(57)【要約】【課題】モータ電流の歪みを抑制してトルクリップル及び異音の発生を低減し、安定したデッドタイム補償を行う。【解決手段】デッドタイム補償部１４は、電流指令値Ｉを基づいてモータに印加されている電流を推定し、その推定結果をモデル電流値として出力する電流制御モデル部１４０、モデル電流値の極性を判定する極性判定部１４１、モデル電流値のゼロクロスを判定するゼロクロス判定部１４２、モデル電流値に基づいてデッドタイム補償量を算出するデッドタイム補償量算出部１４３、ゼロクロスを基準にして階段状のデッドタイム補償波形信号を発生するデッドタイム補償波形信号発生部１４４、デッドタイム補償波形信号にデッドタイム補償量及び極性を乗算する乗算器１４５、各相の乗算器１４５出力を平均化する平均化部１４６から構成される。平均化部１４６の出力は、デッドタイム補償量として電流制御部１３の出力Ｅに加算され、モータ駆動回路に供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵機構に操舵アシスト力を付与するモータと、検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記電流指令値に基づいて前記モータの電流制御値を生成する電流制御手段と、前記電流制御値に基づいて前記モータの電流を制御するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段のデッドタイムを補償するデッドタイム補償手段を備える電動パワーステアリング制御装置であって、
前記デッドタイム補償手段は、
前記電流指令値に基づいて前記モータに印加されている電流を推定し、その推定結果をモデル電流値として出力する電流制御モデルと、
前記モデル電流値の極性を判定する極性判定手段と、
前記モデル電流値においてゼロクロスが発生するタイミングを判定するゼロクロス判定手段と、
前記ゼロクロスが発生するタイミングを基準として緩傾斜で変化するデッドタイム補償波形信号を生成するデッドタイム補償波形信号生成手段と、
前記モデル電流値に基づいてデッドタイム補償量を算出するデッドタイム補償量算出手段と、
前記デッドタイム補償波形信号に、前記判定した極性と前記算出したデッドタイム補償量とを乗算する乗算手段と、を備え、且つ
前記乗算手段の出力を前記電流制御値に加算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記モータが複数の相を有する場合には、
前記デッドタイム補償手段は、更に、
各相の前記乗算手段の出力を平均化する平均化手段を備え、
前記平均化手段の出力を前記電流制御値に加算す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制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等車両の操舵機構に対して、モータによる操舵アシスト力を付与する電動パワーステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等車両の操舵アシスト装置として利用されている電動パワーステアリング装置は、モータの回転トルクを、減速機を介して操舵ハンドルに直結するステアリングシャフトとラック軸に伝えることにより、操舵アシスト力を付勢するようになっている。そして、この電動パワーステアリング装置は、モータが所望のトルクを発生するように制御する制御回路と、モータに電流を供給するモータ駆動回路等からなる電動パワーステアリング制御装置を備えている。
【０００３】
図８は、一般的な電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図である。電動パワーステアリング制御装置２は、トルクセンサ３１で検出した操舵トルクを基に位相補償されたトルク指令値を算出する位相補償器２１と、操舵トルク及び車速センサ３２で検出した車速に基づいて、モータ２０を駆動する電流の制御目標値である電流指令値Ｉを算出する電流指令演算器２２と、電流指令値Ｉと後述するモータ電流検出回路２９で検出したモータ電流（電流検出値）ｉとの偏差電流ΔＩを算出する減算器２３と、過渡応答を良くするために電流指令値Ｉを微分する微分補償器２４と、所定の比例ゲインを乗算して偏差電流ΔＩを比例処理する比例演算器２５と、フィードバック系の特性を改善するために所定の積分処理を行う積分演算器２６と、微分補償器２４と比例演算器２５、及び積分演算器２６の各出力を加算して電流制御値Ｅを算出する加算器２７と、電流制御値Ｅに基づいてモータ２０に供給する電流を生成するモータ駆動回路２８と、モータ２０に流れるモータ電流ｉを検出するモータ電流検出部２９から構成されている。なお、バッテリ３３はモータ駆動回路２８の電源である。
【０００４】
このように構成された電動パワーステアリング制御装置２では、モータ電流検出部２９で検出したモータ電流ｉを減算器２３にフィードバックして、偏差電流ΔＩがゼロとなるように制御することにより、操舵アシスト制御が実現される。
【０００５】
