JP2005001608A

JP2005001608A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2005001608A
Application number: JP2003169857A
Authority: JP
Inventors: Kazuchika Tajima; 一親田島; Takashi Ota; 貴志太田; Yasuo Motoyama; 廉夫本山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of a power steering device capable of effectively enhancing the detection accuracy of the number of rotation of an electric motor. <P>SOLUTION: An electric power steering device comprises an electric motor 3 which is driven by the power supplied from a power source 2 to assist the steering force by a driver, an electric motor unit 15 having a switching element 8 which is interposed between the electric motor 3 and the power source 2 to switch the power supply state from the power source 2 to the electric motor 3, a target voltage calculation means 14 to calculate the target voltage according to the target torque of the electric motor 3, a switch operation control means 7 to switch-control the switching element 8 based on the target voltage calculated by the target voltage calculation means 14, and a resistance operation means 9 to obtain the resistance of the electric motor unit 15 based on the target voltage calculated by the target voltage calculation means 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵補助力を発生するモータの抵抗値を正確に算出できる、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング機構をそなえた車両では、駆動モータの電気抵抗値に基づいてモータの回転数を算出し、フィードバック制御を行なったり、車両挙動を推定する場合がある。具体例としては、例えば、駆動モータの回転が略停止しているような状態で且つ駆動モータに対する電流量が所定値以上である場合、この駆動モータを駆動するための目標電流を減少する補正制御（アンロード制御）や、モータ回転数に対するダンピング制御や、慣性補償制御などである。これらのうち、制御によっては要求されるモータ抵抗値の精度はさほど高くなく、ある程度の誤差は認められる場合もあるが、例えば、モータ抵抗値からモータ回転数を求め、これに基づいて車両挙動を推定するような制御を実行する場合などにおいては、非常に高精度のモータ抵抗値を得る必要がある。
【０００３】
この様な場合、モータの抵抗値を仕様上の抵抗値として扱うと、モータの実際の抵抗値と仕様上の抵抗値とは若干のズレがあるため、正確に制御を実行できないという課題が生じる。
この課題に対して、工場出荷時やサービスステーション等における保守，点検時などに、モータ個々の実際の抵抗値を測定・算出し、その結果をメモリ等に保存できるようにすることで、モータの仕様上の抵抗値と実際の抵抗値との誤差を修正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５９４６３号公報（〔００３９〕〜〔００４１〕段落の記載等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、モータ個々の抵抗値の設計誤差（仕様値との差）を修正できるもの、モータの駆動状態による抵抗変動を反映したモータの抵抗値を得ることはできない。
つまり、電動パワーステアリング機構においては、ドライバによるステアリングホイールの操舵操作に応じてモータから生じる補助力（トルク）が異なり、モータ抵抗値も変動する。この場合、特許文献１等のようにモータの抵抗値を固定値として取り扱った場合には正確なモータ抵抗値を得られず、したがって、モータ抵抗値に基づいて算出されるモータ回転数においても大きな誤差が生じてしまうという課題がある。
【０００６】
このような課題を解決するため、時々刻々と変化するモータの回転数を正確に得るべく、回転数センサによって直接モータ回転数を検出する手法や、ステアリング舵角センサによる舵角検出信号に基づいてモータの回転数を算出する手法も考えられる。
しかし、近年、車両の生産コストを抑制すべく、部品点数を極力減少させる措置がとられる場合が多くあり、各種のセンサも装着数を抑えることが望まれている。従って、回転数センサや舵角センサ等のセンサを必要とせずにモータ回転数をリアルタイムに、しかも正確に得ることができるパワーステアリング機構が強く望まれている。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、モータの電気抵抗値をリアルタイムに且つ正確に得ることができる、電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、電力源から供給される電力により駆動されてドライバによる操舵力をアシストする電動機と、該電動機と該電力源との間に介装されて該電力源から該電動機への電力供給状態を切り替えるスイッチング素子とを有する電動機ユニットと、該電動機の目標トルクに応じた目標電圧を算出する目標電圧算出手段と、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子を切り替え制御するスイッチ作動制御手段と、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該電動機ユニットの抵抗値を求める抵抗値演算手段とをそなえていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、モータの目標トルクに応じて、高精度のモータユニットの抵抗値をリアルタイムで得ることができる。
また、請求項２記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、上記請求項１記載の構成において、該スイッチ作動制御手段は、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比を算出し、該算出結果に応じてスイッチング素子を切り替え制御するとともに、該抵抗値演算手段は、該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比に基づいて該スイッチング素子の抵抗値を算出することを特徴としている。
【００１０】
これにより、モータからのトルク出力制御に用いられるパラメータである「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」に基づき正確なモータユニット抵抗を算出できる。
また、請求項３記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、上記請求項１記載の構成において、該電動機に印加された電圧を検出する電圧検出手段と、該電動機に流れた電流を検出する電流検出手段と、該抵抗値演算手段で算出された該電動機ユニットの抵抗値と該電圧検出手段で検出された電圧と該電流検出手段で検出された電流とに基づいて該電動機の回転数を算出する回転数算出手段とを有していることを特徴としている。
