JP2009166770A - Electric power steering control device and motor drive controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、独立した電気コイルを複数有する多相交流モータを用いて自動車等の車両の操舵機構に操舵補助力を付与するための電動パワーステアリング制御装置、並び電動パワーステアリング装置に適用可能なモータ駆動制御装置に関し、特に多相交流モータを駆動するためのインバータに含まれる電界トランジスタ等の電子部品の発熱、及びラジオノイズを低減する電動パワーステアリング制御装置並びモータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering control device for applying a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle such as an automobile using a multiphase AC motor having a plurality of independent electric coils, and a motor applicable to the electric power steering device. The present invention relates to a drive control device, and more particularly to an electric power steering control device and a motor drive control device that reduce heat generation and radio noise of electronic components such as an electric field transistor included in an inverter for driving a multiphase AC motor.
自動車等の車両に用いられる電動パワーステアリング装置は、一般的に図9のように構成される。即ち、図9に示す操向ハンドル1に対する操舵者からの操舵力(操舵トルク)が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。
なお、このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端が操向ハンドル1に連結され、他端はトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
An electric power steering device used for a vehicle such as an automobile is generally configured as shown in FIG. That is, the steering force (steering torque) from the steering person with respect to the
The steering shaft 2 has one end of the input shaft 2 a connected to the
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。
The steering force transmitted to the output shaft 2 b is transmitted to the
ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで直進運動に変換している。
Here, the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する電動パワーステアリング装置10が連結されている。この電動パワーステアリング装置10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータとしての3相ブラシレスモータ12と、この3相ブラシレスモータ12を制御するための電動パワーステアリング制御装置(以下、コントロールユニットともいう)20と、を主に備えて構成されている。
An electric
トルクセンサ3は、操向ハンドル1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。
The
また、3相ブラシレスモータ12は、図10に示すように、U相電気コイルLu、V相電気コイルLv及びW相電気コイルLwの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各電気コイルLu、Lv及びLwの他端がコントロールユニット20に接続されて、個別にモータ駆動電流Iu、Iv及びIwが供給される。また、3相ブラシレスモータ12は、ロータの回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路13を備えている。
In addition, as shown in FIG. 10, the three-phase
コントロールユニット20には、トルクセンサ3で検出された操舵トルクT及び車速センサ21で検出された車速検出値Vsが入力されると共に、ロータ位置検出回路13で検出されたロータ回転角θが入力され、さらに3相ブラシレスモータ12の各相電気コイルLu、Lv及びLwに供給されるモータ駆動電流Iu、Iv及びIwを検出するモータ電流検出回路22から出力されるモータ駆動電流検出値Iud、Ivd及びIwdが入力される。
The
このコントールユニット20は、操舵トルクT、車速検出値Vs及びロータ回転角θに基づいて操舵補助目標電流値を演算して、モータ電圧指令値Vu、Vv及びVwを出力する、例えばマイクロコンピュータで構成される制御演算装置23と、3相ブラシレスモータ12を駆動する電界効果トランジスタ(FET)で構成されるモータ駆動回路24と、制御演算装置23から出力される相電圧指令値Vu、Vv及びVwに基づいてモータ駆動回路24の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するFETゲート駆動回路25と、を備えている。
The
モータ駆動回路24は所謂インバータであり、デューティ制御されるパルス信号に従って、電源から3相ブラシレスモータ12の相毎の電気コイルに供給される電力を周期的にスイッチング(オンオフ)する。
The
コントロールユニット20の制御系の詳細については、例えば図11に示すように構成される。即ち、操舵補助指令演算部251はトルクセンサ3により検出された操舵トルクTと車速センサ21により検出された車速検出値Vsとに基づいて操舵電流目標値Itを演算する。
The details of the control system of the
一方、電流指令制限値演算部252はモータ回転速度と供給電圧とに基づいて電流指令制限値Iref_limを算出する。そして、最小値選択部253は、操舵電流目標値Itと電流指令制限値Iref_limとを比較してそれらの中で小さい方の値を電流値Iref_minとして出力する。
On the other hand, the current command limit value calculation unit 252 calculates a current command limit value Iref_lim based on the motor rotation speed and the supply voltage. Then, the minimum
d/q軸電流目標値演算部256は、3相ブラシレスモータ12の駆動トルクを一定に維持するために、公知のトルク一定式に基づいて目標値を算出する。より具体的には、3相ブラシレスモータ12のロータの回転方向に相当するq軸とそれに直交する径方向のd軸とで構成される2軸の座標上に表されるベクトルのモデルについて、トルクを一定に制御するためのq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idを算出する。
なお、d軸電流目標値idは、電流指令値とモータ回転速度と供給電圧とに基づいて決定されるものである。
The d / q-axis current target
The d-axis current target value id is determined based on the current command value, the motor rotation speed, and the supply voltage.
d/q軸電流目標値演算部256が算出するq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idは2軸のモデルに対して算出されるが、実際に操舵補助力を発生する3相ブラシレスモータ12は3相の電流により、即ち3軸方向の力により駆動されるので、2相/3相変換部257において2相から3相への演算変換が実施される。即ち、2相/3相変換部257はd/q軸電流目標値演算部256から出力されるq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idに基づいて三相電流指令値Iref_abcを生成する。
なお、この三相電流指令値Iref_abcは、相毎の電気コイルの電流をそれぞれ制御する3つの独立した指令値Iref_a,Iref_b,Iref_cで構成されている。
The q-axis current target value iq and the d-axis current target value id calculated by the d / q-axis current target
The three-phase current command value Iref_abc is composed of three independent command values Iref_a, Iref_b, and Iref_c for controlling the electric coil current for each phase.
2相/3相変換部257の出力側に接続されている制御系においては、3相ブラシレスモータ12の相毎の電気コイルに流れる電流量Im_abc(Im_a,Im_b,Im_cの3つ)を検出し、この相毎に電流をフィードバック制御する。即ち、相毎の電気コイルに流れる電流量Im_abcが三相電流指令値Iref_abcと一致するように制御されることになる。これにより、モータ電流が電流指令値に追従するので、所定のトルクが3相ブラシレスモータ12から出力されることになり、このためアシスト制御が実現されてステアリング機構に操舵補助力が付与されることになる。
In the control system connected to the output side of the two-phase / three-
実際は、3相ブラシレスモータ12の各電気コイルに流れる電流はインバータのスイッチングによりオンオフを高速で周期的に繰り返すことにより供給されている。したがって、このオンオフを制御するためにパルス信号を用いてデューティを制御することにより、電流量が制御されることになる。即ち、制御器259は、相毎に三相電流指令値Iref_abcと電流検出値Im_abcとの差分に基づいたデューティ制御信号Duty_abcを生成し、PWM制御部262はこのデューティ制御信号Duty_abcに基づいて制御用の3相のパルス信号を生成して、このパルス信号をモータ駆動回路24に与えている。
Actually, the current flowing through each electric coil of the three-phase
なお、前述のような電動パワーステアリング装置に適用し得る、従来のモータ駆動装置の技術については、例えば特許文献2や特許文献3に開示されている。
In addition, about the technique of the conventional motor drive device which can be applied to the above-mentioned electric power steering apparatus, it is disclosed by patent document 2 and
ところで、前述のような電動パワーステアリング装置では、3相ブラシレスモータ等の多相交流モータを駆動制御するために低電圧、大電流の電気が扱われることになるので、装置本体の発熱が非常に大きくなるという問題がある。また、近年ではSUV(Sport Utility Vehicle:スポーツ多目的車)等の大型車に対応可能な高出力の電動パワーステアリング装置が市場から強く求められる傾向にあって装置本体からの発熱の問題は顕著となりつつあり、このための対策がより一層厳しくなることが予想される。加えて、電動パワーステアリング装置の取付性と安全性及びコスト低減面から、装置本体のコンパクト化の要求も高まっている。 By the way, in the electric power steering device as described above, low voltage and large current electricity is handled to drive and control a multiphase AC motor such as a three-phase brushless motor. There is a problem of growing. Further, in recent years, there is a tendency that a high output electric power steering apparatus capable of supporting a large vehicle such as an SUV (Sport Utility Vehicle) is strongly demanded from the market, and the problem of heat generation from the apparatus body is becoming remarkable. Yes, it is expected that measures for this will become even stricter. In addition, there is an increasing demand for downsizing of the main body of the electric power steering apparatus from the viewpoints of attachment, safety, and cost reduction.
