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JP2010167880A - Electric power steering device - Google Patents

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Publication number
JP2010167880A
JP2010167880A JP2009011686A JP2009011686A JP2010167880A JP 2010167880 A JP2010167880 A JP 2010167880A JP 2009011686 A JP2009011686 A JP 2009011686A JP 2009011686 A JP2009011686 A JP 2009011686A JP 2010167880 A JP2010167880 A JP 2010167880A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
phase
energization
current
steering
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2009011686A
Other languages
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
Priority to JP2009011686A priority Critical patent/JP2010167880A/en
Publication of JP2010167880A publication Critical patent/JP2010167880A/en
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  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

【課題】 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に、エネルギーロスおよびトルク変動を抑えつつモータを良好に回転させる。
【解決手段】 2相通電指令部107は、電動モータ20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相を使って電気角θeの変化に対して変動しない操舵アシストトルクを発生するための理論上の2相通電用電流演算式と、電動モータ20の上限電流を規定する最大電流と、2相通電用電流演算式における電気角θeを進める進角量θaとに基づいて、2相通電用の指令電流を演算する。進角量設定部110は、指令電流の通電方向が反転する直前位置における電動モータ20の運動エネルギーに応じて進角量θaを設定する。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily rotate a motor while suppressing energy loss and torque fluctuation when one phase of a three-phase motor is energized and two-phase energization driving is performed.
SOLUTION: A two-phase energization command unit 107 responds to a change in an electrical angle θe by using two phases with no energization failure when only one phase of energization failure to the electric motor 20 occurs. A theoretical two-phase current calculation formula for generating a steering assist torque that does not fluctuate, a maximum current that defines the upper limit current of the electric motor 20, and an advance angle that advances the electrical angle θe in the two-phase current calculation formula Based on the quantity θa, a command current for two-phase energization is calculated. The advance amount setting unit 110 sets the advance amount θa according to the kinetic energy of the electric motor 20 at a position immediately before the direction of energization of the command current is reversed.
[Selection] Figure 2

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通電を制御することにより、運転者の操舵操作力を軽減するようにアシストする。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、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ケースであっても、正常な2相を使ってモータを駆動することができる。電動パワーステアリング装置における電動モータの2相通電駆動技術は、例えば、特許文献1に提案されている。   Conventionally, the electric power steering apparatus assists the driver to reduce the steering operation force by controlling the energization of the electric motor based on the steering operation performed by the driver. An electric power steering apparatus using a three-phase motor as an electric motor has also been generalized. When using a three-phase motor, use a normal two phase even if 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, etc. The motor can be driven. For example, Patent Document 1 proposes a two-phase energization drive technique for an electric motor in an electric power steering apparatus.

特開2008−211911号公報JP 2008-211191 A

しかしながら、特許文献2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、通電不良が発生していない2相に正弦波電流を流すため、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制御すれば理論的にはトルク変動が生じない。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 2010167880
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は目標アシストトルク、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 2, a sinusoidal current is passed through the two phases in which the energization failure has not occurred during the two-phase energization drive, so that the torque increases as the motor electrical angle changes. It will fluctuate. On the other hand, torque fluctuation does not theoretically occur if energization control is performed using a two-phase energization current calculation formula for generating a constant torque with respect to a change in motor electrical angle. This two-phase energization current calculation formula can be expressed, for example, as follows.
Figure 2010167880
This example is a V-phase current calculation formula when the W-phase is poorly energized, where T is the target assist torque, e 0 is the torque constant, and θe is the motor electrical angle. 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必要がある。従って、電流波形は、図4(a)に示すようになる。このように最大電流の制限が加わると、図4(b)に示すように、特定の電気角領域においてモータトルク不足が発生する。この結果、モータを良好に回転させることができない。   According to this two-phase energization current calculation formula, since the current value becomes infinite at a specific electrical angle, it is necessary to limit the current of each phase to a predetermined maximum current value or less. Therefore, the current waveform is as shown in FIG. When the maximum current is limited in this way, motor torque shortage occurs in a specific electrical angle region as shown in FIG. 4B. As a result, the motor cannot be rotated well.

