JP2016208696A

JP2016208696A - モータ制御装置

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Publication number: JP2016208696A
Application number: JP2015088593A
Authority: JP
Inventors: 寛須増; Hiroshi Sumasu
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: JP6468461B2

Abstract

【課題】モータ電流が高い場合に比べてモータ電流が小さいときのＰＷＭ周波数を低くすることができるモータ制御装置を提供する【解決手段】ＰＷＭ周波数変更部は、電流指令値設定部によって設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を取得する(ステップＳ１)。ＰＷＭ周波数変更部は、取得したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をモータ電流とみなして、モータ電流−ＰＷＭ周波数マップからモータ電流に対応したＰＷＭ周波数ｆＰＷＭＩを取得する(ステップＳ２)。ＰＷＭ周波数変更部は、ステップＳ２で取得したＰＷＭ周波数ｆＰＷＭＩに対応した電圧分解能ＶｒＩを演算する(ステップＳ３)。ＰＷＭ周波数変更部は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部から与えられたＵ相電圧のデューティカウント数ＣＤＵＴＹＯを、ステップＳ３で演算した電圧分解能ＶｒＩに適合したデューティカウント数ＣＤＵＴＹＩに変換する(ステップＳ４)。【選択図】図７

Description

この発明は、電動モータをＰＷＭ駆動するためのモータ制御装置に関する。

電動モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で駆動する場合、電動モータへの印加電圧の制御性は、ＰＷＭ信号の１周期に相当するＰＷＭクロック数（以下、「ＰＷＭカウント数」という。）と電源電圧とによって決まる。ＰＷＭクロックとは、ＰＷＭ信号を生成するために用いられる基準クロックである。
あるマイクロコンピュータのＰＷＭクロックの周波数が、例えば、１０［ＭＨｚ］であるとする。ＰＷＭ信号の周波数を１０［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭカウント数は、１０，０００，０００×（１／１０，０００）＝１０００となる。電動モータへの印加電圧の分解能（印可電圧の刻み幅。以下、「電圧分解能Ｖｒ」という。）は、ＰＷＭカウント数をＣｎｔとし、電源電圧をＶｂとすると、Ｖｒ＝Ｖｂ÷Ｃｎｔで表される。したがって、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合の電圧分解能Ｖｒは、Ｖｂ／１０００［Ｖ／ＬＳＢ］となる。電圧分解能Ｖｒの値が小さい程、印加電圧の刻み幅が細かくなり、電圧分解能が高くなる。言い換えれば、電圧分解能Ｖｒの値が大きい程、印加電圧の刻み幅が粗くなり、電圧分解能が低くなる。デューティ比の分解能（デューティ比の刻み幅）は、(１/Ｃｎｔ)×１００［％］であるので、０．１［％］となる。したがって、ＰＷＭ信号の周波数が１０［ｋＨｚ］である場合には、電動モータへの印加電圧を、例えば、電源電圧の７２．５[％]に設定することができる。

このマイクロコンピュータを用いて、ＰＷＭ信号の周波数を１００［ｋＨｚ］に設定した場合、ＰＷＭカウント数は、１０，０００，０００×（１／１００，０００）＝１００となる。このため、電圧分解能はＶｂ／１００［Ｖ／ＬＳＢ］となり、デューティ比の分解能は１［％］となる。この場合には、電動モータへの印加電圧を７２．５[％]に設定することはできない。

特開２０１３−１９２４２９号公報特開平１０−２２５１３２号公報

電動モータに電力を供給するインバータ回路（モータ駆動回路）は、平滑コンデンサを含んでいる。ＰＷＭ周波数が高いほど平滑コンデンサの容量を小さくできるので、ＰＷＭ周波数を高く設定することにより、平滑コンデンサを小型化することができる。つまり、モータ駆動回路を小型化できる。しかしながら、前述したように、ＰＷＭ信号の周波数を高くすると、ＰＷＭカウント数は減少し、電圧分解能も低く（粗く）なる。このため、ＰＷＭ信号の周波数を高くすると、電流の制御性も低下し、電流リプル等の発生によりノイズ・バイブレーション（NV: Noise Vibration）が悪化する。