この発熱の対策として、従来より、この種のモータを駆動制御するための装置において、スイッチングトランジスタ(FET等)の部品の発熱を低減することを目的として、トランジスタのスイッチングを制御するパルス信号(PWM信号)の繰り返し周期を可変にするものが知られている。 As a countermeasure against this heat generation, conventionally, in a device for controlling driving of this type of motor, a pulse signal (PWM) for controlling the switching of the transistor for the purpose of reducing the heat generation of the components of the switching transistor (FET, etc.). Signals) are known to have a variable repetition period.
例えば、特許文献1に開示された従来技術においては、パルス信号(PWM信号)のデューティ比が90%より小さいときには20kHzの矩形波を用い、デューティ比が大きくなると1kHzの矩形波とデューティ比を90%に固定した20kHzの矩形波とを用いて合成したPWM信号を生成する。これにより、デューティ比が大きい場合におけるスイッチングトランジスタの発熱を抑制できるとされている。
For example, in the prior art disclosed in
ここで、この種のモータを制御するための装置での発熱の多くは、モータの電気コイルに流される電流をスイッチングするトランジスタにより生じるものと考えられる。即ち、トランジスタのオン/オフが切り替わる際に大きな電気損失がこのトランジスタに生じてしまい、これが熱エネルギーとして放出され、このことが発熱の問題に繋がっている。したがって、単位時間あたりのオン/オフ回数が増えると発熱量も増えることになる。 Here, it is considered that most of the heat generated in the device for controlling this type of motor is caused by a transistor that switches a current flowing in the electric coil of the motor. That is, when the transistor is switched on / off, a large electrical loss occurs in the transistor, and this is released as thermal energy, which leads to a problem of heat generation. Therefore, the amount of heat generation increases as the number of on / off operations per unit time increases.
そこで、特許文献1に開示されている技術を採用すれば、デューティ比が大きい時には1kHzの矩形波を用いてPWM信号を生成するので、20kHzの矩形波だけを用いる場合と比べて、単位時間あたりのオン/オフ回数を減らすことができ、発熱量を減らすことが可能になる。
Therefore, if the technique disclosed in
しかしながら、特許文献1のように1kHzの矩形波を用いる場合には、この信号の周波数が人間の可聴周波数範囲内であるため、この信号の周期に従って制御されるモータなどの要素から可聴周波数範囲の振動(異音)が発生し、操舵者及び同乗者等の利用者に不快感を与えてしまう嫌いがある。加えて、1kHzのように比較的周波数の低い信号を用いて制御を実施する場合には、精密なモータ制御に対して追従性が悪化して、モータのトルクリップルも発生する虞がある。
However, when a rectangular wave of 1 kHz is used as in
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング制御に用いるPWM信号等のパルス信号の繰り返し周波数を切り替えることなくスイッチングに伴う発熱及びラジオノイズを低減することができて、装置のヒートシンク等のコストを抑制すると共に装置の安全性の向上を図ることが可能な電動パワーステアリング制御装置及びモータ駆動制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its object is to reduce heat generation and radio noise associated with switching without switching the repetition frequency of a pulse signal such as a PWM signal used for switching control. Thus, an object of the present invention is to provide an electric power steering control device and a motor drive control device capable of reducing the cost of the heat sink of the device and improving the safety of the device.
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 多相交流モータの相毎に独立に設けられた電気コイルに流される電流を前記相毎に独立してスイッチングするインバータと、所定の駆動指令に従って前記インバータを駆動するための一次デューティ信号を前記相毎に生成するデューティ信号生成部と、を備え、前記多相交流モータはステアリング機構に連結されおり、そして前記多相交流モータを制御することにより前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング制御装置であって、
前記相毎の前記一次デューティ信号に互いに同じシフト量をそれぞれ与えて、前記相毎の二次デューティ信号を生成するデューティシフト制御部を更に備えて、
前記二次デューティ信号に基づいて前記インバータを駆動する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
(2) 前記デューティシフト制御部は、前記相毎の前記一次デューティ信号の中から検出された最小値若しくは最大値に基づいて前記シフト量を決定する
ことを特徴とする上記(1)の電動パワーステアリング制御装置。
(3) 前記デューティシフト制御部は、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最小値を検出する最小値検出部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最大値を検出する最大値検出部と、
前記最小値検出部が検出した最小値と、前記最大値検出部が検出した最大値と、のいずれか一方に基づいて前記シフト量を決定するシフト量選択部と、を有する
ことを特徴とする上記(1)の電動パワーステアリング制御装置。
(4) 前記シフト量選択部は、前記一次デューティ信号の周期よりも長い周期で、前記最小値に対応して決定される第1のシフト量と前記最大値に対応して決定される第2のシフト量とを周期的に交互に切り替えて前記シフト量を決定する
ことを特徴とする上記(3)の電動パワーステアリング制御装置。
(5) 多相交流モータを駆動制御するためのモータ駆動制御装置において、
前記多相交流モータの相毎に独立に設けられた電気コイルに流される電流を前記相毎に独立してスイッチングするインバータと、
所定の駆動指令に従って前記インバータを駆動するための一次デューティ信号を前記相毎に生成するデューティ信号生成部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号に互いに同じシフト量をそれぞれ与えて、前記相毎の二次デューティ信号を生成するデューティシフト制御部と、を備え、そして
前記二次デューティ信号に基づいて前記インバータを駆動する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
(6) 前記デューティシフト制御部は、前記相毎の前記一次デューティ信号の中から検出された最小値若しくは最大値に基づいて前記シフト量を決定する
ことを特徴とする上記(5)のモータ駆動制御装置。
(7) 前記デューティシフト制御部は、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最小値を検出する最小値検出部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最大値を検出する最大値検出部と、
前記最小値検出部が検出した最小値と、前記最大値検出部が検出した最大値と、のいずれか一方に基づいて前記シフト量を決定するシフト量選択部と、を有する
ことを特徴とする上記(5)のモータ駆動制御装置。
(8) 前記シフト量選択部は、前記一次デューティ信号の周期よりも長い周期で、前記最小値に対応して決定される第1のシフト量と前記最大値に対応して決定される第2のシフト量とを周期的に交互に切り替えて前記シフト量を決定する
ことを特徴とする上記(7)のモータ駆動制御装置。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
(1) Inverter for independently switching current flowing in an electric coil provided independently for each phase of the multiphase AC motor for each phase, and a primary duty signal for driving the inverter according to a predetermined drive command A multi-phase AC motor connected to a steering mechanism, and applying a steering assist force to the steering mechanism by controlling the multi-phase AC motor. An electric power steering control device,
Further comprising a duty shift control unit that generates the secondary duty signal for each phase by giving the same shift amount to the primary duty signal for each phase, respectively.