図９は、モータ駆動回路２８の概略構成を示す図である。同図において、モータ駆動回路２８は、Ｈブリッジ回路を構成する電界効果トランジスタＦＥＴ１〜４と、加算器２７から送られる電流制御値Ｅに基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭコントローラ２８１と、デッドタイム回路２８２、２８３と、ＦＥＴ１〜４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路２８４から構成され、電源３３がＦＥＴ１、２のハイサイド側を駆動するために接続されている。
【０００６】
ここで、Ｈブリッジ回路を構成する上下アームのＦＥＴ１とＦＥＴ３は交互にオン、オフを繰り返し、同様にＦＥＴ２及びＦＥＴ４も交互にオン、オフを繰り返す。しかし、ＦＥＴ１〜４は、ゲート信号の入力で瞬時にオン、オフするものではなく、ターンオンタイム及びターンオフタイムが常に存在する。このため、ＦＥＴ１のゲートへのオン信号と、ＦＥＴ３のゲートへのオフ信号が同時に入力されると、ＦＥＴ１とＦＥＴ３が同時にオンになって上下アームが短絡してしまう。そこで、ＰＷＭコントローラ２８１とＦＥＴゲート駆動回路２８４の間には、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３が同時にオンすることのないように、所定の短絡防止時間（デッドタイム）をおくためのデッドタイム回路２８２が挿入される。同様に、ＦＥＴ２とＦＥＴ４が同時にオンすることのないように、デッドタイム回路２８３が挿入されている。
【０００７】
ところで、電動パワーステアリング制御装置におけるデッドタイムの存在は、モータ電流に歪みを生じさせ、このためトルクリップルや異音が発生する原因ともなっている。これを解決する方法としては、従来、このデッドタイムの影響を回避するため、モータの指令値にデッドタイム補償量を印加するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、デッドタイム補償量の印加にあたっては、デッドタイム補償量とモータ電流との極性を一致させるととともに、モータ電流のゼロクロスが発生するタイミングを精度よく判定することが必要である。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１９９１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このタイミングの判定については、モータ電流ｉを直接検出してこの検出値がゼロクロスしたときに行う方法、或いは、電流指令値Ｉがゼロクロスした時に行う方法などが知られている。これらのうち、前者の方法では、モータ電流検出回路に遅延があるとそのタイミングがモータ電流ｉのゼロクロスより遅れしまう、またこれに加えて検出値にノイズが含まれてしまい検出精度を損なってしまうという問題があった。また、後者の方法では、モータ駆動回路の応答性の影響でモータ電流ｉが電流指令値Ｉより遅れてしまう場合が多いので、このためそのタイミングがモータ電流ｉのゼロクロスより早くなってしまうという問題があった。
【００１１】
また、一般的なデッドタイム補償は、モータが複数の相を有している場合においても、それぞれの相に対して個別に施されているが、このため他の相との電圧のバランスが悪化して、モータ電流が歪む場合があり、このためデッドタイム補償のタイミングがずれてしまい、デッドタイム補償の安定を損なう要因ともなっていた。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ電流の歪みを抑制してトルクリップル及び異音の発生を低減し、安定したデッドタイム補償を行うことのできる電動パワーステアリング制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、下記（１）及び（２）を特徴としている。
【００１４】
（１）  操舵機構に操舵アシスト力を付与するモータと、検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記電流指令値に基づいて前記モータの電流制御値を生成する電流制御手段と、前記電流制御値に基づいて前記モータの電流を制御するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段のデッドタイムを補償するデッドタイム補償手段を備える電動パワーステアリング制御装置であって、前記デッドタイム補償手段は、前記電流指令値に基づいて前記モータに印加されている電流を推定し、その推定結果をモデル電流値として出力する電流制御モデルと、前記モデル電流値のゼロクロスを判定するゼロクロス判定手段と、前記モデル電流値の極性を判定するゼロクロス判定手段と、前記モデル電流値に基づいてデッドタイム補償量を算出するデッドタイム補償量算出手段と、前記判定した極性に基づいて緩傾斜で変化するデッドタイム補償波形信号を生成するデッドタイム補償波形信号生成手段と、前記デッドタイム補償波形信号に、前記判定した極性及び前記算出したデッドタイム補償量を乗算する乗算手段と、を備え、且つ前記乗算手段の出力を前記電流制御値に加算すること。
