JP2011015593A - Motor control device, and steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置に関する。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。 The present invention relates to a motor control apparatus for driving a brushless motor and a vehicle steering apparatus including the motor control apparatus. An example of a vehicle steering device is an electric power steering device.
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角(電気角)に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。 A motor control device for driving and controlling a brushless motor is generally configured to control the supply of motor current in accordance with the output of a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotor. As the rotation angle sensor, a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal corresponding to the rotor rotation angle (electrical angle) is generally used. However, the resolver is expensive, has a large number of wires, and has a large installation space. Therefore, there exists a subject that the cost reduction and size reduction of an apparatus provided with the brushless motor are inhibited.
そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相(ロータの電気角)を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。 Therefore, a sensorless driving method for driving a brushless motor without using a rotation angle sensor has been proposed. The sensorless driving method is a method for estimating the phase of the magnetic pole (electrical angle of the rotor) by estimating the induced voltage accompanying the rotation of the rotor. Since the induced voltage cannot be estimated when the rotor is stopped and when rotating at a very low speed, the phase of the magnetic pole is estimated by another method. Specifically, a sensing signal is injected into the stator, and a motor response to the sensing signal is detected. Based on this motor response, the rotor rotational position is estimated.
上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置その他の車両用操舵装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。 The above sensorless driving method estimates the rotational position of the rotor using an induced voltage or a sensing signal, and controls the motor based on the rotational position obtained by the estimation. However, this drive system is not suitable for any use. For example, a brushless motor used as a drive source of an electric power steering apparatus or other vehicle steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle. A method for applying to control has not been established yet. Therefore, realization of sensorless control by another method is desired.
そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御することができるモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device that can control a motor by a new control method that does not use a rotation angle sensor, and a vehicle steering device that includes the motor control device.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、ロータ(50)と、このロータに対向するステータ(55)とを備えたモータ(3)を制御するためのモータ制御装置(5)であって、制御上の回転角である制御角(θC)に従う回転座標系の軸電流値(Iγ *)で前記モータを駆動する電流駆動手段(30,32〜36)と、所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角を加算することによって、制御角の今回値を求める制御角演算手段(26)と、前記モータの負荷を測定または推定するためのモータ負荷演算手段(27)と、前記モータ負荷演算手段によって測定または推定されたモータ負荷が所定値以上である場合に、前記制御角、前記加算角または前記軸電流値を制限する制限手段(25,28,31)とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, the invention according to
この構成によれば、制御角に従う回転座標系(γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。)の軸電流値(以下「仮想軸電流値」という。)によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸(仮想軸)を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量(負荷角)が適値に導かれることによって、適切なトルクが発生する。 According to this configuration, the axis current value (hereinafter “virtual axis”) of the rotating coordinate system (γδ coordinate system, hereinafter referred to as “virtual rotating coordinate system”, the coordinate axis of this virtual rotating coordinate system being referred to as “virtual axis”) according to the control angle. While the motor is driven by the "shaft current value"), the control angle is updated by adding the addition angle every calculation cycle. Thus, the necessary torque can be generated by driving the motor with the virtual axis current value while updating the control angle, that is, while updating the coordinate axis (virtual axis) of the virtual rotation coordinate system. Thus, an appropriate torque can be generated from the motor without using a rotation angle sensor. That is, an appropriate torque is generated by introducing a deviation amount (load angle) between the coordinate axis of the rotating coordinate system (dq coordinate system) and the virtual axis according to the magnetic pole direction of the rotor to an appropriate value.
この発明では、モータの負荷がモータ負荷演算手段によって測定または推定される。モータ負荷演算手段によって測定または推定されたモータ負荷が所定値以上である場合に、制御角、加算角または軸電流値が制限される。モータの出力可能最大トルクよりもモータ負荷が大きくなると、必要とされるトルクに対応する負荷角の適値が存在しなくなり、トルク制御が不可能な状態(以下、「トルク制御不能状態」という。)となる。これにより、モータから適切なトルクを発生させることができなくなる。そこで、この発明では、モータ負荷が所定値以上である場合には、制御角、加算角または軸電流値を制限することにより、モータの出力可能最大トルクよりもモータ負荷が大きくなるのを回避したり、あるいはトルク制御不能状態となるのを回避したりする。 In the present invention, the motor load is measured or estimated by the motor load calculating means. When the motor load measured or estimated by the motor load calculation means is equal to or greater than a predetermined value, the control angle, the addition angle, or the shaft current value is limited. When the motor load becomes larger than the maximum output torque of the motor, there is no suitable value of the load angle corresponding to the required torque, and the torque control is impossible (hereinafter referred to as “torque control impossible state”). ) This makes it impossible to generate an appropriate torque from the motor. Therefore, in the present invention, when the motor load is a predetermined value or more, the control load, the addition angle, or the shaft current value is limited to prevent the motor load from becoming larger than the maximum output torque of the motor. Or avoiding the torque control disabled state.
より具体的には、モータの負荷が所定値以上である場合には、たとえば、制御角が変化しないように、制御角が制限されるかまたは加算角が零にされる。あるいは、モータの負荷が所定値以上である場合には、軸電流値が零にされる。制御角を制限したり加算角を零にしたりすることにより、制御角が変化しなくなると、モータがロック状態となる。たとえば、モータの基準位置からの回転量に応じてモータ負荷が大きくなる場合、モータがロックされると、モータ負荷がそれ以上大きくならない。したがって、モータの出力可能最大トルクよりもモータ負荷が大きくなるのを回避できる。一方、軸電流値が零にされると、モータのトルク制御動作が停止するので、トルク制御不能状態となるのを回避できる。 More specifically, when the motor load is a predetermined value or more, for example, the control angle is limited or the addition angle is made zero so that the control angle does not change. Alternatively, when the motor load is equal to or greater than a predetermined value, the shaft current value is made zero. If the control angle does not change by limiting the control angle or setting the addition angle to zero, the motor is locked. For example, when the motor load increases according to the rotation amount from the reference position of the motor, the motor load does not increase any more when the motor is locked. Therefore, it is possible to avoid the motor load from becoming larger than the maximum output torque of the motor. On the other hand, when the shaft current value is set to zero, the torque control operation of the motor is stopped, so that it is possible to prevent the torque control from being disabled.
