WO2012169311A1

WO2012169311A1 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

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Publication number: WO2012169311A1
Application number: PCT/JP2012/062153
Authority: WO
Inventors: 徹也北爪
Original assignee: 日本精工株式会社
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-12-13
Also published as: JP5327277B2; EP2559608A4; BR112013031478A2; EP2559608B1; BR112013031478B1; CN102985311A; US9050996B2; US20130066524A1; CN102985311B; EP2559608A1; JP2012254682A

Abstract

【課題】スイッチング素子の温度に基づいてデッドタイム補償量を補正することで、デッドタイムとデッドタイム補償値の不一致を抑制し、モータ電流の歪みやトルクリップルの発生を抑え、操舵条件に応じたデッドタイム補償を行って異音の発生を抑え、低温から高温の環境化においても操舵性能が良好な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。【解決手段】デッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部と、操舵状態を判定する操舵状態判定部と、操舵状態の判定に従ってデッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部と、操舵状態の判定に従って極性判定方法を切替えられ、モータの検出電流又は電流指令値、又はモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部と、インバータの温度を検出する温度センサと、温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部と、ゲイン部の出力に、極性付きデッドタイム補償値に対してデッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部とを備える。

Description

電動パワーステアリング装置の制御装置

　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の制御装置に関し、特にモータ駆動用インバータのデッドタイム補償を操舵状態及びインバータ温度に応じて改善した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

　車両のステアリング装置をモータの回転力で補助力を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力を付勢するようになっている。そして、当該モータが所望のトルクを発生するようにモータに電流を供給するため、モータ駆動回路にインバータが用いられている。

　ここで、従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト）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、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、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。電動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１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流制御部で電流指令値に補償等を施した電圧指令値Ｅによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶはＣＡＮ（Controller　Area　Network）等から受信することも可能である。

　コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（ＭＰＵ、ＭＣＵも含む）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示すと図２のようになる。

　図２を参照してコントロールユニット１００の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部１０１に入力される。電流指令値演算部１０１は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を決定する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部１０２Ａを経て電流指令値Ｉｒｅｆ２として電流制限部１０３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ３が減算部１０２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３－Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉｒｅｆ４が電流制御部としてのＰＩ制御部１０４に入力される。ＰＩ制御部１０４で特性改善された電圧指令値ＥがＰＷＭ制御部１０５に入力され、更に駆動部としてのインバータ１０６を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器１０７で検出され、減算部１０２Ｂにフィードバックされる。インバータ１０６はスイッチング素子として一般的にＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

　また、加算部１０２Ａには補償部１１０から補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようようになっている。補償部１１０は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）１１３と慣性１１２を加算部１１４で加算し、その加算結果に更に収れん性１１１を加算部１１５で加算し、加算部１１５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

　モータ２０が３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部１０５及びインバータ１０６の詳細は例えば図３に示すような構成となっている。ＰＷＭ制御部１０５は、電圧指令値Ｅを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ指令値Ｄ１～Ｄ６を演算するデューティ演算部１０５Ａと、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ４～Ｄ６に対してデッドタイムを設定するデッドタイム部１０５Ｃ１～１０５Ｃ３と、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１～Ｄ３でＦＥＴ１～ＦＥＴ３の各ゲートを駆動すると共に、デッドタイム部１０５Ｃ１～１０５Ｃ３からのデッドタイムが設定されたＰＷＭデューティ指令値Ｄ４ｄ～Ｄ６ｄでＦＥＴ４～ＦＥＴ６の各ゲートを駆動してＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部１０５Ｂとで構成されており、インバータ１０６は、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４で成る上下アームと、ＦＥＴ２及びＦＥＴ５で成る上下アームと、ＦＥＴ３及びＦＥＴ６で成る上下アームとで成る３相ブリッジで構成されており、ＰＷＭデューティ指令値Ｄ１～Ｄ３及びＤ４ｄ～Ｄ６ｄでＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。