この発明の目的は、モータ駆動回路内の平滑コンデンサの容量から許容される範囲内においてＰＷＭ周波数をモータ電流に応じて変更することができ、モータ電流が大きい場合に比べてモータ電流が小さいときのＰＷＭ周波数を低くすることができるモータ制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、平滑コンデンサ（６２）および複数のスイッチング素子（７１〜７６）を含むモータ駆動回路（３２）を介して、電動モータ（１８）をＰＷＭ制御するモータ制御装置（１２）であって、前記平滑コンデンサの容量から許容される、前記電動モータのモータ電流値とＰＷＭ信号の周波数または周期に対応した値であるＰＷＭ周波数対応値と関係を記憶した記憶手段（４０）と、ＰＷＭ周波数が所定のＰＷＭ周波数であると仮定した場合に適合した第１デューティカウント数を演算する演算手段（４３〜４５）と、前記記憶手段に記憶されている前記関係に基づいて、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得する取得手段（４６）と、前記演算手段によって演算された第１デューティカウント数を、前記取得手段によって取得されたＰＷＭ周波数対応値に適合した第２デューティカウント数に変換する変換手段（４６）と、前記取得手段によって取得されたＰＷＭ周波数対応値および前記変換手段によって得られた第２デューティカウント数に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段（４７）とを含むモータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、モータ駆動回路内の平滑コンデンサの容量から許容される範囲内において、ＰＷＭ周波数をモータ電流に応じて変更することができる。これにより、モータ電流が大きい場合に比べてモータ電流が小さいときのＰＷＭ周波数を低くすることができる。
請求項２記載の発明は、前記ＰＷＭ周波数対応値が、ＰＷＭ信号の周波数であるＰＷＭ周波数またはＰＷＭ信号の１周期に相当するＰＷＭクロック数であるＰＷＭカウント数である、請求項１に記載のモータ制御装置である。

請求項３記載の発明は、前記電動モータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段（３３）と、前記電動モータに流すべきモータ電流の目標値であるモータ電流指令値を設定する電流指令値設定手段（４２）とをさらに含み、前記演算手段は、ＰＷＭ周波数が前記所定のＰＷＭ周波数であると仮定した場合に適合し、かつ前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値を前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値に等しくさせるための第１デューティカウント数を演算するように構成されている請求項１または２に記載のモータ制御装置である。

請求項４記載の発明は、前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置である。
請求項５記載の発明は、前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値および前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値のうち、絶対値が大きい方の電流値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。図３は、電動モータの構成を図解的に示す模式図である。図４は、駆動回路の構成を図解的に示す電気回路図である。図５は、検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例を示すグラフである。図６は、平滑コンデンサの容量から許容される、モータ電流とＰＷＭ周波数との関係を表すグラフである。図７は、ＰＷＭ周波数変更部の動作例を説明するためのフローチャートである。図８は、ＰＷＭ周波数変更部の他の動作例を説明するためのフローチャートである。図９は、平滑コンデンサの容量から許容される、モータ電流とＰＷＭカウント数との関係を表すグラフである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ２３が配置されている。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４が設けられている。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ２４によって検出される車速Ｖ、回転角センサ２３の出力信号等は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、これらの入力信号に基いて、電動モータ１８を制御する。

図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給するモータ駆動回路３２と、電動モータ１８に流れるモータ電流を検出する電流検出部３３とを含んでいる。
電動モータ１８は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。

各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（電気角）θｅは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ回転角θｅに従う実回転座標系である。このロータ回転角θｅを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

図４は、モータ駆動回路３２の構成を示している。
このモータ駆動回路３２は、三相インバータ回路である。モータ駆動回路３２は、電源６１と、平滑コンデンサ６２と、複数のスイッチング素子７１〜７６と、複数のダイオード素子８１〜８６とを含む。平滑コンデンサ６２は、電源６１の両端子間に接続されている。

