JP5163149B2 - モータ駆動制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に用いるに最適なモータ駆動制御装置及び電動パワーステアリング装置に関し、特にモータのベクトル制御におけるトルクリップルや振動・異音の発生を抑制するモータ駆動制御装置及び電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置を、モータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図９に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッション信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｈとに基づいてアシスト指令の電流指令値Ｉｒｅｆの演算を行い、演算された電流指令値Ｉｒｅｆに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を、ベクトル制御方式について示すと図１０のようになる。ベクトル制御は、ロータマグネットの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し、各軸が９０度の関係にある各軸の電流を制御するもので、モータ２０は一般的に３相のブラシレスＤＣモータが使用される。

コントロールユニット３０は電流指令値演算部２０４を具備しており、電流指令値演算部２０４はトルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｈを入力すると共に、ブラシレスＤＣモータ２０に回転角センサとして取付けられたレゾルバ２０１の出力を、レゾルバディジタル変換回路（ＲＤＣ）２０２で変換されたモータ角度θ及び角速度ωを入力し、アシストマップ２１２を参照してｄ−ｑ軸の電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びＩｑｒｅｆを演算する。

演算された電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆは減算部２０７−１及び２０７−２に入力され、減算部２０７−１及び２０７−２に対してモータ２０の実際のモータ電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出して２相に変換されたｄ−ｑ軸のモータ電流Ｉｑ及びＩｄがフィードバックされている。具体的には、電流検出器２０５−１及び２０５−２で２相のモータ電流Ｉａ及びＩｃを検出し、３相の場合はＩａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝０の関係にあることから、減算部２０７−３においてモータ電流Ｉｂを、Ｉｂ＝−（Ｉａ＋Ｉｃ）として算出し、このように算出された３相のモータ電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃが３相／２相変換部２０６に入力され、モータ２０のモータ角度θに基づいてｄ−ｑ軸のモータ電流Ｉｑ及びＩｄに変換される。

モータ電流Ｉｑ及びＩｄはそれぞれ減算部２０７−１及び２０７−２にフィードバックされ、減算部２０７−１で電流指令値Ｉｑｒｅｆとモータ電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑが算出され、減算部２０７−２で電流指令値Ｉｄｒｅｆとモータ電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄが算出される。これら偏差ΔＩｑ及びΔＩｄはＰＩ（比例積分）制御部２０８に入力され、ＰＩ制御された電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆが出力される。そして、実際のモータ２０には３相の電流を供給する必要があるので、電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びＶｑｒｅｆを２相／３相変換部２０９でモータ角度θに従って３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに変換し、電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、ＶｃｒｅｆをＰＷＭ制御部２１０に入力する。ＰＷＭ制御部２１０は電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ、Ｖｃｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路２１１はこのＰＷＭ制御信号に基づきモータ２０に電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを供給し、偏差ΔＩｑ及びΔＩｄをそれぞれ０とするようにモータ２０をベクトル制御する。

上述したような電動パワーステアリング装置のモータ駆動制御装置において、ブラシレスＤＣモータに対するＰＷＭ制御は、モータのロータ回転角度を検出するレゾルバやエンコーダ等に基づいて、ロータ角度に対応する通電相に通電することでモータを駆動制御しているが、そのモータの駆動制御における誘導起電力波形のズレやモータの構造上の問題に起因してトルクリップルが発生し、操舵フィーリングを悪化させると共に、振動や異音等が発生してしまう。また、電機子反作用の影響により誘起電圧が変形してしまい、トルクリップルが大きくなり、モータからの振動や異音も大きくなってしまう。

かかる問題を解決する装置として、例えば特許第３８０４６８６号公報（特許文献１）に示されるモータ駆動制御装置がある。この特許文献１の装置では、モータ制御に含まれる非線形要素を各相に分離した状態で制御することにより、トルクリップルを小さく、騒音ノイズの小さいモータ駆動制御装置を提供すると共に、このモータ駆動制御装置を電動パワーステアリング装置に採用し、操舵性を向上させ良好な操舵感を得るようにしている。即ち、３以上の相を有するモータを制御するモータ駆動制御装置において、モータの電流波形又は誘起電圧がｎ（２以上の自然数）次高調波が含まれた矩形波若しくは擬似矩形波であり、モータの逆起電圧のｄ軸及びｑ軸成分である電圧ｅｄ及びｅｑを算出するｄ−ｑ電圧算出部と、電圧ｅｄ及びｅｑ、モータの回転角度、角速度、逆起電圧及びモータへのトルク指令値に基づいてｑ軸成分である電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出するｑ軸指令電流算出部と、ｄ軸成分である電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出するｄ軸指令電流算出部と、電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆに基づいてモータの電流を制御する電流制御部とを設けている。
特許第３８０４６８６号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、下記数１のトルク一定式に基づいてトルクリップルや振動・異音の発生を抑制する電流指令値Ｉｑｒｅｆを求めている。

