JPWO2018037981A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータのデッドタイムを補償する複数のデッドタイム補償機能を有し、チューニング作業もなく、操舵状態に応じてデッドタイム補償機能を切り換えて補償し、操舵性能を向上すると共に、電流波形の歪み改善と電流制御の応答性の向上を図り、音や振動、リップルを抑制した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、前記インバータのデッドタイム補償を行う性能が異なる複数のデッドタイム補償機能を有し、前記複数のデッドタイム補償機能１つから他のデッドタイム補償機能に所定条件で切り換えて前記デッドタイム補償を実施する。【選択図】図５

Description

本発明は、３相ブラシレスモータの駆動をｄｑ軸回転座標系でベクトル制御すると共に、複数のデッドタイム補償機能（例えばモータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能と電流指令値モデルに基づくインバータのデッドタイム補償機能）を所定条件で切り換え（条件分岐し）、操舵状態に応じたデッドタイム補償を実施することにより、操舵性能を向上して、滑らかで操舵音のないアシスト制御を可能とした電動パワーステアリング装置に関する。
車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、アクチュエータとしてのモータの駆動力を、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操舵補助力を付与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、操舵補助力のトルク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、操舵補助指令値（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Dutyの調整で行っている。
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）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、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の舵角θを検出する舵角センサ１４と、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０とが設けられており、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。電動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（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。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Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから舵角（モータ回転角）θを得ることもできる。
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。
このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等を含む）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示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。
図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、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Ｖｓは操舵補助指令値演算部３１に入力され、操舵補助指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。
減算部３２Ｂでの減算結果である偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ(Proportional-Integral)制御部３５でＰＩ（比例積分）等の電流制御をされ、電流制御された電圧制御指令値Ｖｒｅｆが変調信号（三角波キャリア）ＣＦと共にＰＷＭ制御部３６に入力されてDuty指令値を演算され、Duty指令値を演算されたＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。
補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、特性改善を実施する。
近年、電動パワーステアリング装置のアクチュエータは３相ブラシレスモータが主流となっていると共に、電動パワーステアリング装置は車載製品であるため、稼動温度範囲が広く、フェールセーフの観点からモータを駆動するインバータは家電製品を代表とする一般産業用と比較して、デッドタイムを大きく（産業用機器＜ＥＰＳ）する必要がある。一般にスイッチング素子（例えばＦＥＴ(Field-Effect Transistor)）にはＯＦＦの際に遅れ時間があるため、上下アームのスイッチング素子のＯＦＦ／ＯＮ切り換えを同時に行うと、直流リンクを短絡する状況になり、これを防ぐため、上下アーム両方のスイッチング素子がＯＦＦになる時間（デッドタイム）を設けている。
その結果、電流波形が歪み、電流制御の応答性や操舵感が悪化する。例えばハンドルがオンセンター付近にある状態でゆっくり操舵すると、トルクリップル等による不連続な操舵感などが生じる。また、中・高速操舵時におけるモータの逆起電圧や、巻線間の干渉電圧が電流制御に対して外乱として作用するため、転追性や切り返し操舵時の操舵感を悪化させている。
３相ブラシレスモータのロータ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、ｄｑ軸が９０°の関係にあることから、そのベクトルで各軸に相当する電流（ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値）を制御するベクトル制御方式が知られている。
