(57)【要約】    【課題】  電動パワーステアリング装置の電流検出系の誤差に起因する三相ブラシレスモータのトルクを低減する。    【解決手段】  制御部１５３から三相電流制御回路１３１にｄヒューティ比５０％の制御信号を与えたてから、少なくともモータ３の時定数に基づく待機時間が経過してから、電流検出回路１４によりモータ３の電流Ｉu、Ｉvを検出する。このときのオフセット電流をオフセット補正値として補正値記憶部１５２に記憶する。さらに、検出電流ｉｕ、ｉvの利得差を検出し、補正部演算部１５１により利得補正値を算出し、補正値記憶部１５２に記憶する。通常の動作時においては、オフセット補正値および利得補正値に基づき、補正回路１４１，１４２加によって駆動電流の補正を行う。【選択図】  図１
2005263054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための制御信号を算出する制御手段と、
前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動手段と、
前記多相モータにおける前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出手段と、
所定の基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の電流偏差に基づく補正値を演算する補正値演算手段と、
前記補正値を記憶する補正値記憶手段と、
前記補正値に基づき前記検出電流の各相の補正を行う補正手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記基準制御信号は、各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す信号であり、前記補正手段は、前記検出電流信号における各相のオフセット電流を表すオフセット補正値を演算す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制御装置。
【請求項３】
前記基準制御信号は、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す信号であり、前記補正手段は、前記検出電流信号における各相の利得偏差に基づく利得補正値を演算す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制御装置。
【請求項４】
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための制御信号を算出する制御手段と、
前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動手段と、
前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出手段と、
各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相のオフセット電流偏差に基づくオフセット補正値を演算し、さらに、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に相当する時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の利得補正値を演算する補正手段と、
前記オフセット補正値および前記利得補正値を記憶する補正値記憶手段と、
前記オフセット補正値および前記利得補正値に基づき、前記検出電流の各相の補正を行う補正手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記待機時間は前記多相モータの時定数の少なくとも３倍であることを特徴とする請求項１、４のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
操舵トルクを検出する検出ステップと、
検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための制御信号を算出する制御ステップと、
前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動ステップと、
前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出ステップと、
所定の基準制御信号を前記駆動ステップにおいて出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の電流偏差に基づく補正値を演算する補正値演算ステップと、
前記補正値を記憶する補正値記憶ステップと、
前記補正値に基づき前記検出電流の各相の補正を行う補正ステップとを備えた電動パワーステアリング制御方法。
【請求項７】
前記基準制御信号は、各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す信号であり、前記補正ステップは、前記検出電流信号における各相のオフセット電流を表すオフセット補正値を演算することを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリング制御方法。
【請求項８】
