JP2010076714A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この電動パワーステアリング装置は、電動モータの各線間逆起電圧の符号関係の情報に基づいて、電動モータの位置検出に必要な相対角量とその回転すべき相対角積算方向とを代替となる相対角度情報として決定する。
【選択図】図2
Description
同文献に記載の技術では、電動モータの相対角量については、電動モータの各端子電圧値および各相電流値から各線間誘起電圧を算出し、その算出された各線間誘起電圧に基づいて相対角量を決定している。また、電動モータの回転方向については、操舵トルクに基づいてこれを決定している。これにより、この決定した電動モータの相対角量とその回転方向を相対角度情報とし、これを前回推定した推定電気角度に積算して電動モータを継続して駆動制御することを可能としている。したがって、同文献に記載の技術によれば、仮にモータ回転角検出系が故障した場合であっても、操舵補助制御を継続することができる。
まず、本発明における、回転方向(相対角積算方向)の算出原理について説明する。
電動モータの各線間逆起電圧と電気角度との関係は、以下の表1および図1,図2に示すようになる。なお、図1は、本発明における、回転方向の算出原理を説明する図であり、同図(a)は正方向回転時における各線間逆起電圧の波形例であり、同図(b)は逆方向回転時における各線間逆起電圧の波形例である。また、表1は、電動モータの電気角度を60(deg el)の角度領域毎に区分したときの、図1に示す各線間逆起電圧の符号関係を示している。さらに、図2は、表1の内容を極座標系で表わしたときの各符号関係の配置図であり、同図の内側の円が正方向回転を表わし、同図の外側の円が逆方向回転を表わしている。なお、同図での網掛け表示は、表1での同じ網掛け表示にそれぞれ対応している。
つまり、図3に示すように、電動モータの所定方向回転を基準とした絶対角度領域Z(以下、「推定絶対角領域」ともいう)と実電気角度(同図での黒丸符号)との関係は、今、所定方向が正方向のとき、電動モータが正方向回転であれば(同図(a)参照)、実電気角度は、推定絶対角領域Zの範囲内であり、また、逆方向回転であれば(同図(b)参照)、同領域Zの範囲外である。なお、図3は、所定方向として正方向回転(同図での反時計方向)を基準として算出した絶対角領域を説明する図であり、同図(a)は電動モータが正方向回転時を示し、また、同図(b)は逆方向回転時を示している。なおまた、同図において、網掛け表示する領域が電動モータの所定方向回転を基準とした推定絶対角領域Zを表わしており、また、黒丸符号による表示が電動モータの実電気角度を表わし、星印符号による表示が推定電気角度を表わし、符号Rで示す矢印が電動モータの実回転方向を表わしている(以下に示す、図4〜図7において同じ)。
そこで、本発明における回転方向(相対角積算方向)の算出は、上記知見に鑑みて、推定絶対角領域と推定電気角度との位置関係を比較して、推定電気角度が、推定絶対角領域内であれば正方向回転、同領域外であれば逆方向回転とすることで電動モータの回転方向を推定することを基本とする。
そこで、本発明においては、相対角積算方向の判定範囲を拡大させた判定用角度領域を設定し、これにより、単に推定絶対角領域のみとの比較を行う場合に比べて、推定電気角度情報に遅れ誤差がある場合であっても、回転方向を安定して判定可能としたものである。
そこで、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、例えば、前記代替相対角度情報算出部は、前記絶対角領域設定手段で算出された中間角度が変化したときに、その変化量と移行方向に基づいて、前記中間角度をシフトした新たなシフト後中間角度を出力する中間角度シフト演算手段を更に有し、前記領域判定手段は、前記中間角度シフト演算手段から出力されたシフト後中間角度の±90°の範囲を判定用角度領域とし、当該判定用角度領域と前記推定電気角度情報とを比較して、前記推定電気角度情報が、当該判定用角度領域の範囲内であれば、前記所定方向を相対角積算方向とし、当該判定用角度領域の範囲外であれば、前記所定方向の逆方向を相対角積算方向とすることは一層好ましい。
そこで、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、例えば、前記代替相対角度情報算出部は、前記電動モータの各線間逆起電圧値の最大値が所定の閾値を超えない限り前記領域判定手段での領域判定を行わない、とする判定不感帯を設けてなり、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の最大値があるときは、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて操舵トルク方向を前記相対角積算方向とし、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の最大値がないときは、前記領域判定手段による判定結果を相対角積算方向とする最終回転方向判定手段を更に有することは好ましい。
そこで、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、例えば前記代替相対角度情報算出部は、前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときに、移行前の推定絶対角度領域と移行後の推定絶対角度領域との境界角度を補正推定電気角度とし、当該補正推定電気角度に前記推定電気角度を補正することは好ましい。このような構成であれば、推定電気角度を補正することで推定電気角度誤差の増大を防ぐことができる。