図３は、ベクトル制御方式で３相ブラシレスモータ１００を駆動制御する場合の構成例を示しており、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｓ等に基づいて２軸（ｄｑ軸座標系）の操舵補助指令値（Iref2（idref，iqref））が演算され、最大値を制限された２軸のｄ軸電流指令値id *及びｑ軸電流指令値iq *はそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに入力され、減算部１３１ｄ及び１３１ｑで求められた電流偏差Δid *及びΔiq *はそれぞれＰＩ制御部１２０ｄ及び１２０ｑに入力される。ＰＩ制御部１２０ｄ及び１２０ｑでＰＩ制御された電圧指令値vd及びvqは、それぞれ減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力され、減算部１４１ｄで求められた電圧Δvd及び加算部１４１ｑで求められた電圧Δvqはｄｑ軸／３相交流変換部１５０に入力される。ｄｑ軸／３相交流変換部１５０で３相に変換された電圧指令値Vu*，Vv*，Vw*はＰＷＭ制御部１６０に入力され、演算された３相のDuty指令値（Dutyu，Dutyv，Dutyw）に基づくＰＷＭ信号ＵＰＷＭ，ＶＰＷＭ，ＷＰＷＭにより、図４に示すような上下アームのブリッジ構成で成るインバータ（インバータ印加電圧ＶＲ）１６１を介してモータ１００が駆動される。上側アームはスイッチング素子としてのＦＥＴＱ１，Ｑ３，Ｑ５で構成され、下側アームはＦＥＴＱ２，Ｑ４，Ｑ６で構成されている。
モータ１００の３相モータ電流iu，iv，iwは電流検出器１６２で検出され、検出された３相モータ電流iu，iv，iwは３相交流／ｄｑ軸変換部１３０に入力され、３相交流／ｄｑ軸変換部１３０で変換された２相のフィードバック電流id及びiqはそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに減算入力されると共に、ｄ−ｑ非干渉制御部１４０に入力される。また、モータ１００には回転センサ等が取り付けられており、センサ信号を処理する角度検出部１１０からモータ回転角θ及びモータ回転数（回転速度）ωが出力される。モータ回転角θはｄｑ軸／３相交流換部１５０及び３相交流／ｄｑ軸変換部１３０に入力され、モータ回転数ωはｄ−ｑ非干渉制御部１４０に入力される。ｄ−ｑ非干渉制御部１４０からの２相の電圧vd1 *及びvq1 *はそれぞれ減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力され、減算部１４１ｄで電圧Δvdが算出され、加算部１４１ｑで電圧Δvqが算出される。
このようなベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵をアシストする装置であると同時に、モータの音や振動、リップル等はハンドルを介して運転者へ力の感覚として伝達される。インバータを駆動するパワーデバイスは一般的にＦＥＴが用いられており、モータへ通電を行うが、３相モータの場合には、図４に示されるように各相毎に上下アームの直列接続されたＦＥＴが用いられている。上下アームのＦＥＴは交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すが、ＦＥＴは理想スイッチではなく、ゲート信号の指令通りに瞬時にＯＮ／ＯＦＦせず、ターンオン時間やターンオフ時間を要する。このため、上側アームＦＥＴへのＯＮ指令と下側アームのＯＦＦ指令が同時になされると、上側アームＦＥＴと下側アームＦＥＴが同時にＯＮになって、上下アームが短絡する問題がある。ＦＥＴのターンオン時間とターンオフ時間には差があり、同時にＦＥＴに指令を出した場合、上側ＦＥＴにＯＮ指令を出してターンオン時間が短い場合（例えば１００ｎｓ）、直ぐにＦＥＴがＯＮになり、下側ＦＥＴにＯＦＦ指令を出してもターンオフ時間が長い場合（例えば４００ｎｓ）、直ぐにＦＥＴがＯＦＦにならず、瞬間的に上側ＦＥＴがＯＮ、下側ＦＥＴがＯＮになる状態（例えば、４００ｎｓ−１００ｎｓ間、ＯＮ−ＯＮ）が発生することがある。
そこで、上側アームＦＥＴと下側アームＦＥＴが同時にＯＮすることの無い様に、ゲート駆動回路にデッドタイムという所定時間をおいてＯＮ信号を与えることが行われる。このデッドタイムは非線形であるため電流波形は歪み、制御の応答性能が悪化し、音や振動、リップルが発生する。コラム式電動パワーステアリング装置の場合、ハンドルと鋼製のコラム軸で接続されるギアボックスに直結されるモータの配置が、その構造上運転者に極めて近い位置となっているため、モータに起因する音、振動、リップル等には、下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置に比べて、特に配慮する必要がある。
インバータのデッドタイムを補償する手法として、従来はデッドタイムが発生するタイミングを検出して補償値を足し込んだり、電流制御におけるｄｑ軸上の外乱オブザーバによってデッドタイムを補償している。
インバータのデッドタイムを補償する電動パワーステアリング装置は、例えば特許第４６８１４５３号公報（特許文献１）、特開２０１５−１７１２５１号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１では、モータ、インバータを含む電流制御ループのリファレンスモデル回路に電流指令値を入力して電流指令値を基にモデル電流を作成し、モデル電流を基にインバータのデッドタイムの影響を補償するデッドバンド補償回路を備えている。また、特許文献２では、Duty指令値に対してデッドタイム補償値に基づく補正を行うデッドタイム補償部を備え、電流指令値に基づいてデッドタイム補償値の基礎値である基本補償値を演算する基本補償値演算部と、基本補償値に対してＬＰＦに対応するフィルタリング処理を施すフィルタ部とを有している。
特許第４６８１４５３号公報 特開２０１５−１７１２５１号公報
特許文献１の装置は、ｑ軸電流指令値の大きさによるデッドタイム補償量の計算と３相電流リファレンスモデルとを使用して、補償符号を推定する方式である。補償回路の出力値が、所定の固定値以下ではモデル電流に比例する変化値であり、所定の固定値以上では、固定値とモデル電流に比例する変化値の加算値であり、電流指令から電圧指令へと出力されるが、所定の固定値を出力するヒステリシス特性を決めるためのチューニング作業が必要である。
また、特許文献２の装置は、デッドタイム補償値を決定する際、ｑ軸電流指令値とそれをＬＰＦ処理した補償値とでデッドタイム補償を行っているが、ＬＰＦ処理により遅れが生じ、モータへの最終的な電圧指令に対して、デッドタイム補償値を操作するものではないという問題がある。
更に、操舵性能向上のため特定の領域で複数のデッドタイム補償機能を切り換える場合がある。例えば高速操舵時においてｄ軸電流指令値が０[Ａ]以外の場合、デッドタイム補償値の特性が大きく変わることから、単一機能のデッドタイム補償で全領域を補償しようとした場合、特定の領域で補償精度が悪くなり、トルクリップルや音、振動が発生する場合がある。
フィードフォワードタイプのデッドタイム補償（角度フィードフォワードタイプ、電流指令値モデルタイプ）は、モータ出力軸をロックして専用ソフトでモータに電流が流れるために、必要とされるデッドタイム補償量を実機にて測定する必要がある。また、モータ試験装置を用いてモータ単体で定負荷定回転で回転させ、位相合わせや電流指令値によって補償符号を決定するための閾値のチューニング作業が必要である。インバータ印加電圧やモータ回転数などを割り振り、複数回行う必要があり、チューニング作業の軽減化が要請されている。
