(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄｑ軸の制御補助指令値を演算し、前記制御補助指令値から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、ＦＥＴのブリッジ回路で構成された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するベクトル制御方式のモータ制御装置において、
前記ｄｑ軸電流指令値を空間ベクトル変調して３相電圧指令値とする空間ベクトル変調部と、
モータ回転角に基づいて３相デッドタイム基準補償値を演算する角度−デッドタイム補償値関数部と、
インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン部と、
前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、
前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、
前記制御補助指令値に応じて３相デッドタイム補償値の補償量を可変する電流指令値感応ゲインを演算する電流指令値感応ゲイン演算部と、
前記３相デッドタイム基準補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算し、その乗算結果に前記電流指令値感応ゲインを乗算して前記３相デッドタイム補償値を出力するデッドタイム補償値出力部と、
を備え、
前記３相電圧指令値に前記３相デッドタイム補償値を加算して前記インバータのデッドタイム補償を行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記温度係数演算部が、
補償量設定温度、性能保証温度上限及び性能保証温度下限の３点で必要とされる前記補償量を測定し、前記補償量設定温度の値を基準とし、前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限との比をそれぞれ演算して前記温度係数を演算するようになっている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限にそれぞれ制限値が設定されている請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記３点の比率を直線補間演算又は前記温度に対するデータテーブルで生成する請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記デッドタイム補償値出力部が、
前記３相デッドタイム基準補償値に前記電圧係数を乗算する乗算部と、
前記乗算部の３相出力に前記電流指令値感応ゲインを乗算して前記３相デッドタイム補償値を出力する補償値調整部と、
で構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
ｄｑ軸の制御補助指令値を演算し、前記制御補助指令値からｄｑ軸電圧指令値を演算し、前記ｄｑ軸電圧指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＦＥＴのブリッジ回路で構成された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、
モータ回転角に基づいて３相基準デッドタイム補償値を演算する角度−デッドタイム補償値関数部と、
インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン演算部と、
前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、
前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、
前記３相基準デッドタイム補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算してｄｑ軸に変換してｄｑ軸デッドタイム補償値とし、前記ｄｑ軸電圧指令値に前記ｄｑ軸デッドタイム補償値を加算するデッドタイム補償値出力部と、
を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
前記温度係数演算部が、
補償量設定温度、性能保証温度上限及び性能保証温度下限の３点で必要とされるデッドタイム補償量を測定し、前記補償量設定温度の値を基準とし、前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限との比をそれぞれ演算して前記温度係数を演算するようになっている請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限にそれぞれ制限値が設定されている請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記３点の比率を直線補間演算又は前記温度に対するデータテーブルで生成する請求項７又は８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記ｄｑ軸デッドタイム補償値を前記制御補助指令値に応じて可変する電流指令値感応ゲイン演算部が設けられている請求項６乃至９のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記デッドタイム補償値出力部が、
前記３相基準デッドタイム補償値に前記電圧係数を乗算する乗算部と、
前記乗算部の３相出力を前記ｄｑ軸デッドタイム補償値に変換する３相交流／ｄｑ軸変換部と、
で構成されている請求項６乃至１０のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
ｄｑ軸の制御補助指令値を演算し、前記制御補助指令値からｄｑ軸電圧指令値を演算し、前記ｄｑ軸電圧指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＦＥＴのブリッジ回路で構成された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するベクトル制御方式のモータ制御装置において、
モータ回転角に基づいてｄｑ軸デッドタイム基準補償値を演算する角度−デッドタイム基準補償値テーブル部と、
インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン演算部と、
前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、
前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、
前記ｄｑ軸デッドタイム基準補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算してｄｑ軸デッドタイム補償値を出力するデッドタイム補償値出力部と、
を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１３】
前記温度係数演算部が、
補償量設定温度、性能保証温度上限及び性能保証温度下限の３点で必要とされるデッドタイム補償量を測定し、前記補償量設定温度の値を基準とし、前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限との比をそれぞれ演算して前記温度係数を演算するようになっている請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１４】
前記性能保証温度上限及び前記性能保証温度下限にそれぞれ制限値が設定されている請求項１３に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記３点の比率を直線補間演算又は前記温度に対するデータテーブルで生成する請求項１３又は１４に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記モータ回転角の位相をモータ回転数に応じて可変するようになっている請求項１乃至１５のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、モータ回転角（電気角）の関数若しくはテーブルに基づいて、かつパワー素子を搭載した制御部（インバータ若しくはその近辺）の温度に応じて、インバータのデッドタイムを補償して滑らかで、操舵音のない制御を可能としたモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置を搭載した装置として、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）があり、他に電気自動車や工作機械などがある。電動パワーステアリング装置は、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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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(Central  Processing  Unit)（ＭＰＵ(Micro  Processor  Unit)やＭＣＵ(Micro  Controller  Unit)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。【０００６】
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。【０００７】
減算部３２Ｂでの減算結果である偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ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。【０００８】
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。【０００９】
近年、電動パワーステアリング装置等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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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)）（制御補助指令値）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１２１ｄ及び１２１ｑに入力され、減算部１２１ｄ及び１２１ｑで求められた電圧偏差Δvd及び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。【００１３】
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及び加算部１４１ｑで指令電圧Δvd及びΔvqが算出される。指令電圧Δvd及びΔvqがｄｑ軸／３相交流変換部１５０に入力され、ＰＷＭ制御部１６０及びインバータ１６１を介してモータ１００が駆動される。【００１４】
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、トルク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素子は一般的に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。【００１５】
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、トルク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、トルクリップル等には、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。【００１６】
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。【００１７】
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(Low  Pass  Filter)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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第４６８１４５３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７１２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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。【００２０】