An electric power steering control device that drives the inverter based on the secondary duty signal.
(2) The electric power according to (1), wherein the duty shift control unit determines the shift amount based on a minimum value or a maximum value detected from the primary duty signal for each phase. Steering control device.
(3) The duty shift control unit
A minimum value detecting unit for detecting a minimum value from the primary duty signal for each phase;
A maximum value detector for detecting a maximum value from the primary duty signal for each phase;
A shift amount selection unit that determines the shift amount based on one of the minimum value detected by the minimum value detection unit and the maximum value detected by the maximum value detection unit. The electric power steering control device according to (1) above.
(4) The shift amount selection unit has a cycle longer than the cycle of the primary duty signal, and a first shift amount determined corresponding to the minimum value and a second shift determined corresponding to the maximum value. The electric power steering control device according to (3), wherein the shift amount is determined by periodically switching between the shift amount and the shift amount.
(5) In a motor drive control device for driving and controlling a multiphase AC motor,
An inverter that independently switches the current flowing in the electric coil provided independently for each phase of the multiphase AC motor for each phase;
A duty signal generator for generating a primary duty signal for driving the inverter according to a predetermined drive command for each phase;
A duty shift control unit that generates the secondary duty signal for each phase by giving the same shift amount to the primary duty signal for each phase, and the inverter based on the secondary duty signal. A motor drive control device for driving.
(6) The motor drive according to (5), wherein the duty shift control unit determines the shift amount based on a minimum value or a maximum value detected from the primary duty signal for each phase. Control device.
(7) The duty shift control unit
A minimum value detecting unit for detecting a minimum value from the primary duty signal for each phase;
A maximum value detector for detecting a maximum value from the primary duty signal for each phase;
A shift amount selection unit that determines the shift amount based on one of the minimum value detected by the minimum value detection unit and the maximum value detected by the maximum value detection unit. The motor drive control device according to (5) above.
(8) The shift amount selection unit has a cycle longer than the cycle of the primary duty signal, and a second shift determined corresponding to the first shift amount and the maximum value determined corresponding to the minimum value. (7) The motor drive control device according to (7), wherein the shift amount is determined by periodically and alternately switching the shift amount.
上記(1)の構成によれば、スイッチング制御に用いるPWM信号等のパルス信号の繰り返し周波数を切り替えなくても、インバータにおける単位時間あたりのオン/オフ回数を減らすことができるため、スイッチングに伴って発生する熱を減らすことができて、装置のヒートシンク等のコストを抑制すると共に装置の安全性の向上を図ることができる。例えば3相モータを駆動する場合に、一般的なデューティ制御では、50%デューティを中心として上下に変化するように各相のパルス信号のデューティを例えば図2(a)に示すように制御する。またその場合には、各相の電気コイルについて高電位側及び低電位側をそれぞれスイッチング制御するパルス信号は、例えば図12に示すように時間軸の全域に渡って絶え間なくオンオフを繰り返す。その結果、電源から各電気コイルに流れる電源電流の変動は、図13に示すようにPWM周期の1周期の間に2回の割合で繰り返し発生する。そこで、各相の一次デューティ信号(例えば図2(a)のようにデューティが変化する信号)に同じシフト量を与えることにより、例えば図2(b)に示すような信号を二次デューティ信号として生成することができる。即ち、二次デューティ信号にはデューティが0%(あるいは100%)になる区間が存在するため、図3に示すように時間軸の中にパルス信号のオンオフが途絶える区間がいずれかの相について発生することにより、発熱が抑制されることになる。この場合、電源から各電気コイルに流れる電源電流の変動は、例えば、図4に示すようにPWM周期の1周期の間に1回の割合に減少する。したがって、電源電流の変動によるラジオノイズが低減される。
上記(2)の構成によれば、デューティの最小値が0%よりも大きく最大値が100%よりも小さい一次デューティ信号から、デューティが0%又は100%になる区間が存在する二次デューティ信号を生成することができる。例えば、時間t(又は回転角度)に応じて変化する3相の一次デューティ信号Duty_a(t),Duty_b(t),Duty_c(t)が存在する場合に、各時点(t)でこれらの最小値Duty_min(t)を検出し、これをシフト量とする。この場合、相毎の二次デューティ信号をそれぞれDuty_a(t)−Duty_min(t),Duty_b(t)−Duty_min(t),Duty_c(t)−Duty_min(t)として演算すれば、二次デューティ信号の最小値は0%にシフトされる。逆に3相の一次デューティ信号の最大値をシフト量として用いる場合には、二次デューティ信号の最大値を100%にシフトすることができる。
上記(3)の構成によれば、シフト量選択部がシフト量を決定する際に、最小値検出部が検出した最小値と、最大値検出部が検出した最大値とのいずれかを選択するので、二次デューティ信号の最小値を0%にシフトする動作と二次デューティ信号の最大値を100%にシフトする動作とを必要に応じて切り替えることができる。
上記(4)の構成によれば、シフト量選択部が最小値に対応する第1のシフト量と最大値に対応する第2のシフト量とを交互に周期的に切り替えるので、二次デューティ信号の最小値が0%になる動作と二次デューティ信号の最大値が100%になる動作とが交互に繰り返される。二次デューティ信号の最小値が0%になる動作、並びに二次デューティ信号の最大値が100%になる動作のいずれにおいても、インバータに存在する複数のスイッチング素子のいずれかがオン状態で固定されることが想定されるため、発熱が一部のスイッチング素子に集中することになる。しかし、二次デューティ信号の最小値が0%になる動作と二次デューティ信号の最大値が100%になる動作とを交互に繰り返すことにより、オン状態で固定されるスイッチング素子を周期的に切り替えることができるので、発熱の分布状態を平均化させることができる。この切り替えの周期を前記一次デューティ信号の周期よりも長くすることにより、単位時間あたりのスイッチングの回数を減らすことができる。
上記(5)の構成によれば、上記(1)の電動パワーステアリング制御装置の場合と同様に、スイッチング制御に用いるPWM信号等のパルス信号の繰り返し周波数を切り替えなくても、インバータにおける単位時間あたりのオン/オフ回数を減らすことができるため、スイッチングに伴って発生する熱を減らすことができる。
上記(6)の構成によれば、上記(2)の電動パワーステアリング制御装置の場合と同様に、デューティの最小値が0%よりも大きく最大値が100%よりも小さい一次デューティ信号から、デューティが0%又は100%になる区間が存在する二次デューティ信号を生成することができる。
上記(7)の構成によれば、上記(3)の電動パワーステアリング制御装置の場合と同様に、前記シフト量選択部が前記シフト量を決定する際に、前記最小値検出部が検出した最小値と、前記最大値検出部が検出した最大値とのいずれかを選択するので、二次デューティ信号の最小値を0%にシフトする動作と二次デューティ信号の最大値を100%にシフトする動作とを必要に応じて切り替えることができる。
上記(8)の構成によれば、上記(4)の電動パワーステアリング制御装置の場合と同様に、前記シフト量選択部が前記最小値に対応する第1のシフト量と前記最大値に対応する第2のシフト量とを交互に周期的に切り替えるので、二次デューティ信号の最小値が0%になる動作と二次デューティ信号の最大値が100%になる動作とが交互に繰り返されることになり、発熱の分布状態を平均化させることができる。
According to the configuration (1), the number of on / off times per unit time in the inverter can be reduced without switching the repetition frequency of a pulse signal such as a PWM signal used for switching control. The generated heat can be reduced, the cost of the heat sink of the apparatus can be suppressed, and the safety of the apparatus can be improved. For example, when driving a three-phase motor, in general duty control, the duty of the pulse signal of each phase is controlled as shown in FIG. In this case, the pulse signal for switching control of the high potential side and the low potential side for each phase of the electric coil is continuously turned on and off over the entire time axis as shown in FIG. 12, for example. As a result, the fluctuation of the power source current flowing from the power source to each electric coil repeatedly occurs at a rate of twice during one PWM cycle as shown in FIG. Therefore, by giving the same shift amount to the primary duty signal of each phase (for example, a signal whose duty changes as shown in FIG. 2A), for example, a signal as shown in FIG. Can be generated. In other words, since there is a section where the duty is 0% (or 100%) in the secondary duty signal, a section where the pulse signal on / off is interrupted occurs on any phase in the time axis as shown in FIG. By doing so, heat generation is suppressed. In this case, the fluctuation of the power supply current flowing from the power supply to each electric coil decreases, for example, at a rate of once during one PWM period as shown in FIG. Therefore, radio noise due to fluctuations in power supply current is reduced.
