(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操作に応じた操舵トルクを検出し操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、
少なくとも３相交流のモータ電流でＰＷＭ駆動され、ステアリング系に操舵トルクを与えるブラシレスモータと、
ｄ軸目標電流と、少なくとも前記操舵トルク信号に基づいて決まるｑ軸目標電流とを設定する目標電流設定手段と、
前記ブラシレスモータへ供給される前記モータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段の出力信号に基づき得られる前記モータ電流信号を、直流であるｄ軸検出電流信号とｑ軸検出電流信号に変換する複数相−ｄｑ変換手段と、
前記ｑ軸目標電流に係る信号と前記ｑ軸検出電流信号の偏差信号を演算する第１偏差演算手段と、
前記ｄ軸目標電流に係る信号と前記ｄ軸検出電流信号の偏差信号を演算する第２偏差演算手段と、
前記第１と前記第２の偏差演算手段から出力される前記偏差信号に基づきかつベクトル制御処理を適用して前記ブラシレスモータを駆動制御する前記モータ電流を生成するモータ制御手段と、
前記ｑ軸検出電流信号のフィードバック伝送路にのみ設けられた高周波ノイズを減衰させる減衰手段と、
を備えて成ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記モータ電流は３相電流であり、前記モータ電流検出手段は前記ブラシレスモータへ供給される前記モータ電流のうち少なくとも２相のモータ電流を検出して２相のモータ電流信号を出力し、前記複数相−ｄｑ変換手段は３相−ｄｑ変換手段であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記減衰手段は位相遅れ補償要素であることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記減衰手段は位相進み遅れ補償要素であることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関し、特に、乗用自動車等の車両のステアリング装置でモータの回転力をステアリング系に付与して運転者の操舵力の負担を軽減し操舵フィーリングを高めた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール（操舵ハンドル）を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および、車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部の制御動作に基づいて、補助操舵力を出力する支援用のモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減している。モータ制御部の制御動作では、上記の操舵トルク信号と車速信号に基づきモータに通電するモータ電流の目標電流値を設定し、この目標電流値に係る信号（目標電流信号）と、モータに実際に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部からのモータ電流信号との差を求め、この偏差信号に対して比例・積分の補償処理（ＰＩ制御）を行い、モータを駆動制御する信号を発生させている。
【０００３】
上記の電動パワーステアリング装置に関する実際の構成要素のレイアウトでは、操舵力補助用のモータはステアリング軸等にその回転力を与えることができるようにステアリング軸の近くに設置され、さらにモータ制御部を構成する電子回路を備えた回路基板はモータに付設した配置状態で装備されている。従ってモータ制御部に係る電子回路は、ノイズ環境が悪いエンジンルーム内に配備され、その近傍にはオン・オフ動作を行って高周波ノイズを発生する多くの機械的あるいは電気的なスイッチ要素が存在する。このため、モータ制御部のＰＩ制御部の回路等では高周波ノイズの影響を受けやすく、さらに上記モータ電流検出部で検出されモータ制御部にフィードバックされるモータ電流信号には、外部からの高周波ノイズが混入しやすい。モータ電流信号に外乱として高周波ノイズが混入した場合には、この外乱成分はモータから出力される回転力を変動させ、補助操舵力を不安定にさせる。補助操舵力が不安定になると、運転者にとって操舵フィーリングが悪くなる。
【０００４】
電動パワーステアリング装置における高周波ノイズの混入に起因する操舵フィーリングの不良を解消するため、本出願人は、先に、モータ電流検出部とモータ制御部の間を接続する信号路上に高周波ノイズを減衰させる減衰器を設ける解決策を提案している（特許第２９５９９５７号公報）。この特許公報に開示された電動パワーステアリングにおいてモータ電流検出部とＰＩ制御部の間に設けられた減衰器は、モータ駆動部のＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって発生するモータ電流の周波数よりも十分に高い高周波ノイズを減衰させるように、フィルタ特性（周波数特性）が設定されている。
【０００５】
