JP2001512960A - ブラシレス電動機システムにおける位置の検出 - Google Patents
ブラシレス電動機システムにおける位置の検出Info
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Abstract
Description
気的位置を決定する改善方法に関する。 ブラシレス型磁石電動機は、複数のコイル巻線を有する固定子内で同心状に回
転するようになされた複数の磁気要素を支持する回転子を含んでいる。電動機は
、別のコイルを回転子磁石に反発するよう励磁しながら回転子磁石を吸引するよ
う1つのコイルを励磁することにより駆動することができる。電動機を連続的に
回転させるためには、コイルに流れる電流が回転子の位置で切換えられなければ
ならない。この切換えは、整流として知られる。 電動機電流の整流を制御するためには回転子の位置が決定されねばならず、回
転子磁石の通過を検出するためホール効果センサのような磁気センサを提供する
ことは周知である。公知の一装置においては、3個のホール効果センサが固定子
の内周部に配置され、回転子の電気的位置を表わす3ビットのディジタル・コー
ドを生じる。これは電動機の形状に依存する予め定めた正確な位置で生じる整流
の制御のためには充分であるが、センサの出力は分解能において比較的粗であり
かつ低いものである。
回転子のある時間的瞬間における位置を計算する方法は、電動機に設けられた第
1の検知手段を用いて第1の時間的瞬間における回転子の角度位置を表わす、計
測される回転子位置の第1の値を取得し、 出力軸に設けられた第2の検知手段を用いて第2の時間的瞬間における出力軸
の角度位置を表わす出力軸位置の第2の値を計測し、 前記第1の値と第2の値とを組合わせて前記時間的瞬間における回転子の角度
位置の推定値を生じる ステップを含んでいる。 本発明によれば、回転子位置の改善された計測は、出力軸に設けられた検知手
段からの情報を用いることによって達成することができる。 多くのシステムではすでに出力軸に適切な検知手段が設けられており、従って
、このような検知手段からの情報を用いることは、電動機における更に多くの高
分解能センサを付加する出費と嵩ばりのない高分解能の位置情報を計算する改善
方法を可能にする。 前記第1の検知手段は、回転子の角度位置を表わす出力信号を生じるための複
数の磁気的ホール効果センサを含む。このように、本方法により用いられる電動
機の電気的位置の計測は、前記出力信号をサンプリングすることによって提供さ
れる。望ましくは、本方法は更に、ホール効果センサからの出力値を記憶して、
ホール効果センサからの出力が変化するとき記憶された値を更新するステップを
含む。
供する電気動力補助式ステアリング・システムにおける電動機において用いるこ
とができる。典型的には、別個の、あるいは組合わされるトルク・センサおよび
(または)位置センサが、電動機により提供される補助度を評価するために当該
システムの出力軸に載置され、このようなトルク・センサおよび位置センサは、
出力軸の角度位置の計測を行うために用いることができ、即ち本発明の方法にお
いて第2の検知手段として用いることができる。 電動機の回転子と出力軸との間にギアボックスを設け、出力軸からの電動機の
解放を許容するクラッチを設けることが望ましい。このように、中間手段は、少
なくともギアボックスおよび(または)クラッチを含む。 中間手段がギアボックスを含む場合は、本方法は、スケールされた出力軸位置
の値を生じるため出力軸上の第2の検知手段からの計測された出力軸位置の値を
ギアボックス比で乗じる更なるステップを含む。例えば、ギアボックスの比が、
出力軸の2回転に対して電動機が1回転するような場合は、出力軸上の位置セン
サからの出力はスケールされた出力軸位置の値を生じるように半分にされるべき
である。 前記のスケール付き値は、回転子の極数の半分で乗じてもよい。このように、
位置センサの出力は、電動機の機械的位置ではなく電動機の電気的位置と対応す
るようにスケールすることができる。 このことは、出力軸位置の値を回転子位置に対してマップ化することを可能に
するという点において有利である。
の回転子位置との間にある任意の角度オフセットを表わすオフセット値を計算す
る更なるステップを含む。 本方法は更に、回転子位置センサの出力に応答して前記値オフセット値を更新
するステップを含む。例えば、計測された回転子位置の値が(1つの)電動機に
おけるホール効果センサ(整流タイミングも制御する)を用いて得られるならば
、オフセット値を更新するためスケール付き出力軸位置の値と組合わせることが
できるホール・センサ出力の状態変化の瞬間に回転子位置の高精度の計測が得ら
れる。 オフセット値は、ホール効果センサの状態の変化時に瞬時に更新され得る。こ
のオフセット値は、単純な制御方法において生じる整流事象に対応する。あるい
はまた、前記オフセット値は、出力軸のセンサからの次の読みが得られる時点よ
り若干遅れて、即ち、スケールされた出力軸位置の値の次の更新時に更新される
。この場合、計測される回転子位置は、回転子の速度と、ホール効果センサの出
力事象における変化とスケールされた出力軸位置の値の次の更新との間の時点と
の積に依存する量を加算することによって更新することができる。このことは、
本方法が前記時間間隔における回転子の運動を考慮に入れることを許容する。電
動機の回転子速度センサを設けてもよい。最も望ましくは、回転子速度は、出力