　ここにおいて、デッドタイム部１０５Ｃ１～１０５Ｃ３がデッドタイムの設定を行うのは、次の理由による。

　インバータ１０６を構成する各上下アーム、例えばＦＥＴ１及びＦＥＴ４は交互にオンオフを繰り返し、同様にＦＥＴ２及びＦＥＴ５は交互にオンオフを繰り返し、ＦＥＴ３及びＦＥＴ６も交互にオンオフを繰り返す。しかし、ＦＥＴは理想スイッチではなく、ゲート信号の指示通りに瞬時にオンオフせず、ターンオンタイムＴｏｎ及びターンオフタイムＴｏｆｆを要する。このため、例えばＦＥＴ１へのオンの指示とＦＥＴ４へのオフの指示が同時にされると、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４が同時にオンになって上下アームが短絡する問題がある。そこで、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４が同時にオンして貫通電流が生じることのないように、ゲート駆動部１０５Ｂへオフ信号を与える場合、ゲート駆動部１０５Ｂに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム部１０５Ｃ１でデッドタイムという所定時間の間をおいてオン信号をゲート駆動部１０５Ｂに与えることにより、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４の上下の短絡を防止している。このことは、他のＦＥＴ２～ＦＥＴ６にも同様に当てはまる。

　しかし、このデッドタイムの存在は、電動パワーステアリング装置の制御にとってトルク不足やトルクリップルの問題を引き起こす原因となっている。

　先ずデッドタイム、ターンオンタイム及びターンオフタイムについて、図４を参照して説明する。図４（Ａ）に示すデューティ演算部１０５Ａからのデューティ指令値Ｄ１（Ｄ４）が、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４に対するオンオフ信号とする。しかし、実際にはＦＥＴ１には図４（Ｂ）に示すゲート信号Ｋ１が与えられ、ＦＥＴ４には図４（Ｃ）に示すゲート信号Ｋ２が与えられる。つまり、ゲート信号Ｋ１及びＫ２にはいずれもデッドタイムＴｄが確保されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ４で構成される端子電圧を、図４（Ｄ）に示すＶａｎとする。ゲート信号Ｋ１によるオン信号が与えられてもＦＥＴ１は直ちにオンせず、ターンオンタイムＴｏｎの時間を要してターンオンしており、オフ信号を与えても直ちにオフせず、ターンオフタイムＴｏｆｆの時間を要している。なお、Ｖｄｃはインバータ１０６の電源電圧（バッテリ１３の電圧）である。よって、全遅れ時間Ｔｔｏｔは、下記数１のように示される。

　次に、デッドタイムＴｄによる電動パワーステアリング装置への影響について説明する。

　先ず、電圧に対する影響は次のようなものである。図４に示したように、理想のゲート信号（Ｄ１，Ｄ４）に対して実際のゲート信号Ｋ１及びＫ２は、デッドタイムＴｄの影響でゲート信号とは異なったものとなる。そのため電圧に歪みが発生するが、その歪み電圧ΔＶは、モータ電流Ｉｍの向きが正の場合（電流の向きが電源からモータへ流れる場合）は下記数２になり、モータ電流Ｉｍの向きが負の場合（電流の向きがモータから電源へ流れる場合）は下記数３になる。

ここで、Ｔｓはインバータ１０６をＰＷＭ制御した場合のＰＷＭ周波数ｆｓの逆数Ｔｓ＝１／ｆｓである。

上記数２及び数３を１つの式で表わすと、下記数４のようになる。

ここで、sign(Ｉｍ)はモータ電流Ｉｍの極性を表わしている。

　上記数４から導かれることは、歪み電圧ΔＶはＰＷＭ周波数ｆｓが高く、電源電圧Ｖｄｃが大きい時ほどデッドタイムＴｄの影響が大きく現れることである。

　電圧歪みに対するデッドタイムＴｄの影響について説明したが、電流或いはトルクに関しても、デッドタイムＴｄによる好ましくない影響がある。電流歪みについては、電流が正から負へ、或いは負から正へ変化するときに電流が零付近に張り付く現象（零クランピング現象）がデッドタイムＴｄによって引き起こされる。これは負荷（モータ）がインダクタンスのため、デッドタイムＴｄによる電圧の減少が電流を零に維持しようとする傾向があるためである。

