JP2013074648A - Electrically-driven power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、操向ハンドル(ステアリングホイール)等の操作部材による車両の操舵時に、操舵系(ステアリング系)にモータ(電動機)の動力を操舵アシスト力(操舵補助力)として伝え、運転者による操向ハンドル等の操作部材の操作負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関し、一層詳細には、前記モータの弱め界磁制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。 According to the present invention, when a vehicle is steered by an operation member such as a steering handle (steering wheel), the power of a motor (electric motor) is transmitted to the steering system (steering system) as a steering assist force (steering assist force), and the operation by the driver is performed. More particularly, the present invention relates to an electric power steering apparatus that performs field weakening control of the motor.
電動パワーステアリング装置のモータには、車両停止中に操向ハンドルを操舵する据え切り時のような高トルク低回転性能と、走行中にオーバーステアが発生したとき操向ハンドルを後輪の滑り出した方向に素早く操作(早切り操舵ともいう。)しカウンターステアを当てる時のような低トルク高回転性能と、が要求される。 The motor of the electric power steering device has a high torque and low rotation performance as when steering the steering wheel while the vehicle is stopped, and the steering wheel slides out of the rear wheel when oversteer occurs during driving. There is a demand for low torque and high rotation performance as when applying quick steering (also known as fast-turn steering) in the direction and applying counter-steer.
高トルク低回転性能と低トルク高回転性能を両立するため、電動パワーステアリング装置では、高トルク低回転型定格のモータを搭載し、この高トルク低回転型定格のモータに弱め界磁制御を行うことにより、低トルク高回転性能を得るようにしていた。 In order to achieve both high-torque low-rotation performance and low-torque high-rotation performance, the electric power steering system is equipped with a high-torque low-rotation rated motor, and field-weakening control is performed on this high-torque low-rotation rated motor. In order to obtain low torque and high rotation performance.
より具体的に説明すると、モータに流れる電流に応じて、換言すれば、トルクに応じて、低トルク側ではモータの界磁を弱めて回転数を増加させることで低トルク高回転性能を確保し、高トルク側ではモータの界磁を弱めないで、高トルク低回転性能を確保することで、2つの性能を両立させていた。 More specifically, according to the current flowing through the motor, in other words, according to the torque, on the low torque side, the motor field is weakened to increase the rotation speed, thereby ensuring low torque and high rotation performance. On the high torque side, the two fields of performance were achieved by ensuring high torque and low rotation performance without weakening the motor field.
なお、ブラシレスモータにおいて、弱め界磁制御によりモータ回転数を増加させようとする際には、d軸を界磁成分の方向、q軸をこれと電気角でπ/2進んだトルク成分の方向としたとき、q軸電流Iqを所定値に保持した状態で、弱め界磁制御を行わない場合にはゼロ値とされるd軸電流Id(極性は負)の値(絶対値)を増加させる制御を行うことが知られている(特許文献1)。 In a brushless motor, when attempting to increase the motor speed by field weakening control, the d-axis is set to the direction of the field component, and the q-axis is set to the direction of the torque component advanced by π / 2 with respect to this. When the field weakening control is not performed with the q-axis current Iq held at a predetermined value, control is performed to increase the value (absolute value) of the d-axis current Id (polarity is negative), which is zero. Is known (Patent Document 1).
ところで、この出願の発明者等によってなされた特許文献1に係る発明では、図16(特許文献1の図10)に示すように、d軸電流Idを増加させても(d軸電流Idの値は負の値であるので、絶対値の増加、以下同じ。)、モータ回転数Nm[rpm]が増加しない領域では、それ以上d軸電流Idを増加させないように制御することで、d軸電流Idの増加に伴う発熱を抑制するようにしている。 By the way, in the invention according to Patent Document 1 made by the inventors of this application, as shown in FIG. 16 (FIG. 10 of Patent Document 1), even if the d-axis current Id is increased (the value of the d-axis current Id). Is a negative value, the absolute value increases. The same applies hereinafter.) In the region where the motor rotation speed Nm [rpm] does not increase, the d-axis current Id is controlled so as not to increase any further. Heat generation associated with an increase in Id is suppressed.
この場合、d軸電流Idの最大値は、電源電圧であるバッテリ電圧Vb、すなわちモータに印加されるモータ電圧に応じて、例えば、バッテリ電圧VbがVb=10[V]であれば、d軸電流IdをId=−35[A]に制限し、バッテリ電圧VbがVb=12[V]であれば、Id=−57[A]に制限すると開示されている。 In this case, the maximum value of the d-axis current Id depends on the battery voltage Vb that is the power supply voltage, that is, the motor voltage applied to the motor. For example, if the battery voltage Vb is Vb = 10 [V], the d-axis current Id It is disclosed that the current Id is limited to Id = −35 [A], and if the battery voltage Vb is Vb = 12 [V], the current Id is limited to Id = −57 [A].
しかしながら、単に、バッテリ電圧Vbに応じてd軸電流Idが採り得る最大値(絶対値の最大値)を制限する制御技術では、操舵の状況、すなわちモータの駆動状況によっては、発熱を抑制する十分な効果が得られない場合があるという課題が分かり、改良の余地がある。 However, the control technology that simply limits the maximum value (absolute maximum value) that the d-axis current Id can take according to the battery voltage Vb is sufficient to suppress heat generation depending on the steering situation, that is, the motor driving situation. There is room for improvement, as the problem of not being able to obtain a certain effect is known.
本発明は、このような技術に関連してなされたものであって、弱め界磁制御によって軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することを可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with such a technology, and while maintaining a light steering feeling by field weakening control, an event in which useless heat generation occurs because field weakening control becomes ineffective is generated. An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can be effectively avoided with a simple configuration according to a driving situation.
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、以下の特徴[1]−[5]を有する。 An electric power steering apparatus according to the present invention is an electric power steering apparatus that drives and controls a steering assist motor in accordance with a steering input of a driver, and has the following features [1]-[5].
[1]前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流を設定するトルク電流設定部と、前記トルク電流設定部にて設定された前記トルク電流及び前記モータの回転数に基づいて、前記モータの界磁を弱めるための弱め界磁電流を設定する弱め界磁電流設定部と、前記トルク電流設定部によって設定された前記トルク電流及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された前記弱め界磁電流に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、前記弱め界磁電流を制限値以下に設定する弱め界磁電流制限部と、を備え、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定することを特徴とする。 [1] A steering input detection unit that detects the magnitude of the steering input, a torque current setting unit that sets a torque current of the motor based on a signal from the steering input detection unit, and a torque current setting unit A field weakening current setting unit for setting a field weakening current for weakening the field of the motor based on the torque current and the rotation speed of the motor, and the torque current setting unit. A motor drive control unit configured to drive and control the motor based on the torque field and the field weakening current set by the field weakening current setting unit; and field weakening configured to set the field weakening current to a limit value or less. A field limiting unit, wherein the field weakening current limiting unit sets the limit value of the field weakening current according to the torque current of the motor.
上記の特徴[1]を有する発明によれば、トルク電流設定部によって設定されたトルク電流に応じて、換言すれば、モータの駆動状況に応じて弱め界磁電流の制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。 According to the invention having the above feature [1], the limit value of the field weakening current is set according to the torque current set by the torque current setting unit, in other words, according to the driving state of the motor. Therefore, it is easy to set the limit value, and the event that the field-weakening control is not effective and wasteful heat generation occurs can be effectively avoided with a simple configuration according to the driving state of the motor.
これにより、トルク電流を変化させたときに無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁電流の増加によるモータの回転数の低下や、無駄な発熱を避けることができる。 Thereby, it is possible to avoid performing field-weakening control that is useless (invalid and unnecessary) when the torque current is changed. That is, it is possible to avoid a reduction in the number of rotations of the motor due to an increase in the field weakening current (invalid and unnecessary) and unnecessary heat generation.
[2]上記[1]の特徴を有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値に前記制限値を設定することを特徴とする。 [2] In the invention having the above-mentioned feature [1], the field weakening current limiting unit may set the torque current when setting the limit value of the field weakening current according to the torque current of the motor. For each value, when the value of the field weakening current is increased while holding the value of the torque current, the field weakening current value when the motor rotation speed is reduced by a predetermined number of rotations from the maximum rotation speed is It is characterized by setting a limit value.