軸上の速度センサから既知のギアボックス比と組合わせて計算することもできる
。速度センサは、組合わせられる速度センサ/トルク・センサ/位置センサの一
部をなす。
とを含む。このことは、異なる回転方向におけるシステムの異なる特性の影響を
考慮に入れることを可能にするという点において有利である。 中間手段の一部としてクラッチが設けられる場合、クラッチが解放される間は
、スケールされた出力軸位置の値と回転子位置の値との間の関係は決定すること
ができない。この状態では、本方法は無効であり、従ってクラッチの状態を決定
する更なるステップを含めることができる。クラッチが解放されると、「方法有
効」フラッグを下げることができ、従って本方法の結果は無視される。同様に、
クラッチが係合されるときは、「方法有効」フラッグを提示することができる。
前記オフセットは、回転子と出力軸との間に存在するバックラッシュに準じて
調整値を組込むことにより更に強化することができる。このバックラッシュの調
整値は、各回転方向に対するオフセット値間の差から推定することができる。オ
フセットは、回転子と出力軸との間のギア・セットのコンプライアンスに準じる
調整値を組込むことによって更に強化することもできる。このコンプライアンス
は推定することもでき、また固定された予定値でもよい。 更に、電動機の出力トルクによる中間手段における捩れによるオフセット部分
を差引くこともできる。 オフセット値からバックラッシュを推定するために、推定バックラッシュ値を
得るためフィルタを用いることができる。バックラッシュ値が急激に変化するこ
とが予期されない場合は、フィルタは、順方向あるいは逆方向に対するいずれか
のオフセット値が更新されたときに更新するだけでよい。 バックラッシュ値は、予め平均化されたバックラッシュ値より低い割合で時間
的に変化するバックラッシュ値を生じるよう時間的に平均化される。このような
平均化された値は、全ての計算において用いられる。平均化は、バックラッシュ
値を再帰フィルタを介して送ることによって行われる。 システムの初期設定ごとに、バックラッシュの前に計算した値が再び用いられ
る。このため、本方法は、例えば、パワーダウン時にバックラッシュ推定値を不
揮発性メモリへ書込みかつパワーアップ時に値を読出すことにより、システムが
パワーダウンするとき、バックラッシュ推定値を記憶する更なるステップを含む
。
力軸とを含む電動機と、 回転子の位置を表わす出力を生じるための、電動機における第1の検知手段
と、 出力軸の位置を表わす出力を少なくとも提供するための、出力軸における第
2の検知手段と、 本発明の第1の特質の方法に従って、第1の出力信号と第2の出力信号とを
受取り回転子の位置の推定値を生じるための電子的処理手段と、 を含む電気動力で補助されるステアリング・システムを提供する。 望ましくは、前記電子的処理手段は更に、回転子の推定される位置に基いて電
動機の動作を制御するためのものである。 前記第1の検知手段は、電動機の回転子上の磁石の通過を検出するための複数
のホール効果センサを含んでいる。前記第2の検知手段は、専用の角度位置セン
サ、あるいはトルク・センサと角度位置センサの組合わせを含む。 当該システムは、クロック信号を生じるパルス生成手段を更に含んでいる。前
記電子的処理手段は、各クロック信号時に前記第2の検知手段の出力をサンプル
するものである。 当該システムはまた、回転子とギアボックスとの間、あるいはギアボックスと
出力軸との間にクラッチを含む。クラッチが係合されるとき「本方法有効」信号
を生じるクラッチの状態判定手段が設けられている。 本発明が、出力軸に設けられたセンサからの情報を電動機の回転子に設けられ
たセンサからの分解能は低いが精度の高い情報と組合わせることにより、電動機
の回転子位置の高分解能の計測を得ることを可能にすることが理解されよう。特
に、低分解能情報は、出力軸と電動機の回転子との角度位置間の任意の関係が存
在する場合に、出力軸センサから得る位置情報を回転子位置と相関させることを
可能にするオフセット値を更新するために用いることができる。このことは、ク
ラッチが中間手段の一部として設けられるシステムにおいて、および(または)
出力軸の位置が任意の判定基準に関して計測されるシステムにおいて、特に有利
である。
。 本発明の方法における使用に適する本発明によるシステムが、添付図面の図1に
示されている。 本発明による方法は、図3のブロック図に示されるようにソフトウエア・アルゴ
リズムの形態で具現される。本方法において、トルク・センサが、出力軸の角度
位置と回転子の角度位置との間の相関関係を確保するため用いられるホール効果
センサからの連続的にサンプルされた情報103を提供する。 当該システムは、ギアボックス3を介して出力軸2に結合された電動機1を含
んでいる。出力軸2は、出力信号、即ち、出力軸のトルクと速度と角度位置とを
それぞれ表わす、トルク値と出力速度値101と「計測された出力軸位置の値」
102とを提供するためのトルク・センサ4を担持している。電動機は、3ビッ
トのディジタル・コード形態における出力103を提供する3個の直列に配置さ
れたホール効果センサ5が設けられている。数字のそれぞれの組合わせは、電動
機の回転子に対する位置の範囲を規定し、数字は回転子の磁石がホール効果セン
サを通過するとき予め定めた回転子位置において1つの組合わせから別の組合わ