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おり、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。【００２１】
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モータ制御装置において、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り、音や振動、トルクリップルを抑制したモータ制御装置及びそれを搭載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。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、ｄｑ軸の制御補助指令値を演算し、前記制御補助指令値から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するベクトル制御方式のモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、モータ回転角に基づいて３相デッドタイム基準補償値を演算し、前記３相デッドタイム基準補償値を温度補正して３相デッドタイム補償値を求め、ｄｑ軸空間ベクトル変調後の３相電圧指令値に前記３相デッドタイム補償値を加算して前記インバータのデッドタイム補償を行うことにより達成される。【００２３】
また、本発明は、ｄｑ軸の制御補助指令値を演算し、前記制御補助指令値から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、ＦＥＴのブリッジ回路で構成された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するベクトル制御方式のモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記ｄｑ軸電流指令値を空間ベクトル変調して３相電圧指令値とする空間ベクトル変調部と、モータ回転角に基づいて３相デッドタイム基準補償値を演算する角度−デッドタイム補償値関数部と、インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン部と、前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、前記制御補助指令値に応じて３相デッドタイム補償値の補償量を可変する電流指令値感応ゲインを演算する電流指令値感応ゲイン演算部と、前記３相デッドタイム基準補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算し、その乗算結果に前記電流指令値感応ゲインを乗算して前記３相デッドタイム補償値を出力するデッドタイム補償値出力部とを備え、前記３相電圧指令値に前記３相デッドタイム補償値を加算して前記インバータのデッドタイム補償を行うことにより、
或いは、モータ回転角に基づいて３相基準デッドタイム補償値を演算する角度−デッドタイム補償値関数部と、インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン演算部と、前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、前記３相基準デッドタイム補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算してｄｑ軸に変換してｄｑ軸デッドタイム補償値とし、前記ｄｑ軸電圧指令値に前記ｄｑ軸デッドタイム補償値を加算するデッドタイム補償値出力部とを具備することにより、
或いは、モータ回転角に基づいてｄｑ軸デッドタイム基準補償値を演算する角度−デッドタイム基準補償値テーブル部と、インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン演算部と、前記インバータを含む制御部の温度を検出若しくは推定する温度検出部と、前記温度に応じた温度係数を出力する温度係数演算部と、前記ｄｑ軸デッドタイム基準補償値に、前記電圧感応ゲインに前記温度係数を乗算した電圧係数を乗算してｄｑ軸デッドタイム補償値を出力するデッドタイム補償値出力部とを具備することにより達成される。【００２４】
更に、車両の操舵機構にアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置に上記モータ制御装置のいずれかを搭載することにより、上記本発明の目的は達成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置によれば、モータ回転角（電気角）の関数若しくはテーブルに基づき、かつパワー素子を搭載した制御部（インバータ若しくはその近辺）の温度に応じてインバータのデッドタイム補償値を演算し、３相のデッドタイム補償値をｄｑ軸上の空間ベクトル変調後の３相の電圧指令値に加算（フィードフォワード）で補償するか、若しくはｄｑ軸のデッドタイム補償値をｄｑ軸電圧指令値に加算（フィードフォワード）で補償している。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より正確に補償し、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。また、デッドタイム補償値の大きさ及び方向を制御補助指令値（操舵補助指令値iqref）により調整して可変し、過補償にならないようにしている。【００２６】
モータ回転角（電気角）の関数（３相若しくはｄｑ軸）若しくはテーブルに基づく基準デッドタイム補償により制御が滑らかになるので、モータの音や振動、トルクリップルを抑制することができる。また、本発明は、モータ角度と３相電流の位相が合う低速及び中速制御（操舵）の領域において補償精度が高く、３相若しくはｄｑ軸の補償波形が矩形波でない場合においても、インバータのデッドタイムの補償が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】ベクトル制御方式の構成例を示すブロック図である。
