JP2008154308A - Controller of motor-driven power steering system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング制御装置に関し、特に、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering control device, and more particularly to an electric power steering control device that assists a steering operation of a steering wheel of a vehicle with a brushless motor.
従来、電動パワーステアリング(EPS)において、モータの作動時に騒音が発生する問題がある。騒音の原因としては、例えばモータのトルクむらや、ギア等の機械構成部品の振動がある。 Conventionally, in electric power steering (EPS), there is a problem that noise is generated when the motor is operated. Causes of noise include, for example, uneven motor torque and vibrations of mechanical components such as gears.
ところで、3相ブラシレスモータを制御する際には、UVWの3相にて制御するのではなく、UVWの3相をd軸q軸の2軸座標へと座標変換し、d軸q軸の2相にて制御するのが一般的である。モータをdqモデルにて見立てると、その電気方程式は下記のように表現される。
上記の式で示されるように、d軸電流にはq軸電流に依存する成分(干渉項)が含まれており、同様にq軸電流にはd軸電流に依存する成分(干渉項)が含まれているので、このままではd軸電流とq軸電流を独立に制御できない。そこで、d軸電流とq軸電流を独立に制御可能とするために、これらの干渉項をフィードフォワード制御により予め差し引く制御が従来行われている。このような制御のことを非干渉制御と呼ぶ。 As shown in the above formula, the d-axis current includes a component (interference term) that depends on the q-axis current, and similarly, the q-axis current has a component (interference term) that depends on the d-axis current. As a result, the d-axis current and the q-axis current cannot be controlled independently. Therefore, in order to control the d-axis current and the q-axis current independently, control of subtracting these interference terms in advance by feedforward control is conventionally performed. Such control is called non-interference control.
上記のような非干渉制御を行う従来の装置として、特許文献1に開示されている装置がある。この従来の装置では、非干渉制御補正値計算部において、上記のような非干渉制御が行われる。具体的には、非干渉制御補正値計算部において、d軸指令電圧vd*を補正するための非干渉制御補正値としてω・Lq・iqが計算され、q軸指令電圧vq*を補正するための非干渉制御補正値として−ω(Ψ+Ld・id)が計算される。そして、こうして計算された非干渉制御補正値に基づいてd軸指令電圧vd*およびq軸指令電圧vq*が補正される(図6参照)。
ところで、上記のような従来の非干渉制御では、Ld,Lq,Ψは一定の定数として扱われている。しかしながら実際には、これらの値はモータに流れる電流や回転子の角度に依存して脈動または変動しているので、EPS用モータのように使用領域が低回転〜高回転,低トルク〜高トルクと広いモータを利用する場合には、そのような脈動または変動による騒音への影響が無視できなくなるという問題がある。 By the way, in the conventional non-interference control as described above, Ld, Lq, and Ψ are treated as constant constants. In practice, however, these values pulsate or fluctuate depending on the current flowing through the motor and the angle of the rotor. Therefore, the operating range is low to high and low to high, as in EPS motors. When using a wide motor, there is a problem that the influence on noise due to such pulsation or fluctuation cannot be ignored.
つまり、Ld,Lq,Ψは一定の定数として扱った場合、その脈動または変動によってトルクの脈動が生じ、その結果、フィードバックされる電流(モータに流れる電流)が変動し、この電流の変動がLd,Lq,Ψの実際の値の変動に繋がり、これによってさらにトルクの脈動が引き起こされるという悪循環が生じてしまう。 That is, when Ld, Lq, and Ψ are treated as constant constants, torque pulsation occurs due to the pulsation or fluctuation, and as a result, the current fed back (current flowing through the motor) fluctuates, and the fluctuation of this current becomes Ld , Lq, and Ψ, which lead to fluctuations in the actual values, thereby creating a vicious circle in which further torque pulsations are caused.
