(57)【要約】【課題】被駆動物の実際の動作状態を検出するセンサの故障を検知するにあたり、製造コストを削減すると共に設計自由度の向上を図ることができるようにする。【解決手段】直流モータ１５により駆動される出力軸１４の実際の動作状態を検出するストロークセンサ７の検出値に基づいて直流モータを制御するモータ制御装置において、直流モータの端子間電圧を推定する電圧推定部３４と、この電圧推定部による電圧推定値に基づく直流モータの動作状態とストロークセンサによる検出値が示す出力軸の動作状態とを比較して、ストロークセンサの故障を判定する故障判定部３５とを設ける。【選択図】図２
2009124890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータまたはこれにより駆動される被駆動物の実際の動作状態を検出する状態量検出手段の検出値に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの端子間電圧を推定する電圧推定手段と、
この電圧推定手段による電圧推定値に基づく前記モータの動作状態と前記状態量検出手段による検出値が示す前記被駆動物の動作状態とを比較して、前記状態量検出手段の故障を判定する故障判定手段とを有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータが、前記被駆動物を直線駆動する直動アクチュエータを構成し、
前記状態量検出手段が、前記直動アクチュエータの直動量を検出する直線変位センサであることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
電源からの電力をスイッチング素子を介して前記モータに供給するモータ駆動回路と、
目標電流に基づいて設定されたデューティ比の駆動信号を前記モータ駆動回路に出力する制御回路とをさらに有し、
前記電圧推定手段が、前記電源の電圧、及び前記制御回路で設定されたデューティ比に基づいて、前記モータの端子間電圧を算出することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの電流を検出する電流検出手段をさらに有し、
前記電圧推定手段が、前記電源の電圧、前記制御回路で設定されたデューティ比、及び前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記モータの端子間電圧を算出することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータまたはこれにより駆動される被駆動物の実際の動作状態を検出する状態量検出センサの検出値に基づいて電動モータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の旋回状態に応じた舵角を後輪に与える後輪転舵装置や、後輪のトー角を制御するトー角制御装置では、後輪を動作させるアクチュエータの出力軸の移動量などを位置センサにより検知して、その位置センサの出力に基づいてアクチュエータを制御するが、この位置センサに故障が発生すると、車両の走行に大きな影響を与えることから、故障を正確に且つ迅速に検知することが望まれる。
【０００３】
このようなセンサ類の故障検知に関して、同種類のセンサを複数設けて相互監視する方法が一般的であるが、故障検知の対象となるセンサで取得する状態量を、他のセンサの出力値から推定して、センサによる実測値と推定値との比較により故障を判定することも可能であり、このような状態量を推定する技術として、モータ端子間電圧及びモータ電流からモータ回転速度を推定するものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−６６９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、同種類のセンサを複数設ける構成では、製造コストが嵩み、また設計自由度の低下の招くという問題があり、望ましくない。