WO2019198496A1 - 電流検出装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電流検出装置及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2019198496A1
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unit
threshold
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中山　幸雄
譲 星
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日本精工株式会社
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    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter

Definitions

  • the present invention relates to a current detection device and an electric power steering device.
  • a three-phase downstream shunt method is known as means for detecting a current flowing in each phase of a multiphase inverter controlled by PWM (Pulse Width Modulation) (for example, Patent Document 1 below).
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the current value of each phase is detected based on the voltage drop of each shunt resistor connected in series with the lower arm element.
  • the current detection device disclosed in Patent Document 1 determines a value to be used as the current value of the predetermined phase according to whether or not the duty ratio of the lower arm element of the predetermined phase is a small value of less than 30%. Switching is made between a first current value composed of the voltage drop value of the phase current detection resistance element and a second current value which is a value obtained by inverting the sign of the sum of the voltage drops of the remaining two-phase current detection resistance elements.
  • the present invention has been made paying attention to the above problems, and a value acquired as a current detection value in the three-phase downstream shunt method is detected based on a voltage drop of a resistance element connected in series with the lower arm element.
  • An object is to reduce vibration and noise by setting an appropriate value as a threshold value for switching between a current value and a value obtained by inverting the sign of the sum of current values detected in the remaining phases.
  • a current detection device is based on voltage drops of resistance elements connected in series with lower arm elements of each phase of a PWM-controlled multiphase inverter.
  • a current detection unit that detects each current value of the current, a total calculation unit that calculates the sum of all phases of the current detection values detected by the current detection unit, and a phase in which the upper arm element is driven with the maximum duty ratio Value that is output as the current detection value of the lower arm of the phase in which the upper arm element is driven with the maximum duty ratio when it is determined that the sum of all phases of the current detection value is greater than or equal to the threshold value
  • Output switching unit that switches the sum of the current detection values detected by the current detection unit in the remaining phases to a value obtained by inverting the sign, and all phases of the current detection values detected at a duty ratio that allows current detection by the current detection unit.
  • the threshold value determination unit for determining a threshold value according to the maximum duty ratio for driving the upper arm device comprises.
  • An electric power steering device includes the current detection device, a multiphase motor, and a multiphase inverter that drives the multiphase motor, and is provided below the multiphase inverter detected by the current detection device.
  • the multiphase inverter is controlled in accordance with the detected current value flowing through the arm element.
  • the value acquired as the current detection value in the three-phase downstream shunt method is detected with the current value detected based on the voltage drop of the resistance element connected in series with the lower arm element and the remaining phase.
  • the threshold value for switching between the values of the sum of the current values and the value obtained by reversing the sign can be set to an appropriate value, and vibration and noise can be reduced.
  • the column shaft 2 of the steering handle 1 is connected to a tie rod 6 of a steering wheel via a reduction gear 3, universal joints 4A and 4B, and a pinion rack mechanism 5.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3. ing.
  • the control unit 30 is an electronic circuit such as an electronic control unit that controls the electric power steering apparatus. Electric power is supplied from the battery 14 to the control unit 30, and an ignition key signal is input from the ignition key 11.
  • the control unit 30 may include a computer including a processor and peripheral components such as a storage device.
  • the processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro-Processing Unit).
  • the storage device may include any one of a semiconductor storage device, a magnetic storage device, and an optical storage device.
  • the storage device may include a register, a cache memory, and a memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) used as a main storage device.
  • the control unit 30 may be formed by dedicated hardware for executing each information processing described below.
  • the control unit 30 may include a functional logic circuit set in a general-purpose semiconductor integrated circuit.
  • the control unit 30 may have a programmable logic device (PLD) such as a field-programmable gate array (FPGA).
  • PLD programmable logic device
  • FPGA field-programmable gate array
  • the control unit 30 calculates an assist command steering assist command value using an assist map or the like.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled based on the steering assist command value.
  • the motor 20 will be described as an example of a commonly used three-phase motor. Please refer to FIG.
  • the control unit 30 includes a current command value calculation unit 100, a subtraction unit 101, a PI (Proportional-Integral) control unit 102, a PWM control unit 103, an inverter 104, and a current detection device 120.
  • PI Proportional-Integral
  • the control unit 30 executes, for example, a computer program stored in a predetermined storage device by a processor, whereby a current command value calculation unit 100, a subtraction unit 101, a PI control unit 102, a PWM control unit 103, and a current detection device 120. You may realize the function.
  • the current command value calculation unit 100 calculates a current command value Irf based on the steering torque T from the torque sensor 10 and the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 12.
  • the subtraction unit 101 has a current command value Irf (IArf, IBrf, ICrf) calculated by the current command value calculation unit 100 and each phase current I (Ia, Ib, Ic) of the inverter 104 fed back from the current detection device 120. And the calculated deviation is output to the PI control unit 102.
  • the PI control unit 102 calculates a three-phase voltage command value Vr (VAr, VBr, VCr) based on the PI control based on the deviation calculated by the subtraction unit 101 and outputs it to the PWM control unit 103.
  • the PWM control unit 103 determines the duty ratios Dua, Dub, and Duc of the A-phase, B-phase, and C-phase upper arm elements of the inverter 104, and the A-phase. , B-phase, and C-phase lower arm elements Dla, Dlb, and Dlc are calculated. Note that the duty ratio Dua of the upper arm element of phase A and the duty ratio Dla of the lower arm element add to 100%. The same applies to the B phase and the C phase.
  • the PWM control unit 103 generates gate signals for turning on and off the upper arm element and the lower arm element of the inverter 104 with the calculated duty ratios Dua to Duc and Dla to Dlc.
  • the PWM control unit 103 outputs the generated gate signal to the inverter 104 and outputs the duty ratios Dua, Dub, and Duc of the upper arm element to the current detection device 120.
  • the inverter 104 which is a three-phase inverter, includes a three-phase bridge that is connected between a positive line connected to a DC power supply VR and supplied with DC power and a ground line.
  • the three-phase bridge includes upper arm FETs 1 to 3 which are upper arm elements of A phase to C phase, and lower arm FETs 4 to 6 which are lower arm elements of A phase to C phase. These FET1 to FET6 are turned on / off by the gate signals having the duty ratios Dua to Duc and Dla to Dlc, respectively, thereby driving the motor 20 that is a three-phase motor.
  • Resistive elements RS1 to RS3 are connected in series between the lower arms FET4 to FET6 of the A phase to C phase and the ground line.
  • the resistance elements RS1 to RS3 are used as shunt resistors in the three-phase downstream shunt system. Voltage drops Va, Vb, and Vc of the resistance elements RS1 to RS3 are input to the current detection device 120. Please refer to FIG.
  • the current detection device 120 determines the phase current I (Ia, Ib, Ic) based on the input voltage drops Va, Vb, and Vc, and feeds back the determined phase current I to the subtraction unit 101.
  • the current detection device 120 includes a current detection unit 200, a current detection error estimation unit 201, a threshold value determination unit 202, a maximum duty phase determination unit 203, and an output switching unit 204.
  • the current detection unit 200 includes currents Ia0, Ib0, and Ic0 that flow through the resistance elements RS1 to RS3 according to the following equation (1) based on the voltage drops Va, Vb, and Vc of the resistance elements RS1 to RS3 input from the inverter 104. Is detected as a current detection value.
  • RSS1, RSS2, and RSS3 are resistance values of the resistance elements RS1, RS2, and RS3, respectively.
