の符号や電流等の記号の末尾に「１」を付し、第２系統の構成要素の符号や電流等の記号の末尾に「２」を付して記す。また、電流センサについては、第１系統の各相電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１、７Ｗ１を包括して「７０１」の符号で表し、第２系統の各相電流センサ７Ｕ２、７Ｖ２、７Ｗ２を包括して「７０２」の符号で表す。

図５には、二系統の全相電流センサ７０１、７０２の正常時における制御構成を示す。以下、本実施形態において電流センサ７０１、７０２以外の要素は正常であることを前提とし、電流センサ７０１、７０２にのみ故障の可能性を想定する。二系統の全相の電流センサ７０１、７０２が正常であるときを、単に「正常時」という。電流センサ故障診断部５０は、二系統各相の電流センサの故障を診断する。なお、電流センサ故障診断部は、各系統の制御部４０１、４０２内に系統毎に設けられてもよい。また、故障診断の具体的な方法は周知技術を適宜組み合わせればよく、本明細書では特に言及しない。

第１系統駆動回路６０１は、第１系統制御部４０１から指令された駆動信号に従って、対応する第１巻線組８０１に電力供給する。電流センサ７０１（すなわち７Ｕ１、７Ｖ１、７Ｗ１）は、第１系統駆動回路６０１から第１巻線組８０１に通電される各相電流を検出する。第１系統制御部４０１は第１系統駆動回路６０１に対応して設けられ、電流フィードバック制御により、第１系統駆動回路６０１に指令する駆動信号を演算する。

第２系統駆動回路６０２は、第２系統制御部４０２から指令された駆動信号に従って、対応する第２巻線組８０２に電力供給する。電流センサ７０２（すなわち７Ｕ２、７Ｖ２、７Ｗ２）は、第２系統駆動回路６０２から第２巻線組８０２に通電される各相電流を検出する。第２系統制御部４０２は第２系統駆動回路６０２に対応して設けられ、電流フィードバック制御により、第２系統駆動回路６０２に指令する駆動信号を演算する。

各系統の構成は実質的に同一であるため、以下、代表として第１系統の構成について説明する。駆動回路６０１は、３相上下アームのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子で構成される３相インバータ、及びそのドライバ回路に相当する。本実施形態では、二系統の駆動回路６０１、６０２は、対応する巻線組８０１、８０２に電気角位相差３０°の相電流を通電する。

電流センサ７０１は、例えば各相の電流経路に設けられたシャント抵抗との接続点の端子電圧を換算して電流を検出する。図５には便宜上、駆動回路６０１から巻線組８０１へのモータ線上に電流センサ７０１を記載しているが、電流センサ７０１は、インバータの下アーム素子と低電位線との間や、上アーム素子と高電位線との間に設けられてもよい。

制御部４０１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備え、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。具体的に制御部４０１は、回転座標系のｄｑ軸を用いた電流フィードバック（図中「ＦＢ」）制御により３相モータ８０を駆動制御するものであり、電流フィードバック制御部４３１、弱め界磁制御部４４１、２相３相変換部４５１、及び、３相２相変換部４６１を含む。

電流フィードバック制御部４３１には、図示しないアシスト制御演算部が演算したアシスト指令に基づいて演算されたｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*が入力される。電流フィードバック制御部４３１は、３相２相変換部４６１から取得したｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１をｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*に対してフィードバック制御し、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*を演算する。弱め界磁制御部４４１は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*に基づき、弱め界磁を行う場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*が負側に大きくなるように操作する。

２相３相変換部４５１は、第１系統回転角センサ２５１から取得した電気角θを用いてｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*を３相電圧指令値Ｖｕ１^*、Ｖｖ１^*、Ｖｗ１^*に座標変換し、第１系統駆動回路６０１に出力する。なお、ＰＷＭ等の変調部の図示を省略する。３相２相変換部４６１は、電流センサ７０１が検出した３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を、電気角θを用いてｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に座標変換し、電流フィードバック制御部４３１にフィードバックする。

同様に第２系統制御部４０２は、電流フィードバック制御部４３２、弱め界磁制御部４４２、２相３相変換部４５２、３相２相変換部４６２を含む。第２系統制御部４０２は、第２系統回転角センサ２５２から取得された電気角（θ＋３０°）を座標変換用の電気角として用いる。ここで、巻線組８０１、８０２に流れる相電流は第１系統と第２系統とで位相が電気角３０°ずれているが、座標変換後のｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１とＩｄ２、Ｉｑ２とは、両系統の電気的特性が等しければ理想的に同じ値となる。

