WO2005035333A1

WO2005035333A1 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: WO2005035333A1
Application number: PCT/JP2004/014644
Authority: WO
Inventors: Takeshi Ueda; Katsutoshi Nishizaki
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2005-04-21
Also published as: US7474067B2; KR20060120015A; EP1683705B1; EP1683705A4; EP1683705A1; JPWO2005035333A1; JP4736805B2; US20070052381A1

Abstract

　電動モータの回転位置情報とその電動モータの目標電流値とを用いて、当該モータを流れる電流の所定の高次成分に起因するトルクリップルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定する電流高次歪み補償部と、この電流高次歪み補償部からの補償値を用いて、上記目標電流値を補正する補正部とを設ける。そして、フィードバック制御部が、補正部によって補正された後の目標電流値に基づいて、電動モータをフィードバック制御する。これにより、電流高次成分に起因するトルクリップルを抑えることができ、よって操舵フィーリングの低下を抑制することができる。

Description

明細書

電動パワーステアリング装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車などの車両に搭載され、電動モータを用いてドライバーの操舵動作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

背景技術

[0002] 例えば自動車に搭載される電動パワーステアリング装置は、操舵部材力操向車輪に至る操舵機構に連結された電動モータを備えており、このモータ動力を操舵機構に付与することで上記操舵部材でのドライバーによる操舵動作を補助するようになつている。

ところで、上記電動モータでは、そのロータ磁石の極数やステータ卷線用のスロット数等のモータ構成に起因して生じるコギングトルク (機械的リップル)と、誘導起電力波形が理想波形に対し歪むことによって発生する電気リップルとに大別されるリップル (脈動）が出力トルクに生じる。このようなモータ出力でのトルクリップルは、上記ステアリング装置における操舵フィーリングを低下させる要因の一つであり、ゆえに当該ステアリング装置ではトルクリップルを抑制することが強く望まれている。

そこで、従来装置には、例えば特開 2003— 61272号公報に記載されているように、上記スロットのロータ磁石に対向する部分の形状を変更したり、スキュー角度を調整したりすることにより、トルクリップルを低減しょうとしたものがある。

[0003] ところで、電動パワーステアリング装置では、上記電動モータとして例えば 3相ブラシレスモータが用いられて、る。

ところが、上記のようなモータでは、歪みをもつ磁界の回転により生じる電流の高次成分に起因して、その出力トルクにトルクリップル (電気リップル）が現れて、操舵フィ一リングの低下を生じることがあった。

[0004] 本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、電流高次成分に起因するトルクリツプルを抑えることができ、よって操舵フィーリングの低下を抑制することができる電動ノワーステアリング装置を提供することを目的とする。発明の開示

[0005] 上記目的を達成するための本発明は、操舵部材の操作に応じて電動モータの目標電流値を決定し、そのモータ動力を操舵機構に付与して操舵補助を行う電動パヮ一ステアリング装置であって、

前記電動モータの回転位置情報と決定された前記目標電流値とを用いて、当該モータを流れる電流の所定の高次成分に起因するトルクリップルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定するトルクリップル補償決定手段と、前記トルクリップル補償決定手段からの補償値を用いて、前記決定された目標電流値を補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された後の目標電流値に基づき、前記電動モータをフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

[0006] 上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、トルクリップル補償決定手段が、電動モータの回転位置情報と、操舵部材の操作に応じて決定された目標電流値とを用いることにより、その目標電流値の電流が当該モータに供給されたときに、その電流の所定の高次成分によって発生するトルクリップルを予期し、この予期したトルクリップルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定して、る。また、上記フィードバック制御手段は、補正手段がトルクリップル補償決定手段力もの補償値を基に補正した目標電流値に基づき電動モータをフィードバック制御するので、当該制御手段が補正後の目標電流値の電流を供給させたときに上記所定の電流高次成分が取り除かれた状態で当該モータへの電流供給が行われて、電流高次成分に起因するトルクリップルを抑えることができる。

[0007] また、上記電動パワーステアリング装置にぉ、て、前記トルクリップル補償決定手段は、前記決定された目標電流値に応じて、前記電流高次成分用の補償値を変化させることが好ましい。

この場合、上記の補償値がモータ負荷に応じて変化されることとなり、モータ負荷が変化したときでも、フィードバック制御手段はより適切な補償値にて補正された目標電流値を用いて電動モータを制御することができ、操舵フィーリング低下をより確実に防ぐことができる。 [0008] また、上記電動パワーステアリング装置にぉ、て、前記トルクリップル補償決定手段には、前記電流高次成分用の補償値を決定する電流高次歪み補償部に加えて、前記電動モータの回転位置情報と決定された前記目標電流値とを用いて、当該モータ内に形成される磁界の歪みに起因するトルクリップルを抑制するための磁界歪み用の補償値を決定する磁界歪み補償部が設けられてもよい。

この場合、上記電流高次歪み補償部が決定する電流高次成分用の補償値に加えて、磁界歪み補償部が決定する磁界歪み用の補償値を用いて、目標電流値が補正されることとなり、上記フィードバック制御手段が当該目標電流値の電流を流させたときに電流高次成分に起因するトルクリップルだけでなく電動モータ内に形成される磁界歪みに起因するトルクリップルを抑制することができ、これらリップルによる操舵フィ一リング低下を防ぐことができる。

[0009] また、上記電動パワーステアリング装置において、前記電動モータ及び前記フィードバック制御手段を含んだ電流制御系と、前記回転位置情報を基に前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段からの前記電動モータの回転速度に基づいて、前記電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下を補償するためのゲイン補償値を求めるゲイン補償演算手段とを備え、前記補正手段は、前記トルクリップル補償決定手段からの補償値と、前記ゲイン補償演算手段からのゲイン補償値とを用いて、前記決定された目標電流値を補正することが好ましい。

この場合、上記フィードバック制御手段がトルクリップル補償決定手段力ゝらの補償値とゲイン補償演算手段力のゲイン補償値とを用いて補正された目標電流値に基づいて、電動モータをフィードバック制御することとなり、上記電流制御系の周波数特性に従って、そのモータを流れる電流のゲインがモータ回転速度の増加に応じて低下するのを補償することができ、当該ゲイン低下に伴って操舵フィーリングが低下するのを抑制することができる。

[0010] また、上記電動パワーステアリング装置において、前記回転速度検出手段からの前記電動モータの回転速度に基づいて、前記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れを補償するための位相補償値を求める位相補償演算手段を備え、前記補正手段は、前記トルクリップル補償決定手段からの補償値と、前記ゲイン補償演算手段力ゝらのゲイン補償値と、前記位相補償演算手段からの位相補償値とを用 V、て、前記決定された目標電流値を補正してもよ、。

この場合、上記フィードバック制御手段がトルクリップル補償決定手段力ゝらの補償値とゲイン補償演算手段力ゝらのゲイン補償値と位相補償演算手段力ゝらの位相補償値とを用いて補正された目標電流値に基づ、て、電動モータをフィードバック制御することとなり、上記電流制御系の周波数特性に従って、そのモータを流れる電流が誘起電圧に対してモータ回転速度の増加に応じて位相遅れを生じるのを補償することができ、当該位相遅れに伴う操舵フィーリング低下を抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の主要部の構成を示す模式図である。

