JP4603340B2 - モータ制御装置、および操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ駆動されるモータのモータ制御装置、および操舵装置に関するものである。

インバータ駆動されるモータのデッドタイム補償制御に関する従来技術として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１のモータ制御装置は、インバータを駆動するＰＷＭ信号に対し、ＰＷＭ制御によって生じるデッドタイムの補償量を与えるものであって、トルク電流指令値に基づいて算出されるトルク量に応じてデッドタイム補償ゲインが算出され、この補償ゲインを上記補償量に乗じて、ＰＷＭ信号を補正する。これにより、インバータへ送出するＰＷＭ信号を滑らかにすることが可能となり、モータの電流変動を抑制し、モータのトルク変動を抑制することが可能となる。

それとは別に、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構を備えている操舵装置において、この伝達比可変機構をモータにて作動させている従来技術として、例えば、特許文献２に開示されるものがある。
特開２００２−１０６８５号公報 特開２０００−８５６１０号公報

しかしながら、インバータに設けられているスイッチング素子の電気的特性値にばらつきがあると、デッドタイム補償ゲインを定め、このゲインをデッドタイムの補償量に乗じてＰＷＭ信号を補正したとしても、インバータが生成する各相の正弦波の波高や波形は、基準の正弦波のそれと一致せず、トルク電流にうねりが生じ、トルク変動が発生するという問題がある。

このモータ制御装置を用いて、特許文献２に開示されているモータを駆動させると、上記理由によりモータにトルク変動が生じ、このトルク変動が操舵ハンドルに伝わり、運転者に違和感を与えるおそれがある。これは、操舵ハンドルの操舵力を補助する補助機構をモータによって作動させている、いわゆる、電動式パワーステアリングについても同じような症状が発生する可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、トルク変動を抑制し得るモータ制御装置を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、モータのトルク変動に伴う操舵ハンドルの振動を抑制し得る操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１または請求項２では、モータ制御装置は、複数のスイッチング素子を備え、それをＰＷＭ制御することにより、複数の相の正弦波を生成するインバータと、生成された正弦波をステータコイルに供給することにより、ステータコイルに回転磁界を発生させ、その回転磁界の作用によりロータが回転駆動されるモータとを備え、インバータで生成される各相の正弦波を検出し、その検出結果に基づいて、各相の正弦波が一致するように算出された各相の補正量を記憶する記憶手段と、その補正量に基づいてスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を補正する補正手段とを備えていることを特徴としている。このような請求項１または請求項２に記載されている構成により、インバータが生成する各相の正弦波を互いに一致させることができるので、トルク電流のうねりが抑えられ、モータのトルク変動を抑制することができ、本発明の目的を達成することができる。

請求項１では、補正量は、各相の正弦波が、各相の正弦波とは異なる基準正弦波と一致するように算出されることを特徴としている。これにより、所望のモータ出力を出しつつ、スイッチング素子の電気的特性値のバラツキに起因するトルク電流のうねりを抑えることができる。

一方、請求項２では、補正量は、各相の正弦波のうちの一相の正弦波を基準正弦波とし、他の相の正弦波が、基準正弦波と一致するように算出されることを特徴としている。

各相の正弦波のうちの一相の正弦波を基準正弦波として、残りの相の正弦波を補正することによっても、スイッチング素子の電気的特性値のバラツキに起因するトルク電流のうねりを抑えることができる。

請求項１または請求項２では、補正量とは、各相の正弦波の極性が切換わるレベルからの正弦波の正極側ピーク値、および負極側ピーク値の絶対値が略同一とするように当該レベルをオフセットさせるためのオフセット値と、正弦波の正極側ピーク値、および負極側ピーク値が、基準正弦波のそれぞれのピーク値に一致するように定められるゲインであることを特徴としている。これにより、モータのトルクに最も影響を与えている各相の正弦波のピーク値に基づいて補正量としてのオフセット値とゲインとを求めているので、容易に、かつ効率的に各相の正弦波を基準正弦波の波形と一致させることができ、トルク電流のうねりを抑えることができる。また、インバータを有するモータ制御装置には、インバータの上下アームのトランジスタをスイッチング制御する際の短絡を防止する装置、いわゆるデッドタイム補償装置を有する形式のモータ制御装置がある。デッドタイム補償装置により補正された正弦波には、ゼロクロス点付近では、ゆがみが最も大きくなり、ピーク値付近では、ゆがみが最も小さくなるという特徴がある。請求項１または請求項２では、この補正による、正弦波のゆがみが最も小さいピーク値に基づいて、補正量としてのオフセット値とゲインを求めているので、デッドタイム補償装置を有しているモータ制御装置であっても、容易に、かつ効率的に各相の正弦波を基準正弦波の波形と一致させることができ、トルク電流のうねりを抑えることができる。

