JP2012254682A - 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
【課題】低温から高温の環境化においても常に操舵性能が良好な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部211と、操舵状態判定部210と、デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部212と、操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、モータのモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部213と、インバータの温度を検出する温度センサと、温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部215と、極性付きデッドタイム補償値に対してデッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部216とを備え、デッドタイム補償値を電圧指令値に付与することにより、デッドタイムを補償して温度に応じてデッドバンドを最適化する。
【選択図】図9
【解決手段】電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部211と、操舵状態判定部210と、デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部212と、操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、モータのモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部213と、インバータの温度を検出する温度センサと、温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部215と、極性付きデッドタイム補償値に対してデッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部216とを備え、デッドタイム補償値を電圧指令値に付与することにより、デッドタイムを補償して温度に応じてデッドバンドを最適化する。
【選択図】図9
Description
本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモータ駆動用インバータのデッドタイム補償を操舵状態及びインバータ温度に応じて改善した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
車両のステアリング装置をモータの回転力で補助力を付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。そして、当該モータが所望のトルクを発生するようにモータに電流を供給するため、モータ駆動回路にインバータが用いられている。
ここで、従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット100には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット100は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流制御部で電流指令値に補償等を施した電圧指令値Eによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、車速VはCAN(Controller Area Network)等から受信することも可能である。
コントロールユニット100は主としてCPU(MPU、MCUも含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。
図2を参照してコントロールユニット100の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクT及び車速センサ12で検出された車速Vは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部101に入力される。電流指令値演算部101は、入力された操舵トルクT及び車速Vに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を決定する。電流指令値Iref1は加算部102Aを経て電流指令値Iref2として電流制限部103に入力され、最大電流を制限された電流指令値Iref3が減算部102Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差Iref4(=Iref3−Im)が演算され、その偏差Iref4が電流制御部としてのPI制御部104に入力される。PI制御部104で特性改善された電圧指令値EがPWM制御部105に入力され、更に駆動部としてのインバータ106を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器107で検出され、減算部102Bにフィードバックされる。インバータ106はスイッチング素子として一般的にFETが用いられ、FETのブリッジ回路で構成されている。
