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JP2010137627A - Electric power steering device - Google Patents

Electric power steering device Download PDF

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Publication number
JP2010137627A
JP2010137627A JP2008314076A JP2008314076A JP2010137627A JP 2010137627 A JP2010137627 A JP 2010137627A JP 2008314076 A JP2008314076 A JP 2008314076A JP 2008314076 A JP2008314076 A JP 2008314076A JP 2010137627 A JP2010137627 A JP 2010137627A
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JP
Japan
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current
phase
motor
energization
steering
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Pending
Application number
JP2008314076A
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Japanese (ja)
Inventor
Kohei Yanai
康平 梁井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the faulty determination of a reverse assist abnormality in two-phase drive due to an energization failure in one phase of a three-phase motor. <P>SOLUTION: When the energization failure to an electric motor 20 occurs only in one phase, a command current for two-phase energization is calculated based on a current calculating expression for the two-phase energization for generating a torque not changed relative to a change in the electrical angle of the motor 20, the maximum current regulating the upper limit current of the motor 20, and an advance angle amount advancing the phase of the command current, and then, the motor 20 is controlled by the two-phase energization by this command current. On this occasion, the reverse assist abnormality is determined by a code mismatch between the command current and an actual current, however, in a region in the vicinity of the electrical angle having the code of the command current inverted, the determination of the reverse assist abnormality is not performed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、運転者の操舵操作に基づいて3相モータを駆動制御して操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to an electric power steering device that generates a steering assist torque by drivingly controlling a three-phase motor based on a driver's steering operation.

従来から、電動パワーステアリング装置は、運転者が行った操舵操作に基づいて電動モータの目標アシストトルクを演算し、この目標アシストトルクが得られるように、電動モータの通電量を制御している。電動モータとして3相モータを使用した電動パワーステアリング装置も一般化されている。3相モータを使用した場合、一般に、d−q座標系を用いた電流フィードバック制御が行われる。例えば、運転者がハンドルに入力した操舵トルクや車速に基づいて目標アシストトルクを算出し、この目標アシストトルクを発生させるためのq軸指令電流と、トルクを発生させない方向となるd軸指令電流(例えば、ゼロ)とを算出する。一方、電流センサにより3相のモータ電流を検出し、この実電流をd−q座標系における実q軸電流と実d軸電流とに変換する。そして、実q軸電流がq軸指令電流と等しくなるように、かつ、実d軸電流がd軸指令電流と等しくなるように電流フィードバック制御を行う。こうしたd−q座標系を用いてモータを制御する電動パワーステアリング装置は、特許文献1に提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering apparatus calculates a target assist torque of an electric motor based on a steering operation performed by a driver, and controls an energization amount of the electric motor so as to obtain this target assist torque. An electric power steering apparatus using a three-phase motor as an electric motor has also been generalized. When a three-phase motor is used, current feedback control using a dq coordinate system is generally performed. For example, a target assist torque is calculated based on the steering torque or vehicle speed input to the steering wheel by the driver, and a q-axis command current for generating the target assist torque and a d-axis command current (in a direction in which no torque is generated) ( For example, zero) is calculated. On the other hand, a three-phase motor current is detected by a current sensor, and this actual current is converted into an actual q-axis current and an actual d-axis current in the dq coordinate system. Then, current feedback control is performed so that the actual q-axis current is equal to the q-axis command current and the actual d-axis current is equal to the d-axis command current. An electric power steering apparatus that controls a motor using such a dq coordinate system is proposed in Patent Document 1.

また、特許文献1に提案された電動パワーステアリング装置は、制御系の異常を監視するために、q軸指令電流と実q軸電流とを比較し、q軸指令電流と実q軸電流との偏差が閾値を越えている場合に、モータ制御系の異常が発生したと判断する。更に、この電動パワーステアリング装置は、電力供給系統の断線、モータ駆動回路のスイッチング素子の故障等により、3相のうちの1相に通電不良が発生した場合には、正常な2相を使って、正弦波電流を2相に流すことによりモータを駆動するようにしている。そして、2相通電駆動をする場合においても、モータ制御系の異常を監視する。この場合、q軸指令電流と実q軸電流との偏差を判定する閾値を、実q軸電流の変動に対応するように変化させ誤判定の防止を図っている。   In addition, the electric power steering apparatus proposed in Patent Document 1 compares the q-axis command current and the actual q-axis current to monitor the abnormality of the control system, and compares the q-axis command current and the actual q-axis current. When the deviation exceeds the threshold, it is determined that an abnormality of the motor control system has occurred. Furthermore, this electric power steering device uses two normal phases when a power failure occurs in one of the three phases due to disconnection of the power supply system, failure of the switching element of the motor drive circuit, or the like. The motor is driven by flowing a sine wave current in two phases. Even when the two-phase energization drive is performed, the motor control system is monitored for abnormalities. In this case, the threshold for determining the deviation between the q-axis command current and the actual q-axis current is changed so as to correspond to the fluctuation of the actual q-axis current to prevent erroneous determination.

特開2008−211911号公報JP 2008-211191 A

しかしながら、特許文献1に提案された電動パワーステアリング装置では、2相通電駆動時において、正弦波電流を通電不良が発生していない2相に流すため、モータ電気角の変化に伴ってトルクが大きく変動してしまう。これに対して、モータ電気角の変化に対して一定のトルクを発生するための2相通電用電流演算式を用いて通電を制御すれば理論的にはトルクが一定となる。この2相通電用電流演算式は、例えば、次のように表すことができる。

Figure 2010137627
この例は、W相が通電不良となったときのV相の電流演算式であり、Tは目標モータトルク、e0はトルク定数、θeはモータ電気角を表す。また、U相は、V相を反転したもの(Iu=−Iv)となる。 However, in the electric power steering device proposed in Patent Document 1, since the sine wave current flows in the two phases where no conduction failure occurs during the two-phase energization drive, the torque increases with the change in the motor electrical angle. It will fluctuate. On the other hand, if energization is controlled using a two-phase energization current calculation formula for generating a constant torque with respect to a change in motor electrical angle, the torque becomes theoretically constant. This two-phase energization current calculation formula can be expressed, for example, as follows.
Figure 2010137627
This example is a V-phase current calculation formula when the W-phase becomes a current-carrying failure, where T represents a target motor torque, e 0 represents a torque constant, and θe represents a motor electrical angle. In addition, the U phase is obtained by inverting the V phase (Iu = −Iv).

この場合、演算式上における電流値が、特定の電気角において無限大になるため、各相の電流を予め設定した最大電流値以下に制限することになる。従って、電流波形は、図4(a)に示すようになる。   In this case, since the current value on the arithmetic expression becomes infinite at a specific electrical angle, the current of each phase is limited to a predetermined maximum current value or less. Therefore, the current waveform is as shown in FIG.

このような波形の電流を正常な2相に流す場合、特定の電気角(この例では、90degと270deg)の前後において、電流値が正から負に、あるいは、負から正に急に変化する。このため、この電流に基づいて制御系の異常を判定する場合、誤判定をするおそれがある。   When a current having such a waveform flows in two normal phases, the current value changes suddenly from positive to negative or from negative to positive before and after a specific electrical angle (90 deg and 270 deg in this example). . For this reason, when determining abnormality of a control system based on this electric current, there exists a possibility of misjudging.

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、3相モータの1相が通電不良となり2相通電駆動する場合であっても、モータ制御系の異常の誤判定を抑制することにある。   An object of the present invention is to cope with the above-described problem, and suppresses erroneous determination of an abnormality in a motor control system even when one phase of a three-phase motor is poorly energized and driven by two-phase energization. There is.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生する3相のモータと、運転者の操舵操作に基づいて前記モータの通電を制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御手段は、前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータの電気角を検出する電気角検出手段と、前記モータの各相への通電不良の発生を検出する通電不良検手段と、前記モータへの通電不良が1相だけ発生しているときに、通電不良が発生していない2相を使って前記モータの電気角の変化に対して変動しないトルクを発生するための2相通電用電流演算式と、前記モータの上限電流を規定する最大電流とに基づいて、2相通電用の指令電流を演算し、演算した2相通電用の指令電流にて通電不良の発生していない2相に通電して前記モータを駆動制御する2相通電制御手段と、前記2相通電用の指令電流と、前記電流検出手段により検出された電流との比較に基づいて、モータ制御系の異常を判定する異常判定手段と、前記2相通電用の指令電流の通電方向が反転するモータ電気角近傍領域においては、前記異常判定手段による異常判定を禁止する、あるいは、前記異常判定手段により判定された異常判定を無効にする異常判定制限手段とを備えたことにある。   In order to achieve the above object, the present invention is characterized by a three-phase motor that is provided in a steering mechanism and generates steering assist torque, and motor control means for controlling energization of the motor based on a steering operation of a driver. The motor control means includes: current detection means for detecting current flowing in each phase of the motor; electrical angle detection means for detecting an electrical angle of the motor; and each of the motors An electrical angle of the motor is detected by using an energization failure detecting means for detecting the occurrence of an energization failure in the phase and two phases in which no energization failure occurs when only one phase of the energization failure occurs in the motor. A command current for two-phase energization is calculated on the basis of a two-phase energization current calculation formula for generating torque that does not fluctuate with respect to changes in the motor and a maximum current that defines the upper limit current of the motor. Two-phase energization control means for driving and controlling the motor by energizing the two phases in which energization failure has not occurred with the calculated two-phase energization command current, the two-phase energization command current, and the current detection An abnormality determining means for determining an abnormality of the motor control system based on a comparison with the current detected by the means, and the abnormality in the vicinity of the motor electrical angle where the energization direction of the command current for the two-phase energization is reversed. An abnormality determination limiting unit that prohibits the abnormality determination by the determination unit or invalidates the abnormality determination determined by the abnormality determination unit.

本発明においては、モータ制御手段により3相モータの通電を制御することによりステアリング機構に操舵アシストトルクを発生させる。3相モータとしては、3相ブラシレスモータが好適である。モータ制御手段は、3相モータへの通電不良が発生した場合でも、正常な2相を使ってモータ駆動できるように、かつ、2相を使ったモータ駆動時においてもモータ制御系の異常を適正に判定できるように、電流検出手段、電気角検出手段、通電不良検手段、2相通電制御手段、異常判定手段、異常判定制限手段を備えている。   In the present invention, the steering assist torque is generated in the steering mechanism by controlling the energization of the three-phase motor by the motor control means. A three-phase brushless motor is suitable as the three-phase motor. The motor control means is able to drive the motor using the normal two-phase even if a power failure to the three-phase motor occurs, and properly correct the motor control system abnormality even when driving the motor using the two-phase. Current detection means, electrical angle detection means, conduction failure detection means, two-phase conduction control means, abnormality determination means, and abnormality determination restriction means.

通電不良検出手段によりモータへの通電不良が1相だけ発生していることが検出された場合、2相通電制御手段が正常な2相を使ってモータを駆動制御する。この場合、2相通電制御手段は、モータの電気角の変化に対して変動しないトルクを発生するための2相通電用電流演算式と、モータの上限電流を規定する最大電流(最大電流値)とに基づいて、2相通電用の指令電流(指令電流値)を演算し、演算した2相通電用の指令電流にて通電不良の発生していない2相に通電してモータを駆動制御する。   When it is detected by the energization failure detecting means that only one phase of energization to the motor has occurred, the two-phase energization control means drives and controls the motor using two normal phases. In this case, the two-phase energization control means includes a two-phase energization current calculation formula for generating torque that does not fluctuate with respect to a change in the electrical angle of the motor, and a maximum current (maximum current value) that defines the upper limit current of the motor. Based on the above, a command current (command current value) for two-phase energization is calculated, and the motor is driven and controlled by energizing the two phases in which no conduction failure has occurred with the calculated two-phase energization command current .