[図 2]図 1に示した電動モータでの 3相交流座標と d— q座標との関係を示す図である。

[図 3]図 1に示した ECUの構成例を示すブロック図である。

[図 4]図 3に示した磁界歪み補償部の具体的な構成例を示すブロック図である。

[図 5]図 3に示した電流高次歪み補償部の具体的な構成例を示すブロック図である。

[図 6]図 3に示した電流制御系の周波数特性の具体例を示すボード線図である。

[図 7]上記電動モータの無負荷誘導起電力（誘起電圧)の実測データの具体例を示す波形図である。

[図 8]上記磁界歪み補償部にて決定される磁界歪み補償電流成分の具体的な波形を示す波形図である。

[図 9]上記電動モータでの誘起電圧に含まれる高次成分について、その 1次成分に対する割合の測定例を示すグラフである。

[図 10]上記電動モータの目標電流値について、電流高次成分の 1次成分に対するゲイン変化の測定例を示すグラフである。

[図 11]上記電動モータの具体的な出力トルクを示す波形図である。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、本発明の電動パワーステアリング装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、操舵部材に連なる操舵軸に電動モータとしてのブラシレスモータを連結したコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した場合を例示して説明する。

[0013] [電動パワーステアリング装置の全体構成]

図 1は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の主要部の構成を示す模式図である。図において、当該装置は、例えば自動車に搭載され、操舵部材 (ステアリングホイール） 1に加わるドライバーの操舵動作に応じて、操向車輪 8の向きを変える操舵軸 2を備えている。すなわち、操舵軸 2の一端側には、操舵部材 1が連結されるとともに、他端側には左右の上記操向車輪 8がラックピ-オン式伝達機構 6及びタイロッド 7等を介して連結されている。そして、操舵軸 2の回転力ラックピニオン式伝達機構 6によって左右方向の直線運動に変換され、操向車輪 8が転舵される。

また、上記操舵軸 2の途中には、トルクセンサ 3と、減速機構 4を介在させて連結された電動モータ 5とが設けられている。これらの減速機構 4と電動モータ 5とが、操舵部材 1から操向車輪 8に至る操舵機構にモータ動力による操舵補助力を付与する操舵補助部を構成している。つまり、上記トルクセンサ 3は、ドライバーの操舵部材 1へのステアリング操作や操向車輪 8側から逆入力される路面抵抗などに応じて操舵軸 2 に生じたトルクを検出して、そのトルク検出値を示すトルク検出信号 Tsを制御装置としての ECU 10に出力する。また、この ECU 10には、イダ-シヨンスィッチ 12のオン Zオフ操作に応じてバッテリ 11から電力供給が行われるとともに、自動車速度を検出する車速センサ 9からの車速信号 Vsと、上記モータ 5のロータ回転に応じた信号とが入力されるようになっており、 ECU 10はこれらの入力信号を基に電動モータ 5の駆動制御を行うことで所望の操舵補助力による操舵補助を実施するようになってヽる。

[0014] [電動モータの構成及びその駆動制御の概要]

上記電動モータ 5は、図 2を参照して、例えば永久磁石を有するロータと、 U相、 V 相、及び W相の各相コイル (ステータ卷線）とを備え、正弦波駆動方式の 3相スター結線のブラシレスモータにより構成されている。

ここで、このモータ 5において、所望の操舵補助力を発生させるために、各相コイルに供給すべき相電流の目標値、つまり各相コイルに対する電流指令値 i u、 i*v、及び i*wは、その供給電流の最大値 (振幅）を I*としたときに次の（1)一 (3)式で表される

1 u = 丄 X sin Θ re —、丄 J

i*v = I* X sin ( 0 re— 2 π Ζ3) —— (2)

l w = I* X sin ( Θ re— 4 π / 3) = — ι u— i*v — (3)

但し、 0 reは、同図に示すように、例えば U相コイルを基準として時計方向まわりに正回転する永久磁石（ロータ）の回転角度 (電気角）である。この電気角は、ロータの回転位置を示す情報であり、当該ロータの実際の回転角度を示す機械角を Θ mとし、ロータの磁極数を pとしたときに、 Θ re= (p/2) X Θ mで表される。尚、以下の説明においては、特に明記するとき以外は、角度は電気角を表すものとする。

[0015] また、電動モータ 5は、上記 ECU 10に含まれた後述のフィードバック制御部によつてフィードバック制御されており、さらにこのフィードバック制御では d-q座標が用いられている。具体的には、上記 d— q座標は、永久磁石による磁束の方向を d軸とし、この d軸に直交する方向を q軸と規定したものであり、上記磁石回転（回転界磁）と同期して回転する回転座標系である。そして、 ECU 10は、電動モータ 5への印加電圧の指令値を決定する際に、まず上記（1)一 (3)式に示した各相コイルでの電流指令値 i *u、 i*v、及び i*wを、次の（4)及び（5)にそれぞれ表される d軸電流指令値 i*d及び q 軸電流指令値 i*qに変換し、これらの変換した d— q座標の電流指令値 i*d及び i*qに基づき上記印加電圧指令値を決めている。このように、 3相交流座標（静止座標）での電流指令値 i*u、 i*v、及び i*wを d— q座標の電流指令値 i*d及び i*qに変換することにより、モータ 5の回転時でも ECU 10はその供給電流を直流量で制御可能となつて、位相遅れの低減等を行いつつ、当該モータ 5の駆動制御を高精度に実施して所望の操舵補助力を容易に発生させることができる。

i*d = 0 ― (4)

i*q = -^ (3/2) X I* — (5)

[0016] また、電動モータ 5の U相、 V相、及び W相の各相コイルを実際に流れる電流につ V、ては、後述の電流検出器にて例えば U相電流検出値 iu及び V相電流検出値が検出されて、それらの検出値 iu及び ivを下記の（6)及び（7)式に代入することで d— q 座標に変換した後の d軸電流検出値 id及び q軸電流検出値 iqが求められるようになつている。そして、 ECU 10では、後に詳述するように、上記 d軸電流指令値 i*d及び q 軸電流指令値 i * qと d軸電流検出値 id及び q軸電流検出値 iqとを用、たフィードバック制御が行われる。

id = ^2{ivX sin 0 re-iu X sin ( θ Γβ-2 π /3) } — (6)

iq = ^2{iv X cos 0 re-iu X cos ( θ Γβ-2 π /3) } —— (7)

[0017] [ECUの構成及び動作]

図 3は、図 1に示した ECUの構成例を示すブロック図である。図に示すように、上記 ECU 10〖こは、上記トルクセンサ 3からのトルク信号 Tsを入力する位相補償器 13と、マイクロコンピュータ（以下、 "マイコン"と略称する。） 100と、このマイコン 100からの指示に従って上記電動モータ 5を PWM信号にて駆動するハードウェアにより構成されたモータ駆動部とが設けられている。このモータ駆動部には、マイコン 100に接続された 3相 PWM変調部 31と、この 3相 PWM変調部 31と駆動対象の電動モータ 5の各ステータ卷線 (U、 V、 W相の各コイル）との間に接続されたモータ駆動回路 32とが設けられている。

