モータ制御装置及び車両の電動パワーステアリング装置
【課題】インバータ回路のトランジスタに発生する異常をより確実に検出することのできるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】このモータ制御装置１５は、インバータ回路２０に設けられた対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングを制御することでモータ１１に三相の交流電流を供給する。また、モータ１１に供給される各相電流値を電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいてトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されるとき、インバータ回路２０の駆動を停止させる。ここでは、各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定する。そして、各相電流値の絶対値の少なくとも一つが第１の閾値以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値が第２の閾値以上であるとき、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断する。
【解決手段】このモータ制御装置１５は、インバータ回路２０に設けられた対をなすトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングを制御することでモータ１１に三相の交流電流を供給する。また、モータ１１に供給される各相電流値を電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいてトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されるとき、インバータ回路２０の駆動を停止させる。ここでは、各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定する。そして、各相電流値の絶対値の少なくとも一つが第１の閾値以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値が第２の閾値以上であるとき、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置、及び同モータ制御装置を用いた車両の電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリングシャフトやラック軸にモータを設け、このモータからステアリングシャフトやラック軸にアシスト力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する、いわゆる電動パワーステアリング装置が周知である。この電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトに設けられたトルクセンサを通じて検出される操舵トルクなどに基づいて目標トルクが設定されるとともに、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクが目標トルクとなるようにモータに流される電流がフィードバック制御される。そして従来、このような電動パワーステアリング装置においてモータの駆動を制御する装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。図６に、この特許文献１に記載のモータ制御装置の構成を示す。
【０００３】
図６に示すように、このモータ制御装置は、三相交流モータからなるモータ６１、電源（電源電圧「＋Ｂ」）から供給される直流電流を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流に変換してこれをモータ６１に供給するインバータ回路６２、及びインバータ回路６２の駆動を制御する図示しないマイコンを備えている。ここで、インバータ回路６２は、それぞれ対をなすトランジスタＴ１１及びＴ１２、Ｔ１３及びＴ１４、Ｔ１５及びＴ１６の並列回路からなり、それら対をなすトランジスタの各接続点から取り出される電流により三相交流電流が生成される。すなわち、マイコンの指令に基づき各トランジスタＴ１１〜Ｔ１６がスイッチングされることで、電源からインバータ回路６２に供給される直流電流が三相交流電流に変換される。
【０００４】
また、対をなすトランジスタの低電位側には、シャント抵抗を用いた周知の電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗがそれぞれ設けられている。すなわち、このモータ制御装置では、これらの電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗによってモータ１１に供給される各相電流値がそれぞれ検出される。
【０００５】
そして、この特許文献１に記載のモータ制御装置では、電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗを通じて検出される各相電流値のうちのいずれかが所定の閾値以上であると判定された場合には、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に短絡異常が発生していると判断するようにしている。また、短絡異常が発生していると判断した場合には、インバータ回路６２の駆動を停止することにより、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６をオフ状態に維持するようにしている。これにより、例えば図中に二点鎖線で示すようにトランジスタＴ１１のＤ−Ｓ間（ドレイン・ソース間）が短絡したような場合、トランジスタＴ１２がオンされるタイミングで電流センサ７０ｕを通じて検出されるＵ相電流値が所定の閾値以上となると、短絡異常が検出され、全てのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６がオフ状態に維持される。よって、短絡異常が生じたトランジスタＴ１１と対をなすトランジスタＴ１２に貫通電流が流れ続けることを抑制することができるため、トランジスタＴ１２の損傷を未然に防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような電動パワーステアリング装置では、運転者によりステアリングホイールがラックエンド位置（操舵限界位置）まで勢いよく操舵された場合、モータ６１の負荷となっているステアリングシャフトあるいはラック軸の動きが急停止する。このような場合、モータ６１の回転が急停止することとなるため、モータ６１に発生している逆起電力が急減少する。ここで、モータ６１の逆起電力が急減少するような状況では、フィードバック制御の応答遅れによりトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に大きな電流（オーバーシュート電流）が流れてしまう。そして、このようなオーバーシュート時の電流値が、短絡異常が発生していない正常時にトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に流れる電流の最大値となる。よって、このような電動パワーステアリング装置では、こうしたオーバーシュート電流がインバータ回路６２に発生したときにこれを異常と誤検出することがないよう、図７に示すように、上記所定の閾値Ｉｔｈを、オーバーシュート時の電流値Ｉｅ１よりも若干大きい値に設定することが望ましい。しかしながら、このように閾値Ｉｔｈを設定した場合には、以下のような問題がある。
【０００８】
例えばトランジスタＴ１１のＤ−Ｓ間に発生した短絡異常が、抵抗値の大きいレアショート（層間短絡）である場合、トランジスタＴ１２に発生する貫通電流値は上記オーバーシュート時の電流値と比較して小さくなることがある。また、トランジスタＴ１のＧ−Ｄ間（ゲート・ドレイン間）が短絡したような場合にも、同様に、トランジスタＴ１２に発生する貫通電流値は上記オーバーシュート時の電流値と比較して小さいものとなる。そして、このような短絡異常がトランジスタＴ１１に発生した場合、図７に示すように、異常判定の基準となる閾値Ｉｔｈがオーバーシュート時の電流値Ｉｅ１よりも大きく設定されていることから、電流センサ７０ｕを通じて検出されるＵ相電流値Ｉｅ２が所定の閾値Ｉｔｈよりも小さくなってしまう。そのため、特許文献１のような方法では、この短絡異常を検出することができない。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ回路のトランジスタに発生する異常をより確実に検出することのできるモータ制御装置、及び車両の電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インバータ回路に設けられた対をなすトランジスタのスイッチングを制御することによりモータに三相の交流電流を供給するとともに、前記モータに供給される各相電流値を電流センサを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいて前記対をなすトランジスタに発生する貫通電流を検出するモータ制御装置において、前記各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、前記各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定し、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較、及び前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較に基づいて、前記トランジスタに発生する貫通電流を検出することを要旨とする。
【００１１】
