JP2006296025A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位置センサとモータとの間に生じる組み付け誤差に応じたオフセット値を従来より正確に特定することが可能なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明によれば、モータ１９が出力した誘起電圧Ｅの波形がゼロクロスしたときのレゾルバ２５の実際の検出値θ１をオフセット値θ２として求めている。そして、モータ１９の誘起電圧Ｅの波形は、モータ１９にかかる外部負荷の有無・大小に拘わらず、モータ１９の実際の電気角が０度のときに必ずゼロクロスするので、レゾルバ２５とモータ１９との間に生じる組み付け誤差に応じたオフセット値θ２を従来より正確に特定することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、位置センサの検出値に応じてモータへの相電流を変更し、モータの回転を制御するモータ制御装置に関する。

一般に、モータ制御装置は、位置センサによりモータの電気角を求め、その電気角に応じてモータへの相電流を変更することで、モータの回転を制御する。このためモータを効率よく駆動するためには、位置センサの実際の検出値とモータの実際の電気角とを設計通りに対応させる必要がある。そこで、位置センサとモータとの間に生じる組み付け誤差に応じてオフセット値を特定し、位置センサの実際の検出値からオフセット値を引く補正を行っていた。そのオフセット値を特定するために、従来のモータ制御装置では、モータに所定のロック電流を流し、そのロック電流に対応した電気角にロータをロックさせ、このときの位置センサの実際の検出値をオフセット値として求めていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１９６８０号公報（段落［０００２］〜［０００７］，［００１０］，［００２９］〜［００３１］）

しかしながら、上記した従来のモータ制御装置では、モータへの外部負荷の有無・大小により、同じロック電流に対してロータがロックされる電気角が変わるため、上記組み付け誤差に応じたオフセット値を正確に特定できない事態が起こり得た。具体的には、モータを電動パワーステアリング装置の動力源に用いた場合、タイヤと路面との摩擦が外部負荷となり、上記した事態が起こり得た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、位置センサとモータとの間に生じる組み付け誤差に応じたオフセット値を従来より正確に特定することが可能なモータ制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るモータ制御装置は、モータの実際の電気角が０度又は１８０度のときに、モータに連結された位置センサの検出値が０になるように位置センサの実際の検出値を補正し、その補正された検出値に応じてモータへの相電流を変更してモータの回転を制御するモータ制御装置であって、モータが外部トルクを受けて回転したときに発生した誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、誘起電圧の波形がゼロクロスしたときの位置センサの実際の検出値をオフセット値として求めるオフセット値検出部と、そのオフセット値を記憶するためのオフセットデータ記憶部と、オフセットデータ記憶部に記憶されたオフセット値を位置センサの実際の検出値から引いて検出値を補正する検出値補正部とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、モータへの給電を停止してオフセット値検出部を作動させるための操作スイッチを備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、予め定められた所定の条件で自動的にモータへの給電を停止してオフセット値検出部を作動させる更新自動起動手段と、オフセット値が予め定められた上限値より大きくなったときに警告信号を出力する異常報知手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のモータ制御装置において、モータは車両に搭載される電動パワーステアリング装置の動力源であり、モータ制御装置とバッテリーとの間が非導通状態から導通状態に切り替わったことを条件にして、モータへの給電を停止した状態で車両のハンドルを操作可能としかつオフセット値検出部を作動させるように構成したところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
本実施形態の構成によれば、モータが出力した誘起電圧の波形がゼロクロスしたときの位置センサの実際の検出値をオフセット値として求め、これをオフセットデータ記憶部に記憶する。そして、そのオフセット値を、逐次変化する位置センサの実際の検出値から引いて検出値を補正する。ここで、モータの誘起電圧の波形は、モータにかかる外部負荷の有無・大小に拘わらず、モータの実際の電気角が０度又は１８０度のときに必ずゼロクロスするので、本発明によれば、位置センサとモータとの間に生じる組み付け誤差に応じたオフセット値を従来より正確に特定することができる。