また、上記モータ駆動部は、モータ駆動回路 32と上記 3相コイルのうち、例えば V 相コイル及び U相コイルに供給される電流をそれぞれ検出する V相電流検出器 33及び U相電流検出器 34と、電動モータ 5側に設けられ、レゾルバなどにより構成された位置検出センサ 51からのセンサ出力（ロータ回転に応じた信号 Sr)を基に上記電気角を検出するロータ角度位置検出器 35とを備えており、図に点線にて囲んで示すように、当該モータ駆動部とマイコン 100の一部分とで電動モータ 5をフィードバック制御する上記フィードバック制御部 200を構成している。また、上記位置検出センサ 51 とロータ角度位置検出器 35とが、電動モータ 5の回転位置情報 (電気角）を取得する回転位置情報取得手段を構成して!/ヽる。

[0018] 上記マイコン 100には、その内部に設けられた不揮発性のメモリ（図示せず）に予め格納されているプログラムを実行することにより、モータ制御に必要な所定の演算処理を行う複数の機能ブロックが設けられている。すなわち、このマイコン 100には、図 3に示すように、目標電流値演算部 14、回転方向指定部 15、収斂性補正部 16、加算器 17、磁界歪み補償部 18、電流高次歪み補償部 19、ロータ角速度演算部 20、加算器 21, 22、減算器 23, 24、 d軸電流 PI制御部 25、 q軸電流 PI制御部 26、 d - q Z3相交流座標変換部 27、符号反転加算器 28、 3相交流 Zd - q座標変換部 29、及び正弦波 ROMテーブル 30が含まれており、車速センサ 9からの車速信号 Vs等の入力信号を基に所望の操舵補助力を決定し、この決定した操舵補助力に対応した出力（指示)信号を上記モータ駆動部に与えるモータ制御部を構成している。

また、このモータ制御部では、上記磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 1 9を有するトルクリップル補償決定部 101が設けられており、この補償決定部 101の演算結果をモータ駆動部への指示信号に反映させることにより、後に詳述するように、電動モータ 5内に形成される磁界の歪みに起因するトルクリップルと当該モータ 5を流れる電流の高次成分に起因するトルクリップルとを低減できるようになつている。さらに、ロータ角速度演算部 20が、上述の回転位置情報取得手段からの回転位置情報を基に電動モータ 5の回転速度を検出する回転速度検出手段を構成している。

[0019] 上記のように構成された ECU 10では、トルクセンサ 3から上記トルク検出信号 Tsを入力すると、上記位相補償器 13がそのトルク検出信号 Tsに位相補償を施してマイコン 100の目標電流値演算部 14に出力する。また、この ECU 10は、上記車速センサ 9から所定のサンプリング周期で出力される車速信号 Vsを入力しており、その入力した車速信号 Vsは、マイコン 100の目標電流値演算部 14及び収斂性補正部 16に与えられている。さらに、 ECU 10では、位置検出センサ 51からセンサ信号 Srがロータ角度位置検出器 35に入力されると、このロータ角度位置検出器 35は入力したセンサ信号 Srに基づいて電動モータ 5の永久磁石（ロータ）の回転位置、つまり上記電気角 Θ reを検出する。そして、ロータ角度位置検出器 35は、検出した電気角 Θ reを示す角度信号をマイコン 100の磁界歪み補償部 18、電流高次歪み補償部 19、ロータ角速度演算部 20、及び正弦波 ROMテーブル 30に出力する。

[0020] 上記目標電流値演算部 14は、位相補償後のトルク検出信号 Tsと車速信号 Vsと〖こ基づいて、電動モータ 5に供給すべき供給電流の値である目標電流値 Itを求める。詳細には、この演算部 14には、アシストマップと呼ばれる、操舵軸 2でのトルク、このトルクに応じて所望の操舵補助力を発生させるための上記目標電流値 It、及び車速の関係を示したテーブルが予め格納されている。そして、当該演算部 14は上記トルク検出信号 Ts及び車速信号 Vsの各値を入力パラメータとして、上記テーブルを参照することにより、目標電流値 Itを取得し、回転方向指定部 15及び加算器 17に出力する。

また、この目標電流値 Itは、上述の（5)式にて示された q軸電流指令値 i*qに相当するものであり、モータ動力によるアシスト方向を示す符号を有している。つまり、目標電流値 Itの符号は、モータロータの回転方向を指定しており、例えば正及び負の場合にそれぞれ操舵部材 1での右方向操舵及び左方向操舵を補助するように電動モータ 5を回動させることを示して!/、る。

上記回転方向指定部 15は、目標電流値演算部 14から入力した目標電流値 Itの符号に基づきロータ回転方向を判別し、その回転方向を指定する方向信号 Sdirを生成して収斂性補正部 16に出力する。この収斂性補正部 16には、上記車速信号 Vsと、方向信号 Sdirと、上記ロータ角速度演算部 20がロータ角速度位置検出器 35から入力した電気角 0 reを基に算出したロータ角速度 coreとが入力されており、当該補正部 16はこれらの入力信号を用いた所定演算を行うことにより、車両収斂性を確保するための補償電流値 icを求める。そして、この補償電流値 icは、加算器 17にて上記目標電流値 Itに加算され、加算器 17は、その加算結果を q軸基本電流指令値 i*q0として出力する。

上記 q軸基本電流指令値 i*q0は、所望の操舵補助力を発生するためのモータ負荷 (つまり、電動モータ 5が発生すべきトルク）に対応する供給電流の基本的な指令値（目標電流値)であり、トルクリップル補償決定部 101の磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19に同時に与えられるとともに、加算器 22にも出力されて上記磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19での演算結果が反映されるよう加算される。

一方、 d軸方向の電流はトルクに関与しないことから、その d軸電流の基本的な指令値である d軸基本電流指令値 i* dOの値は" 0"であり、 i*dO = 0として加算器 21に設定入力されている。 [0022] 上記磁界歪み補償部 18は、ロータ角度位置検出器 35からの電動モータ 5の回転位置情報としての電気角 Θ reと、加算器 17からの q軸基本電流指令値 i*q0とを用いて、そのモータ 5内に形成される磁界の歪みに起因するトルクリップルを抑制するための磁界歪み用の補償値を決定している。つまり、磁界歪み補償部 18は、上記 q軸基本電流指令値 i*q0にて指令される電流が電動モータ 5の各相コイルに供給されたときに、各相コイルに誘起する誘導起電力波形での理想波形に対する歪み (モータ 5 内の磁界の歪み）に起因してモータ出力トルクに現れるトルクリップルを予期して、予期したトルクリップルが抑制されるように当該 q軸基本電流指令値 i*q0を変更するための電流の補償値を d軸電流及び q軸電流毎に算出し d軸電流補償値 A idl及び q 軸電流補償値 A iqlとして決定している（詳細は後述)。そして、磁界歪み補償部 18 は、対応する加算器 21及び 22に定めた磁界歪み用の d軸電流補償値 A idl及び q 軸電流補償値 Δ iqlを出力する。

また、この磁界歪み補償部 18から出力される d軸電流補償値 A idl及び q軸電流補償値 Δ iqlは、後に詳述するように、電動モータ 5を含んだ後述の電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下及び位相遅れが極力生じな、ように補正されて、る。