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、モータを良好に回転させることにある。   An object of the present invention is to cope with the above problem, and is to rotate a motor satisfactorily even when one phase of a three-phase motor is poorly energized and driven by two-phase energization.

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操舵アシストトルクを発生させるための理論上の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、前記2相通電用電流演算式における前記モータの電気角を進める進角量とに基づいて、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、前記電動モータの電気角が、前記2相通電制御手段により演算された指令電流の通電方向が反転する直前の電気角となったことを検出するモータ位置検出手段と、前記モータ位置検出手段により前記電動モータの電気角が前記指令電流の通電方向が反転する直前の電気角となったことが検出された時点での前記電動モータの運動エネルギーを算出するエネルギー算出手段と、前記エネルギー算出手段により算出された運動エネルギーの大きさが基準値よりも大きい場合には、基準値未満の場合に比べて、前記進角量を小さく設定する進角量設定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 that controls energization of the motor based on a steering operation of a driver. In the electric power steering device with
The motor control means includes an electrical angle detection means for detecting an electrical angle of the motor, an energization failure detection means for detecting the occurrence of an energization failure to each phase of the motor, and an energization failure to the motor of only one phase. A theoretical two-phase energization current calculation formula for generating a steering assist torque that does not fluctuate with respect to a change in the electrical angle of the motor, using two phases that do not cause energization failure when they occur; The command current for two-phase energization is calculated based on the maximum current that defines the upper limit current of the motor and the advance amount of the electric angle of the motor in the two-phase energization current calculation formula Two-phase energization control means for energizing two motors that are not energized with a command current for two-phase energization to control the drive of the motor, and the electric angle of the electric motor is determined by the two-phase energization control means Communication of the calculated command current Motor position detecting means for detecting that the electric angle is just before the direction is reversed, and the electric angle of the electric motor becomes the electric angle just before the direction of applying the command current is reversed by the motor position detecting means. An energy calculating means for calculating the kinetic energy of the electric motor at the time of detection, and when the magnitude of the kinetic energy calculated by the energy calculating means is larger than a reference value, if less than the reference value Compared to the above, there is provided an advance amount setting means for setting the advance amount to be smaller.

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操舵操作に応じた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相を使って良好にモータ駆動できるように、電気角検出手段、通電不良検手段、2相通電制御手段、モータ位置検出手段、エネルギー算出手段、進角量設定手段を備えている。   In the present invention, the steering assist torque corresponding to the steering operation is generated 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 includes an electrical angle detection means, a conduction failure detection means, a two-phase conduction control means, and a motor so that the motor can be driven satisfactorily using normal two phases even when a conduction failure to the three-phase motor occurs. Position detection means, energy calculation means, and advance amount setting means are provided.

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操舵アシストトルクを発生させるための理論上の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、2相通電用電流演算式におけるモータの電気角を進める進角量とに基づいて、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 theoretical two-phase energization current calculation formula for generating a steering assist torque that does not fluctuate with respect to a change in the electrical angle of the motor, and a maximum current that defines the upper limit current of the motor. Based on the (maximum current value) and the advance amount by which the electrical angle of the motor is advanced in the current calculation formula for two-phase energization, a command current (command current value) for two-phase energization is calculated, and the calculated two-phase energization The motor is driven and controlled by energizing the two phases with no energization failure with the 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相通電用の電流は、その大きさ(絶対値)が最大電流に制限される。この電流制限により、モータで発生できるトルクが減少する。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。   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 current for two-phase energization is limited to the maximum current in the region near the specific electrical angle. This current limitation reduces the torque that can be generated by the motor. 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 current calculation formula for two-phase energization. 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.

2相通電用電流演算式における電気角を進めた場合、モータを電気角が増加する方向に駆動させるケースを考えると、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。   Considering the case of driving the motor in the direction in which the electrical angle increases when the electrical angle in the two-phase energization current calculation formula is advanced, the motor torque characteristic with respect to the electrical angle is a specific electrical angle at which the energization direction of the command current is reversed. The torque increases at a position of a smaller electrical angle (which is advanced by the advance amount), and when it exceeds a specific electrical angle, the torque decreases rapidly and a 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.