また、加算部102Aには補償部110から補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようようになっている。補償部110は、セルフアライニングトルク(SAT)113と慣性112を加算部114で加算し、その加算結果に更に収れん性111を加算部115で加算し、加算部115の加算結果を補償信号CMとしている。
モータ20が3相ブラシレスモータの場合、PWM制御部105及びインバータ106の詳細は例えば図3に示すような構成となっている。PWM制御部105は、電圧指令値Eを所定式に従って3相分のPWMデューティ指令値D1〜D6を演算するデューティ演算部105Aと、PWMデューティ指令値D4〜D6に対してデッドタイムを設定するデッドタイム部105C1〜105C3と、PWMデューティ指令値D1〜D3でFET1〜FET3の各ゲートを駆動すると共に、デッドタイム部105C1〜105C3からのデッドタイムが設定されたPWMデューティ指令値D4d〜D6dでFET4〜FET6の各ゲートを駆動してON/OFFするゲート駆動部105Bとで構成されており、インバータ106は、FET1及びFET4で成る上下アームと、FET2及びFET5で成る上下アームと、FET3及びFET6で成る上下アームとで成る3相ブリッジで構成されており、PWMデューティ指令値D1〜D3及びD4d〜D6dでON/OFFされることによってモータ20を駆動する。
ここにおいて、デッドタイム部105C1〜105C3がデッドタイムの設定を行うのは、次の理由による。
インバータ106を構成する各上下アーム、例えばFET1及びFET4は交互にオンオフを繰り返し、同様にFET2及びFET5は交互にオンオフを繰り返し、FET3及びFET6も交互にオンオフを繰り返す。しかし、FETは理想スイッチではなく、ゲート信号の指示通りに瞬時にオンオフせず、ターンオンタイムTon及びターンオフタイムToffを要する。このため、例えばFET1へのオンの指示とFET4へのオフの指示が同時にされると、FET1及びFET4が同時にオンになって上下アームが短絡する問題がある。そこで、FET1及びFET4が同時にオンして貫通電流が生じることのないように、ゲート駆動部105Bへオフ信号を与える場合、ゲート駆動部105Bに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム部105C1でデッドタイムという所定時間の間をおいてオン信号をゲート駆動部105Bに与えることにより、FET1及びFET4の上下の短絡を防止している。このことは、他のFET2〜FET6にも同様に当てはまる。
しかし、このデッドタイムの存在は、電動パワーステアリング装置の制御にとってトルク不足やトルクリップルの問題を引き起こす原因となっている。
先ずデッドタイム、ターンオンタイム及びターンオフタイムについて、図4を参照して説明する。図4(A)に示すデューティ演算部105Aからのデューティ指令値D1(D4)が、FET1及びFET4に対するオンオフ信号とする。しかし、実際にはFET1には図4(B)に示すゲート信号K1が与えられ、FET4には図4(C)に示すゲート信号K2が与えられる。つまり、ゲート信号K1及びK2にはいずれもデッドタイムTdが確保されている。FET1及びFET4で構成される端子電圧を、図4(D)に示すVanとする。ゲート信号K1によるオン信号が与えられてもFET1は直ちにオンせず、ターンオンタイムTonの時間を要してターンオンしており、オフ信号を与えても直ちにオフせず、ターンオフタイムToffの時間を要している。なお、Vdcはインバータ106の電源電圧(バッテリ13の電圧)である。よって、全遅れ時間Ttotは、下記数1のように示される。
(数1)
Ttot=Td+Ton−Toff
次に、デッドタイムTdによる電動パワーステアリング装置への影響について説明する。
(数1)
Ttot=Td+Ton−Toff
次に、デッドタイムTdによる電動パワーステアリング装置への影響について説明する。
先ず、電圧に対する影響は次のようなものである。図4に示したように、理想のゲート信号(D1,D4)に対して実際のゲート信号K1及びK2は、デッドタイムTdの影響でゲート信号とは異なったものとなる。そのため電圧に歪みが発生するが、その歪み電圧ΔVは、モータ電流Imの向きが正の場合(電流の向きが電源からモータへ流れる場合)は下記数2になり、モータ電流Imの向きが負の場合(電流の向きがモータから電源へ流れる場合)は下記数3になる。
(数2)
−ΔV=−(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、Tsはインバータ106をPWM制御した場合のPWM周波数fsの逆数Ts=1/fsである。
(数3)
ΔV=(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
上記数2及び数3を1つの式で表わすと、下記数4のようになる。
(数4)
ΔV=−sign(Im)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、sign(Im)はモータ電流Imの極性を表わしている。
上記数4から導かれることは、歪み電圧ΔVはPWM周波数fsが高く、電源電圧Vdcが大きい時ほどデッドタイムTdの影響が大きく現れることである。
(数2)
−ΔV=−(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、Tsはインバータ106をPWM制御した場合のPWM周波数fsの逆数Ts=1/fsである。
