JP2006262668A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィードバック系にトルクリップル成分が含まれた状態で電動機の制御を行っても電動機にトルクリップルが生じないような電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 電動機８におけるロータの極数やステータの構成によって発生する電動機８に固有のトルクリップルを測定し、レゾルバ２３が検出した電動機８の回転角度と対応させてマップにして角度算出手段２４に格納する。角度算出手段２４は、運転中にレゾルバ２３が検出した回転角度に基づいてマップからトルクリップル成分を読み出し、このトルクリップル成分を目標電流補正手段３２へ送信する。目標電流補正手段３２は、目標電流からトルクリップル成分を減算して目標電流の補正を行い、補正目標電流を生成する。さらに、目標電流補正手段３２は、この補正目標電流をフィードバック系のＱ軸ＰＩ制御手段２７などへ基準信号として供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車の操舵装置に電動機の動力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、例えば電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減化を図っている。つまり、操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを制御装置の制御によって発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達してステアリングホイールの操舵力を軽減している。このように、電動機の制御によって電動パワーステアリング装置を実現している技術は種々報告されている（例えば、特許文献１参照）。

また、３相ブラシレスモータを用いて補助トルクを発生させ、操舵トルクをアシストする技術も知られている。この技術によれば、３相ブラシレスモータの３相電流から任意の２相の電流を検出し、３相ブラシレスモータの回転角度信号に基づいてｄ軸電流（界磁電流）とｑ軸電流（トルク軸電流）にｄｑ変換（３相２軸変換）してフィードバックしている。そして、フィードバックされたｄ軸電流とｑ軸電流は個別に指令電流と比較制御され、それぞれｄ軸ＰＩ制御とｑ軸ＰＩ制御が行われて、ｄｑ逆変換（２軸３相変換）された後に３相ＰＷＭ信号に変換されて３相ブラシレスモータをデューティ制御している。このようなｄｑ変換手法を用いることによって、３相電流のうち任意の２相の電流を検出することで３相ブラシレスモータをベクトル制御することができるので、制御系が極めて簡素化される（例えば、特許文献２参照）。

さらに、電動機に発生するトルクリップルを除去してステアリングホイールが振動しないようにし、走行時における操舵フィーリングの向上を図った電動パワーステアリング装置の技術も開示されている。この技術によれば、電動機のトルク信号に重畳しているトルクリップル成分を抽出して解析し、そのトルクリップル成分に応じて検出電流のオフセット補正を行っている。これにより、検出電流からトルクリップル成分に相当した電流リップルが相殺されるので、結果的に、トルクリップル成分を含まない検出電流によって電動機を高精度に制御することができる。したがって、電動機によって発生する補助トルクにはトルクリップルが発生しないので、操舵トルクを円滑にアシストすることができる（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−２７９０００号公報（段落番号００１０〜００２３、図１〜図５参照） 特開２００４−４０８８３号公報（段落番号００２７〜００３８、図２参照） 特開２００４−３５９１７８号公報（段落番号００２９〜００３６、図１、図２参照）

しかしながら、前記の特許文献１および特許文献２に開示されている電動パワーステアリング装置は、電動機に発生するトルクリップルを除去するような補正を行っていないので補助トルクを円滑に制御することはできない。特に、特許文献２の技術はｄｑ変換（３相２軸変換）によって検出電流をフィードバックし、３相ブラシレスモータを高精度にトルク制御しているが、３相ブラシレスモータの構造上から原理的に発生するトルクリップルや、制御装置の検出系におけるゲインのばらつきによって発生するトルクリップルなどを除去することはできない。そのため、電動機にトルクリップルが発生してしまい操舵フィーリングのさらなる向上を図ることができない。

また、特許文献３に開示されている電動パワーステアリング装置は、電動機に発生するトルクリップルを除去することはできるが、トルクリップル成分によってフィードバック系の検出電流の補正を行っているため、フィードバック系にトルクリップル成分の関数が介在して伝達関数がかなり複雑になる。そのため制御回路が複雑になって電動パワーステアリング装置をコストアップさせる要因となる。また、フィードバックされる検出電流に対してトルクリップル成分を加算（または、減算）しているので、検出電流と加算（または、減算）されるトルクリップル成分の伝達関数の違いによってハンチング現象が発生し、電動機に微妙な回転むらが生じるおそれもある。その結果、操舵力をアシストするための補助トルクの大きさに微妙なむらが生じて、操舵フィーリングが悪くなるおそれもある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、フィードバック系にトルクリップル成分を加減算させないようにして電動機のトルク制御を行っても、その電動機にトルクリップルが生じないような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。

