JP2008056079A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御系の応答性や安定性に関する調整の余裕度を高めるために、制御系に第１及び第２のフィードバックループを設け、それらの第１及び第２のフィードバックループにおいて算出される第１及び第２のフィードバック制御項に基づいてモータに対する制御出力を算出しつつ、モータの実電流に重畳したノイズ成分に起因する振動の発生を抑制すること。
【解決手段】電動モータ６が発生すべき目標補助力の変化が小さいとき、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差に対して、その偏差εを減少させる第１ゲインＫ１を乗じて、補正偏差εｃｏｍｐを算出する。この補正偏差εｃｏｍｐに基づいて第１フィードバック制御項を算出し、また補正偏差εｃｏｍｐと電流指令値Ｉ^＊との加算値に基づいて第２のフィードバック制御項を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両のステアリングホイールによる操舵操作に対して、補助力を与えるモータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

従来、電動モータが発生するトルクを利用して、運転者によるステアリングホイールの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置においては、通常、電動モータが、電流フィードバック制御によって駆動される。すなわち、電動モータに実際に通電された実電流が検出され、ステアリングホイールに加えられたトルクや車速などに基づいて設定される電流指令値との偏差が算出される。この偏差に基づいて、例えば比例積分処理するＰＩ制御が適用されて、電動モータに印加すべき制御電圧が発生される。

しかしながら、ＰＩ制御による制御電圧は、所定の制御周期毎に発生されるので、急操舵時における操舵補助の遅れや、路面からの入力などによる外乱を打ち消すための補助操舵に遅れが生じやすい。ＰＩ制御におけるゲインを上げて応答性の向上を図ろうとしても、制御系が不安定になるなどの影響がでるため、調整できる余地が少ない。

そのため、特許文献１では、応答性を改善しつつ、かつ制御系の安定化を図ることができるように調整の余裕を高めるため、ＰＩ制御による制御項に加え、電動モータの実電流に基づく制御項を用いて制御電圧を算出することが提案されている。
特開２００１−８４９１号公報

しかしながら、電動モータに実際に流れる実電流には、種々の要因によってノイズが重畳する。このため、特許文献１のモータ制御装置のように、電動モータの実電流に基づく制御項を用いて、電動モータの制御電圧を算出すると、電動モータの実電流に重畳されたノイズ成分に応じて電動モータが制御されてしまう。この結果、電動モータが発生するトルクが、ノイズ成分に反応して変動するので、ステアリングホイールに振動が伝わり、操舵感覚を悪化させる場合がある。

なお、特許文献１のモータ制御装置においては、ノイズ成分が重畳する実電流値と電流指令値との偏差に基づいてＰＩ制御による制御項を算出している。このため、実電流値と電流指令値との偏差にもノイズ成分の影響が含まれることになり、結果として、ＰＩ制御による制御項によっても、上述した振動を発生させるような制御電圧が算出されてしまう。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、制御系の応答性や安定性に関する調整の余裕度を高めるために、制御系に第１及び第２のフィードバックループを設け、それらの第１及び第２のフィードバックループにおいて算出される第１及び第２のフィードバック制御項に基づいてモータに対する制御出力を算出しつつ、モータの実電流に重畳したノイズ成分に起因する振動の発生を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、車両のステアリングホイールによる操舵操作に対して、補助力を与えるモータの駆動を制御するものであって、
モータが発生すべき目標補助力に応じた電流指令値を算出する指令値算出手段と、
モータに実際に通電された実電流値を検出する検出手段と、
電流指令値と実電流値との偏差を算出する偏差算出手段と、
モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとき、前記電流指令値と実電流値との偏差に対して、その偏差を減少させる第１ゲインを乗じて、偏差を補正する偏差補正手段と、
偏差補正手段によって補正された偏差に基づいて、第１のフィードバック制御項を算出する第１の算出手段と、
偏差補正手段によって補正された偏差と電流指令値との加算値に基づいて、第２のフィードバック制御項を算出する第２の算出手段と、
第１のフィードバック制御項と前記第２のフィードバック制御項とに基づいて、モータに対する制御出力を算出する制御出力算出手段とを備えることを特徴とする。

上述したように、請求項１に記載のモータ制御装置においては、第１のフィードバック制御項及び第２のフィードバック制御項をそれぞれ算出する第１及び第２の算出手段を備え、これらの第１及び第２のフィードバック制御項に基づいてモータの制御出力を算出する。従って、モータ制御装置における応答性や外乱に対する安定性を調整するための余裕度を高めることができる。