モータに供給される各相電流値の総和は、キルヒホッフの法則により、正常時には「０［Ａ］」となる。なお、実際には、ノイズなどの外乱の影響により、正常な場合であっても、各相電流値の総和は「０［Ａ］」から若干ずれた値となることもある。したがって、上記構成によれば、第１の閾値を、抵抗値の大きい短絡異常がトランジスタに発生したときに対をなすトランジスタに発生する貫通電流の値に対応する値に設定するとともに、第２の閾値を「０［Ａ］」の近傍の値に設定することで、トランジスタに発生する貫通電流を検出しつつ、トランジスタにオーバーシュート電流が流れた場合にはこれを貫通電流であると誤検出することがなくなる。すなわち、オーバーシュート電流がトランジスタに流れた場合、モータに供給される三相の電流は正常であるため、各相電流値の総和は正常値を示す。よって、各相電流値の総和と第２の閾値との比較に基づいて各相電流値の総和が正常値を示しているか否かを判断すれば、トランジスタに貫通電流が発生していると誤検出することがない。一方、抵抗値の大きい短絡異常がトランジスタに発生した場合、各相電流値の少なくとも一つが異常値を示す。また、各相電流値の少なくとも一つが異常値を示すことにより、各相電流値の総和も異常値を示す。よって、各相電流値のそれぞれの値と第１の閾値との比較、及び各相電流値の総和と第２の閾値との比較に基づいて、トランジスタに貫通電流が発生しているか否かを判断することができる。このように、上記構成によれば、トランジスタに発生する貫通電流をより的確に検出することができるため、トランジスタに発生する異常をより確実に検出することが可能となる。
【００１２】
そしてこの場合、請求項２に記載の発明によるように、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較が、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であるか否かを判断することにより行われるとともに、前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較が、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であるか否かを判断することにより行われ、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であって且つ、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であることを条件に、前記トランジスタに貫通電流が発生していることを検出する、といった構成を採用することが有効であり、これにより、トランジスタに貫通電流が発生しているか否かを適切に検出することができるようになる。
【００１３】
またこの場合、請求項３に記載の発明によるように、請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、前記インバータ回路における前記トランジスタのスイッチング制御が、三角波をキャリアとするＰＷＭ制御により行われ、前記各相電流値が、前記三角波が山となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値と、前記三角波が谷となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値との差分を演算することにより求められる、といった構成を採用することが有効であり、これにより、各相電流値を精度良く検出することができるため、トランジスタに発生する貫通電流の検出を、より高い信頼性をもって行うことができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ラックエンドにおいて軸方向の移動が規制されるラック軸と、ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸に設けられたモータの駆動を制御するモータ制御装置とを備え、前記モータから前記ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸にアシスト力を付与する車両の電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御装置として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いることを要旨とする。
【００１５】
本発明は、請求項４に記載の発明によるように、電動パワーステアリング装置に適用して特に有効である。これにより、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータが停止してしまい、運転者の操舵をアシストすることができなくなるような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかるモータ制御装置、及び車両の電動パワーステアリング装置によれば、インバータ回路のトランジスタに発生する異常をより確実に検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明にかかるモータ制御装置の一実施形態についてその構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、同実施形態のモータ制御装置についてＰＷＭキャリア、電圧指令信号、及びゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３の関係をそれぞれ示すグラフ。
【図４】同実施形態のモータ制御装置について各種異常時に電流センサを通じて検出される各相電流値と閾値との関係を示すグラフ。
【図５】同実施形態のモータ制御装置により実行されるインバータ回路のトランジスタに流れる貫通電流を抑制するための処理についてその手順を示すフローチャート。
【図６】従来のモータ制御装置についてその構成を示す回路図。
【図７】同従来のモータ制御装置について各種異常時に電流センサを通じて検出される各相電流値と閾値との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるモータ制御装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるモータ制御装置に適用した一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本実施形態にかかる車両の電動パワーステアリング装置の概要について説明する。
【００１９】
図１に示すように、車両では、ステアリングホイール１が運転者により操作されると、ステアリングホイール１に付与された操舵力に基づきステアリングシャフト２が回転する。ステアリングシャフト２は、コラムシャフト３、インターミディエイトシャフト４、及びピニオンシャフト５を連結してなる。このうち、ピニオンシャフト５の下端部にはラックアンドピニオン機構６が連結されており、ステアリングシャフト２の回転は、ラックアンドピニオン機構６を介してラック軸７の軸方向の直線運動に変換される。そして、このラック軸７の直線運動がその両端に連結されたタイロッド８を介して転舵輪９に伝達されることにより、転舵輪９の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００２０】
このような車両において、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置１０は、ギア機構１２を介してコラムシャフト３に連結された三相交流モータからなるモータ１１を備えている。この電動パワーステアリング装置１０は、モータ１１の回転をギア機構１２を介してコラムシャフト３に伝達することにより、モータトルクをアシスト力としてステアリングシャフト２に付与する。
【００２１】
また、車両には、車両の状態やステアリングホイール１の操作量を検出する各種センサが設けられている。例えば車両には、車両の速度を検出する車速センサ１３が設けられている。また、コラムシャフト３には、同シャフト３に作用するトルク（操舵トルク）を検出するトルクセンサ１４が設けられている。そして、各センサ１３，１４の出力は、モータ制御装置１５に入力される。このモータ制御装置１５は、各センサ１３，１４を通じて検出される車両の速度及び操舵トルクに基づきモータ１１の駆動を制御する。
【００２２】
次に、図２を参照して、モータ制御装置１５の構成について説明する。
図２に示すように、このモータ制御装置１５は、車載バッテリなどの電源１７から供給される直流電流を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流に変換するインバータ回路２０、モータ１１の回転角を検出する回転角センサ４０、及びインバータ回路２０の駆動を制御するマイコン５０を備えている。
【００２３】
このうち、インバータ回路２０は、それぞれ対をなすトランジスタＴ１及びＴ２、Ｔ３及びＴ４、Ｔ５及びＴ６の並列回路からなり、それら対をなすトランジスタの各接続点から取り出される電流により三相交流電流が生成される。すなわち、マイコン５０から出力されるゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３により各トランジスタＴ１〜Ｔ６がスイッチングされることで、電源１７からの直流電流が三相交流電流に変換され、この変換された三相交流電流がモータ１１に供給される。なお、トランジスタＴ１〜Ｔ６は、寄生ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードが低電位側となり、カソードが高電位側となるように取り付けられている。
【００２４】
また、対をなすトランジスタの低電位側には、シャント抵抗を用いた周知の電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗがそれぞれ設けられている。マイコン５０は、これら各電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力値に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。
【００２５】
