JP2006254532A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
線間出力電圧の基本波の振幅が電源電圧以下の範囲で正常にＰＷＭ駆動でき、電源電圧を最大限に利用できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
ブラシレスモータと、トルク指令値に基いてｄ軸及びｑ軸電流指令値とを算出する電流指令値算出手段と、算出されたｄ軸及びｑ軸電流指令値に基いてブラシレスモータの各相の相電流指令値を算出する各相電流指令値算出手段と、算出された各相の相電流指令値に基いて各相の電圧指令値を出力する電流制御手段と、各相の電圧指令値を入力とし、各相の電圧指令値の最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値を出力する電圧指令値補正手段と、電圧指令値補正手段から出力された各相の電圧指令補正値に基いて、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号に基いて、ブラシレスモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置に関し、特に、電源電圧を最大限に利用できるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

自動車などの車両のステアリング装置をモータの回転力で補助力を付与する電動パワーステアリング装置では、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付与するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を図１を参照して説明する。操向ハンドル１０１の軸１０２は、減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て、操向車輪のタイロッド１０６に結合されている。軸１０２には，操向ハンドル１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０７が設けられており、操向ハンドル１０１の操舵力を補助するモータ１０８が、減速ギア１０３を介して軸１０２に連結されている。

このように構成された電動パワーステアリング装置の制御について、図２を参照して説明する。まず、トルクセンサ１０７で検出されたトルクＴと、図示しない車速センサで検出された車速Ｖとが、アシストマップ１９０に入力され、操舵補助指令値が算出される。さらに、補償値演算部１９４で演算される補償値、例えば、収斂性演算部１９１や慣性演算部１９２で算出された収斂性や慣性などの補償値を、加算部１９５、１９６、１９７で前記操舵補助指令値に加算して、トルク指令値Ｔｒｅｆが決定される。そして、電流指令値演算部２００では、トルク指令値Ｔｒｅｆに基いて電流指令値Ｉｒｅｆが決定される。

なお、モータ１０８として、ブラシレスモータを用いた場合には、トルク指令値Ｔｒｅｆの他に、図示しないロータ位置検出器で検出したモータの回転角度θも、電流指令値演算部２００に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆが、トルク指令値Ｔｒｅｆ及びモータの回転角度θに基いて決定される。

一方、モータ１０８へ供給されるモータ電流Ｉｍは、電流検出器２０２で検出され、前記電流指令値Ｉｒｅｆとともに電流制御手段へ入力される。例えば、この電流制御手段としてフィードバック電流制御を用いた場合に、つまり、電流制御手段は偏差演算部と電流制御部（その一例として、例えば、比例積分項を用いる比例積分制御部）とから構成される場合に、減算器を用いる偏差演算部で、電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍが算出され、次に、算出された偏差ΔＩは、比例積分制御部に入力され、そして、比例積分制御部から電圧指令値Ｖｒｅｆが出力される。

また、ＰＷＭ制御部２１２では、電圧指令値Ｖｒｅｆを入力として、インバータ回路２１４へのＰＷＭ信号を出力することにより、電圧指令値Ｖｒｅｆに基いたＰＷＭ信号をインバータ回路２１４に指示するようになっている。そして、インバータ回路２１４では、そのＰＷＭ信号に基いてモータ１０８へモータ電流Ｉｍを供給する。

要するに、上述のように、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置では、電流指令値演算部において、トルク指令値Ｔｒｅｆとモータの回転角度θとに基いて電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、そして、電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流Ｉｍとの偏差ΔＩを解消するようにインバータ回路２１４を制御することにより、ブラシレスモータをＰＷＭ駆動している。

かかる制御方法において、ブラシレスモータに印加される各相電圧は、一般的に正弦波状であるが、この場合、線間出力電圧（以下、線間印加電圧とも称する）の基本波の振幅が、電源電圧の√３/２以下でしか正常にＰＷＭ駆動できないため、電圧利用効率が悪い。

電動パワーステアリング装置では、車両のバッテリによりモータを駆動し、操舵アシスト力を発生する。ところが、車両のバッテリの電圧は一定ではなく、その使用状況により電圧が変化する。しかし、電動パワーステアリング装置では、通常１４Ｖあるバッテリ電圧が９Ｖ程度まで電圧低下した場合においても、正常に動作することが要求される。