さらに、請求項１または請求項２では、補正手段は、ＰＷＭ信号に対してゲインによるゲイン補正を行い、ゲイン補正ＰＷＭ信号を演算し、その後、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が、ゲイン補正前のＰＷＭ信号の極性と異なるときは、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性の異なる部分の値をゼロとするクランプ処理を行い、クランプ処理ＰＷＭ信号を演算することを特徴としている。所定のゲインでゲイン補正を行うとＰＷＭ信号の極性が切替わる付近で正極と負極が交互に変化する場合がある。例えば、負極−正極−負極−正極となる。このように極性が交互に変化すると、極性が切替わる度にモータに供給する電流の方向がその都度切替わり、トルク変動が発生してしまう可能性がある。これに対し、請求項１または請求項２によると、ゲイン補正後のゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が、補正前のＰＷＭ信号の極性と異なる部分の値をゼロにするクランプ処理を実行しているので、極性が切替わる付近で正極と負極が交互に変化することがなくなるので、極性の切替わり付近でのトルク変動の発生を抑えることができる。

請求項３では、補正量は、モータのロータをロックした状態における正弦波に基づいて算出されることを特徴としている。

モータには、ロータが回転することにより、ステータコイルに鎖交磁束とは９０°進み位相の誘起電圧が発生する。ステータコイルに発生する誘起電圧によりインバータが生成する各相の正弦波の位相がずれるなどすることがある。これに対し、請求項３では、ロータの回転を止めた状態で、インバータが生成する各相の正弦波を検出し、補正量を求めているので、ステータコイルに発生する誘起電圧を考慮しなくてもよくなり、容易に補正量を求めることができる。

請求項４では、補正量は、出荷前に一度だけ算出され、記憶手段に記憶されており、補正手段は、常にその補正量に基づきＰＷＭ信号を補正することを特徴としている。

スイッチング素子の電気的特性値は、周囲の環境、例えば、温度などによって変化することが知られている。これに対し、請求項４では、モータ制御装置の出荷前に周囲の環境を比較的一定にすることが可能な工場などで補正量を算出するようにしている。これにより、補正量を正確に算出することができる。

請求項５では、補正量を算出する補正量算出手段を備え、補正量は、モータを起動する度に算出され、記憶手段に記憶され、補正手段は、補正量に基づきＰＷＭ信号を補正することを特徴としている。これにより、スイッチング素子の電気的特性値の経年変化にも対応することができる。

請求項６では、補正手段は、クランプ処理ＰＷＭ信号を演算した後、オフセット値によるオフセット補正を行い、オフセット補正ＰＷＭ信号を演算することを特徴としている。

請求項１または請求項２では、クランプ処理を行う際には、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が切替わる場所、つまりゼロを判断基準としている。請求項６によると、クランプ処理を行った後、オフセット補正を行っているので、クランプ処理の判断基準を変えることなくＰＷＭ信号の補正を行うことができ、補正手段の処理ソフトが簡潔になる。

請求項７では、正弦波は、各相の端子に出力される電圧値であることを特徴としている。一般的に、回路に流れる電気的な量を計測する場合、電圧値を計測する方が電流値を計測する場合よりも容易に計測が可能であることは知られている。請求項９では、インバータから各相の端子に出力される電気的な量を電圧値として取り出すようにしているため、正弦波を容易に測定することができる。

請求項８では、正弦波は、各相に出力される電流値であることを特徴としている。インバータから各相に出力される電気的な量を電流値として取り出すようにしている。

請求項９では、操舵状態検出手段により検出された操舵状態に基づいて、モータを駆動させ、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構、または、操舵ハンドルの操舵力を補助する補助機構を作動させる操舵装置において、モータは、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置によって駆動されていることを特徴としている。

これにより、操舵装置に設けられているモータのトルク変動が抑制されるので、このトルク変動による操舵ハンドルの振動を抑制することができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができ、本発明の別の目的を達成することができる。

以下、本発明のモータ制御装置、および、操舵装置の実施形態について図を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の操舵装置として、自動車等の車両に備えられた操舵装置を例に挙げて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、操舵装置の構成を示すブロック図である。図２は、操舵装置に適用される電動モータ（以下、モータと呼ぶ）のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、操舵装置として、特に、車速に応じて、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の回転伝達比を変化させる伝達比可変機構を備えている操舵装置について説明する。この操舵装置により、例えば、停車時や低速走行時には、操舵ハンドルの操舵角に対して転舵輪の転舵角が大きくなるように伝達比可変機構の回転伝達比を制御して、運転者の操舵ハンドルの操作量を軽減し、反対に、高速走行時には、操舵角に対して転舵角が小さくなるように回転伝達比を制御して、車両を安定して走行させることができる。

図１に示すように、操舵装置１は、操舵ハンドル２の回転力を転舵輪１０に伝達し、転舵輪１０を転舵させる機械的構成と、機械的構成の一部を電気的に制御する電気的構成とから構成されている。機械的構成は、主に、操舵ハンドル２、入力軸３、伝達比可変機構４、出力軸７、ギヤ装置８、および転舵輪１０から構成され、電気的構成は、主に、操舵角センサ１１、回転角センサ１２、車速センサ１３、およびコンピュータ（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１４から構成されている。