このように、2相通電駆動時においては、過アシスト領域と逆アシスト領域とを設けることによりモータトルクが不足する電気角領域が存在してもモータを回転させることができる。しかし、逆アシスト領域によるエネルギーロス、および、トルク変動が発生してしまう。従って、逆アシスト領域を必要以上に設けないようにすることが望ましい。   Thus, during the two-phase energization drive, the motor can be rotated even if there is an electrical angle region where the motor torque is insufficient by providing the over assist region and the reverse assist region. However, energy loss and torque fluctuation due to the reverse assist region occur. Therefore, it is desirable not to provide the reverse assist area more than necessary.

モータの電気角を進めた場合、指令電流の通電方向が反転する特定電気角を越えたところが逆アシスト領域となるため、その特定電気角近傍領域における進角量を小さくすれば逆アシスト領域を小さくする(無くすことも含む)ことができる。しかし、逆アシスト領域が小さくなった場合、モータがスムーズに回転できなくなるおそれがある。   When the electrical angle of the motor is advanced, the reverse assist region is where the specified current angle in which the direction of energization of the command current is reversed. Therefore, if the amount of advance in the region near the specific electrical angle is reduced, the reverse assist region is reduced. (Including erasure). However, when the reverse assist area becomes small, the motor may not be able to rotate smoothly.

そこで、本発明においては、モータの電気角が逆アシスト領域に入る直前となる位置におけるモータの運動エネルギーを算出し、この運動エネルギーの大きさに基づいて、逆アシスト領域を調整する。モータの電気角が逆アシスト領域に入る直前となる位置は、モータ位置検出手段により、2相通電制御手段により演算された指令電流の通電方向が反転する直前の電気角になったことを捉えて検出される。そして、エネルギー算出手段が、この回転位置におけるモータの運動エネルギーを算出する。運動エネルギーは、例えば、電動モータの回転角速度を検出し、回転角速度の2乗に比例した値として算出することができる。   Therefore, in the present invention, the kinetic energy of the motor is calculated at a position immediately before the electrical angle of the motor enters the reverse assist region, and the reverse assist region is adjusted based on the magnitude of this kinetic energy. The position where the electrical angle of the motor is just before entering the reverse assist region is captured by the motor position detection means that is the electrical angle immediately before the direction of energization of the command current calculated by the two-phase energization control means is reversed. Detected. And an energy calculation means calculates the kinetic energy of the motor in this rotation position. The kinetic energy can be calculated, for example, as a value proportional to the square of the rotational angular velocity by detecting the rotational angular velocity of the electric motor.

運動エネルギーが大きい場合には、その運動エネルギーでモータを回転させることができるため、逆アシスト領域の必要性がなく、逆に、運動エネルギーが小さい場合には、モータを回転させるためには逆アシスト領域が必要となる。そこで、進角量設定手段は、算出された運動エネルギーの大きさが基準値よりも大きい場合には、基準値未満の場合に比べて進角量を小さく設定する。これにより、運動エネルギーの大きさが基準値よりも大きい場合には、基準値未満の場合に比べて逆アシスト領域が狭くなり、エネルギーロスを低減するとともに、トルク変動を抑制することができる。   When the kinetic energy is large, the motor can be rotated with the kinetic energy, so there is no need for a reverse assist region. Conversely, when the kinetic energy is small, the reverse assist is required to rotate the motor. An area is required. Accordingly, the advance amount setting means sets the advance amount to be smaller when the calculated magnitude of the kinetic energy is larger than the reference value, compared to the case where it is less than the reference value. Thereby, when the magnitude | size of kinetic energy is larger than a reference value, a reverse assist area | region becomes narrow compared with the case where it is less than a reference value, and while being able to reduce an energy loss, a torque fluctuation can be suppressed.

この結果、本発明によれば、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、エネルギーロスとトルク変動を少なくしつつモータを良好に回転させることができる。   As a result, according to the present invention, even when one phase of the three-phase motor is energized and the two-phase energization driving is performed, the motor can be rotated satisfactorily while reducing energy loss and torque fluctuation.

