JP7473125B2 - 電動モータ用制御装置、ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータ用制御装置、ステアリング装置に関する。

近年、電動モータを駆動する各相電流値のゼロクロス時において発生する電動モータからの振動を抑制する電動モータ用制御装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、デッドタイム補償演算手段は、各相電流指令値がゼロ値を含む所定範囲内にある場合には、デッドタイム補償量の加算又は減算によってデッドタイムを補償するデッドタイム補償を行わない電動モータ用制御装置が記載されている。

特開２０１２－６６７２８号公報

例えば、ステアリングホイールの操舵角度を０に保持して直進する場合には、路面や外乱等による微振動の影響により電動モータの目標トルクの方向が中立位置を跨いで頻繁に変化する場合がある。かかる場合には、電動モータに供給する目標電流についても、中立位置を跨いで頻繁に変化するため、デッドタイム補償に起因する電動モータからの振動が大きくなり、操舵フィーリングの悪化に繋がる。
本発明は、いかなる操舵状況においても、デッドタイム補償に起因する操舵フィーリングの悪化を抑制することができる電動モータ用制御装置等を提供することを目的とする。

かかる目的のもと完成させた本発明は、ｎ相の巻線を有する電動モータの制御装置であり、前記ｎ相の巻線それぞれに対応し、直列に接続された２つのスイッチング素子からなるｎ個のアームを有し、前記スイッチング素子の高電位側と、前記スイッチング素子の低電位側とを交互に切り替えることにより、対応する前記巻線に電流を供給して、前記電動モータを駆動させる駆動部と、前記駆動部に対して前記スイッチング素子の高電位側と前記スイッチング素子の低電位側との切り替えの際に各々のスイッチング素子をオフにするデッドタイムを考慮したＰＷＭ信号を出力する出力部と、前記電動モータに印加する三相交流の位相を進角補正するための補正角度を算出する補正部と、前記デッドタイムによる電圧不足分を補償する補償量を、前記補正部が算出した補正角度を用いて設定された前記巻線に供給される目標電流に基づいて決定する補償量決定部と、前記補正部が算出した補正角度を用いて前記巻線の目標電圧を算出する算出部と、前記補償量決定部が決定した前記補償量を前記算出部が算出した前記目標電圧に応じた制御量に加算して補償後の制御量を前記出力部に出力する加算部と、を備える電動モータ用制御装置である。

本発明によれば、いかなる操舵状況においても、デッドタイム補償に起因する操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。

実施の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図である。 制御装置の概略構成図である。 モータ駆動制御部の概略構成図である。 信号波、搬送波、制御信号の相関関係を示す図である。 要求出力と基準電流値との相関関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車１に適用した構成を例示している。なお、図１は、自動車１を前方から見た図である。

ステアリング装置１００は、自動車１の進行方向を変えるために運転者が操作する輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０それぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギヤボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギヤボックス１０７内にてトーションバー１１２を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギヤボックス１０７の内部には、トーションバー１１２の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギヤボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、電動モータ１１０の回転角度（機械角）に連動した回転角度信号を出力するレゾルバ１２０と、３相の巻線とを有する３相ブラシレスモータである。

また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車１に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車１の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０からの出力信号などが入力される。また、制御装置１０には、レゾルバ１２０からの回転角度信号が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、トルクセンサ１０９が検出した操舵トルクＴに基づいて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の駆動力（発生トルク）をピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の駆動力（発生トルク）が、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵をアシストする。

（制御装置１０）
図２は、制御装置１０の概略構成図である。
図３は、目標電流設定部２１、Ｆ／Ｂ制御部２２の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory）等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部２０と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３０と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部４０とを有している。また、制御装置１０は、レゾルバ１２０からの出力信号に基づいて電動モータ１１０の電気角θｅを算出する電気角算出部５０を有している。また、制御装置１０は、レゾルバ１２０からの出力信号に基づいて電動モータ１１０の回転速度（以下「モータ回転速度ωｍ」と称する場合がある。）を算出するモータ回転速度算出部５１を有している。