せまで変化する。これらの変化点は、整流点に対応する。3個のセンサの場合は
、6つの異なるコードがあり得るので、各数字の組合わせが60°の回転子位置
の範囲に対応する。このことは、図2に示されている。 ホール効果センサは、ホール効果センサの出力コードが変化する瞬間に正確な
位置情報を提供するに過ぎない。他の全ての回転子位置では、ホール効果センサ
は、回転子が(3個のセンサに対して)特定の60°の電気的範囲内にあるか否
かを表わし得るに過ぎない。ホール効果センサにより生じる電動機位置の値は、
「計測された位置の絶対値」として格納される(ステップ104)。このような
分解能の改善のため、本発明の方法は、トルク・センサ4からの出力軸の位置情
報を用いる。
置の計測から電動機の角度位置を計算するために、回転子の出力軸位置に対して
正確にマップ化するスケール付き出力軸位置の値を生じるように「計測される出
力軸位置の値」がギアボックス比で最初に乗じられねばならないことを意味する
。これは、下記のように計算される(ステップ111)。 スケールされる出力軸位置の値= (計測される出力軸位置の値 x 電動機出力比)法関数 360° ここで電動機出力軸比 = ギヤボックス比 x 回転子磁極数の半分 ”法関数(mod) 360°”を含むことは、モジュロ−360°演算の使用を
示す。例えば、この値の場合は、−10°→350°、380°→20°、36
0°→0°、などである。
電動機の電気的位置へ変換する。 上式は、ギアボックス比を考慮に入れて出力軸からの位置情報を回転子へマッ
プ化する。しかし、これらの式は、いかなるオフセットの存在も考慮に入れるも
のではない。図1に示した種類の実用的システムにおいては、(0〜360°の
範囲内の)「スケールされる出力軸位置の値」と(0〜360°の範囲内の)回
転子の位置との間には任意の関係が存在する。このため、回転子の位置を決定す
るため出力軸の位置に関する情報を利用するには、回転子と出力軸間のオフセッ
トが知られねばならない。オフセットの影響を除去するためには、下記の計算1
05が用いられる。 一直線のオフセット値 =計測された絶対電動機位置の値―スケールされた出 力軸位置の値 「計測された電動機位置の絶対値」の値はホール効果センサの出力コードから
得られ、電動機が回転するとき変化する。出力コードの変化の瞬間における値の
みが高精度となる。従って、上式は、実際の電動機の回転子位置の値と出力軸位
置のスケール付き値との間の角度オフセットを表わすオフセット値を生成する。
当式は、計測された電動機位置の絶対値とスケールされた出力軸の値とが同時に
得られる場合にのみ有効である。しかし、実施においては、このことはあり得な
い。本文に述べる実施の形態においては、値のサンプルをトリガーするためクロ
ック信号を用いてトルク・センサからの出力軸位置の値が規則的な時間間隔で計
測される。しかし、ホール効果センサのコードにおける変化は中間時点で生じる
のみであり、おそらくはクロック・パルスとは正確に一致することはない。この
問題を避けるため、下式を用いて電動機位置の計測絶対値が補正される。 訂正された絶対電動機 = 計測された絶対電動機位置の値 + (電動機速度x 計
測された絶対電動機位置の値の値における最 近の
変化からの時間 次に、「訂正された絶対電動機位置の値」は整合オフセット値の計算時に計測
値へ代入することができる。これは、整流事象とオフセット更新との間の時間間
隔において電動機が移動する距離が考慮に入れられることを保証し、整流事象が
生じるとき出力位置の同時計測を得る必要を排除する。出力軸位置の値が各クロ
ック・パルスごとに計測されるシステムでは、この間隔はある整流事象から次の
クロック・パルスまでの時間に対応する。
、電動機の各方向に対して整合オフセットが要求される。このため、当該ソフト
ウエアは、電動機の方向(順方向と逆方向)ごとに整合オフセット値を計算し、
2つの個々の値を格納する。これら2つのオフセット値はフィルタ処理されて、
電動機位置に対する急激な変化を阻止する。当該フィルタは、簡単なスルーレー
ト制限フィルタあるいは再帰フィルタでよく、下記のソフトウエア・アルゴリズ
ム105が用いられる。 もし(電動機電流>0)その時 フィルタされた順方向整列オフセット = FILTER (整列オフセット値) 他にもし (電動機電流<0)その時 フィルタされた逆方向整列オフセット = FILTER (整列オフセット値) 2つのフィルタ処理されたオフセット値の分解能は、理想的にはフィルタ処理
されないオフセット値の分解能より優れたものであるべきである。 順方向および逆方向の整合オフセット値を取得したならば、最終的な電動機の
整列オフセット値は下記のように計算される(ステップ107)。
値の更新値を提供することに加えて、回転子と出力軸との間に存在するバックラ
ッシュの計測値を下記のように計算する(110)ため、2つのフィルタ処理さ
れたオフセット値が用いられる。 推定ギヤボックス・バックラッシュ強度 = FILTER (フィルタされ順方向整 列オフセット−フィルタされた逆方向整列オフセット)÷ 2 再び、バックラッシュの推定値が急激に変化しないことを保証するためフィル
タ109が用いられ、実施においては、バックラッシュの大きさの緩やかな変化
のみが生じるはずである。 バックラッシュの補正係数は、電動機電流に依存し、即ち、電動機の出力トル
クに依存する。この特徴は、つねにゼロ電流に対称的であり、ヒステリシス利得