  • the current detection error estimation unit 201 calculates the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0, and estimates the calculated sum as the current detection error Er.
  • the current detection error estimation unit 201 is an example of a sum calculation unit.
  • the current detection error estimation unit 201 calculates the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0, and calculates the absolute value of the sum calculated by the addition unit 205 and outputs the absolute value as the current detection error Er.
  • a calculation unit 206 is provided.
  • the current detection error estimation unit 201 outputs the calculated current detection error Er to the output switching unit 204.
  • the phase in which the duty ratio of the lower arm element is excessive is the phase in which the duty ratio of the upper arm element is the maximum among the A phase to C phase (that is, the maximum duty ratio of the duty ratio of the A phase to C phase).
  • This is considered to be a phase in which the upper arm element is driven.
  • the maximum duty phase determination unit 203 determines the phase (hereinafter sometimes referred to as “maximum duty phase”) in which the duty ratio of the upper arm element is the maximum among the A phase to the C phase.
  • Maximum duty phase determination unit 203 outputs the determined maximum duty phase to output switching unit 204.
  • the threshold value determination unit 202 determines a threshold value Th for determining whether or not the current detection error Er is excessive, and outputs the threshold value Th to the output switching unit 204.
  • the area of the duty ratio in which the current detection unit 200 can detect the phase current is referred to as a “detectable area”. Even if the current value of each phase is detected by the current detection unit 200 during the period in which the duty ratio is in the detectable range in all phases, and the sum of all the phases of the detected current values is calculated, the sum actually depends on various factors. Does not become 0 (zero).
  • the threshold value determination unit 202 of the first embodiment determines the threshold value Th according to the sum of all the phases of the current detection values detected by the current detection unit 200 during the period in which the duty ratio is in the detectable region in all phases. .
  • the threshold value determination unit 202 may set the sum obtained by adding the allowable error Ea to the sum of the current detection values as the threshold value Th.
  • the threshold value determination unit 202 may update the threshold value Th in real time (that is, every time the current detection device 120 detects each phase current I of the inverter 104). Alternatively, the threshold determination unit 202 may output a predetermined initial value as the threshold Th when shipped from the factory, and then update the threshold Th at a predetermined cycle (for example, one day, one month, several months, etc.).
  • the threshold value determination unit 202 of the first embodiment includes addition units 210 and 213, an absolute value calculation unit 211, and a maximum value hold unit 212.
  • Adder 210 calculates the sum of all phases of current detection values Ia0 to Ic0 detected by current detector 200.
  • the absolute value calculation unit 211 calculates the absolute value of the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0 and outputs it to the maximum value holding unit 212.
  • Maximum value holding section 212 determines whether or not the duty ratio of the lower arm element is in the detectable region based on the duty ratios Dua to Duc of the upper arm element input from inverter 104.
  • the detectable region may be, for example, a region where the duty ratio of the lower arm element is 10% or more (that is, a region where the duty ratio of the upper arm element is 90% or less), and preferably the duty ratio of the lower arm element is 20%.
  • the above region that is, a region where the duty ratio of the upper arm element is 80% or less
  • the maximum value holding unit 212 takes out the maximum value during a predetermined period from the absolute value of the sum of the current detection values Ia0 to Ic0 detected during the period in which the duty ratio of the lower arm element is in the detectable region, and adds To 213.
  • the adding unit 213 calculates a sum obtained by adding the allowable error Ea to the maximum value input from the maximum value holding unit 212 as the threshold Th.
  • the predetermined period in which the maximum value holding unit 212 takes out the maximum value of the sum may be several tens of milliseconds, for example. Further, the predetermined period may be determined according to the period of the phase current when the motor 20 rotates at a predetermined rotation speed. For example, the predetermined period may be determined so that the maximum value can be detected from the absolute value of the sum of the current detection values Ia0 to Ic0 calculated over at least one phase of the phase current. The predetermined period may be dynamically changed according to the rotation speed of the motor 20.
  • the threshold Th can be calculated according to the maximum value. For this reason, it is possible to prevent the threshold value Th from being set too small.
  • the output switching unit 204 compares the current detection error Er input from the current detection error estimation unit 201 with the threshold value Th input from the threshold value determination unit 202, and the current detection error Er is excessive and the duty ratio of the lower arm element is It is determined whether or not a detection error occurs due to being too small. That is, the output switching unit 204 determines whether or not the current detection error Er is equal to or greater than the threshold value Th.
  • the threshold Th may be a predetermined fixed value. In this case, the threshold value determination unit 202 may be omitted.
  • the output switching unit 204 converts the current detection values Ia0, Ib0, and Ic0 detected by the current detection unit 200 into the phase currents Ia, Ib, and Ic of the inverter 104 (that is, the A phase). (Current detection value of C-arm lower arm).
  • the output switching unit 204 uses the other value as the phase current of the maximum duty phase determined by the maximum duty phase determination unit 203 (that is, the current detection value of the lower arm of the maximum duty phase). A value obtained by inverting the sign of the sum of the current detection values detected by the current detection unit 200 in the remaining phase is output.
  • the output switching unit 204 outputs the value output as the phase current of the maximum duty phase, and the sum of the current detection values detected by the current detection unit 200 in the other remaining phases. Switch to the sign-inverted value.
  • the output switching unit 204 When the current detection error Er is less than the threshold Th, the output switching unit 204 outputs the current detection values Ia0, Ib0, and Ic0 detected by the current detection unit 200 as the phase currents Ia, Ib, and Ic of the inverter 104, respectively.
  • the output switching unit 204 When the current detection error Er is equal to or greater than the threshold Th and the maximum duty phase is the A phase (that is, the duty ratios of the upper arms of the A phase, the B phase, and the C phase are Dua, Dub, and Duc, respectively, Dua ⁇ Dub When Dua ⁇ Duc), the output switching unit 204 outputs a value ( ⁇ Ib0 ⁇ Ic0) obtained by inverting the sign of the sum of the B-phase and C-phase current detection values Ib0 and Ic0 as the A-phase phase current Ia. . The output switching unit 204 outputs the detected current values Ib0 and Ic0 as phase currents Ib and Ic, respectively.
  • the output switching unit 204 detects the current detection values Ia0 and Ic0 of the A phase and the C phase.
  • a value (-Ia0-Ic0) obtained by reversing the sign of the sum of the two is output as the B-phase phase current Ib.
  • the output switching unit 204 outputs the detected current values Ia0 and Ic0 as phase currents Ia and Ic, respectively.
  • the output switching unit 204 detects the current detection values Ia0 and Ib0 of the A phase and the B phase.
  • a value (-Ia0-Ib0) obtained by reversing the sign of the sum of the two is output as the phase current Ic of the C phase.
  • the output switching unit 204 outputs the detected current values Ia0 and Ib0 as phase currents Ia and Ib, respectively.
  • the threshold value determination process may be executed whenever the current detection device 120 detects each phase current I (Ia, Ib, Ic) of the inverter 104 (that is, in real time).
  • the threshold value Th is stored in a predetermined storage device, and the stored threshold value Th is updated by executing the threshold value determination process at a relatively long predetermined period (for example, one day, one month, several months, etc.). Also good.
  • step S1 the maximum value holding unit 212 of the threshold value determining unit 202 reads the duty ratios Dua to Duc of the upper arm elements from the inverter 104.
