JP5250979B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にベクトル制御における電流指令値とモータ電流の位相差を、電流指令値の電気角に対して進角調整することで補償し、トルクリップルや振動・異音の発生を抑える電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

車両のステアリング装置を、モータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、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負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッション信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｈとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を、ベクトル制御方式について示すと図１２のようになる。ベクトル制御は、ロータマグネットの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し、各軸が９０度の関係にある各軸の電流を制御するもので、モータ２０は一般的にブラシレスＤＣモータが使用される。

コントロールユニット３０は電流指令値演算部２０４を具備しており、電流指令値演算部２０４はトルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｈを入力すると共に、ブラシレスＤＣモータ２０に取付けられたレゾルバ２０１の出力を、レゾルバディジタル変換回路（ＲＤＣ）２０２で変換された角度θ及び角速度ωを入力し、アシストマップ２１２を参照してｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びＩｑｒｅｆを演算する。

演算された電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆは減算部２０７−１及び２０７−２に入力され、減算部２０７−１及び２０７−２に対してモータ２０の実際のモータ電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出してフィードバック制御している。具体的には、電流検出器２０５−１及び２０５−２で２相のモータ電流Ｉａ及びＩｃを検出し、Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝０の関係にあることから、減算部２０７−３においてモータ電流Ｉｂを、Ｉｂ＝−（Ｉａ＋Ｉｃ）として算出する。このようにして算出された３相のモータ電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、ベクトル制御のため３相／２相変換部２０６に入力され、モータ２０の角度θに基づいて２相のモータ電流ｉｑ及びｉｄに変換される。

次に、モータ電流ｉｑ及びｉｄはそれぞれ減算部２０７−１及び２０７−２にフィードバックされ、減算部２０７−１で電流指令値Ｉｑｒｅｆとモータ電流ｉｑとの偏差ΔＩｑが算出され、減算部２０７−２で電流指令値Ｉｄｒｅｆとモータ電流ｉｄとの偏差ΔＩｄが算出される。これら偏差ΔＩｑ及びΔＩｄはＰＩ（比例積分）制御部２０８に入力され、ＰＩ制御された電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆが出力される。そして、実際のモータ２０には３相の電流を供給する必要があるので、電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆを２相／３相変換部２０９で３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに変換し、電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、ＶｃｒｅｆをＰＷＭ制御部２１０に入力する。ＰＷＭ制御部２１０は電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路２１１はこのＰＷＭ制御信号に基づきモータ２０に電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを供給し、偏差ΔＩｑ及びΔＩｄをそれぞれ０とするようにモータ２０を駆動制御する。

ここで、ブラシレスＤＣモータに対するＰＷＭ制御は、モータのロータ回転角度を検出するレゾルバやエンコーダ等に基づいて、ロータ角度に対応する通電相に通電することで、モータの回転を制御している。そして、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上するためには、つまりモータトルクリップルを低減するためには、モータが高速回転するときにも、モータ電流検出値が電流指令値に追従できるようにする必要がある。しかし、精度良くＰＷＭ制御を行うには、回転角検出センサの分解能を高くする必要があると共に、モータ回転数を上昇させると、コイルのインダクタンスの影響により位相差が発生する。この位相差の発生を解決するために、ロータの回転速度を検出する回転速度センサと、スイッチングによって電流量を検出する電流センサを設けて、実際に通電する進角量を決定するベクトル制御が行われている。しかし、一般的なベクトル制御では、制御回路に電流センサと、電流平滑用コンデンサ及びコイルが必要である。そのため、構成される部品点数が増大し、制御回路の構成が複雑化すると共に大型になり、製造コストが大きくなってしまう問題がある。