正常時、第１系統制御部４０１は、自系統の電流センサ７０１の検出値を座標変換して算出したｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に基づき電流フィードバック制御を行う。また、第２系統制御部４０２は、自系統の電流センサ７０２の検出値を座標変換して算出したｄｑ軸実電流Ｉｄ２、Ｉｑ２に基づき電流フィードバック制御を行う。各系統の制御部４０１、４０２におけるこの動作を「通常の電流フィードバック制御」という。一方、各系統の制御部４０１、４０２は、電流センサ故障診断部５０により自系統の１相以上の電流センサが故障と判定されたとき、後述する特有の電流フィードバック制御を行う。

次に図６～図８を参照し、いずれか一系統の１相、２相、もしくは３相の電流センサの故障時におけるＥＣＵ１０の制御構成について説明する。電流センサ７０１の故障は通常動作開始前のイニシャルチェックで検出される場合もあり、通常動作中に検出される場合もある。以下、第２系統の電流センサ７０２は正常であり、第１系統において１相以上の電流センサ７０１が故障するものとして説明する。

図中、故障した電流センサに×印を付し、故障した電流センサから第１系統制御部４０１へのセンサ信号線を消去する。故障発生頻度の観点からは１相故障の場合が最も多く、２相や３相の同時故障が発生する頻度は低いと考えられる。ただし、説明の都合上、最もわかりやすい３相同時故障の場合を先に説明してから、２相同時故障及び１相故障の場合について説明する。

また、一般に電圧値を出力する電流センサの故障モードには、大きく、固着故障と特性異常とがある。固着故障は、電流センサが実際の電流値にかかわらず一定値を出力する故障であり、ゼロ（例えば０［Ｖ］）固着、最大値（例えば５［Ｖ］）固着、中間値固着が含まれる。特性異常は、センサ出力特性におけるゲイン誤差やオフセット誤差が許容範囲を超える故障である。固着故障では実際の電流値情報が全く反映されないのに対し、特性異常では精度が低いながらも実際の電流値情報がある程度反映される。これらの故障モードに応じた制御の切り替えについて図１０を参照して後述する。図６～図８の説明では、主に固着故障の場合を想定する。

図６に、第１系統の３相の電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１、７Ｗ１の同時故障時におけるＥＣＵ１０の制御構成を示す。なお、Ｕ相及びＶ相の電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１の×印を破線で示し、センサ信号線を破線で示したことについては後述部分の説明に関する。まず、３相同時故障時の説明では、Ｕ相及びＶ相の破線のセンサ信号線は無視する。電流センサ故障診断部５０への、第１系統電流センサ７０１からの実線矢印は故障情報があることを示し、第２系統電流センサ７０２からの破線矢印は故障情報が無いことを示す。正常な第２系統制御部４０２では、図５と同様にｄｑ軸電流Ｉｄ２、Ｉｑ２が電流フィードバック制御部４３２にフィードバックされ、「通常の電流フィードバック制御」が行われる。

この場合、第１系統制御部４０１において３相２相変換部４６１に相電流情報が入力されず、ｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１が演算されない。そこで第１系統制御部４０１は、他系統である第２系統制御部４０２が算出した第２系統のｄｑ軸電流Ｉｄ２、Ｉｑ２を自系統のｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*に対してフィードバック制御する。つまり、第２系統のｄｑ軸電流Ｉｄ２、Ｉｑ２が両系統の電流フィードバック制御部４３１、４３２に入力される。この動作を「代理電流フィードバック制御」という。

従来の冗長二系統構成のモータ駆動装置では、一系統の電流センサが故障して電流フィードバック制御が不能となった場合、故障系統を停止させて正常系統のみでモータ８０を駆動する。しかし、この場合、二系統分のモータ出力トルクが一系統分に低下する。電動パワーステアリング装置９０においてはアシスト出力が低下し、ドライバビリティを低下させるおそれがある。

この課題に対し本実施形態のＥＣＵ１０は、故障系統の制御部４０１が代理電流フィードバック制御を行うことで、二系統でのモータ駆動を継続し、モータ出力トルクの低下を防ぐことがきる。特に電動パワーステアリング装置９０における操舵アシストモータ８０の駆動では、正常系統のｄｑ軸実電流を用いて故障系統もアシスト継続させることで、アシスト出力の低下を防ぐことができる。よって、ドライバの利便性が向上する。

ところで、代理電流フィードバック制御での動作中に第１系統駆動回路６０１や第１巻線組８０１に過電流系の故障が発生した場合、異常検出する手段が無くなるということが懸念される。そのため、過電流系の故障に対しては電流センサ７０１を用いず、電源電流の過大を検出する等の別の異常検出手段を確保しておくことが好ましい。

