JP3834527B2 - ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にＤＣブラシレスモータと呼ばれる、３相コイルへの通電パターンにより駆動を制御するモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣブラシレスモータを駆動させるためにはロータの位相（位置）を検出し、回転しているロータの位相に合わせてコイルの通電を切り替える必要がある。一般に、制御が容易である１２０°通電方法が知られている。
これは、３相のうち２相に通電させる方法であるが、ブラシレスモータには、位相検出手段として３個のホールセンサが設けられているのが一般的であり、これらのホールセンサは、モータのロータの位相が６０°変化するごとに信号が変化する。したがって、このホールセンサの信号変化に応じて通電パターンを変えて駆動させている。
図８は、ホールセンサによる検出状態と、通電状態とを示す説明図である。
この図に示すように、３個のホールセンサが出力するホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３は、それぞれ、ロータの１８０°の動きで、Ｈｉ／Ｌｏの出力が切り替わるもので、これらが相互に１２０°位相を異ならせて出力が変化する構成となっている。よって、各センサの出力の変化に基づいて、ロータの位相を図示のように６０°ごとに検出することができる。この６０°ごと変化を示す縦軸をポジション信号Ｐｓと呼ぶことにする。
このロータの位相に応じたポジション信号Ｐｓの入力に対応して、図において実線で示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に電流を＋、０，−と切り替えるようにすることで、通電する相を変化させる。
【０００３】
ところで、ロータに対して最も効率良く駆動力を与えることができるのは、磁束に対して電流が直交方向に流れる状態のときである。
それに対して、上記の１２０°通電方法では、６０°ごとに通電状態に切り替わるため、磁束に対して電流が直交方向に流れるのは６０°の回動範囲のうちの１角度のみである。
【０００４】
そこで、ブラシレスモータをより効率良く駆動させる方法として、ベクトル制御による正弦波駆動方法が知られている。この駆動方法は、ロータの位相に対して電流が常に直交方向に流れるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対して、図８において２点差線で示すような正弦波特性で通電する方法である。図示のような正弦波で通電を行えば、ロータを効率良く駆動させることができる。
【０００５】
さらに、このようなブラシレスモータを例えば、パワーステアリング装置などのように、人の操作力をアシストするように使用することがある。この場合、ハンドルなどのような操作部材に発生する反力トルクを検出し、この検出トルクに応じてモータに出力する電流指令値を上下させることも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の正弦波駆動方法によれば、ロータの位相を基準として通電を行うため、ロータの位相を正確に検出する必要がある。
したがって、ロータの位相を検出するための高価な位置センサが必要となる。
【０００７】
一方、前述のように６０°ごとでしか正確にロータの位相を検出することができない安価なホールセンサを用いてロータの位相を推定する技術も知られているが、この技術では、以下に述べるような問題が生じる。
ここで、まず、ホールセンサを用いたロータの位相推定について説明する。ホールセンサによるポジション信号Ｐｓは、図９においてＰｓ１〜Ｐｓ４で示すように、６０°ごとに切り替わる。そこで、この切り替わりの間隔時間Δｔを測定することでロータの角速度を推定することができる。
角速度（推定値）ω＝６０°／（切り替わり間隔時間Δｔ）
すなわち、図９に示すように、ホールセンサの出力が切り替わるごとにポジション信号Ｐｓが発生することから、ポジション信号Ｐｓが発生して次のポジション信号Ｐｓが発生するまでの時間Δｔを測定することで、その間のロータの角速度ωを求めることができる。
そこで、ポジション信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３が入力されるたびに、位相推定値をその絶対値である実位相に補正する補正処理を実行する。
また、ポジション信号Ｐｓが入力されてから次のポジション信号Ｐｓが入力されるまでは、角速度に基づいてロータの位相を推定する。つまり、今回のポジション信号Ｐｓ２が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ３が入力されるまでを例に挙げれば、前回のポジション信号Ｐｓ１と今回のポジション信号Ｐｓ２との切り替わり間隔時間Δｔ１から、前回角速度ω１を求め、今回ポジション信号Ｐｓ２が入力されてからの推定位相値を、この前回角速度ω１および経過時間により求める。この図示の例では、制御サイクルタイムが０．２５（ｍｓｅｃ）であることから、前回角速度ω１に制御サイクルタイムを乗じて変位量を求め、ポジション信号Ｐｓ２が得られたときのロータの位相の絶対値にこの変位量を足すことで位相推定値を求める。
【０００８】
しかしながら、この図９に示すように、角速度ωは、一定ではないことから、図示のように、切り替わり間隔時間Δｔ１の後の切り替わり間隔時間Δｔ２が長いというように、実際のロータの角速度が低下した場合、位相推定値が実位相に対して先行するズレが生じ、位相推定値が既に次のポジション信号Ｐｓ３が発生すべき値となっているのに、実位相がその位相に達していない状態となる。
これとは逆に、切り替わり間隔時間Δｔ２の後の切り替わり間隔時間Δｔ３が短いというように、実際のロータの角速度が上昇した場合、位相推定値が実位相に対して遅れるズレが生じ、位相推定値は次のポジション信号Ｐｓ４が発生すべき位相に達していないのに、次のポジション信号Ｐｓ４が入力される。
【０００９】