複数のスイッチング素子７１〜７６は、Ｕ相用のハイサイドの第１のスイッチング素子７１と、それに直列に接続されたＵ相用のローサイドの第２のスイッチング素子７２と、Ｖ相用のハイサイドの第３のスイッチング素子７３と、それに直列に接続されたＶ相用のローサイドの第４のスイッチング素子７４と、Ｗ相用のハイサイドの第５のスイッチング素子７５と、それに直列に接続されたＷ相用のローサイドの第６のスイッチング素子７６とを含む。この実施形態では、各スイッチング素子７１〜７６は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１〜第６のスイッチング素子７１〜７６には、第１〜第６のダイオード８１〜８６が逆並列接続されている。

第１、第３および第５のスイッチング素子７１，７３，７５のドレインは、電源６１の正極側端子に接続されている。第１、第３および第５のスイッチング素子７１，７３，７５のソースは、それぞれ第２、第４および第６のスイッチング素子７２，７４，７６のドレインに接続されている。第２、第４および第６のスイッチング素子７２，７４，７６のソースは、電源６１の負極側端子に接続されている。

第１のスイッチング素子７１と第２のスイッチング素子７２との接続点は、電動モータ１８のＵ相ステータ巻線１０１に接続されている。第３のスイッチング素子７３と第４のスイッチング素子７４との接続点は、電動モータ１８のＶ相ステータ巻線１０２に接続されている。第５のスイッチング素子７５と第６のスイッチング素子７６との接続点は、電動モータ１８のＷ相ステータ巻線１０３に接続されている。各スイッチング素子７１〜７６のゲートは、後述するＰＷＭ制御部４７に接続されている。

図２に戻り、マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ４０等）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部４１と、電流指令値設定部４２と、電流偏差演算部４３と、ＰＩ（比例積分）制御部４４と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５と、ＰＷＭ周波数変更部４６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４７と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４８と、回転角演算部４９とが含まれる。

回転角演算部４９は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角θｅ（電気角）を演算する。回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θｅは、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５およびＵＶＷ／ｄｑ変換部４８に与えられる。
アシスト電流値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される検出操舵トルクＴと車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、アシスト電流値Ｉａ^＊を設定する。検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例は、図５に示されている。検出操舵トルクＴは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴの負の値に対しては負をとる。

検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、アシスト電流値Ｉａ^＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲外の値である場合には、アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されるようになっている。これにより、低速走行時には操舵補助力が大きくされ、高速走行時には操舵補助力が小さくされる。

電流指令値設定部４２は、アシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊に基いて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部４２は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部４２は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をアシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊とする一方で、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊を零とする。電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部４３およびＰＷＭ周波数変更部４６に与えられる。

電流検出部３３は、電動モータ１８のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部３３によって検出された三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部４８に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部４８は、電流検出部３３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷを、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θｅが用いられる。

電流偏差演算部４３は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部４４に与えられる。
ＰＩ制御部４４は、電流偏差演算部４３によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、電動モータ１８に印加すべき二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５に与えられる。

ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊を三相電圧指令値に対応したデューティカウント数（三相電圧別のデューティカウント数）に変換する。この変換には、回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θｅが用いられる。ＰＷＭ用の基準クロックをＰＷＭクロックとすると、デューティカウント数とは、ＰＷＭ信号の１周期内のパルス幅に相当するＰＷＭクロック数である。三相電圧別のデューティカウント数は、Ｕ相電圧指令値に対応したデューティカウント数、Ｖ相電圧指令値に対応したデューティカウント数およびＷ相電圧指令値に対応したデューティカウント数からなる。

この実施形態では、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって得られる三相電圧別のデューティカウント数は、ＰＷＭ周波数が予め設定された最低ＰＷＭ周波数であると仮定した場合（電圧分解能が予め設定された最高電圧分解能であると仮定した場合）に適合したデューティカウント数である。言い換えれば、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって得られる三相電圧別のデューティカウント数は、対応する三相電圧指令値を最高電圧分解能で除算した値となる。三相電圧別のデューティカウント数は、ＰＷＭ周波数変更部４６に与えられる。

ＰＷＭ周波数変更部４６は、モータ電流（この実施形態ではｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊）に応じてＰＷＭ周波数を変更するとともに、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって得られた三相電圧別のデューティカウント数を変更後のＰＷＭ周波数に適合したデューティカウント数に変換する。変更後のＰＷＭ周波数および変換後の三相電圧別デューティカウント数は、変換後のＰＷＭ制御部４７に与えられる。ＰＷＭ周波数変更部４６の動作の詳細については、後述する。