前記モータ負荷演算手段(27)は、前記モータの負荷を測定するモータ負荷測定手段を含むものであってもよいし、前記モータの負荷を推定するモータ負荷推定手段を含むものであってもよい。
請求項2記載の発明は、車両の舵取り機構(2)に駆動力を付与するモータ(3)と、前記モータを制御する請求項1記載のモータ制御装置とを含み、前記モータ負荷演算手段が、前記車両の操向のために操作される操舵部材の操舵角または前記車両の車輪の転舵角に基づいて、前記モータの負荷を推定するものである、車両用操舵装置である。この構成では、車両の操向のために操作される操舵部材の操舵角または車両の車輪の転舵角に基づいて、モータ負荷が推定される。そして、推定されたモータ負荷が所定値以上である場合に、制御角、加算角または軸電流値が制限される。したがって、この構成においても、モータの出力可能最大トルクよりもモータ負荷が大きくなるのを回避できるか、またはトルク制御不能状態となるのを回避できるようになる。
The motor load calculating means (27) may include a motor load measuring means for measuring the load of the motor, or may include a motor load estimating means for estimating the load of the motor. .
The invention according to
前記モータ負荷測定手段としては、たとえば、ラック軸に作用する力を検出する軸力センサ、タイヤに作用する応力を検出するタイヤ力センサ等を用いることができる。
また、前記モータ制御装置は、車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段(1)と、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段(21)と、前記指示トルク設定手段によって設定される指示トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算する加算角演算手段(22,23)とをさらに含んでいてもよい。
As the motor load measuring means, for example, an axial force sensor for detecting a force acting on a rack shaft, a tire force sensor for detecting a stress acting on a tire, or the like can be used.
The motor control device includes a torque detection means (1) for detecting a steering torque applied to an operation member operated for steering the vehicle, and an instruction for setting an instruction steering torque as a target value of the steering torque. Steering torque setting means (21), and addition angle calculation means (22,) for calculating the addition angle according to a deviation between the instruction torque set by the instruction torque setting means and the steering torque detected by the torque detection means 23) may be further included.
この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク(検出値)との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量(負荷角)が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。 According to this configuration, the command steering torque is set, and the addition angle is calculated according to the deviation between the command steering torque and the steering torque (detected value). Thus, the addition angle is determined so that the steering torque becomes the command steering torque, and the control angle corresponding to the addition angle is determined. Therefore, by appropriately determining the instruction steering torque, it is possible to generate an appropriate driving force from the motor and apply it to the steering mechanism. That is, the deviation (load angle) between the coordinate axis of the rotating coordinate system (dq coordinate system) and the virtual axis according to the magnetic pole direction of the rotor is led to a value corresponding to the command steering torque. As a result, an appropriate torque is generated from the motor, and a driving force according to the driver's steering intention can be applied to the steering mechanism.
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置(たとえば、電動パワーステアリング装置)では、モータの駆動力は舵取り機構にアシストトルク(操舵補助力)として与えられる。このアシストトルクを、モータ負荷(負荷トルク)から減じた値が、運転者が操作部材に与えるべき操舵トルクとなる。モータが出力可能な最大アシストトルクよりも負荷トルクが大きくなると、負荷角の適値が存在しなくなるため、トルク制御不能状態となり、適切なアシストトルクを発生できなくなる。 In a vehicle steering device (for example, an electric power steering device) in which an operation member and a steering mechanism are mechanically coupled, the driving force of a motor is applied to the steering mechanism as an assist torque (steering assist force). A value obtained by subtracting the assist torque from the motor load (load torque) is the steering torque that the driver should apply to the operation member. When the load torque becomes larger than the maximum assist torque that can be output by the motor, the appropriate value of the load angle does not exist, and the torque control becomes impossible, and appropriate assist torque cannot be generated.
この発明では、モータ負荷が所定値以上である場合には、制御角、加算角または軸電流値が制限される。より具体的には、モータ負荷が所定値以上である場合には、たとえば、制御角が変化しないように、制御角が制限されるかまたは加算角が零にされる。あるいは、モータの負荷が所定値以上である場合には、軸電流値が零にされる。制御角または加算角の制限によって制御角が変化しなくなると、モータがロック状態となるので、運転者は操作部材をそれ以上操作できなくなる。より具体的には、操舵角をより大きくする操作が規制される。モータ負荷は操舵角が大きくなるほど大きくなるので、モータ負荷がそれ以上大きくならなくなる。この結果、モータが出力可能な最大アシストトルクよりもモータ負荷が大きくなるのを回避できる。一方、軸電流値が零にされると、操舵補助動作が停止され、いわゆるマニュアルステア状態となるので、トルク制御不能状態となるのを回避できる。 In the present invention, when the motor load is equal to or greater than a predetermined value, the control angle, the addition angle, or the shaft current value is limited. More specifically, when the motor load is a predetermined value or more, for example, the control angle is limited or the addition angle is made zero so that the control angle does not change. Alternatively, when the motor load is equal to or greater than a predetermined value, the shaft current value is made zero. When the control angle does not change due to the restriction of the control angle or the addition angle, the motor is locked, and the driver cannot operate the operation member any more. More specifically, an operation for increasing the steering angle is restricted. Since the motor load increases as the steering angle increases, the motor load does not increase any more. As a result, it is possible to avoid the motor load from becoming larger than the maximum assist torque that the motor can output. On the other hand, when the shaft current value is set to zero, the steering assist operation is stopped and a so-called manual steer state is set, so that it is possible to avoid a torque control disabled state.