次に、マイコン５０は、車速センサ１３及びトルクセンサ１４を通じて検出される車両の速度及び操舵トルクに基づいてステアリングシャフト２に付与すべき目標アシスト力を設定する。そして、この目標アシスト力に対応するトルクをモータ１１から発生させるべく、モータ１１に流されている電流をフィードバック制御する。具体的には、まず、目標アシスト力を得るためのモータ電流の目標値を演算する。また、モータ電流の目標値と、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとの偏差を求めるとともに、求められた電流値の偏差に基づいて、ＰＷＭ制御に用いられる各相の電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算する。なお、このような演算は、回転角センサ４０を通じて検出されるモータ１１の回転角に基づいてｄ／ｑ座標系における座標変換に基づき行われる。そして、これらの電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、ＰＷＭキャリア（搬送波）である三角波とを比較することでゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３を生成する。ここで、電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三角波δが、例えば図３（ａ）に示すようにそれぞれ推移しているとすると、ゲート駆動信号ＧＨ１は、図３（ｂ）に示すように、電圧指令信号Ｖｕが三角波δの値よりも大きい期間でオフ信号に設定され、電圧指令信号Ｖｕが三角波δよりも小さい期間でオン信号に設定される。また、ゲート駆動信号ＧＬ１は、図３（ｃ）に示すように、電圧指令信号Ｖｕが三角波δの値よりも大きい期間でオン信号に、また、電圧指令信号Ｖｕが三角波よりも小さい期間でオフ信号に設定される。同様に、ゲート駆動信号ＧＨ２，ＧＬ２についても、電圧指令信号Ｖｖと三角波δの値との比較に基づいて図３（ｄ），（ｅ）に示すように生成される。また、ゲート駆動信号ＧＨ３，ＧＬ３についても、電圧指令信号Ｖｗと三角波δの値との比較に基づいて図３（ｆ），（ｇ）に示すように生成される。そして、マイコン５０は、こうして生成されるゲート信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３をインバータ回路２０の各トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子に付与してそれらをオン／オフさせることにより、インバータ回路２０をＰＷＭ駆動させる。これにより、目標アシスト力に対応するトルクをモータ１１から発生させることが可能となっている。
【００２６】
ところで、上記構成において、モータ１１に流すべき電流が「０［Ａ］」であるにもかかわらず、実際には電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗにおいて電流が検出されることがある。このような電流は、オフセット電流と呼ばれ、トルクリップル等の原因となる。そこで、本実施形態では、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値からオフセット電流の影響を排除すべく、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出方法として次のような方法を採用することとしている。まず、マイコン５０は、先の図３（ａ）に例示した三角波δが山となるタイミング（例えば図中のタイミングｔ１）、及び谷となるタイミング（例えば図中のタイミングｔ２）で、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相電流値をそれぞれ検出する。ここで、図３（ａ）〜（ｇ）に示すように、三角波δが山となるタイミングでは、ゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３がオフ信号に設定されるのに対し、ゲート駆動信号ＧＬ１〜ＧＬ３がオン信号に設定されている。すなわち、トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５がオフ状態となり、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６がオン状態となっている。したがって、このタイミングで検出される電流値（山読み電流値）は、オフセット電流値が重畳された電流値となる。一方、三角波δが谷となるタイミングでは、ゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３がオン信号に設定されるのに対し、ゲート駆動信号ＧＬ１〜ＧＬ３がオフ信号に設定されている。すなわち、トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５がオン状態となり、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６がオフ状態となっている。したがって、このタイミングで検出される電流値（谷読み電流値）は、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに流れる電流が「０［Ａ］」になるべきであるにもかかわらず、実際には電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出されるオフセット電流値となる。そして、マイコン５０は、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、その直後に検出される谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２とから以下の式（１）〜（３）に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求める。
【００２７】
Ｉｕ＝Ｉｕ１−Ｉｕ２・・・（１）
Ｉｖ＝Ｉｖ１−Ｉｖ２・・・（２）
Ｉｗ＝Ｉｗ１−Ｉｗ２・・・（３）
一方、本実施形態のマイコン５０では、このようにして演算される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてインバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かを監視するとともに、貫通電流が検出された場合には、インバータ回路２０の駆動を停止し、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６をオフ状態に維持するようにしている。次に、この処理の内容について説明する。
【００２８】
まず、図２に二点鎖線で示すように、例えばトランジスタＴ１のＤ−Ｓ（ドレイン・ソース）間に抵抗値の大きいレアショートが発生した場合、トランジスタＴ２がオンされるときに電流センサ３０ｕを通じてＵ相の貫通電流が検出される。また、トランジスタＴ３，Ｔ５にも同様の短絡異常が発生した場合には、トランジスタＴ４あるいはＴ６がオンされるときに、電流センサ３０ｖ，３０ｗを通じて、Ｖ相あるいはＷ相の貫通電流が検出される。そこで、本実施形態では、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜に対して、図４に示すように、レアショート時などに発生する貫通電流値Ｉｅ２の絶対値よりも若干小さい値を第１の閾値Ｉｔｈ１（＞０）として設定するようにしている。
【００２９】
一方、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和ＳＩ（＝Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ）は、キルヒホッフの法則により、正常時には「０［Ａ］」となる。しかしながら、図中に示すようにトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間が短絡しているような状況では、各相電流値の総和ＳＩは「０［Ａ］」とならない。なお、実際には、ノイズなどの外乱の影響により、正常な場合であっても、各相電流値の総和ＳＩは「０［Ａ］」から若干ずれることが多い。そこで、本実施形態では、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜に対し、「０［Ａ］」よりも若干大きい値を第２の閾値Ｉｔｈ２（＞０）として設定するようにしている。
【００３０】
そして、本実施形態では、各相電流値のそれぞれの絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜（＝｜Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ｜）が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることを条件に、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断するようにしている。そして、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断した場合には、インバータ回路２０の駆動を停止するようにしている。
【００３１】
次に、図５を参照して、マイコン５０を通じて実行される、こうした各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてインバータ回路２０の駆動を停止する処理の具体的な手順を説明する。なお、図５に示す処理は、実際には、所定の演算周期をもって繰り返し実行される。
【００３２】
図５に示すように、この処理では、はじめに、三角波δが山となるタイミングで電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相の山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１が検出されるとともに（ステップＳ１）、三角波δが谷となるタイミングで電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相の谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２が検出される（ステップＳ２）。そして、続くステップＳ３の処理として、上記式（１）〜（３）に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが演算された後、それらの総和の絶対値｜ＳＩ｜が演算される（ステップＳ４）。また、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｕ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であること、及び各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることの両方の条件が満たされているか否かが判断されて（ステップＳ５）、それらの両方の条件が満たされている場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されて、インバータ回路２０の駆動を停止させる（ステップＳ６）。
【００３３】
一方、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの全てが第１の閾値Ｉｔｈ１未満であるか、あるいは各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２未満の場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、マイコン５０は、この一連の処理を終了する。
【００３４】
次に、図２を参照して、本実施形態にかかるモータ制御装置１５の動作例（作用）について説明する。