値と幅の半値とにより規定され得る。図4は、利得21と幅の半値22が示され
た電動機電流に対するバックラッシュのプロットである。
補正値とを計算すると、推定された最終回転子位置が下式を用いて計算される(
108)。 最終推定回転子位置の値 = (スケールされた出力軸位置の値 + 電動機オフ セット +バックラッシュ値)法関数 360°. 電動機の回転子と出力軸とが係合されることを前提として、この値は有効であ
る。しかし、電動機と出力軸との間で解放されたクラッチがある場合は、前式は
無効となる。このようなあり得る問題を克服するため、前記ソフトウエア・アル
ゴリズムは、クラッチの係合を調べるステップ106を含み、クラッチが解放さ
れることが判ると、「方法有効」フラッグが下ろされて式が無効であることを警
告する。このような場合、電動機位置を下式から容易に推定することができる。 最終推定回転子位置の値 = 整流子中央位置の値 (図2に示されるような) 推定最終回転子位置と電動機の回転子速度の値は、電動機を駆動するための制
御入力として用いることができる。「本方法有効」フラッグが下ろされると、電
動機の制御は「標準的」整流DC制御に従う。出力軸センサからの電動機の正確
な情報を用いることができる場合は、更に強化された電動機制御アルゴリズムを
用いることができる。例えば、公称整流点付近の整流点における小さな変化を生
じ得る。
知の一定係数により電動機の電気的速度単位へ再スケールされる。出力軸位置の
計測は、同様に、元の計測における無効分を補償するように電動機の速度信号を
用いて、電動機の電気的位置単位へ再スケールされ、現時点まで外挿される。推
定された整合オフセットは、電動機の回転子に関してスケールされる出力軸位置
の値を再び参照するために加算される。次に、組合わされるギア・セット補償信
号がバックラッシュおよびコンプライアンスを補償するために加算される。 前記ギア・セット補償信号は、2つの構成分、即ち、ギア・セットの捩り(す
なわち、コンプライアンス)とバックラッシュ補正オフセットとからなっている
。あるギア・セットは、ギア歯が摩耗するに伴い非常に緩やかに増加するバック
ラッシュを持つが、EPASシステムの使用寿命にわたってほとんど変化しない
コンプライアンスを持つことが判った。従って、予測されるギア・セットのコン
プライアンスは、(電動機電流の計測から推論される)電動機トルクで乗じられ
てギア・セットの捩りを生じる。バックラッシュ補正オフセットは、電動機トル
クと、以下に述べるソフトウエアにおいて得られるバックラッシュの大きさの推
定値とに依存する。 結果として得る電動機の電気的位置信号は、電動機制御フィードバック信号と
して使用することができ、優れた制御品質を確立することを可能にする。
定値を更新するかどうかを決定するために用いることができる。当該モデルは、
ギア・セットが噛み合わされた状態で電動機トルクが一定であるときに更新され
、電動機速度が正確な計測のために速すぎたり遅すぎたりすることがない。 これらの条件が満たされるとき、電動機の回転子位置センサ(通常は、2進状
態ホール効果プローブ)からの信号が最初に復号され、次いで計測無効に対して
補正される。電動機の電気的位置信号と補正された回転子位置の計測値間の相違
は、「電動機オフセット」のモデルにおけるエラーである。当該モデルは、2つ
の出力パラメータ、即ち、「推定される整合オフセット」と「推定されるバック
ラッシュの大きさ」とを有する。これらは、平均電動機オフセット・モデルのエ
ラーをゼロに近く保持するように調整される。 推定されるバックラッシュの大きさは、2つの位置のオフセット、即ち、順方
向と逆方向のオフセット間の差を低域通過フィルタ処理することにより得られる
。順方向のオフセットは、電動機トルクが正であるときに平均電動機オフセット
・モデルのエラーをゼロに近く保持するように調整され、電動機トルクが負であ
るときはゼロに近づかないように調整される。このように、前記2つのオフセッ
トは、ギア・セットのいずれかの面が噛み合うとき平均的なコラム/電動機の矛
盾に対処するように調整される。2つのオフセット間の差は、ギア・セットの面
が摩耗するに伴いシステムの使用寿命の間僅かに増加する。バックラッシュの大
きさパラメータは、第1の実施の形態におけるように不当な摩耗を表示するよう
に閾値と比較される。バックラッシュの大きさが非常に緩やかに変化するので、
バックラッシュは各動作期間の終りに不揮発性メモリ(NVM)に格納される。
動作が再始動するときに、低域通過フィルタをNVMに対して初期設定し直すこ
とができ、例えば、電気動力ステアリング・システムでは、この操作は各運転の
開始時である。 推定整合オフセットは、2つの位置のオフセットの中間点を限定するスルーレ
ートから計算される。コラム位置は通常(パワーアップ値のような)全く任意の
基準に照合されるから、2つの位置オフセットの中間点もまた始動時では全く任
意であり、平均値のNVMへの格納からはなんの利益も生じない。その代わり、
スルーレート・フィルタは最初の位置のオフセット計測から再開が可能である。
降の記述において更に詳細に記載される。 最初に、当該制御法は、コラム・センサ(即ち、トルク・センサと位置センサ
の組合わせ)201を用いて、出力軸速度の値202と出力軸位置の絶対値20
3とを計算あるいは取得する。 次に、第1の実施の形態における如きギアボックス比204の予定値を用いて
、下式により値202、203がギアボックス比で乗じられて、電動機の速度値