操舵ハンドル２には、入力軸３の一端が接続され、この入力軸３の他端には、伝達比可変機構４の入力側が接続されている。一方、この伝達比可変機構４に出力側には、出力軸７の一端が接続され、出力軸７の他端には、ラックアンドピニオン式のギヤ装置８の入力側が接続されている。ギヤ装置８の出力側には、ラック軸９が接続されており、このラック軸９の両側には、タイロッド（図示せず）を介して、転舵輪１０が接続されている。

伝達比可変機構４は、モータ５、および、例えば遊星歯車機構からなる減速機６から構成されており、減速機６をモータ５で駆動することにより、入力軸３−出力軸７間の回転伝達比Ｇを変化させ、入力軸３の回転角の変化量に対して出力軸７の回転角の変化量を可変とすることができる機構となっている。

本実施形態では、モータ５として、ロータに永久磁石を有し、ステータに３相分のステータコイルを有する、３相ブラシレスモータを例に説明する。伝達比可変機構４に使用するモータ５としては、３相ブラシレスモータに限る必要はなく、３相誘導モータでもよいし、３相以上の多相モータ（例えば、６相モータ、８相モータ等）であってもよい。

図１に示すように、操舵角センサ１１は、入力軸３に設けられ、入力軸３の回転角、すなわち、操舵ハンドル２の操舵角θｈを検出し、この操舵角信号をＥＣＵ１４に送信する。回転角センサ１２は、モータ５のロータに設けられ、このロータの回転角θｍ（電気角）を検出し、この回転角信号をＥＣＵ１４に送信する。ＥＣＵ１４は、この回転角θｍおよび回転伝達比Ｇから出力軸７の回転角、すなわち出力角θｐおよび転舵輪１０の転舵角を演算する。車速センサ１３は、車両の速度Ｖを検出し、この車速信号をＥＣＵ１４に送信する。

ＥＣＵ１４は、車速Ｖより伝達比可変機構４の回転伝達比Ｇを演算し、その回転伝達比Ｇと操舵角θｈの変化量とにより、出力角θｐの変化量を演算する。そして、ＥＣＵ１４は、出力角θｐが演算した変化量となるように、現在のロータの回転角θｍと現在の出力角θｐとの偏差より、ロータの目標回転角θｍｍを演算し、この目標回転角θｍｍに基づきモータ電圧指令値Ｖｑ＊を決定する。そして、ＥＣＵ１４は、モータ制御装置としての機能も有しており、その指令値Ｖｑ＊に応じた３相分の請求項に記載の正弦波に相当するモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を生成し、モータ５のステータコイルに供給する。

このようにして操舵装置１は、例えば、停車時や低速走行時には、モータ５を制御することにより伝達比可変機構４の回転伝達比Ｇを変化させ、操舵角θｈに対して転舵輪１０の転舵角が大きくなるようにして、運転者の操舵ハンドル２の操作量を軽減し、反対に、高速走行時には、モータ５を制御することにより伝達比可変機構４の回転伝達比Ｇを変化させ、操舵角θｈに対して転舵角が小さくなるようにして、車両を安定して走行させることができる。

次に、操舵装置１のモータ５の駆動制御を行うモータ制御装置に相当するＥＣＵ１４について詳細に説明する。

ＥＣＵ１４は、ＰＷＭ信号演算部２０とインバータ３０とから構成されている。ＰＷＭ信号演算部２０は、外部から入力される操舵角θｈ、ロータの回転角θｍ、および車速Ｖより、各相のオフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）を演算し、インバータ３０に供給する。インバータ３０は、ＰＷＭ回路３１とスイッチング回路３２とから構成されており、オフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）に基づき３相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を生成し、モータ５のステータコイルに供給する。

ＰＷＭ回路３１は、ＰＷＭ信号演算部２０で演算された各相のオフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）に基づき、スイッチング回路３２をオンオフし得る駆動信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）を生成するパルス変調回路であり、これらの駆動信号をスイッチング回路３２に供給する。

図２に示すように、スイッチング回路３２は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相について２個ずつ、合計６個のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）から構成され、駆動信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）に基づき各ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）をオンオフ制御し、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を生成する。また、スイッチング素子として、ＩＧＢＴを使用してもよい。

図２に示すように、ＰＷＭ信号演算部２０は、電圧指令部２１、２相３相変換部２２、デッドタイム補償部２３、請求項に記載の補正手段に相当するＭＯＳ補正部２４、および請求項に記載の記憶手段に相当する補正量記憶部２５から構成されている。

電圧指令部２１は、ＥＣＵ１４外部から入力される操舵角θｈ、ロータの回転角θｍ、および車速Ｖに基づいてロータの回転角θｍを目標回転角θｍｍとするためのモータ電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。そして、この指令値Ｖｑ＊は、２相３相変換部２２に出力される。この指令値Ｖｑ＊は、ｑ軸の電圧指令値となっている。

２相３相変換部２２は、モータ電圧指令値Ｖｑ＊を、モータ５の回転角θｍに基づいて、いわゆるｄｑ逆変換（３相変換）し、各相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を演算する。２相３相変換部２２により逆変換された各相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊としてデッドタイム補償部２３に出力される。