  • step S2 maximum value holding unit 212 determines whether or not duty ratios Dua to Duc are within a duty ratio range in which phase current can be detected by current detection unit 200. That is, the maximum value holding unit 212 determines whether or not the duty ratio of the lower arm element is in the detectable region.
  • step S2 If the duty ratios of all phases are in the detectable region (step S2: Y), the process proceeds to step S3. If the duty ratios of all phases are not in the detectable region (step S2: N), the process returns to step S1. In step S3, the adding unit 210 reads the current detection values Ia0 to Ic0 detected by the current detection unit 200.
  • step S4 the adding unit 210 and the absolute value calculating unit 211 calculate the absolute value of the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0 and output the absolute value to the maximum value holding unit 212.
  • step S5 the maximum value holding unit 212 detects the maximum absolute value of the sum of the current detection values Ia0 to Ic0 in a predetermined period.
  • the adding unit 213 calculates the sum obtained by adding the allowable error Ea to the maximum value detected by the maximum value holding unit 212 as the threshold Th.
  • step S10 the current detection error estimation unit 201 reads the current detection values Ia0 to Ic0 detected by the current detection unit 200.
  • step S11 the current detection error estimation unit 201 calculates the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0, and estimates the calculated sum as the current detection error Er.
  • step S12 the output switching unit 204 determines whether or not the current detection error Er estimated by the current detection error estimation unit 201 is equal to or greater than a threshold value Th.
  • step S12: Y If the current detection error Er is greater than or equal to the threshold Th (step S12: Y), the process proceeds to step S13. If the current detection error Er is not equal to or greater than the threshold Th (step S12: N), the process proceeds to step S17. In step S 13, the maximum duty phase determination unit 203 reads the duty ratios Dua to Duc of the upper arm elements from the inverter 104.
  • step S14 the maximum duty phase determination unit 203 determines the maximum duty phase (that is, the phase in which the duty ratio of the upper arm element is the maximum among A phase to C phase).
  • step S15 the output switching unit 204 calculates a value obtained by sign-inverting the sum of the current detection values detected by the current detection unit 200 in the remaining phases other than the maximum duty phase as the current value of the phase current of the maximum duty phase. .
  • step S16 the output switching unit 204 switches the value output as the current value of the maximum duty phase to a value obtained by inverting the sign of the sum of the current detection values of the remaining phases. Then, the current detection process ends.
  • step S17 the output switching unit 204 uses the current detection values Ia0, Ib0, and Ic0 detected by the current detection unit 200 for each phase. Output as phase current. Then, the current detection process ends.
  • the current detection device 120 is configured such that each voltage drop of the resistance elements RS1 to RS3 connected in series with the lower arm elements FET4 to FET6 of each phase of the inverter 104, which is a three-phase inverter controlled by PWM.
  • a current detection unit 200 that detects the current value of each phase based on the current detection value, a current detection error estimation unit 201 that calculates the sum of all the current detection values detected by the current detection unit 200 as a current detection error Er, and a maximum The maximum duty phase determination unit 203 that determines the maximum duty phase at which the upper arm element is driven at the duty ratio of the maximum duty phase, and the current detection of the lower arm of the maximum duty phase when it is determined that the current detection error Er is equal to or greater than the threshold Th
  • An output switching unit 204 that switches the value output as a value to a value obtained by inverting the sign of the sum of the current detection values detected by the current detection unit 200 in the remaining phases.
  • the output switching unit 204 can be prevented from switching the output of the current detection value. Thereby, useless switching of the detected current value can be reduced, and vibration and noise due to switching can be reduced. As a result, it is possible to reduce vibration and noise resulting from switching of the current detection value.
  • the current detection device 120 has a threshold value determination unit 202 that determines the threshold value Th according to the sum of all phases of current detection values detected at a duty ratio that allows current detection by the current detection unit 200. Is provided. Thereby, the threshold value Th can be determined so as to avoid the influence of the error of the current detection value due to factors other than the fact that the duty ratio of the lower arm element is excessively small.
  • the electric power steering apparatus of the first embodiment includes the current detection device 120, the motor 20 that is a three-phase motor, the inverter 104 that is a three-phase inverter that drives the motor 20, and the current detection device.
  • the inverter 104 is controlled according to the detected current value flowing through the lower arm elements FET4 to FET6 of the inverter 104 detected by 120. As a result, noise and noise generated in the motor 20 can be reduced.
  • the threshold value determination unit 202 of the current detection device 120 of the second embodiment determines the threshold value Tr according to the maximum value of the duty ratio for driving the upper arm element (hereinafter referred to as “maximum duty ratio”).
  • maximum duty ratio the maximum value of the duty ratio for driving the upper arm element
  • the threshold value determination unit 202 reads the duty ratios Dua to Duc of the upper arm elements from the inverter 104.
  • the threshold value determination unit 202 calculates maximum values Damax, Dbmax, and Dcmax for each of the read duty ratios Dua to Duc of each phase.
  • the threshold value determination unit 202 may include a maximum value hold circuit that detects the maximum value of the duty ratio in a period set longer than the cycle of the phase current.
  • the threshold value determination unit 202 selects any one of these maximum values Damax, Dbmax, and Dcmax as the maximum duty ratio.
  • the threshold value determination unit 202 may select the largest value among the maximum values Damax, Dbmax, and Dcmax as the maximum duty ratio.
  • the threshold determination unit 202 determines the threshold Tr according to the maximum duty ratio. Reference is made to FIG.
  • the threshold value determination unit 202 may determine the threshold value Th so that the threshold value Th increases as the maximum duty ratio decreases.
  • the output switching unit 204 sets the current detection value in the duty ratio region where the duty ratio of the upper arm element is small (that is, the duty ratio of the lower arm element is large) and the phase current can be detected by the current detection unit 200. Switching can be avoided.
  • the threshold value determination unit 202 determines the threshold value Th so that the ratio of the increase amount of the threshold value Th to the decrease amount of the maximum duty ratio increases as the maximum duty ratio decreases. Good. Further, for example, the threshold value determination unit 202 may determine the threshold value Th so as to be proportional to the maximum duty ratio as shown in FIG. Further, for example, as shown in FIG. 10C, the threshold value determination unit 202 has a relatively small threshold value T2 when the maximum duty ratio is equal to or greater than a predetermined value D1, and the maximum duty ratio is less than the predetermined value D1.
  • the step-like threshold Th may be set so that the threshold Th is a threshold T1 larger than the threshold T2.
  • step S20 the threshold value determination unit 202 reads the duty ratios Dua to Duc of the upper arm elements from the inverter 104.
  • step S21 the threshold value determination unit 202 calculates the maximum duty ratio.
  • step S22 the threshold determination unit 202 determines the threshold Tr according to the maximum duty ratio.
  • the processing in steps S23 to S30 is the same as that in steps S10 to S17 in FIG.
  • the current detection device 120 of the second embodiment includes a threshold value determination unit 202 that determines the threshold value Th according to the maximum duty ratio for driving the upper arm element. Thereby, it is possible to avoid the output switching unit 204 from switching the current detection value in the duty ratio region in which the phase current can be detected by the current detection unit 200.
  • the current detection device 120 according to the third embodiment obtains a corrected threshold Th2 by correcting the threshold Th determined by the threshold determination unit 202 according to the maximum duty ratio for driving the upper arm element, and sets the corrected threshold Th2.
  • a threshold correction unit 220 that outputs to the output switching unit 204 is provided.