According to the configuration of (2) above, there is a secondary duty signal in which there is a section where the duty is 0% or 100% from the primary duty signal where the minimum value of the duty is greater than 0% and the maximum value is less than 100%. Can be generated. For example, when there are three-phase primary duty signals Duty_a (t), Duty_b (t), and Duty_c (t) that change according to time t (or rotation angle), these minimum values at each time point (t) Duty_min (t) is detected and used as the shift amount. In this case, if the secondary duty signal for each phase is calculated as Duty_a (t) −Duty_min (t), Duty_b (t) −Duty_min (t), Duty_c (t) −Duty_min (t), the secondary duty signal Is shifted to 0%. Conversely, when the maximum value of the three-phase primary duty signal is used as the shift amount, the maximum value of the secondary duty signal can be shifted to 100%.
According to the configuration of (3) above, when the shift amount selection unit determines the shift amount, either the minimum value detected by the minimum value detection unit or the maximum value detected by the maximum value detection unit is selected. Therefore, the operation for shifting the minimum value of the secondary duty signal to 0% and the operation for shifting the maximum value of the secondary duty signal to 100% can be switched as necessary.
According to the configuration of (4) above, since the shift amount selector switches the first shift amount corresponding to the minimum value and the second shift amount corresponding to the maximum value alternately and periodically, the secondary duty signal The operation in which the minimum value of 0 is 0% and the operation in which the maximum value of the secondary duty signal is 100% are alternately repeated. In both the operation in which the minimum value of the secondary duty signal is 0% and the operation in which the maximum value of the secondary duty signal is 100%, any of the plurality of switching elements existing in the inverter is fixed in the on state. Therefore, heat generation is concentrated on some switching elements. However, the switching element fixed in the ON state is periodically switched by alternately repeating the operation in which the minimum value of the secondary duty signal is 0% and the operation in which the maximum value of the secondary duty signal is 100%. Therefore, the distribution of heat generation can be averaged. By making this switching cycle longer than the cycle of the primary duty signal, the number of switching operations per unit time can be reduced.
According to the configuration of (5) above, as in the case of the electric power steering control device of (1) above, even if the repetition frequency of a pulse signal such as a PWM signal used for switching control is not switched, per unit time in the inverter. Since the number of times of turning on / off can be reduced, heat generated by switching can be reduced.
According to the configuration of the above (6), as in the case of the electric power steering control device of the above (2), the duty is derived from the primary duty signal in which the minimum value of the duty is greater than 0% and the maximum value is less than 100%. It is possible to generate a secondary duty signal in which there is a section in which becomes 0% or 100%.
According to the configuration of (7) above, as in the case of the electric power steering control device of (3) above, the minimum value detected by the minimum value detection unit when the shift amount selection unit determines the shift amount. Since either the value or the maximum value detected by the maximum value detection unit is selected, the operation of shifting the minimum value of the secondary duty signal to 0% and the maximum value of the secondary duty signal to 100% The operation can be switched as necessary.
According to the configuration of (8) above, as in the case of the electric power steering control device of (4), the shift amount selection unit corresponds to the first shift amount corresponding to the minimum value and the maximum value. Since the second shift amount is alternately and periodically switched, the operation in which the minimum value of the secondary duty signal is 0% and the operation in which the maximum value of the secondary duty signal is 100% are alternately repeated. Thus, the distribution of heat generation can be averaged.
本発明によれば、スイッチング制御に用いるPWM信号等のパルス信号の繰り返し周波数を切り替えなくても、インバータにおける単位時間あたりのオン/オフ回数を減らすことができるため、スイッチングに伴って発生する熱を減らすことができて、装置のヒートシンク等のコストを抑制すると共に装置の安全性の向上を図ることができる。即ち、デューティの最小値が0%よりも大きく最大値が100%よりも小さい状態で動作している各相の一次デューティ信号に基づいて決定されるシフト量を用いて、デューティの最小値が0%、又はデューティの最大値が100%に固定された二次デューティ信号を生成することにより、単位時間あたりのスイッチング素子のオン/オフの回数を減らし、スイッチング素子のスイッチング発熱を抑制することが可能になる。また、単位時間あたりの電源から各スイッチ素子を経由して各電気コイルに流れる電源の変動回数を減らし、電源電流によるラジオノイズが低減される。 According to the present invention, the number of on / off operations per unit time in the inverter can be reduced without switching the repetition frequency of a pulse signal such as a PWM signal used for switching control. Therefore, the cost of the heat sink and the like of the apparatus can be reduced, and the safety of the apparatus can be improved. That is, using the shift amount determined based on the primary duty signal of each phase operating in a state where the minimum value of the duty is greater than 0% and the maximum value is less than 100%, the minimum value of the duty is 0. %, Or the secondary duty signal with the maximum duty value fixed at 100%, can reduce the number of times the switching element is turned on / off per unit time and suppress the switching heat generation of the switching element. become. In addition, the number of fluctuations of the power source flowing from the power source per unit time to each electric coil via each switch element is reduced, and radio noise due to the power source current is reduced.
本発明の電動パワーステアリング係る好適な複数の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
なお、以下の複数の実施形態では電動パワーステアリング制御装置の場合について説明するが、勿論、その他、多相交流モータを用いるものであれば、この多相交流モータを駆動制御する種々のモータ駆動制御装置にも本発明を適用することができる。
A plurality of preferred embodiments of the electric power steering according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the following embodiments, the case of an electric power steering control device will be described. Of course, if a multi-phase AC motor is used, various motor drive controls for controlling the drive of the multi-phase AC motor are used. The present invention can also be applied to an apparatus.