一般的に、ＰＷＭ制御を行うインバータ３０では、各相の上下アームのＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１とＴ４、Ｔ３とＴ６、Ｔ５とＴ２）が同時にオンとなり、短絡することを防止するために、各相の上下アームのＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１とＴ４、Ｔ３とＴ６、Ｔ５とＴ２）の駆動信号が共にオフとなる時間、いわゆるデッドタイムが設けられている。駆動信号にデッドタイムを設けることにより、上下アームのＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１とＴ４、Ｔ３とＴ６、Ｔ５とＴ２）が短絡することは防止できるが、トルク脈動が発生するので、これを防止するための補償制御、いわゆるデッドタイム補償制御が行われている。

デッドタイム補償部２３は、デッドタイムによる電流が流れ難い領域の各相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を補正し、その補正後の電圧指令値を、所定の演算式により、デューティ比（％）に変換し、基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）を演算する。そして、デューティ比変換された基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）は、ＭＯＳ補正部２４に出力される。

インバータ３０を構成するそれぞれのＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）には、電気的特性値にバラツキがある。この電気的特性値とは、例えば、ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧Ｖｔｈ、もしくは、ＭＯＳＦＥＴ内部の容量Ｃ（寄生容量）である。この電気的特性値にバラツキがあると、所定のＰＷＭ信号でインバータ３０をＰＷＭ駆動させても、ＭＯＳＦＥＴの駆動時間が所定のＰＷＭ信号に応じた駆動時間とならない問題が生じ、生成される各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の波形がばらついてしまう。結果、トルク電流Ｉｑにうねりが生じ、モータ５にトルク変動が生じることとなる。

デッドタイム補償部２３には、ＭＯＳ補正部２４が接続され、そのＭＯＳ補正部２４には、補正量記憶部２５が接続されている。ＭＯＳ補正部２４は、デッドタイム補償部２３から入力される基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）を補正量記憶部２５に記憶されている補正量に基づいて補正し、その結果をインバータ３０に出力する機能を有する。

補正量記憶部２５には、上記補正量として、予め、請求項に記載の基準正弦波に相当する基準モータ電流と各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）とを比較して求められるゲイン（ＤＧＡ＿Ｕ、ＤＧＡ＿Ｖ、ＤＧＡ＿Ｗ）と、モータ電流の極性が切換わるレベルからの正極側、負極側のピーク値の絶対値がそれぞれ一致するように、このレベルをオフセットさせるためのオフセット値（ＤＯＡ＿Ｕ、ＤＯＡ＿Ｖ、ＤＯＡ＿Ｗ）が記憶されている。ここで説明する基準モータ電流とは、所定のモータ出力を発生させるために必要なモータ電流である。なお、このゲインと、オフセット値を演算する方法については、後ほど詳細に説明する。

ＭＯＳ補正部２４は、ゲイン補正部２６と、オフセット補正部２７とから構成されている。ゲイン補正部２６では、上記ゲイン（ＤＧＡ＿Ｕ、ＤＧＡ＿Ｖ、ＤＧＡ＿Ｗ）により、基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）をゲイン補正し、ゲイン補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ１、Ｖ＿ＰＷＭ１、Ｗ＿ＰＷＭ１）を演算する。その後、ゲイン補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ１、Ｖ＿ＰＷＭ１、Ｗ＿ＰＷＭ１）について、クランプ処理を行い、クランプ処理ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ２、Ｖ＿ＰＷＭ２、Ｗ＿ＰＷＭ２）を演算する。

オフセット補正部２７では、上記オフセット値（ＤＯＡ＿Ｕ、ＤＯＡ＿Ｖ、ＤＯＡ＿Ｗ）により、そのクランプ処理ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ２、Ｖ＿ＰＷＭ２、Ｗ＿ＰＷＭ２）をオフセット補正し、オフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）を演算する。そして、演算されたオフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）は、ＰＷＭ回路３１に出力される。なお、ゲイン補正、クランプ処理、およびオフセット補正の演算方法については、後ほど詳細に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ１４に基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）を補正するＭＯＳ補正部２４を設けたので、ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値のバラツキに起因する各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）のバラツキを解消することができる。

このようにＭＯＳ補正部２４内のゲイン補正部２６にて、基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）をゲイン補正、およびクランプ処理し、クランプ処理補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ２、Ｖ＿ＰＷＭ２、Ｗ＿ＰＷＭ２）を演算する。次に、ＭＯＳ補正部２４内のオフセット補正部２７にて、クランプ処理ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ２、Ｖ＿ＰＷＭ２、Ｗ＿ＰＷＭ２）をオフセット補正し、オフセット補正ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ３、Ｖ＿ＰＷＭ３、Ｗ＿ＰＷＭ３）を演算し、インバータ３０を構成するＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値のバラツキを補正することができる。