ここで、Ｔ_ｒｅｆはモータトルク定数Ｋｔと電流指令値Ｉｒｅｆの乗算値で求められる目標トルクであり、ω_ｍは機械角速度（電気角速度ω_ｅをモータの極対数ｐで除算した値）であり、ｅ_ｄ及びｅ_ｑは誘起電圧波形に基づいてｄ−ｑ軸変換されたモータ角度関数値である。

上記数１に基づいて、トルクリップルや振動・異音の発生を抑制する電流指令値Ｉｑｒｅｆを求めることができるが、大電流のモータを用いた場合、電機子反作用の影響により誘起電圧波形の変化、つまりｄ−ｑ軸の誘起電圧の変化も大きくなり、上記数１により求められる電流指令値では限界がある。

近年では、電動パワーステアリング装置に用いられるモータ駆動制御装置の高出力化が進み、大電流モータが多く採用されるようになっており、大電流モータに対してもトルクリップルや振動・異音を抑制することが要請されている。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、大電流モータであっても製造コストの増加及び制御上の負荷を増加させないように、容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制し、操舵フィーリングを向上することができる信頼性の高いモータ駆動制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

また、製造コストの増加及び制御上の負荷を増加させないように補正できるマップを生成するモータ駆動制御装置のマップ生成方法を提供することも、本発明の目的である。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算されたｄ−ｑ軸の電流指令値に基づいてベクトル制御方式により３以上の相を有するモータを駆動制御すると共に、前記モータのモータ角度を検出若しくは推定する手段を具備しているモータ駆動制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ角度に基づいて誘起電圧波形モデルを補正する補正部が前記電流指令値に応じて複数備えられていると共に、前記複数の補正部によって演算された補正値により、前記ｄ−ｑ軸電流指令値を演算する手段を具備したことにより、達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数の補正部がマップ化されていることにより、或いは前記ｄ軸電流指令値の有無に応じて前記複数の補正部を切替えて前記モータ角度を進角補正する機能を具備していることにより、或いは前記進角量が前記電流指令値と前記モータ角度の関数になっていることにより、或いは前記いずれかに記載のモータ駆動制御装置が、車両のステアリング系にアシスト力を付与するモータの駆動に用いられた電動パワーステアリング装置により、より効果的に達成される。

また、本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて、マップを参照して演算されたｄ−ｑ軸の電流指令値に基づいてベクトル制御方式により３以上の相を有するモータを駆動制御すると共に、前記モータのモータ角度を検出若しくは推定する手段を具備しているモータ駆動制御装置のマップ生成方法に関し、本発明の上記目的は、所定範囲内の前記電流指令値に応じて前記モータ角度を所定間隔で進角補正し、前記モータのトルクリップルが最小となる進角量と前記電流指令値との関係に基づいて前記マップを生成することにより、より効果的に達成される。

本発明のモータ駆動制御装置によれば、モータの電機子反作用による誘起電圧波形の歪みを考慮して誘起電圧を補正することにより、容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。また、補正値の演算をマップ（ルックアップテーブル）化することにより、効率良く容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができ、さらにｄ軸電流値に応じてマップを切替えることにより、一層効率良く容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、要求仕様の進角マップを容易に生成できるので、制御の負荷やコストを増加させることなく、より効率的に誘起電圧波形の歪みを補正することができる。

さらに、本発明のモータ駆動制御装置を車両の電動パワーステアリング装置として用いれば、モータのトルクリップルや振動・異音の発生が抑制されるので、操舵フィーリングを一層向上することができる。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、モータに負荷が掛かると発生するような誘起電圧波形の歪み（電機子反作用）を補正する誘起電圧補正部を備えることで、容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制する。また、誘起電圧補正部は、入力される電流指令値に応じて補正できるように複数のマップを保持しており、ｄ軸電流の有効／無効に応じて誘起電圧進角マップを切替えて補正を行うようにする。

このような補正部（誘起電圧補正部或いは複数の誘起電圧進角マップ）を設けることにより、容易にモータのトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。

さらに、電流指令値、進角量及びトルクの関係から、進角量を所定のステップでスイープし、トルクリップルが最小となる電流指令値に応じた最適な進角量を検出してマップを生成することにより、複雑な演算処理によって得られる最適な進角量を容易にマップ化することができる。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の基本構成を示すブロック図であり、操舵補助指令値演算部３１には、トルクセンサ１０から操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２から車速Ｖｈが入力され、操舵補助指令値演算部３１で演算された操舵補助指令値Ｉｔは最小値選択部３３に入力される。