そこで、例えば、前記代替相対角度情報算出部は、前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときの移行方向が、推定絶対角度領域を算出する際に基準とした所定回転方向と同方向であるときは、前記境界角度を補正推定電気角度とし、異方向であるときは、前記境界角度+180°を補正推定電気角度とすることはより好ましい。このような構成であれば、補正推定電気角度をより正確に演算する上で好適である。
そこで、例えば、前記代替相対角度情報算出部は、前記推定電気角度を補正するタイミングを、前記シフト後中間角度が変化し且つ前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときとすることは一層好ましい。このような構成であれば、シフト後中間角度は、上記ハンチング時においては移動しない構成であるため、補正タイミング条件として追加することで一層正確に推定電気角度を補正することができる。
図8は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、符号1は通常の車両に搭載されているバッテリであって、このバッテリ1から出力されるバッテリ電圧Vbがヒューズ2を介して制御装置3に入力される。この制御装置3は、ヒューズ2を介して入力されるバッテリ電圧Vbが図10中に示すリレー4を介して入力された操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ5を駆動するモータ駆動手段としてのモータ駆動回路6を有する。
操舵トルクセンサ17は、ステアリングホイール11に付与されてステアリングシャフト12に伝達された操舵トルクを検出するトルク検出手段であって、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
また、その際、電動モータ5の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってステアリングホイール1の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記(1)式のような運動方程式が得られる。
J・α+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+T…(1)
SAT(s)=Tm(s)+T(s)−J・α(s)+Fr・sign(ω(s))…(2)
上記(2)式から分かるように、電動モータ5の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクTm及び操舵トルクTよりセルフアライニングトルクSATを推定することができる。ここで、アシストトルクTmは操舵補助電流指令値IM *に比例するので、アシストトルクTmに代えて操舵補助電流指令値IM *を適用する。
Vab=Va−Vb ……(3)
Vbc=Vb−Vc ……(4)
Vca=Vc−Va ……(5)
EMFbc=Vbc−{(Rb+s・Lb)・Ib−(Rc+s・Lc)・Ic}…(7)
EMFca=Vca−{(Rc+s・Lc)・Ic−(Ra+s・La)・Ia}…(8)
ここで、Ra、Rb、Rcはモータの巻線抵抗、La、Lb、Lcはモータのインダクタンス、sはラプラス演算子で、ここでは微分演算(d/dt)を表している。
また、角速度・角加速度演算部48は、図15に示すように、逆起電圧演算部46から入力される逆起電圧EMFに基づいて相対角速度ωeeを演算する相対角速度演算部48aと、この相対角速度演算部48aから出力される相対角速度ωeeの急激な変化を抑制するレイトリミッタ部48dと、操舵トルクセンサ17から入力される操舵トルクTsに基づいて回転方向を表す符号を取得する符号取得部48bと、後述する、代替となる相対角度情報の生成を可能とする回転方向判定部48eとを有し、さらに、この回転方向判定部48eで取得した符号(相対角積算方向)を、レイトリミッタ部48dで急激な変化を抑制された相対角速度ωeeの絶対値に乗算する乗算部48cと、この乗算部48cから出力される相対角速度ωeeを前回のモータ回転角θe(n−1)に加算して相対回転角θeeを算出する加算部48fとを有する。
ΔθM=TsM(n)・Km/212 …………(9)
ここで、Kmは相対角度情報算出用ゲインである。
ステップS58では、ステップS57で算出したモータ相対角度変化量ΔθMと前回のサンプリング時に算出したモータ相対角度θMP(n−1)とを加算して、今回のモータ相対角度θMP(n)を算出してからステップS59に移行する。ステップS59では、モータ相対角度θMP(n)を例えば12bitの電気角0〜4096に変換してマイクロコンピュータ30に内蔵されたRAMの所定記憶領域に記憶してからタイマ割込処理を終了する。
この操舵補助制御処理は、図19に示すように、先ず、ステップS1で、操舵トルクセンサ17、車速センサ33等の各種センサの検出値及び角速度・角加速度演算部48で出力された回転角θe、角速度ωe及び角加速度αを読込み、次いでステップS2に移行して、操舵トルクTをもとに前述した図13に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値IM *を算出してからステップS3に移行する。
ωee=EMF/Ke …………(10)
ここに、Keはモータの逆起電圧定数[V/rpm]である。
