JP5952009B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、操向ハンドル（ステアリングホイール）等の操作部材による車両の操舵時に、操舵系（ステアリング系）にモータ（電動機）の動力を操舵アシスト力（操舵補助力）として伝え、運転者による操向ハンドル等の操作部材の操作負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関し、一層詳細には、前記モータのトルクリップルを低減する電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、電動パワーステアリング装置では、前記モータとして３相ブラシレスモータ（以下、単にモータともいう。）が採用され、この３相ブラシレスモータを駆動するにあたり、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のコイル中、２相のコイルの電流を検出し、残りの１相のコイルの電流を演算により算出している（特許文献１）。

前記コイルの電流を検出するセンサとして、図１３に模式的に示すように、ホール効果を用いたセンサ（ホールセンサ）などが用いられる。

このホールセンサ２では、部分的に切断されたリング状の磁気コア３中を、コイル（導線）４を貫通させる。制御電流を流したホール素子５を切断部に配置固定する。検出しようとするコイル４に流れる電流（検出電流）Ｉの変化に応じて変化する前記磁気コア３の前記切断部における磁束（磁界）を、前記ホール素子５の感磁面で感磁させ、前記磁界の強さに応じて発生した電圧を増幅器６で増幅することで、ホールセンサ２により、検出電流Ｉに対応した出力電圧Ｖ、結局、検出電流Ｉを検出することができる。

特許第３８４９９７９号公報（図２、［００３４］）

ところで、前記電動パワーステアリング装置における前記モータは、運転者の操舵トルクに基づいて目標電流（目標電流Ｉｔという。）が設定され、前記検出電流Ｉがこの目標電流Ｉｔに等しくなるように電流フィードバック制御される。

しかしながら、前記検出電流Ｉが前記目標電流Ｉｔに等しくなるように電流フィードバック制御を行っても、前記モータにトルクリップルが発生し、このトルクリップルを原因として、前記電動パワーステアリング装置に異音や騒音が発生し、さらには、操舵フィーリングが劣化する不具合が発生することがある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、前記モータにトルクリップルが発生する原因を究明し、前記トルクリップルを低減することで、前記異音や前記騒音の発生を抑制し、且つ前記操舵フィーリングが劣化する不具合を解消することを可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記操舵トルク検出部によって検出された操舵トルクに基づいて３相のモータに供給する目標電流を設定する目標電流設定部と、前記モータの２相の電流をそれぞれ検出する第１及び第２電流検出部（例えば、実施形態におけるＵ相及びＶ相の電流センサ５６及び５７）と、前記目標電流設定部によって設定された目標電流と、前記第１及び第２電流検出部によって検出された第１及び第２検出電流とに基づいて前記モータを駆動するモータ駆動部と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、以下の特徴（１）〜（４）を有する。

（１）前記第１及び第２検出電流には、前記２相に実際に流れている第１及び第２実電流（例えば、第１の実電流として図４Ａの実線で示す実電流Ｉｕ、第２の実電流として図５Ａの実線で示す実電流Ｉｖ）に対して、それぞれ、第１及び第２位相遅れ量（例えば、第１位相遅れ量は図４Ａのθｄ１、第２位相遅れ量は図５Ａのθｄ２）が含まれており、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流の前記第１及び第２位相遅れ量の差が減るように前記第１又は第２検出電流の位相を補正する検出電流位相補正部を更に備え、前記モータ駆動部は、前記目標電流設定部によって設定された前記目標電流と、前記検出電流位相補正部により補正した第１及び第２補正検出電流と、に基づいて前記モータを駆動することを特徴とする。

この発明によれば、モータ駆動部が、目標電流設定部によって設定された目標電流と、前記検出電流位相補正部により前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流の前記第１及び第２位相遅れ量の差が減るように前記第１又は第２検出電流の位相を補正した第１及び第２補正検出電流と、に基づいてモータを駆動するようにしたので、前記第１及び第２検出電流に含まれている前記第１及び第２電流検出部の位相遅れ量（の差）を原因として発生する前記モータのトルクリップルを低減することができる。なお、位相遅れ量（の差）を原因としてトルクリップルが発生する理由については、後述する。

この場合、２相の前記第１及び第２検出電流の異なる位相遅れ量を、それぞれ補正した第１及び第２補正検出電流から残りの相の補正検出電流を計算（推定）することができる。

（２）上記の特徴（１）を有する発明において、前記検出電流位相補正部は、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、位相遅れが小さい検出電流の位相遅れ量を増加させる補正を行うことを特徴とする。

この発明によれば、位相遅れが小さい検出電流の位相遅れ量を増加させる補正を行うようにしたので、前記トルクリップルを低減すると同時に、位相遅れが小さい前記検出電流中の高周波成分のノイズを減衰させることができる。

（３）上記の特徴（１）を有する発明において、前記検出電流位相補正部は、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、位相遅れが大きい検出電流の位相遅れ量を減少させる補正を行うことを特徴とする。

この発明によれば、位相遅れが大きい検出電流の位相遅れ量を減少させる補正を行うようにしたので、前記第１及び第２電流検出部のうち、位相遅れの大きい電流検出部で発生する検出遅延量を少なくすることができ、結果として、前記トルクリップルを低減すると同時に、前記第１及び第２補正検出電流を前記目標電流に、より素早く追従させることができる。