  • the threshold correction unit 220 may correct the threshold Th so that the corrected threshold Th2 increases as the maximum duty ratio D decreases. Please refer to FIG. For example, when the maximum duty ratio D is equal to or greater than the predetermined value D2, the threshold correction unit 220 may output the corrected threshold Th2 as it is without correcting the threshold Th determined by the threshold determination unit 202. When the maximum duty ratio D is less than the predetermined value D2, the threshold correction unit 220 may correct the threshold Th determined by the threshold determination unit 202 so as to increase and output a corrected threshold Th2 that is larger than the threshold Th.
  • the threshold value determination unit 202 adds a correction value ⁇ Th that increases as the difference (D2-D) between the predetermined value D2 and the maximum duty ratio D increases to the threshold value Th.
  • the sum may be calculated as the corrected threshold Th2.
  • the threshold value determination unit 202 may increase the ratio of the increase amount of the correction value ⁇ Th to the increase amount of the difference (D2 ⁇ D) as the maximum duty ratio D decreases.
  • the correction value ⁇ Th may increase in proportion to the difference (D2 ⁇ D).
  • the correction value ⁇ Th may be changed stepwise.
  • the current detection unit 200 detects the value output as the current detection value of the lower arm of the maximum duty phase in the remaining phase. The sum of the detected current values is switched to a value obtained by inverting the sign.
  • the other components of the third embodiment are the same as the components of the first embodiment described with reference to FIG.
  • step S40 the threshold correction unit 220 reads the duty ratios Dua to Duc of the upper arm elements from the inverter 104.
  • step S41 the threshold correction unit 220 calculates a maximum duty ratio.
  • step S42 the threshold correction unit 220 corrects the threshold Th determined by the threshold determination unit 202 according to the maximum duty ratio to obtain a corrected threshold Th2.
  • the threshold correction unit 220 outputs the corrected threshold Th2 to the output switching unit 204.
  • step S43 the current detection error estimation unit 201 reads the current detection values Ia0 to Ic0 detected by the current detection unit 200.
  • step S44 the current detection error estimation unit 201 calculates the sum of all phases of the current detection values Ia0 to Ic0, and estimates the calculated sum as the current detection error Er.
  • step S45 the output switching unit 204 determines whether or not the current detection error Er estimated by the current detection error estimation unit 201 is equal to or greater than the corrected threshold Th2. If the current detection error Er is equal to or greater than the corrected threshold Th2 (step S45: Y), the process proceeds to step S46. If the current detection error Er is not equal to or greater than the corrected threshold Th2 (step S45: N), the process proceeds to step S50.
  • the processing in steps S46 to S50 is the same as that in steps S13 to S17 in FIG.
  • the current detection device 120 of the third embodiment includes a threshold correction unit 220 that corrects the threshold Th determined by the threshold determination unit 202 according to the maximum duty ratio for driving the upper arm element. Thereby, it is possible to avoid the output switching unit 204 from switching the current detection value in the duty ratio region in which the phase current can be detected by the current detection unit 200.
  • the inverter 104 in the first to third embodiments is a three-phase inverter
  • the present invention uses the phase current of a multi-phase inverter other than three phases (for example, a two-phase or four-phase or more multi-phase inverter). You may apply to the electric current detection apparatus to detect.
  • it is determined in which phase the current detection value is switched by determining the maximum duty phase of the upper arm element. It may be determined whether the duty ratio is minimum, and the current detection value may be switched in a phase where the duty ratio of the lower arm element is minimum.
  • the upper arm element and the lower arm element are not limited to field effect transistors (FETs), and are insulated gates as long as they satisfy the performance required for driving the motor to be controlled, such as withstand voltage characteristics and current supply capability.
  • FETs field effect transistors
  • Other transistors such as a bipolar transistor (IGBT), other types of bipolar transistors, and MOSFETs may be used.

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Abstract