かかる問題を解決する方法として、例えば特許第３５０１３７０号公報（特許文献１）に示されるモータの制御方法がある。この特許文献１の方法では、目標とするモータの回転速度により、電圧と電流との位相差を推定し、検出したモータ回転速度と推定した位相差に対応する進角との関係から、出力トルクの過不足を判定し、進角補償の量を大きくしている。即ち、ロータ及びステータを有し、ステータが発生する磁束に伴いロータが軸中心に回転可能な同期モータを制御する方法であって、ロータの回転位置及び回転速度を検出する段階と、回転角度検出手段で検出したロータの回転速度から電圧と電流との位相差を推定する段階と、目標とするロータの回転速度と検出したロータの回転速度とを比較し、検出回転速度が目標回転速度よりも遅い場合には通電時の進角補償の量を大きくして回転速度を上昇し、検出回転速度が目標回転速度よりも早い場合には通電時の進角補償の量を小さくして回転速度を低下することにより、ロータの回転速度及び回転方向を制御する段階とを具備している。

また、本出願人による特開２００５−１９９７３５号公報（特許文献２）に示される電動パワーステアリング装置の制御装置では、実モータの情報（位置、角速度、電圧、電流、逆起電力など）と制御で使用する情報との遅れから発生する位相差によるトルクリップルや振動・異音の問題を解決するために、角速度に応じた位相差を簡易な演算である１次関数より求めて電気角に加算し、修正した電気角に基づいてベクトル制御における電流指令値の補償を行うようにしている。即ち、モータによるアシスト力を操舵系に付与するようになっているベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置の制御装置において、角速度に応じた位相差を求め、位相差を電気角に加算して修正電気角を算出し、修正電気角に基づいてベクトル制御における電流指令値生成の補償を行っている。
特許第３５０１３７０号公報 特開２００５−１９９７３５号公報

しかしながら、特許文献１のモータの制御方法では、モータの出力トルクの過不足を防ぐため、モータ回転速度を目標値に合わせるように進角補償している。つまり、目標トルクに合わせるような制御を採用するため、モータ回転速度を目標とするような調整方法は、トルク制御を行う電動パワーステアリング装置には適用できない問題がある。

また、特許文献２の電動パワーステアリング装置の制御装置では、位相差を補償する際、位相差が一定の遅れ量と角速度に比例することから、所定のオフセット量と１次関数で求めた進角を与えるように構成しているので、進角の演算を簡単に行うことができるが、補償の特性が直線的な補償となってしまう問題がある。

また、近年のモータ制御に用いられるＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）の処理能力の向上に伴い、精度を向上させた非直線的な補償値を演算して求めることが容易になって来ており、外的要因による位相差についても補償することが要請されている。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、モータ回転速度とモータ電流の位相差（位相遅れ）の関係を予め求めて、モータ電流の位相遅れを補償すると共に、外的要因により発生する位相差（位相誤差）にも対応できるようにすることで、トルクリップルや振動・異音の発生を抑えることができる信頼性の高い電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値により操舵系に操舵補助力を付与するモータを、ベクトル制御方式により駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値に対してモータ電流に発生する位相遅れを補償する進角マップを具備し、前記電流指令値に対するモータ電流の外的要因による位相誤差時間を検出する位相誤差検出手段を具備し、前記位相誤差検出手段が、前記電流指令値と前記モータ電流の電流波形を比較して前記位相誤差時間を検出するようになっており、前記位相誤差時間の検出は、前記電流指令値の零点交差の時間と前記モータ電流の零点交差の時間とを計測する事によって行い、前記進角マップ及び前記位相誤差時間に基づいて前記電流指令値を進角補償することにより達成される。

また、前記進角マップが、モータ回転速度に応じて前記位相遅れを補償する補償角度を、前記モータの電気角に付加するようになっていることにより、或いは前記補償角度が、前記モータ回転速度に応じて非直線特性となっていることにより、より効果的に達成される。