（４）上記の特徴（１）〜（３）のいずれかを有する発明において、前記モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出部を更に備え、前記検出電流位相補正部は、前記モータ回転方向検出部によって検出された前記モータの前記回転方向に基づき、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、少なくとも１つの検出電流の前記位相遅れ量の補正量を決定することを特徴とする。

この発明によれば、モータ回転方向検出部によって検出されたモータの回転方向に基づいて、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、少なくとも１つの検出電流の位相遅れ量の補正量を決定するようにしたので、モータ回転方向の切り替えに応じて変化する前記検出電流の位相遅れ量に応じた補正量を決定することができる。

この発明によれば、モータ駆動部が、目標電流設定部によって設定された目標電流と、第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流の第１及び第２位相遅れ量の差が減るように前記第１又は第２検出電流の位相を検出電流位相補正部により補正した第１及び第２補正検出電流と、に基づいてモータを駆動するようにしたので、前記第１及び第２検出電流に含まれている前記第１及び第２電流検出部の位相遅れ量（の差）を原因として発生する前記モータのトルクリップルを低減することができる。

前記トルクリップルが低減されることで、前記電動パワーステアリング装置に発生する騒音及び異音を抑制し、且つ操舵フィーリングの劣化を防止して軽快な操舵フィーリングを得ることができる。

また、３相のモータ電流中、少なくとも２相の各検出電流の異なる位相遅れ量を補正した補正検出電流から、残りの相の検出電流（補正検出電流）を計算（推定）することができる。

この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構成図である。 図１例の電動パワーステアリング装置中、制御装置とモータ駆動制御装置を備えるモータ制御システムの構成図である。 この実施形態の要部に係る検出電流位相補正部のブロック図である。 図４Ａは、Ｕ相実電流とＵ相検出電流とを示す波形図である。図４Ｂは、Ｕ相実電流とＵ相検出電流とによるリサージュ波形図である。 図５Ａは、Ｖ相実電流とＶ相検出電流とを示す波形図である。図５Ｂは、Ｖ相実電流とＶ相検出電流とによるリサージュ波形図である。 位相遅れ量の異なる２相の電流センサの検出電流を検出電流位相補正部で補正しなかった場合のトルクリップル等を示す波形図である。 ｆｃ設定テーブルを含む、位相補正の有無による各量を比較説明するための比較テーブルを示す説明図である。 図８Ａは、Ｖ相の実電流に対して検出電流の位相遅れ量を、Ｕ相と同じ位相遅れ量となるように、位相補正を行った結果の波形図である。図８Ｂは、図８Ａの実電流と補正検出電流によるリサージュ波形図である。 位相遅れ量の異なる２相の電流センサの検出電流を検出電流位相補正部で補正した場合のトルクリップル等を示す波形図である。 電流位相誤差がない場合の相電流とモータトルクの計算例を示す波形図である。 電流位相誤差がある場合の相電流とモータトルクの計算例を示す波形図である。 他の実施例に係る検出電流位相補正部のブロック図である。 電流センサの例を示す回路図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０の構成図である。

車両（不図示）に搭載された電動パワーステアリング装置１０は、操向ハンドル１２に連結されたステアリング軸１４に対して、運転者が与える操舵トルクを補助するトルク（補助トルク）を与えるように構成される。

ステアリング軸１４の上端は操向ハンドル１２に連結され、下端にはピニオン１６が取り付けられている。ピニオン１６に噛み合うラック１８を設けたラック軸２０が配置されている。ピニオン１６とラック１８によってラック・ピニオン機構２２が形成される。ラック軸２０の両端にはタイロッド２４が設けられ、各タイロッド２４の外側端には前輪（転舵輪）２６が取り付けられている。

ステアリング軸１４に対して、減速機構である動力伝達機構２８を介してモータ（ブラシレスモータ）３０が設けられている。モータ３０は、操舵トルクを補助するための回転力を出力する。この回転力は、上記補助トルクとして、動力伝達機構２８を経由して増力されステアリング軸１４に与えられる。

ステアリング軸１４には、また、操舵トルクセンサ３２が設けられている。操舵トルクセンサ３２は、運転者が操向ハンドル１２を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１４に加えたとき、ステアリング軸１４に加わる当該操舵トルクの大きさと方向を検出し、検出した操舵トルクの大きさに応じた電気信号である操舵トルクＴｓと方向を出力する。操舵トルクセンサ３２は例えばトーションバーを利用して構成されている。

ステアリング軸１４には、さらに、ステアリング軸１４の回転による操舵角、すなわち舵角を操舵方向を含めて検出し、検出した舵角に応じた電気信号である舵角θｓを出力する舵角センサ３４が設けられている。

電動パワーステアリング装置１０の搭載車両には、当該車両の走行速度に対応した電気信号である車速Ｖｓを検出して出力する車速センサ３６が設けられている。

さらにまた、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２を備える。制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２に対して、上述した操舵トルクセンサ３２、舵角センサ３４、車速センサ３６、モータ３０、及び後述する回転角センサ３８が電気的に接続されている。

図２は、図１に示した、電動パワーステアリング装置１０のモータ３０を駆動制御する、制御装置（モータ制御装置）４０を含むモータ駆動制御装置４２を備えるモータ制御システム５０の構成図である。