他方、近年、電動パワーステアリング装置において操舵力補助モータとしてブラシレスモータが用いられていることはよく知られている（特開２００１−１０６０９９号公報等）。特開２００１−１０６０９９号公報に開示される電動パワーステアリング装置では代表的に３相のブラシレスモータが用いられている。３相ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置において、仮に前述した高周波ノイズの外乱混入の問題を解決しようとすれば、上記減衰器を、モータ電流検出部とモータ制御部のＰＩ制御部との間の各相に係る信号路上に設けることが必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特開２００１−１０６０９９号公報に開示される電動パワーステアリング装置のように操舵力補助モータとして３相ブラシレスモータを用いた場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについて、目標電流信号とモータ電流信号の偏差信号を求め、ＰＩ制御を行うことが必要となる。このため、高周波ノイズを減衰させる減衰器を設けるときには、前述のごとくＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについて減衰器を設けなければならず、３箇所必要となる。従って、減衰器をハードウェア構成で設ける場合には部品点数が増大して装置の大型化を招きエンジンルームにおける取付けレイアウト上で搭載場所の確保が困難となる。また減衰器をモータ制御部のＣＰＵでソフトウェア構成で実現する場合には演算プログラムの規模が増大することになり、低性能のＣＰＵを使用すれば演算処理に時間がかかって応答性が悪くなって操舵フィーリングを低下させ、他方、高性能のＣＰＵを使用すればコスト高となる。
【０００７】
さらに、電動パワーステアリング装置で操舵力補助モータとしてブラシレスモータを用いる場合には、ブラシレスモータを駆動するために供給するモータ電流として例えば３相の交流電流が使用される。交流のモータ電流を制御するためには、補助操舵力の量に応じてその電流実行値を制御し、加えて操舵速度に応じてその電流周波数を制御することが必要となる。前述のごとくモータ電流検出部とモータ制御部のＰＩ制御部との間のモータ電流信号のフィードバック伝送路上に高周波ノイズ減衰用の減衰器を設けるとき、当該減衰器には、高周波ノイズに係る高周波成分を除去する周波数特性が設定される。このとき減衰器に設定される周波数特性によっては、補助操舵力の生成に必要な交流のモータ電流自体を減衰させるおそれもある。すなわち、ハンドルの切り返し時などの操舵速度が大きい操舵の時には、交流であるモータ電流の周波数が高くなるので、モータ電流検出部で検出されたモータ電流信号の周波数も高くなって高周波ノイズの周波数帯域に含まれることになり、その結果、減衰器の周波数特性に基づいて高周波ノイズの高周波成分を減衰させるとき、モータ電流信号も減衰させるおそれがある。このような事態が発生すると、ハンドルの切り返し時などの速い操舵時には、補助操舵力が変動し、滑らかな操舵フィーリングを阻害するおそれが高い。
【０００８】
特に、操舵力を補助するブラシレスモータを駆動させるための交流モータ電流の周波数が高周波ノイズの周波数帯域に含まれるときには、モータ電流信号に混入した高周波ノイズのみを減衰させることは不可能となり、滑らかな操舵フィーリングを得ることができない。
【０００９】
前述の特許第２９５９９５７号公報に開示された減衰器は、操舵力補助用モータがブラシレスモータではなく、通常のブラシ付きＤＣモータであり、高周波ノイズの周波数帯域がモータ電流の周波数を含むということは想定されていなかった。このため、当該減衰器をブラシレスモータにそのまま適用することは困難である。
【００１０】
本発明の第１の目的は、上記の問題を解決することにあり、操舵力を補助するモータとしてブラシレスモータを用いた場合に、モータ電流検出部で検出されモータ制御部にフィードバックされるモータ電流信号に高周波ノイズが混入したとき、装置を大型化することなくかつＣＰＵを高速化してコストを高めることなく減衰要素を設けて高周波ノイズを除去し、補助操舵力の変動を防止し、滑らかな操舵フィーリングを実現する電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、さらに、ブラシレスモータを駆動させるための３相交流のモータ電流の周波数が高周波ノイズの周波数帯域に含まれる場合であっても、高周波ノイズのみを有効に減衰させ、かつモータ電流に係る検出信号を減衰させず、有効なモータ制御を可能にし、常に滑らかな操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
第１の電動パワーステアリング装置（請求項１に対応）は、ステアリングホイールの操作に応じた操舵トルクを検出し操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出部と、少なくとも３相交流のモータ電流でＰＷＭ駆動され、ステアリング系に操舵トルクを与えるブラシレスモータと、ｄ軸目標電流と、少なくとも操舵トルク信号に基づいて決まるｑ軸目標電流とを設定する目標電流設定部と、ブラシレスモータへ供給されるモータ電流を検出してモータ電流信号を出力するモータ電流検出部と、モータ電流検出部の出力信号に基づき得られるモータ電流信号を、直流であるｄ軸検出電流信号とｑ軸検出電流信号に変換する複数相−ｄｑ変換部と、ｑ軸目標電流に係る信号とｑ軸検出電流信号の偏差信号を演算する第１偏差演算部と、ｄ軸目標電流に係る信号とｄ軸検出電流信号の偏差信号を演算する第２偏差演算部と、第１と第２の偏差演算部から出力される偏差信号に基づきかつベクトル制御処理を適用してブラシレスモータを駆動制御するモータ電流を生成するモータ制御部と、ｑ軸検出電流信号のフィードバック伝送路にのみ設けられた高周波ノイズを減衰させる減衰部とから構成されている。