(第1実施形態)
まず、本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニットに関する具体的な1つの実施形態について、図1〜図4を参照しながら以下に説明する。
(First embodiment)
First, one specific embodiment relating to a control unit of an electric power steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は第1実施形態における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック図であり、図2は図1に示した回路で生成される一次デューティ信号及び二次デューティ信号の具体例を示す波形図であり、図3は図1に示した回路で生成される各スイッチング素子を駆動するためのパルス信号の具体例を示すタイムチャートであり、図4は図3に示した各パルス信号及び電源からモータの各電気コイルに流れる電流の詳細を示すタイムチャートである。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electric power steering control device in the first embodiment, and FIG. 2 is a waveform diagram showing a specific example of a primary duty signal and a secondary duty signal generated by the circuit shown in FIG. FIG. 3 is a time chart showing a specific example of a pulse signal for driving each switching element generated by the circuit shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows each pulse signal and power source shown in FIG. It is a time chart which shows the detail of the electric current which flows into each electric coil of a motor.
本実施形態では、基本構成として既に説明した図9及び図10に示すような構成の電動パワーステアリング制御装置に本発明を適用する場合を想定している。勿論、電動パワーステアリング制御装置以外のモータ駆動制御装置にも本発明を適用することも可能であり、また多相交流モータを用いる電動パワーステアリング制御装置であれば、図9のような構成に特に限定されない。 In the present embodiment, it is assumed that the present invention is applied to an electric power steering control device having a configuration as shown in FIGS. 9 and 10 already described as a basic configuration. Of course, the present invention can also be applied to motor drive control devices other than the electric power steering control device, and if the electric power steering control device uses a multiphase AC motor, the configuration shown in FIG. It is not limited.
本実施形態における制御系の全体構成は、図1に示すように、操舵補助指令演算部51と、電流指令制限値演算部52と、最小値選択部53と、Iref/Idマップ54と、誘起電圧マップ55と、d/q軸電流目標値演算部56と、2相/3相変換部57と、減算器58と、制御器59と、デューティ最小値検出器60と、減算器61と、PWM制御部62と、モータ駆動回路24と、電源バッテリ64と、3相ブラシレスモータ12と、を備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the overall configuration of the control system in the present embodiment includes a steering assist
操舵補助指令演算部51は、トルクセンサ3により検出された操舵トルクTと車速センサ21により検出された車速検出値Vsとに基づいて操舵電流目標値Itを演算する。
The steering assist
一方、電流指令制限値演算部52は、モータ回転速度と供給電圧とに基づいて電流指令制限値Iref_limを算出する。
なお、モータ回転速度は例えば3相ブラシレスモータ12の回転子(ロータ)の回転位置を検出するセンサ(例えば、前述のロータ位置検出回路13)の出力信号を微分することにより得ることができる。
On the other hand, the current command limit
The motor rotation speed can be obtained, for example, by differentiating the output signal of a sensor (for example, the aforementioned rotor position detection circuit 13) that detects the rotation position of the rotor (rotor) of the three-
最小値選択部53は、操舵補助指令演算部51から出力される操舵電流目標値Itと電流指令制限値演算部52から出力される電流指令制限値Iref_limとを比較してそれらの中で小さい方の値を電流値Iref_minとして出力する。
The minimum
Iref/Idマップ54は、電流指令値Irefとd軸電流との対応関係を表す情報を保持している記憶部である。また、誘起電圧マップ55は、3相ブラシレスモータ12のロータの回転位置を表す電気角度と誘起電圧との対応関係を表す情報を保持している記憶部である。
The Iref /
d/q軸電流目標値演算部56は、3相ブラシレスモータ12の駆動トルクを一定に維持するために、公知のトルク一定式に基づいて目標値を算出する。具体的には、3相ブラシレスモータ12のロータの回転方向に相当するq軸とそれに直交する径方向のd軸とで構成される2軸の座標上に表されるベクトルのモデルについて、トルクを一定に制御するためのq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idを算出する。
なお、d軸電流目標値idは、電流指令値とモータ回転速度及び供給電圧に基づいて決定される。
The d / q-axis current target
The d-axis current target value id is determined based on the current command value, the motor rotation speed, and the supply voltage.
ところで、d/q軸電流目標値演算部56が算出するq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idは2軸のモデルに対して算出されるが、実際に操舵補助力を発生する3相ブラシレスモータ12は3相の電流により、即ち3軸方向の力によって駆動されるので、2軸から3軸への変換をするために2相/3相変換部57が2相から3相への演算変換が実施される。
Incidentally, the q-axis current target value iq and the d-axis current target value id calculated by the d / q-axis current target
即ち、2相/3相変換部57はd/q軸電流目標値演算部56から出力されるq軸電流目標値iq及びd軸電流目標値idに基づいて三相電流指令値Iref_abcを生成する。
なお、この三相電流指令値Iref_abcは、各相の電気コイルの電流をそれぞれ制御する3つの独立した指令値Iref_a,Iref_b,Iref_cで構成されている。
That is, the two-phase / three-
The three-phase current command value Iref_abc is composed of three independent command values Iref_a, Iref_b, and Iref_c that control the currents of the electric coils of the respective phases.
2相/3相変換部57の出力側に接続されている制御系においては、3相ブラシレスモータ12の各相の電気コイルに流れる電流量Im_abc(Im_a,Im_b,Im_cの3つ)を検出し、相毎に電流をフィードバック制御する。即ち、相毎の電気コイルに流れる電流量Im_abcが三相電流指令値Iref_abcと一致するように制御されることになる。これにより、モータ電流が電流指令値に追従するので、所定のトルクが3相ブラシレスモータ12から出力されることになり、このためアシスト制御が実現されてステアリング機構に操舵補助力が付与されることになる。
In the control system connected to the output side of the two-phase / three-
減算器58は、三相電流指令値Iref_abc(Iref_a,Iref_b,Iref_cの3つ)のそれぞれから電流検出値Im_abc(Im_a,Im_b,Im_cの3つ)を減算した結果(差分:誤差量)を相毎に制御器59に与える。
The
制御器59は、減算器58から入力される信号に基づいてPI(比例・積分)制御等を実施し、制御量を3相の一次デューティ信号Duty_abc(Duty_a,Duty_b,Duty_cの3つ)として出力する。このとき、これらの一次デューティ信号は、例えば図2(a)に示すように3相ブラシレスモータ12のロータの電気角度の変化に伴って、50%デューティを中心として上下に周期的に変化する。
The
制御器59の出力に接続されているデューティ最小値検出器60は、各時点で制御器59が出力している3相の一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cの中の最小値Duty_minを検出し、それを出力する。
The
