(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流モータの各相の目標電流値を変量に応じて演算する手段と、
そのモータの各相の電流値を検出する手段と、
その目標電流値が設定時間連続して零である時に、その設定時間における各相検出電流値の積算値をその設定時間で除算することにより各相オフセット値を演算する手段と、
そのオフセット値を検出電流値から差し引くことで検出電流値を補正する手段と、
その目標電流値と補正された検出電流値との偏差に基づき、各相の電流値を目標電流値になるようにフィードバック制御する手段とを備えるモータ用制御装置。
【請求項２】
前記変量は操舵トルクを含み、前記モータの出力は車両の操舵に用いられる請求項１に記載のモータ用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相交流モータの駆動電流をフィードバック制御するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動パワーステアリング装置においては、３相交流ブラシレスモータを操舵トルクに応じて制御することで操舵補助力を発生している。すなわち、そのモータの制御装置は、操舵トルクに応じて演算したモータの各相の目標電流値と、電流検出装置により検出したモータの各相の電流値との偏差に基づき、各相の電流値が目標電流値になるようにフィードバック制御している。
【０００３】
その電流検出装置は、モータの各相に電流が流れていない状態では出力が零になるように、いわゆる零点調整がなされる。あるいは、特開平８‐１１９１２４号公報に開示されているように、運転開始当初の目標電流値が零の時に、モータの各相の中の何れか一相の検出電流値の符号が残りの二相の検出電流値の符号と逆になるように、その検出電流値をオフセットさせ、これにより、電流検出装置の零点調整を行うことなく各相間に電流が流れなくなるのを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、運転中における温度変動により電流検出装置を構成するセンサやアンプの特性が変動した場合、その特性の変動に基づく検出電流値のオフセットをキャンセルすることができないため、モータの出力トルクが不安定になる。そのため、そのモータにより例えば操舵補助力を発生させる場合は操舵フィーリングが低下し、また、そのモータにより車両の自動操舵用アクチュエータ等の位置決めを行う場合は、外乱の作用により出力トルクを安定させるようにモータ出力軸が変位するため、高精度の位置制御を行うことができない。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできるモータ用制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ用制御装置は、三相交流モータの各相の目標電流値を変量に応じて演算する手段と、そのモータの各相の電流値を検出する手段と、その目標電流値が設定時間連続して零である時に、その設定時間における各相検出電流値の積算値をその設定時間で除算することにより各相オフセット値を演算する手段と、そのオフセット値を検出電流値から差し引くことで検出電流値を補正する手段と、その目標電流値と補正された検出電流値との偏差に基づき、各相の電流値を目標電流値になるようにフィードバック制御する手段とを備えることを特徴とする。
本発明の構成によれば、電流検出装置により検出されるモータの各相の電流値のオフセット値を、目標電流値が設定時間連続して零である時に、その検出された電流値の積算値をその設定時間で除算することで求めることができる。これにより、温度変動により電流検出装置の特性が変動することでオフセットが生じても、そのオフセット値を検出電流値から差し引いて検出電流値を補正することにより、その温度変動に基づくオフセットをキャンセルできる。これにより、その目標電流値と補正された検出電流値との偏差に基づき、モータの各相の電流値が目標電流値になるように精度良くフィードバック制御できる。
【０００７】
前記変量は操舵トルクを含み、前記モータの出力は車両の操舵に用いられるのが好ましい。
これにより、操舵トルクに応じて三相交流モータを制御することで操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置や、操舵トルクに応じて三相交流モータを制御することで操舵力を発生する自動操舵装置において、操舵トルクが零または零近傍であって目標電流値が設定時間連続して零の時にオフセット値を求め、そのモータの出力トルクを精度良く制御でき、操舵フィーリングの向上や舵角制御精度の向上を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、操舵により回転するステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３に設けれるピニオン３ａと、このピニオン３ａに噛み合うラック４とを備える。そのラック４の両端が操舵用車輪（図示省略）に連結される。そのピニオン３ａが操舵により回転することで、そのラック４が車両幅方向に沿う長手方向に移動する。このラック４の移動により車両が転舵される。
【０００９】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じて駆動される３相交流ブラシレスモータ１２と、そのモータ１２の回転力をラック４に伝達するためのネジ機構１０が設けられている。そのトルクセンサ７は公知のものを用いることができる。