【００１４】
上記の電動パワーステアリング装置では、第２偏差演算部にフィードバックされる第２検出電流信号に混入された高周波ノイズのみを減衰させるために減衰部が設けられる。上記の第２検出電流信号は、上記の第２目標電流に関係する制御対象（ブラシレスモータの出力する補助用の操舵トルク）を目標通りに達成するためのフィードバック信号であり、直流電流である。上記の第２目標電流はブラシレスモータの出力する操舵トルク（トルク成分）に関するものである。フィードバック伝送路に上記のごとき減衰部を１つ設けるだけで、高周波ノイズを除去し、３相交流のＰＷＭモータ電流で駆動されるブラシレスモータの回転動作を安定化させ、出力される操舵トルクを安定化させ、操舵フィーリングを向上させることが可能となる。またブラシレスモータが３相以上であっても交流・直流変換後の直流電流に係る制御系においてブラシレスモータの操舵トルクに関係する１つのフィードバック伝送路に減衰部を設けるだけでよく、モータ電流の相数だけの減衰部は不要となる。さらに交流・直流変換部の変換後の直流電流に対して減衰部を設けたため、モータ電流に係る検出信号を減衰させることなく、高周波ノイズのみを減衰させることが可能である。
【００１５】
また、第２の電動パワーステアリング装置（請求項２に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、上記モータ電流は３相電流であり、上記モータ電流検出部はブラシレスモータへ供給されるモータ電流のうち少なくとも２相のモータ電流を検出して２相のモータ電流信号を出力し、上記複数相−ｄｑ変換部は３相−ｄｑ変換部であることを特徴とする。
【００１６】
第３の電動パワーステアリング装置（請求項３に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、上記減衰部は位相遅れ補償要素であることを特徴とする。この構成によれば、高周波ノイズのレベルを所望のレベルに減衰させることができ、高周波ノイズにより発生するおそれのあった補助操舵力の変動を十分に低減でき、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
【００１７】
第４の電動パワーステアリング装置（請求項４に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、上記減衰部は位相進み遅れ補償要素であることを特徴とする。この構成によれば、特定の高周波ノイズのレベルを所望のレベルに減衰させることができ、モータ制御部が高周波領域で不安定になることがなく、高周波ノイズにより発生するおそれがあった補助操舵力の変動を十分に低減でき、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図４を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。
【００２０】
図１は電動パワーステアリング装置１０の全体構成を示す。電動パワーステアリング装置１０は例えば乗用車両に装備される。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２の上端はステアリングホイール１１に連結され、下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２に対し動力伝達機構１８を介してブラスレスモータ１９が設けられている。ブラシレスモータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２に与える。またステアリング軸１２には操舵トルク検出部２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２に加えたとき、ステアリング軸１２に加わる当該操舵トルクを検出する。また２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報と車速に係る情報に基づいて、ブラシレスモータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。またブラシモータ１９には、レゾルバ等によって構成されるモータ回転角検出部２３が付設されている。モータ回転角検出部２３の回転角信号ＳＧ２は制御装置２２にフィードバックされている。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。
【００２１】
上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、ブラシレスモータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００２２】
