JP2011097810A - Motor control device and vehicle steering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置に関する。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。 The present invention relates to a motor control apparatus for driving a brushless motor and a vehicle steering apparatus including the motor control apparatus. An example of a vehicle steering device is an electric power steering device.
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角(電気角)に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。 A motor control device for driving and controlling a brushless motor is generally configured to control the supply of motor current in accordance with the output of a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotor. As the rotation angle sensor, a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal corresponding to the rotor rotation angle (electrical angle) is generally used. However, the resolver is expensive, has a large number of wires, and has a large installation space. Therefore, there exists a subject that the cost reduction and size reduction of an apparatus provided with the brushless motor are inhibited.
そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相(ロータの電気角)を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。 Therefore, a sensorless driving method for driving a brushless motor without using a rotation angle sensor has been proposed. The sensorless driving method is a method for estimating the phase of the magnetic pole (electrical angle of the rotor) by estimating the induced voltage accompanying the rotation of the rotor. Since the induced voltage cannot be estimated when the rotor is stopped and when rotating at a very low speed, the phase of the magnetic pole is estimated by another method. Specifically, a sensing signal is injected into the stator, and a motor response to the sensing signal is detected. Based on this motor response, the rotor rotational position is estimated.
上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置その他の車両用操舵装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。 The above sensorless driving method estimates the rotational position of the rotor using an induced voltage or a sensing signal, and controls the motor based on the rotational position obtained by the estimation. However, this drive system is not suitable for any use. For example, a brushless motor used as a drive source of an electric power steering apparatus or other vehicle steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle. A method for applying to control has not been established yet. Therefore, realization of sensorless control by another method is desired.
そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御することができるモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device that can control a motor by a new control method that does not use a rotation angle sensor, and a vehicle steering device that includes the motor control device.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、ロータ(50)と、このロータに対向するステータ(55)とを備えたモータ(3)を制御するためのモータ制御装置(5)であって、制御上の回転角である制御角(θC)に従う回転座標系の軸電流値(Iγ *)で前記モータを駆動する電流駆動手段(30〜36)と、前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段(22,23)と、所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段(26)と、前記加算角の絶対値を制限値以下に制限する加算角制限手段(24)と、モータ制御を停止させるときに、前記制限値を零まで漸減させた後に、前記モータの駆動値(Iγ *)を所定値以下まで漸減する停止処理手段(43,46)とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, the invention according to
この構成によれば、制御角に従う回転座標系(γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。)の軸電流値(以下「仮想軸電流値」という。)によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸(仮想軸)を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。 According to this configuration, the axis current value (hereinafter “virtual axis”) of the rotating coordinate system (γδ coordinate system, hereinafter referred to as “virtual rotating coordinate system”, the coordinate axis of this virtual rotating coordinate system being referred to as “virtual axis”) according to the control angle. While the motor is driven by the "shaft current value"), the control angle is updated by adding the addition angle every calculation cycle. Thus, the necessary torque can be generated by driving the motor with the virtual axis current value while updating the control angle, that is, while updating the coordinate axis (virtual axis) of the virtual rotation coordinate system. Thus, an appropriate torque can be generated from the motor without using a rotation angle sensor.
この発明では、加算角の絶対値を制限値以下に制限する加算角制限手段が設けられている。そして、モータ制御を停止させるときには、制限値が零まで漸減された後に、モータの駆動値が所定値以下となるまで漸減される。この構成によれば、モータ制御を停止させるときには、モータの駆動値を瞬時に所定値以下に変化させるのではなく、モータの駆動値を所定値以下となるまで漸減させているので、モータ制御を滑らかに停止させることができる。また、モータ制御を停止させるときには、制限値を零まで漸減した後に、モータの駆動値を所定値以下となるまで漸減しているので、制御角が変化しないように固定された状態で、モータの駆動値が所定値以下となるまで漸減される。このため、モータの駆動値が所定値以下となるまで漸減される際に、制御角に不所望な変動が生じるのを抑制できる。 In the present invention, there is provided addition angle limiting means for limiting the absolute value of the addition angle to be equal to or less than the limit value. When stopping the motor control, after the limit value is gradually reduced to zero, it is gradually reduced until the motor drive value becomes a predetermined value or less. According to this configuration, when stopping the motor control, the motor drive value is not changed instantaneously to a predetermined value or less, but is gradually decreased until the motor drive value becomes a predetermined value or less. It can be stopped smoothly. When stopping the motor control, after the limit value is gradually decreased to zero, the motor drive value is gradually decreased to a predetermined value or less, so that the control angle of the motor is fixed so as not to change. The driving value is gradually decreased until the driving value becomes a predetermined value or less. For this reason, when the driving value of the motor is gradually reduced to a predetermined value or less, it is possible to suppress an undesired fluctuation in the control angle.
請求項2記載の発明は、モータ制御を再開させるときに、前記制限値を零に固定した状態で、前記モータの駆動値を所定値以上となるまで漸増した後に、前記制限値を所定値以上となるまで漸増する再開処理手段とをさらに含む、請求項1記載のモータ制御装置である。この発明では、モータ制御を再開させるときには、前記制限値を零に固定した状態で、モータの駆動値が所定値以上となるまで漸増された後に、制限値が所定値以上となるまで漸増される。
According to a second aspect of the present invention, when the motor control is resumed, the drive value of the motor is gradually increased to a predetermined value or more in a state where the limit value is fixed to zero, and then the limit value is increased to a predetermined value or more. The motor control device according to
この構成によれば、モータ制御を再開させるときには、モータの駆動値を瞬時に所定値に変化させるのではなく、モータの駆動値を所定値以上となるまで漸増させているので、モータ制御を滑らかに再開させることができる。また、モータ制御を再開させるときには、制限値を零に固定した状態で、モータの駆動値を所定値以上となるまで漸増した後に、制限値を所定値まで漸増しているので、制御角が変化しないように固定された状態で、モータの駆動値が所定値以上となるまで漸増される。このため、モータの駆動値が所定値以上となるまで漸増される際に、制御角が不所望な変動が生じるのを抑制できる。そして、モータの駆動値が所定値以上になった後に、制限値が所定値以上となるまで漸増されるので、モータ制御をスムーズに再開させることができるようになる。 According to this configuration, when the motor control is resumed, the motor drive value is not instantaneously changed to a predetermined value, but is gradually increased until the motor drive value becomes a predetermined value or more. Can be resumed. When resuming motor control, the limit value is fixed to zero, the motor drive value is gradually increased to a predetermined value or higher, and then the limit value is gradually increased to the predetermined value. In a fixed state, the motor drive value is gradually increased until it reaches a predetermined value or more. For this reason, when the driving value of the motor is gradually increased to a predetermined value or more, it is possible to suppress an undesired fluctuation in the control angle. Then, after the drive value of the motor becomes equal to or greater than the predetermined value, the limit value is gradually increased until the limit value becomes equal to or greater than the predetermined value, so that the motor control can be resumed smoothly.