【００１０】
そのモータ１２は、上記ラック４を覆うハウジング８に固定されるステータ１２ａと、そのハウジング８にベアリング８ａ、８ｂを介して回転可能に支持される筒状ロータ１２ｂと、このロータ１２ｂに取り付けられるマグネット１２ｃと、そのロータ１２ｂの回転角度を検出するエンコーダ等の回転角度センサ３５（図２参照）とを有し、そのロータ１２ｂによってラック４を囲む。そのネジ機構１０は、そのラック４の外周に一体的に形成されたボールスクリューシャフト１０ａと、このボールスクリューシャフト１０ａにボールを介してねじ合わされるボールナット１０ｂとを有し、そのボールナット１０ｂがモータ１２のロータ１２ｂに連結されている。これにより、そのボールナット１０ｂをモータ１２により回転駆動し、そのボールナット１０ｂの回転によりラック４の長手方向に沿う操舵補助力を発生することで、そのモータ１２の出力を車両の操舵に用いることができる。
【００１１】
図２に示すように、そのトルクセンサ７およびモータ１２が制御装置４０に接続され、その制御装置４０から出力される駆動電流によりモータ１２が駆動される。そのモータ１２の駆動電流値は、トルクセンサ７により検出される操舵トルクに対応するものとされる。
【００１２】
その制御装置４０は、モータ駆動回路４１、電流検出装置４２、および信号処理装置４３を備えている。
【００１３】
そのモータ駆動回路４１は、モータ１２のＵ、Ｖ、Ｗ各相への電力供給用スイッチング素子として、各相２個ずつ、合計６個のＦＥＴ４１ｕ１、４１ｕ２、４１ｖ１、４１ｖ２、４１ｗ１、４１ｗ２を有する。各ＦＥＴ４１ｕ１〜４１ｗ２が後述のように信号処理装置４３によって開閉制御されることで、モータ１２の各相に流れる電流値がフィードバック制御される。
【００１４】
その電流検出装置４２は、モータ１２の各相に流れる電流値を検出する３個の電流検出器４４ｕ、４４ｖ、４４ｗ、および各電流検出器４４ｕ〜４４ｗの出力をＡＤ変換して信号処理装置４３に送る３個のＡＤ変換器４９ｕ、４９ｖ、４９ｗを備えている。
【００１５】
その信号処理装置４３は、例えばマイクロコンピュータにより構成でき、トルクセンサ７および電流検出装置４２の出力に基づいて、各ＦＥＴ４１ｕ１、〜４１ｗ２を制御する。
【００１６】
その信号処理装置４３は、図２において機能ブロック図で示すように、目標電流値演算部４５、三相分相処理部４６、ＰＩ演算部４７ｕ、４７ｖ、４７ｗ、ＰＷＭ駆動部４８ｕ、４８ｖ、４８ｗ、および偏差演算部５０を有する。
【００１７】
その目標電流値演算部４５は、トルクセンサ７により検知される操舵トルクに基づいてモータ１２の目標電流値を演算する。
【００１８】
その三相分相処理部４６は、その目標電流値演算部４５により演算された目標電流値と、回転角度センサ３５により検出されたロータ１２ｂの回転角度とに基づき、モータ１２の各相の目標電流値を演算し、その目標電流値に対応する信号を出力する。これにより、モータ１２の各相の目標電流値が、上記目標電流値演算部４５と三相分相処理部４６とにより、操舵トルクを変量として、その変量に応じて演算される。
【００１９】
図３に示すように、その偏差演算部５０は、電流検出装置４２により検出されるモータ１２の各相の電流値のオフセット値を演算するオフセット値演算部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗを含む。
各オフセット値演算部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗは、予め定めた設定時間だけモータ１２の各相の目標電流値が連続して零の状態、すなわち三相分相処理部４６により演算される各相の目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが設定時間だけ連続して零の時に、電流検出装置４２によるモータ１２の各相の検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂを、その設定時間において積算し、その積算値をその設定時間により除算することでオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算する。
【００２０】
その設定時間が長過ぎると、目標電流値が連続して零の状態が少なくなり、温度変動に応じたオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを精度良く求めることができず、また、その設定時間が短過ぎると、オフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが短時間で変動してモータ１２の出力トルクが不安定になる。そのため、その設定時間は、オフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを精度良く求めることができ、且つ、モータ１２の出力トルクが不安定になることがないように設定するのが好ましく、その具体値は実験により求めればよい。
【００２１】
各オフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂから差し引くことで、その各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂが補正される。各相の目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａと各補正値（ｉｕｂ−Δｉｕ）、（ｉｖｂ−Δｉｖ）、（ｉｗｂ−Δｉｗ）との偏差に基づき、モータ１２の各相の電流値を目標電流値になるようにフィードバック制御するため、その偏差に対応する信号がＰＩ演算部４７ｕ、４７ｖ、４７ｗに出力される。
【００２２】
各ＰＩ演算部４７ｕ、４７ｖ、４７ｗは、偏差演算部５０の出力値をＰ（比例）Ｉ（積分）演算することで、モータ１２の各相に印加する電流値に対応する信号をＰＷＭ駆動部４８ｕ、４８ｖ、４８ｗに出力する。
【００２３】
各ＰＷＭ駆動部４８ｕ、４８ｖ、４８ｗは、ＰＩ演算部４７ｕ、４７ｖ、４７ｗからの出力値に対応するＰＷＭ信号をモータ駆動回路４１に出力する。
【００２４】
そのモータ駆動回路４１においては、各ＦＥＴ４１ｕ１、４１ｕ２、４１ｖ１、４１ｖ２、４１ｗ１、４１ｗ２がＰＷＭ信号により駆動されることで、バッテリーＥからモータ１２の各相に流れる電流値が目標電流値になるように制御される。
【００２５】
図４、図５のフローチャートは、上記制御装置４０によるモータ１２の駆動制御手順を示す。
【００２６】
まず、車両のイグニッションスイッチのオンにより初期設定を行う（ステップ１）。この初期設定により、三相分相処理部４６から出力される各相の目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａの初期値が零に設定され、また、各オフセット値演算部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗから出力されるオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの初期値が零に設定される。
【００２７】
次に、制御系の異常の有無を判定するため初期診断（ステップ２）を行う。この初期診断は従来公知のものとすることができ、診断結果は適当な表示装置（図示省略）に表示される。
【００２８】
次に、モータ１２に電力を供給するためのバッテリーＥを制御装置４０にリレースイッチ（図示省略）を介して接続する（ステップ３）。
【００２９】
次に、回転角度センサ３５によりモータ１２のロータ１２ｂの回転角度を検出し（ステップ４）、電流検出装置４２によりモータ１２の各相を流れる電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂを検出する（ステップ５）。
【００３０】
次に、ステップ５において検出された各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂのオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算する（ステップ６）。
すなわち、図５に示すように、先ずカウント値ｎを零に設定する（ステップ１０１）。
次に各目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが零か否かを判断する（ステップ１０２）。
各目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが零でなければステップ６の処理を終了させる。各目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが零であれば、カウント値ｎを１だけ増加させる（ステップ１０３）。
次に、前回までのステップ１０２〜ステップ１０５の制御サイクルにおける各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂの積算値Ｉｕｂ、Ｉｖｂ、Ｉｗｂに、今回の各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂを加えたものを、新たな積算値Ｉｕｂ、Ｉｖｂ、Ｉｗｂとする（ステップ１０４）。
次に、カウント値ｎが予め定めた設定値Ｎか否か判断する（ステップ１０５）。そのカウント値ｎはステップ１０２〜ステップ１０５の制御サイクルの繰り返し回数であり、各繰り返し時間は一定であるので、予め定めた設定時間だけモータ１２の目標電流値が連続して零か否かを判断できる。
そのカウント値ｎが設定値Ｎでなければステップ１０２に戻る。
そのカウント値ｎが設定値Ｎであれば、その設定時間における各相検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂの積算値Ｉｕｂ、Ｉｖｂ、Ｉｗｂを、それぞれ設定値Ｎ、すなわち設定時間で除算することで、オフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを求め、それまでのオフセット値を更新する（ステップ１０６）。
【００３１】
ステップ６においてオフセット値を更新したならば、あるいは各目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが零でなければ、各相の検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂから最新の更新されたオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを差し引くことで、各相の検出電流値を補正する（ステップ７）。