その結果、各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を基準モータ電流と一致させ、かつ、各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の波形が互いに一致させることができるので、所定のモータ出力を得つつ、トルク電流Ｉｑのうねりが抑えられ、トルク変動を抑制することができる。なお、ここでは基準正弦波を電流波形として説明しているが、この波形は、電圧波形であってもよい。

また、基準モータ電流を、各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）のうち、ある一つのモータ電流（例えば、Ｉｕ）として定め、残りの相のモータ電流（例えば、Ｉｖ、Ｉｗ）を定められたモータ電流に一致するように、ゲイン（ＤＧＡ＿Ｕ、ＤＧＡ＿Ｖ、ＤＧＡ＿Ｗ）、およびオフセット値（ＤＯＡ＿Ｕ、ＤＯＡ＿Ｖ、ＤＯＡ＿Ｗ）を演算して、ＭＯＳ補正部２４で基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）を補正するようにしてもよい。なお、この場合は、所望のモータ出力が得られない可能性があるので、モータ出力を調整する電圧調整器などを取り付ける必要がある。

本実施形態のモータ制御装置を操舵装置１に適用することで、モータ５のトルク変動による操舵ハンドル２の振動を抑制することができ、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。

また、このモータ制御装置を伝達比可変機構４の回転伝達比Ｇを変化させる操舵装置１に替えて、モータ５が発生するトルクを操舵ハンドル２の操舵力を補助する補助機構を作動させるために使用する、いわゆる電動式パワーステアリング装置に適用してもよい。

次に、ゲイン補正部２６およびオフセット補正部２７におけるゲイン補正、クランプ処理、オフセット補正の手順を図２から図４に基づいて説明する。なお、ここでは、Ｕ相のみのＰＷＭ信号について説明する。図３は、ＭＯＳ補正部２４にて補正したＰＷＭ信号でインバータ３０をＰＷＭ駆動させた場合の各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）とトルク電流Ｉｑとを示す図であり、図４は、ＭＯＳ補正部２４でＰＷＭ信号を補正せずにインバータ３０をＰＷＭ駆動させた場合の各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）とトルク電流Ｉｑとを示す図である。

ゲイン補正部２６では、最初に、ゲインＤＧＡ＿Ｕに基づきゲイン補正が行われ、ゲイン補正ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ１が演算され、次に、クランプ処理が行われ、クランプ処理ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ２が演算される。ゲイン補正とは、インバータ３０が生成するモータ電流Ｉｕの波高を基準モータ電流の波高と一致させるための補正である。クランプ処理とは、ゲイン補正を行ったゲイン補正ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ１の極性とゲイン補正を行う前の基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭの極性とを一致させるための処理である。

（基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ＞０の場合）
デッドタイム補償部２３から入力される基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭが、Ｕ＿ＰＷＭ＞０を満たす場合、最初に、式（１）に基づきゲイン補正が行われる。

Ｕ＿ＰＷＭ１＝Ｕ＿ＰＷＭ＋ＤＧＡ＿Ｕ ・・・（１）

次に、この結果を受け、式（２）、式（３）に基づきクランプ処理が行われる。

Ｕ＿ＰＷＭ２＝０（Ｕ＿ＰＷＭ１＜０の時） ・・・（２）
Ｕ＿ＰＷＭ２＝Ｕ＿ＰＷＭ１（Ｕ＿ＰＷＭ１≧０の時） ・・・（３）

このようにクランプ処理を行うことにより、次のような現象を防止することが可能となる。例えば、ゲインＤＧＡ＿Ｕが負の場合、基本ＰＷＭ信号の極性が正の領域であるにもかかわらず、式（１）にてゲイン補正を行うと、Ｕ＿ＰＷＭ＜ＤＧＡ＿Ｕの場合は、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が負となる可能性がある。

このように、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が、基本ＰＷＭ信号の極性と異なると、モータ電流の方向が指令の電流方向と逆になりトルク変動を発生させてしまう。そこで、このクランプ処理を行うことにより、ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性を基本ＰＷＭ信号の極性と同じにすることができるので、上記問題を解決することができる。

（基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ＝０の場合）
デッドタイム補償部２３から入力される基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭが、Ｕ＿ＰＷＭ＝０を満たす場合、最初に、式（４）に基づきゲイン補正が行われ、次に、式（５）に基づきクランプ処理が行われる。

Ｕ＿ＰＷＭ１＝Ｕ＿ＰＷＭ ・・・（４）
Ｕ＿ＰＷＭ２＝Ｕ＿ＰＷＭ１ ・・・（５）

（基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ＜０の場合）
デッドタイム補償部２３から入力される基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭが、Ｕ＿ＰＷＭ＜０を満たす場合、最初に、式（６）に基づきゲイン補正が行われる。

Ｕ＿ＰＷＭ１＝Ｕ＿ＰＷＭ−ＤＧＡ＿Ｕ ・・・（６）

次に、この結果を受け、式（７）、式（８）に基づきクランプ処理が行われる。

Ｕ＿ＰＷＭ２＝０（Ｕ＿ＰＷＭ１＞０の時） ・・・（７）
Ｕ＿ＰＷＭ２＝Ｕ＿ＰＷＭ１（Ｕ＿ＰＷＭ１≦０の時） ・・・（８）

このようにクランプ処理を行うことにより、基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ＞０の時と同様な問題を解決することができる。