ここで、モータの目標補助力が大きく変化しないとき、基本的に、運転者がステアリングホイールを保舵もしくはゆっくりと操舵している状態である。このような状態において、実電流値に重畳したノイズ成分に起因するモータのトルク変動が生じると、運転者はモータからステアリングホイールに伝わる振動を感じやすい。一方、モータの目標補助力が大きく変化しないときには、電流フィードバック制御を行っている結果として、電流指令値と実電流値とが大きく乖離する可能性が低くなる。従って、電流指令値と実電流値との偏差が生じた場合、それは実電流値に重畳したノイズ成分による可能性が高いと考えられる。そのため、請求項１に記載のモータ制御装置では、モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとき、当該偏差に対して、その偏差を減少させる第１ゲインを乗じて、偏差を補正する。なお、第１ゲインは０を含み、０以上１未満の値が用いられる。

請求項１に記載のモータ制御装置では、このようにして補正された偏差に基づいて第１のフィードバック制御項を算出し、また補正された偏差と電流指令値との加算値に基づいて第２のフィードバック制御項を算出する。このため、第１及び第２のフィードバック制御項に対する、モータの実電流に重畳したノイズ成分の影響を低減することができ、そのノイズ成分に起因する振動の発生を抑制することができる。

請求項２に記載したように、偏差補正手段は、目標補助力の変化の大きさが所定基準値以上のとき、電流指令値と実電流値との偏差に対して第１ゲインよりも大きい第２ゲインを乗じて、偏差を補正するようにしても良い。目標補助力の変化の大きさが所定基準値以上のときに生じる電流指令値と実電流値との偏差は、モータの実電流に重畳したノイズ成分によるものではなく、電流指令値の変化などによる可能性が高くなる。従って、電流指令値と実電流値との差を打ち消すために、その偏差に応じた制御出力を算出する必要がある。第１ゲインよりも大きな第２ゲインを偏差に乗じることにより、良好な応答性をもって、その偏差を打ち消すことができる。なお、第２ゲインは１を含む。

請求項３に記載したように、偏差算出手段は、電流指令値に所定の時定数を用いて遅れを生じさせて、遅れ電流指令値を生成する生成手段を有し、当該遅れ電流指令値と実電流値との偏差を算出することが好ましい。モータの電流制御では、一般的に電流指令値と実電流値の関係が一次遅れ特性となるように制御系が構成される。すなわち、実電流値は、電流指令値に対してある遅れを有している。そこで、電流制御の一次遅れ特性に相当する所定の時定数を用いて、電流指令値に遅れを生じさせれば、実電流値との偏差をより精度よく算出することができる。

請求項４に記載したように、偏差補正手段は、さらに、電流指令値と実電流値の偏差の絶対値が所定の第１閾値よりも小さいことを条件として、当該偏差に第１ゲインを乗じることが好ましい。第１閾値をノイズ成分相当の大きさに設定することにより、電流指令値と実電流値との偏差に対して、ノイズ成分相当の幅の不感帯を設定できる。すなわち、電流指令値と実電流値との偏差の絶対値が第１閾値よりも小さい場合には、それがノイズによって生じたものとみなすことができるようになる。このようにすれば、ノイズ成分に起因するとみなされる偏差のみに対して第１のゲインを乗じて、その偏差を小さくすることができる。

請求項５に記載したように、偏差補正手段は、モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さくとも、電流指令値と実電流値の偏差の絶対値が第１閾値以上である場合には、当該偏差に対して第１ゲインよりも大きい第２ゲインを乗じて、偏差を補正することが好ましい。第１閾値以上の偏差が生じた場合には、実際に電流指令値と実電流値とが乖離している可能性があり、第１ゲインよりも大きい第２ゲインを偏差に乗じることにより、制御の応答性の悪化を防止することができる。

モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいか否かは、種々の手法で判定することができる。例えば、請求項６に記載したように、電流指令値の変化率を算出して、この電流指令値の変化率の絶対値が第２閾値より小さい場合に、目標補助力の変化の大きさは所定基準値よりも小さいと判定することができる。また、請求項７に記載したように、モータの回転速度を検出して、このモータの回転速度の絶対値が第３閾値より小さい場合に、目標補助力の変化の大きさは所定基準値よりも小さいと判定しても良い。さらに、請求項８に記載するように、これらを組み合わせて、電流指令値の変化率の絶対値が第２閾値より小さく、かつモータの回転速度の絶対値が第３閾値より小さい場合に、目標補助力の変化の大きさは所定基準値よりも小さいと判定しても良い。いずれの場合であっても、運転者がステアリングホイールを保舵もしくはゆっくり操舵しており、モータの目標補助力も大きく変化しない状態を検出することができる。