また、操舵補助指令値制限部３２にはバッテリから供給電圧Ｖｒが入力されると共に、ＲＤＣ２２で求められたモータ回転速度（電気角）ω_ｅが入力され、操舵補助指令値制限部３２で求められた電流指令制限値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}は最小値選択部３３に入力される。最小値選択部３３は、入力された操舵補助指令値Ｉｔと電流指令制限値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}とを比較し、小さい方を電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}として出力し、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}をｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４及びＩｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１に入力する。Ｉｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１に入力された電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}はモータ２０の回転速度を最大にするための演算をされ、演算された電流値Ｉｄｍをｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力する。即ち、モータ２０の回転速度が大きくなると誘起電圧も大きくなるため、モータ２０に所定電流を流したい場合には、モータ２０の回転速度が制限される。しかし、モータ２０の回転速度をできるだけ大きくしたいので、本発明ではｄ軸電流を使用してモータ２０の界磁強さを調整し、モータ２０の回転速度に比例する誘起電圧を低減する。そのため、モータ２０のトルク（Ｉｒｅｆ）を変えずに、できるだけモータ２０の回転速度を大きくするＩｒｅｆ／Ｉｄの関係を予め求め、Ｉｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１として登録しておき、あるトルク（Ｉｒｅｆ）のときに最大速度を出力するように、必要な電流値Ｉｄｍ（＝Ｉｄ）をＩｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１より出力するようになっている。

また、ＲＤＣ２２で求められた、モータ２０の電気的位相角としてのモータ角度θが誘起電圧マップ３０２に入力され、誘起電圧マップ３０２において求められたモータ角度θに応じたｄ−ｑ軸の誘起電圧ｅ_ｄ００及びｅ_ｑ００がｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力される。

ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４において、最小値選択部３３からの電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}、誘起電圧マップ３０２からの誘起電圧ｅ_ｄ００及びｅ_ｑ００、Ｉｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１からの電流値Ｉｄｍに基づいて、ベクトル制御のｄ−ｑ軸の電流指令値ｉｄ及びｉｑが演算され、電流指令値ｉｄ及びｉｑは２相／３相変換部３５に入力される。そして、ｄ軸の電流指令値ｉｄ及びｑ軸の電流指令値ｉｑは２相／３相変換部３５において２相／３相変換され、３相の電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ａ}、Ｉ_{ｒｅｆ_ｂ}及びＩ_{ｒｅｆ_ｃ}（以下、単に「Ｉ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}」とする）が減算部３９Ａに入力される。モータ電流検出部３９Ｄにより検出されたモータ電流Ｉ_{ｍ_ａ}、Ｉ_{ｍ_ｂ}及びＩ_{ｍ_ｃ}（以下、単に「Ｉ_{ｍ_ａｂｃ}」とする）も減算部３９Ａに入力され、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}から減算され、求められた偏差ΔＩ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}がＰＩ制御部３６に入力される。ＰＩ制御された３相の電圧指令値Ｖ_{ｒｅｆ_ａ}、Ｖ_{ｒｅｆ_ｂ}及びＶ_{ｒｅｆ_ｃ}（以下、単に「Ｖ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}」とする）はＰＷＭ制御部３７に入力され、電圧指令値Ｖ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}に基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路３８はＰＷＭ制御信号に基づきモータ２０に電流Ｉ_{ｍ_ａｂｃ}を供給し、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}とモータ電流Ｉ_{ｍ_ａｂｃ}との偏差ΔＩ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}が「０」となるようにモータ２０が駆動制御される。

このような基本構成に基づいて、以下に本発明の原理を説明する。

ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は上記数１のトルク一定式を変形し、下記数２によってベクトル制御のｑ軸の電流指令値ｉｑを、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}に基づいて求める。

ここで、Ｋｔはトルク定数であり、ｅ_ｄ０及びｅ_ｑ０はモータの誘起電圧を３相／２相変換したｑ軸成分及びｄ軸成分であり、モータ角度θに対応する関数となっている。ω_ｍはモータ角速度（機械角）である。

また、２相／３相変換部３５は、電流指令値ｉｄ及びｉｑに基づいて、２相／３相変換式である下記数３により３相の電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}を求める。

さらに、モータ電流検出部３９Ｄにより検出されるモータ電流Ｉ_{ｍ_ａｂｃ}が、電流制御により電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ａｂｃ}を完全に追従する場合、上記数２より、理想的にはトルクリップルのないトルクが出力される。このときのモータ出力Ｔは、下記数４のように表すことができる。

ここで、ｅ_ａｂｃはモータ２０のａ、ｂ及びｃ相の各誘起電圧である。

しかし、上記数２におけるｄ−ｑ軸の誘起電圧ｅ_ｄ０及びｅ_ｑ０は、モータ２０の無負荷状態で測定したものであり、実際にモータ２０に電流が供給されると電機子反作用が発生し、誘起電圧ｅ_ｄ０及びｅ_ｑ０の波形が変化する。つまり、上記数４の出力トルク式は、トルクリップルが発生しない理想のトルク式であるが、電機子反作用のために、数２に基づいて生成した電流指令値をモータ２０に供給しても、トルクリップルが発生する。かかるトルクリップルの発生メカニズムについて、以下に説明する。