　また、トルクに対するデッドタイムＴｄの影響としては、トルクの出力不足やトルクリップルの増加に現れる。つまり、電流歪みが低次の高調波を発生させ、それがトルクリップルの増加につながる。また、トルクの出力不足は、理想の電流よりデッドタイムＴｄの影響を受けた現実の電流が小さくなるために発生する。

　このようなデッドタイムＴｄの好ましくない影響を防止するために、種々の対策、いわゆるデッドタイム補償が考えられてきた。その基本的な考えは、上記数４に示す歪み電圧ΔＶを補償することである。よって、数４を補償するためには、下記数５で示すデッドタイム補正値（電圧）Δｕによって補正することになる。

　デッドタイム補償で問題となるのは、電流Ｉｍの極性sign(Ｉｍ)を正しく検出できないことである。電流Ｉｍの極性を測定するとき、ＰＷＭ制御のノイズや前述した電流の零クランピング現象が、電流Ｉｍの極性を正しく測定することを困難にしている。

　また、電動パワーステアリング装置では、直進走行時で、操舵の中立付近の特性は常に弱い電流で操舵反転を繰り返すなど、微細な制御が要求される。特に直進走行状態なので、高速走行などハンドルを伝わる路面振動が少ない分、アシストの不安定要素が振動として伝わり易い。

特開２００６－１９９１４０号公報特開平１１－２７９５１号公報特開２００９－５４８５号公報

　上述のような問題を解決する手法として、特開２００６－１９９１４０号公報（特許文献１）に示される電動パワーステアリング装置の制御装置が提案されている。この制御装置では、電流及び操舵条件によってデッドタイム補償の補償量及び電流符号を算出して電圧指令値に加算することで、種々の操舵条件や負荷状態において、操舵フィーリングの観点から最適なデッドタイム補償値に設定している。

　インバータのデッドタイムの設定は一般的に予め決められた値をＣＰＵ（マイコン等）に設定するが、スイッチング素子（ＦＥＴ）の温度変化によって実質的なデッドタイムの値は変動する。しかしながら、特許文献１の装置では、操舵条件によるデッドタイム補償量の補正はスイッチング素子の温度変化を考慮していないため、温度変化によって実質的なデッドタイムが変わった場合、デッドタイムとデッドタイム補償量に不一致が生じて、適した補償ができずに電流歪み、トルクリップルが悪化するということが考えられる。特に操舵の中立付近以外ではデッドタイムとデッドタイム補償量を一致させて操舵の応答性を向上させたいが、常温で設定した補償値では、例えば高温環境下では補償量が過多になる特性があり、電流歪み、トルクリップルが生じ易いことが考えられる。

　また、特開平１１－２７９５１号公報（特許文献２）に示されるインバータ制御装置はサーミスタ温度に基づいてデッドタイム補償量を補正するようにしているが、電動パワーステアリング装置に関するものではないため、操舵条件によってデッドタイム補償量を補正する点を全く考慮していない。そのため、電動パワーステアリング装置に適用することはできない。

　更に、特開２００９－５４８５号公報（特許文献３）に示されるデッドタイム補正方法は温度変化検出手段で検出されて温度に基づいてデッドタイム設定値そのものを補正するようにしているが、装置の温度上昇を抑制するもので、モータ駆動回路の上下アーム対のオンオフ切替え時の貫通電流に伴う温度変化に応じてデッドタイムの幅の大小を切替えるものである。従って、車両の環境を考慮したものではないので、トルクリップルの実質的な解決にはなっていない。

　本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、スイッチング素子（インバータ）の温度に基づいてデッドタイム補償値を補正することで、実質的なデッドタイムとデッドタイム補償値の不一致を抑制し、モータ電流の歪みやトルクリップルの発生を抑えると共に、操舵条件に応じたデッドタイム補償を行うことで異音の発生を抑え、低温から高温の環境化においても常に操舵性能が良好な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

　本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された電流指令値と、前記電流指令値を入力とする電流制御部からの電圧指令値とに基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータをインバータによって制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部と、ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部と、前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、前記モータの検出電流又は前記電流指令値、又は前記電流指令値に基づくモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部と、前記インバータの温度を検出する温度センサと、前記温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部と、前記ゲイン部の出力に前記極性判定部が判定した極性付きデッドタイム補償値に対して前記デッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部とを設け、前記デッドタイム補償値を前記電圧指令値に付与することにより前記インバータのデッドタイムを補償することにより達成される。

