JP2008154308A

JP2008154308A - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP2008154308A
Application number: JP2006336733A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Akusawa; 健阿久沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】電動パワーステアリングの作動時の低騒音化を実現すること。
【解決手段】非干渉制御部１３は、モータ電気角θ，ｄ軸検出電流ｉｄ，ｑ軸検出電流ｉｑに基づいて、φマップ１３１，Ｌｄマップ１３２，Ｌｑマップ１３３から鎖交磁束Ψ^*，ｄ軸インダクタンスＬｄ^*，ｑ軸インダクタンスＬｑ^*をそれぞれ求める。そして、非干渉制御部１３は、こうして求めた鎖交磁束Ψ^*，ｄ軸インダクタンスＬｄ^*，ｑ軸インダクタンスＬｑ^*に基づいて、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*からｄ軸ｑ軸間の干渉成分が除去されるように、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング制御装置に関し、特に、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置に関する。

従来、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）において、モータの作動時に騒音が発生する問題がある。騒音の原因としては、例えばモータのトルクむらや、ギア等の機械構成部品の振動がある。

ところで、３相ブラシレスモータを制御する際には、ＵＶＷの３相にて制御するのではなく、ＵＶＷの３相をｄ軸ｑ軸の２軸座標へと座標変換し、ｄ軸ｑ軸の２相にて制御するのが一般的である。モータをｄｑモデルにて見立てると、その電気方程式は下記のように表現される。

上記の式で示されるように、ｄ軸電流にはｑ軸電流に依存する成分（干渉項）が含まれており、同様にｑ軸電流にはｄ軸電流に依存する成分（干渉項）が含まれているので、このままではｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御できない。そこで、ｄ軸電流とｑ軸電流を独立に制御可能とするために、これらの干渉項をフィードフォワード制御により予め差し引く制御が従来行われている。このような制御のことを非干渉制御と呼ぶ。

上記のような非干渉制御を行う従来の装置として、特許文献１に開示されている装置がある。この従来の装置では、非干渉制御補正値計算部において、上記のような非干渉制御が行われる。具体的には、非干渉制御補正値計算部において、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*を補正するための非干渉制御補正値としてω・Ｌｑ・ｉｑが計算され、ｑ軸指令電圧ｖｑ^*を補正するための非干渉制御補正値として−ω（Ψ＋Ｌｄ・ｉｄ）が計算される。そして、こうして計算された非干渉制御補正値に基づいてｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*が補正される（図６参照）。
特開２００１−１８８２２号公報

ところで、上記のような従来の非干渉制御では、Ｌｄ，Ｌｑ，Ψは一定の定数として扱われている。しかしながら実際には、これらの値はモータに流れる電流や回転子の角度に依存して脈動または変動しているので、ＥＰＳ用モータのように使用領域が低回転〜高回転，低トルク〜高トルクと広いモータを利用する場合には、そのような脈動または変動による騒音への影響が無視できなくなるという問題がある。

つまり、Ｌｄ，Ｌｑ，Ψは一定の定数として扱った場合、その脈動または変動によってトルクの脈動が生じ、その結果、フィードバックされる電流（モータに流れる電流）が変動し、この電流の変動がＬｄ，Ｌｑ，Ψの実際の値の変動に繋がり、これによってさらにトルクの脈動が引き起こされるという悪循環が生じてしまう。

それゆえに本発明は、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ，鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御を行うことによって、電動パワーステアリングの作動時の低騒音化を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。

本発明の電動パワーステアリング制御装置は、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置である。この電動パワーステアリング制御装置は、ｄ軸指令電圧およびｑ軸指令電圧からｄ軸ｑ軸間の干渉成分が除去されるように、これらのｄ軸指令電圧およびｑ軸指令電圧を補正する非干渉制御部と、ブラシレスモータの回転子の角度を検出する角度検出手段および／またはブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段とを備える。非干渉制御部は、角度検出手段によって検出された角度および／または電流検出手段によって検出された電流に基づいてｄ軸ｑ軸間の干渉成分を算出する。