また、本実施形態では、電流センサ７０１が故障した第１系統においても制御部４０１の演算機能は正常であるため、他系統からｄｑ軸実電流Ｉｄ２、Ｉｑ２の情報さえ取得すれば、電流フィードバック制御部４３１は自系統のｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１^*、Ｖｑ１^*を通常通り演算可能である。その点で本実施形態は、他系統の制御部４０２が演算した駆動信号を用いて自系統の駆動回路６０１を動作させる技術とは異なる。

さらに本実施形態では、他系統から取得する実電流は３相電流検出値そのものでなく、座標変換後のｄｑ軸実電流である。二系統の電気角には３０°の位相差があるため、仮に他系統の３相電流検出値を自系統に用いる場合、補正演算が必要となる。それに対し本実施形態では、他系統のｄｑ軸実電流をそのまま用いることができるため、演算が簡単になる。

続いて、第１系統の２相もしくは１相の電流センサ７０１の故障時におけるＥＣＵ１０の制御構成についてまとめて説明する。一つの選択肢としては、図６にＵ相、Ｖ相の電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１の×印を破線で示し、且つ、センサ信号線を破線で示したように、第１系統制御部４０１は、自系統の２相もしくは１相の電流センサの故障時にも３相故障時に準じて代理電流フィードバック制御を実施してもよい。

ただし、可能な限り自系統の電流値情報を使うという観点から、図７、図８に示すように、第１系統制御部４０１は、正常相の電流センサの検出値から故障相の電流を推定してもよい。そして、第１系統制御部４０１は、正常相の電流センサの検出値と故障相の電流推定値とを座標変換してｄｑ軸推定実電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを算出し、自系統のｄｑ軸推定実電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔに基づく電流フィードバック制御を行う。この動作を「自助電流フィードバック制御」という。

図７に、第１系統のＶ相及びＷ相の電流センサ７Ｖ１、７Ｗ１の２相同時故障時におけるＥＣＵ１０の制御構成を示す。第１系統制御部４０１は、３相２相変換部４６１の入力側に電流推定部４７１を有する。電流推定部４７１は、正常相であるＵ相の電流センサ７Ｕ１の検出値Ｉｕ１から故障相であるＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ１＿ｅｓｔ、Ｉｗ１＿ｅｓｔを推定する。

１相の電流検出値から他の２相の電流を推定する技術は、［文献１］特開２００４－１５９３９１号公報、［文献２］特開２００８－８６１３９号公報、［文献３］特開２０１３－１７２５９１号公報等に開示されている。例えば文献１の技術では、センサ相の電流検出値と、ｄｑ軸電流指令値から得られる指令電流位相角α及び基準電気角θとに基づき、電流振幅Ｉａを算出する。そして、センサ相の相電流を電気角±１２０°ずらすことで、他の２相の電流を推定する。図７には一例として、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*及び電気角θが電流推定部４７１に入力される構成を破線で示すが、それ以外のパラメータを用いて推定が行われてもよい。

３相２相変換部４６１は、正常相の電流センサ７Ｕ１の検出値Ｉｕ１と故障相の電流推定値Ｉｖ１＿ｅｓｔ、Ｉｗ１＿ｅｓｔとを座標変換してｄｑ軸推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを算出する。電流フィードバック制御部４３１は、ｄｑ軸推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔに基づく自助電流フィードバック制御を行う。

図８に、第１系統のＷ相の電流センサ７Ｗ１の１相故障時におけるＥＣＵ１０の制御構成を示す。第１系統制御部４０１は、３相２相変換部４６１の入力側に電流推定部４８１を有する。電流推定部４８１は、正常相であるＵ相、Ｖ相の電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１の検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１から、キルヒホッフの法則により、故障相であるＷ相の電流Ｉｗ１＿ｅｓｔを推定する。キルヒホッフの法則は基本的な技術常識であるため、説明を省略する。

３相２相変換部４６１は、正常相の電流センサ７Ｕ１、７Ｖ１の検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１と故障相の電流推定値Ｉｗ１＿ｅｓｔとを座標変換してｄｑ軸推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを算出する。電流フィードバック制御部４３１は、ｄｑ軸推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔに基づく自助電流フィードバック制御を行う。