前記モータ制御装置は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段(4)をさらに含み、前記指示トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものであることが好ましい。この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。 The motor control device further includes a steering angle detection means (4) for detecting a steering angle of the operation member, and the instruction torque setting means is an instruction steering torque according to a steering angle detected by the steering angle detection means. Is preferably set. According to this configuration, since the instruction steering torque is set according to the steering angle of the operation member, an appropriate torque according to the steering angle can be generated from the motor, and the steering torque applied to the operation member by the driver can be increased. The value can be derived according to the steering angle. Thereby, a favorable steering feeling can be obtained.
前記指示トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段(6)によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものであってもよい。この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。 The command torque setting means may set the command steering torque according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means (6) for detecting the vehicle speed of the vehicle. According to this configuration, since the command steering torque is set according to the vehicle speed, so-called vehicle speed sensitive control can be performed. As a result, a good steering feeling can be realized. For example, an excellent steering feeling can be obtained by setting the command steering torque to be smaller as the vehicle speed is higher, that is, at higher speeds.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置の一例)の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール10に加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に減速機構7を介して操舵補助力を与えるモータ3(ブラシレスモータ)と、ステアリングホイール10の回転角である操舵角を検出する舵角センサ4と、モータ3を駆動制御するモータ制御装置5と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ6とを備えている。舵角センサ4は、ステアリングホイール10の中立位置(基準位置)からのステアリングホイール10の正逆両方向の回転量(回転角)を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を負の値として出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining an electrical configuration of an electric power steering device (an example of a vehicle steering device) to which a motor control device according to an embodiment of the present invention is applied. This electric power steering apparatus includes a
モータ制御装置5は、トルクセンサ1が検出する操舵トルク、舵角センサ4が検出する操舵角および車速センサ6が検出する車速に応じてモータ3を駆動することによって、操舵状況および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図2に図解的に示すように、界磁としてのロータ50と、このロータ50に対向するステータ55に配置されたU相、V相およびW相のステータ巻線51,52,53とを備えている。モータ3は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
The
In this embodiment, the
各相のステータ巻線51,52,53の方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ50の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ50の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系は、ロータ50とともに回転する回転座標系である。dq座標系では、q軸電流のみがロータ50のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ50の回転角(ロータ角)θMは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。このロータ角θMを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
Three-phase fixed coordinates (UVW coordinate system) are defined in which the U, V, and W axes are taken in the direction of the
一方、この実施形態では、制御上の回転角を表す制御角θCが導入される。制御角θCは、U軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して90°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系(γδ座標系。仮想回転座標系)を定義する。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるdq座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのd軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのq軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。UVW座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。 On the other hand, in this embodiment, a control angle θ C representing a control rotation angle is introduced. The control angle θ C is a virtual rotation angle with respect to the U axis. A virtual axis corresponding to the control angle θ C is a γ axis, and an axis advanced by 90 ° with respect to the γ axis is a δ axis, and a virtual two-phase rotational coordinate system (γδ coordinate system, virtual rotational coordinate system) is defined. Define. When the control angle θ C is equal to the rotor angle θ M , the γδ coordinate system, which is a virtual rotation coordinate system, matches the dq coordinate system, which is an actual rotation coordinate system. That is, the γ-axis as the virtual axis matches the d-axis as the real axis, and the δ-axis as the virtual axis matches the q-axis as the real axis. γδ coordinate system is an imaginary rotating coordinate system that rotates in accordance with the control angle theta C. Coordinate conversion between the UVW coordinate system and the γδ coordinate system can be performed using the control angle θ C.
制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL(=θC−θM)と定義する。
制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ3に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ50のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Iq=Iγ・sinθL …(1)
再び図1を参照する。モータ制御装置5は、マイクロコンピュータ11と、このマイクロコンピュータ11によって制御され、モータ3に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)12と、モータ3の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部13とを備えている。
A difference between the control angle θ C and the rotor angle θ M is defined as a load angle θ L (= θ C −θ M ).