(数3)
ΔV=(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
上記数2及び数3を1つの式で表わすと、下記数4のようになる。
(数4)
ΔV=−sign(Im)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、sign(Im)はモータ電流Imの極性を表わしている。
上記数4から導かれることは、歪み電圧ΔVはPWM周波数fsが高く、電源電圧Vdcが大きい時ほどデッドタイムTdの影響が大きく現れることである。
電圧歪みに対するデッドタイムTdの影響について説明したが、電流或いはトルクに関しても、デッドタイムTdによる好ましくない影響がある。電流歪みについては、電流が正から負へ、或いは負から正へ変化するときに電流が零付近に張り付く現象(零クランピング現象)がデッドタイムTdによって引き起こされる。これは負荷(モータ)がインダクタンスのため、デッドタイムTdによる電圧の減少が電流を零に維持しようとする傾向があるためである。
また、トルクに対するデッドタイムTdの影響としては、トルクの出力不足やトルクリップルの増加に現れる。つまり、電流歪みが低次の高調波を発生させ、それがトルクリップルの増加につながる。また、トルクの出力不足は、理想の電流よりデッドタイムTdの影響を受けた現実の電流が小さくなるために発生する。
このようなデッドタイムTdの好ましくない影響を防止するために、種々の対策、いわゆるデッドタイム補償が考えられてきた。その基本的な考えは、上記数4に示す歪み電圧ΔVを補償することである。よって、数4を補償するためには、下記数5で示すデッドタイム補正値(電圧)Δuによって補正することになる。
(数5)
Δu=sign(Im)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
デッドタイム補償で問題となるのは、電流Imの極性sign(Im)を正しく検出できないことである。電流Imの極性を測定するとき、PWM制御のノイズや前述した電流の零クランピング現象が、電流Imの極性を正しく測定することを困難にしている。
(数5)
Δu=sign(Im)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
デッドタイム補償で問題となるのは、電流Imの極性sign(Im)を正しく検出できないことである。電流Imの極性を測定するとき、PWM制御のノイズや前述した電流の零クランピング現象が、電流Imの極性を正しく測定することを困難にしている。
また、電動パワーステアリング装置では、直進走行時で、操舵の中立付近の特性は常に弱い電流で操舵反転を繰り返すなど、微細な制御が要求される。特に直進走行状態なので、高速走行などハンドルを伝わる路面振動が少ない分、アシストの不安定要素が振動として伝わり易い。
上述のような問題を解決する手法として、特開2006−199140号公報(特許文献1)に示される電動パワーステアリング装置の制御装置が提案されている。この制御装置では、電流及び操舵条件によってデッドタイム補償の補償量及び電流符号を算出して電圧指令値に加算することで、種々の操舵条件や負荷状態において、操舵フィーリングの観点から最適なデッドタイム補償値に設定している。
インバータのデッドタイムの設定は一般的に予め決められた値をCPU(マイコン等)に設定するが、スイッチング素子(FET)の温度変化によって実質的なデッドタイムの値は変動する。しかしながら、特許文献1の装置では、操舵条件によるデッドタイム補償量の補正はスイッチング素子の温度変化を考慮していないため、温度変化によって実質的なデッドタイムが変わった場合、デッドタイムとデッドタイム補償量に不一致が生じて、適した補償ができずに電流歪み、トルクリップルが悪化するということが考えられる。特に操舵の中立付近以外ではデッドタイムとデッドタイム補償量を一致させて操舵の応答性を向上させたいが、常温で設定した補償値では、例えば高温環境下では補償量が過多になる特性があり、電流歪み、トルクリップルが生じ易いことが考えられる。
また、特開平11−27951号公報(特許文献2)に示されるインバータ制御装置はサーミスタ温度に基づいてデッドタイム補償量を補正するようにしているが、電動パワーステアリング装置に関するものではないため、操舵条件によってデッドタイム補償量を補正する点を全く考慮していない。そのため、電動パワーステアリング装置に適用することはできない。
更に、特開2009−5485号公報(特許文献3)に示されるデッドタイム補正方法は温度変化検出手段で検出されて温度に基づいてデッドタイム設定値そのものを補正するようにしているが、装置の温度上昇を抑制するもので、モータ駆動回路の上下アーム対のオンオフ切替え時の貫通電流に伴う温度変化に応じてデッドタイムの幅の大小を切替えるものである。従って、車両の環境を考慮したものではないので、トルクリップルの実質的な解決にはなっていない。