【００１１】
これにより、正確なモータユニット抵抗値に基づいて、高精度のモータ回転数を求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置について図１〜図５を用いて説明すると、図１はその模式的なブロック図、図２はその要部構成を示す模式的な回路図、図３はモータユニットの抵抗値を算出する際に用いられるマップ、図４はその要部を示す模式的な制御ブロック図、図５はその動作を示すフローチャートである。
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、主にＥＣＵ１、バッテリ（電力源）２、モータユニット１５、ステアリングホイール（図示略）等により構成されている。
また、このＥＣＵ１にはモータユニット１５と操舵トルクセンサ４と車速センサ５と電流センサ（電流検出手段）１１と電圧センサ（電圧検出手段）１２とがそれぞれが接続されている。
【００１４】
操舵トルクセンサ４は、ドライバによるステアリングホイールの操作力〔操舵トルク（操舵力）〕の大きさやステアリングホイールの回転方向を検出するものであり、また、車速センサ５は、車両の実速度を検出するものである。
モータユニット１５は、主に、モータ（電動機）３とスイッチング素子８とによって構成され、このモータ３は、直流ブラシモータであって、ステアリングホイールとラック＆ピニオン機構（図示略）等を介して機械的に接続されるとともに、スイッチング素子８を介してバッテリ２と電気的に接続されている。また、モータ３にはバッテリ２の電圧Ｖ_Ｂがスイッチング素子８によって所定の電圧に調節された後で印加されるようになっており、モータ３は印加された電圧の大きさに応じたトルクを生じ、このトルクによって、ドライバによるステアリングホイールの操舵力をアシストするようになっている。なお、このモータユニット１５の詳細については後述する。
【００１５】
また、ＥＣＵ１の内部には、目標トルク演算部６，電動機駆動部（スイッチ作動制御手段）７，抵抗値演算部（抵抗値演算手段）９，回転数演算部（回転数演算手段）１０が設けられている。
目標トルク演算部６は、ドライバによる操舵力に応じたモータ３のアシスト力（目標トルク）を算出するものであって、その内部には目標電流演算部１３と駆動制御演算部（目標電圧算出手段）１４とが設けられている。
【００１６】
このうち、目標電流演算部１３は、操舵トルクセンサ４によって検出された操舵トルクと車速センサ５によって検出された実車速に基づいて目標トルクを計算し、この目標トルクに対応する目標電流Ｉ_Ｔを出力するものである。
また、駆動制御演算部１４は、上記の目標電流演算部１３によって算出された目標電流Ｉ_Ｔと、電流センサ１１によって検出されたモータ３に供給される実電流Ｉ_Ｍとの偏差電流ΔＩに基づき、要求トルクに対応した目標電圧Ｖ_Ｔを算出するものである。
【００１７】
電動機駆動部７は、バッテリ電圧Ｖ_Ｂをスイッチング素子８のオンオフ制御によって目標電圧Ｖ_Ｔに変圧するために必要なデューティ比を算出し、パルス制御信号としたＶ_Ｔを後段のスイッチング素子８へ出力するものである。なお、デューティ比は単位周期（又は単位時間）当たりの通電時間であり、０から１００％の間の値をとる。
【００１８】
また、モータ３の目標トルクに応じた目標電圧Ｖ_Ｔ，バッテリ電圧Ｖ_Ｂ，デューティ比との関係は、以下の式（１）のようになっている。
Ｖ_Ｔ＝Ｖ_Ｂ×（デューティ比／１００）＝Ｖ_Ｂ・Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｓ（１）
ここで、Ｔ_Ｓは単位時間、Ｔ_Ｂは実際の通電時間であって、Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ｓはスイッチング素子の単位時間における通電時間の比である。例えば、通電時間Ｔ_Ｂを最大（Ｔ_Ｓ）とすればＶ_Ｔ＝Ｖ_Ｂとなって、モータ３へはバッテリ電圧Ｖ_Ｂがそのまま印加されるようになっており、このような場合、電動機駆動部７は、スイッチング素子８を単位時間Ｔ_Ｓの間ずっとオンとするパルス制御信号である目標電圧Ｖ_Ｔを生成してスイッチング素子８へ出力し、理論上、バッテリ電圧Ｖ_Ｂがモータ３へ印加され、モータ３の出力トルクは最大になるようになっている。一方、通電時間Ｔ_Ｂを最小（ゼロ）にすれば、モータ３へは電圧が印加されないようになっている。
【００１９】
また、モータユニット１５は、上述のスイッチング素子８とモータ３とによって構成されており、このスイッチング素子８の切り替えによって、バッテリ２からモータ３への電力供給状態、即ち、バッテリ２から入力される電圧の大きさや電流の方向などが制御されモータ３を駆動することができるようになっている。
このスイッチング素子８は、図２に示すように、第１ＦＥＴ１６，第２ＦＥＴ１７，第３ＦＥＴ１８，第４ＦＥＴ１９の合計４つのＦＥＴがブリッジ接続されることによって構成され、その一端子Ａはバッテリ２の正極端子と接続され、他端子Ｂはグランド（アース）されるようになっている。また、上記のスイッチング素子８における端子Ｃと端子Ｄとの間にモータ３が接続されるようになっている。
【００２０】
また、上記のスイッチング素子８におけるブリッジ接続された４つの第１〜第４ＦＥＴ１６〜１９は、それぞれが上述の電動機駆動部７によって対角制御されるようになっており、例えば、第１ＦＥＴ１６と第３ＦＥＴ１８とがオンになると矢印Ｅで示すように電力が供給されることによってモータ３の駆動軸（図示略）は一方の方向（図中時計回り）に回転し、一方、第２ＦＥＴ１７と第４ＦＥＴ１９とがオンになると矢印Ｆで示すように電力が供給されモータ３の駆動軸は他方向（図中反時計回り）に回転するようになっている。
【００２１】
このように、モータ３へ入力される電力の供給方向を切り替えることによってドライバがステアリングホイールをいずれの方向へ回転させた場合であっても、確実に操舵力をアシストすることができるようになっている。
また、このスイッチング素子８においては、上述の電動機駆動部７が、目標電圧Ｖ_Ｔに基づき設定されたパルス幅に基づいて第１〜第４ＦＥＴ１６〜１９のそれぞれをオンオフ制御することで、バッテリ電圧Ｖ_Ｂをモータ３の目標トルクに応じた目標電圧Ｖ_Ｔに調節してモータ３へ印加することができるようになっている。
【００２２】
つまり、目標電圧Ｖ_Ｔはドライバによる操舵力に応じて変化するモータ３の出力トルクの大きさに応じた電圧値であるので、バッテリ電圧Ｖ_Ｂをこの目標電圧Ｖ_Ｔに合致させてからモータ３へ印加することによって、ドライバの操舵力に応じてモータ３の出力トルクの大きさが適宜調節されるようになっているのである。
【００２３】
また、図１に示すように、モータユニット１５には電圧センサ１２が設けられており、モータ３へ実際に印加された電圧Ｖ_Ｍを検出し、回転数演算部１０へ出力するようになっている。
さらに、モータユニット１５には電流センサ１１が設けられており、モータ３へ入力された電流Ｉ_Ｍを検出して回転数演算部１０に出力するとともに、目標トルク算出部６に出力するようになっている。
【００２４】
また、ＥＣＵ１の抵抗値演算部９は図３に示すマップ２０をそなえ、このマップ２０にはモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵと目標電圧Ｖ_Ｔとの関係が設定されており、駆動制御演算部１４によって算出された目標電圧Ｖ_Ｔに基づき、モータユニット１５の抵抗値Ｒ_ＭＵを算出するようになっている。
ここで、モータユニット抵抗Ｒ_ＭＵについて詳述すると、モータユニット１５は、図２を使って上述したように、主に、モータ３とスイッチング素子８とから構成され、また、スイッチング素子８は４つのＦＥＴ１６〜１９がブリッジ接続されることによって構成されている。そして、電動機駆動部７によるスイッチング素子８のオンオフ制御時には、４つのＦＥＴ１６〜１９が対角制御されることで、バッテリ２から供給された電力は２つのＦＥＴ（第１ＦＥＴ１６と第３ＦＥＴ１８、あるいは、第２ＦＥＴ１７と第４ＦＥＴ１９）とモータ３とを経由するようになっている。