このように、実位相と位相推定値とが大きく離れた場合、磁束に対する通電方向が効率的な方向に対してズレてしまい、トルク不足が生じる。特に、ポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３との間のように実角速度が推定角速度よりも遅い場合は、この位相のズレが、最悪では６０°となる可能性がある。
このような位相のズレによるトルク出力への影響は、ｃｏｓ（ズレ角）倍であり、位相が６０°ずれた場合、出力トルクはｃｏｓ６０°倍＝１／２倍となる。
【００１０】
ところで、モータのトルクを操作力のアシストに用いる装置が、例えば、パワーステアリング装置や運搬装置などで知られている。このような装置は、操作者に対する負荷を検出する負荷検出手段を有していて、この負荷が目標値となるように、モータに対する電流指令値を制御している。すなわち、負荷が大きくなると、電流指令値を上昇させてモータによるアシスト力を上昇させ、逆に、負荷が小さくなれば、電流値指令値を低下させてモータによるアシスト力を低下させるよう制御する。
【００１１】
このように、モータのトルクをアシスト力として使用する装置において、上述のように、位相がずれてモータのトルク出力が低下した場合、モータによるアシスト力が低下する結果、負荷（トルク反力）が増大し、負荷検出手段の検出値が上昇する。そのため、通電制御手段は、この電流指令値を上昇させる。
図５は後述する実施の形態１および従来技術の作動例を示すタイムチャートであって、この図において区間（ｂ）は、位相推定値が実位相に先行するズレが生じている。
そして、この位相のズレを原因としてモータのトルクが低下すると、アシスト力不足を招いて負荷検出手段としてのトルクセンサが出力するトルク信号が上昇する。このため、電流指令値が上昇する。
その後、区間（ｃ）の始まりの時点で、ポジション信号Ｐｓ２が得られるため、位相推定値がこのポジション信号Ｐｓ２により得られる実位相に補正され、モータのロータに対してトルク効率の良い通電が成されることになる。すると、アシスト力不足を補うように上昇されていた電流指令値が過剰、すなわち、アシスト力が過剰となり、トルク信号Ｖｔが低下する。そこで、逆に電流指令値を低下させる制御を実行する。
このように、従来技術にあっては、位相推定値が実位相に先行する位相ズレと、ポジション信号が得られたときに、位相推定値を実位相に補正する補正処理とにより、過電流が出力されて、トルクが上下するハンチングが生じる。このような場合、操作者に違和感を与えることになる。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題に着目して成されたもので、１２０°通電法に用いるような安価なホールセンサを用いながらも、ポジション信号の変化と時間とを測定することで位相の推定を行うブラシレスモータ制御装置において、位相ズレを原因とした過電流によるハンチングを抑えて、制御品質の向上を図ることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、位相推定手段による推定ならびに位相検出手段の検出に基づいて、ロータの位相に効率的な正弦波でブラシレスモータのコイルへ通電する制御を実行するとともに、このコイルへの通電である電流指令値をトルク検出手段が検出するトルクに応じて変化させる通電制御手段を備えたブラシレスモータ制御装置において、
前記位相推定値が実位相に対して進む方向の位相ズレを検出する位相ズレ検出手段を設け、この位相ズレ検出手段が前記位相ズレを検出したときに、通電制御手段が、電流指令値を通常のトルクに応じた値である基準電流指令値に対して低下させる電流下げ処理を実行する構成とした。
【００１４】
したがって、位相推定値が実位相に先行する位相ズレが発生したときには、モータの効率が悪化して操作部材に対するモータのアシスト力が低下する結果、トルク不足となって負荷が増大し、トルク検出手段の検出トルクが上昇し、このとき検出トルクに応じて電流指令値を増加させるが、このとき、本発明では、通電制御手段が電流下げ処理を実行して、電流指令値を通常のトルクに応じた値である基準電流指令値に対して低下させる。このように、電流指令値を低下させると、モータが発生するトルクは、従来に比べると小さくなり、過剰アシストが抑制される。
その後、ロータが位相検出手段により実位相が検出される位相に達すると、位相補正手段により推定位相値が実位相に補正され、通電制御手段は、得られた実位相に対応した通電を実施するが、この直前で、上記電流下げ処理により電流指令値が低く抑えられているため、このように効率的なトルクが得られるようになった時点で、電流指令値が過剰となるのが防止される。
よって、位相ズレおよびその後の補正処理を原因とした過電流によるハンチングを抑えて、制御品質の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施の形態のブラシレスモータ制御装置について説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のブラシレスモータ制御装置を適用した電動油圧パワーステアリング装置を示す全体システム図である。
図において１はハンドルであり、このハンドル１は、継ぎ手２を介してラック＆ピニオン３に連結されている。これにより、運転者によるハンドル１の操作に連動して図外の前輪に連結されたシャフト４が左右（Ｘ方向）に変位して操舵が成される構成となっている。このハンドル１からシャフト４間での運転者の操作力を伝達する部材が、特許請求の範囲の操作部材に相当する。また、この実施の形態１では、ハンドル１に対する運転者の操作力が主操作力となる。
【００１６】
さらに、前記シャフト４には油圧シリンダ５が設けられている。この油圧シリンダ５は、ポンプ６の駆動に応じて左右の室５１，５２に油などの流体が供給および排出されることによりシャフト４にアシスト力を与える。
また、前記ポンプ６の駆動は、ブラシレスモータ（以下、モータという）７の回転により制御される。さらに、このモータ７の回転はコントロールユニット８により制御される。すなわち、モータ７の駆動により油圧シリンダ５によるハンドル操作力に対するアシスト力が決定される。
