JP2008118729A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】特定素子、特に単一の相に大電流を通電させず、通電電流量を二相以上に分散させることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する3相ブラシレスモータ12を備え、少なくとも操舵トルクTに応じた操舵補助力を発生させるべく、モータ回転角θを参照して前記モータ12を駆動制御する。このとき、前記モータ12が停止状態且つ高負荷状態であることを検出したとき、操舵補助力制御に用いるモータ回転角θをオフセットすることで当該モータ12を僅かに回転させることで、大電流が通電する相を切り替え、モータ12からモータ駆動回路までの負荷を分散する。
【選択図】図1
【解決手段】操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する3相ブラシレスモータ12を備え、少なくとも操舵トルクTに応じた操舵補助力を発生させるべく、モータ回転角θを参照して前記モータ12を駆動制御する。このとき、前記モータ12が停止状態且つ高負荷状態であることを検出したとき、操舵補助力制御に用いるモータ回転角θをオフセットすることで当該モータ12を僅かに回転させることで、大電流が通電する相を切り替え、モータ12からモータ駆動回路までの負荷を分散する。
【選択図】図1
Description
本発明は、操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置に関するものである。
従来、電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演算態様で、電動モータのコイルに流れる電流値に基づいて当該電動モータの温度を推定することで、電動モータの回転状態によらずモータ温度の推定を的確に行うというモータ温度推定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の電動パワーステアリング装置として、操舵角が最大操舵角に達したときの三相電流をモニタし、三相電流の何れかが電流最大値の90%以上に達している場合、PWMデューティ比を低減することで駆動素子の発熱を低減するというものが知られている(例えば、特許文献2)。
特開2003−284375号公報
特開2005−289296号公報
また、従来の電動パワーステアリング装置として、操舵角が最大操舵角に達したときの三相電流をモニタし、三相電流の何れかが電流最大値の90%以上に達している場合、PWMデューティ比を低減することで駆動素子の発熱を低減するというものが知られている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、上記特許文献1に記載のモータ温度推定装置にあっては、モータの回転の有無で発熱する素子の温度を推定し、過熱保護を実施することはできるが、素子の過熱そのものを防止することはできない。
また、上記特許文献2に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、最大操舵角での操舵において発生する一相への過大な通電を、PWMデューティ比を小さくすることで低減しているため、特定の素子の異常過熱は防止することができるものの、発熱部位を分散させる効果は薄い。
また、上記特許文献2に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、最大操舵角での操舵において発生する一相への過大な通電を、PWMデューティ比を小さくすることで低減しているため、特定の素子の異常過熱は防止することができるものの、発熱部位を分散させる効果は薄い。
そこで、本発明は、特定素子、特に単一の相に大電流を通電させず、通電電流量を二相以上に分散させることができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記操舵系に伝達する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値及び前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ駆動制御を行うモータ制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータが停止状態にあることを検出するモータ停止状態検出手段と、前記電動モータから電動モータ駆動回路までの負荷分散状態を検出する負荷分散状態検出手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記モータ停止状態検出手段で前記電動モータが停止状態であることを検出し、且つ前記負荷分散状態検出手段で前記電動モータから前記電動モータ駆動回路までの間が高負荷状態となっている要負荷分散状態であることを検出したとき、前記電動モータから前記電動モータ駆動回路までの負荷を分散させる負荷分散処理手段を備えることを特徴としている。
また、請求項2に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項1に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、前記モータ回転角検出手段で検出されたモータ回転角に対し、所定のオフセット値を加算して、前記モータ駆動制御を行うように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項3に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項1に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに対し、所定のオフセット値を加算して、前記モータ駆動制御を行うように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項3に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項1に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに対し、所定のオフセット値を加算して、前記モータ駆動制御を行うように構成されていることを特徴としている。
また、請求項4に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項2又は3に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、前記負荷分散状態検出手段で検出した負荷分散状態に応じて、最大オフセット値を設定することを特徴としている。
さらにまた、請求項5に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項4に係る発明において、前記最大オフセット値は、前記電動モータの相の数に応じて設定されることを特徴としている。
さらにまた、請求項5に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項4に係る発明において、前記最大オフセット値は、前記電動モータの相の数に応じて設定されることを特徴としている。
また、請求項6に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項4又は5に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、オフセット加算値を、前記最大オフセット値まで徐々に変化させる徐変手段を備えることを特徴としている。
さらに、請求項7に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項6に係る発明において、前記徐変手段は、前記モータ回転角の変化率が所定値以下であるとき、微小オフセット値ずつ加算して前記オフセット加算値を徐々に増加し、前記モータ回転角の変化率が所定値より大きいとき、前記微小オフセット値を減少又は零とすることを特徴としている。
さらに、請求項7に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項6に係る発明において、前記徐変手段は、前記モータ回転角の変化率が所定値以下であるとき、微小オフセット値ずつ加算して前記オフセット加算値を徐々に増加し、前記モータ回転角の変化率が所定値より大きいとき、前記微小オフセット値を減少又は零とすることを特徴としている。
さらにまた、請求項8に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項1〜7の何れか1項に係る発明において、所定条件を満たしたとき、前記負荷分散処理手段による負荷分散処理を解除する負荷分散処理解除手段を備えることを特徴としている。
また、請求項9に係る電動パワーステアリグ装置は、請求項2〜8の何れか1項に係る発明において、前記電動モータが操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは前記負荷分散処理手段で決定される最大オフセット値を加算した後の前記電動モータの位置が操舵限界に達すると見込まれるとき、前記負荷分散処理手段による負荷分散処理を禁止する負荷分散処理禁止手段を備えることを特徴としている。