上記の特徴[2]を有する発明によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータの回転数が下がってしまうピーク値である最大回転数を制限値の基準値とし、誤差等を考慮して最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値を制限値としたので、操舵入力検出部等の各機能部に誤差やばらつきが存在した場合において、制限値の設定が容易になる。換言すれば、電動パワーステアリング装置を構成する部品及びセンサ等を選択する際の設計の自由度が大きく、且つコストを低減することができる。 According to the invention having the above feature [2], the maximum number of revolutions, which is a peak value at which the number of revolutions of the motor decreases when the field weakening is further strengthened, is set as the reference value of the limit value, and errors are taken into consideration. Since the field weakening current value when the predetermined number of rotations is reduced from the maximum number of rotations is set as the limit value, it is easy to set the limit value when there is an error or variation in each function unit such as the steering input detection unit. . In other words, the degree of freedom in design when selecting components, sensors, and the like constituting the electric power steering apparatus is large, and the cost can be reduced.
[3]上記[2]の特徴を有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数となる前記弱め界磁電流の値に前記制限値を設定することを特徴とする。 [3] In the invention having the feature of the above [2], the field weakening current limiting unit sets the limit value of the field weakening current according to the torque current of the motor. For each value, when the value of the field weakening current is increased while holding the value of the torque current, the limit value is set to the value of the field weakening current at which the motor rotation speed becomes the maximum rotation speed. It is characterized by doing.
上記の特徴[3]を有する発明によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータ回転数が下がってしまう、モータ回転数のピーク値となる弱め界磁電流の値を制限値としたので、前記制限値までの間では、弱め界磁電流の値の増加に応じてモータ回転数が増加することとなり、軽快な操舵フィーリングを保持したまま、発熱損失量を抑制することができる。すなわち、不必要な弱め界磁電流の増加に伴う無駄な発熱を回避することができる。 According to the invention having the above feature [3], if the field weakening is further increased, the motor rotation speed is decreased, and the value of the field weakening current that becomes the peak value of the motor rotation speed is set as the limit value. Until the limit value is reached, the motor rotation speed increases as the field weakening current increases, and the amount of heat loss can be suppressed while maintaining a light steering feeling. That is, unnecessary heat generation accompanying an increase in unnecessary field weakening current can be avoided.
[4]上記の特徴[1]〜[3]のいずれかを有する発明において、さらに、前記モータの相電流の上限値を設定する相電流制限部と、前記相電流制限部により前記モータの相電流の上限値が変更されたとき、前記上限値の変更に応じて、前記トルク電流の値と前記弱め界磁電流の値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円を変更し、変更後の電流制限円内に、前記弱め界磁電流の前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部と、を備えることを特徴とする。 [4] In the invention having any one of the above features [1] to [3], a phase current limiting unit for setting an upper limit value of the phase current of the motor, and a phase of the motor by the phase current limiting unit When the upper limit value of the current is changed, according to the change of the upper limit value, the current limit circle representing the magnitude of the vector determined by the value of the torque current and the value of the field weakening current is changed, In the current limit circle after the change, a use region setting unit after field weakening current limitation for setting a use region after limitation limited by the limit value of the field weakening current is provided, .
上記の特徴[4]を有する発明によれば、弱め界磁電流制限部を簡易に構築することができる。 According to the invention having the above feature [4], the field weakening current limiting section can be easily constructed.
[5]上記の特徴[1]〜[4]のいずれかを有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、当該電動パワーステアリング装置の電源電圧値に基づいて、前記弱め界磁電流の前記制限値を変更することを特徴とする。 [5] In the invention having any one of the above features [1] to [4], the field weakening current limiting unit is configured to reduce the field current of the field weakening current based on a power supply voltage value of the electric power steering apparatus. The limiting value is changed.
上記の特徴[5]を有する発明によれば、電源電圧値に基づいて制限値をさらに変更するので、より効果的な発熱抑制が可能となる。 According to the invention having the above feature [5], since the limit value is further changed based on the power supply voltage value, more effective heat generation suppression is possible.
この発明によれば、トルク電流設定部によって設定されたトルク電流に応じて、換言すれば、モータの駆動状況に応じて弱め界磁電流の制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。 According to the present invention, the limit value of the field weakening current is set according to the torque current set by the torque current setting unit, in other words, according to the driving condition of the motor. The event that the setting is easy and the field-weakening control becomes ineffective and wasteful heat generation occurs can be effectively avoided with a simple configuration according to the driving state of the motor.
これにより、トルク電流を変化させたときに無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁電流の増加によるモータの回転数の低下や、無駄な発熱を避けることができる。 Thereby, it is possible to avoid performing field-weakening control that is useless (invalid and unnecessary) when the torque current is changed. That is, it is possible to avoid a reduction in the number of rotations of the motor due to an increase in the field weakening current (invalid and unnecessary) and unnecessary heat generation.