【００１７】
前記コントロールユニット８は、前記継ぎ手２の途中に設けられたトルクセンサ９からトルクセンサ信号Ｖｔを入力し、かつ、前記モータ７に設けられた位相検出手段としてのポジションセンサ７１からセンサ信号Ｓｓを入力して、位相推定を行うとともに、モータ７への通電を制御するもので、特許請求の範囲の位相推定手段並びに通電制御手段に相当する。
なお、前記ポジションセンサ７１は、従来技術で説明したように、図示を省略した３つのホールセンサを備え、各ホールセンサは、それぞれモータ７の図外のロータの位相が１８０°変化するごとにセンサ信号ＳｓのＨｉ／Ｌｏが切り替わるとともに、それぞれの位相が１２０°ずれたホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３を出力する構成となっている。
また、図１において、Ｔｈはハンドルトルク、θｈは舵角、Ｘｓはラックストローク、Ｔｐはピニオンギアトルク、θｐはピニオンギア角度、Ｆｐｓはアシスト反力、Ｖｔはトルクセンサ信号、Ｉｍｕ，Ｉｍｖ，Ｉｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）電流指令値、Ｖｍｕ，Ｖｍｖ，Ｖｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）モータ駆動指令電圧、Ｔｍはモータトルク、θｍはモータ位相、θＳｍはモータ位相推定値、Δθは制御サイクルごとの位相変化量推定値、Ｐｐｌ，Ｐｐｒはポンプ吐出圧力である。
【００１８】
次に、図２はコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
すなわち、前記コントロールユニット８には、トルク検出手段としてのトルクセンサ９からの信号に応じて検出トルクが大きくなると高くなるように基準電流指令値Ｉｍ０を演算する電流指令値演算器８１が設けられている。また、ポジションセンサ７１からの入力に基づいて後述のように図外のロータの角速度を推定する角速度推定器８２およびロータの位相を推定する位相推定器８３が設けられている。さらに、モータ７に出力されるモータ駆動指令電流を検出する電流検出器８４が設けられている。
そして、前記電流指令値演算器８１，角速度推定器８２，位相推定器８３，電流検出器８４からの信号に基づいて電流制御器８５がモータ駆動回路７２に制御信号（電流指令値Ｉｍ）を出力する構成となっている。
【００１９】
また、モータ駆動回路７２は、モータ７に設けられており、入力された電流指令値ＩｍによりＰＷＭ電流信号を発生させるＰＷＭ発生器７３を備え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に向けてベクトル制御用のモータ駆動指令電流を供給する構成となっている。
【００２０】
次に、図３はコントロールユニット８の角速度推定器８２によるモータ７の角速度推定および位相推定器８３による位相推定の処理流れを示すフローチャートであって、これは特許請求の範囲の位相推定手段による位相推定の処理流れを示すものである。
このフローチャートにより説明する前に、位相推定方法について説明する。
図８に基づいて前述したように、ポジションセンサ７１からの各ホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３のＨｉ／Ｌｏの切り替わりに基づいて得られるポジション信号Ｐｓによりポジションセンサ７１はロータの位相を６０°ごとに検出することができる。
したがって、ポジション信号Ｐｓが得られるたびに、その絶対値に基づいて、後述する推定位相値θＳｍを現在のロータ位相（実位相）に更新する。この更新はポジション信号Ｐｓが入力されるたびに割り込み処理で実行されるもので、これを本明細書では、補正処理と称し、この補正を実行する部分が位相補正手段である。
【００２１】
それに対して、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ（ｎ＋１）に切り替わるまでの間は、切り替わり間隔時間Δｔ（ｎ）の測定に基づいて位相の推定を行う。この推定は、図９により説明したとおり、前回の切り替わり間隔時間Δｔ１に基づいて、角速度推定器８２により前回角速度ω１を求め、この前回角速度ω１に基づいて、今回の時間経過とともに、モータ位置の推定を行う。
【００２２】
次に、この図３のフローチャートを説明する。
この図３のフローチャートに示す処理は、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されるたびに実行される。
まず、ステップ１０１では、モータ７が正回転であるか否かを判断し、正回転時にはステップ１０２に進み、逆回転であればステップ１０７に進む。
なお、このモータ７の回転方向は、本実施の形態では、電流検出器８４が検出するモータ駆動指令電流により検出するようにしているが、図外の舵角センサが検出するハンドル舵角θｈにより検出することもできる。
【００２３】
次に、ステップ１０２では、位相推定値θＳｍを演算する。
なお、この演算は、位相推定値θＳｍの前回値に制御サイクルごとの位相変化量Δθを加えることで求める。
すなわち、図９においてポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３の間の区間を例にとり説明すると、まず、ポジション信号Ｐｓ２が得られた時間で、モータ位置の絶対値（この場合、６０°）が得られる。そして、この位置６０°からの位相変化量Δθは、前回の切り替わり時間に基づいて得られた前回角速度ω１に制御サイクル時間（この例では、０．２５ｓｅｃとする）を乗じることで得られる。したがって、最初の位相変化量Δθ１は、ω１×０．２５ｓｅｃで得られる。
そして、次の制御サイクルが経過すれば、Δθ２＝ω１×０．２５×２となり、ｎ回の制御サイクル経過後の位相変化量Δθｎ＝ω１×０．２５×ｎとなる。
よって、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値（この場合、６０°）に位相変化量Δθ１を加えて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値に、位相変化量Δθｎを加えることで得られる。