オフセット補正部２７では、オフセット値ＤＯＡ＿Ｕに基づき、ゲイン補正部２６から入力されるクランプ処理ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ２のオフセット補正が行われ、オフセット補正ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ３が演算される。オフセット補正とは、モータ電流Ｉｕの極性が切替わるレベルからモータ電流Ｉｕの正極側のピーク値、負極側のピーク値までの絶対値がそれぞれ一致するように、このレベルをオフセットさせるための処理である。オフセット補正は、式（９）に基づき行われる。オフセット補正し、演算されるオフセット補正ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ３は、ＰＷＭ回路３１に出力される。

Ｕ＿ＰＷＭ３＝Ｕ＿ＰＷＭ２＋ＰＷＭ＿ＯＦＦＳＥＴ＋ＤＯＡ＿Ｕ ・・・（９）

式（９）中の相補ＰＷＭオフセット値ＰＷＭ＿ＯＦＦＳＥＴは、インバータ３０を相補ＰＷＭ制御する場合に加算されるものであり、数値は、デューティ比５０％となっている。なお、インバータ３０を相補ＰＷＭ制御しない場合は、この相補ＰＷＭオフセット値ＰＷＭ＿ＯＦＦＳＥＴを加算せずにＵ＿ＰＷＭ３を演算すればよい。

Ｖ相のゲイン補正ＰＷＭ信号Ｖ＿ＰＷＭ１、クランプ処理ＰＷＭ信号Ｖ＿ＰＷＭ２、およびオフセット補正ＰＷＭ信号Ｖ＿ＰＷＭ３と、Ｗ相のゲイン補正ＰＷＭ信号Ｗ＿ＰＷＭ１、クランプ処理ＰＷＭ信号Ｗ＿ＰＷＭ２、およびオフセット補正ＰＷＭ信号Ｗ＿ＰＷＭ３についても、上記式（１）から式（９）と同じ演算式を使用して演算することができる。

このようにＭＯＳ補正部２４にて、基本ＰＷＭ信号（Ｕ＿ＰＷＭ、Ｖ＿ＰＷＭ、Ｗ＿ＰＷＭ）を補正し、インバータ３０をＰＷＭ駆動することにより、図３に示すように、各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の波形を互いに一致させることができ、結果、トルク電流Ｉｑのうねりを抑えることができる。

本実施形態では、最初にゲイン補正部２６にて、基本ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭを補正し、クランプ処理ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ２を演算し、次に、オフセット補正部２７にて、クランプ処理ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ２を補正し、オフセット補正ＰＷＭ信号Ｕ＿ＰＷＭ３を演算するという手順で補正を行っている。

これにより、クランプ処理を行う際の判断基準をどの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）も極性が切替わる場所、つまりゼロとすることができるので、処理ソフトが煩雑になるのを防止でき、処理ソフトを簡潔にすることができる。

反対に、オフセット補正を行った後、ゲイン補正とクランプ処理を行うと、クランプ処理の際、上記判断基準が、各相のオフセット値を加味したものを使用することになり、クランプ処理の処理ソフトが煩雑になってしまう。

次に、補正量記憶部２５に記憶される補正量であるゲイン（ＤＧＡ＿Ｕ、ＤＧＡ＿Ｖ、ＤＧＡ＿Ｗ）とオフセット値（ＤＯＡ＿Ｕ、ＤＯＡ＿Ｖ、ＤＯＡ＿Ｗ）を演算する方法について図５から図７に基づいて詳しく説明する。図５は、補正量演算装置の構成を示すブロック図である。図６は、Ｕ相の電圧波形とオフセット値との関係を示す図であり、図７は、Ｕ相電圧波形と基準電圧波形との関係を示す図である。なお、ここでは、Ｕ相のみの補正量を演算する方法について説明する。

図５に示すように、補正量記憶部２５に記憶される補正量（ゲイン、オフセット値）を演算する補正量演算装置４０は、インバータ３０で生成される各相の正弦波を電圧波形として測定する電圧測定器４１、および補正量演算部４２から構成され、電圧波形に基づいて補正量が演算される。

また、各相の正弦波を電流波形として計測し、補正量を補正量演算部４２で演算させてもよい。一般的に、電圧波形として計測する方が、電流波形として計測するよりも計測し易いので、本実施形態では、電圧波形を計測している。

ゲインＤＧＡ＿Ｕ、およびオフセット値ＤＯＡ＿Ｕを演算するには、モータ５のロータの回転を止めた状態で行われる。ロータの回転を止めていないと、ステータコイルに鎖交磁束とは９０°進み位相の誘起電圧が発生し、インバータ３０が生成する各相の電圧波形の位相がずれてしまうためである。ロータの回転を止めて補正量を演算するようにすれば、ステータコイルに発生する誘起電圧を考慮しなくてもよくなり、容易に補正量を求めることができる。

