(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータをＰＷＭ制御で駆動するモータ制御装置であって、
所定の搬送波周期の搬送波を用いて前記ＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
所定のサンプリング周期で前記モータの電流を検出するモータ電流検出手段と、
このモータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいて、前記搬送波周期および前記サンプリング周期の周期間関係を検出する周期間関係検出手段と、
所定の基準関係に対する前記周期間関係の偏倚に基づいて、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更する周期変更手段とを含み、
前記周期間関係検出手段が、前記モータの実際の電流が零のときに、前記サンプリング周期と前記搬送波周期の整数倍との偏倚に対応して低周波数で振動する前記モータ電流検出手段のサンプリング値の周波数を求める周波数解析手段を含み、
前記周期変更手段が、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数に基づいて、前記サンプリング周期が前記搬送波周期の整数倍となるように、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更するものである、モータ制御装置。
【請求項２】
前記周期間関係検出手段が、さらに、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数が所定の周波数閾値未満で、かつ前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数の成分の振幅が所定の振幅閾値を超えているかどうかを判定する判定手段を含み、
前記周期変更手段は、前記判定手段によって、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数が前記所定の周波数閾値未満で、かつ前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数の成分の振幅が前記所定の振幅閾値を超えていると判断されたことを条件に、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更するものである、
請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するモータ制御装置に関する。このようなモータ制御装置は、たとえば、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータを制御するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を車両のステアリング機構に機械的に伝達することによって操舵補助する装置である。モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて設定される目標電流値に基づいて制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
モータを制御するために、マイクロコンピュータを備えたコントローラが設けられる。コントローラは、モータをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。また、モータをフィードバック制御するために、モータに実際に流れている電流が検出される。検出された電流は、所定のサンプリング周期でコントローラによってサンプリングされ、ＰＷＭ信号の生成のために活用される。すなわち、目標電流値に対する検出電流値の偏差に応じてＰＷＭデューティが設定され、このＰＷＭデューティのＰＷＭ信号が生成される。
【０００３】
ＰＷＭ信号の生成のために、コントローラは、所定の搬送波周期の搬送波を生成する。モータ電流のサンプリング周期は、搬送波周期の整数倍となるように設定される。これにより、搬送波周期でのモータ電流のゆらぎを排除して、モータ電流を検出できるように意図されている。
【特許文献１】特開２００１−１７１５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、サンプリング周期を搬送波周期に対して正確に整数倍の関係とすることは必ずしも容易ではなく、微小な誤差が生じる場合がある。この誤差に起因して、モータが周期的に駆動され、ステアリングホイールの低周波振動（たとえば数Hzの振動）を引き起こす場合がある。
この問題を図４を参照して具体的に説明する。
【０００５】
図４Ａは、モータ電流を検出するための電流センサの出力信号を示す。モータ電流が零の場合の信号が表されており、電流センサの出力信号は、搬送波周期（搬送波周波数２０ｋHz）で振動する正弦波となっている。モータ電流のサンプリング周期は、搬送波周期の４倍の２００μsecとされており、サンプリング点ＳＡは、いずれも、モータ電流＝０の点となっている。
【０００６】
図４Ｂは、図４Ａと同様な状況で、サンプリング周期が微小時間だけずれて１９９．９９５μsecとなった状態を示す。この場合、サンプリング点ＳＢでの電流値が零にならず、サンプリング後の電流値は、搬送波周期の整数倍からのサンプリング周期のずれに対応した低周波数（たとえば、２Hz）で変動する。図４Ｃに、図４Ｂの状況での電流信号のサンプリング結果を時間軸方向に圧縮して示す。
【０００７】
モータ電流の検出結果がこのような低周波数の変動を示す結果として、モータが同様の低周波数で駆動されることになり、これがステアリングホイールに対して不快な振動を引き起こし、操舵違和感の原因となる。むろん、モータ電流は、搬送波周波数で変化しているが、搬送波周波数は十分に高いので、ステアリングホイールの振動の原因とはならない。
【０００８】
前述の課題は、電動パワーステアリング装置に適用されるモータ制御装置だけでなく、モータをＰＷＭ制御するモータ制御装置に共通の課題である。