【図４】一般的なインバータの構成例を示す結線図である。
【図５】本発明の前提となるモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】デッドタイム補償部の構成例を詳細に示すブロック図である。
【図７】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。
【図８】電流指令値感応ゲイン部内のゲイン部の特性図である。
【図９】電流指令値感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。
【図１０】補償符号推定部の動作例を示す波形図である。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】位相調整部の特性例を示す特性図である。
【図１４】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。
【図１５】空間ベクトル変調部の構成例を示すブロック図である。
【図１６】空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。
【図１７】空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。
【図１８】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。
【図１９】空間ベクトル変調の効果を示す波形図である。
【図２０】デッドタイム補償の効果（補償無し）を示す波形図である。
【図２１】デッドタイム補償の効果（補償有り）を示す波形図である。
【図２２】本発明のモータ制御装置の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。
【図２３】温度係数演算部の特性例を示す特性図である。
【図２４】温度係数の設定例を示す特性図である。
【図２５】本発明（第１実施形態）の温度補正の効果（補正無し）を示す波形図である。
【図２６】本発明（第１実施形態）の温度補正の効果（補正有り）を示す波形図である。
【図２７】本発明のモータ制御装置の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。
【図２８】デッドタイム補償部の構成例を詳細に示すブロック図である。
【図２９】本発明（第２実施形態）の効果を示す波形図である。
【図３０】本発明（第２実施形態）の効果を示す波形図である。
【図３１】本発明（温度補正無し）の効果を示す波形図である。
【図３２】本発明（温度補正有り）の効果を示す波形図である。
【図３３】本発明のモータ制御装置の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。
【図３４】デッドタイム補償部の構成例を詳細に示すブロック図である。
【図３５】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。
【図３６】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。
【図３７】本発明（第３実施形態）の効果を示す波形図である。
【図３８】本発明（第３実施形態）の効果を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、制御部（ＥＣＵなど）のスイッチング素子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、デッドタイム補償値をモータ回転角（電気角）に応じた関数若しくはテーブルとし、温度補正したｄｑ軸のデッドタイム補償値をｄｑ軸電圧指令値にフィードフォワード（ＦＦ）で補償するか、或いは温度補正した３相のデッドタイム補償値を空間ベクトル変調後の３相電圧指令値にフィードフォワードで補償している。即ち、モータ回転角（電気角）に応じた関数若しくはテーブルで予めオフラインで３相若しくはｄｑ軸のデッドタイム補償値を求め、その出力波形を基に３相角度−デッドタイム補償値関数部若しくはｄｑ軸角度−デッドタイム基準補償値テーブルを作成し、関数部若しくはテーブルで求められたデッドタイム基準補償値を制御部（ＥＣＵ）若しくはその近辺の温度に応じて補正し、ｄｑ軸若しくは３相の電圧指令値にフィードフォワードで加算し、インバータのデッドタイムをより正確に補償するようにしている。
【００２９】
制御補助指令値により適切なデッドタイム補償値の補償量の調整と、補償方向の推定ができると共に、インバータ印加電圧により、且つパワー素子（例えばＦＥＴ）を搭載した制御部（ＥＣＵ等）の温度を検出若しくは推定して、温度に応じた補正を行って適切な補償量に調整する。また、実時間上でモータ回転角によるデッドタイム補償値を演算し、モータ回転角に応じたデッドタイム補償値を、３相電圧指令値若しくはｄｑ軸上で補償することを可能としている。
【００３０】
低速・中速制御（操舵）領域において、従来の３相型デッドタイム補償では、特定の相電流の振幅で補償ずれを引き起こしたり、特定の回転数で補償ずれを引き起こしたりする問題（ＥＰＳにおいては操舵音悪化、操舵フィーリング悪化）が発生していた。従来の３相型デッドタイム補償ではタイミング調整するには、回転数と相電流の振幅の大きさを考慮する必要があり、両方を考慮した最適な調整は困難であった。また、従来の３相型デッドタイム補償では、３相の補償波形が矩形波でない場合、正確に補償できない問題があった。このような問題を解決するために、低速・中速制御（操舵）状態に効果が大きく、しかも温度補正を採用した本発明を提案するものである。
【００３１】
先ず、本発明の前提となるモータ制御装置の構成例を説明する。
【００３２】
図５は、モータ制御装置の全体構成を図３に対応させて示しており、３相のデッドタイム補償値Vum,Vvm,Vwmを演算するデッドタイム補償部２００が設けられている。デッドタイム補償部２００には、図２の操舵補助指令値Iref2（制御補助指令値）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、モータ回転角θ及びモータ回転数ωが入力されている。また、インバータ１６１には、ＰＷＭ制御部１６０内のＰＷＭ制御回路（図示せず）からＰＷＭ信号（ＵＰＷＭ、ＶＰＷＭ、ＷＰＷＭ）が入力され、インバータ１６１に印加されているインバータ印加電圧ＶＲが、デッドタイム補償部２００に入力されている。