【００２５】
つまり、モータ３の駆動中は、モータ３による抵抗Ｒ_Ｍだけを考慮して何らかの制御を実行していたのでは十分ではなく、モータ駆動時にオンとなるＦＥＴによる抵抗Ｒ_ＦＥＴも考慮する必要があるのである。
ここで、従来の技術と本実施形態に係る電動パワーステアリング装置とを比較して説明すると、従来は、仕様上のモータ抵抗値をそのまま固定値として制御に用いたり、モータ抵抗値を所定条件で測定した後にメモリなどに保存して固定値として制御に用いたりしていたが、実際には、モータから出力されるトルクによってその抵抗値が変動するため、モータ抵抗値を固定値として制御に用いると結果的に精度が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本願発明者はモータ周辺の制御装置や回路などを様々な角度から検証し、その結果、目標電圧Ｖ_Ｔ（モータ３の目標トルク）に基づいてオンオフ制御されるスイッチング素子８内のＦＥＴにおける電気抵抗Ｒ_ＦＥＴが無視できないことに着目するとともに、このＦＥＴの抵抗Ｒ_ＦＥＴはモータ３の出力トルクによって変化していることを見い出したものであり、本願発明においては、上述の抵抗値演算部９が、モータ３の出力トルクに対応する目標電圧Ｖ_Ｔに基づいて、モータ抵抗Ｒ_ＭとＦＥＴ抵抗Ｒ_ＦＥＴとの合算値をモータユニット１５の抵抗値Ｒ_Ｍとして算出するようにしているのである。
【００２７】
なお、上述のマップ２０はモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵと、デューティ比（もしくはパルス幅）との関係を設定したマップであってもよく、この場合、抵抗値演算部９に入力されるのは目標電圧Ｖ_Ｔではなく、電動機駆動部７によって算出されたデューティ比（もしくはパルス幅）が入力されるようにすればよい。
回転数演算部１０は、上述のようにして求められたモータユニット１５の抵抗値Ｒ_ＭＵと、電流センサ１１によって検出された電流値Ｉ_Ｍと、電圧センサ１２によって検出された電圧値Ｖ_Ｍとに基づいてモータ３の回転数Ｎ_Ｍを下式（２），（３）に基づきリアルタイムに算出するものである。なお、Ｒ_Ｍはモータの抵抗、Ｒ_ＦＥＴはＦＥＴ単体の抵抗値、Ｒ_ＭＵはモータユニットの抵抗値、Ｋ_Ｅは逆起電力定数である。
【００２８】

本発明の電動パワーステアリング装置は上述のように構成されているので、図４に示す制御ブロック図を用いて上式（２）または（３）によるモータ回転数Ｎ_Ｍの算出方法について説明すると、まず、抵抗値演算部９に目標電圧Ｖ_Ｔが入力され、上述したマップ２０によってモータユニット１５の抵抗値Ｒ_ＭＵが得られる。
【００２９】
そして、回転数演算部１０には、電流センサ１１によって検出されたモータ３における実電流Ｉ_Ｍと、電圧センサ１２によって検出されたモータ３における実電圧Ｖ_Ｍと、抵抗値演算部９によって得られたモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵとが入力される。そして、モータ電流Ｉ_Ｍとモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵとを乗算した値Ｉ_Ｍ・Ｒ_ＭＵが、モータ電圧Ｖ_Ｍから減算され、その後、ゲイン１／Ｋ_Ｅを経てモータ回転数Ｎ_Ｍが算出される。
【００３０】
次に、図５に示す動作フローを用いてその作用を説明すると、まず、ステップＳ１において、舵角トルクセンサ４によって検出されたドライバによる操舵力の大きさや操舵方向を示す操舵トルク信号がＥＣＵ１へ入力されるとともに、車速センサ５によって検出された車両の実車速を示す車速信号がＥＣＵ１へ入力される。
【００３１】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１にて入力された操舵トルク信号と車速信号とに基づき目標電圧Ｖ_Ｔが駆動制御演算部１４によって演算され、その後、ステップＳ３において、ステップＳ２で算出された目標電圧Ｖ_Ｔに基づきモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵが抵抗値演算部９によって演算される。そして、ステップＳ４において、モータユニット１５の抵抗値Ｒ_ＭＵと電流センサ１１によって検出されたモータの電流Ｉ_Ｍと電圧センサ１２によって検出されたモータ３の電圧Ｖ_Ｍとに基づいてモータ回転数Ｎ_Ｍが回転数演算部１０によって算出される。
【００３２】
なお、図３で示したマップ２０において、モータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵと目標電圧Ｖ_Ｔとの関係の代わりに、モータユニット抵抗Ｒ_ＭＵとデューティ比（もしくはパルス幅）との関係を設定した場合には、図５のステップＳ２において目標電圧Ｖ_Ｔの演算の代わりにデューティ比（もしくはパルス幅）が演算され、その後、ステップＳ３においてステップＳ２で求められたデューティ比（もしくはパルス幅）に基づいてモータ抵抗値Ｒ_Ｍが算出される。
【００３３】
これにより、モータ３によって得るべき操舵補助力である目標トルクに応じた目標電圧Ｖ_Ｔに基づいて、モータ３を含んだモータユニット１５の抵抗値Ｒ_ＭＵをリアルタイム、且つ、正確に得ることが可能となるので、この正確なモータユニットＲ_ＭＵの抵抗値に基づいてモータ回転数Ｎ_Ｍを高精度で算出することが可能となる。
【００３４】
また、スイッチング素子８に対するパルス制御信号を生成する際に用いられる値であって、モータの目標トルクに対応した「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」を抵抗値演算部９へ入力するように構成すれば、抵抗値演算部９は、入力された「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」に基づいて、リアルタイムのモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵを高い精度で得ることが可能となる。
【００３５】
さらに、回転数算出手段１０に、上述した高精度のモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵと、電流センサ１１によって検出されたモータ３における実電流Ｉ_Ｍと、電圧センサ１２によって検出されたモータ３における実電圧Ｖ_Ｍとを入力することにより、モータ回転数Ｎ_Ｍを高精度で得ることが可能となる。また、この場合、モータ回転数センサやステアリング舵角センサなどを用いることなくモータ回転数Ｎ_Ｍを得ることができるので、部品点数削減に寄与するとともにコスト抑制にも寄与することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態においては、抵抗値演算部９がマップ２０をそなえ、このマップ２０に基づきモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵが得られるように構成したが、マップ２０の代わりに関数計算式を設定し、これに基づいてモータユニット抵抗値Ｒ_ＭＵが得られるようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態においては、抵抗値演算部９によって得られたモータユニット１５の抵抗値を用いてモータ３の回転数Ｎ_Ｍを推定・算出する場合を示したが、このような制御に限らず、例えば、高精度のモータユニット抵抗Ｒ_ＭＵに基づいて、モータ回転数に対するダンピング制御や、慣性補償制御などを行なうようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、モータの電気抵抗値をリアルタイム且つ正確に得ることが可能となる。
つまり、モータによって得るべき操舵補助力である目標トルクに応じた目標電圧に基づいて、モータを含んだモータユニット抵抗値をリアルタイム、且つ、正確に得ることが可能となる（請求項１）。
【００３９】
また、スイッチング素子の単位時間における通電時間の比に基づき、リアルタイム、且つ、高精度のモータユニット抵抗値を得ることが可能となる（請求項２）。