そこで、この発明の目的は、モータの不所望な低周波駆動を抑制または防止することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、モータ（Ｍ）をＰＷＭ制御で駆動するモータ制御装置（１０）であって、所定の搬送波周期の搬送波を用いて前記ＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段（２３）と、所定のサンプリング周期で前記モータの電流を検出するモータ電流検出手段（２５）と、このモータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいて、前記搬送波周期および前記サンプリング周期の周期間関係を検出する周期間関係検出手段（２６，２７）と、所定の基準関係に対する前記周期間関係の偏倚に基づいて、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更する周期変更手段（２８）とを含み、前記周期間関係検出手段が、前記モータの実際の電流が零のときに、前記サンプリング周期と前記搬送波周期の整数倍との偏倚に対応して低周波数で振動する前記モータ電流検出手段のサンプリング値の周波数を求める周波数解析手段（２６）を含み、前記周期変更手段が、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数に基づいて、前記サンプリング周期が前記搬送波周期の整数倍となるように、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更するものである、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。
【００１０】
この構成によれば、ＰＷＭ信号を生成するために用いられる搬送波の周期（搬送波周期）と、モータ電流のサンプリング周期との周期間関係が調べられる。そして、この周期間関係が所定の基準関係から偏倚している場合には、その偏倚に基づいて搬送波周期またはサンプリング周期が修正される。これにより、前記偏倚を減少または解消するように搬送波周期またはサンプリング周期を修正できる。これにより、搬送波周期とサンプリング周期との周期間関係を所望の関係に導くことができるので、不所望な低周波振動を抑制または防止することができる。
より具体的には、前記モータの実際の電流が零のときに、前記サンプリング周期と前記搬送波周期の整数倍との偏倚に対応して低周波数で振動する前記モータ電流検出手段のサンプリング値の周波数が周波数解析手段によって求められる。その求められた周波数に基づいて、サンプリング周期が搬送波周期の整数倍となるように、搬送波周期またはサンプリング周期が変更される。
請求項２記載の発明は、前記周期間関係検出手段が、さらに、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数が所定の周波数閾値未満で、かつ前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数の成分の振幅が所定の振幅閾値を超えているかどうかを判定する判定手段（２７）を含み、前記周期変更手段は、前記判定手段によって、前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数が前記所定の周波数閾値未満で、かつ前記周波数解析手段によって求められた前記サンプリング値の周波数の成分の振幅が前記所定の振幅閾値を超えていると判断されたことを条件に、前記搬送波周期またはサンプリング周期を変更するものである、請求項１に記載のモータ制御装置である。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この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電気的構成を示すブロック図である。車両の操向のための操作手段としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭからの操舵補助力が、減速機構（図示せず）を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、伝達されるようになっている。
【００１２】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。
【００１３】
トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、モータ制御装置としてのコントローラ１０（ＥＣＵ：電子制御ユニット）に入力されている。
コントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかに、車速センサ６が出力する車速信号が入力されている。コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に応じて、目標駆動値としてのモータ電流目標値を定め、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭを駆動制御する。コントローラ１０は、車両の電装品に電力を供給する電源としての車載バッテリ８からの電力を電動モータＭに供給することによって、この電動モータＭを駆動制御する。
【００１４】
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ１１と、モータ駆動回路１３と、電動モータＭに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出回路１４とを備えている。モータ駆動回路１３は、車載バッテリ８からの電力の供給を受ける。このモータ駆動回路１３に関連して電流センサ１５が設けられており、この電流センサ１５の出力信号がモータ電流検出回路１４に入力されるようになっている。
【００１５】
マイクロコンピュータ１１は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に基づいて、モータ電流目標値を設定し、モータ駆動回路１３を制御する。