さらに、請求項10に係る電動パワーステアリング装置は、請求項2〜8の何れか1項に係る発明において、前記負荷分散処理手段は、前記電動モータが操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは前記負荷分散処理手段で決定される最大オフセット値を加算した後の前記電動モータの位置が操舵限界に達すると見込まれるとき、負荷分散処理で加算するオフセット値を操舵限界とは逆方向に設定することを特徴としている。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、電動モータを僅かに回転させることで、大電流が通電される相を切り替えることができ、操舵フィーリングを悪化させることなく、特に単一の相に連続して大電流が通電されることを防止して、単一相のコイルからモータ駆動回路の素子間の局所過熱を防止することができると共に、発熱部位を分散させることができるという効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式で構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータとしての3相ブラシレスモータ12とを備えている。
トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。
トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。
また、3相ブラシレスモータ12は、図2に示すように、U相コイルLu、V相コイルLv及びW相コイルLwの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルLu、Lv及びLwの他端が操舵補助制御装置20に接続されて個別にモータ駆動電流Iu、Iv及びIwが供給される。また、3相ブラシレスモータ12は、ロータの回転位置を検出するレゾルバ、エンコーダ等で構成されるモータ回転角検出手段としてのロータ位置検出回路13を備えている。
操舵補助制御装置20には、図2に示すように、トルクセンサ3で検出された操舵トルクT及び車速センサ21で検出された車速検出値Vsが入力されると共に、ロータ位置検出回路13で検出されたモータ回転角θが入力され、さらに3相ブラシレスモータ12の各相コイルLu、Lv及びLwに供給されるモータ駆動電流Iu、Iv及びIwを検出するモータ電流検出回路22から出力されるモータ相電流検出値Iud、Ivd及びIwdが入力される。
この操舵補助制御装置20は、操舵トルクT、車速検出値Vs及びモータ回転角θに基づいて操舵補助目標電流値を演算して、モータ電圧指令値Vu、Vv及びVwを出力する例えばマイクロコンピュータで構成される制御演算装置23と、3相ブラシレスモータ12を駆動する電界効果トランジスタ(FET)で構成されるモータ駆動回路24と、制御演算装置23から出力される相電圧指令値Vu、Vv及びVwに基づいてモータ駆動回路24の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するFETゲート駆動回路25とを備えている。この操舵補助制御装置20がモータ制御手段に対応している。
制御演算装置23は、図3に示すように、ベクトル制御の優れた特性を利用してベクトル制御d、q成分の電流指令値を決定した後、この電流指令値を各励磁コイルLu〜Lwに対応した各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*に変換して出力するベクトル制御相指令値算出回路30と、このベクトル制御装置指令値算出回路30から出力される各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*とモータ電流検出回路22で検出したモータ相電流検出値Iud、Ivd及びIwdとで電流フィードバック処理を行う電流制御回路40とを備えている。
ベクトル相指令値算出回路30は、図3に示すように、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTと車速センサ21で検出した車速Vsとが入力され、これらに基づいて操舵補助電流指令値IM *を算出する操舵補助電流指令値演算部31と、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θ、及びモータ電流検出回路22で検出したモータ相電流検出値Iud、Ivd及びIwdをもとに制御に用いるモータ回転角θmを出力するモータ角度出力部32と、モータ角度出力部32で出力したモータ回転角θmを電気角θeに変換して出力すると共に、当該電気角θeを微分して電気角速度ωeを出力する電気角変換部33と、操舵補助電流指令値IM *と電気角速度ωeとに基づいてd軸指令電流Id*を算出するd軸指令電流算出部34と、電気角θeに基づいてd軸電圧ed(θ)及びq軸電圧eq(θ)を算出するd−q軸電圧算出部35と、d軸電圧ed(θ)及びq軸電圧eq(θ)とd軸指令電流Id*と操舵補助電流指令値IM *とに基づいてq軸指令電流Iq*を算出するq軸指令電流算出部36と、d軸指令電流算出部34から出力されるd軸指令電流Id*とq軸指令電流算出部36から出力されるq軸指令電流Iq*とを3相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*に変換する2相/3相変換部37とを備えている。
また、電流制御回路40は、ベクトル制御相指令値算出部30から供給される電流指令値Iu*,Iv*,Iw*から電流検出回路22で検出した各相コイルLu、Lv、Lwに流れるモータ相電流検出値Iud、Ivd、Iwdを減算して各相電流誤差ΔIu、ΔIv、ΔIwを求める減算器41u、41v及び41wと、求めた各相電流誤差ΔIu、ΔIv、ΔIwに対して比例積分制御を行って指令電圧Vu、Vv、Vwを算出するPI制御部42と、算出された指令電圧Vu、Vv、Vwに基づいてモータ駆動回路24の電界効果トランジスタQua〜Qwbに対応するパルス幅変調(PWM)信号PWMua〜PWMwbを形成するPWM制御部43とを備えている。
そして、PWM制御部43から出力されるパルス幅変調信号PWMua〜PWMwbがFETゲート駆動回路25に供給される。
このように、操舵トルクT及び車速検出値Vsに応じた操舵補助力を発生させるべく、モータ回転角θmを参照してモータを駆動制御する操舵補助力制御が行われる。モータ回転角θmはモータ角度出力部32から出力されるものであって、本実施形態では、モータ角度出力部32で、3相ブラシレスモータ12が停止状態でない通常状態では、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θをそのままモータ回転角θmとして出力し、これをもとにモータを駆動制御する。
このように、操舵トルクT及び車速検出値Vsに応じた操舵補助力を発生させるべく、モータ回転角θmを参照してモータを駆動制御する操舵補助力制御が行われる。モータ回転角θmはモータ角度出力部32から出力されるものであって、本実施形態では、モータ角度出力部32で、3相ブラシレスモータ12が停止状態でない通常状態では、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θをそのままモータ回転角θmとして出力し、これをもとにモータを駆動制御する。
一方、3相ブラシレスモータ12が停止状態、且つ大電流が通電されている高負荷状態では、モータ角度出力部32で、通常角度(モータ実回転角θ)に対して所定のオフセット値を加算したモータ回転角θmを出力し、これをもとにモータを駆動制御する。
図4は、モータ角度出力部32の詳細な構成を示すブロック図である。ここで、スイッチA及びBは、後述する相電流監視部52から高負荷状態検出信号Fが入力されていないときは実線で示す状態となっており、相電流監視部52から高負荷状態検出信号Fが入力されると、破線で示す状態へ切り換わるようになっている。
図4は、モータ角度出力部32の詳細な構成を示すブロック図である。ここで、スイッチA及びBは、後述する相電流監視部52から高負荷状態検出信号Fが入力されていないときは実線で示す状態となっており、相電流監視部52から高負荷状態検出信号Fが入力されると、破線で示す状態へ切り換わるようになっている。
モータ停止判定部51では、モータ実回転角θに基づいて3相ブラシレスモータ12が停止状態にあるか否かを判定し、モータ停止状態フラグMSを出力する。ここでは、モータ実回転角θの変化率が所定時間、所定値以下であるときに、モータ停止状態であると判定してモータ停止状態フラグMSをモータ停止状態であることを意味する“1”にセットし、これを出力する。そして、それ以外のときにはモータ停止状態フラグMSを“0”にリセットし、これを出力する。
相電流監視部52では、前記モータ停止判定部51から出力されるモータ停止状態フラグMSと、モータ電流検出回路22で検出したモータ相電流検出値Iud、Ivd及びIwdとに基づいて、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であるか否かを判定し、停止状態且つ高負荷状態であると判定したときに高負荷状態検出信号Fを出力する。
この相電流監視部52は、各相の電流検出値をもとに後述する積算処理を実行して相電流の積算値を出力する積算処理部52a〜52cと、積算処理部52a〜52cから出力される積算値をもとに後述する負荷状態判断処理を実行して、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であるか否かを判断する高負荷状態判断部52dとを備えている。
図5は、積算処理部52a〜52cで夫々実行される積算処理手順を示すフローチャートである。
この積算処理は、所定時間(例えば1msec)毎に処理されるようになっており、先ず、ステップS1では、後述するオフセット加算処理部53で設定されるオフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、OFS=1であるときにはステップS2に移行して、相電流の積算値Iaddをリセットしてから積算処理を終了する。
