JP2007283940A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多極レゾルバの出力値と理論出力値との誤差より予め補正データを求め、補正データを参照して電流指令値を演算することにより高精度な操舵制御を行い得る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】操舵トルクと、操舵補助力を付与するモータに取付けられた検出センサの位置とに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値により前記モータを駆動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、前記検出センサの理論出力値と実測値の差を補正データとして記憶する記憶装置を設け、前記電流指令値の演算に前記補正データを参照する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や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、特にモータ制御に必要なモータ角度の検出センサに用いられる多極レゾルバを用いて制御機能の精度向上を図った電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものである。

自動車のステアリング装置をモータの回転力で操舵補助力を付与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操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助トルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティー比の調整で行っている。

このような電動パワーステアリング装置の一般的な構成を、図４を参照して説明する。操向ハンドル１０１のコラム軸１０２は減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に結合されている。コラム軸１０２には、操向ハンドル１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０７が設けられており、操向ハンドル１０１の操舵力を補助するモータ１０８が、減速ギア１０３を介してコラム軸１０２に連結されている。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３００にはバッテリから電力が供給されると共に、イグニッションキーを経てイグニッションキー信号が入力される。コントロールユニット３００は、トルクセンサ１０７で検出された操舵トルクＴと車速センサ１０９で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ１０８に供給する電流を制御する。また、モータ１０８には、検出センサとしてのレゾルバ２０１が取付けられている。

コントロールユニット３００は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）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と制御方法の一つであるベクトル制御について、制御の基本部分を図５を参照して説明する。ベクトル制御は、ロータマグネットの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し各軸が９０度の関係にある電流を制御するもので、モータは一般的にブラシレスＤＣモータが使用される。

コントロールユニット３００は電流指令値演算部２０４を具備しており、電流指令値演算部２０４はトルクセンサ１０７からの操舵トルクＴ及び車速センサ１０９からの車速Ｖを入力すると共に、ブラシレスＤＣモータ１０８に取付けられたレゾルバ２０１のセンサ出力をレゾルバディジタル変換（ＲＤＣ）回路２０２で変換された角度θ及び角速度ωを入力し、アシストマップ２１２を参照してｑ−ｄ軸２軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆを演算する。

電流指令値演算部２０４はｑ軸成分の電流指令値Ｉｑｒｅｆとｄ軸成分の電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出するが、通常ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆは操舵トルクＴに比例し、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆは０である。

図５はフィードバック制御を例として示しており、電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆに対してブラシレスＤＣモータ１０８の実際のモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを検出してフィードバック制御している。具体的には、電流検出器２０５−１及び２０５−２でモータ電流Ｉａ及びＩｃを検出し、“Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝０”の関係から、モータ電流Ｉｂは減算部２０７−３において“Ｉｂ＝−（Ｉａ＋Ｉｃ）”として算出される。このようにして算出された３相のモータ電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、ベクトル制御のために３相／２相変換部２０６で２相のｑ−ｄ軸のモータ電流ｉｑ、ｉｄに変換される。この変換にモータ１０８の回転角度θが利用される。

次に、モータ電流ｉｑ，ｉｄはそれぞれ減算部２０７−１，２０７−２にフィードバックされ、減算部２０７−１で電流指令値Ｉｑｒｅｆとモータ電流ｉｑとの偏差ΔＩｑが算出され、減算部２０７−２で電流指令値Ｉｄｒｅｆとモータ電流ｉｄとの偏差ΔＩｄが算出される。これら偏差ΔＩｑ、ΔＩｄを０とするように、偏差ΔＩｑ、ΔＩｄはＰＩ（比例積分）制御部２０８に入力され、ＰＩ制御された電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆが出力される。

そして、実際のモータ１０８には３相の電流を供給する必要があるので、電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，Ｖｑｒｅｆは２相／３相変換部２０９で、回転角度θを利用して３相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆに変換される。ＰＷＭ制御部２１０は電圧指令値Ｖａｒｅｆ，Ｖｂｒｅｆ，Ｖｃｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御信号を発生し、インバータ回路２１１はこのＰＷＭ制御信号に基づきブラシレスモータＤＣモータ１０８に電流を供給し、電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びＩｄｒｅｆとモータ電流ｉｑ及びｉｄとの偏差ΔＩｑ、ΔＩｄを０とするようにモータ電流Ｉａ、Ｉｂ，Ｉｃを供給する。

このように、モータ１０８の回転角度θや角速度ωはパワーステアリングの制御において重要であり、精度良く検出する必要がある。

特許第２６０７０４８号公報（特許文献１）に示されるレゾルバにおける補正方法では、１回転検出レゾルバと多極レゾルバの２個を備え、補正データの算出にはモータ単体で基準発信機を用いて１回転検出レゾルバと多極レゾルバとの２つのレゾルバの誤差を一定角度毎に計測し、数回転分の基準データとレゾルバ出力値の差分から得られた誤差を電気角の分解能毎に取得し、その誤差データを基に補正データを作成することにより精度の高い角度検出を可能にしている。
特許第２６０７０４８号公報