【００１５】
（２）  上記（１）項に記載した電動パワーステアリング制御装置であって、前記モータが複数の相を有する場合には、前記デッドタイム補償手段は、更に、各相の前記乗算手段の出力を平均化する平均化手段を備え、前記平均化手段の出力を前記電流制御値に加算すること。
【００１６】
上記（１）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、電流指令値を基にして生成したモデル電流値に基づいて、極性及びゼロクロスの判定と補償量の算出を行い、判定したゼロクロス時点を基準にして緩傾斜で変化する例えば階段状のデッドタイム補償信号を発生させ、これに極性及び補償量を乗算して得られたデッドタイム補償量を電流制御値に加算するので、モータ電流の歪みが抑制され、トルクリップル及び異音の発生が少なくなって、安定したデッドタイム補償を行うことができる。
【００１７】
また、上記（２）に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、上記（１）の特徴に加え、各相のデッドタイム補償量を合算して平均化し、この結果得られたデッドタイム補償量を電流制御値に加算するので、モータが複数の相を有している場合、各相の印加電圧間のバランスが向上して、モータ電流の歪みがより抑制され、トルクリップル及び異音の発生が少なくなって、より安定したデッドタイム補償を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、モータ電流の歪みを抑制してトルクリップル及び異音の発生を低減し、安定したデッドタイム補償を行うことのできる電動パワーステアリング制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電動パワーステアリング制御装置の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、電動パワーステアリング制御装置１は、トルクセンサで検出した操舵トルク信号に基づいてモータ１０を駆動する、電流の制御目標値である電流指令値Ｉを演算する電流指令値演算部１１、電流指令値Ｉと後述するモータ相電流検出部１７で検出した電流検出値ｉとの偏差電流ΔＩを算出する減算器１２、モータを駆動制御するために、偏差電流ΔＩがゼロとなるように制御を行う電流制御部１３、電流指令値Ｉに基づいてモータ相電流のデッドタイム補償量を生成するデッドタイム補償部１４、電流制御部１３の出力にデッドタイム補償量を加算して電流制御値Ｅを出力する加算器１５、電流制御値Ｅに基づいてモータ１０に供給する相電流を生成するモータ駆動回路１６、モータ１０に印加されている相電流を電流検出値ｉとして検出するモータ相電流検出部１７から構成される。
【００２１】
このように構成された電動パワーステアリング制御装置１では、モータ相電流検出部１７で検出した電流検出値ｉを減算器１２にフィードバックして、電流指令値Ｉと電流検出値ｉとの偏差電流ΔＩがゼロとなるように制御を行うことにより、操舵アシスト制御が実現される。なお、モータ１０は、３相のブラシレスＤＣモータであり、このモータ１０の各相に応じて操舵アシスト制御が実施されている。
【００２２】
図２は、上述した電動パワーステアリング制御装置１におけるデッドタイム補償部１４の概略構成を示すブロック図である。
【００２３】
図２において、デッドタイム補償部１４は、電流指令値Ｉとモータに印加されている相電流との関係を、制御周期も考慮した、例えば一次遅れ系モデル（伝達関数）として予め規定している電流制御モデル部１４０と、電流制御モデル部１４０の出力値に基づいて、デッドタイム補償量に付与する極性を判定する極性判定部１４１と、電流制御モデル部１４０の出力値に基づいてそのゼロクロスのタイミング（ゼロクロス時点）を判定するゼロクロス判定部１４２と、電流制御モデル部１４０の出力値からデッドタイム補償量を算出するデッドタイム補償量算出部１４３と、判定されたゼロクロス時点を基準にして階段状のデッドタイム補償波形信号を発生するデッドタイム補償波形信号発生部１４４と、デッドタイム補償波形信号に、デットタイム補償量算出部１４３で算出されたデッドタイム補償量と極性判定部１４１で判定された極性とを、各相個別で乗算する乗算器１４５と、乗算器１４５の各相の出力を平均化する平均化部１４６と、を備えて構成される。
【００２４】
電流制御モデル部１４０は、例えばモータ相電流検出部１７の電流検出値ｉに含まれる検出ノイズの影響を回避するため、（検出ノイズの影響がない）電流指令値Ｉを用いて、この電流指令値Ｉにより電流検出値ｉを推定する。即ち、電流制御モデル部１４０では、電流指令値Ｉを一次遅れ系の伝達関数を用いて変換して、モータ１０の電流検出値ｉと略等価な値であるモデル電流値を推定値として生成し、極性判定部１４１とゼロクロス判定部１４２とデッドタイム補償量算出部１４３とにそれぞれ出力する。これによって、実際のモータ電流の極性及びゼロクロスの判定精度を向上させることができる。