205と訂正スケールされた出力軸位置の値206とを生じる。 訂正スケールされた出力軸位置の値 = [(計測される出力軸位置の値x 電動機
ボックス出力軸比)+(電動機速度 x 絶対出力軸位置の値の最終計測からの値)]
mod 360° 電動機電気速度 = (計測される出力軸速度 x 電動機出力軸比) 訂正スケールされた出力軸位置の値は、出力軸位置の値における変化間の回転
子の運動に対する補正を包含する。このことが、前記の如き補正が行われなかっ
た第1の実施の形態とは異なる。無論、このような補正を行うように第1の実施
の形態を修正することは可能である。 訂正されたスケール付き出力軸位置の値から、「整合された電動機の電気的位
置」の値は下記のように計算することができる。 整列された電動機電気位置 = MOD 360 (訂正スケールされた出力軸位置 +推 定整列オフセット) 「推定された整合オフセット」は、出力軸位置と電動機の回転子位置との計測
が行われる基準点間の差によるエラーを表わす出力値であり、以下に述べる方法
で計算される。このように、整合された電動機の電気的位置は、このような基準
点の不整合の影響を補償する。
ー成分は、2つの成分、即ち、コンプライアンスの影響とバックラッシュの影響
からなっている。一部の実際のギア・セットは、ギア・セットの歯が摩耗するに
伴い非常に緩やかに増加するバックラッシュを持つが、システムの使用寿命にわ
たりほとんど変化しないコンプライアンスを持つことが判った。従って、下式と
なるようにギア・セットの捩り値209を生じるように電動機のトルク値207
で乗じ得るギア・セットのコンプライアンス208(例えば、不揮発性メモリに
格納される)の予定値を用いることが可能である。 ギアセットねじれ = ギアセット・コンプライアンスx 電動機トルク. 電動機のトルク値は計測されるかあるいは推測される。 コンプライアンスの予め定めた値は良好に使用することができるが、バックラ
ッシュの計算値は、ギア歯の摩耗による変化を勘定に入れることが望ましい。
「バックラッシュ訂正オフセット値」211を生成するバックラッシュ訂正アル
ゴリズムを含んでいる。 電動機電流に対するバックラッシュのプロットの特性はつねにゼロの周囲で対
称的であり、図4に示されたように、「バックラッシュ訂正ヒステリシス利得」
と「バックラッシュ訂正幅の半値」により規定されるべきものである。 バックラッシュ補正オフセット値211は、その大きさが推定されるバックラ
ッシュの大きさ÷2を越えないように限定される。これらの計算は、以下のよう
に反復ごとに行われる。 もし(IF)、バックラッシュ訂正ヒステリシス利得* (電動機トルク−バックラッシュ訂正ヒステリシス半値幅)> 古いバックラッシュ訂正オフセット その時 バックラッシュ訂正オフセット = バックラッシュ訂正ヒステリシス利 得* (電動機トルク−バックラッシュ訂正ヒステリシス半値幅) 他にもし(IF)、バックラッシュ訂正ヒステリシス利得* (電動機トルク + バックラッシュ訂正ヒステリシス半値幅)< 古いバックラッシュ訂正オフセット その時、バックラッシュ訂正オフセット = バックラッシュ訂正ヒステリシス利
得* (電動機トルク + バックラッシュ訂正ヒステリシス半値幅) 他に バックラッシュ訂正オフセット = 古いバックラッシュ訂正オフセット IF終了 バックラッシュ訂正オフセット= 最小( 最大(バックラッシュ訂正オフセット, −推定バックラッシュ強度/2), + 推定バックラッシュ強度/2) 古いバックラッシュ訂正オフセット = バックラッシュ訂正オフセット 但し、最小(x,y,z)はx,y,zの代数的最小 および 最大(x,y,z)はx,y,zの代数的最大 である。
、「ギアの摩耗の影響値」212を生じるよう組合わせることができ、この影響
値は、下式のように「最終の推定される電動機の回転子位置の値」213を生じ
るよう整合された電動機位置の値と組合わされる。 最終推定電動機回転子位置の値 = MOD 360 (整列電動機電気位置 + 組合わせギ
ヤ摩耗効果) 但し、 組合わせギヤ摩耗効果= バックラッシュ訂正オフセット+ギヤセットねじれ. あるいはまた、パワーアップ時、あるいはおそらくは上式が信頼し得る結果を
生じるとき、下式を用いることができる。 最終推定電動機回転子位置 = 整流中央位置. ギアボックスが完全に噛み合わされる(即ち、バックラッシュ領域にはない)
ときを連続的に検出するための更に他の関数が提供される。電動機の位置とコラ
ム位置との間の関係は、電動機のオフセット・モデルを更新するのに用いること
ができる。
・モデルの更新を避けるのに充分高くセットされる最小速度閾値もまた課すこと
ができる。 ギアボックスの完全に噛み合った状態のフラッグは、下記の条件が全て満たさ
れるときギアボックスが完全に噛み合い状態にあることを示すようにセットする
ことができる。 ABS (電動機電気速度) > MOTOR MESH MIN VELOCITY THRESHOLD ABS (電動機電気速度) < MOTOR MESH MAX VELOCITY THRESHOLD ABS (電動機トルク) > MOTOR MESH MIN TORQUE THRESHOLD SIGN (電動機トルク) = SIGN(電動機電気速度) 上記条件のどれかが欠けるならば、フラッグをリセットすることができる。 次に、推定された整合オフセットを計算する方法について記述する。 ギア・セット・モデル210の第1段では、下式のように計測が行われたため