また、フィードフォワードタイプのデッドタイム補償では、適切な補償量と適切なタイミングで符号を切り換えないと、ゼロクロス付近や低負荷・低速操舵時にチャタリングが発生する。補償量が合わないデッドタイム補償やタイミングが合わないデッドタイム補償を入れることによって、制御自身でチャタリングを引き起こしてしまう場合がある。フィードフォワードタイプではかかるチャタリングを抑制するため、種々工夫したり、厳密に補償符号を切り換えるなど、かなり緻密なチューニング作業が必要となっている。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、インバータのデッドタイムを補償する複数のデッドタイム補償機能を有し、チューニング作業もなく、操舵状態に応じてデッドタイム補償機能を切り換えてフィードフォワードで補償し、操舵性能を向上すると共に、電流波形の歪み改善と電流制御の応答性の向上を図り、音や振動、リップルを抑制した電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記インバータのデッドタイム補償を行う性能が異なる複数のデッドタイム補償機能を有し、前記複数のデッドタイム補償機能１つから他のデッドタイム補償機能に所定条件で切り換えて前記デッドタイム補償を実施することにより達成される。
また、本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相Duty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記３相ブラシレスモータのモータ回転角に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第１のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ａと、前記ｄｑ軸電流指令値を入力し、電流指令値モデルに基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第２のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ｂと、前記ｄｑ軸電流指令値及び前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて前記第１のｄｑ軸補償値と前記第２のｄｑ軸補償値とを切り換えてｄｑ軸デッドタイム補償値を出力する補償値切換部とを具備し、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値により前記ｄｑ軸電流指令値を補正して前記インバータのデッドタイム補償を実施することにより達成される。
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、複数のデッドタイム補償機能（例えばモータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能（Ａ）と、電流指令値モデルに基づくデッドタイム補償機能（Ｂ））を所定条件で切り換えて、操舵状態に応じて最適な状態でデッドタイムの補償を行うようにしているので、操舵性能を一層向上することができる。モータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能（Ａ）は、角度と相電流の位相が合う低速操舵領域及び中速操舵領域において補償精度が高く、３相の補償波形が矩形波でない場合においても補償可能であるといった特長がある。また、電流指令値モデルに基づくデッドタイム補償機能（Ｂ）は、高速操舵時においても位相ずれが小さく、単純にデッドタイム補償を実施することができる特長がある。本発明によれば、操舵状態に従って補償機能Ａ及びＢを切り換えているので、両者の特長を生かした最適な操舵を実現することができる。
ｄｑ軸電流指令値を３相の電流モデル指令値に変換すると共に、補償符号を推定し、インバータ印加電圧から演算されたインバータのデッドタイム補償量を演算し、デッドタイム補償量に基づき、推定された補償符号によるデッドタイム補償値を２相に変換してｄｑ軸上の電圧指令値に加算（フィードフォワード）で、或いはモータ回転角、モータ回転数及びインバータ印加電圧から演算された補償値を、ｑ軸の操舵補助指令値に基づく電流制御遅れモデルに基づく電流指令値感応ゲインで制限したよるデッドタイム補償値をｄｑ軸上の電圧指令値に加算して補償している。これにより、チューニング作業もなく、インバータのデッドタイムを補償し、電流波形の歪み改善と電流制御の応答性の向上を図ることができる。
一般的な電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 ベクトル制御方式の構成例を示すブロック図である。 一般的なインバータの構成例を示す結線図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 切換判定部の構成例を詳細に示すブロック図である。 デッドタイム補償部（Ａ）の構成例を示すブロック図である。 デッドタイム補償部（Ａ）の構成例を詳細に示すブロック図である。 電流指令値感応ゲイン部の構成例を示すブロック図である。 電流指令値感応ゲイン部内のゲイン部の特性図である。 電流指令値感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。 補償符号推定部の動作例を示す波形図である。 インバータ印加電圧感応ゲイン部の構成例を示すブロック図である。 インバータ印加電圧感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。 位相調整部の特性例を示す特性図である。 各相角度−デッドタイム補償値関数部の動作例を示す線図である。 デッドタイム補償部（Ｂ）の構成例を示すブロック図である。 インバータ印加電圧感応補償量演算部の特性例を示す特性図である。 ３相電流指令値モデルの出力波形の一例を示す波形図である。 条件分岐部によるデッドタイム補償の切換の特性例を示す波形図である。 空間ベクトル変調部の構成例を示すブロック図である。 空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。 空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。 空間ベクトル変調部の動作例を示すタイミングチャートである。 空間ベクトル変調の効果を示す波形図である。 本発明の効果を示す波形図である。 デッドタイム補償部（Ａ）の他の構成例を示すブロック図である。 各相角度−デッドタイム補償値関数部の動作例を示す線図である。 ｄｑ軸角度−デッドタイム補償値基準テーブルの出力電圧特性を示す特性図である。
本発明は、ＥＣＵのデッドタイムの影響により電流歪みが発生し、トルクリップルの発生や操舵音の悪化などの問題を解消するために、インバータのデッドタイム補償値を、モータ回転角（電気角）に応じた関数に基づくデッドタイム補償機能（Ａ）と電流指令値モデルに基づくデッドタイム補償機能（Ｂ）とを所定条件で切り換え、ｄｑ軸にフィードフォワードで補償するようにしている。