減算器61は、制御器59から出力される3相の一次デューティ信号Duty_abc(Duty_a,Duty_b,Duty_c)のそれぞれについて、デューティ最小値検出器60から出力される最小値Duty_minを減算した結果を3相の二次デューティ信号Duty_abc’(Duty_a‘,Duty_b’,Duty_c’の3つ)として出力する。つまり、「Duty_a−Duty_min」をDuty_a’とし、「Duty_b−Duty_min」をDuty_b’とし、「Duty_c−Duty_min」をDuty_c’として、全ての相について共通の最小値Duty_min分だけデューティをシフトした結果を二次デューティ信号Duty_abc’とする。
The
PWM制御部62は、減算器61から出力される3相の二次デューティ信号(Duty_abc’)に従って、パルス幅制御(PWM)された3相のパルス信号を生成する。これらのパルス信号の具体例が図3に示されている。即ち、後述するモータ駆動回路24において、相毎に上下2つのスイッチング素子をそれぞれ独立してオンオフ制御する必要があるので、6つの信号(a−UPPER,a−BOTTOM,b−UPPER,b−BOTTOM,c−UPPER,d−BOTTOM)が生成される。これらのパルス信号の繰り返し周期(例えば、1/20kHz)は一定である。
The
モータ駆動回路24は、所謂インバータであり、例えば図10に示すモータ駆動回路24のように、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)Qva,Qua,Qwa,Qvb,Qub,Qwbを備えており、上側のトランジスタQva,Qua,Qwaは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、下側のトランジスタQvb,Qub,Qwbは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。
The
即ち、図3に示す6つの信号(a−UPPER,a−BOTTOM,b−UPPER,b−BOTTOM,c−UPPER,d−BOTTOM)が、それぞれ図10に示す各トランジスタ(Qva,Qvb,Qua,Qub,Qwa,Qwb)のゲート端子を制御するためにPWM制御部62の出力からモータ駆動回路24に入力される。
That is, the six signals (a-UPPER, a-BOTTOM, b-UPPER, b-BOTTOM, c-UPPER, and d-BOTTOM) shown in FIG. 3 are converted into the transistors (Qva, Qvb, Qua, In order to control the gate terminals of Qub, Qwa, and Qwb), the output from the
したがって、モータ駆動回路24の各トランジスタQva,Qvb,Qua,Qub,Qwa,Qwbは図3に示す各信号のようにオンオフを繰り返し、それに伴って電源バッテリ64から3相ブラシレスモータ12の各電気コイルに電流(図4に示す電源電流)が流れる。各電気コイルに電流の量は、パルス信号のデューティにより制御される。
Therefore, the transistors Qva, Qvb, Qua, Qub, Qwa, Qwb of the
ところで、もしも制御器59が出力する一次デューティ信号Duty_abc(図2(a)参照)をそのままPWM制御部62に入力してパルス信号を生成すると、図12に示すように時間軸の全域に渡って絶え間なく一定の周期でオンオフを繰り返すパルス信号が生成されることになり、電源から3相ブラシレスモータ12の各電気コイルに流れる電源電流は、図13に示すようにPWM周期(例えば、1/20kHz)の1周期の間に2回の割合でオンオフを繰り返すことになる。このように、単位時間あたりのオンオフ回数が多いと、各スイッチング素子(FET等)のスイッチングに伴う発熱量が増える。また、電源電流の変動周期が短い(PWM周期の半分)ため、高周波のラジオノイズが発生しやすい。
By the way, if the primary duty signal Duty_abc (see FIG. 2A) output from the
しかし、図1に示した構成では、デューティ最小値検出器60が検出したデューティ最小値Duty_minを用いて、減算器61が一次デューティ信号から二次デューティ信号Duty_abc’を生成しているので、デューティシフト制御部として機能して前述のような問題を抑制することができる。
However, in the configuration shown in FIG. 1, since the
例えば、図2(a)に示すように変化する一次デューティ信号が制御器59から出力される場合であっても、図2(b)に示すようにいずれかの相の信号のデューティが一時的に0%に固定されるような二次デューティ信号Duty_abc’をPWM制御部62に与えるので、PWM制御部62が出力する3相のパルス信号のいずれか1相、つまり二次デューティ信号のデューティが0%になった相についてはオン状態又はオフ状態に一時的に固定されることになり、モータ駆動回路24内部の各スイッチング素子もいずれか1相はオン状態又はオフ状態に一時的に固定される。
For example, even when a primary duty signal that changes as shown in FIG. 2 (a) is output from the
その結果、図4に示すように、PWM周期の1周期の間に上下のスイッチング素子が同時にオンする期間が1カ所だけになり、3相ブラシレスモータ12の各電気コイルに流れる電源電流の変動もPWM周期の1周期の間に1回だけになり、図13に示す例と比べて半分になる。
As a result, as shown in FIG. 4, there is only one period in which the upper and lower switching elements are simultaneously turned on during one PWM period, and fluctuations in the power supply current flowing through each electric coil of the three-
即ち、減算器61を用いてデューティのシフトを行い、二次デューティ信号を生成することにより、電源電流の変動周期に相当する周波数を下げることができる。例えば、PWM制御に用いる基本周波数を20kHzとする場合に、一次デューティ信号を用いてパルス信号を生成するとスイッチングされる電源電流に前記基本周波数の2倍の40kHzの周波数で変動が生じることになるが、二次デューティ信号を用いることにより、電源電流の変動周波数を20kHzに下げることができる。40kHzの周波数ではその高調波によりAMラジオの周波数帯の近傍でラジオノイズが発生し易いが、電源電流の変動周波数を20kHzに下げることでラジオノイズを低減できる。
That is, the frequency corresponding to the fluctuation cycle of the power supply current can be lowered by shifting the duty using the
また、3相ブラシレスモータ12の各相の電気コイルに流れる電流はモータ端子間に印加される電源電圧により決まるので、3相ブラシレスモータ12の電気コイルに流される電流は、減算器61により前述のデューティシフト処理を行っても変化することはない。また、3相ブラシレスモータ12の端子電位はその相のデューティと比例するため、各端子のデューティから同じ値を差し引いても端子間の電圧は変わらない。したがって、前述のデューティシフト処理を行う場合と行わない場合とでモータの相電流には変化が生じない。
Further, since the current flowing through the electric coils of each phase of the three-
したがって、本実施形態によれば、パルス信号の繰り返し周波数を切り替えなくても、モータ駆動装置24における単位時間あたりのオン/オフ回数を減らすことができるため、そのスイッチングに伴って発生する熱を減らすことができて、電動パワーステアリング制御装置のヒートシンク等のコストを抑制すると共に装置の安全性の向上を図ることができる。加えて、前述の特許文献1と比較して、その周波数を低くして用いることがないので、モータ制御に対して追従性を悪化させることがなく、3相ブラシレスモータ12のトルクリップルの発生を抑制することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the number of on / off operations per unit time in the
(第2実施形態)
本発明の電動パワーステアリング制御装置に係る、もう1つの実施形態について、図5及び図6を参照しながら以下に説明する。
図5は第2実施形態における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック図であり、図6は図5に示した回路で生成される二次デューティ信号の具体例を示す波形図である。
(Second Embodiment)
Another embodiment of the electric power steering control device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the electric power steering control device in the second embodiment, and FIG. 6 is a waveform diagram showing a specific example of the secondary duty signal generated by the circuit shown in FIG.
本実施形態は第1実施形態の変形例であり、制御系の構成が図5に示す内容に変更されており、動作が多少変更されていること以外は第1の実施形態と同様であり、また前述の第1実施形態の効果も同様に有することになる。
なお、図5において第1実施形態と対応する要素は同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
This embodiment is a modification of the first embodiment, and the configuration of the control system is changed to the contents shown in FIG. 5 and is the same as the first embodiment except that the operation is slightly changed. In addition, the effects of the first embodiment are also provided.
