JP2020048249A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵機構に操舵力を付与する電動モータの回転数変動に伴うトルク振動の変動、悪化を抑制できる、ステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明のステアリング装置は、電動モータのステータコイルに流れる電流の検出値を補正するオフセット補正値として、第１オフセット補正値と第２オフセット補正値を含み、第１オフセット補正値は、モータ回転数が第１回転数のとき、電動モータの振動の値が第１所定値以下となるように電流検出値を補正するための電流値であって、第２オフセット補正値は、モータ回転数が第２回転数のとき、電動モータの振動の値が第２所定値以下となるように電流検出値を補正するための電流値である。【選択図】図３

Description

本発明は、転舵機構に操舵力を付与する電動モータを有するステアリング装置に関する。

特許文献１の電動機駆動装置は、モータを駆動するインバータと、モータの固定子巻線の中性点電位を検出する中性点電位検出部としての分圧回路と、検出された中性点電位に基づいてモータの回転子位置を推定し、その推定結果に基づいてインバータを制御する制御器と、を備える。
ここで、制御器のグランド電位は、インバータに印加される直流電圧の負側または正側の電位に設定され、分圧回路は、直流電圧の負側または正側の電位を基準に中性点電位を検出する。
そして、制御器は、インバータのオンオフ動作時に検出される第１の中性点電位と一定な第１基準電位との差、および、オンオフ動作時に検出される第２の中性点電位と一定な第２基準電位との差に基づいて、回転子位置を推定する。

特許第５８５３０９６号公報

ところで、転舵機構に操舵力を付与する電動モータを有するステアリング装置において、電動モータのステータコイルに流れる電流を検出する電流センサについて、キャリブレーションを実施することで、電動モータのトルク振動を平均的に抑えることができる。
しかし、モータ回転数によってオフセット補正値の最適値が変化するという特性があるため、モータ回転数の変動に伴いトルク振動が変動し悪化するという問題があった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ回転数の変動に伴うトルク振動の変動、悪化を抑制できる、ステアリング装置を提供することにある。

本発明によれば、その１つの態様において、電動モータのステータコイルに流れる電流の検出値を補正するオフセット補正値として、第１オフセット補正値と第２オフセット補正値を含み、第１オフセット補正値は、モータ回転数が第１回転数のとき、電動モータの振動の値が第１所定値以下となるように電流検出値を補正するための電流値であって、第２オフセット補正値は、モータ回転数が第２回転数のとき、電動モータの振動の値が第２所定値以下となるように電流検出値を補正するための電流値である。

本発明によれば、モータ回転数が第１回転数のときおよび第２回転数のときのそれぞれで、電動モータの振動が抑えられるオフセット補正値が与えられるので、電動モータのモータ回転数が変動しても、トルク振動が抑制された滑らかなモータ駆動を行うことができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

ステアリング装置の一態様を示す構成図である。 電動モータを駆動制御するコントローラおよび駆動回路の一態様を示す図である。 コントローラの電流検出部の構成を示すブロック図である。 モータ回転数とオフセット補正値との相関を示す線図である。 モータ回転数に応じたオフセット補正の効果を説明するための線図である。 各相のＰＷＭパルスと直流母線電流のサンプリングタイミングとの相関を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明に係るステアリング装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、ステアリング装置の一態様を示す構成図である。
ステアリング装置２００は、車両１００の転舵輪（前輪）１１０，１１０を転舵させる転舵機構２１０に操舵力を付与する電動モータ２２０を備えた、車両用の電動パワーステアリング装置である。
電動モータ２２０による操舵力の付与は、運転者の操舵力を補助するため、或いは、自律的な操舵のために実施される。

電動モータ２２０は、モータロータ、ｕ相、ｖ相、およびｗ相を含むステータコイルを有した３相ブラシレスモータである。
転舵機構２１０は、ステアリングホイール２０１、ステアリングシャフト（転舵軸）２０２、ピニオン軸２０３、およびラック軸２０４を備える。

係る転舵機構２１０において、車両１００の運転者がステアリングホイール２０１を回転させると、ステアリングシャフト２０２を介してピニオン軸２０３に操舵トルクが伝達する。
そして、ピニオン軸２０３の回転運動がラック軸２０４の直線運動に変換され、ラック軸２０４の両端に連結された転舵輪１１０，１１０を転舵させる。

ピニオン軸２０３には、ステアリングホイール２０１の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ２０６を備える。
コントローラ２３０は、例えば、操舵補助制御においては、操舵トルクセンサ２０６から取得した操舵トルクに関する信号や車速に関する信号などに応じたトルク指令値に基づき、駆動回路２４０にスイッチ信号を出力して、電動モータ２２０の駆動電流をＰＷＭ制御する。
減速機構２０５は、電動モータ２２０が発生するトルクをラック軸２０４に伝達する。

図２は、コントローラ２３０の機能ブロック、および、駆動回路２４０の回路構成を示す図である。
駆動回路２４０は、直流電源１と、直流電源１に並列接続された平滑コンデンサ２、６個のスイッチング素子３からなる３相ブリッジ回路４（３相ブリッジインバータ、３相出力インバータ）を備える。
スイッチング素子３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの電界効果トランジスタである。