また、モータ端子間電圧及びモータ電流からモータ回転速度を推定する技術を利用すると、モータ回転速度から求められるアクチュエータの出力軸の移動速度と、位置センサの出力値の時間微分値との比較により、位置センサの故障を判定することができるが、これにはモータ端子間電圧を検出するセンサが必要となり、製造コストの上昇及び設計自由度の低下の問題を十分に解決することができない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、被駆動物の実際の動作状態を検出するセンサの故障を検知するにあたり、製造コストを削減すると共に設計自由度の向上を図ることができるように構成されたモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、モータ（１５）またはこれにより駆動される被駆動物（出力軸１４）の実際の動作状態を検出する状態量検出手段（ストロークセンサ７）の検出値に基づいて前記モータを制御するモータ制御装置において、前記モータの端子間電圧を推定する電圧推定手段（電圧推定部３４）と、この電圧推定手段による電圧推定値に基づく前記モータの動作状態と前記状態量検出手段による検出値が示す前記被駆動物の動作状態とを比較して、前記状態量検出手段の故障を判定する故障判定手段（故障判定部３５）とを有するものとした。
【０００７】
これによると、モータ端子間電圧を推定により取得するため、モータ端子間電圧を検出する電圧センサを省略することができ、製造コストを削減すると共に設計自由度の向上を図ることができる。
【０００８】
この場合、モータ端子間電圧の推定値から求めるモータの動作状態としては、モータ回転数が好適であり、故障判定手段では、モータ回転数の推定値及び状態量検出手段の検出値に基づいて、状態量検出手段の故障を判定するものとすれば良い。
【０００９】
ここで、状態量検出手段が、被駆動物の位置を検出する位置検出手段であれば、その検出値を時間微分することで被駆動物の移動速度が算出され、一方、モータ端子間電圧の推定値に基づくモータ回転数からも被駆動物の移動速度が算出されるため、この被駆動物の移動速度の推定値と、位置検出手段の検出値に基づく移動速度の実測値とを比較して、両者に大きさ相違がある場合に状態量検出手段の故障と判定するものとすれば良い。
【００１０】
また、モータ回転数の推定は、電圧推定手段によるモータ端子間電圧の推定値と電流検出手段による電流実測値とに基づいて行うことができ、具体的には、電流検出手段による電流検出値とモータの抵抗値からモータ内のコイルでの電圧降下相当値を算出し、この電圧降下相当値と電圧推定手段によるモータ端子間電圧の推定値から逆起電圧を算出し、この逆起電圧と誘起電圧定数からモータ回転数を算出するものとすれば良い。
【００１１】
前記モータ制御装置においては、請求項２に示すとおり、前記モータが、前記被駆動物を直線駆動する直動アクチュエータ（６）を構成し、前記状態量検出手段が、前記直動アクチュエータの直動量を検出する直線変位センサ（ストロークセンサ７）である構成とすることができる。
【００１２】
前記モータ制御装置においては、請求項３に示すとおり、電源（バッテリ３１）からの電力をスイッチング素子（トランジスタ２１〜２４）を介して前記モータに供給するモータ駆動回路（２７）と、目標電流に基づいて設定されたデューティ比の駆動信号を前記モータ駆動回路に出力する制御回路（２９）とをさらに有し、前記電圧推定手段が、前記電源の電圧、及び前記制御回路で設定されたデューティ比に基づいて、前記モータの端子間電圧を算出する構成とすることができる。
【００１３】
これによると、簡単にモータの端子間電圧を推定することができる。
【００１４】
前記モータ制御装置においては、請求項４に示すとおり、前記モータの電流を検出する電流検出手段（電流センサ２８）をさらに有し、前記電圧推定手段が、前記電源の電圧、前記制御回路で設定されたデューティ比、及び前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記モータの端子間電圧を算出する構成とすることができる。
【００１５】
これによると、簡単に且つ精度良くモータの端子間電圧を推定することができる。
【００１６】
この場合、電圧推定手段は、電流検出手段による電流検出値に基づいて電源からモータ駆動回路に電力を供給する給電路の電圧降下相当値を算出し、電源の電圧値から電圧降下相当値を減算して、モータ駆動回路での入力電圧を算出し、この入力電圧にデューティ比を乗算して、モータの端子間電圧を算出するものとすれば良い。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、モータ端子間電圧を推定により取得するため、モータ端子間電圧を検出する電圧センサを省略することができ、製造コストを削減すると共に設計自由度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用される車両の概略構成図である。図２は、図１に示した後輪トー角制御装置５を示すブロック図である。この車両は、ステアリングホイール１の操舵によって左右の前輪２を転舵する前輪操舵装置３を備えると共に、車両の旋回時における車両挙動に対応して左右の後輪４のトー角を制御する後輪トー角制御装置５を備えている。