この積算処理は、所定時間(例えば1msec)毎に処理されるようになっており、先ず、ステップS1では、後述するオフセット加算処理部53で設定されるオフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、OFS=1であるときにはステップS2に移行して、相電流の積算値Iaddをリセットしてから積算処理を終了する。
一方、前記ステップS1で、オフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中でないことを意味する“0”にリセットされていると判定したときには、ステップS3に移行する。
ステップS3では、前記モータ停止判定部51から出力されるモータ停止状態フラグMSが、モータ停止状態であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、MS=1であるときにはステップS4に移行し、MS=0であるときには前記ステップS2に移行する。
ステップS3では、前記モータ停止判定部51から出力されるモータ停止状態フラグMSが、モータ停止状態であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、MS=1であるときにはステップS4に移行し、MS=0であるときには前記ステップS2に移行する。
ステップS4では、前回のサンプリング処理で検出した相電流(前回電流検出値)と今回のサンプリング処理で検出した相電流(今回電流検出値)との偏差、即ち電流の変化率ΔIを算出し、ステップS5に移行する。
ステップS5では、今回電流検出値をメモリに記憶してステップS6に移行し、前記ステップS4で算出した電流変化率ΔIが所定の変化率閾値ΔITH(例えば、±1A)以下であるか否かを判定する。そして、電流変化率ΔIが変化率閾値ΔITH以下であるときにはステップS7に移行し、電流変化率ΔIが変化率閾値ΔITHより大きいときには前記ステップS2に移行する。
ステップS5では、今回電流検出値をメモリに記憶してステップS6に移行し、前記ステップS4で算出した電流変化率ΔIが所定の変化率閾値ΔITH(例えば、±1A)以下であるか否かを判定する。そして、電流変化率ΔIが変化率閾値ΔITH以下であるときにはステップS7に移行し、電流変化率ΔIが変化率閾値ΔITHより大きいときには前記ステップS2に移行する。
ここで、前記変化率閾値ΔITHは、電流検出値の検出精度によって決定され、電流変化率ΔIがこの変化率閾値ΔITH以下の変化率に留まっている場合、特定相に対し高負荷通電されていると判断できる程度の値に設定する。
ステップS7では、今回電流検出値の絶対値|I|が所定の電流閾値ITH以上であるか否かを判定する。そして、|I|≧ITHであるときにはステップS8に移行し、|I|<ITHであるときには前記ステップS2に移行する。
ステップS7では、今回電流検出値の絶対値|I|が所定の電流閾値ITH以上であるか否かを判定する。そして、|I|≧ITHであるときにはステップS8に移行し、|I|<ITHであるときには前記ステップS2に移行する。
ここで、前記電流閾値ITHは、連続通電した場合でも、モータから駆動回路間の各部位(又は構成要素)が発熱し難いとされる電流の上限値(例えば、10A)に設定する。
そして、ステップS8では、相電流検出値を積算し、積算値Iaddを出力してから積算処理を終了する。つまり、このステップS8では、モータ停止状態となってからの相電流の累計を算出している。
そして、ステップS8では、相電流検出値を積算し、積算値Iaddを出力してから積算処理を終了する。つまり、このステップS8では、モータ停止状態となってからの相電流の累計を算出している。
なお、ここでは今回電流検出値の絶対値|I|が電流閾値ITH以上である時に積算する場合について説明したが、あえて電流閾値ITH以上の電流検出値を積算するようにせずとも、今回電流検出値Iをそのまま積算してもよい。
図6は、高負荷状態判断部52dで実行される負荷状態判断処理手順を示すフローチャートである。
図6は、高負荷状態判断部52dで実行される負荷状態判断処理手順を示すフローチャートである。
この負荷状態判断処理は、所定時間(例えば、1msec)毎に処理されるようになっており、先ず、ステップS11で、後述するオフセット加算処理部53で設定されるオフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、OFS=1であるときにはそのまま負荷状態判断処理を終了する。
一方、前記ステップS11で、オフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中でないことを意味する“0”にリセットされていると判定したときには、ステップS12に移行する。
ステップS12では、積算処理部52a〜52cで夫々算出された相電流の積算値Iuadd、Ivadd及びIwaddに対してソート処理を施して最大積算値を選択し、ステップS13に移行する。
ステップS12では、積算処理部52a〜52cで夫々算出された相電流の積算値Iuadd、Ivadd及びIwaddに対してソート処理を施して最大積算値を選択し、ステップS13に移行する。
ステップS13では、前記ステップS12で選択された最大積算値が所定の高負荷判断閾値以上であるか否かを判定し、最大積算値≧高負荷判断閾値であるときには、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断してステップS14に移行し、最大積算値<高負荷判断閾値であるときにはそのまま負荷状態判断処理を終了する。
ここで、高負荷判断閾値は、連続通電した場合に、モータから駆動回路間の各部位(又は構成要素)が発熱しやすいと判断される電流積算量に設定する。
ここで、高負荷判断閾値は、連続通電した場合に、モータから駆動回路間の各部位(又は構成要素)が発熱しやすいと判断される電流積算量に設定する。
ステップS14では、高負荷状態検出信号Fを出力してステップS15に移行し、モータ回転角の最大オフセット値を決定してから負荷状態判断処理を終了する。
ここで、前記最大オフセット値は、モータの高負荷状態(積算値の量)及びモータの相の数に応じて設定する。本実施形態のように3相モータの場合、最小で電気角60degを設定し、高負荷状態であるほど(積算値が大きいほど)、確実に相転流するように60degの整数倍を最大オフセット値として設定する。このとき、最大オフセット値適用後の角度によるモータへの通電制御によって、再度特定相に対して高負荷通電とならないように配慮するとよい。
ここで、前記最大オフセット値は、モータの高負荷状態(積算値の量)及びモータの相の数に応じて設定する。本実施形態のように3相モータの場合、最小で電気角60degを設定し、高負荷状態であるほど(積算値が大きいほど)、確実に相転流するように60degの整数倍を最大オフセット値として設定する。このとき、最大オフセット値適用後の角度によるモータへの通電制御によって、再度特定相に対して高負荷通電とならないように配慮するとよい。
図4のオフセット加算処理部53では、高負荷状態判断部52dでモータが停止状態且つ高負荷状態であると判断されたとき、モータ実回転角θに対してオフセット値を加算したモータ回転角θmを出力する。
図7は、オフセット加算処理部53で実行されるオフセット加算処理手順を示すフローチャートである。
図7は、オフセット加算処理部53で実行されるオフセット加算処理手順を示すフローチャートである。
このオフセット加算処理は、所定時間(例えば、1msec)毎に処理されるようになっており、先ず、ステップS21で、高負荷状態判断部52dから高負荷状態検出信号Fが出力されているか否かを判定する。そして、高負荷状態検出信号Fが出力されているときには、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断してステップS22に移行し、出力されていないときには、そのままオフセット加算処理を終了する。
ステップS22では、オフセット加算フラグOFSがオフセット加算中であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、OFS=0であるときには、オフセット加算中でないものと判断してステップS23に移行する。
ステップS23では、現在のモータ回転角θをオフセット加算処理開始時のモータ回転角(初期角度)θ0としてメモリに記憶し、ステップS24に移行する。
ステップS23では、現在のモータ回転角θをオフセット加算処理開始時のモータ回転角(初期角度)θ0としてメモリに記憶し、ステップS24に移行する。
ステップS24では、初期角度θ0に前記高負荷状態判断部52dで設定された最大オフセット値を加算した目標モータ回転角θtを算出する。この目標モータ回転角θtは、オフセット加算処理におけるモータ回転角θmの最終到達目標角度に相当する。
次に、ステップS25で、現在のモータ回転角θに対してオフセット加算処理を施す。具体的には、現在のモータ回転角θを微小角度ΔθOFSだけオフセットし、これをモータ回転角θmとして出力してステップS26に移行する。ここで、上記微小角度オフセット値(±ΔθOFS)とは、オフセットさせたモータ回転角θmを用いたアシスト制御により、運転者に対して操舵違和感を与えない角度量とし、目標モータ回転角θtに到達するまでの加算周期を考慮して設定する。
次に、ステップS25で、現在のモータ回転角θに対してオフセット加算処理を施す。具体的には、現在のモータ回転角θを微小角度ΔθOFSだけオフセットし、これをモータ回転角θmとして出力してステップS26に移行する。ここで、上記微小角度オフセット値(±ΔθOFS)とは、オフセットさせたモータ回転角θmを用いたアシスト制御により、運転者に対して操舵違和感を与えない角度量とし、目標モータ回転角θtに到達するまでの加算周期を考慮して設定する。