（モータ駆動制御部２０）
モータ駆動制御部２０は、電動モータ１１０に供給する目標電流を設定する目標電流設定部２１を有している。また、モータ駆動制御部２０は、目標電流設定部２１にて設定された目標電流と、モータ電流検出部４０にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部２２とを有している。また、モータ駆動制御部２０は、Ｆ／Ｂ制御部２２からの出力値に基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部２３を有している。
目標電流設定部２１、Ｆ／Ｂ制御部２２及びＰＷＭ信号生成部２３については後で詳述するが、目標電流設定部２１、Ｆ／Ｂ制御部２２及びＰＷＭ信号生成部２３は、それぞれ、予め定められた制御周期で（例えば１ミリ秒ごとに）、後述する処理を繰り返し実行する。

（モータ駆動部３０）
モータ駆動部３０は、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換して、電動モータ１１０に供給するためのインバータ回路である。モータ駆動部３０は、ブリッジ回路により構成され、複数組のスイッチング素子として６個の独立したトランジスタ３１～３６を備えている。モータ駆動部３０は、電動モータ１１０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のそれぞれについて一対のトランジスタを有している。具体的には、Ｕ相用のトランジスタ３１及びトランジスタ３２、Ｖ相用のトランジスタ３３及びトランジスタ３４、Ｗ相用のトランジスタ３５及びトランジスタ３６を有している。トランジスタ３１及至３６には並列にダイオードが夫々接続されている。トランジスタ３１，３３，３５のエミッタと、トランジスタ３２，３４，３６のコレクタとが、電動モータ１１０の各相のコイルにそれぞれ接続されている。また、トランジスタ３１，３３，３５のコレクタは電源の正極側ラインと接続され、トランジスタ３２，３４，３６のエミッタは電源の負極側（アース）ラインと接続されている。トランジスタ３１～３６のそれぞれは、モータ駆動制御部２０から出力される制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦ動作する。
このように、モータ駆動部３０は、ｎ相（本実施形態においては３相）の巻線それぞれに対応し、直列に接続された２つのスイッチング素子からなるｎ個のアームを有し、スイッチング素子の高電位側（上アーム）と、スイッチング素子の低電位側（下アーム）とを交互に切り替えることにより、対応する巻線に電流を供給して、電動モータ１１０を駆動させる。

（モータ電流検出部４０）
モータ電流検出部４０は、電動モータ１１０のＵ相に実際に流れる電流であるＵ相実電流Ｉｕａを検出するためのＵ相電流検出部４１と、電動モータ１１０のＶ相に実際に流れる電流であるＶ相実電流Ｉｖａを検出するためのＶ相電流検出部４２と、電動モータ１１０のＷ相に実際に流れる電流であるＷ相実電流Ｉｗａを検出するためのＷ相電流検出部４３とを有している。Ｕ相電流検出部４１、Ｖ相電流検出部４２及びＷ相電流検出部４３は、それぞれ電動モータ１１０のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧から各相に流れる実電流の値を検出する。

（目標電流設定部２１）
目標電流設定部２１は、ｄ－ｑ座標系のｑ軸目標電流Ｉｑｔを設定するｑ軸目標電流設定部２１１と、ｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流Ｉｄｔを設定するｄ軸目標電流設定部２１２とを有している。
ｑ軸目標電流設定部２１１は、トルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴと、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃとに基づいてｑ軸目標電流Ｉｑｔを設定する。操舵トルクＴがプラスである場合にはｑ軸目標電流Ｉｑｔはプラス、操舵トルクＴがマイナスである場合にはｑ軸目標電流Ｉｑｔはマイナスとすることを例示することができる。また、ｑ軸目標電流Ｉｑｔは、操舵トルクＴの絶対値が同じである場合には、車速Ｖｃが低速であるほどｑ軸目標電流Ｉｑｔの絶対値が大きくなる。
ｄ軸目標電流設定部２１２は、ｑ軸目標電流設定部２１１が設定したｑ軸目標電流Ｉｑｔと、モータ回転速度算出部５１が算出したモータ回転速度ωｍとに基づいてｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流Ｉｄｔを算出する。

