JP2012066728A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
従来、直流電源から供給される直流電圧をPWMインバータにより三相(U、V、W)の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するモータ制御装置がある。
PWMインバータ(図示しない)は、直列に接続された一対のスイッチング素子(パワーMOSFET等)からなるアームを基本単位として、各相に対応する3つのアームを並列接続することにより構成されている。そして、モータ制御装置は、各アームの高位側のスイッチング素子と低位側のスイッチング素子とを所定のタイミングで交互にオン/オフすることにより、モータに三相の駆動電力を供給する。
Conventionally, there is a motor control device that converts a DC voltage supplied from a DC power source into three-phase (U, V, W) driving power by a PWM inverter and supplies the driving power to a brushless motor.
A PWM inverter (not shown) is configured by connecting three arms corresponding to each phase in parallel, with an arm composed of a pair of switching elements (power MOSFET or the like) connected in series as a basic unit. Then, the motor control device supplies three-phase driving power to the motor by alternately turning on and off the high-order switching elements and the low-order switching elements of each arm at a predetermined timing.
こうしたモータ制御装置では、通常、高位側のスイッチング素子と低位側のスイッチング素子とのアーム短絡を防止するために、そのオン/オフの切替時には、各スイッチング素子が共にオフとなるデッドタイムが設けられている。しかし、このデッドタイムの存在により、電圧指令値とPWMインバータの出力電圧との間に誤差が生じ、これによりトルクリップルや振動、異音の原因となる電流歪みが発生するという問題があった。 In such a motor control device, normally, in order to prevent an arm short circuit between the high-order switching element and the low-order switching element, a dead time during which each switching element is turned off is provided at the time of on / off switching. ing. However, due to the existence of this dead time, an error occurs between the voltage command value and the output voltage of the PWM inverter, which causes a problem of current distortion that causes torque ripple, vibration, and abnormal noise.
特に、このようなモータ制御装置を使用する電動パワーステアリング装置(EPS)においては、トルクリップルや振動は操舵フィーリングを低下させると同時に、異音は車室内の静粛性を損なうものとなる。 In particular, in an electric power steering device (EPS) using such a motor control device, torque ripple and vibration reduce steering feeling, and abnormal noise impairs quietness in the passenger compartment.
そこで、従来、こうしたEPS用を含む多くのモータ制御装置では、デッドタイムに起因する電流歪みを抑制すべく、その電圧指令値と出力電圧との間の誤差を低減するデッドタイム補償が行なわれている。 Therefore, conventionally, in many motor control apparatuses including those for EPS, dead time compensation for reducing an error between the voltage command value and the output voltage is performed in order to suppress current distortion caused by the dead time. Yes.
例えば、非特許文献1には、図8に示すように、搬送波である三角波δとの比較により各スイッチング素子のオン/オフタイミングを決定するためのDUTY指令値αxに対し、その電流方向に応じて、予め設定されたデッドタイム補償量βを加算又は減算する方法が開示されている。
For example, in
これにより、図8に示す三角波δの周期T内にx相の出力電圧Vxが電源電圧Vbとなる時間(t3+t4又はt5+t6)と、デッドタイムを設けない場合(理想電圧波形)のその時間(t1+t2)とを等しくすることができ、電圧指令値とPWMインバータの出力電圧とを一致させてデッドタイムに起因する電流歪みを抑制することができるようになる。 As a result, the time (t3 + t4 or t5 + t6) when the output voltage Vx of the x phase becomes the power supply voltage Vb within the period T of the triangular wave δ shown in FIG. 8 and the case where no dead time is provided (ideal voltage waveform). The time (t1 + t2) can be made equal, and the voltage command value and the output voltage of the PWM inverter can be matched to suppress the current distortion caused by the dead time.
上述した従来の電動パワーステアリング装置では、駆動されるモータの各相電流値を検出し、検出された各相電流値の正負に応じて所定のデッドタイム補償量を各相電圧指令値に加算又は減算していた。しかし、各相電流値がゼロ近傍の小さな値になると、各相電流値のはねにより各相電流値の正負の判断が困難になるため、デッドタイム補償量を誤った方向に補正してしまい振動や異音を発生するおそれがあった。 In the above-described conventional electric power steering apparatus, each phase current value of the driven motor is detected, and a predetermined dead time compensation amount is added to each phase voltage command value according to the positive or negative of each detected phase current value. I was subtracting. However, if each phase current value becomes a small value near zero, it will be difficult to judge the positive / negative of each phase current value due to the splash of each phase current value, so the dead time compensation amount will be corrected in the wrong direction. There was a risk of vibration and abnormal noise.