モータ回転角θをオフセットする方向は、予めどちらか一方に設定しておくこともできるが、負荷分散のためにモータ回転角θをオフセットさせた結果としてモータ回転角θが操舵限界を超えないようにするためと、モータ電流を相転流させることによって一方向だけに角度を進めないようにするためにも、本実施形態では、例えば、表1に示すように設定する。
なお、モータ回転角度をオフセットさせ、モータ電流を相転流させて負荷分散を行わせる場合の条件は、上記表1に限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置の特性に応じて最適なパターンを決定することが好ましい。
ステップS26では、現在のモータ回転角θに微小角度オフセット値ΔθOFSを加算した後の角度θOFSをメモリに記憶し、ステップS27に移行する。
ステップS26では、現在のモータ回転角θに微小角度オフセット値ΔθOFSを加算した後の角度θOFSをメモリに記憶し、ステップS27に移行する。
ステップS27では、オフセット加算するタイミングを計測するオフセット加算タイマTOFSを初期化し、次いでステップS28で、オフセット加算フラグOFSを“1”にセットしてからオフセット加算処理を終了する。
一方、前記ステップS22で、OFS=1であると判定されたときには、オフセット加算中であるものと判断してステップS29に移行する。
一方、前記ステップS22で、OFS=1であると判定されたときには、オフセット加算中であるものと判断してステップS29に移行する。
ステップS29では、オフセット加算解除条件が成立しているか否かを判定し、オフセット加算解除条件が成立していないときにはステップS30に移行し、オフセット加算解除条件が成立しているときには後述するステップS35に移行する。
ここで、オフセット加算解除条件が成立している状態とは、モータに電流が通電されている相が切り替わる所謂相転流が行われた場合を示す。
ここで、オフセット加算解除条件が成立している状態とは、モータに電流が通電されている相が切り替わる所謂相転流が行われた場合を示す。
ステップS30では、オフセット加算タイマTOFSが所定時間TTH(例えば、100msec)以上であるか否かを判定し、TOFS≧TTHであるときはステップS31に移行し、TOFS<TTHであるときはそのままオフセット加算処理を終了する。
ステップS31では、現在のモータ回転角θが、メモリに記憶した微小角度オフセット加算後の目標角度θOFSに一致しているか否かを判定し、θ=θOFSであるときにはステップS32に移行し、θ≠θOFSであるときには後述するステップS34に移行する。
ステップS31では、現在のモータ回転角θが、メモリに記憶した微小角度オフセット加算後の目標角度θOFSに一致しているか否かを判定し、θ=θOFSであるときにはステップS32に移行し、θ≠θOFSであるときには後述するステップS34に移行する。
ステップS32では、現在のモータ回転角θに対してオフセット加算処理を施し、その結果をモータ回転角θmとして出力してステップS33に移行する。
このとき、モータ回転速度ωが所定値ωTH以下であるか否かを判定し、ω≦ωTHである場合には、現在のモータ回転角θに微小角度オフセット値ΔθOFSを加算し、これをモータ回転角θmとして出力する。このようにして、ω≦ωTHである場合には、オフセット加算値(初期角度θ0に対して加算した角度)を微小角度ΔθOFSずつ徐々に増加する。
このとき、モータ回転速度ωが所定値ωTH以下であるか否かを判定し、ω≦ωTHである場合には、現在のモータ回転角θに微小角度オフセット値ΔθOFSを加算し、これをモータ回転角θmとして出力する。このようにして、ω≦ωTHである場合には、オフセット加算値(初期角度θ0に対して加算した角度)を微小角度ΔθOFSずつ徐々に増加する。
一方、ω>ωTHである場合には、現在のモータ回転角θに、微小角度オフセット値ΔθOFSより小さいオフセット値を加算し、これをモータ回転角θmとして出力する。このように、加算するオフセット値を通常のオフセット値(ΔθOFS)より減少してオフセット加算処理を行う。なお、ω>ωTHである場合にはオフセット値を“0”としてもよい。
ここで、所定値ωTHは、結果的にモータ電流が相転流すると見込まれる程度のモータ回転速度に設定する。
ここで、所定値ωTHは、結果的にモータ電流が相転流すると見込まれる程度のモータ回転速度に設定する。
ステップS33では、現在のモータ回転角θに微小角度オフセット値ΔθOFSを加算した後の角度θOFSをメモリに記憶し、ステップS34に移行する。
ステップS34では、オフセット加算タイマTOFSを初期化してからオフセット加算処理を終了する。
ステップS35では、オフセット加算フラグOFSを“0”にリセットすると共に、オフセット加算タイマTOFSを初期化してからオフセット加算処理を終了する。
ステップS34では、オフセット加算タイマTOFSを初期化してからオフセット加算処理を終了する。
ステップS35では、オフセット加算フラグOFSを“0”にリセットすると共に、オフセット加算タイマTOFSを初期化してからオフセット加算処理を終了する。
図4において、モータ停止判定部51がモータ停止状態検出手段に対応し、相電流監視部52が負荷分散状態検出手段に対応し、オフセット加算処理部53が負荷分散処理手段に対応している。
また、図7において、ステップS25、S26、S30〜S33の処理が徐変手段に対応し、ステップS29及びS35の処理が負荷分散処理解除手段に対応している。
また、図7において、ステップS25、S26、S30〜S33の処理が徐変手段に対応し、ステップS29及びS35の処理が負荷分散処理解除手段に対応している。
次に、第1の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、車両がカーブ路を旋回走行中であり、3相ブラシレスモータ12が停止状態にない状態であるものとすると、モータ停止判定部51でモータ停止状態フラグMS=0が出力される。これにより、積算処理部52a〜52cでは、図5のステップS3でNoと判定されステップS2に移行して各相電流の積算値Iaddがリセットされる。また、高負荷状態判断部52dでは、図6のステップS13でNoと判定されるため、高負荷状態検出信号Fは出力されない。したがって、図4のスイッチA及びBは実線で示す状態となり、モータ角度出力部32は、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θをそのままモータ回転角θmとして出力するため、通常の操舵補助制御が実施される。
今、車両がカーブ路を旋回走行中であり、3相ブラシレスモータ12が停止状態にない状態であるものとすると、モータ停止判定部51でモータ停止状態フラグMS=0が出力される。これにより、積算処理部52a〜52cでは、図5のステップS3でNoと判定されステップS2に移行して各相電流の積算値Iaddがリセットされる。また、高負荷状態判断部52dでは、図6のステップS13でNoと判定されるため、高負荷状態検出信号Fは出力されない。したがって、図4のスイッチA及びBは実線で示す状態となり、モータ角度出力部32は、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θをそのままモータ回転角θmとして出力するため、通常の操舵補助制御が実施される。
したがって、操舵演算装置23は、トルクセンサ3で検出した操舵トルクT、車速センサ21で検出した車速Vs及びロータ位置検出回路13で検出したモータ回転角θに基づいて、各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*を演算し、この各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*とモータ電流検出回路22で検出したモータ電流検出値Iud、Ivd及びIwdとで電流フィードバック処理を行って、相電圧指令Vu、Vv及びVwを算出する。そして、その相電圧指令Vu、Vv及びVwに基づいて算出したPWM信号PWMua〜PWMwbをFETゲート駆動回路25へ出力する。
FETゲート駆動回路25は、上記PWM信号に基づいて、モータ駆動回路24の電界効果トランジスタのゲート電流を制御する。その結果、3相ブラシレスモータ12の発生トルクが減速ギヤ11を介してステアリングシャフト2の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。
この状態から、特定の相に連続して大電流が通電する状態となり、モータ回転角θの変化率が所定時間、所定値以下となると、モータ停止判定部51でモータ停止状態フラグMS=1を出力する。そして、積算処理部52a〜52cで各相電流の積算値Iaddが算出される。このとき、3相ブラシレスモータ12のU相に連続して大電流が通電されているものとすると、高負荷状態判断部52dでは、図6のステップS12におけるソート処理で、U相電流の積算値Iuaddが最大積算値として選択される。そして、この最大積算値が高負荷判断閾値以上であるものとすると、ステップS13からステップS14に移行し、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断されてステップS14で高負荷状態検出信号Fを出力する。