2相通電用電流演算式は、電気角検出手段により検出されるモータの電気角に応じた2相通電用の電流を設定するが、特定の電気角に接近するとき電流の大きさ(絶対値)が急激に増加し、その特定の電気角を通過すると、符号(電流の向き)が反転して電流の大きさ(絶対値)が減少していく。最大電流は、モータおよびモータ駆動回路を保護するために設定されている。従って、特定の電気角近傍領域において、2相通電用の指令電流は、その大きさ(絶対値)が最大電流に制限される。尚、2相通電用電流演算式は、通電不良の相に応じた位相にて設定されるため、特定の電気角もそれに応じて異なる。   The current calculation formula for two-phase energization sets the current for two-phase energization corresponding to the electrical angle of the motor detected by the electrical angle detection means, but the magnitude of the current (absolute value when approaching a specific electrical angle) ) Increases rapidly and passes through the specific electrical angle, the sign (current direction) is reversed and the current magnitude (absolute value) decreases. The maximum current is set to protect the motor and motor drive circuit. Therefore, the magnitude (absolute value) of the command current for two-phase energization is limited to the maximum current in the region near the specific electrical angle. Note that the current calculation formula for two-phase energization is set at a phase corresponding to the phase of the energization failure, and therefore the specific electrical angle varies accordingly.

異常判定手段は、モータが2相通電制御手段により駆動制御されている場合、2相通電用の指令電流と、電流検出手段により検出された電流との比較に基づいてモータ制御系の異常を判定する。モータを2相通電用の指令電流に基づいて駆動する場合、特定の電気角において指令電流の符号(電流の向き)が急に反転するため、その特定の電気角近傍領域で指令電流と実電流(電流検手段により検出された電流)とを比較すると、モータ制御系が正常であっても異常判定をしてしまうおそれがある。   The abnormality determination means determines whether the motor control system is abnormal based on a comparison between the command current for two-phase energization and the current detected by the current detection means when the motor is driven and controlled by the two-phase energization control means. To do. When a motor is driven based on a command current for two-phase energization, the sign (direction of current) of the command current is suddenly reversed at a specific electrical angle, so the command current and the actual current are in the vicinity of the specific electrical angle. When compared with (the current detected by the current detection means), there is a possibility that the abnormality determination is made even if the motor control system is normal.

そこで、本発明においては、異常判定制限手段を備えている。異常判定制限手段は、モータが2相通電制御手段により駆動制御されている場合、2相通電用の指令電流の通電方向が反転するモータ電気角近傍領域において、異常判定手段による異常判定を禁止する、あるいは、異常判定手段により判定された異常判定を無効にする。これによりモータ制御系の異常の誤判定を抑制することができる。   Therefore, in the present invention, abnormality determination limiting means is provided. The abnormality determination limiting unit prohibits abnormality determination by the abnormality determination unit in a region near the motor electrical angle where the energization direction of the command current for two-phase energization is reversed when the motor is driven and controlled by the two-phase energization control unit. Alternatively, the abnormality determination determined by the abnormality determination means is invalidated. Thereby, erroneous determination of abnormality in the motor control system can be suppressed.

尚、モータ制御手段は、3相への通電不良が発生していない場合には、例えば、d−q座標系の指令電流を用いてモータの通電を制御するようにするとよい。この場合、モータ制御手段は、操舵ハンドルに入力された操舵トルクと車速とに基づいて目標アシストトルクを設定し、この目標アシストトルクに対応するq軸指令電流と、アシストトルクを発生しないd軸指令電流とを演算する。また、電流検出手段により検出した3相に流れる電流をd−q座標系の実q軸電流と実d軸電流とに変換する。そして、実q軸電流と実d軸電流をq軸指令電流とd軸指令電流にフィードバックして、q軸指令電流と実q軸電流との偏差、および、d軸指令電流と実d軸電流との偏差に応じた3相の通電量(電圧あるいは電流)を演算し、この通電量でモータを駆動する。この場合、2相通電制御手段は、前記目標アシストトルクあるいはq軸指令電流に基づいて2相通電用電流演算式を設定するとよい。   Note that the motor control means may control the energization of the motor using, for example, a command current in the dq coordinate system, when there is no failure in energizing the three phases. In this case, the motor control means sets the target assist torque based on the steering torque and the vehicle speed input to the steering handle, the q-axis command current corresponding to the target assist torque, and the d-axis command that does not generate the assist torque. Calculate the current. Further, the current flowing in the three phases detected by the current detecting means is converted into an actual q-axis current and an actual d-axis current in the dq coordinate system. Then, the actual q-axis current and the actual d-axis current are fed back to the q-axis command current and the d-axis command current, the deviation between the q-axis command current and the actual q-axis current, and the d-axis command current and the actual d-axis current. The three-phase energization amount (voltage or current) corresponding to the deviation is calculated, and the motor is driven with this energization amount. In this case, the two-phase energization control means may set a two-phase energization current calculation formula based on the target assist torque or the q-axis command current.

また、本発明の特徴は、前記異常判定手段は、前記2相通電用の指令電流の向きと、前記電流検出手段により検出された電流の向きとが一致しない場合に、前記モータが運転者の操舵方向に対して逆方向の操舵トルクを発生している逆アシスト異常であると判定することにある。   In addition, a feature of the present invention is that the abnormality determination unit is configured such that when the direction of the command current for the two-phase energization does not match the direction of the current detected by the current detection unit, the motor It is determined that it is a reverse assist abnormality that generates a steering torque in a direction opposite to the steering direction.

本発明においては、異常判定手段が、2相通電用の指令電流の向きと電流検出手段により検出された電流の向きとが一致しているか否かを判断する。電流の向き(符号)が一致していない場合は、運転者の操舵方向(目標アシストトルクを発生させる方向)に対して、モータが逆方向に操舵トルクを発生させていることになる。そこで、異常判定手段は、こうした電流の向きの不一致を検出することにより逆アシスト異常を判定する。この場合、異常判定制限手段により、2相通電用の指令電流の通電方向が反転するモータ電気角近傍領域において、異常判定が禁止されている、あるいは、異常判定が無効とされるため、逆アシスト異常の誤判定を抑制することができる。   In the present invention, the abnormality determination unit determines whether or not the direction of the command current for two-phase energization matches the direction of the current detected by the current detection unit. If the directions (signs) of the currents do not match, the motor is generating the steering torque in the opposite direction to the driver's steering direction (the direction in which the target assist torque is generated). Therefore, the abnormality determination means determines the reverse assist abnormality by detecting such a mismatch in the current direction. In this case, the abnormality determination is restricted by the abnormality determination limiting means in the vicinity of the motor electrical angle where the direction of energization of the command current for two-phase energization is reversed, or the abnormality determination is invalidated. An erroneous determination of abnormality can be suppressed.

また、本発明の他の特徴は、前記2相通電制御手段は、前記2相通電用電流演算式におけるモータの電気角を予め設定した進角量だけ進めて、前記2相通電用の指令電流を演算することにある。   Another feature of the present invention is that the two-phase energization control means advances the electric angle of the motor in the current calculation formula for two-phase energization by a predetermined advance amount, and the command current for the two-phase energization Is to calculate.

モータが2相通電制御手段により駆動制御されている場合、通電方向が反転する電気角近傍領域においては、最大電流制限が働くことになり、モータで発生できるトルクが減少してしまう。また、ステアリング機構には、操舵方向に対してタイヤを戻そうとする反対方向の力となる反力が発生する。従って、通電方向が反転する電気角近傍領域においてモータトルクが不足し、その位置からモータを回転できなくなるおそれがある。このため、運転者の大きな操舵力が必要となる。そこで、本発明においては、2相通電用電流演算式におけるモータの電気角を予め設定した進角量だけ進めて指令電流を演算する。つまり、2相通電用電流演算式は、モータの電気角からモータに流す電流を求める演算式であるが、2相通電制御手段は、電気角検出手段により検出した実電気角をモータ回転方向に進角量だけ進めた電気角に対する電流を2相通電用電流演算式から演算し、最大電流制限を加えて指令電流を算出する。   When the motor is driven and controlled by the two-phase energization control means, the maximum current limit acts in the vicinity of the electrical angle where the energization direction is reversed, and the torque that can be generated by the motor is reduced. In addition, a reaction force is generated in the steering mechanism, which is a force in the opposite direction to return the tire with respect to the steering direction. Therefore, the motor torque is insufficient in the region near the electrical angle where the energization direction is reversed, and the motor may not be able to rotate from that position. For this reason, a large steering force of the driver is required. Therefore, in the present invention, the command current is calculated by advancing the electrical angle of the motor in the two-phase energization current calculation formula by a preset advance amount. In other words, the current calculation formula for two-phase energization is an arithmetic expression for obtaining the current flowing to the motor from the electric angle of the motor, but the two-phase energization control means sets the actual electric angle detected by the electric angle detection means in the motor rotation direction. The current for the electrical angle advanced by the advance amount is calculated from the current calculation formula for two-phase energization, and the command current is calculated by adding the maximum current limit.

この場合、電気角に対するモータトルク特性は、指令電流の通電方向が反転する特定電気角(進角量だけ進められている)より小さい電気角の位置でトルクが増加し、特定電気角を越えると、急激にトルクが減少して逆方向のトルクが発生するようになる。そして、電気角が大きくなるにしたがって逆方向のトルクが弱まり、正方向のトルクに転じて徐々に増大していく。従って、特定電気角を挟んで、反力よりも大きな操舵アシストトルクを発生できる過アシスト領域と、操舵方向に対して反対方向にトルクを発生する逆アシスト領域とが形成される。また、逆アシスト領域よりも電気角の大きくなる領域には、電気角の増加にしたがって操舵方向にトルクを増大させて過アシスト領域に至る不足アシスト領域が形成される。   In this case, when the motor torque characteristic with respect to the electrical angle increases when the torque increases at a position of an electrical angle smaller than a specific electrical angle (advancing by the advance amount) at which the direction of energization of the command current is reversed, and exceeds the specific electrical angle As a result, the torque suddenly decreases and torque in the reverse direction is generated. As the electrical angle increases, the torque in the reverse direction becomes weaker and gradually increases as it turns to the torque in the forward direction. Accordingly, an over-assist region where a steering assist torque larger than the reaction force can be generated and a reverse assist region where torque is generated in the opposite direction to the steering direction is formed across the specific electrical angle. In addition, in the region where the electrical angle is larger than the reverse assist region, a short assist region is formed in which the torque is increased in the steering direction as the electrical angle increases to reach the over assist region.

こうしたモータ特性においては、モータが不足アシスト領域で止まった場合、操舵方向に対してタイヤを戻そうとする反力によりモータが逆方向に回転する。そして、電気角が逆アシスト領域となる回転位置にまで戻されると、モータ自身の発生する逆方向のトルクにより、その回転位置をさらに過アシスト領域にまで逆回転させる。過アシスト領域にまで戻されると、モータは、反力に打ち勝つ大きな操舵方向のトルクを発生させ操舵方向に回転し、過アシスト領域で蓄えた運動エネルギーにより、逆アシスト領域と不足アシスト領域とを通過することができる。これにより、2相を使ってモータを良好に回転させることができる。   In such motor characteristics, when the motor stops in the shortage assist region, the motor rotates in the reverse direction due to a reaction force for returning the tire with respect to the steering direction. Then, when the electrical angle is returned to the rotational position that becomes the reverse assist region, the rotational position is further reversely rotated to the over assist region by the reverse torque generated by the motor itself. When the motor is returned to the over assist area, the motor generates a large torque in the steering direction that overcomes the reaction force, rotates in the steering direction, and passes through the reverse assist area and the insufficient assist area by the kinetic energy stored in the over assist area. can do. Thereby, a motor can be rotated favorably using two phases.

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図1は、同実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を表している。   Hereinafter, an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric power steering apparatus for a vehicle according to the embodiment.