上記課題について本願発明者は、デッドタイム補償量を「各相電流値の流れる方向」によって決定していることに原因があると考え、デッドタイム補償量を「各相電流指令値の正負」によって決定することとした。その結果、かなりの改善が見られたが、振動及び異音が消えたわけではなかった。その原因について、本願発明者は、モータが低速回転する場合には、モータの回転角を検出するモータ回転角センサにノイズが乗りやすく、各相電流指令値のはねが大きくなるためであると考えた。即ち、各相電流指令値がゼロに近い値になった場合には、各相電流指令値が正値と負値との間を頻繁にクロスするクロス現象が発生する。クロス現象が発生すると、各相電流指令値の正負の判断が困難になるため、デッドタイム補償量を誤った方向に補正してしまい、その結果、電流歪が却って助長され、振動及び異音が発生するおそれがある。 Regarding the above problem, the inventor of the present application considers that the cause is that the dead time compensation amount is determined by “the direction in which each phase current value flows”, and the dead time compensation amount is determined by “positive / negative of each phase current command value”. It was decided to decide. As a result, a considerable improvement was seen, but the vibrations and noises did not disappear. As for the cause, when the motor rotates at a low speed, the inventor of the present application is that noise is easily applied to the motor rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor, and the splash of each phase current command value becomes large. Thought. That is, when each phase current command value becomes a value close to zero, a cross phenomenon occurs in which each phase current command value frequently crosses between a positive value and a negative value. When the cross phenomenon occurs, it is difficult to determine whether each phase current command value is positive or negative, and thus the dead time compensation amount is corrected in the wrong direction.As a result, current distortion is promoted and vibration and noise are reduced. May occur.
本発明の目的は、モータからの振動及び異音の発生を低減し、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that reduces vibrations and abnormal noise from a motor and has a good steering feeling.
上記の課題を解決するため、請求項1の電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、前記モータの回転角を検出するモータ位置検出手段と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク及び前記車速検出手段により検出された車速に基づいて前記モータに対する駆動電力供給の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成手段と、前記モータ制御信号に基づき前記モータに対して駆動電力を出力するモータ駆動手段と、前記モータの各相に流れる各相電流値を検出する各相電流値検出手段と、を備え、前記モータ制御信号生成手段は、前記電流指令値演算手段により演算された前記電流指令値と前記各相電流値検出手段により検出された前記各相電流値をd/q座標系に変換したd/q座標系電流値との偏差に基づくフィードバック制御により各相DUTY指令値を生成する各相DUTY指令値生成手段と、前記電流指令値及び前記モータ位置検出手段により検出された回転角に基づいて前記モータの各相の電流指令値を生成する各相電流指令値生成手段と、前記各相電流指令値が正値である場合には、所定のデッドタイム補償量を前記各相DUTY指令値に加算し、前記各相電流指令値が負値である場合には、正負の符号を変えた前記デッドタイム補償量を前記各相DUTY指令値に加算することで前記モータ駆動手段のデッドタイムを補償するデッドタイム補償演算手段と、搬送波と前記デッドタイム補償後の各相DUTY指令値との比較によりモータ制御信号を出力するPWM出力手段と、を有し、前記デッドタイム補償演算手段は、前記各相電流指令値がゼロ値を含む所定範囲内にある場合には、前記デッドタイム補償を行わず、前記電流フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを、前記各相電流指令値が前記所定範囲外にある場合に比べて大きくすることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, an electric power steering apparatus according to
これにより、本請求項の電動パワーステアリング装置は、各相電流指令値がゼロ値を含む所定範囲内にあって、ノイズにより正値と負値の間を頻繁にクロスする場合であっても、その影響を小さくし、振動及び異音の発生を抑制することができる。 Thereby, even if the electric power steering device of the present invention is within a predetermined range in which each phase current command value includes a zero value and frequently crosses between a positive value and a negative value due to noise, The influence can be reduced and the occurrence of vibration and abnormal noise can be suppressed.
本請求項の電動パワーステアリング装置は、モータがモータ位置検出手段にノイズが乗りやすくなる低速で回転しており、各相電流指令値がゼロ値を含む所定範囲内にある場合には、デッドタイム補償量を加算又は減算することによってデッドタイムを補償するデッドタイム補償を行わず、各相電流指令値が所定範囲外にある場合に比べて電流フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大きくする。そのため、本請求項の電動パワーステアリング装置は、モータが低速回転し、相電流指令値がゼロ値に近い正値と負値との間を頻繁にクロスする場合であっても、各相DUTY指令値を補正するデッドタイム補償量をゼロとし、相電流指令値が所定範囲外にある場合に比べてフィードバックゲインを大きくすることによって電流フィードバック制御の応答性が向上し、電流歪みを効果的に抑制することができる。その結果、本請求項の電動パワーステアリング装置は、モータからの異音の発生を防止するとともに操舵フィーリングの向上を図ることができる。 In the electric power steering apparatus according to the present invention, when the motor rotates at a low speed at which noise is easily applied to the motor position detecting means, and each phase current command value is within a predetermined range including a zero value, the dead time The dead time compensation for compensating the dead time is not performed by adding or subtracting the compensation amount, and the feedback gain used for the current feedback control is increased as compared with the case where each phase current command value is outside the predetermined range. For this reason, the electric power steering device according to the present invention can be used for each phase DUTY command even when the motor rotates at a low speed and the phase current command value frequently crosses between a positive value and a negative value close to zero. The dead time compensation amount for correcting the value is zero, and the feedback gain is increased compared to when the phase current command value is outside the specified range, thereby improving the responsiveness of the current feedback control and effectively suppressing the current distortion. can do. As a result, the electric power steering apparatus according to the present invention can prevent the generation of noise from the motor and improve the steering feeling.