上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２に付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに基づいてブラシレスモータ１９を駆動するためのモータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を発生する。ブラシレスモータ１９は３相ブラシレスモータであり、そのモータ電流はＵ相とＶ相とＷ相から成る３相交流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗである。上記の駆動制御信号ＳＧ１は３相交流であるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗである。かかるモータ電流によって駆動されるブラシレスモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくブラシレスモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００２３】
図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成に示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング１２から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。
【００２４】
図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はブラシレスモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンド、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【００２５】
図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２の支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成と、ブラシレスモータ１９および制御装置２２のレイアウトとが明示される。
【００２６】
図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２は２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルト４４で固定されている。ステアリング軸１２の下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢された当て部材４７でピニオン１３側へ押え付けられている。動力伝達機構１８は、ブラシレスモータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ４９とステアリング軸１２に固定されたウォームホイール５０とによって形成される。操舵トルク検出部２０は、ステアリング軸１２の周りに配置される操舵トルク検出センサ２０ａと、操舵トルク検出センサ２０ａから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部２０ｂとから構成されている。操舵トルク検出センサ２０ａはリッド４３に取り付けられている。
【００２７】
図４は図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図４ではブラシレスモータ１９および制御装置２２の内部の具体的構成が明示される。
【００２８】
ブラシレスモータ１９は、回転軸５１に固定された永久磁石により成る回転子５２と、回転子５２の周囲に配置された固定子５４とを備える。固定子５４は固定子巻線５３を備える。回転軸５１は、２つの軸受け部５５，５６によって回転自在に支持される。回転軸５１の先部はブラシレスモータ１９の出力軸１９ａとなっている。ブラシレスモータ１９の出力軸１９ａは、トルクリミッタ５７を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸４８に結合されている。伝動軸４８には前述の通りウォームギヤ４９が固定され、これに噛み合うウォームホイール５０が配置されている。回転軸５１の後端部には、ブラシレスモータ１９の回転子５２の回転角（回転位置）を検出する前述のモータ回転角検出部（位置検出部）２３が設けられる。モータ回転角検出部２３は、回転軸５１に固定された回転子２３ａと、この回転子２３ａの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子２３ｂとから構成される。モータ回転角検出部２３には例えばレゾルバが用いられる。固定子５４の固定子巻線５３には３相交流であるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが供給される。以上のブラシレスモータ１９の構成要素は、モータケース５８の内部に配置される。
【００２９】