When the γ-axis current I γ is supplied to the
I q = I γ · sin θ L (1)
Refer to FIG. 1 again. The
電流検出部13は、モータ3の各相のステータ巻線51,52,53に流れる相電流IU,IV,IW(以下、総称するときには「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。これらは、UVW座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ11は、CPUおよびメモリ(ROMおよびRAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、操舵トルクリミッタ20と、指示操舵トルク設定部21と、トルク偏差演算部22と、PI(比例積分)制御部23と、加算角リミッタ24と、加算角変更部25と、制御角演算部26と、モータ負荷演算部27と、指示電流値生成部30と、電流偏差演算部32と、PI制御部33と、γδ/UVW変換部34と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部35と、UVW/γδ変換部36とが含まれている。
The
The
指示操舵トルク設定部21は、舵角センサ4によって検出される操舵角と、車速センサ6によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクT*を設定する。たとえば、図4に示すように、操舵角が正の値(右方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は正の値(右方向へのトルク)に設定され、操舵角が負の値(左方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は負の値(左方向へのトルク)に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように(図4の例では非線型に大きくなるように)指示操舵トルクT*が設定される。ただし、所定の上限値(正の値。たとえば、+6Nm)および下限値(負の値。たとえば−6Nm)の範囲内で指示操舵トルクT*の設定が行われる。また、指示操舵トルクT*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
The command steering
操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の出力を所定の上限飽和値+Tmax(+Tmax>0。たとえば+Tmax=7Nm)と下限飽和値−Tmax(−Tmax<0。たとえば−Tmax=−7Nm)との間に制限する。具体的には、操舵トルクリミッタ20は、図5に示すように、上限飽和値+Tmaxと下限飽和値−Tmaxの間では、トルクセンサ1の検出操舵トルクTをそのまま出力する。また、操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の検出操舵トルクTが上限飽和値+Tmax以上であれば、上限飽和値+Tmaxを出力する。そして、操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の検出操舵トルクTが下限飽和値−Tmax以下であれば、下限飽和値−Tmaxを出力する。飽和値+Tmaxおよび−Tmaxは、トルクセンサ1の出力信号が安定な領域(信頼性のある領域)の境界を画定するものである。つまり、トルクセンサ1の出力信号は、上限飽和値Tmaxを超える区間、および下限飽和値−Tmaxを下回る区間では不安定であり、実際の操舵トルクに対応しなくなる。換言すれば、飽和値+Tmax,−Tmaxは、トルクセンサ1の出力特性に応じて定められる。
The
トルク偏差演算部22は、指示操舵トルク設定部21によって設定される指示操舵トルクT*とトルクセンサ1によって検出され、操舵トルクリミッタ20による制限処理を受けた操舵トルクT(以下、区別するために「検出操舵トルクT」という。)との偏差(トルク偏差)ΔT(=T*−T)を求める。PI制御部23は、このトルク偏差ΔTに対するPI演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部22およびPI制御部23によって、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。PI制御部23は、トルク偏差ΔTに対するPI演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。したがって、前記トルクフィードバック制御手段は、加算角αを演算する加算角演算手段を構成している。
The torque
加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αに対して制限を加える。より具体的には、加算角リミッタ24は、所定の上限値UL(正の値)と下限値LL(負の値)との間の値に加算角αを制限する。上限値ULおよび下限値LLは、所定の制限値ωmax(ωmax>0。たとえばωmaxの既定値=45度)に基づいて定められる。この所定の制限値ωmaxの既定値は、たとえば、最大操舵角速度に基づいて定められる。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール10の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、800deg/sec程度である。
The
最大操舵角速度のときのロータ50の電気角の変化速度(電気角での角速度。最大ロータ角速度)は、次式(2)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構7の減速比と、ロータ50の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ50が有する磁極対(N極とS極との対)の個数である。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間(演算周期)におけるロータ50の電気角変化量の最大値(ロータ角変化量最大値)は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
The change speed of the electrical angle of the
Maximum rotor angular speed = Maximum steering angular speed x Reduction ratio x Number of pole pairs (2)
The maximum value of the electrical angle change amount of the rotor 50 (the maximum value of the rotor angle change amount) during the calculation (control cycle) of the control angle θ C is a value obtained by multiplying the maximum rotor angular velocity by the calculation cycle as shown in the following equation (3). It becomes.
ロータ角変化量最大値=最大ロータ角速度×演算周期
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(3)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限値ωmaxの既定値とすればよい。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。
Maximum value of rotor angle change = Maximum rotor angular speed x Calculation cycle
= Maximum steering angular velocity x reduction ratio x number of pole pairs x calculation cycle (3)
The rotor angle variation maximum value is the maximum variation of the control angle theta C that is permitted within one calculation cycle. Therefore, the maximum value of the rotor angle change may be set as a predetermined value of the limit value ω max . Using the limit value ω max , the upper limit value UL and the lower limit value LL of the addition angle α can be expressed by the following equations (4) and (5), respectively.
UL=+ωmax …(4)
LL=−ωmax …(5)
モータ負荷演算部27は、舵角センサ4によって検出される操舵角に基づいてモータの負荷(負荷トルク)を演算する。負荷トルクは、操舵角の絶対値が大きくなるに従って大きくなる。そこで、モータ負荷演算部27は、舵角センサ4によって検出される操舵角の絶対値に基づいて負荷トルクを推定する。この実施形態では、モータ負荷演算部27は、舵角センサ4によって検出される操舵角の絶対値を、負荷トルクに応じた値として、加算角変更部25に与える。加算角変更部25には、トルクセンサ1によって検出される操舵トルクTも与えられる。
UL = + ω max (4)
LL = −ω max (5)
The motor
加算角変更部25は、モータ負荷演算部27から与えられる操舵角絶対値とトルクセンサ1から与えられる検出操舵トルクTとに基づいて、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αを変更する。具体的には、加算角変更部25は、通常時には、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αに対して変更を行なわず、そのまま制御角演算部26に与える。操舵角絶対値が所定のしきい値以上になったときには、すなわち、負荷トルクが所定値以上になったときには、加算角変更部25は、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αを零に変更する。この変更後の加算角α(=0)が、制御角演算部26に与えられる。加算角変更部25は、加算角αを零に変更すると、その状態を保持したまま、検出操舵トルクTを監視する。そして、検出操舵トルクTの絶対値が減少したときに、加算角変更部25は、加算角αが零である状態を解除し、通常時の状態に戻す。加算角変更部25によって実行される処理(加算角変更処理)の詳細については、後述する。 加算角変更部25による変更処理後の加算角αが、制御角演算部26の加算器26Aにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)(nは今演算周期の番号)に加算される(Z−1は信号の前回値を表す)。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値(たとえば零)である。
The addition
制御角演算部26は、制御角θCの前回値θC(n-1)に加算角変更部25から与えられる加算角αを加算する加算器26Aを含む。すなわち、制御角演算部26は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。