それゆえに本発明は、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したd軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq,鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御を行うことによって、電動パワーステアリングの作動時の低騒音化を実現することを目的とする。 Therefore, the present invention performs the operation of the electric power steering by performing the non-interference control in consideration of the fluctuation of the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the linkage flux Ψ depending on the current flowing through the motor and the rotor angle. The objective is to reduce noise during the operation.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
本発明の電動パワーステアリング制御装置は、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置である。この電動パワーステアリング制御装置は、d軸指令電圧およびq軸指令電圧からd軸q軸間の干渉成分が除去されるように、これらのd軸指令電圧およびq軸指令電圧を補正する非干渉制御部と、ブラシレスモータの回転子の角度を検出する角度検出手段および/またはブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段とを備える。非干渉制御部は、角度検出手段によって検出された角度および/または電流検出手段によって検出された電流に基づいてd軸q軸間の干渉成分を算出する。 The electric power steering control device of the present invention is an electric power steering control device that assists a steering operation of a steering wheel of a vehicle with a brushless motor. The electric power steering control device performs non-interference control for correcting the d-axis command voltage and the q-axis command voltage so that the interference component between the d-axis and the q-axis is removed from the d-axis command voltage and the q-axis command voltage. And an angle detection means for detecting the angle of the rotor of the brushless motor and / or a current detection means for detecting the current flowing through the brushless motor. The non-interference control unit calculates an interference component between the d-axis and the q-axis based on the angle detected by the angle detection unit and / or the current detected by the current detection unit.
なお、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度と鎖交磁束との関係を示すφマップにより、q軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。 The non-interference control unit may calculate a correction value for correcting the q-axis command voltage based on a φ map indicating the relationship between the rotor angle of the brushless motor and the flux linkage.
また、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、d軸インダクタンスとの関係を示すLdマップにより、q軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。 Further, the non-interference control unit calculates a correction value for correcting the q-axis command voltage based on the Ld map indicating the relationship between the rotor angle of the brushless motor and the current flowing through the brushless motor and the d-axis inductance. May be.
また、非干渉制御部は、ブラシレスモータの回転子の角度およびブラシレスモータに流れる電流の組み合わせと、q軸インダクタンスとの関係を示すLqマップにより、d軸指令電圧を補正するための補正値を算出してもよい。 Further, the non-interference control unit calculates a correction value for correcting the d-axis command voltage based on the Lq map indicating the relationship between the rotor angle of the brushless motor and the current flowing through the brushless motor and the q-axis inductance. May be.
前記のように構成した本発明においては、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したd軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq,鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御を行うことによって、電動パワーステアリングの作動時の騒音を抑制することができる。 In the present invention configured as described above, by performing non-interference control in consideration of fluctuations in the d-axis inductance Ld, the q-axis inductance Lq, and the linkage flux Ψ depending on the current flowing through the motor and the angle of the rotor, Noise during operation of the electric power steering can be suppressed.
以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an electric power steering control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の電動パワーステアリング制御装置は、図1のように、d軸PI制御部11
,q軸PI制御部12,非干渉制御部13,2相/3相変換部14,PWM指令値演算部15,D/T補償部16,PWM生成部17,インバータ18,電流センサ19,ブラシレスモータ20,回転角センサ22,角度変換部23および3相/2相変換部21を備える。ただし、車両の操舵ハンドルの操舵操作に応じたd軸指令電流およびq軸指令電流を算出する部分の構成については、公知の技術であるため(例えば前述の特許文献1参照)、図示を省略する。
As shown in FIG. 1, the electric power steering control device of the present embodiment includes a d-axis PI control unit 11.