電流検出装置（１２０）は、ＰＷＭ制御される多相インバータ（１０４）の下アーム素子と直列接続される抵抗素子（ＲＳ１～ＲＳ３）のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値を検出する電流検出部（２００）と、電流検出値の全相の総和を算出する総和算出部（２０１）と、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相を判定する最大デューティ相判定部（２０３）と、電流検出値の全相の総和が閾値以上の場合に、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相の電流検出値として、電流検出部（２００）が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値を出力する出力切替部（２０４）と、電流検出部による電流検出が可能なデューティ比において検出した電流検出値の全相の総和に応じて閾値を決定する閾値決定部を備える。

Description

電流検出装置及び電動パワーステアリング装置
　本発明は、電流検出装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
　ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される多相インバータの各相に流れる電流を検出する手段として、３相下流シャント方式が知られている（例えば下記特許文献１）。
　３相下流シャント方式は、下アーム素子と直列接続されるシャント抵抗のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値をそれぞれ検出する。
特許第３６７４５７８号明細書
　３相下流シャント方式では、下アーム素子のデューティ比が小さな相のシャント抵抗に相電流が流れる時間が短くなり、この相の正確な電流検出ができなくなることがあった。
　このため、特許文献１の電流検出装置は、所定相の下アーム素子のデューティ比が３０％未満の小値以上であるか否かに応じて、所定相の電流値として採用する値を、所定相の電流検出抵抗素子の電圧降下の値からなる第一電流値と、残る二相の電流検出抵抗素子の電圧降下の和の符号を反転した値である第二電流値との間で切り替える。
　しかしながら、デューティ比に基づいて一律に電流検出値を切り替える場合には、切替閾値よりも大きなデューティ比の領域で必ずシャント抵抗による電流検出ができるように、マージンのある切替閾値を設定する必要がある。
　このため、閾値が過大に設定されて必要以上に切り替えが発生するおそれがあり、切り替え時の電流検出値の変動が振動や騒音の原因になることがあった。
　本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、３相下流シャント方式において電流検出値として取得する値を、下アーム素子と直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて検出された電流値と、残りの相で検出した電流値の和を符号反転した値との間で切り替える閾値を適切な値とし、振動や騒音を低減することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様による電流検出装置は、ＰＷＭ制御される多相インバータの各相の下アーム素子と直列接続される抵抗素子のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値をそれぞれ検出する電流検出部と、電流検出部が検出した電流検出値の全相の総和を算出する総和算出部と、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相を判定する最大デューティ相判定部と、電流検出値の全相の総和が閾値以上であると判定した場合に、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相の下アームの電流検出値として出力する値を、電流検出部が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える出力切替部と、電流検出部による電流検出が可能なデューティ比において検出した電流検出値の全相の総和に応じて、又は上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて閾値を決定する閾値決定部を、備える。
　本発明の他の一態様による電動パワーステアリング装置は、上記電流検出装置と、多相モータと、多相モータを駆動する多相インバータを備え、上記電流検出装置により検出された多相インバータの下アーム素子を流れる電流検出値に応じて、多相インバータを制御する。
　本発明によれば、３相下流シャント方式において電流検出値として取得する値を、下アーム素子と直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて検出された電流値と、残りの相で検出した電流値の和を符号反転した値との間で切り替える閾値を適切な値とし、振動や騒音を低減できる。
実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 図１のコントロールユニットの機能構成の一例を示すブロック図である。 図２のインバータの一例の回路構成図である。 第１実施形態の電流検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図４の閾値決定部の機能構成の一例を示すブロック図である。 出力切替部の動作の一例の説明図である。 第１実施形態の閾値決定処理の一例を説明するフローチャートである。 第１実施形態の電流検出処理の一例を説明するフローチャートである。 第２実施形態の電流検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ最大デューティ比に応じた閾値の設定例の説明図である。 第２実施形態の電流検出処理の一例を説明するフローチャートである。 第３実施形態の電流検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 最大デューティ比に応じた閾値の補正例の説明図である。 第３実施形態の電流検出処理の一例を説明するフローチャートである。
　本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
　（第１実施形態）
　（構成）
　図１を参照する。以下の説明では、本発明の実施形態の電流検出装置が、電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生する多相モータを駆動する多相インバータの相電流を検出する場合を説明する。しかし、本発明の実施形態の電流検出装置はこれに限定されるものではなく、多相インバータの相電流を検出する様々な電流検出装置に適用することができる。
　操向ハンドル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に連結される。コラム軸２には、操向ハンドル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、操向ハンドル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。
　コントロールユニット３０は、電動パワーステアリング装置を制御する電子制御ユニット等の電子回路である。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、イグニションキー１１から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３０は、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
　記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
　なお、コントロールユニット３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
　例えば、コントロールユニット３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
　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、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。モータ２０は、一般によく使用される３相モータを例として説明する。
　図２を参照する。コントロールユニット３０は、電流指令値演算部１００と、減算部１０１と、ＰＩ（Proportional-Integral）制御部１０２と、ＰＷＭ制御部１０３と、インバータ１０４と、電流検出装置１２０とを備える。
　コントロールユニット３０は、例えば所定の記憶装置に格納されたコンピュータプログラムをプロセッサで実行することにより、電流指令値演算部１００、減算部１０１、ＰＩ制御部１０２、ＰＷＭ制御部１０３、及び電流検出装置１２０の機能を実現してよい。
　電流指令値演算部１００は、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴ及び車速センサ１２からの車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉｒｆを演算する。
　減算部１０１は、電流指令値演算部１００で演算された電流指令値Ｉｒｆ（ＩＡｒｆ，ＩＢｒｆ，ＩＣｒｆ）と、電流検出装置１２０からフィードバックされたインバータ１０４の各相電流Ｉ（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ）との偏差を算出して、算出した偏差をＰＩ制御部１０２へ出力する。
　ＰＩ制御部１０２は、減算部１０１が算出した偏差に基づいて、ＰＩ制御により３相の電圧指令値Ｖｒ（ＶＡｒ，ＶＢｒ，ＶＣｒ）を算出してＰＷＭ制御部１０３に出力する。
　ＰＷＭ制御部１０３は、ＰＩ制御部１０２が算出した電圧指令値Ｖｒに基づいて、インバータ１０４のＡ相、Ｂ相、及びＣ相の上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ、Ｄｕｂ、及びＤｕｃと、Ａ相、Ｂ相、及びＣ相の下アーム素子のデューティ比Ｄｌａ、Ｄｌｂ、及びＤｌｃをそれぞれ算出する。尚、Ａ相の上アーム素子のデューティ比Ｄｕａと下アーム素子のデューティ比Ｄｌａを加算すると１００％となる。Ｂ相及びＣ相についても同様である。