【００２４】
次のステップ１０３では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に６０°（ｄｅｇ）を加えた値以上となったか否か判断し、この値に達しない場合にはステップ１０２に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値に達した場合には、ステップ１０４に進む。
すなわち、ステップ１０２において位相推定値θＳｍが得られるたびに、ステップ１０３に進んで、位相推定値θＳｍが、次回のポジション信号が得られる位相（上述の図Ｂの例では、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号Ｐｓ３が得られる位相である１２０°）を超えてないか判断するもので、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号が得られる位相となるまで、このステップ１０２と１０３の処理を繰り返す。
【００２５】
次の、ステップ１０４では、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号Ｐｓが得られる位相となっているのに、次回のポジション信号Ｐｓが得られない場合であり、位相推定値θＳｍが実位相に対して先行する方向のズレが発生していることを示す。従って、このステップ１０４の判断を行う部分が、特許請求の範囲の位相ズレ検出手段に相当する。
【００２６】
次に、ステップ１０５，１０６の処理は、ステップ１０２，１０３の処理に対して逆方向（数値としてマイナスとして現れる方向）に変位した場合の流れであって、考え方はステップ１０２，１０３と同様であるので簡単に説明する。
ステップ１０５では、位相推定値θＳｍを、前回の位相推定値θＳｍから制御サイクルごとの位相変化量Δθｎを差し引くことで求めることができる。
すなわち、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値から位相変化量Δθ１を差し引いて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値から位相変化量Δθｎを差し引くことで得られる。
【００２７】
次のステップ１０６では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値以下となったか否か判断し、この値以下にならない場合にはステップ１０５に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値以下になった場合には、ステップ１０４に進んで、位相ズレ判断処理を実行する。
【００２８】
以上説明した図３のフローチャートに示す処理は、前述したようにポジション信号Ｐｓが入力されるたびに実行されるものである。
したがって、実位相に対して位相推定値θＳｍが先行した場合に、ステップ１０４の位相ズレ判断処理が実行され、逆に、位相推定値θＳｍに対して実位相が先行した場合には、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号Ｐｓが入力されたときの絶対値に達する前に、この次回のポジション信号Ｐｓが入力されて、前述の推定位相値θＳｍを実位相とする補正処理が成される。
【００２９】
次に、本実施の形態の特徴である電流下げ処理について図４のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ２０１では、トルク検出手段としてのトルクセンサ９のトルク信号Ｖｔを読み込み、次のステップ２０２では、基準電流指令値Ｉｍ０を演算する。
このステップ２０１および２０２の処理は電流指令値演算器８１により行う。
【００３０】
次のステップ２０３では、位相ズレ発生か否か判断し、位相ズレ発生の場合にはステップ２０４に進み、位相ズレが発生していない場合にはステップ２０９に進む。なお、この位相ズレの判断は、前述の図３のステップ１０４の判断処理結果に基づいて行うものである。
【００３１】
次のステップ２０４では、モータ７の逆転が成されていないか否かを判断し、逆転が成されていない場合にはステップ２０５に進み、逆転が成された場合にはステップ２０９に進む。すなわち、操舵方向が逆転されてモータ７が逆転された場合、それまでのトルク検出値に基づく後述の電流下げ処理は不要となるため、このような判断を実行する。あるいは、アシスト力不足によりモータ７が逆転された場合も、後述の電流下げ処理を実行すると、よりアシスト力不足となるため、この判断を実行する。
なお、このモータ７の逆転判断は、ポジション信号Ｐｓに基づいて成される。これを前述の図９により説明すると、所定の回転角の絶対値を示すポジション信号Ｐｓ１→Ｐｓ２と進む正転が成されているときに、ポジション信号Ｐｓ２の次にポジション信号Ｐｓ３が入力されれば、モータ７は逆転されずに正転を続けていると判断できるが、ポジション信号Ｐｓ２が入力された後に、再びポジション信号Ｐｓ２が入力された場合には、モータ７は、途中から逆転したと判断することができる。本実施の形態では、このように、次にポジション信号Ｐｓが入力された時点で、モータ７の逆転を判断するものである。
【００３２】
次に、ステップ２０５では、トルク信号Ｖｔの絶対値の増加量が、後述のステップ２０８により実行される電流下げ処理の開始から設定値（ΔＶｔｌｉｍ）未満であるか否か判断し、設定値未満であればステップ２０６に進み、設定値（ΔＶｔｌｉｍ）を超えた場合にはステップ２０９に進む。すなわち、このステップ２０５では、後述の電流下げ処理によるアシスト力不足を防止するため、電流下げ処理を開始した後、検出トルクの絶対値の増加量が設定値（ΔＶｔｌｉｍ）を超えた場合には、電流下げ処理を実行しないようにしてアシスト力不足を防止している。
【００３３】