よって、弱め界磁制御によって軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、上記のように、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。 Therefore, while maintaining a light steering feeling by the field weakening control, the phenomenon in which the field weakening control becomes ineffective and wasteful heat generation occurs as described above is effective with a simple configuration according to the motor driving situation. Can be avoided.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置10の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric
車両(不図示)に搭載された電動パワーステアリング装置10は、操向ハンドル12に連結されたステアリング軸14に対して、運転者が与える操舵トルクを補助するトルク(補助トルク)を与えるように構成される。
An electric
ステアリング軸14の上端は操向ハンドル12に連結され、下端にはピニオン16が取り付けられている。ピニオン16に噛み合うラック18を設けたラック軸20が配置されている。ピニオン16とラック18によってラック・ピニオン機構22が形成される。ラック軸20の両端にはタイロッド24が設けられ、各タイロッド24の外側端には前輪(転舵輪)26が取り付けられている。
An upper end of the steering
ステアリング軸14に対して、減速機構である動力伝達機構28を介してモータ(ブラシレスモータ)30が設けられている。モータ30は、操舵トルクを補助するための回転力を出力する。この回転力は、上記補助トルクとして、動力伝達機構28を経由して増力されステアリング軸14に与えられる。
A motor (brushless motor) 30 is provided for the steering
ステアリング軸14には、また、操舵トルクセンサ32が設けられている。操舵トルクセンサ32は、運転者が操向ハンドル12を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸14に加えたとき、ステアリング軸14に加わる当該操舵トルクの大きさと方向を検出し、検出した操舵トルクの大きさに応じた電気信号である操舵トルクTqと方向を出力する。操舵トルクセンサ32は例えばトーションバーを利用して構成されている。
A
ステアリング軸14には、さらに、ステアリング軸14の回転による操舵角すなわち舵角を操舵方向を含めて検出し、検出した舵角に応じた電気信号である舵角θsを出力する舵角センサ34が設けられている。
The steering
電動パワーステアリング装置10の搭載車両には、当該車両の走行速度に対応した電気信号である車速Vsを検出して出力する車速センサ36が設けられている。
A vehicle equipped with the electric
さらにまた、電動パワーステアリング装置10は、制御装置40を含むモータ駆動制御装置42を備える。制御装置40を含むモータ駆動制御装置42に対して、上述した操舵トルクセンサ32、舵角センサ34、車速センサ36、モータ30、及び後述する回転角センサ38が電気的に接続されている。
Furthermore, the electric
図2は、図1に示した、電動パワーステアリング装置10のモータ30を駆動制御する、制御装置(モータ制御装置)40を含むモータ駆動制御装置42を備えるモータ制御システム50の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a
制御装置40は、ECU(Electronic Control Unit)であり、前記ECUは、CPU、ROM、RAM、並びにA/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェース、タイマ等を備えるマイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの前記CPUが各種入力に基づき前記ROMに記憶されているプログラムを実行することで各種機能部(各種機能手段)として動作する。
The
モータ30は、dq軸電流成分に基づくベクトル制御により、モータ駆動制御装置42によって駆動制御される。
The
モータ30には、モータ30のロータの回転角を検出し、電気信号であるロータ回転角、すなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出して出力するレゾルバ等の回転角センサ38が設けられている。
The
制御装置40内のRD(レゾルバ・デジタル)コンバータ46により回転角センサ38の出力からモータ30のロータ回転角θm及びモータ30の回転速度(モータ回転速度、モータ回転数、又は回転数ともいう。)Nmがデジタル信号として出力される。
An RD (resolver / digital)
モータ駆動制御装置42は、操舵トルクセンサ32からの操舵トルクTq、舵角センサ34からの舵角θs、車速センサ36からの車速Vs及び回転角センサ38からのモータ回転角(RDコンバータ46からのロータ回転角θm)等に基づき、モータ30を回転駆動するモータ電流Im{U、V、Wの3相の相電流(U相電流)Iu、相電流(V相電流)Iv、相電流(W相電流)Iw}をモータ30に対して出力する。
The motor
この場合、電動パワーステアリング装置10は、制御装置40を構成するPWM変換部52からのU、V、W各相のPWM信号に基づいて、バッテリ60から供給される電力を、例えばFETフルブリッジ構成のインバータ54によって電力変換(直流→三相交流変換)することによりモータ30を駆動し、モータ30の各巻線に正弦波の相電流Iu、Iv、Iwを通電してベクトル制御を行うことで、補助トルクを発生させる。上述したように、モータ30の補助トルクは、運転者の操向ハンドル12の操作をアシストする。
In this case, the electric
モータ30に実際に流れるモータ電流Im(Iu、Iv、Iw)を構成する3つの相電流Iu、Iv、Iw中、相電流Iu及び相電流Iuの大きさと流れる方向とがモータ電流センサ56によりそれぞれ検出され、電気信号としてのU相電流IuとV相電流Ivとされ、dq変換部58にフィードバック出力される。残りの相電流Iwは、演算部59によりIw=−(Iu+Iv)として計算され、dq変換部58にフィードバック出力される。
Of the three phase currents Iu, Iv, Iw that constitute the motor current Im (Iu, Iv, Iw) that actually flows through the
dq変換部58は、相電流Iu、Iv、Iwをデジタル信号とした後、dq変換を行う。
The
ベクトル制御におけるdq座標とは、例えば2極のロータを有するモータ30において、永久磁石による界磁極の磁束方向をd軸(界磁軸)とし、このd軸と直交する方向をq軸(トルク軸)とする回転直交座標であり、モータ30のロータと共に同期して回転する。
The dq coordinate in the vector control is, for example, in the
制御装置40が、q軸を基準とした電流位相を与えることにより、インバータ54からモータ30の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるd軸電流id及びq軸電流iqを与えるようになっている。
The
制御装置40は、2相回転磁界座標系(dq座標系)で記述されるベクトル制御によって、指令トルクTqcomに応じたモータ30の制御を行う。すなわち、操向ハンドル12に加わる操舵トルクTqを操舵トルクセンサ32により検出し、検出した操舵トルクTqに応じたアシストトルクが得られるようにモータ30をベクトル制御することにより、手動操舵のアシストを行う。
The
基本的には、以上のように構成され動作する制御装置40及びモータ駆動制御装置42の基本動作についてさらに詳細な構成を説明しながら、電動パワーステアリング装置10との関係において以下に説明する。
Basically, the basic operations of the
制御装置40は、先ず、指令トルク算出部67において、操舵トルクセンサ32が検出して出力する操舵トルクTq、舵角センサ34が検出して出力する操舵角θsから算出した操舵角速度dθs/dt、及び車速センサ36が検出して出力する車速Vsなどに基づき、指令トルクTqcomを求める。この指令トルクTqcomから、目標電流設定部68において、モータ電流Imの目標電流Itが設定され、q軸目標電流設定部70に出力される。
First, in the command
q軸目標電流設定部70は、目標電流Itに基づいて、トルク電流指令値であるq軸電流指令値iqcomを設定する。一方、d軸目標電流設定部72は、弱め界磁電流指令値であるd軸電流指令値idcomを基準値(ここでは、0値)に設定する。
The q-axis target
一方、モータ電流センサ56によって検出された、モータ30の三相電流Iu、Iv、Iwがロータ回転角θmに基づきdq変換部58によりd軸電流とq軸電流に変換され、d軸実電流値idr及びq軸実電流値iqrが求められる。
On the other hand, the three-phase currents Iu, Iv, Iw of the
減算部84は、q軸電流指令値iqcomとフィードバックされたq軸実電流値iqrとの偏差Δiqを算出する。
The subtracting
加算部86は、d軸電流指令値idcom(=0)に対して弱め界磁電流制限部62によりd軸電流Id(<0)の最大値が制限されたd軸電流Id*(<0)を加算してd軸電流目標値idt(<0)を算出する。
The
減算部88は、d軸電流目標値idtとフィードバックされたd軸実電流値idrとの偏差Δidを算出する。
The
PI演算部80、82は、d軸電流偏差Δid及びq軸電流偏差Δiqに対してP(Proportional:比例)制御処理及びI(Integral:積分)制御処理を実行し、d軸電流偏差Δid及びq軸電流偏差Δiqをそれぞれ0に近づけようとするd軸指令電圧Vdcom及びq軸指令電圧Vqcomを算出し、dq逆変換部90に出力する。
The
dq逆変換部90は、dq座標上でのd軸指令電圧Vdcom及びq軸指令電圧Vqcomに対してロータ角度θmを用いてdq逆変換を行い、静止座標である3相交流座標上でのU相交流指令電圧Vu、V相交流指令電圧Vv及びW相交流指令電圧Vwに変換する。
The dq