前記基準制御信号は、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す信号であり、前記補正ステップは、前記検出電流信号における各相の利得偏差に基づく利得補正値を演算することを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリング制御方法。
【請求項９】
操舵トルクを検出する検出ステップと、
検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための制御信号を算出する制御ステップと、
前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動ステップと、
前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出ステップと、
各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動ステップにおいて出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相のオフセット電流偏差に基づくオフセット補正値を演算し、さらに、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動ステップにおいて出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に相当する時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の利得補正値を演算する補正ステップと、
前記オフセット補正値および前記利得補正値を記憶する補正値記憶ステップと、
前記オフセット補正値および前記利得補正値に基づき、前記検出電流の各相の補正を行う補正ステップとを備えた電動パワーステアリング制御方法。
【請求項１０】
前記待機時間は前記多相モータの時定数の少なくとも３倍であることを特徴とする請求項６、９のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置における三相ブラシレスモータの電流検出誤差により発生するトルクリップルを低減可能な電動パワーステアリング制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になり、自動車用の補助操舵装置として、電動モータのトルクを用いた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が広く利用されるようになってきた。この電動パワーステアリング装置は、ドライバによるハンドルの操作および車の動きを検出するトルクセンサと、トルクセンサからの検出信号に基づき補助操舵力を演算する電動パワーステアリング制御ユニット（ＥＣＵ）と、ＥＣＵからの出力信号に基づき回転トルクを発生する電動モータと、回転トルクをステアリング機構に伝える減速ギア等を備えて構成されている。
【０００３】
上述のＥＣＵは例えば、図５のように構成されていた。この図において、ＥＣＵ９０にはトルクセンサ９１および車速センサ９２からの信号が入力されており、ＥＣＵ９０はこれらの信号に基づき電動モータ９３を制御する機能を有している。ＥＣＵ９０は、目標電流信号演算部９０１、加算器９０２、制御演算部９０３、モータ駆動回路９０４、電流検出回路９０５を備えて構成されている。目標電流信号演算部９０１は、トルクセンサ９１および車速センサ９２からの信号に基づき目標電流Ｉを演算するものである。加算器９０３は目標電流値Ｉと電流検出回路９０５によって検出された検出電流ｉとの偏差電流ΔＩを算出するものであり、制御演算部９０３は誤差電流ΔＩがゼロとなるようなモータ制御信号を算出するためのものである。モータ駆動回路９０４は、モータ制御信号に基づき三相電流を電動モータ９３に供給する機能を備えている。電流検出回路９０５は２つの電流センサを有しており、三相電流のうちの１つを基準とした他の２つの電流値を検出するものである。検出された電流ｉは上述の加算器９０２に負信号として入力される構成となっている。
【０００４】
このように構成されたＥＣＵ９０において、検出電流ｉが目標電流Ｉに等しくなるように負帰還制御が行われる。ところが、例えば電流検出回路９０５等の検出系に誤差が存在する場合には、当該誤差は三相電流にそのまま表れてしまう。検出回路９０４を構成する２つの電流センサにおいてオフセット電流または検出利得の誤差が存在する場合、モータ駆動回路９０４から出力される三相電流の各電流値に誤差が生じ、この結果、電動モータ９３のトルクリップルが発生してしまう。かかるトルクリップルはハンドルフィーリング等に悪影響を与えるものである。
【０００５】
検出系により生ずるトルクリップルを低減可能な従来技術として、例えば特開２００２−２９４３２号公報に記載の電動パワーステアリング装置が案出されている。この制御装置は、三相電流の指令値をゼロとした場合における検出電流をオフセット値として学習させ、このオフセット値を三相電流の指令値の補正を行うものである。
【０００６】
しかしながら、この制御装置は、電流値がゼロになったときにオフセット値を検出するものであり、かならずしも電流値がゼロの状態が継続するとは限らない。すなわち、システム安定の時定数が考慮されていないため、オフセット値を正確に検出するのが困難である。
【０００７】