本発明の電動パワーステアリング装置は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、操舵入力の大きさにより算出された目標電流に基づいてフィードバック制御系によって電動機を駆動し、その電動機が発生した駆動力をステアリング系に付与する電動パワーステアリング装置であって、電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段が検出した回転位置に対応するトルクリップル成分を算出するトルクリップル算出手段と、トルクリップル算出手段が算出したトルクリップル成分に所定のゲインを乗算した値に基づいて目標電流を補正して補正目標電流を生成し、その補正目標電流を基準信号としてフィードバック制御系へ提供する目標電流補正手段とを備える構成を採っている。

このような構成によれば、目標電流からトルクリップル成分を減算して目標電流の補正を行い、これを補正目標電流としている。これによって、フィードバック系の検出信号にトルクリップル成分が含まれていても、フィードバック系の制御の基準となる補正目標電流がトルクリップル成分で補正されているので、フィードバック系の伝達関数が変わることなく、電動機にトルクリップルが発生しないようにその電動機を高精度に制御することができる。つまり、フィードバック系にはトルクリップル成分の加減算を行っていないので伝達関数が変わることはない。なお、トルクリップル成分はあらかじめ実験やシミュレーションなどで求めておき、電動機の回転位置と対応させてマップにしてトルクリップル算出手段に格納しておく。これによって、回転位置検出手段は、実運転時の回転位置から容易にトルクリップル成分を求めることができる。

また、前記発明の構成において、ゲインは、電動機の回転速度が所定の速度より遅いときは所定値より大きく設定され、電動機の回転速度が所定の速度より速いときは所定値より小さく設定される構成を採ることができる。

すなわち、電動機は、回転速度が上昇すると上昇率が低下する一方、音を発生させるようなトルクリップルが発生しにくくなる。したがって、高速回転域ではゲインの値を小さくして目標電流の補正を弱めることができる。これによって、高速回転では、トルクリップル制限を弱めたり、あるいはトルクリップル制限を行わないようにしたりすることができる。

また、前記発明の構成において、ゲインは、電動機の回転速度が速くなるにしたがって小さな値になるような構成を採ることができる。このような構成によれば、電動機の回転速度が上昇するにしたがってゲインの値が、例えばリニアに小さくなるので、回転速度の上昇に伴って徐々にトルクリップル制限を弱め、ある回転速度以上でトルクリップル制限を行わないようにすることができる。

また、前記発明の構成に加えて、さらに、電動機へ供給される電流を検出する電流検出手段を備え、ゲインは、電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が所定温度より低いときは所定値より大きな値に設定され、電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が所定温度より高いときは所定値より小さな値に設定される構成を採ることができる。

すなわち、電流センサは、温度が高くなるとゲインばらつきの拡大が抑えられるので（つまり、ゲインばらつきが少なくなるので）、高温転域ではゲインの値を小さくして目標電流の補正を弱めることができる。このようにして、高温時においてトルクリップルの制限を弱くしても、高温時は元々トルクリップル成分が少ないので実質的にはトルクリップルの少ない状態で電動機を運転することができる。

また、前記発明の構成において、ゲインは、電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が高くなるにしたがって、例えばリニアに小さな値になるように構成することができる。このような構成によれば、電流検出手段の温度が上昇するにしたがってゲインの値がリニアに小さくなるので、温度の上昇に伴ってトルクリップルの制限を徐々に弱めることができる。

