JP6521185B2

JP6521185B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP6521185B2
Application number: JP2018535622A
Authority: JP
Inventors: 博明高瀬; 亮皆木; 澤田　英樹; 英樹澤田; 孝義菅原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: US10427710B2; EP3477848B1; BR112019001636A2; CN109792223B; WO2018037980A1; CN109792223A; BR112019001636B1; JPWO2018037980A1; US20190168801A1; EP3477848A1; EP3477848A4

Description

本発明は、３相ブラシレスモータの駆動をｄｑ軸回転座標系でベクトル制御すると共に、性能の異なる複数のデッドタイム補償機能（例えばモータ端子電圧に基づくインバータのデッドタイム補償機能とモータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能）をミキシングしながら徐々に切り換え、操舵状態に応じたデッドタイム補償を実施することにより操舵性能を向上して、滑らかで操舵音のないアシスト制御を可能とした電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、アクチュエータとしてのモータの駆動力を、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操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のDutyの調整で行っている。

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、ハンドル軸）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、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の舵角θを検出する舵角センサ１４と、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０とが設けられており、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（ＥＣＵ）３０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３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓ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、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから舵角（モータ回転角）θを得ることもできる。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ(Central Processing Unit)（ＭＰＵ(Micro Processor Unit)やＭＣＵ(Micro Controller Unit)等を含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｓは操舵補助指令値演算部３１に入力され、操舵補助指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。

減算部３２Ｂでの減算結果である偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ制御部３５でＰＩ（比例積分）等の電流制御をされ、電流制御された電圧制御指令値Ｖｒｅｆが変調信号（三角波キャリア）ＣＦと共にＰＷＭ制御部３６に入力されてDuty指令値を演算され、Duty指令値を演算されたＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。

補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、特性改善を実施する。

近年、電動パワーステアリング装置のアクチュエータは３相ブラシレスモータが主流となっていると共に、電動パワーステアリング装置は車載製品であるため、稼動温度範囲が広く、フェールセーフの観点からモータを駆動するインバータは家電製品を代表とする一般産業用と比較して、デッドタイムを大きく（産業用機器＜ＥＰＳ）する必要がある。一般にスイッチング素子（例えばＦＥＴ(Field-Effect Transistor)）にはＯＦＦの際に遅れ時間があるため、上下アームのスイッチング素子のＯＦＦ／ＯＮ切り換えを同時に行うと、直流リンクを短絡する状況になり、これを防ぐため、上下アーム両方のスイッチング素子がＯＦＦになる時間（デッドタイム）を設けている。

その結果、電流波形が歪み、電流制御の応答性や操舵感が悪化する。例えばハンドルがオンセンター付近にある状態でゆっくり操舵すると、トルクリップル等による不連続な操舵感などが生じる。また、中・高速操舵時におけるモータの逆起電圧や、巻線間の干渉電圧が電流制御に対して外乱として作用するため、転追性や切り返し操舵時の操舵感を悪化させている。

３相ブラシレスモータのロータの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し、ｄｑ軸が９０°の関係にあることから、そのベクトルで各軸に相当する電流（ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値）を制御するベクトル制御方式が知られている。

図３は、ベクトル制御方式で３相ブラシレスモータ１００を駆動制御する場合の構成例を示しており、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｓ等に基づいて２軸（ｄｑ軸座標系）の操舵補助指令値（Iref2（i_dref，i_qref)）が演算され、最大値を制限された２軸のｄ軸電流指令値i_d ^*及びｑ軸電流指令値i_q ^*はそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに入力され、減算部１３１ｄ及び１３１ｑで求められた電流偏差Δi_d ^*及びΔi_q ^*はそれぞれＰＩ(Proportional-Integral)制御部１２０ｄ及び１２０ｑに入力される。ＰＩ制御部１２０ｄ及び１２０ｑでＰＩ制御された電圧指令値v_d及びv_qは、それぞれ減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力され、減算部１４１ｄにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０から電圧v_d1 ^*が入力され、その差である指令電圧Δv_dが求められ、加算部１４１ｑにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０から電圧v_q1 ^*が入力され、その加算結果である指令電圧Δv_qが求められる。指令電圧Δv_d及びΔv_qはｄｑ軸／３相交流変換部１５０に入力される。ｄｑ軸／３相交流変換部１５０で３相に変換された電圧指令値Vu^*，Vv^*，Vw^*はＰＷＭ制御部１６０に入力され、演算された３相のDuty指令値（Duty_u，Duty_v， Duty_w）に基づくＰＷＭ信号Ｕ_ＰＷＭ，Ｖ_ＰＷＭ，Ｗ_ＰＷＭにより、図４に示すような上下アームのブリッジ構成で成るインバータ（インバータ印加電圧ＶＲ）１６１を介してモータ１００が駆動される。上側アームはスイッチング素子としてのＦＥＴＱ１，Ｑ３，Ｑ５で構成され、下側アームはＦＥＴＱ２，Ｑ４，Ｑ６で構成されている。

モータ１００の３相モータ電流i_u，i_v，i_wは電流検出器１６２で検出され、検出された３相モータ電流i_u，i_v，i_wは３相交流／ｄｑ軸変換部１３０に入力され、３相／２相変換部１３０で変換された２相のフィードバック電流i_d及びi_qはそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに減算入力されると共に、ｄ−ｑ非干渉制御部１４０に入力される。また、モータ１００には回転センサ等が取り付けられており、センサ信号を処理する角度検出部１１０からモータ回転角θ及びモータ回転数（回転速度）ωが出力される。モータ回転角θはｄｑ軸／３相交流換部１５０及び３相交流／ｄｑ軸変換部１３０に入力され、モータ回転数ωはｄ−ｑ非干渉制御部１４０に入力される。ｄ−ｑ非干渉制御部１４０からのｄ軸の電圧v_d1 ^*は減算部１４１ｄに入力され、その差である指令電圧Δv_dが算出され、ｄ−ｑ非干渉制御部１４０からのｑ軸の電圧v_q1 ^*は加算部１４１ｑに入力され、その加算結果である指令電圧Δv_qが算出される。

このようなベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵をアシストする装置であると同時に、モータの音や振動、リップル等はハンドルを介して運転者へ力の感覚として伝達される。インバータを駆動するパワーデバイスは一般的にＦＥＴが用いられており、モータへ通電を行うが、３相モータの場合には、図４に示されるように各相毎に上下アームの直列接続されたＦＥＴが用いられている。上下アームのＦＥＴは交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すが、ＦＥＴは理想スイッチではなく、ゲート信号の指令通りに瞬時にＯＮ／ＯＦＦせず、ターンオン時間やターンオフ時間を要する。このため、上側アームＦＥＴへのＯＮ指令と下側アームのＯＦＦ指令が同時になされると、上側アームＦＥＴと下側アームＦＥＴが同時にＯＮになって、上下アームが短絡する問題がある。ＦＥＴのターンオン時間とターンオフ時間には差があり、同時にＦＥＴに指令を出した場合、上側ＦＥＴにＯＮ指令を出してターンオン時間が短い場合（例えば１００ｎｓ）、直ぐにＦＥＴがＯＮになり、下側ＦＥＴにＯＦＦ指令を出してもターンオフ時間が長い場合（例えば４００ｎｓ）、直ぐにＦＥＴがＯＦＦにならず、瞬間的に上側ＦＥＴがＯＮ、下側ＦＥＴがＯＮになる状態（例えば、４００ｎｓ−１００ｎｓ間、ＯＮ−ＯＮ）が発生することがある。