このように電源環境が厳しい電動パワーステアリング装置では、電源電圧を最大限に利用することが望ましい。電源電圧の利用効率悪化とは、モータ最大出力の低下を意味し、電動パワーステアリング装置の性能低下をも意味する。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置が有る。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、電圧指令値に３次高調波を重畳して電圧指令値の最大値を下げることにより、電源電圧の効率を向上させるようにしている。
特開２００２−３４５２８３号公報 特開２００４−２０１４８７号公報

しかし、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、電気角に基づいて電圧指令値の３次高調波を算出しているため、電圧指令値が電気角に対してずれている場合、重畳した３次高調波のピークがずれてしまう問題が発生する。

より詳細に説明すると、電圧指令値は、実電流が電流指令値に追従するように電流制御されて算出された値であるので、高速回転時などの場合に、電圧指令値が電気角に対してずれていることがある。また、逆起電圧値を電圧指令値に加算しているので、これによっても電圧指令値が電気角に対してずれる。そのため、特許文献１のように、電気角に基づいて３次高調波を算出した場合に、重畳した３次高調波のピークがずれてしまう。ずれ量によっては、電圧指令値の最大値を低減することができなくて、つまり、電圧指令値のピークがつぶれないという問題が発生してしまう。

上述したように、従来の電動パワーステアリング装置では、ブラシレスモータの各相への印加電圧を正弦波電圧とした場合に、線間出力電圧の基本波の振幅が電源電圧の√３/２以下の範囲でしか正常にＰＷＭ駆動できず、よって、電源電圧の利用効率が悪化するといった問題が生じてしまう。また、電動パワーステアリング装置では、バッテリ電圧でモータを駆動するため、電源電圧の利用効率の低下は、電動パワーステアリング装置の性能低下につながり、好ましくない。

また、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、ずれ量によっては、電圧指令値の最大値を低減することができなくて、つまり、電圧指令値のピークがつぶれないという問題がある。

本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、線間出力電圧の基本波の振幅が電源電圧以下の範囲で正常にＰＷＭ駆動でき、電源電圧を最大限に利用できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操向ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、３以上の相を有する操舵補助用のブラシレスモータと、前記トルクセンサで検出した前記操舵トルクに基いて算出されたトルク指令値Ｔｒｅｆに基いて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを算出する電流指令値算出手段とを具備した電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値算出手段で算出されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基いて、前記ブラシレスモータの各相の相電流指令値を算出する各相電流指令値算出手段と、前記各相電流指令値算出手段で算出された各相の相電流指令値に基いて、各相の電圧指令値を出力する電流制御手段と、前記電流制御手段から出力された各相の電圧指令値を入力とし、前記各相の電圧指令値の最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値を出力する電圧指令値補正手段と、前記電圧指令値補正手段から出力された各相の電圧指令補正値に基いて、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号に基いて、前記ブラシレスモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路とを備えることによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記電圧指令値補正手段は、前記各相の電圧指令値から所定の補正電圧値をそれぞれ減算して、前記各相の電圧指令補正値を得るようにすることにより、或いは、前記電圧指令値補正手段では、前記ブラシレスモータの電気角と回転速度に基づいて、前記各相の電圧指令値の基本波の位相を算出し、算出された位相に合わせて得られた３次高調波を前記所定の補正電圧値とすることにより、或いは、前記電圧指令値補正手段では、前記各相の電圧指令値のうち、最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値を前記所定の補正電圧値とすることにより、或いは、前記電圧指令値補正手段では、前記各相の電圧指令値から、まず、前記各相の電圧指令値のうち最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値をそれぞれ減算し、そして、更に、前記各相の電圧指令値の基本波の位相を算出して得られた３次高調波をそれぞれ減算した結果を前記各相の電圧指令補正値とすることによって一層効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータの各相の電圧指令値の最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値に基いて生成されたＰＷＭ信号に基いて、ブラシレスモータをＰＷＭ駆動しているので、線間出力電圧の基本波の振幅が電源電圧以下の範囲で正常にＰＷＭ駆動でき、電源電圧を最大限に利用でき、電源電圧の利用効率を向上させることができ、高性能な電動パワーステアリング装置を提供できるといった優れた効果を奏する。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の電動パワーステアリング装置は、３以上の相を有するブラシレスＤＣモータ（以下、単に、ブラシレスモータとも称する）を用い、線間出力電圧の基本波の振幅が電源電圧以下の範囲で正常にＰＷＭ駆動でき、電源電圧を最大限に利用できるものである。