この状態から、特定の相に連続して大電流が通電する状態となり、モータ回転角θの変化率が所定時間、所定値以下となると、モータ停止判定部51でモータ停止状態フラグMS=1を出力する。そして、積算処理部52a〜52cで各相電流の積算値Iaddが算出される。このとき、3相ブラシレスモータ12のU相に連続して大電流が通電されているものとすると、高負荷状態判断部52dでは、図6のステップS12におけるソート処理で、U相電流の積算値Iuaddが最大積算値として選択される。そして、この最大積算値が高負荷判断閾値以上であるものとすると、ステップS13からステップS14に移行し、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断されてステップS14で高負荷状態検出信号Fを出力する。
したがって、図4のスイッチA及びBは破線で示す状態となり、モータ角度出力部32は、オフセット加算処理部53の出力結果をモータ回転角θmとして出力する。
高負荷状態検出信号Fが出力されているため、オフセット加算処理部53では、先ず、図7のステップS21でYesと判定してステップS22に移行する。このとき、オフセット加算処理が開始されておらず、オフセット加算フラグOFS=0であることから、ステップS22からステップS23に移行して、現在のモータ回転角θをオフセット加算処理開始時のモータ回転角(初期角度)θ0としてメモリに記憶する。そして、ステップS24で、3相ブラシレスモータ12の負荷状態に応じた最大オフセット値及び初期角度θ0に基づいて目標モータ回転角θtが算出され、次いでステップS25に移行して、モータ回転角θに対して微小角度オフセット値ΔθOFSを加算した値をモータ回転角θmとして出力する。
高負荷状態検出信号Fが出力されているため、オフセット加算処理部53では、先ず、図7のステップS21でYesと判定してステップS22に移行する。このとき、オフセット加算処理が開始されておらず、オフセット加算フラグOFS=0であることから、ステップS22からステップS23に移行して、現在のモータ回転角θをオフセット加算処理開始時のモータ回転角(初期角度)θ0としてメモリに記憶する。そして、ステップS24で、3相ブラシレスモータ12の負荷状態に応じた最大オフセット値及び初期角度θ0に基づいて目標モータ回転角θtが算出され、次いでステップS25に移行して、モータ回転角θに対して微小角度オフセット値ΔθOFSを加算した値をモータ回転角θmとして出力する。
これにより、操舵演算装置23は、トルクセンサ3で検出した操舵トルクT、車速センサ21で検出した車速Vs及びオフセット加算処理部53から出力されたオフセット加算後のモータ回転角θmに基づいて、操舵補助制御が実施される。
その後は、所定時間TTH毎に実モータ回転角θに対して微小角度ΔθOFSずつ加算していくことで、目標モータ回転角θtに向かって段階的にオフセット加算してモータ駆動制御を行う。このとき、段階的に角度変化を行わせる処理も、微小角度とはいえ、実モータ回転角θが追従しているかどうかを確認せずに無作為にモータ駆動制御で用いる角度を更新してしまうと、磁界ベクトルがずれることによってトルク変動(場合によっては意図しない操舵補助)を引き起こす可能性があるため、ステップS31で実モータ回転角θが微小角度オフセット加算後の目標角度θOFSに追従していることを確認しながらオフセット加算を実行する。
その後は、所定時間TTH毎に実モータ回転角θに対して微小角度ΔθOFSずつ加算していくことで、目標モータ回転角θtに向かって段階的にオフセット加算してモータ駆動制御を行う。このとき、段階的に角度変化を行わせる処理も、微小角度とはいえ、実モータ回転角θが追従しているかどうかを確認せずに無作為にモータ駆動制御で用いる角度を更新してしまうと、磁界ベクトルがずれることによってトルク変動(場合によっては意図しない操舵補助)を引き起こす可能性があるため、ステップS31で実モータ回転角θが微小角度オフセット加算後の目標角度θOFSに追従していることを確認しながらオフセット加算を実行する。
このように、実角度θに微小オフセット値を加算した値でモータ駆動を行い、ロータ位置検出回路13で検出したモータ回転角θが前記ステップS24で算出した目標モータ回転角θtに到達し、モータ電流の相転流が行われると、オフセット解除条件が成立してステップS29でYesと判定されるため、オフセット加算処理を終了して通常の操舵補助制御に復帰する。
このように、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断したときには、操舵補助制御に用いる実モータ回転角θに対して微小なオフセット値ΔθOFSを加算させて操舵補助制御を行い、当該モータ12の実モータ回転角θを僅かに回転させることで、結果的に大電流が通電し高負荷となっている相(コイル〜駆動素子間)を切り替えることができ、負荷分散を実現することができる。
また、モータ回転角θをオフセットする場合には、微小角度オフセット値ΔθOFSを実モータ回転角θに対して加算して実モータ回転角θを目標角度θOFSまで変化させる処理を繰り返すことにより、実モータ回転角θを最終到達目標角度θtまで非常に緩やかに変化させるので、操舵フィーリングに違和感を与えることなく、確実に負荷分散させることができる。
さらに、モータ回転角θに加算するオフセット値は、モータ回転速度ωに応じて変更する。すなわち、モータ回転速度ωが所定値ωTH以下であり、モータ回転角θの変化が少ない場合には、上記オフセット値を通常の微小角度ΔθOFSとし、モータ回転速度ωが所定値ωTHより大きい場合には、上記オフセット値を通常の微小角度ΔθOFSより小さくする(又は0とする)。
このようにすることで、モータ回転速度ωが比較的大きい場合には、オフセット加算処理を行わなくてもモータ回転角θが更新され、結果的に相転流し、オフセット加算処理を制限(又は停止)することができる。
また、モータ電流の相転流が行われた場合にオフセット解除条件が成立したものと判断するので、運転者のハンドル操作若しくは路面反力を受けてモータが回転し、結果的にモータへの通電電流が相転流した場合でもオフセット解除条件が成立して、運転者の操舵操作に応じた通常の操舵補助制御に移行することができ、違和感のない操舵アシストを確実に提供することができると共に、確実に負荷分散することが可能である。
また、モータ電流の相転流が行われた場合にオフセット解除条件が成立したものと判断するので、運転者のハンドル操作若しくは路面反力を受けてモータが回転し、結果的にモータへの通電電流が相転流した場合でもオフセット解除条件が成立して、運転者の操舵操作に応じた通常の操舵補助制御に移行することができ、違和感のない操舵アシストを確実に提供することができると共に、確実に負荷分散することが可能である。
ところで、多相交流モータを制御するインバータにおいて、単一の相に大電流が連続して通電された場合、一部の素子が異常に発熱する。そこで、モータの回転の有無をもとに発熱する素子の温度を推定し、過熱保護を実施するというものがある。しかしこの場合、素子の過熱そのものを防止することができず、モータ回転時と比較してアシスト力の最大値を制限せずに操舵アシスト制御を継続できる時間を伸ばすことはできない。また、温度の推定ブロックを複数にする必要があり煩雑である。
これを改善する一つの方法として、特定の素子を異常過熱させないために、ストッパーエンド付近の操舵において発生する、一相(駆動素子、モータ含む)への過大な通電を、PWMデューティ比を小さくすることで低減するというものがある。しかしこの場合、一相に流れる電流量を小さくするだけであるので、発熱部位を分散させる効果は薄い。
また、ラックエンド付近という限られた領域の保護としているが、保護動作が作動する領域が不鮮明であり、操舵フィーリング性能の低下を招くおそれがある。さらに、路面摩擦抵抗が大きい場合、目的とする効果が得られないおそれがある。
また、ラックエンド付近という限られた領域の保護としているが、保護動作が作動する領域が不鮮明であり、操舵フィーリング性能の低下を招くおそれがある。さらに、路面摩擦抵抗が大きい場合、目的とする効果が得られないおそれがある。
また、工場での組み付け作業時に、ストッパーエンド付近で三相電流が最大電流値未満となるようにブラシレスモータ及びレゾルバを組み付けるというものがあるが、この場合、作業のための全工数は(ECU台数×1台あたりの作業工数分)必要となり、大量生産する場合、全体としてのコストが高くなる。
これに対して、本実施形態では、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、当該モータ12を僅かに回転させることで大電流が通電する相を切り替えるので、単一相のコイル・素子などの局所過熱を確実に防止することができると共に、負荷状態を各相に分散させることができる。また、温度推定ロジックを簡素化することができるので、ソフトウェアを簡素化することができる。
これに対して、本実施形態では、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、当該モータ12を僅かに回転させることで大電流が通電する相を切り替えるので、単一相のコイル・素子などの局所過熱を確実に防止することができると共に、負荷状態を各相に分散させることができる。また、温度推定ロジックを簡素化することができるので、ソフトウェアを簡素化することができる。
このように、上記第1の実施形態では、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、電動モータから電動モータ駆動回路までの負荷を分散させる処理を行うので、発熱部位を分散させて、特定相のコイルや素子等の局所過熱を防止することができる。
また、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、モータ回転角に対し所定のオフセット値を加算してモータ駆動制御を行うので、電動モータを僅かに回転させることで、比較的簡易な構成で確実に大電流が通電される相を切り替えることができ、操舵フィーリングを悪化させることなく、特定の相に連続して大電流が通電されることを防止して、特定相のコイルや素子等の局所過熱を防止することができると共に、負荷状態を各相に分散させることができる。