そこで、上側アームＦＥＴと下側アームＦＥＴが同時にＯＮすることの無い様に、ゲート駆動回路にデッドタイムという所定時間をおいてＯＮ信号を与えることが行われる。このデッドタイムは非線形であるため電流波形は歪み、制御の応答性能が悪化し、音や振動、リップルが発生する。コラム式電動パワーステアリング装置の場合、ハンドルと鋼製のコラム軸で接続されるギアボックスに直結されるモータの配置が、その構造上運転者に極めて近い位置となっているため、モータに起因する音、振動、リップル等には、下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置に比べて、特に配慮する必要がある。

インバータのデッドタイムを補償する手法として、従来はデッドタイムが発生するタイミングを検出して補償値を足し込んだり、電流制御におけるｄｑ軸上の外乱オブザーバによってデッドタイムを補償している。

インバータのデッドタイムを補償する電動パワーステアリング装置は、例えば特許第４６８１４５３号公報（特許文献１）、特開２０１５−１７１２５１号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１では、モータ、インバータを含む電流制御ループのリファレンスモデル回路に電流指令値を入力して電流指令値を基にモデル電流を作成し、モデル電流を基にインバータのデッドタイムの影響を補償するデッドバンド補償回路を備えている。また、特許文献２では、Duty指令値に対してデッドタイム補償値に基づく補正を行うデッドタイム補償部を備え、電流指令値に基づいてデッドタイム補償値の基礎値である基本補償値を演算する基本補償値演算部と、基本補償値に対してＬＰＦに対応するフィルタリング処理を施すフィルタ部とを有している。

特許第４６８１４５３号公報特開２０１５−１７１２５１号公報

特許文献１の装置は、ｑ軸電流指令値の大きさによるデッドタイム補償量の計算と３相電流リファレンスモデルとを使用して、補償符号を推定する方式である。補償回路の出力値が、所定の固定値以下ではモデル電流に比例する変化値であり、所定の固定値以上では、固定値とモデル電流に比例する変化値の加算値であり、電流指令から電圧指令へと出力されるが、所定の固定値を出力するヒステリシス特性を決めるためのチューニング作業が必要である。

また、特許文献２の装置は、デッドタイム補償値を決定する際、ｑ軸電流指令値とそれをＬＰＦ処理した補償値とでデッドタイム補償を行っているが、ＬＰＦ処理により遅れが生じ、モータへの最終的な電圧指令に対して、デッドタイム補償値を操作するものではないという問題がある。

更に、操舵性能向上のため特定の領域で複数のデッドタイム補償機能を切り換える場合がある。例えば高速操舵時においてｄ軸電流指令値が０[Ａ]以外の場合、デッドタイム補償値の特性が大きく変わることから、単一機能のデッドタイム補償で全領域を補償しようとした場合、特定の領域で補償精度が悪くなり、トルクリップルや音、振動が発生する場合がある。

フィードフォワードタイプのデッドタイム補償（角度フィードフォワードタイプ、電流指令値モデルタイプ）は、モータ出力軸をロックして専用ソフトでモータに電流が流れるために、必要とされるデッドタイム補償量を実機にて測定する必要がある。また、モータ試験装置を用いてモータ単体で定負荷定回転で回転させ、位相合わせや電流指令値によって補償符号を決定するための閾値のチューニング作業が必要である。インバータ印加電圧やモータ回転数などを割り振り、複数回行う必要があり、チューニング作業の軽減化が要請されている。

また、フィードフォワードタイプのデッドタイム補償では、適切な補償量と適切なタイミングで符号を切り換えないと、ゼロクロス付近や低負荷・低速操舵時にチャタリングが発生する。補償量が合わないデッドタイム補償やタイミングが合わないデッドタイム補償を入れることによって、制御自身でチャタリングを引き起こしてしまう場合がある。フィードフォワードタイプではかかるチャタリングを抑制するため、種々工夫したり、厳密に補償符号を切り換えるなど、かなり緻密なチューニング作業が必要となっている。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、インバータのデッドタイムを補償する複数のデッドタイム補償機能を有し、チューニング作業もなく、操舵状態に応じてデッドタイム補償機能をミキシングにより徐々に切り換えて補償し、操舵性能を向上すると共に、電流波形の歪み改善と電流制御の応答性の向上を図り、音や振動、リップルを抑制した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相のDuty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記インバータのデッドタイム補償を行う性能が異なる複数のデッドタイム補償機能を有し、前記複数のデッドタイム補償機能の１つから他のデッドタイム補償機能に、ミキシングしながら徐々に切り換えて前記デッドタイム補償を実施することにより達成される。

また、本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相Duty指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記３相ブラシレスモータの３相端子電圧に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第１のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ａと、前記３相ブラシレスモータのモータ回転角に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第２のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ｂと、前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて前記第１のｄｑ軸補償値と前記第２のｄｑ軸補償値とをミキシングしながら徐々に相互に切り換え、ｄｑ軸デッドタイム補償値を演算して出力する補償値切換部とを具備し、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値により前記ｄｑ軸電流指令値を補正して前記インバータのデッドタイム補償を実施することにより達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、複数のデッドタイム補償機能（例えばモータ端子電圧に基づくインバータのデッドタイム補償機能機能（Ａ）と、モータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能機能（Ｂ））を両者の比率を変化させるミキシングで徐々に切り換えて、最適な状態でデッドタイムの補償を行うようにしているので、操舵性能を一層向上することができる。モータ端子電圧に基づくインバータのデッドタイム補償機能機能（Ａ）は、補償量及び補償符号が自動計算されるため、オンセンター付近の低負荷・低操舵状態においてもチャタリングなく補償できる特長がある。３相の補償波形が矩形波でない場合においても補償可能である。また、モータ回転角（電気角）の関数に基づくインバータのデッドタイム補償機能（Ｂ）は、角度と相電流の位相が合う低速操舵領域及び中速操舵領域において補償精度が高く、３相の補償波形が矩形波でない場合においても補償可能であるといった特長がある。本発明によれば、操舵条件に従って補償機能Ａ及びＢをミキシングしながら徐々に切り換えているので、両者の特長を生かした最適な操舵及び滑らかな補償値切換を実現することができる。これにより、チューニング作業もなく、インバータのデッドタイムを補償し、電流波形の歪み改善と電流制御の応答性の向上を図ることができる。

一般的な電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。ベクトル制御方式の構成例を示すブロック図である。一般的なインバータの構成例を示す結線図である。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（Ａ）の構成例を示すブロック図である。デッドタイム補償部（Ａ）の構成例を詳細に示すブロック図である。中点電圧推定部の構成例を示すブロック図である。補正タイミング判定部及び補正値保持部の詳細例を示すブロック図である。補償量制限部の構成例を示すブロック図である。補償量上限値の一例を示す特性図である。デッドタイム補償部（Ｂ）の構成例を示すブロック図である。デッドタイム補償部（Ｂ）の構成例を詳細に示すブロック図である。電流指令値感応ゲイン部の構成例を示すブロック図である。電流指令値感応ゲイン部内のゲイン部の特性図である。電流指令値感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。補償符号推定部の動作例を示す波形図である。インバータ印加電圧感応ゲイン部の構成例を示すブロック図である。インバータ印加電圧感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。位相調整部の特性例を示す特性図である。３相角度−デッドタイム補償値関数部の動作例を示す線図である。ミキシング比率演算部の構成例を示すブロック図である。ミキシング比率の特性例を示す特性図である。ミキシング動作を説明する線図である。空間ベクトル変調部の構成例を示すブロック図である。空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。空間ベクトル変調部の動作例を示す線図である。空間ベクトル変調部の動作例を示すタイミングチャートである。空間ベクトル変調の効果を示す波形図である。本発明の効果を示す波形図である。デッドタイム補償部（Ａ）の他の構成例を示すブロック図である。デッドタイム補償部（Ａ）の他の構成例を示すブロック図である。デッドタイム補償部（Ｂ）の他の構成例を示すブロック図である。

