JP4158616B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより操舵アシストトルクを得る電動パワーステアリング制御装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング制御装置は、電動モータの温度推定値、または、温度測定値により、モータ電流指令値を補正するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−208488号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動パワーステアリング制御装置にあっては、モータ温度変化に伴うモータ電流特性の変化に対する補償制御を行うものであるため、温度により磁力が変化するという使用環境によるモータトルク係数の変化要因に対してのみのモータ電流指令値補正となり、製造バラツキや磁力の経時劣化によるモータトルク係数の変化要因に対応できないという問題があった。
【0005】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、モータトルク係数の様々な変化要因に対応して的確なモータ電流指令値の補正を行うことができる電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
操舵に応じた目標モータ出力トルクとモータトルク係数からモータ電流指令値を算出し、電動モータのモータ電流が前記モータ電流指令値と一致するように電動モータ対し電圧を印加する電動モータ制御手段を有する電動パワーステアリング制御装置において、
前記電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記電動モータのモータ回転速度を測定するモータ回転速度測定手段と、
前記電動モータの端子電圧を測定するモータ端子電圧測定手段と、を設け、
前記電動モータ制御手段は、零近傍のモータ電流が検出される毎に、モータ回転速度とモータ端子電圧との測定結果からモータ逆起電圧係数を算出して更新し、更新されたモータ逆起電圧係数を前記トルク係数として前記モータ電流指令値を算出する手段とした。
【0007】
【発明の効果】
よって、本発明の電動パワーステアリング制御装置にあっては、モータトルク係数がモータ逆起電圧係数に相当することに着目し、電動モータ制御手段において、零近傍のモータ電流が検出された際、モータ回転速度とモータ端子電圧との測定結果からモータ逆起電圧係数を算出して更新し、更新されたモータ逆起電圧係数をモータトルク係数としてモータ電流指令値とするため、温度センサを設ける必要もなく、モータトルク係数の変化要因である製造バラツキ、磁力の経時劣化、周囲温度等の使用環境等に対応して的確なモータ電流指令値の補正を行うことができる。また、短時間のサイクルで変化する使用環境(温度等)によるモータトルク係数の変化に対して応答良く補正することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動パワーステアリング制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第1実施例に基づいて説明する。
【0009】
(第1実施例)
まず、構成を説明する。
図1は第1実施例の電動パワーステアリング制御装置を示す全体システム図である。第1実施例装置のマニュアルステアリング系は、図1に示すように、ハンドル1、ステアリングコラムシャフト2、ステアリング歯車機構3、タイロッド4,5、タイヤ6,7を備えている。
【0010】
前記ハンドル1を回動させることにより生じた操舵トルクは、ステアリングコラムシャフト2を介してステアリング歯車機構3に伝達される。操舵トルクは、ステアリング歯車機構3によりその作用方向が変換され、タイロッド4,5を動かし、タイヤ6,7の方向転換を行わせる。
【0011】
前記マニュアルステアリング系には、図1に示すように、減速機8が設けられ、この減速機8に、電動モータ9が連結されている。
【0012】
前記電動モータ9のモータアシスト制御系は、図1に示すように、トルクセンサ10、車速センサ11、モータ回転速度センサ12(モータ回転速度測定手段)、モータ電流センサ13(モータ電流検出手段)、モータ端子電圧測定回路14(モータ端子電圧測定手段)、モータアシストコントロールユニット15(電動モータ制御手段)と、を備えている。
【0013】
前記トルクセンサ10は、コラムシャフト2の途中に設けられ、操舵トルク情報をモータアシストコントロールユニット15に提供する。
【0014】
前記車速センサ11は、図外のトランスミッションの出力軸等に設けられ、車速情報をモータアシストコントロールユニット15に提供する。
【0015】
前記モータ回転速度センサ12は、電動モータ9のモータ軸位置に設けられ、モータ回転速度ωをモータアシストコントロールユニット15に提供する。
【0016】
前記モータ電流センサ13は、電動モータ9へ印加される電圧に基づきモータ電流Imを検出し、モータ電流情報をモータアシストコントロールユニット15に提供する。
【0017】
前記モータ端子電圧測定回路14は、電動モータ9の端子電圧Vmを測定する回路で、モータアシストコントロールユニット15に内蔵されている。
【0018】
前記モータアシストコントロールユニット15は、電動モータ9に印加する電圧を変えて、電流を制御するもので、操舵時に電動モータ9に対し電圧を印加し、操舵に応じてアシストトルクを発生させる電動モータ制御手段である。例えば、低速走行域の操舵時には大きなモータアシスト量とすることで操舵力を軽くし、中高速走行域の操舵時は逆に小さなモータアシスト量とすることで操舵力を重たくするというように、ハンドル操舵時のモータアシスト量が制御される。
【0019】