先ず、電機子反作用を考慮した誘起電圧モデルを説明する。モータ２０を磁気回路として導いた場合、そのパーミアンス特性は下記数５に示されるようになる。

ここで、Ｂ_ｍａ、Ｂ_ｍｂ、Ｂ_ｍｃはモータ２０の各相のマグネット内部磁束密度であり、ｉａ、ｉｂ、ｉｃはモータ２０の各相のコイル電流であり、Ｈ_ｍａ、Ｈ_ｍｂ、Ｈ_ｍｃはモータ２０の各相のマグネット内部磁場であり、δ_ａ、δ_ｂ、δ_ｃは各相のギャップ有効長であり、ｈ_ａ、ｈ_ｂ、ｈ_ｃは各相のマグネット厚さであり、Ｎはコイル巻数であり、μ_０は真空の透磁率である。

また、マグネット内部での各相の磁束密度Ｂ_ｍと、外部から加えた磁場Ｈ_ｍ及び磁化Ｊの関係を表すと、下記数６に示されるようになる。

ここにおいて、磁束密度Ｂ、磁束Φ及びマグネットの磁束通過面積Ｓの関係が“Φ＝ＳＢ”であることから、この関係式を上記数５に代入して変形すると、下記数７になる。

ここで、Ｓ_ａ、Ｓ_ｂ、Ｓ_ｃは各相の磁束通過面積であり、各相の磁束通過面積Ｓ_ａ、Ｓ_ｂ、Ｓ_ｃ、各相のマグネット厚さｈ_ａ、ｈ_ｂ、ｈ_ｃ、各相ギャップ有効長δ_ａ、δ_ｂ、δ_ｃはいずれもモータの機械的な設計に基づく定数であり、モータ回転の影響を受けない定数である。

そして、上記数７を誘起電圧の３相／２相変換式に代入すると、下記数８になる。

上記数８より、上記数８には、マグネット単体により発生する誘起電圧（モータ無負荷状態）及びモータに電流を供給した状態の誘起電圧への影響が含まれていることが分かる。そして、電流が「０」の場合の誘起電圧はマグネット単体より発生する誘起電圧であり、この場合のｄ−ｑ軸の誘起電圧をｅ_ｄ０及びｅ_ｑ０とすると、上記数８は下記数９のように示すことができる。

さらに、３相電流の微分値とｄ−ｑ軸電流の関係式を上記数９に代入して整理すると、
下記数１０のように表すことができる。

上記数１０における誘起電圧ｅ_ｄ及びｅ_ｑはモータに電流を供給した通電中の誘起電圧、即ち、電機子反作用を考慮した誘起電圧であり、上記数１０の右辺第２項は通電による誘起電圧波形の歪み若しくはゆがみ（電機子反作用）を示しており、これがトルクリップルの原因となる。また、電流の微分が関係しているため、電流に微小な高次高調波が含まれると、その次数分だけ倍加された歪み若しくはゆがみが発生する。

次に、上記数１０を数２のトルク一定式に置き換え、電機子反作用を考慮したトルク一定式は下記数１１に示されるようになる。

数１１中の誘起電圧ｅ_ｄ０及びｅ_ｑ０を、モータを通電せずにある回転速度ω_ｍ０において測定した誘起電圧とすると、“ｅ_ｄ０＝（ω_ｍ／ω_ｍ０）ｅ_ｄ００”、“ｅ_ｑ０＝（ω_ｍ／ω_ｍ０）ｅ_ｑ００”の関係が成立し、電気角速度ω_ｅと機械角速度ω_ｍの関係は“ω_ｅ＝ｐ・ω_ｍ（ｐはモータの極対数）”であるので、数１１は下記数１２のようになる。

ここで、ａ＝１／ω_ｍ０、ｂ＝ｐである。

上記数１２により、モータを通電中（モータ負荷状態）の歪みを含む誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊を求めることによって、誘起電圧の影響を補正することができる。

上述した原理に基づいた、本発明の構成例を図２に示す。図２は図１の基本構成に対応しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