さらに、回転数算出手段に、上述した高精度のモータユニット抵抗値と、電流センサによって検出されたモータにおける実電流と、電圧センサによって検出されたモータにおける実電圧とを入力することにより、モータ回転数を高精度で得ることが可能となる。また、この場合、モータ回転数センサやステアリング舵角センサなどを用いることなくモータ回転数を得ることができるので、部品点数削減に寄与するとともにコスト抑制にも寄与することが可能となる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータユニットを示す模式的な回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータユニット抵抗Ｒ_ＭＵの算出に用いられるマップである。
【図４】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ回転数算出の制御フローである。
【図５】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置による動作フローである。
【符号の説明】
２バッテリ（電力源）
３モータ（電動機）
７電動機駆動部（スイッチ作動制御手段）
８スイッチング素子
９抵抗値演算部（抵抗値演算手段）
１０回転数検出部（回転数検出手段）
１１電流センサ（電流検出手段）
１２電圧センサ（電圧検出手段）
１４駆動制御演算部（目標電圧算出手段）
１５モータユニット（電動機ユニット）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to an electric power steering apparatus that can accurately calculate a resistance value of a motor that generates a steering assist force.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a vehicle equipped with an electric power steering mechanism, the rotational speed of the motor is calculated based on the electric resistance value of the drive motor, and feedback control or vehicle behavior is sometimes estimated. As a specific example, for example, when the rotation of the drive motor is substantially stopped and the amount of current to the drive motor is equal to or greater than a predetermined value, the correction control for reducing the target current for driving the drive motor (Unload control), damping control for motor rotation speed, inertia compensation control, and the like. Of these, the accuracy of the required motor resistance value is not so high depending on the control, and some errors may be recognized.For example, the motor rotational speed is obtained from the motor resistance value, and the vehicle behavior is determined based on this. For example, when estimating control is executed, it is necessary to obtain a motor resistance value with very high accuracy.
[0003]
In such a case, if the resistance value of the motor is handled as a resistance value in the specification, there is a slight deviation between the actual resistance value of the motor and the resistance value in the specification, so that there is a problem that the control cannot be performed accurately. .
In response to this problem, the actual resistance value of each motor can be measured and calculated at the time of shipment from the factory or during maintenance and inspection at a service station, etc., and the results can be stored in memory, etc. A technique for correcting an error between a resistance value in specification and an actual resistance value has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 11-59463 A (Description of paragraphs [0039] to [0041], etc.)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the technique of Patent Document 1, the design error (difference from the specification value) of the resistance value of each motor can be corrected, and the resistance value of the motor reflecting the resistance variation due to the driving state of the motor cannot be obtained. .
That is, in the electric power steering mechanism, the assisting force (torque) generated from the motor differs according to the steering operation of the steering wheel by the driver, and the motor resistance value also varies. In this case, when the resistance value of the motor is handled as a fixed value as in Patent Document 1 or the like, an accurate motor resistance value cannot be obtained, and therefore the motor rotational speed calculated based on the motor resistance value is large. There is a problem that an error occurs.
[0006]
