JPWO2018016436A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(数2)
Vv**=−(Vu **+Vw **)
ゲイン部(Gdob)223vからの電圧は、加算部224vでV相外乱電圧Vdis_vと加算され、インバータデッドタイム225vを経て、制御対象であり、伝達関数“1/(La・s+Ra)”で表わされるモータモデル226vに入力される。ゲイン部223vのゲインGdobは、モータ回転数ωに感応して変化する。
フィルタ時定数をτ1とし、伝達関数“1/(τ1・s+1)”を有するLPF226u〜226wは外乱オブザーバ220の帯域制限をするLPFであり、LPF226u〜226wのカットオフ周波数より低い周波数領域において、外乱オブザーバ220の性能が発揮される。カットオフ周波数より低い周波数領域のみに限定して電圧方程式を解くと、下記数8となる。ゲイン部222u〜222wのゲインGdobは、いずれもモータ回転数ωに応じて可変するが、ここでは簡略化するため、Gdob=1としている。
数3、数6及び数7より、下記数8が成立する。
数8は電圧指令値vu *から電流値iuまでを線形化できたことを示している。このように、3相外乱オブザーバ220を利用することにより、電機子電流の誘起電圧、相互インダクタンスによる干渉電圧、モータの巻線抵抗や自己インダクタンスのモデル化誤差、インバータの未知となる誤差Xu,Xv,Xwを低減することが可能となり、3相ブラシレスモータの回路方程式は見かけ上、前述の数1から下記数9へ変換される。
ゲイン部222u〜222wのゲインGdobは、モータ回転数ωに応じて可変するゲインである。一般的に電動パワーステアリングの電源電圧はバッテリを用いるため、12V程度となる。モータ100の高速回転領域において、Dutyが飽和すると、音が発生する。そのため、3相外乱オブザーバ220によって逆起電圧を補償し過ぎないように、図13に示すようにモータの回転数ω(絶対値)が所定値ω1まではゲインGdobを“1”とし、所定値ω1より大きくなるとゲインGdobを徐々に下げるように調整している。全操舵領域において、3相外乱オブザーバ220を有効とさせる場合は、ゲインGdobを常に”1”とする。
つまり、モータ電流iuが逆モータモデル228uを経ることにより、その出力iurは下記数12となる。
(数12)
iur=(Vu **・Gdob−Vdis_ue+Vdis_u・Xu)/(τ1・s+1)
LPF226uの入力は“Vu ** =Vu *−Vdis_ue”であり、その出力iufは下記数13である。
(数13)
iuf=(Vu *−Vdis_ue)/(τ1・s+1)
よって、減算部227uの出力である外乱推定電圧Vdis_ueは上記数11となる。
ただし、時定数τ=La/Raである。
ここで、図15は伝達関数“1/(1+s・τ)”の角周波数特性(τはモータ巻線の時定数)を示しており、図16は伝達関数“s・τ1/(1+s・τ1)”の角周波数特性を示している。図16の伝達関数“GH(s)=s・τ1/(1+s・τ1)”において、各周波数ωが遮断周波数ωHより十分小さい、即ちω<<ωHの関係が成り立つ場合、下記数15と近似できる。
空間ベクトル制御におけるスイッチングパターンでは、インバータの出力電圧をスイッチング素子(Q1〜Q6)のスイッチングパターンS1〜S6に応じて、図18の空間ベクトル図に示す8種類の離散的な基準電圧ベクトルV0〜V7(π/3[rad]ずつ位相の異なる非零電圧ベクトルV1〜V6と零電圧ベクトルV0,V7)で定義する。そして、それら基準出力電圧ベクトルV0〜V7の選択とその発生時間を制御するようにしている。また、隣接する基準出力電圧ベクトルによって挟まれた6つの領域を用いて、空間ベクトルを6つのセクター#1〜#6に分割することができ、目標電圧ベクトルVは、セクター#1〜#6のいずれか1つに属し、セクター番号を割り当てることができる。Vα及びVβの合成ベクトルである目標電圧ベクトルVが、α−β空間において正6角形に区切られた図18に示されたようなセクター内のいずれに存在するかは、目標電圧ベクトルVのα−β座標系における回転角γに基づいて求めることができる。また、回転角γはモータの回転角θとd−q座標系における電圧指令値vα *及びvβ *の関係から得られる位相δの和として、γ=θ+δで決定される。
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20、100 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
35、203、204 PI制御部
36、160 PWM制御部
37,161 インバータ
110 角度検出部
130 3相交流/dq軸変換部
140 d−q非干渉制御部
200 2自由度制御部
210 dq軸/3相交流変換部
220 3相外乱オブザーバ
230 3相交流/αβ交流変換部
240 空間ベクトル変調部
241 2相/3相変換部
242 3次高調波重畳部
Claims (10)
- 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵機構にアシストトルクを付与する3相ブラシレスモータを駆動制御すると共に、前記電流指令値を変換したdq軸指令値でインバータを介してベクトル制御する電動パワーステアリング装置において、
3相電圧指令値に対して、前記インバータのデッドタイムを含む各相外乱電圧を補償する3相外乱オブザーバを具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記3相外乱オブザーバが、
3相各相について、モータモデルと、逆モータモデルと、ローパスフィルタとで構成された相オブザーバ部を具備している請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記相オブザーバ部が、
3相に変換された相電圧から外乱推定電圧を減算する第1の減算部と、
前記第1の減算部からの減算値をゲイン倍するゲイン部と、
前記ゲイン部の出力に外乱要素を入れた相電圧を入力して相電流を出力する前記モータモデルと、
前記相電流を入力する前記逆モータモデルと、
前記減算値を入力する前記ローパスフィルタと、
前記逆モータモデルの出力から前記ローパスフィルタの出力を減算して前記外乱推定電圧を出力する第2の減算部と、
で構成されている請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記ゲイン部のゲインがモータ回転数に感応して可変となっている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記3相外乱オブザーバが、
3相のうちの2相について、モータモデルと、逆モータモデルと、ローパスフィルタとで構成された相オブザーバ部を具備し、
他の1相は、前記3相のうちの2相の相電圧を加算して正負反転し、反転された相電圧に対してモータモデルで成る他相オブザーバ部を具備している請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記相オブザーバ部が、
3相に変換された相電圧から外乱推定電圧を減算する第1の減算部と、前記第1の減算部からの減算値をゲイン倍する第1のゲイン部と、前記第1のゲイン部の出力に外乱要素を入れた相電圧を入力して相電流を出力する第1のモータモデルと、前記相電流を入力する前記逆モータモデルと、前記減算値を入力する前記ローパスフィルタと、前記逆モータモデルの出力から前記ローパスフィルタの出力を減算して前記外乱推定電圧を出力する第2の減算部とで構成されており、
前記他相オブザーバ部が、
前記3相に変換された相電圧のうちの2相の相電圧を加算する加算部と、前記加算部の出力を正負反転する反転部と、前記反転部の出力をゲイン倍する第2のゲイン部と、前記第2のゲイン部の出力に外乱要素を入れた相電圧を入力して相電流を出力する第2のモータモデルとで構成されている請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記第1及び第2のゲイン部のゲインがモータ回転数に感応して可変となっている請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記3相外乱オブザーバの補償値を前記インバータの電源電圧に応じて可変するようになっている請求項1乃至7のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記3相外乱オブザーバのインダクタンスノミナル値を前記3相ブラシレスモータの電流に感応させて可変するようになっている請求項2乃至8のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記3相外乱オブザーバの後段に、3次高調波を重畳する空間ベクトル変調部が設けられている請求項1乃至9のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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