そして、駆動回路２４０は、デューティ比信号によってスイッチング素子３を制御することで３相交流を作り出し、電動モータ２２０のステータコイルに供給する電力を制御する。
また、駆動回路２４０は、３相ブリッジ回路４とグランドとの間に直接に接続したシャント抵抗５を備える。

シャント抵抗５は、３相ブリッジ回路４とグランドとの間の直流母線（電線）に流れる直流母線電流、換言すれば、電動モータ２２０のステータコイルに流れる電流を検出するための抵抗器である。
そして、シャント抵抗５を含む電流センサ５０は、シャント抵抗５の両端の電位差に基づき、３相ブリッジ回路４とグランドとの間の直流母線に流れる直流母線電流を検出し、直流母線電流信号ＩＤＣ（第１検出電流信号）として出力する。

なお、３相ブリッジ回路４と直流電源１との間の直流母線（電線）に直列接続したシャント抵抗を含む電流センサによって、３相ブリッジ回路４と直流電源１との間の直流母線（電線）に流れる直流母線電流を検出し、直流母線電流信号ＩＤＣ（第１検出電流信号）として出力することができる。

また、駆動回路２４０は、直流電源１の電圧（インバータ電圧）を検出するインバータ電圧センサ８を備える。
また、電動モータ２２０は、モータロータ（回転子）２２１、ｕ相、ｖ相、およびｗ相を含むステータコイル２２２、および、モータロータ２２１の角度を検出する回転角センサ７を備える。

以下では、図２を参照しつつ、コントローラ２３０の機能を説明する。
電流検出部１０は、電流センサ５０からの直流母線電流信号ＩＤＣに基づき、ｕ相、ｖ相、およびｗ相それぞれに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現（推定）する。
回転角／回転数検出部１１は、回転角センサ７が出力する回転角検出信号に基づきモータ電気角θe0を検出するとともに、モータ電気角θe0の前回値と今回値の差分からモータ回転数ω（rpm）を算出する。

角速度演算部１２は、モータ電気角θe0の前回値と今回値の差分から電気角速度ωeを算出する。
なお、回転角センサ７によって検出されるモータ電気角θe0に誤差成分があると、電気角速度ωeが振動する場合があるので、角速度演算部１２は、デジタルフィルタ（ローパスフィルタ）を備えて電気角速度ωeの振動成分を除去する処理を実施することができる。

第１位相補償部１３は、電流検出タイミングと回転角検出タイミングとの間の時間ずれに基づきモータ電気角θe0を補正し、電流検出タイミングでの電気角θe1として出力する。
３相ｄｑ軸変換部１４は、電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび電気角θe1に関する信号を入力して３相交流を２軸直流に置き換える座標変換を施し、ベクトル制御用にｄ軸電流Ｉｄ（磁束電流）とｑ軸電流Ｉｑ（トルク電流）を出力する。
指令電流算出部１５Ａ（指令電流信号生成部）は、電動モータ２２０のトルク指令値に関する信号などを外部から入力し、トルク指令値などに基づいてｄ軸指令電流Ｉｄ*およびｑ軸指令電流Ｉｑ*を生成し、係るｄ軸指令電流Ｉｄ*およびｑ軸指令電流Ｉｑ*を、電動モータ２２０を駆動制御するための第１指令電流信号として電流制御部１５Ｂに出力する。

電流制御部１５Ｂは、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸指令電流Ｉｄ*、ｑ軸指令電流Ｉｑ*、および電気角速度ωeを入力し、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑをｄ軸指令電流Ｉｄ*、ｑ軸指令電流Ｉｑ*に追従させるためのｄ軸指令電圧Ｖｄ*とｑ軸指令電圧Ｖｑ*とを出力する。
つまり、電流制御部１５Ｂは、指令電流算出部１５Ａから出力される第１指令電流信号としてのｄ軸指令電流Ｉｄ*、ｑ軸指令電流Ｉｑ*と、電流検出部１０および３相ｄｑ軸変換部１４で取得された第２検出電流信号としてのｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとに基づき、第２指令電流信号を生成するフィードバック制御部である。

第２位相補償部１６は、指令電圧の出力タイミングと回転角検出タイミングとの間の時間ずれに基づき電気角θe0を補正し、指令電圧の出力タイミングでの電気角θe2として出力する。
ｄｑ軸３相変換部１７は、ｄ軸指令電圧Ｖｄ*、ｑ軸指令電圧Ｖｑ*、および電気角θe2を入力し、ベクトル制御用の２軸指令電圧を実際の３相指令電圧に戻す座標変換を施し、ＰＷＭ制御における３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を出力する。

インバータ電圧検出部１８は、インバータ電圧センサ８が出力する信号に基づきインバータ電圧Ｖinvを検出する。
ＰＷＭデューティ比演算部１９（ＰＷＭデューティ比信号生成部）は、３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*（第２指令電流信号）とインバータ電圧Ｖinvとの比率に基づき、３相指令デューティ比Ｄutyu*，Ｄutyv*，Ｄutyw*（デューティ比信号）を生成して出力する。