請求項3記載の発明は、車両の舵取り機構(2)に駆動力を付与するモータ(3)と、前記モータを制御する請求項1または2記載のモータ制御装置とを含む、車両用操舵装置である。
この構成によれば、車両の舵取り機構に駆動力を付与するモータの制御を、スムーズに停止させることができるとともに、スムーズに再開させることができる車両用操舵装置を実現できる。これにより、モータ制御の停止/再開に伴う違和感を抑制できる。
The invention according to
According to this configuration, it is possible to realize a vehicle steering apparatus that can smoothly stop and smoothly resume control of a motor that applies driving force to the steering mechanism of the vehicle. Thereby, the uncomfortable feeling accompanying stop / resumption of motor control can be suppressed.
前記モータ制御装置は、モータによって駆動される駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルク(T)を検出するためのトルク検出手段(1)と、前記駆動対象に加えられるべき指示トルク(T*:モータトルク以外のトルクの指示値)を設定する指示トルク設定手段(21)とをさらに含んでいてもよい。この場合、前記加算角演算手段は、たとえば、トルク検出手段によって検出されるトルクを指示トルクに一致させるべく、加算角を演算するように動作する。これにより、指示トルクに応じたトルク(モータトルク以外のトルク)が駆動対象に加えられる状態となるように、モータトルクが制御(フィードバック制御)される。モータトルクは、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量である負荷角に対応する。負荷角は、制御角とロータ角との差で表される。モータトルクの制御は、負荷角を調整することによって達成され、この負荷角の調整が加算角を制御することによって達成される。 The motor control device includes a torque detection means (1) for detecting a torque (T) other than the motor torque applied to a drive target driven by the motor, and an instruction torque (T * ) to be applied to the drive target . : Command torque setting means (21) for setting torque command value other than motor torque). In this case, for example, the addition angle calculation means operates to calculate the addition angle so that the torque detected by the torque detection means matches the indicated torque. Thereby, the motor torque is controlled (feedback control) so that a torque (torque other than the motor torque) corresponding to the command torque is applied to the drive target. The motor torque corresponds to a load angle that is a deviation amount between the coordinate axis of the rotating coordinate system (dq coordinate system) according to the magnetic pole direction of the rotor and the virtual axis. The load angle is represented by the difference between the control angle and the rotor angle. Control of the motor torque is achieved by adjusting the load angle, and this adjustment of the load angle is achieved by controlling the addition angle.
前記モータ制御装置は、前記モータのステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出手段(13)をさらに含み、前記電流駆動手段は、仮想軸に流すべき電流値を指示電流値として生成する指示電流生成手段(30)と、前記電流検出手段によって検出される検出電流値と前記指示電流生成手段によって生成される指示電流値と前記制御角とに応じて、モータのステータ巻線に印加すべき指示電圧を生成する指示電圧生成手段(31〜34,36)とを含むものであってもよい。 The motor control device further includes a current detection means (13) for detecting a current flowing in the stator winding of the motor, and the current driving means generates an instruction current that generates a current value to be passed through the virtual axis as an instruction current value. An instruction to be applied to the stator winding of the motor according to the generating means (30), the detected current value detected by the current detecting means, the indicated current value generated by the indicated current generating means, and the control angle Instruction voltage generating means (31 to 34, 36) for generating a voltage may be included.
この場合、前記モータの駆動値は、たとえば、指示電流生成手段によって生成される指示電流値であってもよいし、指示電圧生成手段によって生成される指示電圧値であってもよい。なお、指示電流生成手段は、たとえば、トルク検出手段によって検出されるトルクに基づいて、指示電流値を生成するものであってもよい。
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置(たとえば、電動パワーステアリング装置)では、モータの駆動力は舵取り機構にアシストトルク(操舵補助力)として与えられる。このアシストトルクを、モータ負荷(負荷トルク)から減じた値が、運転者が操作部材に与えるべき操舵トルクとなる。
In this case, the driving value of the motor may be, for example, an instruction current value generated by the instruction current generation unit or an instruction voltage value generated by the instruction voltage generation unit. The command current generating unit may generate a command current value based on the torque detected by the torque detection unit, for example.
In a vehicle steering device (for example, an electric power steering device) in which an operation member and a steering mechanism are mechanically coupled, the driving force of a motor is applied to the steering mechanism as an assist torque (steering assist force). A value obtained by subtracting the assist torque from the motor load (load torque) is the steering torque that the driver should apply to the operation member.
モータ制御を停止させるときに、モータの駆動値(たとえば、電流指示値)を単に漸減させると、モータの駆動値の漸減中にモータ負荷に対して必要となるアシストトルクを出力できなくなる。これにより、操舵トルクがトルク検出手段による検出範囲を超えると、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくなるおそれがある。そこで、モータ制御を停止させるときに、制限値を零まで漸減した後に、モータの駆動値を所定値以下となるまで漸減するようにすると、制御角が変化しないように固定された状態で、モータの駆動値が所定値以下となるまで漸減される。これにより、制御角の制限によってモータをスムーズに停止させることができる。そのため、その後に、モータの駆動値が所定値以下となるまで漸減される際に、トルクのフィードバック制御が不正常になることによる違和感を抑制できる。つまり、駆動値の不足によって、トルクフィードバック制御が不正常になる場合でも、加算角が零に固定されるため、不正常なトルクフィードバック制御の影響を受けない。 If the motor drive value (for example, current instruction value) is simply decreased when stopping the motor control, the assist torque required for the motor load cannot be output during the gradual decrease of the motor drive value. As a result, when the steering torque exceeds the detection range of the torque detection means, there is a risk that torque feedback control will not operate normally. Therefore, when the motor control is stopped, if the limit value is gradually decreased to zero and then the motor drive value is gradually decreased to a predetermined value or less, the motor is fixed so that the control angle does not change. The drive value is gradually decreased until it becomes equal to or less than a predetermined value. As a result, the motor can be smoothly stopped by limiting the control angle. Therefore, after that, when the driving value of the motor is gradually decreased to a predetermined value or less, it is possible to suppress a sense of incongruity caused by the torque feedback control becoming abnormal. That is, even when the torque feedback control becomes abnormal due to a shortage of the drive value, the addition angle is fixed to zero, so that it is not affected by the abnormal torque feedback control.
一方、モータ制御を再開させるときに、モータの駆動値(たとえば、電流指示値)を単に零から所定値以上となるまで漸増させると、モータの駆動値がモータ負荷に対して必要とするアシストトルクを発生できる値に達するまでは、操舵トルクがトルク検出手段による検出範囲を超えて、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくなるおそれがある。そこで、モータ制御を再開させるときに、制限値を零に固定した状態で、モータの駆動値を所定値以上となるまで漸増させる。これにより、駆動値が充分に大きくなるまでは、制御角が変化しないので、たとえ、トルクフィードバック制御が不正常であっても、モータに不所望な挙動が現れることがない。これにより、モータ制御をスムーズに再開させることができる。 On the other hand, when the motor control value is resumed, if the motor drive value (for example, current instruction value) is gradually increased from zero to a predetermined value or more, the assist torque required for the motor drive value with respect to the motor load. Until the value reaches the value at which the torque can be generated, the steering torque may exceed the detection range of the torque detection means, and the torque feedback control may not operate normally. Therefore, when the motor control is resumed, the drive value of the motor is gradually increased to a predetermined value or more with the limit value fixed at zero. As a result, the control angle does not change until the drive value becomes sufficiently large. Therefore, even if the torque feedback control is not normal, an undesirable behavior does not appear in the motor. Thereby, motor control can be restarted smoothly.