, Q-axis
まず、操舵ハンドルの回動操作によって生じる操舵トルク等に基づいて、d軸指令電流id*およびq軸指令電流iq*が決定される。d軸指令電流id*およびq軸指令電流iq*は、ブラシレスモータ20の回転子と同期した回転座標系において、回転子上の永久磁石と同一方向のd軸及びこれに直交したq軸にそれぞれ対応する。
First, the d-axis command current id * and the q-axis command current iq * are determined based on the steering torque generated by the turning operation of the steering handle. The d-axis command current id * and the q-axis command current iq * are respectively applied to the d-axis in the same direction as the permanent magnet on the rotor and the q-axis orthogonal thereto in the rotating coordinate system synchronized with the rotor of the
d軸PI制御部11には、d軸指令電流id*から、3相/2相変換部21より出力されるd軸検出電流idを減算することによって得られる差分値Δidが入力される。同様に、q軸PI制御部12には、q軸指令電流iq*から、3相/2相変換部21より出力されるq軸検出電流idを減算することによって得られる差分値Δiqが入力される。
The d-axis PI control unit 11 receives a difference value Δid obtained by subtracting the d-axis detection current id output from the three-phase / two-
d軸PI制御部11は、差分値Δidに基づいて、d軸検出電流idがd軸指令電流id*に追従するように、d軸指令電圧vd*を計算する。同様に、q軸PI制御部12は、差分値Δiqに基づいて、q軸検出電流iqがq軸指令電流iq*に追従するように、q軸指令電圧vq*を計算する。
The d-axis PI control unit 11 calculates the d-axis command voltage vd * based on the difference value Δid so that the d-axis detection current id follows the d-axis command current id * . Similarly, the q-axis
d軸PI制御部11によって計算されたd軸指令電圧vd*およびq軸PI制御部12によって計算されたq軸指令電圧vq*は、非干渉制御部13に入力される。
The d-axis command voltage vd * calculated by the d-axis PI control unit 11 and the q-axis command voltage vq * calculated by the q-axis
非干渉制御部13は、d軸指令電圧vd*およびq軸指令電圧vq*からd軸q軸間の干渉成分(すなわちd軸q軸間で干渉し合う速度起電力)が除去されるように、入力されるd軸指令電圧およびq軸指令電圧を補正する。具体的には、非干渉制御部13は、角度変換部23から出力されるモータ電気角θ,および3相/2相変換部21から出力されるd軸検出電流id,q軸検出電流iqに基づいて、d軸指令電圧vd*およびq軸指令電圧vq*を補正するための補正値をそれぞれ計算し、これらの補正値を用いてd軸指令電圧vd*およびq軸指令電圧vq*をそれぞれ補正し、d軸補正指令電圧vd*_newおよびq軸補正指令電圧vq*_newを出力する。非干渉制御部13の詳細については後述する。
The
非干渉制御部13から出力されるd軸補正指令電圧vd*_newおよびq軸補正指令電圧vq*_newは、2相/3相変換部14に入力される。
The d-axis correction command voltage vd * _new and the q-axis correction command voltage vq * _new output from the
2相/3相変換部14は、d軸補正指令電圧vd*_newおよびq軸補正指令電圧vq*_newを、3相指令電圧vu*,vv*,vw*に変換する。これらの3相指令電圧vu*,vv*,vw*は、PWM指令値演算部15に入力される。
The two-phase / three-
PWM指令値演算部15は、3相指令電圧vu*,vv*,vw*に対応するPWM指令値を演算して出力する。
The PWM command
D/T補償部16は、角度変換部23から出力されるモータ電気角θに基づいて、インバータ制御におけるデッドタイムに起因するトルク脈動を防止するためのデッドタイム補償制御を行う。
The D /
PWM生成部17は、D/T補償部16によって補正されたPWM指令値に基づいてP
WM信号を生成し、インバータ18に出力する。
The
A WM signal is generated and output to the
インバータ18は、PWM生成部17より出力されるPWM信号に対応した3相の励磁電圧信号vu,vv,vwを発生して、これらの励磁電圧信号vu,vv,vwを3相の励磁電流路を介してブラシレスモータ20にそれぞれ供給する。
The
電流センサ19は、上記の3相の励磁電流路に流れる電流iu,iv,iw(すなわちブラシレスモータ20に流れる電流)をそれぞれ検出して3相/2相変換部21に出力する。なお、電流センサ19は、上記の3相の励磁電流路に流れる電流iu,iv,iwを全て実際に検出する必要はなく、電流iu,iv,iwのうちのいずれか2つを検出しさえすれば、残りの1つは計算により求めることができる。
The
3相/2相変換部21は、電流センサ19によって検出された電流iu,iv,iwを、d軸検出電流idおよびq軸検出電流iqに変換する。
The three-phase / two-
ブラシレスモータ20は、として、3相同期式永久磁石モータで構成した電動モータである。ブラシレスモータ20は、インバータ18から出力される3相の励磁電圧信号vu,vv,vwに基づいて駆動され、車両の操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与する。