スイッチングタイミング設定部２０は、３相指令デューティ比Ｄutyu*，Ｄutyv*，Ｄutyw*とＰＷＭキャリア信号とを比較して、３相のそれぞれの上流側スイッチング素子３（上アーム）および下流側スイッチング素子３（下アーム）のスイッチングタイミングＴＨiu*，ＴＬou*，ＴＨiv*，ＴＬov*，ＴＨiw*，ＴＬow*を出力する。
スイッチング信号生成部２１（ＰＷＭデューティ比信号生成部）は、スイッチングタイミングＴＨiu*，ＴＬou*，ＴＨiv*，ＴＬov*，ＴＨiw*，ＴＬow*およびＰＷＭキャリア周期Ｔｃに基づき、３相ブリッジ回路４の６個のスイッチング素子３にスイッチング信号（オンオフ制御パルス信号、ＰＷＭパルス信号）を与える。
つまり、スイッチング信号生成部２１によるデューティ比信号に基づくインバータのＰＷＭ制御によって、電動モータ２２０のステータコイル（ｕ相、ｖ相、およびｗ相）に供給する電力が制御される。

ＡＤタイミング設定部２２は、スイッチングタイミングＴＨiu*，ＴＬou*，ＴＨiv*，ＴＬov*，ＴＨiw*，ＴＬow*に基づき、各センサの検出信号をＡＤ変換して直流母線電流信号ＩＤＣ、モータ電気角θe0、インバータ電圧Ｖinvを検出するＡＤタイミングＴadI，Ｔadθ，ＴadVを設定して出力する。
ＡＤ変換部２３は、ＰＷＭキャリア周期Ｔｃから生成した制御周期に同期した信号を基準として、ＡＤタイミングＴadI，Ｔadθ，ＴadVにて各センサの出力（電流、回転角、電圧）をＡＤ変換する。

キャリア周波数設定部２４は、事前に準備された複数種類のキャリア周期Ｔｃのうちの１つを選択し、更に、選択したＰＷＭキャリア周期Ｔｃの整数倍の制御周期Ｔｃｃを生成し、制御周期Ｔｃｃに依存する、角速度演算部１２、第１位相補償部１３、電流制御部１５Ｂ、第２位相補償部１６、スイッチングタイミング設定部２０、スイッチング信号生成部２１、ＡＤタイミング設定部２２、およびＡＤ変換部２３にＰＷＭキャリア周期Ｔｃを出力する。

図３は、図２に示した電流検出部１０における直流母線電流信号ＩＤＣのオフセット補正機能を示すブロック図である。
電流検出部１０は、相電流検出部１０Ａおよびオフセット補正値設定部１０Ｂを有する。
オフセット補正値設定部１０Ｂは、モータ回転数（rpm）毎にオフセット補正値ＯＣを記憶したマップ部（オフセット補正値記憶部）１０Ｂ１、および、電動モータ２２０の回転数（回転速度）の信号であるモータ回転数信号を受信するモータ回転数信号受信部１０Ｂ２を備え、モータ回転数信号に対応するオフセット補正値ＯＣをマップから検索して出力する。

相電流検出部１０Ａ（第２検出電流信号生成部）は、電流センサ５０が検出した直流母線電流信号ＩＤＣ、基準オフセット補正値ＯＣＢ、および、オフセット補正値設定部１０Ｂからのオフセット補正値ＯＣに関する信号を入力する。
そして、相電流検出部１０Ａは、入力した直流母線電流信号ＩＤＣ（第１検出電流信号）に基準オフセット補正値ＯＣＢおよびオフセット補正値ＯＣを加算した結果を、オフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣ（第２検出電流信号：ＩＤＣＣ＝ＩＤＣ＋ＯＣＢ＋ＯＣ）として生成するオフセット補正部１０Ａ１、および、オフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣに基づきｕ相、ｖ相、およびｗ相それぞれに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現し、再現した電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに関する信号を出力する相電流再現部１０Ａ２を備える。

基準オフセット補正値ＯＣＢは、電動モータ２２０の回転停止状態（所定回転数）であるときに電流センサ５０が出力する直流母線電流信号ＩＤＣを校正するように設定されたオフセット補正値（補正電流値）であって、モータ回転数とは無関係な一定値である。
一方、オフセット補正値ＯＣは、モータ回転数に応じて可変に設定される補正電流値であり、電動モータ２２０のトルク振動（dB）がモータ回転数毎に設定値（例えば最低値）になるように、予め実験やシミュレーションに基づき適合された値である。
なお、オフセット補正値ＯＣは、ＰＷＭ制御における変調率の変化やＰＷＭキャリア周波数の変化を含めてモータ回転数の条件毎に設定される。

図４は、モータ回転数とオフセット補正値ＯＣとの関係、換言すれば、マップ部１０Ｂ１が記憶するオフセット補正値マップの一態様を示す。
図４に示す例では、オフセット補正値ＯＣ（≧０）は、モータ回転数が高くなるにしたがってより大きな電流値に設定される。これは、モータ回転数が高くなるにしたがって、トルク振動を最低値にするための補正要求が増大する傾向であることを示す。