【００２５】
極性判定部１４１は、電流制御モデル部１４０の電流指令値Ｉに対応するモデル電流値の極性をコンパレータ等によって判定するものであり、これによって実際のモータ電流（検出電流値）ｉの極性を判定したことと略等価な結果を得ることができる。
【００２６】
ここで、極性判定部１４１の動作フローについて説明する。図３は、極性判定部１４１の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【００２７】
まず、電流制御モデル部１４０から入力されるモデル電流値が予め設定される所定の閾値を超えているか否かを判定する（即ち、Ｓ１０１）。その結果、閾値を超えていると判定された場合は、実際のモータ電流ｉの極性は正であると判定して、その極性（＋１）を出力する（即ち、Ｓ１０２）。
【００２８】
一方、上記Ｓ１０１における判定の結果、モデル電流値が閾値を超えていない場合は、モータ電流ｉの極性は負であると判定して、その極性（−１）を出力する（即ち、Ｓ１０３）。
【００２９】
また、ゼロクロス判定部１４２は、電流制御モデル部１４０の電流指令値Ｉに対応するモータ電流ｉがゼロ点を通過する時点、すなわちモータ電流ｉの極性が切り替わる（ゼロクロス）時点を判定するものであり、これによりモータ電流ｉのゼロクロスのタイミングを推定することができる。
【００３０】
ここで、ゼロクロス判定部１４２の動作フローについて説明する。図４は、ゼロクロス判定部１４２の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【００３１】
まず、電流制御モデル部１４０から入力されるモデル電流値の符号が前回入力されたモデル電流値の符号と同じであるか否かを判定する（即ち、Ｓ２０１）。その結果、同じ符号であると判定した場合は、ゼロクロスはないと判定する（即ち、Ｓ２０２）。その後、前回入力されたモデル電流値の符号を現在入力されたものに更新処理する（即ち、Ｓ２０４）。
【００３２】
一方、上記Ｓ２０１における判定の結果、電流制御モデル部１４０から入力されるモデル電流値の符号が前回入力されたモデル電流値の符号と異なる場合は、ゼロクロスがあると判定する（即ち、Ｓ２０３）。その後前回入力されたモデル電流値の符号を更新する（即ち、Ｓ２０４）。
これによって、ゼロクロス判定部１４２は、ゼロクロス時点を判定し、その判定結果をデットタイム補償波形信号発生部１４４に出力することができる。
【００３３】
デッドタイム補償波形信号発生部１４４は、電流制御部１３の出力に加算するデッドタイム補償量の波形信号を発生するものであり、ゼロクロス判定部１４２の判定結果に基づいてモデル電流値のゼロクロス時点を基準として、緩傾斜で変化する、例えば階段状波形のデッドタイム補償波形信号を発生する。即ち、デッドタイム補償波形信号発生部１４４はゼロクロス時点でデッドタイム補償を行うタイミングを計るとともに、仮に処理が遅延してタイミングがずれた場合があったとしてもデッドタイム補償波形信号が階段状波形であるので、そのずれの影響を抑制する機能をも有している。
【００３４】
図５は、デッドタイム補償波形信号発生部１４４によって発生されたデッドタイム補償波形信号を、従来のデッドタイム補償波形信号と対比して示す図である。
【００３５】
図５（ａ）に示す従来のデッドタイム補償波形信号は、ゼロクロス時点で極性が反転するステップ状の波形の信号であるが、これに対して、図５（ｂ）に示す本実施形態のデッドタイム補償波形信号は、ゼロクロス時点を基準として階段状に変化する波形の信号となっている。
なお、デットタイム補償波形信号は、後述するデットタイム補償量算出部との関係を考慮して、その最大値とその最小値との絶対値は１などの単位値をとることが望ましい。
【００３６】
デッドタイム補償量算出部１４３は、電流制御モデル部１４０の電流指令値Ｉに対応するモデル電流値に基づいて、電流制御部１３の出力に付与するデッドタイム補償量を予め設定される関係式に従って各相に応じて算出し、それぞれに出力する。なお、当該関係式は、所定の伝達関数のモデル、あるいは実験的に求められた変換テーブルとして規定してもよい。
【００３７】
乗算器１４５は、上述のデッドタイム補償波形信号に、極性判定部１４１で判定されたモデル電流値の極性と、デッドタイム補償量算出部１４３によって算出されたデッドタイム補償量を乗算して極性をもったデッドタイム補償量を算出するものである。そして、これらデッドタイム補償量は各相に応じて出力される。
【００３８】
平均化部１４６は、電流制御部１３の出力に付与する、これら各相のデッドタイム補償量のバランスをモータ１０の各相電流において安定化させるために、乗算器１４５の各相毎の出力を平均化させるものである。図６は、平均化部１４６の概略構成を示す図である。
【００３９】
図６において、乗算器１４５からの各相出力は、加算器１４７ａ、１４７ｂ、及び各相に対応する減算器１４８ｕ、１４８ｖ、１４８ｗに入力される。
【００４０】