制御装置４０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、前記ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、並びにＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、タイマ等を備えるマイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの前記ＣＰＵが各種入力に基づき前記ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで各種機能部（各種機能手段）として動作する。

モータ３０は、ｄｑ軸電流成分に基づくベクトル制御により、モータ駆動制御装置４２によって駆動制御される。

モータ３０には、モータ３０のロータの回転角を検出し、電気信号であるロータ回転角、すなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出して出力するレゾルバ等の回転角センサ３８が設けられている。

制御装置４０内のＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータ４６により回転角センサ３８の出力からモータ３０のロータ回転角θｍ及びモータ３０の回転速度（モータ回転速度、モータ回転数、又は回転数ともいう。）Ｎｍがデジタル信号として出力される。なお、回転速度Ｎｍには、正負があるので、回転速度Ｎｍには、実質的にモータ３０の回転方向Ｄｍも含まれている。回転方向Ｄｍは、時計方向ＣＷ（Ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）か反時計方向ＣＣＷ（Ｃｏｕｎｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）のいずれかである。

モータ駆動制御装置４２は、操舵トルクセンサ３２からの操舵トルクＴｓ、舵角センサ３４からの舵角θｓ、車速センサ３６からの車速Ｖｓ及び回転角センサ３８からのモータ回転角（ＲＤコンバータ４６からのロータ回転角θｍ）等に基づき、モータ３０を回転駆動するモータ電流Ｉｍ｛Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の相電流（Ｕ相電流：Ｕ相実電流ともいう。）Ｉｕ、相電流（Ｖ相電流：Ｖ相実電流ともいう。）Ｉｖ、相電流（Ｗ相電流：Ｗ相実電流ともいう。）Ｉｗ｝を流すための電圧（相電圧）Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをモータ３０に対して出力する。

この場合、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を構成するＰＷＭ変換部５２からのＵ、Ｖ、Ｗ各相のＰＷＭ信号に基づいて、バッテリ６０から供給される電力を、例えばＦＥＴフルブリッジ構成のインバータ５４によって電力変換（直流→三相交流変換）することによりモータ３０を駆動し、モータ３０の各巻線に正弦波の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを通電してベクトル制御を行うことで、補助トルクを発生させる。上述したように、モータ３０の補助トルクは、運転者の操向ハンドル１２の操作をアシストする。

モータ３０に実際に流れるモータ電流Ｉｍ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を構成する３相実電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ中、Ｕ相実電流Ｉｕ及びＶ相実電流Ｉｖの大きさと流れる方向とがモータ電流センサ（以下、電流センサという。）５６、５７によりそれぞれ検出され電気信号としての検出電流Ｉｕ´、Ｉｖ´にされ、検出電流位相補正部６２に供給される。

検出電流位相補正部６２は、電流センサ５６、５７によって検出されたＵ相の検出電流Ｉｕ´及びＶ相の検出電流Ｉｖ´の位相遅れ量を補正し、Ｕ相の補正検出電流Ｉｕ^＊とＶ相の補正検出電流Iｖ^＊としてｄｑ変換部５８にフィードバック出力する。

演算部５９は、補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊からＷ相の補正検出電流Ｉｗ^＊を次の（１）式により算出（推定）し、補正検出電流Ｉｗ^＊をｄｑ変換部５８に電流フィードバック出力する。
Ｉｗ^＊＝−Ｉｕ^＊−Ｉｖ^＊ …（１）

ｄｑ変換部５８は、補正検出電流（相電流）Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊、Ｉｗ^＊から、ｄｑ変換を行う。

ベクトル制御におけるｄｑ座標とは、例えば２極のロータを有するモータ３０において、永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）とする回転直交座標であり、モータ３０のロータと共に同期して回転する。

制御装置４０が、ｑ軸を基準とした電流位相を与えることにより、インバータ５４からモータ３０の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを与えるようになっている。

制御装置４０は、２相回転磁界座標系（ｄｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって、指令トルクＴｍｃｏｍに応じたモータ３０の制御を行う。すなわち、操向ハンドル１２に加わる操舵トルクＴｓを操舵トルクセンサ３２により検出し、検出した操舵トルクＴｓに応じたアシストトルクが得られるようにモータ３０をベクトル制御することにより、手動操舵のアシストを行う。

基本的には、以上のように構成され動作する制御装置４０及びモータ駆動制御装置４２の基本動作についてさらに詳細な構成を説明しながら、電動パワーステアリング装置１０との関係において以下に説明する。

制御装置４０は、先ず、指令トルク算出部６７において、操舵トルクセンサ３２が検出して出力する操舵トルクＴｓ、舵角センサ３４が検出して出力する操舵角θｓから算出した操舵角速度ｄθｓ／ｄｔ、及び車速センサ３６が検出して出力する車速Ｖｓなどに基づき、指令トルクＴｍｃｏｍを求める。この指令トルクＴｍｃｏｍから、目標電流設定部６８において、モータ電流Ｉｍの目標電流Ｉｔが設定され、ｑ軸目標電流設定部７０に出力される。

ｑ軸目標電流設定部７０は、目標電流Ｉｔに基づいて、トルク電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを設定する。一方、ｄ軸目標電流設定部７２は、弱め界磁電流指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍを基準値（ここでは、０値）に設定する。