前記モータは、車両の舵取り機構(2)に駆動力を付与するものであってもよい。この場合に、前記トルク検出手段は、前記車両の操向のために操作される操作部材(10)に加えられる操舵トルクを検出するものであってもよい。また、前記指示トルク設定手段は、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定するものであってもよい。そして、前記加算角演算手段は、前記指示トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するものであってもよい。 The motor may provide a driving force to the steering mechanism (2) of the vehicle. In this case, the torque detection means may detect a steering torque applied to the operation member (10) operated for steering the vehicle. The command torque setting means may set command steering torque as a target value of steering torque. The addition angle calculation means may calculate the addition angle in accordance with a deviation between the instruction steering torque set by the instruction torque setting means and the steering torque detected by the torque detection means. .
この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク(検出値)との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量(負荷角)が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。 According to this configuration, the command steering torque is set, and the addition angle is calculated according to the deviation between the command steering torque and the steering torque (detected value). Thus, the addition angle is determined so that the steering torque becomes the command steering torque, and the control angle corresponding to the addition angle is determined. Therefore, by appropriately determining the instruction steering torque, it is possible to generate an appropriate driving force from the motor and apply it to the steering mechanism. That is, the deviation (load angle) between the coordinate axis of the rotating coordinate system (dq coordinate system) and the virtual axis according to the magnetic pole direction of the rotor is led to a value corresponding to the command steering torque. As a result, an appropriate torque is generated from the motor, and a driving force according to the driver's steering intention can be applied to the steering mechanism.
前記モータ制御装置または前記車両用操舵装置は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段(4)をさらに含み、前記指示トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものであることが好ましい。この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。 The motor control device or the vehicle steering device further includes steering angle detection means (4) for detecting a steering angle of the operation member, and the command torque setting means is a steering angle detected by the steering angle detection means. It is preferable that the command steering torque is set according to the above. According to this configuration, since the instruction steering torque is set according to the steering angle of the operation member, an appropriate torque according to the steering angle can be generated from the motor, and the steering torque applied to the operation member by the driver can be increased. The value can be derived according to the steering angle. Thereby, a favorable steering feeling can be obtained.
前記指示トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段(6)によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものであってもよい。この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。 The command torque setting means may set the command steering torque according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means (6) for detecting the vehicle speed of the vehicle. According to this configuration, since the command steering torque is set according to the vehicle speed, so-called vehicle speed sensitive control can be performed. As a result, a good steering feeling can be realized. For example, an excellent steering feeling can be obtained by setting the command steering torque to be smaller as the vehicle speed is higher, that is, at higher speeds.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の第1の実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置の一例)の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール10に加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に減速機構7を介して操舵補助力を与えるモータ3(ブラシレスモータ)と、ステアリングホイール10の回転角である操舵角を検出する舵角センサ4と、モータ3を駆動制御するモータ制御装置5と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ6とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining an electrical configuration of an electric power steering device (an example of a vehicle steering device) to which a motor control device according to a first embodiment of the present invention is applied. This electric power steering apparatus includes a
モータ制御装置5は、トルクセンサ1が検出する操舵トルク、舵角センサ4が検出する操舵角および車速センサ6が検出する車速に応じてモータ3を駆動することによって、操舵状況および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図2に図解的に示すように、界磁としてのロータ50と、このロータ50に対向するステータ55に配置されたU相、V相およびW相のステータ巻線51,52,53とを備えている。モータ3は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
The
In this embodiment, the
各相のステータ巻線51,52,53の方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ50の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ50の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系は、ロータ50とともに回転する回転座標系である。dq座標系では、q軸電流のみがロータ50のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ50の回転角(ロータ角)θMは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。このロータ角θMを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
Three-phase fixed coordinates (UVW coordinate system) are defined in which the U, V, and W axes are taken in the direction of the
一方、この実施形態では、制御上の回転角を表す制御角θCが導入される。制御角θCは、U軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して90°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系(γδ座標系。仮想回転座標系)を定義する。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるdq座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのd軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのq軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。UVW座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。 On the other hand, in this embodiment, a control angle θ C representing a control rotation angle is introduced. The control angle θ C is a virtual rotation angle with respect to the U axis. A virtual axis corresponding to the control angle θ C is a γ-axis, and an axis advanced by 90 ° with respect to the γ-axis is a δ-axis, and a virtual two-phase rotational coordinate system (γδ coordinate system, virtual rotational coordinate system) is defined. Define. When the control angle θ C is equal to the rotor angle θ M , the γδ coordinate system, which is a virtual rotation coordinate system, matches the dq coordinate system, which is an actual rotation coordinate system. That is, the γ-axis as the virtual axis matches the d-axis as the real axis, and the δ-axis as the virtual axis matches the q-axis as the real axis. γδ coordinate system is an imaginary rotating coordinate system that rotates in accordance with the control angle theta C. Coordinate conversion between the UVW coordinate system and the γδ coordinate system can be performed using the control angle θ C.
制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL(=θC−θM)と定義する。
制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ3に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ50のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Iq=Iγ・sinθL …(1)
再び図1を参照する。モータ制御装置5は、マイクロコンピュータ11と、このマイクロコンピュータ11によって制御され、モータ3に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)12と、モータ3の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部13とを備えている。
A difference between the control angle θ C and the rotor angle θ M is defined as a load angle θ L (= θ C −θ M ).
