JP5408469B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
また、この発明では、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク(検出値)との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量(負荷角)が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。
請求項2記載の発明は、前記変更手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど前記軸電流値が大きくなるように、前記モータ指示電流値を変更する、請求項1に記載のモータ制御装置である。
より具体的には、請求項4に記載されているように、前記加算角演算手段は、前記検出トルクを前記指示トルクに近づけるように前記加算角を演算するフィードバック制御手段(22,23)を含むものであってもよい。そして、前記変更手段は、前記フィードバック制御手段のゲインを変更するものであってもよい。すなわち、トルク偏差に応じて、前記フィードバック制御手段のゲインを減少補正することによって、制御の安定化を図ることができる。
トルク偏差が大きくなり、モータトルクが不足する状況では、加算角が制限値に固定される。この場合、制御角が有限個の値を循環的にとる状態となるおそれがあり、制御角を適値に収束させることが困難な状況に陥る可能性がある。そこで、たとえば、トルク偏差に応じて軸電流値や制御ゲインを変更することで、制御角の適値への収束を促すことができる。
制限値=最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度(操舵軸の最大回転角速度)×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対(N極とS極との対)の数である。
図1は、この発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置の一例)の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール10に加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に減速機構7を介して操舵補助力を与えるモータ3(ブラシレスモータ)と、ステアリングホイール10の回転角である操舵角を検出する舵角センサ4と、モータ3を駆動制御するモータ制御装置5と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ6とを備えている。
モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図2に図解的に示すように、界磁としてのロータ50と、このロータ50に対向するステータ55に配置されたU相、V相およびW相のステータ巻線51,52,53とを備えている。モータ3は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ3に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ50のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Iq=Iγ・sinθL …(1)
再び図1を参照する。モータ制御装置5は、マイクロコンピュータ11と、このマイクロコンピュータ11によって制御され、モータ3に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)12と、モータ3の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部13とを備えている。
マイクロコンピュータ11は、CPUおよびメモリ(ROMおよびRAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、指示操舵トルク設定部21と、トルク偏差演算部22と、PI(比例積分)制御部23と、加算角リミッタ24と、電流補正値設定部25と、制御角演算部26と、指示電流値補正部27と、指示電流値生成部31と、電流偏差演算部32と、PI制御部33と、γδ/UVW変換部34と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部35と、UVW/γδ変換部36とが含まれている。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間(演算周期)におけるロータ50の電気角変化量の最大値(ロータ角変化量最大値)は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(3)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限値ωmaxとすればよい。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。
LL=−ωmax …(5)
加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26の加算器26Aにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)(nは今演算周期の番号)に加算される(Z−1は信号の前回値を表す)。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値(たとえば零)である。
指示電流値生成部31は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Iγ *およびδ軸指示電流値Iδ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という。)を生成する。指示電流値生成部31は、γ軸指示電流値Iγ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Iδ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部31は、トルクセンサ1によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値Iγ *を設定する。
指示電流値補正部27は、指示電流値生成部31によって生成されるγ軸指示電流値Iγ *(基本値)に前記補正値ICを加算することによって、補正後のγ軸指示電流値Iγ *を生成するものである。
γδ/UVW変換部34は、二相指示電圧Vγδ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部35に与えられる。
駆動回路12は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部35から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ3の各相のステータ巻線51,52、53に印加されることになる。