より具体的には、マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性メモリ）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、アシスト特性記憶部２１と、モータ電流目標値設定部２２と、モータ駆動回路１３の駆動のための電流ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部２３と、電流偏差演算部２４と、サンプリング部２５と、周波数解析部２６と、周期判定部２７と、周期修正部２８と、修正値記憶部２９と、ＰＷＭ搬送波生成部３０とを含む。
【００１６】
アシスト特性記憶部２１は、操舵トルクおよび車速に対応したモータ電流目標値を予め定めた基本アシスト特性（アシストマップ）を記憶している。
モータ電流目標値設定部２２は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速を、アシスト特性記憶部２１に記憶された基本アシスト特性に当てはめて、モータ電流目標値Ｉobjを求める。このモータ電流目標値設定部２２は、基本アシスト特性から求められるモータ電流目標値に対して、いわゆる慣性補償制御やダンピング制御などの公知の補償制御演算を施してモータ電流目標値Ｉobjを求めるものであってもよい。
【００１７】
モータ電流目標値設定部２２によって設定されるモータ電流目標値Ｉobjは、電流偏差演算部２４に与えられる。一方、サンプリング部２５は、モータ電流検出回路１４の出力信号を所定のサンプリング周期毎にサンプリングして、モータ電流Ｉを電流偏差演算部２４に与える。電流偏差演算部２４は、モータ電流目標値Ｉobjに対するモータ電流Ｉの偏差（電流偏差）を求め、これを電流ＰＷＭ制御部２３に与える。サンプリング部２５におけるサンプリング周期は変更可能である。
【００１８】
電流ＰＷＭ制御部２３は、電流偏差演算部２４から与えられる電流偏差が零になるように、すなわち、モータ電流Ｉがモータ電流目標値Ｉobjに等しくなるように、比例・積分演算によってデューティ比を定める。電流ＰＷＭ制御部２３は、このようにして定められたデューティ比の電流ＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動回路１３に与える。電流ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ搬送波生成部３０が生成する搬送波を用いて生成される。
【００１９】
ＰＷＭ搬送波生成部３０は、所定搬送波周期の搬送波を生成する。その搬送波周期は変更可能である。たとえば、ＰＷＭ搬送波生成部３０における搬送波周期の初期値が定められており、この初期値に対する修正値（補正値）が周期修正部２８からＰＷＭ搬送波生成部３０に与えられるようになっている。これにより、ＰＷＭ搬送波生成部３０は、初期値に対して前記修正値による修正を施した搬送波周期の搬送波を生成し、この搬送波を電流ＰＷＭ制御部２３に与える。修正値は、不揮発性メモリで構成された修正値記憶部２９に記憶されるようになっている。周期修正部２８は、修正値記憶部２９から修正値を読み出してＰＷＭ搬送波生成部３０に与える。
【００２０】
周波数解析部２６は、サンプリング部２５によってサンプリングされたモータ電流信号の周波数解析を、たとえばＦＦＴ（高速フーリエ変換）周波数解析によって行う。この解析結果は、モータ電流信号の周波数を表しており、これが周期判定部２７に与えられる。
周期判定部２７は、モータ電流の周波数に基づいて、ＰＷＭ搬送波生成部３０が生成する搬送波（たとえば、初期値の搬送波周期を有するもの）と、サンプリング部２５のサンプリング周期との周期間関係が、予め定める所定の基準関係となっているかどうかを判定する。より具体的には、サンプリング周期が搬送波周期の整数倍となっているかどうかを判定する。そして、周期判定部２７は、前記基準関係に対する前記周期間関係の偏倚を求め、これを周期修正部２８に与える。
【００２１】
周期修正部２８は、車両の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）が導通されたときに、修正値記憶部２９内に修正値が格納されているかどうかを判定し、修正値が未格納の場合には、周期判定部２７からの前記偏倚に基づいて、修正値を演算する。この演算された修正値は、修正値記憶部２９に書き込まれる。
モータ駆動回路１３は、電流ＰＷＭ制御部２３から与えられる電流ＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）を備え、その電流ＰＷＭ信号のデューティ比で、車載バッテリ８の出力電圧を電動モータＭに印加する。
【００２２】
図２は、マイクロコンピュータ１１の動作を説明するためのフローチャートである。イグニッション（ＩＧ）スイッチがオンされると（ステップＳ１）、周期修正部２８は、修正値記憶部２９に修正値が記憶されているかどうかを確認する（ステップＳ２）。より具体的には、修正値記憶部２９には、修正値が格納済みであるかどうかを表す修正演算フラグが格納されるようになっている。周期修正部２８は、この修正演算フラグを参照することにより、修正値が演算済みであって、演算済みの修正値が修正値記憶部２９に格納済みであるかどうかを判断する。
【００２３】
修正値が演算済みである場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、周期修正部２８は、修正値記憶部２９から修正値を読み込み（ステップＳ４）、この修正値をＰＷＭ搬送波生成部３０に与える。これにより、ＰＷＭ搬送波生成部３０は、初期値に対して修正値による修正を施した搬送波周期で搬送波を生成する。こうして、当該修正値が反映される（ステップＳ５）。この後は、モータ電流目標値Ｉobjに基づいて電動モータＭを制御するためのメイン制御ルーチンの処理が行われる。この場合に、電流ＰＷＭ制御部２３は、ＰＷＭ搬送波生成部３０が生成する搬送波を用いてＰＷＭ信号を生成する。
【００２４】
一方、修正値記憶部２９に修正値が未格納である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、周波数解析部２６、周期判定部２７および周期修正部２８によって、搬送波周期を修正するための修正値を求める演算が実行される。より具体的には、サンプリング部２５によってサンプリング周期毎にモータ電流が取り込まれ（ステップＳ６）、これが周波数解析部２６に与えられてＦＦＴ周波数解析処理を受ける（ステップＳ７）。この時点では実際のモータ電流は零であるが、サンプリング周期が搬送波周期の整数倍から偏倚している場合には、前述の図４に示すように、サンプリング部２５によってサンプリングされる値は、当該偏倚に対応した低周波数で変動する。その周波数と位相とが、周波数解析部２６によって求められる。