　ＰＷＭ制御部１０３は、算出したこれらのデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃ及びＤｌａ～Ｄｌｃで、インバータ１０４の上アーム素子と下アーム素子をそれぞれオンオフするゲート信号を生成する。
　ＰＷＭ制御部１０３は、生成したゲート信号をインバータ１０４へ出力するとともに、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ、Ｄｕｂ、及びＤｕｃを電流検出装置１２０へ出力する。
　図３を参照する。３相インバータであるインバータ１０４は、直流電源ＶＲに接続されて直流電力が供給される正極側ラインと接地線との間に接続される３相ブリッジを備える。３相ブリッジは、Ａ相～Ｃ相の上アーム素子である上アームのＦＥＴ１～ＦＥＴ３と、Ａ相～Ｃ相の下アーム素子である下アームのＦＥＴ４～ＦＥＴ６を備える。これらのＦＥＴ１～ＦＥＴ６が、それぞれデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃ及びＤｌａ～Ｄｌｃのゲート信号でオンオフされることによって、３相モータであるモータ２０を駆動する。 
　Ａ相～Ｃ相の下アームのＦＥＴ４～ＦＥＴ６と接地線との間には抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３が直列接続される。抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３は、３相下流シャント方式におけるシャント抵抗として使用される。抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３の電圧降下Ｖａ、Ｖｂ、及びＶｃが、電流検出装置１２０に入力される。
　図２を参照する。電流検出装置１２０は、入力された電圧降下Ｖａ、Ｖｂ、及びＶｃに基づいて相電流Ｉ（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ）を決定し、決定した相電流Ｉを減算部１０１にフィードバックする。
　図４を参照する。第１実施形態の電流検出装置１２０は、電流検出部２００と、電流検出誤差推定部２０１と、閾値決定部２０２と、最大デューティ相判定部２０３と、出力切替部２０４を備える。
　電流検出部２００は、インバータ１０４から入力した抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３の電圧降下Ｖａ、Ｖｂ、及びＶｃに基づき次式（１）に従って、抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３を流れるそれぞれの電流Ｉａ０、Ｉｂ０、及びＩｃ０を電流検出値として検出する。
　Ｉａ０＝Ｖａ／ＲＳＳ１
　Ｉｂ０＝Ｖｂ／ＲＳＳ２
　Ｉｃ０＝Ｖｃ／ＲＳＳ３　　…（１）
　　ここで、ＲＳＳ１、ＲＳＳ２及びＲＳＳ３は、それぞれ抵抗素子ＲＳ１、ＲＳ２及びＲＳ３の抵抗値である。
　キルヒホッフの法則に基づくと、これらの電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和（Ｉａ０＋Ｉｂ０＋Ｉｃ０）は理論的に０（ゼロ）となる。したがって、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和が０でない場合には、下アーム素子のデューティ比が過小で抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３に相電流が流れる時間が短いために、電流検出誤差が生じていると考えることができる。
　このため、電流検出誤差推定部２０１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和を算出して、算出した総和を電流検出誤差Ｅｒとして推定する。電流検出誤差推定部２０１は、総和算出部の一例である。
　電流検出誤差推定部２０１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和を算出する加算部２０５と、加算部２０５が算出した総和の絶対値を算出して電流検出誤差Ｅｒとして出力する絶対値算出部２０６を備える。
　電流検出誤差推定部２０１は、算出した電流検出誤差Ｅｒを出力切替部２０４へ出力する。
　さらに、下アーム素子のデューティ比が過小である相は、Ａ相～Ｃ相のうち上アーム素子のデューティ比が最大である相（すなわちＡ相～Ｃ相のデューティ比のうち最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相）であると考えられる。
　このため、最大デューティ相判定部２０３は、Ａ相～Ｃ相のうち上アーム素子のデューティ比が最大である相（以下「最大デューティ相」と表記することがある）を判定する。最大デューティ相判定部２０３は、判定した最大デューティ相を出力切替部２０４へ出力する。
　閾値決定部２０２は、電流検出誤差Ｅｒが過大であるか否かを判定するための閾値Ｔｈを決定して、出力切替部２０４へ出力する。
　いま、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の領域を「検出可能領域」と表記する。全相においてデューティ比が検出可能領域にある期間に各相の電流値を電流検出部２００で検出し、その電流検出値の全相の総和を算出しても、実際には様々な要因によって総和が０（ゼロ）にならない。
　したがって、下アーム素子のデューティ比が過小であることによる電流検出誤差Ｅｒが過大であるか否かを判定するためには、それ以外の要因による誤差の影響を回避することが好ましい。
　このため、第１実施形態の閾値決定部２０２は、全相においてデューティ比が検出可能領域にある期間に電流検出部２００で検出した電流検出値の全相の総和に応じて閾値Ｔｈを決定する。例えば閾値決定部２０２は、このような電流検出値の総和に許容誤差Ｅａを加算した和を閾値Ｔｈとしてよい。
　閾値決定部２０２は、リアルタイムに（すなわち、電流検出装置１２０がインバータ１０４の各相電流Ｉを検出するたびに）閾値Ｔｈを更新してもよい。または閾値決定部２０２は、工場出荷時には所定の初期値を閾値Ｔｈとして出力し、その後に所定の周期（例えば１日、１ヶ月、数ヶ月など）で閾値Ｔｈを更新してもよい。
　図５を参照する。例えば第１実施形態の閾値決定部２０２は、加算部２１０及び２１３と、絶対値算出部２１１と、最大値ホールド部２１２を備える。
　加算部２１０は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和を算出する。絶対値算出部２１１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和の絶対値を算出して最大値ホールド部２１２へ出力する。
　最大値ホールド部２１２は、インバータ１０４から入力した上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃに基づいて、下アーム素子のデューティ比が検出可能領域にあるか否かを判断する。
　検出可能領域は、例えば下アーム素子のデューティ比が１０％以上の領域（すなわち上アーム素子のデューティ比が９０％以下の領域）であってよく、好ましくは、下アーム素子のデューティ比が２０％以上の領域（すなわち上アーム素子のデューティ比が８０％以下の領域）であってもよい。
　最大値ホールド部２１２は、下アーム素子のデューティ比が検出可能領域にある期間に検出された電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の総和の絶対値の中から、所定期間中の最大値を取り出して加算部２１３へ出力する。
　加算部２１３は、最大値ホールド部２１２から入力した最大値に許容誤差Ｅａを加算した和を閾値Ｔｈとして算出する。
　ここで、最大値ホールド部２１２が総和の最大値を取り出す所定期間は、例えば数十ミリ秒であってよい。
　また、モータ２０が所定の回転速度で回転する際の相電流の周期に応じてこの所定期間を定めてもよい。例えば、少なくとも相電流の１周期に亘って算出された電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の総和の絶対値の中から最大値を検出できるように所定期間を定めてよい。モータ２０の回転速度に応じて動的に所定期間を変化させてもよい。
　このように所定期間を定めることにより、例えば、デューティ比が検出可能領域にある期間に生じる電流検出値の誤差（すなわち、下アーム素子のデューティ比が過小である以外の要因による電流検出値の誤差）が、相電流の値の変化（すなわちデューティ比の変化）に応じて変動しても、その最大値に応じて閾値Ｔｈを算出することができる。このため閾値Ｔｈが過小に設定されるのを防止できる。
　図４を参照する。出力切替部２０４は、電流検出誤差推定部２０１から入力した電流検出誤差Ｅｒと閾値決定部２０２から入力した閾値Ｔｈとを比較して、電流検出誤差Ｅｒが過大であり下アーム素子のデューティ比が過小であることにより検出誤差が生じているか否かを判断する。すなわち、出力切替部２０４は、電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であるか否かを判断する。なお、閾値Ｔｈは、予め定めた固定値であってもよい。この場合、閾値決定部２０２を省略してもよい。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上でない場合、出力切替部２０４は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０、Ｉｂ０、及びＩｃ０を、それぞれインバータ１０４の相電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃ（すなわちＡ相～Ｃ相の下アームの電流検出値）として出力する。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上の場合に出力切替部２０４は、最大デューティ相判定部２０３により判定された最大デューティ相の相電流（すなわち最大デューティ相の下アームの電流検出値）として、他の残りの相で電流検出部２００が検出した電流検出値の和を符号反転した値を出力する。
　すなわち、電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上の場合に出力切替部２０４は、最大デューティ相の相電流として出力する値を、他の残りの相で電流検出部２００が検出した電流検出値の和を符号反転した値に切り替える。