　また、本発明の上記目的は、前記インバータの高温時に前記デッドタイム補償値を小さくし、前記インバータの低温時に前記デッドタイム補償値が大きくなっていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正リミット値の算出を行う温度補正リミット値算出部で構成され、前記演算処理部が温度感応型リミッタで構成されていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正減算値の算出を行う温度補正減算値算出部で構成され、前記演算処理部が減算部で構成されていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正ゲインの算出を行う温度補正ゲイン算出部で構成され、前記演算処理部が乗算部で構成されていることにより、より効果的に達成される。

　本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、インバータの温度を考慮したデッドタイム補償値で電圧指令値に対してデッドタイム補償するので、ノイズを含んだ実測電流を基にしたデッドタイム補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、しかも温度変化に関係なく常にトルクリップルの少ないデッドタイム補償を行う高性能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。

　また、操舵状態に応じたモータ電流の変化も考慮したデッドタイム補償を行うので、固定値のみによるデッドタイム補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、操舵状態に応じてトルクリップルの少ないデッドタイム補償を行うことが可能となる。

一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。ＰＷＭ制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。デッドタイムと、ターンオンタイム、ターンオフタイムの関係を説明するためのタイムチャートである。スイッチング素子のデッドバンドの温度変化例を説明するための特性図（低温、高温）である。スイッチング素子のデッドバンド幅の温度変化例を示す特性図であるデッドタイム補償による電流ゼロクロス時の特性の様子を説明するための特性図（不足、適正、過多）である本発明の構成例を示すブロック図である。デッドタイム補償部の構成例（実施例１）を示すブロック図である。デッドタイム特性の一例を示す特性図である。温度補正リミット値算出部の特性例を示す特性図である。温度感応型リミッタの特性例を示す特性図である。ハンドルの切増し切戻し判定を説明するための図である。デッドタイム補償部の構成例（実施例２）を示すブロック図である。温度補正ゲイン算出部の特性例を示す特性図である。補償値の温度による変化例を示す特性図である。デッドタイム補償部の構成例（実施例３）を示すブロック図である。温度補正ゲイン算出部の特性例を示す特性図である。補償値の温度による変化例を示す特性図である。

　スイッチング素子（ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、トライアック等）で構成されるインバータの貫通電流を防止するために付与されるデッドタイムは、０アンペアクロス時のデューティ指令値に対する出力電流の特性の歪み（デッドバンドＤＢ）として例えば図５（Ａ）に示すように生じる。しかし、このデッドバンドＤＢは、図５（Ａ）が例えば低温（例えば０℃）時とすると、温度が変化して高温（例えば４０℃）になると図５（Ｂ）に示すように狭くなる（デッドバンドＤＢ‘（＜ＤＢ））。一般的にスイッチング素子の特性からデッドバンド幅は温度が低くなると広く、温度が高くなると狭くなる。デッドバンド幅の温度特性は、インバータを構成するＦＥＴについては図６に示すようになっている。即ち、インバータ（ＦＥＴ）の温度をｔ、温度係数をＣ、０℃におけるデッドバンド幅をＤＢ_０とすると、実デッドバンド幅ＤＢは下記数６で表わされる。

　ここで、デッドタイム補償は０アンペアクロスのタイミングに合わせて補償電圧を印加することであり、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すような出力電流の特性の歪み（ＤＢ、ＤＢ‘）を解消することである。つまり、数６で示される実デッドバンド幅ＤＢをデッドタイム補償量とすることで、図７（Ｂ）に示すような電流歪みのない特性を得ることができる。しかしながら、デッドタイム補償量を操舵条件だけで補正すると、実デッドバンド幅ＤＢが温度によって変化するため、温度低下時には図７（Ａ）に示すように補償不足となり、温度上昇時には図７（Ｃ）に示すように補償過多となってしまう。

　本発明では、インバータの温度と、ハンドルの切増しや切戻し、開放といった操舵状態とに応じてデッドタイム補償値の算出を行うと共に、モータを駆動するインバータの電圧指令値に対してデッドタイム補償を行う。このため、温度が変化（－４０℃～８０℃）しても常にモータ電圧、電流の歪みが少なく、トルクリップルの少ない高性能なデッドタイム補償を実現することができる。