In order to solve such a problem, in order to accurately obtain the rotational speed of the motor that changes from moment to moment, based on a method of directly detecting the motor rotational speed by the rotational speed sensor or a steering angle detection signal by the steering steering angle sensor. A method for calculating the rotation speed of the motor is also conceivable.
However, in recent years, there are many cases where measures are taken to reduce the number of parts as much as possible in order to suppress the production cost of the vehicle, and it is desired to reduce the number of various sensors. Therefore, there is a strong demand for a power steering mechanism that can accurately obtain the motor rotation speed in real time without requiring a sensor such as a rotation speed sensor or a steering angle sensor.
[0007]
The present invention has been devised in view of such problems, and an object thereof is to provide an electric power steering device capable of accurately obtaining an electric resistance value of a motor in real time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An electric power steering device according to a first aspect of the present invention includes an electric motor that is driven by electric power supplied from an electric power source and assists a steering force by a driver, and is interposed between the electric motor and the electric power source. An electric motor unit having a switching element that switches a power supply state from the electric power source to the electric motor, target voltage calculating means for calculating a target voltage according to the target torque of the electric motor, and a target calculated by the target voltage calculating means Switch operation control means for switching and controlling the switching element based on the voltage, and resistance value calculation means for obtaining the resistance value of the electric motor unit based on the target voltage calculated by the target voltage calculation means. It is a feature.
[0009]
Thereby, according to the target torque of the motor, a highly accurate resistance value of the motor unit can be obtained in real time.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the electric power steering apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the switch operation control means is configured such that the switch operation control means is based on the target voltage calculated by the target voltage calculation means. A ratio of energization time in unit time is calculated, and the switching element is controlled to be switched according to the calculation result, and the resistance value calculating means is configured to control the switching element based on the ratio of energization time in unit time of the switching element. It is characterized by calculating a resistance value.
[0010]
As a result, an accurate motor unit resistance can be calculated based on the “ratio of energization time per unit time of the switching element” that is a parameter used for controlling torque output from the motor.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the voltage detecting means for detecting the voltage applied to the electric motor and the current for detecting the electric current flowing through the electric motor are provided. The number of revolutions of the motor is calculated based on the detection means, the resistance value of the motor unit calculated by the resistance value calculation means, the voltage detected by the voltage detection means, and the current detected by the current detection means And a rotation speed calculating means.