このように第１系統制御部４０１が電流推定部４７１、４８１を有する構成では、２相もしくは１相の電流センサ故障時に故障相の電流を推定することで、自系統の電流情報に基づく駆動信号を演算し、自系統の駆動回路６０１によるモータ駆動を継続可能である。したがって、特に系統間の電気的特性のばらつきが大きい場合、代理電流フィードバック制御よりも精度が向上する。また、動作中の過電流系故障に対し電流センサ７０１を用いて異常検出できるため、他の異常検出手段を設ける必要がない。

ただし、特に１相の電流検出値から他の２相の電流推定値を演算する電流推定部４７１を有する構成では演算負荷が増加するため、制御部４０１の処理能力等によっては推定が困難な場合もある。そこで、制御部４０１が故障相の電流を推定可能かどうかに応じて、代理電流フィードバック制御と自助電流フィードバック制御とを選択するようにしてもよい。なお、図７、図８では第２系統の電流センサ７０２が正常であることを前提として図示を省略しているが、実際には、第２系統制御部４０２側にも同様の電流推定部が必要となる。

図９のフローチャートに、電流センサが故障と判定された相の数に応じて自系統の制御部が電流フィードバック制御を切り替える処理について整理する。フローチャート中の記号「Ｓ」はステップを意味する。他系統の全相の電流センサ、並びに、自系統及び他系統における電流センサ以外の要素は全て正常であることを前提とする。なお、故障系統や故障相を特定せずに一般化して表す意図から、フローチャートの説明中、制御部等の符号や電流等の記号を記載しない。

自系統の３相の電流センサが故障したとき、Ｓ１１でＹＥＳと判断される。自系統の２相もしくは１相の電流センサが故障したとき、Ｓ１１でＮＯ、Ｓ１２でＹＥＳと判断され、Ｓ１３にて、正常相の電流センサの検出値から故障相の電流を推定可能であるか判断される。Ｓ１１でＹＥＳ、又は、Ｓ１３でＮＯのとき（すなわち、故障相の電流を推定不能なとき）、Ｓ１６で制御部は、代理電流フィードバック制御を行う。

Ｓ１３でＹＥＳのとき（すなわち、故障相の電流を推定可能なとき）、Ｓ１４で制御部は、正常相の電流センサの検出値と故障相の電流推定値とを座標変換してｄｑ軸推定電流を算出する。そして制御部は、Ｓ１７で自系統のｄｑ軸推定電流に基づく自助電流フィードバック制御を行う。Ｓ１２でＮＯのとき、全相の電流センサが正常であり、Ｓ１８で制御部は、通常の電流フィードバック制御を行う。

上述のように、図６～図８の説明では電流センサの故障モードが主に固着故障であると想定したが、電流センサ故障診断部５０は電流センサの故障モードを判別可能であってもよい。図１０のフローチャートに、電流センサ故障診断部５０により判別された電流センサの故障モードに応じて制御部が電流フィードバック制御を切り替える処理を示す。

Ｓ２１では、自系統の１相以上の電流センサの故障モードが固着故障であるか判断される。Ｓ２１でＮＯの場合、すなわち、自系統の全相の電流センサが固着故障でない場合、Ｓ２２では、センサ出力特性のゲイン誤差及びオフセット誤差が所定範囲内であるか判断される。この所定範囲は正常時の誤差の許容範囲より大きくてもよい。つまり、故障発生時のバックアップ制御において、ある程度の操舵フィーリング悪化を許容する観点から、格別に大きなゲイン誤差やオフセット誤差でない限り所定範囲に含めてもよい。

Ｓ２１でＹＥＳ、又は、Ｓ２２でＮＯ、すなわち、ゲイン誤差又はオフセット誤差が所定範囲を超える場合、Ｓ２３で制御部は、代理電流フィードバック制御を行う。Ｓ２２でＮＯの場合、Ｓ２４で制御部は、自系統のｄｑ軸電流に基づく通常の電流フィードバック制御を行う。

このようにすることで、代理電流フィードバック制御を行う場合を最小限とし、通常の電流フィードバック制御を行う機会を拡げる。したがって、自助電流フィードバック制御と同様に、系統間の電気的特性のばらつきが大きい場合の精度確保や、動作中の過電流系故障の異常検出の点で有利となる。ただし、各系統の制御部は、電流センサの故障モードにかかわらず、自系統の電流センサが故障と判定されたとき、常に代理電流フィードバック制御を実施してもよい。