（Ｆ／Ｂ制御部２２）
Ｆ／Ｂ制御部２２は、図３に示すように、モータ電流検出部４０によって検出された電流をｄ－ｑ座標系の電流に変換する３相２軸変換部２２１を有している。３相２軸変換部２２１には、モータ電流検出部４０にて検出されたＵ相実電流Ｉｕａ，Ｖ相実電流Ｉｖａ，Ｗ相実電流Ｉｗａ、及び、電気角算出部５０にて算出された電気角θｅが入力される。そして、３相２軸変換部２２１は、予め定められた式に従って、Ｕ相実電流Ｉｕａ，Ｖ相実電流Ｉｖａ，Ｗ相実電流Ｉｗａをｄ－ｑ座標系の値であるｄ軸実電流Ｉｄａとｑ軸実電流Ｉｑａとに変換し、変換したｄ軸実電流Ｉｄａ，ｑ軸実電流Ｉｑａを出力する。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、目標電流設定部２１にて設定されたｄ軸目標電流Ｉｄｔから、３相２軸変換部２２１にて算出されたｄ軸実電流Ｉｄａを減算するｄ軸減算部２２２ｄを有している。また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、目標電流設定部２１にて算出されたｑ軸目標電流Ｉｑｔから、３相２軸変換部２２１にて設定されたｑ軸実電流Ｉｑａを減算するｑ軸減算部２２２ｑを有している。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、ｄ軸減算部２２２ｄにて算出された偏差（Ｉｄｔ－Ｉｄａ）に基づいてｄ軸目標電流Ｉｄｔとｄ軸実電流Ｉｄａとが一致するようにＰＩ（比例積分）制御を行い、ｄ軸目標電圧Ｖｄｔを算出するｄ軸ＰＩ制御部２２３ｄを有している。また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、ｑ軸減算部２２２ｑにて算出された偏差（Ｉｑｔ－Ｉｑａ）に基づいてｑ軸目標電流Ｉｑｔとｑ軸実電流Ｉｑａとが一致するようにＰＩ（比例積分）制御を行い、ｑ軸目標電圧Ｖｑｔを算出するｑ軸ＰＩ制御部２２３ｑを有している。

ｄ軸減算部２２２ｄ，ｑ軸減算部２２２ｑおよびｄ軸ＰＩ制御部２２３ｄ，ｑ軸ＰＩ制御部２２３ｑは、電動モータ１１０に供給する目標電流（ｄ軸目標電流Ｉｄｔ，ｑ軸目標電流Ｉｑｔ）と電動モータ１１０に供給される実電流（ｄ軸実電流Ｉｄａ，ｑ軸実電流Ｉｑａ）との偏差が零となるようにフィードバック制御を行う。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、ｄ軸ＰＩ制御部２２３ｄ，ｑ軸ＰＩ制御部２２３ｑにて算出されたｄ軸目標電圧Ｖｄｔ，ｑ軸目標電圧Ｖｑｔを、３相交流座標系のＵ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｔに変換する第一２軸３相変換部２２４を有している。第一２軸３相変換部２２４には、ｄ軸ＰＩ制御部２２３ｄ，ｑ軸ＰＩ制御部２２３ｑにて算出されたｄ軸目標電圧Ｖｄｔ，ｑ軸目標電圧Ｖｑｔ、後述する進角補正部２２６にて算出された補正角度θｃが入力される。そして、第一２軸３相変換部２２４は、ｄ軸目標電圧Ｖｄｔ、ｑ軸目標電圧Ｖｑｔ、補正角度θｃを、例えば予め定められた式に代入することにより、Ｕ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｔに変換し、変換したＵ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｔを出力する。以下、Ｕ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ及びＷ相目標電圧Ｖｗｔを、区別して表現する必要がない場合には、これらをまとめてｘ相目標電圧Ｖｘｔと称する場合もある。なお、ｘは、Ｕ、Ｖ及びＷのいずれかである。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔ，ｑ軸目標電流Ｉｑｔを、３相交流座標系のＵ相目標電流Ｉｕｔ，Ｖ相目標電流Ｉｖｔ，Ｗ相目標電流Ｉｗｔに変換する第二２軸３相変換部２２５を有している。第二２軸３相変換部２２５には、目標電流設定部２１にて設定されたｄ軸目標電流Ｉｄｔ，ｑ軸目標電流Ｉｑｔ、後述する進角補正部２２６にて算出された補正角度θｃが入力される。そして、第二２軸３相変換部２２５は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔ、ｑ軸目標電流Ｉｑｔ、補正角度θｃを、例えば予め定められた式に代入することにより、Ｕ相目標電流Ｉｕｔ，Ｖ相目標電流Ｉｖｔ，Ｗ相目標電流Ｉｗｔに変換し、変換したＵ相目標電流Ｉｕｔ，Ｖ相目標電流Ｉｖｔ，Ｗ相目標電流Ｉｗｔを出力する。以下、Ｕ相目標電流Ｉｕｔ，Ｖ相目標電流Ｉｖｔ及びＷ相目標電流Ｉｗｔを、区別して表現する必要がない場合には、これらをまとめてｘ相目標電流Ｉｘｔと称する場合もある。なお、ｘは、Ｕ、Ｖ及びＷのいずれかである。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、電動モータ１１０の電気角を進角補正して補正角度θｃを算出する進角補正部２２６を有している。進角補正部２２６には、電気角算出部５０で算出された電気角θｅ、モータ回転速度算出部５１で算出されたモータ回転速度ωｍが入力される。そして、本実施の形態に係る進角補正部２２６は、以下の式（１）を用いて補正角度θｃを算出する。
補正角度θｃ＝電気角θｅ＋係数α×（モータ回転速度ωｍ×制御周期）・・・（１）