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. 基本進角量設定マップを表すグラフである。It is a graph showing a basic advance amount setting map. 進角量設定ルーチンを表すフローチャートである。It is a flowchart showing an advance amount setting routine.

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。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. 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と駆動系電源ライン86とは、連結ライン90により連結されるが、ダイオード89、91により、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。   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 and the drive system power supply line 86 are connected by a connection line 90, but power is supplied from the drive system power supply line 86 to the control system power supply line 85 via the connection line 91 by diodes 89 and 91. However, the circuit configuration is such that 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。   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.

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、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、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。基本アシストマップは、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基本アシストトルクTasを設定記憶したものである。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. 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 the basic assist map. The basic assist map is set and stored with a basic assist torque Tas that 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相座標変換部によって行われる。3相/2相座標変換部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. . The conversion from the three-phase currents Iu, Iv, Iw to the two-phase currents Id, Iq in the dq coordinate system is performed by a three-phase / 2-phase coordinate conversion unit. The three-phase / two-phase coordinate conversion unit 103 receives the motor electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104, and the three-phase currents Iu and Iv output from the current sensor 38 based on the motor electrical angle θe. , Iw are converted into two-phase currents Id, 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。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、電気角の変化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. 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 can be obtained with respect to changes in 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 2010167880
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 2010167880
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を後述する進角量設定部110にて設定した進角量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 electric current θe is advanced in the motor rotation direction by the advance amount θa set by the advance amount setting unit 110 described later, and the command current is calculated. 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を操舵方向に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 in the steering direction 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.

ところで、電動モータ20の2相通電時においては、上述したように電気角を進めることにより過アシスト領域Aと逆アシスト領域B2とを設けて電動モータ20を回転させることができるが、逆アシスト領域B2の存在によりエネルギーロスが発生するとともにトルク変動が生じてしまう。そこで、本実施形態においては、電動モータ20の回転状態に応じた適切な逆アシスト領域B2が得られるように進角量θaを可変設定する進角量設定部110を備えている。   By the way, during the two-phase energization of the electric motor 20, the electric motor 20 can be rotated by providing the over assist region A and the reverse assist region B2 by advancing the electrical angle as described above. The presence of B2 causes energy loss and torque fluctuation. Therefore, in the present embodiment, an advance amount setting unit 110 that variably sets the advance amount θa so as to obtain an appropriate reverse assist region B2 according to the rotation state of the electric motor 20 is provided.

進角量設定部110は、図10に示すような基本進角量設定マップを記憶している。基本進角量設定マップは、操舵トルクTrに応じた基本進角量θa1を設定するもので、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する基本進角量θa1を設定し、操舵トルクTrがゼロとなる近傍以外では基本進角量θa1を一定値(この例では20deg)に設定する。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31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31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31を回転させる方向に電気角を進めることができる。   The advance amount setting unit 110 stores a basic advance amount setting map as shown in FIG. The basic advance amount setting map sets a basic advance amount θa1 corresponding to the steering torque Tr. In the vicinity where the steering torque Tr becomes zero, the basic advance amount θa1 increases as the steering torque Tr increases. And the basic advance angle θa1 is set to a constant value (20 deg in this example) except in the vicinity where the steering torque Tr becomes zero. 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 31 is rotated to the side where the electrical angle increases, the positive advance amount θa is set, and when the electric motor 31 is rotated to the side where the electrical angle decreases, the negative advance amount θa is set. To do. Thereby, an electrical angle can be advanced in the direction in which the electric motor 31 is rotated.

次に、進角量設定部110の行う処理について説明する。図11は、進角量設定部110の行う進角量設定ルーチンを表すフローチャートである。進角量設定部110は、後述する通電不良検出部108から通電不良信号を入力したときに進角量設定ルーチンを開始する。   Next, processing performed by the advance amount setting unit 110 will be described. FIG. 11 is a flowchart showing an advance amount setting routine performed by the advance amount setting unit 110. The advance amount setting unit 110 starts an advance amount setting routine when an energization failure signal is input from an energization failure detection unit 108 described later.