オフセット補正値ＯＣは、モータ回転数毎にトルク振動を最低値にするために、モータ制御に用いる直流母線電流信号ＩＤＣを補正する電流値であり、モータ回転数が第１回転数のときに、トルク振動が第１所定値以下となるように直流母線電流信号ＩＤＣを補正するための電流値である第１オフセット補正値ＯＣ１と、モータ回転数が前記第１回転数とは異なる第２回転数のときに、トルク振動が第２所定値以下となるように直流母線電流信号ＩＤＣを補正するための電流値である第２オフセット補正値ＯＣ２とを含む。

ここで、トルク振動の第１所定値、第２所定値は、同一の値或いは異なる値とすることができ、更に、モータ回転数毎に実現可能な最低のトルク振動若しくは最低トルク振動よりも大きな所望のトルク振動（許容最大トルク振動）とすることができる。
また、第１回転数、第２回転数は、それぞれ、所定回転数を含む所定の回転数範囲とすることができる。つまり、ある回転数範囲について一定のオフセット補正値が与えられる構成とすることができる。

マップ部１０Ｂ１は、モータ回転数とオフセット補正値ＯＣとの相関をマップ（モータ回転数のデータをオフセット補正値ＯＣに変換する変換テーブル）として記憶するので、モータ回転数の変化に対するオフセット補正値ＯＣの変化傾向が複雑な場合であっても、モータ回転数毎に適正なオフセット補正値ＯＣを設定できる。
ここで、オフセット補正値設定部１０Ｂは、モータ回転数の条件に代えて、ＰＷＭ制御における変調率に応じてオフセット補正値ＯＣを可変に設定することができ、係る構成においても、モータ回転数の変化によるトルク振動の変化、悪化を抑止できる。
この場合、オフセット補正値ＯＣは、変調率が第１変調率であるときにトルク振動の値が第１所定値以下となるように直流母線電流信号ＩＤＣを補正するための第１オフセット補正値ＯＣ１と、変調率が第１変調率とは異なる第２変調率であるときにトルク振動が第２所定値以下となるように直流母線電流信号ＩＤＣを補正するための第２オフセット補正値ＯＣ２とを含む。

なお、変調率とは、搬送波に対する信号波の比率であり、例えば、３角波比較ＰＷＭ方式の最大電圧出力時を変調率＝１としたとき、変調率＝１のときの線間電圧は0.866（√3/2）となる。
ここで、トルク振動の第１所定値、第２所定値は、同一の値或いは異なる値とすることができ、更に、モータ回転数毎に実現可能な最低のトルク振動とすることができる。

そして、相電流検出部１０Ａは、電流センサ５０が検出した直流母線電流信号ＩＤＣに、基準オフセット補正値ＯＣＢ、および、変調率に応じたオフセット補正値ＯＣを加算した結果をオフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣとし、このオフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣに基づき電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現する。
但し、モータ回転数は、変調率に比べて制御用パラメータとして使用し易いため、オフセット補正値設定部１０Ｂは、モータ回転数に応じてオフセット補正値ＯＣを設定することで、電動モータ２２０の運転状況の変化に応じたオフセット補正値ＯＣを容易に得ることができる。

また、オフセット補正値設定部１０Ｂは、モータ回転数に応じてオフセット補正値ＯＣを設定する場合、電動モータ２２０の環境温度の変化に応じてオフセット補正値ＯＣを可変に調整するオフセット補正値調整部としての機能を備えることができる。
電動モータ２２０の環境温度が変化すると、これに応じて変調率も変化するため、オフセット補正値設定部１０Ｂは、環境温度の変化に応じてオフセット補正値ＯＣを調整することで、変調率の変化に対応したオフセット補正値ＯＣを得ることができる。

図５は、オフセット補正値ＯＣに基づく直流母線電流信号ＩＤＣの補正の有無による電動モータ２２０のトルク振動の違い、換言すれば、オフセット補正値ＯＣに基づく直流母線電流信号ＩＤＣの補正の効果を示す。
図５に示すように、オフセット補正値ＯＣによるオフセット補正を施さない場合、所定のモータ回転数のときをピーク値としてトルク振動が発生する。

これに対し、オフセット補正値ＯＣによるオフセット補正を施すことで、モータ回転数毎のトルク振動が、オフセット補正値ＯＣによるオフセット補正を施さない場合に比べて小さくなり、かつ、モータ回転数が変化してもトルク振動は大きく変動することを抑止できる。
したがって、コントローラ２３０は、トルク振動が抑制された滑らかなモータ駆動を行うことができ、ステアリング装置２００の操舵フィーリングを向上させることができる。

マップ部（オフセット補正値記憶部）１０Ｂ１は、オフセット補正値マップを参照してそのときのモータ回転数に対応するオフセット補正値ＯＣを求めるときに、実際のモータ回転数に近似するモータ回転数に対応してマップに記憶されている複数のオフセット補正値ＯＣを用いた補間演算によって、そのときのモータ回転数に対応するオフセット補正値ＯＣを求めることができる。
つまり、マップ部１０Ｂ１は、モータ回転数信号が第１回転数と第２回転数との間であるときに、第１回転数での第１オフセット補正値ＯＣ１と第２回転数での第２オフセット補正値ＯＣ２との間の値を補間演算で求め、オフセット補正値ＯＣの補間値として出力する、データ補間部の機能を備えることができる。