また、他の従来技術として、特開平８−１７５４０５号公報に記載の電動パワーステアリング装置が案出されている。この装置は、電流検出回路全体のオフセットを補正することによりハンドル操作の左右のバランスをとるためのものであり、三相電流の各々の検出誤差を補正することによりトルクリップルの低減を目的としたものではない。
【特許文献１】特開２００２−２９４３２号公報
【特許文献２】特開平８−１７５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、電流検出のオフセット値を正確に検出することにより、モータのトルクリップルを低減することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明は、操舵トルクを検出するトルクセンサと、検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御する制御信号を算出する制御手段と、前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動手段と、前記多相モータにおける前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出手段と、所定の基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく相当する待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の電流偏差に基づく補正値を演算する補正値演算手段と、前記補正値を記憶する補正値記憶手段と、前記補正値に基づき前記検出電流の各相の補正を行う補正手段とを備える。
【００１０】
これにより、多相モータが安定してから、電流を検出することができ、正確な補正を行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明においては、前記基準制御信号は、各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す信号であり、前記補正ステップは、前記検出電流信号における各相のオフセット電流を表すオフセット補正値を演算する。よって、多相の駆動電流を検出する際に生じるオフセット電流を補正でき、多相モータのトルクリップルを低減することができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、前記基準制御信号は、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す信号であり、前記補正ステップは、前記検出電流信号における各相の利得偏差に基づく利得補正値を演算する。よって、駆動電流の検出の際に生じる検出利得誤差を補正することにより、多相モータのトルクリップルを低減することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、操舵トルクを検出するトルクセンサと、検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御する制御信号を算出する制御手段と、前記制御信号に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動手段と、前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出手段と、各相のデューティ比が５０％である駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に基づく待機時間が経過してから、前記検出電流信号における各相のオフセット電流偏差に基づくオフセット補正値を演算し、さらに、各相に所定のデューティ比の電流を順に流す駆動電流を表す基準制御信号を前記駆動手段に出力した後、少なくとも前記多相モータの時定数に相当する時間が経過してから、前記検出電流信号における各相の利得補正値を演算する補正手段と、前記オフセット補正値および前記利得補正値を記憶する補正値記憶手段と、前記オフセット補正値および前記利得補正値に基づき、前記検出電流の各相の補正を行う補正手段とを備える。
【００１４】
従って、多相モータの駆動電流検出の際に生じるオフセット電流および利得偏差を同時に補正することができ、多相モータのトルクリップルをより一層低減することができる。また、基準制御信号を与えてから多相モータの時定数に基づく待機時間経過後に電流を検出することにより、多相モータが安定した状態における電流を検出することができ、これにより正確な電流補正を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら本発明の最良の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。この図において、ハンドル９の軸９ａの端部はユニバーサルジョイント６ａ、６ｂを介してラック＆ピニオン６に連結されている。また、ラック＆ピニオン６には車輪のタイロッド６ｃが設けられており、ハンドル９の回転運動はタイロッド６ｃの軸方向の運動に変換される構造となっている。
【００１６】
ハンドル９のシャフト９ａにはトルクセンサ４が設けられており、このトルクセンサ４はハンドル９の操舵トルクを電気信号として出力するものである。さらに、シャフト９ａには減速ギア８およびモータ３が取り付けられており、モータ３の回転トルクが減速ギア８を介してシャフト９ａに伝達される。