　図６を参照する。電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ未満の場合、出力切替部２０４は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０、Ｉｂ０、及びＩｃ０を、それぞれインバータ１０４の相電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃとして出力する。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であり、最大デューティ相がＡ相である場合（すなわち、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の上アームのデューティ比がそれぞれＤｕａ、Ｄｕｂ及びＤｕｃであり、Ｄｕａ≧ＤｕｂかつＤｕａ≧Ｄｕｃの場合）、出力切替部２０４は、Ｂ相及びＣ相の電流検出値Ｉｂ０及びＩｃ０の総和を符号反転した値（－Ｉｂ０－Ｉｃ０）を、Ａ相の相電流Ｉａとして出力する。また、出力切替部２０４は、電流検出値Ｉｂ０及びＩｃ０を、それぞれ相電流Ｉｂ及びＩｃとして出力する。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であり、最大デューティ相がＢ相である場合（Ｄｕｂ＞ＤｕａかつＤｕｂ≧Ｄｕｃの場合）、出力切替部２０４は、Ａ相及びＣ相の電流検出値Ｉａ０及びＩｃ０の総和を符号反転した値（－Ｉａ０－Ｉｃ０）を、Ｂ相の相電流Ｉｂとして出力する。また、出力切替部２０４は、電流検出値Ｉａ０及びＩｃ０を、それぞれ相電流Ｉａ及びＩｃとして出力する。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であり、最大デューティ相がＣ相である場合（Ｄｕｃ＞ＤｕａかつＤｕｃ＞Ｄｕｂの場合）、出力切替部２０４は、Ａ相及びＢ相の電流検出値Ｉａ０及びＩｂ０の総和を符号反転した値（－Ｉａ０－Ｉｂ０）を、Ｃ相の相電流Ｉｃとして出力する。また、出力切替部２０４は、電流検出値Ｉａ０及びＩｂ０を、それぞれ相電流Ｉａ及びＩｂとして出力する。
　（動作）
　次に、第１実施形態の電流検出装置１２０の動作を説明する。
　（閾値決定処理）
　図７を参照して、閾値決定部２０２が閾値Ｔｈを決定する閾値決定処理を説明する。閾値決定処理は、電流検出装置１２０がインバータ１０４の各相電流Ｉ（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ）を検出するたびに常に（すなわちリアルタイムで）実行してよい。または、所定の記憶装置に閾値Ｔｈを記憶し、比較的長い所定の周期（例えば１日、１ヶ月、数ヶ月など）で閾値決定処理を実行することにより、記憶された閾値Ｔｈを更新してもよい。
　ステップＳ１において閾値決定部２０２の最大値ホールド部２１２は、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃをインバータ１０４から読み込む。
　ステップＳ２において最大値ホールド部２１２は、デューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃが、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の範囲にあるか否かを判断する。すなわち、最大値ホールド部２１２は、下アーム素子のデューティ比が検出可能領域にあるか否かを判断する。
　全相のデューティ比が検出可能領域にある場合（ステップＳ２：Ｙ）に処理はステップＳ３へ進む。全相のデューティ比が検出可能領域にない場合（ステップＳ２：Ｎ）に処理はステップＳ１へ戻る。
　ステップＳ３において加算部２１０は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０を読み込む。
　ステップＳ４において加算部２１０及び絶対値算出部２１１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和の絶対値を算出して最大値ホールド部２１２へ出力する。
　ステップＳ５において最大値ホールド部２１２は、所定期間における電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の総和の絶対値の最大値を検出する。加算部２１３は、最大値ホールド部２１２が検出した最大値に許容誤差Ｅａを加算した和を閾値Ｔｈとして算出する。
　（電流検出処理）
　次に図８を参照して、電流検出装置１２０がインバータ１０４の各相電流Ｉ（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ）を検出する電流検出処理を説明する。
　ステップＳ１０において電流検出誤差推定部２０１は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０を読み込む。
　ステップＳ１１において電流検出誤差推定部２０１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和を算出して、算出した総和を電流検出誤差Ｅｒとして推定する。
　ステップＳ１２において出力切替部２０４は、電流検出誤差推定部２０１が推定した電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であるか否かを判断する。
　電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上である場合（ステップＳ１２：Ｙ）に処理はステップＳ１３へ進む。電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上でない場合（ステップＳ１２：Ｎ）に処理はステップＳ１７へ進む。
　ステップＳ１３において最大デューティ相判定部２０３は、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃをインバータ１０４から読み込む。
　ステップＳ１４において最大デューティ相判定部２０３は、最大デューティ相（すなわちＡ相～Ｃ相のうち上アーム素子のデューティ比が最大である相）を判定する。
　ステップＳ１５において出力切替部２０４は、最大デューティ相の以外の残りの相で電流検出部２００が検出した電流検出値の和を符号反転した値を、最大デューティ相の相電流の電流値として算出する。
　ステップＳ１６において出力切替部２０４は、最大デューティ相の電流値として出力する値を、残りの相の電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える。そして、電流検出処理は終了する。
　一方で電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上でない場合（ステップＳ１２：Ｎ）、ステップＳ１７において出力切替部２０４は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０、Ｉｂ０、及びＩｃ０を、それぞれ各相の相電流として出力する。そして、電流検出処理は終了する。
　（第１実施形態の効果）
　（１）第１実施形態の電流検出装置１２０は、ＰＷＭ制御される３相インバータであるインバータ１０４の各相の下アーム素子ＦＥＴ４～ＦＥＴ６と直列接続される抵抗素子ＲＳ１～ＲＳ３のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値をそれぞれ検出する電流検出部２００と、電流検出部２００が検出した電流検出値の全相の総和を電流検出誤差Ｅｒとして算出する電流検出誤差推定部２０１と、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される最大デューティ相を判定する最大デューティ相判定部２０３と、電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上であると判定した場合に、最大デューティ相の下アームの電流検出値として出力する値を、電流検出部２００が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える出力切替部２０４を備える。
　このように、電流検出誤差Ｅｒが閾値Ｔｈ以上の場合のみ最大デューティ相の下アームの電流検出値として出力する値を切り替えることにより、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の領域で、出力切替部２０４が電流検出値の出力を切り替えるのを回避できる。これにより電流検出値の無用な切替を低減して、切り替えによる振動や騒音を低減できる。この結果、電流検出値の切替に起因する振動や騒音を低減できる。
　（２）第１実施形態の電流検出装置１２０は、電流検出部２００による電流検出が可能なデューティ比において検出した電流検出値の全相の総和に応じて、閾値Ｔｈを決定する閾値決定部２０２を備える。
　これにより、下アーム素子のデューティ比が過小である以外の要因による電流検出値の誤差の影響を回避できるように閾値Ｔｈを決定できる。
　（３）また、第１実施形態の電動パワーステアリング装置は、上記の電流検出装置１２０と、３相モータであるモータ２０と、モータ２０を駆動する３相インバータであるインバータ１０４と、電流検出装置１２０により検出されたインバータ１０４の下アーム素子ＦＥＴ４～ＦＥＴ６を流れる電流検出値に応じてインバータ１０４を制御する。
　これによりモータ２０に発生する騒音や騒音を低減できる。
　（第２実施形態）
　続いて、図９を参照して第２実施形態の電流検出装置１２０を説明する。第２実施形態の電流検出装置１２０の閾値決定部２０２は、上アーム素子を駆動するデューティ比の最大値（以下「最大デューティ比」と表記する）に応じて閾値Ｔｒを決定する。第２実施形態の他の構成要素は、図４を参照して説明した第１実施形態の構成要素と同じである。
　閾値決定部２０２は、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃをインバータ１０４から読み込む。閾値決定部２０２は、読み込んだ各相のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃ毎に最大値Ｄａｍａｘ、Ｄｂｍａｘ、及びＤｃｍａｘをそれぞれ算出する。例えば閾値決定部２０２は、相電流の周期よりも長く設定された期間におけるデューティ比の最大値を検出する最大値ホールド回路を備えてよい。
　閾値決定部２０２は、これらの最大値Ｄａｍａｘ、Ｄｂｍａｘ、及びＤｃｍａｘのうちのいずれかを最大デューティ比として選択する。例えば閾値決定部２０２は、最大値Ｄａｍａｘ、Ｄｂｍａｘ、及びＤｃｍａｘのうちの最も大きな値を最大デューティ比として選択してよい。
　閾値決定部２０２は、最大デューティ比に応じて閾値Ｔｒを決定する。図１０の（ａ）を参照する。閾値決定部２０２は、最大デューティ比が小さくなるほど閾値Ｔｈが大きくなるように閾値Ｔｈを決定してよい。これにより、上アーム素子のデューティ比が小さく（すなわち下アーム素子のデューティ比が大きく）、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の領域で、出力切替部２０４が電流検出値を切り替えるのを回避できる。