The
回転角センサ22は、ブラシレスモータ20の回転子の回転角(モータ機械角)を検出する。
The
角度変換部23は、ブラシレスモータ20の極対数に応じて、回転角センサ22によって検出されたモータ機械角を、モータ電気角θに変換する。
The
以上のように、本実施形態の電動パワーステアリング制御装置では、3相/2相変換部21から出力されるd軸検出電流idおよびq軸検出電流iqが、d軸指令電流id*およびq軸指令電流iq*にそれぞれ等しくなるようにフィードバック制御されることで、所望のトルクで回転するようにブラシレスモータ20が制御される。
As described above, in the electric power steering control device of the present embodiment, the d-axis detection current id and the q-axis detection current iq output from the three-phase / two-
なお、図1に示した電動ブラシレスモータ制御装置は、インバータ18,電流センサ19,ブラシレスモータ20,回転角センサ22を除いて、電子回路ユニット内に収められてもよい。そして、電動ブラシレスモータ制御装置の各部は、ハードウェア回路により実現されてもよいし、マイクロコンピュータによるプログラム処理により実現されてもよい。
The electric brushless motor control device shown in FIG. 1 may be housed in an electronic circuit unit except for the
次に、非干渉制御部13の詳細について説明する。
Next, details of the
図2は、非干渉制御部13における非干渉制御の原理を示す図であり、図3は、非干渉制御部13の概略構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of non-interference control in the
前述したように、従来の非干渉制御では、鎖交磁束Ψ,d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLqは一定の定数として扱われていた。一方、本実施形態の非干渉制御部13では、鎖交磁束Ψは、モータ電気角θに応じて決定され、d軸インダクタンスLdは、モータ電気角θとd軸検出電流idの組み合わせに応じて決定され,q軸インダクタンスLqは、モータ電気角θとq軸検出電流iqの組み合わせに応じて決定される。
As described above, in the conventional non-interference control, the flux linkage Ψ, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq are treated as constant constants. On the other hand, in the
φマップ131は、モータ電気角θと鎖交磁束Ψ*との関係を示す情報である。図4に、φマップ131の一具体例を示す。
The
Ldマップ132は、モータ電気角θおよびd軸検出電流idの組み合わせと、d軸インダクタンスLd*との関係を示す情報である。図5に、Ldマップ132の一具体例を示す。
The
Lqマップ133は、モータ電気角θおよびq軸検出電流iqの組み合わせと、q軸インダクタンスLq*との関係を示す情報である。Lqマップ133の具体例については、Ldマップ132と同様のため、図示を省略する。
The
非干渉制御部13は、角度変換部23から出力されるモータ電気角θ,および3相/2相変換部21から出力されるd軸検出電流id,q軸検出電流iqに基づいて、d軸指令電圧vd*およびq軸指令電圧vq*を補正するための補正値をそれぞれ計算する。具体的には、非干渉制御部13は、Lqマップ133を参照して、d軸指令電圧vd*を補正するための補正値であるω・Lq*・iqを計算する。そして、d軸PI制御部11から出力されるd軸指令電圧vd*から、この補正値を減算して、d軸補正指令電圧vd*_newとして出力する。同様に、非干渉制御部13は、φマップ131およびLdマップ132を参照して、q軸指令電圧vq*を補正するための補正値であるω(Ψ*+Ld*・id)を計算する。そして、q軸PI制御部12から出力されるq軸指令電圧vq*に、この補正値を加算して、q軸補正指令電圧vq*_newとして出力する。なお、角速度ωは、モータ電気角θを微分することによって計算される。
The
以上のように、本実施形態によれば、非干渉制御部13において、モータに流れる電流や回転子の角度に依存したd軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq,鎖交磁束Ψの変動を考慮した非干渉制御が行われるので、電動パワーステアリングの作動時の騒音が抑制される。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、鎖交磁束Ψが、モータ電気角θに応じて決定され、d軸インダクタンスLdが、モータ電気角θとd軸検出電流idの組み合わせに応じて決定され,q軸インダクタンスLqが、モータ電気角θとq軸検出電流iqの組み合わせに応じて決定される例を説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、鎖交磁束Ψ,d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLqのうちの1つないし2つを一定の定数として扱っても構わない。例えば、鎖交磁束Ψをモータ電気角θに応じて決定し、残りのd軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqを一定の定数とみなして補正値を計算しても構わない。この場合でも、従来の非干渉制御(前述のように、従来の非干渉制御では鎖交磁束Ψ,d軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLqの全てが一定の定数として扱われる)に比べれば、騒音を抑制することができる。 