[0023] また、上記電流高次歪み補償部 19は、上述の電気角 Θ re及び q軸基本電流指令値 i*q0を用いて、そのモータ 5を流れる電流の所定の高次成分に起因するトルクリツプルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定している。つまり、電流高次歪み補償部 19は、上記 q軸基本電流指令値 i*q0にて指令される電流が電動モータ 5の各相コイルに供給されたときに、各相コイルを流れる電流の所定の高次成分によつて発生するトルクリップルを予期して、予期したトルクリップルが打ち消されるように当該 q軸基本電流指令値 i*q0を変更するための電流の補償値を d軸電流及び q軸電流毎に算出し d軸電流補償値 Δ id2及び q軸電流補償値 Δ iq2として決定してヽる（詳細は後述)。そして、電流高次歪み補償部 19は、対応する加算器 21及び 22に定めた電流高次成分用の d軸電流補償値 Δ id2及び q軸電流補償値 Δ iq2を出力する。また、電流高次歪み補償部 19から出力される d軸電流補償値 A id2及び q軸電流補償値 A iq2は、後に詳述するように、電動モータ 5を含んだ上述の電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下及び位相遅れが極力生じな、ように補正されて、る [0024] 上記加算器 21及び 22は、対応する d軸電流及び q軸電流毎に、トルクリップル補償決定部 101からの補償値を基に操舵部材 1の操作に応じて決定された目標電流値を補正する補正手段を構成して!/、る。

具体的には、上記加算器 21では、下記の（8)式に示すように、当該加算器 21に設定された d軸基本電流指令値 i*d0と、磁界歪み補償部 18からの磁界歪み用の d軸電流補償値 A idlと、電流高次歪み補償部 19からの電流高次成分用の d軸電流補償値 A id2との和を求めることにより、トルクリップル補償決定部 101の演算結果を反映した後の d軸電流指令値 i*dが算出されている。そして、加算器 21は、算出した d軸電流指令値 i*dをフィードバック制御部 200の減算器 23に出力する。

また、加算器 22では、下記の（9)式に示すように、上記加算器 17からの q軸基本電流指令値 i* qOと、磁界歪み補償部 18からの磁界歪み用の q軸電流補償値 Δ iqlと、電流高次歪み補償部 19からの電流高次成分用の q軸電流補償値 Δ iq2との和を求めることにより、トルクリップル補償決定部 101の演算結果を反映した後の q軸電流指令値 i*qが算出されている。そして、加算器 22は、算出した q軸電流指令値 i*qをフィードバック制御部 200の減算器 24に出力する。

i*d = i*dO+ A idl + A id2 一 (8)

i*q = i*qO+ A iql + A iq2 — (9)

[0025] 上記減算器 23には、加算器 21からの d軸電流指令値 i*dに加えて、電動モータ 5 に実際に供給されている電流の d軸電流に換算した後の d軸電流検出値 idが 3相交流 Zd-q座標変換部 29から入力されている。同様に、上記減算器 24には、加算器 2 2からの q軸電流指令値 i*qに加えて、電動モータ 5に実際に供給されている電流の q 軸電流に換算した後の q軸電流検出値 iqが 3相交流 Zd - q座標変換部 29から入力されている。

詳細にいえば、 3相交流 Zd— q座標変換部 29には、上記 V相電流検出器 33及び U相電流検出器 34によってそれぞれ検出された V相電流検出値 iv及び U相電流検出値 iuが入力されている。さらに、この変換部 29には、上記検出電流が流されているときでの上記電気角 0 reの sin値が正弦波 ROMテーブル 30から入力されている。この正弦波 ROMテーブル 30は、角度 0とその角度 Θの sin値とを互いに関連付けて記憶しており、上記ロータ角度位置検出器 35から電気角 0 reを入力したときにその sin値を上記 d— qZ3相交流座標変換部 27及び 3相交流 Zd— q座標変換部 29に直ちに出力するようになって!/、る。

そして、この 3相交流 Zd— q座標変換部 29は、入力した U相電流検出値 iu、 V相電流検出値 iv、及び sin値と、上述の（6)及び（7)式とを用いて、上記 d軸電流検出値 id ( = ^2{iv X sin 0 re— iu X sin ( Θ re~2 π /3) })及び軸電流検出値19 ( = 2{ cos Θ re-iu X cos ( 0 re~2 π /3) })を算出して対応する減算器 23、 24に出力する。

[0026] また、上記減算器 23は、入力した d軸電流指令値 i*dと d軸電流検出値 idとを減算することにより、これらの入力値の偏差である d軸電流偏差 ed ( = i* d— id)を求めている。同様に、減算器 24は、入力した q軸電流指令値 i*qと q軸電流検出値 iqとを減算することにより、これらの入力値の偏差である q軸電流偏差 eq ( = i* q— iq)を求めている。そして、これらの減算器 23、 24は、求めた d軸電流偏差 ed及び q軸電流偏差 eqを d軸電流 PI制御部 25及び q軸電流 PI制御部 26にそれぞれ出力する。

上記 d軸電流 PI制御部 25及び q軸電流 PI制御部 26は、次の（10)及び（11)式に、対応する減算器 23、 24からの d軸電流偏差 ed及び q軸電流偏差 eqをそれぞれ代入することにより、 d軸電圧指令値 v*d及び q軸電圧指令値 v*qを算出し、それら算出値を d— qZ3相交流座標変換部 27に出力する。

v*d = Kp{ed+ (1/Ti) J (ed) dt} ——（10)

v*q = Kp{eq+ (1/Ti) J (eq) dt} —(11)

但し、上記 Kp及び Tiは、それぞれ比例ゲイン及び積分時間であり、モータ特性などに応じて d軸電流 PI制御部 25及び q軸電流 PI制御部 26に予め設定された値である。

[0027] 上記 d— qZ3相交流座標変換部 27には、 d軸電流 PI制御部 25からの d軸電圧指令値 v*d、 q軸電流 PI制御部 26からの q軸電圧指令値 v*q、及び正弦波 ROMテーブル 30からの sin値が入力されている。そして、この変換部 27は、次に示す（12)及び（13)式を用いて、 d - q座標上の印加電圧指令値である上記 d軸電圧指令値 v*d 及び q軸電圧指令値 v*qを、 3相交流座標上の同指令値である U相電圧指令値 v*u と V相電圧指令値 v*vとに変換して、上記 3相 PWM変調部 31に出力する。また、この変換部 27の出力値は符号反転加算器 28に入力されるようになっており、この符号反転加算器 28は下記の（14)式を用いて、上記の U相電圧指令値 v*u及び V相電圧指令値 v*vから W相電圧指令値 v*wを求めて、 3相 PWM変調部 31に出力する。 v*u = ^ (2/3) {v*d X cos 0 re-v*q X sin 0 re} 一 (12)

v*v = (2/3) {v*d X cos ( Θ re-2 π /3) -v*q X sin ( Θ re~2 π /3) }

一 (13)

ν w = —v u— v v — (,14；

[0028] 上記 3相 PWM変調部 31は、上記の U相電圧指令値 v*u、 V相電圧指令値 v*v、及び W相電圧指令値 v*wにそれぞれ対応したデューティ比の PWM信号 Su、 Sv、及び Swを生成して、モータ駆動回路 32に出力する。

上記モータ駆動回路 32は、 MOSFETなどの電力用スイッチング素子を用いたブリッジ回路を有する PWM電圧形インバータを含んだものであり、各スイッチング素子を上記 PWM信号 Su、 Sv、及び Swに従ってオン Zオフ動作させることにより、電動モータ 5の U相、 V相、及び W相の各相コイル（図 2)にバッテリ 11 (図 1)力もの電圧が印カロされる。これにより、電動モータ 5では、その各相コイルに電流が流れて、当該モータ 5はその電流に応じたトルク Tmを生じ操舵補助力として上記操舵機構に付与する。また、このように電動モータ 5が駆動されると、フィードバック制御部 200では、上記 d軸電流検出値 id及び q軸電流検出値 iqがそれぞれ d軸電流指令値 i*d及び q軸電流指令値 i*qに等しくなるように当該モータ 5をフィードバック制御することで所望の操舵補助力にて操舵補助が行われる。