また、前記各発明の構成において、電動機は３相ブラシレスモータであり、回転位置検出手段はレゾルバである構成を採ることができる。このような構成によれば、電動機として３相ブラシレスモータを用いれば、検出信号をＤＱ変換（３相２軸変換）して容易にフィードバック系を構成することができるので、制御手段が極めて簡単になる。また、回転位置検出手段は汎用のレゾルバを用いることができるので部品のコストダウンを図ることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、フィードバック系の検出信号にトルクリップル成分が含まれていても、フィードバック系の基準信号となる補正目標電流がトルクリップル成分で補正しているので、フィードバック系の伝達関数が変わることなく、電動機にトルクリップルが発生しないようにその電動機を高精度に制御することが可能となる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動機は回転速度が上昇すると上昇率が低下したり、操舵フィーリングに影響を与えるようなトルクリップルが発生しにくくなるという特性を利用して、電動機の高速回転域ではゲインの値を小さくして目標電流の補正を弱めることができる。これによって、電動機の高速回転では、トルクリップル制限を弱めたり、あるいはトルクリップル制限を行わないようにすることができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動機の電流を検出する電流センサは、温度が高くなるとゲインばらつきの拡大が抑えられるので（つまり、ゲインばらつきが少なくなるので）、高温時ではゲインの値を小さくして目標電流の補正を弱めることができる。このようにして、高温時においてトルクリップルの制限を弱くしても、高温時は元々トルクリップル成分が少ないので実質的にはトルクリップルの少ない状態で電動機を運転することができる。

《発明の概要》
本発明の電動パワーステアリング装置は、あらかじめ、電動機におけるロータの極数やステータの構成によって発生する電動機に固有のトルクリップルを測定し、その電動機の回転角度と対応させてマップ（または、テーブル）にして格納しておく。そして、運転中に電動機の回転角度を検出し、マップ（または、テーブル）を参照して、検出した回転角度に対応するトルクリップル成分を読み出す。さらに、制御回路の目標電流からこのトルクリップル成分を減算して目標電流の補正を行い、これを補正目標電流とする。これによって、フィードバック系の検出信号にトルクリップル成分が含まれていても、基準信号となる補正目標電流がトルクリップル成分で補正されているので、フィードバック系の伝達関数が変わることなく、電動機にトルクリップルが発生しないようにその電動機を高精度に制御することが可能となる。

また、あらかじめ、３相中の２相に挿入された電流センサのゲインずれによって電動機に生じるトルクリップルを測定し、その電動機の回転角度と対応させてマップ（または、テーブル、関数）にして格納しておく（あるいは、関数化しておく）。そして、運転中に電動機の回転角度を検出し、マップ（または、テーブル）を参照して、検出した回転角度に対応するトルクリップル成分を読み出す。さらに、制御回路の目標電流からこのトルクリップル成分を減算して目標電流の補正を行い、これを補正目標電流とする。これによって、フィードバック系の検出信号にトルクリップル成分が含まれていても、基準となる補正目標電流がトルクリップル成分で補正されているので、フィードバック系の伝達関数が変わることなく、電動機にトルクリップルが発生しないようにその電動機を高精度に制御することが可能となる。

なお、本発明の電動パワーステアリング装置では、従来の電動パワーステアリング装置と区別するために、従来の電動パワーステアリング装置で表現していたｄ軸、ｑ軸を、本発明の電動パワーステアリング装置ではＤ軸、Ｑ軸と大文字で表現して弁別することにする。また、本発明の電動パワーステアリング装置ではその他のアルファベット符号も大文字で表現することにする。但し、数字の添え字はアルファベット符号の小文字を使用する。

《発明の実施の形態》
以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。まず、図１に示す電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。図１において、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４は、自在継ぎ手５ａ、５ｂを有する連結軸５を介して、ステアリングギヤボックス内にあるラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａと連結され、手動操舵力発生手段２を構成している。さらに、ピニオン７ａにかみ合うラック歯７ｂと、これらのかみ合いにより往復運動するラック軸９は、その両端にタイロッド１０、１０を介して転動輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗに連結されて、操舵時にはラック＆ピニオン式のステアリング系を介して左右の前輪Ｗ、Ｗを転動させて車両の方向が変えられるように構成されている。この手動操舵力発生手段２による操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機８を設け、操舵トルクＴに応じた補助トルクを制御手段１２の制御によって発生させ、この補助トルクをラック軸９に伝達してステアリングホイール３の操舵力を軽減するように構成されている。

すなわち、本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から操舵輪である左右の前輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓが備えられ、手動操舵力発生手段２によって操舵力をアシストしている。そのため、電動パワーステアリング装置１は、制御手段１２からの電動機制御信号Ｖ０に基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力をアシストする。なお、本実施の形態では、電動機８として３相ブラシレスモータを用い、電動機８の駆動制御としてＤ軸（界磁電流軸）とＱ軸（トルク軸）を制御するＤＱ制御を行っている。