（第１実施形態）
次に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態によるモータ制御装置の制御対象となる、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を備えたステアリングシステムの全体構成を示す構成図である。

図１において、ステアリングホイール１に接続されたステアリングシャフト２には、トルクセンサ３が設けられている。このトルクセンサ３は、ステアリングホイール１に加えたれた力である操舵トルクを検出する。さらに、ステアリングシャフト２には、運転者の操舵操作を補助する補助操舵トルクを与える電動パワーステアリング装置４が取り付けられている。

ステアリングシャフト２の先端は、ピニオン軸７に連結されている。このピニオン軸７は、ラックアンドピニオン式のギア装置を介してラック軸８に連結されている。ラック軸８の両端には、タイロッド及びナックルアームを介して左右操舵輪としての一対のタイヤ９がそれぞれ連結されている。従って、ピニオン軸７の回転運動が、ラック軸８の直線運動に変換されると、そのラック軸８の直線運動変位に応じた角度だけ、左右の操舵輪９が転舵される。

電動パワーステアリング装置４は、補助操舵トルクを発生する電動モータ６、及び電動モータ６の回転を減速してステアリングシャフト２に伝達する減速機５を備える。これにより、電動パワーステアリング装置４は、電動モータ６の駆動によって、ステアリングホイール１の操舵方向及び操舵トルクに応じた補助操舵トルクをステアリングシャフト２に伝達することができる。

電動モータ６の駆動は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。以下、ＥＣＵ１０によって実行される電動モータ６の駆動制御に関して、図に基づいて詳しく説明する。

図２は、ＥＣＵ１０の制御ブロック図を示している。図２に示すように、ＥＣＵ１０は、トルクセンサ３によって検出される操舵トルクと、車速センサ１１によって検出される車速とに基づいて、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクに応じた電流指令値Ｉ^＊を設定する電流指令値設定部１２を有する。この電流指令値設定部１２は、電流指令値Ｉ^＊として、ｄ軸における電流指令値Ｉｄ^＊とｑ軸における電流指令値Ｉｑ^＊とを算出して、それぞれｄ軸及びｑ軸電流制御部１３，１４へ出力する。

なお、公知のように、ｄ軸及びｑ軸によって示されるｄｑ座標は、例えば、回転子のＳ極からＮ極に向かう方向をｄ軸とし、そのｄ軸に垂直なｑ軸によって定義される回転座標である。そして、ｄ軸電流値及びｑ軸電流値とは、そのｄ軸方向及びｑ軸方向における電流指令値や実電流値の成分である。

本実施形態におけるモータ制御装置は、基本的に、電流指令値設定部１２が設定した電流指令値Ｉ^＊に応じた制御電圧Ｖ^＊によって電動モータ６を駆動するように構成されている。電動モータ６は、３相の固定子巻線及び回転子を有する３相モータである。

このため、ｄ軸及びｑ軸電流制御部１３，１４は、各々入力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊に応じたｄ軸及びｑ軸制御電圧Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊を算出して出力する。時間指令値生成部１６は、これらｄ軸及びｑ軸制御電圧Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊からなる制御電圧Ｖ^＊に応じて、３相インバータ１７の、各固定子巻線に対応するスイッチング素子を駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生する。このＰＷＭ信号によって、３相インバータ１７を構成する各スイッチング素子を駆動することにより、制御電圧Ｖ^＊に相当する電圧を各固定子巻線に印加し、電動モータ６を駆動する。

電流検出回路１８は、電動モータ６の３相の固定子巻線に実際に流れる実電流値を検出する。また、電動モータ６には、回転子の回転位置を検出する、エンコーダやレゾルバなどからなる位置検出器１９が設けられている。座標変換部２０は、位置検出器１９によって検出された回転子位置を基準として、電流検出回路１８によって検出された実電流値をｄｑ座標に座標変換して、ｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸実電流値Ｉｑを算出する。これらのｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸実電流値Ｉｑは、それぞれｄ軸及びｑ軸電流制御部１３，１４に与えられる。