［請求項２の発明］
請求項２の構成によれば、操作スイッチの手動操作により、随時、オフセット値を更新することができる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成によれば、予め定められた所定の条件でオフセット値が自動的に更新される。そして、オフセット値が予め定められた上限値より大きくなったときに、警告信号が出力されるので、異常に対して迅速な対応が可能になる。

［請求項４の発明］
車両に搭載された電動パワーステアリング装置を交換する際には、モータ制御装置とバッテリーとの間が断絶され、新たに電動パワーステアリング装置が搭載されると、モータ制御装置とバッテリーとの間が接続される。そして、請求項４の構成によれば、モータ制御装置とバッテリーとの間が非導通状態から導通状態に切り替わったことを条件にして、モータへの給電を停止した状態で車両のハンドルが操作可能になる。そこで、手動でハンドルを操作すると、これが外部トルクとなってモータが回転し、誘起電圧が発生する。このとき、オフセット値検出部が作動しているので、誘起電圧の波形がゼロクロスしたときの位置センサによる検出値がオフセット値として特定される。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１における符号１１は、電動パワーステアリング装置であって、筒形ハウジング１８の内部に直動シャフト１６を貫通して備えている。筒形ハウジング１８は、車両１０の本体に固定され、その軸方向の中間部分にモータ１９が内蔵されている。このモータ１９はブラシレスモータであって、筒形ハウジング１８の内側にステータ２０が嵌合固定され、そのステータ２０の内側に筒形のロータ２１を備えている。直動シャフト１６は、そのロータ２１内を貫通しかつ筒形ハウジング１８から両端部が露出し、それら両端部がタイロッド１７，１７を介して転舵輪５０，５０に連結されている。

ロータ２１の内面には、ボールネジナット２２が組み付けられている。また、直動シャフト１６の軸方向の中間部分にはボールネジ部２３が形成されている。そして、これらボールネジナット２２とボールネジ部２３とからボールネジ機構２４が構成され、ロータ２１と共にボールネジナット２２が回転すると、筒形ハウジング１８に対してボールネジ部２３が直動し、これにより転舵輪５０，５０が転舵する。なお、転舵輪５０の近傍には、転舵輪５０の回転に基づいて車速を検出するための車速センサ３６が設けられている。

直動シャフト１６の一端寄り部分にはラック３０が形成され、ステアリングシャフト３２の下端部に備えたピニオン３１がこのラック３０に噛合している。また、ステアリングシャフト３２の上端部には、ハンドル３３が取り付けられ、ステアリングシャフト３２のうち上端寄り位置には、舵角センサ３４及びトルクセンサ３５が取り付けられている。

モータ１９のうちステータ２０に備えた巻線は、モータ駆動回路４２に接続されている。具体的には、巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなり、これらＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の各端末がモータ駆動回路４２に備えた図示しないＦＥＴ回路に接続されている。そして、モータ駆動回路４２はＰＷＭ制御を行って下記関係式が成り立つように、Ｕ相巻線に相電流Ｉｕを流し、Ｖ相巻線に相電流Ｉｖを流し、Ｗ相巻線に相電流Ｉｗを流す。なお、下記式において「Ｉｅ」は所定の定数であり、「ωｔ」はモータ１９の電気角である。

Ｉｕ＝Ｉｅ・ｓｉｎ（ωｔ） ・・・・（１）
Ｉｖ＝Ｉｅ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／３） ・・・・（２）
Ｉｗ＝Ｉｅ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／３） ・・・・（３）