なお、係数αは、予め定められた値である。係数αは、１～１．５であることを例示することができる。これは、Ｆ／Ｂ制御部２２が、電気角算出部５０で算出された電気角θｅを取得してから、この電気角θｅを用いて設定するｘ相補償後電圧ＶｘｒをＰＷＭ信号生成部２３に対して出力するまでに１制御周期分の遅れと、ＰＷＭ信号生成部２３が電動モータ１１０への電圧制御を実行する処理による電圧がモータ駆動部３０に反映されるまでの遅れを考慮したものである。
また、進角補正部２２６は、補正角度θｃを０～３６０度の範囲に限定する機能を有している。つまり、進角補正部２２６は、式（１）を用いて算出された補正角度θｃが３６０度を超えた場合には、式（１）を用いて算出された値から３６０を減算した値を補正角度θｃとする。

また、Ｆ／Ｂ制御部２２は、第一２軸３相変換部２２４から出力されたｘ相目標電圧Ｖｘｔと、第二２軸３相変換部２２５から出力されたｘ相目標電流Ｉｘｔとに基づいて、デッドタイムを補償するデッドタイム補償部３００を有している。デッドタイム補償部３００は、Ｕ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｔを補償した後の目標電圧であるＵ相補償後電圧Ｖｕｒ，Ｖ相補償後電圧Ｖｖｒ，Ｗ相補償後電圧Ｖｗｒを出力する。Ｕ相補償後電圧Ｖｕｒ，Ｖ相補償後電圧Ｖｖｒ及びＷ相補償後電圧Ｖｗｒを、区別して表現する必要がない場合には、これらをまとめてｘ相補償後電圧Ｖｘｒと称する場合もある。なお、ｘは、Ｕ，Ｖ及びＷのいずれかである。
デッドタイム補償部３００については後で詳述する。

（ＰＷＭ信号生成部２３）
図４は、信号波、搬送波、制御信号Ｐ１～Ｐ６の相関関係を示す図である。
ＰＷＭ信号生成部２３は、Ｕ相補償後電圧Ｖｕｒ，Ｖ相補償後電圧Ｖｖｒ，Ｗ相補償後電圧Ｖｗｒに対応するように、トランジスタ３１～３６のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御信号Ｐ１～Ｐ６を生成する。ＰＷＭ信号生成部２３は、Ｕ相補償後電圧Ｖｕｒ，Ｖ相補償後電圧Ｖｖｒ，Ｗ相補償後電圧Ｖｗｒの信号波と、搬送波である三角波ＰＨ１，ＰＨ２との比較に基づき制御信号Ｐ１～Ｐ６を生成する。ＰＷＭ信号生成部２３は、上下にシフトされた位相の等しい二つの三角波ＰＨ１，ＰＨ２（ＰＨ１＞ＰＨ２）を用いることにより、短絡（デッドショート）による貫通電流の発生を回避するためのデッドタイムＴｄを設定する。

より具体的には、ＰＷＭ信号生成部２３は、上側に位置する三角波ＰＨ１の値よりもｘ相補償後電圧Ｖｘｒの方が大きい場合には、ｘ相に対応する高電位側のトランジスタ３１，３３，３５をＯＮさせ、小さい場合には、各トランジスタ３１，３３，３５をＯＦＦさせるような制御信号Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５を生成する。また、ＰＷＭ信号生成部２３は、下側に位置する三角波ＰＨ２の値よりもｘ相補償後電圧Ｖｘｒの方が小さい場合には、ｘ相に対応する低電位側のトランジスタ３２，３４，３６をＯＮさせ、大きい場合には、各トランジスタ３２，３４，３６をＯＦＦさせるような制御信号Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６を生成する。これにより、ＰＷＭ信号生成部２３は、各相の高電位側のトランジスタ及び低電位側のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦの切り替え時に、各相の高電位側のトランジスタ及び低電位側のトランジスタが共にＯＦＦとなるデッドタイムＴｄを設ける。