本発明によれば、モータからの振動及び異音の発生を低減し、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of the vibration and abnormal noise from a motor can be reduced, and the electric power steering control apparatus with a favorable steering feeling can be provided.
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置(以下、EPSという)に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のEPS1において、ステアリング2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されている。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、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。尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、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を連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の往復直線運動が、同ラック軸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に伝達されることにより、転舵輪12の舵角が変更される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention embodied in a column-type electric power steering apparatus (hereinafter referred to as EPS) will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, in the
また、EPS1は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するEPSアクチュエータ24と、EPSアクチュエータ24の作動を制御する制御手段としてのECU27とを備えている。
Further, the
本実施形態のEPSアクチュエータ24は、コラム型のEPSアクチュエータであり、その駆動源であるモータ21は、減速機構23を介してコラムシャフト8と駆動連結されている。EPSアクチュエータ24は、モータ21の回転を減速機構23により減速してコラムシャフト8に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。
The
ECU27には、車速センサ25(車速検出手段)、トルクセンサ26(操舵トルク検出手段)、及びモータ回転角センサ22が接続されている。ECU27は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速V、操舵トルクτ、及びモータ回転角θを検出する。例えば、本実施形態のトルクセンサ26は、一対のレゾルバが図示しないトーションバーの両端に設けられたツインレゾルバ型のトルクセンサである。また、ECU27は、これらの検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、モータ21への駆動電力の供給を通じて、EPSアクチュエータ24の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する。
A vehicle speed sensor 25 (vehicle speed detection means), a torque sensor 26 (steering torque detection means), and a motor
次に、本実施形態のEPS1における電気的構成について説明する。
図2は、本実施形態のEPS1の制御ブロック図である。同図に示すように、EPS1は、ECU27、モータ21、及びバッテリ28を備える。モータ21は、ブラシレスモータであり、モータ回転角θを検出するためのモータ回転角センサ22を有する。ECU27は、モータ制御信号を出力するCPU29と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ21に三相の駆動電力を供給するモータ駆動回路40(モータ駆動手段)と、モータ21に通電される各相電流値Iu、Iv、Iwを検出するための電流センサ30u、30v、30w(各相電流値検出手段)とを備える。
Next, an electrical configuration in the
FIG. 2 is a control block diagram of the
モータ駆動回路40は、直列に接続された一対のスイッチング素子(パワーMOSFET等)を基本単位(アーム)として各相に対応する3つのアームを並列接続してなる公知のPWMインバータである。
The
CPU29は、上記各センサ30u、30v、30w、22、26、25の出力信号に基づき検出されたモータ21の各相電流値Iu、Iv、Iw、及びモータ回転角θ、並びに上記操舵トルクτ、及び車速Vに基づいて、電流フィードバック制御を実行する。具体的にCPU29は、モータ駆動回路40を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するモータ制御信号をモータ駆動回路40に出力する。モータ制御信号が印加されると、モータ駆動回路40では、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン/オフする。これによりモータ駆動回路40は、バッテリ28の電源電圧に基づく三相のモータ駆動電力を生成して、モータ21へ出力する。
The
以下に示す各制御ブロックは、CPU29が実行するコンピュータプログラムにより実現される演算処理である。CPU29は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
Each control block shown below is a calculation process realized by a computer program executed by the
図2に示すように、CPU29は、モータ21を制御する電流指令値を演算する電流指令値演算部31(電流指令値演算手段)と、上記モータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部44(モータ制御信号生成手段)とを備える。
As shown in FIG. 2, the