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、スイッチング素子(インバータ)の温度に基づいてデッドタイム補償値を補正することで、実質的なデッドタイムとデッドタイム補償値の不一致を抑制し、モータ電流の歪みやトルクリップルの発生を抑えると共に、操舵条件に応じたデッドタイム補償を行うことで異音の発生を抑え、低温から高温の環境化においても常に操舵性能が良好な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された電流指令値と、前記電流指令値を入力とする電流制御部からの電圧指令値とに基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータをインバータによって制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部と、ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部と、前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、前記モータの検出電流又は前記電流指令値、又は前記電流指令値に基づくモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部と、前記インバータの温度を検出する温度センサと、前記温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部と、前記ゲイン部の出力に前記極性判定部が判定した極性付きデッドタイム補償値に対して前記デッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部とを設け、前記デッドタイム補償値を前記電圧指令値に付与することにより前記インバータのデッドタイムを補償することにより達成される。
また、本発明の上記目的は、前記インバータの高温時に前記デッドタイム補償値を小さくし、前記インバータの低温時に前記デッドタイム補償値が大きくなっていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正リミット値の算出を行う温度補正リミット値算出部で構成され、前記演算処理部が温度感応型リミッタで構成されていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正減算値の算出を行う温度補正減算値算出部で構成され、前記演算処理部が減算部で構成されていることにより、或いは前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正ゲインの算出を行う温度補正ゲイン算出部で構成され、前記演算処理部が乗算部で構成されていることにより、より効果的に達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、インバータの温度を考慮したデッドタイム補償値で電圧指令値に対してデッドタイム補償するので、ノイズを含んだ実測電流を基にしたデッドタイム補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、しかも温度変化に関係なく常にトルクリップルの少ないデッドタイム補償を行う高性能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。
また、操舵状態に応じたモータ電流の変化も考慮したデッドタイム補償を行うので、固定値のみによるデッドタイム補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、操舵状態に応じてトルクリップルの少ないデッドタイム補償を行うことが可能となる。
スイッチング素子(FET、IGBT、トライアック等)で構成されるインバータの貫通電流を防止するために付与されるデッドタイムは、0アンペアクロス時のデューティ指令値に対する出力電流の特性の歪み(デッドバンドDB)として例えば図5(A)に示すように生じる。しかし、このデッドバンドDBは、図5(A)が例えば低温(例えば0℃)時とすると、温度が変化して高温(例えば40℃)になると図5(B)に示すように狭くなる(デッドバンドDB‘(<DB))。一般的にスイッチング素子の特性からデッドバンド幅は温度が低くなると広く、温度が高くなると狭くなる。デッドバンド幅の温度特性は、インバータを構成するFETについては図6に示すようになっている。即ち、インバータ(FET)の温度をt、温度係数をC、0℃におけるデッドバンド幅をDB0とすると、実デッドバンド幅DBは下記数6で表わされる。
(数6)
DB=-C・t+DB0
ここで、デッドタイム補償は0アンペアクロスのタイミングに合わせて補償電圧を印加することであり、図5(A),(B)に示すような出力電流の特性の歪み(DB、DB‘)を解消することである。つまり、数6で示される実デッドバンド幅DBをデッドタイム補償量とすることで、図7(B)に示すような電流歪みのない特性を得ることができる。しかしながら、デッドタイム補償量を操舵条件だけで補正すると、実デッドバンド幅DBが温度によって変化するため、温度低下時には図7(A)に示すように補償不足となり、温度上昇時には図7(C)に示すように補償過多となってしまう。
(数6)
DB=-C・t+DB0
ここで、デッドタイム補償は0アンペアクロスのタイミングに合わせて補償電圧を印加することであり、図5(A),(B)に示すような出力電流の特性の歪み(DB、DB‘)を解消することである。つまり、数6で示される実デッドバンド幅DBをデッドタイム補償量とすることで、図7(B)に示すような電流歪みのない特性を得ることができる。しかしながら、デッドタイム補償量を操舵条件だけで補正すると、実デッドバンド幅DBが温度によって変化するため、温度低下時には図7(A)に示すように補償不足となり、温度上昇時には図7(C)に示すように補償過多となってしまう。