なお、上述したＰＷＭ信号生成部２３は、上下にシフトされた位相の等しい二つの三角波ＰＨ１，ＰＨ２を用いてデッドタイムを設定しているが、特にかかる態様に限定されない。ＰＷＭ信号生成部２３は、他の方法にてデッドタイムＴｄを設定しても良い。例えば、ＰＷＭ信号生成部２３は、以下のようにしてデッドタイムＴｄを設定しても良い。一つの三角波（例えば上記三角波ＰＨ１）を用い、この三角波の値よりもｘ相補償後電圧Ｖｘｒの方が大きくなったときに、低電位側のトランジスタ３２，３４，３６の内、ｘ相に対応するトランジスタをＯＦＦさせ、このトランジスタをＯＦＦさせたときから予め定められたデッドタイムＴｄ後に、高電位側のトランジスタ３１，３３，３５の内、ｘ相に対応するトランジスタをＯＮさせる。その後、この三角波の値よりもｘ相補償後電圧Ｖｘｒの方が小さくなったときに、高電位側のトランジスタ３１，３３，３５の内、ｘ相に対応するトランジスタをＯＦＦさせ、このトランジスタをＯＦＦさせたときから予め定められたデッドタイムＴｄ後に、低電位側のトランジスタ３２，３４，３６の内、ｘ相に対応するトランジスタをＯＮさせる。

（デッドタイム補償部３００）
デッドタイム補償部３００は、図３に示すように、補償量Ｒを決定する補償量決定部３１０を有している。また、デッドタイム補償部３００は、補償量決定部３１０が決定した補償量Ｒと、ｘ相目標電圧Ｖｘｔと、を用いて補償後の目標電圧であるｘ相補償後電圧Ｖｘｒを算出する補償後電圧算出部３２０を有している。

図５は、要求出力Ｏｄと基準電流値Ｉｂとの相関関係を示す図である。
補償量決定部３１０は、モータ回転速度算出部５１が算出したモータ回転速度ωｍとトルクセンサ１０９が検出した操舵トルクＴとを用いて、電動モータ１１０に要求される要求出力Ｏｄを推定するとともに、要求出力Ｏｄを考慮して補償量Ｒを決定する。

補償量決定部３１０は、先ず、モータ回転速度算出部５１が算出したモータ回転速度ωｍの絶対値｜ωｍ｜とトルクセンサ１０９が検出した操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜とを乗算することにより得た乗算値｜ωｍ｜×｜Ｔ｜を用いて要求出力Ｏｄの大小を推定する。本実施の形態においては、要求出力Ｏｄ＝乗算値｜ωｍ｜×｜Ｔ｜として、乗算値｜ωｍ｜×｜Ｔ｜が大きいほど要求出力Ｏｄが大きいと推定する。つまり、モータ回転速度ωｍの絶対値｜ωｍ｜が大きく、かつ、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が大きいほど、要求出力Ｏｄが大きいと推定し、モータ回転速度ωｍの絶対値｜ωｍ｜が小さく、かつ、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が小さいほど、要求出力Ｏｄが小さいと推定する。なお、補償量決定部３１０は、モータ回転速度算出部５１からの出力信号の値（例えば電圧値）と、トルクセンサ１０９からの出力信号の値（例えば電圧値）とを用いて要求出力Ｏｄを推定しても良い。また、補償量決定部３１０は、モータ回転速度算出部５１が算出したモータ回転速度ωｍの絶対値｜ωｍ｜と、トルクセンサ１０９が検出した操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜との、いずれか一方の値を用いて要求出力Ｏｄの大小を推定しても良い。例えば、補償量決定部３１０は、モータ回転速度ωｍの絶対値｜ωｍ｜を用いて要求出力Ｏｄの大小を推定する場合には、絶対値｜ωｍ｜が大きいほど要求出力Ｏｄが大きいと推定し、絶対値｜ωｍ｜が小さいほど要求出力Ｏｄが小さいと推定しても良い。また、補償量決定部３１０は、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜を用いて要求出力Ｏｄの大小を推定する場合には、絶対値｜Ｔ｜が大きいほど要求出力Ｏｄが大きいと推定し、絶対値｜Ｔ｜が小さいほど要求出力Ｏｄが小さいと推定しても良い。