図２に二点鎖線で示すように、例えばトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間に抵抗値の大きい短絡異常が発生した場合、電流センサ３０ｕを通じて検出されるＵ相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜が第１の閾値Ｉｔｈ１以上の異常値となる。また、Ｕ相電流値Ｉｕが異常値を示すことにより、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上となる。よって、インバータ回路２０の駆動が停止されて、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６がオフ状態に維持されるため、トランジスタＴ２に発生する貫通電流を抑制することができる。これにより、トランジスタＴ２の破損を未然に防止することができる。
【００３５】
一方、ステアリングホイール１がラックエンド位置まで勢いよく操作されることにより、モータ１１に発生する逆起電力が急減少して、トランジスタＴ１〜Ｔ６にオーバーシュート電流が発生したとする。この場合、モータ１１に供給される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは正常であるため、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出される各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜は正常値を示す。すなわち、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜は第２の閾値Ｉｔｈ２未満となる。よって、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると誤検出されることがないため、貫通電流検出の信頼性を高めることができる。また、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータ１１が停止し、運転者の操舵をアシストすることができないような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態にかかるモータ制御装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜に対して第１の閾値Ｉｔｈ１を設定するとともに、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜に対して第２の閾値Ｉｔｈ２を設定することとした。そして、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることを条件に、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断することとした。これにより、トランジスタのＤ−Ｓ間に抵抗値の大きいレアショートが生じたり、あるいはＧ−Ｄ間の短絡異常が生じることでトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生した場合には、これを的確に検出することができる。また、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６にオーバーシュート電流が発生したときに、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると誤検出することがない。よって、トランジスタＴ１〜Ｔ６に発生する異常をより確実に検出することが可能となる。
【００３７】
（２）各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ＰＷＭキャリアである三角波δが山となるタイミングで検出される山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、三角波が谷となるタイミングで検出される谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２との差分を演算することにより求めることとした。これにより、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを精度良く検出することができるため、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かの判断を、より高い信頼性をもって行うことができるようになる。
【００３８】
（３）本発明にかかるモータ制御装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるモータ制御装置に適用することとした。これにより、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータが停止し、運転者の操舵をアシストすることができなくなるような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かを、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２との差分から求めた各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判断することにより行うこととした。このような各相電流値の絶対値を用いる方法に代えて、次のような方法を採用することもできる。まず、例えば先の図２に示すようにトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間に抵抗値の大きいレアショートが発生した場合、トランジスタＴ２がオンされたとき、図中に破線の矢印で示す下向きの貫通電流がトランジスタＴ２に流れる。よって、このような場合にトランジスタに流れる貫通電流の値に基づいて第１の閾値Ｉｔｈ１を設定し、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以下であるとき、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断してもよい。なおここでは、図中の破線の矢印で示す下向きに流れる電流を負の電流として検出するものとする。このような方法であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
・上記実施形態では、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されたとき、インバータ回路２０の駆動を停止することとしたが、これに代えて、例えば電源１７からインバータ回路２０への給電経路を遮断するなど、貫通電流を抑制するための適宜の制御を実行してもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、本発明にかかるモータ制御装置を、ステアリングシャフト２のコラムシャフト３にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に適用することとしたが、これに代えて、例えばラック軸７にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に適用することも可能である。また、車両の電動パワーステアリング装置に限らず、適宜のモータ制御装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｔ１〜Ｔ６，Ｔ１１〜Ｔ１６…トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６…寄生ダイオード、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…コラムシャフト、４…インターミディエイトシャフト、５…ピニオンシャフト、６…ラックアンドピニオン機構、７…ラック軸、８…タイロッド、９…転舵輪、１０…電動パワーステアリング装置、１１，６１…モータ、１２…ギア機構、１３…車速センサ、１４…トルクセンサ、１５…モータ制御装置、１７…電源、２０，６２…インバータ回路、３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ，７０ｕ，７０ｖ，７０ｗ…電流センサ、４０…回転角センサ、５０…マイコン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置、及び同モータ制御装置を用いた車両の電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリングシャフトやラック軸にモータを設け、このモータからステアリングシャフトやラック軸にアシスト力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する、いわゆる電動パワーステアリング装置が周知である。この電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトに設けられたトルクセンサを通じて検出される操舵トルクなどに基づいて目標トルクが設定されるとともに、トルクセンサを通じて検出される操舵トルクが目標トルクとなるようにモータに流される電流がフィードバック制御される。そして従来、このような電動パワーステアリング装置においてモータの駆動を制御する装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。図６に、この特許文献１に記載のモータ制御装置の構成を示す。
【０００３】
図６に示すように、このモータ制御装置は、三相交流モータからなるモータ６１、電源（電源電圧「＋Ｂ」）から供給される直流電流を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流に変換してこれをモータ６１に供給するインバータ回路６２、及びインバータ回路６２の駆動を制御する図示しないマイコンを備えている。ここで、インバータ回路６２は、それぞれ対をなすトランジスタＴ１１及びＴ１２、Ｔ１３及びＴ１４、Ｔ１５及びＴ１６の並列回路からなり、それら対をなすトランジスタの各接続点から取り出される電流により三相交流電流が生成される。すなわち、マイコンの指令に基づき各トランジスタＴ１１〜Ｔ１６がスイッチングされることで、電源からインバータ回路６２に供給される直流電流が三相交流電流に変換される。
【０００４】