ＰＷＭ制御部４７は、ＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたＰＷＭ周波数および三相電圧別デューティカウント数に基づいて、Ｕ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ制御部４７は、ＰＷＭ周波数がＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたＰＷＭ周波数であり、かつＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたＵ相電圧のデューティカウント数、Ｖ相電圧のデューティカウント数およびＷ相電圧のデューティカウント数にそれぞれ対応したデューティ比を有するＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ制御部４７は、これらのＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号をモータ駆動回路３２に供給する。

モータ駆動回路３２内のスイッチング素子７１〜７６がＰＷＭ制御部４７から与えられるＰＷＭ信号によって制御されることにより、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊に応じた三相電圧が電動モータ１８の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に印加されることになる。
電流偏差演算部４３およびＰＩ制御部４４は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流が、電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。

以下、周波数変更部４６の動作について、詳しく説明する。
ＰＷＭ信号に応じた適正な電圧をモータ駆動回路３２から出力させるためには、ＰＷＭ信号の周波数（以下、「ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭ」という）が低い程、またモータ電流が大きい程、モータ駆動回路３２の平滑コンデンサ６２としては大きな容量が必要となる。したがって、平滑コンデンサ６２の容量が決まると、各モータ電流値において許容されるＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭの最低値を求めることができる。

平滑コンデンサ６２の容量から許容される、電動モータ１８のモータ電流値（ｑ軸電流値）の絶対値とＰＷＭ周波数との関係を記憶したマップ（以下、「モータ電流−ＰＷＭ周波数マップ」という）が予め作成されて、不揮発性メモリ４０に記憶されている。モータ電流−ＰＷＭ周波数マップは、例えば、平滑コンデンサ６２の容量から許容される、電動モータ１８のモータ電流値の絶対値とＰＷＭ周波数の最低値との関係に基づいて作成される。図６にモータ電流−ＰＷＭ周波数マップの一例を示す。図６に示すように、各モータ電流値に対して許容されるＰＷＭ周波数（最小値）は、モータ電流が大きくなるほど大きくなる。

説明の便宜上、この実施形態では、マイクロコンピュータ３１のＰＷＭクロックの周波数ｆ_ＣＬは４［ＭＨｚ］であるとする。また、ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭの最低値（ＰＷＭ信号の最低周波数ｆ_ＰＷＭＯ）を１［ｋＨｚ］とする。また、電源電圧Ｖｂを４０［Ｖ］とする。この例では、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合のＰＷＭ信号の１周期に相当するＰＷＭクロック数（ＰＷＭカウント数）Ｃ_ＰＷＭＯは、Ｃ_ＰＷＭＯ＝ｆ_ＣＬ／ｆ_ＰＷＭＯ＝４，０００，０００／１０００＝４，０００となる。また、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合の電圧分解能Ｖｒ_Ｏは、Ｖｒ_Ｏ＝Ｖｂ／Ｃ_ＰＷＭＯ＝４０／４，０００＝０．０１［Ｖ／ＬＳＢ］となる。ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合の電圧分解能Ｖｒ_Ｏが、最高電圧分解能（印加電圧の刻み幅が最も細かい電圧分解能）となる。ＰＷＭクロックの周波数ｆ_ＣＬ、ＰＷＭ信号の最低周波数ｆ_ＰＷＭＯ、電源電圧Ｖｂ、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合のＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＯ、最高電圧分解能Ｖｒ_Ｏの値は、予め不揮発性メモリ４０に記憶されている。

前述したように、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５は、ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭが最低ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＯであると仮定した場合（電圧分解能Ｖｒが予め設定された最高電圧分解能Ｖｒ_Ｏであると仮定した場合）に適合した、三相電圧別のデューティカウント数を演算する。ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって演算される各相電圧のデューティカウント数に対するＰＷＭ周波数変更部４６の動作は同様なので、以下、Ｕ相電圧のデューティカウント数に対するＰＷＭ周波数変更部４６の動作について説明する。

ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって演算されるＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}は、ＰＩ制御部４４によって演算される二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊に対応するＵ相電圧指令値をＶ_Ｕ ^＊とすると、Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}＝Ｖ_Ｕ ^＊／Ｖｒ_Ｏで表される。例えば、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊に対応するＵ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊が２０［Ｖ］である場合には、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５によって演算されるＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}は、Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}＝２０／０．０１＝２，０００となる。電圧分解能が最高電圧分解能Ｖｒ_Ｏである場合のＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＯは４，０００であるので、デューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}が２，０００である場合のデューティ比は、（２，０００／４，０００）×１００＝５０［％］となる。

図７は、ＰＷＭ周波数変更部４６の動作例を説明するためのフローチャートである。図７の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
ＰＷＭ周波数変更部４６は、まず、電流指令値設定部４２によって設定されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を取得する(ステップＳ１)。そして、ＰＷＭ周波数変更部４６は、取得したｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をモータ電流とみなして、モータ電流−ＰＷＭ周波数マップ（図６参照）からモータ電流（ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊）に対応したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩを取得する(ステップＳ２)。

次に、ＰＷＭ周波数変更部４６は、次式(1)に基づいて、ステップＳ２で取得したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩに対応した電圧分解能Ｖｒ_Ｉを演算する(ステップＳ３)。
Ｖｒ_Ｉ＝Ｖｂ÷（ｆ_ＣＬ／ｆ_ＰＷＭＩ） …(1)
ｆ_ＣＬ／ｆ_ＰＷＭＩは、ＰＷＭ周波数がｆ_ＰＷＭＩである場合の、ＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩである。

例えば、ステップＳ２で取得したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩが５［ｋＨｚ］である場合には、当該ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩに対応した電圧分解能Ｖｒ_Ｉは、
Ｖｒ_Ｉ＝４０÷（４，０００，０００／５，０００）
＝４０÷８００
＝０．０５
となる。

そして、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から与えられたＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}を、次式(2)を用いて、ステップＳ３で演算した電圧分解能Ｖｒ_Ｉに適合したデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}に変換する(ステップＳ４)。なお、Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}は、電圧分解能が最高電圧分解能Ｖｒ_Ｏであると仮定した場合に適合したＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}である。また、Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}は、ステップＳ２で取得したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩに適合したデューティカウント数でもある。

Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}＝Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}÷（Ｖｒ_Ｉ÷Ｖｒ_Ｏ） …(2)
例えば、Ｕ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}が２，０００であり、ステップＳ３で演算した電圧分解能Ｖｒ_Ｉが０．０５である場合には、変換後のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}は、
Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}＝２，０００÷（０．０５÷０．０１）
＝４００
となる。

ステップＳ１で取得したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩが５［ｋＨｚ］である場合には、ＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩは８００である。したがって、デューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}が４００である場合のデューティ比は、（４００／８００）×１００＝５０［％］となり、ＰＷＭ周波数が変更されても、デューティ比は変化していないことがわかる。
最後に、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ２で取得したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩと、ステップＳ４で得られた変換後のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}とを、ＰＷＭ制御部４７に与える(ステップＳ５)。そして、ＰＷＭ周波数変更部４６は、今演算周期での処理を終了する。ＰＷＭ制御部４７は、ＰＷＭ周波数がＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩであり、かつＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}に対応したデューティ比を有するＵ相ＰＷＭ信号を生成する。

この実施形態では、モータ駆動回路３２内の平滑コンデンサ６２の容量から許容される範囲内において、ＰＷＭ周波数をモータ電流（ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊）に応じて変更することができる。これにより、モータ電流が高い場合に比べモータ電流が小さいときのＰＷＭ周波数を低くすることができる。これにより、モータ電流が小さいときの電流リプルを低減できる。これにより、モータ電流が小さいときのノイズ・バイブレーションを低減できる。