（その他の実施形態）
（ａ）本発明は、二系統に限らず、三系統以上のモータ制御装置にも適用可能である。例えば第１、第２、第３系統からなる三系統のうち第１系統の１相以上の電流センサが故障と判定されたとき、第１系統の制御部は、正常な第２系統又は第３系統のｄｑ軸実電流を用いて代理電流フィードバック制御を行う。この場合、第２系統又は第３系統のいずれのｄｑ軸実電流を用いるかについて予め決められていてもよいし、都度、電流値等に応じて選択されてもよい。或いは、第２、第３系統のｄｑ軸実電流の平均値を用いてもよい。これにより、三系統でのモータ駆動による出力トルクが約３分の２に低下することを防ぐことができる。

三系統以上のモータ制御装置を含めるように上記実施形態の作用効果を一般化すると、「二系統のうち一系統の故障」を「複数系統のうち一部の系統」に読み替えて解釈すればよい。

（ｂ）本発明の制御対象であるモータ８０において、二組の巻線組８０１、８０２の位相差は電気角３０°以外の「所定の位相差」に設定されてもよい。その場合、二系統の駆動回路６０１、６０２は、対応する巻線組８０１、８０２に所定の位相差の相電流を通電する。その場合でも座標変換後のｄｑ軸実電流は、通電位相差に関係なく、補正演算なしでそのまま用いることができる。また、二組の巻線組８０１、８０２は同位相、すなわち位相差０°で配置されてもよい。

（ｃ）多相モータの相の数は３相に限らず４相以上でもよい。４相以上の構成でも１相のみの故障の場合、キルヒホッフの法則により故障相の電流を推定可能である。２相以上の故障時に故障相の推定が難しい場合は、代理電流フィードバック制御が有効である。

（ｄ）本発明のモータ制御装置は、ＥＰＳの操舵アシストモータに限らず、冗長構成のモータであれば、車両に搭載される他の用途のモータや車両以外のシステムのモータにも適用可能である。冗長構成では一部系統の故障時に他系統により制御を継続するという点で基本的なフェールセーフが担保されているが、さらに電流センサ故障時におけるモータ出力低下の防止が求められる用途では、本発明は有効である。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０・・・ＥＣＵ（モータ制御装置）、
４０１、４０２・・・制御部、
５０・・・電流センサ故障診断部、
６０１、６０２・・・駆動回路、
７０１、７０２・・・電流センサ、
８０・・・モータ、８０１、８０２・・・巻線組（多相巻線組）。

Claims

複数の３相巻線組（８０１、８０２）を有するモータ（８０）の駆動を制御するモータ制御装置であって、
対応する前記３相巻線組に電力供給する複数の駆動回路（６０１、６０２）と、
前記駆動回路から前記３相巻線組に通電される各相電流を検出する複数の電流センサ（７０１、７０２）と、
前記駆動回路に対応して設けられ、各相の前記電流センサの検出値を座標変換して算出したｄｑ軸実電流をｄｑ軸電流指令値に対してフィードバック制御し、前記駆動回路に指令する駆動信号を演算する複数の制御部（４０１、４０２）と、
前記電流センサの故障を診断する電流センサ故障診断部（５０）と、
を備え、
互いに対応する前記３相巻線組、前記駆動回路、前記電流センサ及び前記制御部を含む一群の構成要素の単位を系統と定義すると、各系統に３相の前記電流センサを備え、
各系統の前記制御部は、
前記電流センサ故障診断部により故障と判定された自系統の前記電流センサについて、
３相の前記電流センサが故障したとき、又は、２相もしくは１相の前記電流センサが故障し且つ正常相の前記電流センサの検出値から故障相の電流を推定不能なとき、他系統の前記制御部が算出した他系統のｄｑ軸実電流を自系統のｄｑ軸電流指令値に対してフィードバック制御する代理電流フィードバック制御を行い、
２相もしくは１相の前記電流センサが故障し且つ正常相の前記電流センサの検出値から故障相の電流を推定可能なとき、正常相の前記電流センサの検出値と故障相の電流推定値とを座標変換してｄｑ軸推定電流を算出し、自系統のｄｑ軸推定電流に基づく自助電流フィードバック制御を行い、
前記代理電流フィードバック制御又は前記自助電流フィードバック制御により自系統の前記駆動信号を演算し、自系統の前記駆動回路による前記モータの駆動を継続し、
前記代理電流フィードバック制御での動作中に自系統の前記駆動回路又は前記巻線組に過電流異常が発生した場合、自系統の前記電流センサとは別の異常検出手段により過電流異常が検出されるモータ制御装置。
前記複数の駆動回路は、対応する前記３相巻線組に所定の位相差の相電流を通電する請求項１に記載のモータ制御装置。
車両の電動パワーステアリング装置（９０）に適用され、前記モータとして操舵アシストモータの駆動を制御する請求項１または２に記載のモータ制御装置。