単一機能の単一アルゴリズムのデッドタイム補償機能では、低速操舵時は精度よく補償されるが、高速操舵時は補償精度が悪くなる場合があったり、或いは高負荷時において精度よく補償されるが、低負荷時に補償精度が悪くなる場合もある。そのため、単一機能の単一アルゴリズムのデッドタイム補償では、操舵領域全体を精度よく補償するのは困難である。しかしながら、本発明では操舵条件において補償精度の高いデッドタイム補償機能を複数用意し、操舵状態によって最適なデッドタイム補償機能に切り換えることにより、全操舵領域に対し、補償精度の高いデッドタイム補償を実施することが可能となる。
本発明では、ｄｑ軸ベクトル制御方式のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に対し、複数の補償機能に基づくデッドタイム補償をそれぞれ別々に行うと共に、デッドタイム補償機能をｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値及びモータ回転数で定まる所定条件により切り換え、低速操舵領域、中速操舵領域及び高速操舵領域の全ての領域で最適なデッドタイム補償値が選択される。本発明の実施形態では２つのデッドタイム補償機能Ａ及びＢを有し、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値及びモータ回転数を判定条件とした切換判定部により切換判定を行い、デットタイム補償機能をソフトウェアで切り換える構成（条件分岐部）となっている。デッドタイム補償機能Ａ及びＢの切換タイミングを早く行うために、切換に一定時間を要するミキシング部ではなく、瞬間的に切り換えられる条件分岐部を使用している。
なお、モータの種類やＥＰＳの減速ギア３の減速比によっても相違するが、例えば低速操舵領域のモータ回転数は０〜３００［ｒｐｍ］であり、中速操舵領域のモータ回転数は３００〜１８００［ｒｐｍ］、高速操舵領域のモータ回転数は１８００〜４０００［ｒｐｍ］で、モータの定格回転数以上（弱め界磁制御が必要となる回転数領域）の回転数である。
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５は本発明の全体構成を図３に対応させて示しており、ｄｑ軸上の補償値vdA及びvqAを演算するデッドタイム補償機能（Ａ）部２００と、ｄｑ軸上の補償値vdB及びvqBを演算するデッドタイム補償機能（Ｂ）部４００と、補償値vdA及びvqAと補償値vdB及びvqBとを所定条件で切り換え、デッドタイム補償値vd *及びvq *を出力する補償値切換部５００とが設けられている。デッドタイム補償機能（Ａ）部２００は、低速操舵領域及び中速操舵領域において補償精度が高く、デッドタイム補償機能（Ｂ）部４００は、高速操舵領域において補償精度が高い特性となっている。
デッドタイム補償部２００（詳細は後述）には、図２の操舵補助指令値Iref2に相当するｑ軸の操舵補助指令値iqrefが入力されると共に、インバータ１６１に印加されているインバータ印加電圧ＶＲ、モータ回転角θ及びモータ回転数ωが入力されている。デッドタイム補償部４００（詳細は後述）には、ｄ軸電流指令値id *及びｑ軸電流指令値iq *、モータ回転角θ、インバータ印加電圧ＶＲ及びモータ回転数ωが入力されている。また、補償値切換部５００は補償値の切換を判定する切換判定部５１０と、切換判定部５１０からの切換判定フラグＳＦによって、デッドタイム補償機能（Ａ）部２００からの補償値vdA，vqAと、デッドタイム補償機能（Ｂ）部からの補償値vdB，vqBとを切り換えて出力するソフトウェアによる条件分岐部５０１及び５０２とで構成されている。
条件分岐部５０１及び５０２は機能的に接点ａ１及びｂ１を有し、接点ａ１には補償値vdAが入力され、接点ｂ１には補償値vdBが入力されている。また、条件分岐部５０２は機能的に接点ａ２及びｂ２を有し、接点ａ２には補償値vqAが入力され、接点ｂ２には補償値vqBが入力されている。条件分岐部５０１の接点ａ１及びｂ１、条件分岐部５０２の接点ａ２及びｂ２は同期して、切換判定部５１０からの切換判定フラグＳＦによって切り換えられる。即ち、切換判定フラグＳＦが入力されていないとき（例えば「Ｌ」）は接点ａ１及びａ２であり、補償値vdA及びvqAがデッドタイム補償値vd *及びvq *として出力され、切換判定フラグＳＦが入力されているとき（例えば「Ｈ」）は接点ｂ１及びｂ２であり、補償値vdB及びvqBがデッドタイム補償値vd *及びvq *として出力される。
切換判定部５１０は図６に示す構成であり、ｄ軸電流指令値id *がゼロ近辺（例えば０．１［Ａ］以下）となった時に判定フラグＤＦ１を出力するゼロ判定部５１１を備えている。また、ｑ軸電流指令値iq *の絶対値｜iq *｜を得る絶対値部５１２と、絶対値｜iq *｜が所定の閾値ＴＨ１以上となった時に判定フラグＤＦ２を出力すると共に、ヒステリシス特性を有する閾値部５１３と、モータ回転数ωの絶対値｜ω｜を得る絶対値部５１４と、絶対値｜ω｜が所定の閾値ＴＨ２以上となった時に判定フラグＤＦ３を出力すると共に、ヒステリシス特性を有する閾値部５１５とを備えている。判定フラグＤＦ１〜ＤＦ３は切換条件判定部５１６に入力され、切換条件判定部５１６は判定フラグＤＦ１〜ＤＦ３が全て入力された時に切換判定フラグＳＦを出力する。
切換判定フラグＳＦが出力されていない時（例えばＳＦ＝「Ｌ」）には、図５に示すように条件分岐部５０１及び５０２の接点はａ１及びａ２になっており、デッドタイム補償部（Ａ）２００からの補償値vdA及びvqAがそれぞれデッドタイム補償値vd *及びvq *として出力される。そして、切換判定フラグＳＦが出力されると（例えばＳＦ＝「Ｈ」）、条件分岐部５０１及び５０２の接点はａ１及びａ２からｂ１及びｂ２に切り換えられる。その結果、デッドタイム補償部（Ｂ）４００からの補償値vdB及びvqBがそれぞれデッドタイム補償値vd *及びvq *として出力され、加算部１２１ｄ及び１２１ｑに入力される。
ベクトル制御のｄ軸電流指令値id *及びｑ軸電流指令値iq *はそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに入力され、減算部１３１ｄ及び１３１ｑでフィードバック電流id及びiqとの電流偏差Δid *及びΔiｑ *が演算される。演算された電流偏差Δid *はＰＩ制御部１２０ｄに入力され、演算された電流偏差Δiｑ *はＰＩ制御部１２０ｑに入力される。ＰＩ制御されたｄ軸電圧指令値vd及びｑ軸電圧指令値vqはそれぞれ加算部１２１ｄ及び１２１ｑに入力され、後述するデッドタイム補償部２００からのデッドタイム補償値vd *びvq *を加算されて補償される。デッドタイムを補償されたｄｑ軸の電圧指令値は、減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力される。減算部１４１ｄにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０からの電圧vd1 *が入力され、その差である電圧指令値vd **が得られ、加算部１４１ｑにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０からの電圧vq1 *が入力され、その加算結果で電圧指令値vq **が得られる。デッドタイムを補償された電圧指令値vd **及びvq **は、ｄｑ軸の２相からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相 に変換し、３次高調波を重畳する空間ベクトル変調部３００に入力される。空間ベクトル変調部３００でベクトル変調された３相の電圧指令値Vu*，Vv*，Vw*はＰＷＭ制御部１６０に入力され、モータ１００は前述と同様にＰＷＭ制御部１６０からのＰＷＭ信号（ＵＰＷＭ、ＶＰＷＭ、ＷＰＷＭ）により、インバータ１６１を介して駆動制御される。