ＲＤＣ２２でディジタル変換されたレゾルバ２１の出力がモータ角度θとして誘起電圧マップ３０２及び誘起電圧補正部３０３に入力され、誘起電圧マップ３０２からモータ角度θに応じた誘起電圧ａ・ｅ_ｄ００及びａ・ｅ_ｑ００が減算部４０Ａに入力される。一方、モータ角度θが入力される誘起電圧補正部３０３には、ｄ−ｑ軸の実測された補正電流指令値ｉｄ^＊及びｉｑ^＊も入力され、上記数１１に基づいて誘起電圧ｅ_ｄ００及びｅ_ｑ００の角速度補正値ｂ・Ｋ_ｄ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）及びｂ・Ｋ_ｑ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）が演算されて減算部４０Ａに減算入力され、減算部４０Ａにおいて減算処理（ａ・ｅ_ｄ００−ｂ・Ｋ_ｄ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）及びａ・ｅ_ｑ００−ｂ・Ｋ_ｑ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊））され、補正された誘起電圧ｅ_ｄ ^＊（＝ａ・ｅ_ｄ００−ｂ・Ｋ_ｄ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊））及びｅ_ｑ ^＊（＝ａ・ｅ_ｑ００−ｂ・Ｋ_ｑ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊））がｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力される。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、補正された誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊を用いて上記数１２により、電機子反作用が考慮された電流指令値ｉｄ及びｉｑを演算する。

なお、本例では補正電流指令値ｉｄ^＊及びｉｑ^＊は、モータ電流の実測値としているが、１サンプリング前のデータでも良い。

このように、誘起電圧補正部３０３を備えることにより、電機子反作用による誘起電圧の歪みやゆがみを考慮した誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊を演算することができ、誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊に基づいてｄ−ｑ軸の電流指令値ｉｄ及びｉｑを演算することにより、容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。

以下に、その動作例を図３のフローチャートを参照して説明する。

補正電流指令値ｉｄ^＊及びｉｑ^＊、モータ角度θが誘起電圧補正部３０３に入力され（ステップＳ１０）、誘起電圧補正部３０３は、補正値ｂ・Ｋ_ｄ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）及びｂ・Ｋ_ｑ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）を演算して減算部４０Ａに入力する（ステップＳ１１）。減算部４０Ａでは、モータ角度θに応じた誘起電圧マップ３０２からの誘起電圧ａ・ｅ_ｄ００及びａ・ｅ_ｑ００と、入力された補正値ｂ・Ｋ_ｄ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）及びｂ・Ｋ_ｑ（ｉｄ^＊,ｉｑ^＊）とを減算処理し、補正された誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊を算出してｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力する（ステップＳ１２）。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、補正された誘起電圧ｅ_ｄ ^＊及びｅ_ｑ ^＊に基づいて電流指令値ｉｄ及びｉｑを演算し、終了する（ステップＳ１３）。

また、誘起電圧補正部３０３をマップ化することで、より効率良く制御演算の負荷を軽減することができる。さらに、補正電流指令値ｉｄ^＊及びｉｑ^＊に応じて複数のマップを切替えるようにすることで、一層効率良く、しかも容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。

ここで、誘起電圧波形の変形は、電機子反作用によって引起される現象であることから、本発明の別の実施例形態では、上記数１０における誘起電圧波形の変形が、電流の微分の位相と９０°ずれた波形が関係していることに着目し、誘起電圧波形の変形を誘起電圧の位相ズレとして扱い、モータ２０の電気的位相角を補正することで、トルクリップルや振動・異音の発生を抑制する。つまり、ｄ軸電流がｄ軸誘起電圧に対して位相が９０°ズレていることから、同様にｑ軸電流がｑ軸誘起電圧に対して位相が９０°ズレていることから、誘起電圧波形の変形を誘起電圧の位相ズレと考え、誘起電圧波形を進角補正する。このように誘起電圧波形を進角補正することで、トルクリップルや振動・異音の発生を抑制する本発明の別の実施形態を以下に説明する。

前記数１のトルク一定式に対して制御内部に使用する誘起電圧波形モデルを進角させ、αを進角量とし、ｅ_ｄ＝ａ・ｅ_ｄ００（θ＋α）、ｅ_ｑ＝ａ・ｅ_ｑ００（θ＋α）、ｉｄ＝ｉｄ（θ＋α）とすると、ｑ軸の電流指令値ｉｑは下記数１３で表される。

このように進角量αを用いて補正することにより、位相だけ補正した従来と同様な波形を備える電流指令値ｉｑを求めることができる。

進角量αを組込んだ上記数１３を、電機子反作用を考慮した上記数１４のトルク計算式に代入することにより、進角量αとトルクＴ（θ）の関係を得ることができる。

ここで、電気角０〜３６０°間におけるトルクＴ（θ）の最大値と最小値の差分、つまりトルクリップルが最小になるように電流指令値の進角量αを求めることができ、その進角量αを採用することで、トルクリップルを抑制することができる。進角量αを数学的に求めることは複雑であるため、簡易的に進角量αをスイープしてトルクＴ（θ）の最大値と最小値の差分を順次計算し、その差分が最小となる値を採用する。その際、上記数１３では電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}が変数になっているため、その大きさによって進角量αが変化する。従って、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}に応じて進角量αを演算し、検出されるモータ角度θに進角量αを加算し、補正されたモータ角度θ’（＝θ＋α）を求め、制御内部で使用する誘起電圧波形モデルを進角する。このように進角された誘起電圧波形モデルに対してｄ−ｑ軸の電流指令値ｉｄ及びｉｑを生成し、モータを通電することにより、モータ角度θを補正するだけの簡単な制御系の追加で、効率良く容易にトルクリップルや振動・異音の発生を抑制することができる。