電流指令値演算部31は、トルクセンサ26により検出された操舵トルクτ及び車速センサ25により検出された車速Vに基づいて、アシストトルクの制御目標であるq軸電流指令値Iq*を演算する。
Based on the steering torque τ detected by the
モータ制御信号生成部44は、モータ駆動回路40を構成するスイッチング素子のオン/オフタイミングを決定するDUTY指令値αu、αv、αwを生成する各相DUTY指令値生成部43(各相DUTY指令値生成手段)と、三相の相電流指令値Iu*、Iv*、Iw*(以下、各相電流指令値Ix*(x=u,v,w)ともいう)を生成するための各相電流指令値生成部35(各相電流指令値生成手段)と、所定範囲値εを決定する所定範囲値決定部45と、デッドタイム補償量βを取得するデッドタイム補償量記憶部42と、デッドタイムに起因する電流歪みを補償すべく各相のDUTY指令値αu、αv、αwを補正するデッドタイム補償演算部39と、を備える。デッドタイム補償演算部39により補正された補正後の各相DUTY指令値αu’、αv’、αw’は、PWM出力部41に入力される。
The motor control
各相DUTY指令値生成部43は、d/q変換演算部32と、PI制御演算部33、34と、フィードバックゲイン決定部36と、d/q逆変換演算部37と、各相DUTY指令値演算部38と、により構成される。詳述すると、d/q変換演算部32には、電流センサ30u、30v、30wにより検出された各相電流値Iu、Iv、Iw、及びモータ回転角センサ22により検出されたモータ回転角θが入力される。d/q変換演算部32は、入力されたモータ回転角θに基づいて、各相電流値Iu、Iv、Iwをd/q座標系のd軸電流値Id及びq軸電流値Iqに変換する。
Each phase DUTY command
d/q変換演算部32により演算されたd軸電流値Id及びq軸電流値Iq、並びに電流指令値演算部31により演算されたq軸電流指令値Iq*は、それぞれd、q各軸に対応するPI制御演算部33,34に入力される。本実施形態では、d軸に対応するPI制御演算部33には、d軸電流指令値Id*としてゼロ(Id*=0)が入力される。そして、PI制御演算部33は、d軸電流指令値Id*とd軸電流値Idとの偏差に基づきd軸電圧指令値Vd*を演算する(フィードバック制御)。同様に、PI制御演算部34は、q軸電流指令値Iq*とq軸電流値Iqとの偏差に基づきq軸電圧指令値Vq*を演算する(フィードバック制御)。
The d-axis current value Id and the q-axis current value Iq calculated by the d / q
フィードバックゲイン決定部36は、前記PI制御演算部33、34で実行するフィードバック制御のフィードバックゲインとしてのd軸比例ゲインKdp及びd軸積分ゲインKdi、並びにq軸比例ゲインKqp及びq軸積分ゲインKqiを決定する。
具体的には、フィードバックゲイン決定部36は、各相電流指令値Ix*の絶対値と上記各フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)とが各々関係付けられた後述する図7に示すゲインマップを有している。
The feedback
Specifically, the feedback
各PI制御演算部33、34により演算されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*は、モータ回転角センサ22により検出されたモータ回転角θとともにd/q逆変換演算部37に入力される。d/q逆変換演算部37は、モータ回転角θに基づきd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を三相の相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換し、各相DUTY指令値演算部38に出力する。各相DUTY指令値演算部38は、この各相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づいて、各相のDUTY指令値αu、αv、αwを生成する。
The d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * calculated by the PI
また、電流指令演算部31により演算されたq軸電流指令値Iq*及びd軸電流指令値Id*(Id*=0)は、モータ回転角θとともに各相電流指令値生成部35にも入力される。各相電流指令値生成部35は、モータ回転角θに基づきq軸電流指令値Iq*及びd軸電流指令値Id*を三相の相電流指令値Iu*、Iv*、Iw*に変換し、デッドタイム補償演算部39に出力する。
Further, the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command value Id * (Id * = 0) calculated by the current
また、電流指令演算部31により演算されたq軸電流指令値Iq*は、所定範囲値決定部45にも入力される。所定範囲値決定部45にはq軸電流指令値Iq*に対応する所定範囲値εを決定するマップが記憶されており、このマップに基づき入力されたq軸電流指令値Iq*に対応する所定範囲値εを決定する。図5に示すように、所定範囲値εは、各相電流指令値Ix*がゼロ値を含む所定範囲(−ε≦Ix*≦ε)にあることを判断する基準値となる。
Further, the q-axis current command value Iq * calculated by the current
デッドタイム補償演算部39には、各相DUTY指令値演算部38で演算された各相のDUTY指令値αx(x=u,v,w)、デッドタイム補償量記憶部42に予め記憶したデッドタイム補償量β、及び各相電流指令値生成部35で生成された各相電流指令値Ix*(x=u,v,w)が入力される。デッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値Ix*の正負に応じて、デッドタイム補償量βの正負を決定し、このデッドタイム補償量βを各相のDUTY指令値αxに加算又は減算することでデッドタイムに起因する電流歪みを補償する。デッドタイム補償演算部39は、補正後の各相DUTY指令値αx’をPWM出力部41に出力し、PWM出力部41は、補正後の各相DUTY指令値αx’に基づきモータ制御信号をモータ駆動回路40に出力する。
また、デッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値Ix*の絶対値がゼロ値を含む所定範囲内にあるか否かに応じて、前記PI制御演算部33、34のd軸比例ゲインKdp及びd軸積分ゲインKdi、並びにq軸比例ゲインKqp及びq軸積分ゲインKqiを決定するための状態フラグFLAGx(x=u,v,w)を設定し、フィードバックゲイン決定部36へ出力する。
In the dead time
Further, the dead time