【００１７】
ＥＣＵ１は上述のようにトルクセンサ４からの検出信号、車速センサ２からの車速信号に基づき補助操舵トルクを算出し、この算出結果に基づく制御信号をモータ３に送出するものである。ＥＣＵ１にはイグニッションキー５ａを介して電源５が接続されており、イグニッションキー５ａをオンにすることによりＥＣＵ１に電流が供給される構成となっている。
【００１８】
図２はＥＣＵ１の機能ブロック図を表している。この図において、トルクセンサ４はステアリングに印加されたトルクをトルク信号として出力するものであり、車速センサ２は車速を検出して車速信号を出力するものである。目標電流信号演算部１１はトルク信号、車速信号に基づき、最適な目標電流を決定するためのものである。例えば、ステアリング応答速度を速めるためにトルク信号の微分成分が目標電流Ｉに加算される。また、車速に反比例して目標電流Ｉを減少させる等の処理が実行される。このようにして決定された目標電流Ｉは加算器１７に入力される。
【００１９】
加算器１７は目標電流Ｉと検出電流ｉとの偏差電流ΔＩを算出するためのものである。制御演算部１２は、比例制御、積分制御、微分制御を組み合わせたいわゆるＰＩＤ制御に基づき電流偏差ΔＩに基づき制御信号を算出する機能を有している。ＰＩＤ制御の伝達関数の各係数を変更することにより、ステアリングの応答速度等を設定することが可能である。モータ駆動回路１３はＰＷＭ（パルス幅変調）回路、インバータ回路等により構成されており、入力された制御信号に基づき、三相電流を発生させるためのものである。
【００２０】
電流検出回路１４は抵抗などの電流−電圧変換回路とＡ／Ｄ変換回路から構成されており、三相電流の２つの電流値、例えば、Ｕ相、Ｖ相の電流Ｉu、Ivを検出するためのものである。加算器１７は電流検出部１４からフィードバックされた電流値と目標電流Ｉとの偏差を算出するものである。さらに、電流検出回路１４は、検出電流を補正するための補正回路を備えている。
【００２１】
補正部１５は電流検出部１４によって検出された２つの電流値のオフセットおよび利得の偏差に基づき、検出電流の補正を行うためのものである。すなわち、補正部１５はＵ相、Ｖ相におけるオフセット電流がゼロとなるような検出電流補正値を予め記憶しておき、当該検出電流補正値に基づきＵ相、Ｖ相の検出電流を補正する。さらに、補正部１５はU相、V相の検出利得の偏差を表す利得補正値を予め記憶しておき、Ｕ相、Ｖ相の検出電流の利得を補正する機能を有している。
【００２２】
スイッチ部１６は制御演算部１２および補正部１５の各々の制御信号を選択的にモータ駆動回路１３に与えるためのものである。オフセット電流を検出する場合には、スイッチ部１６は補正部１５側に接続され、三相電流のデューティ比が５０％を表す基準制御信号がモータ駆動回路１３に与えられる。三相電流のデューティ比が５０％である場合には、モータ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子間電圧はゼロとなり、検出電流ｉu、ｉvもゼロとなるはずである。ところが、電流検出回路１４等の検出系に誤差が存在する場合には、検出電流ｉu、ｉvにおけるオフセットが生じてしまう。このオフセット電流はオフセット補正値として補正部１５のメモリに記録される構成となっている。さらに、補正部１５は電流検出の利得偏差を検出し、利得補正値をメモリに記録する機能を有している。オフセット補正値および利得補正値の記録が終了すると、スイッチ部１６は制御演算部１２に切り替わり、通常の動作が実行される。すなわち、通常の動作時においては、オフセット補正値および利得補正値に基づき、検出電流のオフセットおよび利得の補正が行われる。これにより、モータ３において生じるトルクリップルを低減すうことが可能となる。
【００２３】
図３にモータ駆動部１３，補正部１５の詳細なブロック図を示す。モータ駆動部１３は、インバータ回路１３０、三相電流制御回路１３１、パルス幅変調回路（PWM）１３６を備えて構成されている。三相電流制御回路１３１は制御演算部１２からの電流制御信号に基づき三相電流を表す三相電流制御信号を決定する機能を有している。PWM回路１３６は、三相電流制御信号に基づきパルス幅変調を行い、インバータ回路１３０の制御信号を生成する機能を有している。インバータ回路１３０はオン、オフ動作を繰り返す６つのスイッチングトランジスタを備えて構成され、三相電流Iu、Iv、Iwを生成するためのものである。
【００２４】
検出回路１４は、電流−抵抗変換回路およびＡ／Ｄ変換回路からなる変換回路１４０、補正回路１４１、１４２を備えて構成されている。変換回路１４０は駆動電流Ｉｕ、IｖをＡ／Ｄ変換した検出電流ｉｕ、ｉｖを表す信号を補正回路１４２，１４３に出力する。補正回路１４２，１４３は、補正値記憶部１５２に記憶されたオフセット補正値および利得補正値に基づき検出電流ｉｕ、ｉｖに対して、オフセット補正、利得補正を行うためのものである。補正後の検出電流ｉｕ’、ｉｖ’は補正部１５に出力される構成となっている。
【００２５】
補正部１５は補正値演算部１５１、補正値記憶部１５２，制御部１５３を備えて構成されている。補正値演算部１５１は、検出電流ｉu、ｉvのオフセット補正値および利得補正値を算出し、補正値記憶部１５２に記憶するためのものである。補正値記憶部１５２は記憶されたオフセット補正値および利得補正値を加算器１３２，１３３および利得制御回路１３４，１３５にそれぞれ出力する構成となっている。
