JP2011046236A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件(飽和率S>飽和率判定閾値Sh)が非成立である旨判断される場合であれ、ωI制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御の実行を解除することなく継続して行う。このため、弱め界磁制御及びωI制御が交互に動作と実行を繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。したがって、ステアリングの円滑な操舵が維持される。
【選択図】図5
Description
まず電動パワーステアリング装置の概略的な構成について説明する。図1に示すように、電動パワーステアリング装置1において、ステアリングホイール2と一体回転するステアリングシャフト3は、ステアリングホイール2側からコラムシャフト8、インターミディエイトシャフト9及びピニオンシャフト10の順に連結されてなる。ピニオンシャフト10はこれに直交して設けられるラック軸5のラック部分5aに噛合されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ピニオンシャフト10及びラック部分5aからなるラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸5の両端に連結されたタイロッド11を介して図示しないナックルアームに伝達されることにより、転舵輪12の舵角が変更される。
次に、電動パワーステアリング装置の電気的構成について説明する。
図2に示されるように、電子制御装置23は、モータ制御信号を生成するマイクロコンピュータ31と、当該マイクロコンピュータ31により生成されるモータ制御信号に基づいてモータ21に3相の駆動電力を供給するモータ駆動回路32とを備えてなる。
次に、このマイクロコンピュータ31の構成について詳細に説明する。
図2に示されるように、マイクロコンピュータ31は、基本アシスト演算部41、減算器42、ω換算部43、2相変換部44、ωI制御演算部45、弱め界磁制御演算部46、PI演算部47、3相変換部48、デューティ演算部49、及びモータ制御信号出力部50を備えてなる。なお、各部は、マイクロコンピュータ31の図示しない不揮発性メモリに格納される各種の制御プログラムに基づく各種の演算機能をブロックとして示したものである。各部の演算結果などは図示しない揮発性メモリに一時的に格納される。以下、マイクロコンピュータ31の各部で実行される演算処理の概要を説明する。
基本アシスト演算部41は、トルクセンサ28を通じて取得される操舵トルクτ及び車速センサに基づき取得される車速Vに基づいて、基本アシスト電流値I0を演算する。具体的には、取得される操舵トルクτ(正確には、その絶対値)が大きいほど、また車速Vが小さいほど、絶対値の大きな基本アシスト電流値I0を演算する。基本アシスト演算部41は、演算結果を減算器42へ出力する。この基本アシスト電流値I0は、後述するωI制御が実行されない場合には、q軸電流指令値となる。
ω換算部43は、回転角センサ21aを通じて取得されるモータ21の回転角θを回転速度(操舵速度)ωに変換する。
2相変換部44は、回転角センサ21aにより検出されるモータ21の回転角閧ノ基づき、各電流センサ21u,21v,21wを通じて取得されるモータ21の各相電流値Iu,Iv,Iwを、d/q座標系におけるd軸電流値Id及びq軸電流値Iqに変換(d/q変換)する。
ωI制御演算部45は、ω換算部43を通じて取得されるモータ21の回転速度ωに基づきq軸電流指令値Iq*を制限するωI制御を行う。すなわち、ωI制御演算部45は、モータ21び回転速度ωに基づきq軸電流制限値Iq_limを演算し、その算出されるq軸電流制限値Iq_limと基本アシスト演算部41により算出される基本アシスト電流値I0との比較結果に基づき、基本アシスト電流値I0を制限する必要性の有無を判断する。ωI制御演算部45は、基本アシスト電流値I0を制限する必要がある旨判断される場合にのみ算出したq軸電流制限値Iq_limを減算器42へ出力する。また、ωI制御演算部45は、ωI制御の実行の有無に基づき動作フラグをセットするとともに、当該動作フラグのオンオフ状態を示す信号を、後述する弱め界磁制御演算部46へ出力する。
減算器42は、基本アシスト演算部41により算出される基本アシスト電流値I0、及びωI制御演算部45の演算結果に基づきq軸電流指令値Iq*を演算する。減算器42は、ωI制御演算部45によりωI制御が実行される場合、すなわちωI制御演算部45からq軸電流制限値Iq_limが入力されるときには、基本アシスト電流値I0からq軸電流制限値Iq_limを減算し、その結果をq軸電流指令値Iq*として算出する。また、ωI制御演算部45によりωI制御が実行されない場合、すなわちωI制御演算部45からq軸電流制限値Iq_limが入力されないときには、基本アシスト電流値I0をそのままq軸電流指令値Iq*として算出する。
弱め界磁制御演算部46は、ω換算部43により生成されるモータ21の回転速度ωに応じてd軸電流指令値Id*を負の値とする弱め界磁制御を実行する。詳述すると、回転速度ωが増大するにつれて各相のモータコイルに生ずる逆起電力もまた増大するところ、モータ21の回転速度には上限(基底速度)がある。しかし、d軸電流指令値Id*を負の値、すなわち負方向のd軸電流を流すことにより、d軸電機子反作用による減磁起磁力を利用してd軸方向の磁束を減少させて誘起電圧を低く抑えることが可能である。これにより、基底速度を超えた高速領域までモータ21の運転範囲(回転領域)が拡張可能となる。
PI(比例−積分)演算部47は、q軸電流指令値Iq*及びq軸電流値Iqの差の値であるq軸電流偏差ΔIq、並びにd軸電流指令値Id*及びd軸電流値Idの差の値であるd軸電流偏差ΔIdを演算する。そしてPI演算部47は、これら算出されるq軸電流偏差ΔIq及びd軸電流偏差ΔIdに、所定のフィードバックゲイン(PIゲイン)を乗ずることにより、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を演算する。
3相変換部48は、モータ21の回転角θに応じて、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を、3相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換する。
デューティ演算部49は、各電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対応するデューティ指令値Du,Dv,Dwを生成する。
モータ制御信号出力部50は、各デューティ指令値Du,Dv,Dwにより規定されるデューティ比(オンデューティ)を有するモータ制御信号を生成する。モータ制御信号出力部50は、モータ制御信号の各スイッチング素子(正確には、そのゲート端子)への供給を通じて、モータ駆動回路32の駆動、ひいてはモータ21への電力の供給を制御する。