In FIG. 5, elements corresponding to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
即ち、第1実施形態との構成上の違いは、図5に示すように制御器59の出力とPWM制御部62の入力との間にデューティ最大値検出器65、定数保持部66、演算部67を設けた点にある。
That is, the difference in configuration from the first embodiment is that, as shown in FIG. 5, the maximum
定数保持部66は、100%デューティに相当する定数を常時出力する。デューティ最大値検出器65は、各時点で制御器59が出力している3相の一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cの中の最大値Duty_maxを検出しそれを出力する。
The
演算部67は、定数保持部66が出力する100%デューティ値からデューティ最大値検出器65が出力する最大値Duty_maxを減算した結果をシフト量として求め、制御器59から出力される3相の一次デューティ信号Duty_abcのそれぞれDuty_a,Duty_b,Duty_cについて、前記シフト量を加算した結果を3相の二次デューティ信号Duty_abc’として出力する。
The
即ち、演算部67は、「Duty_a+(DUTYLIM−Duty_max)」をDuty_a’とし、「Duty_b+(DUTYLIM−Duty_max)」をDuty_b’とし、「Duty_c+(DUTYLIM−Duty_max)」をDuty_c’とし、全ての相について共通のシフト量DUTYLIM−Duty_max分だけデューティをプラス側にシフトした結果を二次デューティ信号Duty_abc’として、デューティシフト制御部として機能する。
なお、DUTYLIMは、デューティが100%になるデューティ値(100%デューティ値)である。
That is, the
DUTYLIM is a duty value (100% duty value) at which the duty is 100%.
したがって、一次デューティ信号Duty_abcとして図2(a)に示すような信号が出力される場合であっても、図5に示す演算部67が出力する二次デューティ信号Duty_abc’は図6に示すように上側にシフトされる。つまり、この二次デューティ信号Duty_abc’においては図6に示すようにいずれか1相の信号のデューティが100%に固定され、他の相の信号もデューティが同じシフト量だけ上側にシフトされる。
Therefore, even when the signal as shown in FIG. 2A is output as the primary duty signal Duty_abc, the secondary duty signal Duty_abc ′ output from the
このような二次デューティ信号Duty_abc’を用いてPWM制御部62及びモータ駆動回路24を制御するので、各時点でデューティが100%になった相の上下の各スイッチング素子については、一時的にオンオフ状態が変化しなくなるので、第1実施形態と同様に単位時間あたりにオンオフが切り替わる回数が減り、発熱量が低下する。また、例えばラジオノイズ等の発生も低減される。
Since the
(第3実施形態)
本発明の電動パワーステアリング制御装置に関するもう1つの実施形態について、図7及び図8を参照しながら以下に説明する。
図7は第3の実施形態における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック図であり、図8は図7に示した回路で生成される二次デューティ信号の具体例を示す波形図である。
(Third embodiment)
Another embodiment relating to the electric power steering control device of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the electric power steering control device according to the third embodiment, and FIG. 8 is a waveform diagram showing a specific example of the secondary duty signal generated by the circuit shown in FIG.
第3実施形態は第1実施形態及び第2実施形態を組み合わせた変形例であり、制御系の構成が図7に示す内容に変更されており、動作が多少変更されていること以外は第1実施形態及び第2実施形態と同様であり、また前述の第1実施形態及び第2実施形態の効果も同様に有することになる。
なお、図7において第1実施形態及び第2実施形態と対応する要素は同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
即ち、第3実施形態における特徴的な構成は、図7に示すように制御器59の出力とPWM制御部62の入力との間に、デューティ最小値検出器60、デューティ最大値検出器65、定数保持部66、演算部67B,67C、切り替え部68を設けた点にある。
The third embodiment is a modified example in which the first embodiment and the second embodiment are combined. The configuration of the control system is changed to the contents shown in FIG. 7, and the first embodiment except that the operation is slightly changed. It is the same as that of embodiment and 2nd Embodiment, and also has the effect of the above-mentioned 1st Embodiment and 2nd Embodiment similarly.
In FIG. 7, elements corresponding to those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
That is, the characteristic configuration in the third embodiment is that, as shown in FIG. 7, between the output of the
図7に示すデューティ最小値検出器60は、第1実施形態と同様に、各時点で制御器59が出力している3相の一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cの中の最小値Duty_minを検出しそれを出力する。一方、デューティ最大値検出器65は、第2実施形態と同様に、各時点で制御器59が出力している3相の一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cの中の最大値Duty_maxを検出しそれを出力する。そして、定数保持部66は100%デューティに相当する定数を常時出力する。
As in the first embodiment, the
演算部67Bは、デューティ最大値検出器65が出力するデューティ最大値Duty_maxから定数保持部66が出力する100%デューティ値を減算した結果を出力する。切り替え部68は、デューティ最小値検出器60の出力と、演算部67Bの出力とのいずれか一方を選択するスイッチであり、選択した信号を演算部67Cに出力する。
The calculation unit 67B outputs a result obtained by subtracting the 100% duty value output from the
演算部67Cは、各時点で制御器59が出力している3相の一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cから、切り替え部68の出力(選択された信号)を減算した結果を、3相の二次デューティ信号Duty_abc’として出力する。
The
また、切り替え部68については、所定の周波数F1で周期的に変化する二値信号に従って2つの入力信号(デューティ最小値検出器60の出力と演算部67Bの出力)を周期的に交互に選択する。このとき、この周波数F1については、PWM制御部62が生成するパルス信号のPWM周期に対応する周波数よりも低い周波数(周期はPWM周期よりも長い)に定められる。
Further, the switching
即ち、図7に示す制御系においては、切り替え部68がデューティ最小値検出器60の出力を選択しているときには、第1実施形態と同様に、3相の一次デューティ信号Duty_abcからその中の最小値Duty_min分をマイナス側にシフトした結果が二次デューティ信号Duty_abc’として演算部67Cから出力され、切り替え部68が演算部67Bの出力を選択しているときには、第2実施形態と同様に、3相の一次デューティ信号Duty_abcの最大値Duty_maxを100%デューティ値から減算した結果DUTYLIM−Duty_maxをシフト量として用い、各相の一次デューティ信号Duty_abcにこのシフト量DUTYLIM−Duty_maxをそれぞれ加算した結果を3相の二次デューティ信号Duty_abc’として出力する。
したがって、第1実施形態における処理方法と第2実施形態における処理方法とを交互に選択することになる。
That is, in the control system shown in FIG. 7, when the switching
Therefore, the processing method in the first embodiment and the processing method in the second embodiment are alternately selected.
したがって、図2(a)に示すように変化する一次デューティ信号Duty_a,Duty_b,Duty_cが制御器59から出力される場合であっても、図7に示されるPWM制御部62に入力される二次デューティ信号Duty_abc’は例えば図8に示すように変化する。つまり、図8に示すようにいずれか1相の信号のデューティが0%になる状態と100%になる状態とが周期的に現れる。
Therefore, even if the primary duty signals Duty_a, Duty_b, and Duty_c that change as shown in FIG. 2A are output from the
ここで、第1実施形態又は第2実施形態の動作では、二次デューティ信号Duty_abc’のデューティが0%又は100%に固定される相が存在するので、該当する相のスイッチング素子がオン状態で固定される状態か生じ、オン状態のスイッチング素子に集中的に電流が流れ、発熱もそのスイッチング素子に集中する結果となる。 Here, in the operation of the first embodiment or the second embodiment, since there is a phase in which the duty of the secondary duty signal Duty_abc ′ is fixed to 0% or 100%, the switching element of the corresponding phase is in the ON state. As a result, a fixed state occurs, current flows intensively to the switching element in the on state, and heat generation also concentrates on the switching element.