なお、逆起電圧演算部46内の図示しない不感帯設定部では、前述した各線間逆起電圧EMFab、EMFbc及びEMFcaを算出する(6)式〜(8)式のモータの巻線抵抗Ra〜Rcとして、実際の抵抗値の代わりに抵抗のモデル値を採用するため、相対角速度ωeeには誤差が生じ、その誤差はモータ電流に比例したオフセット誤差となることに基づいて電流に比例した不感帯設定を行って推定誤差を取り除くためのものである。すなわち、相対角速度ωeeは電流(逆起電圧量)に比例し、誤差も電流(逆起電圧量)に比例するためである。このため、不感帯の設定値は電流指令値IM *または実電流値に応じた値に設定する。
この回転方向判定部48eは、角速度演算部48aで演算された相対角量(相対速度量)、つまり上記相対角速度演算部48aで算出された相対角速度ωeeに付加する回転方向情報(相対角積算方向の情報)を算出している。
ここで、推定電気角度そのものは、現回転方向が決定されていないため算出できない。そこで、この領域判定部50cでは、前回算出された推定電気角度、および前回算出された相対角度情報(回転方向情報および相対角速度情報)を用いて、現在の推定電気角度相当である仮推定電気角度θee’’を演算している。すなわち、仮推定電気角度θee’’は、前回の回転角θee(n−1)+前回の回転方向×相対角速度ωeeの絶対値、により算出する。そして、ステップS302では、上記中間角度シフト部50bから出力されたシフト後中間角度θc shtと仮推定電気角度θee’’とを用いて、仮推定電気角度θee’’がシフト後中間角度θc sht±90(deg el))の範囲である判定用角度領域の範囲内であれば(YES)、ステップS304に移行して正方向回転信号(d=1)を出力し、判定用角度領域の範囲外であれば(NO)、ステップS303に移行して逆方向回転信号(d=−1)を出力して処理を戻す。
今、図10に示すイグニッションスイッチ37をオン状態とすることにより、制御装置3にバッテリ1からの電源が投入されて、制御装置3内のマイクロコンピュータ30で、図17に示すモータ回転角異常検出処理、図19に示す操舵補助制御処理及び図20等に示す相対角度情報算出に係る一連の処理等が実行開始される。
一方、この操舵補助制御処理の継続状態で、相対角速度演算部48aで演算される相対角速度ωeeが不感帯内となると、不感帯検出部48mから論理値“1”の検出信号SDが第2の回転角選択部48m及び第2の角速度選択部48pに出力されることにより、補完用相対角度情報演算部70で算出されてマイクロコンピュータ30のRAMに格納されている補完用相対回転角θMPが選択されると共に、角速度演算部48oで算出される、補完用相対回転角θee′(=θMP)を微分した相対角速度ωee′が選択される。
例えば、上記実施形態では、その領域判定において、シフト後中間角度±90(deg el)の範囲を判定用角度領域とし、また、前回算出した推定電気角度および前回算出した相対角度情報に基づいて、現在の推定電気角度相当である仮推定電気角度を推定電気角度情報として演算し、この仮推定電気角度である推定電気角度情報と判定用角度領域との比較を行って領域判定をした例で説明したが、これに限定されない。
この推定電気角度補正処理は、所定時間(例えば1msec)毎のタイマ割込処理として実行され、図30に示すように、先ず、ステップS501で、絶対角領域が隣り合う領域への移行をしたか否かを判定し、移行していれば(YES)ステップS502に移行し、そうでなければ(NO)ステップS504に移行する。ステップS502では、シフト後基準角が変化したか否かを判定し、変化していればステップS503に移行し、そうでなければ(NO)ステップS504に移行する。そして、ステップS503では、補正タイミングフラグを“1”(補正許可)に設定してステップS505に移行する。また、ステップS504では、補正タイミングフラグを“0”(補正不許可)に設定して(つまり、これにより図29での補正タイミング選択部48rで補正されない推定電気角度が選択される)処理を戻す。
また、この第二の変形例の構成であれば、推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときの移行方向が、推定絶対角度領域を算出する際に基準とした所定回転方向と同方向であるときは境界角度を補正推定電気角度とし、異方向である場合は境界角度+180°を補正推定電気角度としているので、補正推定電気角度を正確に演算することができる。
3 制御装置
5 電動モータ
6 モータ駆動回路
11 ステアリングホイール
12 ステアリングシャフト
13 減速装置
17 トルクセンサ
18 レゾルバ
21 インバータ回路
22 FETゲート駆動回路
30 マイクロコンピュータ
32 モータ回転角検出回路
33 車速センサ
42 電流指令値算出部
42A 操舵補助トルク指令値演算部
42B 指令値補償部
42C d−q軸電流指令値演算部
44 減算部
45 電流制御部
46 逆起電圧演算部
47 モータ回転角演算部
48 角速度・角加速度演算部
48a 相対角速度演算部
48b 符号取得部
48c 乗算部
48d レイトリミッタ部
48e 回転方向判定部
48f 加算部
48g 回転角選択部
48h 角速度演算部
48i 角速度選択部
48j 角加速度演算部
48m 不感帯検出部
48n 第2の回転角選択部
48o 角速度演算部
48p 第2の角速度選択部
49 フェールセーフ処理部
70 補完用相対角度情報演算部
Claims (8)