ここで、ｄ軸及びｑ軸電流制御部１３，１４について、図３のブロック図に基づいて詳しく説明する。なお、ｄ軸及びｑ軸電流制御部１３，１４は同様の構成を有するので、図３においては、ｄ軸とｑ軸とを区別することなく説明する。

図３に示すように、電流制御部１３、１４は、電流指令値Ｉ^＊と座標変換部２０によって算出された実電流値Ｉとの偏差εを演算する偏差演算部２１を有している。偏差演算部２１によって算出された偏差εは、偏差補正部２２にて補正される。偏差補正部２２における偏差εの補正方法について、以下に詳しく説明する。

座標変換部２０によって算出される電動モータ６の実電流値Ｉには、種々の要因によってノイズが重畳する。このため、実電流値Ｉに基づいて偏差演算部２１にて演算される偏差εにも、そのノイズ成分の影響が含まれることになる。このようにノイズ成分を含む偏差εに基づいて、上述した制御電圧Ｖ^＊を算出すると、電動モータ６の実電流値Ｉに重畳されたノイズ成分に応じて電動モータ６が制御されてしまう。この結果、電動モータ６が発生する補助操舵トルクが、ノイズ成分に反応して変動するので、ステアリングホイール１に振動が伝わり、操舵感覚を悪化させる可能性がある。

そのため、偏差補正部２２は、偏差εがノイズ成分によって生じたものとみなされる場合に、その偏差εに第１ゲインＫ１を乗じて、その偏差εを減少させた補正偏差εｃｏｍｐを算出する。第１ゲインＫ１は、０以上１未満の値が用いられ、通常、０に設定される。電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εが、ノイズ成分によって発生したものではないとみなされる場合には、第１ゲインＫ１よりも大きな第２ゲインＫ２を偏差εに乗じて、補正偏差εｃｏｍｐを算出する。第２ゲインＫ２は、１以上の値が用いられ、通常、１に設定される。なお、第２ゲインＫ２が１である場合には、実質的には、偏差εが、そのまま補正偏差εｃｏｍｐとなる。

このように、偏差εが、ノイズ成分によって生じたものとみなされるか否かによってゲインを切り換えつつ、当該ゲインを偏差εに乗じる。この結果、ノイズ成分によって生じたとみなされる偏差εのみが、小さく補正される。従って、補正された偏差εｃｏｍｐに基づいて制御電圧Ｖ^＊を算出すると、制御の応答性を犠牲にすることなく、電動モータ６のトルク変動を低減することができる。

偏差εが、実電流値Ｉに重畳したノイズ成分によって発生されたか否かを判断して、偏差εに乗じるべきゲインを決定するための構成を以下に説明する。

運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵しているとき、基本的に、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクの変化は小さくなる。このような状態において、実電流値Ｉに重畳したノイズ成分に起因する電動モータ６のトルク変動が生じると、運転者は電動モータ６からステアリングホイール１に伝わる振動を感じやすい。一方、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクの変化が小さいとき、後述するように、電流フィードバック制御を行っている結果として、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとが大きく乖離する可能性が低くなる。従って、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵しているときに、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εが生じても、それは実電流値Ｉに重畳したノイズ成分による可能性が高いと考えられる。従って、偏差εが、実電流値Ｉに重畳したノイズ成分によって発生されたか否かは、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態であるか否かに基づいて判断できる。

そのため、本実施形態によるモータ制御装置において、電流制御部１３、１４は、電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊を演算する変化率演算部２３を備える。電流指令値Ｉ^＊は、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクに応じて算出される。従って、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクと、電流指令値Ｉ^＊とは、同様の変化の傾向を示す。そして、補助操舵トルクの変化が小さいときが、上述したように、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵しているときに対応する。従って、電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊の大きさから、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態か否かを判断することができる。

変化率演算部２３によって算出された電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊が、ゲイン決定部２４に与えられる。ゲイン決定部２４は、この電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜と所定の第１閾値Ｔｈ１とを比較して、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜の大小を判別する。そして、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さいと判別したときには、偏差εに乗じるべきゲインとして、上述した第１ゲインＫ１を選択し、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１以上であると判別したときには、上述した第２ゲインＫ２を選択する。