【００３２】
次に、トルクセンサ７により操舵トルクを検出する（ステップ８）。
【００３３】
次に、検出された操舵トルクに基づき目標電流値演算部４５により目標電流値を演算する（ステップ９）。
【００３４】
次に、モータ１２の各相の電流値をフィードバック制御する（ステップ１０）。すなわち、ステップ９で求めた目標電流値とステップ４で求めロータ１２ｂの回転角度とに基づき、三相分相処理部４６により、モータ１２の各相の目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａを演算する。偏差演算部５０により、その各目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａから、ステップ７において補正された各相検出電流値（ｉｕｂ−Δｉｕ）、（ｉｖｂ−Δｉｖ）、（ｉｗｂ−Δｉｗ）を差し引く。その偏差ｉｕａ−（ｉｕｂ−Δｉｕ）、ｉｖａ−（ｉｖｂ−Δｉｖ）、ｉｗａ−（ｉｗｂ−Δｉｗ）をＰＩ演算部４７ｕ、４７ｖ、４７ｗによりＰＩ演算することで、モータ１２の各相に印加する電流値を求める。この求めた各電流値に対応するＰＷＭ信号をＰＷＭ駆動部４８ｕ、４８ｖ、４８ｗからモータ駆動回路４１に出力することで、バッテリーＥからモータ１２の各相に流れる電流値を目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａになるようにフィードバック制御する。
【００３５】
次に、イグニッションスイッチのオフにより制御が終了されるか否かを判断し、終了しなければステップ４に戻る（ステップ１１）。
【００３６】
上記構成によれば、操舵トルクが零または零近傍であって、モータ１２の各相の目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａが設定時間連続して零の時に、電流検出装置４２により検出されるモータ１２の各相の電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂのオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを、その検出された電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂの積算値をその設定時間で除算することで求めることができる。これにより、温度変動により電流検出装置４２の特性が変動することでオフセットが生じても、そのオフセット値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを検出電流値ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂから差し引いて検出電流値を補正することで、その温度変動に基づくオフセットをキャンセルできる。これにより、その目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａと補正された検出電流値（ｉｕｂ−Δｉｕ）、（ｉｖｂ−Δｉｖ）、（ｉｗｂ−Δｉｗ）との偏差に基づき、モータ１２の各相の電流値が目標電流値ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａになるように精度良くフィードバック制御でき、電動パワーステアリング装置１の操舵フィーリングを向上できる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、モータの各相の目標電流値を、操舵トルクだけでなく、車速に応じても演算するようにし、その目標電流値を高速では小さくして走行安定性を向上し、低速では大きくして旋回性能を向上するようにしてもよい。また、本発明の制御装置により制御されるモータの用途は限定されず、操舵トルクに応じて三相交流ブラシレスモータを制御することで操舵力を発生する自動操舵装置において、本発明の制御装置を用いてもよく、この場合、自動操舵における舵角制御精度を向上できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、構成を複雑化することなく、コストを増大させることなく、三相交流モータの各相の電流値を精度良く目標電流値になるようにフィードバック制御できるモータ用制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の部分破断図
【図２】本発明の実施形態のモータ用制御装置の構成説明図
【図３】本発明の実施形態のモータ用制御装置の要部の構成説明図
【図４】本発明の実施形態のモータ用制御装置による制御手順を示すフローチャート
【図５】本発明の実施形態のモータ用制御装置による制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１２  三相交流ブラシレスモータ
４０  制御装置
４２  電流検出装置
４３  信号処理装置
５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ  オフセット値演算部
【図１】
0003766529.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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