一方、電流センサ５６、５７によって検出され、検出電流位相補正部６２によって補正された、モータ３０の３相の補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊、Ｉｗ^＊がロータ回転角θｍに基づきｄｑ変換部５８によりｄ軸電流とｑ軸電流に変換され、ｄ軸実電流値ｉｄｒ及びｑ軸実電流値ｉｑｒが求められる。

減算部８４は、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍと電流フィードバックされたｑ軸実電流値ｉｑｒとの偏差Δｉｑを算出する。

加算部８６は、ｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍ（＝０）に対して弱め界磁電流設定部であるｄ軸電流設定部６１で設定されたｄ軸電流Ｉｄ（＜０）を加算してｄ軸電流目標値ｉｄｔ（＜０）を算出する。

減算部８８は、ｄ軸電流目標値ｉｄｔと電流フィードバックされたｄ軸実電流値ｉｄｒとの偏差Δｉｄを算出する。

ＰＩ演算部８０、８２は、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）制御処理及びＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）制御処理を実行し、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑをそれぞれ０に近づけようとするｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍを算出し、ｄｑ逆変換部９０に出力する。

ｄｑ逆変換部９０は、ｄｑ座標上でのｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍに対してロータ角度θｍを用いてｄｑ逆変換を行い、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流指令電圧Ｖｕ、Ｖ相交流指令電圧Ｖｖ及びＷ相交流指令電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ変換部５２は、各相交流指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、インバータ５４の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン・オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めＰＷＭ変換部５２に記憶されている。

各パルス幅変調信号によりインバータ５４が駆動され、対応する相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがモータ３０の固定子の各巻線に供給されることで、回転磁界が発生され、モータ３０のロータ（回転子）が回転する。

ｄ軸電流設定部６１により設定される弱め界磁電流Ｉｄ（負の値）は、公知のように（例えば、特許文献１）、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい領域、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域、及びモータ回転数Ｎｍが大きい領域で、それぞれ独立に流れるように設定されて、界磁弱めが行われ、例えば、モータ３０の低トルク領域でモータ回転数Ｎｍが増加するように制御される。

次に、この発明の要部に係わる検出電流位相補正部６２の構成及び動作（トルクリップルの低減動作）について説明する。

図３は、この実施形態に係る検出電流位相補正部６２の構成図である。検出電流位相補正部６２は、遮断周波数ｆｃｕを有するＵ相位相補正用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）からなるＵ相検出電流位相補正部（単に、Ｕ相位相補正部ともいう。）６２ｕと、遮断周波数ｆｃｖを有するＶ相位相補正用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）からなるＶ相検出電流位相補正部（単に、Ｖ相位相補正部ともいう。）６２ｖと、前記遮断周波数ｆｃｕ、ｆｃｖを、ＲＤコンバータ４６から供給されるモータ３０の回転方向Ｄｍに基づき遮断周波数設定テーブル（ｆｃ設定テーブル）６３を参照して前記Ｕ相位相補正部６２ｕと前記Ｖ相位相補正部６２ｖの各ローパスフィルタに設定する位相補正量設定部６４と、から構成される。

Ｕ相位相補正部６２ｕの入力ポートには、電流センサ５６により検出されたアナログ信号の検出電流Ｉｕ´が図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号の検出電流Ｉｕ´に変換されて供給される。

Ｖ相位相補正部６２ｖの入力ポートには、電流センサ５７により検出されたアナログ信号の検出電流Ｉｖ´が図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号の検出電流Ｉｖ´に変換されて供給される。

Ｕ相位相補正部６２ｕ、及びＶ相位相補正部６２ｖで補正された補正後の補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊は、Ｕ相位相補正部６２ｕ、及びＶ相位相補正部６２ｖの各出力ポートからｄｑ変換部５８及び演算部５９へ供給される。

ここで、Ｕ相実電流ＩｕからＵ相検出電流Ｉｕ´を検出する電流センサ５６、及びＶ相実電流ＩｕからＶ相検出電流Ｉｖ´を検出する電流センサ５７は、それぞれ、図１３に示した構成のホールセンサ２を用いている。

［トルクリップルの発生理由と前記トルクリップルの低減手法の説明］
まず、トルクリップルが発生する理由について説明する。

前記のホールセンサ２を用いた電流センサ５６、５７での検出電流Ｉｕ´、Ｉｖ´には、それぞれ、モータ３０のＵ相コイルとＶ相コイルに流れるＵ相実電流Ｉｕ、Ｖ相実電流Ｉｖに対して、位相遅れが含まれており、その位相遅れ量が、Ｕ相とＶ相の電流センサ５６、５７で異なる場合があることを突きとめた。

図４Ａは、それぞれが正弦波であるＵ相実電流Ｉｕに対して電流センサ５６で検出されるＵ相の検出電流Ｉｕ´が位相遅れ量θｄ１だけ遅れている波形図を示しており、図４Ｂは、最大値が６６［Ａ］程度の正弦波のＵ相実電流ＩｕとＵ相検出電流Ｉｕ´の±４［Ａ］範囲のリサージュ波形実測結果を示している。