次のステップ２０６では、トルク信号Ｖｔの絶対値が減少から増加に転じたか否か判断し、減少から増加に転じた場合にはステップ２０９に進み、減少から増加に転じない場合にはステップ２０７に進む。すなわち、このステップ２０６では、電流下げ処理の終了判断を行っているもので、トルク信号Ｖｔが減少から増加に転じたときに、終了と判断してステップ２０９に進み、この終了判断が成されない場合には、ステップ２０７および２０８の電流下げ処理に進む。
【００３４】
ステップ２０７では、電流下げ率Ｋの演算を行う。すなわち、Ｋ＝Ｋｉｄとする。このＫｉｄとして、本実施の形態では、予め設定した固定値を用いるものとするが、この他に、トルク信号Ｖｔの絶対値や、電流検出器８４が検出する電流値に応じて決定するようにしてもよいし、あるいは、前述のステップ１０４による位相判断からの経過時間に基づいて決定するようにしてもよい。
続くステップ２０８では、基準電流指令値Ｉｍ０に電流下げ率Ｋを乗じて基準電流指令値Ｉｍ０よりも低い電流指令値Ｉｍを形成する電流下げ処理を実行する。
【００３５】
ステップ２０９では、電流指令値設定処理を行う。この電流指令値設定処理では、前記電流指令値演算器８１により設定された基準電流指令値Ｉｍ０をそのまま電流指令値Ｉｍとする。
【００３６】
次に、実施の形態１の作用について説明する。
まず、位相推定値θＳｍが実位相に先行する位相ズレが発生しない場合、すなわち、位相推定値θＳｍが実位相に対して遅れた場合、および位相推定値θＳｍと実位相とが一致している場合には、図３のフローチャートにおいて、ステップ１０４に進む前に割り込み絶対値補正が成されて、位相ズレ判断が成されない。
したがって、図４の電流下げフローチャートにおいて、ステップ２０１→２０２矢印２０３→２０９の流れとなって、通常のアシスト制御が実行される。
【００３７】
次に、位相推定値θＳｍが実位相に先行する位相ズレが発生した場合の作動例を、図５のタイムチャートにより説明する。なお、この作動例では、ハンドル１を正転方向に回動させているものとする。
区間（ａ）においてハンドル１を切り込み、その後の区間（ｂ）において実線で示す位相推定値θＳｍが点線で示す実位相に対して先行する位相ズレが発生すると、アシスト力不足によりトルク信号Ｖｔが上昇する。このトルク信号Ｖｔの増加に対応して、電流指令値演算部８１が電流指令値Ｉｍを上昇させる。
このように、区間（ｂ）において位相ズレが生じた場合、図のｔ１の時点において、位相推定値θＳｍが、切り替わり時（ＰＳ１入力時）の位相絶対値に６０°を加えた値に達するため、図３の位相推定フローでステップ１０１→１０２→１０３→１０４の流れとなり、位相ズレ判断が成される。そして、次のポジション信号Ｐｓ２が入力された時点、すなわち、区間（ｃ）の開始時点で、ハンドル１が正転を続けていてモータ７の逆転が無いことが判断されるため、図４のフローチャートにおいて、ステップ２０３→２０４→２０５の流れとなる。また、この時点では、トルク信号Ｖｔの変化量は制限値Ｖｔｌｉｍ未満であるとともに、トルクが減少から増加に転じていないことから、ステップ２０５→２０６→２０７の流れとなって、電流下げ率Ｋを演算した後、電流下げ処理を実行する。
この電流下げ処理により、区間（ｃ）では、電流指令値が、点線で示すトルク信号Ｖｔに基づく値よりも、実線で示すように低く出力される。
これにより、ハンドル１の反力を示すトルク信号Ｖｔは、図において点線で示す電流下げ処理を実行していない場合に比べて、同図において実線で示すように、過剰なアシストが抑えられて、ねらいとする値に近い値となる。
【００３８】
また、上述の電流下げ処理は、トルク信号Ｖｔの絶対値が減少から増加に転じた時点ｔ２において、ステップ２０６→２０９の流れとなって終了される。このステップ２０９では、電流指令値演算器８１においてトルク信号Ｖｔに基づいて演算された電流指令値Ｉｍ０をそのまま電流指令値Ｉｍとする処理が成される。このように、トルク信号Ｖｔが再び増加を始めた時点で電流下げ処理を終了することにより、ねらいとする値への高い収束性が得られる。
【００３９】
以上のように、電流下げ処理を実行するとともに、この電流下げ処理を的確な時期に終了することにより、トルク値Ｖｔをねらいとする値へ収束させることが可能となり、従来のような位相ズレおよび絶対値補正を原因とした過剰アシストによる反力のハンチングを防止することができ、操舵者に違和感を与えないようにすることができる。
【００４０】
また、電流下げ処理を実行した場合、トルクセンサ９が検出するトルク信号Ｖｔに対する適正値よりも電流を下げるため、アシスト力が低下する。このアシスト力の低下により上述のように、過剰なアシストを抑制するのであるが、万一、電流下げ処理によりアシスト力不足となった場合、以下のようにして電流下げ処理が終了されて、アシスト力不足を解消することができる。
すなわち、電流下げ処理を開始してからトルクが増加した場合、その値が設定値ΔＶｔｌｉｍを超えると、ステップ２０１〜２０５→２０９の処理となって、通常のアシスト制御に戻る。また、トルク不足によりモータ７が逆転した場合は、ステップ２０１〜２０４→２０９の処理となって、同様に、通常のアシスト制御に戻る。
【００４１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２のブラシレスモータ制御装置について説明する。この実施の形態２も、電動油圧パワーステアリング装置に適用している。
この実施の形態２は、位相推定を実行するにあたり、位相ズレが発生したときに位相推定値戻し処理を実行するようにした例である。
【００４２】
図６はコントロールユニット８の角速度推定器８２によるモータ７の角速度推定および位相推定器８３による位相推定の処理流れを示すフローチャートであって、実施の形態１と共通する処理については、実施の形態１と同じステップ番号を付けて説明を省略する。
ステップ１０３においてＹｅｓと判断された場合に進むステップ３０４では、位相ズレ判断を行うのに加えて、位相推定値戻し処理を実行する。