また、前記位相誤差時間、前記モータの回転速度及び前回進角誤差ゲインに基づいて進角誤差ゲインを算出する進角誤差ゲイン手段と、前記進角誤差ゲイン手段により算出される前記進角誤差ゲインを記憶保持するＫａ記憶手段とを具備することにより、或いは前記Ｋａ記憶手段及び前記進角誤差ゲイン手段は、前記位相誤差検出手段から出力される進角誤差ゲイン更新パルスを検出すると、前記進角誤差ゲインの記憶保持及び前記進角誤差ゲインの演算を行うようになっていることにより、或いは前記位相誤差検出手段は、検出される前記位相誤差時間と所定時間を比較し、前記所定時間よりも前記位相誤差時間が大きい、且つ前記モータ回転速度が所定回転速度より大きい場合に、前記進角誤差ゲイン更新パルスを出力するようになっていることにより、或いは前記Ｋａ記憶手段が前記進角誤差ゲイン更新パルスを検出すると、前記記憶保持した前記進角誤差ゲインを前回進角誤差ゲインに変換して記憶保持するようになっていることにより、或いは前記進角誤差ゲイン及び前記モータ回転速度に基づいて、誤差補償値を算出する進角補償演算手段を具備し、前記誤差補償値により前記電流指令値を進角補償することにより、或いは前記進角補償演算手段が、前記誤差補償値を前記モータの電気角に付加することで進角補償するようになっていることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータ回転速度とモータ電流の位相遅れの関係から予め求めることができる進角マップにより、電流指令値の電気角に対して進角補償しているので、確実に位相遅れを補償することができる。また、外的要因による電流指令値とモータ電流の位相誤差についても、検出される位相誤差に基づいて進角誤差ゲインを算出し、検出されるモータ回転速度に合わせて電流指令値の電気角に対して進角補償しているので、位相遅れ及び位相誤差によるトルクリップルや振動・異音の発生を抑えることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータ制御回路の閉ループの伝達関数に基づき、位相遅れとモータ回転速度の関係を進角マップとして予め求めておく。そして、検出されるモータ回転速度に応じて、進角マップにより電流指令値の電気角を進角補償し、モータ電流の位相遅れを補償する。更に、外的要因による位相誤差を補償するために、電流指令値とモータ電流との位相誤差を検出し、位相誤差を補償する誤差補償値を演算し、進角マップからの補償角度に加算して電流指令値の電気角を進角補償することにより、モータ電流の位相遅れ及び位相誤差を補償する。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の基本構成を示すブロック図である。操舵補助指令値演算部３１には、トルクセンサ１０から操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２から車速Ｖｈが入力され、操舵補助指令値演算部３１で演算された操舵電流目標値Ｉｔは最小値選択部３３に入力される。また、操舵補助指令値制限部３２には、供給電圧Ｖｒ及びモータ回転速度ｎが入力され、操舵補助指令値制限部３２で求められた電流指令制限値Ｉｒｅｆ＿ｌｉｍは最小値選択部３３に入力される。最小値選択部３３は、入力された操舵電流目標値Ｉｔと電流指令制限値Ｉｒｅｆ＿ｌｉｍとを比較し、小さい方を電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｍｉｎとして出力し、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｍｉｎをｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力する。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４では、入力された電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｍｉｎを基に、ベクトル制御におけるｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄ及びＩｑが演算され、電流指令値Ｉｄ及びＩｑは２相／３相変換部３５に入力される。そして、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは２相／３相変換部３５において２相／３相変換され、３相の電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ、Ｉｒｅｆ＿ｂ及びＩｒｅｆ＿ｃ（以下、単に「Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ」とする）が減算部３９Ａに入力される。モータ電流検出部３９Ｄにより検出されたモータ電流Ｉｍ＿ａ、Ｉｍ＿ｂ及びＩｍ＿ｃ（以下、単に「Ｉｍ＿ａｂｃ」とする）は減算部３９Ａに入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃと減算処理され、偏差ΔＩｒｅｆ＿ａｂｃがＰＩ（比例積分）制御部３６に入力される。ＰＩ制御された３相の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ａ、Ｖｒｅｆ＿ｂ及びＶｒｅｆ＿ｃ（以下、単に「Ｖｒｅｆ＿ａｂｃ」とする）はＰＷＭ制御部３７に入力され、電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ａｂｃに基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路３８はＰＷＭ制御信号に基づきモータ２０に電流を供給し、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃとモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃとの偏差ΔＩｒｅｆ＿ａｂｃが「０」となるようにモータ２０が駆動制御される。