そして、補償量決定部３１０は、図５に示すような要求出力Ｏｄと、基準値の一例としての基準電流値Ｉｂとの相関関係に基づく制御マップや算出式に、要求出力Ｏｄを代入することにより基準電流値Ｉｂを決定する。
図５に示した制御マップにおいては、要求出力Ｏｄが予め定められた所定要求出力Ｏｄ０より大きい場合には基準電流値Ｉｂは０となるように設定されている。また、要求出力Ｏｄが、０以上所定要求出力Ｏｄ０以下である場合には、基準電流値Ｉｂは、要求出力Ｏｄが大きくなるのに従って、予め定められた所定電流値Ｉ１から０まで減少するように設定されている。なお、所定要求出力Ｏｄ０は、例えば、ステアリングホイール１０１の操舵角度を０に保持して直進するセンター保持時に要求される要求出力よりも大きな値であって、旋回時に要求される要求出力よりも小さな値であることを例示することができる。

補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔが基準電流値Ｉｂよりも大きい場合（Ｉｘｔ＞Ｉｂ）には、補償量Ｒを、予め定められた所定補償量の一例としての所定電圧Ｖｒに決定する（Ｒ＝Ｖｒ）。
また、補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔが基準電流値Ｉｂに－１を乗算した値－Ｉｂよりも小さい場合（Ｉｘｔ＜－Ｉｂ）には、補償量Ｒを、所定電圧Ｖｒに－１を乗算した値－Ｖｒに決定する（Ｒ＝－Ｖｒ）。
また、補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔが０である場合（Ｉｘｔ＝０）には、補償量Ｒを０に決定する（Ｒ＝０）。

そして、補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔが０より大きくて基準電流値Ｉｂ以下である場合（０＜Ｉｘｔ≦Ｉｂ）、及び、ｘ相目標電流Ｉｘｔが基準電流値Ｉｂに－１を乗算した値－Ｉｂ以上０未満である場合（－Ｉｂ≦Ｉｘｔ＜０）には、補償量Ｒを以下の値に決定する。すなわち、補償量決定部３１０は、所定電圧Ｖｒを基準電流値Ｉｂで除算した値にｘ相目標電流Ｉｘｔを乗算した値を補償量Ｒとして決定する（Ｒ＝Ｖｒ／Ｉｂ×Ｉｘｔ）。

補償後電圧算出部３２０は、補償量決定部３１０が決定した補償量Ｒを、ｘ相目標電圧Ｖｘｔに加算することによりｘ相補償後電圧Ｖｘｒを算出する（Ｖｘｒ＝Ｖｘｔ＋Ｒ）。
なお、電流の符号が＋である場合に電動モータ１１０を一方の回転方向に回転させ、電流の符号が－である場合に電動モータ１１０を他方の回転方向に回転させる。

以上のように構成されたデッドタイム補償部３００は、要求出力Ｏｄが所定要求出力Ｏｄ０よりも大きい場合には、基準電流値Ｉｂは０であることから、ｘ相目標電流Ｉｘｔが０よりも大きい場合（Ｉｘｔ＞０）には、ｘ相補償後電圧Ｖｘｒは、ｘ相目標電圧Ｖｘｔに所定電圧Ｖｒを加算した値になる（Ｖｘｒ＝Ｖｘｔ＋Ｖｒ）。他方、ｘ相目標電流Ｉｘｔが０よりも小さい場合（Ｉｘｔ＜０）には、ｘ相補償後電圧Ｖｘｒは、ｘ相目標電圧Ｖｘｔに、所定電圧Ｖｒに－１を乗算した値－Ｖｒを加算した値になる（Ｖｘｒ＝Ｖｘｔ－Ｖｒ）。これにより、ｘ相目標電流Ｉｘｔの値に関わらず、デッドタイムＴｄを設定することによる電圧不足分が補償されるので、電動モータ１１０に実際に流れる実電流と、目標電流との誤差が生じ難くなる。つまり、電動モータ１１０に供給される電流に歪みが生じ難くなる。その結果、デッドタイムＴｄを設けていることに起因して生じる電動モータ１１０のトルク脈動が抑制されるので、振動が抑制される。