図７の動作例では、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ２において、モータ電流−ＰＷＭ周波数マップからｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対応したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩを取得している。しかし、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ２において、電流指令値設定部４２によって設定されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊およびＵＶＷ／ｄｑ変換部４８によって演算されたｑ軸検出電流Ｉ_ｑのうち絶対値の大きい方の電流値を選択し、モータ電流−ＰＷＭ周波数マップから、選択された電流値に対応したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩを取得してもよい。つまり、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊およびｑ軸検出電流Ｉ_ｑのうち絶対値の大きい方の電流値をモータ電流とみなして、ＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩを取得してもよい。

図８は、ＰＷＭ周波数変更部４６の他の動作例を説明するためのフローチャートである。図８の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。Ｕ相電圧のデューティカウント数に対するＰＷＭ周波数変更部４６の動作についてのみ説明する。
平滑コンデンサ６２の容量から許容される、電動モータ１８のモータ電流値（ｑ軸電流値）の絶対値とＰＷＭカウント数との関係を記憶したマップ（以下、「モータ電流−ＰＷＭカウント数マップ」という）が予め作成されて、不揮発性メモリ４０に記憶される。モータ電流−ＰＷＭカウント数マップは、例えば、平滑コンデンサ６２の容量から許容される、電動モータ１８のモータ電流値の絶対値とＰＷＭカウント数の最大値との関係に基づいて作成される。ＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭは、ＰＷＭクロックの周波数をｆ_ＣＬとし、ＰＷＭ周波数をｆ_ＰＷＭとすると、Ｃ_ＰＷＭ＝ｆ_ＣＬ／ｆ_ＰＷＭとなるので、モータ電流−ＰＷＭカウント数マップは、図６のモータ電流−ＰＷＭ周波数マップから作成することが可能である。図９にモータ電流−ＰＷＭカウント数マップの一例を示す。図９に示すように、各モータ電流値に対して許容されるＰＷＭカウント数（最大値）は、モータ電流が大きくなるほど小さくなる。

説明の便宜上、この実施形態では、マイクロコンピュータ３１のＰＷＭクロックの周波数ｆ_ＣＬは４［ＭＨｚ］であるとする。また、ＰＷＭ信号の最低周波数ｆ_ＰＷＭＯを１［ｋＨｚ］とする。また、電源電圧Ｖｂを４０［Ｖ］とする。この例では、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合のＰＷＭカウント数（ＰＷＭカウント数の最大値）Ｃ_ＰＷＭＯは、ｆ_ＣＬ／ｆ_ＰＷＭＯ＝４，０００，０００／１，０００＝４，０００となる。また、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合の電圧分解能Ｖｒ_Ｏは、Ｖｂ／Ｖｒ_Ｏ＝４０／４，０００＝０．０１［Ｖ／ＬＳＢ］となる。ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合の電圧分解能Ｖｒ_Ｏが、最高電圧分解能となる。ＰＷＭクロックの周波数ｆ_ＣＬ、電源電圧Ｖｂ、ＰＷＭ周波数が最低値ｆ_ＰＷＭＯである場合のＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＯ、最高電圧分解能とＶｒ_Ｏの値は、不揮発性メモリ４０に記憶されている。

図８を参照して、ＰＷＭ周波数変更部４６は、まず、電流指令値設定部４２によって設定されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を取得する(ステップＳ１１)。そして、ＰＷＭ周波数変更部４６は、取得したｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をモータ電流とみなして、モータ電流−ＰＷＭカウント数マップ（図９参照）からモータ電流（ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊）に対応したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩを取得する(ステップＳ１２)。

次に、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部４５から与えられたＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}を、次式(3)を用いて、ステップＳ１２で取得したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩに適合したデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}に変換する(ステップＳ１３)。なお、Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}は、電圧分解能が最高電圧分解能Ｖｒ_Ｏであると仮定した場合に適合したＵ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}である。また、Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}は、ステップＳ１２で取得したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩに対応するＰＷＭ周波数に適合したデューティカウント数でもある。

Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}＝Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}÷（Ｃ_ＰＷＭＯ÷Ｃ_ＰＷＭＩ） …(3)
例えば、Ｕ相電圧のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＯ}が２，０００であり、ステップＳ１２で取得したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩが８００である場合には、変換後のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}は、
Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}＝２，０００÷（４０００÷８００）
＝４００
となる。