ゲイン決定部２４は、上述したように、原則として、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜と所定の第１閾値Ｔｈ１との大小関係に基づいて、偏差εに乗じるべきゲインを決定するが、このゲインの決定に際して、さらに偏差演算部２１によって算出された偏差εの大きさを考慮しても良い。

具体的には、ゲイン決定部２４が、偏差εの絶対値｜ε｜と所定の第２閾値Ｔｈ２との大小関係も判別し、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さく、かつ偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２よりも小さいときに、第１ゲインＫ１を選択するようにする。

偏差εの絶対値｜ε｜と比較される第２閾値Ｔｈ２は、電動モータ６の実電流値Ｉに重畳するノイズ成分相当の大きさに設定される。これにより、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εに対して、ノイズ成分相当の幅の不感帯を設定できる。その結果、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２よりも小さい場合には、それがノイズ成分によって生じたものとみなすことができるようになる。このようにすれば、ノイズ成分に起因するとみなされる偏差εのみに対して第１ゲインＫ１を乗じて、補正偏差εｃｏｍｐを算出することができる。

電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２以上である場合、ゲイン決定部２６は、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さくても、第２ゲインＫ２を選択することが好ましい。第２閾値Ｔｈ２以上の大きさの偏差εが生じた場合には、ノイズ成分によらず、実際に電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとが乖離している可能性がある。この場合、第１ゲインＫ１よりも大きい第２ゲインＫ２を偏差εに乗じることにより、制御の応答性の悪化を防止することができるためである。

偏差補正部２２にて算出された補正偏差εｃｏｍｐは、補正モータ電流演算部２５に与えられる。補正モータ電流演算部２５は、電流指令値Ｉ^＊と補正偏差εｃｏｍｐとを加算して、補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐを算出する。この補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐは、差分算出部２６に与えられる。差分算出部２６は、電流指令値Ｉ^＊と補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐとの差分を算出して、第１のフィードバック制御項算出部２７に与える。第１のフィードバック制御項算出部２７は、差分算出部２６から入力された差分結果に対して、積分処理を施して、第１のフィードバック制御項（積分項）を算出する。

なお、差分算出部２６によって算出される差分結果は、偏差補正部２２が出力する補正偏差εｃｏｍｐの符号を反転させたものに等しい。従って、偏差補正部２２が出力する補正偏差εｃｏｍｐの符号を反転させたものを、直接、第１のフィードバック制御項算出部２７に入力するようにしても良い。

補正モータ電流演算部２５にて算出された、補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐは、第２のフィードバック制御項算出部２８にも与えられる。第２のフィードバック制御項算出部２８は、補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐに対して、所定の制御ゲインを乗じる比例項算出処理を施して、第２のフィードバック制御項（比例項）を算出する。

制御電圧演算部２９は、これらの第１及び第２のフィードバック制御項に基づいて、上述した制御電圧Ｖ^＊を演算する。

このように、本実施形態によるモータ制御装置は、第１のフィードバック制御項及び第２のフィードバック制御項をそれぞれ算出する第１及び第２のフィードバック制御項算出部２７，２８を備える。そして、制御電圧演算部２９が、これらの第１及び第２のフィードバック制御項に基づいて電動モータ６の制御電圧Ｖ^＊を算出する。従って、モータ制御装置における応答性や外乱に対する安定性を調整するための余裕度を高めることができる。

さらに、第１のフィードバック制御項は、補正偏差εｃｏｍｐに基づいて算出され、また第２のフィードバック制御項は、補正偏差εｃｏｍｐと電流指令値Ｉ^＊との加算値である補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐに基づいて算出される。このため、第１及び第２のフィードバック制御項に対する、電動モータ６の実電流値Ｉに重畳したノイズ成分の影響を低減することができ、そのノイズ成分に起因する振動の発生を抑制することができる。

次に、ＥＣＵ１０によって実行される電動モータ６の駆動制御処理の流れを、図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この駆動制御処理に関しても、実際には、電流指令値Ｉ^＊としてｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊とが算出され、制御電圧Ｖ^＊としてｄ軸及びｑ軸制御電圧Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊とが算出されるが、ともに同様に処理されるため区別することなく説明する。

まず、ステップＳ１０では、ステアリングホイール１に加わる操舵トルクと、車速とに基づいて、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクに応じた電流指令値Ｉ^＊を設定する。続くステップＳ２０では、座標変換部２０によって算出された電動モータ６の実電流値Ｉを取り込む。

ステップＳ３０では、実電流値Ｉから電流指令値Ｉ^＊を減算することによって、実電流値Ｉと電流指令値Ｉ^＊との偏差εを算出する。さらにステップＳ４０では、電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊を演算する。ステップＳ５０では、演算された電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜と所定の第１閾値Ｔｈ１とを比較する。このステップＳ５０の判定処理において、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１以上であると判別したときには、ステップＳ８０の処理に進み、偏差εに第２ゲインＫ２を乗じることによって、補正偏差εｃｏｍｐを算出する。

一方、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さいと判別したときには、ステップＳ６０の処理に進み、さらに、偏差εの絶対値｜ε｜と所定の第２閾値Ｔｈ２との大小関係を判定する。このステップＳ６０の判定処理において、偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２よりも小さいと判定されると、ステップＳ７０の処理に進み、偏差εに第１ゲインＫ１を乗じることによって、補正偏差εｃｏｍｐを算出する。ステップＳ６０にて、偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２以上と判定されると、ステップＳ８０の処理に進み、第２ゲインＫ２を用いて補正偏差εｃｏｍｐを算出する。

このように、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さく、かつ偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２よりも小さいときに、第１ゲインＫ１が選択される。なお、これらの条件は、ｄ軸及びｑ軸において独立して判定しても良いが、ｄ軸及びｑ軸において、同時に、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１より小さく、かつ偏差εの絶対値｜ε｜が第２閾値Ｔｈ２よりも小さいとの条件が成立したときに、第１ゲインＫ１を選択し、いずれか一方において、条件が不成立である場合には、第２ゲインＫ１を選択するようにしても良い。
このようにして、ステップＳ７０またはステップＳ８０のいずれかにおいて補正偏差εｃｏｍｐが算出されると、ステップＳ９０において、補正偏差εｃｏｍｐに電流指令値Ｉ^＊を加算することによって、補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐを算出する。そして、ステップＳ１００では、補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐに所定の制御ゲインＦ１を乗じることによって、第２のフィードバック制御項を算出し、ステップＳ１１０では、電流指令値Ｉ^＊から補正モータ電流値Ｉｃｏｍｐを減じることによって算出した差分結果に対して積分演算処理を行って、第１のフィードバック制御項を算出する。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１００及びステップＳ１１０にて算出した第１及び第２のフィードバック制御項に基づいて、電動モータ６を駆動するための制御電圧出力Ｖ^＊を演算する。そして、ステップＳ１３０において、制御電圧出力Ｖ^＊に応じたＰＷＭ時間指令値を演算して、３相インバータ１７に出力する。

上述した電動モータ６の駆動制御処理による効果について、図５（ａ），（ｂ）を参照しつつ説明する。図５（ａ），（ｂ）は、電流指令値として、ｑ軸電流指令値を０［Ａ］から５［Ａ］にステップ的に変化させた際の、実際に電動モータ６に流れる実電流値のｄ軸電流値とｑ軸電流値との変動を示すものである。

図５（ａ）、（ｂ）から明らかなように、ｄ軸電流及びｑ軸電流とも、本実施形態によれば、その変動範囲が小さくなっていることが判る。これは、上述したように、実電流値に重畳するノイズ成分を、第１のゲインを用いて減少させていることによる効果である。この結果から、電動モータ６におけるトルク変動が低減され、ステアリングホイール１に伝達する振動も小さく抑えることができる。一方、本実施形態のようなゲインの切り換えを行うことなく、電流指令値と実電流値との偏差に基づいて、電流フィードバック制御を行う従来のものでは、実電流値の変動が大きくなっている。

なお、本実施形態のように、偏差εを補正するゲインの切り換えを行っても、制御系の応答性や安定性を阻害することはない。これを示すのが図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）のグラフである。

図６（ａ）、（ｂ）は、従来のものと本実施形態によるモータ制御装置の閉ループ伝達特性を示している。周波数に対するゲイン及び位相特性は、従来のものと本実施形態とで、ほぼ同一である。これにより、本実施形態のように、偏差εを減少させる第１ゲインＫ１とそれよりも大きな第２ゲインＫ２との切り換えを行っても、制御系の応答性には何ら悪影響は生じていないことが判る。

また、図７（ａ）、（ｂ）は、従来のものと本実施形態によるモータ制御装置の開ループ伝達特性を示している。この開ループ伝達特性は、外乱などに対する制御系の安定度を評価するために用いることができる。すなわち、ゲインが０となる周波数の位相が、−１８０度までどの程度余裕があるかに基づいて、制御系の安定度が評価できる。ゲイン０における周波数は、従来のものも、本実施形態によるものも、ともに約−１２０度であり、同等の安定度を有していることがわかる。

なお、上述した実施形態において、図３に点線で示す位置に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を挿入して、電流指令値Ｉ^＊に遅れを生じさせて、遅れ電流指令値を生成し、偏差演算部２１が、遅れ電流指令値と実電流値Ｉとの偏差を算出するように構成しても良い。電動モータ６の制御では、一般的に電流指令値I^＊と実電流値Iが一次遅れ特性を持つように制御系が設計される。すなわち、実電流値Iは、電流指令値I^＊に対してある遅れを有している。そこで、電流制御の一次遅れ特性に相当する所定の時定数にて電流指令値Ｉ^＊に遅れを発生させるＬＰＦを用いれば、偏差演算部２１において、電流指令値Ｉ^＊と実電流値Ｉとの偏差εをより精度よく算出することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態によるモータ制御装置について説明する。上述した第１実施形態では、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が、所定の第１閾値Ｔｈ１より小さいか否かによって、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクの変化が小さく、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態とみなせるか否かを判断した。

これに対して、第２実施形態によるモータ制御装置では、電動モータ６の回転速度に基づいて、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態とみなせるか否かを判断するものである。運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態では、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクの変化も僅かであり、結果として、電動モータ６の回転位置が僅かな範囲でしか変化しない。その場合、電動モータ６の回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜は所定の第３閾値Ｔｈ３よりも小さくなる。逆に、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクが大きく変化すると、電動モータ６の回転位置の変化も大きくなるので、その回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜は第３閾値Ｔｈ３以上となる。

なお、電動モータ６の回転速度ω_ｒは、位置検出回路１９による回転位置の変化に基づいて算出するようにしても良いし、電動モータ６の電流のリプルや、電動モータ６の逆起電力を利用して算出しても良い。

図８は、第２実施形態によるモータ制御装置における電流制御部の制御ブロック図を示すものである。図８に示すように、第１実施形態における変化率演算部２３が、電動モータ６の回転速度ω_ｒを演算する回転速度演算部３０に置き換えられている。その他の構成は、第１実施形態によるモータ制御装置と同じである。

ただし、ゲイン決定部２４では、演算された回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜を所定の第３閾値Ｔｈ３と比較し、その大小関係を比較する。そして、回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜が第３閾値Ｔｈ３より低いと判定したときに、第１ゲインＫ１を選択し、回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜が第３閾値Ｔｈ３以上と判定したとき、第２ゲインＫ２を選択する。

図９は、第２実施形態によるモータ制御装置によって実行される駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。この図９に示すフローチャートでは、ステップＳ４５及びステップＳ５５のみが、図４に示すフローチャートと異なっている。すなわち、ステップＳ４５において、電動モータ６の回転速度ω_ｒを演算し、ステップＳ５５において、演算した回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜と第３閾値Ｔｈ３とを比較する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態によるモータ制御装置について説明する。本実施形態によるモータ制御装置では、第１実施形態における、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜と第１閾値Ｔｈ１との比較、及び第２実施形態における、電動モータ６の回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜と第３閾値Ｔｈ３との比較を組み合わせて、同時に実施するものである。これにより、電動モータ６が発生すべき補助操舵トルクの変化が小さく、運転者がステアリングホイール１を一定の舵角に保舵しているか、もしくはゆっくりと操舵している状態とみなせるか否かをより高精度に判断することができる。

図１０は、第３実施形態によるモータ制御装置における電流制御部の制御ブロック図を示すものである。図１０に示すように、ゲイン決定部２４には、変化率演算部２３によって算出された電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊と、回転速度演算部３０によって演算された電動モータの回転速度ω_ｒとが入力される。そして、ゲイン決定部２４では、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１よりも小さく、かつ回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜が第３閾値Ｔｈ３よりも低い場合に、第１ゲインＫ１を選択し、それ以外の場合には、第２ゲインＫ２を選択する。