ここで、モータ21が低速で回転すると、各相電流指令値Ix*の生成に用いるモータ回転角センサ22の出力信号にはノイズが乗りやすく、各相電流指令値Ix*のはねが大きくなるおそれがある。そのため、各相電流指令値Ix*がゼロ近傍にあるときには、各相電流指令値Ix*が正値と負値との間を頻繁にクロスするクロス現象が現れる。この現象が発生すると、各相電流指令値Ix*の正負の判断が困難になるとともに、デッドタイム補償量βの正負が頻繁に入れ替わってしまう。そのため、本来であれば、各相DUTY指令値αxにデッドタイム補償量βを加算すべきところを逆に減算してしまったり、減算すべきところを加算してしまう逆演算が発生する。その結果、却って電流歪が助長され、モータ21に振動及び異音が生じるおそれがある。
Here, when the
そこで、本実施形態のEPS1は、各相電流指令値Ix*がノイズによりゼロ近傍において、正値と負値との間を頻繁にクロスするおそれがある場合には、デッドタイム補償量βを加算又は減算する補正をしないこととした。具体的には、各相電流指令値Ix*の絶対値が所定値εより小さい場合には、デッドタイム補償を行わず、各相電流指令値Ix*が所定範囲外にある場合に比べてフィードバックゲインを大きくし、電流フィードバック制御の応答性が向上するようにした。ここで、具体的なフィードバックゲインの値は、実験等により決定される。
Therefore, the
次に、本実施形態のCPU29によるモータ制御の処理手順について説明する。
本実施形態おいて、CPU29は、定時割り込みにより所定周期毎(例えば200μ秒毎)に、図3のフローチャートに示すステップ301〜ステップ309の各処理を実行する。
Next, the motor control processing procedure by the
In the present embodiment, the
CPU29は、先ず、上記各センサ30u、30v、30w、22、26、25の出力信号に基づいて各状態量(相電流値Iu、Iv、Iw、モータ回転角θ、操舵トルクτ、車速V)を検出し(ステップ301)、続いてモータ21が発生するアシストトルクの制御目標であるq軸電流指令値Iq*、及びd軸電流指令値Id*(Id*=0)を演算する(ステップ302)。そして、上記ステップ301において検出された相電流値Iu、Iv、Iwをd/q変換により、d軸電流値Id及びq軸電流値Iqに変換する(ステップ303)。
First, the
次に、CPU29は、各相電流指令値Ix*に応じたd軸比例ゲインKdp及びd軸積分ゲインKdi、並びにq軸比例ゲインKqp及びq軸積分ゲインKqiを決定する。(ステップ304)
そして、ステップ305では、ステップ302で演算したd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*と、ステップ303で演算したd軸電流値Id及びq軸電流値Iqと、ステップ304において決定した各フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)に基づき、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を演算する。
Next, the
In step 305, the d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * calculated in step 302, the d-axis current value Id and q-axis current value Iq calculated in step 303, and determined in step 304. Based on each feedback gain (Kdp, Kdi, Kqp, Kqi), the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are calculated.
続いて、CPU29は、上記ステップ305において演算したd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*をd/q逆変換により、三相の各相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換する(ステップ306)。CPU29は、この各相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のDUTY指令値αu、αv、αwを生成する(ステップ307)。
Subsequently, the
次に、CPU29は、上記ステップ307で生成された各相DUTY指令値αu、αv、αwを補正する(ステップ308)。CPU29は、ステップ308において演算された補正後の各相DUTY指令値αu’、αv’、αw’に基づいてモータ制御信号(PWM)を生成し、そのモータ制御信号をモータ駆動回路40へと出力する(ステップ309)。
Next, the
次に、上記ステップ308におけるデッドタイム補償演算の詳細を図4のフローチャートに従って説明する。
CPU29のデッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値生成部35から各相電流指令値Ix*を取得し(ステップ401)、各相DUTY指令値演算部38から各相DUTY指令値αxを取得するとともに(ステップ402)、デッドタイム補償量記憶部42からデッドタイム補償量βを取得する(ステップ403)。そして、デッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値Ix*のゼロ近傍の所定範囲値決定部45から所定範囲値εを取得する(ステップ404)。
Next, details of the dead time compensation calculation in
The dead time
次に、デッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値Ix*の絶対値が、所定範囲値εの絶対値以下か否かを判断する(ステップ405)。各相電流指令値Ix*の絶対値が、所定範囲値εの絶対値以下の場合(ステップ405:YES)、即ち、各相電流指令値Ix*がゼロ近傍の所定範囲内にある場合、デッドタイム補償演算部39は、デッドタイム補償量βを補正せず、デッドタイム補償後の各相DUTY指令値αx’として(ステップ406)、フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)を決定する状態フラグFLAGxを1に設定する(ステップ407)。そして、補正後の各相DUTY指令値αx’をPWM出力部41へ出力する(ステップ412)。
Next, the dead time
また、各相電流指令値Ix*の絶対値が、所定範囲値εの絶対値より大きい場合(ステップ405:NO)、即ち、各相電流指令値Ix*がゼロ値を含む所定範囲外にある場合、デッドタイム補償演算部39は、フローをステップ408に移行させる。
Further, when the absolute value of each phase current command value Ix * is larger than the absolute value of the predetermined range value ε (step 405: NO), that is, each phase current command value Ix * is outside the predetermined range including a zero value. In the case, the dead time
ステップ408において、デッドタイム補償演算部39は、各相電流指令値生成部35から取得した各相電流指令値Ix*がゼロより大きいか否かを判定する。
In step 408, the dead time
各相電流指令値Ix*がゼロより大きい場合(ステップ408:YES)、即ち、各相電流指令値Ix*が正値の場合、デッドタイム補償演算部39は、各相DUTY指令値αxに、デッドタイム補償量βを加算して(ステップ409)、フィードバックゲインを決定する状態フラグFLAGxを0に設定する(ステップ411)。そして、補正後の各相DUTY指令値αx’をPWM出力部41へ出力する(ステップ412)。
When each phase current command value Ix * is greater than zero (step 408: YES), that is, when each phase current command value Ix * is a positive value, the dead time
また、各相電流指令値Ix*が負値の場合(ステップ408:NO)、デッドタイム補償演算部39は、各相DUTY指令値αxから、デッドタイム補償量βを減算して(ステップ410)、フィードバックゲインを決定する状態フラグFLAGxを0に設定する(ステップ411)。そして、補正後の各相DUTY指令値αx’をPWM出力部41へ出力する(ステップ412)。
When each phase current command value Ix * is a negative value (step 408: NO), the dead time
このように、デッドタイム補償演算部39は、U,V,W相の各相に上記ステップ401〜ステップ412の処理を実行することにより、各相のDUTY指令値αu、αv、αwを補正し、その補正後の各相DUTY指令値αu’、αv’、αw’をPWM出力部41に出力する。そして、PWM出力部41は、デッドタイム補償演算部39により補正された補正後の各相DUTY指令値αu’、αv’、αw’と搬送波である三角波δとの比較に基づいてモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号をモータ駆動回路40へ出力する。
In this way, the dead time
次に、上記ステップ304におけるフィードバックゲイン決定の詳細を図6のフローチャートに従って説明する。
CPU29のフィードバックゲイン決定部36は、デッドタイム補償演算部39からフィードバックゲインを決定する状態フラグFLAGx(x=u,v,w)を取得する(ステップ601)。次に、フィードバックゲイン決定部36は、フィードバックゲインを決定する状態フラグFLAGxのいずれかが1(いずれかの相電流指令値Ix*の絶対値が、所定範囲値εの絶対値以下)か否かを判断する(ステップ602〜ステップ604)。
いずれかの状態フラグFLAGxが1の場合(即ち、いずれかの相電流指令値Ix*がゼロ値を含む所定範囲内にある場合(ステップ602〜ステップ604:YES))には、図7に示す各相電流指令値Ix*の絶対値と上記各フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)とが各々関係付けられた各ゲインマップに基づき、各相電流指令値Ix*が所定範囲外にある場合に比べて大きな値を有するフィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)を決定する(ステップ605)。
そして、すべてのフラグFLAGxが0の場合(即ち、すべての相電流指令値Ix*が所定範囲外にある場合(ステップ604:NO))には、図7に示す各相電流指令値Ix*の絶対値と上記各フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)とが各々関係付けられた各ゲインマップに基づき、相電流指令値Ix*が所定範囲外にある場合のフィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)を決定する(ステップ606)。
Next, details of the feedback gain determination in step 304 will be described with reference to the flowchart of FIG.
The feedback
When any state flag FLAGx is 1 (that is, when any phase current command value Ix * is within a predetermined range including a zero value (step 602 to step 604: YES)), it is shown in FIG. Each phase current command value Ix * is out of a predetermined range based on each gain map in which the absolute value of each phase current command value Ix * is associated with each feedback gain (Kdp, Kdi, Kqp, Kqi). A feedback gain (Kdp, Kdi, Kqp, Kqi) having a larger value than the case is determined (step 605).
When all the flags FLAGx are 0 (that is, when all the phase current command values Ix * are outside the predetermined range (step 604: NO)), the respective phase current command values Ix * shown in FIG. Based on each gain map in which the absolute value and each feedback gain (Kdp, Kdi, Kqp, Kqi) are associated with each other, the feedback gain (Kdp, Kdi, Kqp, Kqi) is determined (step 606).
次に、上記のように構成された本実施形態のEPS1の作用及び効果について説明する。
モータ21が低速回転状態において、各相電流指令値Ix*がゼロ値を含む所定範囲ε以内になった場合には、各相DUTY指令値αxにデッドタイム補償量βを加算又は減算する補正をしない。更に、上記各フィードバックゲイン(Kdp,Kdi,Kqp,Kqi)を各相電流指令値Ix*が所定範囲外の場合に比べて大きくなるよう制御する。
これにより、各相電流指令値Ix*にクロス現象が発生する場合であっても、各相DUTY指令値αxにデッドタイム補償量βを加算又は減算する補正をしないため、デッドタイム補償後の各相DUTY指令値αx’が逆演算により大きく変動するのを抑制し、電流歪みを補償することができる。その結果、モータからの振動及び異音の発生を防止するとともに操舵フィーリングの向上を図ることができる。
Next, the operation and effect of the
When each phase current command value Ix * is within a predetermined range ε including a zero value while the
As a result, even when a cross phenomenon occurs in each phase current command value Ix *, since correction for adding or subtracting the dead time compensation amount β from each phase DUTY command value αx is not performed, each after the dead time compensation The phase DUTY command value αx ′ can be prevented from greatly fluctuating due to the reverse operation, and the current distortion can be compensated. As a result, vibration and abnormal noise from the motor can be prevented and the steering feeling can be improved.
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
(1)本実施形態では、フィードバックゲイン決定部36は、ゲインマップ(図7(a)〜(d)参照)に基づいて、フィードバックゲインを決定することとしたが、マップ形状は、ゲインマップ(図7(a)〜(d)参照)に限るものではなく、各相電流指令値Ix*の絶対値が小さくなるに従って単調増加してもよい。
In addition, you may change this embodiment as follows.
(1) In the present embodiment, the feedback
(2)本実施形態では、各相電流指令値Ix*の正値/負値にかかわらず同じ大きさの各相のデッドタイム補償量βが用いられたが、各相電流指令値Ix*の正値/負値に応じて大きさの異なる各相のデッドタイム補償量βを使い分けてもよい。 (2) In this embodiment, the dead time compensation amount β of each phase having the same magnitude is used regardless of the positive value / negative value of each phase current command value Ix *. Depending on the positive value / negative value, the dead time compensation amount β of each phase having a different size may be properly used.
(3)本実施形態では、U,V,W相の各相において同一のデッドタイム補償量βが用いられたが、U,V,W相の各相に応じた各相のデッドタイム補償量βを使い分けてもよい。 (3) In the present embodiment, the same dead time compensation amount β is used in each of the U, V, and W phases, but the dead time compensation amount of each phase corresponding to each of the U, V, and W phases. β may be used properly.
(4)本実施形態では、本発明をコラムアシストEPSに具体化したが、本発明をラックアシストEPSやピニオンアシストEPSに適用してもよい。 (4) In the present embodiment, the present invention is embodied in the column assist EPS, but the present invention may be applied to a rack assist EPS and a pinion assist EPS.
1:電動パワーステアリング装置(EPS)、2:ステアリング、
3:ステアリングシャフト、4:ラックアンドピニオン機構、5:ラック軸、
8:コラムシャフト、9:インターミディエイトシャフト、10:ピニオンシャフト、
11:タイロッド、12:転舵輪、21:モータ、22:モータ回転角センサ、
23:減速機構、24:EPSアクチュエータ、25:車速センサ、
26:トルクセンサ、27:ECU、28:バッテリ、29:CPU、
30u、30v、30w:電流センサ、31:電流指令値演算部、
32:d/q変換演算部、33,34:PI制御演算部、
35:各相電流指令値生成部、36:フィードバックゲイン決定部、
37:d/q逆変換演算部、38:各相DUTY指令値演算部、
39:デッドタイム補償演算部、
40:モータ駆動回路、41:PWM出力部、42:デッドタイム補償量記憶部、
43:各相DUTY指令値生成部、44:モータ制御信号生成部、
45:所定範囲値決定部
V:車速、τ:操舵トルク、θ:モータ回転角、
Iu、Iv、Iw:各相電流値、Iq*:q軸電流指令値、Id*:d軸電流指令値、
Id:d軸電流値、Iq:q軸電流値、
Kdp、Kdi、Kqp、Kqi:フィードバックゲイン、
Vd*:d軸電圧指令値、Vq*:q軸電圧指令値、
Vu*、Vv*、Vw*:各相電圧指令値、
αu、αv、αw:各相DUTY指令値、β:デッドタイム補償量、
αu’、αv’、αw’: 補正後の各相DUTY指令値、
Iu*、Iv*、Iw*:各相電流指令値、
ε:各相電流指令値のゼロ近傍の所定範囲を決定する所定範囲値、
FLAGu、FLAGv、FLAGw:フィードバックゲインを決定する状態フラグ、
δ:三角波(搬送波)
1: Electric power steering device (EPS), 2: Steering,
3: Steering shaft, 4: Rack and pinion mechanism, 5: Rack shaft,
8: Column shaft, 9: Intermediate shaft, 10: Pinion shaft,
11: Tie rod, 12: Steering wheel, 21: Motor, 22: Motor rotation angle sensor,
23: Deceleration mechanism, 24: EPS actuator, 25: Vehicle speed sensor,
26: torque sensor, 27: ECU, 28: battery, 29: CPU,
30u, 30v, 30w: current sensor, 31: current command value calculation unit,
32: d / q conversion calculation unit, 33, 34: PI control calculation unit,
35: each phase current command value generation unit, 36: feedback gain determination unit,
37: d / q inverse transformation calculation unit, 38: DUTY command value calculation unit for each phase,
39: Dead time compensation calculation unit,
40: motor drive circuit, 41: PWM output unit, 42: dead time compensation amount storage unit,
43: DUTY command value generation unit for each phase, 44: motor control signal generation unit,
45: predetermined range value determining unit V: vehicle speed, τ: steering torque, θ: motor rotation angle,
