(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舵輪の操舵をモータでアシストする電動パワーステアリングシステムに用いられるモータ駆動装置において、
モータを駆動するインバータの電源を平滑化するコンデンサを備え、
前記コンデンサの容量が所定容量まで低下したときのプリチャージ電圧と、前記コンデンサの正常時におけるプリチャージ電圧とに基づき、両者の電圧差が最大となるプリチャージ時間を測定し、または、プリチャージが開始されてから所定の電圧値に到達するまでの時間差が最大となるときの前記コンデンサの端子電圧を測定し、
アシスト開始前に電源が供給されて前記コンデンサのプリチャージが開始されたとき、
プリチャージ開始から前記プリチャージ時間経過後の電源電圧と前記コンデンサに充電された実際のプリチャージ電圧との比、もしくは前記コンデンサに充電された実際のプリチャージ電圧が前記所定の電圧値に到達するまでの時間に基づいて、前記コンデンサの容量値を算出し、
前記コンデンサの容量値が低下した場合には、操舵アシスト中の前記モータのトルク制限を行う、ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記コンデンサの容量値の算出は、初期診断で行う、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記コンデンサは、フェールセーフ用の第１のスイッチにより前記電源から分離され、前記コンデンサのプリチャージは、前記第１のスイッチをオフさせた状態で行う、ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記コンデンサのプリチャージは、前記第１のスイッチをオフさせた状態で、プリチャージ用の第２のスイッチをオンさせ、前記電源から前記第２のスイッチとレジスタを介して行う、ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータのアシストトルクが所定値に達するまで舵輪の操舵をアシストし、前記モータのアシストトルクが所定値に到達したときにトルク制限を行って、所定値以下にアシストトルクを下げてアシストを継続する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば舵輪の操舵をモータでアシストする電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）システムに用いられるモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の機能安全への関心が高まり、一般社団法人ＪＡＳＰＡＲ（Japan Automotive Software Platform and Architecture）や欧州などにおいて、ＥＰＳの急なアシスト制御停止の安全性について議論がされている。急なアシスト制御停止の要因の１つとして、インバータの電源平滑用コンデンサの容量低下による電圧変動の影響が考えられる。ＥＰＳシステムにおいて、現在のフェールセーフ（Ｆ／Ｓ）では、電流モニタによる異常検出でアシスト停止を行うのが主流になっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コンデンサの容量低下は、経時劣化や温度変化などで起こる。コンデンサの容量が低下した場合に、電流モニタによる異常検出ではアシスト量が小さい状態での検出が難しいため、アシスト量が大きくなってから検出される。このように、アシスト量が大きい状態で、車両の走行中にマニュアルステア（アシスト停止）にすると、運転者が操舵に違和感を覚えたり、急にステアリングが重くなったりする虞がある。
【０００５】
また、ＥＰＳシステムにおいては、小型化を図るために、電解コンデンサに変えてハイブリッドコンデンサ（Hybrid-Condensor）を採用することがある。ハイブリッドコンデンサは、等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）が小さく、リップル電流に対する耐量が大きく、低容量でも瞬間的な電流評価ができる、という利点がある。しかし、低容量であるが故に容量低下の影響が大きくなり、インバータのアンプ部の電圧が大きく変動し、モータ制御が発散してステアリングの振動が発生する、という課題がある。
【０００６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、急な駆動停止やモータ制御の発散を抑制し、安全性を向上できるモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータ駆動装置は、舵輪の操舵をモータでアシストする電動パワーステアリングシステムに用いられるモータ駆動装置において、モータを駆動するインバータの電源を平滑化するコンデンサを備え、前記コンデンサの容量が所定容量まで低下したときのプリチャージ電圧と、前記コンデンサの正常時におけるプリチャージ電圧とに基づき、両者の電圧差が最大となるプリチャージ時間を測定し、または、プリチャージが開始されてから所定の電圧値に到達するまでの時間差が最大となるときの前記コンデンサの端子電圧を測定し、アシスト開始前に電源が供給されて前記コンデンサのプリチャージが開始されたとき、プリチャージ開始から前記プリチャージ時間経過後の電源電圧と前記コンデンサに充電された実際のプリチャージ電圧との比、もしくは前記コンデンサに充電された実際のプリチャージ電圧が前記所定の電圧値に到達するまでの時間に基づいて、前記コンデンサの容量値を算出し、前記コンデンサの容量値が低下した場合には、操舵アシスト中の前記モータのトルク制限を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コンデンサの容量値が低下した場合に、モータのトルク制限を行うことで、急な駆動停止やモータ制御の発散を抑制でき、安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１に示した回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した回路において、コンデンサの容量が低下した場合と低下しない場合のプリチャージ時間とモニタ電圧との関係を比較して示す特性図である。