また、モータ２０には回転センサとしてレゾルバ２０Ａが取付けられており、ＲＤＣ２０Ｂにより検出される角度θは、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４及び２相／３相変換部３５に入力される。

ここで、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、トルク一定式である下記数１に基づいて、ベクトル制御のｑ軸電流Ｉｑを、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ｍｉｎに基づいて求める。

ここで、Ｋｔはトルク定数、ｅ_ｑ及びｅ_ｄはモータ２０の逆起電圧を３相／２相変換したｑ軸成分及びｄ軸成分である。

また、２相／３相変換部３５は、電流指令値Ｉｄ及びＩｑに基づいて、２相／３相変換式である下記数２により３相の電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃを求める。

また、モータ電流検出部３９Ｄにより検出されるモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃが、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃを完全に追従しているような位相遅れの無い理想のトルクを出力する状態を、上記数１に基づいて表すと下記数３のようになる。

ここで、ｅ_ａｂｃはモータ２０のａ、ｂ及びｃ相の逆起電圧である。
つまり、上記数３の出力トルク式は、トルクリップルが発生しない理想のトルク式である。

次に、モータ回転速度とモータ電流の位相遅れの関係から進角マップを求め、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃを進角マップにより補償する本発明の原理を、以下に説明する。

前述したように、モータ回転速度が高速回転になるほど、モータの抵抗、コイルによるインダクタンスの影響、コントロールユニット（ＥＣＵ）の製造時のばらつきによる内部抵抗、モータ制御系における制御器のカットオフ周波数、その他の構成部への入出力による無駄時間等が位相遅れの要因となり、トルクリップルの発生原因となる。そこで、本発明では、予め推定することができる位相遅れに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの電気角θを進角補償し、モータ電流の位相遅れを補償する。つまり、制御系の電流指令値演算からモータに出力するまでの閉ループ回路の位相遅れ成分である伝達関数を予め求め、その伝達関数に従ってモータ電流の位相遅れを補償する。ここで、伝達関数による閉ループ回路の位相特性は図２のような特性を示す。

図２は、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの周波数が高くなると共に、位相差が大きくなる特性例を示す。つまり、モータ回転速度が高速回転になるほど、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃとモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃとの位相差が大きくなることを示している。図２の特性に基づいて得られる位相差と入力電流周波数の関係を、下記数４に示す。

ここで、θａは位相遅れ（ｄｅｇ）であり、進角補償する際の補償角度となる、ｆは入力周波数（Ｈｚ）である。入力周波数ｆとモータ回転速度ｎ［ｒｐｍ］の関係を、下記数５に示す。

ここで、ｐはモータ極対数である。
そして、上記数４及び数５からモータ回転速度ｎと位相遅れθａとの関係式が下記数６のように得られる。

例えば磁極を８つ備えたモータの場合、上記数６に対極数ｐ＝４と、検出されるモータ回転速度ｎとを代入して求まる位相差を、図３に示す。

図３は、モータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相が電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃに対して、モータ回転速度ｎの上昇に伴って「遅れ」が大きくなることを示していると共に、位相遅れの特性が非直線関係になることを示している。

また、位相遅れが発生している状態を図４に示す。図４はモータ回転速度ｎが上昇し、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａに位相遅れが発生している状態を具体的に示す特性図であり、モータ回転速度ｎ（１０００［ｒｐｍ］）におけるモータのａ相の第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の波形と、ａ相のモータ電流Ｉｍ＿ａの波形とを示し、モータ電流Ｉｍ＿ａの電流波形の位相が第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’と比較して、電気角で約２０度遅れている状態を示している。

ここで、図３の特性を予めマップ化（進角マップ）することで、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの電気角θを進角補償し、図４に示されるようなモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相遅れを補償することができる。そのため、本発明では、上記数１に基づいて算出される理想の電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃを第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とし、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃが同じ位相になるように設定される進角マップを予め求めておき、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの電気角θを進角補償する。即ち、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相遅れを、進角マップの補償角度θａにより進角補償された第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’によって補償する。