指示電流値生成部30は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Iγ *およびδ軸指示電流値Iδ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という。)を生成する。指示電流値生成部30は、γ軸指示電流値Iγ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Iδ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部30は、トルクセンサ1によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値Iγ *を設定する。
The control
The command current
検出操舵トルクTに対するγ軸指示電流値Iγ *の設定例は、図6に示されている。検出操舵トルクTが零付近の領域には不感帯NRが設定されている。γ軸指示電流値Iγ *は、不感帯NRの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール10を操作していないときには、モータ3への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
A setting example of the γ-axis command current value I γ * with respect to the detected steering torque T is shown in FIG. A dead zone NR is set in a region where the detected steering torque T is near zero. The γ-axis command current value I γ * rises steeply in a region outside the dead zone NR, and is set to be a substantially constant value above a predetermined torque. Thereby, when the driver is not operating the
電流偏差演算部32は、指示電流値生成部30によって生成されたγ軸指示電流値Iγ *に対するγ軸検出電流Iγの偏差Iγ *−Iγと、δ軸指示電流値Iδ *(=0)に対するδ軸検出電流Iδの偏差Iδ *−Iδとを演算する。γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδは、UVW/γδ変換部36から偏差演算部32に与えられるようになっている。
The current
UVW/γδ変換部36は、電流検出部13によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相検出電流IU、V相検出電流IVおよびW相検出電流IW)をγδ座標系の二相検出電流IγおよびIδ(以下総称するときには「二相検出電流Iγδ」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部32に与えられるようになっている。UVW/γδ変換部36における座標変換には、制御角演算部26で演算される制御角θCが用いられる。
The UVW /
PI制御部33は、電流偏差演算部32によって演算された電流偏差に対するPI演算を行うことにより、モータ3に印加すべき二相指示電圧Vγδ *(γ軸指示電圧Vγ *およびδ軸指示電圧Vδ *)を生成する。この二相指示電圧Vγδ *が、γδ/UVW変換部34に与えられる。
γδ/UVW変換部34は、二相指示電圧Vγδ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部35に与えられる。
The
The γδ /
PWM制御部35は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、駆動回路12に供給する。
駆動回路12は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部35から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ3の各相のステータ巻線51,52、53に印加されることになる。
The
The
電流偏差演算部32およびPI制御部33は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ3に流れるモータ電流が、指示電流値生成部30によって設定された二相指示電流値Iγδ *に近づくように制御される。
図3は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、加算角リミッタ24および加算角変更部25の機能は省略してある。
The current
FIG. 3 is a control block diagram of the electric power steering apparatus. However, in order to simplify the description, the functions of the
指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差(トルク偏差)ΔTに対するPI制御(KPは比例係数、KIは積分係数、1/sは積分演算子である。)によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)=θC(n-1)+αが求められる。このとき、制御角θCとロータ50の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL=θC−θMとなる。
Command steering torque T * and the deviation (torque deviation) of the detected steering torque T PI control for the [Delta] T (K P is a proportionality coefficient, K I is an integration coefficient, 1 / s is an integration operator.) By the addition angle α Is generated. It is obtained by adding the addition the addition angle alpha control angle theta previous value of C θ C (n-1) , the current value of the control angle θ C θ C (n) = θ C (n-1) + α is Desired. At this time, the deviation between the control angle θ C and the actual rotor angle θ M of the
したがって、制御角θCに従うγδ座標系(仮想回転座標系)のγ軸(仮想軸)にγ軸指示電流値Iγ *に従ってγ軸電流Iγが供給されると、q軸電流Iq=IγsinθLとなる。このq軸電流Iqがロータ50の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ3のトルク定数KTをq軸電流Iq(=IγsinθL)に乗じた値が、アシストトルクTA(=KT・IγsinθL)として、減速機構7を介して、舵取り機構2に伝達される。このアシストトルクTAを舵取り機構2からの負荷トルクTLから減じた値が、運転者がステアリングホイール10に与えるべき操舵トルクTである。この操舵トルクTがフィードバックされることによって、この操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
Accordingly, when the γ-axis current I γ is supplied according to the γ-axis command current value I γ * to the γ-axis (virtual axis) of the γδ coordinate system (virtual rotation coordinate system) according to the control angle θ C , the q-axis current I q = I γ sinθ L This q-axis current I q contributes to the torque generated by the
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差ΔTに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ3から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクT*に応じたトルクをモータ3から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構2に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
In this way, while a current is passed through the γ axis, which is a virtual axis for control, the control angle θ C is updated with the addition angle α obtained according to the deviation ΔT between the command steering torque T * and the detected steering torque T. by going, the load angle theta L is changed, the torque corresponding to the load angle theta L is adapted to generate from the
このようにして、回転角センサを用いることなくモータ3を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図7は、加算角リミッタ24の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αを上限値ULと比較し(ステップS1)、加算角αが上限値ULを超えている場合(ステップS1:YES)には、上限値ULを加算角αに代入する(ステップS2)。したがって、制御角θCに対して上限値UL(=+ωmax)が加算されることになる。
In this way, an electric power steering apparatus that can appropriately control the
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the
PI制御部23によって求められた加算角αが上限値UL以下であれば(ステップS1:NO)、加算角リミッタ24は、さらに、その加算角αを下限値LLと比較する(ステップS3)。そして、その加算角αが下限値未満であれば(ステップS3:YES)、下限値LLを加算角αに代入する(ステップS4)。したがって、制御角θCに対して下限値LL(=−ωmax)が加算されることになる。
If the addition angle α obtained by the
PI制御部23によって求められた加算角αが下限値LL以上上限値UL以下(ステップS3:NO)であれば、その加算角αがそのまま制御角θCへの加算のために用いられる。
このようにして、加算角αを上限値ULと下限値LLとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態(アシスト力が不安定な状態)が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。
The addition angle α obtained or lower than the lower limit LL or the upper limit UL by the PI control unit 23: if (step S3 NO), the addition angle α is used as is added to the control angle theta C.
In this way, the addition angle α can be limited between the upper limit value UL and the lower limit value LL, so that the control can be stabilized. More specifically, even if a control unstable state (a state where the assist force is unstable) occurs when the current is insufficient or the control is started, the transition from this state to the stable control state can be promoted.
図8は、加算角変更部25によって実行される加算角変更処理の手順を示すフローチャートである。加算角変更部25は、モータ負荷演算部27から与えられた操舵角の絶対値が所定のしきい値A以上(ただし、A>0)であるか否かを判別する(ステップS11)。このしきい値Aは、モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも所定量だけ小さい負荷トルクに対応する操舵角の絶対値(たとえば、400deg)に設定される。なお、前述したように、操舵角絶対値が大きくなるほど、負荷トルクは大きくなる。操舵角絶対値がしきい値A未満である場合には(ステップS11:N0)、加算角変更部25は、加算角αの変更を行なわず、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αを、そのまま出力する(ステップS12)。したがって、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26に与えられる。通常時には、このように、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、そのまま、制御角演算部26に与えられる。
FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the addition angle changing process executed by the addition
前記ステップS11において、操舵角絶対値がしきい値A以上である場合には(ステップS11:YES)、加算角変更部25は、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αを零に変更する(ステップS13)。したがって、制御角演算部26に与えられる加算角αは、零となる。この後、加算角変更部25は、検出操舵トルクTの絶対値が減少したか否かを判別する(ステップS14)。具体的には、加算角変更部25は、トルクセンサ1によって今回検出された操舵トルクの絶対値|T(n)|から、前回検出された操舵トルクの絶対値|T(n−1)|を減算した偏差(|T(n)|−|T(n―1)|)が、零より小さい所定値C以下であるか否かを判別する。
If the steering angle absolute value is greater than or equal to the threshold value A in step S11 (step S11: YES), the addition
検出操舵トルクTの絶対値が減少していない場合には(ステップS14:NO)、すなわち、前記偏差(|T(n)|−|T(n−1)|)が所定値Cより大きい場合には、前記ステップS13に戻る。つまり、前記ステップS13で加算角αが零に変更され後、検出操舵トルクTの絶対値が減少しない場合には、ステップS13およびステップS14の処理が繰り返される。このため、加算角αが零である状態が維持される。 When the absolute value of the detected steering torque T has not decreased (step S14: NO), that is, when the deviation (| T (n) | − | T (n−1) |) is larger than the predetermined value C. Returns to step S13. That is, if the absolute value of the detected steering torque T does not decrease after the addition angle α is changed to zero in step S13, the processes in steps S13 and S14 are repeated. For this reason, the state where the addition angle α is zero is maintained.
検出操舵トルクTが減少すると(ステップS14:YES)、すなわち、前記偏差(|T(n)|−|T(n−1)|)が所定値C以下になると、加算角変更部25は、加算角αが零である状態を解除し、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αを、そのまま出力する(ステップS12)。これにより、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26に与えられるようになる。つまり、通常時の状態に戻る。
When the detected steering torque T decreases (step S14: YES), that is, when the deviation (| T (n) | − | T (n−1) |) becomes equal to or smaller than a predetermined value C, the addition
モータ3の負荷トルクは、操舵角絶対値が大きくなるに従って大きくなる。モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも負荷トルクが大きくなると、負荷角の適値が存在しなくなるため、トルク制御不能となり、適切なアシストトルクを発生できなくなる。この実施形態では、検出操舵角の絶対値がしきい値A(たとえば400deg)以上になると(ステップS11:YES)、加算角αが零に変更され、その状態が保持される(ステップS13,S14)。加算角αが零にされると、制御角θCが変化しなくなり、モータ3がロック状態となるので、運転者はステアリングホイール10をそれ以上切れなくなる。この結果、モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも負荷トルクが大きくなるのを回避できる。
The load torque of the
この後、たとえば、運転者がステアリングホイール10をそれ以上切るのをあきらめ、ステアリングホイール10に加える操舵力を緩めると、検出操舵トルクTの絶対値が減少する。検出操舵トルクTの絶対値が減少すると、前記ステップS14でYESとなり、通常時の状態に戻される。つまり、加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26に与えられるようになる。これにより、モータ3のロック状態が解除される。このようにして、ステアリングホイール10の操作可能範囲は、モータ3の負荷トルクが過大とならない操舵角範囲に制限されることになる。
Thereafter, for example, when the driver gives up turning the
前記実施形態では、操舵角がしきい値A以上になったときには、制御角演算部26に与えられる加算角αを零にすることにより、制御角が変化しないようにしているが、操舵角がしきい値A以上になったときに、制御角が変化しないように、制御角を直接制限するようにしてもよい。具体的には、図1に破線で示すように、加算角変更部25に代えて、制御角制限部28を設ける。制御角制限部28は、制御角演算部26の後段に設けられる。制御角制限部28には、操舵角センサ4によって検出される操舵角の絶対値がモータ負荷演算部28を介して与えられる。さらに、制御角制限部28には、トルクセンサ1によって検出される操舵トルクTが与えられる。
In the above embodiment, when the steering angle is equal to or greater than the threshold value A, the control angle is prevented from changing by setting the addition angle α given to the control