【図４】図１に示した回路において、コンデンサ容量の相違によるプリチャージ時間とプリチャージ供給電圧との関係を示す特性図である。
【図５】図１に示した回路において、コンデンサの容量が低下した場合と低下しない場合のプリチャージ供給電圧との差の電圧を示す特性図である。
【図６】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置をＥＰＳシステムに適用した場合のアシストトルクとトルク変動量との関係を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示し、ここではＥＰＳシステムにおけるアシスト用モータＭと、このモータＭの駆動回路を抽出して示している。モータＭを三相駆動するインバータ１には、フェールセーフ用の第１のスイッチ（フェールセーフリレー）３を介してバッテリ等の電源（直流電源）４の正極が接続される。
【００１１】
電源平滑用コンデンサ２は、インバータ１の電源端子と接地点間に接続されており、電源４とは第１のスイッチ３により分離される。電源４の正極とコンデンサ２の一方の電極との間には、プリチャージ回路５が接続されている。プリチャージ回路５は、プリチャージ用の第２のスイッチ６と負荷用のレジスタ（抵抗器）７とを備え、スイッチ６がオンしたときに電源４からレジスタ７を介してコンデンサ２をプリチャージする。
【００１２】
主制御装置であるＣＰＵ８には、電源４からレギュレータ９を介して電源が供給される。ＣＰＵ８には、電圧モニタ回路１０，１１で検出した電源電圧ＶＢとコンデンサ２の端子電圧ＶＣとが入力され、これらの電圧をモニタする。そして、このＣＰＵ８で第１、第２のスイッチ３，６を制御すると共に、インバータ１を制御してモータＭを駆動するようになっている。
【００１３】
上記のような構成において、図２のフローチャートに示すように、通常のモータＭの制御に先立って、コンデンサ２の容量値が低下したか否かを検出するための初期診断（イニシャルチェック）を行う。初期診断では、まず、フェールセーフ用の第１のスイッチ３と、プリチャージ用の第２のスイッチ６をオフ状態にする（ステップＳ１）。この状態で電圧モニタ回路１１によりコンデンサ２の端子電圧ＶＣ０を検出し、所定の電圧値αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。端子電圧ＶＣ０が電圧値αより小さければ第２のスイッチ６をオンする（ステップＳ３）。
【００１４】
一方、ステップＳ２で、電圧ＶＣ０が所定の電圧値αよりも大きいか等しいと判定された場合には、コンデンサ２の電圧を放電し、放電後のコンデンサ２の端子電圧ＶＣが所定の電圧値αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、小さいと判定されると、ステップＳ２に戻り、大きいか等しいと判定されるとスイッチ３の異常と判定する（ステップＳ５）。
【００１５】
ステップＳ３で第２のスイッチ６をオンすると、プリチャージ回路５によって、電源電圧ＶＢでコンデンサ２が充電され、電圧モニタ回路１１のモニタ電圧が上昇する。第２のスイッチ６をオンした後、所定時間ｔが経過するまでの時間をカウントし（ステップＳ６）、この時点のコンデンサ２の端子電圧ＶＣ１を電圧モニタ回路１１により検出して確認する（ステップＳ７）。続いて、電源電圧ＶＢ、端子電圧ＶＣ０及び端子電圧ＶＣ１により、コンデンサ２の容量Ｃを算出する（ステップＳ８）。そして、コンデンサ２の算出した容量Ｃが、所定値βとγの間（β＜Ｃ＜γ）にあるか否かを判定し（ステップＳ９）、範囲内であれば通常制御を開始する（ステップＳ１０）。
【００１６】
ステップＳ９で、算出した容量Ｃが、所定値βとγの間にないと判定された場合には、この容量Ｃに基づいてモータのトルク制限を行う（ステップＳ１１）。この制限値は、本モータ駆動装置が適用されるシステムによって異なり、且つ制限値は可変にすると良い。
その後、例えばイグニッションスイッチがオフされるか否かで、モータ駆動が終了か否かを判定し（ステップＳ１２）、駆動終了と判定されるまで、ステップＳ９からＳ１１の動作を繰り返す。
【００１７】
図３は、図１に示したモータ駆動装置において、コンデンサ２の容量が低下した場合と低下しない場合のプリチャージ時間とモニタ電圧との関係を比較して示している。電圧モニタ回路１０により検出される電源電圧ＶＢはほぼ一定の値となる。これに対し、電圧モニタ回路１１により検出されるコンデンサ２の端子電圧は、コンデンサ２の容量によって変化率が異なっている。プリチャージ回路５によってプリチャージが開始されてから、所定の電圧ＶＡに到達するまでの時間は、コンデンサ２の容量の低下に伴って小さくなる。
【００１８】
すなわち、コンデンサ２の容量の低下がない場合には、実線で示すように電圧ＶＡに到達するまでに時間Ｔ１を要するのに対し、容量が低下すると破線で示すように時間Ｔ２に短縮される。そして、実線と破線から分かるように、プリチャージが開始されると徐々に電圧の差が開いた後、あるところから徐々に縮まり、最終的には電源電圧ＶＢに近づいて行く。従って、この所定の電圧ＶＡに到達するまでの時間Ｔ１，Ｔ２を測定することで、コンデンサ２の容量値を算出できる。