また、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、モータ回転角に対し所定のオフセット値を加算してモータ駆動制御を行うので、電動モータを僅かに回転させることで、比較的簡易な構成で確実に大電流が通電される相を切り替えることができ、操舵フィーリングを悪化させることなく、特定の相に連続して大電流が通電されることを防止して、特定相のコイルや素子等の局所過熱を防止することができると共に、負荷状態を各相に分散させることができる。
さらに、電動モータの負荷状態に応じて最大オフセット値を設定するので、モータ回転角を確実に相転流する角度まで変更することができる。
また、電動モータの相の数に応じて最大オフセット値を設定するので、例えば、3相モータの場合、60degの整数倍を最大オフセット値に設定することで、確実に相転流させることができる。
また、電動モータの相の数に応じて最大オフセット値を設定するので、例えば、3相モータの場合、60degの整数倍を最大オフセット値に設定することで、確実に相転流させることができる。
さらにまた、オフセット加算値を最大オフセット値まで徐々に変化させるので、電動モータを緩やかに回転させることができ、電動モータを瞬時に回転させることに起因する操舵フィーリングの悪化を確実に防止することができる。
また、モータ回転速度が所定値以下であるとき、実モータ回転角に対して微小角度オフセット値ずつ加算してオフセット加算値を増加し、モータ回転速度が所定値より大きいとき、加算するオフセット値を減少又は零とするので、モータ回転速度が比較的大きくオフセット加算処理が実質不必要である場合にはオフセット加算処理を制限又は停止することができるなど、モータ電流を相転流させるためのオフセット加算処理の要否に応じて適切に負荷分散することができる。
また、モータ回転速度が所定値以下であるとき、実モータ回転角に対して微小角度オフセット値ずつ加算してオフセット加算値を増加し、モータ回転速度が所定値より大きいとき、加算するオフセット値を減少又は零とするので、モータ回転速度が比較的大きくオフセット加算処理が実質不必要である場合にはオフセット加算処理を制限又は停止することができるなど、モータ電流を相転流させるためのオフセット加算処理の要否に応じて適切に負荷分散することができる。
さらに、所定条件を満たしたときには負荷分散処理を解除するので、モータ電流の相転流が行われた場合や、運転者のハンドル操作若しくは路面反力を受けてモータが回転し、結果的にモータへの通電電流が相転流した場合には、オフセット加算処理を解除して、不必要にオフセット加算処理を実施することを防止することができると共に、運転者の操舵に応じた違和感のない操舵アシストを提供することができる。
また、最大オフセット値を加算した後のモータの位置が操舵限界に達すると見込まれるときには、オフセット加算処理で加算するオフセット値を操舵限界とは逆方向に設定するので、操舵限界を超えた位置までオフセットさせることに起因する操舵フィーリングの悪化を確実に防止することができる。
なお、上記第1の実施形態においては、相電流の積算値が所定の高負荷判断閾値以上であるとき、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断する場合について説明したが、モータ停止状態であると判断されたときに検出された相電流の一定時間における電流値又はその平均値が一定以上であるときに、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断するようにしてもよい。また、相電流の2乗の積算値又はその平均値が一定以上であるときに、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断するようにしてもよい。
なお、上記第1の実施形態においては、相電流の積算値が所定の高負荷判断閾値以上であるとき、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断する場合について説明したが、モータ停止状態であると判断されたときに検出された相電流の一定時間における電流値又はその平均値が一定以上であるときに、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断するようにしてもよい。また、相電流の2乗の積算値又はその平均値が一定以上であるときに、モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断するようにしてもよい。
また、上記第1の実施形態においては、モータ停止状態を判定した後にモータ相電流の積算値を算出する場合について説明したが、モータ回転角の変化率が所定値以下となった状態から上記積算値を算出することもできる。これにより、モータの高負荷状態をより適切に判断することができる。
さらに、上記第1の実施形態においては、図7のステップS29でオフセット加算解除条件が成立したときに相転流完了フラグをONし、この相転流完了フラグON後、例えば1sec経過するまでに再度特定相に大きな電流が通電した場合、上記表1に基づいて次回オフセット加算処理でのオフセット方向を決定することもできる。
さらに、上記第1の実施形態においては、図7のステップS29でオフセット加算解除条件が成立したときに相転流完了フラグをONし、この相転流完了フラグON後、例えば1sec経過するまでに再度特定相に大きな電流が通電した場合、上記表1に基づいて次回オフセット加算処理でのオフセット方向を決定することもできる。
また、上記第1の実施形態においては、図7のステップS31で、θ=θOFSであるときに実角度θが目標角度θOFSに追従していると判断してオフセット加算処理を実行する場合について説明したが、モータ12のロータとステータとの磁界ベクトルのずれがあっても、磁界ベクトルずれを起因とするトルク変動が運転者に違和感を与えない範囲であれば、θ≒θOFSであってもオフセット加算処理を実行するようにしてもよい。
この場合、オフセット加算処理中に解除条件が成立した場合(ステップS29でYesの場合)には、ステップS35の処理を実行した後、実角度θと目標角度θOFSとのずれを段階的に戻すような処理を追加することもできる。
また、上記第1の実施形態においては、3相ブラシレスモータ12が操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは最大オフセット値を加算した後のモータの位置が操舵限界に達すると見込まれるときには、オフセット加算処理の作動を禁止する負荷分散処理禁止手段を設けることもできる。これにより、オフセット加算処理を適切な状況下でのみ作動することができ、操舵フィーリングをより向上させることができる。
また、上記第1の実施形態においては、3相ブラシレスモータ12が操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは最大オフセット値を加算した後のモータの位置が操舵限界に達すると見込まれるときには、オフセット加算処理の作動を禁止する負荷分散処理禁止手段を設けることもできる。これにより、オフセット加算処理を適切な状況下でのみ作動することができ、操舵フィーリングをより向上させることができる。
さらにまた、上記第1の実施形態においては、3相ブラシレスモータ12が操舵限界に達して停止状態となったと判断したときには、オフセット加算処理で加算するオフセット値を操舵限界とは逆方向に設定することもできる。この場合にも、操舵フィーリングをより向上させることができる。
さらに、上記第1の実施形態においては、相転流させるために実角度にオフセット値を加算している最中は電流積算を行わない場合について説明したが、相転流させるためのオフセット加算中も電流値を積算して各相の負荷状態を監視し、状況に応じてオフセットさせる角度の符号を変更するなどして、さらに効果のある負荷分散処理を行うこともできる。
さらに、上記第1の実施形態においては、相転流させるために実角度にオフセット値を加算している最中は電流積算を行わない場合について説明したが、相転流させるためのオフセット加算中も電流値を積算して各相の負荷状態を監視し、状況に応じてオフセットさせる角度の符号を変更するなどして、さらに効果のある負荷分散処理を行うこともできる。
次に、本発明における第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態において、相電流の積算値が一定以上であるときにモータが高負荷状態であると判断しているのに対し、操舵トルク値の絶対値が一定以上であるときにモータが高負荷状態であると判断するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態の相電流監視部52では、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tが入力されて図8に示す負荷状態判断処理を実行する。この相電流監視部52の処理以外は前述した第1の実施形態と同様の処理を実行するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態において、相電流の積算値が一定以上であるときにモータが高負荷状態であると判断しているのに対し、操舵トルク値の絶対値が一定以上であるときにモータが高負荷状態であると判断するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態の相電流監視部52では、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tが入力されて図8に示す負荷状態判断処理を実行する。この相電流監視部52の処理以外は前述した第1の実施形態と同様の処理を実行するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