手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備えている。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いによりピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動にしている。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、操舵輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助トルク）を発生させるために、電動機８がラック軸９と同軸上に配設されている。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させている。

制御手段１２には、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサＴＳ、電動機電流検出手段１４の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯが入力される。そして、制御手段１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯに基づいて電動機８にかける電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力している。さらに、制御手段１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定して電動機８の駆動を制御している。なお、制御手段１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、および記憶手段などで構成されている。ちなみに、ＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。

車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御手段１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。

操舵トルクセンサＴＳはステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御手段１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。

電動機電流検出手段１４は、例えば、電動機８の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマ（ＣＴ）で形成され、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御手段１２にフィードバック（負帰還）する。

電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加して電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じて電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路およびＦＥＴブリッジを介して電動機８の各巻線に例えば正弦波電流を通電してベクトル制御を行う。

次に、図１の制御手段１２について詳細に説明する。図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置における制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。制御手段１２は、相電流検出手段２１、３相２軸変換手段２２、レゾルバ（回転位置検出手段）２３、角度算出手段（トルクリップル算出手段）２４、電動機速度算出手段２５、界磁電流手段２６、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８、２軸３相変換手段２９、ＰＷＭ変換手段３０、非干渉制御手段３１、および目標電流補正手段３２を備えた構成となっている。また、周辺機器として、電動機８、電動機駆動手段１３、電流センサ１４ａ、１４ｂを有する電動機電流検出手段（電流検出手段）１４、およびバッテリを備えている。なお、制御手段１２はＣＰＵからの指令信号によって動作を行うが、この図ではＣＰＵは図示されていない。

このような制御手段１２は、２相回転磁束座標系（以下、ＤＱ座標系という）で表わされるベクトル制御によって指令トルクに応じた電動機８のベクトル制御を行っている。すなわち、ステアリング系Ｓのハンドルに加わる操舵トルクＴを操舵トルクセンサＴＳにより検出し、この検出した操舵トルクＴに応じたアシストトルクが得られるように、電動機８をベクトル制御することにより操舵のアシストを行っている。

まず、図示しないＣＰＵ内において、操舵トルクセンサＴＳが検出して出力した操舵トルクＴ、操舵角速度、および車速センサＶＳが検出して出力した車速信号Ｖなどから指令トルクが求められ、さらに、この指令トルクはトルク電流変換によってＱ軸電流指令値に変換され、制御手段１２のＱ軸ＰＩ制御手段２７へ入力される。また、ＣＰＵからの指令信号と電動機速度算出手段２５からの速度信号が界磁電流手段２６へ入力され、Ｄ軸電流指令値に変換されてＤ軸ＰＩ制御手段２８へ入力される。

また、電動機８の各相電流（例えば、Ｕ相電流ＩＵ、Ｗ相電流ＩＷ）が電動機電流検出手段１４の電流センサ（ＣＴ）１４ａ、１４ｂで検出され、相電流検出手段２１によって所定の周期でサンプリングされる。そして、相電流検出手段２１から出力された各相電流（ＩＵ、ＩＷ）は３相２軸変換手段２２へ入力される。一方、レゾルバ２３が検出した電動機８の回転位置は角度算出手段２４によって角度信号（ＡＮＧＬＥ）に変換され、その角度信号が３相２軸変換手段２２へ入力される。そして、３相２軸変換手段２２は、入力された角度信号に基づいて各相電流（ＩＵ、ＩＷ）をＤＱ変換してＤ軸電流（ＩＤ）とＱ軸電流（ＩＱ）を出力する。

次に、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７は、ＣＰＵから入力されたＱ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＱ軸電流（ＩＱ）とに基づいて、Ｐ（Proportional：比例）制御処理およびＩ（Integral：積分）制御処理を実行し、その結果としてＱ軸に対しての指令電圧ＶＱを生成して、この指令電圧ＶＱを２軸３相変換手段２９へ入力する。また、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８は、界磁電流手段２６から入力されたＤ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＤ軸電流（ＩＤ）とに基づいて、Ｐ（比例）制御処理およびＩ（積分）制御処理を実行し、その結果としてＤ軸に対しての指令電圧ＶＤを生成して、この指令電圧ＶＤを２軸３相変換手段２９へ入力する。