補正量演算装置４０は、モータ５を出荷する前に、例えば工場内の製造ライン上で、インバータ３０とモータ５との間の配線に接続され、補正量を演算する。演算された補正量は、補正量記憶部２５にデータが書き込み可能な装置によって、ＥＣＵ１４内の補正量記憶部２５に記憶される。本実施形態では、工場内の製造ライン上で補正量を演算しているので、周囲の環境、例えば、温度条件を一定にすることが容易となり、正確にゲイン、オフセット値を演算することが可能となる。これは、温度条件によってＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値が変化してしまうことを防止するためである。

また、補正量演算装置４０は、工場内の製造ライン上に設ければよいので、モータ５一つ一つに補正量演算装置４０が必要なくなり、ＥＣＵ１４が複雑になることが防止される。

最初に、オフセット値ＤＯＡ＿Ｕを演算する処理を図６に基づき説明する。ここでの処理は、測定される電圧波形のゼロクロス点（電圧の極性が変化する点）を含むレベルから正極側ピーク値までの値の絶対値と、該レベルから負極側ピーク値までの値の絶対値とが等しくなるように該レベルをオフセットさせるオフセット値ＤＯＡ＿Ｕを演算する（図６参照）。

次に、ゲインＤＧＡ＿Ｕを演算する処理を図７に基づき説明する。ここでの処理は、オフセット値ＤＯＡ＿Ｕで前記レベルをオフセットした後の電圧波形（破線）と、請求項に記載の基準正弦波に相当する基準電圧波形（実線）とを比較することでゲインＤＧＡ＿Ｕを演算する。ゲインＤＧＡ＿Ｕは、オフセット後の電圧波形の正極側ピーク値と、基準電圧波形の正極側ピーク値との偏差、もしくは、オフセット後の電圧波形の負極側ピーク値と、基準電圧波形の負極側ピーク値との偏差より演算される（図７参照）。

本実施形態では、ゲインＤＧＡ＿Ｕ、オフセット値ＤＯＡ＿Ｕを演算する処理を、モータ５のトルクに最も影響を与えている電圧波形の正極側または負極側ピーク値に基づいて演算しているので、容易に、かつ効率的に各相の電圧波形を基準の電圧波形と一致させることができ、トルク電流Ｉｑのうねりを抑えることができる。

また、デッドタイム補償部２３により補正された電圧波形には、ゼロクロス点付近では、ゆがみが最も大きくなり、ピーク値付近では、ゆがみが最も小さくなるという特徴がある。この点からも、この補償部２３にて補正されたゆがみが比較的小さい正極側または負極側ピーク値に基づいて、補正量としてのオフセット値とゲインを求めているので、デッドタイム補償部２３を有しているモータ制御装置であっても、容易に、かつ効率的に各相の電圧波形を基準電圧波形と一致させることができ、トルク電流Ｉｑのうねりを抑えることができる。

この補正量演算装置４０は、一つのモータ５のＥＣＵ１４内に一つずつ設けてもよい。これにより、モータ５を起動する度に補正量を演算することができ、最新の補正量が補正量記憶部２５に記憶されるので、ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値の経年劣化に対応することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、インバータ３０は、所定の範囲の電気的特性値を示すＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）で構成されている。

ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧Ｖｔｈ、またはＭＯＳＦＥＴの寄生容量Ｃの範囲が異なる複数のグループにＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を分け、同一グループ内のＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）でインバータ３０を構成する。これにより、インバータ３０を構成するＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値のバラツキは抑えられ、このインバータ３０が生成する各相のモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の波形同士が一致するので、トルク電流Ｉｑのうねりを抑えることができ、モータ５のトルク変動を抑えることができる。

なお、ＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）のグループ分けは、閾値電圧Ｖｔｈ、または寄生容量Ｃのいずれか一方の値で行う必要はなく、閾値電圧Ｖｔｈ、および寄生容量Ｃの両方の値を使ってグループ分けを行ってもよい。これにより、よりＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の電気的特性値のバラツキを抑えることができる。

同様にＭＯＳＦＥＴのゲート端子に接続されているゲート抵抗、コンデンサなどにおいても電気的特性値がそろったものを使用する。

操舵装置の構成を示すブロック図である。 操舵装置に適用される電動モータのモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 ＭＯＳ補正部にて補正したＰＷＭ信号でインバータをＰＷＭ駆動させた場合の各相のモータ電流とトルク電流とを示す図である。 ＭＯＳ補正部でＰＷＭ信号を補正せずにインバータをＰＷＭ駆動させた場合の各相のモータ電流とトルク電流とを示す図である。 補正量演算装置の構成を示すブロック図である。 Ｕ相の電圧波形とオフセット値との関係を示す図である。 Ｕ相電圧波形と基準電圧波形との関係を示す図である。