先ず、図8のステップS41では、オフセット加算処理部53で設定されるオフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、OFS=1であるときには負荷状態判断処理を終了する。
一方、前記ステップS41で、オフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中でないことを意味する“0”にリセットされていると判定したときには、ステップS42に移行する。
一方、前記ステップS41で、オフセット加算フラグOFSが、オフセット加算中でないことを意味する“0”にリセットされていると判定したときには、ステップS42に移行する。
ステップS42では、前記モータ停止判定部51から出力されるモータ停止状態フラグMSが、モータ停止状態であることを意味する“1”にセットされているか否かを判定し、MS=1であるときにはステップS43に移行し、MS=0であるときにはそのまま負荷状態判断処理を終了する。
ステップS43では、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tを読み込み、ステップS44に移行する。
ステップS43では、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tを読み込み、ステップS44に移行する。
ステップS44では、前記ステップS43で読み込んだトルク検出値Tの絶対値が、所定のトルク閾値T1以上である否かを判定する。ここで、トルク閾値T1は、運転者が大きな操舵操作をしており3相ブラシレスモータ12が高負荷状況にあると判断できる程度の値に設定する。
そして、このステップS44で、|T|≧T1であると判定したときには、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断してステップS45に移行し、|T|<T1であると判定したときにはそのまま負荷状態判断処理を終了する。
そして、このステップS44で、|T|≧T1であると判定したときには、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断してステップS45に移行し、|T|<T1であると判定したときにはそのまま負荷状態判断処理を終了する。
ステップS45では、高負荷状態検出信号Fを出力してステップS46に移行し、モータ回転角のオフセット値を決定してから負荷状態判断処理を終了する。ここで、前記オフセット値は、モータの高負荷状態及びモータの相の数に応じて設定する。
次に、第2の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、車両が直進走行中であり、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tが略零であるものとする。この場合には、モータ停止判定部51で3相ブラシレスモータ12が停止状態にあると判定された場合であっても、相電流監視部52では、図8のステップS44でNoと判定されて3相ブラシレスモータ12が高負荷状態にないと判断されるため、高負荷状態検出信号Fを出力することはない。
次に、第2の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、車両が直進走行中であり、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tが略零であるものとする。この場合には、モータ停止判定部51で3相ブラシレスモータ12が停止状態にあると判定された場合であっても、相電流監視部52では、図8のステップS44でNoと判定されて3相ブラシレスモータ12が高負荷状態にないと判断されるため、高負荷状態検出信号Fを出力することはない。
したがって、図4のスイッチA及びBは実線で示す状態となり、モータ角度出力部32は、ロータ位置検出回路13で検出したモータ実回転角θをそのままモータ回転角θmとして出力するため、通常の操舵補助制御が実施される。
一方、運転者が比較的大きなステアリング操作を行っている場合には、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tの絶対値が所定値T1以上となるため、モータ停止判定部51で3相ブラシレスモータ12が停止状態にあると判定されると、相電流監視部52では、図8のステップS44でYesと判定し、ステップS45で高負荷状態検出信号Fを出力する。
一方、運転者が比較的大きなステアリング操作を行っている場合には、トルクセンサ3で検出したトルク検出値Tの絶対値が所定値T1以上となるため、モータ停止判定部51で3相ブラシレスモータ12が停止状態にあると判定されると、相電流監視部52では、図8のステップS44でYesと判定し、ステップS45で高負荷状態検出信号Fを出力する。
したがって、図4のスイッチA及びBは破線で示す状態となり、モータ角度出力部32は、モータ実回転角θに対してオフセット加算処理を施した値をモータ回転角θmとして出力する。そして、このモータ回転角θmをもとに操舵補助制御が実施される。
このように、上記第2の実施形態では、電動モータが停止状態にあると判断されたときの操舵トルク値の絶対値が所定値以上であるときに、当該モータが高負荷状態にあると判断するので、電動モータの負荷状態を判断するロジックを簡素化することができる。
このように、上記第2の実施形態では、電動モータが停止状態にあると判断されたときの操舵トルク値の絶対値が所定値以上であるときに、当該モータが高負荷状態にあると判断するので、電動モータの負荷状態を判断するロジックを簡素化することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態は、前述した第1及び第2の実施形態において、操舵補助力制御で用いるモータ回転角をオフセットすることでモータの通電相を切り替えているのに対し、操舵補助力制御で用いる操舵トルクをオフセットすることでモータの通電相を切り替えるようにしたものである。
この第3の実施形態は、前述した第1及び第2の実施形態において、操舵補助力制御で用いるモータ回転角をオフセットすることでモータの通電相を切り替えているのに対し、操舵補助力制御で用いる操舵トルクをオフセットすることでモータの通電相を切り替えるようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態の制御演算装置23の具体的構成を図9に示すように、前述した第1及び第2の実施形態の制御演算装置23において、モータ角度出力部32を削除し、電気角変換部33ではロータ位置検出回路13で検出したモータ回転角θ(=θm)をもとに電気角θe及び電気角速度ωeを出力するようにする。また、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTが入力されて、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断したときに操舵トルクTをオフセットした値を出力する操舵トルク出力部38を追加する。そして、それ以外は図3と同様の処理を実行するため、処理の異なる部分を中心に説明する。
操舵トルク出力部38では、前述した第1又は第2の実施形態のモータ停止判定部51及び相電流監視部52と同様に、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であるか否かを判定し、停止状態且つ高負荷状態でないと判定した場合には、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTをそのまま操舵補助電流指令値演算部31に出力する。
一方、停止状態且つ高負荷状態であると判定した場合には、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTにゲインGを乗じた値を操舵補助電流指令値演算部31に出力する。
一方、停止状態且つ高負荷状態であると判定した場合には、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTにゲインGを乗じた値を操舵補助電流指令値演算部31に出力する。
ここで、ゲインGは、モータ回転速度ωが“0”である場合には、この状態が継続する時間に応じて、その初期値(例えば、G=1)に対して小さくする。また、0<ω≦ωTHである場合には、先に算出されたゲインを維持する。
なお、ゲインGは、前記回転速度閾値ωTHより小さい回転速度閾値ω1を用いて、モータ回転速度ωが0≦ω≦ω1である場合に、この状態が継続する時間に応じてその初期値に対して小さくし、モータ回転速度ωがω1<ω≦ωTHである場合に、先に算出されたゲインを維持するようにすることもできる。
なお、ゲインGは、前記回転速度閾値ωTHより小さい回転速度閾値ω1を用いて、モータ回転速度ωが0≦ω≦ω1である場合に、この状態が継続する時間に応じてその初期値に対して小さくし、モータ回転速度ωがω1<ω≦ωTHである場合に、先に算出されたゲインを維持するようにすることもできる。
また、この操舵トルクTに対するゲイン倍処理は、所定の高負荷状態解除条件が成立したときに解除する(G=1とする)ものとする。ここで、上記高負荷状態解除条件が成立した状態とは、モータ回転速度ωが回転速度閾値ωTHより大きい状態をいう。