また、対をなすトランジスタの低電位側には、シャント抵抗を用いた周知の電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗがそれぞれ設けられている。すなわち、このモータ制御装置では、これらの電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗによってモータ１１に供給される各相電流値がそれぞれ検出される。
【０００５】
そして、この特許文献１に記載のモータ制御装置では、電流センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗを通じて検出される各相電流値のうちのいずれかが所定の閾値以上であると判定された場合には、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に短絡異常が発生していると判断するようにしている。また、短絡異常が発生していると判断した場合には、インバータ回路６２の駆動を停止することにより、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６をオフ状態に維持するようにしている。これにより、例えば図中に二点鎖線で示すようにトランジスタＴ１１のＤ−Ｓ間（ドレイン・ソース間）が短絡したような場合、トランジスタＴ１２がオンされるタイミングで電流センサ７０ｕを通じて検出されるＵ相電流値が所定の閾値以上となると、短絡異常が検出され、全てのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６がオフ状態に維持される。よって、短絡異常が生じたトランジスタＴ１１と対をなすトランジスタＴ１２に貫通電流が流れ続けることを抑制することができるため、トランジスタＴ１２の損傷を未然に防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような電動パワーステアリング装置では、運転者によりステアリングホイールがラックエンド位置（操舵限界位置）まで勢いよく操舵された場合、モータ６１の負荷となっているステアリングシャフトあるいはラック軸の動きが急停止する。このような場合、モータ６１の回転が急停止することとなるため、モータ６１に発生している逆起電力が急減少する。ここで、モータ６１の逆起電力が急減少するような状況では、フィードバック制御の応答遅れによりトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に大きな電流（オーバーシュート電流）が流れてしまう。そして、このようなオーバーシュート時の電流値が、短絡異常が発生していない正常時にトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に流れる電流の最大値となる。よって、このような電動パワーステアリング装置では、こうしたオーバーシュート電流がインバータ回路６２に発生したときにこれを異常と誤検出することがないよう、図７に示すように、上記所定の閾値Ｉｔｈを、オーバーシュート時の電流値Ｉｅ１よりも若干大きい値に設定することが望ましい。しかしながら、このように閾値Ｉｔｈを設定した場合には、以下のような問題がある。
【０００８】
例えばトランジスタＴ１１のＤ−Ｓ間に発生した短絡異常が、抵抗値の大きいレアショート（層間短絡）である場合、トランジスタＴ１２に発生する貫通電流値は上記オーバーシュート時の電流値と比較して小さくなることがある。また、トランジスタＴ１のＧ−Ｄ間（ゲート・ドレイン間）が短絡したような場合にも、同様に、トランジスタＴ１２に発生する貫通電流値は上記オーバーシュート時の電流値と比較して小さいものとなる。そして、このような短絡異常がトランジスタＴ１１に発生した場合、図７に示すように、異常判定の基準となる閾値Ｉｔｈがオーバーシュート時の電流値Ｉｅ１よりも大きく設定されていることから、電流センサ７０ｕを通じて検出されるＵ相電流値Ｉｅ２が所定の閾値Ｉｔｈよりも小さくなってしまう。そのため、特許文献１のような方法では、この短絡異常を検出することができない。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ回路のトランジスタに発生する異常をより確実に検出することのできるモータ制御装置、及び車両の電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インバータ回路に設けられた対をなすトランジスタのスイッチングを制御することによりモータに三相の交流電流を供給するとともに、前記モータに供給される各相電流値を電流センサを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいて前記対をなすトランジスタに発生する貫通電流を検出するモータ制御装置において、前記各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、前記各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定し、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較、及び前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較に基づいて、前記トランジスタに発生する貫通電流を検出することを要旨とする。
【００１１】
モータに供給される各相電流値の総和は、キルヒホッフの法則により、正常時には「０［Ａ］」となる。なお、実際には、ノイズなどの外乱の影響により、正常な場合であっても、各相電流値の総和は「０［Ａ］」から若干ずれた値となることもある。したがって、上記構成によれば、第１の閾値を、抵抗値の大きい短絡異常がトランジスタに発生したときに対をなすトランジスタに発生する貫通電流の値に対応する値に設定するとともに、第２の閾値を「０［Ａ］」の近傍の値に設定することで、トランジスタに発生する貫通電流を検出しつつ、トランジスタにオーバーシュート電流が流れた場合にはこれを貫通電流であると誤検出することがなくなる。すなわち、オーバーシュート電流がトランジスタに流れた場合、モータに供給される三相の電流は正常であるため、各相電流値の総和は正常値を示す。よって、各相電流値の総和と第２の閾値との比較に基づいて各相電流値の総和が正常値を示しているか否かを判断すれば、トランジスタに貫通電流が発生していると誤検出することがない。一方、抵抗値の大きい短絡異常がトランジスタに発生した場合、各相電流値の少なくとも一つが異常値を示す。また、各相電流値の少なくとも一つが異常値を示すことにより、各相電流値の総和も異常値を示す。よって、各相電流値のそれぞれの値と第１の閾値との比較、及び各相電流値の総和と第２の閾値との比較に基づいて、トランジスタに貫通電流が発生しているか否かを判断することができる。このように、上記構成によれば、トランジスタに発生する貫通電流をより的確に検出することができるため、トランジスタに発生する異常をより確実に検出することが可能となる。
【００１２】
そしてこの場合、請求項２に記載の発明によるように、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較が、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であるか否かを判断することにより行われるとともに、前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較が、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であるか否かを判断することにより行われ、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であって且つ、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であることを条件に、前記トランジスタに貫通電流が発生していることを検出する、といった構成を採用することが有効であり、これにより、トランジスタに貫通電流が発生しているか否かを適切に検出することができるようになる。
【００１３】
またこの場合、請求項３に記載の発明によるように、請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、前記インバータ回路における前記トランジスタのスイッチング制御が、三角波をキャリアとするＰＷＭ制御により行われ、前記各相電流値が、前記三角波が山となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値と、前記三角波が谷となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値との差分を演算することにより求められる、といった構成を採用することが有効であり、これにより、各相電流値を精度良く検出することができるため、トランジスタに発生する貫通電流の検出を、より高い信頼性をもって行うことができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ラックエンドにおいて軸方向の移動が規制されるラック軸と、ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸に設けられたモータの駆動を制御するモータ制御装置とを備え、前記モータから前記ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸にアシスト力を付与する車両の電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御装置として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いることを要旨とする。
【００１５】
本発明は、請求項４に記載の発明によるように、電動パワーステアリング装置に適用して特に有効である。これにより、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータが停止してしまい、運転者の操舵をアシストすることができなくなるような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかるモータ制御装置、及び車両の電動パワーステアリング装置によれば、インバータ回路のトランジスタに発生する異常をより確実に検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明にかかるモータ制御装置の一実施形態についてその構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、同実施形態のモータ制御装置についてＰＷＭキャリア、電圧指令信号、及びゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３の関係をそれぞれ示すグラフ。