[0011]
Thereby, based on an accurate motor unit resistance value, a highly accurate motor rotation speed can be obtained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a schematic block diagram thereof, and FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a main part thereof. 3 is a map used when calculating the resistance value of the motor unit, FIG. 4 is a schematic control block diagram showing the main part, and FIG. 5 is a flowchart showing the operation.
[0013]
As shown in FIG. 1, an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention is mainly configured by an ECU 1, a battery (power source) 2, a motor unit 15, a steering wheel (not shown), and the like.
The ECU 1 is connected to a motor unit 15, a steering torque sensor 4, a vehicle speed sensor 5, a current sensor (current detection means) 11, and a voltage sensor (voltage detection means) 12.
[0014]
The steering torque sensor 4 detects the magnitude of the steering wheel operating force [steering torque (steering force)] by the driver and the rotational direction of the steering wheel, and the vehicle speed sensor 5 detects the actual speed of the vehicle. Is.
The motor unit 15 is mainly composed of a motor (electric motor) 3 and a switching element 8. The motor 3 is a direct current brush motor, and is mechanically connected via a steering wheel and a rack and pinion mechanism (not shown). And is electrically connected to the battery 2 via the switching element 8. Further, the voltage V _{B of the} battery 2 is applied to the motor 3 after being adjusted to a predetermined voltage by the switching element 8, and the motor 3 applies torque according to the magnitude of the applied voltage. This torque is used to assist the steering force of the steering wheel by the driver. Details of the motor unit 15 will be described later.
[0015]
The ECU 1 includes a target torque calculation unit 6, an electric motor drive unit (switch operation control unit) 7, a resistance value calculation unit (resistance value calculation unit) 9, and a rotation number calculation unit (rotation number calculation unit) 10. It has been.
The target torque calculator 6 calculates the assist force (target torque) of the motor 3 in accordance with the steering force by the driver, and includes a target current calculator 13 and a drive control calculator (target voltage calculator). 14).
[0016]
Among them, target current calculation unit 13, the target torque calculated based on the actual vehicle speed detected by the steering torque and the vehicle speed sensor 5 detected by the steering torque sensor 4, the target current I _T corresponding to the target torque Output.
The drive control calculation unit 14, based on the deviation current ΔI between the actual current I _M to be supplied and the target current I _T, which is calculated by the target current calculation unit 13, the motor 3 detected by the current sensor 11 The target voltage V _T corresponding to the required torque is calculated.
[0017]
The electric motor drive unit 7 calculates a duty ratio necessary for transforming the battery voltage V _B to the target voltage V _T by the on / off control of the switching element 8, and outputs V _T as a pulse control signal to the subsequent switching element 8. To do. The duty ratio is an energization time per unit cycle (or unit time) and takes a value between 0 and 100%.
[0018]
The relationship among the target voltage V _T , the battery voltage V _B , and the duty ratio corresponding to the target torque of the motor 3 is expressed by the following expression (1).
V _T = V _B × (Duty ratio / 100) = V _B · T _B / T _S (1)
Here, T _S is the time unit, T _B is an actual energization time, the T B _/ T _S is the ratio of conduction time in the unit time of the switching element. For example, a V _{T =} V _B if the energization time T _B and maximum (T _S), is to the motor 3 is adapted to the battery voltage V _B is applied as it is, this case, the electric motor drive The unit 7 generates a target voltage V _T that is a pulse control signal that keeps the switching element 8 on for the unit time T _S and outputs the target voltage V _T to the switching element 8. Theoretically, the battery voltage V _B is applied to the motor 3. Thus, the output torque of the motor 3 is maximized. On the other hand, if the minimum (zero) the energization time T _B, so that the voltage is not applied to the motor 3.
[0019]
The motor unit 15 includes the switching element 8 and the motor 3 described above. By switching the switching element 8, the power supply state from the battery 2 to the motor 3, that is, the voltage input from the battery 2. The motor 3 can be driven by controlling the magnitude and direction of current.
As shown in FIG. 2, the switching element 8 is configured by bridge-connecting a total of four FETs of a first FET 16, a second FET 17, a third FET 18, and a fourth FET 19, and one terminal A thereof is a positive terminal of the battery 2. The other terminal B is connected to ground (earth). The motor 3 is connected between the terminal C and the terminal D in the switching element 8.
[0020]
In addition, the four first to fourth FETs 16 to 19 that are bridge-connected in the switching element 8 are diagonally controlled by the motor driving unit 7 described above. For example, the first FET 16 and the third FET 18 are controlled. Is turned on, power is supplied as shown by an arrow E, whereby the drive shaft (not shown) of the motor 3 rotates in one direction (clockwise in the figure), while the second FET 17 and the fourth FET 19 When turned on, power is supplied as indicated by arrow F, and the drive shaft of the motor 3 rotates in the other direction (counterclockwise in the figure).
[0021]
In this way, by switching the direction in which the electric power input to the motor 3 is switched, the steering force can be reliably assisted even if the driver rotates the steering wheel in any direction. Yes.