図５Ａは、それぞれが正弦波であるＶ相実電流Ｉｖに対して電流センサ５７で検出されるＶ相の検出電流Ｉｖ´が位相遅れ量θｄ２だけ遅れている波形図を示しており、図５Ｂは、最大値が６６［Ａ］程度の正弦波のＶ相実電流ＩｖとＶ相検出電流Ｉｖ´の±４［Ａ］範囲のリサージュ波形実測結果を示している。

ここで、検出電流Ｉｕ´、Ｉｖ´は、モータ駆動制御装置４２に内蔵されているホールセンサ２を用いた比較的に廉価な電流センサ５６、５７により検出され、実電流Ｉｕ、Ｉｖは、図示しない外部電流センサ、例えば、高精度・広帯域・大電流の電流プローブ、特に、位相遅れ量が位相遅れ量θｄ１、θｄ２に比較して無視できるほど小さい電流センサにより、インバータ５４からの出力線に流れる実電流Ｉｕ、Ｉｖを、モータ３０の入り口近傍３０ｕ、３０ｖ（図２参照）で検出したものである。これらの検出波形である、Ｕ相実電流ＩｕをＸ軸、Ｕ相検出電流Ｉｕ´をＹ軸として外部計測装置に接続することにより、前記外部計測装置の表示器上に、Ｕ相実電流ＩｕとＵ相検出電流Ｉｕ´のリサージュ波形実測結果（図４Ｂ）が得られる。同様に、検出波形である、Ｖ相実電流ＩｖをＸ軸、Ｖ相検出電流Ｉｖ´をＹ軸として前記外部計測装置に接続することにより、前記外部計測装置の表示器上に、Ｖ相実電流ＩｖとＶ相検出電流Ｉｖ´のリサージュ波形実測結果（図５Ｂ）が得られる。

図４ＢのＵ相実電流Ｉｕ及びＵ相検出電流Ｉｕ´のリサージュ波形実測結果から、Ｕ相電流センサ５６の位相遅れ量θｄ１が電流換算で略２［Ａ］相当であり、図５ＢのＶ相実電流Ｉｖ及びＶ相検出電流Ｉｖ´のリサージュ波形実測結果から、Ｖ相電流センサ５７の位相遅れ量θｄ２が電流換算で略０．５［Ａ］相当であることが分かった。

この場合、Ｕ相の位相遅れ量θｄ１［ｄｅｇ］は、次の（２）式、Ｖ相の位相遅れ量θｄ２[ｄｅｇ]は、次の（３）式で計算される。
ａｒｃｓｉｎ（２／１３２）≒０．９［ｄｅｇ］ …（２）
ａｒｃｓｉｎ（０．５／１３２）≒０．２［ｄｅｇ］ …（３）

図６は、位相遅れ量θｄ１、θｄ２の異なる２相の電流センサ５６、５７の検出電流Ｉｕ´と検出電流Ｉｖ´を検出電流位相補正部６２で補正しなかった場合のトルクリップルＴｍａの波形を示している。

トルクリップルＴｍａ中、電気角θ［ｄｅｇ］で、検出電流Ｉｕ´、Ｉｖ´の２倍の周波数である２次の成分のトルクリップルＴｍａ２［Ｎｍ］の大きさ（振幅、ピークツーピーク値）が、概ね０．０７［Ｎｍ］存在し、この２次の成分のトルクリップルＴｍａ２が電動パワーステアリング装置１０に生じる振動や異音の原因であり、且つ操舵フィーリングの劣化の主な原因であることを突きとめた。

なお、図６のトルクリップルＴｍａの波形には、２次の成分以外に６次の成分も存在するが、６次の成分は、振幅が比較的に小さく又高周波であるので、振動や異音の原因及び操舵フィーリングの劣化の主な原因にはなっていない。

この場合、位相遅れ量θｄ１と位相遅れ量θｄ２との差は、ＥＣＵであるモータ駆動制御装置４２内に配置される電流センサ５６、５７のレイアウト（配置位置）によりＵ相とＶ相において、電流センサ５６、５７が受ける外部磁界の影響がそれぞれ異なることが原因で発生していることも突きとめた。しかし、モータ駆動制御装置４２内の限られた空間に電流センサ５６、５７を配置する必要性から、外部磁界の影響を受けないほどの間隔を設けて電流センサ５６、５７を配置することは、コストと搭載性の面から困難である。また、前記の外部磁界は、主にモータ３０の駆動回路であるインバータ５４から発生する外部磁界であり、モータ３０の回転方向Ｄｍが逆転すると、電流センサ５７、５８の位相遅れ量θｄ１と位相遅れ量θｄ２とが逆転することも突き止めた。

以上の説明が、トルクリップルの発生理由の説明である。

次に、トルクリップルの低減手法について説明する。

基本的には、電流センサ５７、５８で発生する位相遅れ量θｄ１と位相遅れ量θｄ２を同一の値に揃えれば２次のトルクリップルＴｍａ２が低減できることが分かる。

位相遅れ量を操作するために、この実施形態では、ローパスフィルタの位相遅れ量［ｄｅｇ］を利用している。したがって、位相補正量設定部６４に格納されるｆｃ設定テーブル６３の遮断周波数ｆｃも回転方向Ｄｍに応じて交換されるようになっている。