この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル11の操舵操作により転舵輪を転舵するステアリング機構10と、ステアリング機構10に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ20と、電動モータ20を駆動するためのモータ駆動回路30と、電動モータ20の作動を制御する電子制御装置100とを主要部として備えている。以下、電子制御装置100をアシストECU100と呼ぶ。   The electric power steering apparatus includes a steering mechanism 10 that steers steered wheels by a steering operation of a steering handle 11, an electric motor 20 that is assembled to the steering mechanism 10 and generates a steering assist torque, and an electric motor 20 for driving the electric power steering apparatus. The motor drive circuit 30 and the electronic control device 100 that controls the operation of the electric motor 20 are provided as main parts. Hereinafter, the electronic control device 100 is referred to as an assist ECU 100.

ステアリング機構10は、操舵ハンドル11の回転操作により左右前輪FWL,FWRを転舵するための機構で、操舵ハンドル11を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト12を備える。このステアリングシャフト12の下端には、ピニオンギヤ13が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ13は、ラックバー14に形成されたラック歯と噛み合って、ラックバー14とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー14の両端には、タイロッド15L,15Rを介して左右前輪FWL,FWRのナックル(図示略)が操舵可能に接続されている。左右前輪FWL,FWRは、ステアリングシャフト12の軸線回りの回転に伴うラックバー14の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。   The steering mechanism 10 is a mechanism for turning the left and right front wheels FWL and FWR by a rotation operation of the steering handle 11, and includes a steering shaft 12 connected to the steering handle 11 so as to rotate integrally with the upper end. A pinion gear 13 is connected to the lower end of the steering shaft 12 so as to rotate integrally. The pinion gear 13 meshes with rack teeth formed on the rack bar 14 and constitutes a rack and pinion mechanism together with the rack bar 14. Knuckles (not shown) of the left and right front wheels FWL and FWR are steerably connected to both ends of the rack bar 14 via tie rods 15L and 15R. The left and right front wheels FWL and FWR are steered left and right according to the axial displacement of the rack bar 14 accompanying the rotation of the steering shaft 12 around the axis.

ラックバー14には、電動モータ20が組み付けられている。電動モータ20は、3相ブラシレスモータが用いられる。電動モータ20の回転軸は、ボールねじ機構16を介してラックバー14に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪FWL,FWRに転舵力を付与して操舵操作をアシストする。ボールねじ機構16は、減速機および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ20の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー14に伝達する。   An electric motor 20 is assembled to the rack bar 14. The electric motor 20 is a three-phase brushless motor. The rotating shaft of the electric motor 20 is connected to the rack bar 14 via the ball screw mechanism 16 so as to be able to transmit power, and the rotation gives the steering force to the left and right front wheels FWL and FWR to assist the steering operation. The ball screw mechanism 16 functions as a speed reducer and a rotation-linear converter, and decelerates the rotation of the electric motor 20 and converts it into a linear motion and transmits it to the rack bar 14.

ステアリングシャフト12には、操舵トルクセンサ21が設けられる。操舵トルクセンサ21は、例えば、ステアリングシャフト12の中間部に介装されたトーションバー(図示略)の上端部および下端部にそれぞれ組み付けられたレゾルバ(図示略)を備え、上下のレゾルバの検出角度差を使ってトーションバーのねじれ角度を表す検出信号を出力する。これにより操舵ハンドル11の回動操作によってステアリングシャフト12に作用する操舵トルクが検出される。この操舵トルクセンサ21から出力される信号により検出される操舵トルクの値を、以下、操舵トルクTrと呼ぶ。操舵トルクTrは、正負の値により操舵ハンドル11の操作方向が識別される。本実施形態においては、操舵ハンドル11の右方向への操舵時における操舵トルクTrを正の値で、操舵ハンドル11の左方向への操舵時における操舵トルクTrを負の値で示す。従って、操舵トルクTrの大きさは、その絶対値の大きさとなる。   A steering torque sensor 21 is provided on the steering shaft 12. The steering torque sensor 21 includes, for example, resolvers (not shown) assembled to upper and lower ends of a torsion bar (not shown) interposed in an intermediate portion of the steering shaft 12, and detection angles of upper and lower resolvers. A detection signal representing the torsion angle of the torsion bar is output using the difference. Thus, the steering torque acting on the steering shaft 12 by the turning operation of the steering handle 11 is detected. Hereinafter, the value of the steering torque detected by the signal output from the steering torque sensor 21 is referred to as steering torque Tr. As for the steering torque Tr, the operation direction of the steering wheel 11 is identified by positive and negative values. In the present embodiment, the steering torque Tr when the steering handle 11 is steered in the right direction is indicated by a positive value, and the steering torque Tr when the steering handle 11 is steered in the left direction is indicated by a negative value. Therefore, the magnitude of the steering torque Tr is the absolute value thereof.

また、ステアリングシャフト12には、操舵ハンドル11の回転角度を検出する操舵角センサ23が設けられる。この操舵角センサ23から出力される信号により検出される操舵角値を、以下、操舵角θhと呼ぶ。操舵角θhは、正負の値により操舵ハンドル11の操作方向が識別される。本実施形態においては、操舵ハンドル11の中立位置から右方向の操舵角θhを正の値で、左方向の操舵角θhを負の値で示す。従って、操舵角θhの大きさは、その絶対値の大きさとなる。また、操舵角θhを時間微分した値は、操舵ハンドル11の操舵速度ωとして利用される。   The steering shaft 12 is provided with a steering angle sensor 23 that detects the rotation angle of the steering handle 11. Hereinafter, the steering angle value detected by the signal output from the steering angle sensor 23 is referred to as a steering angle θh. As for the steering angle θh, the operation direction of the steering wheel 11 is identified by a positive or negative value. In the present embodiment, the steering angle θh in the right direction from the neutral position of the steering handle 11 is indicated by a positive value, and the steering angle θh in the left direction is indicated by a negative value. Therefore, the magnitude of the steering angle θh is the magnitude of its absolute value. A value obtained by differentiating the steering angle θh with respect to time is used as the steering speed ω of the steering handle 11.

電動モータ20には、回転角センサ22が設けられる。この回転角センサ22は、電動モータ20内に組み込まれ、電動モータ20の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力する。この回転角センサ22により検出される回転角値を、以下、モータ回転角θmと呼ぶ。モータ回転角θmは、電動モータ20の電気角θeの計算に利用される。   The electric motor 20 is provided with a rotation angle sensor 22. The rotation angle sensor 22 is incorporated in the electric motor 20 and outputs a detection signal corresponding to the rotation angle position of the rotor of the electric motor 20. Hereinafter, the rotation angle value detected by the rotation angle sensor 22 is referred to as a motor rotation angle θm. The motor rotation angle θm is used for calculating the electrical angle θe of the electric motor 20.

モータ駆動回路30は、MOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなる6個のスイッチング素子31〜36により3相インバータ回路を構成したものである。具体的には、第1スイッチング素子31と第2スイッチング素子32とを直列接続した回路と、第3スイッチング素子33と第4スイッチング素子34とを直列接続した回路と、第5スイッチング素子35と第6スイッチング素子36とを直列接続した回路とを並列接続し、各直列回路における2つのスイッチング素子間(31−32,33−34,35−36)から電動モータ20への電力供給ライン37を引き出した構成を採用している。   The motor drive circuit 30 comprises a three-phase inverter circuit composed of six switching elements 31 to 36 made of MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Specifically, a circuit in which a first switching element 31 and a second switching element 32 are connected in series, a circuit in which a third switching element 33 and a fourth switching element 34 are connected in series, a fifth switching element 35 and a first switching element A circuit in which 6 switching elements 36 are connected in series is connected in parallel, and a power supply line 37 to the electric motor 20 is drawn from between two switching elements (31-32, 33-34, 35-36) in each series circuit. Adopted.

モータ駆動回路30には、電動モータ20に流れる電流を検出する電流センサ38が設けられる。この電流センサ38は、各相(U相,V相,W相)ごとに流れる電流をそれぞれ検出し、その検出した電流値に対応した検出信号をアシストECU100に出力する。以下、この測定された3相の電流値をモータ電流Iuvwと総称し、それぞれの相電流値をIu,Iv,Iwにて表す。   The motor drive circuit 30 is provided with a current sensor 38 that detects a current flowing through the electric motor 20. The current sensor 38 detects the current flowing in each phase (U phase, V phase, W phase) and outputs a detection signal corresponding to the detected current value to the assist ECU 100. Hereinafter, the measured current values of the three phases are collectively referred to as motor current Iuvw, and the respective phase current values are represented by Iu, Iv, and Iw.

モータ駆動回路30の各スイッチング素子31〜36は、それぞれゲートがアシストECU100に接続され、アシストECU100から出力されるPWM制御信号によりデューティ比が制御される。これにより電動モータ20の駆動電圧が目標電圧に調整される。尚、図中に回路記号で示すように、スイッチング素子31〜36を構成するMOSFETには、構造上ダイオードが寄生している。   As for each switching element 31-36 of the motor drive circuit 30, a gate is connected to assist ECU100, respectively, and a duty ratio is controlled by the PWM control signal output from assist ECU100. Thereby, the drive voltage of the electric motor 20 is adjusted to the target voltage. Incidentally, as indicated by circuit symbols in the figure, the MOSFETs constituting the switching elements 31 to 36 are parasitically structured with diodes.

また、モータ駆動回路30から電動モータ20への電力供給ライン37には、各相毎に独立して開閉可能なスイッチを備えた遮断回路39が設けられる。この遮断回路39は、アシストECU100からの信号により、各相ごとに設けられたスイッチが独立して開閉制御される。   The power supply line 37 from the motor drive circuit 30 to the electric motor 20 is provided with a shut-off circuit 39 having a switch that can be opened and closed independently for each phase. The shut-off circuit 39 is controlled to be opened and closed independently for each phase by a signal from the assist ECU 100.

アシストECU100は、CPU,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータを主要部として構成される。アシストECU100は、操舵トルクセンサ21、操舵角センサ23、回転角センサ22、電流センサ38、および、車速を検出する車速センサ25を接続し、操舵トルクTr、操舵角θh、モータ回転角θm、モータ電流Iuvw、車速vを表す検出信号を入力する。そして、入力した検出信号に基づいて、運転者の操舵操作に応じた最適な操舵アシストトルクが得られるように電動モータ20に流す指令電流(目標電流)を演算し、その指令電流が流れるようにモータ駆動回路30の各スイッチング素子31〜36のデューティ比を制御する。   The assist ECU 100 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like as a main part. The assist ECU 100 is connected to a steering torque sensor 21, a steering angle sensor 23, a rotation angle sensor 22, a current sensor 38, and a vehicle speed sensor 25 that detects a vehicle speed, and a steering torque Tr, a steering angle θh, a motor rotation angle θm, a motor A detection signal indicating the current Iuvw and the vehicle speed v is input. Then, based on the input detection signal, a command current (target current) to be passed through the electric motor 20 is calculated so as to obtain an optimum steering assist torque according to the driver's steering operation so that the command current flows. The duty ratio of each switching element 31 to 36 of the motor drive circuit 30 is controlled.

また、アシストECU100は、電動モータ20へ電力供給する通電路における不良(通電不良)を各相ごとに区別して検出し、1相だけの通電不良を検出したとき、正常な2相を使って電動モータ20を駆動する2相通電制御を行う機能を備えている。また、運転者の操舵操作方向に対して、電動モータ20の発生する操舵トルクの方向が反対方向となる通電が行われている逆アシスト異常を検出する機能をも備えている。アシストECU100の機能については後述する。   The assist ECU 100 also detects a failure (energization failure) in the energization path for supplying electric power to the electric motor 20 for each phase, and when detecting an energization failure of only one phase, the assist ECU 100 is electrically operated using two normal phases. A function of performing two-phase energization control for driving the motor 20 is provided. In addition, it also has a function of detecting reverse assist abnormality in which energization is performed in which the direction of the steering torque generated by the electric motor 20 is opposite to the steering operation direction of the driver. The function of the assist ECU 100 will be described later.