【００３３】
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はそれぞれ減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力される。また、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。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*はそれぞれ加算部３１０Ｕ，３１０Ｖ，３１０Ｗ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Vum,Vvm,Vwmと加算され、各加算結果である電圧指令値Vuc*,Vvc*,Vwc*が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及びインバータ１６１を介して駆動制御される。
【００３４】
次に、デッドタイム補償部２００について説明する。
【００３５】
デッドタイム補償部２００は、電流制御遅れモデル２０１、補償符号推定部２０２、乗算部２０３、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、補償値調整部２４０、電流指令値感応ゲイン部２５０で構成されている。
【００３６】
なお、乗算部２３１Ｕ、２３１Ｖ及び２３１Ｗと補償値調整部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。
【００３７】
デッドタイム補償部２００の詳細構成は図６であり、以下では図６を参照して説明する。
【００３８】
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。
【００３９】
【数１】
0006601595.tif 000002
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。
【００４０】
電流指令値感応ゲイン部２５０は図７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スケール変換部２５３を経て加重平均フィルタ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８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。
【００４１】
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９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。
【００４２】
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１０（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は適宜変更可能である。
【００４３】
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、補償値調整部２４０内の乗算部２４１Ｕ，２４１Ｖ，２４１Ｗに入力される。
【００４４】
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、本例では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１１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１２のようになっている。変曲点のインバータ印加電圧9.0［Ｖ］及び15.0［Ｖ］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。
【００４５】
また、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１３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。
【００４６】
角度−デッドタイム補償値関数部２３０Ｕ，２３０Ｖ，２３０Ｗは図１４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。
【００４７】
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Gcと乗算される。電圧感応ゲインGcを乗算された３相のデッドタイム補償値Udtc(=Gc・Udt),Vdtc(=Gc・Vdt),Wdtc(=Gc・Wdt)は、それぞれ補償値調整部２４０内の乗算部２４１Ｕ，２４１Ｖ，２４１Ｗに入力される。また、乗算部２４１Ｕ，２４１Ｖ，２４１Ｗには電流指令値感応ゲインGcsが入力されており、その乗算結果がデッドタイム補償値Vum,Vvm,Vwmとして出力され、空間ベクトル変調後の３相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*とそれぞれ加算部３１０Ｕ，３１０Ｖ，３１０Ｗで加算される。加算結果である電圧指令値Vuc*,Vvc*,Vwc*がＰＷＭ制御部１６０に入力される。
【００４８】
このように、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、直接３相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。デッドタイムの補償符号についてはｄｑ軸の操舵補助指令値を使用し、操舵補助指令値の大きさやインバータ印加電圧の大きさによって、補償量が最適な大きさになるように可変となっている。
【００４９】
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１５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号、ＷＯ／２０１７／０９８８４０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。
【００５０】