本発明は、ＥＣＵのデッドタイムの影響により電流歪みが発生し、トルクリップルの発生や操舵音の悪化などの問題を解消するために、インバータのデッドタイム補償値を、モータ端子電圧に基づくデッドタイム補償機能（Ａ）と、モータ回転角（電気角）に応じた関数に基づくデッドタイム補償機能（Ｂ）とをミキシングで徐々に切り換え、ｄｑ軸にフィードフォワードで補償するようにしている。

単一機能の単一アルゴリズムのデッドタイム補償機能では、低速操舵時は精度よく補償されるが、高速操舵時は補償精度が悪くなる場合があったり、或いは高負荷時において精度よく補償されるが、低負荷時に補償精度が悪くなる場合もある。そのため、単一機能の単一アルゴリズムのデッドタイム補償では、操舵領域全体を精度よく補償するのは困難である。しかしながら、本発明では操舵条件において補償精度の高いデッドタイム補償機能を複数用意し、操舵状態によって最適なデッドタイム補償機能にミキシングで徐々に切り換えることにより、全操舵領域に対し滑らかに、補償精度の高いデッドタイム補償を実施することが可能となる。

本発明では、ｄｑ軸ベクトル制御方式のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に対し、複数の補償機能に基づくデッドタイム補償をそれぞれ別々に行うと共に、デッドタイム補償機能をｑ軸の操舵補助指令値に基づいて切り換えると共に、切換を両者の比率の変化で徐々に行い、低速操舵領域、中速操舵領域及び高速操舵領域の全ての領域で最適なデッドタイム補償を行う。本発明の実施形態では２つのデッドタイム補償機能Ａ及びＢを有し、ｑ軸の操舵補助指令値で補償値切換の判定を行い、切換判定フラグが出力されたときにミキシング比率を演算し、演算されたミキシング比率で徐々に切換を行い、デットタイム補償機能を切り換える構成となっている。

特性の異なるデッドタイム補償を切り換えるとき、補償量及び位相に差があり、単純に切り換えた場合、図２４（Ａ）に示すように、補償値にステップ状の偏差が発生し、トルクリップルが発生する。例えば、切り換え時のデットタイム補償機能Ｂの補償量を１．００とした場合、デットタイム補償機能Ａの補償量は０．９２〜０．９５など差がある。特にモータに流す電流量が少ない低負荷・低速領域の操舵では、デッドタイム補償量の影響は大きく（ＰＩ制御などの指令電圧よりもデッドタイム補償電圧の方が大きいため）、少しのステップ状の偏差でもトルクリップルを発生させる。そのため、本発明では、２つの補償値をミキシングし、変換期間を設けてスイープ状の偏差にすることにより、トルクリップルの発生を無くし、操舵する人に、いつ補償機能が切り換わったのかが分からないようにしている。

なお、モータの種類やＥＰＳの減速ギア３の減速比によっても相違するが、例えば低速操舵領域のモータ回転数は０〜３００［ｒｐｍ］であり、中速操舵領域のモータ回転数は３００〜１８００［ｒｐｍ］、高速操舵領域のモータ回転数は１８００〜４０００［ｒｐｍ］で、モータの定格回転数以上（弱め界磁制御が必要となる回転数領域）の回転数である。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図５は本発明の全体構成を図３に対応させて示しており、ｄｑ軸上の補償値v_dA及びv_qAを演算するデッドタイム補償機能（Ａ）部２００と、ｄｑ軸上の補償値v_dB及びv_qBを演算するデッドタイム補償機能（Ｂ）部４００と、補償値v_dA及びv_qAと補償値v_dB及びv_qBとをミキシングで徐々に切り換え、デッドタイム補償値v_d ^*及びv_q ^*を出力する補償値切換部５００とが設けられている。デッドタイム補償機能（Ｂ）部４００は、低速操舵領域及び中速操舵領域において補償精度が高く、デッドタイム補償機能（Ａ）部２００は、低負荷、低操舵状態において補償精度が高い特性となっている。

例えば、デッドタイム補償機能（Ａ）は端子電圧フィードバック型のデッドタイム補償機能であり、補償符号の推定と補償量の調整が難しい低負荷・低速操舵状態（オンセンター付近でゆっくりと左右にステアリングを振る操舵など）において、自動的に最適な補償符号と補償量を計算するため、精度の高い補償が可能となる。一方、デッドタイム補償機能（Ｂ）は角度フィードフォワード型のデッドタイム補償機能であり、ｄ軸電流を必要としない低速から中速操舵状態（一定速でステアリングを操舵したり、徐々に切増ししたりする操舵など）において、定められた角度で遅れることなく、理想的なデッドタイム補償値をフィードフォワードで入れられるため、精度の高い補償が可能である。また、角度に応じたデッドタイム補償値を算出するため、低負荷操舵領域（例えば電流指令値０〜４［Ａ］など）以外の操舵負荷領域では検出電流にノイズや小さなリップルが乗っている場合においても、補償値の演算に影響を受けず、安定した補償が可能である。

デッドタイム補償部２００（詳細は後述）には、モータ端子電圧Vu，Vv，Vwがそれぞれノイズ除去用のＬＰＦ１６３Ｕ，１６３Ｖ，１６３Ｗを経て入力されると共に、ＰＷＭ制御部１６０内のDuty指令値演算部１６０ＡからDuty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_wが入力されている。デッドタイム補償部２００には更に、モータ回転角θ、モータ回転数ω及びインバータ１６１に印加されているインバータ印加電圧ＶＲが入力されている。また、デッドタイム補償部４００（詳細は後述）には、図２の操舵補助指令値Iref2に相当するｑ軸の操舵補助指令値i_qrefが入力されると共に、インバータ印加電圧ＶＲ、モータ回転角θ及びモータ回転数ωが入力されている。

補償値切換部５００（詳細は後述）は、操舵補助指令値i_qrefに基づいて補償値の切換を判定して切換判定フラグＳＦを出力する補償値切換判定部５１０と、切換判定部５１０からの切換判定フラグＳＦによって、デッドタイム補償機能（Ａ）部２００及びデッドタイム補償機能（Ｂ）部４００のミキシング比率Ｒ_tA（例えば０〜１００％）及びＲ_tB（例えば１００〜０％）を演算するミキシング比率演算部５２０と、乗算部５３１〜５３４と、加算部５３５及び５３６とで構成されており、加算部５３５及び５３６からｄｑ軸のデッドタイム補償値v_d ^*及びv_q ^*が出力される。デッドタイム補償値v_d ^*及びv_q ^*は、ｄｑ軸制御系の加算部１２１ｄ及び１２１ｑに入力される。

なお、乗算部５３１〜５３４と、加算部５３５及び５３６とでミキシング部５３０を構成している。

ベクトル制御のｄ軸電流指令値i_d ^*及びｑ軸電流指令値i_q ^*はそれぞれ減算部１３１ｄ及び１３１ｑに入力され、減算部１３１ｄ及び１３１ｑでフィードバック電流i_d及びi_qとの電流偏差Δi_d ^*及びΔi_ｑ ^*が演算される。演算された電流偏差Δi_d ^*はＰＩ制御部１２０ｄに入力され、演算された電流偏差Δi_ｑ ^*はＰＩ制御部１２０ｑに入力される。ＰＩ制御されたｄ軸電圧指令値v_d及びｑ軸電圧指令値v_qはそれぞれ加算部１２１ｄ及び１２１ｑに入力され、後述する補償値切換部５００からのデッドタイム補償値v_d ^*及びv_q ^*を加算されて補償され、その各補償された電圧値が減算部１４１ｄ及び加算部１４１ｑに入力される。減算部１４１ｄにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０からの電圧v_d1 ^*が入力され、その差である電圧指令値v_d ^**が得られ、加算部１４１ｑにはｄ−ｑ非干渉制御部１４０からの電圧v_q1 ^*が入力され、その加算結果で電圧指令値v_q ^**が得られる。デッドタイムを補償された電圧指令値v_d ^**及びv_q ^**は、ｄｑ軸の２相からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に変換し、３次高調波を重畳する空間ベクトル変調部３００（詳細は後述）に入力される。空間ベクトル変調部３００でベクトル変調された３相の電圧指令値Vur^*，Vvr^*，Vwr^*はＰＷＭ制御部１６０内のDuty 指令値演算部１６０Ａに入力され、Duty指令値演算部１６０Ａで３相のDuty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_wが演算され、Duty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_wはデッドタイム補償部（Ａ）２００に入力されると共に、ＰＷＭ制御回路１６０Ｂに入力される。モータ１００は前述と同様にＰＷＭ制御回路１６０ＢからのＰＷＭ信号（Ｕ_ＰＷＭ、Ｖ_ＰＷＭ、Ｗ_ＰＷＭ）により、インバータ１６１を介して駆動制御される。