この場合、相電流検出部１０Ａは、マップ部１０Ｂ１が出力するオフセット補正値ＯＣの補間値、および、基準オフセット補正値ＯＣＢに基づき直流母線電流信号ＩＤＣ（第１検出電流信号）を補正して補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣ（第２検出電流信号）を生成し、補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣに基づき３相それぞれの相電流を再現する。
これにより、コントローラ２３０は、オフセット補正値マップのデータ数の削減（マップによるメモリ使用量の削減）を図りつつ、モータ回転数の変化に応じてオフセット補正値ＯＣを連続的に変化させることができ、電動モータ２２０のトルク振動を安定して抑制できる。

また、マップ部１０Ｂ１（データ補間部）は、補間演算として線形補間（１次補間）を用いることで、簡便な演算でオフセット補正値ＯＣの補間値を求めることができる。
また、オフセット補正値マップにおけるモータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣのデータは、電動モータ２２０の回転方向が正転方向であるときと逆転方向であるときとの双方で共通して直流母線電流信号ＩＤＣのオフセット補正に用いられるデータである。
したがって、オフセット補正値設定部１０Ｂは、電動モータ２２０の回転方向毎にオフセット補正値マップを備える必要がなく、オフセット補正値マップのデータ数の増大を抑制することができる。

ここで、相電流検出部１０Ａ（相電流再現部１０Ａ２）による電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの算出処理、詳細には、直流母線電流信号ＩＤＣＣから各相の電流を再現する方法を説明する。
図６は、相補式ＰＷＭ制御における上アームのスイッチング信号（ＰＷＭパルス信号）であるｕ相デューティ比信号、ｖ相デューティ比信号、およびｗ相デューティ比信号を示す。

また、図６は、スイッチングタイミング設定部２０（パルスシフト制御部）が、スイッチング信号のパルス中心を、電流サンプリング区間を確保するために、３角波キャリアの谷から前又は後ろにずらす処理であるパルスシフト制御を実施した状態を示す。
つまり、コントローラ２３０は、直流母線電流信号ＩＤＣから各相の電流を再現するためにパルスシフト制御を実施し、係るパルスシフト制御の実行中に、基準オフセット補正値ＯＣＢ、および、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣによって直流母線電流信号ＩＤＣをオフセット補正し、オフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣに基づき各相の電流を再現する。
ここで、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣは、パルスシフト制御が行われる条件下でモータ回転数毎にトルク振動が最小値になるように適合され、パルスシフト制御が行われる実際のモータ制御時において、電動モータ２２０のトルク振動が抑制される。

図６の例では、ｕ相デューティ比信号のオン時間（通電時間、パルス幅）が最も長く、ｗ相デューティ比信号のオン時間が最も短く、ｖ相デューティ比信号のオン時間はｕ相デューティ比信号のオン時間よりも短くかつｗ相デューティ比信号のオン時間よりも長い。
つまり、デューティ比信号のオン時間の長さを３相間で対比すると、ｕ相のオン時間は「最大」で、ｖ相のオン時間は「中間」で、ｗ相のオン時間は「最小」になり、デューティ比信号のオン時間の長さで３相を区別すると、ｕ相が最大相、ｖ相は中間相、ｗ相は最小相になる。

そして、図６の例では、ｕ相デューティ比信号がオンで、ｖ相デューティ比信号およびｗ相デューティ比信号がオフである第１期間と、ｕ相デューティ比信号およびｖ相デューティ比信号がオンで、ｗ相デューティ比信号がオフである第２期間とが発生する。
ここで、第１期間において、電流は直流電源１からｕ相に流れ込んだ後、ｕ相からｖ相およびｗ相に分かれて流れ、更に、ｖ相およびｗ相に流れた電流は合流してシャント抵抗５に流れる。
したがって、第１期間において電流センサ５０が検出する直流母線電流（第１直流母線電流）は、ｕ相（最大相）に流れる電流Ｉｕになる。

一方、第２期間において、電流は直流電源１からｕ相およびｖ相に流れ込んだ後に合流してｗ相に流れ、ｗ相を流れた電流がシャント抵抗５に流れる。
したがって、第２期間において電流センサ５０が検出する直流母線電流（第２直流母線電流）は、ｗ相（最小相）に流れる電流Ｉｗになる。

そこで、相電流再現部１０Ａ２は、第１期間で電流センサ５０の出力をサンプリングすることでｕ相（最大相）に流れる電流Ｉｕを計測し、更に、第２期間で電流センサ５０の出力をサンプリングすることでｗ相（最小相）に流れる電流Ｉｗを計測する。
そして、相電流再現部１０Ａ２は、３相交流を瞬時で合計するとゼロになることに基づき、電流Ｉｕの計測値および電流Ｉｗの計測値からｖ相（中間相）に流れる電流Ｉｖを算出し、最終的に、ｕ相、ｖ相、およびｗ相それぞれに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを再現する。