本発明では、インバータの温度と、ハンドルの切増しや切戻し、開放といった操舵状態とに応じてデッドタイム補償値の算出を行うと共に、モータを駆動するインバータの電圧指令値に対してデッドタイム補償を行う。このため、温度が変化(−40℃〜80℃)しても常にモータ電圧、電流の歪みが少なく、トルクリップルの少ない高性能なデッドタイム補償を実現することができる。
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
図8は本発明の構成例を図2に対応させて示しており、デッドタイム補償値Δuを算出してインバータ106の実電流に現れるデッドバンドを補償するデッドタイム補償部200が設けられると共に、インバータ106の温度tを検出する温度センサ300が設けられている。また、モータ20にはレゾルバ等の回転センサ301が取り付けられており、回転センサ301の出力信号より回転角θを検出する回転角検出部302と、回転角θからモータ角速度ωを検出する角速度検出部303が設けられている。デッドタイム補償部200には操舵トルクT、車速V、回転角θ、角速度ω、電流指令値Iref2及び温度tが入力されており、デッドタイム補償部200はデッドタイム補償値Δuを算出して加算部201に加算し、電圧指令値Eと加算される。加算部201で加算された電圧指令値E’(=E+Δu)がPWM制御部105に入力されてPWM制御され、インバータ106でモータ20を駆動する。デッドタイム補償部200への入力として、電流指令値Iref2に代えて電圧指令値Eとしても良い。
次に、デッドタイム補償部200の構成例(実施例1)を図9に示して説明する。
加算部102Aからの電流指令値Iref2は操舵状態判定部210に入力されると共に、デッドタイム特性部(演算部)211に入力される。デッドタイム特性部(演算部)211からのデッドタイム特性値Dtはゲイン部212に入力される。デッドタイム特性部(演算部)211は、電流指令値Iref2に対して図10に示すような特性のデッドタイム特性を有するデッドタイム特性値Dtを出力する。また、極性判定部213はヒステリシス付き特性で入力信号極性を判定するものであり、極性判定部213にはモータの検出電流Im又は電流指令値Iref2、又は電流指令値Iref1に基づくモデル電流が入力され、操舵状態判定部210からの操舵状態信号ST1に基づきヒステリシス幅を変更させるようになっている。モデル電流は、電流指令値Iref1を下記数7の伝達関数で変換することにより得られる。
(数7)
MR(s)=1/(1+Tc・s)
ここで、Tc=1/(2π・fc)であり、fcは電流制御ループのカットオフ周波数である。
上記数7の1次遅れ関数は、モータ20を示す伝達関数1/(R+s・L)をPI制御部104、PWM制御部105、インバータ106、モータ電流検出器107を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。
(数7)
MR(s)=1/(1+Tc・s)
ここで、Tc=1/(2π・fc)であり、fcは電流制御ループのカットオフ周波数である。
上記数7の1次遅れ関数は、モータ20を示す伝達関数1/(R+s・L)をPI制御部104、PWM制御部105、インバータ106、モータ電流検出器107を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。
ここで、実際のモータ電流Imはノイズを多く含んでおり、これが零電流付近での極性判定を困難なものにしている。このため実際のモータ電流Imを使用しないで、ノイズの無い電流指令値Iref1を基に1次遅れ回路を介してモータ20のモデル電流を生成し、モデル電流に基づいて極性を判定すれば、より効果的である。
操舵状態判定部210はハンドルの開放判定機能及び切増し切戻し判定機能を有しており、操舵状態判定部210にはモータ角速度ω、操舵トルクT、車速V、モータ回転角θ及び電流指令値Iref2が入力され、操舵状態判定部210が開放を判定した場合には操舵状態信号ST1が極性判定部213に入力され、切増し又は切戻しを判定した場合には操舵状態信号ST2がゲイン部212に入力される。極性判定部213で決定された極性sign(Pi)は乗算部214に入力され、ゲイン部212からのゲイン調整されたデッドタイム特性値Dtaと乗算され、乗算結果sign(Pi)・Dtaである極性付きデッドタイム特性値Dtbが、デッドタイム補償値Δuを出力する演算処理部としての温度感応型リミッタ215に入力される。温度センサ300からの温度tはデッドタイム温度補正値算出部としての温度補正リミット値算出部215に入力され、例えば図11に示すような特性で、デッドタイム温度補正値として温度補正リミット値trを算出する。算出された温度補正リミット値trは温度感応型リミッタ216に入力され、極性付きデッドタイム特性値Dtbの上下を図12に示すような特性に従って制限されたデッドタイム補償値Δuを出力する。
なお、操舵状態判定部210のハンドル開放判定機能は車速V、モータ角速度ω及び電流指令値Iref2に基づいて、ハンドルが回転していなくて操舵補助していない開放(手放し)を判定したときに操舵状態信号ST1を出力し、切増し切戻し判定機能はモータ角速度ω及び操舵トルクTに基づいて、図13に示すようにモータ角速度ω及び操舵トルクTが同方向の場合を切増しと判定し、方向が異なる場合を切戻しと判定して操舵状態信号ST2を出力する。
このような構成において、その動作を説明する。