[0029] [電流制御系の構成及びその周波数特性]

また、本実施形態では、図 3において、上記フィードバック制御部 200と、その制御対象の電動モータ 5、及び位置検出センサ 51とにより、フィードバックループを有する上記電流制御系が構成されている。この電流制御系では、上記モータ 5内に設置されたコイルのインピーダンスなどに規定される周波数特性を有している。また、電流制御系では、 d軸電流指令値 i*d及び d軸電流検出値 idをそれぞれ入力及び出力とする d軸電流のフィードバックループと、 q軸電流指令値 i*q及び q軸電流検出値 iqをそれぞれ入力及び出力とする q軸電流のフィードバックループとのいずれの閉ループの場合も、その伝達関数に対するボード線図は、例えば図 6にて示されるものとなる。すなわち、この電流制御系では、実用的な周波数範囲において、周波数が増大するにつれて、図 6の実線に示すように、ゲインが l (dB = 0)力も低下する。また、位相遅れは、同図に点線にて示すように、周波数が増大するにつれて、大きくなる。このような電流制御系の周波数特性の影響を抑えるために、上記トルクリップル補償決定部 101では、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各部において、図 6に実線及び点線にて示したデータがテーブルィ匕されて、後述の周波数特性マップとして保持されており、各部の出力補償値は、当該周波数特性に依存するゲイン低下及び位相遅れが極力生じな、ように補正されて、る。

[0030] [磁界歪み補償部の構成及びその動作]

図 4は、図 3に示した磁界歪み補償部の具体的な構成例を示すブロック図である。図に示すように、上記磁界歪み補償部 18には、周波数算出部 36、ゲイン ·位相決定部 37、減算器 38、磁界歪み補償値決定部 39、振幅決定部 40、修正率算出部 41、及び乗算器 42、 43の機能ブロックが設定されており、マイコン 100がプログラムを実行することにより、上記ブロックは各々所定の演算処理を行うようになっている。また、上記周波数算出部 36、ゲイン ·位相決定部 37、及び修正率算出部 41が、電動モータ 5 (図 3)の回転速度に基づいて、上記電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下を補償するためのゲイン補償値を求めるゲイン補償演算手段を構成している。また、周波数算出部 36とゲイン'位相決定部 37とは、同モータ 5の回転速度に基づ V、て、上記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れを補償するための位相補償値を求める位相補償演算手段を兼用している。

[0031] 具体的にいえば、上記周波数算出部 36は、ロータ角速度演算部 20から電動モータ 5の電気角換算の回転角速度である上記ロータ角速度 ω reを入力して、る。そして、この周波数算出部 36は、入力したロータ角速度 co reを次の（15)式に代入することにより、モータ出力に現れる磁界歪みに起因するトルクリップルの周波数 fを算出する。また、この周波数 fは、電流高次成分歪みに起因するトルクリップルの基本周波数である。

但し、 Sは、トルクリップルの次数 (電気角一周期あたりに発生するトルクリップルの数)である。

[0032] 上記ゲイン ·位相決定部 37には、上記ボード線図（図 6)に示した上記電流制御系の周波数特性に対応した周波数特性マップ 37a (すなわち、図 6に実線及び点線にて示した周波数とゲイン及び位相との関係を示すデータ）が保持されている。そして、このゲイン'位相決定部 37は、周波数算出部 36から上記周波数 fを入力したときに、周波数特性マップ 37aを参照して、入力した周波数 fに応じた電流制御系のゲイン G 及び位相差 Δ Θ eを求めて、修正率算出部 41及び減算器 38にそれぞれ出力する。また、上述のように、電流制御系では、周波数が増大するにつれて（つまり、ロータ角速度 co re、ひいては電動モータ 5の回転速度が速くなるにつれて）、ゲインが 1から低下し位相遅れが大きくなる。

[0033] 上記減算器 38は、上記ロータ角度位置検出器 35 (図 3)力も電気角 Θ reを入力するとともに、ゲイン'位相決定部 37からの位相補償値としての位相差 Δ Θ eを入力しており、電気角 Θ reから位相差 Δ Θ eを減算処理している。そして、減算器 38は、その減算処理結果である修正電気角 0 mre ( = 0 re - Δ 0 e)を磁界歪み補償値決定部 3 9に出力する。このように、減算器 38が、位相差 Δ Θ eを用いて、検出された電気角 Θ reを修正することにより、上記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れを補償することができる。

[0034] 上記磁界歪み補償値決定部 39には、上記電気角と、 d軸電流及び q軸電流毎の磁界歪み補償電流成分の値との関係をテーブルィ匕した磁界歪み補償マップ 39aが格納されており、この磁界歪み補償マップ 39aを参照することで、当該補償値決定部 3 9は入力した修正電気角 Θ mreに対応する磁界歪み用の d軸電流単位補償値 A idlO 及び q軸電流単位補償値 Δ iqlOを決定してヽる。

[0035] 以下、上記磁界歪み補償マップ 39aの作成方法について、具体的に説明する。

電動モータ 5を無負荷運転したときに当該モータ 5内に形成される磁界の歪み、つまり無負荷誘導起電力波形がその理想波形に歪みを生じて、る場合に、各相コイルに正弦波電流である電流 iu、 iv、 iwを供給すると、そのモータ出力には磁界歪みに起因するトルクリップルが生じる。ここで、無負荷誘導起電力の各相コイルでの瞬時値 e 0u、 e0v、 eOwが既知であれば、モータ 5の出力トルクを一定値（例えば 1 [Nm])とし上記磁界歪みに起因するトルクリップルを生じさせないような各相コイルの電流 i0u、i 0v、 iOwを決定することができる。例えば、上記出力トルクを一定値 Tとしたときに、そのような各相コイルの電流 i0u、 i0v、 iOwは、次の（16)、（17)、及び（18)式にてそれぞれ算出することができる。

iOu = { (eOu-eOv) + (eOu— eOw) } X T

/{ (eOu— e0v) ²+ (eOu— e0w) ²+ (eOw— eOv) ²}— (16)

iOv = {T-(eOu-eOw) X iu}/ (e0v-e0w) -(17)

iOw = {T- (eOu-eOv) X iu} / (eOw-eOv) —(18)

また、（16)—（18)式で算出される各相コイルの電流 iOu、 iOv、 iOwを、電気角 0を変数とする次の（19)及び（20)式によって d— q座標上の値に変換することにより、上記磁界歪みに起因するトルクリップルを生じさせずに出力トルクを一定値 Tとするような d軸電流値 iOd及び q軸電流値 iOqを算出することができる。

iOd = ^2{iOvX sin 0 -iOu X sin ( θ -2 π /3) } —(19)

iOq = ^2{i0vX cos 0 -iOu X cos ( θ -2 π /3) } —(20)