PWM変換部52は、各指令電圧Vu、Vv、Vwを、インバータ54の各スイッチング素子をパルス幅変調(PWM)によりオン・オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令(つまり、パルス幅変調信号)へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めPWM変換部52に記憶されている。
The
各パルス幅変調信号によりインバータ54が駆動され、対応する相電流Iu、Iv、Iwがモータ30の固定子の各巻線に供給されることで、回転磁界が発生され、モータ30のロータ(回転子)が回転する。
The
d軸電流設定部61により設定される弱め界磁電流であるd軸電流Id(負の値)は、図3の機能ブロック図に示すように生成される。なお、図3は、d軸電流設定部61と弱め界磁電流制限部(弱め界磁電流の上限値設定部)62とから基本的に構成され、制限後のd軸電流(d軸補正電流)Id*を決定するd軸電流設定・制限部63を示している。
A d-axis current Id (negative value) that is a field weakening current set by the d-axis
図3に示すように、d軸電流設定部61は、PI演算部82の出力であるq軸指令電圧Vqcomが入力されるq軸指令電圧対応処理部112と、dq変換部58からのq軸実電流iqr(=Iqと置く。)が入力されるq軸実電流対応処理部114と、RDコンバータ46の出力であるモータ30のモータ回転数Nmが入力されるモータ回転速度対応処理部116と、相乗積演算部118とから構成される。
As shown in FIG. 3, the d-axis
q軸指令電圧対応処理部112は、図4に示すq軸指令電圧対応マップ(特性)124を格納し、q軸実電流対応処理部114は、図5に示すq軸実電流対応マップ(特性)122を格納し、モータ回転速度対応処理部116は、図6に示すモータ回転速度対応マップ(特性)126を格納する。
The q-axis command voltage
q軸指令電圧対応処理部112は、q軸指令電圧Vqcomをアドレスとしてq軸指令電圧対応マップ124を検索することにより、補正電流要素(d軸電流要素)である出力C1を求める。q軸指令電圧対応マップ124では、q軸指令電圧Vqcomが小さい領域、すなわちq軸電流偏差Δiqが小さい領域部分では、出力C1が0に設定され、q軸指令電圧Vqcomが大きい領域、すなわちq軸電流偏差Δiqが大きい領域では、出力C1がほぼ一定の値となるように設定される。
The q-axis command voltage
この処理により、q軸指令電圧Vqcomが大きい領域、すなわちq軸電流偏差Δiqが大きい領域でのみ、弱め界磁電流であるd軸電流Idが流れてモータ30の界磁が減少し、モータ30のモータ回転数Nmが増加する。その結果、走行中にゆっくり且つ小さく操向ハンドル12を操作した場合などでは、弱め界磁電流が流れることが防止され、モータ30の電力消費が抑制される。
With this process, the d-axis current Id, which is a field weakening current, flows only in a region where the q-axis command voltage Vqcom is large, that is, a region where the q-axis current deviation Δiq is large, and the field of the
q軸実電流対応処理部114は、q軸実電流値iqrをアドレスとしてq軸実電流対応マップ122を検索することにより補正電流要素(d軸電流要素)である出力C2を求める。q軸実電流対応マップ122では、q軸実電流値iqrが小さい領域では出力C2がほぼ一定の値に設定され、q軸実電流値iqrが大きい領域では出力C2が0に設定される。この処理により、q軸実電流値iqrが小さい領域でのみ、弱め界磁電流であるd軸補正電流idcが流れてモータ30の界磁が減少し、モータ30のモータ回転数Nmが増加する。その結果、モータ回転数Nmが高く、インバータ54の電圧飽和に至った状態でさらに早くステアリング操作をしようとする場合などに、操向ハンドル12の操作が急に重たくなる現象が防止される。
The q-axis actual current
モータ回転速度対応処理部116は、モータ回転数Nmをアドレスとしてモータ回転速度対応マップ126を検索することにより補正電流要素(d軸電流要素)である出力C3を求める。モータ回転速度対応マップ126では、モータ回転数(モータ回転速度)Nmが小さい領域では出力C3が0に設定され、モータ回転数Nmが大きい領域では出力C3が一定の値に設定される。この処理により、操向ハンドル12をゆっくり操作した場合に、モータ30に弱め界磁電流であるd軸電流Idが流れることを防止でき、無駄な電流の消費、すなわち無駄な発熱を防止することができる。
The motor rotation speed
q軸指令電圧対応処理部112の出力C1、q軸実電流対応処理部114の出力C2、及びモータ回転速度対応処理部116の出力C3は、相乗積演算部118で乗算され、この相乗積C1×C2×C3に比例するd軸電流(d軸基準電流ともいう。)Idが算出される。これにより、d軸電流補正を行う各要素(q軸指令電圧対応処理部112、q軸実電流対応処理部114、及びモータ回転速度対応処理部116)がそれぞれ独立に作用し、q軸指令電圧Vqcomが大きい場合、q軸実電流値iqrが小さい場合、及びモータ回転数Nmが小さい場合に、d軸電流Idが流れて弱め界磁制御が行われる。
The output C1 of the q-axis command voltage
次に、この発明の要部に係わる弱め界磁電流制限部62の構成及び動作について説明する。弱め界磁電流制限部62は、弱め界磁電流であるd軸電流Idの制限範囲、換言すれば弱め界磁電流であるd軸電流Idの使用領域の上限値を設定する。
Next, the configuration and operation of the field weakening current limiting
弱め界磁電流制限部62に入力されるd軸電流Id(の絶対値)が使用領域の上限値Idlim(の絶対値)より小さい値(絶対値が小さいの意)である場合には、そのままd軸電流Id*(Id*=Id)を出力し、d軸電流Id(の絶対値)が使用領域の上限値Idlim(の絶対値)より大きい値(絶対値が大きいの意)である場合には、d軸電流Id*として上限値Idlimに制限して(Id*=Idlim)出力する。すなわち、弱め界磁電流制限部62は、下記(a)、(b)のプログラム(処理)を実行するd軸電流Idのいわゆるリミッタ(制限器)として動作する。
IF |Id|<|Idlim| THEN Id*←Id …(a)
IF |Id|≧|Idlim| THEN Id*←Idlim …(b)
If the d-axis current Id (absolute value) input to the field weakening current limiting
IF | Id | <| Idlim | THEN Id * ← Id (a)
IF | Id | ≧ | Idlim | THEN Id * ← Idlim (b)
弱め界磁電流制限部62には、仮最大弱め界磁電流設定部104から仮最大弱め界磁電流設定値Idmaxが設定される。仮最大弱め界磁電流設定値Idmaxは、ロータの磁石の減磁等の観点を考慮して予め設定される。d軸電流Idの使用領域の上限値Idlimの絶対値は、この仮最大弱め界磁電流設定値Idmaxの絶対値以下の値が採れるようになっている(|Idlim|≦|Idmax|)。
In the field weakening current limiting
弱め界磁電流制限部62には、また、相電流制限部102からモータ30の巻線やインバータ54を構成するスイッチング素子や配線パターンに流れる最大電流を規制する予め定められた最大相電流制限値Iumaxが設定される。最大相電流制限値Iumaxは、モータ30の巻線抵抗がモータ温度Taに応じて大きくなり発熱損失が大きくなることを考慮してモータ30の温度センサ106により検出されるモータ温度Taに応じて、値が設定されるマップ又は特性としてメモリに格納されている。
The field weakening
図7は、最大相電流制限値Iumaxを、Iumax=85[Arms]に設定し、仮最大弱め界磁電流設定値IdmaxをIdmax=−100[A]に設定した場合の、d軸電流制限値(d軸電流制限値線)133で区画される、比較例のd軸電流Idの制限後の使用領域130(ハッチングを付けている領域)を示している。縦軸は、トルク電流としてのq軸電流Iq、横軸は、弱め界磁電流としてのd軸電流Idである。 FIG. 7 shows the d-axis current limit value when the maximum phase current limit value Iumax is set to Iumax = 85 [Arms] and the temporary maximum field weakening current set value Idmax is set to Idmax = −100 [A]. A use region 130 (a hatched region) after restriction of the d-axis current Id of the comparative example, which is partitioned by a (d-axis current limit value line) 133, is shown. The vertical axis represents the q-axis current Iq as the torque current, and the horizontal axis represents the d-axis current Id as the field weakening current.
モータ相電流Iu[Arms]と、弱め界磁電流であるd軸電流Id[A]と、トルク電流であるq軸電流Iq[A]との間には、次の(1)式の関係がある。
Iu=√(Iq2+Id2)/√3 …(1)
The relationship of the following equation (1) is present between the motor phase current Iu [Arms], the d-axis current Id [A] that is the field weakening current, and the q-axis current Iq [A] that is the torque current. is there.
Iu = √ (Iq 2 + Id 2 ) / √3 (1)
よって、図7において、q軸電流Iqの最大値(最大q軸電流値)Iqmaxは、Iqmax=√3×Iumax=√3×85=147[A]に制限される。d軸電流Idの最大値は、仮最大弱め界磁電流設定値Idmax=−100[A]に設定される。 Therefore, in FIG. 7, the maximum value (maximum q-axis current value) Iqmax of the q-axis current Iq is limited to Iqmax = √3 × Iumax = √3 × 85 = 147 [A]. The maximum value of the d-axis current Id is set to the provisional maximum field weakening current setting value Idmax = −100 [A].