【００２５】
周期判定部２７は、周波数解析部２６によって求められた周波数が所定の閾値Ａ未満であるかどうかを判断する（ステップＳ８）。この実施形態では、さらに、周期判定部２７は、その周波数成分の絶対値（振幅）が所定の閾値Ｂよりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ８）。閾値Ａは、当該電動パワーステアリング装置の機械的時定数に対応しており、たとえば、インターミディエイトシャフト（図示せず）やトーションバー４等の機械的な振動に対応した周波数に相当する。また、閾値Ｂは、モータ出力（コギングトルクやトルクリップル）やコラム減速比から操舵トルク振動として発生してしまう振幅に相当する。したがって、周波数が閾値Ａ未満で、かつ、振幅がＢを超える周波数成分があれば、この周波数成分が、サンプリング周期が搬送波周期の整数倍から偏倚していることに起因するものであると判断される。
【００２６】
ステップＳ８での判断が否定される場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、サンプリング周期と搬送波周期（初期値）との関係は適正であるので、搬送波周期を修正する必要はない。したがって、搬送波周期を修正することなく、メイン制御ルーチンの処理が開始される。
ステップＳ８での判断が肯定されると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、周期修正部２８は、修正値を求める（ステップＳ９）。すなわち、周期修正部２８は、閾値Ａ未満の周波数で振幅が閾値Ｂを超える周波数成分の当該周波数に基づいて、搬送波周期を修正するための修正値を求める。より具体的には、当該周波数および位相に基づいて、初期搬送波周期を修正して、サンプリング周期が搬送波周期の整数倍となる関係に導くための修正値が求められる。
【００２７】
この場合の修正値は周期の形態で求められればよいが、搬送波周期の修正は搬送周波数の修正と同義であるから、修正値は周波数の形態で求められてもよい。むろん、初期搬送波周期を修正する場合には周期の形態で修正値を求めるのが便利であり、初期搬送波周波数を修正する場合には周波数の形態で修正値を求めるのが便利である。
こうして求められた修正値は、修正値記憶部２９に格納される（ステップＳ１０）。このとき、周期修正部２８は、修正演算フラグを、修正値が演算済みであることを表す値に書き換えて修正値記憶部２９に格納する（ステップＳ１０）。
【００２８】
この後、マイクロコンピュータ１１は、一旦、リセットされて再起動され、ステップＳ１以降の処理が再開されることになる。このときには、修正値記憶部２９に修正値が格納済みであるので、ステップＳ３からステップＳ４へと処理が分岐することになる。
図３Ａおよび図３Ｂは、搬送波周期の修正による効果を説明するための図である。
図３Ａには、サンプリング周期が搬送波周期（搬送周波数＝２０kHz）の整数倍からずれていて、サンプリングされる電流に低周波数（この例では１．８Hz）の変動が生じる場合を示す。この場合、サンプリングされる電流変化に応じて電動モータＭが駆動される結果、周波数１．８Hzで電動モータＭに電流が供給され、それに応じて、トルクセンサ５は、周波数１．８Hzの操舵トルクを検出する。これがステアリングホイール１の不快な振動を引き起こす。
【００２９】
一方、図３Ｂには、搬送波周期を修正して、搬送波周波数を２０．１kHzとした例を示す。図３Ａとの比較から理解されるように、低周波数のトルク振動がなくなり、比較的高い周波数（１１９Hz）のトルク振動が表れているにすぎない。このような高い周波数の振動は、運転者に不快な振動と認識されることはない。したがって、図３Ａの状況と比較して、不快な振動が低減され、操舵フィーリングが向上される。
【００３０】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、搬送波周期を修正する例について説明したが、図１において二点鎖線で示すように、搬送波周期を修正する代わりに、または搬送波周期を修正するとともに、サンプリング周期を修正するようにしてもよい。この場合には、むろん、周期修正部２８は、サンプリング周期を修正するための修正値を演算し、このような修正値が修正値記憶部２９に記憶されることになる。
【００３１】
また、前述の実施形態では、不揮発性メモリに修正値を記憶しておくこととしたが、修正後の搬送波周期および／またはサンプリング周期を不揮発性メモリに格納するようにして、これを用いて搬送波周期および／またはサンプリング周期が設定されるようにしてもよい。
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置に適用されたモータ制御装置について説明したが、この発明のモータ制御装置は、電動パワーステアリング装置以外の装置に備えられた電動モータの制御のために適用されてもよい。
【００３２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この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電気的構成を示すブロック図である。
【図２】搬送波周期を修正する処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】搬送波周期の修正による効果を説明するための図である。
【図４】電流のサンプリング周期がＰＷＭ搬送波周期の整数倍からずれているときに生じる問題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１…マイクロコンピュータ、１５…電流センサ
【図１】
0005403307.tif 000002
【図２】
0005403307.tif 000003
【図３】
0005403307.tif 000004
【図４】
0005403307.tif 000005