筒形ハウジング１８の一端寄り位置には、ロータ２１の回転位置を検出するためのレゾルバ２５（本発明に係る「位置センサ」に相当する）が設けられている。レゾルバ２５は、ロータ２１と一体回転する図示しない可動部と、筒形ハウジング１８に固定された図示しない固定部とを備えている。そして、ロータ２１と共にレゾルバ２５の可動コイルが回転すると、レゾルバ２５における固定部と可動部との間の相互インダクタンスが変化する。すると、レゾルバ２５に接続されたレゾルバ信号処理回路２５Ｃが、その相互インダクタンスの変化に基づいてレゾルバ２５の電気角を電気信号に変換して後述の操舵制御装置４１に出力する。この出力が本発明に係るレゾルバ２５の検出値（以下、「検出値θ１」という）になる。

ここで、レゾルバ２５の極数をｋとすると、レゾルバ２５は機械角で１回転すると、電気角でｋ回転することになる。換言すれば、機械角が０〜３６０／ｋ［度]変化する間に、レゾルバ２５の電気角は０〜３６０度変化する。従って、図２（Ａ）に示したように、レゾルバ２５の機械角とレゾルバ２５の電気角（検出値θ１）との関係をグラフ化すると、そのグラフは機械角が３６０／ｋ［度]ずつ変化する度に三角波が繰り返して出現する形状になる。なお、一般の場合と同様に、本実施形態においても、レゾルバ２５の極数とモータ１９の極数とは同じ値になっている。

図１において符号４１は操舵制御装置であって、本発明に係る「モータ制御装置」に相当する。操舵制御装置４１に備えたＲＯＭ４１Ｒには、アシスト制御プログラム、オフセット値更新プログラムＰＧ１（本発明に係る「オフセット値検出部」に相当する）等の各種プログラムが記憶されている。また、操舵制御装置４１には、オフセット値θ２を記憶するためのフラッシュメモリ４１Ｆ（本発明に係る「オフセットデータ記憶部」に相当する）が備えられている。

操舵制御装置４１には、本発明に係る誘起電圧検出部５１が設けられている。そして、モータ１９への給電を停止した状態で、ハンドル３３を操作したときに、モータ１９に発生した誘起電圧Ｅを誘起電圧検出部５１にて検出している。

ところで、レゾルバ２５とモータ１９とは極数が同じであり、設計上は、レゾルバ２５の検出値θ１（即ち、電気角）と、モータ１９の電気角ωｔ（即ち、三相巻線のうちＵ相巻線の位相）とは一致する。従って、設計上は、Ｕ相巻線の誘起電圧Ｅの波形が負から正の値に変化する過程でゼロクロスしたポイント（以下、単に「ゼロクロスポイント」という）では、レゾルバ２５の検出値θ１は設計上「０」になる。しかしながら、実際には、モータ１９及びレゾルバ２５の組み付け誤差により、図２（Ａ）と図２（Ｃ）とに対比して示すように、誘起電圧Ｅの波形のゼロクロスポイントでレゾルバ２５の実際の検出値θ１は「０」にはならず、オフセット値θ２になる。そこで、本実施形態の操舵制御装置４１では、オフセット値更新プログラムＰＧ１を実行して、Ｕ相巻線の誘起電圧Ｅとレゾルバ２５の検出値θ１とからオフセット値θ２を検出している。

以下、本実施形態の作用効果と共に、操舵制御装置４１のＲＯＭ４１Ｒに記憶された各プログラムについて説明する。運転席に備えた操作スイッチ５２（図１参照）がオン操作されると、操舵制御装置４１は、モータ駆動回路４２からモータ１９への給電を停止する。そして、オフセット値更新プログラムＰＧ１を実行する。オフセット値更新プログラムＰＧ１が実行されると、図３に示すようにカウンタｉが「１」に初期設定される（Ｓ１０）。次いで、誘起電圧Ｅが負から正の値に変化してゼロクロスしたか否かを判別する（Ｓ１１）。そして、誘起電圧Ｅが負から正の値に変化してゼロクロスした場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、そのゼロクロスポイントにおいてレゾルバ２５の実際の検出値θ１を、Ｒ（ｉ）に格納する（Ｓ１２）。