最後に、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ１２で取得したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩと、ステップＳ１３で得られた変換後のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}とを、ＰＷＭ制御部４７に与える(ステップＳ１４)。そして、ＰＷＭ周波数変更部４６は、今演算周期での処理を終了する。ＰＷＭ制御部４７は、ＰＷＭ周波数がＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩに対応したＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩ（＝ｆ_ＣＬ／Ｃ_ＰＷＭＩ）であり、かつＰＷＭ周波数変更部４６から与えられたデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}に対応したデューティ比を有するＵ相ＰＷＭ信号を生成する。

ステップＳ１４において、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ１２で取得したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩに対応するＰＷＭ周波数ｆ_ＰＷＭＩ（＝ｆ_ＣＬ／Ｃ_ＰＷＭＩ）と、ステップＳ１３で得られた変換後のデューティカウント数Ｃ_{ＤＵＴＹＩ}とを、ＰＷＭ制御部４７に与えるようにしてもよい。
図８の動作例では、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ１２において、モータ電流−ＰＷＭカウント数マップからｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対応したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩを取得している。しかし、ＰＷＭ周波数変更部４６は、ステップＳ１２において、電流指令値設定部４２によって設定されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊およびＵＶＷ／ｄｑ変換部４８によって演算されたｑ軸検出電流Ｉ_ｑのうち絶対値の大きい方の電流値を選択し、モータ電流−ＰＷＭカウント数マップから、選択された電流値に対応したＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩを取得してもよい。つまり、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊およびｑ軸検出電流Ｉ_ｑのうち絶対値の大きい方の電流値をモータ電流とみなして、ＰＷＭカウント数Ｃ_ＰＷＭＩを取得してもよい。

モータ駆動回路３２内の平滑コンデンサ６２が、並列接続された複数の平滑コンデンサから構成されていてもよい。このような場合において、複数の平滑コンデンサのうちの一部の平滑コンデンサの故障により、コンデンサ容量が減少した場合には、モータ電流−ＰＷＭ周波数マップデータ（またはモータ電流−ＰＷＭカウント数マップデータ）を、減少後のコンデンサ容量に適合したデータに変換すればよい。

また、電動モータ１８に印加したい電圧を演算する際に使用する電圧分解能を、モータ電流に基いて随時変更するようにしてもよい。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１２…ＥＣＵ、１８…電動パワーステアリング装置、３２…モータ駆動回路、４６…ＰＷＭ周波数変更部、４７…ＰＷＭ制御部、６２…平滑コンデンサ

Claims

平滑コンデンサおよび複数のスイッチング素子を含むモータ駆動回路を介して、電動モータをＰＷＭ制御するモータ制御装置であって、
前記平滑コンデンサの容量から許容される、前記電動モータのモータ電流値とＰＷＭ信号の周波数または周期に対応した値であるＰＷＭ周波数対応値と関係を記憶した記憶手段と、
ＰＷＭ周波数が所定のＰＷＭ周波数であると仮定した場合に適合した第１デューティカウント数を演算する演算手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記関係に基づいて、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得する取得手段と、
前記演算手段によって演算された第１デューティカウント数を、前記取得手段によって取得されたＰＷＭ周波数対応値に適合した第２デューティカウント数に変換する変換手段と、
前記取得手段によって取得されたＰＷＭ周波数対応値および前記変換手段によって得られた第２デューティカウント数に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段とを含む、モータ制御装置。
前記ＰＷＭ周波数対応値が、ＰＷＭ信号の周波数であるＰＷＭ周波数またはＰＷＭ信号の１周期に相当するＰＷＭクロック数であるＰＷＭカウント数である、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記電動モータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記電動モータに流すべきモータ電流の目標値であるモータ電流指令値を設定する電流指令値設定手段とをさらに含み、
前記演算手段は、ＰＷＭ周波数が前記所定のＰＷＭ周波数であると仮定した場合に適合し、かつ前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値を前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値に等しくさせるための第１デューティカウント数を演算するように構成されている請求項１または２に記載のモータ制御装置。
前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置。
前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値および前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値のうち、絶対値が大きい方の電流値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したＰＷＭ周波数対応値を取得するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置。