When the γ-axis current I γ is supplied to the
I q = I γ · sin θ L (1)
Refer to FIG. 1 again. The
電流検出部13は、モータ3の各相のステータ巻線51,52,53に流れる相電流IU,IV,IW(以下、総称するときには「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。これらは、UVW座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ11は、CPUおよびメモリ(ROMおよびRAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、操舵トルクリミッタ20と、指示操舵トルク設定部21と、トルク偏差演算部22と、PI(比例積分)制御部23と、加算角リミッタ24と、制御角演算部26と、指示電流値生成部30と、指示電流値変更部31と、電流偏差演算部32と、PI制御部33と、γδ/UVW変換部34と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部35と、UVW/γδ変換部36と、モータ制御停止・再開タイミング検出部41と、モータ制御停止・再開処理部42とが含まれている。
The
The
指示操舵トルク設定部21は、舵角センサ4によって検出される操舵角と、車速センサ6によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクT*を設定する。たとえば、図4に示すように、操舵角が正の値(右方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は正の値(右方向へのトルク)に設定され、操舵角が負の値(左方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は負の値(左方向へのトルク)に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように(図4の例では非線型に大きくなるように)指示操舵トルクT*が設定される。ただし、所定の上限値(正の値。たとえば、+6Nm)および下限値(負の値。たとえば−6Nm)の範囲内で指示操舵トルクT*の設定が行われる。また、指示操舵トルクT*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
The command steering
操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の出力TSを所定の上限飽和値+Tmax(+Tmax>0。たとえば+Tmax=7Nm)と下限飽和値−Tmax(−Tmax<0。たとえば−Tmax=−7Nm)との間に制限する。具体的には、操舵トルクリミッタ20は、図5に示すように、上限飽和値+Tmaxと下限飽和値−Tmaxの間では、トルクセンサ1の検出操舵トルクTSをそのまま出力する。また、操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の検出操舵トルクTSが上限飽和値+Tmax以上であれば、上限飽和値+Tmaxを出力する。そして、操舵トルクリミッタ20は、トルクセンサ1の検出操舵トルクTSが下限飽和値−Tmax以下であれば、下限飽和値−Tmaxを出力する。飽和値+Tmaxおよび−Tmaxは、トルクセンサ1の出力信号が安定な領域(信頼性のある領域)の境界を画定するものである。つまり、トルクセンサ1の出力信号は、上限飽和値Tmaxを超える区間、および下限飽和値−Tmaxを下回る区間では不安定であり、実際の操舵トルクに対応しなくなる。換言すれば、飽和値+Tmax,−Tmaxは、トルクセンサ1の出力特性に応じて定められる。
Steering
トルク偏差演算部22は、指示操舵トルク設定部21によって設定される指示操舵トルクT*とトルクセンサ1によって検出され、操舵トルクリミッタ20による制限処理を受けた操舵トルクT(以下、区別するために「検出操舵トルクT」という。)との偏差(トルク偏差)ΔT(=T*−T)を求める。PI制御部23は、このトルク偏差ΔTに対するPI演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部22およびPI制御部23によって、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。PI制御部23は、トルク偏差ΔTに対するPI演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。したがって、前記トルクフィードバック制御手段は、加算角αを演算する加算角演算手段を構成している。
The torque
加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αに対して制限を加える加算角制御手段である。より具体的には、加算角リミッタ24は、所定の上限値UL(正の値)と下限値LL(負の値)との間の値に加算角αを制限する。上限値ULおよび下限値LLは、制限値ωmax(ωmax≧0)に基づいて定められる。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(2)(3)で表すことができる。
The
UL=+ωmax …(2)
LL=−ωmax …(3)
制限値ωmaxは、通常時は、所定の基準値Ω(以下、制限基準値という。たとえばΩ=45度)に設定されている。制限値ωmaxは、後述するように、モータ制御の停止処理および再開処理において、漸減または漸増される。制限基準値Ωは、たとえば、最大操舵角速度に基づいて定められる。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール10の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、800deg/sec程度である。
UL = + ω max (2)
LL = −ω max (3)
The limit value ω max is normally set to a predetermined reference value Ω (hereinafter referred to as a limit reference value; for example, Ω = 45 degrees). The limit value ω max is gradually decreased or gradually increased in the motor control stop process and restart process, as will be described later. For example, the limit reference value Ω is determined based on the maximum steering angular velocity. The maximum steering angular velocity is a maximum value that can be assumed as the steering angular velocity of the
最大操舵角速度のときのロータ50の電気角の変化速度(電気角での角速度。最大ロータ角速度)は、次式(4)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構7の減速比と、ロータ50の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ50が有する磁極対(N極とS極との対)の個数である。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(4)
制御角θCの演算間(演算周期)におけるロータ50の電気角変化量の最大値(ロータ角変化量最大値)は、次式(5)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
The change speed of the electrical angle of the
Maximum rotor angular speed = Maximum steering angular speed x Reduction ratio x Number of pole pairs (4)
The maximum electrical angle change amount (rotor angle change amount maximum value) of the
ロータ角変化量最大値=最大ロータ角速度×演算周期
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(5)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限基準値Ωとすればよい。
加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26の加算器26Aにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)(nは今演算周期の番号)に加算される(Z−1は信号の前回値を表す)。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値(たとえば零)である。
Maximum value of rotor angle change = Maximum rotor angular speed x Calculation cycle
= Maximum steering angular velocity x reduction ratio x number of pole pairs x computation cycle (5)
The rotor angle variation maximum value is the maximum variation of the control angle theta C that is permitted within one calculation cycle. Therefore, the maximum value of the rotor angle change may be set as the limit reference value Ω.
The addition angle α after the limit processing by the
制御角演算部26は、制御角θCの前回値θC(n-1)に加算角リミッタ24から与えられる加算角αを加算する加算器26Aを含む。すなわち、制御角演算部26は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。
指示電流値生成部30は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値I'γ *およびδ軸指示電流値I'δ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値I'γδ *」という。)を生成する。指示電流値生成部30は、γ軸指示電流値I'γ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値I'δ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部30は、トルクセンサ1によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値I'γ *を設定する。
The control angle calculation unit 26 includes an
The command current
検出操舵トルクTに対するγ軸指示電流値I'γ *の設定例は、図6に示されている。検出操舵トルクTが零付近の領域には不感帯NRが設定されている。γ軸指示電流値I'γ *は、不感帯NRの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール10を操作していないときには、モータ3への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
A setting example of the γ-axis command current value I ′ γ * with respect to the detected steering torque T is shown in FIG. A dead zone NR is set in a region where the detected steering torque T is near zero. The γ-axis command current value I ′ γ * rises steeply in a region outside the dead zone NR, and is set to be a substantially constant value above a predetermined torque. Thereby, when the driver is not operating the