　例えば閾値決定部２０２は、図１０の（ａ）に示すように、最大デューティ比が小さくなるほど、最大デューティ比の低下量に対する閾値Ｔｈの増加量の比が大きくなるように閾値Ｔｈを決定してよい。
　また例えば閾値決定部２０２は、図１０の（ｂ）に示すように最大デューティ比と比例するように閾値Ｔｈを決定してもよい。
　また例えば閾値決定部２０２は、図１０の（ｃ）に示すように、最大デューティ比が所定値Ｄ１以上の場合の閾値Ｔｈが比較的小さな閾値Ｔ２であり、最大デューティ比が所定値Ｄ１未満の閾値Ｔｈが閾値Ｔ２より大きな閾値Ｔ１であるように、ステップ状の閾値Ｔｈを設定してもよい。
　続いて、図１１を参照して第２実施形態の電流検出装置１２０による電流検出処理を説明する。
　ステップＳ２０において閾値決定部２０２は、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃをインバータ１０４から読み込む。
　ステップＳ２１において閾値決定部２０２は、最大デューティ比を算出する。
　ステップＳ２２において閾値決定部２０２は、最大デューティ比に応じて閾値Ｔｒを決定する。
　ステップＳ２３～Ｓ３０の処理は、図８のステップＳ１０～Ｓ１７と同様である。
　（第２実施形態の効果）
　第２実施形態の電流検出装置１２０は、上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて閾値Ｔｈを決定する閾値決定部２０２を備える。
　これにより、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の領域で、出力切替部２０４が電流検出値を切り替えるのを回避できる。
　（第３実施形態）
　続いて、図１２を参照して第３実施形態の電流検出装置１２０を説明する。第３実施形態の電流検出装置１２０は、閾値決定部２０２が決定した閾値Ｔｈを上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて補正することにより補正済閾値Ｔｈ２を得て、補正済閾値Ｔｈ２を出力切替部２０４へ出力する閾値補正部２２０を備える。
　例えば閾値補正部２２０は、最大デューティ比Ｄが小さくなるほど補正済閾値Ｔｈ２が大きくなるように閾値Ｔｈを補正してよい。
　図１３を参照する。例えば閾値補正部２２０は、最大デューティ比Ｄが所定値Ｄ２以上の場合には、閾値決定部２０２が決定した閾値Ｔｈを補正せずにそのまま補正済閾値Ｔｈ２として出力してよい。最大デューティ比Ｄが所定値Ｄ２未満の場合に、閾値補正部２２０は、閾値決定部２０２が決定した閾値Ｔｈを増加するように補正し、閾値Ｔｈより大きな補正済閾値Ｔｈ２を出力してよい。
　例えば閾値決定部２０２は、最大デューティ比Ｄが所定値Ｄ２未満の場合に、所定値Ｄ２と最大デューティ比Ｄとの差分（Ｄ２－Ｄ）が大きくなるほど増加する補正値ΔＴｈを閾値Ｔｈに加えた和を補正済閾値Ｔｈ２として算出してよい。
　例えば閾値決定部２０２は、最大デューティ比Ｄが小さくなるほど、差分（Ｄ２－Ｄ）の増加量に対する補正値ΔＴｈの増加量の割合を増やしてもよい。補正値ΔＴｈは、差分（Ｄ２－Ｄ）に比例して増加してもよい。図１０の（ｃ）と同じように、補正値ΔＴｈをステップ状に変化させてもよい。
　出力切替部２０４は、電流検出誤差Ｅｒが補正済閾値Ｔｈ２以上であると判定した場合に、最大デューティ相の下アームの電流検出値として出力する値を、電流検出部２００が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える。
　第３実施形態の他の構成要素は、図４を参照して説明した第１実施形態の構成要素と同じである。
　続いて、図１４を参照して第２実施形態の電流検出装置１２０による電流検出処理を説明する。
　ステップＳ４０において閾値補正部２２０は、上アーム素子のデューティ比Ｄｕａ～Ｄｕｃをインバータ１０４から読み込む。
　ステップＳ４１において閾値補正部２２０は、最大デューティ比を算出する。
　ステップＳ４２において閾値補正部２２０は、閾値決定部２０２が決定した閾値Ｔｈを最大デューティ比に応じて補正して補正済閾値Ｔｈ２を得る。閾値補正部２２０は、補正済閾値Ｔｈ２を出力切替部２０４へ出力する。
　ステップＳ４３において電流検出誤差推定部２０１は、電流検出部２００が検出した電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０を読み込む。
　ステップＳ４４において電流検出誤差推定部２０１は、電流検出値Ｉａ０～Ｉｃ０の全相の総和を算出して、算出した総和を電流検出誤差Ｅｒとして推定する。
　ステップＳ４５において出力切替部２０４は、電流検出誤差推定部２０１が推定した電流検出誤差Ｅｒが補正済閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判断する。
　電流検出誤差Ｅｒが補正済閾値Ｔｈ２以上の場合（ステップＳ４５：Ｙ）に処理はステップＳ４６へ進む。電流検出誤差Ｅｒが補正済閾値Ｔｈ２以上でない場合（ステップＳ４５：Ｎ）に処理はステップＳ５０へ進む。
　ステップＳ４６～Ｓ５０の処理は、図８のステップＳ１３～Ｓ１７と同様である。
　（第３実施形態の効果）
　第３実施形態の電流検出装置１２０は、閾値決定部２０２が決定した閾値Ｔｈを、上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて補正する閾値補正部２２０を備える。
　これにより、電流検出部２００による相電流の検出が可能なデューティ比の領域で、出力切替部２０４が電流検出値を切り替えるのを回避できる。
　（変形例）
　第１実施形態～第３実施形態におけるインバータ１０４は３相インバータであるが、本発明は、３相以外の多相インバータ（例えば、２相や、４相以上の多相インバータ）の相電流を検出する電流検出装置に適用してもよい。
　第１実施形態～第３実施形態においては、上アーム素子の最大デューティ相を判定することで、いずれの相で電流検出値を切り替えるかを判定しているが、いずれの相の下アーム素子のデューティ比が最小であるかを判定して、下アーム素子のデューティ比が最小である相で電流検出値を切り替えても良い。
　また、上アーム素子及び下アーム素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に限られず、耐圧特性や電流供給能力などの制御対象のモータを駆動するのに必要な性能を満たすものであれば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や、他の種類のバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなど、他のトランジスタであってもよい。
　１…操向ハンドル、２…コラム軸、３…減速ギア、４Ａ…ユニバーサルジョイント、４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…タイロッド、１０…トルクセンサ、１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…モータ、３０…コントロールユニット、１００…電流指令値演算部、１０１…減算部、１０２…ＰＩ制御部、１０３…ＰＷＭ制御部、１０４…インバータ、１２０…電流検出装置、２００…電流検出部、２０１…電流検出誤差推定部、２０２…閾値決定部、２０３…最大デューティ相判定部、２０４…出力切替部、２０５…加算部、２０６…絶対値算出部、２１０…加算部、２１１…絶対値算出部、２１２…最大値ホールド部、２１３…加算部、２２０…閾値補正部、ＦＥＴ１～ＦＥＴ３…上アーム素子、ＦＥＴ４～ＦＥＴ６…下アーム素子、ＲＳ１～ＲＳ３…抵抗素子

Claims (4)

  1. 　ＰＷＭ制御される多相インバータの各相の下アーム素子と直列接続される抵抗素子のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値をそれぞれ検出する電流検出部と、
    　前記電流検出部が検出した電流検出値の全相の総和を算出する総和算出部と、
    　最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相を判定する最大デューティ相判定部と、
    　前記電流検出値の全相の総和が閾値以上であると判定した場合に、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相の下アームの電流検出値として出力する値を、前記電流検出部が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える出力切替部と、
    　前記電流検出部による電流検出が可能なデューティ比において検出した電流検出値の全相の総和に応じて、前記閾値を決定する閾値決定部と、
    　を備える電流検出装置。
  2. 　前記閾値決定部が決定した前記閾値を、上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて補正する閾値補正部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
  3. 　ＰＷＭ制御される多相インバータの各相の下アーム素子と直列接続される抵抗素子のそれぞれの電圧降下に基づいて各相の電流値をそれぞれ検出する電流検出部と、
    　前記電流検出部が検出した電流検出値の全相の総和を算出する総和算出部と、
    　最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相を判定する最大デューティ相判定部と、
    　前記電流検出値の全相の総和が閾値以上であると判定した場合に、最大のデューティ比で上アーム素子が駆動される相の下アームの電流検出値として出力する値を、前記電流検出部が残りの相で検出した電流検出値の和を符号反転した値へ切り替える出力切替部と、
    　上アーム素子を駆動する最大デューティ比に応じて前記閾値を決定する閾値決定部と、
    　を備える電流検出装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の電流検出装置と、
    　多相モータと、
    　前記多相モータを駆動する多相インバータと、を備え
    　前記電流検出装置により検出された前記多相インバータの下アーム素子を流れる電流検出値に応じて、前記多相インバータを制御する電動パワーステアリング装置。 
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