- 操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータと、前記操舵系に伝達される操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵量に応じた前記電動モータの相対角度情報を決定するモータ相対角度決定手段と、前記トルク検出手段で検出した操舵トルク及び前記電動モータの位置検出器にて検出した回転電気角、及び前記モータ相対角度決定手段で決定した相対角度情報に応じて、前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ相対角度決定手段は、前記操舵系に対する操舵量に応じた前記電動モータの相対角度情報を算出するモータ相対角度情報算出部と、該モータ相対角度情報算出部から相対角度情報を得られないときであっても、電動モータの各線間逆起電圧とその符号関係の情報に基づいて、前記電動モータの位置検出に必要な相対角量とその回転すべき相対角積算方向とを、代替となる相対角度情報として生成し、代替相対角度情報より推定電気角度を求める代替相対角度情報算出部とを備え、
前記代替相対角度情報算出部は、
前記電動モータの各線間逆起電圧の符号関係に基づいて、前記電動モータが所定方向に回転したときを基準として電気角度を60°毎に区分した推定絶対角領域を算出するとともに、その算出した推定絶対角領域の中間角度を出力する絶対角領域設定手段と、
前回算出した推定電気角度および前回算出した相対角度情報に基づいて、現在の推定電気角度相当である仮推定電気角度を推定電気角度情報として演算し、当該推定電気角度情報と前記推定絶対角領域の中間角度の±90°の範囲である判定用角度領域とを比較して、前記推定電気角度情報が、前記判定用角度領域の範囲内であれば、前記所定方向を相対角積算方向とし、前記判定用角度領域の範囲外であれば、前記所定方向の逆方向を相対角積算方向とする領域判定手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記領域判定手段は、前記仮推定電気角度に替えて、前回算出した推定電気角度を推定電気角度情報として用い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装置。
- 前記代替相対角度情報算出部は、前記絶対角領域設定手段で算出された中間角度が変化したときに、その変化量と移行方向に基づいて、前記中間角度をシフトした新たなシフト後中間角度を出力する中間角度シフト演算手段を更に有し、
前記領域判定手段は、前記中間角度シフト演算手段から出力されたシフト後中間角度の±90°の範囲を判定用角度領域とし、当該判定用角度領域と前記推定電気角度情報とを比較して、前記推定電気角度情報が、当該判定用角度領域の範囲内であれば、前記所定方向を相対角積算方向とし、当該判定用角度領域の範囲外であれば、前記所定方向の逆方向を相対角積算方向とすることを特徴とする請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記代替相対角度情報算出部は、前記電動モータの各線間逆起電圧値の最大値が所定の閾値を超えない限り前記領域判定手段での領域判定を行わない、とする判定不感帯を設けてなり、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の最大値があるときは、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて操舵トルク方向を前記相対角積算方向とし、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の最大値がないときは、前記領域判定手段による判定結果を相対角積算方向とする最終回転方向判定手段を更に有する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装置。
- 前記代替相対角度情報算出部は、前記電動モータの各線間逆起電圧値の2番目に大きい相の値が所定の閾値を超えない限り前記領域判定手段での領域判定を行わない、とする判定不感帯を設けてなり、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の2番目に大きい相の値があるときは、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて操舵トルク方向を前記相対角度積算方向とし、前記判定不感帯に各線間逆起電圧値の2番目に大きい値がないときは、前記領域判定手段による判定結果を相対角度積算方向とする最終回転方向判定手段を更に有する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装置。
- 前記代替相対角度情報算出部は、前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときに、移行前の推定絶対角度領域と移行後の推定絶対角度領域との境界角度を補正推定電気角度とし、当該補正推定電気角度に前記推定電気角度を補正することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記代替相対角度情報算出部は、前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときの移行方向が、推定絶対角度領域を算出する際に基準とした所定回転方向と同方向であるときは、前記境界角度を補正推定電気角度とし、異方向であるときは、前記境界角度+180°を補正推定電気角度とすることを特徴とする請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記代替相対角度情報算出部は、前記推定電気角度を補正するタイミングを、前記シフト後中間角度が変化し且つ前記推定絶対角度領域が隣り合う領域へ移行したときとすることを特徴とする請求項6または7に記載の電動パワーステアリング装置。
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