指示電流値変更部31は、指示電流値生成部30によって生成された二相指示電流値I'γδ *を変更するために設けられている。指示電流値変更部31は、モータ制御停止・再開処理部42によって制御される。指示電流値変更部31は、通常時は、指示電流値生成部30によって生成される二相指示電流値I'γδ *をそのまま出力する。指示電流値変更部31から出力されるγ軸指示電流値およびδ軸指示電流値をIγ *およびIδ *で表すことにする。また、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という。
The command current
電流偏差演算部32は、指示電流値変更部31から出力されるγ軸指示電流値Iγ *に対するγ軸検出電流Iγの偏差Iγ *−Iγと、δ軸指示電流値Iδ *(=0)に対するδ軸検出電流Iδの偏差Iδ *−Iδとを演算する。γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδは、UVW/γδ変換部36から偏差演算部32に与えられるようになっている。
UVW/γδ変換部36は、電流検出部13によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相検出電流IU、V相検出電流IVおよびW相検出電流IW)をγδ座標系の二相検出電流IγおよびIδ(以下総称するときには「二相検出電流Iγδ」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部32に与えられるようになっている。UVW/γδ変換部36における座標変換には、制御角演算部26で演算される制御角θCが用いられる。
The current
The UVW /
PI制御部33は、電流偏差演算部32によって演算された電流偏差に対するPI演算を行うことにより、モータ3に印加すべき二相指示電圧Vγδ *(γ軸指示電圧Vγ *およびδ軸指示電圧Vδ *)を生成する。この二相指示電圧Vγδ *が、γδ/UVW変換部34に与えられる。
γδ/UVW変換部34は、二相指示電圧Vγδ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部35に与えられる。
The
The γδ /
PWM制御部35は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、駆動回路12に供給する。
駆動回路12は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部35から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ3の各相のステータ巻線51,52、53に印加されることになる。
The
The
電流偏差演算部32およびPI制御部33は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ3に流れるモータ電流が、指示電流値生成部30によって設定された二相指示電流値Iγδ *に近づくように制御される。
モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、モータ制御を停止させるべきタイミング(モータ制御停止タイミング)と、モータ制御停止後においてモータ制御を再開させるべきタイミング(モータ制御再開タイミング)とを検出する。モータ制御停止・再開タイミング検出部41の具体的な動作については、後述する。
The current
The motor control stop / restart
モータ制御停止・再開処理部42は、モータ制御停止処理部43と、モータ制御再開処理部44とを含んでいる。モータ制御停止処理部43は、モータ制御停止・再開タイミング検出部41によってモータ制御停止タイミングが検出されたことに応答して、モータ制御を停止させるための処理を行なう。モータ制御再開処理部44は、モータ制御停止・再開タイミング検出部41によってモータ制御再開タイミングが検出されたことに応答して、モータ制御を再開させるための処理を行なう。モータ制御停止処理部43およびモータ制御再開処理部44の具体的な動作については、後述する。
The motor control stop /
図3は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、加算角リミッタ24の機能は省略してある。
指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差(トルク偏差)ΔTに対するPI制御(KPは比例係数、KIは積分係数、1/sは積分演算子である。)によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)=θC(n-1)+αが求められる。このとき、制御角θCとロータ50の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL=θC−θMとなる。
FIG. 3 is a control block diagram of the electric power steering apparatus. However, for the sake of simplicity, the function of the
Command steering torque T * and the deviation (torque deviation) of the detected steering torque T PI control for the [Delta] T (K P is a proportionality coefficient, K I is an integration coefficient, 1 / s is an integration operator.) By the addition angle α Is generated. It is obtained by adding the addition the addition angle alpha control angle theta previous value of C θ C (n-1) , the current value of the control angle θ C θ C (n) = θ C (n-1) + α is Desired. At this time, the deviation between the control angle θ C and the actual rotor angle θ M of the
したがって、制御角θCに従うγδ座標系(仮想回転座標系)のγ軸(仮想軸)にγ軸指示電流値Iγ *に従ってγ軸電流Iγが供給されると、q軸電流Iq=IγsinθLとなる。このq軸電流Iqがロータ50の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ3のトルク定数KTをq軸電流Iq(=IγsinθL)に乗じた値が、アシストトルクTA(=KT・IγsinθL)として、減速機構7を介して、舵取り機構2に伝達される。このアシストトルクTAを舵取り機構2からの負荷トルクTLから減じた値が、運転者がステアリングホイール10に与えるべき操舵トルクTである。この操舵トルクTがフィードバックされることによって、この操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
Accordingly, when the γ-axis current I γ is supplied according to the γ-axis command current value I γ * to the γ-axis (virtual axis) of the γδ coordinate system (virtual rotation coordinate system) according to the control angle θ C , the q-axis current I q = I γ sinθ L This q-axis current I q contributes to the torque generated by the
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差ΔTに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ3から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクT*に応じたトルクをモータ3から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構2に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
In this way, while a current is passed through the γ axis, which is a virtual axis for control, the control angle θ C is updated with the addition angle α obtained according to the deviation ΔT between the command steering torque T * and the detected steering torque T. by going, the load angle theta L is changed, the torque corresponding to the load angle theta L is adapted to generate from the
このようにして、回転角センサを用いることなくモータ3を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図7は、加算角リミッタ24の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αを上限値ULと比較し(ステップS1)、加算角αが上限値ULを超えている場合(ステップS1:YES)には、上限値ULを加算角αに代入する(ステップS2)。したがって、制御角θCに対して上限値UL(=+ωmax)が加算されることになる。
In this way, an electric power steering apparatus that can appropriately control the
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the
PI制御部23によって求められた加算角αが上限値UL以下であれば(ステップS1:NO)、加算角リミッタ24は、さらに、その加算角αを下限値LLと比較する(ステップS3)。そして、その加算角αが下限値未満であれば(ステップS3:YES)、下限値LLを加算角αに代入する(ステップS4)。したがって、制御角θCに対して下限値LL(=−ωmax)が加算されることになる。
If the addition angle α obtained by the
PI制御部23によって求められた加算角αが下限値LL以上上限値UL以下(ステップS3:NO)であれば、その加算角αがそのまま制御角θCへの加算のために用いられる。
このようにして、加算角αを上限値ULと下限値LLとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態(アシスト力が不安定な状態)が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。
The addition angle α obtained or lower than the lower limit LL or the upper limit UL by the PI control unit 23: if (step S3 NO), the addition angle α is used as is added to the control angle theta C.
In this way, the addition angle α can be limited between the upper limit value UL and the lower limit value LL, so that the control can be stabilized. More specifically, even if a control unstable state (a state where the assist force is unstable) occurs when the current is insufficient or the control is started, the transition from this state to the stable control state can be promoted.
図8は、モータ制御停止・再開タイミング検出部41の働きを説明するためのフローチャートである。図8に示す処理は、演算周期毎に実行される。モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、検出操舵トルクTS(トルクセンサの出力値)の絶対値が所定値以上である状態が所定時間以上継続したときに、モータ制御を停止させるべきタイミング(モータ制御停止タイミング)であると判定する。また、モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、モータ制御が停止されている場合において、検出操舵トルクTSの絶対値が所定値未満の状態が所定時間以上継続したときに、モータ制御を再開すべきタイミング(モータ制御再開タイミング)であると判定する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the motor control stop / restart
モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、制御停止中フラグFがセットされているか否かを判別する(ステップS11)。制御停止中フラグFは、モータ制御が停止状態となっていることを記憶するためのフラグであり、モータ制御が停止状態であればセット(F=1)され、モータ制御が停止状態でなければリセット(F=0)されている。なお、制御停止中フラグFの初期値は0である。
The motor control stop / restart
制御停止中フラグFがセットされていなければ(ステップS11:NO)、つまり、モータ制御が実行されているときには、タイミング検出部41は、第2カウント値K2を0に設定した後(ステップS12)、検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth以上であるか否かを判別する(ステップS13)。この所定値Tthは、たとえば、前述した飽和値Tmaxと同じ値に設定される。検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth未満であれば(ステップS13:NO)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していないと判別し、第1カウント値K1を0に設定した後(ステップS14)、今演算周期での処理を終了する。なお、第1カウント値K1および第2カウント値K2の初期値は0である。
If the control stop flag F is not set (step S11: NO), that is, when the motor control is being executed, the
一方、検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth以上であると判別された場合には(ステップS13:YES)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していると判別し、第1カウント値K1を1だけインクリメントする(ステップS15)。そして、タイミング検出部41は、第1カウント値K1が所定値Na以上であるか否かを判別する(ステップS16)。第1カウント値K1が所定値Na未満である場合には(ステップS16:NO)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和している状態が所定時間以上継続していないと判別し、今演算周期での処理を終了する。
On the other hand, when the absolute value of the detected steering torque T S is determined to be the predetermined value T th or more (Step S13: YES), the
前記ステップS16において、第1カウント値K1が所定値Na以上であると判別された場合には、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和している状態が所定時間以上継続していると判別し、停止タイミング検出フラグFaをセット(Fa=1)するとともに、停止処理初回フラグFasをセット(Fas=1)する(ステップS17)。そして、今演算周期での処理を終了する。
In step S16, when the first count value K1 is determined to be equal to or greater than the predetermined value Na, the
前記ステップS11において、制御停止中フラグFがセットされていれば(ステップS11:YES)、つまり、モータ制御が停止状態となっている場合には、タイミング検出部41は、第1カウント値K1を0に設定した後(ステップS18)、検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth未満であるか否かを判別する(ステップS19)。検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth以上であれば(ステップS19:NO)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していると判別し、第2カウント値K2を0に設定した後(ステップS20)、今演算周期での処理を終了する。
In step S11, if the control stop flag F is set (step S11: YES), that is, if the motor control is stopped, the
一方、検出操舵トルクTSの絶対値が所定値Tth未満であると判別された場合には(ステップS19:YES)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していないと判別し、第2カウント値K2を1だけインクリメントする(ステップS21)。そして、タイミング検出部41は、第2カウント値K2が所定値Nb以上であるか否かを判別する(ステップS22)。第2カウント値K2が所定値Nb未満である場合には(ステップS22:NO)、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していない状態が所定時間以上継続していないと判別し、今演算周期での処理を終了する。
On the other hand, when it is determined that the absolute value of the detected steering torque T S is less than the predetermined value T th (step S19: YES), the
前記ステップS22において、第2カウント値K2が所定値Nb以上であると判別された場合には、タイミング検出部41は、検出操舵トルクTSが飽和していない状態が所定時間以上継続していると判別し、再開タイミング検出フラグFbをセット(Fb=1)するとともに、再開処理初回フラグFbsをセット(Fbs=1)する(ステップS23)。そして、今演算周期での処理を終了する。
In the step S22, if the second count value K2 is determined to be equal to or greater than the predetermined value Nb, the
図9は、モータ制御停止処理部43の働きを説明するためのフローチャートである。モータ制御停止処理部43は、停止タイミング検出フラグFaがセットされているか否かを判別する(ステップS31)。停止タイミング検出フラグFaがセットされていなければ(ステップS31:NO)、モータ制御停止処理部43は、モータ制御を停止させるための処理を行なうことなく、今回の処理を終了する。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the motor control stop processing
一方、停止タイミング検出フラグFaがセットされていれば(ステップS31:YES)、モータ制御停止処理部43は、モータ制御を停止させるための処理(以下、「モータ制御停止処理」という)を行なう(ステップS32)。モータ制御停止処理の詳細については、後述する。モータ制御停止処理が終了すると、モータ制御停止処理部43は、制御停止中フラグFをセット(F=1)する(ステップS33)。そして、今回の処理を終了する。
On the other hand, if the stop timing detection flag Fa is set (step S31: YES), the motor control stop processing
図10は、図9のステップS32のモータ制御停止処理の詳細な手順を示すフローチャートである。モータ制御停止処理部43は、停止処理初回フラグFasがセット(Fas=1)されているか否かを判別する(ステップS41)。停止処理初回フラグFasは、モータ制御停止処理が開始された直後においては、セットされている(図8のステップS17参照)。
FIG. 10 is a flowchart showing a detailed procedure of the motor control stop process in step S32 of FIG. The motor control stop processing
停止処理初回フラグFasがセットされていれば(ステップS41:YES)、モータ制御停止処理部43は、指示電流値変更部31から出力される今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)を、指示電流値生成部30によって生成されたγ軸指示電流値I’γ *に設定する(ステップS42)。また、モータ制御停止処理部43は、加算角リミッタ24に設定される今回の制限値ωmax(n)を制限基準値Ωに設定した後(ステップS43)、停止処理初回フラグFasをリセット(Fas=0)する(ステップS44)。そして、ステップS51に移行する。
If the stop process initial flag Fas is set (step S41: YES), the motor control stop processing
ステップS51では、モータ制御停止処理部43は、指示電流値変更部31から出力された今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)を、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)として記憶する。また、モータ制御停止処理部43は、加算角リミッタ24に設定された今回の制限値ωmax(n)を、前回の制限値ωmax(n-1)として記憶する(ステップS52)。そして、ステップS41に戻る。
In step S51, the motor control stop processing
前記ステップS41において、停止処理初回フラグFasがリセット(Fas=0)されている場合には(ステップS41:NO)、モータ制御停止処理部43は、前回の制限値ωmax(n-1)が所定値A以上であるか否かを判別する(ステップS45)。この所定値Aは、たとえば、0〜1度程度に設定される。前回の制限値ωmax(n-1)が所定値A以上である場合には(ステップS45:YES)、モータ制御停止処理部43は、前回の制限値ωmax(n-1)から所定の漸減量Δωaを減算した値を、今回の制限値ωmax(n)として加算角リミッタ24に設定する(ステップS46)。そして、ステップS51に移行する。
If the stop process initial flag Fas is reset (Fas = 0) in step S41 (step S41: NO), the motor control stop processing
前記ステップS45において、前回の制限値ωmax(n-1)が所定値A未満であると判別された場合には(ステップS45:NO)、モータ制御停止処理部43は、今回の制限値ωmax(n)を0に設定する(ステップS47)。そして、モータ制御停止処理部43は、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が、所定値Bより大きいか否かを判別する(ステップS48)。この所定値Bは、たとえば、0に設定される。
If it is determined in step S45 that the previous limit value ω max (n−1) is less than the predetermined value A (step S45: NO), the motor control stop processing
前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が、所定値Bより大きい場合には(ステップS48:YES)、モータ制御停止処理部43は、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)から所定の漸減量ΔIaを減算した値を、指示電流値変更部31から出力される今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)として設定する(ステップS49)。ただし、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)から所定の漸減量ΔIaを減算した値が0より小さい場合には、今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)は0に設定される。ステップS49の処理が終了すると、ステップS51に移行する。
When the previous γ-axis command current value I γ * (n−1) is larger than the predetermined value B (step S48: YES), the motor control stop processing