d軸電流Idの制限後の使用領域130は、電流ベクトル制限円132を構成する図7中、実線で示す円弧の部分133と仮最大弱め界磁電流設定値Idmaxによるd軸電流制限値線133により区画(規定)されるハッチング領域になる。このようにして、その図7に示すように、トルク電流であるq軸電流Iqに応じて、d軸電流Idの使用領域の上限値Idlimが、d軸電流制限値線133で規定される。上述したように、d軸電流指令値idcomをidcom=0[A]に設定しているので、d軸電流目標値idtが、idt=idcom+Id*=Id*として、制御装置40中の加算部86(図2参照)により算出されることに留意する。
The
なお、電流ベクトル制限円132において、「電流ベクトル」は、図7中の原点を始点とし、電流ベクトル制限円132の円周上を終点とするベクトルであり、その電流ベクトルは、q軸電流Iqの成分ベクトル(電流ベクトル)と、d軸電流Idの成分ベクトル(電流ベクトル)と、から構成される。
In the current
ところで、電動パワーステアリング装置10は、図1に示したように、モータ30と操向ハンドル12とが動力伝達機構28を介して連結されている。
Incidentally, in the electric
この場合、操向ハンドル12の回転速度は、運転者により操舵されるため、人が操舵できる範囲に回転速度が規制される。よって、モータ30の回転速度も、その低い回転数により規制されることになり、概ね、Nm=3000[rpm]以下で使用に供される。このことに着目して理論的に分析した結果、電動パワーステアリング装置10のようにモータ30のモータ回転数Nmが低く規制されている場合には、図7の電流ベクトルの使用領域(ハッチング領域)130において、弱め界磁電流であるd軸電流Idの増加が回転数(=回転速度)Nmの増加には寄与せずに、発熱のみが増加してしまう領域があることが分かった。
In this case, since the rotational speed of the steering handle 12 is steered by the driver, the rotational speed is regulated within a range that can be steered by a person. Therefore, the rotational speed of the
弱め界磁電流であるd軸電流Idの増加がモータ回転数Nmの増加には寄与せずに発熱のみが増加してしまう領域の計算の仕方については、後に詳しく説明するが、モータ回転数Nmが低く規制されている場合に、図7と同様に、最大相電流制限値Iumaxを、Iumax=85[Arms]に設定し、仮最大弱め界磁電流設定値IdmaxをIdmax=−100[A]に設定した場合の、実施形態に係る図8A、図8Bにおいて、発熱のみが増加する領域135をドットを付けた領域135で示している。
The method of calculating the region where only the heat generation increases without increasing the d-axis current Id, which is the field weakening current, does not contribute to the increase in the motor rotation speed Nm will be described in detail later. , The maximum phase current limit value Iumax is set to Iumax = 85 [Arms], and the temporary maximum field weakening current set value Idmax is set to Idmax = −100 [A], as in FIG. In FIG. 8A and FIG. 8B according to the embodiment when set to, a
図8A及びその使用例を示す図8Bに示すように、弱め界磁電流制限部62は、基本的には、モータ回転数Nmとトルク電流であるq軸電流Iq(q軸実電流iqr)を引数(アドレス)として弱め界磁電流であるd軸電流Idの上限値Idlimを、図8A、図8B中、ハッチング領域で示す制限後の使用領域134の範囲に制限する。
As shown in FIG. 8A and FIG. 8B showing a usage example thereof, the field weakening current limiting
図8Bに示すように、q軸電流IqがIq=Iq´であるとき、d軸電流Idの制限後の電流ベクトルkは、制限前電流ベクトルiから制限値電流ベクトルjを引いたベクトルで表すことができる。 As shown in FIG. 8B, when the q-axis current Iq is Iq = Iq ′, the current vector k after limitation of the d-axis current Id is expressed by a vector obtained by subtracting the limit value current vector j from the current vector i before limitation. be able to.
ここで、図8A、図8B中、弱め界磁電流であるd軸電流Idの増加がモータ回転数Nmの増加には寄与せずに発熱のみが増加する領域135の計算の仕方を、具体的数値例で説明する。
Here, in FIG. 8A and FIG. 8B, how to calculate the
まず、Pn:極対数(既知)、Φa:起電圧定数(既知)、Vd:d軸電圧、Vq:q軸電圧、Id:d軸電流、Iq:q軸電流、R:抵抗(既知)、Ld:d軸インダクタンス(既知)、Lq:q軸インダクタンス(既知)、Vi:線間電圧(=電源電圧Vb/√2)(測定値・算出値)、ωe:ロータの電気角速度(測定値・算出値)、p:微分演算子、Tm:モータトルク、Tf:フリクショントルク(既知)、Iu:相電流(測定値)とする。 First, Pn: number of pole pairs (known), Φa: electromotive voltage constant (known), Vd: d-axis voltage, Vq: q-axis voltage, Id: d-axis current, Iq: q-axis current, R: resistance (known), Ld: d-axis inductance (known), Lq: q-axis inductance (known), Vi: line voltage (= power supply voltage Vb / √2) (measured value / calculated value), ωe: electrical angular velocity of rotor (measured value / (Calculated value), p: differential operator, Tm: motor torque, Tf: friction torque (known), Iu: phase current (measured value).
電流−トルク特性は、(2)式で得られる。
Tm=Pn{Φa×Iq+(Ld−Lq)Id×Iq}−Tf
≒Pn(Φa×Iq)−Tf …(2)
The current-torque characteristic is obtained by equation (2).
Tm = Pn {Φa × Iq + (Ld−Lq) Id × Iq} −Tf
≈Pn (Φa × Iq) −Tf (2)
ただし、Ld≒Lq:この実施形態においては、モータ30をブラシレスモータの非突極機としているので、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差がゼロ値となる。
However, Ld≈Lq: In this embodiment, since the
相電流は、上記(1)式を再掲すると、次の通りである。
Iu=√(Iq2+Id2)/√3 …(1)
The phase current is as follows when the above equation (1) is reprinted.
Iu = √ (Iq 2 + Id 2 ) / √3 (1)
通常、マトリクス表記されるdq軸電圧方程式は、次の(3)式及び(4)式で得られる。
Vd=(Ra+pLd)×Id+(−ωeLq)×Iq+0 …(3)
Vq=ωeLd×Id+(Ra+pLq)×Iq+ωeΦa …(4)
Usually, the dq axis voltage equation expressed in matrix is obtained by the following equations (3) and (4).
Vd = (Ra + pLd) × Id + (− ωeLq) × Iq + 0 (3)
Vq = ωeLd × Id + (Ra + pLq) × Iq + ωeΦa (4)
線間電圧Viとq軸電圧Vqとd軸電圧Vdの関係は、(5)式で与えられる。
Vi=√(Vd2+Vq2) …(5)
The relationship between the line voltage Vi, the q-axis voltage Vq, and the d-axis voltage Vd is given by equation (5).
Vi = √ (Vd 2 + Vq 2 ) (5)
ここで、定常状態のモータ出力特性を計算するために(定常解を得るために)、(3)、(4)式における微分演算子pを含む項は微小量とみなしてゼロ値とする。 Here, in order to calculate the steady state motor output characteristics (in order to obtain a steady solution), the term including the differential operator p in the equations (3) and (4) is regarded as a minute amount and is set to a zero value.
そして、上記(5)式の両辺を自乗し、上記(3)、(4)を代入して整理すると、次の(6)式が得られる。
Vi2=Vd2+Vq2
=(Ra×Id−ωeLq×Iq)2
+(Ra×Iq+ωeLd×Id+ωeΦa)2 …(6)
Then, by squaring both sides of the above formula (5) and substituting the above formulas (3) and (4), the following formula (6) is obtained.
Vi 2 = Vd 2 + Vq 2
= (Ra × Id−ωeLq × Iq) 2
+ (Ra × Iq + ωeLd × Id + ωeΦa) 2 (6)
ここで、(6)式の右辺(Ra×Id−ωeLq×Iq)2+(Ra×Iq+ωeLd×Id+ωeΦa)2から左辺Vi2を引いた式を0と置いた、電気角速度ωe[rad/s]を変数とする二次方程式(a・ωe2+2b・ωe+c=0)をその変数である電気角速度ωe[rad/s]について解くと、ωe={−b±√(b2−ac)}/a、となることから、次の(7)式が得られる。
ωe=[−Ra×Iq(−Lq×Id+Ld×Id+Φa)±√[{Ra×Iq(−Lq×Id+Ld×Id+Φa)}2−{(Ld×Id+Φa)2+Lq2×Iq2}{Ra2×(Id2+Iq2)−Vi2}]]/{(Ld×Id+Φa)2+Lq2×Iq2}
…(7)
Here, the electric angular velocity ωe [rad / s] in which the right side of the equation (6) (Ra × Id−ωeLq × Iq) 2 + (Ra × Iq + ωeLd × Id + ωeΦa) 2 minus the left side Vi 2 is set as 0. Solving the quadratic equation (a · ωe 2 + 2b · ωe + c = 0) with respect to the electrical angular velocity ωe [rad / s], which is the variable, ωe = {− b ± √ (b 2 −ac)} / Therefore, the following equation (7) is obtained.
ωe = [− Ra × Iq (−Lq × Id + Ld × Id + Φa) ± √ [{Ra × Iq (−Lq × Id + Ld × Id + Φa)} 2 − {(Ld × Id + Φa) 2 + Lq 2 × Iq 2 } {Ra 2 × (Id 2 + Iq 2 ) −Vi 2 }]] / {(Ld × Id + Φa) 2 + Lq 2 × Iq 2 }
... (7)
なお、モータ回転数Nm[r/s]と電気角速度ωe[rad/s]との関係は、(8)式で変換できるので、(7)式に代入すれば、モータ回転数Nmとd軸電流Id及びq軸電流Iqとの関係を求めることができる。
Nm=(ωe/2π)/Pn …(8)
Since the relationship between the motor rotational speed Nm [r / s] and the electrical angular velocity ωe [rad / s] can be converted by the equation (8), if the equation is substituted into the equation (7), the motor rotational speed Nm and the d axis The relationship between the current Id and the q-axis current Iq can be obtained.