この位相推定値戻し処理は、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値に６０°を加えた値、（上述の絶対値６０°から１２０°までの推定にあっては、１２０°がこれに相当する）から、戻し変化量Δθｍを差し引く処理である。なお、この戻し変化量Δθｍは、本実施の形態では、上述のステップ１０２と同様に、前回角速度ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値（Δθｎ）を用いるものとするが、これに限られず、予め設定した値を用いてもよい。
【００４３】
次のステップ３０５では、ステップ３０４の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（すなわち、上述の絶対値６０°から１２０°までの推定における１／２となる中間値であり、以下、この値を中間値と称する）以下になったか否か判断し、この中間値以下になっていなければステップ３０４に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記中間値以下となればステップ３０６に進む。
そして、このステップ３０６では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定する処理を行う。
すなわち、ステップ１０３の時点で、次に得られるはずの位相絶対値（上記の例では１２０°）に一旦達していた位相推定値θＳｍは、ステップ３０４〜３０６の処理により、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（上記の例では９０°）に向けて戻され、最終的には、この切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定される。
【００４４】
次に、ステップ３０７〜３０９の処理は、ステップ３０４〜３０６の処理に対して逆方向（数値としてマイナスとして現れる方向）に変位した場合の流れであって、考え方はステップ３０４〜３０６と同様であるので簡単に説明する。
ステップ３０７では、位相ズレ判断を行うとともに、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値に、戻し変化量Δθｍを加える処理である、位相推定値戻し処理を実行する。この場合も、この戻し変化量Δθｍは、上述のステップ３０４と同様に、角速度推定値ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値を用いてもよいし、あるいは予め設定した値を用いてもよい。
【００４５】
次のステップ３０８では、ステップ３０７の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値以上になったか否か判断し、この値以上になっていなければステップ３０７に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記値以上となればステップ３０９に進む。
そして、このステップ３０９では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値に固定する処理を行う。
【００４６】
以上説明した図６のフローチャートに示す処理は、前述したようにポジション信号Ｐｓが入力されるたびに、割り込み処理されるものである。
したがって、実位相に対して位相推定値θＳｍが先行した場合に、ステップ３０４および３０７の以降の位相推定値戻し処理が実行され、また、この位相推定値戻し処理を実行している場合でも、前記中間値に達する前の時点で次回のポジション信号が入力されれば、次回の絶対値補正処理に進む。
すなわち、図９において前回の切り替わり間隔時間Δｔ１よりも今回の切り替わり間隔時間Δｔ２が長い場合、角速度推定値ω１に基づいて得られる位相推定値θＳｍは、次のポジション信号Ｐｓ３が入力される前に、このポジション信号Ｐｓ３が入力されたときの絶対値（１２０°）に達する。よって、このような場合に、位相推定値戻し処理が実行されることになる。
【００４７】
一方、ポジション信号Ｐｓ３が入力された後のように、切り替わり間隔時間Δｔ３がその前の切り替わり間隔時間Δｔ２よりも短い場合には、実位相が位相推定値θＳｍに対して先行して、この位相推定値θＳｍが、その次のポジション信号Ｐｓ４が入力されたときの絶対値（１８０°）に達する前に、ポジション信号Ｐｓ４が入力され、次回の割り込み処理により、改めて絶対値１８０°からの推定として成されることになる。
【００４８】
次に、実施の形態２の作用について説明する。
図７は、位相推定値戻し処理ならびに電流下げ処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。なお、これらのタイムチャートに示す作動例では、ハンドルを＋方向に切っている。
図では、区間（ａ）においてハンドルを切り込み、このとき負荷の変動などにより実角速度が減速した結果、次の区間（ｂ）において、図９の区間（Ｐｓ２−Ｐｓ３）のように実際の変位に対して位相推定値の方が進んで位相ズレが生じた場合を示している。
区間（ｂ）において、実位相と位相推定値との位相のズレにより、位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値＋６０°となった時点（ｔ１１）で、次のポジション信号（Ｐｓ１２）が発生していない場合、ステップ１０１→１０２→１０３→３０４（左右逆の場合は、ステップ１０１→１０５→１０６→３０７）の処理に基づいて位相推定値戻し処理を実行し、位相推定値θＳｍが減少することになる。また、この減少は、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に３０°を加えた値（これを中間値とする）となった時点で終了し、この中間値に維持する。
このように、位相推定値θＳｍを中間値まで戻す結果、図の区間（ｂ）では、位相推定値θＳｍは、点線で示す実位相に近づいた後、実位相をクロスして実位相よりも小さな値となっている。なお、位相推定値θＳｍが戻し制御により最大に戻された場合、３０°の中間値に達する。
【００４９】