前記ステップS48において、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が、所定値B以下であると判別された場合には(ステップS48:NO)、モータ制御停止処理部43は、停止タイミング検出フラグFaをリセット(Fa=0)した後(ステップS50)、モータ制御停止処理を終了する。
つまり、モータ制御停止処理が開始されると、まず、今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)が指示電流値生成部30によって生成された指示電流値Iγ *に設定されるとともに、今回の制限値ωmax(n)が制限基準値Ωに設定される(ステップS42、S43参照)。この後、制限値ωmax(n)のみが漸減されていく(ステップS45,S46参照)。そして、制限値ωmax(n)が所定値A未満になると、制限値ωmax(n)が0に設定される(ステップS45,47参照)。制限値ωmax(n)が0に設定された後に、γ軸指示電流値Iγ *(n)が漸減されていく(ステップS48,S49参照)。そして、γ軸指示電流値Iγ *(n)が所定値B以下になると、停止タイミング検出フラグFaがリセットされ、モータ制御停止処理が終了する(ステップS48,S50参照)。
If it is determined in step S48 that the previous γ-axis command current value I γ * (n-1) is equal to or less than the predetermined value B (step S48: NO), the motor control stop processing
That is, when the motor control stop process is started, first, the current γ-axis command current value I γ * (n) is set to the command current value I γ * generated by the command current
モータ制御を停止させるときに、γ軸指示電流値Iγ *(n)を単に漸減させると、指示電流値Iγ *(n)の漸減中にモータ負荷に対して必要となるアシストトルクを出力できなくなり、トルクセンサ1による検出値が信頼できる範囲を超え、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくなる場合がある。
そこで、前記実施形態のように、モータ制御を停止させるときに、制限値ωmax(n)を0まで漸減させた後に、指示電流値Iγ *(n)を所定値B以下となるまで漸減するようにすると、制御角θCが変化しないように固定された状態で、指示電流値Iγ *(n)が所定値B以下となるまで漸減される。これにより、制御角θCの制限によってモータ3をスムーズに停止させることができる。制御角θCが固定されると、モータ3がロック状態となるから、その後に、指示電流値Iγ *(n)が所定値B以下となるまで漸減される際に、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくなっても、モータ3の挙動に影響しない。
When motor control is stopped, if the γ-axis command current value I γ * (n) is simply decreased gradually, the assist torque required for the motor load is output while the command current value I γ * (n) is gradually decreased. In some cases, the value detected by the
Therefore, as in the above-described embodiment, when the motor control is stopped, the limit value ω max (n) is gradually decreased to 0, and then the command current value I γ * (n) is gradually decreased to a predetermined value B or less. As a result, the command current value I γ * (n) is gradually decreased until the control angle θ C is fixed so as not to change until the command current value I γ * (n) becomes equal to or less than the predetermined value B. Thus, it is possible to stop the
図11は、モータ制御再開処理部44の働きを説明するためのフローチャートである。モータ制御再開処理部44は、再開タイミング検出フラグFbがセットされているか否かを判別する(ステップS61)。再開タイミング検出フラグFbがセットされていなければ(ステップS61:NO)、モータ制御再開処理部44は、モータ制御を再開させるための処理を行なうことなく、今回の処理を終了する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the motor control
一方、再開タイミング検出フラグFbがセットされていれば(ステップS61:YES)、モータ制御再開処理部44は、モータ制御を再開させための処理(以下、「モータ制御再開処理」という)を行なう(ステップS62)。モータ制御再開処理の詳細については、後述する。モータ制御再開処理が終了すると、モータ制御再開処理部44は、制御停止中フラグFをリセットする(ステップS63)。そして、今回の処理を終了する。
On the other hand, if the resumption timing detection flag Fb is set (step S61: YES), the motor control
図12は、図11のステップS62のモータ制御再開処理の詳細な手順を示すフローチャートである。モータ制御再開処理部44は、再開処理初回フラグFbsがセット(Fbs=1)されているか否かを判別する(ステップS71)。再開処理初回フラグFbsは、モータ制御再開処理が開始された直後においては、セットされている(図8のステップS23参照)。
FIG. 12 is a flowchart showing a detailed procedure of the motor control restart process in step S62 of FIG. The motor control
再開処理初回フラグFbsがセットされていれば(ステップS71:YES)、モータ制御再開処理部44は、指示電流値変更部31から出力される今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)を、0に設定する(ステップS72)。また、モータ制御再開処理部44は、加算角リミッタ24に設定される今回の制限値ωmax(n)を0に設定した後(ステップS73)、再開処理初回フラグFbsをリセット(Fbs=0)する(ステップS74)。そして、ステップS81に移行する。
If the resumption process initial flag Fbs is set (step S71: YES), the motor control
ステップS81では、モータ制御再開処理部44は、指示電流値変更部31から出力された今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)を、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)として記憶する。また、モータ制御再開処理部44は、加算角リミッタ24に設定された今回の制限値ωmax(n)を、前回の制限値ωmax(n-1)として記憶する(ステップS82)。そして、ステップS71に戻る。
In step S81, the motor control
前記ステップS71において、再開処理初回フラグFbsがリセット(Fbs=0)されている場合には(ステップS71:NO)、モータ制御再開処理部44は、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が所定値C未満であるか否かを判別する(ステップS75)。この所定値Cは、たとえば、モータ3の定格電流値に設定される。前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が所定値C未満である場合には(ステップS75:YES)、モータ制御再開処理部44は、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)に所定の漸増量ΔIbを加算した値を、指示電流値変更部31から出力される今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)として設定する(ステップS76)。また、今回の制限値ωmax(n)を0に設定する(ステップS77)。そして、ステップS81に移行する。
In step S71, when the restart process initial flag Fbs is reset (Fbs = 0) (step S71: NO), the motor
前記ステップS75において、前回のγ軸指示電流値Iγ *(n-1)が所定値C以上であると判別された場合には(ステップS75:NO)、モータ制御再開処理部44は、前回の制限値ωmax(n-1)が所定値D未満であるか否かを判別する(ステップS78)。所定値Dは、たとえば、14〜17度程度に設定される。前回の制限値ωmax(n-1)が所定値D未満である場合には(ステップS78:YES)、モータ制御再開処理部44は、前回の制限値ωmax(n-1)に所定の漸増量Δωbを加算した値を、今回の制限値ωmax(n)として加算角リミッタ24に設定する(ステップS79)。そして、ステップS81に移行する。
If it is determined in step S75 that the previous γ-axis command current value I γ * (n-1) is equal to or greater than the predetermined value C (step S75: NO), the motor control
前記ステップS78において、前回の制限値ωmax(n-1)が所定値D以上であると判別された場合には(ステップS78:NO)、モータ制御再開処理部44は、再開タイミング検出フラグFbをリセット(Fb=0)した後(ステップS80)、モータ制御再開処理を終了する。
つまり、モータ制御再開処理が開始されると、まず、今回のγ軸指示電流値Iγ *(n)が0に設定されるとともに、今回の制限値ωmax(n)が0に設定される(ステップS72、S73参照)。この後、γ軸指示電流値Iγ *(n)のみが漸増されていく(ステップS75,S76参照)。そして、γ軸指示電流値Iγ *(n)が所定値C以上になると、制限値ωmax(n)が漸増されていく(ステップS78,S79参照)。そして、制限値ωmax(n)が所定値D以上になると、再開タイミング検出フラグFbがリセットされ、モータ制御再開処理が終了する(ステップS78,S80参照)。
When it is determined in step S78 that the previous limit value ω max (n−1) is equal to or greater than the predetermined value D (step S78: NO), the motor control
That is, when the motor control restart process is started, first, the current γ-axis command current value I γ * (n) is set to 0, and the current limit value ω max (n) is set to 0. (See steps S72 and S73). Thereafter, only the γ-axis command current value I γ * (n) is gradually increased (see steps S75 and S76). When the γ-axis command current value I γ * (n) becomes equal to or greater than the predetermined value C, the limit value ω max (n) is gradually increased (see steps S78 and S79). When the limit value ω max (n) becomes equal to or greater than the predetermined value D, the restart timing detection flag Fb is reset, and the motor control restart process ends (see steps S78 and S80).