このように、相電流再現部１０Ａ２は、各相のデューティ比信号のオン／オフの組み合わせに基づき、電流センサ５０が検出する直流母線電流のサンプリングタイミング（測定タイミング）を決定することで、直流母線電流から各相の電流を再現する。
なお、図６の例では、ｕ相デューティ比信号のオン時間が最も長く、ｗ相デューティ比信号のオン時間が最も短いときを例示するが、相電流再現部１０Ａ２（相電流推定部）は、他の通電パターンにおいても、２つの相（最大相および最小相）の電流を電流センサ５０で直接計測し、残りの１相の電流を２相の計測結果から推定することで、各相の電流を再現する。

つまり、相電流再現部１０Ａ２は、オン時間が最も長い相（最大相）のデューティ比信号がオンで、他の２相のデューティ比信号がオフである第１期間で、電流センサ５０の出力をサンプリングすることで、オン時間が最も長い相（最大相）に流れる電流を計測できる。
また、相電流再現部１０Ａ２は、オン時間が最も長い相（最大相）のデューティ比信号およびオン時間が中間値である相（中間相）のデューティ比信号がオンで、残る１相、つまり、オン時間が最も短い相（最小相）のデューティ比信号がオフである第２期間で、電流センサ５０の出力をサンプリングすることで、オン時間が最も短い相（最小相）に流れる電流を計測できる。
そして、相電流再現部１０Ａ２は、最大相の電流、および、最小相の電流が求まると、３相交流を瞬時で合計するとゼロになることを利用して、中間相の電流を算出する。

ここで、パルスシフト制御部としての機能を備えるスイッチングタイミング設定部２０は、図６に示した第１期間、第２期間の長さを確保して、直流母線電流の検出値から各相の電流を再現できるようにするために、パルスシフト制御を実施する。
つまり、スイッチングタイミング設定部２０は、デューティ比信号のオン時間が最も長い最大相のデューティ比信号のオンタイミングと、デューティ比信号のオン時間が中間値である中間相のデューティ比信号のオンタイミングとの差ΔＴＯ１（ms）が第１所定値Ｔ１より小さくなったとき、前記差ΔＴＯ１が第１所定値Ｔ１より大きい第２所定値Ｔ２以上となるように、オン時間が最も長い最大相および／又はオン時間が中間値である中間相についてデューティ比信号のオンタイミングの位相を３角波キャリアに対してずらす補正を行う。
なお、差ΔＴＯ１は、前記第１期間の長さに相関し、差ΔＴＯ１が第２所定値Ｔ２以上になるようにオンタイミングの位相を補正するパルスシフト制御は、第１期間の長さを所定時間以上とするための制御になる。

更に、スイッチングタイミング設定部２０は、中間相のデューティ比信号のオンタイミングと、最小相のデューティ比信号のオンタイミングの差ΔＴＯ２（ms）が第１所定値Ｔ１より小さくなったとき、前記差ΔＴＯ２が第２所定値Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上となるように、中間相および／又は最小相についてデューティ比信号のオンタイミングの位相を３角波キャリアに対してずらす補正を行う。
なお、差ΔＴＯ２は、前記第２期間の長さに相関し、差ΔＴＯ２が第２所定値Ｔ２以上になるようにオンタイミングの位相を補正するパルスシフト制御は、第２期間の長さを所定時間以上とするための制御になる。

上記のように、相電流再現部１０Ａ２は、各相のデューティ比信号のオンタイミングに基づき、電流センサ５０の出力をサンプリングするタイミングを決めることで、電流センサ５０が検出する直流母線電流から各相の電流を推定できる。
したがって、ステータコイルの各相に電流センサを設ける場合に比べて、電流センサの数が削減される。
但し、各相に電流センサを備えた電動モータ２２０の駆動制御において、各電流センサが検出した相電流を、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣで補正する構成とすることができる。

また、相電流再現部１０Ａ２は、パルスシフト制御を実施することで、電流センサ５０の出力をサンプリングする期間、つまり、直流母線電流の検出期間である第１期間および第２期間の長さを充分に確保することができ、各相のデューティ比信号のオンタイミングが変化しても相電流を安定して検出することができる。
更に、コントローラ２３０は、電流センサ５０による直流母線電流の検出値を、基準オフセット補正値ＯＣＢ、および、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣで補正するから、パルスシフト制御実行時におけるトルク振動の増大を効果的に抑制できる。
また、パルスシフト制御の実行時に電動モータ２２０のトルク振動が所定値以下となるようにオフセット補正値ＯＣを適合しておくことで、パルスシフト制御によってトルク振動が変化することを抑止できる。

また、スイッチング信号生成部２１（ＰＷＭデューティ比信号生成部）は、モータ回転数が所定回転数（第３回転数）以上のときに、デッドタイムによる損失が減少するようにキャリア周波数を調整することで、電動モータ２２０の駆動効率を向上させることができる。
なお、スイッチング信号生成部２１がキャリア周波数を調整することで、オフセット補正値ＯＣの変化傾向は複雑になるが、電流検出部１０は、オフセット補正値ＯＣをマップデータとして記憶しておくことで、キャリア周波数の条件を含めたオフセット補正値ＯＣを簡便に得ることができる。