図７は、ｆｃ設定テーブル６３を含む、位相補正の有無による各量を比較説明する比較テーブル６５である。

ｆｃ設定テーブル６３において、モータ３０の回転方向Ｄｍが時計方向ＣＷである場合には、Ｕ相位相補正部６２ｕのローパスフィルタ（この実施形態では、例として、次数が１次のローパスフィルタ）に設定されるＵ相遮断周波数ｆｃｕは、１９００［Ｈｚ］に設定され、Ｖ相遮断周波数ｆｃｖは、１７００[Ｈｚ]に設定される。この設定により、上述した電気角θで２次の成分のトルクリップルＴｍａ２に対し、ｆｃｖ＝１７００［Ｈｚ］によりＶ相検出電流Ｉｖ′に約１．５［Ａ］相当の位相遅れ量を付与することが可能となり、ｆｃｕ＝１９００［Ｈｚ］は、Ｕ相検出電流Ｉｕ′には、ほとんど位相遅れ量を付与しない。

なお、２次のトルクリップルＴｍａ２の周波数は、１００〜４００［Ｈｚ］程度であり、電流周波数は、その半分の５０〜２００［Ｈｚ］程度、位相誤差補正量は０．２〜０．７［ｄｅｇ］程度であった。

加えて、いずれの検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′にも、ローパスフィルタ処理しているので、高周波の雑音を除去することができる。

よって、位相補正後の検出電流であるＵ相の補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｖ相の補正検出電流Ｉｖ^＊との位相差は、０［Ａ］相当となり、補正検出電流Ｉｕ^＊と補正検出電流Ｉｖ^＊を用いて演算部５９によりＷ相の補正検出電流Ｉｗ^＊を、再掲する次の（１）式により計算（推定）することで、補正検出電流Ｉｕ^＊と補正検出電流Ｉｖ^＊と補正検出電流Ｉｗ^＊は、それぞれ、正確に１２０[ｄｅｇ]の位相差を持つこととなる。
Ｉｗ^＊＝−Ｉｕ^＊−Ｉｖ^＊ …（１）

図８Ａは、電気角θで２次のトルクリップルＴｍａ２を低減するために、Ｖ相の実電流Ｉｖに対して検出電流Ｉｖ´の位相遅れ量θｄ２（図５Ｂ参照）を、Ｕ相と同じ位相遅れ量θｄ１となるように、Ｖ相位相補正部６２ｖで位相補正を行った結果の波形を示している。このように位相補正を行えば、図８Ｂに示すように、補正後のＶ相電流Ｉｖ（実電流）、Ｉｖ´（補正検出電流）のリサージュ波形実測結果から、位相遅れ量θｄ２が電流換算で２［Ａ］相当になることが分かり、Ｕ相と同等の位相遅れ量θｄ１（電流換算で２［Ａ］）になっていることが分かる。

図９は、位相遅れ量θｄ１、θｄ２の異なる２相の電流センサ５６、５７の検出電流Ｉｕ´と検出電流Ｉｖ´を検出電流位相補正部６２で補正した後のトルクリップルＴｍｂの波形を示している。

トルクリップルＴｍｂ中、電気角θ［ｄｅｇ］で、補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊の２倍の周波数である２次の成分のトルクリップルＴｍａ２［Ｎｍ］の大きさ（振幅、ピークツーピーク値）が、概ね０．０４［Ｎｍ］に低減している。トルクリップルＴｍａ（図６）からトルクリップルＴｍｂ（図９）への低減により電動パワーステアリング装置１０に生じる振動や異音を抑制することができ、且つ軽快な操舵フィーリングを実現することができる。

以上の説明が、トルクリップルの低減手法の説明である。

［電流位相誤差により発生する、電気角で２次のトルクリップルの理論検討］
この理論検討の項では、理解の便宜のために、Ｉｕ、Ｉｕ′等、上記した符号を重複して使用する。従って、この理論検討の項で使用した符号は、この項以外では、異なる意味を有する場合がある。

最初に、相電流に位相誤差がない場合のトルクリップルについて説明する。

この理論検討では、３相の各相の電流を、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとし、回転磁束を、Ｂｕ、Ｂｖ、Ｂｗとし、下記の（４）〜（９）式に示す。但し、（４）式〜（９）式において、Ｉは電流振幅、Ｂは磁束振幅、θはモータ電気角を示している。
Ｉｕ＝Ｉｓｉｎθ …（４）
Ｉｖ＝Ｉｓｉｎ（θ＋１２０°） …（５）
Ｉｗ＝Ｉｓｉｎ（θ−１２０°） …（６）
Ｂｕ＝Ｂｓｉｎθ …（７）
Ｂｖ＝Ｂｓｉｎ（θ＋１２０°） …（８）
Ｂｗ＝Ｂｓｉｎ（θ−１２０°） …（９）

このとき、モータトルクＴｍは、次の（１０）式で表現できる。Ｋは比例定数である。
Ｔｍ＝Ｋ（Ｉｕ・Ｂｕ＋Ｉｖ・Ｂｖ＋Ｉｗ・Ｂｗ）
＝（３／２）ＫＩＢ …（１０）

よって、電気角θに依存せず、一定のモータトルクＴｍが得られる。

図１０に、例として、Ｉ＝６６［Ａ］、ＫＩＢ＝（４／３）［Ｎｍ］の場合の、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及びモータトルクＴｍの計算例を示している。図１０から、電流位相差の誤差Δθが、０［ｄｅｇ］の場合には、モータトルクＴｍが、Ｔｍ＝（３／２）×（４／３）＝２［Ｎｍ］と一定で、トルクリップルが発生していないことが分かる。