【図４】同実施形態のモータ制御装置について各種異常時に電流センサを通じて検出される各相電流値と閾値との関係を示すグラフ。
【図５】同実施形態のモータ制御装置により実行されるインバータ回路のトランジスタに流れる貫通電流を抑制するための処理についてその手順を示すフローチャート。
【図６】従来のモータ制御装置についてその構成を示す回路図。
【図７】同従来のモータ制御装置について各種異常時に電流センサを通じて検出される各相電流値と閾値との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるモータ制御装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるモータ制御装置に適用した一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本実施形態にかかる車両の電動パワーステアリング装置の概要について説明する。
【００１９】
図１に示すように、車両では、ステアリングホイール１が運転者により操作されると、ステアリングホイール１に付与された操舵力に基づきステアリングシャフト２が回転する。ステアリングシャフト２は、コラムシャフト３、インターミディエイトシャフト４、及びピニオンシャフト５を連結してなる。このうち、ピニオンシャフト５の下端部にはラックアンドピニオン機構６が連結されており、ステアリングシャフト２の回転は、ラックアンドピニオン機構６を介してラック軸７の軸方向の直線運動に変換される。そして、このラック軸７の直線運動がその両端に連結されたタイロッド８を介して転舵輪９に伝達されることにより、転舵輪９の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００２０】
このような車両において、本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置１０は、ギア機構１２を介してコラムシャフト３に連結された三相交流モータからなるモータ１１を備えている。この電動パワーステアリング装置１０は、モータ１１の回転をギア機構１２を介してコラムシャフト３に伝達することにより、モータトルクをアシスト力としてステアリングシャフト２に付与する。
【００２１】
また、車両には、車両の状態やステアリングホイール１の操作量を検出する各種センサが設けられている。例えば車両には、車両の速度を検出する車速センサ１３が設けられている。また、コラムシャフト３には、同シャフト３に作用するトルク（操舵トルク）を検出するトルクセンサ１４が設けられている。そして、各センサ１３，１４の出力は、モータ制御装置１５に入力される。このモータ制御装置１５は、各センサ１３，１４を通じて検出される車両の速度及び操舵トルクに基づきモータ１１の駆動を制御する。
【００２２】
次に、図２を参照して、モータ制御装置１５の構成について説明する。
図２に示すように、このモータ制御装置１５は、車載バッテリなどの電源１７から供給される直流電流を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流に変換するインバータ回路２０、モータ１１の回転角を検出する回転角センサ４０、及びインバータ回路２０の駆動を制御するマイコン５０を備えている。
【００２３】
このうち、インバータ回路２０は、それぞれ対をなすトランジスタＴ１及びＴ２、Ｔ３及びＴ４、Ｔ５及びＴ６の並列回路からなり、それら対をなすトランジスタの各接続点から取り出される電流により三相交流電流が生成される。すなわち、マイコン５０から出力されるゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３により各トランジスタＴ１〜Ｔ６がスイッチングされることで、電源１７からの直流電流が三相交流電流に変換され、この変換された三相交流電流がモータ１１に供給される。なお、トランジスタＴ１〜Ｔ６は、寄生ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードが低電位側となり、カソードが高電位側となるように取り付けられている。
【００２４】
また、対をなすトランジスタの低電位側には、シャント抵抗を用いた周知の電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗがそれぞれ設けられている。マイコン５０は、これら各電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力値に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。
【００２５】
次に、マイコン５０は、車速センサ１３及びトルクセンサ１４を通じて検出される車両の速度及び操舵トルクに基づいてステアリングシャフト２に付与すべき目標アシスト力を設定する。そして、この目標アシスト力に対応するトルクをモータ１１から発生させるべく、モータ１１に流されている電流をフィードバック制御する。具体的には、まず、目標アシスト力を得るためのモータ電流の目標値を演算する。また、モータ電流の目標値と、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとの偏差を求めるとともに、求められた電流値の偏差に基づいて、ＰＷＭ制御に用いられる各相の電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算する。なお、このような演算は、回転角センサ４０を通じて検出されるモータ１１の回転角に基づいてｄ／ｑ座標系における座標変換に基づき行われる。そして、これらの電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、ＰＷＭキャリア（搬送波）である三角波とを比較することでゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３を生成する。ここで、電圧指令信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三角波δが、例えば図３（ａ）に示すようにそれぞれ推移しているとすると、ゲート駆動信号ＧＨ１は、図３（ｂ）に示すように、電圧指令信号Ｖｕが三角波δの値よりも大きい期間でオフ信号に設定され、電圧指令信号Ｖｕが三角波δよりも小さい期間でオン信号に設定される。また、ゲート駆動信号ＧＬ１は、図３（ｃ）に示すように、電圧指令信号Ｖｕが三角波δの値よりも大きい期間でオン信号に、また、電圧指令信号Ｖｕが三角波よりも小さい期間でオフ信号に設定される。同様に、ゲート駆動信号ＧＨ２，ＧＬ２についても、電圧指令信号Ｖｖと三角波δの値との比較に基づいて図３（ｄ），（ｅ）に示すように生成される。また、ゲート駆動信号ＧＨ３，ＧＬ３についても、電圧指令信号Ｖｗと三角波δの値との比較に基づいて図３（ｆ），（ｇ）に示すように生成される。そして、マイコン５０は、こうして生成されるゲート信号ＧＨ１〜ＧＨ３，ＧＬ１〜ＧＬ３をインバータ回路２０の各トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート端子に付与してそれらをオン／オフさせることにより、インバータ回路２０をＰＷＭ駆動させる。これにより、目標アシスト力に対応するトルクをモータ１１から発生させることが可能となっている。
【００２６】
ところで、上記構成において、モータ１１に流すべき電流が「０［Ａ］」であるにもかかわらず、実際には電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗにおいて電流が検出されることがある。このような電流は、オフセット電流と呼ばれ、トルクリップル等の原因となる。そこで、本実施形態では、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値からオフセット電流の影響を排除すべく、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出方法として次のような方法を採用することとしている。まず、マイコン５０は、先の図３（ａ）に例示した三角波δが山となるタイミング（例えば図中のタイミングｔ１）、及び谷となるタイミング（例えば図中のタイミングｔ２）で、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相電流値をそれぞれ検出する。ここで、図３（ａ）〜（ｇ）に示すように、三角波δが山となるタイミングでは、ゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３がオフ信号に設定されるのに対し、ゲート駆動信号ＧＬ１〜ＧＬ３がオン信号に設定されている。すなわち、トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５がオフ状態となり、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６がオン状態となっている。したがって、このタイミングで検出される電流値（山読み電流値）は、オフセット電流値が重畳された電流値となる。一方、三角波δが谷となるタイミングでは、ゲート駆動信号ＧＨ１〜ＧＨ３がオン信号に設定されるのに対し、ゲート駆動信号ＧＬ１〜ＧＬ３がオフ信号に設定されている。すなわち、トランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ５がオン状態となり、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６がオフ状態となっている。したがって、このタイミングで検出される電流値（谷読み電流値）は、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに流れる電流が「０［Ａ］」になるべきであるにもかかわらず、実際には電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出されるオフセット電流値となる。そして、マイコン５０は、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、その直後に検出される谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２とから以下の式（１）〜（３）に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求める。
【００２７】
Ｉｕ＝Ｉｕ１−Ｉｕ２・・・（１）