モータ20の検出電流Im又は電流指令値Iref2、又は電流指令値Iref1に基づくモデル電流が操舵状態信号ST1と共に極性判定部213に入力され、その極性が判定される。極性判定部213の出力であるsign(Pi)は、下記数8に示されるように(+1)又は(−1)の形で出力される。
実際のモータ電流やインバータ電流を測定して極性を正しく判定することは、上述したようにノイズ等で非常に困難であるが、モデル電流を用いて判定すれば容易である。
(数8)
sign(Pi)=(+1)又は(−1)
なお、極性判定部213はヒステリシス付きの極性判定となっており、ハンドル開放(手放し)状態を判定したときの操舵状態信号ST1によって、極性判定のヒステリシス幅を次のように設定する。
(数9)
開放時(ST1=1):ヒステリシス幅大
操舵時(ST1=0):ヒステリシス幅小
電流指令の振れがデッドタイム補償ヒステリシス幅を超えた場合、デッドタイム補償の出力方向が正→負又は負→正に切り替わり、これがトルク制御を含めた閉ループによって自励振動を起こし、異音となる。これは、指令値がほぼ0Aを中心に外乱により変動するような状況で起こり得る問題である。操舵状態では指令値がある値以上となるため、自励振動を起こすことはない。従って、電流指令値の定まり難い開放状態では、指令値変動に対する感度をなくすため、ヒステリシス幅を大きくし、操舵時ではデッドタイム補償の遅れを招いてトルクリップルを発生させるため、操舵時にはヒステリシス幅を小さくする。
(数8)
sign(Pi)=(+1)又は(−1)
なお、極性判定部213はヒステリシス付きの極性判定となっており、ハンドル開放(手放し)状態を判定したときの操舵状態信号ST1によって、極性判定のヒステリシス幅を次のように設定する。
(数9)
開放時(ST1=1):ヒステリシス幅大
操舵時(ST1=0):ヒステリシス幅小
電流指令の振れがデッドタイム補償ヒステリシス幅を超えた場合、デッドタイム補償の出力方向が正→負又は負→正に切り替わり、これがトルク制御を含めた閉ループによって自励振動を起こし、異音となる。これは、指令値がほぼ0Aを中心に外乱により変動するような状況で起こり得る問題である。操舵状態では指令値がある値以上となるため、自励振動を起こすことはない。従って、電流指令値の定まり難い開放状態では、指令値変動に対する感度をなくすため、ヒステリシス幅を大きくし、操舵時ではデッドタイム補償の遅れを招いてトルクリップルを発生させるため、操舵時にはヒステリシス幅を小さくする。
また、操舵状態判定部210内のハンドル開放判定機能は車速V、モータ角速度ω及び電流指令値Iref2を入力とし、下記数10が成立したときに状態判定信号ST=1を出力するようになっている。
(数10)
0<車速V<所定値α、かつ角速度ω<所定値β、
かつ|電流指令値Iref2|<所定値γ、
かつ操舵トルクT<所定値T0若しくは回転角θ<所定値θ0
なお、所定値αは自励振動による音が気にならない程度の車速であり、所定値βはノイズを検出しない程度の小さい値であり、所定値γはノイズを検出しない程度の小さい値である。
(数10)
0<車速V<所定値α、かつ角速度ω<所定値β、
かつ|電流指令値Iref2|<所定値γ、
かつ操舵トルクT<所定値T0若しくは回転角θ<所定値θ0
なお、所定値αは自励振動による音が気にならない程度の車速であり、所定値βはノイズを検出しない程度の小さい値であり、所定値γはノイズを検出しない程度の小さい値である。
また、デッドタイム特性部211からのデッドタイム特性値Dtはゲイン部212に入力され、操舵状態判定部210内の切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ST2に従ってゲインを調整される。切増し切戻しの判定は図13に示すように判定され、切増し時は補正の必要があるので、操舵状態信号ST2によってゲイン部212のゲインを“1”とし、切戻し時は補正の必要がないので、操舵状態信号ST2によってゲイン部212のゲインを“0”若しくは小さくする。
このように、切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ST2によってゲイン調整されたデッドタイム特性値Dtaは、乗算部214で極性判定部213からの極性(正負)に従って極性を付与されて温度感応型リミッタ216に入力され、温度補正リミット値算出部215からの温度補正リミット値trに従い、図12に示すような特性に従ってデッドタイム補償値Δuを出力する。このようにして算出されたデッドタイム補償値Δuは、図2で示すPI制御部の出力である電圧指令値Eに加算部201で加算される。電圧指令値Eに対し温度感応型のデッドタイム補償値Δuが加算される意味は、電圧指令値Eの示す基本制御に、上下アーム短絡を防止するためのデッドタイムによる電圧、電流歪みやトルクリップルを改善させる補償値Δuを加味して制御することである。
次に、デッドタイム補償部200の他の構成例(実施例2)を、図9に対応させて図14に示して説明する。図9と同一部材については、同一符号を付して説明を省略する。
本例では、デッドタイム温度補正値算出部として、温度センサ300からの温度tに応じてデッドタイム温度補正値としての温度補正減算値tsを算出する温度補正減算値算出部220を設けると共に、演算処理部として、乗算部214からの極性付きデッドタイム特性値Dtbより温度補正減算値tsを減算する減算部221を設けている。減算部221で、極性付きデッドタイム特性値Dtから温度補正減算値tsを減算し、温度感応型のデッドタイム補償値Δu1を出力するようになっている。温度補正減算値算出部220における温度tと温度補正減算値tsの関係は図15の実線又は破線のようになっており、このような温度補正減算値tsを減算部221で極性付きデッドタイム特性値Dtbより減算することにより、図16に示すような温度補正を行うことができる。図16の実線が本発明の特性であり、破線は温度補正を行わない場合の特性である。