　以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

　図８は本発明の構成例を図２に対応させて示しており、デッドタイム補償値Δｕを算出してインバータ１０６の実電流に現れるデッドバンドを補償するデッドタイム補償部２００が設けられると共に、インバータ１０６の温度ｔを検出する温度センサ３００が設けられている。また、モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ３０１が取り付けられており、回転センサ３０１の出力信号より回転角θを検出する回転角検出部３０２と、回転角θからモータ角速度ωを検出する角速度検出部３０３が設けられている。デッドタイム補償部２００には操舵トルクＴ、車速Ｖ、回転角θ、角速度ω、電流指令値Ｉｒｅｆ２及び温度ｔが入力されており、デッドタイム補償部２００はデッドタイム補償値Δｕを算出して加算部２０１に加算し、電圧指令値Ｅと加算される。加算部２０１で加算された電圧指令値Ｅ’（＝Ｅ＋Δｕ）がＰＷＭ制御部１０５に入力されてＰＷＭ制御され、インバータ１０６でモータ２０を駆動する。デッドタイム補償部２００への入力として、電流指令値Ｉｒｅｆ２に代えて電圧指令値Ｅとしても良い。

　次に、デッドタイム補償部２００の構成例（実施例１）を図９に示して説明する。

　加算部１０２Ａからの電流指令値Ｉｒｅｆ２は操舵状態判定部２１０に入力されると共に、デッドタイム特性部（演算部）２１１に入力される。デッドタイム特性部（演算部）２１１からのデッドタイム特性値Ｄｔはゲイン部２１２に入力される。デッドタイム特性部（演算部）２１１は、電流指令値Ｉｒｅｆ２に対して図１０に示すような特性のデッドタイム特性を有するデッドタイム特性値Ｄｔを出力する。また、極性判定部２１３はヒステリシス付き特性で入力信号極性を判定するものであり、極性判定部２１３にはモータの検出電流Ｉｍ又は電流指令値Ｉｒｅｆ２、又は電流指令値Ｉｒｅｆ１に基づくモデル電流が入力され、操舵状態判定部２１０からの操舵状態信号ＳＴ１に基づきヒステリシス幅を変更させるようになっている。モデル電流は、電流指令値Ｉｒｅｆ１を下記数７の伝達関数で変換することにより得られる。

　　ここで、Ｔｃ＝１／（２π・ｆｃ）であり、ｆｃは電流制御ループのカットオフ周波数である。

上記数７の１次遅れ関数は、モータ２０を示す伝達関数１／（Ｒ＋ｓ・Ｌ）をＰＩ制御部１０４、ＰＷＭ制御部１０５、インバータ１０６、モータ電流検出器１０７を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。

　ここで、実際のモータ電流Ｉｍはノイズを多く含んでおり、これが零電流付近での極性判定を困難なものにしている。このため実際のモータ電流Ｉｍを使用しないで、ノイズの無い電流指令値Ｉｒｅｆ１を基に１次遅れ回路を介してモータ２０のモデル電流を生成し、モデル電流に基づいて極性を判定すれば、より効果的である。

　操舵状態判定部２１０はハンドルの開放判定機能及び切増し切戻し判定機能を有しており、操舵状態判定部２１０にはモータ角速度ω、操舵トルクＴ、車速Ｖ、モータ回転角θ及び電流指令値Ｉｒｅｆ２が入力され、操舵状態判定部２１０が開放を判定した場合には操舵状態信号ＳＴ１が極性判定部２１３に入力され、切増し又は切戻しを判定した場合には操舵状態信号ＳＴ２がゲイン部２１２に入力される。極性判定部２１３で決定された極性sign（Ｐｉ）は乗算部２１４に入力され、ゲイン部２１２からのゲイン調整されたデッドタイム特性値Ｄｔａと乗算され、乗算結果sign（Ｐｉ）・Ｄｔａである極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂが、デッドタイム補償値Δｕを出力する演算処理部としての温度感応型リミッタ２１５に入力される。温度センサ３００からの温度ｔはデッドタイム温度補正値算出部としての温度補正リミット値算出部２１５に入力され、例えば図１１に示すような特性で、デッドタイム温度補正値として温度補正リミット値ｔｒを算出する。算出された温度補正リミット値ｔｒは温度感応型リミッタ２１６に入力され、極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂの上下を図１２に示すような特性に従って制限されたデッドタイム補償値Δｕを出力する。