次に、相電流に位相誤差がある場合のトルクリップルについて説明する。

相電流に位相誤差がある場合に、電流センサ５６、５７で検出される各相の電流（検出電流）を、Ｉｕ′、Ｉｖ′、Ｉｗ′とする。ただし、Ｗ相検出電流Ｉｗ´は、Ｕ相検出電流Ｉｕ´及びＶ相検出電流Ｉｖ´から演算する。回転磁束は、電流センサの位相誤差には関係ないので、前記各磁束Ｂｕ、Ｂｖ、Ｂｗの式がそのまま使用できる。これらを、下記の（１１）〜（１６）式に示す。但し、（１１）式〜（１６）式において、Ｉは電流振幅、Ｂは磁束振幅、θはモータ電気角、Δθは検出電流Ｉｕ´に生じる位相誤差を示している。
Ｉｕ′＝Ｉｓｉｎ（θ＋Δθ） …（１１）
Ｉｖ′＝Ｉｓｉｎ（θ＋１２０） …（１２）
Ｉｗ′＝−Ｉｕ′−Ｉｖ′ …（１３）
Ｂｕ＝Ｂｓｉｎθ …（１４）
Ｂｖ＝Ｂｓｉｎ（θ＋１２０） …（１５）
Ｂｗ＝Ｂｓｉｎ（θ−１２０） …（１６）

このとき、モータトルクＴｍ′は、次の（１７）式で表現できる。Ｋは比例定数である。
Ｔｍ′＝Ｋ（Ｉｕ′・Ｂｕ＋Ｉｖ′・Ｂｖ＋Ｉｗ′・Ｂｗ） …（１７）

図１１に、例として、Ｉ＝６６［Ａ］、ＫＩＢ＝（４／３）［Ｎｍ］、Δθ＝１［ｄｅｇ］の場合の、相電流Ｉｕ′、Ｉｖ′、Ｉｗ′、及びモータトルクＴｍ′の計算例を示している。図１１から、電流位相差の誤差Δθが、０［ｄｅｇ］でない場合には、モータトルクＴｍ′に電気角θに対して２次のトルクリップルが発生していることが分かる。

この２次のトルクリップルが、上述した実施形態のように低減乃至抑制される。

以上の説明が、電流位相誤差により発生する、電気角で２次のトルクリップルの理論検討である。

［実施形態のまとめ］
上述した実施形態によれば、運転者の操向ハンドル１２の操作による操舵トルクＴｓに応じて３相のモータ３０を駆動制御する電動パワーステアリング装置１０において、操舵トルクＴｓを検出する操舵トルク検出部としての操舵トルクセンサ３２と、操舵トルクセンサ３２によって検出された操舵トルクＴｓに基づいてモータ３０に供給する目標電流Ｉｔを設定する目標電流設定部６８と、モータ３０の少なくとも２相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ５６、５７と、目標電流設定部６８によって設定された目標電流Ｉｔと、電流センサ５６、５７によって検出された検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′とに基づいてモータ３０を駆動するモータ駆動部としてのインバータ５４と、を備えた電動パワーステアリング装置１０であって、以下の技術的特徴［１］〜［５］を有する。

［１］電流センサ５６、５７によって検出された各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の位相遅れ量θｄ１、θｄ２を補正する検出電流位相補正部６２を更に備え、インバータ５４は、目標電流設定部６８によって設定された目標電流Ｉｔと、電流センサ５６、５７によって検出された検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′を検出電流位相補正部６２により補正した補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊と、に基づいてモータ３０を駆動する。

このように、インバータ５４が、目標電流設定部６８によって設定された目標電流Ｉｔと、電流センサ５６、５７によって検出された検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′を検出電流位相補正部６２により補正した補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊と、に基づいてモータ３０を駆動するようにしたので、検出電流Ｉｕ´、Ｉｖ´に含まれている電流センサ５６、５７の位相遅れ量θｄ１と位相遅れ量θ２の差を原因として発生するモータ３０のトルクリップルを低減することができる。

この場合、少なくとも２相の各検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の異なる位相遅れ量θｄ１、θｄ２を、それぞれ又はいずれか一方を補正した補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊から残りの相の検出電流（補正検出電流）を、Ｉｗ^＊＝−Ｉｕ^＊−Ｉｖ^＊として計算（推定）することができる。

[２］より具体的には、検出電流位相補正部６２は、電流センサ５６、５７によって検出された各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の位相遅れ量θｄ１、θｄ２の差が減るように補正することが好ましい。各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の位相遅れ量θｄ１、θｄ２の差が減るように検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の位相を補正しているので、モータ３０のトルクリップルを的確に低減することができる。

［３］なお、検出電流位相補正部６２は、電流センサ５６、５７によって検出された各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′のうち、位相遅れが小さい相の検出電流Ｉｖ′の位相遅れ量θｄ２を増加させる補正を行うことで、前記トルクリップルを低減すると同時に、検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′中の高周波成分のノイズを減衰させることができる。