このように、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}に基づいて進角量αを演算し、進角補正を行うようにしても良いが、進角演算数式１３、１４をマップ化（進角マップのルックアップテーブル）することで、より効率良く制御演算の負荷を軽減することができる。電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}と進角量αとの関係をマップ化する方法を以下に説明する。

このような進角マップを具備した本発明の別の構成例を図４に示して説明する。

本実施形態では、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}に基づいて進角量α１を生成する誘起電圧進角マップ３０４と、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}に基づいて進角量α２を生成する誘起電圧進角マップ３０５と、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}に基づいてｄ軸電流を判定して切替信号ＣＳを出力するｄ軸電流判定部３０６と、切替信号ＣＳによって進角量α１、α２を切替える切替部３０７と、切替部３０７からの進角量をモータ角度θと加算する加算部４０Ｂとが設けられている。

ｄ軸電流の有効／無効によって進角量αは変化するため、ｄ軸電流が無効な場合、誘起電圧進角マップ３０４によって求められる進角量α１を採用し、ｄ軸電流が有効の場合には誘起電圧進角マップ３０５によって求められる進角量α２を採用する。つまり、演算された進角量α１及び進角量α２を切替部３０７によって切替え、ｄ軸電流の有効／無効に応じた進角補正を行う。

最小値選択部３３は、入力された操舵補助指令値Ｉｔと電流指令制限値Ｉ_{ｒｅｆ_ｌｉｍ}とを比較し、小さい方を電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}として出力し、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}をｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４、Ｉｒｅｆ／Ｉｄマップ３０１、誘起電圧進角マップ３０４、誘起電圧進角マップ３０５及びｄ軸電流判定部３０６に入力する。電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}が入力された誘起電圧進角マップ３０４は、上記数１３に基づいて、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}の大きさに応じて進角量α１を演算して切替部３０７の接点Ｃ１に入し、誘起電圧進角マップ３０５は、上記数１３に基づいて、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}の大きさに応じて進角量α２を演算して切替部３０７の接点Ｃ２に入力する。また、ｄ軸電流判定部３０６によってｄ軸電流の有効／無効が判定され、ｄ軸電流が有効の場合、切替部３０７の接点を“Ｃ２”に切替える切替信号ＣＳが出力され、ｄ軸電流が無効の場合、切替部３０７の接点を“Ｃ１”に切替える切替信号ＣＳが出力される。そして、切替部３０７はｄ軸電流判定部３０６からの切替信号ＣＳに基づいて接点Ｃ１及びＣ２を切替え、接点が“Ｃ１”の場合には、誘起電圧進角マップ３０４によって演算された進角量α１が加算部４０Ｂに入力され、接点が“Ｃ２”の場合には、誘起電圧進角マップ３０５によって演算された進角量α２が加算部４０Ｂに入力される。ＲＤＣ２２でディジタル変換されたレゾルバ２１の出力がモータ角度θとして加算部４０Ｂに入力されており、進角量α１又は進角量α２と加算処理され、進角補正されたモータ角度θ’（＝θ＋α１又はθ＋α２）が誘起電圧マップ３０２に入力される。誘起電圧マップ３０２は、入力されたモータ角度θ’に応じたｄ−ｑ軸の誘起電圧ｅ_ｄ（θ’）及びｅ_ｑ（θ’）を演算してｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力し、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４によって補正された電流指令値ｉｑ及びｉｄが演算される。

このような構成例において、その動作例を図５のフローチャートを参照して説明する。

電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}が誘起電圧進角マップ３０４、誘起電圧進角マップ３０５及びｄ軸電流判定部３０６に入力され（ステップＳ３０）、誘起電圧進角マップ３０４は、進角量α１を演算して切替部３０７の接点Ｃ１に入力し、誘起電圧進角マップ３０５は、進角量α２を演算して切替部３０７の接点Ｃ２に入力する（ステップＳ３１）。また、ｄ軸電流判定部３０６は、入力された電流指令値_{Ｉｒｅｆ_ｍｉｎ}に基づいてｄ軸電流の有効／無効を判定し（ステップＳ３２）、ｄ軸電流が有効であれば切替部３０７を接点Ｃ２にし（ステップＳ３３）、ｄ軸電流が無効であれば切替部３０７を接点Ｃ１にする（ステップＳ３５）。