すると、２軸３相変換手段２９は、これらの指令電圧ＶＱ、ＶＤに対してＤＱ逆変換を行って電動機８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対するそれぞれの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに変換する。そして、これらの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷはＰＷＭ変換手段３０でＰＷＭデュ−ティ信号となり、このＰＷＭデューティ信号が電動機駆動手段１３内の図示しないプリドリドライブ回路およびＦＥＴブリッジ回路を制御する。これによって、ブラシレスモータなどの電動機８の各相巻線にはＰＷＭ制御された正弦波電流が通電され、電動機８に対して所定のベクトル制御を行う。

なお、非干渉制御手段３１は、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７とＤ軸ＰＩ制御手段２８のように複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉がある場合に、１つの制御入力の影響が１つの制御量だけに及ぶように相互干渉を絶つ働きをする。図２の例では、非干渉制御手段３１は、電動機角速度と電動機電流のフィードバックループを小さくする（つまり、フィードバックループの応答速度を早くする）ために用いられている。

ところで、本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、図２に示すように、電動機８の回転トルクをベクトル制御するための基準信号となる目標電流をトルクリップル成分で補正するための目標電流補正手段３２を備えている。すなわち、目標電流補正手段３２は、目標電流（基準信号）をリップル補正して補正目標電流とし、その補正目標電流を、トルク軸電流を制御するためのＱ軸ＰＩ制御手段２７、および界磁電流を制御するための界磁電流手段２６（結果的にはＤ軸ＰＩ制御手段２８）の基準入力端子へ入力している。言い換えれば、電動機８の回転角度や電流を帰還するフィードバック系をトルクリップル成分で補正するのではなく、トルクリップル成分を目標電流補正手段３２へ入力して目標電流をリップル補正し、補正目標電流を基準信号としている。そのため、制御手段１２におけるフィードバック系の伝達関数は全く変わらない。

ここで、電動機に発生するトルクリップルについて説明する。電動機は回転子側の磁極や固定子側のスロット（ステータ）数およびそれらの配置構造によって電動機に固有のトルクリップルが発生する。このようなトルクリップルは、電動機の回転子が回転するときに各磁極と各スロットが対向したり離れたりする過程で僅かな磁界の変化が生じるために発生するものである。例えば、８極９スロットの構成の電動機の場合は６次のトルクリップルが発生する。このような８極９スロットの電動機の構成は、例えば、本発明の出願人による特開２００１−２７５３２５号公報に開示されており、その８極９スロットの電動機で実験すると６次のトルクリップルが顕著に表れている。

図３は、８極９スロットの電動機に表れる６次のトルクリップルの波形であり、補正係数を表している。横軸は電気角（ｄｅｇ）を表し、縦軸はトルクリップルの電流値（Ａ）を表している。すなわち、電気角３６０ｄｅｇが電動機の１回転であって、この間に１サイクル（２π）の１次のトルクリップルが６個発生している。したがって、このように連続するトルクリップルが６次のトルクリップルと言われている。この６次のトルクリップルを図２の制御手段１２における目標電流補正手段３２に入力して、あらかじめ図示しないＣＰＵから入力された目標電流に対して６次のトルクリップルの電流分だけ減算すれば、補正目標電流は６次のトルクリップルの電流分がキャンセルされた値になる。つまり、図３の縦軸は、目標電流から６次のトルクリップルの電流分が減算された補正目標電流と見ることができる。すなわち、目標電流は通常は直線レベルであるが、目標電流から６次のトルクリップルの電流分を減算すれは、補正目標電流のエンベロープは、図３のような６次のトルクリップルの波形になる。

また、トルクリップルは電動機の電流を検出する電流センサにおけるゲインのばらつきによっても発生する。図４は、電流センサを３相のうち２相に挿入したときに電動機に現われる２次のトルクリップルの波形であり、補正係数を表している。横軸は電気角（ｄｅｇ）を表し、縦軸はトルクリップルの電流値（Ａ）を表している。図２で説明したように、３相ブラシレスモータの場合は、通常は２個の電流センサ１４ａ，１４ｂが任意の２相に挿入されているので、それぞれの電流センサ１４ａ，１４ｂのゲイン（増幅率）のばらつきによって、電動機が１回転する間に２サイクルのトルクリップルが発生する。