しかしながら、上記特許文献１の補正方法では１回転レゾルバと多極レゾルバを組み合わせることにより、高精度な角度補正を可能にしているが、レゾルバを２個用いるため機構的に複雑になると共に、コストアップになるという問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、多極レゾルバ１個のみを用いて、多極レゾルバの出力値と理論出力値との差より補正データを求めて記憶しておき、電流指令値の演算に補正データを参照することにより、高精度な操舵制御を行うことができる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、操舵トルクと操舵補助力を付与するモータに取付けられた検出センサの位置とに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値により前記モータを駆動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、前記検出センサの理論出力値と実測値の差を補正データとして記憶する記憶装置を設け、前記電流指令値の演算に前記補正データを参照することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記検出センサを多極レゾルバとすることにより、或いは前記多極レゾルバの各極実測値の平均値と前記理論出力値との差を前記補正データとすることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、１つの多極レゾルバの各極の実測値の平均値と理論出力値との差から予め補正データを求めてメモリに記憶しておき、実際の使用時に補正データで実測値を補正するようにしているので、高精度な角度検出機能が得られると共に、機構及びコストの面からも実用的である。

また、モータの回転角度と角速度の検出精度が向上することにより、モータの出力変動が原因である操舵の違和感と騒音の問題を改善することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、１個の多極レゾルバを用いて各極毎に得られる電気角一周期（３６０度）分の出力値（実測値）を測定し、各極の出力値を平均化して理論出力値との差分より実舵角に対する補正値を求めて補正データとして記憶装置に記憶しておき、電流指令値の演算時にその補正データを参照することにより高精度な角度検出及び制御を行うようにしている。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の構成例を図５に対応させて示す構成図であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

本発明では、多極レゾルバ２０１の出力値と理論出力値とから求めた補正データを記憶装置２１４に予め格納しておき、電流指令値演算部２０４の電流指令値Ｉｑｒｅｆ，Ｉｄｒｅｆの演算における角度及び角速度の利用時に補正データを参照して補正する。

図２は、多極レゾルバ２０１の出力値（５極）と理論出力値の関係を示す例であり、各極において線形の理論出力値に対して誤差を有している。図２の測定結果に対応したレゾルバ２０１の実測出力値と理論出力値との数値例を示すと、図３の１極目データ〜５極目データのようになる。本例では電気角３６０度を１０ビット（０〜１０２３）で表示する例を示しているが、出力ビット数に合わせた補正データを求める。本発明では１極目データ〜５極目データの平均値を求め、その平均値と理論出力値との差を補正データとして記憶装置２１４に記憶しておく。

以下に、測定方法及び補正データの作成方法を説明する。

ブラシレスＤＣモータ１０８をステアリング機構に組み込む前或いは組み込んで後に、多極レゾルバ２０１を所定角度毎（例えば０．５°）に回転し、そのときの出力値と理論出力値との差を求め、この測定を機械角３６０°について測定する。本例の多極レゾルバ２０１の極数は“５”であるので、機械角７２°毎に電気角０〜３６０°の測定値が得られる。

この場合、多極レゾルバ２０１の出力値をデジタル変換して所定の分解能Ｙ（図２のＹ軸成分）で測定値を表すが、例えば１０ビットの分解能を備えているならば、最大値は２^１０＝１０２４となる。

次に、測定で得られる多極レゾルバ２０１の各極毎のレゾルバ出力値を平均化して平均値を求め、そのレゾルバ平均値と理論値の差により補正値を算出して、補正データとして記憶装置２１４に設定する。

電流指令値演算部２０４に入力される多極レゾルバ２０１の各極毎の測定データに対して、電流指令値演算部２０４は記憶装置２１４の補正データを参照して電流指令値Ｉｑｒｅｆ，Ｉｄｒｅｆを演算する。例として、図３ではレゾルバからの出力値が“５００”であれば、補正データが“−１”になっているので、演算には角度“４９９”として利用した補正演算を行う。

なお、上記例では多極レゾルバ２０１の各極の平均値と理論出力値との差を補正データとしているが、多極レゾルバ２０１の極数を検出すれば各極毎に補正データを求めて記憶しておくことも可能である。また、上述ではベクトル制御による制御系を示して説明したが、ベクトル制御系に限られるものではない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に用いる多極レゾルバの出力値の特性例を示す図である。 本発明に用いる多極レゾルバの出力値及び理論出力値と補正データとの関係を示す特性図である。 一般的なパワーステアリング装置の構成例を示す図である。 レゾルバを用いて角度検出を行う一般的なパワーステアリング装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 操向ハンドル
１０７ トルクセンサ
１０８ モータ
１０９ 車速センサ
２０１ レゾルバ
２０２ ＲＤＣ回路
２０４ 電流指令値演算部
２１２ アシストマップ
２１４ 記憶装置
３００ コントロールユニット

Claims (3)

1. 操舵トルクと、操舵補助力を付与するモータに取付けられた検出センサの位置とに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値により前記モータを駆動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、前記検出センサの理論出力値と実測値の差を補正データとして記憶する記憶装置を具備し、前記電流指令値の演算に前記補正データを参照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。
2. 前記検出センサが多極レゾルバである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記多極レゾルバの各極実測値の平均値と前記理論出力値との差を前記補正データとする請求項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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