なお、以下の実施形態では、操舵補助用のモータとして、３相ブラシレスモータを用いることを前提とする。

本発明の電動パワーステアリング装置の基本的な制御ブロック図を図３に示す。なお、図３に示す本発明の電動パワーステアリング装置において、ベクトル制御相電流指令値算出手段１０の入力であるトルク指令値Ｔｒｅｆは、図２に示す従来の電動パワーステアリング装置におけるトルク指令値Ｔｒｅｆの算出方法を用いて、算出することができるので、本発明では、図３に限らず他の実施例でも、このトルク指令値Ｔｒｅｆの算出方法についての説明を省略する。

図３に示されるように、本発明の電動パワーステアリング装置では、電流指令値算出部１１と各相電流指令値算出部１２で構成されるベクトル制御相電流指令値算出手段１０と、電流制御手段２０と、電圧指令値補正部３０と、ＰＷＭ制御部２１２と、インバータ回路２１４と、ロータ位置検出器４０と、３相ブラシレスモータ１０８と、３相ブラシレスモータ１０８の各相のモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃを検出するための電流検出器２０２−１,２０２−２,２０２−３とを備えている。

ベクトル制御相電流指令値算出手段１０において、電流指令値算出部１１では、トルクセンサで検出した操舵トルクに基いて算出されたトルク指令値Ｔｒｅｆに基いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄとｑ軸電流指令値Ｉｑとを算出し、また、各相電流指令値算出部１２では、電流指令値算出部１１で算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑとロータ位置検出器４０で検出したモータの回転角度θとに基いて、３相ブラシレスモータ１０８の各相の相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ,Ｉｃｒｅｆを算出するように構成される。

電流制御手段２０は、フィードバック制御方式（ＦＢ制御）を用い、ベクトル制御相電流指令値算出手段１０から出力された３相ブラシレスモータ１０８の各相の相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ,Ｉｃｒｅｆと、電流検出器２０２−１,２０２−２,２０２−３で検出された各相のモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃとに基いて、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ,Ｖｃｒｅｆを出力するように構成される。

ここで、図３に示す本発明の電動パワーステアリング装置において、フィードバック制御方式（ＦＢ制御）を用いた電流制御手段２０の詳細を示したのは、図４である。図４に示されるように、３相ブラシレスモータ１０８へ供給されるモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃは、電流検出器２０２−１,２０２−２,２０２−３で検出され、相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ,Ｉｃｒｅｆとともに電流制御手段２０へ入力される。

ここで、電流制御手段２０は、偏差演算部である減算器２１−１,２１−２,２１−３と、電流制御部としての比例積分項を用いる比例積分制御部（ＰＩ制御部）２２−１,２２−２,２２−３とから構成され、減算器２１−１,２１−２,２１−３によって、相電流指令値Ｉａｒｅｆとモータ相電流Ｉａとの偏差ΔＩａ＝Ｉａｒｅｆ−Ｉａ、相電流指令値Ｉｂｒｅｆとモータ相電流Ｉｂとの偏差ΔＩｂ＝Ｉｂｒｅｆ−Ｉｂ及び相電流指令値Ｉｃｒｅｆとモータ相電流Ｉｃとの偏差ΔＩｃ＝Ｉｃｒｅｆ−Ｉｃが算出される。次に、算出された偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃは、ＰＩ制御部２２−１,２２−２,２２−３にそれぞれ入力され、そして、ＰＩ制御部２２−１から電圧指令値Ｖａｒｅｆが、ＰＩ制御部２２−２から電圧指令値Ｖｂｒｅｆが、ＰＩ制御部２２−３から電圧指令値Ｖｃｒｅｆが、それぞれ出力される。

次に、図３及び図４に示すように、電流制御手段２０から出力されたブラシレスモータ１０８の各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆは、本発明のポイントである電圧指令値補正手段としての電圧指令値補正部３０に入力される。電圧指令値補正部３０の具体的な構成は後述する。電圧指令値補正部３０では、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆをＰＷＭ制御部２１２に出力する。

ＰＷＭ制御部２１２では、各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆに応じて、ブラシレスモータ１０８をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）を生成する。従って、モータ駆動回路として機能するインバータ回路２１４によって、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値を低減して得られた各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆに基いて生成されたＰＷＭ信号に基いて、ブラシレスモータ１０８をＰＷＭ駆動することができる。

以上にように構成した本発明の電動パワーステアリング装置では、電圧指令値補正部３０により、３相ブラシレスモータ１０８の各相への印加電圧が補正される。

次に、本発明のポイントである電圧指令値補正部３０の具体的な構成について詳細に説明する。本発明の電圧指令値補正部では、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆから所定の補正電圧値をそれぞれ減算して、各相の電圧指令補正値値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆを得るようにしている。所定の補正電圧値は、次のような幾つかの方法で求めることができる。

まず、図５に示されるように、３相ブラシレスモータの電気角と回転速度に基づいて、３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの基本波の位相を算出し、その基本波の３次高調波を所定の補正電圧値（以下、この所定の補正電圧値を３次高調波補正電圧値とも称する）とする。

要するに、ここで、電圧指令値補正部３０では、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに電圧指令値の基本波の３次高調波を重畳させることにより、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値（ピーク）を下げるようにしている。

電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値を下げるには、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの位相とその３次高調波の位相とをあわせなければならない。電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの位相は、相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆの位相から、電流制御の応答性の分だけずれる。ずれ量は、モータ回転数によって変わるので、ずれ量とモータ回転数との関係を予め求めておけば、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの位相を求めることができる。位相を進める方向に補正させるため、以下、このずれ量を進角値とも称する。

図５に示されるように、まず、予め求めておいたずれ量とモータ回転数との関係に基づいて、モータ回転数から、進角値を算出する。そして、モータの電気角を進角補正とする。次に、進角補正された進角値を３倍して、更にｓｉｎ関数を通過させることにより、電圧指令値の基本波の３次高調波信号を算出することができる。また、電圧指令値の振幅の最大値とゲイン（１／６）を乗じて、電圧指令値の基本波の３次高調波の振幅とする。このようにして、３次高調波補正電圧値が得られる。

本発明の電圧指令値補正部３０では、所定の補正電圧値が３次高調波補正電圧値の場合、図６に示すように３相ブラシレスモータ１０８への印加電圧が補正される。つまり、図６に示す波形は、補正前後の１相への印加電圧波形、及び所定の補正電圧値（３次高調波補正電圧値）を示している。図６から明らかなように、電圧指令値にその基本波の３次高調波を重畳させることによって、電圧指令値のピークを下げることができた。

なお、図５において、電圧指令値の基本波の３次高調波の振幅を電圧指令値の振幅の最大値の６分の１にすることにより、各相電圧指令値の最大値（ピーク）を最も効率よく低減することができる。

次に、電圧指令値補正部３０の他の具体例について説明する。つまり、図７に示されるように、３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆのうち、最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値を所定の補正電圧値（以下、この所定の補正電圧値を電圧指令値平均値補正電圧値、あるいは、単に平均値補正電圧値とも称する）とする。

要するに、ここで、電圧指令値補正部３０では、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの平均値（電圧指令値平均値）を所定の補正電圧値にすることにより、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値（ピーク）を下げるようにしている。

電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値を下げるには、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの位相と電圧指令値平均値の位相とをあわせなければならない。進角値は電流制御の応答性によって変わるので、電流制御の応答性が安定でない場合に、電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの位相と電圧指令値平均値の位相とをあわせるのが困難である。そこで、図５に示す位相を合わせる方法と違って、位相をあわせない方法としては、図７に示す方法である。

図７に示されるように、まず、各相電圧指令値の最大値と最小値とを求め、つまり、３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆのうち、その最大値と最小値とを求める。次に、求められた最大値と最小値との平均値を求める。求めた平均値を所定の補正電圧値にする。つまり、その平均値を電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆからそれぞれ減算することにより、電圧指令値の基本波の位相に合せることなく電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの最大値を低減することができる。

本発明の電圧指令値補正部３０では、所定の補正電圧値が電圧指令値平均値補正電圧値の場合、図８に示すように３相ブラシレスモータ１０８への印加電圧が補正される。つまり、図８に示す波形は、補正前後の１相への印加電圧波形、及び所定の補正電圧値（電圧指令値平均値補正電圧値）を示している。図８から明らかなように、電圧指令値からその電圧指令値平均値を減算することによって、電圧指令値のピークを下げることができた。

更に、本発明の電圧指令値補正部３０では、図５に示す電圧指令値補正方法と図７に示す電圧指令値補正方法とを同時に用いることができる。つまり、本発明の電圧指令値補正部３０では、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆから、まず、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆのうち最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値をそれぞれ減算し、そして、更に、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆの基本波の位相を算出して得られた３次高調波（図５及びその説明を参照）をそれぞれ減算した結果を各相の電圧指令補正値とするようにしても良い。

以上のように、本発明の電動パワーステアリング装置において、３相ブラシレスモータが用いられている場合に、各相への印加電圧は１２０度ずつ位相がずれており、線間への印加電圧を考えた場合、補正前後で線間への印加電圧波形は、同じ正弦波電圧となる。

よって、本発明の電圧指令値補正手段で電圧指令値補正が行われた場合には、電圧指令値補正無しの場合と同一の線間印加電圧を得るのに、必要な各相への印加電圧の振幅が小さくてよいということになり、線間印加電圧の基本波の振幅が電源電圧以下の範囲で正常にＰＷＭ駆動でき、電源電圧を最大限に利用できる。

なお、以上の実施形態では、モータ電流（モータ相電流）として正弦波電流又はモータに印加される各相電圧として正弦波電圧を用いてベクトル制御の電動パワーステアリング装置に、本発明を適用することを説明したが、本発明はそれに限定されること無く、例えば、特許文献２に開示された『矩形波モータのベクトル制御』のような非正弦波（つまり、疑似矩形波）電圧指令値によって制御されるモータを用いた電動パワーステアリング装置にも適用することが可能である。

ここで、特許文献２でいう『矩形波モータ』とは、電圧指令値波形もモータ電流波形も非正弦波（つまり、疑似矩形波）のモータのことを意味する。

また、特許文献２に開示された『矩形波モータのベクトル制御』に本発明を適用し、更に、本発明の電圧指令値補正部３０では、所定の補正電圧値が電圧指令値平均値補正電圧値の場合、図９に示すように３相ブラシレスモータへの印加電圧が補正される。つまり、図９に示す波形は、補正前後の１相への印加電圧波形、及び所定の補正電圧値（電圧指令値平均値補正電圧値）を示している。図９から明らかなように、電圧指令値からその電圧指令値平均値を減算することによって、電圧指令値のピークを下げることができた。

図８と図９を比較して分かるように、図８における補正前の電圧指令値は正弦波であるのに対して、図９における補正前の電圧指令値は非正弦波（つまり、疑似矩形波）である。しかし、電圧指令値の基本波の位相に合せる必要のない図７に示す本発明の電圧指令値補正方法を、正弦波の電圧指令値にも、非正弦波（つまり、疑似矩形波）の電圧指令値にも、適用することができる。

次に、電流制御手段２０として、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）と外乱オブザーバとで構成された場合に、本発明を適用した電動パワーステアリング装置の制御ブロック図を図１０に示す。

図１０に示されるように、本発明の電動パワーステアリング装置では、電流指令値算出部１１と各相電流指令値算出部１２で構成されるベクトル制御相電流指令値算出手段１０と、電流制御手段２０と、電圧指令値補正部３０と、ＰＷＭ制御部２１２と、インバータ回路２１４と、図示しないロータ位置検出器４０と、３相ブラシレスモータ１０８と、３相ブラシレスモータ１０８の各相のモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃを検出するための電流検出器２０２−１,２０２−２,２０２−３とを備えている。なお、ベクトル制御相電流指令値算出手段１０については、図３と同じであるために、その説明を省略する。