次に、前述のように構成された電動パワーステアリング装置による操舵補助制御の処理手順を図3のフローチャートについて説明する。当該フローチャートは、操舵補助制御のメインルーチンであって、マイクロコンピュータ31の図示しない不揮発性メモリに格納される各種の制御プログラムに従って実行される。
図3に示されるように、マイクロコンピュータ31は、トルク信号(操舵トルクτ)及び車速信号(車速V)を読み込み(ステップS101)、これらトルク信号及び車速信号に基づき基本アシスト電流値I0を演算する(ステップS102)。
次に、ωI制御の処理手順を図4のフローチャートに従って説明する。ωI制御は、操舵補助制御のメインルーチン中のサブルーチン処理として、先の図3のフローチャートのステップS103に処理が移行された際に実行される。ωI制御は、モータ21の回転速度ω(ステアリングの操舵速度)に基づき、モータ21に対する電流制限を実行する制御である。
次に、弱め界磁制御の処理手順を図5のフローチャートに従って説明する。弱め界磁制御は、操舵補助制御のメインルーチン中のサブルーチン処理として、先の図3のフローチャートのステップS106に処理が移行された際に実行される。弱め界磁制御は、電圧飽和等に起因して操舵補助動作の追従性が低下するおそれがある場合に実行される。なお、電圧飽和とは、前述したように、モータ21の高速回転時等において、要求出力電圧がモータ駆動回路に印加可能とされる最大電圧(例えば電源電圧)を上回る状態をいう。
・S=√(Iq2+Id2)
また、飽和率判定閾値Shは、車両の走行状態及びモータ21の回転速度ω等により異なり、概ね80%以上の値(例えば93%)とされる。
マイクロコンピュータ31は、前回のd軸電流指令値Id*の絶対値が0よりも大きな値ではない旨判断される場合(ステップS303でNO)には、当該サブルーチンに係る処理を終了する。ここで、前回のd軸電流指令値Id*の絶対値が0よりも大きな値にならない場合とは、基本的には弱め界磁制御が実行されていないときのみである。これは前述したように、本例では、弱め界磁制御が実行されない場合には、d軸電流指令値Id*の値が0とされるからである。したがって、この場合(ステップS303でNO)には、マイクロコンピュータ31は、弱め界磁制御の実行が解除された状態に維持されていた旨判断する。
・「ω<B」かつ「Iq<C」
・「ω<D」かつ「Iq<E」
ただし、Bは第1の回転速度判定閾値、Dは第2の回転速度判定閾値である。また、Cは第1のトルク判定閾値、Eは第2のトルク判定閾値である。これら第1及び第2の回転速度判定閾値B,D、並びに第1及び第2のトルク判定閾値C,Eは、モータの仕様及び要求される出力等に基づき予め設定される。これら条件式中の第1及び第2の回転速度判定閾値B,D、並びに第1及び第2のトルク判定閾値C,Eの大小関係は、それぞれ次の通りである。
・C<E
マイクロコンピュータ31は、前記2つの条件式のいずれも成立しない旨判断される場合(ステップS305でNO)には、弱め界磁制御の実行をそのまま継続する。すなわち、マイクロコンピュータ31は、ステップS302へ処理を移行して、前述と同様にd軸電流指令値Id*を演算して当該サブルーチンに係る処理を終了する。
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件(飽和率S>飽和率判定閾値Sh)から外れた場合であれ、ωI制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行する。このため、弱め界磁制御及びωI制御が交互に動作と実行を繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。したがって、ステアリングの円滑な操舵が維持される。
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・図4のフローチャートにおけるステップS204の処理、すなわちωI制御の実行可否の判定処理を省略してもよい。この場合であれ、ステアリングの円滑な操舵が維持される。すなわち、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件から外れた場合であれ、ωI制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御が継続して実行されることに変わりはない。このため、弱め界磁制御及びωI制御が交互に動作と実行を繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。
<他の技術的思想>
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
Claims (3)
- 操舵補助力を発生する3相のモータに対する電流指令値としてdq座標系のd軸電流指令値及びq軸電流指令値を演算し、検出される前記モータの各相の電流値を前記dq座標系のd軸電流値及びq軸電流値に変換してこれらの値を前記d軸電流指令値及びq軸電流指令値に追従させるべくフィードバック制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記モータの回転速度に応じて前記q軸電流指令値の値を制限するωI制御を実行する第1の演算部と、特定の動作条件が成立する旨判断される場合に前記モータの回転速度に応じて前記d軸電流指令値を負の値とする弱め界磁制御を実行する第2の演算部と、を備え、
前記弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合には、前記第1の演算部によるωI制御の実行中であるか否かの判断を行い、ωI制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行する電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記第2の演算部による弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合、前記第1の演算部によるωI制御の実行が停止されている旨判断されるときには、前記モータの回転速度及びq軸電流値がそれぞれ特定の閾値未満の値となるのを待ってから、第2の演算部による弱め界磁制御の実行を解除する電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記第1の演算部によるωI制御の実行に際して、前記第2の演算部による弱め界磁制御が実行される可能性の有無を判断し、当該弱め界磁制御が実行される可能性がない旨判断される場合にのみ、前記ωI制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置。
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