また、電流検出部１０は、モータ回転数が所定回転数（第４回転数）以上であるときに、オフセット補正値ＯＣによるオフセット補正量をマップ中の最大回転数の値に設定し、オフセット補正後の直流母線電流信号ＩＤＣＣを生成することで、マップからのオフセット補正値ＯＣの検索、補間演算などを省略することができ、保持するマップのデータ量を削減することができる。
この場合、電流検出部１０は、所定回転数（第４回転数）未満のモータ回転数の領域（第１−第３回転数を含む領域）において、オフセット補正値ＯＣによる直流母線電流信号ＩＤＣのオフセット補正を実施し、所定回転数（第４回転数）以上のモータ回転数の領域（第１−第３回転数よりも高い領域）において、オフセット補正値ＯＣによる直流母線電流信号ＩＤＣオフセット補正量を一定にすることになる。
モータ回転数が所定回転数（第４回転数）以上の領域とは、ＰＷＭ制御における変調率が飽和する状態であり、オフセット補正値ＯＣを設定するための処理を省略することで、コントローラ２３０の演算負荷の軽減を図ることができる。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想および教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

上記の実施形態では、相電流検出部１０Ａ（オフセット補正部１０Ａ１）は、基準オフセット補正値ＯＣＢ、および、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣによって直流母線電流信号ＩＤＣをオフセット補正するが、基準オフセット補正値ＯＣＢによる補正要求をオフセット補正値ＯＣに含めて、基準オフセット補正値ＯＣＢによるオフセット補正を省略することができる。
また、オフセット補正値設定部１０Ｂは、モータ回転数を変数としてオフセット補正値ＯＣを算出する関数に基づき、モータ回転数に応じたオフセット補正値ＯＣを求めることができる。
また、ステアリング装置が転舵させる転舵輪は、車両の前輪または後輪とすることができる。

４…３相ブリッジ回路、１０…電流検出部、１０Ａ…相電流検出部、１０Ａ１…オフセット補正部（第２検出電流信号生成部）、１０Ａ２…相電流再現部、１０Ｂ…オフセット補正値設定部、１０Ｂ１…マップ部（オフセット補正値記憶部）、１０Ｂ２…モータ回転数信号受信部、１５Ａ…指令電流算出部（指令電流信号生成部）、１５Ｂ…電流制御部（フィードバック制御部）、１９…ＰＷＭデューティ比演算部（ＰＷＭデューティ比信号生成部）、５０…電流センサ、１００…車両、２００…ステアリング装置、２２０…電動モータ、２３０…コントローラ、２４０…駆動回路

Claims (13)