制御角制限部28は、モータ負荷演算部27から与えられる操舵角絶対値とトルクセンサ1から与えられる検出操舵トルクTとに基づいて、制御角演算部26によって演算された制御角θCを制限する。具体的には、制御角制限部28は、通常時には、制御角演算部26によって演算された制御角θCに対して変更を行なわず、そのまま座標変換部(γδ/UVW変換部34およびUVW/γδ変換部36)に与える。操舵角絶対値が所定のしきい値以上になったときには、すなわち、負荷トルクが所定値以上になったときには、制御角制限部28は、制御角θCを変化させなくさせる。たとえば、制御角制限部28は、座標変換部34,36に与える制御角θCを、前回の演算周期に座標変換部34,36に与えた制御角θCの値に固定する。この後、制御角制限部28は、トルクセンサ1の検出操舵トルクTを監視する。そして、検出操舵トルクTの絶対値が減少したときに、制御角制限部28は、制御角θCを一定値に固定した状態を解除し、通常時の状態に戻す。
Control
図9は、制御角制限部28によって実行される処理(制御角制限処理)の手順を示すフローチャートである。制御角制限部28は、モータ負荷演算部27から与えられた操舵角絶対値が所定のしきい値A以上であるか否かを判別する(ステップS21)。このしきい値は、モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも所定量だけ小さい負荷トルクに対応する操舵角絶対値(たとえば、400deg)に設定される。操舵角絶対値がしきい値A未満である場合には(ステップS21:N0)、制御角制限部28は、制御角θCの制限を行なわず、今演算周期において制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)を、そのまま出力する(ステップS22)。つまり、今演算周期において制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)が、座標変換部34,36に与えられる。通常時には、このように、制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)が、そのまま、座標変換部34,36に与えられる。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of processing (control angle limiting processing) executed by the control
前記ステップS21において、操舵角絶対値がしきい値A以上である場合には(ステップS21:YES)、制御角制限部28は、今回の演算周期で出力すべき制御角の今回値θC(n)を前回の出力値である前回値θC(n−1)に置き換える(ステップS23)。これにより、制御角制限部28から出力される制御角θCは変化しなくなる。つまり、座標変換部34,36に与えられる制御角θCは、操舵角絶対値がしきい値A以上となる直前の値に固定される。
If the absolute value of the steering angle is greater than or equal to the threshold value A in step S21 (step S21: YES), the
この後、制御角制限部28は、検出操舵トルクTの絶対値が減少したか否かを判別する(ステップS24)。この具体的な判別方法としては、図8のステップS14で説明した方法を用いることができる。検出操舵トルクTの絶対値が減少していない場合には(ステップS24:NO)、前記ステップS23に戻る。つまり、前記ステップS23で制御角θCが固定された後、検出操舵トルクTの絶対値が減少しない場合には、ステップS23およびステップS24の処理が繰り返される。
Thereafter, the
検出操舵トルクTが減少すると(ステップS24:YES)、制御角制限部28は、制御角θCが一定値に固定された状態を解除し、制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)を、そのまま出力する(ステップS22)。これにより、制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)が、座標変換部34,36に与えられるようになる。つまり、通常時の状態に戻る。
When the detected steering torque T is reduced (step S24: YES), the control
検出操舵角の絶対値がしきい値A(たとえば400deg)以上になると(ステップS21:YES)、制御角θCが一定値に固定されるため、制御角θCが変化しなくなる(ステップS23,S24)。制御角θCが変化しなくなると、モータ3がロック状態となるので、運転者はステアリングホイール10をそれ以上切れなくなる。この結果、モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも負荷トルクが大きくなることを回避できる。
If the absolute value of the detected steering angle is the threshold value A (e.g., 400 deg) or more (step S21: YES), because the control angle theta C is fixed to a constant value, the control angle theta C does not change (step S23, S24). When the control angle θ C does not change, the
この後、たとえば、運転者がステアリングホイール10を前記操舵角以上に切るのをあきらめ、ステアリングホイール10に加える操舵力を緩めると、検出操舵トルクTの絶対値が減少する。検出操舵トルクTの絶対値が減少すると、前記ステップS24でYESとなり、通常時の状態に戻される。つまり、制御角演算部26によって演算された制御角θC(n)が、座標変換部34,36に与えられるようになる。
Thereafter, for example, when the driver gives up turning the
図10は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図10において、前述の図1の各部に対応する部分には図1と同じ符号を付して示す。
この実施形態では、図1に示されている加算角変更部25および制御角制限部28は設けられていない。この実施形態では、指示電流値生成部30によって生成される指示電流値を変更する指示電流値変更部31が、マイクロコンピュータ11の機能処理部として備えられている。
FIG. 10 is a block diagram for explaining the configuration of an electric power steering apparatus according to another embodiment of the present invention. 10, portions corresponding to the respective portions in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
In this embodiment, the addition
指示電流値変更部31には、操舵角センサ4によって検出された操舵角の絶対値が、モータ負荷演算部27を介して、モータの負荷(負荷トルク)に応じた値として与えられる。指示電流値変更部31は、モータ負荷演算部27から与えられた操舵角絶対値に基づいて、指示電流値生成部30が生成する指示電流値を変更する。指示電流値変更部31は、この実施形態では、γ軸指示電流値Iγ *を変更する。
The command current
具体的には、指示電流値変更部31は、操舵角絶対値が所定のしきい値未満である場合には、すなわち、負荷トルクが所定値未満であるときには、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *に対して変更を行なわず、そのまま電流偏差演算部32に与える。一方、操舵角絶対値が所定のしきい値以上である場合には、すなわち、負荷トルクが所定値以上になったときには、指示電流値変更部31は、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *を零に変更する。この変更後のγ軸指示電流値Iγ *が、電流偏差演算部32に与えられる。
Specifically, the command current
図11は、指示電流値変更部31によって実行される指示電流値変更処理の手順を示すフローチャートである。指示電流値変更部31は、モータ負荷演算部27から与えられた操舵角絶対値が所定のしきい値A以上であるか否かを判別する(ステップS31)。このしきい値は、モータ3が出力可能な最大アシストトルクよりも小さい負荷トルクに対応する操舵角絶対値(たとえば、400deg)に設定される。操舵角絶対値がしきい値A未満である場合には(ステップS31:N0)、指示電流値変更部31は、指示電流値Iγ *の変更を行なわず、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *を、そのまま出力する(ステップS32)。したがって、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *が、電流偏差演算部32に与えられる。
FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the instruction current value changing process executed by the instruction current