以上のように、この図７の例では、位相推定値θＳｍは、最終的に実位相を超えて実位相よりも小さな値となるが、必ず、トルク効率が良いポイント、すなわち、位相推定値θＳｍと実位相とが一致するポイントをクロスしてから最大で前記中間値に達するものであり、かつ、この中間値というのは次の切り替わりタイミングのモータ位相に対して、従来の１２０°通電法と同等のトルクが得られるようになっている。すなわち、次のポジション信号Ｐｓ１２が入力される絶対値から３０°戻した中間位置というのは、実位相に対してプラス側マイナス側のいずれの方向に最大限にずれても、そのズレ角度が３０°となる。したがって、そのトルク出力は、ｃｏｓ３０°（≒０．８７）倍のトルクが得られるもので、これは、従来技術において最大に位相がずれた場合であるｃｏｓ６０°（＝１／２）倍に比べて効率的にトルクを得ることができる。
【００５０】
このため、実施の形態１のように位相推定値θＳｍを次のポジション信号Ｐｓ１２が入力されるときの絶対値に保つ場合に比べて、トルク信号Ｖｔが小さな値となるとともに、電流指令値も小さな値となり、従来のようなアシスト力不足を防ぐことができる。これにより、従来のような過電流の発生が防止される。
【００５１】
その後、図５の区間（ｃ）に示すように、ポジション信号Ｐｓ１２が入力されると、実位相が得られた時点で、位相推定値戻し処理を終了するとともに、実施の形態１と同様に、電流下げ処理を開始する。
【００５２】
ここで、この実施の形態２では、ステップ２０７の電流下げ率Ｋの演算を実行するにあたり、実位相と位相推定値θＳｍとのズレを演算し、このズレ量に基づいてこの電流下げ率Ｋを演算している。
このように区間（ｃ）において電流下げ処理を実行した結果、実施の形態１よりもさらに過剰アシストによる反力のハンチングを防止することができ、操舵者に違和感を与えないようにすることができる。
なお、実施の形態１と同様に、トルク信号Ｖｔが減少から増加に転じた時点ｔ１２で、電流下げ処理を終了する。
【００５３】
以上のように、実施の形態２では、位相検出手段として、６０°刻みで検出する安価なホールセンサを用いながら、位相推定値戻し処理を実行することにより実位相と位相推定値とのズレ幅を従来よりも小さく抑えることを可能とすることができ、かつ、電流下げ処理を実行することにより、過剰なアシストを防止することができる。これにより、安価な構成でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるとともに、パワーステアリング装置におけるトルク変動を抑えて、トルク制御品質の向上を図ることができる。
【００５４】
（別の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、以下のような別の実施形態に具体化することができる。以下の別の実施の形態において、上記実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。
例えば、実施の形態では、本発明のブラシレスモータ制御装置をパワーステアリング装置に適用した例を示したが、要は、ホールセンサによりモータ位相を検出しながら通電を制御し、かつ、操作部材のトルク検出値に基づいて電流指令値の高低を制御する装置であれば、物を移動させる運搬装置などのような他の装置にも適用することができる。
また、入力部材に入力される主操作力として、人の操作力を例に挙げたが、この主操作力として人力に限られず、他の動力源の動力が入力される構成であってもよい。
また、実施の形態では、ブラシレスモータ７はポンプ６の駆動源であり、入力部材に対するアシスト力は、油圧シリンダ５により発生するようにした構成を示したが、モータ７の駆動力が直接あるいは減速器を介して間接的に入力部材に入力させる構成としてもよい。
また、位相推定値戻し制御において、実施の形態では、次のポジション信号が入力される絶対値から３０°戻した中間位置に戻すようにしたが、これをどこまで戻すかは、これに限られず、実施の形態で示した中間値よりも次のポジション信号が得られたときの絶対値に近い値に設定してもよい。
また、実施の形態では、位相検出手段として、ホールセンサにより６０°刻みでロータ位相を検出する手段を示したが、この角度は６０°に限定されない。
【００５５】
（請求項以外の技術思想）
さらに、上記実施の形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００５６】
イ）請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記操作部材は、車両のハンドルから前輪へ向けて駆動伝達を行う操舵部材であり、
前記ブラシレスモータの駆動により、操舵部材に対してアシスト力が作用する構成であり、
前記トルク検出手段は、操舵反力を検出する手段であることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
したがって、本発明のブラシレスモータ制御装置は、車両の操舵力をアシストするいわゆるパワーステアリング装置として作動するものであり、位相ズレ発生時に過剰アシストによりトルク変動が生じると操舵者に違和感を与えるが、本発明では、このようなトルク変動を抑えて、操舵者にトルク変動による違和感を与えない装置を提供することができる。
【００５７】
ロ）請求項１またはイに記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記通電制御手段は、電流下げ処理の開始後、検出トルクの絶対値が減少から増加に転じた時点で電流下げ処理を終了する構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
このように、検出トルクが減少から増加に転じた時点で電流下げ処理を終了することで、ねらいとする値に対するモータによるアシストトルクの収束性を高めることができる。
【００５８】
ハ）請求項１またはイまたはロに記載のブラシレスモータ制御装置において、前記通電制御手段は、位相ズレが検出されても、その後、モータが逆転されたときには、電流下げ処理を実行しない構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