図3は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、加算角リミッタ24の機能は省略してある。
図6は、加算角リミッタ24の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αを上限値ULと比較し(ステップS1)、加算角αが上限値ULを超えている場合(ステップS1:YES)には、上限値ULを加算角αに代入する(ステップS2)。したがって、制御角θCに対して上限値UL(=+ωmax)が加算されることになる。
このようにして、加算角αを上限値ULと下限値LLとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態(アシスト力が不安定な状態)が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。
この実施形態では、指示電流値補正部27は設けられておらず、PI制御部23のゲインを変更するゲイン変更部28が備えられている。ゲイン変更部28は、トルク偏差演算部22によって求められるトルク偏差ΔTに応じて、PI制御部23のゲインを可変設定する。
図10は、この発明の第3の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図10において、前述の図1に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
トルク偏差演算部61は、指示操舵トルクT*および検出操舵トルクTの偏差a=T*−Tを生成する。トルク偏差演算部61を設ける代わりに、トルク偏差演算部22による演算結果(ΔT)を用いることもできる。遅延部62は、検出操舵トルクTを1演算周期分遅延させる。周期間偏差演算部63は、現演算周期の検出操舵トルクT(n)と遅延部62が生成する前演算周期の検出操舵トルクT(n-1)との偏差b=T(n)−T(n-1)(検出操舵トルクの微分値に相当する。)を演算する。乗算部64は、トルク偏差aと周期間偏差bとを乗算して、乗算値A(=a×b)を生成する。方向フラグ生成部65は、前記乗算値Aと位相遅れフィルタ66の出力値Bとに基づいて、加減算係数(加算係数「+1」または減算係数「−1」。方向フラグ)Cを生成する。この加減算係数Cが加減算係数乗算部29に設定される。位相遅れフィルタ66は、方向フラグ生成部65が生成する加減算係数Cに対して位相遅れを施して出力値Bを生成するものである。位相遅れフィルタ66における位相遅れは、三相指示電圧VUVW *が更新されてから、これに対して三相検出電流IUVWや検出操舵トルクTが応答するまでの遅延(時間差)に相当するように設定されている。
乗算値Aが正値のとき C=1×B
乗算値Aが負値のとき C=−1×B
すなわち、乗算値Aが正値であれば、位相遅れフィルタ66における遅延に相当する時間(以下「遅れ時間」という。)だけ前に生成された従前の加減算係数C(=B)が維持され、乗算値Aが負値であれば、当該従前の加減算係数C(=B)の符号を反転して新たな加減算係数Cが生成される。
一方、トルク偏差aが負値であって、検出操舵トルクTが増加傾向(すなわち、周期間偏差bが正)のときには、乗算値Aが負値となる。このとき、検出操舵トルクTの変化は、指示操舵トルクT*から離れる方向となっている。そこで、前記遅れ時間だけ前の加減算係数C(=B)の符号を反転して新たな加減算係数Cを設定することによって、検出操舵トルクTを速やかに指示操舵トルクT*に導くことができる。
しかも、位相遅れフィルタ66の出力値Bと乗算値Aとは、検出電流や検出操舵トルクの応答遅れを考慮してタイミングが整合させられている。そのため、応答遅れの影響を抑制して、加減算係数Cの設定を正確に行うことができる。その結果、検出操舵トルクTを速やかに指示操舵トルクT*へと収束させることができるから、優れた操舵フィーリングを実現することができる。 なお、この実施形態の構成は、図8に示された第2実施形態の構成に対しても同様に適用することができる。また、加減算係数乗算部29は、トルク偏差ΔTに加減算係数Cを乗算する代わりに、加算角αに加減算係数Cを乗算する構成としてもよい。この場合、PI制御部23の出力に対して加減算係数Cを乗じてもよいし、加算角リミッタ24の出力に対して加減算係数Cを乗じてもよい。
また、前述の実施形態では、モータ制御態様の変更の例として、γ軸指示電流値Iγ*の可変設定(増加補正)および制御ゲインの可変設定(減少補正)について説明した。しかし、モータ制御態様は、加算角演算のためのPI制御部23を初期化(とくに積分項および加算角αの初期化)を行うことによっても変更できる。また、加算角リミッタ24における制限値ωmaxの変更(減少)、制御角θCの補正(たとえば一定値だけシフトする補正)などによってもモータ制御態様の変更を行うことができる。
Claims (4)
- ロータと、このロータに対向するステータとを備え、車両の舵取り機構に駆動力を付与するためのモータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
前記指示トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に対する比例積分演算を行うことによって、前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて、モータ指示電流値を変更するための変更手段と
を含み、
回転角センサの出力信号を用いずに前記モータを制御する、モータ制御装置。 - 前記変更手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど前記軸電流値が大きくなるように、前記モータ指示電流値を変更する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- ロータと、このロータに対向するステータとを備え、車両の舵取り機構に駆動力を付与するためのモータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に対する比例積分演算を行うことによって、前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて、前記加算角演算手段のゲインを変更するための変更手段と
を含み、
回転角センサの出力信号を用いずに前記モータを制御する、モータ制御装置。 - 前記加算角演算手段は、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクを前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクに近づけるように前記加算角を演算するフィードバック制御手段を含み、
前記変更手段は、前記フィードバック制御手段のゲインを減少補正する、請求項3に記載のモータ制御装置。
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