1. ステアリング装置であって、
   転舵輪を転舵させる転舵機構と、
   電動モータであって、モータロータと、ステータコイルを有し、前記転舵機構に操舵力を付与する、前記電動モータと、
   指令電流信号生成部であって、前記電動モータを駆動制御するための第１指令電流信号を生成する、前記指令電流信号生成部と、
   フィードバック制御部であって、前記第１指令電流信号と第２検出電流信号に基づき、第２指令電流信号を生成する、前記フィードバック制御部と、
   ＰＷＭデューティ比信号生成部であって、前記第２指令電流信号に基づき、デューティ比の信号であるデューティ比信号を生成する、前記ＰＷＭデューティ比信号生成部と、
   駆動回路であって、インバータを含み、前記デューティ比信号に基づき、前記インバータを駆動制御し、前記ステータコイルに供給される電力を制御する、前記駆動回路と、
   電流センサであって、前記ステータコイルに流れる電流の電流値を検出し、第１検出電流信号として出力する、前記電流センサと、
   モータ回転数信号受信部であって、前記電動モータの回転数の信号であるモータ回転数信号を受信する、前記モータ回転数信号受信部と、
   第２検出電流信号生成部であって、前記第１検出電流信号と、オフセット補正値に基づき、前記第２検出電流信号を生成する、前記第２検出電流信号生成部と、
   オフセット補正値記憶部であって、前記オフセット補正値を記憶しており、
   前記オフセット補正値は、第１オフセット補正値と、第２オフセット補正値を含み、
   前記第１オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が第１回転数のとき、または前記ＰＷＭデューティ比信号生成部における変調率が第１変調率のとき、前記電動モータの振動の値が第１所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値であって、
   前記第２オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が第２回転数のとき、または前記ＰＷＭデューティ比信号生成部における変調率が第２変調率のとき、前記電動モータの振動の値が第２所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値である、
   前記オフセット補正値記憶部と、
   を有することを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記駆動回路は、ブリッジ回路を有し、
   前記電流センサは、直流母線に流れる直流母線電流を検出し、前記第１検出電流信号として出力するものであり、
   前記直流母線は、前記ブリッジ回路と前記ブリッジ回路に電力を供給する電源の間の電線、または前記ブリッジ回路とグランドの間の電線であることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２に記載のステアリング装置は、相電流推定部を備え、
   前記電動モータは、３相ブラシレスモータであって、
   前記ステータコイルは、ｕ相、ｖ相、およびｗ相を含み、
   前記ＰＷＭデューティ比信号生成部は、前記ｕ相、前記ｖ相、および前記ｗ相の夫々に対する前記デューティ比信号として、ｕ相デューティ比信号、ｖ相デューティ比信号、およびｗ相デューティ比信号を生成し、
   前記相電流推定部は、前記デューティ比信号である、前記ｕ相デューティ比信号、前記ｖ相デューティ比信号、または前記ｗ相デューティ比信号のうち、通電時間が最も長い最大相の前記デューティ比信号がオン、かつ通電時間が最も短い最小相および通電時間が前記最大相より短く前記最小相より長い中間相の前記デューティ比信号がオフのときに、前記電流センサが検出した前記直流母線電流である第１直流母線電流、および前記最大相の前記デューティ比信号がオン、かつ前記中間相の前記デューティ比信号がオン、かつ前記最小相の前記デューティ比信号がオフのときに、前記電流センサが検出した前記直流母線電流である第２直流母線電流に基づき、前記ｕ相、前記ｖ相、および前記ｗ相の夫々に流れる電流値を推定するものである、
   ことを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項３に記載のステアリング装置は、パルスシフト制御部を備え、
   前記パルスシフト制御部は、前記最大相のデューティ比信号のオンタイミングと前記中間相のデューティ比信号のオンタイミングの差が第１所定値より小さくなったとき、前記最大相と中間相の前記デューティ比信号のオンタイミングの差が前記第１所定値より大きい第２所定値以上となるように前記最大相または前記中間相の前記デューティ比信号のオンタイミングの位相を補正すると共に、前記中間相の前記デューティ比信号のオンタイミングと前記最小相の前記デューティ比信号のオンタイミングの差が前記第１所定値より小さくなったとき、前記中間相と最小相の前記デューティ比信号のオンタイミングの差が前記第２所定値以上となるように前記中間相または前記最小相のデューティ比信号のオンタイミングの位相を補正するパルスシフト制御を行うことを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項４に記載のステアリング装置において、
   前記第１オフセット補正値は、前記パルスシフト制御の実行中であって、かつ前記モータ回転数信号が前記第１回転数のとき、前記電動モータの振動の値が前記第１所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値であって、
   前記第２オフセット補正値は、前記パルスシフト制御の実行中であって、かつ前記モータ回転数信号が前記第２回転数のとき、前記電動モータの振動の値が前記第２所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値であることを特徴とするステアリング装置。
6. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記オフセット補正値記憶部は、データ補間部を備え、
   前記データ補間部は、前記モータ回転数信号が前記第１回転数と前記第２回転数の間のとき、前記第１オフセット補正値と前記第２オフセット補正値の間の値を、補間により求め、オフセット補正値補間値として出力し、
   前記第２検出電流信号生成部は、前記第１検出電流信号と、前記オフセット補正値としての前記オフセット補正値補間値に基づき、前記第２検出電流信号を生成することを特徴とするステアリング装置。
7. 請求項６に記載のステアリング装置において、
   前記データ補間部は、前記モータ回転数信号が前記第１回転数と前記第２回転数の間のとき、前記第１オフセット補正値と前記第２オフセット補正値の間の値を、線形補間により求め、前記オフセット補正値補間値として出力することを特徴とするステアリング装置。
8. 請求項６に記載のステアリング装置において、
   前記オフセット補正値記憶部は、マップを備え、
   前記第１オフセット補正値および前記第２オフセット補正値は、前記マップに記憶されたマップデータであることを特徴とするステアリング装置。
9. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記第１オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が前記第１回転数であって、かつ前記モータロータの回転方向が正回転のときと逆回転のときの両方において、前記第１検出電流信号を補正するための電流値であって、
   前記第２オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が前記第２回転数であって、かつ前記モータロータの回転方向が正回転のときと逆回転のときの両方において、前記第１検出電流信号を補正するための電流値であることを特徴とするステアリング装置。
10. 請求項１に記載のステアリング装置において、
    前記第１オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が前記第１回転数のとき、前記電動モータの振動の値が前記第１所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値であって、
    前記第２オフセット補正値は、前記モータ回転数信号が前記第２回転数のとき、前記電動モータの振動の値が前記第２所定値以下となるように前記第１検出電流信号を補正するための電流値であることを特徴とするステアリング装置。
11. 請求項１０に記載のステアリング装置において、
    前記オフセット補正値記憶部は、オフセット補正値調整部を備え、
    前記オフセット補正値調整部は、環境温度の変化に応じて、前記オフセット補正値を可変に調整することを特徴とするステアリング装置。
12. 請求項１に記載のステアリング装置において、
    前記ＰＷＭデューティ比信号生成部は、前記モータ回転数信号が第３回転数以上のとき、キャリア周波数を可変に調整することを特徴とするステアリング装置。
13. 請求項１２に記載のステアリング装置において、
    前記第２検出電流信号生成部は、前記モータ回転数信号が前記第１回転数、前記第２回転数、および前記第３回転数よりも高い第４回転数以上のとき、前記オフセット補正値を使用せず、前記第２検出電流信号を生成することを特徴とするステアリング装置。