なお、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度と鎖交磁束との関係を示すφマップにより、ｑ軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。

また、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、ｄ軸インダクタンスとの関係を示すＬｄマップにより、ｑ軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。

また、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、ｑ軸インダクタンスとの関係を示すＬｑマップにより、ｄ軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。

前記のように構成した本発明においては、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ，鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御を行うことによって、電動パワーステアリングの作動時の騒音を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置について図面を参照して説明する。

本実施形態の電動パワーステアリング制御装置は、図１のように、ｄ軸ＰＩ制御部１１
，ｑ軸ＰＩ制御部１２，非干渉制御部１３，２相／３相変換部１４，ＰＷＭ指令値演算部１５，Ｄ／Ｔ補償部１６，ＰＷＭ生成部１７，インバータ１８，電流センサ１９，ブラシレスモータ２０，回転角センサ２２，角度変換部２３および３相／２相変換部２１を備える。ただし、車両の操舵ハンドルの操舵操作に応じたｄ軸指令電流およびｑ軸指令電流を算出する部分の構成については、公知の技術であるため（例えば前述の特許文献１参照）、図示を省略する。

まず、操舵ハンドルの回動操作によって生じる操舵トルク等に基づいて、ｄ軸指令電流ｉｄ^*およびｑ軸指令電流ｉｑ^*が決定される。ｄ軸指令電流ｉｄ^*およびｑ軸指令電流ｉｑ^*は、ブラシレスモータ２０の回転子と同期した回転座標系において、回転子上の永久磁石と同一方向のｄ軸及びこれに直交したｑ軸にそれぞれ対応する。

ｄ軸ＰＩ制御部１１には、ｄ軸指令電流ｉｄ^*から、３相／２相変換部２１より出力されるｄ軸検出電流ｉｄを減算することによって得られる差分値Δｉｄが入力される。同様に、ｑ軸ＰＩ制御部１２には、ｑ軸指令電流ｉｑ^*から、３相／２相変換部２１より出力されるｑ軸検出電流ｉｄを減算することによって得られる差分値Δｉｑが入力される。

ｄ軸ＰＩ制御部１１は、差分値Δｉｄに基づいて、ｄ軸検出電流ｉｄがｄ軸指令電流ｉｄ^*に追従するように、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*を計算する。同様に、ｑ軸ＰＩ制御部１２は、差分値Δｉｑに基づいて、ｑ軸検出電流ｉｑがｑ軸指令電流ｉｑ^*に追従するように、ｑ軸指令電圧ｖｑ^*を計算する。

ｄ軸ＰＩ制御部１１によって計算されたｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸ＰＩ制御部１２によって計算されたｑ軸指令電圧ｖｑ^*は、非干渉制御部１３に入力される。

非干渉制御部１３は、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*からｄ軸ｑ軸間の干渉成分（すなわちｄ軸ｑ軸間で干渉し合う速度起電力）が除去されるように、入力されるｄ軸指令電圧およびｑ軸指令電圧を補正する。具体的には、非干渉制御部１３は、角度変換部２３から出力されるモータ電気角θ，および３相／２相変換部２１から出力されるｄ軸検出電流ｉｄ，ｑ軸検出電流ｉｑに基づいて、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*を補正するための補正値をそれぞれ計算し、これらの補正値を用いてｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*をそれぞれ補正し、ｄ軸補正指令電圧ｖｄ^*＿ｎｅｗおよびｑ軸補正指令電圧ｖｑ^*＿ｎｅｗを出力する。非干渉制御部１３の詳細については後述する。

非干渉制御部１３から出力されるｄ軸補正指令電圧ｖｄ^*＿ｎｅｗおよびｑ軸補正指令電圧ｖｑ^*＿ｎｅｗは、２相／３相変換部１４に入力される。

２相／３相変換部１４は、ｄ軸補正指令電圧ｖｄ^*＿ｎｅｗおよびｑ軸補正指令電圧ｖｑ^*＿ｎｅｗを、３相指令電圧ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に変換する。これらの３相指令電圧ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*は、ＰＷＭ指令値演算部１５に入力される。