制御装置２２は、ブラシレスモータ１９のモータケース５８の外側に取り付けられた制御ボックス６１の内部に配置されている。制御装置２２は回路基板６２上に電子回路要素を取り付けて成る電子回路で構成される。電子回路要素としては、１チップのマイクロコンピュータおよびその周辺回路、プリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ回路、インバータ回路等である。制御装置２２からブラシレスモータ１９の固定子巻線５３に対してモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（駆動制御信号ＳＧ１）が供給される。またモータ回転角検出部２３で検出された回転角信号ＳＧ２は制御装置２２に入力される。
【００３０】
次に図５と図６を参照して制御装置２２の電子回路の構成を説明する。図５は、制御装置２２の内部構成であって３相のブラシレスモータ１９の回転動作を制御するための回路構成を示し、図６は図５中の目標電流設定部の内部構成の代表的構成例を示す図である。
【００３１】
制御装置２２の内部には、目標電流設定部７１と、モータ制御部７２と、モータ電流に係る検出信号のフィードバック部と、モータ回転角に係る検出信号のフィードバック部とが設けられている。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０では、補助操舵力を出力するモータとして、前述の通り、３相ブラシレスモータ１９を用いている。このブラシレスモータ１９では、ブラシレスモータ１９の回転子５２（回転軸５１）の回転角に応じてモータ電流の通電量を制御することが必要となるので、３相交流であるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの例えば２相にモータ電流検出部８２，８３を設けてモータ電流の通電量を検出すると共に、上記のモータ回転角検出部２３を設けてモータ回転角を検出している。ブラシレスモータ１９は、制御装置２２の内部に設けられた上記の目標電流設定部７１とモータ制御部７２に基づいて、かつモータ回転角検出部２３と２つのモータ電流検出部８２，８３のそれぞれから出力される検出信号を利用することによって、ＰＷＭ駆動される。
【００３２】
ブラシレスモータ１９のモータ回転角検出部２３は、ブラシレスモータ１９に付設されたレゾルバ２３ｃとＲＤ(Resolver-Digital)変換部２３ｄから構成されている。ＲＤ変換部２３ｄは励磁電流をレゾルバ２３ｃへ送り、レゾルバ２３ｃからの出力信号はＲＤ変換部２３ｄへ送られる。ＲＤ変換部２３ｄは、レゾルバ２３ｃからの出力信号に基づいてブラシレスモータ１９の回転子５２の回転位置に係る回転角信号（θ）と回転角速度信号（ω）を取り出して出力する。回転角速度信号ωは目標電流設定部７１へフィードバックされる。
【００３３】
制御装置２２において、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖは目標電流設定部７１に入力されている。目標電流設定部７１では、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖに基づいてブラシレスモータ１９のｑ軸目標電流（Ｉｑ*）とｄ軸目標電流（Ｉｄ*）が設定され、それぞれ出力される。
【００３４】
本実施形態においてモータ制御部７２によるブラシレスモータ１９のトルク制御は、高速かつ正確なトルク応答を得るため、ベクトル制御に基づいている。ここでベクトル制御について説明する。
【００３５】
３相ブラシレスモータ１９のトルクは、３相交流であるモータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の大きさ（トルク）と位相によって決定される。ベクトル制御によれば、固定子巻線５３に供給されるモータ電流を、ブラシレスモータ１９の内部で確立された主磁束方向に磁束を作る電流成分（磁束電流）と、これに対して位相的に９０°進んだ、トルクを直接制御する電流成分（トルク電流）とに分けて、独立に制御する。ベクトル制御でトルク制御されるブラシレスモータ１９ではその内部でｄｑ軸座標系が定義される。ｄｑ軸座標系は、回転軸５１と回転子５２から成る部分の横断面で中心点から磁石のＮ極に向かう主磁束方向をｄ軸（磁束軸）とし、このｄ軸に対して位相的に９０°進む方向をｑ軸（トルク軸）として定義される。上記の磁束電流はｄ軸方向に磁界を作る電流成分すなわちｄ軸電流であり、上記のトルク電流はｑ軸方向に磁界を作る電流成分すなわちｑ軸電流として定義される。ｄ軸電流（Ｉｄ）とｑ軸電流（Ｉｑ）は、３相交流であるモータ電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）との間で、主磁束の固定子に対する回転角度を用いてよく知られた所定変換式によって関係づけられている。ｄ軸電流とｑ軸電流はｄｑ軸座標系上の２軸直流電流である。従って上記ベクトル制御ではブラシレスモータ１９のモータ電流である３相の瞬時電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ軸座標系上の２軸直流電流Ｉｄ，Ｉｑに変換し、モータ制御部７２では直流電流であるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの状態で制御処理が行われる。