Iu, Iv, Iw: current value of each phase, Iq *: q-axis current command value, Id *: d-axis current command value,
Id: d-axis current value, Iq: q-axis current value,
Kdp, Kdi, Kqp, Kqi: Feedback gain,
Vd *: d-axis voltage command value, Vq *: q-axis voltage command value,
Vu *, Vv *, Vw *: Voltage command value for each phase,
αu, αv, αw: DUTY command value for each phase, β: dead time compensation amount,
αu ′, αv ′, αw ′: DUTY command value for each phase after correction,
Iu *, Iv *, Iw *: Current command value for each phase,
ε: a predetermined range value for determining a predetermined range near zero of each phase current command value,
FLAGu, FLAGv, FLAGw: status flags that determine the feedback gain,
δ: Triangular wave (carrier wave)
Claims (1)
前記モータの回転角を検出するモータ位置検出手段と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク及び前記車速検出手段により検出された車速に基づいて前記モータに対する駆動電力供給の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成手段と、
前記モータ制御信号に基づき前記モータに対して駆動電力を出力するモータ駆動手段と、
前記モータの各相に流れる各相電流値を検出する各相電流値検出手段と、を備え、
前記モータ制御信号生成手段は、
前記各相電流値検出手段により検出された前記各相電流値をd/q座標系に変換したd/q座標系電流値と前記電流指令値演算手段により演算された前記電流指令値との偏差に基づくフィードバック制御により各相DUTY指令値を生成する各相DUTY指令値生成手段と、
前記電流指令値及び前記モータ位置検出手段により検出された回転角に基づいて前記モータの各相の電流指令値を生成する各相電流指令値生成手段と、
前記各相電流指令値が正値である場合には、所定のデッドタイム補償量を前記各相DUTY指令値に加算し、前記各相電流指令値が負値である場合には、正負の符号を変えた前記デッドタイム補償量を前記各相DUTY指令値に加算することで前記モータ駆動手段のデッドタイムを補償するデッドタイム補償演算手段と、
搬送波と前記デッドタイム補償後の各相DUTY指令値との比較により前記モータ制御信号を出力するPWM出力手段と、を有し、
前記デッドタイム補償演算手段は、
前記各相電流指令値がゼロ値を含む所定範囲内にある場合には、前記デッドタイム補償を行わず、前記電流フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを、前記各相電流指令値が前記所定範囲外にある場合に比べて大きくすることを特徴とする記載の電動パワーステアリング装置。 A motor for providing steering assist force to the steering mechanism;
Motor position detecting means for detecting a rotation angle of the motor;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Current command value calculating means for calculating a current command value, which is a target value for supplying driving power to the motor, based on the steering torque detected by the steering torque detecting means and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means;
Motor control signal generating means for generating a motor control signal for driving and controlling the motor based on the current command value;
Motor drive means for outputting drive power to the motor based on the motor control signal;
Each phase current value detecting means for detecting each phase current value flowing in each phase of the motor,
The motor control signal generating means is
Deviation between d / q coordinate system current value obtained by converting each phase current value detected by each phase current value detection means into d / q coordinate system and current command value calculated by current command value calculation means Each phase DUTY command value generating means for generating each phase DUTY command value by feedback control based on:
Each phase current command value generating means for generating a current command value for each phase of the motor based on the current command value and the rotation angle detected by the motor position detecting means;
When each phase current command value is a positive value, a predetermined dead time compensation amount is added to each phase DUTY command value. When each phase current command value is a negative value, a positive or negative sign is added. Dead time compensation calculating means for compensating for the dead time of the motor driving means by adding the dead time compensation amount obtained by changing the dead time compensation amount to each phase DUTY command value;
PWM output means for outputting the motor control signal by comparing a carrier wave and each phase DUTY command value after the dead time compensation,
The dead time compensation calculation means is:
When each phase current command value is within a predetermined range including a zero value, the dead time compensation is not performed, and a feedback gain used for the current feedback control is set so that each phase current command value is outside the predetermined range. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the electric power steering apparatus is larger than a certain case.
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