［４］検出電流位相補正部６２は、逆に、図１２に示す他の実施例に係る検出電流位相補正部６２ｈに示すように、遮断周波数ｆｃｕｈを有するＵ相位相補正用のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）からなるＵ相検出電流位相補正部（単に、Ｕ相位相補正部ともいう。）６２ｕｈと、遮断周波数ｆｃｖｈを有するＶ相位相補正用のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）からなるＶ相検出電流位相補正部（単に、Ｖ相位相補正部ともいう。）６２ｖｈと、前記遮断周波数ｆｃｕｈ、ｆｃｖｈを、ＲＤコンバータ４６から供給されるモータ３０の回転方向Ｄｍに基づき遮断周波数設定テーブル（ｆｃ設定テーブル）６３ｈを参照して前記Ｕ相位相補正部６２ｕｈと前記Ｖ相位相補正部６２ｖｈの各ハイパスフィルタに設定する位相補正量設定部６４ｈと、から構成するようにしてもよい。

この場合、電流センサ５６、５７によって検出された各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′のうち、位相遅れが大きい相の検出電流Ｉｕ′の位相遅れ量θｄ１を減少させる補正が行われると同時に、電流検出部５６、５７で発生した検出遅延量を少なくすることができるので、結果として、前記トルクリップルを低減すると同時に、補正検出電流Ｉｕ^＊、Ｉｖ^＊、Ｉｗ^＊を目標電流Ｉｔに、より素早く追従させることができる。

なお、上記の技術的特徴［４］、［５］に代替して検出電流位相補正部６２、６２ｈは、ローパスフィルタやハイパスフィルタを利用する以外に、位相遅れ補償フィルタ、位相進み補償フィルタ、あるいは位相進み遅れ補償フィルタ等を利用することもできる。

各種フィルタの次数やフィルタの種類、遮断周波数等は、電流センサ５６、５７の性能とレイアウトに基づき発生する電流センサ５６、５７の位相遅れ量の差に応じて適宜選定すればよい。

［５］検出電流位相補正部６２、６２ｈは、モータ回転方向検出部としてのＲＤコンバータ４６によって検出されたモータ３０の回転方向Ｄｍ（ＣＷ，ＣＣＷ）に基づき、電流センサ５６、５７によって検出された各相の検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′のうち、少なくとも１相の前記検出電流の前記位相遅れ量の補正量を決定するようにしたので、モータ３０の回転方向Ｄｍ（ＣＷ，ＣＣＷ）の切り替えに応じて変化する検出電流Ｉｕ′、Ｉｖ′の位相遅れ量θｄ１、θｄ２に応じた補正量を決定することができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、例えば、電流センサをＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれに設け、各位相補正量が近づくように揃えるようにする等、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。

２…ホールセンサ ５…ホール素子
１０…電動パワーステアリング装置 １２…操向ハンドル
３０…モータ ３２…操舵トルクセンサ
３４…舵角センサ ３８…回転角センサ
４０…制御装置 ４２…モータ駆動制御装置
４６…ＲＤコンバータ ５０…モータ制御システム
５６、５７…モータ電流センサ（電流センサ）
６２、６２ｈ…検出電流位相補正部 ６２ｕ、６２ｕｈ…Ｕ相位相補正部
６２ｖ、６２ｖｈ…Ｖ相位相補正部 ６３、６３ｈ…ｆｃ設定テーブル
６４、６４ｈ…位相補正量設定部 ６５…比較テーブル
６８…目標電流設定部

Claims (4)

1. 運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
   前記操舵トルク検出部によって検出された操舵トルクに基づいて３相のモータに供給する目標電流を設定する目標電流設定部と、
   前記モータの２相の電流をそれぞれ検出する第１及び第２電流検出部と、
   前記目標電流設定部によって設定された目標電流と、前記第１及び第２電流検出部によって検出された第１及び第２検出電流とに基づいて前記モータを駆動するモータ駆動部と、
   を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記第１及び第２検出電流には、前記２相に実際に流れている第１及び第２実電流に対して、それぞれ、第１及び第２位相遅れ量が含まれており、
   前記第１及び第２検出電流には、前記２相に流れている第１及び第２実電流の第１及び第２実位相に対しての位相遅延量である、第１及び第２位相遅れ量が含まれており、
   前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流の前記第１及び第２位相遅れ量の差が減るように前記第１又は第２検出電流の位相を補正する検出電流位相補正部を更に備え、
   前記モータ駆動部は、
   前記目標電流設定部によって設定された前記目標電流と、前記検出電流位相補正部により補正した第１及び第２補正検出電流と、に基づいて前記モータを駆動する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記検出電流位相補正部は、
   前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、位相遅れが小さい検出電流の位相遅れ量を増加させる補正を行う
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記検出電流位相補正部は、
   前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、位相遅れが大きい検出電流の位相遅れ量を減少させる補正を行う
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出部を更に備え、
   前記検出電流位相補正部は、
   前記モータ回転方向検出部によって検出された前記モータの前記回転方向に基づき、前記第１及び第２電流検出部によって検出された前記第１及び第２検出電流のうち、少なくとも１つの検出電流の前記位相遅れ量の補正量を決定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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