Ｉｖ＝Ｉｖ１−Ｉｖ２・・・（２）
Ｉｗ＝Ｉｗ１−Ｉｗ２・・・（３）
一方、本実施形態のマイコン５０では、このようにして演算される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてインバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かを監視するとともに、貫通電流が検出された場合には、インバータ回路２０の駆動を停止し、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６をオフ状態に維持するようにしている。次に、この処理の内容について説明する。
【００２８】
まず、図２に二点鎖線で示すように、例えばトランジスタＴ１のＤ−Ｓ（ドレイン・ソース）間に抵抗値の大きいレアショートが発生した場合、トランジスタＴ２がオンされるときに電流センサ３０ｕを通じてＵ相の貫通電流が検出される。また、トランジスタＴ３，Ｔ５にも同様の短絡異常が発生した場合には、トランジスタＴ４あるいはＴ６がオンされるときに、電流センサ３０ｖ，３０ｗを通じて、Ｖ相あるいはＷ相の貫通電流が検出される。そこで、本実施形態では、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜に対して、図４に示すように、レアショート時などに発生する貫通電流値Ｉｅ２の絶対値よりも若干小さい値を第１の閾値Ｉｔｈ１（＞０）として設定するようにしている。
【００２９】
一方、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和ＳＩ（＝Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ）は、キルヒホッフの法則により、正常時には「０［Ａ］」となる。しかしながら、図中に示すようにトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間が短絡しているような状況では、各相電流値の総和ＳＩは「０［Ａ］」とならない。なお、実際には、ノイズなどの外乱の影響により、正常な場合であっても、各相電流値の総和ＳＩは「０［Ａ］」から若干ずれることが多い。そこで、本実施形態では、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜に対し、「０［Ａ］」よりも若干大きい値を第２の閾値Ｉｔｈ２（＞０）として設定するようにしている。
【００３０】
そして、本実施形態では、各相電流値のそれぞれの絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜（＝｜Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ｜）が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることを条件に、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断するようにしている。そして、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断した場合には、インバータ回路２０の駆動を停止するようにしている。
【００３１】
次に、図５を参照して、マイコン５０を通じて実行される、こうした各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてインバータ回路２０の駆動を停止する処理の具体的な手順を説明する。なお、図５に示す処理は、実際には、所定の演算周期をもって繰り返し実行される。
【００３２】
図５に示すように、この処理では、はじめに、三角波δが山となるタイミングで電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相の山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１が検出されるとともに（ステップＳ１）、三角波δが谷となるタイミングで電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて各相の谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２が検出される（ステップＳ２）。そして、続くステップＳ３の処理として、上記式（１）〜（３）に基づいて各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが演算された後、それらの総和の絶対値｜ＳＩ｜が演算される（ステップＳ４）。また、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｕ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であること、及び各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることの両方の条件が満たされているか否かが判断されて（ステップＳ５）、それらの両方の条件が満たされている場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されて、インバータ回路２０の駆動を停止させる（ステップＳ６）。
【００３３】
一方、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの全てが第１の閾値Ｉｔｈ１未満であるか、あるいは各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２未満の場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、マイコン５０は、この一連の処理を終了する。
【００３４】
次に、図２を参照して、本実施形態にかかるモータ制御装置１５の動作例（作用）について説明する。
図２に二点鎖線で示すように、例えばトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間に抵抗値の大きい短絡異常が発生した場合、電流センサ３０ｕを通じて検出されるＵ相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜が第１の閾値Ｉｔｈ１以上の異常値となる。また、Ｕ相電流値Ｉｕが異常値を示すことにより、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上となる。よって、インバータ回路２０の駆動が停止されて、全てのトランジスタＴ１〜Ｔ６がオフ状態に維持されるため、トランジスタＴ２に発生する貫通電流を抑制することができる。これにより、トランジスタＴ２の破損を未然に防止することができる。
【００３５】
一方、ステアリングホイール１がラックエンド位置まで勢いよく操作されることにより、モータ１１に発生する逆起電力が急減少して、トランジスタＴ１〜Ｔ６にオーバーシュート電流が発生したとする。この場合、モータ１１に供給される各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは正常であるため、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを通じて検出される各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜は正常値を示す。すなわち、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜は第２の閾値Ｉｔｈ２未満となる。よって、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると誤検出されることがないため、貫通電流検出の信頼性を高めることができる。また、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータ１１が停止し、運転者の操舵をアシストすることができないような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態にかかるモータ制御装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜に対して第１の閾値Ｉｔｈ１を設定するとともに、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜に対して第２の閾値Ｉｔｈ２を設定することとした。そして、各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であって且つ、各相電流値の総和の絶対値｜ＳＩ｜が第２の閾値Ｉｔｈ２以上であることを条件に、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断することとした。これにより、トランジスタのＤ−Ｓ間に抵抗値の大きいレアショートが生じたり、あるいはＧ−Ｄ間の短絡異常が生じることでトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生した場合には、これを的確に検出することができる。また、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６にオーバーシュート電流が発生したときに、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると誤検出することがない。よって、トランジスタＴ１〜Ｔ６に発生する異常をより確実に検出することが可能となる。
【００３７】
（２）各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ＰＷＭキャリアである三角波δが山となるタイミングで検出される山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、三角波が谷となるタイミングで検出される谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２との差分を演算することにより求めることとした。これにより、各相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを精度良く検出することができるため、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かの判断を、より高い信頼性をもって行うことができるようになる。
【００３８】