一方、要求出力Ｏｄが所定要求出力Ｏｄ０以下である場合（例えば電動モータ１１０の目標トルクが低く、かつ、モータ回転速度ωｍが小さい場合）には、要求出力Ｏｄが小さくなるのに従って基準電流値Ｉｂが大きくなる。その結果、要求出力Ｏｄが小さいほど、補償量Ｒの絶対値が所定電圧Ｖｒよりも小さくなるｘ相目標電流Ｉｘｔの領域が大きくなるとともに、その領域では、ｘ相目標電流Ｉｘｔの絶対値が小さくなるほど補償量Ｒの絶対値が小さくなる。そのため、ｘ相目標電流Ｉｘｔの絶対値が０に近いほど、補償量Ｒの絶対値が小さくなり、ｘ相補償後電圧Ｖｘｒは、ｘ相目標電圧Ｖｘｔの値に近くなる。その結果、電動モータ１１０に供給する目標電流のゼロクロス時においても極性がなめらかに変わるので、実電流が０付近で暴れること、つまり、電流が０付近で急変して０を超えたり下回ったりすることが抑制される。すなわち、例えば電動モータ１１０の目標トルクが低く、かつ、モータ回転速度ωｍが小さい場合等、目標電流がゼロクロス付近での停滞し易い操舵状況において、実電流が０付近で暴れることが抑制される。

そして、上述したように、本実施の形態に係るステアリング装置１００は、ｎ相の巻線を有する電動モータ１１０と、ｎ相の巻線それぞれに対応し、直列に接続された２つのスイッチング素子（トランジスタ３１と３２、トランジスタ３３と３４、トランジスタ３５と３６）からなるｎ個のアームを有し、スイッチング素子の高電位側（トランジスタ３１，３３，３５）と、スイッチング素子の低電位側（トランジスタ３２，３４，３６）とを交互に切り替えることにより、対応する巻線に電流を供給して、電動モータ１１０を駆動させる駆動部の一例としてのモータ駆動部３０と、を備える。また、ステアリング装置１００は、モータ駆動部３０に対してスイッチング素子の高電位側とスイッチング素子の低電位側との切り替えの際に各々のスイッチング素子をオフにするデッドタイムＴｄを考慮したＰＷＭ信号を出力する出力部の一例としてのＰＷＭ信号生成部２３を備える。そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の電気角θｅを進角補正して補正角度θｃを算出する補正部の一例としての進角補正部２２６と、デッドタイムＴｄによる電圧不足分を補償する補償量Ｒを、進角補正部２２６が算出した補正角度θｃを用いて設定された巻線に供給されるｘ相目標電流Ｉｘｔに基づいて決定する補償量決定部３１０を備える。また、ステアリング装置１００は、進角補正部２２６が算出した補正角度θｃを用いて巻線の目標電圧を算出する算出部の一例としての第一２軸３相変換部２２４を備える。また、ステアリング装置１００は、補償量決定部３１０が決定した補償量Ｒを第一２軸３相変換部２２４が算出した目標電圧に応じた制御量の一例としてのｘ相目標電圧Ｖｘｔに加算して補償後の制御量の一例としてのｘ相補償後電圧ＶｘｒをＰＷＭ信号生成部２３に出力する加算部の一例としての補償後電圧算出部３２０を備える。

このように構成されたステアリング装置１００によれば、第一２軸３相変換部２２４は、進角補正部２２６が算出した補正角度θｃを用いて巻線の目標電圧を算出するので、例えばフィードバック制御の遅れを補正することが可能である。
また、第一２軸３相変換部２２４において、進角補正部２２６が算出した補正角度θｃを用いて目標電圧を算出しているのにも拘らず、補償量決定部３１０において、補正角度θｃを用いない、電気角θｅを用いて設定された巻線に供給されるｘ相目標電流Ｉｘｔに基づいて、補償量Ｒを算出した場合、デッドタイム補償のタイミングがずれてしまう可能性があった。しかしながら、ステアリング装置１００によれば、補償量決定部３１０は、進角補正部２２６が算出した補正角度θｃを用いて設定されたｘ相目標電流Ｉｘｔに基づいて補償量Ｒを決定するので、デッドタイム補償のタイミングが適正なタイミングとなる。
以上のことより、ステアリング装置１００によれば、いかなる操舵状況においても、デッドタイム補償に起因する操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。

また、ステアリング装置１００によれば、要求出力Ｏｄが所定要求出力Ｏｄ０よりも大きい場合には、電動モータ１１０に供給される電流に歪みが生じ難くなるので、デッドタイムＴｄを設けていることに起因して生じる電動モータ１１０の振動が抑制される。また、要求出力Ｏｄが所定要求出力Ｏｄ０以下である場合には、実電流が０付近で暴れることが抑制される。それゆえ、いかなる操舵状況においても、デッドタイム補償に起因する操舵フィーリングの悪化が抑制される。