切替部３０７が接点Ｃ２に切替えられと、誘起電圧進角マップ３０５からの進角量α２が加算部４０Ｂに入力され、モータ角度θと進角量α２が加算処理され、進角補正されたモータ角度θ’（＝θ＋α２）が誘起電圧マップ３０２に入力され、誘起電圧マップ３０２によってモータ角度θ’に応じたｄ−ｑ軸の誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α２）及びｅ_ｑ（θ＋α２）が演算され、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力される。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、入力された誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α２）及びｅ_ｑ（θ＋α２）に基づいて電流指令値ｉｑ及びｉｄを演算する。（ステップＳ３４）。また、切替部３０７が接点Ｃ１に切替えられると、誘起電圧進角マップ３０４からの進角量α１が加算部４０Ｂに入力され、モータ角度θと進角量α１が加算処理されて、進角補正されたモータ角度θ’（＝θ＋α１）が誘起電圧マップ３０２に入力され、誘起電圧マップ３０２によってモータ角度θ’に応じたｄ−ｑ軸の誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α１）及びｅ_ｑ（θ＋α１）が演算され、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力される。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、入力された誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α１）及びｅ_ｑ（θ＋α１）に基づいて電流指令値ｉｑ及びｉｄを演算する。（ステップＳ３６）。

ここで、上述したようにトルクリップルが最小となる進角量αは、モータ角度０〜３６０°間におけるトルクＴ（θ）の最大値と最小値の差分（トルクリップル）から演算することができ、その差分が最小になる進角量αを採用することで、トルクリップルを抑制することができる。しかし、このような演算を制御装置で行うと、制御装置の負担が増加してしまうため、進角量αをスイープし、トルクＴ（θ）の最大値と最小値の差を順次計算し、その差が最小となる値を進角量αとすることで演算の負担を軽減することができる。

また、上記数１３に示されるように、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}の大きさに合わせて進角量αを変更する必要があるため、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}に応じて進角量αを求め、検出されるモータ角度θに進角量αを加算し、トルクリップルを効率よく抑制する進角マップを求める。このような進角マップの生成方法を図４の誘起電圧進角マップ３０５を例として、以下に説明する。

進角マップの生成例を図６のフローチャートを参照して説明する。

先ず、進角マップを作成するためにパラメータ設定を行う（ステップＳ５０）、モータ駆動制御装置の各制御部のデータを読込み／書込み可能な状態で外部制御装置を接続し、予め外部制御装置に誘起電圧ｅ_ｄ（θ）及びｅ_ｑ（θ）のモータ角度θを０〜３６０°の範囲で設定し、ａ（＝１／ω_ｍ０）、ｂ（＝ｐ）、カウンタ（ｎ１）〜（ｎ１ｍａｘ）、カウンタ（ｎ２）〜（ｎ２ｍａｘ）を設定する。カウンタ（ｎ１）〜（ｎ１ｍａｘ）及び（ｎ２）〜（ｎ２ｍａｘ）は予め所定の間隔で設定する。また、進角量αは例として０〜６０°の範囲で設定する。

ステップＳ５０で設定されたパラメータに基づいて外部制御装置は、電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}（ｎ１）及び進角量α（ｎ２）を加算部４０Ｂに入力する（ステップＳ５１）。そして、加算部４０Ｂはモータ２０からのモータ角度θと進角量α（ｎ２）に基づき（θ＋α（ｎ２））を演算し、誘起電圧マップ３０２に入力する。誘起電圧マップ３０２は、誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α（ｎ２））及びｅ_ｑ（θ＋α（ｎ２））を演算し、ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４に入力する（ステップＳ５２）。ｄ／ｑ軸電流目標値演算部３４は、補正された誘起電圧ｅ_ｄ（θ＋α（ｎ２））及びｅ_ｑ（θ＋α（ｎ２））と、ステップＳ５０において設定された電流指令値ｉｄ（ｎ１）を前記数１３に代入し（ステップＳ５３）、電流指令値ｉｑを求め、外部制御装置が演算結果を読込む。外部制御装置は、ステップＳ５３における演算結果を前記数１４のトルク計算式に代入してトルクＴ（θ）（θ＝０〜３６０°の範囲）を求める（ステップＳ５４）。ここで、外部制御手段は、進角量α（ｎ２）における最大トルクＴｍａｎと最小トルクＴｍｉｎの差分であるトルクリップルΔＴ（ｎ２）（＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を演算する（ステップＳ５５）。

外部制御装置はカウンタ（ｎ２）とカウンタ（ｎｍａｘ）とを比較し（ステップＳ５６）、カウンタ（ｎ２）がカウンタ（ｎｍａｘ）より小さければステップＳ６０に移行し、カウンタ（ｎ２）を“＋１”してカウンタ（ｎ２）が（ｎ２＋１）となり、ステップＳ５１にリターンする。また、カウンタ（ｎ２）がカウンタ（ｎｍａｘ）以上になるとステップＳ５７に移行する。