　なお、操舵状態判定部２１０のハンドル開放判定機能は車速Ｖ、モータ角速度ω及び電流指令値Ｉｒｅｆ２に基づいて、ハンドルが回転していなくて操舵補助していない開放（手放し）を判定したときに操舵状態信号ＳＴ１を出力し、切増し切戻し判定機能はモータ角速度ω及び操舵トルクＴに基づいて、図１３に示すようにモータ角速度ω及び操舵トルクＴが同方向の場合を切増しと判定し、方向が異なる場合を切戻しと判定して操舵状態信号ＳＴ２を出力する。

　このような構成において、その動作を説明する。

　モータ２０の検出電流Ｉｍ又は電流指令値Ｉｒｅｆ２、又は電流指令値Ｉｒｅｆ１に基づくモデル電流が操舵状態信号ＳＴ１と共に極性判定部２１３に入力され、その極性が判定される。極性判定部２１３の出力であるsign(Ｐｉ)は、下記数８に示されるように（＋１）又は（－１）の形で出力される。

　実際のモータ電流やインバータ電流を測定して極性を正しく判定することは、上述したようにノイズ等で非常に困難であるが、モデル電流を用いて判定すれば容易である。

　なお、極性判定部２１３はヒステリシス付きの極性判定となっており、ハンドル開放（手放し）状態を判定したときの操舵状態信号ＳＴ１によって、極性判定のヒステリシス幅を次のように設定する。

　電流指令の振れがデッドタイム補償ヒステリシス幅を超えた場合、デッドタイム補償の出力方向が正→負又は負→正に切り替わり、これがトルク制御を含めた閉ループによって自励振動を起こし、異音となる。これは、指令値がほぼ０Ａを中心に外乱により変動するような状況で起こり得る問題である。操舵状態では指令値がある値以上となるため、自励振動を起こすことはない。従って、電流指令値の定まり難い開放状態では、指令値変動に対する感度をなくすため、ヒステリシス幅を大きくし、操舵時ではデッドタイム補償の遅れを招いてトルクリップルを発生させるため、操舵時にはヒステリシス幅を小さくする。

　また、操舵状態判定部２１０内のハンドル開放判定機能は車速Ｖ、モータ角速度ω及び電流指令値Ｉｒｅｆ２を入力とし、下記数１０が成立したときに状態判定信号ＳＴ＝１を出力するようになっている。

　なお、所定値αは自励振動による音が気にならない程度の車速であり、所定値βはノイズを検出しない程度の小さい値であり、所定値γはノイズを検出しない程度の小さい値である。

　また、デッドタイム特性部２１１からのデッドタイム特性値Ｄｔはゲイン部２１２に入力され、操舵状態判定部２１０内の切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ＳＴ２に従ってゲインを調整される。切増し切戻しの判定は図１３に示すように判定され、切増し時は補正の必要があるので、操舵状態信号ＳＴ２によってゲイン部２１２のゲインを“１”とし、切戻し時は補正の必要がないので、操舵状態信号ＳＴ２によってゲイン部２１２のゲインを“０”若しくは小さくする。

　このように、切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ＳＴ２によってゲイン調整されたデッドタイム特性値Ｄｔａは、乗算部２１４で極性判定部２１３からの極性（正負）に従って極性を付与されて温度感応型リミッタ２１６に入力され、温度補正リミット値算出部２１５からの温度補正リミット値ｔｒに従い、図１２に示すような特性に従ってデッドタイム補償値Δｕを出力する。このようにして算出されたデッドタイム補償値Δｕは、図２で示すＰＩ制御部の出力である電圧指令値Ｅに加算部２０１で加算される。電圧指令値Ｅに対し温度感応型のデッドタイム補償値Δｕが加算される意味は、電圧指令値Ｅの示す基本制御に、上下アーム短絡を防止するためのデッドタイムによる電圧、電流歪みやトルクリップルを改善させる補償値Δｕを加味して制御することである。