次に、デッドタイム補償部（Ａ）２００について説明する。

デッドタイム補償部（Ａ）２００は図６に示すように、減算部２０１（２０１Ｕ、２０１Ｖ、２０１Ｗ）及び２０２、中点電圧推定部２１０、３相指令電圧演算部２２０、電圧検出遅れモデル２３０、ゲイン部２４０、補償量制限部２５０、ｄ軸補償値C_dA及びｑ軸補償値C_qAを出力する３相交流／ｄｑ軸変換部２６０で構成されている。

図７に詳細を示すように、モータ回転角θは中点電圧推定部２１０及び３相交流／ｄｑ軸変換部２６０に入力され、モータ回転数ωは中点電圧推定部２１０に入力される。モータ端子電圧Vu，Vv，VwはＬＰＦ１６３Ｕ〜１６３Ｗを経て中点電圧推定部２１０及び減算部２０１（２０１Ｕ，２０１Ｖ，２０１Ｗ）に入力されている。また、ＰＷＭ制御部１６０内のDuyt指令値演算部１６０ＡからのDuty指令値Duty_u，Dutyv，Duty_wは３相印加電圧演算部２２０に入力され、インバータ印加電圧ＶＲは中点電圧推定部２１０、３相指令電圧演算部２２０及び補償量制限部２５０に入力されている。

中点電圧推定部２１０は、中点電圧の基準電圧をインバータ印加電圧ＶＲにより算出する。詳細は図８の構成であり、ハードの構成、検出誤差などの影響により中点電圧はズレを生じるため、インバータ印加電圧ＶＲと３相モータ端子電圧Vu〜Vwの差分から補正する。補正するタイミングは、特定のモータ回転角θ及び特定のモータ回転数ωの条件で補正する。

即ち、インバータ印加電圧ＶＲは半減部２１１で半減（ＶＲ／２）され、半減値（ＶＲ／２）が減算部２１７及び２１８に加算入力される。端子電圧Vu〜Vwは加算部２１６に入力されて加算され、加算結果（Vu＋Vv＋Vw）が除算部（１／３）２１２で１／３倍され、１／３倍された電圧（Vu＋Vv＋Vw）／３が減算部２１７に減算入力される。減算部２１７は半減値ＶＲ／２から電圧“（Vu＋Vv＋Vw）／３”を減算し、減算結果ＶＲ_naを補正値保持部２１４に入力する。補正タイミング判定部２１３は、モータ回転角θ及びモータ回転数ωに基づいて補正タイミングを判定し、補正信号ＣＴを補正値保持部２１４に入力する。補正値保持部２１４で保持された電圧ＶＲ_nbに基づき、補正量制限部２１５は補正量ΔＶｍを算出する。

補正タイミング判定部２１３及び補正値保持部２１４の詳細は図９に示す構成であり、補正タイミング判定部２１３は角度判定部２１３−１、有効回転数判定部２１３−２及びＡＮＤ回路２１３−３で構成され、補正値保持部２１４は切換部２１４−１及び保持ユニット（Ｚ^−１）２１４−２で構成されている。

即ち、モータ回転角θは角度判定部２１３−１に入力され、下記数１の判定が行われる。数１が成立するとき、角度判定部２１３−１は判定信号ＪＤ１を出力する。
（数１）
１７９［deg］＜θ＜１８０［deg］

中点補正値の演算において上記数１のタイミングを補正条件とした場合、ゼロクロスポイントの電圧値を正確にサンプリングできる。このポイント以外では、モータ端子電圧に３次高調波が重畳されており、より正確な値が検出できない。例えば数１の条件で検出された各端子電圧をVu=6.83[V]、Vv=7.55[V]、Vw=5.94[V]、モータ印加電圧を13.52[V]とすると、(Vu+Vv+Vw)/３=6.77[V]、VR/2=6.76[V]となり、VR/2≒(Vu+Vv+Vw)/３となり、中点電圧に近い値となる。また、モータ回転数ωが大きい場合、逆起電圧の影響が大きくなるため、正確な補正演算ができなくなる。このため、有効回転数判定部２１３−２はモータ回転数ωが補正演算可能な有効回転数ω_０以下であるかを判定し、モータ回転数ωが補正演算可能な有効回転数ω_０以下の時に判定信号ＪＤ２を出力する。
（数２）
ω≦ω_０

判定信号ＪＤ１及びＪＤ２はＡＮＤ回路２１３−３に入力され、判定信号ＪＤ１及びＪＤ２が入力されたＡＮＤ条件で補正信号ＣＴが出力される。補正信号ＣＴは補正値保持部２１４内の切換部２１４−１に切換信号として入力され、接点ａ，ｂを切り換える。接点ａには減算結果ＶＲ_ｎａが入力され、接点ｂには出力電圧ＶＲ_ｎｂが保持ユニット（Ｚ^−１）２１４−２を経て入力されている。補正値保持部２１４は次のタイミングまで安定した補正値を出力するため、値を保持する。また、補正量制限部２１３は、ノイズや逆起電圧、補正タイミング誤判定などにより、補正量が通常よりも明らかに大きい場合、当該補正量が正しくないと判断して最大補正量に制限する。最大補正量に制限された電圧補正値ΔＶｍは減算部２１８に入力され、減算部２１８で下記数３に基づいて演算された中点電圧推定値Ｖｍが出力される。中点電圧推定値Ｖｍは、減算部２０１Ｕ，２０１Ｖ，２０１Ｗにそれぞれ減算入力される。

また、３相指令電圧演算部２２０には３相Duty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_w及びインバータ印加電圧ＶＲが入力されており、３相指令電圧演算部２２０は、３相Duty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_w及びインバータ印加電圧ＶＲにより、下記数４を用いて３相指令電圧Ｖ_inを算出する。３相指令電圧Ｖ_inは、電圧検出遅れモデル２３０に入力される。なお、数４中のDuty_refは、Duty_u，Duty_v，Duty_wを示している。

中点電圧推定値Ｖｍは減算部２０１（２０１Ｕ，２０１Ｖ，２０１Ｗ）に減算入力され、減算部２０１（２０１Ｕ，２０１Ｖ，２０１Ｗ）にはＬＰＦ１６３Ｕ，１６３Ｖ，１６３Ｗを経た端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが減算入力されている。減算部２０１Ｕ，２０１Ｖ，２０１Ｗは３相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから中点電圧推定値Ｖｍを減算部２０１u，２０１ｖ，２０１ｗで、数５に従って減算する。これにより、３相検出電圧Ｖ_dn（Ｖ_du，Ｖ_dv，Ｖ_dw）を演算する。３相検出電圧Ｖ_dn（Ｖ_du，Ｖ_dv，Ｖ_dw）は、３相損失電圧演算部としての減算部２０２に入力される。