Further, in the switching element 8, by motor drive unit 7 described above, the first to the second 4FET16~19 respectively on-off controlled based on the set pulse width based on the target voltage V _T, the battery voltage V _B and adjusted to the target voltage V _T corresponding to the target torque of the motor 3 so that it can be applied to the motor 3.
[0022]
That is, since the target voltage V _T is a voltage value corresponding to the magnitude of the output torque of the motor 3 that changes according to the steering force by the driver, the motor 3 is set after the battery voltage V _B is matched with the target voltage V _T. Thus, the magnitude of the output torque of the motor 3 is appropriately adjusted according to the steering force of the driver.
[0023]
Further, as shown in FIG. 1, the motor unit 15 and the voltage sensor 12 is provided to detect the voltage V _M which is actually applied to the motor 3, so as to output to the revolution computing portion 10 Yes.
Further, the motor unit 15 is provided with a current sensor 11, which detects the current I _M input to the motor 3 and outputs it to the rotation speed calculation unit 10 and to the target torque calculation unit 6. ing.
[0024]
Further, the resistance value calculation unit 9 of the ECU 1 has a map 20 shown in FIG. 3, in which the relationship between the motor unit resistance value R _MU and the target voltage V _T is set. Based on the calculated target voltage V _T , the resistance value R _MU of the motor unit 15 is calculated.
Here, the motor unit resistance _RMU will be described in detail. The motor unit 15 is mainly composed of the motor 3 and the switching element 8 as described above with reference to FIG. The FETs 16 to 19 are configured by bridge connection. Then, when the on / off control of the switching element 8 by the electric motor drive unit 7 is performed, the four FETs 16 to 19 are diagonally controlled, so that the power supplied from the battery 2 is two FETs (the first FET 16 and the third FET 18, or the first FET 2FET17 and 4thFET19) and the motor 3.
[0025]
That is, during driving of the motor 3, than were running some control in consideration of only the resistance R _M by the motor 3 is not sufficient, the resistance R _FET by FET which is turned on when the motor drive must also be taken into consideration It is.
Here, the conventional technology and the electric power steering apparatus according to the present embodiment will be described in comparison. Conventionally, the motor resistance value in the specification is used as a fixed value for control, or the motor resistance value is set under a predetermined condition. After measurement, it was stored in a memory and used as a fixed value for control, but in reality, the resistance value fluctuates depending on the torque output from the motor, so the motor resistance value is used as a fixed value for control. As a result, the accuracy decreases.
[0026]
Therefore, the inventor of the present application verifies control devices and circuits around the motor from various angles, and as a result, the FET in the switching element 8 that is on / off controlled based on the target voltage V _T (target torque of the motor 3). Focusing on the fact that the electric resistance R _FET cannot be ignored, it has been found that the resistance R _FET of the _FET changes depending on the output torque of the motor 3. In the present invention, the above-described resistance value calculation unit 9 but based on the target voltage V _T corresponding to the output torque of the motor 3 is of the sum of the motor resistance R _M and the FET resistance R _FET are calculated as the resistance value R _M of the motor unit 15.
[0027]
The map 20 described above may be a map in which the relationship between the motor unit resistance value _RMU and the duty ratio (or pulse width) is set. In this case, what is input to the resistance value calculation unit 9 is the target. Instead of the voltage V _T , the duty ratio (or pulse width) calculated by the electric motor drive unit 7 may be input.
The rotation speed calculation unit 10 includes the resistance value R _MU of the motor unit 15 obtained as described above, the current value I _M detected by the current sensor 11, and the voltage value V _M detected by the voltage sensor 12. the following equation (2) the rotational speed N _M of the motor 3 based on, and calculates in real time based on (3). Incidentally, _{R M} is motor _{resistance, R FET} the resistance of a single _{FET, R MU} resistance value of the motor unit, _{K E} is a counter electromotive force constant.
[0028]

Since the electric power steering apparatus of the present invention is constructed as described above, when the above equation (2) or (3) a method of calculating the motor rotation speed N _M by will be described with reference to the control block diagram shown in FIG. 4, First, the target voltage V _T is input to the resistance value calculation unit 9, and the resistance value R _MU of the motor unit 15 is obtained by the map 20 described above.
[0029]
Then, the rotational speed calculation unit 10 is obtained by the actual value I _M in the motor 3 detected by the current sensor 11, the actual voltage V _M in the motor 3 detected by the voltage sensor 12, and the resistance value calculation unit 9. The motor unit resistance value R _MU is input. Then, the value _I M · _{R MU} obtained by multiplying the motor current _{I M} and the motor unit resistance _{R MU} is subtracted from the motor voltage _{V M,} then the motor rotational speed _{N M} via a gain 1 / _{K E} is calculated The
[0030]
Next, the operation will be described using the operation flow shown in FIG. 5. First, in step S 1, a steering torque signal indicating the magnitude and direction of the steering force by the driver detected by the steering angle torque sensor 4 is sent to the ECU 1. While being input, a vehicle speed signal indicating the actual vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 5 is input to the ECU 1.