図１１は、第３実施形態によるモータ制御装置によって実行される駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。図１１のフローチャートに示すように、ステップＳ４０にて、電流指令値Ｉ^＊の変化率ΔＩ^＊が演算され、ステップＳ４５にて、電動モータ６の回転速度ω_ｒが演算される。そして、ステップＳ５８では、電流指令値Ｉ^＊の変化率の絶対値｜ΔＩ^＊｜が第１閾値Ｔｈ１よりも小さく、かつ回転速度ω_ｒの絶対値｜ω_ｒ｜が第３閾値Ｔｈ３よりも低いか否かが判定される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々、変形して実施することが可能である。

例えば、上述した各実施形態では、第１のフィードバック制御項として積分項を、第２のフィードバック制御項として比例項を用いたが、それ以外の制御項を用いても良い。例えば、第１及び第２のフィードバック制御項を算出するために、Ｐ、Ｉ、Ｄ制御の任意の組み合わせを用いることが可能である。

第１実施形態によるモータ制御装置の制御対象となる、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を備えたステアリングシステムの全体構成を示す構成図である。 第１実施形態のモータ制御装置の制御ブロック図である。 図２の制御ブロック図における電流制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 第１実施形態のモータ制御装置による、電動モータ６の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）は、電動モータ６の駆動制御処理による効果を説明するための説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来のものと第１実施形態によるモータ制御装置の閉ループ伝達特性を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、従来のものと第１実施形態によるモータ制御装置の開ループ伝達特性を示すグラフである。 第２実施形態のモータ制御装置における、電流制御部の構成を示すブロック図である。 第２実施形態のモータ制御装置による、電動モータ６の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態のモータ制御装置における、電流制御部の構成を示すブロック図である。 第３実施形態のモータ制御装置による、電動モータ６の駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

６…電動モータ、
１０…ＥＣＵ、
１２…電流指令値算出部、
１３…ｄ軸電流制御部、
１４…ｑ軸電流制御部、
１６…時間指令値生成部、
１７…３相インバータ、
１８…電流検出回路、
１９…位置検出回路、２０…座標変換部、２１…偏差演算部
２２…偏差補正部、２３…変化率演算部、２４…ゲイン決定部、
２５…補正モータ電流演算部、２７…第１フィードバック制御項算出部
２８…第２フィードバック制御項算出部、２９…制御電圧演算部

Claims (8)

1. 車両のステアリングホイールによる操舵操作に対して、補助力を与えるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータが発生すべき目標補助力に応じた電流指令値を算出する指令値算出手段と、
   前記モータに実際に通電された実電流値を検出する検出手段と、
   前記電流指令値と実電流値との偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとき、前記電流指令値と実電流値との偏差に対して、その偏差を減少させる第１ゲインを乗じて、前記偏差を補正する偏差補正手段と、
   前記偏差補正手段によって補正された偏差に基づいて、第１のフィードバック制御項を算出する第１の算出手段と、
   前記偏差補正手段によって補正された偏差と前記電流指令値との加算値に基づいて、第２のフィードバック制御項を算出する第２の算出手段と、
   前記第１のフィードバック制御項と前記第２のフィードバック制御項とに基づいて、前記モータに対する制御出力を算出する制御出力算出手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記偏差補正手段は、前記目標補助力の変化の大きさが所定基準値以上のとき、前記偏差に対して前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを乗じて、前記偏差を補正することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記偏差算出手段は、前記電流指令値に所定の時定数を用いて遅れを生じさせて、遅れ電流指令値を生成する生成手段を有し、当該遅れ電流指令値と実電流値との偏差を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記偏差補正手段は、さらに、前記電流指令値と実電流値の偏差の絶対値が所定の第１閾値よりも小さいことを条件として、当該偏差に前記第１ゲインを乗じることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記偏差補正手段は、前記モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さくとも、前記電流指令値と実電流値の偏差の絶対値が前記第１閾値以上である場合には、前記偏差に対して前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを乗じて、前記偏差を補正することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記偏差補正手段は、前記電流指令値の変化率を算出する変化率算出手段を有し、当該電流指令値の変化率の絶対値が所定の第２閾値より小さい場合に、前記モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとみなすことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記偏差補正手段は、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段を有し、当該モータの回転速度の絶対値が所定の第３閾値より小さい場合に、前記モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとみなすことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
8. 前記偏差補正手段は、前記電流指令値の変化率を算出する変化率算出手段と、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記電流指令値の変化率の絶対値が所定の第２閾値より小さく、かつ前記モータの回転速度の絶対値が所定の第３閾値より小さい場合に、前記モータが発生すべき目標補助力の変化の大きさが所定基準値よりも小さいとみなすことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

Images