しかしながら、第3実施形態では図8に示すように、いずれか1相の信号のデューティが0%になる状態と100%になる状態とが周期的に切り替わるので、同じスイッチング素子が長い時間に渡ってオン状態で固定される状態は回避され、発熱の集中が防止される。即ち、発生する熱の分布を平均化する効果が得られる。
また、切り替え部68が2つの信号を切り替える周波数F1を適宜変更することにより、発熱分布の更なる改善が期待できる。
However, in the third embodiment, as shown in FIG. 8, the state where the duty of any one phase signal is 0% and the state where the duty is 100% are periodically switched. Thus, the fixed state in the on state is avoided, and concentration of heat generation is prevented. That is, the effect of averaging the distribution of generated heat can be obtained.
In addition, further improvement in the heat generation distribution can be expected by appropriately changing the frequency F1 at which the
また、第1実施形態又は第2実施形態の動作では、モータ駆動回路24内の各スイッチング素子が故障によりショートし、オン状態からオフ状態に切り替わらないような異常が発生した場合に、故障したスイッチング素子に対してオフ信号が入力されるまでは異常の発生を検出できないのに対し、第3の実施形態ではデューティが0%になる状態と100%になる状態とが周期的に切り替わるので、故障の発生をすばやく検出することが可能になる。
In the operation of the first embodiment or the second embodiment, when each switching element in the
以上説明したように、本発明は車両などに用いられる電動パワーステアリング制御装置及びその他の様々な機器に用いられるモータ駆動制御装置として利用することができ、発熱を抑制したり、ラジオノイズを抑制したりするために非常に有用である。加えて、モータ駆動装置24のスイッチング制御に用いる周波数を切り替える必要がないため、人間の可聴周波数帯域内の周波数の振動、すなわち異音の発生を抑制することができる効果も奏する。
As described above, the present invention can be used as an electric power steering control device used in a vehicle or the like and a motor drive control device used in various other devices, and suppresses heat generation or radio noise. It is very useful for. In addition, since it is not necessary to switch the frequency used for the switching control of the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態においては、3相ブラシレスモータについて説明したが、多相交流モータであれば、モータの種類及び相数に限定されず、本発明の概念を逸脱しない限り、モータを駆動制御するための種々の装置に適用することができる。
This is the end of the description of specific embodiments. However, aspects of the present invention are not limited to these embodiments, and modifications, improvements, and the like can be made as appropriate.
For example, in each of the above-described embodiments, a three-phase brushless motor has been described. However, a multi-phase AC motor is not limited to the type of motor and the number of phases, and the motor is driven without departing from the concept of the present invention. It can be applied to various devices for controlling.
12 3相ブラシレスモータ(多相交流モータ)
24 モータ駆動回路(インバータ)
51 操舵補助指令演算部
52 電流指令制限値演算部
53 最小値選択部
54 Iref/Idマップ
55 誘起電圧マップ
56 d/q軸電流目標値演算部
57 2相/3相変換部
58 減算器
59 制御器(デューティ信号生成部)
60 デューティ最小値検出器(最小値検出部)
61 減算器(デューティシフト制御部)
62 PWM制御部
64 電源バッテリ
65 デューティ最大値検出器(最大値検出部)
66 定数保持部
67,67B,67C 演算部(デューティシフト制御部)
68 切り替え部(シフト量選択部)
12 3-phase brushless motor (multi-phase AC motor)
24 Motor drive circuit (inverter)
51 Steering Auxiliary
60 Duty minimum value detector (minimum value detector)
61 Subtractor (duty shift control unit)
62
66
68 Switching section (shift amount selection section)
Claims (8)
前記相毎の前記一次デューティ信号に互いに同じシフト量をそれぞれ与えて、前記相毎の二次デューティ信号を生成するデューティシフト制御部を更に備えて、
前記二次デューティ信号に基づいて前記インバータを駆動する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 An inverter for independently switching current flowing in an electric coil provided independently for each phase of the multiphase AC motor for each phase, and a primary duty signal for driving the inverter in accordance with a predetermined drive command An electric power steering for providing a steering assist force to the steering mechanism by controlling the multiphase AC motor, and the multiphase AC motor is connected to a steering mechanism. A control device,
Further comprising a duty shift control unit that generates the secondary duty signal for each phase by giving the same shift amount to the primary duty signal for each phase, respectively.
An electric power steering control device that drives the inverter based on the secondary duty signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。 2. The electric power steering control according to claim 1, wherein the duty shift control unit determines the shift amount based on a minimum value or a maximum value detected from the primary duty signal for each phase. apparatus.
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最小値を検出する最小値検出部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最大値を検出する最大値検出部と、
前記最小値検出部が検出した最小値と、前記最大値検出部が検出した最大値と、のいずれか一方に基づいて前記シフト量を決定するシフト量選択部と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。 The duty shift control unit
A minimum value detecting unit for detecting a minimum value from the primary duty signal for each phase;
A maximum value detector for detecting a maximum value from the primary duty signal for each phase;
A shift amount selection unit that determines the shift amount based on one of the minimum value detected by the minimum value detection unit and the maximum value detected by the maximum value detection unit. The electric power steering control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング制御装置。 The shift amount selection unit has a first shift amount determined corresponding to the minimum value and a second shift amount determined corresponding to the maximum value in a cycle longer than the cycle of the primary duty signal. The electric power steering control device according to claim 3, wherein the shift amount is determined by switching between and alternately.
前記多相交流モータの相毎に独立に設けられた電気コイルに流される電流を前記相毎に独立してスイッチングするインバータと、
所定の駆動指令に従って前記インバータを駆動するための一次デューティ信号を前記相毎に生成するデューティ信号生成部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号に互いに同じシフト量をそれぞれ与えて、前記相毎の二次デューティ信号を生成するデューティシフト制御部と、を備え、そして
前記二次デューティ信号に基づいて前記インバータを駆動する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 In a motor drive control device for driving and controlling a multiphase AC motor,
An inverter that independently switches the current flowing in the electric coil provided independently for each phase of the multiphase AC motor for each phase;
A duty signal generator for generating a primary duty signal for driving the inverter according to a predetermined drive command for each phase;
A duty shift control unit that generates the secondary duty signal for each phase by giving the same shift amount to the primary duty signal for each phase, and the inverter based on the secondary duty signal. A motor drive control device for driving.
ことを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動制御装置。 The motor drive control device according to claim 5, wherein the duty shift control unit determines the shift amount based on a minimum value or a maximum value detected from the primary duty signal for each phase. .
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最小値を検出する最小値検出部と、
前記相毎の前記一次デューティ信号の中から最大値を検出する最大値検出部と、
前記最小値検出部が検出した最小値と、前記最大値検出部が検出した最大値と、のいずれか一方に基づいて前記シフト量を決定するシフト量選択部と、を有する
ことを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動制御装置。 The duty shift control unit
A minimum value detecting unit for detecting a minimum value from the primary duty signal for each phase;
A maximum value detector for detecting a maximum value from the primary duty signal for each phase;
A shift amount selection unit that determines the shift amount based on one of the minimum value detected by the minimum value detection unit and the maximum value detected by the maximum value detection unit. The motor drive control device according to claim 5.
ことを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動制御装置。 The shift amount selection unit has a first shift amount determined corresponding to the minimum value and a second shift amount determined corresponding to the maximum value in a cycle longer than the cycle of the primary duty signal. The motor drive control device according to claim 7, wherein the shift amount is determined by alternately switching between and.
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