Nm = (ωe / 2π) / Pn (8)
上記(7)式において、例えば、同一トルクでモータ回転数Nmを変化させるために、トルク電流であるq軸電流値IqをIq=81[A]一定とし、弱め界磁電流であるd軸電流Idを0値から変化させると、図9に示すように、d軸電流IdがId=Idm=−84[A]までは、d軸電流Idの絶対値の増加に応じてモータ回転数Nmが増加する、すなわち、弱め界磁制御の効果が発生されるが、それ以上d軸電流Idの絶対値を増加させてもモータ回転数Nmが減少し、一方で発熱損失量Ploss[W]は、Ploss=Ra×Iu2[W]で算出されるので、発熱損失のみが増加することが分かる。d軸電流IdがId=Idm=−84[A]でのモータ回転数Nmを最大回転数Nmmaxという。前記d軸電流Idmを、実行最大d軸電流値という。 In the above equation (7), for example, in order to change the motor rotation speed Nm with the same torque, the q-axis current value Iq that is a torque current is constant Iq = 81 [A], and the d-axis current that is a field weakening current. When Id is changed from 0, as shown in FIG. 9, until the d-axis current Id reaches Id = Idm = −84 [A], the motor rotation speed Nm increases according to the increase in the absolute value of the d-axis current Id. Although the effect of field weakening control is increased, the motor rotation speed Nm decreases even if the absolute value of the d-axis current Id is increased further, while the heat loss Ploss [W] becomes Ploss = Since it is calculated by Ra × Iu 2 [W], it can be seen that only the heat loss increases. The motor rotation speed Nm when the d-axis current Id is Id = Idm = −84 [A] is referred to as the maximum rotation speed Nmmax. The d-axis current Idm is referred to as an execution maximum d-axis current value.
ここで、q軸電流値Iqを変化させて、上記の(7)式を解くと、図10に示すq軸電流制限値(q軸電流制限値線)133Rを算出することができる。 Here, by changing the q-axis current value Iq and solving the above equation (7), the q-axis current limit value (q-axis current limit value line) 133R shown in FIG. 10 can be calculated.
なお、図9例の場合、d軸電流値IqをId=0〜Idm=0〜−84[A]まで使用することで、モータ回転数NmとしてNm=Nmmax=2800[rpm]まで対応できるが、モータ回転数Nm=2500[rpm]まで対応させる場合等には、d軸電流値IdとしてId=−50[A]程度に制限すればよい。 In the case of the example in FIG. 9, by using the d-axis current value Iq from Id = 0 to Idm = 0 to −84 [A], the motor rotation speed Nm can be handled up to Nm = Nmmax = 2800 [rpm]. When the motor rotational speed Nm = 2500 [rpm] is used, the d-axis current value Id may be limited to about Id = −50 [A].
[実施例1]
弱め界磁電流制限部62の実施例1について、図11を参照して説明する。
[Example 1]
A first embodiment of the field weakening current limiting
図11は、モータ回転数NmがNm=3000[rpm]以下の場合に、例として、制限前の電流ベクトルが同図中の電流ベクトルA(トルク電流=q軸電流Iq=75[A]、弱め界磁電流=d軸電流Id=−100[A]、モータ相電流Iu=72[Arms])の時に、弱め界磁電流制限部62により、同図中の電流ベクトルB(トルク電流=q軸電流Iq=75[A]、弱め界磁電流=d軸電流Id=−75[A]、モータ相電流Iu=61[Arms])に制限された場合を示す。
FIG. 11 shows an example in which, when the motor rotation speed Nm is Nm = 3000 [rpm] or less, the current vector before the limit is the current vector A (torque current = q-axis current Iq = 75 [A], When field weakening current = d-axis current Id = −100 [A], motor phase current Iu = 72 [Arms]), the field weakening current limiting
トルク電流軸のq軸電流Iqが制限前後でも、Iq=75[A]に保持されていることから、モータ30によるアシストトルクは一定に保持される。また、モータ回転数NmがNm=3000[rpm]以下に規定されているこの場合においては、弱め界磁電流であるd軸電流IdをId=−75[A]に制限しても、モータ回転数Nmは制限の前後で保持(すなわち、概ね同回転数に)される。
Since the q-axis current Iq of the torque current axis is maintained at Iq = 75 [A] even before and after the limitation, the assist torque by the
従って、図11例では、モータ30のトルク(q軸電流Iqに比例する。)とモータ回転数Nmを保持したまま、発熱源となる相電流Iuを72[Arms](72=√(1002+752)/√3)から61[Arms](61=√(752+752)/√3)に低減することができる。発熱量は電流の二乗に比例することから、発熱量の低減割合は(61/72)2=0.72となり、弱め界磁の効果、すなわちモータ回転数Nmの増加量は略同一であっても、約28[%]の発熱低減効果が得られることが分かる。 Therefore, in the example of FIG. 11, the phase current Iu serving as a heat source is set to 72 [Arms] (72 = √ (100 2 ) while maintaining the torque of the motor 30 (proportional to the q-axis current Iq) and the motor rotation speed Nm. +75 2 ) / √3) to 61 [Arms] (61 = √ (75 2 +75 2 ) / √3). Since the heat generation amount is proportional to the square of the current, the reduction rate of the heat generation amount is (61/72) 2 = 0.72, and the effect of field weakening, that is, the increase amount of the motor rotation speed Nm is substantially the same. It can also be seen that a heat reduction effect of about 28 [%] is obtained.
[実施例2]
弱め界磁電流制限部62の実施例2について、図12A、図12Bを参照して説明する。
[Example 2]
A second embodiment of the field weakening current limiting
図12Aは、図8Aにおける仮最大弱め界磁電流Idmaxを、Idmax=−100[A]からIdmax=−108[A]に変更して描いた使用領域を示す図であり、図12Bは、温度センサ106により検出されるモータ温度Taが上昇した場合の使用領域を示す図である。
FIG. 12A is a diagram showing a use region in which the temporary maximum field weakening current Idmax in FIG. 8A is changed from Idmax = −100 [A] to Idmax = −108 [A], and FIG. It is a figure which shows the use area | region when the motor temperature Ta detected by the
電動パワーステアリングにおいて、電流ベクトル制限円と組み合わせることで、より効果的な発熱抑制が可能となる。例えば、通常の温度時は、電流ベクトル制限円を、図12Aに示すように、最大相電流制限値Iumax=85[Arms]の電流ベクトル制限円132に設定し、温度上昇に対応したさらなる低減が必要になった場合は、図12Bに示すように、最大相電流制限値Iumax=75[Arms]の電流ベクトル制限円132Bに切り替える。
In the electric power steering, it is possible to suppress heat generation more effectively by combining with the current vector limit circle. For example, at a normal temperature, the current vector limit circle is set to the current
これにより、後述するような温度低減効果を、電流ベクトル制限円の大きさに応じて効果的に得ることができる。電動パワーステアリングにおいては、モータ温度の他、ECUの温度などにより相電流の最大値が制限される場合があり、その場合等に有効である。 Thereby, the temperature reduction effect which will be described later can be effectively obtained according to the size of the current vector limit circle. In the electric power steering, the maximum value of the phase current may be limited by the temperature of the ECU in addition to the motor temperature, which is effective in that case.