３相端子電圧Ｖu〜Ｖwの検出は、ＥＣＵのノイズフィルタ等により遅れが生じる。このため、直接３相指令電圧Ｖ_inと３相検出電圧Ｖ_dnの差分をとって損失電圧を算出した場合、位相差により誤差が生じる。この問題を解決するため、本発明では、フィルタ回路等のハードウェアの検出遅れを1次のフィルタモデルとして近似し、位相差を改善する。本実施形態の電圧検出遅れモデル２３０は、Ｔをフィルタ時定数として、数６の１次フィルタとしている。電圧検出遅れモデル２３０は、２次以上のフィルタをモデルとした構成でもよい。

減算部２０２には３相指令電圧Ｖ_inが加算入力され、３相検出電圧Ｖ_dnが減算入力されており、３相指令電圧Ｖ_inから３相検出電圧Ｖ_dnを減算することにより３相損失電圧ＰＬＡ（V_{loss_n}）が算出される。即ち、減算部２０２で下記数７が演算される。

３相損失電圧ＰＬＡ（V_{loss_n}）はゲイン部２４０でゲインＰ_Ｇ（例えば０．８）を乗算され、ゲインＰ_Ｇを乗算された３相損失電圧ＰＬＢは補償量制限部２５０に入力される。ゲインＰ_Ｇは基本的に調整する必要はないが、他の補償器との整合や実車チューニング、ＥＣＵの部品が変わったときなど、出力調整を必要とする場合には変更する。

補償量制限部２５０はインバータ印加電圧ＶＲに感応しており、その詳細構成は図１０のようになっている。即ち、インバータ印加電圧ＶＲは、補償量制限部２５０内の補償量上下限値演算部２５１に入力され、図１１に示すような特性で補償量制限値DTCaが演算される。補償量制限値DTCaは、所定電圧ＶＲ１まで一定制限値DTCa1であり、所定電圧ＶＲ１から所定電圧ＶＲ２（＞ＶＲ１）まで線形（若しくは非線形）に増加し、所定電圧ＶＲ２以上で一定制限値DTCa2を保持する特性である。補償量制限値DTCaは切換部２５２の接点ａ１及び比較部２５５に入力されると共に、反転部２５４に入力される。また、３相損失電圧ＰＬＢ（V_{loss_u}，V_{loss_v}，V_{loss_w}）は比較部２５５及び２５６に入力されると共に、切換部２５２の接点ｂ１に入力されている。そして、反転部２５４の出力−DTCaは切換部２５３の接点ａ２に入力されている。切換部２５２の接点ａ１及びｂ１は、比較部２５５の比較結果CP1に基づいて切り換えられ、切換部２５３の接点ａ２及びｂ２は、比較部２５６の比較結果CP2に基づいて切り換えられる。

比較部２５５は補償量制限値DTCaと３相損失電圧ＰＬＢとを比較し、下記数８に従って切換部２５２の接点ａ１及びｂ１を切り換える。また、比較部２５６は補償量制限値−DTCaと３相損失電圧PLBとを比較し、下記数９に従って切換部２５３の接点ａ２及びｂ２を切り換える。
（数８）
３相損失電圧PLB≧補償量上限値:（DTCa）のとき、切換部２５２の接点ａ１がＯＮ（切換部２５３の接点ｂ２＝DTCa）
３相損失電圧PLB<補償量上限値:（DTCa）のとき、切換部２５２の接点ｂ１がＯＮ（切換部２５３の接点ｂ２＝３相損失電圧PLB）
（数９）
３相損失電圧PLB≦補償量下限値:（−DTCa）のとき、切換部２５３の接点ａ２がＯＮ（デッドタイム補償値DTC＝−DTCa）
３相損失電圧PLB>補償量下限値:（−DTCa）のとき、切換部２５３の接点ｂ２がＯＮ（デッドタイム補償値DTC＝切換部２５２の出力）

３相のデッドタイム補償値DTCがモータ回転角θと共に３相交流／ｄｑ軸変換部２６０に入力され、３相交流／ｄｑ軸変換部２６０から２相に変換されたｄ軸補償値C_dA及びｑ軸補償値C_qAが出力される。補償値C_dA及び補償値C_qAは補償値切換部５００に入力される。

次に、デッドタイム補償部（Ｂ）４００について説明する。

デッドタイム補償部（Ｂ）４００は、図１２に示すように電流制御遅れモデル４０１、補償符号推定部４０２、乗算部４０３、４０４ｄ及び４０４ｑ、加算部４２１、位相調整部４１０、インバータ印加電圧感応ゲイン部４２０、角度−デッドタイム補償値関数部４３０Ｕ、４３０Ｖ及び４３０Ｗ、乗算部４３１Ｕ、４３１Ｖ及び４３１Ｗ、３相交流／ｄｑ軸変換部４４０、電流指令値感応ゲイン部４５０で構成されている。乗算部４０４ｄ及び４０４ｑからそれぞれ、ｄ軸補償値C_dB及びｑ軸補償値C_qBが出力される。

なお、乗算部４３１Ｕ、４３１Ｖ及び４３１Ｗと３相交流／ｄｑ軸変換部４４０とで補償値出力部を構成している。また、電流制御遅れモデル４０１、補償符号推定部４０２、電流指令値感応ゲイン部４５０、乗算部４０３で電流指令値感応ゲイン演算部を構成している。

デッドタイム補償部４００の詳細構成は図１３であり、以下では図１３を参照して説明する。

ｑ軸操舵補助指令値i_qrefは、電流制御遅れモデル４０１に入力される。ｄｑ軸の電流指令値i_d ^*及びi_q ^*が実電流に反映されるまでに、ＥＣＵのノイズフィルタ等により遅れが生じる。このため、直接電流指令値i_q ^*から符号を判定しようとすると、タイミングずれが生じる場合がある。この問題を解決するため、電流制御全体の遅れを1次のフィルタモデルとして近似し、位相差を改善する。電流制御遅れモデル４０１は、Ｔをフィルタ時定数として、前記数６の１次フィルタとしている。電流制御遅れモデル４０１は、２次以上のフィルタをモデルとした構成でもよい。

電流制御遅れモデル４０１から出力される電流指令値I_cmは、電流指令値感応ゲイン部４５０及び補償符号推定部４０２に入力される。低電流領域においてデッドタイム補償量が過補償になる場合があり、電流指令値感応ゲイン部４５０は、電流指令値I_cm（操舵補助指令値i_qref）の大きさにより補償量を下げるゲインを算出する機能を持つ。また、電流指令値I_cm（操舵補助指令値i_qref）からのノイズなどで、補償量を下げるゲインが振動しないように加重平均フィルタを使用し、ノイズの低減処理を行っている。

電流指令値感応ゲイン部４５０は図１４に示すような構成であり、電流指令値I_cmは絶対値部４５１で絶対値となる。絶対値は入力制限部４５２で最大値を制限され、最大値を制限された絶対値の電流指令値がスケール変換部４５３を経て加重平均フィルタ４５４に入力される。加重平均フィルタ４５４でノイズを低減された電流指令値I_amは減算部４５５に加算入力され、減算部４５５で所定のオフセットOSを減算する。オフセットOSを減算する理由は、微小電流指令値によるチャタリング防止のためであり、オフセットOS以下の入力値を最小のゲインに固定する。オフセットOSは一定値である。減算部４５５でオフセットOSを減算された電流指令値I_asはゲイン部４５６に入力され、図１５に示すようなゲイン特性に従って電流指令値感応ゲインG_cを出力する。

電流指令値感応ゲイン部４５０から出力される電流指令値感応ゲインG_cは、入力される電流指令値I_cmに対して例えば図１６に示すような特性である。即ち、所定電流I_cm1まで一定ゲインG_cc1であり、所定電流I_cm1から所定電流I_cm2（＞I_cm1）まで線形（若しくは非線形）に増加し、所定電流I_cm2以上で一定ゲインG_cc2を保持する特性である。なお、所定電流I_cm1は０であっても良い。