次に、本発明の外的要因（例えば温度変動等）により発生する第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃとの位相誤差を補償する原理を、以下に説明する。

上記数１〜数６は、温度変動等による外的要因には対応していない。つまり、前述した進角マップのみの進角補償では、モータ電流Ｉｍ＿ａｂｃが第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’を追従することができない場合がある。例えば、設計温度の場合には、進角マップにより位相遅れを補償することができるが、温度変動により発生する位相誤差の場合には、進角マップによる補償のみでは対応できないため、モータ電流Ｉｍ＿ａｂｃが第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’に追従することができない。

このような、モータ電流Ｉｍ＿ａが第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’に追従できない位相誤差が発生した状態を示すと、図５のようになる。図５は、温度変動により第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の０［Ａ］をとる点（以下、単に「零点交差点」とする）をｔ_０とし、モータ電流Ｉｍ＿ａの電流波形の零点交差点をｔ_１として、モータ電流Ｉｍ＿ａの位相が（ｔ_１−ｔ_０）だけ遅れている例を示している。

また、図６は、温度変動によりモータ電流Ｉｍ＿ａの電流波形の零点交差点がｔ_２に変化し、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の零点交差点がｔ_３に変化し、モータ電流Ｉｍ＿ａの位相が（ｔ_３−ｔ_２）だけ進んでいる例を示している。

ここで、温度変動に伴う電流制御系の特性変動による位相誤差の補償を行うために、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａとの位相誤差を検出する。例えば図５に示すように、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の零点交差点をｔ_０、モータ電流Ｉｍ＿ａの零点交差点をｔ_１として、零点交差点ｔ_０とｔ_１の位相誤差時間を計測し、位相誤差を求める。そして、零点交差点ｔ_０とｔ_１の位相誤差時間から下記数７を用いて進角誤差ゲインを求める。

ここで、Ｋａは進角誤差ゲイン、Ｋａ_{（ｉ−１）}は前回進角誤差ゲイン、ｎ^*は第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’が零点交差した時のモータ回転速度、σｔは第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の零点交差点ｔ_０とモータ電流Ｉｍ＿ａの零点交差点ｔ_１との位相誤差時間である。

また、上記数７により求められた進角誤差ゲインＫａに基づき、下記数８を用いて位相誤差を求める。

ここで、σθは特性変動による第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａの位相誤差を進角補償する際の誤差補償値、Ｋａは進角誤差ゲインである。つまり、外的要因による位相誤差が発生した場合には、零点交差の位相誤差時間σｔを検出し、上記数７に基づいて進角誤差ゲインＫａを求め、上記数８に基づいて、誤差補償値σθを求める。そして、誤差補償値σθにより、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの電気角θを進角補償して第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’’を求め、第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’によりモータ電流Ｉｍ＿ａの位相誤差を補償する。

このように、誤差補償値σθ及び前述した進角マップからの補償角度θａを加算して進角補償値として、電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃの電気角θを進角補償し、位相遅れ及び位相誤差を補償する。

上述した原理に基づいて、本発明の構成例を図７に示す。また、図７は図１の基本構成に対応しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４により演算されたｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ及びＩｑは、２相／３相変換部３５Ａ及び２相／３相変換部３５Ｂに入力され、２相／３相変換部３５Ａで演算された第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’は減算部３９Ａに入力される。一方、２相／３相変換部３５Ｂで演算された第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’は位相誤差検出手段４０に入力される。また、モータ電流検出部３９Ｄにより検出されたモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃは、減算部３９Ａに入力されると共に、位相誤差検出手段４０に入力される。第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’及びモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃを入力された位相誤差検出手段４０は、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃを比較して零点交差の位相誤差時間σｔを検出する。さらに、位相誤差検出手段４０は検出した位相誤差時間σｔを所定値と比較し、位相誤差時間σｔが所定値よりも大きい場合、位相誤差時間σｔ及び進角誤差ゲインＫａの情報を更新するため、進角誤差ゲインパルスＧｐを出力して、進角誤差ゲイン手段４３及びＫａ記憶手段４２に入力すると共に、検出した位相誤差時間σｔを進角誤差ゲイン手段４３に入力する。進角誤差ゲイン更新パルスＧｐを入力されたＫａ記憶手段４２は、記憶保持された進角誤差ゲインＫａ_（ｉ）を前回進角誤差ゲイン_{（ｉ−１）}に書換える。