[実施例2の具体例]
図12A、図12Bを参照して説明した実施例2の弱め界磁電流制限部62の動作例に対して、電流制限ベクトル円の大きさに応じて制限値を設定する具体例を図13A、図13Bに示す。
[Specific Example of Example 2]
FIG. 13A shows a specific example in which the limit value is set according to the size of the current limit vector circle with respect to the operation example of the field weakening
図13Aは電流ベクトル制限円132が最大相電流制限値Iumax=85[Arms]の場合(図12Aを再掲)であり、モータ回転数NmがNm=3000[rpm]以下に規制されている場合に、例として、制限前の電流ベクトルが同図中の電流ベクトルA(トルク電流Iq=100[A]、d軸電流(弱め界磁電流)Id=−108[A]、モータ相電流Iu=85[Arms])から、弱め界磁電流制限部62により、同図中の電流ベクトルB(トルク電流Iq=100[A]、d軸電流(弱め界磁電流)Id=−70[A]、モータ相電流Iu=70[Arms])に制限することができ、発熱量の低減割合は(70/85)2=0.68となり、約32[%]の発熱低減効果が得られる。
FIG. 13A shows the case where the current
これに対して、図13Bは、電流ベクトル制限円132Bが最大相電流制限値Iumax=75[Arms]の場合(図12Bを再掲)であり、同図中の電流ベクトルC(Iq=100[A]、Id=−82[A]、Iu=75[Arms])から、弱め界磁電流制限部62により、同図中の電流ベクトルD(Iq=100[A]、Id=−70[A]、Iu=70[Arms])に制限することができ、発熱量の低減割合は(70/75)2=0.87となり、約13[%]の発熱低減効果が得られる。このように、電流制限ベクトル円の大きさに応じて電流制限の設定を変更することは、電動パワーステアリングにおいては、ECUの温度などにより相電流の最大値が制限される場合があるため、その場合に効果がある。
On the other hand, FIG. 13B shows the case where the current
[実施例3]
モータ30の電源電圧であるバッテリ60のバッテリ電圧Vbを検出する電圧センサ64と弱め界磁電流制限部62とを組み合わせることで、より効果的な発熱抑制が可能となる。例えば、バッテリ電圧VbがVb=12[V]の場合に対して、バッテリ電圧VbがVb=13[V]に上昇した場合には、さらに小さな弱め界磁電流であるd軸電流Idによりモータ30を駆動することが可能となる。すなわち、弱め界磁電流であるd軸電流Idをより小さな値に制限することが可能となる。その結果、より効果的に発熱を抑制することができる。このことは、バッテリ電圧Vbが、車載電装部品の使用状況によりモータ30に供給される電源電圧であるバッテリ電圧Vbが12〜16[V]程度の範囲で変動する電動パワーステアリングにおいて、より効果的である。バッテリ電圧Vbに応じた制限値の設定例について図14A、図14Bを参照して説明する。
[Example 3]
By combining the
バッテリ電圧Vbが増加した場合には、図16に示したように、同一のd軸電流値Idに対してよりモータ回転数Nmが増加する。 When the battery voltage Vb increases, as shown in FIG. 16, the motor rotation speed Nm increases with respect to the same d-axis current value Id.
そこで、この実施例3では、図14Bに示す電源電圧がVb=13[V]の場合には、図14Aに示す電源電圧VbがVb=12[V]の場合に比較して、弱め界磁電流制限部62により、使用領域を使用領域134から使用領域134Cに制限することができる。
Therefore, in the third embodiment, when the power supply voltage shown in FIG. 14B is Vb = 13 [V], the field weakening is smaller than when the power supply voltage Vb shown in FIG. 14A is Vb = 12 [V]. The current limiting
[実施例3の具体例]
バッテリ電圧Vbに応じて、制限値を設定した実施例3の具体例を図15A、図15Bに示す。
[Specific Example of Example 3]
A specific example of the third embodiment in which the limit value is set according to the battery voltage Vb is shown in FIGS. 15A and 15B.
図15Aは、バッテリ電圧VbがVb=12[V]の場合であり、例として、同図中の電流ベクトルA(Iq=115[A]、Id=−80[A]、モータ相電流Iu=81[Arms])から、弱め界磁電流制限部62により、同図中の電流ベクトルB(Iq=115[A]、Id=−60[A]、Iu=75[Arms])に制限することができ、発熱量の低減割合は(75/81)2=0.86となり、約14[%]の発熱低減効果が得られる。
FIG. 15A shows a case where the battery voltage Vb is Vb = 12 [V]. As an example, the current vector A (Iq = 115 [A], Id = −80 [A], motor phase current Iu = 81 [Arms]), the field weakening current limiting
これに対して、図15Bは、バッテリ電圧VbがVb=13[V]に増加したした場合であり、同図中の電流ベクトルC(Iq=115[A]、Id=−80[A]、モータ相電流Iu=81[Arms])から、弱め界磁電流制限部62により、同図中の電流ベクトルD(Iq=115[A]、Id=−45[A]、Iu=71[Arms])に制限することができ、発熱量の低減割合は(71/81)2=0.77となり、約23[%]の発熱低減効果が得られる。
On the other hand, FIG. 15B shows a case where the battery voltage Vb increases to Vb = 13 [V], and the current vector C (Iq = 115 [A], Id = −80 [A], From the motor phase current Iu = 81 [Arms]), the field weakening current limiting
このように、モータ30の電源電圧であるバッテリ電圧Vbやモータ温度Taに応じて電流制限の設定を変更することは、車載電装部品の使用状況によりバッテリ電圧Vbが12[V]〜16[V]程度まで変動する電動パワーステアリング装置10においては効果的である。
As described above, changing the current limit setting according to the battery voltage Vb, which is the power supply voltage of the
[実施形態のまとめ]
上述した実施形態によれば、運転者の操向ハンドル12の操作による操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータ30を駆動制御する電動パワーステアリング装置10であって、以下の技術的特徴[1]−[5]を有する。
[Summary of Embodiment]
According to the above-described embodiment, the electric
[1]前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部としての操舵トルクセンサ32と、操舵トルクセンサ32の出力信号である操舵トルクTqに基づいて、モータ30のトルク電流であるq軸電流指令値iqcomを設定するトルク電流設定部としてのq軸目標電流設定部70と、q軸目標電流設定部70にて設定されたq軸電流指令値iqcom及びモータ30のモータ回転数Nmに基づいて、モータ30の界磁を弱めるための弱め界磁電流であるd軸電流Idを設定するd軸電流設定部61と、前記q軸目標電流設定部70によって設定されたq軸電流指令値iqcom及びd軸電流設定部61によって設定されたd軸電流Idに基づいてモータ30を駆動制御するモータ駆動制御部としてのモータ駆動制御装置42と、d軸電流Idを制限値以下のd軸電流Id*に設定する弱め界磁電流制限部(d軸電流制限部)62と、を備え、弱め界磁電流制限部62は、モータ30のトルク電流であるq軸実電流iqrに応じてd軸電流(弱め界磁電流)Idの前記制限値を設定する。
[1] A
上記の技術的特徴[1]を有する電動パワーステアリング装置10によれば、q軸目標電流設定部70によって設定されたq軸電流指令値iqcomに応じて、換言すればモータ30の駆動状況に応じてd軸電流(弱め界磁電流)Idの制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータ30の駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。
According to the electric
これにより、q軸電流指令値iqcomを変化させたときに無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な(無効な、不必要な)弱め界磁電流の増加によるモータ30のモータ回転数Nmの低下や、無駄な発熱を避けることができる。
As a result, it is possible to avoid performing unnecessary (invalid, unnecessary) field-weakening control when the q-axis current command value iqcom is changed. That is, it is possible to avoid a reduction in the motor rotation speed Nm of the
[2]上記の弱め界磁電流制限部62は、モータ30のトルク電流であるq軸電流指令値iqcomに応じて弱め界磁電流であるd軸電流Idの前記制限値を設定する際、q軸電流指令値iqcomに対応するq軸実電流値iqrの値毎に、当該q軸実電流値iqrの値を保持して、弱め界磁電流であるd軸電流Idの値の絶対値を増加させたときに、図9に示したように、モータ回転数Nmが最大回転数Nmmaxから所定回転数ΔNm減少したときの弱め界磁電流値であるd軸電流値Idb又はIdaに設定する。
[2] When the field weakening current limiting
上記の技術的特徴[2]を有する電動パワーステアリング装置10によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータの回転数が下がってしまうピーク値である最大回転数Nmmaxでの弱め界磁電流値である実行最大d軸電流値Idmを制限値の基準値(図9中、基準値=Idm)とし、誤差等を考慮して最大回転数Nmaxから所定回転数ΔNm減少したときの弱め界磁電流値であるd軸電流値Ida、Idbを制限値としたので、操舵入力検出部としての操舵トルクセンサ32等の各機能部に誤差やばらつきが存在した場合において、制限値の設定が容易になる。換言すれば、電動パワーステアリング装置10を構成する部品及びセンサ等を選択する際の設計の自由度が大きく、且つコストを低減することができる。
According to the electric
[3]上記の技術的特徴[2]を有する電動パワーステアリング装置10において、弱め界磁電流制限部62は、モータ30のトルク電流であるq軸電流指令値iqcomに応じて弱め界磁電流であるd軸電流Idの前記制限値を設定する際、q軸電流指令値iqcomに対応するq軸実電流値iqrの値毎に、当該q軸実電流値iqrの値を保持して、弱め界磁電流であるd軸電流Idの値を増加させたときに、図9に示したように、モータ回転数Nmが最大回転数Nmmaxとなる弱め界磁電流であるd軸電流Idの値(実行最大d軸電流値Idm)に設定する。
[3] In the electric
上記の技術的特徴[3]を有する電動パワーステアリング装置10によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータ回転数Nmが下がってしまう、モータ回転数Nmのピーク値となる最大回転数Nmmaxでの弱め界磁電流値である実行最大d軸電流値Idmを制限値としたので、前記制限値までの間では、弱め界磁電流であるd軸電流Idの値の増加に応じてモータ回転数Nmが増加することとなり、軽快な操舵フィーリングを保持したまま、発熱損失量を抑制することができる。すなわち、不必要な弱め界磁電流の増加に伴う無駄な発熱を回避することができる。
According to the electric
[4]さらに、モータ30の相電流Iuの上限値Iumaxを設定する相電流制限部102と、相電流制限部102によりモータ30の相電流Iuの上限値Iumaxが変更されたとき、図13A及び図13Bを参照して説明したように、上限値Iumaxの変更に応じて、トルク電流であるq軸電流Iqの値と弱め界磁電流であるd軸電流Idの値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円の大きさを変更し、変更後の電流制限円内に、弱め界磁電流であるd軸電流Idの前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部としての弱め界磁電流制限部62と、を備えるようにする。