【００２０】
後輪トー角制御装置５は、アクチュエータ６と、ストロークセンサ（直線変位センサ、状態量検出手段）７と、加速度センサ８と、操舵角センサ９と、アクセルペダル操作量センサ１０と、ブレーキペダル操作量センサ１１と、コントロールユニット（モータ制御装置）１２とを有している。
【００２１】
アクチュエータ６は、図２に示すように、出力軸（被駆動物）１４が軸方向に直線的に進退動作する直動アクチュエータであり、直流モータ１５と、遊星歯車などによる減速機構１６と、回転運動を直線運動に変換して出力軸１４を進退動作させる送りねじ機構１７とを有しており、出力軸１４が、例えば後輪４のナックルから延出されたアームに連結ロッドを介して連結されて、出力軸１４の進退動作によりロッドを押し引き駆動することで後輪４のトー角を変化させることができる。
【００２２】
ストロークセンサ７は、アクチュエータ６の出力軸１４の変位量を検出するものであり、この変位量から後輪４のトー角を算出することができる。加速度センサ８は、車体に作用する前後加速度を検出するものである。操舵角センサ９は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するものである。アクセルペダル操作量センサ１０は、アクセルペダルの操作量を検出するものである。ブレーキペダル操作量センサ１１は、ブレーキペダルの操作量を検出するものである。
【００２３】
コントロールユニット１２は、各センサの出力に基づいてアクチュエータ６の変位を制御するものであり、後輪４に与えるトー角の目標値を、走行状況に対応した最適値が予め設定されたマップに基づいて、現在のアクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、及び前後加速度などの値から求め、ストロークセンサ７の出力から求められる実トー位置をフィードバックしつつ目標トー位置との偏差からアクチュエータ６の発生するべき最適トルクを演算し、それを実現するために電流をフィードバックしつつ直流モータ１５をデューティ制御する。
【００２４】
この後輪トー角制御装置５によれば、左右のアクチュエータ６を同時に対称的に変位させることにより、両後輪４のトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる上、左右のアクチュエータ６の一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪４を左右に転舵することもできる。
【００２５】
コントロールユニット１２は、図２に示すように、４つのトランジスタ２１〜２４（スイッチング素子）からなるＨブリッジ回路２５、及びトランジスタ２１〜２４のスイッチング動作を制御するゲート駆動信号を出力するトランジスタ駆動回路２６からなるモータ駆動回路２７と、直流モータ１５の電流を検出する電流センサ（電流検出手段）２８と、制御回路２９とを有している。
【００２６】
Ｈブリッジ回路２５には、バッテリ（電源）３１の電圧がワイヤハーネス（給電路）３２を介して印加され、第１・第４のトランジスタ２１・２４のみを同時にオンとすると直流モータ１５が正転し、逆に第２・第３トランジスタ２２・２３のみを同時にオンとすると直流モータ１５が逆転する。
【００２７】
電流センサ２８は、接地ラインに接続され、バッテリ３１側からトランジスタ２１〜２４及び直流モータ１５を経て接地側に流れる電流を検出する。
【００２８】
制御回路２９は、アクチュエータ６の発生するべき最適トルクを実現する目標電流を設定し、この目標電流と電流センサ２８によるモータ電流の検出値とを比較して、両者の偏差が０に近づくようにデューティ比（トランジスタのオン期間の割合）が設定されたＰＷＭ（pulse width modulation）信号をトランジスタ駆動回路２６に出力する。
【００２９】
なお、バッテリ（電源）３１には、エンジンにより駆動されるオルタネータ（発電機）３８がレクチファイア（整流器）３９を介して接続されており、エンジン駆動時にはオルタネータ３８が発生する電力によりバッテリ３１が充電され、バッテリ３１の電圧はオルタネータ３８の発電電圧により規定される。
【００３０】