電流制御手段２０は、図１０に示されるように、フィードフォワード制御（ＦＦ制御）を用い、ベクトル制御相電流指令値算出手段１０から出力された３相ブラシレスモータ１０８の各相の相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ,Ｉｃｒｅｆと、電流検出器２０２−１,２０２−２,２０２−３で検出された各相のモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃに基いて算出された外乱電圧値Ｖａｄｉｓ,Ｖｂｄｉｓ,Ｖｃｄｉｓとに基づいて、算出された指令値を電圧指令値補正部３０に出力するように構成される。

ここで、図１０における電流制御手段２０をより詳細に説明する。電流制御手段２０では、電流制御部としてのＦＦ制御部２３−１,２３−２,２３−３と、加算回路としての加算器２４−１,２４−２,２４−３と、外乱オブザーバ演算部２５−１,２５−２,２５−３とから構成される。

ＦＦ制御部２３−１,２３−２,２３−３では、ベクトル制御相電流指令値算出手段１０から出力された３相ブラシレスモータ１０８の各相の相電流指令値Ｉａｒｅｆ,Ｉｂｒｅｆ,Ｉｃｒｅｆをそれぞれ入力とし、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ,Ｖｃｒｅｆを、加算器２４−１,２４−２,２４−３にそれぞれ入力する。

一方、外乱オブザーバ演算部２５−１,２５−２,２５−３では、基本的に、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ,Ｖｃｒｅｆと、モータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃとの差をとるのであるが、各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ,Ｖｃｒｅｆに対してＬＰＦ回路２６−１,２６−２,２６−３を通過させた値と、出力であるモータ相電流Ｉａ,Ｉｂ,Ｉｃに対してもＬＰＦ回路２７−１,２７−２,２７−３を通過させた値との差である外乱電圧値Ｖａｄｉｓ,Ｖｂｄｉｓ,Ｖｃｄｉｓを減算回路２８−１,２８−２,２８−３で算出している。ここで、ＬＰＦ回路を通過させるのは、検出値であるモータ電流Ｉなどに含まれるノイズなどを除去するためである。

外乱オブザーバ演算部２５−１,２５−２,２５−３から出力された外乱電圧値Ｖａｄｉｓ,Ｖｂｄｉｓ,Ｖｃｄｉｓも、加算器２４−１,２４−２,２４−３にそれぞれ入力される。加算器２４−１,２４−２,２４−３の出力である（Ｖａｒｅｆ＋Ｖａｄｉｓ），（Ｖｂｒｅｆ＋Ｖｂｄｉｓ），（Ｖｃｒｅｆ＋Ｖｃｄｉｓ）は、電圧指令値補正部３０にそれぞれ入力される。

電圧指令値補正部３０では、（Ｖａｒｅｆ＋Ｖａｄｉｓ），（Ｖｂｒｅｆ＋Ｖｂｄｉｓ），（Ｖｃｒｅｆ＋Ｖｃｄｉｓ）の最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆをＰＷＭ制御部２１２に出力する。上述した電圧指令値補正部３０の具体的な電圧指令値補正方法は、図１０に示す電動パワーステアリング装置に適用できることは、言うまでもない。

ただし、図３及び図４における電圧指令値補正部３０の説明において、使用される各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ,Ｖｂｒｅｆ,Ｖｃｒｅｆは、図１０における電圧指令値補正部３０の説明をする際に、それぞれ（Ｖａｒｅｆ＋Ｖａｄｉｓ），（Ｖｂｒｅｆ＋Ｖｂｄｉｓ），（Ｖｃｒｅｆ＋Ｖｃｄｉｓ）に置き換えられる。

ＰＷＭ制御部２１２では、各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆに応じて、ブラシレスモータ１０８をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号（ＰＷＭ波形）を生成する。従って、モータ駆動回路として機能するインバータ回路２１４によって、（Ｖａｒｅｆ＋Ｖａｄｉｓ），（Ｖｂｒｅｆ＋Ｖｂｄｉｓ），（Ｖｃｒｅｆ＋Ｖｃｄｉｓ）の最大値を低減して得られた各相の電圧指令補正値Ｖ’ａｒｅｆ,Ｖ’ｂｒｅｆ及びＶ’ｃｒｅｆに基いて生成されたＰＷＭ信号に基いて、ブラシレスモータ１０８をＰＷＭ駆動することができる。