In this embodiment, the linkage flux Ψ is determined according to the motor electrical angle θ, the d-axis inductance Ld is determined according to the combination of the motor electrical angle θ and the d-axis detection current id, and the q-axis inductance is determined. Although the example in which Lq is determined according to the combination of the motor electrical angle θ and the q-axis detection current iq has been described, the present invention is not limited to this. That is, one or two of the flux linkage Ψ, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq may be treated as a constant. For example, the flux linkage Ψ may be determined according to the motor electrical angle θ, and the correction value may be calculated by regarding the remaining d-axis inductance Ld and q-axis inductance Lq as constant constants. Even in this case, as compared with the conventional non-interference control (as described above, the conventional non-interference control treats all of the flux linkage Ψ, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq as constant constants). Can be suppressed.
本発明の電動パワーステアリング制御装置によれば、電動パワーステアリングの作動時の騒音を抑制できるので、車両の操舵ハンドルの操舵操作をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング制御装置として有用である。 According to the electric power steering control device of the present invention, since noise during operation of the electric power steering can be suppressed, the electric power steering control device is useful as an electric power steering control device that assists the steering operation of the steering wheel of the vehicle with a brushless motor.
11 d軸PI制御部
12 q軸PI制御部
13 非干渉制御部
14 2相/3相変換部
15 PWM指令値演算部
16 D/T補償部
17 PWM生成部
18 インバータ
19 電流センサ
20 ブラシレスモータ
21 3相/2相変換部
22 回転角センサ
23 角度変換部
131 φマップ
132 Ldマップ
133 Lqマップ
11 d-axis PI control unit 12 q-axis
Claims (4)
d軸指令電圧およびq軸指令電圧からd軸q軸間の干渉成分が除去されるように、当該d軸指令電圧およびq軸指令電圧を補正する非干渉制御部と、
ブラシレスモータの回転子の角度を検出する角度検出手段および/またはブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記非干渉制御部は、前記角度検出手段によって検出された角度および/または前記電流検出手段によって検出された電流に基づいてd軸q軸間の干渉成分を算出する、電動パワーステアリング制御装置。 An electric power steering control device that assists a steering operation of a steering wheel of a vehicle with a brushless motor,
a non-interference control unit that corrects the d-axis command voltage and the q-axis command voltage so that an interference component between the d-axis and q-axis is removed from the d-axis command voltage and the q-axis command voltage;
Angle detection means for detecting the angle of the rotor of the brushless motor and / or current detection means for detecting the current flowing through the brushless motor,
The non-interference control unit is an electric power steering control device that calculates an interference component between the d-axis and the q-axis based on the angle detected by the angle detection unit and / or the current detected by the current detection unit.
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