すなわち、操舵方向が逆転されてモータが逆転された場合、それまでのトルク検出値に基づく電流下げ処理は不要となるために、電流下げ処理を実行しないようにする。
あるいは、アシスト力不足によりモータが逆転されることもあり、このような場合に、電流下げ処理を実行すると、アシスト力不足を助長する。そこで、このような場合には、電流下げ処理を実行しないことで、アシスト力不足が助長されるのを防止するようにした。
【００５９】
ニ）請求項１またはイまたはロまたはハに記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記通電制御手段は、電流下げ処理の開始後、検出トルクの絶対値増加方向への変化量が所定値未満である場合には、電流下げ処理を終了する構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
すなわち、電流下げ処理を実行した場合、モータの駆動によるアシスト力が低下する。そこで、この電流下げ処理によりアシスト力不足となるのを防止するために、電流下げ処理を開始した後、検出トルクの絶対値の増加量が設定値を超えた場合には、アシスト力不足であると判断できるから、電流下げ処理を実行しないようにしてアシスト力不足を防止することができる。
【００６０】
ホ）請求項１またはイまたはロまたはハまたはニに記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記通電制御手段は、位相推定値と実位相とのズレ幅を求め、このズレ幅が大きいほど電流下げ率を大きくし、ズレ幅が小さいほど電流下げ率を小さくする電流下げ率決定処理を実行する構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
したがって、位相のズレ幅に応じた電流下げ量とすることができ、これにより位相ズレ幅に応じて過剰アシストを的確に防止して、トルク変動をより高い精度で抑えることができる。
【００６１】
ヘ）請求項１またはイまたはロまたはハまたはニまたはホに記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記位相推定手段は、位相推定値が前記次回検出位相に相当する値に達しているのに位相検出手段による次回検出位相の検出が成されない場合には、位相推定値を次回検出位相から今回検出位相側に所定量戻す位相推定値戻し処理を実行する構成であることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
したがって、位相推定値が実位相に先行する位相ズレが生じた場合、位相推定値戻し処理により、推定位相値が実位相に近づき、その結果、位相ズレを原因としたモータの出力トルク不足を軽減できる。
したがって、電流下げ制御との相乗効果により、過剰アシストによるトルク変動をいっそう防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１のブラシレスモータ制御装置を適用したパワーステアリング装置を示す全体システム図である。
【図２】実施の形態１のコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
【図３】実施の形態１における位相推定および位相ズレ検出の処理流れを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１における電流戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１において電流下げ処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。
【図６】実施の形態２における位相推定および位相戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２において電流下げ処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。
【図８】ホールセンサによる検出状態および通電状態を示す説明図である。
【図９】位相推定の説明図である。
【符号の説明】
７ ブラシレスモータ
８ コントロールユニット（位相推定手段、通電制御手段）
９ トルクセンサ（トルク検出手段）
７１ ポジションセンサ（位相検出手段）

Claims (1)

1. 主操作力が入力される入力部材と、
   この入力部材に対してアシスト用のトルクを作用させる作動を実行するとともに３相のコイルを有したブラシレスモータと、
   このブラシレスモータのロータの位相を所定角度刻みで検出する位相検出手段と、
   この位相検出手段の検出ならびに時間経過に基づいてロータの位相を推定する手段であって、位相検出手段が前回検出した位相である前回検出位相から今回検出した位相である今回検出位相に変位するのに要した時間から前回角速度を求め、前記今回検出位相から次回検出される次回検出位相の間でロータが前回角速度で回転していると見なして位相推定値を求める位相推定手段と、
   前記位相検出手段がロータの位相を検出するたびに、位相推定値を検出値に補正する位相補正手段と、
   前記入力部材に作用する反力を検出するトルク検出手段と、
   この位相推定手段による推定ならびに前記位相検出手段の検出に基づいて、ロータの位相に効率的な正弦波でコイルへ通電する制御を実行するとともに、このコイルに対する電流指令値を前記トルク検出手段が検出するトルクに応じて変化させる通電制御手段と、
   を備えたブラシレスモータ制御装置において、
   前記位相推定値が実位相に対して進む方向の位相ズレを検出する位相ズレ検出手段を設け、
   前記通電制御手段を、位相ズレ検出手段が前記位相ズレを検出したときに、電流指令値を通常のトルクに応じた値である基準電流指令値に対して低下させる電流下げ処理を実行する構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。

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