外部制御装置は、ステップＳ５５において記憶部に記憶保持された進角量αに対する最大トルクＴｍａｎと最小トルクＴｍｉｎの差分であるトルクリップルΔＴ（ｎ２）〜（ｎ２ｍａｘ）の中で、その差分が最小をとるトルクリップルΔＴ（ｎ２ｘ）に対応する進角量α（ｎ２ｘ）をマップデータとして記憶保持する。つまり、このときの電流指令値_{Ｉｒｅｆ_ｍｉｎ}（ｎ１）をＩｍａｐ（ｎ１）として進角量α（ｎ２ｘ）をαｍａｐ（ｎ１）とする（ステップＳ５７）。なお、カウンタ値ｎ２ｘは、ｎ２≦ｎ２ｘ≦ｎ２ｍａｘの範囲である。

外部制御装置は、カウンタ（ｎ１）をカウンタ（ｎｍａｘ）と比較し（ステップＳ５８）、カウンタ（ｎ１）がカウンタ（ｎｍａｘ）より小さければステップＳ６１に移行し、カウンタ（ｎ１）を“＋１”してカウンタ（ｎ１）が（ｎ１＋１）となり、ステップＳ５１にリターンする。つまり、カウンタ（ｎ１）が、予め設定されたカウンタ（ｎ１ｍａｘ）に至るまでステップＳ５１からステップＳ５８が繰り返される。

そして、外部制御手段はＩｍａｐ（ｎ１）〜（ｎ１ｍａｘ）に関してトルクリップルΔＴが最小値をとる各αｍａｐ（ｎ１）〜（ｎ１ｍａｘ）による進角マップを生成する（ステップＳ５９）。

このように、図６のフローチャートでは、図４の構成例を用いてｄ軸電流が有効の場合の誘起電圧進角マップ３０５の作成方法の例を説明したが、ｄ軸電流が無効の場合の誘起電圧進角マップ３０４についても同様に求めることができる。

図７は、図６において生成された電流指令制限値（電流指令値Ｉ_{ｒｅｆ_ｍｉｎ}）に対する進角値（進角量α）の関係を示した進角マップの特性例であり、白丸で示した点がｄ軸電流有効の場合を示し、黒点で示した点がｄ軸電流無効の場合を示している。

図８は、トルクリップルが発生している様子を、進角補正される前と本発明により進角補正された後とを比較して示す特性図である。また、進角補正されていない状態（対策前）を細線で示しており、本発明により進角補正が行われた状態（対策後）を太線で示している。

本発明に係るモータ駆動制御装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明に係るモータ駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係るモータ駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る進角マップの生成方法の例を示すフローチャートである。 進角マップの特性の一例を示す特性図である。 進角補正後の様子を示す特性図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ 操舵補助指令値演算部
３２ 操舵補助指令値制限部
３３ 最小値選択部
３４ ｄ／ｑ軸電流目標値演算部
３５ ２／３相変換部
３０２ 誘起電圧マップ
３０３ 誘起電圧補正部
３０４ 誘起電圧マップ（ｄ軸電流無効）
３０５ 誘起電圧マップ（ｄ軸電流有効）
３０６ ｄ軸電流判定部
３０７ 切替部
４０Ａ 減算部
４０Ｂ 加算部

Claims (6)

1. 少なくとも操舵トルクに基づいて演算されたｄ−ｑ軸の電流指令値に基づいてベクトル制御方式により３以上の相を有するモータを駆動制御すると共に、前記モータのモータ角度を検出若しくは推定する手段を具備しているモータ駆動制御装置において、
   前記モータ角度に基づいて誘起電圧波形モデルを補正する補正部が前記電流指令値に応じて複数備えられていると共に、前記複数の補正部によって演算された補正値により、前記ｄ−ｑ軸電流指令値を演算する手段を具備したことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記複数の補正部がマップ化されている請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記ｄ軸電流指令値の有無に応じて前記複数の補正部を切替えて前記モータ角度を進角補正する機能を具備している請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記進角量が前記電流指令値と前記モータ角度の関数になっている請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記１乃至４のいずれかに記載のモータ駆動制御装置が、車両のステアリング系にアシスト力を付与するモータの駆動に用いられた電動パワーステアリング装置。
6. 少なくとも操舵トルクに基づいて、マップを参照して演算されたｄ−ｑ軸の電流指令値に基づいてベクトル制御方式により３以上の相を有するモータを駆動制御すると共に、前記モータのモータ角度を検出若しくは推定する手段を具備しているモータ駆動制御装置のマップ生成方法において、所定範囲内の前記電流指令値に応じて前記モータ角度を所定間隔で進角補正し、前記モータのトルクリップルが最小となる進角量と前記電流指令値との関係に基づいて前記マップを生成することを特徴とするモータ駆動制御装置のマップ生成方法。

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