符号の説明

１ 操舵装置
２ 操舵ハンドル
４ 伝達比可変機構
５ モータ
１０ 転舵輪
１４ コンピュータ（ＥＣＵ）
２０ ＰＷＭ信号演算部
２４ ＭＯＳ補正部（補正手段）
２５ 補正量記憶部（記憶手段）
２６ ゲイン補正部
２７ オフセット補正部
３０ インバータ
４０ 補正量演算装置
４１ 電圧測定器
４２ 補正量演算部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
Ｉｕ Ｕ相モータ電流（正弦波）
Ｉｖ Ｖ相モータ電流（正弦波）
Ｉｗ Ｗ相モータ電流（正弦波）
Ｉｑ トルク電流
Ｖｔｈ 閾値電圧
Ｃ 容量（寄生容量）
ＤＧＡ＿Ｕ Ｕ相ゲイン
ＤＧＡ＿Ｖ Ｖ相ゲイン
ＤＧＡ＿Ｗ Ｗ相ゲイン
ＤＯＡ＿Ｕ Ｕ相オフセット値
ＤＯＡ＿Ｖ Ｖ相オフセット値
ＤＯＡ＿Ｗ Ｗ相オフセット値

Claims (9)

1. 複数のスイッチング素子を備え、それをＰＷＭ制御することにより、複数の相の正弦波を生成するインバータと、
   生成された前記正弦波をステータコイルに供給することにより、ステータコイルに回転磁界を発生させ、その回転磁界の作用によりロータが回転駆動されるモータとを備えているモータ制御装置であって、
   前記インバータで生成される各相の前記正弦波を検出し、その検出結果に基づいて、各相の前記正弦波が一致するように算出された各相の補正量を記憶する記憶手段と、
   その補正量に基づいて前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を補正する補正手段とを備えており、
   各相の前記正弦波が、前記正弦波とは異なる基準正弦波と一致するように算出される前記補正量とは、
   各相の前記正弦波の極性が切換わるレベルからの前記正弦波の正極側ピーク値、および負極側ピーク値の絶対値が略同一とするように当該レベルをオフセットさせるためのオフセット値と、
   前記正弦波の前記正極側ピーク値、および前記負極側ピーク値が、前記基準正弦波のそれぞれのピーク値に一致するように定められるゲインであり、
   前記補正手段は、
   前記ＰＷＭ信号を前記ゲインによるゲイン補正を行い、ゲイン補正ＰＷＭ信号を演算し、その後、前記ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が、ゲイン補正前の前記ＰＷＭ信号の極性と異なるときは、前記ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性の異なる部分の値をゼロとするクランプ処理を行い、クランプ処理ＰＷＭ信号を演算することを特徴とするモータ制御装置。
2. 複数のスイッチング素子を備え、それをＰＷＭ制御することにより、複数の相の正弦波を生成するインバータと、
   生成された前記正弦波をステータコイルに供給することにより、ステータコイルに回転磁界を発生させ、その回転磁界の作用によりロータが回転駆動されるモータとを備えているモータ制御装置であって、
   前記インバータで生成される各相の前記正弦波を検出し、その検出結果に基づいて、各相の前記正弦波が一致するように算出された各相の補正量を記憶する記憶手段と、
   その補正量に基づいて前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を補正する補正手段とを備えており、
   各相の前記正弦波のうちの一相の前記正弦波を基準正弦波とし、他の相の前記正弦波が、前記基準正弦波と一致するように算出される前記補正量とは、
   各相の前記正弦波の極性が切換わるレベルからの前記正弦波の正極側ピーク値、および負極側ピーク値の絶対値が略同一とするように当該レベルをオフセットさせるためのオフセット値と、
   前記正弦波の前記正極側ピーク値、および前記負極側ピーク値が、前記基準正弦波のそれぞれのピーク値に一致するように定められるゲインであり、
   前記補正手段は、
   前記ＰＷＭ信号を前記ゲインによるゲイン補正を行い、ゲイン補正ＰＷＭ信号を演算し、その後、前記ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性が、ゲイン補正前の前記ＰＷＭ信号の極性と異なるときは、前記ゲイン補正ＰＷＭ信号の極性の異なる部分の値をゼロとするクランプ処理を行い、クランプ処理ＰＷＭ信号を演算することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記補正量は、前記モータの前記ロータをロックした状態における前記正弦波に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記補正量は、出荷前に一度だけ算出され、前記記憶手段に記憶されており、
   前記補正手段は、常にその補正量に基づきＰＷＭ信号を補正することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記補正量を算出する補正量算出手段を備え、
   前記補正量は、前記モータを起動する度に算出され、前記記憶手段に記憶され、
   前記補正手段は、前記補正量に基づきＰＷＭ信号を補正することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
6. 前記補正手段は、
   前記クランプ処理ＰＷＭ信号を演算した後、前記オフセット値によるオフセット補正を行い、オフセット補正ＰＷＭ信号を演算することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記正弦波は、各相の端子に出力される電圧値であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 前記正弦波は、各相の端子に出力される電流値であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
9. 操舵状態検出手段により検出された操舵状態に基づいて、モータを駆動させ、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構、または、操舵ハンドルの操舵力を補助する補助機構を作動させる操舵装置において、
   前記モータは、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置によって駆動されていることを特徴とする操舵装置。

Images