次に、電動パワーステアリング装置の電源供給系統について説明する。電動パワーステアリング装置は、車載電源装置80から電源供給される。車載電源装置80は、定格出力電圧12Vの一般的な車載バッテリである主バッテリ81と、エンジンの回転により発電する定格出力電圧14Vのオルタネータ82とを並列接続して構成される。車載電源装置80には、電源供給元ライン83と接地ライン84が接続される。電源供給元ライン83は、制御系電源ライン85と駆動系電源ライン86とに分岐する。制御系電源ライン85は、アシストECU100に電源供給するための電源ラインとして機能する。駆動系電源ライン86は、モータ駆動回路30とアシストECU100との両方に電源供給する電源ラインとして機能する。   Next, a power supply system of the electric power steering apparatus will be described. The electric power steering device is supplied with power from an in-vehicle power supply device 80. The in-vehicle power supply device 80 is configured by connecting in parallel a main battery 81 that is a general in-vehicle battery having a rated output voltage of 12V and an alternator 82 having a rated output voltage of 14V that is generated by the rotation of the engine. A power supply source line 83 and a ground line 84 are connected to the in-vehicle power supply device 80. The power supply source line 83 branches into a control system power line 85 and a drive system power line 86. The control system power supply line 85 functions as a power supply line for supplying power to the assist ECU 100. The drive system power supply line 86 functions as a power supply line that supplies power to both the motor drive circuit 30 and the assist ECU 100.

制御系電源ライン85には、イグニッションスイッチ87が接続される。駆動系電源ライン86には、主電源リレー88が接続される。この主電源リレー88は、アシストECU100からの制御信号によりオンして電動モータ20への電力供給回路を形成するものである。制御系電源ライン85は、アシストECU100の電源+端子に接続されるが、その途中で、イグニッションスイッチ87よりも負荷側(アシストECU100側)においてダイオード89を備えている。このダイオード89は、カソードをアシストECU100側、アノードを車載電源装置80側に向けて設けられ、電源供給方向にのみ通電可能とする逆流防止素子である。   An ignition switch 87 is connected to the control system power supply line 85. A main power relay 88 is connected to the drive system power line 86. The main power supply relay 88 is turned on by a control signal from the assist ECU 100 to form a power supply circuit to the electric motor 20. The control system power supply line 85 is connected to the power supply + terminal of the assist ECU 100, and includes a diode 89 on the load side (assist ECU 100 side) from the ignition switch 87 in the middle. The diode 89 is a backflow prevention element that is provided with the cathode facing the assist ECU 100 and the anode facing the in-vehicle power supply device 80, and allows energization only in the power supply direction.

駆動系電源ライン86には、主電源リレー88よりも負荷側において制御系電源ライン85と接続する連結ライン90が分岐して設けられる。この連結ライン90は、制御系電源ライン85におけるダイオード89の接続位置よりもアシストECU100側に接続される。また、連結ライン90には、ダイオード91が接続される。このダイオード91は、カソードを制御系電源ライン85側に向け、アノードを駆動系電源ライン86側に向けて設けられる。従って、連結ライン91を介して駆動系電源ライン86から制御系電源ライン85には電源供給できるが、制御系電源ライン85から駆動系電源ライン86には電源供給できないような回路構成となっている。駆動系電源ライン86および接地ライン84は、モータ駆動回路30の電源入力部に接続される。また、接地ライン84は、アシストECU100の接地端子にも接続される。   The drive system power line 86 is provided with a connecting line 90 branched from the main power relay 88 and connected to the control system power line 85 on the load side. This connection line 90 is connected to the assist ECU 100 side from the connection position of the diode 89 in the control system power supply line 85. A diode 91 is connected to the connecting line 90. The diode 91 is provided with the cathode facing the control system power line 85 side and the anode facing the drive system power line 86 side. Therefore, the circuit configuration is such that power can be supplied from the drive system power supply line 86 to the control system power supply line 85 via the connection line 91, but power cannot be supplied from the control system power supply line 85 to the drive system power supply line 86. . The drive system power supply line 86 and the ground line 84 are connected to the power supply input section of the motor drive circuit 30. The ground line 84 is also connected to the ground terminal of the assist ECU 100.

次に、アシストECU100の機能について図2を用いて説明する。図2は、アシストECU100のマイクロコンピュータのプログラム制御により処理される機能を表す機能ブロック図である。アシストECU100は、電動モータ20の各相への通電不良が検出されているか否かに応じてモータ制御形態を切り替える。電動モータ20への通電が3相すべて正常であれば3相を使ったモータ制御(以下、3相通電制御と呼ぶ)を行い、1相の通電不良が検出されているときに通電不良が検出されていない2相を使ったモータ制御(以下、2相通電制御と呼ぶ)を行うように切り替える。また、2相以上の通電不良が検出されているときにはモータ駆動不能であるためモータ制御を停止する。また、3相通電制御および2相通電制御を行っているときには、それと並行して逆アシスト異常の判定を行う。まず、正常時である3相通電制御について説明する。   Next, functions of the assist ECU 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions processed by program control of the microcomputer of the assist ECU 100. The assist ECU 100 switches the motor control mode depending on whether or not an energization failure to each phase of the electric motor 20 is detected. If all three phases are normally energized to the electric motor 20, motor control using three phases (hereinafter referred to as three-phase energization control) is performed, and an energization failure is detected when a one-phase energization failure is detected. The control is switched to perform motor control using two phases that are not performed (hereinafter referred to as two-phase energization control). In addition, when energization failure of two or more phases is detected, the motor control is stopped because the motor cannot be driven. In addition, when the three-phase energization control and the two-phase energization control are being performed, a reverse assist abnormality determination is performed in parallel therewith. First, the three-phase energization control that is normal will be described.

図2に示すように、アシストECU100は、アシスト電流指令部101を備えている。アシスト電流指令部101は、図14に示すように、操舵トルクTrと車速vとに応じて基本アシストトルクTasを設定するための基本アシストマップを記憶する。アシスト電流指令部101は、操舵トルクセンサ21から出力される操舵トルクTr及び車速センサ25から出力される車速vを入力して、この基本アシストマップを参照することにより基本アシストトルクTasを計算する。この場合、基本アシストトルクTasは、操舵トルクTrの増加にしたがって増加するとともに車速vの増加にしたがって減少する。また、アシスト電流指令部101は、操舵角センサ23により検出される操舵角θhを入力し、基本アシストトルクTasに対する補償値Trtを計算する。補償値Trtは、例えば、操舵角θhに比例して大きくなるステアリングシャフト12の基本位置への復帰力と、操舵角θhを時間微分した操舵速度ωに比例して大きくなるステアリングシャフト12の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクとの和として計算される。アシスト電流指令部101は、計算した基本アシストトルクTasと補償値Trtの和を目標アシストトルクT*として設定し、この目標アシストトルクT*をトルク定数で除算することにより、d−q座標系におけるq軸指令電流Iq*を算出する。   As shown in FIG. 2, the assist ECU 100 includes an assist current command unit 101. As shown in FIG. 14, the assist current command unit 101 stores a basic assist map for setting the basic assist torque Tas according to the steering torque Tr and the vehicle speed v. The assist current command unit 101 inputs the steering torque Tr output from the steering torque sensor 21 and the vehicle speed v output from the vehicle speed sensor 25, and calculates the basic assist torque Tas by referring to this basic assist map. In this case, the basic assist torque Tas increases as the steering torque Tr increases and decreases as the vehicle speed v increases. The assist current command unit 101 receives the steering angle θh detected by the steering angle sensor 23 and calculates a compensation value Trt for the basic assist torque Tas. The compensation value Trt is, for example, for the return force to the basic position of the steering shaft 12 that increases in proportion to the steering angle θh and the rotation of the steering shaft 12 that increases in proportion to the steering speed ω obtained by time-differentiating the steering angle θh. Calculated as the sum of the return torque corresponding to the resistance force. The assist current command unit 101 sets the sum of the calculated basic assist torque Tas and the compensation value Trt as the target assist torque T *, and divides the target assist torque T * by the torque constant, thereby obtaining the dq coordinate system. A q-axis command current Iq * is calculated.

アシストECU100は、3相通電制御を行う場合には、電動モータ20の回転方向をq軸とするとともに回転方向と直交する方向をd軸とするd−q座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータ20の回転を制御する。d軸電流は、電動モータ20のトルクを発生させるように働かず、弱め界磁制御に使用される。本実施形態においては、アシスト電流指令部101は、d軸指令電流Id*をゼロ(Id*=0)に設定する。   When performing three-phase energization control, the assist ECU 100 is electrically controlled by vector control described in a dq coordinate system in which the rotation direction of the electric motor 20 is the q axis and the direction orthogonal to the rotation direction is the d axis. The rotation of the motor 20 is controlled. The d-axis current does not act to generate the torque of the electric motor 20 and is used for field weakening control. In the present embodiment, the assist current command unit 101 sets the d-axis command current Id * to zero (Id * = 0).

このように計算されたq軸指令電流Iq*とd軸指令電流Id*は、フィードバック制御部102に出力される。フィードバック制御部102は、q軸指令電流Iq*からq軸実電流Iqを減算した偏差ΔIqを算出し、この偏差ΔIqを使った比例積分制御によりq軸実電流Iqがq軸指令電流Iq*に追従するようにq軸指令電圧Vq*を計算する。同様に、d軸指令電流Id*からd軸実電流Idを減算した偏差ΔIdを算出し、この偏差ΔIdを使った比例積分制御によりd軸実電流Idがd軸指令電流Id*に追従するようにd軸指令電圧Vd*を計算する。   The q-axis command current Iq * and the d-axis command current Id * calculated in this way are output to the feedback control unit 102. The feedback control unit 102 calculates a deviation ΔIq obtained by subtracting the q-axis actual current Iq from the q-axis command current Iq *, and the q-axis actual current Iq is changed to the q-axis command current Iq * by proportional-integral control using the deviation ΔIq. The q-axis command voltage Vq * is calculated so as to follow. Similarly, a deviation ΔId obtained by subtracting the d-axis actual current Id from the d-axis command current Id * is calculated, and the d-axis actual current Id follows the d-axis command current Id * by proportional-integral control using the deviation ΔId. D-axis command voltage Vd * is calculated.

q軸実電流Iqおよびd軸実電流Idは、電動モータ20のコイルに実際に流れた3相電流の検出値Iu,Iv,Iwをd−q座標系の2相電流に変換したものである。この3相電流Iu,Iv,Iwからd−q座標系の2相電流Id,Iqへの変換は、3相/2相変換部103によって行われる。3相/2相変換部103は、回転角変換部104から出力されるモータ電気角θeを入力し、そのモータ電気角θeに基づいて、電流センサ38から出力される3相電流Iu,Iv,Iwをd−q座標系の2相電流Id,Iqに変換する。回転角変換部104は、回転角センサ22から出力される回転角θmに基づいて、モータ電気角θeを算出する電気角検出手段である。以下、モータ電気角θeを、単に、電気角θeと呼ぶ。   The q-axis actual current Iq and the d-axis actual current Id are obtained by converting the detected values Iu, Iv, and Iw of the three-phase current actually flowing in the coil of the electric motor 20 into the two-phase current in the dq coordinate system. . Conversion from the three-phase currents Iu, Iv, and Iw to the two-phase currents Id and Iq in the dq coordinate system is performed by the three-phase / two-phase conversion unit 103. The three-phase / two-phase conversion unit 103 inputs the motor electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104, and based on the motor electrical angle θe, the three-phase currents Iu, Iv, Iw is converted into two-phase currents Id and Iq in the dq coordinate system. The rotation angle conversion unit 104 is an electrical angle detection unit that calculates the motor electrical angle θe based on the rotation angle θm output from the rotation angle sensor 22. Hereinafter, the motor electrical angle θe is simply referred to as an electrical angle θe.