ＰＷＭ指令値演算部１５は、３相指令電圧ｖｕ^*，ｖｖ^*，ｖｗ^*に対応するＰＷＭ指令値を演算して出力する。

Ｄ／Ｔ補償部１６は、角度変換部２３から出力されるモータ電気角θに基づいて、インバータ制御におけるデッドタイムに起因するトルク脈動を防止するためのデッドタイム補償制御を行う。

ＰＷＭ生成部１７は、Ｄ／Ｔ補償部１６によって補正されたＰＷＭ指令値に基づいてＰ
ＷＭ信号を生成し、インバータ１８に出力する。

インバータ１８は、ＰＷＭ生成部１７より出力されるＰＷＭ信号に対応した３相の励磁電圧信号ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを発生して、これらの励磁電圧信号ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを３相の励磁電流路を介してブラシレスモータ２０にそれぞれ供給する。

電流センサ１９は、上記の３相の励磁電流路に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ（すなわちブラシレスモータ２０に流れる電流）をそれぞれ検出して３相／２相変換部２１に出力する。なお、電流センサ１９は、上記の３相の励磁電流路に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを全て実際に検出する必要はなく、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちのいずれか２つを検出しさえすれば、残りの１つは計算により求めることができる。

３相／２相変換部２１は、電流センサ１９によって検出された電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑに変換する。

ブラシレスモータ２０は、として、３相同期式永久磁石モータで構成した電動モータである。ブラシレスモータ２０は、インバータ１８から出力される３相の励磁電圧信号ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに基づいて駆動され、車両の操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与する。

回転角センサ２２は、ブラシレスモータ２０の回転子の回転角（モータ機械角）を検出する。

角度変換部２３は、ブラシレスモータ２０の極対数に応じて、回転角センサ２２によって検出されたモータ機械角を、モータ電気角θに変換する。

以上のように、本実施形態の電動パワーステアリング制御装置では、３相／２相変換部２１から出力されるｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑが、ｄ軸指令電流ｉｄ^*およびｑ軸指令電流ｉｑ^*にそれぞれ等しくなるようにフィードバック制御されることで、所望のトルクで回転するようにブラシレスモータ２０が制御される。

なお、図１に示した電動ブラシレスモータ制御装置は、インバータ１８，電流センサ１９，ブラシレスモータ２０，回転角センサ２２を除いて、電子回路ユニット内に収められてもよい。そして、電動ブラシレスモータ制御装置の各部は、ハードウェア回路により実現されてもよいし、マイクロコンピュータによるプログラム処理により実現されてもよい。

次に、非干渉制御部１３の詳細について説明する。

図２は、非干渉制御部１３における非干渉制御の原理を示す図であり、図３は、非干渉制御部１３の概略構成を示す図である。

前述したように、従来の非干渉制御では、鎖交磁束Ψ，ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑは一定の定数として扱われていた。一方、本実施形態の非干渉制御部１３では、鎖交磁束Ψは、モータ電気角θに応じて決定され、ｄ軸インダクタンスＬｄは、モータ電気角θとｄ軸検出電流ｉｄの組み合わせに応じて決定され，ｑ軸インダクタンスＬｑは、モータ電気角θとｑ軸検出電流ｉｑの組み合わせに応じて決定される。

φマップ１３１は、モータ電気角θと鎖交磁束Ψ^*との関係を示す情報である。図４に、φマップ１３１の一具体例を示す。

Ｌｄマップ１３２は、モータ電気角θおよびｄ軸検出電流ｉｄの組み合わせと、ｄ軸インダクタンスＬｄ^*との関係を示す情報である。図５に、Ｌｄマップ１３２の一具体例を示す。

Ｌｑマップ１３３は、モータ電気角θおよびｑ軸検出電流ｉｑの組み合わせと、ｑ軸インダクタンスＬｑ^*との関係を示す情報である。Ｌｑマップ１３３の具体例については、Ｌｄマップ１３２と同様のため、図示を省略する。