【００１９】
コンデンサ容量の低下の検出は、フェールセーフリレー（スイッチ）３がオフしている時に、プリチャージ回路５によるコンデンサ２への充電時間に対する供給側電圧（電源電圧ＶＢ）と、インバータ１への供給電圧の割合（時定数）を計算することで行う。そして、充電の時定数によりコンデンサ２の容量Ｃを推定する。
【００２０】
換言すれば、インバータ１の電源平滑用コンデンサ２をプリチャージし、所定時間ｔ経過後の電源電圧ＶＢとコンデンサ２に充電された電圧ＶＣ１−ＶＣ０との比、もしくはコンデンサ２の充電電圧ＶＣ１−ＶＣ０が電源電圧ＶＢに対応する電圧に到達するまでの時間に基づいて、コンデンサ２の容量値Ｃを算出する。そして、コンデンサ２の容量値Ｃが低下したことを検出した場合に、モータＭのトルク制限を行う。
【００２１】
次に、コンデンサ２の容量値の算出について、図４及び図５により詳しく説明する。図４に示すように、コンデンサ容量が１００％から５０％に低下、すなわち１／２になった場合のプリチャージ電圧の変移は下式（１），（２）で算出できる。
ここでは、コンデンサ容量が同一であれば、プリチャージ供給電圧（電源電圧ＶＢ）が変化しても、ある一定時間後の電圧割合（比率）は変化しないことを利用し、コンデンサ容量の変化を算出している。
【００２２】
下式（１），（２）において、ＶＣ１００はコンデンサ容量の低下がない場合（１００％）、ＶＣ５０はコンデンサ容量が５０％に低下した場合であり、ＶＢはバッテリ電圧、Ｒはレジスタ７の抵抗値、Ｃはコンデンサ２の容量、ｔはプリチャージ時間である。
【数１】
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【数２】
0006386315.tif 000003
なお、上式（２）における「２／ＲＣ」の分子の「２」は、容量が１／２になった場合であり、検出したいコンデンサ容量により、例えば容量が１／ａになった場合は「ａ」と変更する。
【００２３】
コンデンサ容量が５０％に低下したと仮定すると、下式（３）に示すように、上式（２）−（１）で最も検出性が高くなる最適なタイミングを算出できる。図５に示すように、コンデンサ２の端子電圧の差ΔＴが最大になるタイミングで検出することで、検出性が高くなる。
【数３】
0006386315.tif 000004
【００２４】
図６は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置をＥＰＳシステムに適用した場合のアシストトルク（モータトルク）とトルク変動量との関係を示している。アシストトルクの増加に伴って徐々にリップル（トルク変動量）が大きくなり、アシストトルクが所定値に達すると（従来は、この時点でアシスト停止）、モータ制御が発散してステアリングの振動が発生する。そこで、本実施形態では、アシストトルクが所定値に達する前にトルク制限を行うことでアシスト停止を抑制する。この際、従来のように単純にアシストを停止するのではなく、アシスト停止になるレベルより低いレベルまでアシストし、上記所定値を超えないようにトルクを下げてアシストすることで、アシストを弱めて継続することができる。
【００２５】
上述したように、本発明では、走行中のマニュアルステア（アシスト停止）を避けるために、動作中（走行中）ではなく、アシスト開始前の初期診断にてコンデンサの容量低下を検出する。また、プリチャージを実施する際に、ある一定時間後の電圧値、もしくはある電圧に上がるまでの時間を測定し、これらに基づいてコンデンサの容量値を算出する。更に、プリチャージ供給側電圧（インバータ部電圧）及びコンデンサ側電圧をモニタし、コンデンサの容量値との関係性で時定数（割合）を算出することにより、コンデンサ容量の変化を判断する。
【００２６】
これによって、電源平滑用コンデンサ２の容量低下を、モータ制御性が悪化する前に検出できる。しかも、コンデンサ２の容量値が低下した場合に、モータＭによるアシストを単純に停止させるのではなく、停止に至る前にアシスト用モータＭのトルク制限を行うことでモータ制御が発散するのを抑制でき、安全性を向上させることができる。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、ＥＰＳシステムにおけるアシスト用モータの駆動装置を例に取って説明したが、本発明は急な駆動停止によって安全性に問題が起こる虞があるモータ駆動装置一般に適用できるのはもちろんである。
また、モータ駆動装置の回路構成は、図１に示した回路に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
更に、コンデンサ２の端子電圧の差ΔＴが最大になるタイミングで検出する場合を例に取って説明したが、最大値から多少ずれたタイミングであっても十分に検出可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１…インバータ、２…コンデンサ（電源平滑用コンデンサ）、３…スイッチ（第１のスイッチ）、４…電源（直流電源）、５…プリチャージ回路、６…スイッチ（第２のスイッチ）、７…レジスタ（抵抗器）、８…ＣＰＵ、９…レギュレータ、１０，１１…電圧モニタ回路、Ｍ…モータ（アシスト用モータ）、ＶＢ…電源電圧、ＶＣ，ＶＣ０，ＶＣ１…端子電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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