上記のように、 d軸電流値 iOd及び q軸電流値 iOqを算出することができるので、磁界歪み補償マップ 39aを次のようにして作成することができる。

まず、図 7に示すように、電動モータ 5の各相コイルでの無負荷誘導起電力（誘起電圧）について、そのモータ 5の電気角の値が変化したときでの瞬時値 eOu、 eOv、 e Owの各実測データを取得しておく。そして、これらの各実測データを用いて、モータ 5 が上記磁界歪みに起因するトルクリップルを生じさせることなく単位トルク（1 [Nm])を出力するのに必要な d軸電流値 iOdl及び q軸電流値 iOqlを上述の（16)—（20)式により求める。さらに、無負荷誘導起電力波形が歪んでいない場合に当該モータ 5が上記単位トルクを出力するのに必要な d軸電流値 i(W2及び q軸電流値 i0q2を求める（尚、この場合では、出力トルクは q軸電流に比例し、 d軸電流は" 0"とすればよいので、これら d軸電流値 W2及び q軸電流値 i0q2は上述の各実測データに所定演算を行うことにより容易に求めることができる。；)。そして、電気角の値毎に、上記 d軸電流値 i Odlと d軸電流値 i0d2との差を求めて上述の d軸電流単位補償値 A idl0 (=i0dl— i 0d2)とし、かつ上記 q軸電流値 iOqlと q軸電流値 i0q2との差を求めて上述の q軸電流単位補償値 Δ iqlO ( = i0ql-i0q2)として、これらの電気角と d軸電流単位補償値 Δ i dlO及び q軸電流単位補償値 A iqlOとを対応付ければよい。この結果、例えば図 8に示すように、電気角と、この電気角に応じた d軸電流及び q軸電流に変換した後の磁界歪みを抑制可能な電流成分である上記磁界歪み補償電流成分の値とを示す電流波形を得ることができ、これらのデータを対応付けたテーブルを磁界歪み補償マップ 39aとして作成することができる。

[0037] 上記磁界歪み補償値決定部 39は、上述のように作成された磁界歪み補償マップ 3 9aを参照することにより、減算器 38から入力した修正電気角 Θ mreに対応する d軸電流単位補償値 Δ idlO及び q軸電流単位補償値 Δ iqlOを決定し、振幅決定部 40に出力する。

上記振幅決定部 40には、磁界歪み補償値決定部 39からの d軸電流単位補償値 Δ idlO及び q軸電流単位補償値 Δ iqlOに加えて、加算器 17 (図 3)からの所望の操舵補助力に相当する q軸基本電流指令値 i*qOが入力されている。そして、振幅決定部 40は、入力した q軸基本電流指令値 i * qOを基に単位トルク当たりの d軸電流単位補償値 Δ idlO及び q軸電流単位補償値 Δ iqlOに対する乗算値を決定し、それらの乗算処理を行うことにより、上記所望の操舵補助力に応じた d軸電流補償値 A idll及び q軸電流補償値 A iqllを求めている。振幅決定部 40は、求めた d軸電流補償値 Δ ί dl 1及び q軸電流補償値 Δ iql 1を乗算器 42及び 43にそれぞれ出力する。

[0038] また、上記修正率算出部 41には、ゲイン ·位相決定部 37が決定した上記電流制御系のゲイン Gが入力されており、この修正率算出部 41は当該ゲイン Gの逆数 1 ZGを算出し上述のゲイン補償値としての修正率 Rmを求める。そして、修正率算出部 41は、修正率 Rmを乗算器 42及び 43に出力する。

上記乗算器 42は、振幅決定部 40からの d軸電流補償値 Δ idl 1に修正率算出部 4 1からの修正率 Rmを乗じることにより、上記磁界歪み補償用の d軸電流補償値 A idl を求めて加算器 21 (図 3)に出力する。同様に、乗算器 43は、振幅決定部 40からの q 軸電流補償値 A iqllに修正率算出部 41からの修正率 Rmを乗じることにより、上記磁界歪み補償用の q軸電流補償値 A iqlを求めて加算器 22 (図 3)に出力する。このように、乗算器 42及び 43が、修正率 Rmを用いて、 d軸電流補償値 A idll及び q軸電流補償値 A iqllを修正することにより、上記電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下を補償することができる。

[0039] [電流高次歪み補償部の構成及びその動作]

図 5は、図 3に示した電流高次歪み補償部の具体的な構成例を示すブロック図である。図に示すように、電流高次歪み補償部 19には、周波数算出部 36、ゲイン'位相決定部 37、減算器 38、修正率算出部 41、電流高次歪み補償値決定部 44、及び乗算器 45、 46の機能ブロックが設定されており、マイコン 100がプログラムを実行することにより、上記ブロックは各々所定の演算処理を行うようになっている。また、これらの機能ブロックのうち、周波数算出部 36、ゲイン'位相決定部 37、減算器 38、及び修正率算出部 41は、上記磁界歪み補償部 18のものと同一演算処理を実施するよう構成されており、上記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れ及びゲイン低下を補償するための位相補償値 Δ Θ e及びゲイン補償値 Rmを算出するようになっている。

[0040] 上記電流高次歪み補償値決定部 44は、上記 q軸基本電流指令値 i*q0と、所定の高次成分として例えば 5次、 7次、 11次、及び 13次成分の各 1次成分に対するゲインとの関係をテーブル化した電流高次歪みマップ 44a、及び上記所定の高次成分とこれらの各高次成分における 1次成分に対する位相ずれを補償するための修正値との関係をテーブルィ匕した位相修正マップ 44bを保持している。そして、この電流高次歪み補償値決定部 44は、減算器 38から上記修正電気角 Θ mre及び加算器 17 (図 3) 力も q軸基本電流指令値 i* q0を入力したときに、電流高次歪みマップ 44a及び位相修正マップ 44bを参照することにより、電流高次歪み用の d軸電流基本補償値 Δ id21 及び q軸電流基本補償値 Δ iq21を決定してヽる。

[0041] ここで、電流高次歪み補償マップ 44a及び位相修正マップ 44bの作成方法について、具体的に説明する。

電動モータ 5では、モータ駆動回路 32 (図 3)がバッテリ（図 1)力の直流をチヨッパすることで正弦波状の交流を各相コイルに与えていたり、同駆動回路 32内の上記ブリッジ回路を構成する各スイッチング素子での短絡を防ぐために微少なデッドタイムを設けて、これらのスイッチング素子を駆動しているなどの要因によって、各相コイルを流れる電流では正弦波 (基本波)電流成分に第 5、第 7、第 11、及び第 13高調波等の高調波電流成分が重畳している。つまり、モータ 5では、上述の要因により、その誘起電圧に例えば図 9に示すような上記所定の高次成分が含まれており、各相コイルを流れる電流にも歪みをもつ磁界の回転による同じ高次成分電流が加わって基本波形 (理想波形）に対して歪んだものとなる。それ故、各相コイルを流れる電流の実測データを予め取得するとともに、その取得した電流値に重畳する高次成分の各実測値を把握し、それらの各高次成分の実測値に基づいて上記加算器 21、 22での加算処理で各高次成分の電流が相殺されるよう d— q座標に変換した後の高次成分毎の補償値を決定すればよい。すなわち、上記 d軸電流基本補償値 Aid21及び q軸電流基本補償値 Aiq21は、下記の（21)及び（22)式にてそれぞれ示すように、第 5次成分の電流を打ち消すための補償値 Aid2-5、 Aiq2-5と、第 7次成分の電流を打ち消すための補償値 Aid2-7、 Aiq2-7と、第 11次成分の電流を打ち消すための補償値 Aid2-ll、 Aiq2-llと、第 13次成分の電流を打ち消すための補償値 Aid2-13、 Δί q2-13とに分けることができる。