【００３６】
目標電流設定部７１から出力された上記のｑ軸目標電流Ｉｑ*とｄ軸目標電流Ｉｄ*は、ブラシレスモータ１９の供給されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの目標値を与えるものである。ｑ軸目標電流Ｉｑ*とｄ軸目標電流Ｉｄ*はモータ制御部７２に入力される。モータ制御部７２で、ｑ軸目標電流Ｉｑ*は偏差演算部７３でフィードバック電流信号（モータ電流に係るｑ軸検出電流信号）Ｉqfが減算されて偏差信号が算出され、偏差信号はＰＩ制御部７４に入力される。ＰＩ制御部７４は、偏差信号にＰＩ補償処理を施し、ｑ軸目標電流に追従するｑ軸目標電圧Ｖｑ’を出力する。ｄ軸目標電流Ｉｄ*は偏差演算部７５でフィードバック電流信号（モータ電流に係るｄ軸検出電流信号）Ｉdfが減算されて偏差信号が算出され、偏差信号はＰＩ制御部７６に入力される。ＰＩ制御部７６は、偏差信号にＰＩ補償処理を施し、ｄ軸目標電流に追従するｄ軸目標電圧Ｖｄ’を出力する。ｑ軸およびｄ軸の目標電圧Ｖｑ’，Ｖｄ’は、それぞれ、非干渉化制御部７７と加算演算部７８と減算演算部７９によって、ｑ軸およびｄ軸の補正目標電圧Ｖｑ，Ｖｄに補正される。ｑ軸およびｄ軸の補正目標電圧Ｖｑ，Ｖｄはｄｑ−３相変換部８０に出力される。
【００３７】
上記の非干渉化制御部７７は、前述したｄ軸およびｑ軸の検出電流信号Ｉdf，Ｉqfおよび回転子５２の回転角速度信号ωに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑを求めるための非干渉化制御補正値を計算する。回転子５２の回転角速度信号ωは前述したＲＤ変換部２３ｄから与えられる。
【００３８】
ｄｑ−３相変換部（直流・交流変換部）８０は、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ，Ｖｑを所定変換式に基づく変換処理によって３相目標電圧Ｖｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’に変換して出力する。次に３相目標電圧Ｖｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’はモータ駆動部８１に入力される。
【００３９】
モータ駆動部８１はＰＷＭ電圧発生部とインバータ回路を含んで構成されている。ＰＷＭ電圧発生部は、３相目標電圧Ｖｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’に対応したＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＵを生成してインバータ回路に出力する。インバータ回路は、ＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＵに対応した３相の交流駆動電流すなわちモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成して出力する。３相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれはブラシレスモータ１９に供給される。モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗはそれぞれブラシレスモータ１９をＰＷＭ駆動するための正弦波電流である。
【００４０】
３相のモータ電流の伝送路のうちの２つの伝送路には上記のごとくモータ電流検出部８２，８３が設けられている。モータ電流検出部８２，８３は、ブラシレスモータ１９に対して供給される３相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つのモータ電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相−ｄｑ変換部（交流・直流変換部）８４に出力する。３相−ｄｑ変換部８４では、加算演算部８５で、検出されたモータ電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて残りのモータ電流Ｉｖが算出される。３相−ｄｑ変換部８４は、得られた３相交流であるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、三角関数で成る所定変換式とＲＤ変換部２３ｄから与えられる回転角信号θとを用いて、２相のｄ軸直流電流Ｉdfとｑ軸直流電流Ｉqfに変換する。ｄ軸とｑ軸の直流電流Ｉdf，Ｉqfは、それぞれ、前述したモータ電流に係るｄ軸検出電流信号とｑ軸検出電流信号のことである。
【００４１】
３相−ｄｑ変換部８４から出力されたｄ軸検出電流信号Ｉdfはフィードバック伝送路８４ａを経由してそのままの状態で偏差演算部７５と非干渉化制御部７７にフィードバックされる。３相−ｄｑ変換部８４から出力されたｑ軸検出電流信号Ｉqfは、フィードバック伝送路８４ｂを経由して、当該フィードバック伝送路８４ｂ上に設けられた減衰部８６を経由して、偏差演算部７３と非干渉化制御部７７にフィードバックされる。
【００４２】