次に、デッドタイム補償部（Ａ）２００について説明する。
デッドタイム補償部２００は、図７に示すように電流制御遅れモデル２０１、補償符号推定部２０２、乗算部２０３、２０４ｄ及び２０４ｑ、加算部２２１、位相調整部２１０、インバータ印加電圧感応ゲイン部２２０、角度−デッドタイム補償値関数部２３０Ｕ、２３０Ｖ及び２３０Ｗ、乗算部２３１Ｕ、２３１Ｖ及び２３１Ｗ、３相交流／ｄｑ軸変換部２４０、電流指令値感応ゲイン部２５０で構成されている。
なお、乗算部２３１Ｕ、２３１Ｖ及び２３１Ｗと３相交流／ｄｑ軸変換部２４０とでデッドタイム補償値出力部を構成している。また、電流制御遅れモデル２０１、補償符号推定部２０２、電流指令値感応ゲイン部２５０、乗算部２０３で電流指令値感応ゲイン演算部を構成している。
デッドタイム補償部２００の詳細構成は図８であり、以下では図８を参照して説明する。
ｑ軸操舵補助指令値iqrefは、電流制御遅れモデル２０１に入力される。ｄｑ軸の電流指令値id *及びiq *が実電流に反映されるまでに、ＥＣＵのノイズフィルタ等により遅れが生じる。このため、直接電流指令値iq *から符号を判定しようとすると、タイミングずれが生じる場合がある。この問題を解決するため、電流制御全体の遅れを1次のフィルタモデルとして近似し、位相差を改善する。電流制御遅れモデル２０１は、Ｔをフィルタ時定数として、数１の１次フィルタとしている。電流制御遅れモデル２０１は、２次以上のフィルタをモデルとした構成でもよい。
Figure 2018037981
 電流制御遅れモデル２０１から出力される電流指令値Icmは、電流指令値感応ゲイン部２５０及び補償符号推定部２０２に入力される。低電流領域においてデッドタイム補償量が過補償になる場合があり、電流指令値感応ゲイン部２５０は、電流指令値Icm（操舵補助指令値iqref）の大きさにより補償量を下げるゲインを算出する機能を持つ。また、電流指令値Icm（操舵補助指令値iqref）からのノイズなどで、補償量を下げるゲインが振動しないように加重平均フィルタを使用し、ノイズの低減処理を行っている。
電流指令値感応ゲイン部２５０は図９に示すような構成であり、電流指令値Icmは絶対値部２５１で絶対値となる。絶対値は入力制限部２５２で最大値を制限され、最大値を制限された絶対値の電流指令値が加重平均フィルタ２５４に入力される。加重平均フィルタ２５４でノイズを低減された電流指令値Iamは減算部２５５に加算入力され、減算部２５５で所定のオフセットOSを減算する。オフセットOSを減算する理由は、微小電流指令値によるチャタリング防止のためであり、オフセットOS以下の入力値を最小のゲインに固定する。オフセットOSは一定値である。減算部２５５でオフセットOSを減算された電流指令値Iasはゲイン部２５６に入力され、図１０に示すようなゲイン特性に従って電流指令値感応ゲインGcを出力する。
電流指令値感応ゲイン部２５０から出力される電流指令値感応ゲインGcは、入力される電流指令値Icmに対して例えば図１１に示すような特性である。即ち、所定電流Icm1まで一定ゲインGcc1であり、所定電流Icm1から所定電流Icm2（＞Icm1）まで線形（若しくは非線形）に増加し、所定電流Icm2以上で一定ゲインGcc2を保持する特性である。なお、所定電流Icm1は０であっても良い。
補償符号推定部２０２は入力される電流指令値Icmに対して、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒステリシス特性で正（＋１）又は負（−１）の補償符号SNを出力する。電流指令値Icmがゼロクロスするポイントを基準として補償符号SNを推定するが、チャタリング抑制のためにヒステリシス特性となっている。推定された補償符号SNは乗算部２０３に入力される。なお、ヒステリシス特性の正負閾値（図１２の例では±０．２５［Ａ］）は、適宜変更可能である。
電流指令値感応ゲイン部２５０からの電流指令値感応ゲインGcは乗算部２０３に入力され、乗算部２０３は補償符号SNを乗算した電流指令値感応ゲインGcs（＝Gc×SN）を出力する。電流指令値感応ゲインGcsは、乗算部２０４ｄ及び２０４ｑに入力される。
最適なデッドタイム補償量はインバータ印加電圧ＶＲに応じて変化するので、インバータ印加電圧ＶＲに応じたデッドタイム補償量を演算し、可変するようにしている。インバータ印加電圧ＶＲを入力して電圧感応ゲインGvを出力するインバータ印加電圧感応ゲイン部２２０は図１３に示す構成であり、インバータ印加電圧ＶＲは入力制限部２２１で正負最大値を制限され、最大値を制限されたインバータ印加電圧VRｌはインバータ印加電圧／デッドタイム補償ゲイン変換テーブル２２２に入力される。インバータ印加電圧／デッドタイム補償ゲイン変換テーブル２２２の特性は、例えば図１４のようになっている。変曲点のインバータ印加電圧９．０Ｖ及び１５．０Ｖと、電圧感応ゲイン“０．７”及び“１．２”は一例であり、適宜変更可能である。電圧感応ゲインGvは乗算部２３１Ｕ，２３１Ｖ，２３１Ｗに入力される。
モータ回転数ωによりデッドタイム補償タイミングを早めたり、遅くしたい場合、モータ回転数ωに応じて調整角度を算出する機能のために位相調整部２１０を有している。位相調整部２１０は、進角制御の場合は図１５に示すような特性であり、算出された位相調整角Δθは加算部２２１に入力され、検出されたモータ回転角θと加算される。加算部２２１の加算結果であるモータ回転角θｍ（＝θ＋Δθ）は、角度−デッドタイム補償値関数部２３０Ｕ，２３０Ｖ，２３０Ｗに入力されると共に、３相交流／ｄｑ軸変換部２４０に入力される。
角度−デッドタイム補償値関数部２３０Ｕ，２３０Ｖ，２３０Ｗは図１６に詳細を示すように、位相調整されたモータ回転角θｍに対して、電気角０〜３５９［deg］の範囲で１２０［deg］ずつ位相のずれた矩形波の各相デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtを出力する。デッドタイム補償値角度関数部２３０Ｕ，２３０Ｖ，２３０Ｗは、３相で必要とされるデッドタイム補償値を角度による関数とし、ＥＣＵの実時間上で計算し、デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtを出力する。デッドタイム基準補償値の角度関数は、ＥＣＵのデッドタイムの特性により異なる。
デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtはそれぞれ乗算部２３１Ｕ，２３１Ｖ，２３１Ｗに入力され、電圧感応ゲインGvと乗算される。電圧感応ゲインG v を乗算された３相のデッドタイム補償値Udtc（＝Gv・Udt），Vdtc（＝Gv・Vdt），Wdtc（＝Gv・Wdt）は３相交流／ｄｑ軸変換部２４０に入力される。３相交流／ｄｑ軸変換部２４０は、モータ回転角θｍに同期して、３相のデッドタイム補償値Udtc，Vdtc，Wdtcを２相のｄｑ軸のデッドタイム補償値vda *及びvqa *に変換する。デッドタイム補償値vda *及びvqq *はそれぞれ乗算部２０４ｄ及び２０４ｑに入力され、電流指令値感応ゲインGcsと乗算される。乗算部２０４ｄ及び２０４ｑにおける乗算結果がデッドタイム補償値vd *及びvq *であり、デッドタイム補償値vd *及びvq *はそれぞれ加算部１２１ｄ及び１２１ｑで電圧指令値vd及びvqと加算され、電圧指令値vd **及びvq **として空間ベクトル変調部３００に入力される。
次に、デッドタイム補償部（Ｂ）４００について図１７を参照して説明する。
デッドタイム補償部４００は、加算部４０１、乗算部４０２、インバータ印加電圧感応補償量演算部４１０、３相電流指令値モデル４２０、相電流補償符号推定部４２１、位相調整部４３０、３相交流／ｄｑ軸変換部４４０で構成されている。なお、乗算部４０２及び３相交流／ｄｑ軸変換部４４０でデッドタイム補償値出力部を構成している。モータ回転角θは加算部４０１に入力され、モータ回転数ωは位相調整部４３０に入力されている。また、インバータ印加電圧ＶＲはインバータ印加電圧感応補償量演算部４１０に入力され、加算部４０１で算出された位相調整後のモータ回転角θｍが３相電流指令値モデル４２０に入力されている。
モータ回転数ωによりデッドタイム補償タイミングを早めたり、遅くしたい場合、モータ回転数ωに応じて調整角度を算出する機能のために位相調整部４３０を有している。位相調整部４３０は、進角制御の場合は図１５に示すような特性であり、算出された位相調整角Δθは加算部４０１に入力され、検出されたモータ回転角θと加算される。加算部４０１の加算結果である位相調整後のモータ回転角θｍ（＝θ＋Δθ）は、３相電流指令値モデル４２０に入力されると共に、３相交流／ｄｑ軸変換部４４０に入力される。
モータ電気角を検出してDuty指令値を演算してから、実際にＰＷＭ信号に反映されるまで数十〜百［μｓ］の時間遅れがある。この間、モータが回転しているので、演算時のモータ電気角と反映時のモータ電気角とで位相ずれが発生する。この位相ずれを補償するため、モータ回転数ωに応じて進角を行い、位相を調整している。
最適なデッドタイム補償量はインバータ印加電圧ＶＲに応じて変化するので、インバータ印加電圧ＶＲに応じたデッドタイム補償量DTCを演算し、可変するようにしている。インバータ印加電圧ＶＲを入力してデッドタイム補償量DTCを出力するインバータ印加電圧感応補償量演算部４１０は図１３と同様な構成であり、インバータ印加電圧ＶＲは入力制限部（２２１に相当）で正負最大値を制限され、最大値を制限されたインバータ印加電圧（VRｌに相当）はインバータ印加電圧／デッドタイム補償量変換テーブル（２２２に相当）に入力される。インバータ印加電圧／デッドタイム補償量変換テーブル２２２の特性は、例えば図１８のようになっている。即ち、所定インバータ印加電圧VR1まで一定のデッドタイム補償量DTC1であり、所定インバータ印加電圧VR1から所定インバータ印加電圧VR2（＞VR1）まで線形（若しくは非線形）に増加し、所定インバータ印加電圧VR2以上で一定のデッドタイム補償量DTC2を出力する特性である。
ｄ軸電流指令値id *及びｑ軸電流指令値iq *はモータ回転角θｍと共に、３相電流指令値モデル４２０に入力される。３相電流指令値モデル４２０は、ｄｑ軸電流指令値id *及びiq *、モータ回転角θｍから、図１９に示すような１２０［deg］ずつ位相のずれた正弦波の３相電流モデル指令値Icmを演算若しくはテーブルにより算出する（下記数２〜数３参照）。３相電流モデル指令値Icmは、モータタイプによって相違している。d軸電流指令値iref_dとq軸電流指令値iref_qをモータ電気角θｅから３相の電流指令値(U・V・W相)に変換すると、下記数２となる。
Figure 2018037981
上記数２から３相電流指令値を求めると、Ｕ相電流指令値モデルiref_u、Ｖ相電流指令値モデルiref_v及びＷ相電流指令値モデルiref_wは、それぞれ下記数３で表わされる。
Figure 2018037981
テーブルは、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）に格納されているタイプでも、ＲＡＭ(Random Access Memory)上に展開されているタイプでも良い。数３の使用において、sinθのみをテーブル化しておき、入力θを９０°オフセットさせて使用することによりcosθを演算したり、１２０°オフセットさせるなどして、その他のsin関数項を演算しても良い。ＲＯＭ容量に問題がなかったり、複雑な指令値モデル（例えば擬似矩形波モータなど）の場合は、数式全体をテーブル化しておく。
３相電流モデル指令値Icmは相電流補償符号推定部４２１に入力される。相電流補償符号推定部４２１は入力される３相電流モデル指令値Icmに対して、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒステリシス特性で正（＋１）又は負（−１）の補償符号SNを出力する。３相電流モデル指令値Icmがゼロクロスするポイントを基準として補償符号SNを推定するが、チャタリング抑制のためにヒステリシス特性となっている。推定された補償符号SNは乗算部４０２に入力される。なお、ヒステリシス特性の正負閾値は適宜変更可能である。
単純に相電流指令値モデルの電流符号からデッドタイム補償値の符号を決めた場合、低負荷においてチャタリングが発生する。例えば、オンセンターで軽く左右にハンドルを切った時に、トルクリップルが発生する。この問題を改善するために符号判定にヒステリシスを設け（図１２では±０．２５[Ａ]）、設定した電流値を超えて符号が変化した場合以外、現在の符号を保持してチャタリングを抑制する。
インバータ印加電圧感応補償量演算部４１０からのデッドタイム補償量DTCは乗算部４０２に入力され、乗算部４０２は補償符号SNを乗算したデッドタイム補償量DTCa（＝DTC×SN）を出力する。デッドタイム補償量DTCaは３相交流／ｄｑ軸変換部４４０に入力され、３相交流／ｄｑ軸変換部４４０は、モータ回転角θｍに同期して２相のデッドタイム補償値vd *及びvq *を出力する。デッドタイム補償値vd *及びvq *は、それぞれ加算部１２１ｄ及び１２１ｑにおいて電圧指令値vd及びvqと加算され、インバータ１６１のデッドタイム補償が実施される。
このように本発明では、インバータのデッドタイム補償値を、モータ回転角（電気角）に応じた関数に基づくデッドタイム補償機能（Ａ）と電流指令値モデルに基づくデッドタイム補償機能（Ｂ）とを所定条件で切り換え、ｄｑ軸にフィードフォワードで補償するようにしている。デッドタイム補償値をモータ回転角（電気角）に応じた３相の関数とし、３相／ｄｑ軸変換することにより、ｄｑ軸上の電圧指令値にフィードフォワードで補償する構成となっている。このため、図２０に示すように、異なる補償機能Ａ及びＢを瞬時に切り換えて最適なデッドタイム補償を実施することができる。