補償符号推定部４０２は入力される電流指令値I_cmに対して、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すヒステリシス特性で正（＋１）又は負（−１）の補償符号SNを出力する。電流指令値I_cmがゼロクロスするポイントを基準として補償符号SNを推定するが、チャタリング抑制のためにヒステリシス特性となっている。推定された補償符号SNは乗算部２０３に入力される。なお、ヒステリシス特性の正負閾値は適宜変更可能である。

電流指令値感応ゲイン部４５０からの電流指令値感応ゲインG_cは乗算部２０３に入力され、乗算部４０３は補償符号SNを乗算した電流指令値感応ゲインG_cs（＝G_c×SN）を出力する。電流指令値感応ゲインG_csは、乗算部４０４ｄ及び４０４ｑに入力される。

最適なデッドタイム補償量はインバータ印加電圧ＶＲに応じて変化するので、インバータ印加電圧ＶＲに応じたデッドタイム補償量を演算し、可変するようにしている。インバータ印加電圧ＶＲを入力して電圧感応ゲインG_vを出力するインバータ印加電圧感応ゲイン部４２０は図１８に示す構成であり、インバータ印加電圧ＶＲは入力制限部４２１で正負最大値を制限され、最大値を制限されたインバータ印加電圧VR_ｌはインバータ印加電圧／デッドタイム補償ゲイン変換テーブル４２２に入力される。インバータ印加電圧／デッドタイム補償ゲイン変換テーブル４２２の特性は、例えば図１９のようになっている。変曲点のインバータ印加電圧９．０Ｖ及び１５．０Ｖと、電圧感応ゲイン“０．７”及び“１．２”は一例であり、適宜変更可能である。電圧感応ゲインG_vは乗算部４３１Ｕ，４３１Ｖ，４３１Ｗに入力される。

モータ回転数ωによりデッドタイム補償タイミングを早めたり、遅くしたい場合、モータ回転数ωに応じて調整角度を算出する機能のために位相調整部４１０を有している。位相調整部４１０は、進角制御の場合は図２０に示すような特性であり、算出された位相調整角Δθは加算部４２１に入力され、検出されたモータ回転角θと加算される。加算部４２１の加算結果であるモータ回転角θ_ｍ（＝θ＋Δθ）は、角度−デッドタイム補償値関数部４３０Ｕ，４３０Ｖ，４３０Ｗに入力されると共に、３相交流／ｄｑ軸変換部４４０に入力される。

角度−デッドタイム補償値関数部４３０Ｕ，４３０Ｖ，４３０Ｗは図２１に詳細を示すように、位相調整されたモータ回転角θ_ｍに対して、電気角０〜３５９［deg］の範囲で１２０［deg］ずつ位相のずれた矩形波の３相デッドタイム基準補償値U_dt，V_dt，W_dtを出力する。デッドタイム補償値角度関数部４３０Ｕ，４３０Ｖ，４３０Ｗは、３相で必要とされるデッドタイム補償値を角度による関数とし、ＥＣＵの実時間上で計算し、デッドタイム基準補償値U_dt，V_dt，W_dtを出力する。デッドタイム基準補償値の角度関数は、ＥＣＵのデッドタイムの特性により異なる。

デッドタイム基準補償値U_dt，V_dt，W_dtはそれぞれ乗算部４３１Ｕ，４３１Ｖ，４３１Ｗに入力され、電圧感応ゲインG_vと乗算される。電圧感応ゲインG_vを乗算された３相の補償値U_dtc（＝G_v・U_dt），V_dtc（＝G_v・V_dt），W_dtc（＝G_v・W_dt）は３相交流／ｄｑ軸変換部４４０に入力される。３相交流／ｄｑ軸変換部４４０は、モータ回転角θ_ｍに同期して、３相の補償値U_dtc，V_dtc，W_dtcを２相のｄｑ軸の補償値v_da ^*及びv_qa ^*に変換する。補償値v_da ^*及びv_qq ^*はそれぞれ乗算部４０４ｄ及び４０４ｑに入力され、電流指令値感応ゲインG_csと乗算される。乗算部４０４ｄ及び４０４ｑにおける乗算結果がｄｑ軸の補償値C_dB及びC_qBであり、補償値C_dB及びC_qBは補償値切換部５００に入力される。

デッドタイム補償部（Ａ）２００からのｄｑ軸の補償値C_dA及びC_qAは、それぞれ補償値切換部５００内の乗算部５３１及び５３３に入力され、デッドタイム補償部（Ｂ）４００からのｄｑ軸の補償値C_dB及びC_qB、は、それぞれ補償値切換部５００内の乗算部５３２及び５３４に入力される。

補償値切換部５００内の補償値切換判定部５１０は、操舵補助指令値iqrefの入力に対して不感帯を有し、所定閾値以上になったときに切換判定フラグＳＦを出力（例えば「Ｈ」）すると共に、ヒステリシス特性を有している。切換判定フラグＳＦはミキシング比率演算部５２０に入力され、ミキシング比率演算部５２０は補償部（Ａ）２００の比率R_tA（％）と補償部（Ｂ）４００の比率R_tB（％）を演算する。

ミキシング比率演算部５２０は例えば図２２に示す構成であり、切換判定フラグＳＦによって接点ａ及びｂを切り換えられるスイッチ５２３を備え、接点ａにはカウントアップ値５２１が入力され、接点ｂにはカウントダウン値５２２が入力されている。例えば、切換判定フラグＳＦが入力されていないとき接点ａに接続されてカウントアップ値５２１がスイッチ５２３から出力され、切換判定フラグＳＦが入力されると接点ｂに切り換えられて、カウントダウン値５２２がスイッチ５２３から出力される。スイッチ５２３の出力は加算部５２４に入力され、加算値はカウント値制限部（０〜１００％）５２５で最大値を制限され、比率R_tB（％）として出力されると共に、減算部５２７に減算入力され、保持ユニット（Ｚ^−１）５２６を経て加算部５２４に入力される。比率R_tBは減算部５２７に入力され、固定の１００％から減算した値を比率R_tA（％）として出力する。その結果、比率R_tAは１００％から０％に線形に変化し、比率R_tBは０％から１００％に線形に変化し、図２３の実線に示すような特性の比率R_tA及びR_tBを得ることができる。なお、比率R_tA及びR_tBの間には、常に下記数１０の関係がある。
（数１０）
R_tA（％）＋R_tB（％）＝１００％

図２３の時点ｔ_０〜ｔ_１がミキシングによる切換時間であるが、カウント値の大きさを変えることによって切換時間を可変できる。また、カウントアップ値５２１及びカウントダウン値５２２を増減することにより、切り換わりの速度を調整できる。

なお、図２３の破線で示すように、非線形で可変することも可能である。

上述のようにして演算された比率R_tAは乗算部５３１及び５３３に入力され、比率R_tBは乗算部５３２及び５３４に入力される。乗算部５３１にはデッドタイム補償部（Ａ）２００からのｄ軸補償値C_dAが入力され、乗算部５３３にはｑ軸補償値C_qAが入力されている。また、乗算部５３２にはデッドタイム補償部（Ｂ）４００からのｄ軸補償値C_dBが入力され、乗算部５３４にはｑ軸補償値C_qBが入力されている。その結果、乗算部５３１からR_tA・C_dAが出力されて加算部５３５に入力され、乗算部５３３からR_tA・C_dAが出力されて加算部５３６に入力される。同様に、乗算部５３２からR_tB・C_dBが出力されて加算部５３５に入力され、乗算部５３４からR_tB・C_dBが出力されて加算部５３６に入力される。よって、加算部５３５及び５３６から、下記数１１に示すデッドタイム補償値v_d ^*及びv_q ^*が出力され、ｄｑ軸制御系の加算部１２１ｄ及び１２１ｑに入力されてデッドタイム補償が実施される。
（数１１）
v_d ^*＝R_tA・C_dA＋R_tB・C_dB
v_q ^*＝R_tA・C_dA＋R_tB・C_dB