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２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１６に示す。
【００５１】
【数２】
0006601595.tif 000003
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３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。
【００５２】
【数３】
0006601595.tif 000004
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１７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１７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。
【００５３】
図１８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。
【００５４】
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１８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、Ｔ０／２、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。
【００５５】
空間ベクトル変調がない場合、本例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１９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１９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。
【００５６】
図２０及び図２１は本例の効果を示すシミュレーション結果であり、図２０はデッドタイムの補償がない場合のＵ相電流、ｄ軸電流及びｑ軸電流を示している。本例のデッドタイム補償を適用することにより、低中速操舵でのステアリング操舵状態において、図２１のように相電流及びｄｑ軸電流の波形歪みの改善（ｄｑ軸電流波形にリップルが少なく、正弦波に近い相電流波形）が確認でき、操舵時のトルクリップルの改善と操舵音の改善がみられた。
【００５７】
なお、図２０及び図２１では、代表してＵ相電流を示している。
【００５８】
ところで、ＦＥＴ等のパワー素子はＯＮ動作により発熱し、温度に応じてパワー素子の特性が変化する。そのため、パワー素子の温度に応じてデッドタイムを補正する必要があり、本発明では、ＦＥＴ等のパワー素子を搭載した制御部（インバータ若しくはその近辺）の温度を計測し、計測された温度に応じてデッドタイム補償値を補正し、インバータのデッドタイムをより正確に補償するようにしている。
【００５９】
図２２は本発明の第１実施形態を図５に対応させて示しており、温度検出部４００、温度係数演算部２８０及び乗算部２８１が付加されている。他の部分の構成及び動作は、図５の例と同一であるので説明を省略する。
【００６０】
温度検出部４００は、制御部（ＥＰＳにおいてはＥＣＵ）のパワーデ素子若しくはその近辺の温度を公知の手法で検出（若しくは推定）し、検出した温度Ｔｍをデッドタイム補償部２００内の温度係数演算部２８０に入力する。フィードフォワードでデッドタイム補償を行う場合、補償量は、常温における制御部のデッドタイムによるDuty指令値の不感帯特性を補償する量に合わせた値とする。しかし、制御部の温度が高くなるに従って、実際に必要なデッドタイム（以下、「実デッドタイム」とする）は小さくなり、Duty指令値で必要な不感帯も小さくなるので、補償量過多によるトルクリップルに繋がる場合がある。また、外気温が低い場合、制御部の温度が低くなり、常温時よりも実デッドタイムは大きくなり、Duty指令値で必要な不感帯も大きくなるので、補償量不足によるトルクリップルに繋がる場合がある。よって、高温時の補償量過多及び低温時の補償量不足を回避するために、温度係数演算部２８０にて演算される温度係数Ｔｃを用いて、制御部若しくはその近辺の温度によって補償量を可変できるようにする。温度係数演算部２８０は、図２３に示すように、補償量設定温度、性能保証温度上限及び性能保証温度下限の３点で必要とされる補償量を測定し、補償量設定温度の値を基準値“1.00”とし、性能保証温度上限及び性能保証温度下限との比をそれぞれ演算して温度係数Ｔｃを求める。３点の比率は直線補間演算又は温度Ｔｍに対するテーブルで生成するが、性能保証温度上限及び性能保証温度下限には制限を設けても良い。また、制御部の温度特性が複雑な場合は接点数を増やし、曲線補間テーブルにしても良い。温度係数Ｔｃの特性例として補償量設定温度を20℃、性能保証温度下限を-40℃、性能保証温度上限を80℃とし、必要とされる補償量が20℃時に対して-40℃時に10%増加し、80℃時に10%減少したとすると、温度係数Ｔｃの特性テーブルは図１４２示すようになる。
【００６１】
温度係数演算部２８０からの温度係数Ｔｃは乗算部２８１に入力され、電圧感応ゲインＧｖと乗算され、温度係数Ｔｃで補正された電圧係数Gvtが乗算部２３１Ｕ、２３１Ｖ及び２３１Ｗに入力される。以降の動作は、図５の例と同様である。
【００６２】
低負荷・低速操舵条件（モータ印加電圧=12[V]、Iq=8[A]、Id=0[A]、モータ回転数120[rpm]）で、制御部の温度特性が図２４である場合の温度補正有りと温度補正無しのシミュレーションを行った結果を図２５及び図２６に示す。図２５が温度補正無しの結果で、図２６が温度補正有りの結果であり、図の左側にＵ相電流の時間変化を、右側にＵ相デッドタイム補償値の時間変化を示す。図２５に示されるように、20℃の温度条件では補償量が適切であるから、デッドタイムによるＵ相電流波形の歪みは見られないが（図２５（Ａ）参照）、-40℃の温度条件では補償量不足のため、Ｕ相電流に0[A]付近で凹状の歪みが見られる（図２５（Ｂ）参照）。また、80℃の温度条件では補償量過多のため、Ｕ相電流に0[A]付近で凸状の歪みが見られる（図２５（Ｃ）参照）。それに対して、本実施形態の温度補正を適応することにより、図２６に示されるように、20℃の温度条件では補償量が±0.41[V]と適切であるから、温度補正後のデッドタイム補償においても、補正前と同様にＵ相電流波形の歪みは見られない（図２６（Ａ）参照）。-40℃の温度条件では補償量が±0.45[V]に補正されるので、Ｕ相電流に0[A]付近で補償量不足により発生していた凹状の歪みが改善されている（図２６（Ｂ）参照）。また、80℃の温度条件では補償量が±0.37[V]に補正されるので、Ｕ相電流に0[A]付近で補償量過多により発生していた凸状の歪みが改善されている（図２６（Ｃ）参照）。なお、図２５及び図２６では、Ｕ相の波形のみを示しているが、Ｖ相及びＷ相の波形についても同様の改善が確認された。