（３）本発明にかかるモータ制御装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるモータ制御装置に適用することとした。これにより、車両のステアリングホイールがラックエンド位置まで勢いよく操作されたときにモータが停止し、運転者の操舵をアシストすることができなくなるような状況を回避することができるため、電動パワーステアリング装置としての信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生しているか否かを、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、谷読み電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２との差分から求めた各相電流値の絶対値｜Ｉｕ｜，｜Ｉｖ｜，｜Ｉｗ｜の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判断することにより行うこととした。このような各相電流値の絶対値を用いる方法に代えて、次のような方法を採用することもできる。まず、例えば先の図２に示すようにトランジスタＴ１のＤ−Ｓ間に抵抗値の大きいレアショートが発生した場合、トランジスタＴ２がオンされたとき、図中に破線の矢印で示す下向きの貫通電流がトランジスタＴ２に流れる。よって、このような場合にトランジスタに流れる貫通電流の値に基づいて第１の閾値Ｉｔｈ１を設定し、山読み電流値Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１の少なくとも一つが第１の閾値Ｉｔｈ１以下であるとき、トランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断してもよい。なおここでは、図中の破線の矢印で示す下向きに流れる電流を負の電流として検出するものとする。このような方法であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
・上記実施形態では、インバータ回路２０のトランジスタＴ１〜Ｔ６に貫通電流が発生していると判断されたとき、インバータ回路２０の駆動を停止することとしたが、これに代えて、例えば電源１７からインバータ回路２０への給電経路を遮断するなど、貫通電流を抑制するための適宜の制御を実行してもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、本発明にかかるモータ制御装置を、ステアリングシャフト２のコラムシャフト３にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に適用することとしたが、これに代えて、例えばラック軸７にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に適用することも可能である。また、車両の電動パワーステアリング装置に限らず、適宜のモータ制御装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｔ１〜Ｔ６，Ｔ１１〜Ｔ１６…トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６…寄生ダイオード、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…コラムシャフト、４…インターミディエイトシャフト、５…ピニオンシャフト、６…ラックアンドピニオン機構、７…ラック軸、８…タイロッド、９…転舵輪、１０…電動パワーステアリング装置、１１，６１…モータ、１２…ギア機構、１３…車速センサ、１４…トルクセンサ、１５…モータ制御装置、１７…電源、２０，６２…インバータ回路、３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ，７０ｕ，７０ｖ，７０ｗ…電流センサ、４０…回転角センサ、５０…マイコン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路に設けられた対をなすトランジスタのスイッチングを制御することによりモータに三相の交流電流を供給するとともに、前記モータに供給される各相電流値を電流センサを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいて前記対をなすトランジスタに発生する貫通電流を検出するモータ制御装置において、
前記各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、前記各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定し、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較、及び前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較に基づいて、前記トランジスタに発生する貫通電流を検出する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較が、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であるか否かを判断することにより行われるとともに、
前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較が、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であるか否かを判断することにより行われ、
前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であって且つ、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であることを条件に、前記トランジスタに貫通電流が発生していることを検出する
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記インバータ回路における前記トランジスタのスイッチング制御が、三角波をキャリアとするＰＷＭ制御により行われ、
前記各相電流値が、前記三角波が山となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値と、前記三角波が谷となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値との差分を演算することにより求められる
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
ラックエンドにおいて軸方向の移動が規制されるラック軸と、ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸に設けられたモータの駆動を制御するモータ制御装置とを備え、前記モータから前記ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸にアシスト力を付与する車両の電動パワーステアリング装置において、
前記モータ制御装置として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いる
ことを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
インバータ回路に設けられた対をなすトランジスタのスイッチングを制御することによりモータに三相の交流電流を供給するとともに、前記モータに供給される各相電流値を電流センサを通じて検出し、検出される各相電流値に基づいて前記対をなすトランジスタに発生する貫通電流を検出するモータ制御装置において、
前記各相電流値に対して第１の閾値を設定するとともに、前記各相電流値の総和に対して第２の閾値を設定し、前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較、及び前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較に基づいて、前記トランジスタに発生する貫通電流を検出する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記各相電流値のそれぞれの値と前記第１の閾値との比較が、前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であるか否かを判断することにより行われるとともに、
前記各相電流値の総和と前記第２の閾値との比較が、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であるか否かを判断することにより行われ、
前記各相電流値のそれぞれの絶対値の少なくとも一つが前記第１の閾値以上であって且つ、前記各相電流値の総和の絶対値が前記第２の閾値以上であることを条件に、前記トランジスタに貫通電流が発生していることを検出する
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記インバータ回路における前記トランジスタのスイッチング制御が、三角波をキャリアとするＰＷＭ制御により行われ、
前記各相電流値が、前記三角波が山となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値と、前記三角波が谷となるタイミングで前記電流センサを通じて検出される各相の電流値との差分を演算することにより求められる
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
ラックエンドにおいて軸方向の移動が規制されるラック軸と、ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸に設けられたモータの駆動を制御するモータ制御装置とを備え、前記モータから前記ステアリングシャフトあるいは前記ラック軸にアシスト力を付与する車両の電動パワーステアリング装置において、
前記モータ制御装置として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いる
ことを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１０８２０（Ｐ２０１３−１１０８２０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２７８４（Ｐ２０１１−２５２７８４）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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