非干渉制御部１３は、角度変換部２３から出力されるモータ電気角θ，および３相／２相変換部２１から出力されるｄ軸検出電流ｉｄ，ｑ軸検出電流ｉｑに基づいて、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*およびｑ軸指令電圧ｖｑ^*を補正するための補正値をそれぞれ計算する。具体的には、非干渉制御部１３は、Ｌｑマップ１３３を参照して、ｄ軸指令電圧ｖｄ^*を補正するための補正値であるω・Ｌｑ^*・ｉｑを計算する。そして、ｄ軸ＰＩ制御部１１から出力されるｄ軸指令電圧ｖｄ^*から、この補正値を減算して、ｄ軸補正指令電圧ｖｄ^*＿ｎｅｗとして出力する。同様に、非干渉制御部１３は、φマップ１３１およびＬｄマップ１３２を参照して、ｑ軸指令電圧ｖｑ^*を補正するための補正値であるω（Ψ^*＋Ｌｄ^*・ｉｄ）を計算する。そして、ｑ軸ＰＩ制御部１２から出力されるｑ軸指令電圧ｖｑ^*に、この補正値を加算して、ｑ軸補正指令電圧ｖｑ^*＿ｎｅｗとして出力する。なお、角速度ωは、モータ電気角θを微分することによって計算される。

以上のように、本実施形態によれば、非干渉制御部１３において、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ，鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御が行われるので、電動パワーステアリングの作動時の騒音が抑制される。

なお、本実施形態では、鎖交磁束Ψが、モータ電気角θに応じて決定され、ｄ軸インダクタンスＬｄが、モータ電気角θとｄ軸検出電流ｉｄの組み合わせに応じて決定され，ｑ軸インダクタンスＬｑが、モータ電気角θとｑ軸検出電流ｉｑの組み合わせに応じて決定される例を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、鎖交磁束Ψ，ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑのうちの１つないし２つを一定の定数として扱っても構わない。例えば、鎖交磁束Ψをモータ電気角θに応じて決定し、残りのｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを一定の定数とみなして補正値を計算しても構わない。この場合でも、従来の非干渉制御（前述のように、従来の非干渉制御では鎖交磁束Ψ，ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑの全てが一定の定数として扱われる）に比べれば、騒音を抑制することができる。

本発明の電動パワーステアリング制御装置によれば、電動パワーステアリングの作動時の騒音を抑制できるので、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置として有用である。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示す図本発明の一実施形態に係る非干渉制御部１３における非干渉制御の原理を示す図本発明の一実施形態に係る非干渉制御部１３の概略構成を示す図本発明の一実施形態に係るφマップ１３１の一具体例本発明の一実施形態に係るＬｄマップ１３２の一具体例従来の非干渉制御の原理を示す図

符号の説明

１１ｄ軸ＰＩ制御部
１２ｑ軸ＰＩ制御部
１３非干渉制御部
１４２相／３相変換部
１５ＰＷＭ指令値演算部
１６Ｄ／Ｔ補償部
１７ＰＷＭ生成部
１８インバータ
１９電流センサ
２０ブラシレスモータ
２１３相／２相変換部
２２回転角センサ
２３角度変換部
１３１ φマップ
１３２Ｌｄマップ
１３３Ｌｑマップ

Claims

車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置であって、
ｄ軸指令電圧およびｑ軸指令電圧からｄ軸ｑ軸間の干渉成分が除去されるように、当該ｄ軸指令電圧およびｑ軸指令電圧を補正する非干渉制御部と、
ブラシレスモータの回転子の角度を検出する角度検出手段および／またはブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記非干渉制御部は、前記角度検出手段によって検出された角度および／または前記電流検出手段によって検出された電流に基づいてｄ軸ｑ軸間の干渉成分を算出する、電動パワーステアリング制御装置。
前記非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度と鎖交磁束との関係を示すφマップにより、ｑ軸指令電圧を補正するための補正値を算出する、請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、ｄ軸インダクタンスとの関係を示すＬｄマップにより、ｑ軸指令電圧を補正するための補正値を算出する、請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、ｑ軸インダクタンスとの関係を示すＬｑマップにより、ｄ軸指令電圧を補正するための補正値を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。