以上にように構成した本発明の電動パワーステアリング装置では、電圧指令値補正部３０により、３相ブラシレスモータ１０８の各相への印加電圧が補正される。

なお、以上の実施形態では、ブラシレスモータの中でも多用される３相ブラシレスモータを例として、本発明の電動パワーステアリング装置について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の相数を有するブラシレスモータ、例えば、５相ブラシレスモータについても、同様に本発明を適用できることは言うまでもない。

従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 本発明の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 本発明を電流フィードバック制御（ＦＢ制御）に適用した実施例の制御ブロック図である。 本発明の電動パワーステアリング装置において、電圧指令値の基本波の３次高調波を補正電圧値とする電圧指令値補正部を説明するための模式図である。 ３相ブラシレスモータの任意１相に対して、図５に示す３次高調波補正電圧値で補正された電圧指令値、その３次高調波補正電圧値及び補正前の電圧指令値の波形図の一例である。 本発明の電動パワーステアリング装置において、電圧指令値の平均値を補正電圧値とする電圧指令値補正部を説明するための模式図である。 ３相ブラシレスモータの任意１相に対して、図７に示す平均値補正電圧値で補正された電圧指令値、その平均値補正電圧値及び補正前の電圧指令値の波形図の一例である。 本発明を矩形波モータの制御方法に適用した実施例において、３相ブラシレスモータの任意１相に対して、図７に示す平均値補正電圧値で補正された電圧指令値、その平均値補正電圧値及び補正前の電圧指令値の波形図の一例である。 本発明を電流フィードフォワード制御（ＦＦ制御）に適用した実施例の制御ブロック図である。

符号の説明

１０ ベクトル制御相電流算出手段
１１ 電流指令値算出部
１２ 各相電流指令値算出部
２０ 電流制御手段
２１−１,２１−２,２１−３ 減算器
２２−１,２２−２,２２−３ ＰＩ制御部
２３−１,２３−２,２３−３ ＦＦ制御部
２４−１,２４−２,２４−３ 加算器
２５−１,２５−２,２５−３ 外乱オブザーバ演算部（外乱オブザーバ回路）
２６−１,２６−２,２６−３ ＬＰＦ回路
２７−１,２７−２,２７−３ ＬＰＦ回路
２８−１,２８−２,２８−３ 減算回路
３０ 電圧指令値補正部
４０ ロータ位置検出器
１０８ ブラシレスモータ
２１２ ＰＷＭ制御部
２１４ インバータ回路
２０２−１,２０２−２,２０２−３ 電流検出器

Claims (5)

1. 操向ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   ３以上の相を有する操舵補助用のブラシレスモータと、
   前記トルクセンサで検出した前記操舵トルクに基いて算出されたトルク指令値Ｔｒｅｆに基いて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを算出する電流指令値算出手段とを具備した電動パワーステアリング装置において、
   前記電流指令値算出手段で算出されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基いて、前記ブラシレスモータの各相の相電流指令値を算出する各相電流指令値算出手段と、
   前記各相電流指令値算出手段で算出された各相の相電流指令値に基いて、各相の電圧指令値を出力する電流制御手段と、
   前記電流制御手段から出力された各相の電圧指令値を入力とし、前記各相の電圧指令値の最大値を低減する電圧指令値補正により、得られた各相の電圧指令補正値を出力する電圧指令値補正手段と、
   前記電圧指令値補正手段から出力された各相の電圧指令補正値に基いて、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、
   前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号に基いて、前記ブラシレスモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電圧指令値補正手段は、前記各相の電圧指令値から所定の補正電圧値をそれぞれ減算して、前記各相の電圧指令補正値を得る請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電圧指令値補正手段では、前記ブラシレスモータの電気角と回転速度に基づいて、前記各相の電圧指令値の基本波の位相を算出し、算出された位相に合わせて得られた３次高調波を前記所定の補正電圧値とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記電圧指令値補正手段では、前記各相の電圧指令値のうち、最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値を前記所定の補正電圧値とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電圧指令値補正手段では、前記各相の電圧指令値から、まず、前記各相の電圧指令値のうち最大値と最小値を平均した電圧指令値平均値をそれぞれ減算し、そして、更に、前記各相の電圧指令値の基本波の位相を算出して得られた３次高調波をそれぞれ減算した結果を前記各相の電圧指令補正値とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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