【００６３】
上述の第１実施形態では、３相のデッドタイム補償値Vum,Vvm,Vwmを空間ベクトル変調後の３相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に加算しているが、ｄｑ軸のデッドタイム補償値をｄｑ軸上に加算してデッドタイム補償を行うことも可能である（第２実施形態）。
【００６４】
図２７は本発明の第２実施形態を図２２に対応させて示しており、３相交流／ｄｑ軸変換部２９０と、乗算部２０４ｄ及び２０４ｑとが新たに設けられると共に、ｄｑ軸の電圧指令経路上に加算部１４１ｄ及び１４１ｑが設けられている。乗算部２０４ｄ及び２０４ｑで得られるｄｑ軸のデッドタイム補償値vd*及びvq*は、それぞれ加算部１４１ｄ及び１４１ｑで電圧指令値vd及びvqと加算されて補償される。
【００６５】
図２７に示す第２実施形態のデッドタイム補償部２００Ａでは、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、乗算部２８１からの電圧係数Gvtと乗算される。電圧係数Gvtを乗算されて補正された３相のデッドタイム補償値Udtc(=Gvt・Udt),Vdtc(=Gvt・Vdt),Wdtc(=Gvt・Wdt)は３相交流／ｄｑ軸変換部２９０に入力される。３相交流／ｄｑ軸変換部２９０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、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。
【００６６】
このように第２実施形態では、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。デッドタイムの補償符号についてはｄｑ軸の操舵補助指令値を使用し、操舵補助指令値iqrefの大きさやインバータ印加電圧ＶＲの大きさによって、補償量が最適な大きさになるように可変となっている。
【００６７】
図２９及び図３０は、ｄｑ軸上の電圧指令値にフィードフォワードで補償する本発明（第２実施形態）の効果を示すシミュレーション結果であり、図２９はデッドタイムの補償がない場合のＵ相電流、ｄ軸電流及びｑ軸電流を示している。本実施形態のデッドタイム補償を適用することにより、低中速操舵でのステアリング操舵状態において、図３０のように相電流及びｄｑ軸電流の波形歪みの改善（ｄｑ軸電流波形にリップルが少なく、正弦波に近い相電流波形）が確認でき、操舵時のトルクリップルの改善と操舵音の改善がみられた。なお、図２９及び図３０では、代表してＵ相電流のみを示している。
【００６８】
低負荷・低速操舵条件(モータ印加電圧=12[V],Iq=8[A],Id=0[A],モータ回転数120[rpm])で、制御部の温度特性が図２４である場合の温度補正有りと温度補正無しのシミュレーションを行った結果を図３１及び図３２に示す。図３１が温度補正無しの結果であり、図３２が温度補正有りの結果である。図３１に示されるように20℃の温度条件では補償量が適切であるため、デッドタイムによる電流波形の歪みは見られないが、-40℃の条件では補償量不足のためＵ相電流に0[A]付近で凹状の歪みが見られ、ｄｑ軸の電流にはリップルが発生している。また、80℃の条件では補償量過多のためＵ相電流に０[A]付近で凸状の歪みが見られ、ｄｑ軸の電流にはリップルが発生している。図３２に示されるように本発明の温度補正を適応し、温度毎に補償量を補正することにより、各温度状態においてもＵ相電流及びｄｑ軸電流の波形歪みの改善（ｄｑ軸電流波形にリップルが少なくsin波に近い相電流波形）が確認でき、トルクリップルの改善が見られた。
【００６９】
次に、ｄｑ軸のデッドタイム基準補償値を用いる第３実施形態を説明する。
【００７０】
図３３は第３実施形態の全体構成を図２２及び図２９に対応させて示しており、ｄｑ軸上のデッドタイム補償値vd*及びvq*を演算するデッドタイム補償部２００Ｂが設けられており、デッドタイム補償部２００Ｂの詳細構成は図３４であり、以下では図３４を参照して説明する。
【００７１】
デッドタイム補償部２００Ｂには、第１実施形態及び第２実施形態と同様な構成及び動作を行う電流制御遅れモデル２０１、補償符号推定部２０２、位相補償部２１０、インバータ印加電圧感応テーブル２２０、加算部２２１、乗算部２０３、２０４ｄ、２０４ｑ、２８１、温度係数演算部２８０が設けられている。そして、第３実施形態では、加算部２２１からのモータ回転角モータ回転角θｍを入力して、ｄ軸のデッドタイム基準補償値vdaを出力するｄ軸角度−デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｄと、ｑ軸のデッドタイム基準補償値vqaを出力するｑ軸角度−デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｑとが設けられている。デッドタイム基準補償値vda及びvqaはそれぞれ乗算部２０５ｄ及び２０５ｑに入力され、補正された電圧係数Gcと乗算され、電圧係数Gvtと乗算されたデッドタイム補償値vdb及びvqbが、それぞれ乗算部２０４ｄ及び２０４ｑに入力されている。乗算部２０４ｄ及び２０４ｑには電流指令値感応ゲインGcsが入力されており、デッドタイム補償値vdb及びvqbに電流指令値感応ゲインGcsを乗算した結果であるデッドタイム補償値vd*及びvq*が出力される。
【００７２】
ｄｑ軸角度−デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｄ及び２６０ｑは図３５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、第２実施形態で説明したように、３相角度−デッドタイム補償値関数部２３０Ｕ，２３０Ｖ，２３０Ｗ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。