経過した時間について補償される補正された電動機位置の絶対値240を生じる
ために、「電動機の電気的速度値」205が位置センサから得る「計測された電
動機位置の絶対値」230と組合わされる(220)。 訂正絶対電動機位置 = MOD 360 (計測絶対電動機位置の値 +[電動機電気速度
x (時間 実時間での計測]) このため、電動機位置の絶対値を計測するためホール効果センサが用いられる
場合、当該アルゴリズムは、精度を高めるためホール効果センサの状態変化後の
電動機の運動を補償する。 「補正された電動機位置の絶対値」240の値は、推定された電動機回転子の
最終位置の値213と組合わされて、下式により与えられる「電動機のオフセッ
ト・モデルのエラー」値250を生じる。 電動機オフセット・モデル誤差 = MOD 360 (訂正絶対電動機位置−最終推定 電動機回転位置 + 180°) − 180° この符号を付した式は、円の周囲のいずれかの方向における電動機の電気的位
置から電動機位置の絶対値までの最小角度距離であり、従って電動機のオフセッ
ト・モデルのエラーを−180°ないし+180°以内にあるように限定する。
移動中に、正の方向に駆動するとき補正された電動機位置の絶対値が計測された
電動機位置の絶対値より一貫して例えば10°だけ進むならば、計測された電動
機の絶対的な電気的位置が350°から360°へ上昇していながら、補正され
た電動機位置の絶対値が360°から0°まで折り返すときでも、当該式は一貫
した+10°の結果を生じる。「電動機のオフセット・モデルのエラー」は、電
動機の駆動方向を表わす負として同様に正になろうとする。
のオフセットが各駆動方向、即ち順方向260および逆方向270に対して計算
される。これらの「電動機位置のオフセット」の各々は、電動機のオフセット・
モデルのエラーを生じる目標値(移動の開始時には未知)への積分作用により個
々に強制される。小さい平均値を持つエラー信号からのこのようなオフセットの
生成は、順方向および逆方向の駆動中ギアボックスにおける例えばウォームと(
スケール付き)ウォーム・ギアの相対的位置における差を明らかにするため実質
的なDC利得(例えば、積分作用)を要求する。 電動機トルクの方向に従って、2つのオフセット値の1つを更新することがで
きる。 もし(IF)、 (電動機トルク > 0) その時 順方向電動機位置オフセット = (順方向電動機位置オフセット+電動機
オフセット・モデル誤差 *電動機位置オフセット誤差利得) 他に 逆方向電動機位置オフセット = ( 逆方向電動機位置オフセット+電動機位 置オフセット・モデル誤差 * 電動機位置オフセット誤差利得) IF終了 順方向および逆方向の電動機位置のオフセット値はともに、最初の電動機オフ
セット・モデル・エラー250が計算されるときに初期設定することができる。
次いで、電動機のオフセット・モデルのエラー250がその時有効であることを
示すため、「電動機のオフセットの初期設定フラッグ」をセットすることができ
る。オフセット値は、電動機トルクの方向に従って初期設定することができる。 もし(IF)、 (電動機トルク > 0) そのとき 順方向電動機位置オフセット = 訂正絶対電動機位置−訂正スケール出力軸
位置−ギアセットねじれ 逆方向電動機位置オフセット = 順方向電動機位置オフセット−推定バックラッ
シュ強度 他に 逆方向電動機位置オフセット = 訂正絶対電動機位置−訂正スケール出力軸
位置−ギアセットねじれ 順方向電動機位置オフセット = 逆方向電動機位置オフセット + 推定バッ クラッシュ強度 IF終了 電動機の位置オフセットの2つの値(順方向と逆方向)260、270は、バ
ックラッシュの大きさの推定値280と整合オフセットの推定値290とを生じ
るように組合わせることができる。 バックラッシュの大きさ280は、これら2つの電動機位置のオフセット26
0と270の間の差から推定することができる。 計測バックラッシュ強度 = 最小 (最大 (順方向電動機位置オフセット−逆 方向電動機位置オフセット, 0°), MAX ESTIMATED BACKLASH) 推定バックラッシュ強度 = [計測バックラッシュ強度 + (バックラッシュ・フ ィルタ 定数-1) * 推定バックラッシュ強度] / バックラッシュ・フィルタ 定数
推定されたバックラッシュの大きさは、各移動の初めに不揮発性メモリ(NV
M)から復元することができ、パワーダウン時にNVMへ再び格納することがで
きる。短い移動中に集められるやや誤りを含むデータがシステム性能に長期の影
響を及ぼすことを防止するため、推定されるバックラッシュの大きさをNVMへ
格納するとき、更に他のフィルタが適用される。このフィルタは、パワー・サイ
クルあたり±NVM BACKLASH MAX CHANGEの最大値への変
化を制限する。
電動機回転子の最終位置」の値213を生じるように整合された電動機の電気的
位置へ加算される(302)組合わせたギアの摩耗の影響値212を生じるため
、ギア・セットの捩り値209と組合わせることができる(301)バックラッ
シュの補正オフセット値300を計算するために用いられる。 従って、バックラッシュ補正アルゴリズムが、電動機トルクに依存する位置補
正成分を生成する。 初期のEPASユニット・テスト中の最初のシステム・パワーダウン時に、推