すなわち、図４に示すように、電気角３６０ｄｅｇが電動機の１回転であって、この間に１サイクル（２π）の１次のトルクリップルが２個発生している。このように連続するトルクリップルは２次のトルクリップルと言われている。この２次のトルクリップルを図２の制御手段１２における目標電流補正手段３２に入力して、あらかじめＣＰＵから入力された目標電流に対して２次のトルクリップルの電流分だけ減算すれば、補正目標電流は２次のトルクリップルの電流分がキャンセルされた値になる。つまり、図４の縦軸は、目標電流から２次のトルクリップルの電流分が減算された補正目標電流と見ることができる。すなわち、目標電流は通常は直線レベルであるが、目標電流から２次のトルクリップルの電流分を減算すれは、補正目標電流のエンベロープは、図４のような２次のトルクリップルの波形になる。

次に、目標電流補正手段３２が補正目標電流を生成する過程について、図２を参照しながらさらに詳しく説明する。なお、以下の説明では、電動機８が３相ブラシレスモータであって８極９スロットの構成であり、かつ電流センサが３相のうち２相に挿入されている場合について述べる。まず、電動機８の構造に起因して発生する６次のトルクリップルを除去する手順について説明する。あらかじめ、電動機８を回転させて６次のトルクリップルを測定し、この６次のトルクリップルをレゾルバ２３で測定した電動機８の回転角度と対応させ、マップにして角度算出手段２４に格納しておく。なお、６次のトルクリップルと電動機８の回転角度とを対応させてテーブル化して格納してもよいが、以下の説明ではマップにして格納する場合について述べる。そして、運転中においてレゾルバ２３が電動機８の回転角度を検出し、角度算出手段２４がマップを参照して検出された回転角度に対応する６次のトルクリップル成分を読み出す。さらに、角度算出手段２４は、６次のトルクリップル成分を目標電流補正手段３２へ送信する。

これによって、目標電流補正手段３２は、ＣＰＵから入力された目標電流から６次のトルクリップル成分を減算して補正目標電流を求め、この補正目標電流を基準信号として、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７の基準端子および界磁電流手段２６を介してＤ軸ＰＩ制御手段２８の基準端子へ入力する。つまり、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７およびＤ軸ＰＩ制御手段２８の基準信号のレベルが６次のトルクリップルで変動しているので、フィードバックされた電動機８の検出信号に６次のトルクリップルが含まれていても、見掛け上は６次のトルクリップルが相殺された状態でフィードバック制御が行われ、電動機８には磁極やステータの数に起因する６次のトルクリップルは発生しない。

次に、電流センサ１４ａ，１４ｂのゲインのばらつきに起因して発生する２次のトルクリップルを除去する手順について説明する。あらかじめ、電動機８を回転させて電流センサ１４ａ，１４ｂのゲインのばらつきによって生じる２次のトルクリップルを測定し、この２次のトルクリップルを電動機８の回転角度と対応させてマップ（または、テーブル）にして角度算出手段２４に格納しておく。そして、運転中においてレゾルバ２３が電動機８の回転角度を検出し、角度算出手段２４がマップを参照して検出された回転角度に対応する２次のトルクリップル成分を読み出す。さらに、角度算出手段２４は、２次のトルクリップル成分を目標電流補正手段３２へ送信する。

これによって、目標電流補正手段３２は、ＣＰＵから入力された目標電流から２次のトルクリップル成分を減算して補正目標電流を求め、この補正目標電流を基準信号として、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７の基準端子および界磁電流手段２６を介してＤ軸ＰＩ制御手段２８の基準端子へ入力する。つまり、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７およびＤ軸ＰＩ制御手段２８の基準信号のレベルが２次のトルクリップルで変動しているので、フィードバックされた電動機８の検出信号に２次のトルクリップルが含まれていても、見掛け上は２次のトルクリップルが相殺された状態でフィードバック制御が行われ、電動機８には電流センサ１４ａ，１４ｂのゲインのばらつきに起因する２次のトルクリップルは発生しない。

図５は、本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる補正係数マップであり、横軸に電動機角度（ｄｅｇ）を表し、縦軸に補正係数を表している。図５の補正係数は各電動機角度における電動機の構造に起因する６次のトルクリップル成分と電流センサのゲインに起因する２次のトルクリップル成分等の各リップル成分を合成したものを表している。このようなトルクリップル成分はシミュレーションテストによって図２の角度算出手段２４で算出されて記憶される。したがって、実際の運転時において、角度算出手段２４がレゾルバ２３から電動機８の電動機角度の信号を取得し、図５の補正係数マップから各電動機角度に対する補正係数を読み出して目標電流補正手段３２へ送信する。