上記の減衰部８６の減衰特性は、従来技術の欄で説明した外乱である高周波ノイズを減衰させ、通過を阻止するためのフィルタ特性（周波数特性）を有するものである。減衰部８６の減衰特性に係る周波数帯域は、減衰させようとする高周波ノイズに応じて任意に設定される。減衰部８６としては、好ましくは、位相遅れ補償要素あるいは位相進み遅れ補償要素が用いられる。
【００４３】
図６では、図５の構成における前述の目標電流設定部７１の回路構成の一例が明示されている。その他の構成は図１に示した構成と同じであるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
目標電流設定部７１は、位相補正部９１、ｑ軸目標電流設定部９２、イナーシャ補正部９３、ダンパー補正部９４、微分処理部９５、ｄ軸目標電流設定部９６、加算演算部９７、減算演算部９８を備えている。操舵トルク信号Ｔは位相補正部９１とイナーシャ補正部９３とダンパー補正部９４に入力される。車速信号Ｖは位相補正部９１とｑ軸目標電流設定部９２とイナーシャ補正部９３とダンパー補正部９４に入力される。またダンパー補正部９４には回転角速度信号ωが入力され、イナーシャ補正部９３には回転角速度信号ωを微分処理部９５で微分することにより得られた角加速度信号が入力される。
【００４５】
位相補正部９１は、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖに基づいて位相補正をして、補正操舵トルク信号をｑ軸目標電流設定部９２に出力する。イナーシャ補正部９３は、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖと角加速度信号に基づいてイナーシャ補正をするためのイナーシャ補正信号を生成し加算演算部９７に出力する。ダンパー補正部９４は、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖと回転角速度信号ωに基づいてダンパー補正をするためのダンパー補正信号を生成し減算演算部９８に出力する。
【００４６】
ｑ軸目標電流設定部９２は、補正操舵トルク信号と車速信号Ｖに基づいてｑ軸目標電流を計算し出力する。ｑ軸目標電流は、加算演算部９７でイナーシャ補正信号が加算され、さらに次段の減算演算部９８でダンパー補正信号が減算され、その結果、最終的な前述のｑ軸目標電流Ｉｑ*が偏差演算部７３に対して出力される。
【００４７】
他方、ｄ軸目標電流設定部９６では、固定された一定値のｄ軸目標電流が設定されている。ｄ軸目標電流の固定値としては例えば０である。この固定値が前述のｄ軸目標電流Ｉｄ*として偏差演算部７５に対して出力される。
【００４８】
以上の構成を有する制御装置２２は、通常、マイクロコンピュータにより構成されている。そして制御装置２２内の各種の機能部はプログラム処理により実現される。
【００４９】
上記の制御装置２２のモータ制御部７２では、モータ電流に係る検出信号は３相−ｄｑ変換部８４を経て直流電流であるｄ軸検出電流信号Ｉdfとｑ軸検出電流信号Ｉqfとして取り出され、ｄ軸検出電流信号Ｉdfはそのままフィードバックされ、ｑ軸検出電流信号Ｉqfは減衰部８６を介してフィードバックされ、それぞれ偏差演算部７３，７５でｑ軸とｄ軸の目標電流との偏差が求められる。得られた偏差に係る信号に基づいてＰＩ制御部７４，７６とｄｑ−３相変換部８０を介してＰＷＭデューティーの演算がなされる。演算されたＰＷＭデューティーを基づいてモータ駆動部８１を介して正弦波電流である３相モータ電流を生成し、ブラシレスモータ１９の上記の固定子巻線５３に給電し、ブラシレスモータ１９の回転動作をＰＷＭ駆動する。
【００５０】
モータ電流検出部８２，８３から検出されたＵ相とＷ相のモータ電流検出信号上に高周波ノイズが混入した場合には、当該高周波ノイズは、３相−ｄｑ変換部８４で３相交流のモータ電流検出信号が直流電流のｄ軸検出電流信号Ｉdfとｑ軸検出電流信号Ｉqfへ変換されるとき、ｄ軸検出電流信号Ｉdfとｑ軸検出電流信号Ｉqfのそれぞれに混入された状態に保たれる。磁束電流に関係するｄ軸検出電流信号Ｉdfは高周波ノイズが混入されたまま偏差演算部７５等にフィードバックされる。これに対して、トルク電流（ブラシレスモータ１９のトルクに関係する電流成分）に関係するｑ軸検出電流信号Ｉqfは、減衰部８６で高周波ノイズを減衰させた状態で偏差演算部７３等にフィードバックされる。このため、トルク電流（ｑ軸電流）については、減衰部８６によって高周波ノイズを減衰させた状態での偏差信号に基づきブラシレスモータ１９が駆動制御されることになるので、ブラシレスモータ１９から出力される操舵トルクに変動が生ぜず、操舵トルクに関して変動のない滑らかな操舵フィーリングを実現することができる。
【００５１】
上記において、特に、３相交流であるモータ電流の周波数が高くなり高周波ノイズの周波数帯域に含まれるようになったとしても、減衰部８６が設けられたフィードバック伝送路８４ｂでは、モータ電流に係る検出信号は３相−ｄｑ変換部８４によって直流電流であるｑ軸検出電流信号Ｉqfとなっているので、高周波ノイズのみを減衰させることができる。
【００５２】
上記の構成において、高周波ノイズを減衰させる減衰部８６は、ｑ軸電流に係るフィードバック伝送路８４ｂだけに設けたが、界磁磁界に関係するｄ軸に係るフィードバック伝送路８４ａに設けることもできる。また目標電流設定部７１で設定されるｄ軸目標電流を固定値としたが、これに限定されず、例えばｑ軸目標電流あるいはブラシレスモータ１９の回転状態に基づいて変化させるように構成することもできる。