定されるバックラッシュの大きさの値280をフィルタ処理なしにNVMに格納
することができる。 順方向と逆方向のオフセットを計算すると、整合オフセットの推定値290を
計算することができる。この値は、2つの電動機位置のオフセットの中間点に近
づけるようつねに更新することができる。 計測整列オフセット = (逆方向電動機位置オフセット + 順方向電動機位置オ
フセット) ÷ 2 整列オフセット変化 = 計測整列オフセット−推定整列オフセット 整列オフセット変化 = 最小 ( 最大 (整列オフセット変化, −ALIGNMENT OFFSET MAX CHANGE), +ALIGNMENT OFFSET MAX CHANGE) 推定整列オフセット = 推定整列オフセット + 整列オフセット変化. 初期設定時に、整合オフセットの下記の推定値を用いることができる。 推定整列オフセット = (逆方向電動機位置オフセット +順方向電動機位置オ フセット ) ÷ 2 このように、当業者には、第2の実施の形態が、バックラッシュとコンプライ
アンスの影響を考慮に入れる時点での電動機における回転子の位置を計算する方
法を提供することが容易に理解されよう。当該第2の実施の形態は、時間的なシ
ステムの摩耗を補償するため用いられるバックラッシュ推定値をリセットするこ
とが可能である。また、本発明の第1の特質に関して述べた多くの修正がこの第
2の特質に適用可能であることも理解されよう。例えば、センサの配置および場
所は同じである。 第2の実施の形態が電動機位置、出力軸位置およびトルクの同じ出力計測信号
を用いる第2の実施の形態が第1の実施の形態として働きながら、システムにお
けるコンプライアンスについて仮定を行うことによって電動機位置の絶対値を計
算する改善方法を提供することも理解されよう。
転子位置を示す表である。
間のバックラッシュの影響を示すグラフである。
の形態を示すフロー図である。
気的位置を決定する改善方法に関する。 ブラシレス型磁石電動機は、複数のコイル巻線を有する固定子内で同心状に回
転するようになされた複数の磁気要素を支持する回転子を含んでいる。電動機は
、別のコイルを回転子磁石に反発するよう励磁しながら回転子磁石を吸引するよ
う1つのコイルを励磁することにより駆動することができる。電動機を連続的に
回転させるためには、コイルに流れる電流が回転子の位置で切換えられなければ
ならない。この切換えは、整流として知られる。 電動機電流の整流を制御するためには回転子の位置が決定されねばならず、回
転子磁石の通過を検出するためホール効果センサのような磁気センサを提供する
ことは周知である。公知の一装置においては、3個のホール効果センサが固定子
の内周部に配置され、回転子の電気的位置を表わす3ビットのディジタル・コー
ドを生じる。これは電動機の形状に依存する予め定めた正確な位置で生じる整流
の制御のためには充分であるが、センサの出力は分解能において比較的粗であり
かつ低いものである。 前に記述された種類の装置は本発明に最も近い技術を表すと考えられる公開さ
れた本出願人による国際特許出願WO 97/25767Aから知られる。
回転子のある時間的瞬間における位置を計算する方法は、電動機に設けられた第
1の検知手段を用いて第1の時間的瞬間における回転子の角度位置を表わす、測
定される回転子位置の第1の値を取得し、 出力軸に設けられた第2の検知手段を用いて第2の時間的瞬間における出力軸
の角度位置を表わす出力軸位置の第2の値を計測し、 前記第1の値と第2の値とを組合わせて前記時間的瞬間における回転子の角度
位置の推定値を生じ、そしてさらに回転子と出力軸の間のバックラシュを表すバ
ックラシュ値を計算するステップを含んでいる。 本発明によれば、回転子位置の改善された計測は、出力軸に設けられた検知手
段からの情報を用いることによって達成することができる。 多くのシステムではすでに出力軸に適切な検知手段が設けられており、従って
、このような検知手段からの情報を用いることは、電動機における更に多くの高
分解能センサを付加する出費と嵩ばりのない高分解能の位置情報を計算する改善
方法を可能にする。 前記第1の検知手段は、回転子の角度位置を表わす出力信号を生じるための複
数の磁気的ホール効果センサを含む。このように、本方法により用いられる電動
機の電気的位置の計測は、前記出力信号をサンプリングすることによって提供さ
れる。望ましくは、本方法は更に、ホール効果センサからの出力値を記憶して、
ホール効果センサからの出力が変化するとき記憶された値を更新するステップを
含む。
Claims (20)
- 【請求項1】 中間手段(3)を介して出力軸(2)に結合された電動機(
1)における回転子の時間的瞬間における位置を計算する方法であって、 前記電動機に設けられた第1の検知手段を用いて、第1の時間的瞬間における
回転子の角度位置を表わす計測された回転子位置の第1の値を取得するステップ
と、 前記出力軸(2)に設けられた第2の検知手段(4)を用いて、第2の時間的
瞬間における出力軸の角度位置を表わす出力軸位置の第2の値を計測するステッ
プと、 前記第1の値と前記第2の値とを組合わせて、前記時間的瞬間における前記回
転子の角度位置の推定値を生じるステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記中間手段がギアボックス(3)を含み、スケールされた
出力軸位置の値を生じるように前記ギアボックスの少なくともギア比で計測され