これによって、目標電流補正手段３２は、ＣＰＵから入力された目標電流とこの補正係数Ａ，Ｂとに基づいて補正目標電流を生成する。なお、補正係数は、例えば６次のトルクリップルの補正係数を補正係数Ａとし、２次のトルクリップルの補正係数を補正係数Ｂとして、各々を別々に読み取ってもよい。

図６は、本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる６次のトルクリップルの補正を示す図であり、横軸に電動機速度（ＭＶＥＬ）を表し、縦軸に補正係数を表している。すなわち、電動機は回転速度が上昇すると電機子コイルの逆起電力が増加するので回転速度が上昇しにくくなる。また、電動機は回転速度が上昇すると音を発生させるようなトルクリップルが発生しにくくなる。したがって、高速回転域では６次のトルクリップルの補正を弱めることができる。つまり、図６の実線に示すように、所定の回転速度までは６次のトルクリップルの補正係数を１とするが、所定の回転速度以上では回転速度の上昇と共に補正係数を下げて目標電流からトルクリップル成分を減算する割合を低減する。これによって、高速回転では、トルクリップル制限を弱めたり、あるいはトルクリップル制限を行わないようにする。なお、図６の破線で示すように、電動機の回転速度に応じて補正ゲインを例えばリニアに可変するようにしてもよい。

図７は、本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる２次のトルクリップルの補正レシオマップであり、横軸にＥＣＵ（制御手段１２）の温度を表し、縦軸に補正係数のレシオを表している。すなわち、電流センサは温度が高くなるとゲインばらつきの拡大が抑えられるので（つまり、ゲインばらつきが少なくなるので）、高温時は２次のトルクリップルの補正レシオを小さくしてトルクリップル制限を行わないようにする。例えば、図７の実線で示すように、−４０℃から０℃までは補正レシオを１としてトルクリップル制限を行い、０℃から４０℃までの常温の範囲は、温度上昇とともに補正レシオを小さくしてトルクリップル制限を徐々に弱めて行く。そして、４０℃以上では補正レシオの値を一定のレベルに固定してトルクリップル制限を行わないようにする。または、図７の破線で示すように、−４０℃から温度が上昇するとともに補正レシオの値を徐々に小さくして、徐々にトルクリップル制限を弱めていってもよい。

次に、目標電流を補正してトルクリップル成分を除去する処理の流れをフローチャートに基づいて説明する。図８は、本発明の電動パワーステアリング装置において目標電流の補正を行ってトルクリップル補正を実現する処理の流れを示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、電動機８が３相ブラシレスモータであって８極９スロットの構成であり、かつ電流センサが３相のうち２相に挿入されている場合のトルクリップル補正の流れを示している。

図８において、まず、図３に示す波形のような６次のトルクリップルを読み込んで、１次のトルクリップルの検出モータ角度を６倍し、電動機８の回転角度を求める（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で求めた電動機の回転角度（つまり、６次のトルクリップルの角度）から、図５の補正係数マップを探索して補正係数Ａ（つまり、６次のトルクリップルの補正係数）を算出する（ステップＳ２）。さらに、電動機８の回転速度を読み込む（ステップＳ３）。そして、ステップＳ３で読み取った電動機８の回転速度に基づいて図６の６次補正レシオマップによって６次のトルクリップルの補正レシオＧ６を算出する（ステップＳ４）。さらに、目標電流−（補正係数Ａ×補正レシオＧ６×目標電流）＝補正目標電流Ｐ６を算出する（ステップＳ５）。そして、フローには表示されていないが、算出された補正目標電流Ｐ６に基づいて電動機８の回転制御を行う。

次に、図４に示す波形のような２次のトルクリップルを読み込んで、１次のトルクリップルの検出モータ角度を２倍して、２次のトルクリップルの電気角度を求める（ステップＳ６）。次に、ステップＳ１で求めた２次のトルクリップルの電気角度から、図５の補正係数マップを探索して補正係数Ｂ（つまり、２次のトルクリップルの補正係数）を算出する（ステップＳ７）。さらに、ＥＣＵ（制御手段）内の電流センサの温度を読み込む（ステップＳ８）。そして、ステップＳ８で読み込んだ温度に基づいて図７の２次補正レシオマップによって２次のトルクリップルの補正レシオＧ２を算出する（ステップＳ９）。さらに、目標電流−（補正係数Ｂ×補正レシオＧ２×目標電流）＝補正目標電流Ｐ２を算出する（ステップＳ１０）。そして、フローには表示されていないが、算出された補正目標電流Ｐ２に基づいて電動機８の回転制御を行う。