前記ステップS31において、操舵角絶対値がしきい値A以上である場合には(ステップS31:YES)、指示電流値変更部31は、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *を、零に変更する(ステップS33)。したがって、電流偏差演算部32に与えられるγ軸指示電流値Iγ *は零となる。これにより、操舵補助力(アシストトルク)が停止される。この後において、操舵角絶対値がしきい値A未満になると、指示電流値変更部31は、指示電流値生成部30が生成するγ軸指示電流値Iγ *を、そのまま出力する(ステップS31,S32)。
In step S31, when the steering angle absolute value is equal to or greater than the threshold value A (step S31: YES), the command current
モータ3の負荷トルクは操舵角が大きくなるに従って大きくなる。モータ3によって出力可能な最大アシストトルクよりも負荷トルクが大きくなると、負荷角の適値が存在しなくなるため、トルク制御不能状態となり、適切なアシストトルクを発生できなくなる。この実施の形態では、検出操舵角の絶対値がしきい値A(たとえば400deg)以上になると(ステップS31:YES)、γ軸指示電流値Iγ *が零に変更される(ステップS33)。γ軸指示電流値Iγ *が零にされると、操舵補助動作が停止され、いわゆるマニュアルステア状態となるので、トルク制御不能状態となるのを回避できる。
The load torque of the
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、モータ負荷演算部27は、操舵角センサ4によって検出される操舵角からモータ負荷(負荷トルク)を推定しているが、舵取り機構2によって転舵される舵取り車輪の転舵角からモータ負荷を推定するようにしてもよい。舵取り車輪の転舵角は、舵角センサ4によって検出される操舵角にギヤ比を乗算することにより求めることができるほか、たとえば、ラック軸の変位を検出することによって直接的に検出することもできる。また、モータ負荷演算部として、前述のようにモータ負荷を推定するもの(モータ負荷推定手段)の他、モータの負荷を測定するもの(モータ負荷測定手段)を用いてもよい。モータ負荷測定手段としては、たとえば、ラック軸に作用する力を検出する軸力センサ、タイヤに作用する応力を検出するタイヤ力センサ等を用いることができる。
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the motor
さらに、前述の実施形態では、PI制御部23によって加算角αを求めているが、PI制御部23に代えて、PID(比例・積分・微分)演算部を用いて加算角αを求める構成とすることもできる。
また、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ3を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ3の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the addition angle α is obtained by the
In the above-described embodiment, the configuration in which the
この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部30において、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Iδ *を発生させるようにすればよい。
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システム、可変ギヤレシオ(VGR)ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。
In this case, when the rotation angle sensor is used, the command current
Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the motor control for the electric pump type hydraulic power steering apparatus or the power steering apparatus. It can be used for control of a brushless motor provided in a steer-by-wire (SBW) system, a variable gear ratio (VGR) steering system and other vehicle steering devices. Of course, the motor control device of the present invention can be applied not only to the vehicle steering device but also to control a motor for other purposes.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…トルクセンサ、3…モータ、5…モータ制御装置、10…ステアリングホイール、11…マイクロコンピュータ、23…PI制御部、26…制御角演算部、50…ロータ、51,52,53…ステータ巻線、55…ステータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記モータの負荷を測定または推定するためのモータ負荷演算手段と、
前記モータ負荷演算手段によって測定または推定されたモータの負荷が所定値以上である場合に、前記制御角、前記加算角または前記軸電流値を制限する制限手段とを含む、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a motor including a rotor and a stator facing the rotor,
Current driving means for driving the motor with an axial current value of a rotating coordinate system according to a control angle that is a control rotation angle;
Control angle calculation means for obtaining the current value of the control angle by adding the addition angle to the previous value of the control angle for each predetermined calculation cycle;
Motor load calculating means for measuring or estimating the load of the motor;
A motor control apparatus comprising: a limiting unit that limits the control angle, the addition angle, or the shaft current value when a motor load measured or estimated by the motor load calculating unit is equal to or greater than a predetermined value.
前記モータを制御する請求項1記載のモータ制御装置とを含み、
前記モータ負荷演算手段が、前記車両の操向のために操作される操舵部材の操舵角または前記車両の車輪の転舵角に基づいて、前記モータの負荷を推定するものである、車両用操舵装置。 A motor for applying a driving force to the steering mechanism of the vehicle;
A motor control device according to claim 1 for controlling the motor;
Vehicle steering, wherein the motor load calculating means estimates the motor load based on a steering angle of a steering member operated for steering the vehicle or a steering angle of a wheel of the vehicle. apparatus.
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