【００２６】
制御部１５３はスイッチ部１６，補正値演算部１５１，補正値記憶部１５２の全体の動作を制御することにより、補正値検出時および通常走行時の補正処理を選択的に実行する機能を備えている。すなわち、オフセット補正値を検出する場合には、制御部１５３はスイッチ部１６を補正部１５側に切り換え、三相電流のデューティ比を５０％に設定し、補正値演算部１５１にオフセット補正値を演算するように指示を与える。また、利得補正値を検出する場合には、例えば、制御部１５３が三相電流の各相に同一信号を、電流検出を行っているＵ相、Ｖ相に順に与えることにより、補正値演算部１５１は各相の検出電流が等しくなるような利得補正値を算出することができる。例えば、３０〜４０Ａ程度の電流をＵ相、Ｖ相に順に流すことが望ましい。
【００２７】
続いて、図４のフローチャートを参照しながら本発明の電動パワーステアリング制御装置の作用を説明する。先ず、モータ３単体での評価を行うために、モータ３の回転軸から負荷を取り外す。次に、制御部１５３は補正値記憶部１５２に記憶された補正値をすべて消去し、補正回路１４１，１４２おける補正を無効としておく。
【００２８】
制御部１５３は、スイッチ部１６を切り換え、デューティ比５０％を表す信号を三相電流制御回路１３１に与える（ステップS４０１）。これにより、三相電流制御回路１３１からデューティー比５０％の基準制御信号がPWM回路１３６に出力され、PWM回路１３６はデューティ比５０％のパルス信号がインバータ回路１３０に出力される。このとき、モータ３の入力端子の各々の端子間電圧は等しくなり、理論的には各相の電流Ｉu＝Ｉv＝Ｉw＝０となる。ところが、電流検出回路１４等の検出系に誤差が存在する場合には、検出電流ｉu＝ｉv＝０ではなくなり、所定のオフセット電流が検出される。補正値演算部１５１は、検出されたオフセット電流に基づくオフセット補正値を補正回路１４１，１４２にフィードバックし、オフセット電流がゼロとなるオフセット補正値を決定する（ステップS４０３）。このようにして得られた補正値記憶部１５２に記録される（ステップS１５２）。
【００２９】
以上により、オフセット補正値の算出処理が完了した後、利得補正値の算出処理が実行される。制御部１５３は三相電流制御回路１３１に所定の基準信号を与え、インバータ回路１３０においてＵ相、Ｖ相に順に所定の電流を流す。モータ３の時定数に基づく待機時間が経過することにより、モータ３が安定した後に、電流検出回路１４は電流Ｉu、Ivを検出する。なお、当該待機時間は、モータの時定数の３倍以上であることが望ましい。例えば、時定数が３ｍｓｅｃである場合には、およそ９ｍｓｅｃの時間が経過してから、電流Ｉu、Ivが検出される。電流検出回路１４の各相の利得誤差がない場合には検出電流ｉu、ｉvは等しくなるはずであるが、各相の間に利得誤差が存在する場合には検出電流ｉu、ｉvが互いに異なる。補正値演算部１５１は補正回路１４１，１４２に利得補正値をフィードバックすることにより、各相の検出電流が一致するような利得補正値を決定する（ステップＳ４０５）。この利得補正値は補正値記憶部１５２に記録される（ステップＳ４０６）。
【００３０】
以上のようにしてオフセット補正値、利得補正値が決定された後、制御部１５３はスイッチ部１６を制御演算部１２側に切り換え、ＥＣＵは通常の動作状態となる。通常の動作時において、補正値記憶部１５２に記憶されたオフセット補正値は加算器１３２，１３３に出力され、検出電流のオフセットの補正がなされる。同様に、補正値記憶部１５２に記憶された利得補正値は、補正回路１４１，１４２に出力され、検出電流の利得の補正がなされる。これにより、三相電流の各相の検出誤差を低減でき、三相モータのトルクリップルを低減することが可能となる。
【００３１】
以上、本実施形態を説明したが、本発明は上述の構成に拘泥されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である、例えば、オフセット補正値、利得補正値の決定処理を、工場出荷時に行うだけでなく、工場出荷後に自己診断機能の一つとして実行することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング制御装置のブロック図である。
【図３】本発明に係る補正部およびその周辺回路の詳細なブロック図である。
【図４】本発明に係る補電動パワーステアリング制御装置の動作を表すフローチャートである。
【図５】従来の電動パワーステアリング制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ＥＣＵ
３  モータ
１３  モータ駆動回路
１４  電流検出回路
１５  補正部
１３２，１３３  加算器
１３４，１３５  利得制御回路
１５１  補正値演算部
１５２  補正値記憶部
１５３  制御部
【図１】
2005263054.tif 000003
【図２】
2005263054.tif 000004
【図３】
2005263054.tif 000005
【図４】
2005263054.tif 000006
【図５】
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