次いで、カウンタｉをインクリメントし（Ｓ１３）、カウンタｉが定数Ｎより大きくなるまで、この動作を繰り返す（Ｓ１１〜Ｓ１４のループ）。そして、複数のＲ（ｉ）の平均値Ｒａｖを求め（Ｓ１５）、フラッシュメモリ４１Ｆに記憶されたオフセット値θ２の値を前記平均値Ｒａｖの値に更新する（Ｓ１６）。

以上によりオフセット値更新プログラムＰＧ１が終了する。そして、モータ駆動回路４２からモータ１９に給電可能な状態に戻される。

操作スイッチ５２がオン操作されない状態（即ち、通常の状態）では、操舵制御装置４１は、アシスト制御プログラムを実行し、舵角センサ３４、トルクセンサ３５及び車速センサ３６の検出結果に基づき、図示しないマップを参照して電動パワーステアリング装置１１に出力させるアシスト力を決定する。また、アシスト力を電動パワーステアリング装置１１に出力させるために、操舵制御装置４１は、モータ駆動回路４２に備えた図示しないＦＥＴをオンオフ制御して、モータ駆動回路４２から電動パワーステアリング装置１１に流される相電流を変更する。具体的には、アシスト制御プログラムの実行によりアシスト力が決定されると、操舵制御装置４１は、レゾルバ２５の検出値θ１を取得する。ここでθ１＞θ２の場合は、下記式（４）の如く、検出値θ１からオフセット値θ２を引く補正を行って検出値θｎを求める。また、θ１＜θ２の場合は、下記式（５）の如く、検出値θ１からオフセット値θ２を引きかつ１周期分の値（３６０度）を加える補正を行って検出値θｎを求める。従って、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）とに対比して示すように、補正後の検出値θｎは、Ｕ相巻線の誘起電圧Ｅの波形がゼロクロスポイントしたときには「０」になる。

θｎ＝θ１−θ２ ・・・・（４）
θｎ＝３６０＋（θ１−θ２） ・・・・（５）

そして、この補正後の検出値θｎをモータ１９の電気角ωｔとし、その電気角ωｔに応じた相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（式（１）〜（３）参照）をモータ１９に流す。これにより、モータ１９が駆動されて、電動パワーステアリング装置１１から前記アシスト力が出力される。

このように本実施形態の構成では、モータ１９が出力した誘起電圧Ｅの波形がゼロクロスしたときのレゾルバ２５の実際の検出値θ１をオフセット値θ２として求めている。ここで、モータ１９の誘起電圧Ｅの波形は、モータ１９にかかる外部負荷の有無・大小に拘わらず、モータ１９の実際の電気角が０度のときに必ずゼロクロスするので、レゾルバ２５とモータ１９との間に生じる組み付け誤差に応じたオフセット値θ２を従来より正確に特定することができる。そして、このように正確に求めたオフセット値θ２をフラッシュメモリ４１Ｆに更新して記憶しておき、そのオフセット値θ２を、逐次変化するレゾルバ２５の実際の検出値θ１から引く補正を操舵制御装置４１（検出値補正部）にて行い、その補正後の検出値θｎで、モータ１９の回転を制御するので、従来より効率よくモータを回転駆動することができる。

［第２実施形態］
本実施形態は、図示されておらず、制御の構成のみが第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明し、同一の構成に関しては同一符号を付して重複説明は省略する。本実施形態の操舵制御装置４１は、車両１０に備えた他の制御装置から走行距離を取得し、予め定められた一定距離を走行する毎に、又は、車両１０に備えたタイマーにて計測した時間が一定時間経過する毎に、或いは、車速が１００［ｋｍ／ｈ］以上となった時などモータ１９のアシストを必要としなくなった時に、自動的にモータ１９への給電を停止して、オフセット値更新プログラムＰＧ１を実行する。そして、オフセット値更新プログラムＰＧ１で求めたオフセット値θ２が、予め定められた上限値より大きくなったときには警告信号を出力する。この構成により、オフセット値θ２が自動的に更新されかつ異常のチェックも同時に行うことができ、異常に対する迅速な対応が可能になる。