【００５３】
さらに前述の実施形態の構成では、代表例としてブラシレスモータ１９に対して３相交流であるモータ電流を供給するようにしたが、３相以上の交流のモータ電流であってもよい。また正弦波電流を通電するベクトル制御を用いたが、ブラシレスモータの制御はベクトル制御に限定されない。モータ制御部で、高周波電流から変換された直流電流またはこれに類似する交流電流が利用されるという条件を満たす任意の制御処理を適用することができる。さらにブラシレスモータに供給される正弦波電流の代わりに、矩形波電流、または矩形波の合成による擬似的な正弦波を用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００５５】
本発明によれば、補助操舵力を出力するモータとしてブラシレスモータを使用し、そのモータ制御部で直流信号を利用して制御処理を行う制御構成を備えた電動パワーステアリング装置において、交流・直流変換部とモータ制御部との間においてブラシレスモータのトルクに関する電流成分に含まれる高周波ノイズのみを減衰させるように減衰部を設けたため、１つの減衰部を設けるだけでよく、モータ電流の相数と同数の減衰部を必要としない。このため部品点数が少なくて済み、装置の大型化、ＣＰＵの高速化を避けることができ、製作コストの増大を防止することができる。また検出した直流電流に対して減衰部を設けるので、ブラシレスモータへ供給される交流のモータ電流の周波数が高くなっても、高周波ノイズのみを減衰することができ、有効な制御を行うことができる。さらに、ブラシレスモータの出力変動を低下し、出力される操舵トルクを安定化させ、滑らかな操舵フィーリングを達成することができる。
【００５６】
また、本発明によれば、上記の効果に加えて、ブラシレスモータのモータ制御部において、ブラシレスモータに供給される交流電流を９０°位相が異なる２軸直流電流（ｄ軸電流とｑ軸電流）に変換しｄｑ軸座標系を利用して成るベクトル制御を適用し、三角関数を利用した所定の変換式により交流・直流変換が可能であるため、コンピュータでの演算を容易に行うことができ、迅速かつ円滑なブラシレスモータの制御を行うことができる。また、ブラシレスモータに供給されるモータ電流を３相交流とし、モータ電流検出部が検出し出力する少なくとも２相のモータ電流信号を、３相−ｄｑ変換部で直流であるｄ軸検出電流信号およびｑ軸検出電流信号に変換する構成としたので、３相交流で駆動するブラシレスモータに対して高速かつ正確な制御を行うことができる。特に、ブラシレスモータのトルクに関係するｑ軸電流に係る直流のフィードバック検出信号のみに対して高周波ノイズを減衰する減衰部を設ければ足りるので、構成が簡素であり、フィードバック検出信号を減衰させることなく高周波ノイズのみを減衰させることができる。
【００５７】
さらに、本発明によれば、上記の効果に加えて、ベクトル制御を利用してブラスレスモータを駆動制御する構成において、界磁磁束に関係するｄ軸電流に係る直流のフィードバック検出信号に対しても高周波ノイズを減衰する減衰部を設けるようにしたため、ブラシレスモータの界磁磁束に係わる成分のノイズも減衰され、さらにブラシレスモータの出力変動を低下させ、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、上記の効果に加えて、減衰部に位相遅れ補償要素を用いたため、高周波ノイズのレベルを所望のレベルに適切に減衰させることができる。
【００５９】
さらに、本発明によれば、上記の効果に加えて、減衰部に位相進み遅れ補償要素を用いたため、特定の高周波ノイズを所望の量減衰させることができ、モータ制御部による制御動作が高い周波数領域で不安定になるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】  電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成に示す図である。
【図３】  図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】  図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】  制御装置の電気回路構成を示すブロック構成図である。
【図６】  図５に示した目標電流設定部の具体的な回路構成例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１０          電動パワーステアリング装置
１１          ステアリングホイール
１２          ステアリング軸
１８          動力伝達機構
１９          ブラシレスモータ
２０          操舵トルク検出部
２２          制御装置
２３          モータ回転角検出部
７２          モータ制御部
８６          減衰部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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