フィードバック制御部102により算出されたq軸指令電圧Vq*とd軸指令電圧Vd*は、2相/3相座標変換部105に出力される。2相/3相座標変換部105は、回転角変換部104から出力される電気角θeに基づいて、q軸指令電圧Vq*とd軸指令電圧Vd*を3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換して、その変換した3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*をPWM信号発生部106に出力する。PWM信号発生部106は、3相指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に対応したPWM制御信号をモータ駆動回路30のスイッチング素子31〜36に出力する。これにより電動モータ20が駆動され、目標アシストトルクT*に追従した操舵アシストトルクがステアリング機構10に付与される。   The q-axis command voltage Vq * and the d-axis command voltage Vd * calculated by the feedback control unit 102 are output to the 2-phase / 3-phase coordinate conversion unit 105. The two-phase / three-phase coordinate conversion unit 105 converts the q-axis command voltage Vq * and the d-axis command voltage Vd * into the three-phase command voltages Vu * and Vv * based on the electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104. , Vw *, and the converted three-phase command voltages Vu *, Vv *, Vw * are output to the PWM signal generator 106. The PWM signal generator 106 outputs PWM control signals corresponding to the three-phase command voltages Vu *, Vv *, Vw * to the switching elements 31 to 36 of the motor drive circuit 30. As a result, the electric motor 20 is driven, and a steering assist torque that follows the target assist torque T * is applied to the steering mechanism 10.

次に、2相通電制御について説明する。まず、2相通電用の指令電流について説明する。電動モータ20は、通常、図3(a)に示すように、電気角で120deg位相をずらした正弦波状の電流を3相に通電する。この場合には、電気角に対して一定のモータトルクが得られる。しかし、3相のうちの1相が断線等により通電不良を生じると、図3(b)に示すように、モータトルクは電気角に応じて大きく変動する。このため、操舵操作に引っ掛かりが発生する。   Next, two-phase energization control will be described. First, the command current for two-phase energization will be described. As shown in FIG. 3A, the electric motor 20 normally applies a sinusoidal current having a phase difference of 120 degrees in electrical angle to the three phases. In this case, a constant motor torque is obtained with respect to the electrical angle. However, if one of the three phases is defective in energization due to disconnection or the like, the motor torque varies greatly depending on the electrical angle, as shown in FIG. For this reason, the steering operation is caught.

そこで、2相通電時には、モータ電気角の変化に対してモータトルクが一定となる2相通電用電流演算式を用いて指令電流を演算し、演算された指令電流で2相に通電すれば、理論的には一定のモータトルクが得られる。この2相通電用電流演算式は、次のように表すことができる。

Figure 2010137627
この例は、W相が通電不良となったときのV相の電流演算式であり、e0はトルク定数を表す。また、U相は、V相を反転したもの(Iu=−Iv)となる。 Therefore, at the time of two-phase energization, if the command current is calculated using the two-phase energization current calculation formula in which the motor torque is constant with respect to the change in the motor electrical angle, Theoretically, a constant motor torque can be obtained. This current calculation formula for two-phase energization can be expressed as follows.
Figure 2010137627
This example is a V-phase current calculation formula when the W-phase is in poor conduction, and e 0 represents a torque constant. In addition, the U phase is obtained by inverting the V phase (Iu = −Iv).

この2相通電用電流演算式によれば、電気角θeが90degあるいは270degとなる回転位置において2相通電用の電流が無限大となるが、電動モータ20やモータ駆動回路30を過電流から保護するために、アシストECU100には、電動モータ20に流すことのできる最大電流が予め設定されている。従って、2相通電時における指令電流の電流波形は、図4(a)に示すようになる。図中、破線で囲んだ部分が電流制限の働いた領域である。尚、図4(a)は、1相の電流波形を表したもので、もう一方の相の電流波形は、この波形の符号を反転したものとなる。   According to the current calculation formula for two-phase energization, the current for two-phase energization is infinite at the rotational position where the electrical angle θe is 90 deg or 270 deg, but the electric motor 20 and the motor drive circuit 30 are protected from overcurrent. In order to do this, the assist ECU 100 is preset with a maximum current that can flow to the electric motor 20. Accordingly, the current waveform of the command current during two-phase energization is as shown in FIG. In the figure, the area surrounded by the broken line is the area where the current limit is applied. FIG. 4A shows the current waveform of one phase, and the current waveform of the other phase is obtained by inverting the sign of this waveform.

このような電流を電動モータ20に通電した場合、電動モータ20で発生するトルクは図4(b)に示すように、電流制限が働いた領域において減少してしまう。従って、その電気角近傍領域においてモータトルクが不足し、その位置から電動モータ20を回転できなくなるおそれがある。このため、操舵操作に引っ掛かりが発生する。   When such an electric current is supplied to the electric motor 20, the torque generated by the electric motor 20 decreases in a region where the current limit is applied as shown in FIG. Therefore, the motor torque is insufficient in the vicinity of the electrical angle, and the electric motor 20 may not be able to rotate from that position. For this reason, the steering operation is caught.

そこで、本実施形態においては、電気角θeを予め設定した進角量θaだけモータ回転方向に進めて指令電流を演算する。つまり、2相通電用の電流を電気角θeに対して進角量θaだけ前だしするように2相通電用電流演算式の電気角θeを補正して演算し、この演算して得られた電流に最大電流制限を付加して指令電流を算出する。電気角を進めた指令電流は、図5に実線にて示すような波形となる。この例は、進角量θaを約20degに設定している。   Therefore, in the present embodiment, the command current is calculated by advancing the electrical angle θe in the motor rotation direction by a preset advance amount θa. That is, the electric angle θe of the two-phase energization current calculation formula is corrected and calculated so that the current for two-phase energization is advanced by the advance amount θa with respect to the electric angle θe, and obtained by this calculation. The command current is calculated by adding a maximum current limit to the current. The command current with the advanced electrical angle has a waveform as shown by a solid line in FIG. In this example, the advance amount θa is set to about 20 deg.

このように電気角を進めて指令電流を設定すると、モータトルクは、図6に示すような特性となる。図中において、T0は、予め設定した走行条件下における、操舵方向とは反対方向にタイヤを戻そうとする反力を表している。従って、モータトルクが反力T0を越えれば、運転者の操舵力なしでも操舵可能であり、モータトルクが反力T0に満たなければ、その不足分だけ運転者の操舵力が必要となる。この図からわかるように、モータトルクが反力T0を越える電気角領域と、反力T0に満たない電気角領域とが存在する。以下、モータトルクが反力T0を越える電気角領域を過アシスト領域Aと呼び、反力T0に満たない電気角領域を不足アシスト領域Bと呼ぶ。   When the command angle is set by advancing the electrical angle in this way, the motor torque has characteristics as shown in FIG. In the figure, T0 represents a reaction force for returning the tire in the direction opposite to the steering direction under preset traveling conditions. Therefore, if the motor torque exceeds the reaction force T0, the vehicle can be steered without the driver's steering force. If the motor torque does not reach the reaction force T0, the driver's steering force is required by the shortage. As can be seen from this figure, there are an electrical angle region where the motor torque exceeds the reaction force T0 and an electrical angle region where the motor torque is less than the reaction force T0. Hereinafter, an electrical angle region where the motor torque exceeds the reaction force T0 is referred to as an over assist region A, and an electrical angle region where the motor torque is less than the reaction force T0 is referred to as an insufficient assist region B.

また、不足アシスト領域B内には、モータトルクが操舵方向と逆方向に働く電気角領域も存在する。以下、不足アシスト領域Bを、モータトルクが操舵方向と同じ方向に働く電気角領域と、逆方向に働く電気角領域とに分けて説明する場合には、前者の電気角領域を不足アシスト正領域B1と呼び、後者の電気角領域を逆アシスト領域B2と呼ぶ。過アシスト領域Aから逆アシスト領域B2に切り替わるポイントは、電動モータ20の相電流の符号が反転する回転位置(電気角)となる。この例では、(90deg−θa)および(270deg−θa)の電気角において過アシスト領域Aから逆アシスト領域B2に切り替わる。   Further, in the shortage assist region B, there is also an electrical angle region where the motor torque works in the direction opposite to the steering direction. In the following, when the shortage assist region B is described separately as an electric angle region where the motor torque works in the same direction as the steering direction and an electric angle region where the motor torque works in the opposite direction, the former electric angle region is referred to as the short assist normal region. The latter electrical angle region is called a reverse assist region B2. The point at which the over assist area A is switched to the reverse assist area B2 is a rotational position (electrical angle) at which the sign of the phase current of the electric motor 20 is reversed. In this example, the over assist area A is switched to the reverse assist area B2 at electrical angles of (90 deg−θa) and (270 deg−θa).

本実施形態においては、モータトルク特性に、過アシスト領域Aと逆アシスト領域B2とを設けることにより、これらの領域A,B2を利用して引っ掛かりなく電動モータ20を回転できるようにしている。以下、その理由を説明する。   In the present embodiment, an over assist area A and a reverse assist area B2 are provided in the motor torque characteristics, so that the electric motor 20 can be rotated without being caught using these areas A and B2. The reason will be described below.

電動モータ20は、図7に示す回転方向に回転している場合、過アシスト領域Aにおいて加速していき運動エネルギーを蓄える。そして、不足アシスト領域Bに入ると、今度は反力により減速していく。つまり、過アシスト領域Aが加速区間となり、不足アシスト領域Bが減速区間となる。この場合、過アシスト領域Aにおいて蓄えた運動エネルギーが、不足アシスト領域Bで失う運動エネルギーよりも大きければ、電動モータ20は、引っ掛かりなく回転することができる。   When the electric motor 20 rotates in the rotation direction shown in FIG. 7, the electric motor 20 accelerates in the over assist region A and stores kinetic energy. Then, when entering the shortage assist region B, this time it is decelerated by the reaction force. That is, the over assist area A is an acceleration section, and the insufficient assist area B is a deceleration section. In this case, if the kinetic energy stored in the over assist area A is greater than the kinetic energy lost in the short assist area B, the electric motor 20 can rotate without being caught.

ただし、操舵速度(モータの回転速度)が遅い場合などでトルクフィードバックが応答してしまった場合には、図8に示すように、モータトルクが減少する。このため、過アシスト領域Aが減少し、過アシスト領域Aで十分に加速することができなくなる。十分な加速が得られないと、不足アシスト領域Bにおいてモータトルクと操舵力(運転者が操舵ハンドルに加えた操舵力)との合計が反力T0より小さい場合には、不足アシスト領域Bを通過しきれなくなり、反力により電動モータ20が途中で逆回転する。例えば、図9に示す不足アシスト正領域B1の電気角θsで停止し、その位置から矢印方向に逆戻りする。   However, when torque feedback responds, for example, when the steering speed (rotational speed of the motor) is low, the motor torque decreases as shown in FIG. For this reason, the over assist area A decreases, and the over assist area A cannot be sufficiently accelerated. If sufficient acceleration cannot be obtained, if the sum of the motor torque and the steering force (the steering force applied by the driver to the steering wheel) in the shortage assist region B is smaller than the reaction force T0, the shortage assist region B is passed. The electric motor 20 rotates in the reverse direction due to the reaction force. For example, it stops at the electrical angle θs of the short assist normal region B1 shown in FIG. 9, and returns from the position in the direction of the arrow.