一方、進角誤差ゲイン更新パルスＧｐを入力された進角誤差ゲイン算出手段４３は、Ｋａ記憶手段４２に記憶保持された前回進角誤差ゲインＫａ_{（ｉ−１）}を読込むと共に、入力された位相誤差時間σｔ及びモータ回転速度ｎに基づいて上記数７より進角誤差ゲインＫａを算出する。そして、進角誤差ゲイン手段４３により算出された進角誤差ゲインＫａはＫａ記憶手段４２に入力され、進角誤差ゲインＫａ_（ｉ）として記憶保持される。進角補償演算手段４４は、Ｋａ記憶手段４２から進角ゲインＫａを読込み、検出されるモータ回転速度ｎと上記数８に基づいて乗算処理し、誤差補償値σθを算出する。進角補償演算手段４４により算出された誤差補償値σθは、加算部３９Ｃに入力される。

進角マップ４１は、モータ回転速度ｎと位相遅れの関係を図３（或いは上記数６）に基づいてマップ化しており、検出されるモータ回転速度ｎに基づいて補償角度θａを加算部３９Ｃに入力する。加算部３９Ｃに入力された補償角度θａと誤差補償値σθは加算処理され、加算結果の進角補償角度ｈθは加算部３９Ｂに入力される。そして、加算部３９Ｂに入力された進角補償角度ｈθは、ＲＤＣ回路２０Ｂにより検出されるモータ２０の電気角θと加算処理され、進角補償された電気角（θ＋ｈθ）は２相／３相変換部３５Ａに入力される。そして、２相／３相変換部３５Ａにより位相遅れ及び位相誤差を進角補償された第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’が算出され、２相／３相変換部３５Ａの演算結果の第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’は減算部３９Ａに入力される。

このような構成において、その動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。

図３によるモータ回転速度ｎとモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相遅れの関係により、モータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相遅れを補償するようになっている進角マップ４１は、検出されたモータ回転速度ｎに応じて補償角度θａを加算部３９Ｃに入力する。

先ず、モータ回転速度ｎを検出して入力し（ステップＳ１１）、進角誤差ゲイン手段４３は、入力されたモータ回転速度ｎを所定値と比較し、モータ回転速度ｎが所定値より小さい場合にはステップＳ１１にリターンする（ステップＳ１２）。モータ回転速度ｎが所定値以上の場合、位相誤差検出手段４０は、モータ２０の任意の相を検出対照として第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’とモータ電流Ｉｍ＿ａｂｃの位相誤差を検出する（ステップＳ１３）。例えば第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａを検出対照とし、検出される第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａの電流波形に基づいて、零点交差の位相誤差時間σｔを検出する。位相誤差検出手段４０は、零点交差の時間を計測することによって位相誤差を検出するために、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’又はモータ電流Ｉｍ＿ａのどちらが先に零点交差したかを判定し（ステップＳ１４）、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’が先に零点交差した場合は、図５に示すように第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’が零点交差した時点ｔ_０から位相誤差時間σｔの計測を開始し（ステップＳ１５）、モータ電流Ｉｍ＿ａが零点交差した時点ｔ_１で計測を終了する（ステップＳ１６）。なお、差（ｔ_１−ｔ_０）の検出を行い、位相誤差時間σｔを検出するようにしても良い。そして、計測した位相誤差時間σｔに「正」の符号を付して位相誤差時間＋σｔとする（ステップＳ１７）。