なお、上述した実施の形態において、デッドタイム補償部３００は、ｘ相目標電圧Ｖｘｔに応じたデューティ比を補償する補償量を決定するとともに、この補償量を、ｘ相目標電圧Ｖｘｔに応じたデューティ比に加算しても良い。そして、ＰＷＭ信号生成部２３は、デッドタイム補償部３００にて補償された後のデューティ比に応じたＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力しても良い。かかる場合には、デッドタイム補償部３００は、デッドタイムＴｄによる電圧不足分を補償する補償量を電動モータ１１０の目標電圧に応じた制御量の一例としてのデューティ比に加算することにより得た補償後のデューティ比量をＰＷＭ信号生成部２３に出力する。

また、上述した実施の形態においては、補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔの絶対値が大きくなるのに応じて、補償量Ｒの絶対値を直線的に増加させているが、特にかかる態様に限定されない。例えば、補償量決定部３１０は、ｘ相目標電流Ｉｘｔの絶対値が大きくなるのに応じて、補償量Ｒの絶対値を段階的に増加させても良い。

なお、上述した実施の形態における制御装置１０の構成要素は、ハードウェアによって実現されていても良いし、ソフトウェアによって実現されていても良い。また、本発明の構成要素の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータープログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等の外部記憶装置も含む。

１…自動車、１０…制御装置、２０…モータ駆動制御部、２１…目標電流設定部、２２…Ｆ／Ｂ制御部、２３…ＰＷＭ信号生成部、３０…モータ駆動部、４０…モータ電流検出部、２２４…第一２軸３相変換部、２２５…第二２軸３相変換部、２２６…進角補正部、３００…デッドタイム補償部、３１０…補償量決定部、３２０…補償後電圧算出部

Claims (7)

1. ｎ相の巻線を有する電動モータの制御装置であり、
   前記ｎ相の巻線それぞれに対応し、直列に接続された２つのスイッチング素子からなるｎ個のアームを有し、前記スイッチング素子の高電位側と、前記スイッチング素子の低電位側とを交互に切り替えることにより、対応する前記巻線に電流を供給して、前記電動モータを駆動させる駆動部と、
   前記駆動部に対して前記スイッチング素子の高電位側と前記スイッチング素子の低電位側との切り替えの際に各々のスイッチング素子をオフにするデッドタイムを考慮したＰＷＭ信号を出力する出力部と、
   前記電動モータに印加する三相交流の位相を進角補正するための補正角度を算出する補正部と、
   前記デッドタイムによる電圧不足分を補償する補償量を、前記補正部が算出した補正角度を用いて設定された前記巻線に供給される目標電流、及び、前記電動モータに要求される要求出力に基づいて決定する補償量決定部と、
   前記補正部が算出した補正角度を用いて前記巻線の目標電圧を算出する算出部と、
   前記補償量決定部が決定した前記補償量を前記算出部が算出した前記目標電圧に応じた制御量に加算して補償後の制御量を前記出力部に出力する加算部と、
   を備える電動モータ用制御装置。
2. 前記補正部は、予め定められた係数と、前記電動モータの回転速度と、制御周期とを乗算することにより得た値を、前記電動モータの電気角に加算することにより前記補正角度を算出する
   請求項１に記載の電動モータ用制御装置。
3. 前記加算部が、前記制御周期におけるｎ回分の前記補償後の制御量の平均値を前記出力部に出力する場合には、前記予め定められた係数は、１＋（ｎ－１）／ｎである
   請求項２に記載の電動モータ用制御装置。
4. 前記補償量決定部は、前記電動モータの回転速度と操舵トルクとを用いて、前記要求出力を推定する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ用制御装置。
5. 前記補償量決定部は、前記電動モータの目標電流の絶対値が基準値以下である場合には、前記補償量を、予め定められた所定補償量以下とし、前記要求出力が小さいほど、前記基準値を大きく設定する
   請求項１に記載の電動モータ用制御装置。
6. 前記補償量決定部は、前記目標電流の絶対値が前記基準値以下である場合には、前記目標電流の絶対値が小さいほど前記補償量の絶対値を小さくする
   請求項５に記載の電動モータ用制御装置。
7. 電動モータと、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の電動モータ用制御装置と、
   を備えるステアリング装置。