この場合、電動モータ20は、必ず逆アシスト領域B2にまで戻り、そこで操舵方向とは逆方向となるトルクを発生させ、そのトルクと反力との合力により、そのまま過アシスト領域A内にまで一気に戻る。これにより、電動モータ20は、過アシスト領域Aにおいて正回転方向にトルクを発生させて加速を開始する。つまり、逆アシスト領域B2を使って電動モータ20の回転位置(電気角θe)を過アシスト領域Aにまで戻し、過アシスト領域Aにおいて再度加速させる。そして、過アシスト領域Aを通過中に蓄えた運動エネルギーを使って不足アシスト領域Bを通過する。これにより、引っ掛かりを発生させることなく電動モータ20を回転させることができる。尚、過アシスト領域Aに戻って再加速させても不足アシスト領域Bを通過できなかったときには、再度、逆アシスト領域B2を介して過アシスト領域Aに戻るため、上述した動作を繰り返すことにより不足アシスト領域Bを通過できるようになる。また、電動モータ20が正逆回転を繰り返しても、電動モータ20とステアリング機構10とはボールねじ機構16により連結されており電動モータ20の回転した角度に対してステアリングシャフト12の回転する角度が非常に小さく、また、その微少回転がステアリングシャフト12に設けられたトーションバーにより吸収されるため、ハンドル操作に与える影響は殆どない。   In this case, the electric motor 20 always returns to the reverse assist region B2, and generates torque that is in the opposite direction to the steering direction, and the combined force of the torque and the reaction force makes it into the over assist region A as it is. Return. As a result, the electric motor 20 generates torque in the forward rotation direction in the over assist region A and starts acceleration. That is, the rotational position (electrical angle θe) of the electric motor 20 is returned to the over assist area A using the reverse assist area B2, and is accelerated again in the over assist area A. And it passes through the shortage assist area | region B using the kinetic energy stored while passing the overassist area | region A. FIG. Thereby, the electric motor 20 can be rotated without generating a catch. In addition, when it cannot pass through the short assist area B even if it returns to the over assist area A and re-accelerates, it returns to the over assist area A via the reverse assist area B2 again, so that it is insufficient by repeating the above-described operation. The assist area B can be passed. Even if the electric motor 20 repeats forward and reverse rotations, the electric motor 20 and the steering mechanism 10 are connected by the ball screw mechanism 16, and the angle at which the steering shaft 12 rotates with respect to the rotation angle of the electric motor 20. Since the rotation is very small and the slight rotation is absorbed by the torsion bar provided on the steering shaft 12, there is almost no influence on the steering operation.

こうした2相通電制御を行うアシストECU100の機能について、図2を用いて説明する。アシストECU100は、2相通電指令部107を備えている。2相通電指令部107は、通電不良検出部108から1相の通電不良検出信号を入力したときに作動を開始する。   The function of the assist ECU 100 that performs such two-phase energization control will be described with reference to FIG. The assist ECU 100 includes a two-phase energization command unit 107. The two-phase energization command unit 107 starts operation when a one-phase energization failure detection signal is input from the energization failure detection unit 108.

通電不良検出部108は、PWM信号発生部106の出力するPWM制御信号と、操舵角センサ23の出力する操舵角θhと、電流センサ38の出力する3相電流Iu,Iv,Iwとを入力して、電動モータ20への通電不良を相別に区別して検出する。電動モータ20への通電不良とは、電動モータ20に良好に電力供給できない不良を意味し、例えば、モータ駆動回路30内の不良(特に、スイッチング素子31〜36の接点不良)、モータ駆動回路30から電動モータ20への電力供給ライン37の断線等に起因して発生する不良である。   The conduction failure detection unit 108 receives the PWM control signal output from the PWM signal generation unit 106, the steering angle θh output from the steering angle sensor 23, and the three-phase currents Iu, Iv, Iw output from the current sensor 38. Thus, a failure in energization of the electric motor 20 is detected separately for each phase. The failure of energization to the electric motor 20 means a failure in which electric power cannot be supplied satisfactorily to the electric motor 20. For example, a failure in the motor drive circuit 30 (particularly, a contact failure of the switching elements 31 to 36), the motor drive circuit 30. To the electric motor 20 due to disconnection of the power supply line 37 or the like.

通電不良検出部108は、例えば、電流センサ38により検出される相電流が予め設定した基準電流より小さいときに、操舵角θhを時間微分して得られる操舵速度ωの大きさ(絶対値)が基準速度よりも小さく、かつ、PWM制御信号により特定されるデューティ比(オンデューティ比)が基準デューティ比よりも大きいか否かを判断する。そして、操舵速度|ω|が基準速度よりも小さく、かつ、デューティ比が基準デューティ比よりも大きい場合には、その相に通電不良が発生していると判定する。つまり、操舵速度|ω|が小さく逆起電力の発生が少ない状態で、モータ駆動回路30に出力したPWM制御信号により本来流れるはずの相電流が流れない場合に通電不良と判定する。   For example, when the phase current detected by the current sensor 38 is smaller than a preset reference current, the conduction failure detection unit 108 determines the magnitude (absolute value) of the steering speed ω obtained by time differentiation of the steering angle θh. It is determined whether the duty ratio is smaller than the reference speed and the duty ratio (on duty ratio) specified by the PWM control signal is larger than the reference duty ratio. When the steering speed | ω | is smaller than the reference speed and the duty ratio is larger than the reference duty ratio, it is determined that an energization failure has occurred in that phase. That is, in the state where the steering speed | ω | is small and the generation of the counter electromotive force is small, it is determined that the energization is defective when the phase current that should originally flow does not flow according to the PWM control signal output to the motor drive circuit 30.

通電不良検出部108は、こうした通電不良判定を各相毎に周期的に行い、通電不良が検出されていないあいだは通電正常信号を出力する。そして、通電不良を検出した場合には、通常正常信号に代えて通電不良相を特定する通電不良検出信号を出力する。また、通電不良検出部108は、通電不良を検出した場合、電動モータ20の電力供給ライン37に設けた遮断回路39の通電不良相に対応するスイッチにオフ信号を出力して、通電不良相の通電を遮断する。以下、通電不良検出部108の出力する信号(通電正常信号および通電不良相を特定する通電不良検出信号)を通電判定信号と呼ぶ。   The energization failure detection unit 108 periodically performs such energization failure determination for each phase, and outputs an energization normal signal while no energization failure is detected. Then, when an energization failure is detected, an energization failure detection signal for specifying an energization failure phase is output instead of the normal normal signal. In addition, when the energization failure detection unit 108 detects an energization failure, the energization failure detection unit 108 outputs an OFF signal to a switch corresponding to the energization failure phase of the cutoff circuit 39 provided in the power supply line 37 of the electric motor 20, and Turn off the power. Hereinafter, the signals output from the energization failure detection unit 108 (energization normality signal and energization failure detection signal for specifying the energization failure phase) are referred to as energization determination signals.

2相通電指令部107は、通電不良検出部108から1相の通電不良検出信号を入力すると、2相通電用電流演算式と最大電流と進角量θaとに基づいて、2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*を計算する。この場合、通電不良相の指令電流は計算しない。2相通電用電流演算式は、アシスト電流指令部101が出力するq軸指令電流q*と、回転角変換部104が出力する電気角θeとを使って次式のように表される。

Figure 2010137627
この例は、W相が通電不良となったときのV相の2相通電用電流演算式である。U相は、V相を反転したもの(Iu=−Iv)となる。また、2相通電用電流演算式は、通電不良相に応じて位相が120degずれたものとなる。 When the two-phase energization command unit 107 receives a one-phase energization detection signal from the energization failure detection unit 108, the two-phase energization command unit 107 is used for two-phase energization based on the current calculation formula for two-phase energization, the maximum current, and the advance angle θa. The command currents Iu *, Iv *, Iw * are calculated. In this case, the command current for the poorly energized phase is not calculated. The current calculation formula for two-phase energization is expressed as follows using the q-axis command current q * output from the assist current command unit 101 and the electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104.
Figure 2010137627
This example is a V-phase two-phase energization current calculation formula when the W-phase has an energization failure. The U phase is an inverted version of the V phase (Iu = -Iv). In addition, the current calculation formula for two-phase energization is a phase that is shifted by 120 degrees depending on the energization failure phase.

また、本実施形態においては、上述したように電動モータ20を引っ掛かりなく回転させるために、実際の電気角θeよりもモータ回転方向に進角量θaだけ進めた電気角に対する2相通電用電流を演算する。つまり、2相通電用電流演算式におけるθeを(θe+θa)に置き換えて計算する。従って、この演算式と最大電流の制限とにより、2相通電用の指令電流は、図5において実線にて示す波形となる。尚、進角量θaは、一定値でも良いが、本実施形態においては、図10に示すように、操舵トルクTrに応じた値に設定される。この例では、進角量の大きさ|θa|は、操舵トルクTrがゼロとなる近傍においては、操舵トルクTrの増加にしたがって増加し、操舵トルクTrがゼロとなる近傍以外では一定値の20degに設定される。従って、2相通電指令部107は、指令電流の演算にあたっては、操舵トルクセンサ21から出力される操舵トルクTrを読み込んで行う。尚、操舵トルクTrが負の方向(左方向)に働く場合には、進角量θaも負の値となる。つまり、電気角が増加する側に電動モータ20を回転させるときには、正の進角量θaを設定し、電気角が減少する側に電動モータ20を回転させるときには、負の進角量θaを設定する。これにより、電動モータ20を回転させる方向に電気角を進めることができる。   In the present embodiment, as described above, in order to rotate the electric motor 20 without being caught, the current for two-phase energization with respect to the electrical angle advanced by the advance angle θa in the motor rotation direction from the actual electrical angle θe is obtained. Calculate. That is, the calculation is performed by replacing θe in the current calculation formula for two-phase energization with (θe + θa). Therefore, the command current for two-phase energization has a waveform shown by a solid line in FIG. The advance amount θa may be a constant value, but in the present embodiment, as shown in FIG. 10, it is set to a value corresponding to the steering torque Tr. In this example, the magnitude of the advance angle | θa | increases as the steering torque Tr increases in the vicinity where the steering torque Tr becomes zero, and is a constant value of 20 degrees except in the vicinity where the steering torque Tr becomes zero. Set to Therefore, the two-phase energization command unit 107 reads the steering torque Tr output from the steering torque sensor 21 when calculating the command current. When the steering torque Tr works in a negative direction (left direction), the advance amount θa also takes a negative value. That is, when the electric motor 20 is rotated to the side where the electrical angle increases, the positive advance amount θa is set, and when the electric motor 20 is rotated to the side where the electrical angle decreases, the negative advance amount θa is set. To do. Thereby, the electrical angle can be advanced in the direction in which the electric motor 20 is rotated.

このように計算された2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*(3相のうち正常相となる2相に流す指令電流)は、2相通電用フィードバック制御部109に出力される。2相通電用フィードバック制御部109は、通電不良検出部108から1相の通電不良検出信号を入力すると作動を開始する。このとき通電不良検出信号は、フィードバック制御部102にも出力される。フィードバック制御部102は、通電不良検出信号を入力すると、その作動を停止する。従って、1相の通電不良が検出された場合には、d−q座標系による電流フィードバック制御に代わって、2相通電用の電流フィードバック制御が開始される。   The command currents Iu *, Iv *, and Iw * for two-phase energization calculated in this way (command currents that flow through the two phases that are normal among the three phases) are output to the feedback controller 109 for two-phase energization. The The two-phase energization feedback control unit 109 starts operation when a one-phase energization failure detection signal is input from the energization failure detection unit 108. At this time, the energization failure detection signal is also output to the feedback control unit 102. The feedback control unit 102 stops its operation when an energization failure detection signal is input. Therefore, when a one-phase energization failure is detected, current feedback control for two-phase energization is started instead of current feedback control using the dq coordinate system.

2相通電用フィードバック制御部109は、電流センサ38から出力される3相電流Iu,Iv,Iw(3相のうち正常相となる2相に流れる実電流)を入力し、2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*(3相のうち正常相となる2相分の指令電流)との偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwを算出し、この偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwを使った比例積分制御により3相電流Iu,Iv,Iwが2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*に追従するように2相通電用の指令電圧Vu*,Vv*,Vw*(3相のうち正常相となる2相分の指令電圧)を算出する。   The two-phase energization feedback control unit 109 inputs the three-phase currents Iu, Iv, and Iw (actual currents flowing in the two phases that are normal among the three phases) output from the current sensor 38, and for two-phase energization. Deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw from command currents Iu *, Iv *, Iw * (command currents for two phases that are normal phases among the three phases) are calculated, and proportional integration using these deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw By controlling, the three-phase currents Iu, Iv, Iw follow the command currents Iu *, Iv *, Iw * for two-phase energization, so that the command voltages Vu *, Vv *, Vw * for three-phase energization (three-phase Of these, the command voltage for the two phases that are normal phases) is calculated.