[4] Furthermore, when the upper limit value Iumax of the phase current Iu of the
上記の技術的特徴[4]を有する発明によれば、電動パワーステアリング装置10の発熱状況により、相電流Iuを制限する必要がある場合に対応して、弱め界磁電流制限部62を簡易に構築することができる。
According to the invention having the technical feature [4] described above, the field weakening current limiting
[5]さらにまた、弱め界磁電流制限部62は、図14A、図14Bを参照して説明したように、電動パワーステアリング装置10の電源電圧値であるバッテリ電圧Vbに基づいて、弱め界磁電流であるd軸電流Idの前記制限値を変更する。バッテリ電圧Vbに基づいて制限値をさらに変更するので、より効果的な発熱抑制が可能となる。
[5] Furthermore, the field weakening current limiting
よって、弱め界磁制御によって操向ハンドル12の操作に係る軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、上記のように、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータ30の駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。
Therefore, the event that the field weakening control becomes ineffective and the useless heat generation occurs as described above in the driving state of the
上述したように、この実施形態では、弱め界磁電流であるd軸電流Idの増加(絶対値の増加)がモータ回転数Nmの増加に寄与せず、発熱のみが増加してしまう領域を使用しないように電流の使用領域を制限するようにしている。これにより、操舵速度が低く規定されている電動パワーステアリング装置10のモータ30においては、モータ30から出力されるトルクおよび回転数を保持したまま、モータ駆動電流による発熱を抑制する効果が得られる。この効果により、電動パワーステアリング装置10の軽快な操舵フィーリングを保持したまま、モータ電流による発熱を抑制し、電動パワーステアリング装置10を発熱から保護することができる。
As described above, in this embodiment, a region in which only the heat generation increases without increasing the d-axis current Id that is a field weakening current (increasing the absolute value) does not contribute to the increase in the motor rotation speed Nm. The current use area is limited so as not to cause a problem. Thereby, in the
実際に、電動パワーステアリング装置10の発熱が厳しい状況、例えば、真夏の高速道路走行直後に、駐車場で車庫入れをするために、据え切りを数分間連続して行った状況等を想定した耐久試験において、電動パワーステアリング装置10のモータ30を構成する部品の最高温度は、145[℃]程度から115[℃]程度に低減することができた。
Actually, it is assumed that the electric
また、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
10…電動パワーステアリング装置 12…操向ハンドル
14…ステアリング軸 16…ピニオン
18…ラック 20…ラック軸
22…ラック・ピニオン機構 24…タイロッド
26…前輪 28…動力伝達機構
30…モータ 32…操舵トルクセンサ
34…舵角センサ 36…車速センサ
38…回転角センサ 40…制御装置
42…モータ駆動制御装置 50…モータ制御システム
56…モータ電流センサ 58…dq変換部
60…バッテリ 61…d軸電流設定部
62…弱め界磁電流制限部 67…指令トルク算出部
68…目標電流設定部 70…q軸目標電流設定部
72…d軸目標電流設定部 90…dq逆変換部
102…相電流制限部 104…仮最大弱め界磁電流設定部
106…温度センサ 112…q軸指令電圧対応処理部
114…q軸実電流対応処理部 116…モータ回転速度対応処理部
118…相乗積演算部 122…q軸実電流対応マップ
124…q軸指令電圧対応マップ 126…モータ回転速度対応マップ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、
前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流を設定するトルク電流設定部と、
前記トルク電流設定部にて設定された前記トルク電流及び前記モータの回転数に基づいて、前記モータの界磁を弱めるための弱め界磁電流を設定する弱め界磁電流設定部と、
前記トルク電流設定部によって設定された前記トルク電流及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された前記弱め界磁電流に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、
前記弱め界磁電流を制限値以下に設定する弱め界磁電流制限部と、
を備え、
前記弱め界磁電流制限部は、
前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering device that drives and controls a steering assist motor according to a driver's steering input,
A steering input detector for detecting the magnitude of the steering input;
A torque current setting unit configured to set a torque current of the motor based on a signal from the steering input detection unit;
A field weakening current setting unit for setting a field weakening current for weakening the field of the motor based on the torque current set by the torque current setting unit and the rotational speed of the motor;
A motor drive control unit that drives and controls the motor based on the torque current set by the torque current setting unit and the field weakening current set by the field weakening current setting unit;
A field weakening current limiting unit for setting the field weakening current below a limit value;
With
The field weakening current limiting unit is
The electric power steering apparatus, wherein the limit value of the field weakening current is set according to the torque current of the motor.
前記弱め界磁電流制限部は、
前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値を前記制限値に設定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 1,
The field weakening current limiting unit is
When the limit value of the field weakening current is set according to the torque current of the motor, the value of the field weakening current is increased by holding the value of the torque current for each value of the torque current. The field-weakening current value when the motor rotational speed is reduced by a predetermined rotational speed from the maximum rotational speed is set to the limit value.
前記弱め界磁電流制限部は、
前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数となる前記弱め界磁電流の値に前記制限値を設定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering apparatus according to claim 2,
The field weakening current limiting unit is
When the limit value of the field weakening current is set according to the torque current of the motor, the value of the field weakening current is increased by holding the value of the torque current for each value of the torque current. The electric power steering apparatus is characterized in that the limit value is set to the value of the field weakening current at which the motor rotation speed becomes the maximum rotation speed.
さらに、
前記モータの相電流の上限値を設定する相電流制限部と、
前記相電流制限部により前記モータの相電流の上限値が変更されたとき、前記上限値の変更に応じて、前記トルク電流の値と前記弱め界磁電流の値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円を変更し、変更後の電流制限円内に、前記弱め界磁電流の前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部と、
を備える
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 3,
further,
A phase current limiter for setting an upper limit value of the phase current of the motor;
When the upper limit value of the phase current of the motor is changed by the phase current limiter, the magnitude of the vector determined by the value of the torque current and the value of the field weakening current according to the change of the upper limit value Change the current limit circle to indicate the current limit circle, and set the limited use area limited by the limit value of the field weakening current in the current limit circle after the change. And
An electric power steering device comprising:
前記弱め界磁電流制限部は、
当該電動パワーステアリング装置の電源電圧値に基づいて、前記弱め界磁電流の前記制限値を変更する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 4,
The field weakening current limiting unit is
The electric power steering apparatus, wherein the limit value of the field weakening current is changed based on a power supply voltage value of the electric power steering apparatus.
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