進角量設定ルーチンが起動すると、進角量設定部110は、ステップS11において、回転角変換部104から出力される電気角θeを読み込む。続いて、電気角θeが逆アシスト領域B2に入る直前となる位置、つまり、電動モータ20の通電方向が反転する位置の直前となる電気角であるか否かを判断する。例えば、図5,6の例では、電動モータ20の通電方向が反転する位置は、(90deg−θa)あるいは(270deg−θa)である。従って、その反転位置から回転方向に対して所定の微小角度だけ手前の電気角となるモータ回転位置を検出対象位置としている。以下、この検出対象位置をエネルギー判定位置と呼ぶ。尚、進角量設定ルーチの起動時においては、進角量θaは基本進角量θa1に設定されている。   When the advance amount setting routine is started, the advance amount setting unit 110 reads the electrical angle θe output from the rotation angle conversion unit 104 in step S11. Subsequently, it is determined whether or not the electrical angle θe is a position immediately before entering the reverse assist region B2, that is, an electrical angle immediately before a position where the energization direction of the electric motor 20 is reversed. For example, in the example of FIGS. 5 and 6, the position where the energization direction of the electric motor 20 is reversed is (90 deg−θa) or (270 deg−θa). Accordingly, a motor rotation position that is an electrical angle that is a predetermined minute angle from the reverse position with respect to the rotation direction is set as a detection target position. Hereinafter, this detection target position is referred to as an energy determination position. When the advance amount setting routine is activated, the advance amount θa is set to the basic advance amount θa1.

進角量設定部110は、電動モータ20の電気角θeがエネルギー判定位置ではない場合(S11:No)、進角量設定ルーチンを一旦終了する。従って、進角量θaは、基本進角量θa1に維持される。進角量設定ルーチンは、所定の短い周期で繰り返される。従って、電動モータ20の電気角θeがエネルギー判定位置ではないあいだは、上述した処理(S11,S12)が繰り返される。そして、ステップS12において、電動モータ20の回転位置がエネルギー判定位置であると判定されると、続くステップS13において、電動モータ20の運動エネルギーEを次式により算出する。
E=(1/2)×Mi×ωm2
ここで、Miは電動モータ20の慣性モーメント、ωmはモータの回転角速度を表す。回転角速度ωmは、電気角θeの変化(時間微分)により算出される。
If the electrical angle θe of the electric motor 20 is not at the energy determination position (S11: No), the advance amount setting unit 110 temporarily ends the advance amount setting routine. Therefore, the advance amount θa is maintained at the basic advance amount θa1. The advance amount setting routine is repeated at a predetermined short cycle. Therefore, while the electric angle θe of the electric motor 20 is not at the energy determination position, the above-described processing (S11, S12) is repeated. When it is determined in step S12 that the rotational position of the electric motor 20 is the energy determination position, the kinetic energy E of the electric motor 20 is calculated by the following equation in step S13.
E = (1/2) × Mi × ωm 2
Here, Mi represents the moment of inertia of the electric motor 20, and ωm represents the rotational angular velocity of the motor. The rotational angular velocity ωm is calculated by a change (time differentiation) of the electrical angle θe.

続いて、進角量設定部110は、ステップS14において、運動エネルギーEが予め設定した判定基準値E0よりも大きいか否かを判断する。運動エネルギーEが判定基準値E0よりも大きい場合には、進角量θaを低減進角量θa2に設定する。この低減進角量θ2は、基本進角量θ1に比べて小さく設定されている。例えば、低減進角量θ2は、基本進角量θ1に低減係数K(1より小さな整数)を乗じた値に設定される。従って、逆アシスト領域が狭くなる。   Subsequently, in step S14, the advance amount setting unit 110 determines whether or not the kinetic energy E is larger than a preset determination reference value E0. When the kinetic energy E is larger than the determination reference value E0, the advance amount θa is set to the reduced advance amount θa2. This reduced advance amount θ2 is set smaller than the basic advance amount θ1. For example, the reduction advance amount θ2 is set to a value obtained by multiplying the basic advance amount θ1 by a reduction coefficient K (an integer smaller than 1). Therefore, the reverse assist area is narrowed.