[0031]
Next, in step S2, the target voltage V _T is calculated by the drive control calculation unit 14 based on the steering torque signal and the vehicle speed signal input in step S1, and then in step S3, the target calculated in step S2. Based on the voltage V _T , the motor unit resistance value R _MU is calculated by the resistance value calculation unit 9. In step S4, the motor rotation speed N _M is determined based on the resistance value R _MU of the motor unit 15, the motor current I _M detected by the current sensor 11, and the voltage V _{M of the} motor 3 detected by the voltage sensor 12. Is calculated by the rotation speed calculation unit 10.
[0032]
In the map 20 shown in FIG. 3, when the relationship between the motor unit resistance R _MU and the duty ratio (or pulse width) is set instead of the relationship between the motor unit resistance value R _MU and the target voltage V _T. the duty ratio instead of the calculation of the target voltage V _T in step S2 in FIG. 5 (or pulse width) is calculated, then, based on the duty ratio calculated in step S2 in the step S3 (or pulse width) motor A resistance value _RM is calculated.
[0033]
As a result, the resistance value R _MU of the motor unit 15 including the motor 3 can be accurately obtained in real time based on the target voltage V _T corresponding to the target torque that is the steering assist force to be obtained by the motor 3. since the, it is possible to calculate the motor rotational speed N _M with high accuracy based on the resistance value of the exact motor unit R _MU.
[0034]
Further, the value used when generating the pulse control signal for the switching element 8 and the “ratio of energization time per unit time of the switching element” corresponding to the target torque of the motor is input to the resistance value calculation unit 9. With this configuration, the resistance value calculation unit 9 can obtain the real-time motor unit resistance value R _MU with high accuracy based on the input “ratio of energization time in unit time of the switching element”.
[0035]
Furthermore, the speed calculating means 10, the motor unit resistance R _MU precision as described above, and the actual current I _M in the motor 3 detected by the current sensor 11, the actual voltage of the motor 3 detected by the voltage sensors 12 by inputting the V _M, it is possible to obtain a motor rotational speed N _M with high accuracy. In this case, it is possible to obtain a motor rotational speed N _M without using a motor rotational speed sensor and steering angle sensor, it becomes possible to contribute to cost containment contributes to reducing the number of parts.
[0036]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the resistance value calculation unit 9 has the map 20 and the motor unit resistance value R _MU is obtained based on the map 20, but a function calculation formula is set instead of the map 20. And based on this, you may make it obtain motor unit resistance value _RMU .
[0037]
Further, in the above-described embodiment, the case of estimating and calculating a rotational speed N _M of the motor 3 by using the resistance value of the motor unit 15 obtained by the resistance value calculation unit 9, such control For example, damping control or inertia compensation control with respect to the motor rotation speed may be performed based on the high-precision motor unit resistance _RMU .
[0038]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the electric power steering apparatus of the present invention, the electric resistance value of the motor can be obtained accurately in real time.
That is, the motor unit resistance value including the motor can be accurately obtained in real time based on the target voltage corresponding to the target torque which is the steering assist force to be obtained by the motor.
[0039]
Further, it is possible to obtain a real-time and highly accurate motor unit resistance value based on the ratio of the energization time in the unit time of the switching element (claim 2).
Further, by inputting the above-described high-precision motor unit resistance value, the actual current in the motor detected by the current sensor, and the actual voltage in the motor detected by the voltage sensor to the rotation speed calculation means, the motor rotation The number can be obtained with high accuracy. Further, in this case, since the motor rotation speed can be obtained without using a motor rotation speed sensor, a steering rudder angle sensor, or the like, it is possible to contribute to the reduction of the number of parts and the cost reduction. 3).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing a motor unit of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a map used for calculation of a motor unit resistance _RMU of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a control flow for calculating a motor rotational speed of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation flow by the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 battery (power source)
3 Motor (electric motor)
7 Electric motor drive (switch operation control means)
8 Switching element 9 Resistance value calculation part (resistance value calculation means)
10 Rotational speed detection unit (Rotational speed detection means)
11 Current sensor (current detection means)
12 Voltage sensor (voltage detection means)
14 Drive control calculation part (target voltage calculation means)
15 Motor unit (motor unit)

Claims

An electric motor driven by electric power supplied from an electric power source and assisting a steering force by a driver, and a switching element interposed between the electric motor and the electric power source to switch the electric power supply state from the electric power source to the electric motor An electric motor unit having
Target voltage calculation means for calculating a target voltage according to the target torque of the motor;
Switch operation control means for switching and controlling the switching element based on the target voltage calculated by the target voltage calculation means;
An electric power steering apparatus comprising: a resistance value calculating means for obtaining a resistance value of the electric motor unit based on the target voltage calculated by the target voltage calculating means.

The switch operation control unit calculates a ratio of energization time in the unit time of the switching element based on the target voltage calculated by the target voltage calculation unit, and performs switching control of the switching element according to the calculation result,
3. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the resistance value calculation unit calculates a resistance value of the switching element based on a ratio of energization time in unit time of the switching element.

Voltage detecting means for detecting a voltage applied to the electric motor;
Current detecting means for detecting the current flowing through the motor;
The number of revolutions for calculating the number of revolutions of the electric motor based on the resistance value of the electric motor unit calculated by the resistance value calculating means, the voltage detected by the voltage detecting means, and the current detected by the current detecting means. The electric power steering apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit.