JP2016192882A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ周波数に応じた実電圧分解能よりも高い電圧分解能で電動モータを制御することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】ＰＷＭ制御部４６は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって生成された電圧指令値に基いて目標デューティ比を演算する。ＰＷＭ制御部４６は、目標デューティ比よりも小さくかつ実電圧分解能に適合したデューティ比を、第１デューティ比として設定するとともに、目標デューティ比よりも大きくかつ実電圧分解能に適合したデューティ比を、第２デューティ比として設定する。ＰＷＭ制御部４６は、第１デューティ比を有する第１ＰＷＭ信号と第２デューティ比を有する第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる複数周期分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が、目標デューティ比と等しくなるように、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを組み合わせて出力する。【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータをＰＷＭ駆動するためのモータ制御装置に関する。

電動モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で駆動する場合、電動モータへの印加電圧の制御性は、ＰＷＭ信号の１周期内のＰＷＭクロック数（以下、「ＰＷＭカウント数」という。）と電源電圧とによって決まる。
あるマイクロコンピュータのＰＷＭクロックの周波数が、例えば、１０［ＭＨｚ］であるとする。ＰＷＭ信号の周波数を１０［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭカウント数は、１０，０００，０００×（１／１０，０００）＝１０００となる。電動モータへの印加電圧の分解能（印可電圧の刻み幅。以下、「電圧分解能Ｖｒ」という。）は、ＰＷＭカウント数をＣｎｔとし、電源電圧をＶｂとすると、Ｖｒ＝Ｖｂ÷Ｃｎｔで表される。したがって、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合の電圧分解能Ｖｒは、Ｖｂ／１０００［Ｖ／ＬＳＢ］となる。電圧分解能Ｖｒの値が小さい程、印加電圧の刻み幅が細かくなり、電圧分解能が高くなる。言い換えれば、電圧分解能Ｖｒの値が大きい程、印加電圧の刻み幅が粗くなり、電圧分解能が低くなる。デューティ比の分解能（デューティ比の刻み幅）は、(１/Ｃｎｔ)×１００［％］であるので、０．１［％］となる。したがって、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合には、電動モータへの印加電圧を、例えば、電源電圧の７２．５[％]に設定することができる。

このマイクロコンピュータを用いて、ＰＷＭ信号の周波数を１００［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭカウント数は、１０，０００，０００×（１／１００，０００）＝１００となる。このため、電圧分解能はＶｂ／１００［Ｖ／ＬＳＢ］となり、デューティ比の分解能は１［％］となる。この場合には、電動モータへの印加電圧を７２．５[％]に設定することはできない。

特開平１−５０７６６号公報

前述したように、ＰＷＭ信号の周波数を高くすると、ＰＷＭカウント数は減少し、電圧分解能も低く（粗く）なる。
この発明の目的は、ＰＷＭ周波数に対応した実電圧分解能よりも高い電圧分解能で電動モータを制御することができるモータ制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、電動モータ（１８）をＰＷＭ駆動するためのモータ制御装置（１２，１２Ａ）であって、ＰＷＭ周波数に対応した電圧分解能を実電圧分解能とすると、前記実電圧分解能よりも高い所定の目標電圧分解能に適合した目標デューティ比を演算する目標デューティ比演算手段（４６，４６Ａ）と、前記目標デューティ比演算手段によって演算された目標デューティ比よりも小さくかつ前記実電圧分解能に適合したデューティ比を第１デューティ比として設定するとともに、前記目標デューティ比よりも大きくかつ前記実電圧分解能に適合したデューティ比を第２デューティ比として設定する手段（４６，４６Ａ）と、前記第１デューティ比を有する第１ＰＷＭ信号と、前記第２デューティ比を有する第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる複数周期分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が前記目標デューティ比と等しくなるように、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号とを組み合わせて出力するＰＷＭ信号出力手段（４６，４６Ａ）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、ＰＷＭ周波数に対応した実電圧分解能よりも高い（細かい）電圧分解能を持つ電圧を電動モータに印加させることができる。これにより、実電圧分解能よりも高い電圧分解能で電動モータを制御することができる。
請求項２記載の発明は、前記ＰＷＭ信号出力手段は、前記実電圧分解能をＶｒｏとし、前記目標電圧分解能をＶｒｔとすると、Ｖｒｏ／Ｖｒｔを、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のとの組み合わせからなる１セット分の周期数Ｎとして演算する手段と、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる前記Ｎ周期数分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が前記目標デューティ比と等しくなるように、前記第１ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_１と前記第２ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_２（＝Ｎ−Ｎ_１）とを演算する出力回数演算手段と、前記１セット分の周期数Ｎ内に、前記第１ＰＷＭ信号がＮ_１回出力され、前記第２ＰＷＭ信号がＮ_２回出力されるように、これらのＰＷＭ信号を組み合わせて出力する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。

請求項３に記載の発明は、前記電動モータの回転速度に応じて、前記目標電圧分解能Ｖｒｔを変更させる手段（４６Ａ，５１，５２）をさらに含む、請求項２に記載のモータ制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、電動モータの構成を図解的に示す模式図である。 図４は、検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例を示すグラフである。 図５Ａは、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号の組み合わせパターンの一例を示し、図５Ｂは、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号の組み合わせパターンの他の例を示す模式図である。 図６は、Ｕ相電圧指令値に対するＰＷＭ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、ＥＣＵの他の例の電気的構成を示すブロック図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ２３が配置されている。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４が設けられている。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ２４によって検出される車速Ｖ、回転角センサ２３の出力信号等は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、これらの入力信号に基いて、電動モータ１８を制御する。

図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電動モータ１８に流れるモータ電流を検出する電流検出部３３とを含んでいる。
電動モータ１８は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。

各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（電気角）θｅは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ回転角θｅに従う実回転座標系である。このロータ回転角θｅを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

図２に戻り、マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部４１と、電流指令値設定部４２と、電流偏差演算部４３と、ＰＩ（比例積分）制御部４４と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４６と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４７と、回転角演算部４８とが含まれる。

回転角演算部４８は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角θｅ（電気角）を演算する。回転角演算部４８によって演算されるロータ回転角θｅは、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５およびＵＶＷ／ｄｑ変換部４７に与えられる。
アシスト電流値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される検出操舵トルクＴと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、アシスト電流値Ｉａ^＊を設定する。検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例は、図４に示されている。検出操舵トルクＴは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴの負の値に対しては負をとる。

検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、アシスト電流値Ｉａ^＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲外の値である場合には、アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されるようになっている。これにより、低速走行時には操舵補助力が大きくされ、高速走行時には操舵補助力が小さくされる。

電流指令値設定部４２は、アシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊に基いて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部４２は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部４２は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をアシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊とする一方で、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊を零とする。電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部４３に与えられる。

電流検出部３３は、電動モータ１８のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３３によって検出された三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４７に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部４７は、電流検出部３３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷを、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部４８によって演算されるロータ回転角θｅが用いられる。

電流偏差演算部４３は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部４４に与えられる。
ＰＩ制御部４４は、電流偏差演算部４３によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、電動モータ１８に印加すべき二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５に与えられる。

ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊を三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部４８によって演算されるロータ回転角θｅが用いられる。三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊からなる。この三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部４６に与えられる。

ＰＷＭ制御部４６は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３２に供給する。ＰＷＭ制御部４６の動作の詳細については、後述する。
駆動回路３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部４６から与えられるＰＷＭ信号によって制御されることにより、三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が電動モータ１８の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に印加されることになる。

電流偏差演算部４３およびＰＩ制御部４４は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流が、電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。
以下、ＰＷＭ制御部４６の動作について、詳しく説明する。説明の便宜上、この実施形態では、マイクロコンピュータ３１のＰＷＭクロックの周波数は１０［ＭＨｚ］であるとする。ＰＷＭ信号の周波数を１０［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭ信号の１周期当たりのＰＷＭクロック数（以下、「ＰＷＭカウント数」という）は、１０，０００，０００×（１／１０，０００）＝１０００となる。電動モータへの印加電圧の分解能（印可電圧の刻み幅。以下、「電圧分解能Ｖｒ」という。）は、ＰＷＭカウント数をＣｎｔとし、電源電圧をＶｂとすると、Ｖｒ＝Ｖｂ÷Ｃｎｔである。説明の便宜上、Ｖｂ＝１００［Ｖ］とすると、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合の電圧分解能Ｖｒは、０．１（＝１００÷１０００）［Ｖ／ＬＳＢ］）となる。

また、デューティ比の分解能（デューティ比の刻み幅）は、（１／Ｃｎｔ）×１００［％］であるので、０．１［％］となる。したがって、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合には、電動モータ１８への印加電圧を、例えば、電源電圧の７２．５[％]に設定することができる。
このマイクロコンピュータ３１を用いて、ＰＷＭ信号の周波数を１００［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭカウント数Ｃｎｔは、１０，０００，０００×（１／１００，０００）＝１００となる。このため、電圧分解能Ｖｒは１［Ｖ／ＬＳＢ］となり、デューティ比の分解能は１［％］となる。この場合には、電動モータ１８への印加電圧を、７２．５[％]に設定することはできない。

この実施形態では、ＰＷＭ制御部４４は、ＰＷＭ信号の周波数に対応した実電圧分解能よりも高い（細かい）電圧分解能で電動モータ１８を制御する機能を備えている。ここでは、説明の便宜上、ＰＷＭ信号の周波数が１００［ｋＨｚ］に設定されている場合について説明する。
ＰＷＭ信号の周波数が１００［ｋＨｚ］である場合の実電圧分解能をＶｒｏで表す。この例では、実電圧分解能Ｖｒｏは、Ｖｒｏ＝Ｖｂ÷Ｃｎｔ＝１［Ｖ／ＬＳＢ］となる。また、デューティ比の分解能（以下、「デューティ比の実分解能Ｄｒｏ」という。）は１[％]となる。

実現したい電圧分解能を目標電圧分解能Ｖｒｔとする。目標電圧分解能Ｖｒｔは、実電圧分解能Ｖｒｏよりも高い（細かい）値に設定される（Ｖｒｔ＜Ｖｒｏ）。この例では、目標電圧分解能Ｖｒｔは、０．１［Ｖ／ＬＳＢ］に設定される。この例では、目標電圧分解能Ｖｒｔに対応するデューティ比の分解能Ｄｒｔは、０．１［％］となる。
ＰＷＭ制御部４６は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって生成されたＵ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊毎に、それに応じたＵ相、Ｖ相およびＷ相の目標デューティ比を演算する。この例では、目標電圧分解能Ｖｒｔに対応するデューティ比の分解能は０．１［％］であるので、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、０．１［％］刻みのデューティ比を設定可能な電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊（デューティカウント；０〜１０００）を生成する。Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊に対するＰＷＭ制御部４６の動作は同様なので、以下、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊に対するＰＷＭ制御部４６の動作について説明する。

ＰＷＭ制御部４６は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊（デューティカウント）に基づいて、デューティ比（以下、「目標デューティ比Ｄｕｔ」という。）を演算する。目標電圧分解能Ｖｒｔに対応するＰＷＭカウント数をＣｎｔｔ（＝Ｖｂ÷Ｖｒｔ）とすると、目標デューティ比Ｄｕｔは、次式(1)で表される。
Ｄｕｔ＝（Ｖ_Ｕ ^＊÷Ｃｎｔｔ）×１００［％］ …(1)
なお、この例では、Ｃｎｔｔは、１０００である。

ここでは、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊（デューティカウント）が７２５であり、目標デューティ比Ｄｕｔが７２．５［％］であったとする。
ＰＷＭ制御部４６は、目標デューティ比Ｄｕｔよりも小さくかつ実電圧分解能Ｖｒｏ（デューティ比の実分解能Ｄｒｏ）に適合したデューティ比を、第１デューティ比Ｄｕ_１として設定する。また、ＰＷＭ制御部４６は、目標デューティ比Ｄｕｔよりも大きくかつ実電圧分解能Ｖｒｏ（デューティ比の実分解能Ｄｒｏ）に適合したデューティ比を、第２デューティ比Ｄｕ_２として設定する。目標デューティ比Ｄｕｔが７２．５［％］である場合には、第１デューティ比Ｄｕ_１は７２［％］に設定され、第２デューティ比Ｄｕ_２は７３［％］に設定される。

そして、ＰＷＭ制御部４６は、第１デューティ比Ｄｕ_１を有する第１ＰＷＭ信号と第２デューティ比Ｄｕ_２を有する第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる複数周期分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が、目標デューティ比Ｄｕｔと等しくなるように、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを組み合わせて出力する。この点について、詳しく説明する。
ＰＷＭ制御部４６は、次式(2)に基づいて、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを組み合わせからなる１セット分のＰＷＭ信号の周期数Ｎを演算する。

Ｎ＝実電圧分解能÷目標電圧分解能＝Ｖｒｏ÷Ｖｒｔ …(2)
この例では、Ｎ＝Ｖｒｏ÷Ｖｒｔ＝１÷０．１＝１０となる。
ＰＷＭ制御部４６は、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなるＮ周期数分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が目標デューティ比Ｄｕｔと等しくなるように、第１ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_１と第２ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_２（＝Ｎ−Ｎ_１）とを演算する。より具体的には、ＰＷＭ制御部４４は、次式(3)に基づいて、第１ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_１を演算し、次式(4)に基づいて、第２ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_２を演算する。

Ｎ_１＝｛（Ｄｕｔ−Ｄｕ_１）÷Ｄｒｏ｝×Ｎ …(3)
Ｎ_２＝Ｎ−Ｎ_１ …(4)
ここで、Ｄｒｏは、実電圧分解能Ｖｒｏに対応するデューティ比の実分解能［％］であり、この例では１［％］である。この例では、Ｄｕｔ＝７２．５であり、Ｄｕ_１＝７２であるので、Ｎ_１＝Ｎ_２＝５となる。

なお、ＰＷＭ制御部４４は、次式(5)に基づいて、第２ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_２を演算し、次式(6)に基づいて、第１ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_１を演算してもよい。
Ｎ_２＝｛（Ｄｕ_２−Ｄｕｔ）÷Ｄｒｏ｝×Ｎ …(5)
Ｎ_１＝Ｎ−Ｎ_２ …(6)
この後、ＰＷＭ制御部４４は、第１ＰＷＭ信号がＮ_１回出力され、第２ＰＷＭ信号がＮ_２回出力されるように、これらのＰＷＭ信号を組み合わせて出力する。

この場合、図５Ａに示すように、第１ＰＷＭ信号ｓ１を連続してＮ_１（この例では、Ｎ_１＝５）回出力した後、第２ＰＷＭ信号ｓ２を連続してＮ_２（この例では、Ｎ_２＝５）回出力するようにしてもよい。また、図５Ｂに示すように、第１ＰＷＭ信号ｓ１と第２ＰＷＭ信号ｓ２とを交互に出力してもよい。つまり、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号の組み合わせパターンは、任意に決めることができる。

図６は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊に対するＰＷＭ制御部４６の動作の一例を示すフローチャートである。
ＰＷＭ制御部４６は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から与えられたＵ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊（デューティカウント）と前記式(1)とを用いて、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊に応じた目標デューティ比Ｄｕｔを演算する（ステップＳ１）。

次に、ＰＷＭ制御部４６は、ステップＳ１で演算された目標デューティ比Ｄｕｔよりも小さくかつ実電圧分解能Ｖｒｏに適合した第１デューティ比Ｄｕ_１と、目標デューティ比Ｄｕｔよりも大きくかつ実電圧分解能Ｖｒｏに適合した第２デューティ比Ｄｕ_２とを設定する（ステップＳ２）。例えば、目標デューティ比Ｄｕｔが７２．５［％］であるとすると、第１デューティ比Ｄｕ_１は７２［％］に設定され、第２デューティ比Ｄｕ_２は７３［％］に設定される。

次に、ＰＷＭ制御部４６は、前記式(2)に基づいて、第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号とを組み合わせからなる１セット分のＰＷＭ信号の周期数Ｎを演算する（ステップＳ３）。この例では、実電圧分解能Ｖｒｏが１［Ｖ／ＬＳＢ］であり、目標電圧分解能Ｖｒｔが０．１［Ｖ／ＬＳＢ］であるので、Ｎ＝１０となる。
次に、ＰＷＭ制御部４６は、前記式(3),(4)または前記式(5),(6)に基づいて、前記１セット内における第１ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_１と第２ＰＷＭ信号の出力回数Ｎ_２とを求める（ステップＳ４）。この例では、Ｎ_１＝Ｎ_２＝５となる。

次に、ＰＷＭ制御部４６は、前記１セット内での第１ＰＷＭ信号と第２ＰＷＭ信号の組み合わせパターンを決定する（ステップＳ５）。具体的には、前記１セット内の１からＮまでの各周期に対して、第１ＰＷＭ信号を出力するか第２ＰＷＭ信号を出力するかを決定する。
次に、ＰＷＭ制御部４６は、前記１セット内の１からＮまでの各周期を表すためのカウンタ値ｋに１を設定する（ステップＳ６）。ＰＷＭ制御部４６は、第１ＰＷＭ信号および第２ＰＷＭ信号のうち、カウンタ値ｋに対応したＰＷＭ信号を出力する（ステップＳ７）。この後、ＰＷＭ制御部４６は、カウンタ値ｋを１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ８）。そして、ＰＷＭ制御部４６は、カウンタ値ｋがＮよりも大きいか否かを判別する（ステップＳ９）。ｋ≦Ｎであれば（ステップＳ９：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部４６は、ステップＳ７に戻る。

ステップＳ９において、ｋ＞Ｎと判別された場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、ＰＷＭ制御部４６は、ステップＳ１に戻る。
図７は、ＥＣＵの他の例の電気的構成を示すブロック図である。図７において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
このＥＣＵ１２Ａ内のマイクロコンピュータ３１Ａにおいても、ＰＷＭ信号の周波数は１００［ｋＨｚ］に設定される。そして、ＰＷＭ信号の周波数が１００［ｋＨｚ］である場合の実電圧分解能Ｖｒｏは、前述の実施形態と同様にＶｒｏ＝１［Ｖ／ＬＳＢ］であり、実電圧分解能Ｖｒｏに対応するデューティ比の実分解能Ｄｒｏは１[％]である。

ＥＣＵ１２Ａ内のマイクロコンピュータ３１Ａは、機能処理部として、モータ回転速度演算部５１と三相電圧指令値変換部５２とをさらに含んでいる。ＥＣＵ１２Ａ内の回転角演算部４８は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角θｅ，θｍを演算する。θｅは電気角であり、θｍは機械角である。
モータ回転速度演算部５１は、回転角演算部４８によって演算される回転角θｍに基づいてモータ回転速度ωを演算する。この実施形態では、ＰＷＭ制御部４６Ａは、電動モータ１８の回転速度に応じて、目標電圧分解能Ｖｒｔを変更する機能を備えている。具体的には、ＰＷＭ制御部４６Ａは、電動モータ１８の回転速度ωが所定値Ａ以下では、前述の実施形態と同様に目標電圧分解能（以下、「第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１」という）を０．１［Ｖ／ＬＳＢ］に設定する。一方、ＰＷＭ制御部４４Ａは、電動モータ１８の回転速度ωが所定値Ａより大きいときには、応答速度を高めるために目標電圧分解能（以下、「第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２」という）を０．２［Ｖ／ＬＳＢ］に設定する。第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２は０．２［Ｖ／ＬＳＢ］であるので、１セット分のＰＷＭ信号の周期数Ｎは５となる。これにより、応答速度が高くなる。

目標電圧分解能を変更する動作以外のＰＷＭ制御部４６Ａの動作は、前述したＰＷＭ制御部４６の動作と同様である。つまり、ＰＷＭ制御部４６Ａは、図６のフローチャートに示された動作と同様な動作を行う。ただし、前述の目標電圧分解能Ｖｒｔは、現在設定されている目標電圧分解能（第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１または第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２）に置き換えられる。

三相電圧指令値変換部５２は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から出力される三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊を、電動モータ１８の回転速度に応じて変換する。三相電圧指令値変換部５２によって変換された後の三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊がＰＷＭ制御部４６Ａに与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、ＰＷＭ制御部４６ａで設定される複数の目標電圧分解能のうち最も高い（細かい）目標電圧分解能を持つ三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊を出力する。この例では、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１-を持つ三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊を出力する。言い換えれば、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、０．１［％］刻みのデューティ比を設定可能な三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊（デューティカウント）を生成する。例えば、第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１（＝０．１［Ｖ／ＬＳＢ］）において反映したい印加電圧が２０［Ｖ］である場合には、第１目標電圧分解能Ｖｒｔ１での三相電圧指令値（デューティカウント）は２００［ＬＳＢ］（デューティカウント＝印加電圧÷電圧分解能）となる。

電動モータ１８の回転速度ωが所定値Ａ以下である場合（目標電圧分解能Ｖｒｔが第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１である場合）には、三相電圧指令値変換部５２は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から出力される第１目標電圧分解能用の三相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊を、そのままＰＷＭ制御部４６Ａに与える。
一方、電動モータ１８の回転速度ωが所定値Ａより大きい場合（目標電圧分解能Ｖｒｔが第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２である場合）には、三相電圧指令値変換部５２は、次式（7）に基づいて、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から出力される第１目標電圧分解能用の三相電圧指令値を、第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２に適合した三相電圧指令値に変換する。

第２目標電圧分解能用の三相電圧指令値＝｛第１目標電圧分解能用の三相電圧指令値÷（Ｖｒｔ_２÷Ｖｒｔ_１）｝…(7)
例えば、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から出力される第１目標電圧分解能Ｖｒｔ_１のＵ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊が２００［ＬＳＢ］（印加電圧＝２０［Ｖ］）である場合には、三相電圧指令値変換部５２によって、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊は、２００÷（０．２÷０．１）＝１００［ＬＳＢ］に変換される。この場合、第２目標電圧分解能Ｖｒｔ_２は０．２［Ｖ／ＬＳＢ］であるので、印加電圧は１００×０．２＝２０［Ｖ］となり、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊が適切に変換されていることがわかる。ただし、前記式(7)の演算結果が小数点を含む場合には、四捨五入等によって、演算結果は整数値に変換される。

前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１２，１２Ａ…ＥＣＵ、１８…電動パワーステアリング装置、３２…駆動回路、４６，４６Ａ…ＰＷＭ制御部、５１…モータ回転速度演算部、５２…三相電圧指令値変換部

Claims (3)

1. 電動モータをＰＷＭ駆動するためのモータ制御装置であって、
   ＰＷＭ周波数に対応した電圧分解能を実電圧分解能とすると、前記実電圧分解能よりも高い所定の目標電圧分解能に適合した目標デューティ比を演算する目標デューティ比演算手段と、
   前記目標デューティ比演算手段によって演算された目標デューティ比よりも小さくかつ前記実電圧分解能に適合したデューティ比を第１デューティ比として設定するとともに、前記目標デューティ比よりも大きくかつ前記実電圧分解能に適合したデューティ比を第２デューティ比として設定する手段と、
   前記第１デューティ比を有する第１ＰＷＭ信号と、前記第２デューティ比を有する第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる複数周期分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が前記目標デューティ比と等しくなるように、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号とを組み合わせて出力するＰＷＭ信号出力手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記ＰＷＭ信号出力手段は、
   前記実電圧分解能をＶｒｏとし、前記目標電圧分解能をＶｒｔとすると、Ｖｒｏ／Ｖｒｔを、前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号のとの組み合わせからなる１セット分の周期数Ｎとして演算する手段と、
   前記第１ＰＷＭ信号と前記第２ＰＷＭ信号との組み合わせからなる前記Ｎ周期数分のＰＷＭ信号のデューティ比の平均値が前記目標デューティ比と等しくなるように、前記第１ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_１と前記第２ＰＷＭ信号の出力回数であるＮ_２（＝Ｎ−Ｎ_１）とを演算する出力回数演算手段と、
   前記１セット分の周期数Ｎ内に、前記第１ＰＷＭ信号がＮ_１回出力され、前記第２ＰＷＭ信号がＮ_２回出力されるように、これらのＰＷＭ信号を組み合わせて出力する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電動モータの回転速度に応じて、前記目標電圧分解能Ｖｒｔを変更させる手段をさらに含む、請求項２に記載のモータ制御装置。

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