加算器１４７ａ、１４７ｂは、乗算器１４５の各相出力の全部を加算し、除算器１４９は、この加算出力を除算して乗算器１４５の各相出力の平均値、例えば加算結果対して１／３除算して平均値を算出してモータ１０各相に対応した減算器１４８ｕ、１４８ｖ、１４８ｗに入力する。減算器１４８ｕ、１４８ｖ、１４８ｗは、対応する相の乗算器１４５の出力から除算器１４９で得られた平均値を減算し、各相のデッドタイム補償量を生成する。
【００４１】
このように構成されたデッドタイム補償部１４で生成されたデッドタイム補償量は、加算器１５において電流制御部１３の出力に加算され、モータ駆動回路１６に供給する電流制御値Ｅを生成する。
【００４２】
図７は、平均化部１４６から出力される各相のデッドタイム補償量の波形をモータ１０の相電流ｉと対比して示す図である。図７（ｂ）に示すように、デッドタイム補償量を印加するタイミングが、図７（ａ）に示す実際のモータ電流のゼロクロスに同期することとなるので、モータ各相の電流バランスが向上するとともに、モータ電流のゼロクロス近傍における歪みが改善され、トルクリップル及び異音の発生を低減してデッドタイム補償を安定して行うことができる。
【００４３】
以上説明したように、このような本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置によれば、電流制御モデルのモデル電流値に基づいて極性及びゼロクロスのタイミング判定と補償量の算出を行い、判定したゼロクロス時点を基にして発生させたデッドタイム補償波形信号に極性及び補償量を乗算して各相を平均化する。そして、これをデッドタイム補償量として電流制御部の出力に加算して電流制御値とし、モータ駆動回路に供給してモータの電流を制御する。これにより、モータ電流の歪みが少なくなってトルクリップル及び異音の発生が低減し、デッドタイム補償を安定して行うことができる。
【００４４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の様態はこれら実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、本実施形態では処理の大部分をソフトウエアにて行っているが、その一部またはすべてをＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのハードウエアで実現してもよい。
【００４５】
また、本発明は電動パワーステアリング装置のいずれの形式（コラムタイプ、ピニオンタイプ、ラックタイプ）においても適用可能である。
【００４６】
さらに、実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、単相は無論のこと、例えば同期モータなど種々の複数の相を有するモータに適宜適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデッドタイム補償部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る極性判定部の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態に係るゼロクロス判定部の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】（ａ）は、従来のデッドタイム補償波形信号を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るデッドタイム補償波形信号を示す図である。
【図６】本実施形態に係る平均化部の概略構成を示す図である。
【図７】（ａ）は、モータ相電流の波形を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るデッドタイム補償量の波形を示す図である。
【図８】一般的な電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図９】従来のモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      電動パワーステアリング制御装置
１０    モータ
１１    電流指令値演算部
１２    減算器
１３    電流制御部
１４    デッドタイム補償部
１５    加算器
１６    モータ駆動回路
１７    モータ相電流検出部
１４０  電流制御モデル部
１４１  極性判定部
１４２  ゼロクロス判定部
１４３  デッドタイム補償量算出部
１４４  デッドタイム補償波形信号発生部
１４５  乗算器
１４６  平均化部
【図１】
2008254633.tif 000003
【図２】
2008254633.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008254633.tif 000006
【図５】
2008254633.tif 000007
【図６】
2008254633.tif 000008
【図７】
2008254633.tif 000009
【図８】
2008254633.tif 000010
【図９】
2008254633.tif 000011