一方、上記ステップＳ１４において、モータ電流Ｉｍ＿ａが先に零点交差した場合には、図６に示すようにモータ電流Ｉｍ＿ａが零点交差した時点ｔ_２から位相誤差時間σｔの計測を開始し（ステップＳ１８）、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’が零点交差した時点ｔ_３で計測を終了する（ステップＳ１９）。なお、差（ｔ_３−ｔ_２）の検出を行い、位相誤差時間σｔを検出するようにしても良い。そして、計測した位相誤差時間σｔに「負」の符号を付して位相誤差時間−σｔとする（ステップＳ２０）。

上述のように位相誤差時間＋σｔ又は−σｔが検出されると、位相誤差検出手段４０は検出される位相誤差時間｜σｔ｜を所定時間と比較し、位相誤差時間｜σｔ｜が所定時間以下の場合には上記ステップＳ１１にリターンし、位相誤差時間｜σｔ｜が所定時間よりも大きい場合は位相誤差を補償するため、進角誤差ゲイン手段４３及びＫａ記憶手段４２に進角誤差ゲイン更新パルスＧｐを出力すると共に、検出された位相誤差時間＋σｔ又は−σｔを進角誤差ゲイン手段４３に入力する（ステップＳ２２）。進角誤差ゲイン手段４３は、進角誤差ゲイン更新パルスＧｐが入力されると、Ｋａ記憶手段４２から前回進角誤差ゲインＫａ_{（ｉ−１）}を読込むと共に、入力される位相誤差時間＋σｔ又は−σｔに基づいて進角誤差ゲインＫａを上記数７により算出する（ステップＳ２３）。また、Ｋａ記憶手段４２は、進角誤差ゲイン更新パルスＧｐが入力されると、前回記憶された位相誤差ゲインＫａ_（ｉ）を前回位相誤差ゲインＫａ_{（ｉ−１）}に変更して記憶保持する（ステップＳ２４）。そして、進角誤差ゲイン手段４３により算出された進角ゲインＫａはＫａ記憶手段４２に入力され、進角ゲインＫａ_（ｉ）としてＫａ記憶手段４２により記憶保持される（ステップＳ２５）。進角補償演算手段４４は、Ｋａ記憶手段４２から進角誤差ゲインＫａ（進角誤差ゲインＫａ_（ｉ））を読込み、入力されたモータ回転速度ｎに基づき、上記数８により乗算処理して誤差補償値σθを算出する（ステップＳ２６）。

そして、進角補償演算手段４４により算出された誤差補償値σθは加算部３９Ｃに入力され、加算部３９Ｃにおいて進角マップ４１からの補償角度θａと加算処理され、位相遅れ及び位相誤差を補償する進角補償角度ｈθが加算部３９Ｂに入力される。加算部３９Ｂは進角補償角度ｈθとモータ２０の電気角θを加算処理し、加算結果である進角補償された電気角（θ＋ｈθ）を２相／３相変換部３５Ａに入力し、２相／３相変換部３５Ａにより進角補償された第２電流異指令値Ｉｒｅｆ＿ａｂｃ’’が生成される。

ここで、図９は図４において発生したモータ電流の位相遅れが、第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’’により補償されている状態を示す。つまり、モータ電流Ｉｍ＿ａと第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’の位相遅れが第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’’により補償されている状態を示している。

また、図１０は、図４において発生した位相遅れと、図５において発生した位相誤差の補償を行った例を示す。つまり、モータ電流Ｉｍ＿ａと第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’に発生した位相遅れ及び位相誤差が第２電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’’により補償されている状態を示している。

なお、誤差補償値σθにより位相誤差を補償している状態において、さらに温度変動等が発生し、位相誤差時間σｔ‘が発生した場合、進角誤差ゲイン算出手段４３は、誤差検出手段４０により検出される位相誤差時間σｔ’に基づいて、新たに進角誤差ゲインＫａを算出し、Ｋａ記憶手段４２に進角誤差ゲインＫａ_（ｉ）を入力し、Ｋａ記憶手段４２では、前回進角誤差ゲインＫａ_{（ｉ−１）}と新たに入力される進角誤差ゲインＫａ_（ｉ）に基づいて新たに誤差補償値σθを算出する。また、進角誤差ゲインＫａの更新の頻度について、温度変動による特性は、時間による慣性が大きく特性の変化が鈍いため、１８０度程度を更新の目安とする。また、Ｋａ記憶手段により記憶保持された前回進角誤差ゲインは、消去されるようにしても良い。また、位相誤差検出手段４０による位相誤差時間の検出方法の例として、電流値「０Ａ」の時を検出する零点交差による位相誤差時間の検出方法を説明したが、第１電流指令値Ｉｒｅｆ＿ａ’とモータ電流Ｉｍ＿ａとの位相誤差時間σｔを、所定の電流値により検出するようにしても良い。また、上述では、３相モータについて説明したが、相数は任意である。