モータ制御を再開させるときに、γ軸指示電流値Iγ *(n)を単に0から所定値以上となるまで漸増させると、指示電流値Iγ *(n)がモータ負荷に対して必要とするアシストトルクに対応する値に達するまでは、トルクセンサ1による検出値が信頼できる範囲を超え、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくなる場合がある。
そこで、前記実施形態のように、モータ制御を再開させるときに、制限値ωmax(n)を0に固定した状態で、指示電流値Iγ *(n)を所定値C以上となるまで漸増させると、制御角θCが変化しないように固定された状態で、指示電流値Iγ *(n)が所定値C以上となるまで漸増される。制御角θCが固定されると、モータ3がロック状態となるから、指示電流値Iγ *(n)が所定値C以上となるまで漸増される際に、トルクのフィードバック制御が正常に動作しなくても、モータ3の挙動に影響がない。このようにして、指示電流値Iγ *(n)が所定値C以上になるまで漸増された後に、制限値ωmax(n)を所定値D以上となるまで漸増させるので、モータ制御をスムーズに再開させることができる。
When resuming motor control, if the γ-axis command current value I γ * (n) is gradually increased from 0 to a predetermined value or more, the command current value I γ * (n) is required for the motor load. Until the value corresponding to the assist torque is reached, the value detected by the
Therefore, as in the above embodiment, when the motor control is resumed, the command current value I γ * (n) is gradually increased to a predetermined value C or more with the limit value ω max (n) fixed at 0. Then, the command current value I γ * (n) is gradually increased until the control angle θ C is fixed so as not to change until the command current value I γ * (n) becomes equal to or greater than the predetermined value C. When the control angle θ C is fixed, the
図13は、モータ制御停止・再開タイミング検出部41の他の動作例を示すフローチャートである。この動作例では、モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、車両が停車状態になったときに、モータ制御を停止すべきタイミングであると判定する。また、モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、モータ制御が停止されている場合において、車両が停止状態から走行状態に変化したときに、モータ制御を再開すべきタイミングであると判定する。車両が停車状態になったか否か、車両が停止状態から走行状態に変化したか否かは、車速センサ6によって検出される車速(以下、「検出速度V」という)に基づいて判別される。
FIG. 13 is a flowchart illustrating another operation example of the motor control stop / restart
モータ制御停止・再開タイミング検出部41は、制御停止中フラグFがセットされているか否かを判別する(ステップS91)。制御停止中フラグFがセットされていなければ(ステップS91:NO)、つまり、モータ制御が実行されているときには、タイミング検出部41は、検出速度Vが所定値VthL未満であるか否かを判別する(ステップS92)。この所定値TthLは、たとえば、0に近い値に設定される。検出速度Vが所定値VthL以上であれば(ステップS92:NO)、タイミング検出部41は、車両が停止状態になっていないと判別し、今演算周期での処理を終了する。
The motor control stop / restart
一方、検出速度Vが所定値VthL未満であれば、タイミング検出部41は、車両が停止状態になったと判別し、停止タイミング検出フラグFaをセット(Fa=1)するとともに、停止処理初回フラグFasをセット(Fas=1)する(ステップS93)。そして、今演算周期での処理を終了する。
前記ステップS91において、制御停止中フラグFがセットされていれば(ステップS91:YES)、つまり、モータ制御が停止状態となっている場合には、タイミング検出部41は、検出速度Vが所定値VthH以上であるか否かを判別する(ステップS94)。この所定値TthHは、所定値VthLより、若干大きな値に設定されている。検出速度Vが所定値VthH未満であれば(ステップS94:NO)、タイミング検出部41は、車両が走行状態になっていないと判別し、今演算周期での処理を終了する。
On the other hand, if the detection speed V is less than the predetermined value V thL , the
In step S91, if the control stop flag F is set (step S91: YES), that is, if the motor control is in a stopped state, the
一方、検出速度Vが所定値VthH以上であると判別された場合には(ステップS94:YES)、タイミング検出部41は、車両が走行状態になったと判別し、再開タイミング検出フラグFbをセット(Fb=1)するとともに、再開処理初回フラグFbsをセット(Fbs=1)する(ステップS95)。そして、今演算周期での処理を終了する。
図14は、この発明の第2の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ためのブロック図である。この図14において、前述の図1に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
On the other hand, when it is determined that the detected speed V is equal to or higher than the predetermined value V thH (step S94: YES), the
FIG. 14 is a block diagram for illustrating a configuration of an electric power steering apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 14, parts corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.
この実施形態では、モータ制御停止・再開タイミング検出部41およびモータ制御停止・再開処理部42は備えられていない。この実施形態では、モータ制御停止タイミング検出部45およびモータ制御停止処理部46がマイクロコンピュータ11の機能処理部として備えられている。
図15は、モータ制御停止タイミング検出部45の働きを説明するためのフローチャートである。図15の処理は、演算周期毎に実行される。モータ制御停止タイミング検出部45は、部品の故障を検出すると(ステップS101:YES)、停止タイミング検出フラグFaをセット(Fa=1)するとともに、停止処理初回フラグFasをセット(Fas=1)する(ステップS102)。部品の故障には、たとえば、トルクセンサ1の故障、電流検出部13の故障、モータ線の断線などが含まれる。
In this embodiment, the motor control stop / restart
FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation of the motor control stop
図16は、モータ制御停止処理部46の働きを説明するためのフローチャートである。モータ制御停止処理部46は、停止タイミング検出フラグFaがセット(Fa=1)されているか否かを判別する(ステップS111)。停止タイミング検出フラグFaがリセット(Fa=0)されている場合には(ステップS111:NO)、モータ制御停止処理部46は、モータ制御を停止させるための処理を行なうことなく、今回の処理を終了する。一方、停止タイミング検出フラグFaがセット(Fa=1)されている場合には(ステップS111:YES)、モータ制御停止処理部46は、モータ制御停止処理を行なう(ステップS112)。モータ制御停止処理が終了すると、今回の処理を終了する。
FIG. 16 is a flowchart for explaining the operation of the motor control stop processing
前記ステップS112で実行されるモータ制御停止処理は、前述した図9のステップS32で実行されるモータ制御停止処理と同じである。つまり、ステップS112で実行されるモータ制御停止処理は、図10を用いて説明したモータ制御停止処理と同様である。
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、モータ制御停止処理部43,46およびモータ制御再開処理部44は、指示電流値Iγδ *をモータ3の駆動値として漸減または漸増させているが、指示電流値Iγδ *の代わりに指示電圧Vγδ *,VUVW *をモータ3の駆動値として漸減または漸増させるようにしてもよい。
The motor control stop process executed in step S112 is the same as the motor control stop process executed in step S32 of FIG. That is, the motor control stop process executed in step S112 is the same as the motor control stop process described with reference to FIG.
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the motor control
また、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ3を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ3の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部30において、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Iδ *を発生させるようにすればよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
In this case, when the rotation angle sensor is used, the command current
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システム、可変ギヤレシオ(VGR)ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。 Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the motor control for the electric pump type hydraulic power steering apparatus or the power steering apparatus. It can be used for control of a brushless motor provided in a steer-by-wire (SBW) system, a variable gear ratio (VGR) steering system and other vehicle steering devices. Of course, the motor control device of the present invention can be applied not only to the vehicle steering device but also to control a motor for other purposes.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…トルクセンサ、3…モータ、5…モータ制御装置、11…マイクロコンピュータ、26…制御角演算部、50…ロータ、51,52,53…ステータ巻線、55…ステータ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記加算角の絶対値を制限値以下に制限する加算角制限手段と、
モータ制御を停止させるときに、前記制限値を零まで漸減させた後に、前記モータの駆動値を所定値以下となるまで漸減する停止処理手段とを含む、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a motor including a rotor and a stator facing the rotor,
Current driving means for driving the motor with an axial current value of a rotating coordinate system according to a control angle that is a control rotation angle;
An addition angle calculation means for calculating an addition angle to be added to the control angle;
Control angle calculation means for obtaining the current value of the control angle by adding the addition angle calculated by the addition angle calculation means to the previous value of the control angle for each predetermined calculation cycle;
Addition angle limiting means for limiting the absolute value of the addition angle to a limit value or less;
A motor control device, comprising: stop processing means for gradually decreasing the limit value to zero when the motor control is stopped, and then gradually decreasing the drive value of the motor to a predetermined value or less.
前記モータを制御する請求項1または2記載のモータ制御装置とを含む、車両用操舵装置。 A motor for applying a driving force to the steering mechanism of the vehicle;
A vehicle steering apparatus, comprising: the motor control apparatus according to claim 1, which controls the motor.
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