Δίά21 = Δίά2-5+ Δίά2-7+ Δίά2-11+ Δίά2-13 —— (21)

Aiq21 = Aiq2- 5+ Aiq2- 7+ Aiq2- 11+ Aiq2- 13 —— (22)

また、上記所定の電流高次成分の各重畳割合は、所望の操舵補助力であるモータ負荷（出力トルク）、つまり上記 q軸基本電流指令値 i*q0に応じて変化するものであり、各高次成分の電流位相もまた q軸基本電流指令値 i * q0に応じて 1次成分の電流位相に対しずれを生じる。さらに、第 5次及び第 7次の電流高次成分は、電動モータ 5 の出力トルクでは第 6次のトルク高次成分として現れることから、上記第 5次電流用の補償値 Aid2-5、 Aiq2-5及び第 7次電流用の補償値 Aid2-7、 Aiq2-7は、次の（23) 一 (26)式でそれぞれ示される。

Aid2-5 = i5(i*q0) Xsin[6{ ΘΓΘ+ Θ 5(i*q0)}] -(23)

Aiq2-5 = i5(i*q0) Xcos[6{ 0re+ Θ 5(i*q0)}] —(24)

Aid2-7 = i7(i*q0) Xsin[6{ 0re+ Θ 7(i*q0)}] —(25) Aiq2-7 = -i7(i qO) Xcos[6{ 0re+ Θ 7(i q0)}]-(26) また、第 11次及び第 13次の電流高次成分は、電動モータ 5の出力トルクでは第 12 次のトルク高次成分として現れることから、上記第 11次電流用の補償値 Aid2-ll、 Δ iq2-ll及び第 13次電流用の補償値 Aid2-13、 Aiq2-13は、次の（27)—（30)式で示される。

Aid2-ll = ill(i*q0) Xsin[12{ Θ ΓΘ+ θ 11 (i*q0) }]— (27)

Aiq2-ll = ill(i*q0) Xcos[12{ 0re+ Θ 11 (i*q0) }]— (28)

Aid2-13 = il3(i*q0) Xsin[12{ 0re+ Θ 13 (i*q0) }]— (29)

Aiq2-13 =— il3(i*q0) Xcos[12{ 0re+ Θ 13 (i*q0) }]— (30)

上記の（23)—（30)式を用いることにより、第 5、第 7、第 11、及び第 13次電流用の各補償値を d軸電流及び q軸電流毎に算出することができるので、電流高次歪み補償マップ 44a及び位相修正マップ 44bを次のようにして作成することができる。

まず、電動モータ 5の出力トルクが変化するようにその供給電流を変化させた場合での各電流高次成分における 1次成分 (基本波）に対する電流高次成分ゲインについて、その実測データを取得する。これにより、例えば図 10に示すように、各電流高次成分毎の q軸基本電流指令値 i*qOと電流高次ゲインとの関係を示すグラフを得ることができる。尚、この図において、各高次電流成分での 4個のプロットは、電動モータ 5での出力トルクを示しており、図の左力も右側に向力つて順に同出力トルクが 1.0 、 2.0、 3.0、及び 4.0[Nm]の場合を示して!/ヽる。そして、作成したグラフ【こ基づヽて、例えば第 5次電流成分の振幅に相当する上記（23)及び（24)式での i5 (i*qO)の値と、 q軸基本電流指令値 i*qOの値とを対応付けたテーブルを電流高次歪み補償マップ 44aとして作成することができる。

また、上記のように、出力トルク (モータ負荷)を変化させた場合でのモータ供給電流の測定波形に基づいて、その電流波形に含まれた基本波に対する各高次成分波の位相ずれの実測データを取得する。そして、その取得データを基に上記位相ずれを解消するための修正値、例えば第 5次電流成分での修正値として上記（23)及び（ 24)式での 05 (i*qO)を決定することができる。そして、この決定した修正値と、 q軸基本電流指令値 i*qOの値とを対応付けたテーブルを位相修正マップ 44bとして作成することがでさる。

[0044] そして、電流高次歪み補償値決定部 44は、ゲイン'位相決定部 37からの位相補償値 Δ Θ eにて修正された修正電気角 Θ mreが減算器 38から入力され、かつ加算器 1 7 (図 3)から q軸基本電流指令値 i*q0が入力されると、上述のように作成された電流高次歪み補償マップ 44a及び位相修正マップ 44bを参照することにより、入力した修正電気角 Θ mre及び q軸基本電流指令値 i*q0に対応する d軸電流基本補償値 A i d21及び q軸電流基本補償値 A iq21を決定する。そして、電流高次歪み補償値決定部 44は、 d軸電流基本補償値 Δ id21及び q軸電流基本補償値 Δ iq21を乗算器 45及び 46にそれぞれ出力して、これらの乗算器 45及び 46にて修正率算出部 41からのゲイン補償値 Rmが乗算されて、電流高次歪み用の d軸電流補償値 Δ id2及び q軸電流補償値 Δ iq2として対応する加算器 21、 22に出力される。

[0045] 以上のように構成された本実施形態では、電流高次歪み補償部（トルクリップル補償決定手段） 19が上記修正電気角 Θ mre (回転位置情報）と q軸基本電流指令値 i* qO (目標電流値)とを用いて、上記 q軸基本電流指令値 i*q0にて指令される電流が電動モータ 5の各相コイルに供給されたときに、そのモータ 5を流れる電流の第 5、第 7、第 11、及び第 13次成分によって発生するトルクリップルを予期して、予期したトルクリップルが打ち消されるように当該 q軸基本電流指令値 i*q0を変更するための電流高次歪み用の d軸電流補償値 Δ id2及び q軸電流補償値 Δ iq2を決定して、る。また、磁界歪み補償部（トルクリップル補償決定手段） 18が上記修正電気角 Θ mreと q軸基本電流指令値 i*q0とを用いて、上記 q軸基本電流指令値 i*q0にて指令される電流が電動モータ 5の各相コイルに供給されたときに、当該モータ 5内の磁界の歪みに起因してモータ出力トルクに現れるトルクリップルを予期して、予期したトルクリップルが抑制されるように当該 q軸基本電流指令値 i*q0を変更するための磁界歪み用の d軸電流補償値 A idl及び q軸電流補償値 A iqlを決定している。そして、加算器 21及び 22 (補正手段）が、上述の（8)及び (9)式に示したように、決定された d軸電流補償値 A i dlと d軸電流補償値 Δ id2及び q軸電流補償値 Δ iqlと q軸電流補償値 Δ iq2とを用いて、対応する d軸電流及び q軸電流の指令値を変更し、フィードバック制御部（フィ一ドバック制御手段） 200がこれら変更された指令値に基づき電動モータ 5を駆動している。この結果、上記目標電流値に基づく電流がモータ 5に流されたときに、電流高次成分に起因するトルクリップル及び磁界歪みに起因するトルクリップルを抑制することができ、これらリップルによる操舵フィーリング低下を防ぐことができる。

[0046] また、本実施形態では、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各部において、周波数算出部 36、ゲイン'位相決定部 37、及び修正率算出部 41からなるゲイン補償演算手段が設けられ、この演算手段が算出したゲイン補償値 (修正率 R m)により、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各出力値が補正されている。これにより、上記電流制御系の周波数特性に従って、そのモータを流れる電流のゲインがモータ回転速度の増加に応じて低下するのを補償することができ、当該ゲイン低下に伴って操舵フィーリングが低下するのを抑制することができる。