更に、デッドタイム補償部200の他の構成例(実施例3)を、図9に対応させて図17に示して説明する。図9と同一部材については、同一符号を付して説明を省略する。
本例では、デッドタイム補償値算出部として、温度センサ300からの温度tに応じてデッドタイム補償値としての温度補正ゲインtgを算出する温度補正ゲイン算出部230を設けると共に、演算処理部として、乗算部214からの極性付きデッドタイム特性値Dtbに温度補正ゲインtgを乗算する乗算部231を設けており、極性付きデッドタイム特性値Dtbに温度補正ゲインtgを乗算することによって温度感応型のデッドタイム補償値Δu2を出力するようになっている。温度補正ゲイン算出部230における温度tと温度補正ゲインtgの関係は図18のようになっており、このような温度補正ゲインtgを乗算部231で乗算することにより、図19に示すような温度補正を行うことができる。図19の実線が本発明の特性であり、破線は温度補正を行わない場合の特性である。
なお、上述では3相モータについて説明したが、2相その他のモータについても同様に適用できる。
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ
100 コントロールユニット
110 補償部
200 デッドタイム補償部
210 操舵状態判定部
211 デッドタイム特性部(演算部)
212 ゲイン部
213 極性判定部
215 温度補正リミット値算出部
216 温度感応型リミッタ
220 温度補正減算値算出部
230 温度補正ゲイン算出部
300 温度センサ
301 回転センサ
302 回転角検出部
303 角速度検出部
2 コラム軸(ステアリングシャフト)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ
100 コントロールユニット
110 補償部
200 デッドタイム補償部
210 操舵状態判定部
211 デッドタイム特性部(演算部)
212 ゲイン部
213 極性判定部
215 温度補正リミット値算出部
216 温度感応型リミッタ
220 温度補正減算値算出部
230 温度補正ゲイン算出部
300 温度センサ
301 回転センサ
302 回転角検出部
303 角速度検出部
Claims (5)
- ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された電流指令値と、前記電流指令値を入力とする電流制御部からの電圧指令値とに基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータをインバータによって制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記電流指令値に基づいてデッドタイム特性値を演算するデッドタイム特性部と、
ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、
前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドタイム特性値のゲインを可変するゲイン部と、
前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替えられると共に、前記モータの検出電流又は前記電流指令値、又は前記電流指令値に基づくモデル電流値に基づいて極性を判定する極性判定部と、
前記インバータの温度を検出する温度センサと、
前記温度に対応したデッドタイム温度補正値を算出するデッドタイム温度補正値算出部と、
前記ゲイン部の出力に前記極性判定部が判定した極性付きデッドタイム補償値に対して前記デッドタイム温度補正値を演算処理してデッドタイム補償値を出力する演算処理部とを備え、
前記デッドタイム補償値を前記電圧指令値に付与することにより前記インバータのデッドタイムを補償することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 前記インバータの高温時に前記デッドタイム補償値を小さくし、前記インバータの低温時に前記デッドタイム補償値が大きくなっている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正リミット値の算出を行う温度補正リミット値算出部で構成され、前記演算処理部が温度感応型リミッタで構成されている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正減算値の算出を行う温度補正減算値算出部で構成され、前記演算処理部が減算部で構成されている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記デッドタイム温度補正値算出部が温度補正ゲインの算出を行う温度補正ゲイン算出部で構成され、前記演算処理部が乗算部で構成されている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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