次に、空間ベクトル変調について説明する。空間ベクトル変調部３００は図２１に示すように、ｄｑ軸空間の２相電圧（vd **、vq **）を３相電圧（Vua，Vva，Vwa）に変換し、３相電圧（Vua，Vva，Vwa）に３次高調波を重畳する機能を有していれば良く、例えば本出願人による特開２０１７−７００６６、特願２０１５−２３９８９８等で提案している空間ベクトル変調の手法を用いても良い。
即ち、空間ベクトル変調は、ｄｑ軸空間の電圧指令値vd **及びvq **、モータ回転角θ及びセクター番号ｎ（＃１〜＃６）に基づいて、以下に示すような座標変換を行い、ブリッジ構成のインバータのＦＥＴ（上側アームＱ１、Ｑ３、Ｑ５、下側アームＱ２、Ｑ４、Ｑ６）のＯＮ／ＯＦＦを制御する、セクター＃１〜＃６に対応したスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６をモータに供給することによって、モータの回転を制御する機能を有する。座標変換については、空間ベクトル変調において、電圧指令値ｖｄ ＊＊及びｖｑ ＊＊は、数４に基づいて、α−β座標系における電圧ベクトルＶα及びＶβに座標変換が行われる。この座標変換に用いる座標軸及びモータ回転角θの関係については、図２２に示す。
Figure 2018037981
そして、ｄ−ｑ座標系における目標電圧ベクトルとα−β座標系における目標電圧ベクトルとの間には、数５のような関係が存在し、目標電圧ベクトルＶの絶対値は保存される。
Figure 2018037981
空間ベクトル制御におけるスイッチングパターンでは、インバータの出力電圧をＦＥＴ（Ｑ１〜Ｑ６）のスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６に応じて、図２３の空間ベクトル図に示す８種類の離散的な基準電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７（π／３［ｒａｄ］ずつ位相の異なる非零電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７）で定義する。そして、それら基準出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の選択とその発生時間を制御するようにしている。また、隣接する基準出力電圧ベクトルによって挟まれた６つの領域を用いて、空間ベクトルを６つのセクター＃１〜＃６に分割することができ、目標電圧ベクトルＶは、セクター＃１〜＃６のいずれか１つに属し、セクター番号を割り当てることができる。Ｖα及びＶβの合成ベクトルである目標電圧ベクトルＶが、α−β空間において正６角形に区切られた図２３に示されたようなセクター内のいずれに存在するかは、目標電圧ベクトルＶのα−β座標系における回転角γに基づいて求めることができる。また、回転角γはモータの回転角θとｄ−ｑ座標系における電圧指令値ｖｄ ＊＊及びｖｑ ＊＊の関係から得られる位相δの和として、γ＝θ＋δで決定される。
図２４は、空間ベクトル制御におけるインバータのスイッチングパターンＳ１、Ｓ３，Ｓ５によるディジタル制御で、インバータから目標電圧ベクトルＶを出力させるために、ＦＥＴに対するＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１〜Ｓ６（スイッチングパターン）におけるスイッチングパルス幅とそのタイミングを決定する基本的なタイミングチャートを示す。空間ベクトル変調は、規定されたサンプリング期間Ｔｓ毎に演算などをサンプリング期間Ｔｓ内で行い、その演算結果を次のサンプリング期間Ｔｓにて、スイッチングパターンＳ１〜Ｓ６における各スイッチングパルス幅とそのタイミングに変換して出力する。
空間ベクトル変調は、目標電圧ベクトルＶに基づいて求められたセクター番号に応じたスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６を生成する。図２４には、セクター番号＃１（ｎ＝１）の場合における、インバータのＦＥＴのスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６の一例が示されている。信号Ｓ１、Ｓ３及びＳ５は、上側アームに対応するＦＥＴＱ１、Ｑ３、Ｑ５のゲート信号を示している。横軸は時間を示しており、Ｔｓはスイッチング周期に対応し、８期間に分割され、Ｔ０／４、Ｔ１／２、Ｔ２／２、Ｔ０／４、Ｔ０／４、Ｔ２／２、Ｔ１／２及びＴ０／４で構成される期間である。また、期間Ｔ１及びＴ２は、それぞれセクター番号ｎ及び回転角γに依存する時間である。
空間ベクトル変調がない場合、本発明のデッドタイム補償をｄｑ軸上に適用し、デッドタイム補償値のみｄｑ軸／３相変換したデッドタイム補償値波形（Ｕ相波形）は、図２５の破線のような３次成分が除去された波形となってしまう。Ｖ相及びＷ相についても同様である。ｄｑ軸／３相変換の代わりに空間ベクトル変調を適用することにより、３相信号に３次高調波を重畳させることが可能となり、３相変換によって欠損してしまう３次成分を補うことができ、図２５の実線のような理想的なデッドタイム補償波形を生成することが可能となる。
図２６は、本発明の効果を示すステアリング実験装置による実験結果であり、ステアリングを中速から高速に切増しをしている操舵状態において、補償機能Ａから補償機能Ｂに切り換えられたときのｄ軸電流及びｑ軸電流と、ｑ軸デッドタイム補償値及びｑ軸デッドタイム補償値の波形を示している。図２６に示すように本発明のデッドタイム補償を適応しデッドタイム補償値がＡからＢに切り換わることにより、ｄ軸電流が流れる始めるときなど、電流制御特性が変化してもデッドタイムの影響によるｄｑ軸電流の波形歪みが無いことが確認できる。
図２７は、デッドタイム補償部（Ａ）２００の他の例を図７に対応させて示しており、本実施形態では直接ｄｑ軸のデッドタイム補償値vda及びvqaを基準テーブル２６０ｄ及び２６０ｑで算出している。ｄｑ軸角度−デッドタイム補償値基準テーブル２６０ｄ及び２６０ｑは図２８に詳細を示すように、オフライン上で、３相で必要とされる角度の関数であるデッドタイム補償値を計算し、ｄｑ軸上のデッドタイム補償値に変換する。即ち、各相角度−デッドタイム補償値関数部２６０Ｕ，２６０Ｖ，２６０Ｗで位相調整されたモータ回転角θｍに対して、電気角０〜３５９［deg］の範囲で１２０［deg］ずつ位相のずれた矩形波の各相デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtを出力する。デッドタイム補償値角度関数部２６０Ｕ，２６０Ｖ，２６０Ｗは、３相で必要とされるデッドタイム補償値を角度による関数としてオフラインで計算し、デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtを出力する。デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtの角度関数は、ＥＣＵのデッドタイムの特性により異なる。