つまり、逆アシスト領域B2に入る直前における電動モータ20の保有する運動エネルギーEが判定基準値E0より大きい場合には、逆アシスト領域を少なくしても(無くすものも含む)、タイヤを戻そうとする反力に打ち勝って電動モータ20を回転させることができると判断して、進角量θaを小さく設定し逆アシスト領域を狭くする。   That is, when the kinetic energy E possessed by the electric motor 20 immediately before entering the reverse assist region B2 is larger than the determination reference value E0, the tire is returned even if the reverse assist region is decreased (including those that are eliminated). Therefore, it is determined that the electric motor 20 can be rotated by overcoming the reaction force, and the advance angle amount θa is set small to narrow the reverse assist region.

進角量設定ルーチンは、進角量θaを設定すると一旦終了する。そして、電動モータ20の回転位置が再びエネルギー判定位置になるまで、その設定された進角量θaが維持される。そして、再び、電動モータ20の回転位置がエネルギー判定位置になると(S12:Yes)、ステップS13において、その時点における運動エネルギーEが算出され(S13)、運動エネルギーEと判定基準値E0とが比較される(S14)。そして、運動エネルギーEが判定基準値E0を上回っていれば、そのまま進角量θaが低減進角量θ2に維持される。   The advance amount setting routine ends once the advance amount θa is set. Then, the set advance amount θa is maintained until the rotational position of the electric motor 20 becomes the energy determination position again. When the rotational position of the electric motor 20 becomes the energy determination position again (S12: Yes), in step S13, the kinetic energy E at that time is calculated (S13), and the kinetic energy E and the determination reference value E0 are compared. (S14). If the kinetic energy E exceeds the determination reference value E0, the advance amount θa is maintained as it is as the reduced advance amount θ2.

一方、運動エネルギーEが判定基準値E0以下にまで低下している場合には、ステップS16において、進角量θaが基本進角量θ1に変更設定される。つまり、電動モータ20の保有する運動エネルギーEでは、タイヤを戻そうとする反力に負けて電動モータ20が止まってしまうおそれがあるため、所定の逆アシスト領域を確保する必要であると判断して、進角量θaを基本進角量θ1に戻す。従って、電動モータ20は良好に回転することができる。   On the other hand, if the kinetic energy E has decreased to the determination reference value E0 or less, the advance amount θa is changed to the basic advance amount θ1 in step S16. In other words, the kinetic energy E possessed by the electric motor 20 may be defeated by the reaction force trying to return the tire, and the electric motor 20 may stop, so it is determined that it is necessary to secure a predetermined reverse assist region. Thus, the advance amount θa is returned to the basic advance amount θ1. Therefore, the electric motor 20 can rotate satisfactorily.

次に、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、通電不良検出部108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。   Next, the function of the assist ECU 100 that performs the two-phase energization control will be described with reference to FIG. The assist ECU 100 includes a two-phase energization command unit 107 and an energization failure detection unit 108. 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、予め設定された最大電流と、進角量設定部110により設定された進角量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 2010167880
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 failure detection signal from the energization failure detection unit 108, the two-phase energization current calculation formula, the preset maximum current, and the advance amount setting unit 110 are set. The command currents Iu *, Iv *, Iw * for two-phase energization are calculated based on the advance amount θa. 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 2010167880
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.

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.

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θaを与えた2相通電制御を行うことにより、電動モータ20を良好に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、逆アシスト領域B2に入る直前における電動モータ20の保有する運動エネルギーEが判定基準値E0より大きい場合には、進角量θaを低減進角量θ2に設定するために、必要以上に逆アシスト領域が形成されなくなり、逆アシスト領域によるエネルギーロスを低減することができ、電動モータ20のトルク変動も抑制することができる。   According to the electric power steering device of the present embodiment described above, the two-phase energization control that gives the advance amount θa is performed even when the one-phase energization failure of the three-phase electric motor 20 occurs. Thus, the electric motor 20 can be rotated favorably. Thereby, the fall of the steering operation feeling at the time of two-phase electricity supply control can be suppressed. Further, when the kinetic energy E possessed by the electric motor 20 immediately before entering the reverse assist region B2 is larger than the determination reference value E0, in order to set the advance amount θa to the reduced advance amount θ2, it is reversed more than necessary. The assist region is not formed, energy loss due to the reverse assist region can be reduced, and torque fluctuation of the electric motor 20 can also be suppressed.