さらにこのコントロールユニット１２は、直流モータ１５の端子間電圧を推定する電圧推定部（電圧推定手段）３４と、この電圧推定部３４による電圧推定値に基づく直流モータ１５の動作状態とストロークセンサ７による検出値が示すアクチュエータ６の出力軸１４の動作状態とを比較して、ストロークセンサ７の故障を判定する故障判定部（故障判定手段）３５とを有している。
【００３１】
電圧推定部３４では、電流センサ２８によるモータ電流の検出値ＩＭ（Ａ）に電線抵抗ＲＨ（Ω）を乗算して、バッテリ（電源）３１からコントロールユニット１２に向かうワイヤハーネス３２の電圧降下相当値（ＲＨ×ＩＭ）を算出し、バッテリ電圧ＶＢＡＴ（Ｖ）から電圧降下相当値を減算して、コントロールユニット１２での入力電圧（ＶＢＡＴ−ＲＨ×ＩＭ）を算出し、この入力電圧にＰＷＭ制御値（デューティ比）ＰＷＭ（％）を乗算して、モータ端子間電圧ＤＶＭ（Ｖ）を算出する。これを式に表すと、
ＤＶＭ＝（ＶＢＡＴ−ＲＨ×ＩＭ）×ＰＷＭ
となる。
【００３２】
ここで、バッテリ電圧ＶＢＡＴはオルタネータ３８の発電設計値とし、電線抵抗ＲＨはワイヤハーネス３２の設計規定値とし、ＰＷＭ信号値（デューティ比）ＰＷＭは制御回路２９での指示値とし、これらの値はセンシングの必要がなく、モータ電流のみ実測すれば良い。
【００３３】
また、ワイヤハーネス３２での電圧降下が充分小さい場合には、コントロールユニット１２での供給電圧をバッテリ電圧ＶＢＡＴに等しいものとみなして、モータ端子間電圧ＤＶＭの算出式を次式のように簡略化することができる。
ＤＶＭ＝ＶＢＡＴ×ＰＷＭ
この場合、モータ電流の検出値ＩＭが不要となるため、電流センサ２８を省略することができる。
【００３４】
故障判定部３５では、電圧推定部３４により取得したモータ端子間電圧の推定値に基づいて直流モータ１５の回転数を推定し、このモータ回転数の推定値とストロークセンサ７による検出値とに基づいて、ストロークセンサ７の故障を判定する。
【００３５】
モータ回転数の推定では、電流センサ２８によるモータ電流の検出値ＩＭ（Ａ）にモータ抵抗値ＲＭ（Ω）を乗算して直流モータ１５内のコイルでの電圧降下相当値（ＩＭ×ＲＭ）を算出し、電圧推定部３４で取得したモータ端子間電圧の推定値ＤＶＭ（Ｖ）から電圧降下相当値を減算して逆起電圧（ＤＶＭ−ＩＭ×ＲＭ）を算出し、この逆起電圧に誘起電圧定数の逆数ＫＥ（rps／Ｖ）を乗算してモータ回転数の推定値ＭＳＰＤ（rps）を算出する。これを式に表すと、
ＭＳＰＤ＝（ＤＶＭ−ＩＭ×ＲＭ）×ＫＥ
となる。
【００３６】
ストロークセンサ７の故障判定では、ストロークセンサ７による検出値が示すアクチュエータ６の動作状態と、モータ回転数の推定値が示す直流モータ１５の動作状態とを比較して、両者に相違がある場合にストロークセンサ７の故障と判定する。
【００３７】
例えば、モータ回転数の推定値を、減速機構１６及び送りねじ機構１７の仕様に基づく換算式により出力軸１４の直動速度に換算し、この出力軸１４の直動速度の推定値と、ストロークセンサ７により検出された出力軸１４の変位量を時間微分して得られる出力軸１４の直動速度とを比較して、両者が一致しない場合にストロークセンサ７の故障と判定する。
【００３８】
なお、前記の例では、状態量検出手段として、直動型のアクチュエータ６の直動量を検出するストロークセンサ７を設けたが、本発明における状態量検出手段はこれに限定されるものではなく、例えば直流モータの実際の回転数を検出するものや、出力アームが揺動する揺動型のアクチュエータの揺動量を検出するものなども可能であり、また前記のように後輪トー角制御装置５であれば、アクチュエータ６により駆動される後輪４のトー角を検出するものなども可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が適用される車両の概略構成図である。
【図２】図１に示した後輪トー角制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
５  後輪トー角制御装置
６  アクチュエータ
７  ストロークセンサ（直線変位センサ、状態量検出手段）
１２  コントロールユニット（モータ制御装置）
１４  出力軸（被駆動物）
１５  直流モータ
２１〜２４  トランジスタ（スイッチング素子）
２７  モータ駆動回路
２８  電流センサ（電流検出手段）
２９  制御回路
３１  バッテリ（電源）
３４  電圧推定部（電圧推定手段）
３５  故障判定部（故障判定手段）
【図１】
2009124890.tif 000003
【図２】
2009124890.tif 000004