2相通電用フィードバック制御部109は、算出した2相通電用の指令電圧Vu*,Vv*,Vw*をPWM信号発生部106に出力する。PWM信号発生部106は、2相通電用の指令電圧Vu*,Vv*,Vw*に対応したPWM制御信号をモータ駆動回路30のスイッチング素子31〜36に出力する。これにより電動モータ20が駆動され、目標アシストトルクT*に追従した操舵アシストトルクがステアリング機構10に付与される。この場合、2相通電用電流演算式の電気角θeを進角量θaだけ進めているため、電動モータ20の回転が引っかからず、良好な操舵アシストを行うことができる。   The two-phase energization feedback control unit 109 outputs the calculated command voltages Vu *, Vv *, and Vw * for two-phase energization to the PWM signal generation unit 106. The PWM signal generator 106 outputs PWM control signals corresponding to the command voltages Vu *, Vv *, Vw * for two-phase energization to the switching elements 31 to 36 of the motor drive circuit 30. As a result, the electric motor 20 is driven, and a steering assist torque that follows the target assist torque T * is applied to the steering mechanism 10. In this case, since the electrical angle θe of the current calculation formula for two-phase energization is advanced by the advance amount θa, the rotation of the electric motor 20 is not caught and good steering assist can be performed.

本実施形態のアシストECU100は、更に、モータ制御システムの異常である逆アシスト異常を監視して、逆アシスト異常を検出したときに異常処理(操舵アシスト制御を停止)を行う機能を備える。逆アシスト異常とは、アシストECU100が指令しているモータ回転方向(運転者の操舵方向)に対して、逆方向のモータトルクが発生するように電動モータ20が通電されてしまう異常のことで、上述した2相通電制御時に逆アシスト領域を積極的に使って電動モータ20を駆動するものとは相違する。   The assist ECU 100 of the present embodiment further has a function of monitoring a reverse assist abnormality that is an abnormality of the motor control system and performing an abnormality process (stopping the steering assist control) when the reverse assist abnormality is detected. The reverse assist abnormality is an abnormality in which the electric motor 20 is energized so that a motor torque in the reverse direction is generated with respect to the motor rotation direction (driver steering direction) commanded by the assist ECU 100. This is different from driving the electric motor 20 by actively using the reverse assist region during the above-described two-phase energization control.

この逆アシスト異常を監視するために、アシストECU100は、逆アシスト検出部110を備えている。逆アシスト検出部110は、操舵アシスト制御システムの異常を検出するものであるため、上述した操舵アシスト制御を司るマイクロコンピュータとは別のマイクロコンピュータを使って構成することが好ましい。逆アシスト検出部110は、通電不良検出部108の出力する通電判定信号と、2相通電指令部107の出力する2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*(3相のうち正常相となる2相に流す指令電流)と、電流センサ38の出力する3相電流Iu,Iv,Iwと、アシスト電流指令部101の出力するq軸指令電流Iq*と、3相/2相変換部103の出力するq軸実電流Iqと、回転角変換部104の出力する電気角θeとを入力する。   In order to monitor this reverse assist abnormality, the assist ECU 100 includes a reverse assist detection unit 110. Since the reverse assist detection unit 110 detects an abnormality in the steering assist control system, the reverse assist detection unit 110 is preferably configured using a microcomputer different from the microcomputer that controls the steering assist control described above. The reverse assist detection unit 110 includes an energization determination signal output from the energization failure detection unit 108 and two-phase energization command currents Iu *, Iv *, Iw * output from the 2-phase energization command unit 107 (normal among the three phases). Command current flowing in two phases), three-phase currents Iu, Iv, Iw output from the current sensor 38, q-axis command current Iq * output from the assist current command unit 101, and three-phase / two-phase conversion The q-axis actual current Iq output from the unit 103 and the electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104 are input.

逆アシスト検出部110は、図11に示すような、逆アシスト異常検出ルーチンを実行する。この逆アシスト異常検出ルーチンは、アシストECU100のROM内に制御プログラムとして記憶され、イグニッションスイッチ87がオンされ初期診断が完了した後に起動する。   The reverse assist detection unit 110 executes a reverse assist abnormality detection routine as shown in FIG. This reverse assist abnormality detection routine is stored as a control program in the ROM of the assist ECU 100, and is started after the ignition switch 87 is turned on and the initial diagnosis is completed.

逆アシスト検出部110は、ステップS10において、通電不良検出部108の出力する通電判定信号を読み込み、続くステップS11において、通電判定信号に基づいて2相通電制御が行われているか否かを判断する。通電判定信号が通電正常信号であれば3相通電制御が行われており、1相の通電不良信号であれば2相通電制御が行われていることになる。3相通電制御中であれば(S11:No)、ステップS12において、アシスト電流指令部101の出力するq軸指令電流Iq*と、3相/2相変換部103の出力するq軸実電流Iqとを読み込む。そして、ステップS13において、q軸指令電流Iq*とq軸実電流Iqとの符号(q軸電流の方向であり、トルクを発生させる方向となる)を比較し、符号が一致していれば(S13:No)、逆アシスト異常は発生していないとして、その処理をステップS10に戻す。   In step S10, the reverse assist detection unit 110 reads the energization determination signal output from the energization failure detection unit 108, and in subsequent step S11, determines whether the two-phase energization control is performed based on the energization determination signal. . If the energization determination signal is a normal energization signal, three-phase energization control is performed, and if it is a one-phase energization failure signal, two-phase energization control is performed. If the three-phase energization control is being performed (S11: No), in step S12, the q-axis command current Iq * output from the assist current command unit 101 and the q-axis actual current Iq output from the three-phase / 2-phase conversion unit 103. And read. In step S13, the signs of the q-axis command current Iq * and the q-axis actual current Iq (the direction of the q-axis current and the direction in which the torque is generated) are compared, and if the signs match ( S13: No), it is determined that no reverse assist abnormality has occurred, and the process returns to step S10.

一方、ステップS11において、2相通電制御が行われていると判断した場合には、ステップS14において、回転角変換部104の出力する電気角θeを読み込む。続いて、ステップS15において、読み込んだ電気角θeが通電不良相に応じた判定禁止区域に入っているか否かを判断する。電気角θeが判定禁止区域に入っている場合には(S15:Yes)、その処理をステップS10に戻す。電気角θeが判定禁止区域に入っていない場合には(S15:No)、ステップS16において、2相通電指令部107の出力する2相通電用の指令電流Iu*,Iv*,Iw*(3相のうち正常相となる2相に流す指令電流)と電流センサ38の出力する3相電流Iu,Iv,Iwとを読み込む。そして、対応する正常相の指令電流と実電流との符号(電流の向き)を比較し、符号が一致していれば(S17:No)、逆アシスト異常は発生していないとして、その処理をステップS10に戻す。   On the other hand, if it is determined in step S11 that the two-phase energization control is being performed, the electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104 is read in step S14. Subsequently, in step S15, it is determined whether or not the read electrical angle θe is in a determination prohibited area corresponding to the current-carrying failure phase. If the electrical angle θe is in the determination prohibited area (S15: Yes), the process returns to step S10. If the electrical angle θe is not within the determination prohibited area (S15: No), in step S16, the two-phase energization command currents Iu *, Iv *, Iw * (3 Command current to flow into two phases which are normal phases) and three-phase currents Iu, Iv and Iw output from the current sensor 38 are read. Then, the sign (current direction) of the corresponding normal phase command current and the actual current is compared, and if the signs match (S17: No), it is determined that no reverse assist abnormality has occurred, and the process is performed. Return to step S10.

2相通電制御中においては、逆アシスト異常の判定を禁止する判定禁止区域が設定されており、電気角θeが判定禁止区域に入っているときには逆アシスト異常の判定が行われないようになっている。ここで判定禁止区域を設けた理由について説明する。   During the two-phase energization control, a determination prohibition area for prohibiting the determination of reverse assist abnormality is set, and the reverse assist abnormality determination is not performed when the electrical angle θe is in the determination prohibition area. Yes. Here, the reason why the determination prohibited area is provided will be described.

2相通電用の指令電流は、2相通電用電流演算式と最大電流と進角量θaとから算出されるため、図12に示すような電流波形となる。この電流波形は、W相通電不良時におけるU相の指令電流波形で、実線波形は進角量θaが最大(例えば20deg)となる場合、破線波形は進角量θaが0degとなる場合を表す。この電流波形からわかるように、2相通電用の指令電流は、特定電気角の前後において符号(電流を流す向き)が急に反転する。この例では、特定電気角は、(90−θa)degあるいは(270−θa)degとなる。   The command current for two-phase energization is calculated from the current calculation formula for two-phase energization, the maximum current, and the advance amount θa, and thus has a current waveform as shown in FIG. This current waveform is a U-phase command current waveform at the time of W-phase energization failure. A solid line waveform indicates a case where the advance amount θa is maximum (for example, 20 deg), and a broken line waveform indicates a case where the advance angle amount θa is 0 deg. . As can be seen from this current waveform, the sign (current flow direction) of the command current for two-phase energization suddenly reverses before and after the specific electrical angle. In this example, the specific electrical angle is (90−θa) deg or (270−θa) deg.

従って、進角量θaの設定によっても符号が反転する特定電気角が変化する。また、回転角センサ22の回転角の検出ばらつき誤差によっても特定電気角が変化する。こうしたことから、電気角θeが特定電気角の近傍領域に入っているときに、指令電流と実電流との符号を比較してしまうと、逆アシスト異常の誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、本実施形態の逆アシスト異常検出ルーチンにおいては、特定電気角の近傍領域を判定禁止区域に設定して、電気角θeが判定禁止区域に入っているときには逆アシスト異常の判定を行わないようにしている。   Therefore, the specific electrical angle at which the sign is inverted also changes depending on the setting of the advance amount θa. Further, the specific electrical angle also changes depending on the detection variation error of the rotation angle of the rotation angle sensor 22. For this reason, if the sign of the command current and the actual current is compared when the electrical angle θe is in the vicinity of the specific electrical angle, there is a risk of erroneous determination of reverse assist abnormality. Therefore, in the reverse assist abnormality detection routine of the present embodiment, the region near the specific electrical angle is set as the determination prohibited area, and the reverse assist abnormality is not determined when the electrical angle θe is in the determination prohibited area. I have to.

そこで、進角量θaの最大値θamax(この例では20deg)と誤差考慮分αdegとに基づいて判定禁止区域を設定する。例えば、W相の通電不良であれば、図12に示すように、(90−θamax−α)degから(90+α)degの間と、(270−θamax−α)degから(270+α)degの間を判定禁止区域に設定する。判定禁止区域以外の電気角領域が判定許可区域となる。また、特定電気角は、通電不良が発生した相によって相違するため、他の相の通電不良であれば、上記判定禁止区域を120degだけ進めて、あるいは、遅らせたものに設定すればよい。尚、進角量θaを設定しない(θa=0)場合には、(特定電気角−α)degから(特定電気角+α)degの間に判定禁止区域を設定すればよい。   Therefore, the determination prohibition area is set based on the maximum value θamax (20 deg in this example) of the advance amount θa and the error consideration αdeg. For example, in the case of a W phase energization failure, as shown in FIG. 12, between (90−θamax−α) deg and (90 + α) deg and between (270−θamax−α) deg and (270 + α) deg. Is set as a prohibited area. An electrical angle area other than the determination prohibited area is a determination permission area. Moreover, since the specific electrical angle differs depending on the phase in which the energization failure has occurred, if the energization failure of the other phase, the determination prohibited area may be set to be advanced or delayed by 120 degrees. If the advance amount θa is not set (θa = 0), a determination prohibited area may be set between (specific electrical angle−α) deg and (specific electrical angle + α) deg.