［第３実施形態］
本実施形態では、操舵制御装置４１とバッテリーとの間が非導通状態から導通状態に切り替わったこと、又は、電動パワーステアリング装置１１と操舵制御装置４１との間が非導通状態から導通状態に切り替わったことを条件にして、操舵制御装置４１が自動的に前記オフセット値更新プログラムＰＧ１を実行する構成になっている。これにより、操舵制御装置４１又は電動パワーステアリング装置１１が交換された場合に、オフセット値θ２が電動パワーステアリング装置１１に内蔵のモータ１０に応じた正確な値に自動更新される。

なお、本実施形態の構成とした場合、自動車の整備マニュアルに、「電動パワーステアリング装置１１又は操舵制御装置４１の何れかを交換した場合には、オフセット値θ２を更新するために、ハンドル３３を左右に回転させて下さい」という旨の記載をしておくことが好ましい。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第１実施形態では、車両１０の電動パワーステアリング装置１１の動力源としてのモータ１９を駆動するためのモータ制御装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、工作機械、ロボット等の駆動源としてのモータを駆動するためのモータ制御装置に適用してもよい。

（２）前記第１実施形態では、設計上、モータの実際の電気角が０度のときに位置センサの検出値が０になるような構成となっていたが、設計上、モータの実際の電気角が１８０度のときに位置センサの検出値が０になる構成のものに、本発明を適用してもよい。

（３）前記第１実施形態では、オフセット値θ２を複数回検出してそれらの平均値を求める構成であったが、オフセット値θ２を１回だけ検出する構成としてもよい。

（４）前記第１実施形態で説明した操作スイッチ５２をオン操作した際に、「オフセット値更新のためにハンドル３３を左右に回転させて下さい」という旨の音声ガイダンスを流す構成にすることが好ましい。

本発明の第１実施形態に係る車両の概念図 （Ａ）レゾルバの機械角とレゾルバの検出値との関係グラフ（Ｂ）レゾルバの機械角と補正されたレゾルバの検出値との関係グラフ（Ｃ）モータの機械角と誘起電圧との関係グラフ オフセット値更新プログラムのフローチャート

符号の説明

１１ 電動パワーステアリング装置
１９ モータ
２５ レゾルバ（位置センサ）
４１ 操舵制御装置（モータ制御装置）
４２ モータ駆動回路
５１ 誘起電圧検出部
５２ 操作スイッチ
Ｅ 誘起電圧
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 相電流
θ１ 検出値
θ２ オフセット値
θｎ 検出値
ωｔ 電気角

Claims (4)

1. モータの実際の電気角が０度又は１８０度のときに、前記モータに連結された位置センサの検出値が０になるように前記位置センサの実際の検出値を補正し、その補正された検出値に応じて前記モータへの相電流を変更して前記モータの回転を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータが外部トルクを受けて回転したときに発生した誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、
   前記誘起電圧の波形がゼロクロスしたときの前記位置センサの実際の検出値をオフセット値として求めるオフセット値検出部と、
   そのオフセット値を記憶するためのオフセットデータ記憶部と、
   前記オフセットデータ記憶部に記憶された前記オフセット値を前記位置センサの実際の検出値から引いて前記検出値を補正する検出値補正部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータへの給電を停止して前記オフセット値検出部を作動させるための操作スイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 予め定められた所定の条件で自動的に前記モータへの給電を停止して前記オフセット値検出部を作動させる更新自動起動手段と、
   前記オフセット値が予め定められた上限値より大きくなったときに警告信号を出力する異常報知手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータは車両に搭載される電動パワーステアリング装置の動力源であり、前記モータ制御装置とバッテリーとの間が非導通状態から導通状態に切り替わったことを条件にして、前記モータへの給電を停止した状態で前記車両のハンドルを操作可能としかつ前記オフセット値検出部を作動させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のモータ制御装置。
   

Images