なお、初期状態（電源投入時等）については、進角誤差ゲイン手段４３が進角誤差ゲインを“０”と設定するようにしても良い。

本発明に係る基本構成を示すブロック図である。 電流指令値の入力周波数と位相遅れの関係の一例を示す特性図である。 モータ回転速度と位相遅れの関係の一例を示す特性図である。 位相遅れが発生している状態を示す特性図である。 位相誤差が発生している状態を示す特性図である。 位相誤差が発生している別の状態を示す特性図である。 本発明に係る構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 位相遅れを補償している状態を示す特性図である。 位相遅れ及び位相誤差を補償している状態を示す特性図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
２０Ａ レゾルバ
３０ コントロールユニット
３１ 電流指令値演算部
３２ 操舵補助指令値制限部
３３ 最小値選択部
３５Ａ、３５Ｂ ２相／３相変換部
３９Ａ 減算部
３９Ｂ、３９Ｃ 加算部
３９Ｄ モータ電流検出部
４０ 位相誤差検出手段
４１ 進角マップ
４２ Ｋａ記憶手段
４３ 進角誤差ゲイン手段
４４ 進角補償演算手段

Claims (9)

1. 操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値により操舵系に操舵補助力を付与するモータを、ベクトル制御方式により駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記電流指令値に対してモータ電流に発生する位相遅れを補償する進角マップを具備し、前記電流指令値に対するモータ電流の外的要因による位相誤差時間を検出する位相誤差検出手段を具備し、
   前記位相誤差検出手段が、前記電流指令値と前記モータ電流の電流波形を比較して前記位相誤差時間を検出するようになっており、
   前記位相誤差時間の検出は、前記電流指令値の零点交差の時間と前記モータ電流の零点交差の時間とを計測する事によって行い、
   前記進角マップ及び前記位相誤差時間に基づいて前記電流指令値を進角補償することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記進角マップが、モータ回転速度に応じて前記位相遅れを補償する補償角度を、前記モータの電気角に付加するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記補償角度が、前記モータ回転速度に応じて非直線特性となっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記位相誤差時間、前記モータの回転速度及び前回進角誤差ゲインに基づいて進角誤差ゲインを算出する進角誤差ゲイン手段と、前記進角誤差ゲイン手段により算出される前記進角誤差ゲインを記憶保持するＫａ記憶手段とを具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記Ｋａ記憶手段及び前記進角誤差ゲイン手段は、前記位相誤差検出手段から出力される進角誤差ゲイン更新パルスを検出すると、前記進角誤差ゲインの記憶保持及び前記進角誤差ゲインの演算を行うようになっている請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記位相誤差検出手段は、検出される前記位相誤差時間と所定時間を比較し、前記所定時間よりも前記位相誤差時間が大きい、且つ前記モータ回転速度が所定回転速度より大きい場合に、前記進角誤差ゲイン更新パルスを出力するようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記Ｋａ記憶手段が前記進角誤差ゲイン更新パルスを検出すると、前記記憶保持した前記進角誤差ゲインを前回進角誤差ゲインに変換して記憶保持するようになっている請求項４乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
8. 前記進角誤差ゲイン及び前記モータ回転速度に基づいて、誤差補償値を算出する進角補償演算手段を具備し、前記誤差補償値により前記電流指令値を進角補償するようになっている請求項７に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
9. 前記進角補償演算手段が、前記誤差補償値を前記モータの電気角に付加することで進角補償するようになっている請求項８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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