デッドタイム基準補償値Udt，Vdt，Wdtは３相交流／ｄｑ軸変換部２６１に入力され、図２８に示されるような出力波形のｄｑ軸デッドタイム補償値DTｄ、DTｑに変換される。図２８のｄｑ軸出力波形を元に、角度（θｍ）入力による角度−デッドタイム補償値基準テーブル２４０ｄ及び２４０ｑを生成する。デッドタイム補償値基準テーブル２４０ｄは図２９（Ａ）に示すように、モータ回転角θｍに対して鋸歯波状の出力電圧特性（ｄ軸デッドタイム基準補償値）を有し、デッドタイム補償値基準テーブル２４０ｑは図２９（Ｂ）に示すように、オフセット電圧を上乗せした波状波形の出力電圧特性（ｑ軸デッドタイム基準補償値）を有している。
角度−デッドタイム補償値基準テーブル２６０ｄ及び２６０ｑからのデッドタイム基準補償値を示す出力電圧vda及びvqaはそれぞれ乗算部２０５ｄ及び２０５ｑに入力され、電圧感応ゲインGvと乗算される。電圧感応ゲインGvを乗算されたｄｑ軸のデッドタイム補償値vda *及びvqa *はそれぞれ乗算部２０４ｄ及び２０４ｑに入力され、電流指令値感応ゲインGcsと乗算される。乗算部２０４ｄ及び２０４ｑにおける乗算結果がデッドタイム補償値vd *及びvq *であり、デッドタイム補償値vd *及びvq *はそれぞれ加算部１２１ｄ及び１２１ｑで電圧指令値vd及びvqと加算される。
１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０、１００ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 操舵補助指令値演算部
３５、２０３、２０４ ＰＩ制御部
３６、１６０ ＰＷＭ制御部
３７，１６１ インバータ
１１０ 角度検出部
１３０ ３相交流／ｄｑ軸変換部
１４０ ｄ−ｑ非干渉制御部
２００ デッドタイム補償部（Ａ）
２０１ 電流制御遅れモデル
２０２ 補償符号推定部
２１０、４３０ 位相調整部
２２０ インバータ印加電圧感応ゲイン部
２３０Ｕ、２３０Ｖ、２３０Ｗ 角度−デッドタイム補償値関数部
２４０、４４０ ３相交流／ｄｑ軸変換部
２５０ 電流指令値感応ゲイン部
３００ 空間ベクトル変調部
３０１ ２相／３相変換部
３０２ ３次高調波重畳部
４００ デッドタイム補償部（Ｂ）
４２０ ３相電流指令値モデル
４２１ 相電流補償符号推定部
５００ 補償値切換部
５０１、５０２ 条件分岐部
５１０ 切換判定部

Claims (10)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
    前記インバータのデッドタイム補償を行う性能が異なる複数のデッドタイム補償機能を有し、前記複数のデッドタイム補償機能１つから他のデッドタイム補償機能に所定条件で切り換えて前記デッドタイム補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記複数のデッドタイム補償機能が２つであり、低速・中速操舵状態において効果のある、モータ回転角の関数に基づく前記インバータのデッドタイム補償機能Ａと、高速操舵状態において効果のある、電流指令値モデルに基づく前記インバータのデッドタイム補償機能Ｂとである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記所定条件が、前記ｄｑ軸電流指令値及びモータ回転数で定まる切換条件である請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記デッドタイム補償機能Ａと前記デッドタイム補償機能Ｂの切り換えを、前記切換条件に基づくソフトウェアの条件分岐によって行う請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相Duty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
    前記３相ブラシレスモータのモータ回転角に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第１のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ａと、
    前記ｄｑ軸電流指令値を入力し、電流指令値モデルに基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第２のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ｂと、
    前記ｄｑ軸電流指令値及び前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて前記第１のｄｑ軸補償値と前記第２のｄｑ軸補償値とを切り換えてｄｑ軸デッドタイム補償値を出力する補償値切換部と、
    を具備し、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値により前記ｄｑ軸電流指令値を補正して前記インバータのデッドタイム補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  6. 前記補償値切換部が、
    前記ｄｑ軸電流指令値及び前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて補償値切換の判定を行う切換判定部と、
    前記切換判定部からの切換判定フラグによって、前記第１のｄｑ軸補償値又は前記第２のｄｑ軸補償値を前記ｄｑ軸デッドタイム補償値として出力する条件分岐部と、
    で構成されている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 前記切換判定部が、
    前記ｄ軸電流指令値がゼロ近辺となった時に判定フラグ１を出力するゼロ判定部と、
    前記ｑ軸電流指令値の絶対値を得る第１の絶対値部と、
    前記第１の絶対値部の出力が第１の閾値以上となった時に第２の判定フラグを出力すると共に、ヒステリシス特性を有する第１の閾値部と、
    モータ回転数の絶対値を得る第２の絶対値部と、
    前記第２の絶対値部の出力が第２の閾値以上となった時に第３の判定フラグを出力すると共に、ヒステリシス特性を有する第２の閾値部と、
    前記第１の判定フラグ、前記第２の判定フラグ及び前記第３の判定フラグが入力された時に前記切換判定フラグを出力する切換条件判定部と、
    で構成されている請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記ゼロ近辺が０．０〜０．１［Ａ］である請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記条件分岐部が、前記切換判定フラグに基づくソフトウェアの条件分岐によって行う請求項６乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 前記補正が、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値と前記ｄｑ軸電流指令値の加算演算である請求項５乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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