　次に、デッドタイム補償部２００の他の構成例（実施例２）を、図９に対応させて図１４に示して説明する。図９と同一部材については、同一符号を付して説明を省略する。

　本例では、デッドタイム温度補正値算出部として、温度センサ３００からの温度ｔに応じてデッドタイム温度補正値としての温度補正減算値ｔｓを算出する温度補正減算値算出部２２０を設けると共に、演算処理部として、乗算部２１４からの極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂより温度補正減算値ｔｓを減算する減算部２２１を設けている。減算部２２１で、極性付きデッドタイム特性値Ｄｔから温度補正減算値ｔｓを減算し、温度感応型のデッドタイム補償値Δｕ１を出力するようになっている。温度補正減算値算出部２２０における温度ｔと温度補正減算値ｔｓの関係は図１５の実線又は破線のようになっており、このような温度補正減算値ｔｓを減算部２２１で極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂより減算することにより、図１６に示すような温度補正を行うことができる。図１６の実線が本発明の特性であり、破線は温度補正を行わない場合の特性である。

　更に、デッドタイム補償部２００の他の構成例（実施例３）を、図９に対応させて図１７に示して説明する。図９と同一部材については、同一符号を付して説明を省略する。

　本例では、デッドタイム補償値算出部として、温度センサ３００からの温度ｔに応じてデッドタイム補償値としての温度補正ゲインｔｇを算出する温度補正ゲイン算出部２３０を設けると共に、演算処理部として、乗算部２１４からの極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂに温度補正ゲインｔｇを乗算する乗算部２３１を設けており、極性付きデッドタイム特性値Ｄｔｂに温度補正ゲインｔｇを乗算することによって温度感応型のデッドタイム補償値Δｕ２を出力するようになっている。温度補正ゲイン算出部２３０における温度ｔと温度補正ゲインｔｇの関係は図１８のようになっており、このような温度補正ゲインｔｇを乗算部２３１で乗算することにより、図１９に示すような温度補正を行うことができる。図１９の実線が本発明の特性であり、破線は温度補正を行わない場合の特性である。

　なお、上述では３相モータについて説明したが、２相その他のモータについても同様に適用できる。

１　　　　　　ハンドル
２　　　　　　コラム軸（ステアリングシャフト）
１０　　　　　トルクセンサ
１２　　　　　車速センサ
２０　　　　　モータ
１００　　　　コントロールユニット
１１０　　　　補償部
２００　　　　デッドタイム補償部
２１０　　　　操舵状態判定部
２１１　　　　デッドタイム特性部（演算部）
２１２　　　　ゲイン部
２１３　　　　極性判定部
２１５　　　　温度補正リミット値算出部
２１６　　　　温度感応型リミッタ
２２０　　　　温度補正減算値算出部
２３０　　　　温度補正ゲイン算出部
３００　　　　温度センサ
３０１　　　　回転センサ
３０２　　　　回転角検出部
３０３　　　　角速度検出部

Claims

ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された電流指令値と、前記電流指令値を入力とする電流制御部からの電圧指令値とに基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータをインバータによって制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部と、
ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、
前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部と、
前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、前記モータの検出電流又は前記電流指令値、又は前記電流指令値に基づくモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部と、
前記インバータの温度を検出する温度センサと、
前記温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部と、
前記ゲイン部の出力に前記極性判定部が判定した極性付きデッドタイム補償値に対して前記デッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部とを備え、
前記デッドタイム補償値を前記電圧指令値に付与することにより前記インバータのデッドタイムを補償することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
前記インバータの高温時に前記デッドタイム補償値を小さくし、前記インバータの低温時に前記デッドタイム補償値が大きくなっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正リミット値の算出を行う温度補正リミット値算出部で構成され、前記演算処理部が温度感応型リミッタで構成されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正減算値の算出を行う温度補正減算値算出部で構成され、前記演算処理部が減算部で構成されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正ゲインの算出を行う温度補正ゲイン算出部で構成され、前記演算処理部が乗算部で構成されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。