なお、図８のフローチャ−トでは６次のトルクリップルと２次のトルクリップルに分けて補正目標電流を求めているが、図５のように、あらかじめ全てのトルクリップル成分（本実施形態では、６次のトルクリップル成分と２次のトルクリップル成分）を合成してマップにしておけば、補正目標電流は１回の算出によって求めることができる。

前記の実施の形態では、理解を容易にするために、一例として８極９スロットの３相ブラシレスモータと２相に電流センサを用いた電動パワーステアリング装置について説明したが、このような構成に限定されるものではない。どのような構成の電動機に電流センサを何個使用しても、その構成によって固有に発生するトルクリップルを目標電流から減算すれば、フィードバック系を全く変更することなく、電動機にトルクリップルを発生させないで電動機を高精度に回転制御することができる。なお、本発明は、ステアリング系Ｓにおけるステアリングホイールと前輪（転蛇輪）とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）にも適用可能である。

本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置における制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。 ８極９スロットの電動機に現われる６次のトルクリップルの波形である。 電流センサを３相のうち２相に挿入したときに電動機に現われる２次のトルクリップルの波形である。 本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる補正係数マップを示す図である。 本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる６次のトルクリップルの補正係数を示す図である。 本発明の電動パワーステアリング装置に用いられる２次のトルクリップルの補正係数を示す図である。 本発明の電動パワーステアリング装置において目標電流の補正を行ってトルクリップル補正を実現する処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置
２…手動操舵力発生手段
３…ステアリングホイール
４…ステアリング軸
５…連結軸
５ａ，５ｂ…自在継ぎ手
６…ステアリング・ギアボックス
７…ラック＆ピニオン機構
７ａ…ピニオン
８…電動機
９…ラック軸
１０…タイロッド
１１…ボールねじ機構
１２…制御手段
１３…電動機駆動手段
１４…電動機電流検出手段（電流検出手段）
１４ａ，１４ｂ…電流センサ
１５…電動機電圧検出手段
２１…相電流検出手段
２２…３相２軸変換手段
２３…レゾルバ（回転位置検出手段）
２４…角度算出手段（トルクリップル算出手段）
２５…電動機速度算出手段
２６…界磁電流手段
２７…Ｑ軸ＰＩ制御手段
２８…Ｄ軸ＰＩ制御手段
２９…２軸３相変換手段
３０…ＰＷＭ変換手段
３１…非干渉制御手段
３２…目標電流補正手段
Ｓ…ステアリング系
ＴＳ…操舵トルクセンサ
ＶＳ…車速センサ
Ｗ…前輪

Claims (6)

1. 操舵入力の大きさにより算出された目標電流に基づいてフィードバック制御系によって電動機を駆動し、その電動機が発生した駆動力をステアリング系に付与する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記回転位置検出手段が検出した回転位置に対応するトルクリップル成分を算出するトルクリップル算出手段と、
   前記トルクリップル算出手段が算出したトルクリップル成分に所定のゲインを乗算した値に基づいて前記目標電流を補正して補正目標電流を生成し、その補正目標電流を基準信号として前記フィードバック制御系へ提供する目標電流補正手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ゲインは、前記電動機の回転速度が所定の速度より遅いときは所定値より大きく設定され、前記電動機の回転速度が所定の速度より速いときは前記所定値より小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ゲインは、前記電動機の回転速度が速くなるにしたがって小さな値になることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. さらに、前記電動機へ供給される電流を検出する電流検出手段を備え、
   前記ゲインは、前記電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が所定温度より低いときは所定値より大きな値に設定され、前記電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が所定温度より高いときは所定値より小さな値に設定される
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ゲインは、前記電流検出手段の温度またはその電流検出手段の周囲温度が高くなるにしたがって小さな値になることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記電動機は３相ブラシレスモータであり、前記回転位置検出手段はレゾルバであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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