た第2の値を乗じる更なるステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法
。 - 【請求項3】 前記回転子の実際の位置と前記スケールされた出力軸位置の
値により与えられる回転子の位置との間のオフセットを表わすオフセット値を計
算する更なるステップを含むことを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記オフセット値が、計測された前記回転子位置の値を前記
スケールされた出力軸位置の値に比較することにより計算されることを特徴とす
る請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記電動機の回転子速度と、計測された前記回転子位置の第
1の値および前記出力軸位置の第2の値を取得する時間との積に等しい量と前記
オフセット値を組合わせることにより、補正されたオフセット値が計算されるこ
とを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 順方向のオフセット値と逆方向のオフセット値とが前記電動
機の出力トルクの方向に従って計算されることを特徴とする請求項3ないし5の
いずれか一つに記載の方法。 - 【請求項7】 前記回転子と出力軸間のバックラッシュを表わすバックラッ
シュ値を計算する更なるステップを含むことを特徴とする請求項1ないし6のい
ずれか一つに記載の方法。 - 【請求項8】 前記バックラッシュ値が、予め平均化されたバックラッシュ
値より低い割合で時間的に変化するバックラッシュ値を生じるよう時間にわたり
平均化されることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 前記バックラッシュ値が再帰フィルタを通過することにより
平均化されることを特徴とする請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記中間手段において電動機の出力トルクにより生じる捩
りに依存するオフセットの部分を差引く更なるステップを含むことを特徴とする
請求項3ないし9のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項11】 前記オフセット値とバックラッシュ値とが前記回転子位置
のスケール付き値と組合わされて、前記回転子位置の絶対値を表わす推定される
回転子位置の値を生じることを特徴とする請求項5に従属する請求項10記載の
方法。 - 【請求項12】 計測された前記回転子位置の第1の値が変化するとき、前
記オフセット値が再計算されることを特徴とする請求項3ないし11のいずれか
一つに記載の方法。 - 【請求項13】 計測された前記出力軸位置の第2の値が、クロック信号に
応答して前記第2の検知手段の出力をサンプリングすることにより取得されるこ
とを特徴とする請求項1ないし12のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項14】 計測された前記回転子位置の第1の値が、複数のホール効
果センサの出力を計測することにより取得されることを特徴とする請求項1ない
し13のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項15】 電気動力補助式ステアリング・システムであって、 少なくとも固定子および回転子と、中間手段(3)を介して前記回転子に結合
された出力軸(2)とを含む電動機(1)と、前記回転子の位置を表わす出力を
生じるための、電動機(1)における第1の検知手段(5)と、前記出力軸の位
置を表わす少なくとも1つの出力を生成するための、出力軸(2)における第2
の検知手段(4)とを含み、第1および第2の出力信号を受取り、請求項1ない
し14のいずれか一つに記載の方法に従って前記回転子の位置の推定値を生じる
ための電子的処理手段(6)を特徴とする装置。 - 【請求項16】 前記電子的処理手段が更に、前記回転子の推定された位置
に基いて前記電動機の動作を制御するためのものであることを特徴とする請求項
15記載の装置。 - 【請求項17】 前記第1の検知手段が、前記電動機の回転子における磁石
の通過を検出するための複数のホール効果センサを含むことを特徴とする請求項
15または16のいずれかに記載の装置。 - 【請求項18】 前記第2の検知手段が、専用の角度位置センサ、あるいは
トルク・センサと角度位置センサとの組合わせを含むことを特徴とする請求項1
5または16または17のいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項19】 クロック信号を生じるためのパルス生成手段を更に含み、
前記電子的処理手段は各クロック信号ごとに前記第2の検知手段の出力をサンプ
ルするためのものであることを特徴とする請求項15ないし18のいずれか一つ
に記載の装置。 - 【請求項20】 前記回転子とギアボックスとの間、あるいは該ギアボック
スと出力軸との間のクラッチを更に含み、該クラッチが係合されるとき「方法有
効」信号を生じ、そして(または)クラッチが解放されるとき「方法無効」信号
を生じるためのクラッチ状態判定手段を更に含むことを特徴とする請求項15な
いし18のいずれか一つに記載の装置。
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