逆アシスト異常検出ルーチン(図11)の説明に戻る。逆アシスト検出部110は、ステップS13あるいはステップS17において、符号の不一致を検出した場合には、ステップS18において、逆アシスト異常が発生していると判定し、操舵アシスト停止指令を出力する。この操舵アシスト停止指令により、アシストECU100は、操舵アシスト制御を停止する。尚、ステップS13あるいはステップS17の判定は、符号の不一致が所定時間だけ継続した場合に、「Yes」の判定結果を出力するようにし、瞬時的な不一致については「No」と判定してノイズ等による影響を防止するとよい。続いて、逆アシスト検出部110は、ステップS19において、主電源リレー88にオフ信号を出力して主電源リレー88を開く。これにより、モータ駆動回路30への電源供給が遮断される。   Returning to the description of the reverse assist abnormality detection routine (FIG. 11). In step S13 or step S17, the reverse assist detection unit 110 determines that a reverse assist abnormality has occurred in step S18 and outputs a steering assist stop command in step S18. In response to the steering assist stop command, the assist ECU 100 stops the steering assist control. In step S13 or step S17, the determination result “Yes” is output when the code mismatch continues for a predetermined time, and “No” is determined for the instantaneous mismatch and noise or the like. It is good to prevent the influence by. Subsequently, the reverse assist detection unit 110 outputs an off signal to the main power supply relay 88 to open the main power supply relay 88 in step S19. Thereby, the power supply to the motor drive circuit 30 is interrupted.

逆アシスト異常検出ルーチンは、ステップS19の処理を行った後に終了する。従って、逆アシスト異常が検出されないあいだは操舵アシスト制御が継続され、逆アシスト異常が検出された後は瞬時に操舵アシスト制御が停止される。これにより、電動モータ20の異常作動を防止することができる。尚、本実施形態においては、3相通電制御時における逆アシスト異常の判定を、q軸指令電流Iq*とq軸実電流Iqとの符号比較により行っているが、例えば、q軸指令電流Iq*とq軸実電流Iqとの偏差ΔIq(|Iq*−Iq|)を演算し、偏差ΔIqが判定基準値より大きい場合に、逆アシスト異常が発生していると判定するようにしてもよい。   The reverse assist abnormality detection routine ends after performing the process of step S19. Therefore, the steering assist control is continued while the reverse assist abnormality is not detected, and the steering assist control is stopped instantaneously after the reverse assist abnormality is detected. Thereby, the abnormal operation of the electric motor 20 can be prevented. In the present embodiment, the reverse assist abnormality determination during the three-phase energization control is performed by sign comparison between the q-axis command current Iq * and the q-axis actual current Iq. A deviation ΔIq (| Iq * −Iq |) between * and the q-axis actual current Iq may be calculated, and when the deviation ΔIq is larger than the determination reference value, it may be determined that the reverse assist abnormality has occurred. .

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、3相の電動モータ20の1相の通電不良が発生した場合であっても、進角量を与えた2相通電制御を行うことにより、引っ掛かりなく電動モータ20を回転させることができる。これにより、2相通電制御時における操舵操作フィーリングの低下を抑制することができる。また、2相通電制御時においても、逆アシスト異常を検出することができる。しかも、逆アシスト異常を判定するにあたって、2相通電用の指令電流の符号が反転する電気角近傍領域において異常判定を禁止しているため、誤判定を抑制することができる。この結果、操舵アシスト制御システムの信頼性が向上する。   According to the electric power steering apparatus of the present embodiment described above, even when a one-phase energization failure of the three-phase electric motor 20 occurs, by performing two-phase energization control with an advance amount provided. The electric motor 20 can be rotated without being caught. Thereby, the fall of the steering operation feeling at the time of two-phase electricity supply control can be suppressed. Further, the reverse assist abnormality can be detected even during the two-phase energization control. In addition, when determining the reverse assist abnormality, since the abnormality determination is prohibited in the electrical angle vicinity region where the sign of the command current for two-phase energization is reversed, erroneous determination can be suppressed. As a result, the reliability of the steering assist control system is improved.

以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   The electric power steering apparatus according to the present embodiment has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

例えば、本実施形態では逆アシスト異常検出ルーチンにおいて、判定禁止区域における異常判定を行わないようにしているが、図13に示すように、その手順を変えてもよい。つまり、2相通電制御時においては、ステップS16,S17において逆アシスト異常の判定を行ったのち、ステップS14,S15において電気角θeが判定禁止区域に入っているか否かを判定し、電気角θeが判定禁止区域に入っている場合には、ステップS10に戻して、判定結果を無効にするようにしてもよい。   For example, in this embodiment, in the reverse assist abnormality detection routine, abnormality determination in the determination prohibited area is not performed, but the procedure may be changed as shown in FIG. That is, during the two-phase energization control, after determining the reverse assist abnormality in steps S16 and S17, it is determined in steps S14 and S15 whether or not the electrical angle θe is in the determination prohibited area, and the electrical angle θe. May be returned to step S10 and the determination result may be invalidated.

また、本実施形態においては、2相通電用電流演算式に進角量θaを与えて指令電流を算出しているが、必ずしも進角量を与える必要はない。また、本実施形態においては、電動モータ20の発生するトルクをラックバー14に付与するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置について説明したが、電動モータの発生するトルクをステアリングシャフト12に付与するコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。   In the present embodiment, the command current is calculated by giving the advance amount θa to the two-phase energization current calculation formula, but it is not always necessary to give the advance amount. In the present embodiment, the rack assist type electric power steering device that applies the torque generated by the electric motor 20 to the rack bar 14 has been described. However, the column assist that applies the torque generated by the electric motor to the steering shaft 12 has been described. It may be an electric power steering device of the type.

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. アシストECUのマイクロコンピュータの処理を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the process of the microcomputer of assist ECU. 3相電流波形と、1相断線時のモータトルク特性を表すグラフである。It is a graph showing the motor torque characteristic at the time of a three-phase current waveform and a one-phase disconnection. 2相通電用電流演算式を用いた電流波形と、モータトルク特性を表すグラフである。It is a graph showing a current waveform using a current calculation formula for two-phase energization and motor torque characteristics. 2相通電用電流演算式を用いた電流波形を、進角を与えた場合と進角を与えない場合とで比較するグラフである。It is a graph which compares the current waveform using the current calculation formula for two-phase energization between the case where an advance angle is given and the case where no advance angle is given. 2相通電用電流演算式に進角を与えた場合のモータトルク特性を表すグラフである。It is a graph showing the motor torque characteristic at the time of giving an advance angle to the current calculation formula for two-phase energization. 加速区間と減速区間とを説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating an acceleration area and a deceleration area. トルクフィードバックにより減少するモータトルク特性の変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of the motor torque characteristic which decreases by torque feedback. 逆アシスト領域を使って過アシスト領域に逆回転させる動作を説明するグラフである。It is a graph explaining the operation | movement which reversely rotates to an over assist area | region using a reverse assist area | region. 進角量の設定マップを表すグラフである。It is a graph showing the setting map of advance amount. 逆アシスト異常検出ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing a reverse assist abnormality detection routine. 判定禁止区間を説明するグラフである。It is a graph explaining a determination prohibition area. 変形例としての逆アシスト異常検出ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing the reverse assist abnormality detection routine as a modification. 基本アシストマップを表すグラフである。It is a graph showing a basic assist map.

10…ステアリング機構、11…操舵ハンドル、12…ステアリングシャフト、20…電動モータ、21…操舵トルクセンサ、22…回転角センサ、23…操舵角センサ、25…車速センサ、30…モータ駆動回路、37…電力供給ライン、38…電流センサ、39…遮断回路、83…電源供給元ライン、86…駆動系電源ライン、88…主電源リレー、100…電子制御装置(アシストECU)、101…アシスト電流指令部、102…フィードバック制御部、103…3相/2相変換部、104…回転角変換部、105…3相/2相座標変換部、106…PWM制御信号発生部、107…2相通電指令部、108…通電不良検出部、109…2相通電用フィードバック制御部、110…逆アシスト検出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steering mechanism, 11 ... Steering handle, 12 ... Steering shaft, 20 ... Electric motor, 21 ... Steering torque sensor, 22 ... Rotation angle sensor, 23 ... Steering angle sensor, 25 ... Vehicle speed sensor, 30 ... Motor drive circuit, 37 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Power supply line, 38 ... Current sensor, 39 ... Shut-off circuit, 83 ... Power supply source line, 86 ... Drive system power supply line, 88 ... Main power relay, 100 ... Electronic control unit (assist ECU), 101 ... Assist current command , 102 ... Feedback control unit, 103 ... 3-phase / 2-phase conversion unit, 104 ... Rotation angle conversion unit, 105 ... 3-phase / 2-phase coordinate conversion unit, 106 ... PWM control signal generation unit, 107 ... 2-phase energization command , 108... Energization failure detection unit, 109... Two-phase energization feedback control unit, 110.

Claims (3)

ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生する3相のモータと、
運転者の操舵操作に基づいて前記モータの通電を制御するモータ制御手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータ制御手段は、
前記モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記モータの電気角を検出する電気角検出手段と、
前記モータの各相への通電不良の発生を検出する通電不良検手段と、
前記モータへの通電不良が1相だけ発生しているときに、通電不良が発生していない2相を使って前記モータの電気角の変化に対して変動しないトルクを発生するための2相通電用電流演算式と、前記モータの上限電流を規定する最大電流とに基づいて、2相通電用の指令電流を演算し、演算した2相通電用の指令電流にて通電不良の発生していない2相に通電して前記モータを駆動制御する2相通電制御手段と、
前記2相通電用の指令電流と、前記電流検出手段により検出された電流との比較に基づいて、モータ制御系の異常を判定する異常判定手段と、
前記2相通電用の指令電流の通電方向が反転するモータ電気角近傍領域においては、前記異常判定手段による異常判定を禁止する、あるいは、前記異常判定手段により判定された異常判定を無効にする異常判定制限手段と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
A three-phase motor that is provided in the steering mechanism and generates steering assist torque;
An electric power steering apparatus comprising: motor control means for controlling energization of the motor based on a steering operation of a driver;
The motor control means includes
Current detection means for detecting current flowing in each phase of the motor;
An electrical angle detection means for detecting an electrical angle of the motor;
An energization failure detection means for detecting the occurrence of energization failure to each phase of the motor;
Two-phase energization for generating torque that does not fluctuate with respect to changes in the electrical angle of the motor, using two phases in which the energization failure does not occur when only one phase of the energization failure occurs in the motor Based on the current calculation formula and the maximum current that defines the upper limit current of the motor, a command current for two-phase energization is calculated, and no conduction failure occurs with the calculated two-phase energization command current Two-phase energization control means for energizing two phases to drive and control the motor;
An abnormality determination means for determining an abnormality of the motor control system based on a comparison between the command current for the two-phase energization and the current detected by the current detection means;
In the vicinity of the motor electrical angle where the energization direction of the command current for the two-phase energization is reversed, an abnormality that prohibits the abnormality determination by the abnormality determination means or invalidates the abnormality determination determined by the abnormality determination means An electric power steering apparatus comprising: a determination limiting unit.
前記異常判定手段は、前記2相通電用の指令電流の向きと、前記電流検出手段により検出された電流の向きとが一致しない場合に、前記モータが運転者の操舵方向に対して逆方向の操舵トルクを発生している逆アシスト異常であると判定することを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。   When the direction of the command current for the two-phase energization and the direction of the current detected by the current detection unit do not coincide with each other, the abnormality determination unit is configured so that the motor is in a direction opposite to the steering direction of the driver. 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein it is determined that the reverse assist abnormality that generates the steering torque is detected. 前記2相通電制御手段は、前記2相通電用電流演算式におけるモータの電気角を予め設定した進角量だけ進めて、前記2相通電用の指令電流を演算することを特徴とする請求項1または2記載の電動パワーステアリング装置。   The two-phase energization control means calculates the command current for the two-phase energization by advancing a motor electrical angle in the two-phase energization current calculation formula by a predetermined advance amount. 3. The electric power steering apparatus according to 1 or 2.
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