[0047] また、本実施形態では、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各部において、周波数算出部 36及びゲイン ·位相決定部 37からなる位相補償演算手段が設けられ、この演算手段が算出した位相補償値 (位相差 Δ Θ e)により、検出された電気角 Θ reが修正されて、上記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れが補償されている。これにより、電動モータ 5の回転速度が変化したときでも、モータ 5での供給電流が上記電流制御系の周波数特性に従って、誘起電圧に対する位相遅れが発生するのを補償することができ、当該位相遅れに伴う操舵フィーリング低下を抑制することができる。

[0048] ここで、電動モータの具体的な出力トルクを示す図 11を参照して、上記トルクリップル補償決定手段の効果について具体的に説明する。

フィードバック制御部 200が、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各出力値を用いずに上述の（8)及び (9)式での各第 1項で示した d軸基本電流指令値 i * d0及び q軸基本電流指令値 i * q0を用ヽて電動モータ 5を駆動したときには、図 1 1の一点鎖線にて示すように、そのモータ出力トルクには大きいトルクリップルが現れて大幅に変動した。

また、フィードバック制御部 200が、磁界歪み補償部 18の出力値を用いたとき、つまり上記 (8)及び (9)式での各第 1及び第 2項の和で指定される目標電流値を用いて電動モータ 5を駆動したときには、そのモータ出力トルクのうち磁界歪みに起因するリップル分が排除されて、当該トルクの検出波形は同図の点線に示されるものとなつた o

[0049] さらに、フィードバック制御部 200が、磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19の各出力値を用いたとき、つまり上記（8)及び（9)式での各第 1一第 3項の和で指定される目標電流値を用いて電動モータ 5を駆動したときには、上記磁界歪みに起因するリップル分に加え、上記第 5、第 7、第 11、及び第 13次電流成分に起因するリップル分も取り除かれる。詳細には、モータ出力トルクから上記（23)—（26)式にて求められる第 6次のリップル分及び上記（27)—（30)式にて求められる第 12次のリップル分が排除されて、当該トルクの検出波形は同図の実線に示すように、変動が極めて少ない安定したものとなった。すなわち、本実施形態では、図 10に示したように、 q軸基本電流指令値 i*qO (所望の操舵補助力を発生するためのモータ負荷)が大きくなるにつれて、その電動モータ 5を流れる電流に電流高次成分が重畳し易ぐその重畳した電流高次成分に起因するトルクリップル分も増大して操舵フィーリングの低下を生じ易い装置において、上記トルクリップル分を大きく減衰させることができる。この結果、比較的大きいアシスト力で操舵補助を行う必要があるステアリング操作、例えば停止中の車両において、操向車輪のタイヤ角を変更する据え切り操作などのアシスト操作を安定した状態で行わせることができる。

[0050] 尚、上記の説明では、操舵軸 2に電動モータ 5が減速機構 4を介して連結されるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した場合を示した力本発明は所定の電流高次成分に起因するトルクリップルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定するトルクリップル補償決定手段を設けたものであればょヽ。具体的には、例えば電動モータ 5がラックピ-オン式伝達機構 6のラック軸に連結されて、このラック軸の移動をアシストするラックアシスト式等の他のアシスト形式の装置にも適用することができる。

また、上記の説明では、所定の電流高次成分として、第 5、第 7、第 11、及び第 13 次成分に起因するトルクリップルを打ち消すための補償値を決定する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ基本波（1次成分）に対し重畳され易い高調波電流成分、例えば図 10に示したように第 5次及び第 7次電流成分を補償 (相殺)するための補償値を決定する構成でもよヽ。

[0051] また、上記の説明では、トルクリップル補償決定部 101の磁界歪み補償部 18及び電流高次歪み補償部 19内に一部の機能ブロックを共用した上記ゲイン補償演算手段と位相補償演算手段とを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではな、。例えば上記の演算手段をトルクリップル補償決定部 101の各補償部 18、 19内に設けることなぐ当該補償決定部 101とフィードバック制御部 200との間に配置し、各補償部 18、 19がロータ角度位置検出器 35からの電気角 0 reと、加算器 22からの q軸基本電流指令値 i*qOとを用いて磁界歪み用及び電流高次歪み用の補償値をそれぞれ決定し、これらの決定値を上記ゲイン補償演算手段が求めたゲイン補償値と位相補償演算手段が求めた位相補償値とで補正してフィードバック制御部 200に指令値として入力させる構成でもよ!/、。

[0052] また、上記の説明では、例えば電流高次歪み補償値決定部 44内に電流高次歪み補償マップ 44aを格納する構成について説明した力上記（21)—（30)式に示した数式をマイコン 100内に記憶させ、同決定部 44がこれらの数式を用いて演算することで補償値を決定する構成でもよヽ。

また、上記の説明では、電動モータ 5に 3相ブラシレスモータを使用した場合について説明したが、本発明の電動モータはこれに限定されるものではなぐ 3相以外の相数のブラシレスモータやブラシ付きの直流モータなどの他の形式のモータを使用した装置にも適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 操舵部材の操作に応じて電動モータの目標電流値を決定し、そのモータ動力を操舵機構に付与して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、

前記電動モータの回転位置情報と決定された前記目標電流値とを用いて、当該モータを流れる電流の所定の高次成分に起因するトルクリップルを打ち消すための電流高次成分用の補償値を決定するトルクリップル補償決定手段と、

前記トルクリップル補償決定手段からの補償値を用いて、前記決定された目標電流値を補正する補正手段と、

前記補正手段によって補正された後の目標電流値に基づき、前記電動モータをフイードバック制御するフィードバック制御手段と

を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

[2] 前記トルクリップル補償決定手段は、前記決定された目標電流値に応じて、前記電流高次成分用の補償値を変化させることを特徴とする請求項 1に記載の電動パワーステアリング装置。

[3] 前記トルクリップル補償決定手段には、

前記電流高次成分用の補償値を決定する電流高次歪み補償部に加えて、前記電動モータの回転位置情報と決定された前記目標電流値とを用いて、当該モータ内に形成される磁界の歪みに起因するトルクリップルを抑制するための磁界歪み用の補償値を決定する磁界歪み補償部が設けられていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の電動パワーステアリング装置。

[4] 前記電動モータ及び前記フィードバック制御手段を含んだ電流制御系と、

前記回転位置情報を基に前記電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、

前記回転速度検出手段からの前記電動モータの回転速度に基づいて、前記電流制御系の周波数特性に依存するゲイン低下を補償するためのゲイン補償値を求めるゲイン補償演算手段とを備え、

前記補正手段は、前記トルクリップル補償決定手段からの補償値と、前記ゲイン補償演算手段からのゲイン補償値とを用いて、前記決定された目標電流値を補正することを特徴とする請求項 1一 3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。前記回転速度検出手段からの前記電動モータの回転速度に基づいて、前記電流制御系の周波数特性に依存する位相遅れを補償するための位相補償値を求める位相補償演算手段を備え、

前記補正手段は、前記トルクリップル補償決定手段からの補償値と、前記ゲイン補償演算手段力ゝらのゲイン補償値と、前記位相補償演算手段からの位相補償値とを用いて、前記決定された目標電流値を補正することを特徴とする請求項 4に記載の電動パワーステアリング装置。