比率R_tA及びR_tBが数１０の関係（図２３）を有しているので、図２４（Ｂ）に示すように比率R_tA及びR_tBの変化に従ってデッドタイム補償値（v_d ^*、v_q ^*）を滑らかに切り換えることができる。図２４（Ｂ）において、時点ｔ_１までは補償機能Ａ（１００％）でデッドタイム補償を実施し、時点ｔ_１に補償機能Ｂへの切換が補償値切換判定部５１０でなされるが、本発明では直ぐに補償機能Ｂへの切換を実施しない。時点ｔ_１から補償機能Ａの比率を徐々に下げると共に、補償機能Ｂの比率を徐々に上げ、時点ｔ_２において補償機能Ａの比率を０％に、補償機能Ｂの比率を１００％にする。よって、時点ｔ_１〜ｔ_２は補償機能Ａ＋Ｂの補償であり、時点ｔ_２以降に補償機能Ｂ（１００％）のデッドタイム補償を実施するので、滑らかな特性変化となっている。図２４（Ｂ）はスイッチによって瞬時に切り換えた場合を示している。

次に、空間ベクトル変調について説明する。空間ベクトル変調部３００は図２５に示すように、ｄｑ軸空間の２相電圧（v_d ^**，v_q ^**）を３相電圧（Vua，Vva，Vwa）に変換し、３相電圧（Vua，Vva，Vwa）に３次高調波を重畳する機能を有していれば良く、例えば本出願人による特開２０１７−７００６６、特願２０１５−２３９８９８等で提案している空間ベクトル変調の手法を用いても良い。

即ち、空間ベクトル変調は、ｄｑ軸空間の電圧指令値v_d ^**及びv_q ^**、モータ回転角θ及びセクター番号ｎ（＃１〜＃６）に基づいて、以下に示すような座標変換を行い、ブリッジ構成のインバータのＦＥＴ（上側アームＱ１、Ｑ３、Ｑ５、下側アームＱ２、Ｑ４、Ｑ６）のＯＮ／ＯＦＦを制御する、セクター＃１〜＃６に対応したスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６をモータに供給することによって、モータの回転を制御する機能を有する。座標変換については、空間ベクトル変調において、電圧指令値ｖ_ｄ ^＊＊及びｖ_ｑ ^＊＊は、数１２に基づいて、α−β座標系における電圧ベクトルＶα及びＶβに座標変換が行われる。この座標変換に用いる座標軸及びモータ回転角θの関係については、図２６に示す。

そして、ｄ−ｑ座標系における目標電圧ベクトルとα−β座標系における目標電圧ベクトルとの間には、数１３のような関係が存在し、目標電圧ベクトルＶの絶対値は保存される。

空間ベクトル制御におけるスイッチングパターンでは、インバータの出力電圧をＦＥＴ（Ｑ１〜Ｑ６）のスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６に応じて、図２７の空間ベクトル図に示す８種類の離散的な基準電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７（π／３［ｒａｄ］ずつ位相の異なる非零電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７）で定義する。そして、それら基準出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の選択とその発生時間を制御するようにしている。また、隣接する基準出力電圧ベクトルによって挟まれた６つの領域を用いて、空間ベクトルを６つのセクター＃１〜＃６に分割することができ、目標電圧ベクトルＶは、セクター＃１〜＃６のいずれか１つに属し、セクター番号を割り当てることができる。Ｖα及びＶβの合成ベクトルである目標電圧ベクトルＶが、α−β空間において正６角形に区切られた図２７に示されたようなセクター内のいずれに存在するかは、目標電圧ベクトルＶのα−β座標系における回転角γに基づいて求めることができる。また、回転角γはモータの回転角θとｄ−ｑ座標系における電圧指令値v_d ^**及びv_q ^**の関係から得られる位相δの和として、γ＝θ＋δで決定される。

図２８は、空間ベクトル制御におけるインバータのスイッチングパターンＳ１、Ｓ３，Ｓ５によるディジタル制御で、インバータから目標電圧ベクトルＶを出力させるために、ＦＥＴに対するＯＮ／ＯＦＦ信号Ｓ１〜Ｓ６（スイッチングパターン）におけるスイッチングパルス幅とそのタイミングを決定する基本的なタイミングチャートを示す。空間ベクトル変調は、規定されたサンプリング期間Ｔｓ毎に演算などをサンプリング期間Ｔｓ内で行い、その演算結果を次のサンプリング期間Ｔｓにて、スイッチングパターンＳ１〜Ｓ６における各スイッチングパルス幅とそのタイミングに変換して出力する。

空間ベクトル変調は、目標電圧ベクトルＶに基づいて求められたセクター番号に応じたスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６を生成する。図２８には、セクター番号＃１（ｎ＝１）の場合における、インバータのＦＥＴのスイッチングパターンＳ１〜Ｓ６の一例が示されている。信号Ｓ１、Ｓ３及びＳ５は、上側アームに対応するＦＥＴＱ１、Ｑ３、Ｑ５のゲート信号を示している。横軸は時間を示しており、Ｔｓはスイッチング周期に対応し、８期間に分割され、Ｔ０／４、Ｔ１／２、Ｔ２／２、Ｔ０／４、Ｔ０／４、Ｔ２／２、Ｔ１／２及びＴ０／４で構成される期間である。また、期間Ｔ１及びＴ２は、それぞれセクター番号ｎ及び回転角γに依存する時間である。

空間ベクトル変調がない場合、本発明のデッドタイム補償をｄｑ軸上に適用し、デッドタイム補償値のみｄｑ軸／３相変換したデッドタイム補償値波形（Ｕ相波形）は、図２９の破線のような３次成分が除去された波形となってしまう。Ｖ相及びＷ相についても同様である。ｄｑ軸／３相変換の代わりに空間ベクトル変調を適用することにより、３相信号に３次高調波を重畳させることが可能となり、３相変換によって欠損してしまう３次成分を補うことができ、図２９の実線のような理想的なデッドタイム補償波形を生成することが可能となる。

図３０は本発明の効果を示すステアリング実験装置による実験結果であり、ステアリングを低速から中速に切増しをしている操舵状態において、補償機能Ａから補償機能Ｂにミキシングによって徐々に切り換えられたときのｄ軸電流及びｑ軸電流と、ｑ軸デッドタイム補償値及びｑ軸デッドタイム補償値の波形を示している。時点ｔ_１０までが補償機能Ａによるデッドタイム補償であり、時点ｔ_１０から時点ｔ_１１までがミキシング状態であり、時点ｔ_１１以降が補償機能Ｂによるデッドタイム補償の動作波形である。図３０に示すように本発明のデッドタイム補償を適応し、デッドタイム補償値がＡからＢに徐々に切り換わることにより、ｄ軸電流が流れる始めるときなど、電流制御特性が変化してもデッドタイムの影響によるｄｑ軸電流の波形歪みが無いことが確認できる。また、操舵時において、切換時のトルクリップルもない。