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、本実施形態においては、運動エネルギーの判定基準値E0を一定値としているが、車両の諸条件によって電動モータ20が2相通電駆動で回転するのに必要な運動エネルギーも変化するため、判定基準値E0を可変にしてもよい。例えば、車速が小さいほど判定基準値E0を大きく設定する基準値設定手段を設けてもよい。   For example, in the present embodiment, the determination reference value E0 for kinetic energy is a constant value, but the kinetic energy required for the electric motor 20 to rotate by two-phase energization drive also changes depending on various vehicle conditions. The reference value E0 may be variable. For example, a reference value setting unit that sets the determination reference value E0 as the vehicle speed decreases may be provided.

また、本実施形態においては、進角量θaを2種類に切り替えているが、複数段階あるいは連続的に変化させてもよい。例えば、運動エネルギーEが大きいほど進角量θaを少なく設定するような進角量設定手段を設けることもできる。   In the present embodiment, the advance amount θa is switched between two types, but it may be changed in a plurality of steps or continuously. For example, an advance amount setting means for setting the advance amount θa to be smaller as the kinetic energy E is larger can be provided.

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 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.

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、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相座標変換部、104…回転角変換部、105…2相/3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…進角量設定部。   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 ... Cutoff circuit, 100 ... Electronic control unit (assist ECU), 101 ... Assist current command part, 102 ... Feedback control part, 103 ... Three-phase / two-phase coordinate conversion part, 104 DESCRIPTION OF SYMBOLS Rotation angle conversion part 105 ... 2-phase / 3-phase coordinate conversion part 106 ... PWM control signal generation part 107 ... 2-phase energization command part 108 ... Energization failure detection part 109 ... 2-phase energization feedback control part, 110. Advance angle amount setting unit.

Claims (1)

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操舵アシストトルクを発生させるための理論上の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、前記2相通電用電流演算式における前記モータの電気角を進める進角量とに基づいて、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、
前記電動モータの電気角が、前記2相通電制御手段により演算された指令電流の通電方向が反転する直前の電気角となったことを検出するモータ位置検出手段と、
前記モータ位置検出手段により前記電動モータの電気角が前記指令電流の通電方向が反転する直前の電気角となったことが検出された時点での前記電動モータの運動エネルギーを算出するエネルギー算出手段と、
前記エネルギー算出手段により算出された運動エネルギーの大きさが基準値よりも大きい場合には、基準値未満の場合に比べて、前記進角量を小さく設定する進角量設定手段と
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
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;
Theory for generating a steering assist torque that does not fluctuate with respect to a change in the electrical angle of the motor, using two phases in which there is no failure in energization when there is only one phase in energization of the motor. Two-phase energization based on the above two-phase energization current calculation formula, the maximum current that defines the upper limit current of the motor, and the advance amount of the electric angle of the motor in the two-phase energization current calculation formula 2-phase energization control means for energizing the motor to drive the motor by energizing the 2-phase in which energization failure does not occur with the calculated 2-phase energization command current;
Motor position detecting means for detecting that the electrical angle of the electric motor is the electrical angle immediately before the direction of energization of the command current calculated by the two-phase energization control means is reversed;
Energy calculating means for calculating the kinetic energy of the electric motor at the time when the motor position detecting means detects that the electric angle of the electric motor has become an electric angle immediately before the direction of energization of the command current is reversed; ,
When the magnitude of the kinetic energy calculated by the energy calculating means is larger than a reference value, an advance amount setting means for setting the advance amount to be smaller than that when it is less than the reference value. An electric power steering device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013001289A (en) * 2011-06-17 2013-01-07 Nsk Ltd Electric power steering device
JP2013233932A (en) * 2013-08-28 2013-11-21 Nsk Ltd Electric power steering device

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