この高負荷状態解除条件が成立すると、トルクセンサ3で検出された操舵トルクTに乗じるゲインGは“1”に戻される。ゲインGを“1”に戻す場合、戻す前のゲインとの間に一定以上の差があり、ゲインGを瞬時に“1”まで戻すと操舵の違和感を生じさせるおそれがある場合には、操舵トルクTやゲイン倍処理の継続時間、オフセット値等の関数を用いて段階的にゲインGを“1”まで戻すようにする。
この高負荷状態解除条件が成立すると、トルクセンサ3で検出された操舵トルクTに乗じるゲインGは“1”に戻される。ゲインGを“1”に戻す場合、戻す前のゲインとの間に一定以上の差があり、ゲインGを瞬時に“1”まで戻すと操舵の違和感を生じさせるおそれがある場合には、操舵トルクTやゲイン倍処理の継続時間、オフセット値等の関数を用いて段階的にゲインGを“1”まで戻すようにする。
なお、ゲインGの変化リミッタを用いるなどにより、急激なゲイン変化を防止するようにしてもよい。
次に、第3の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、モータ回転角θの変化率が所定時間“0”となって、モータが停止状態であると判断されたものとする。このとき、運転者が比較的大きなステアリング操作を行っており、操舵トルクTのトルク閾値|T|が所定値T1以上であるものとすると、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断される。
次に、第3の実施形態の動作及び効果について説明する。
今、モータ回転角θの変化率が所定時間“0”となって、モータが停止状態であると判断されたものとする。このとき、運転者が比較的大きなステアリング操作を行っており、操舵トルクTのトルク閾値|T|が所定値T1以上であるものとすると、3相ブラシレスモータ12が停止状態且つ高負荷状態であると判断される。
このとき、モータ回転速度ωは“0”であるので、操舵トルク出力部38では、ゲインGを初期値に対して小さく算出し、そのゲインGをトルクセンサ3で検出した操舵トルクTに乗じた値を操舵補助電流指令値演算部31に出力する。したがって、ゲインGを乗じた操舵トルクTと車速Vsとに基づいて、操舵補助力制御が実施される。
その後もω=0の状態が継続すると、操舵トルク出力部38は、ゲインGを初期値に対して徐々に小さい値に算出する。これにより、操舵トルク出力部38から出力される操舵トルクTは、トルクセンサ3で検出された操舵トルクTに対して徐々に大きな値となる。
その後もω=0の状態が継続すると、操舵トルク出力部38は、ゲインGを初期値に対して徐々に小さい値に算出する。これにより、操舵トルク出力部38から出力される操舵トルクTは、トルクセンサ3で検出された操舵トルクTに対して徐々に大きな値となる。
その後、モータ回転速度ωが徐々に大きくなって回転速度閾値ωTHより大きくなると、高負荷状態解除条件が成立したものと判断されて、ゲインGを初期値“1”に戻す処理が行われる。これにより、通常の操舵補助力制御に復帰し、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTがそのまま操舵補助力制御に用いられる。
このように、上記第3の実施形態では、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、操舵補助力制御に用いる操舵トルクをゲイン倍することで電動モータを回転させるので、比較的簡易な構成で、確実に大電流が通電する相を切り替えることができる。
このように、上記第3の実施形態では、電動モータが停止状態且つ高負荷状態であると判断したとき、操舵補助力制御に用いる操舵トルクをゲイン倍することで電動モータを回転させるので、比較的簡易な構成で、確実に大電流が通電する相を切り替えることができる。
なお、上記第3の実施形態においては、ゲインGをその初期値に対して徐々に小さくすることで操舵トルクTの量を徐々に大きくする場合について説明したが、ゲインGをその初期値に対して徐々に大きくすることで操舵トルクTに対する量を徐々に大きくすることもできる。また、このゲインGの変化方向は、ゲイン倍処理前の操舵トルクTの変化方向等に応じて決定することもできる。
1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…トルクセンサ、10…操舵補助機構、11…減速ギヤ、12…3相ブラシレスモータ、13…ロータ位置検出回路、20…操舵補助制御装置、21…車速センサ、31…操舵補助電流指令値演算部、32…モータ角度出力部、34…d軸指令電流算出部、35…d−q軸電圧算出部、36…q軸指令電流算出部、37…2相/3相変換部、38…操舵トルク出力部、42…PI制御部、43…PWM制御部、51…モータ停止判定部、52…相電流監視部、52a〜52c…積算処理部、52d…高負荷状態判断部、53…オフセット加算処理部
Claims (10)
- 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記操舵系に伝達する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値及び前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ駆動制御を行うモータ制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータが停止状態にあることを検出するモータ停止状態検出手段と、前記電動モータから電動モータ駆動回路までの負荷分散状態を検出する負荷分散状態検出手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記モータ停止状態検出手段で前記電動モータが停止状態であることを検出し、且つ前記負荷分散状態検出手段で前記電動モータから前記電動モータ駆動回路までの間が高負荷状態となっている要負荷分散状態であることを検出したとき、前記電動モータから前記電動モータ駆動回路までの負荷を分散させる負荷分散処理手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記負荷分散処理手段は、前記モータ回転角検出手段で検出されたモータ回転角に対し、所定のオフセット値を加算して、前記モータ駆動制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記負荷分散処理手段は、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに対し、所定のオフセット値を加算して、前記モータ駆動制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記負荷分散処理手段は、前記負荷分散状態検出手段で検出した負荷分散状態に応じて、最大オフセット値を設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記最大オフセット値は、前記電動モータの相の数に応じて設定されることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記負荷分散処理手段は、オフセット加算値を、前記最大オフセット値まで徐々に変化させる徐変手段を備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記徐変手段は、前記モータ回転角の変化率が所定値以下であるとき、微小オフセット値ずつ加算して前記オフセット加算値を徐々に増加し、前記モータ回転角の変化率が所定値より大きいとき、前記微小オフセット値を減少又は零とすることを特徴とする請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 所定条件を満たしたとき、前記負荷分散処理手段による負荷分散処理を解除する負荷分散処理解除手段を備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電動モータが操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは前記負荷分散処理手段で決定される最大オフセット値を加算した後の前記電動モータの位置が操舵限界に達すると見込まれるとき、前記負荷分散処理手段による負荷分散処理を禁止する負荷分散処理禁止手段を備えることを特徴とする請求項2〜8の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記負荷分散処理手段は、前記電動モータが操舵限界に達して停止状態となったと判断したとき、若しくは前記負荷分散処理手段で決定される最大オフセット値を加算した後の前記電動モータの位置が操舵限界に達すると見込まれるとき、負荷分散処理で加算するオフセット値を操舵限界とは逆方向に設定することを特徴とする請求項2〜8の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
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JP2006296796A JP2008118729A (ja) | 2006-10-31 | 2006-10-31 | 電動パワーステアリング装置 |
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JP2009298371A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Jtekt Corp | 車両用操舵装置 |
-
2006
- 2006-10-31 JP JP2006296796A patent/JP2008118729A/ja active Pending
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