図３１及び図３２は、それぞれデッドタイム補償部（Ａ）２００の他の例を図６に対応させて示している。

図３１の例は、３相損失電圧ＰＬＡの算出をｄｑ軸損失電圧ＰＬＡ_ｄｑとして求めている。そのため、３相交流／ｄｑ軸変換部２６０Ｂにおいて、３相のモータ端子電圧Vu，Vv，Vw及びモータ回転角θからｄｑ軸検出電圧Ｖ_ｍを求めて減算部２０２に減算入力している。また、３相のDuty指令値Duty_u，Duty_v，Duty_wは前記数４に従って３相指令電圧V_inを演算され、演算された３相指令電圧V_inが３相交流／ｄｑ軸変換部２６０Ａにおいて、モータ回転角θに同期して２相の指令電圧V_indqに変換され、電圧検出モデル２３０を経て減算部２０２に加算入力される。本例では補償量制限部２５０からｄｑ軸の補償値C_dA及びC_qAが出力される。

図３２の例は、モータ１１０の端子電圧Vu，Vv，Vwは、それぞれノイズ除去用のＬＰＦ１６３Ｕ，１６３Ｖ，１６３Ｗを経て３相交流／ｄｑ軸変換部２６０Ｂに入力され、３相交流／ｄｑ軸変換部２１０においてモータ回転角θに同期してｄｑ軸検出電圧Vm（V_d，V_q）に変換される。ｄｑ軸検出電圧Vm（V_d，V_q）は、減算部２０２に減算入力される。また、電圧比率補正演算部２７０にはｄ軸電圧指令値v_d及びｑ軸電圧指令値v_qが入力されており、電圧比率補正演算部２７０は、ＰＷＭ周期をＰＷＭ＿Time、ＤＴをデッドタイムとして、下記数１４を用いてｄｑ軸補正指令電圧V_comp（V_{comp_d}，V_{comp_q}）を演算する。ｄｑ軸補正指令電圧V_comp（V_{comp_d}，V_{comp_q}）は電圧検出遅れモデル２３０に入力される。

電圧検出遅れモデル２３０からのｄｑ軸補正指令電圧V_incが減算部２０２に加算入力される。本例においても、補償量制限部２５０からｄｑ軸の補償値C_dA及びC_qAが出力される。

図３３は、デッドタイム補償部（Ｂ）４００の他の例を図１２に対応させて示しており、本実施形態では直接ｄｑ軸の補償値C_dB及びC_qBを基準テーブル４４０ｄ及び４４０ｑで算出している。ｄｑ軸角度−デッドタイム補償値基準テーブル４４０ｄ及び４４０ｑはオフライン上で、３相で必要とされる角度の関数であるデッドタイム補償値を計算し、ｄｑ軸上の補償値に変換する。角度−デッドタイム補償値基準テーブル４４０ｄ及び４４０ｑからのデッドタイム基準補償値を示す出力電圧v_da及びv_qaはそれぞれ乗算部４０５ｄ及び４０５ｑに入力され、電圧感応ゲインG_vと乗算される。電圧感応ゲインG_vを乗算されたｄｑ軸の補償値v_da ^*及びv_qa ^*はそれぞれ乗算部４０４ｄ及び４０４ｑに入力され、電流指令値感応ゲインG_csと乗算される。乗算部４０４ｄ及び４０４ｑにおける乗算結果がｄｑ軸補償値C_dB及びC_qBである。

１ハンドル
２コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
２０、１００モータ
３０コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１操舵補助指令値演算部
３５、１２０ｄ、１２０ｑＰＩ制御部
３６、１６０ＰＷＭ制御部
３７，１６１インバータ
１１０角度検出部
１３０、２６０、４４０３相交流／ｄｑ軸変換部
１４０ｄ−ｑ非干渉制御部
１６０Ａ Duty指令値演算部
１６０ＢＰＷＭ制御回路
２００デッドタイム補償部（Ａ）
２１０中点電圧推定部
２２０、２２０Ａ３相指令電圧演算部
２３０電圧検出遅れモデル
２４０ゲイン部
２５０補償量制限部
２７０電圧比率補正演算部
３００空間ベクトル変調部
３０１２相／３相変換部
３０２３次高調波重畳部
４００デッドタイム補償部（Ｂ）
４０１電流制御遅れモデル
４０２補償符号推定部
４１０位相調整部
４２０インバータ印加電圧感応ゲイン部
４２１相電流補償符号推定部
４５０電流指令値感応ゲイン部
５００補償値切換部
５１０補償値切換判定部
５２０ミキシング比率演算部
５３０ミキシング部

Claims

少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相Ｄｕｔｙ指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
前記インバータのデッドタイム補償を行う性能が異なる２つのデッドタイム補償機能Ａ及びＢを有し、前記デッドタイム補償機能Ａは、低速操舵状態において効果のある、モータ端子電圧に基づくデッドタイム補償機能であり、前記デッドタイム補償機能Ｂは、低速・中速操舵状態において効果のある、モータ回転角の関数に基づくデッドタイム補償機能であり、
前記デッドタイム補償機能Ａ及びＢの１つから他のデッドタイム補償機能に、ミキシングしながら徐々に切り換えて前記デッドタイム補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ｑ軸の操舵補助指令値に基づいて、前記ミキシングの比率を線形若しくは非線形に変えるようになっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
少なくとも操舵トルクに基づいてｄｑ軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からｄｑ軸電流指令値を演算し、前記ｄｑ軸電流指令値を３相Ｄｕｔｙ指令値に変換し、ＰＷＭ制御のインバータにより３相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
前記３相ブラシレスモータの３相端子電圧に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第１のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ａと、
前記３相ブラシレスモータのモータ回転角に基づく前記インバータの前記ｄｑ軸に関する第２のｄｑ軸補償値を演算するデッドタイム補償部Ｂと、
前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて前記第１のｄｑ軸補償値と前記第２のｄｑ軸補償値とをミキシングしながら徐々に相互に切り換え、ｄｑ軸デッドタイム補償値を演算して出力する補償値切換部と、
を具備し、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値により前記ｄｑ軸電流指令値を補正して前記インバータのデッドタイム補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記補償値切換部が、
前記ｑ軸の前記操舵補助指令値に基づいて補償値切換の判定を行う補償値切換判定部と、
前記補償値切換判定部からの補償値切換判定フラグによって、前記第１のｄｑ軸補償値のミキシング比率Ｒ_ｔＡ（％）及び前記第２のｄｑ軸補償値のミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）を演算するミキシング比率演算部と、
前記第１のｄｑ軸補償値及び前記第２のｄｑ軸補償値を入力し、前記ミキシング比率Ｒ_ｔＡ（％）及びＲ_ｔＢ（％）に基づいて前記ｄｑ軸デッドタイム補償値を演算するミキシング部と、
で構成されている請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ミキシング比率演算部が、
カウントアップ値及びカウントダウン値を入力し、前記補償値切換判定フラグによって切り換えられるスイッチと、
前記スイッチからの前記カウントアップ値又は前記カウントダウン値を、加算部を経て制限すると共に、前記ミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）を出力するカウント値制限部と、
前記ミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）を保持して前記加算部に加算する保持ユニットと、
１００％の数値から前記ミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）を減算して前記ミキシング比率Ｒ_ｔＡ（％）を出力する減算部と、
で構成されている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
前記カウントアップ値及び前記カウントダウン値が可変である請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ミキシング部が、
前記第１のｄｑ軸補償値に前記ミキシング比率Ｒ_ｔＡ（％）を乗算する第１の乗算部と、前記第２のｄｑ軸補償値に前記ミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）を乗算する第２の乗算部と、前記第１の乗算部及び前記第２の乗算部の各乗算結果を加算して前記ｄｑ軸デッドタイム補償値を出力する加算部と、
で構成されている請求項５乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記ミキシング比率Ｒ_ｔＡ（％）及び前記ミキシング比率Ｒ_ｔＢ（％）が非線形に変改すると共に、Ｒ_ｔＡ（％）＋Ｒ_ｔＢ（％）＝１００％の関係になっている請求項５乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記補正が、前記ｄｑ軸デッドタイム補償値と前記ｄｑ軸電流指令値の加算である請求項４乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。