【００７３】
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３５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３５のｄｑ軸出力波形を基に、角度（θｍ）入力による角度−デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｄ及び２６０ｑを生成する。デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｄは図３６（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、デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｑは図３６（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。
【００７４】
ｄｑ軸角度−デッドタイム基準補償値テーブル２６０ｄ及び２６０ｑからのデッドタイム基準補償値vda及びvqaはそれぞれ乗算部２０５ｄ及び２０５ｑに入力され、電圧係数Gvtと乗算される。電圧係数Gvt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からのデッドタイム補償値vd*及びvq*がそれぞれ加算部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。
【００７５】
このように第３実施形態では、デッドタイム補償値をモータ回転角（電気角）に応じた関数の、ｄｑ軸の角度−デッドタイム基準補償値テーブルにより算出し、温度に応じて補正されたデッドタイム補償値をｄｑ軸上の電圧指令値に直接フィードフォワードで補償する構成となっている。デッドタイムの補償符号については操舵補助指令値（iqref）を使用し、操舵補助指令値の大きさやインバータ印加電圧の大きさによって、補償量が最適な大きさになるように可変となっている。
【００７６】
図３７及び図３８は、第３実施形態の効果をＵ相について示すシミュレーション結果であり、図３７はデッドタイムの補償がない場合のＵ相電流、ｄ軸電流及びｑ軸電流を示している。本発明のデッドタイム補償を提供することにより、低中速操舵でのステアリング操舵状態において、図３８のように相電流及びｄｑ軸電流の波形歪みの改善（ｄｑ軸電流波形にリップルが少なく、正弦波に近い相電流波形）が確認でき、操舵時のトルクリップルの改善と操舵音の改善がみられた。
【００７７】
なお、上述の実施形態ではいずれも電動パワーステアリング装置に搭載したモータ制御装置を説明しているが、電気自動車や工作機械等に搭載することは当然に可能である。
【符号の説明】
【００７８】
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）
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、２９０      ３相交流／ｄｑ軸変換部
１４０              ｄ−ｑ非干渉制御部
２００、２００Ａ、２００Ｂ    デッドタイム補償部
２０１              電流制御遅れモデル
２０２              補償符号推定部
２１０              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              補償値調整部
２５０              電流指令値感応ゲイン部
２８０              温度係数演算部
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              温度検出部
【図１】
0006601595.tif 000005
【図２】
0006601595.tif 000006
【図３】
0006601595.tif 000007
【図４】
0006601595.tif 000008
【図５】
0006601595.tif 000009
【図６】
0006601595.tif 000010
【図７】
0006601595.tif 000011
【図８】
0006601595.tif 000012
【図９】
0006601595.tif 000013
【図１０】
0006601595.tif 000014
【図１１】
0006601595.tif 000015
【図１２】
0006601595.tif 000016
【図１３】
0006601595.tif 000017
【図１４】
0006601595.tif 000018
【図１５】
0006601595.tif 000019
【図１６】
0006601595.tif 000020
【図１７】
0006601595.tif 000021
【図１８】
0006601595.tif 000022
【図１９】
0006601595.tif 000023
【図２０】
0006601595.tif 000024
【図２１】
0006601595.tif 000025
【図２２】
0006601595.tif 000026
【図２３】
0006601595.tif 000027
【図２４】
0006601595.tif 000028
【図２５】
0006601595.tif 000029
【図２６】
0006601595.tif 000030
【図２７】
0006601595.tif 000031
【図２８】
0006601595.tif 000032
【図２９】
0006601595.tif 000033
【図３０】
0006601595.tif 000034
【図３１】
0006601595.tif 000035
【図３２】
0006601595.tif 000036
【図３３】
0006601595.tif 000037
【図３４】
0006601595.tif 000038
【図３５】
0006601595.tif 000039
【図３６】
0006601595.tif 000040
【図３７】
0006601595.tif 000041
【図３８】
0006601595.tif 000042