図2はモータアシスト制御系ブロック図である。前記モータアシストコントロールユニット15は、図2に示すように、モータアシスト量指令値演算部15aと、モータ逆起電圧係数演算部15bと、モータ電流指令値変換部15cと、モータ電流制御部15dと、を有する。
【0020】
前記モータアシスト量指令値演算部15aは、トルクセンサ10からの操舵トルク情報と車速センサ11からの車速情報に基づいて、モータアシスト量指令値(Nm)を演算する。
【0021】
前記モータ逆起電圧係数演算部15bには、モータ回転数センサ12からモータ回転速度ωの情報と、モータ端子電圧測定回路14からモータ端子電圧Vmの情報と、モータ電流センサ13からのモータ電流Imの情報とが、それぞれ供給される。
【0022】
前記モータ逆起電圧係数演算部15bは、モータ電流Imが零の際、モータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1(=K)を算出する。このモータ逆起電圧係数演算部15bでは、モータ電流Imが零の条件が成立する毎に、モータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1(=K)を算出し、モータ逆起電圧係数Kを更新する。また、電動パワーステアリングの始動直後で、モータ電流Imが零の条件が成立しない場合、製造時に予め記憶させておいたモータ逆起電圧係数初期設定値(中央値)をモータ逆起電圧係数K1(=K)とする。
【0023】
前記モータ電流指令値変換部15cは、モータアシスト量指令値演算部15aからのモータアシスト量指令値(Nm)を、モータ逆起電圧係数演算部15bからのモータ逆起電圧係数K1(=K)により補正することで、電動モータ9へのモータ電流指令値(A)を算出する。
【0024】
前記モータ電流制御部15dは、モータ電流センサ13からのモータ電流Imが、モータ電流指令値変換部15cからのモータ電流指令値(A)に一致するように、電動モータ9へ印加する電圧をフィードバック制御する。
【0025】
次に、作用を説明する。
【0026】
[背景技術]
電動モータの出力トルクは、モータ電流に比例する。
Tm=Im*K
Tm:モータ出力トルク
Im:モータ電流
K:モータトルク係数
しかし、以下の要因で、モータトルク係数Kの値が変化する。
(1)製造バラツキ
例えば、磁石の着磁量のバラツキ
(2)経時劣化
例えば、磁石の磁力の劣化。磁石を高温で使用すると、磁力が低下する。高温にし過ぎると、低温に戻っても、磁力が元に戻らず、磁力が劣化(低下)してしまう。
(3)使用環境
特開平11−208488号公報にも示されるように、温度により磁力が変化する。
【0027】
これに対し、特開平11−208488号公報に提案されている温度補償制御では、上記(1)、(2)、(3)のうち、(3)による要因に対してしか補正できない。
【0028】
また、特開平11−208488号公報に記載されている温度推定方法では、モータ電流の所定時間毎の平均電流の大きさに応じて推定するものであるため、周囲温度を考慮することができない。すなわち、実用化するには、温度センサが必要となる。
【0029】
従来、製造バラツキに対しては、電動パワーステアリングの製造段階で、個々のモータ特性を測定し、K(モータトルク係数)を求め、ECU(コントローラ)に、その値を記憶させて補正する構成を採用していたため、製造工程が増える、モータとECUをセットで使用する必要がある、という問題があった。
【0030】
[モータアシスト制御作用]
第1実施例装置のモータアシストコントロールユニット15にて実行されるモータアシスト制御作用について説明する。
まず、モータアシスト量指令値演算部15aにおいて、トルクセンサ10からの操舵トルク情報と車速センサ11からの車速情報に基づいて、モータアシスト量指令値(Nm)を演算する。一方、モータ逆起電圧係数演算部15bにおいて、モータ電流Imが零の際、モータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1(=K)を算出する。そして、モータ電流指令値変換部15cにおいて、モータアシスト量指令値演算部15aからのモータアシスト量指令値(Nm)を、モータ逆起電圧係数演算部15bからのモータ逆起電圧係数K1(=K)により補正することで、電動モータ9へのモータ電流指令値(A)を算出する。次のモータ電流制御部15dにおいて、モータ電流センサ13からのモータ電流Imが、モータ電流指令値変換部15cからのモータ電流指令値(A)に一致するように、電動モータ9へ印加する電圧をフィードバック制御する。
【0031】
[モータ逆起電圧係数K1の算出と補正]
モータ逆起電圧係数演算部15bにおけるモータ逆起電圧係数K1の算出について説明する。
モータの特性は、以下の(式1)と(式2)により示される。
Vm=Im*R+K1*ω (式1)
Vm:モータ端子電圧(V)
Im:モータ電流(A)
R:モータ抵抗(Ω)
K1:モータ逆起電圧係数(V/(rad/sec))
ω:モータ回転速度(rad/sec)
Tm=Im*K (式2)
Tm:モータ出力トルク(Nm)
K:モータトルク係数(Nm/A)
ここで、モータ逆起電圧係数K1とモータトルク係数Kは、同じ値になることが知られている。
【0032】
そこで、上記(式1)において、モータ電流Imを、Im=0とすると、
Vm=K1*ω (式1')
となり、(式1')においてモータ端子電圧Vmとモータ回転速度ωが既知の値であれば、(式1')を書き替えた下記の(式1")によりモータ逆起電圧係数K1を求めることができる。
K1=Vm/ω (式1")
そして、モータ逆起電圧係数K1とモータトルク係数Kは、同じ値になるという関係により、上記(式2)は、
Tm=Im*K1 (式2')
となり、目標とするモータ出力トルクTm(=モータアシスト量指令値)に対して、モータ逆起電圧係数K1を求めることで、モータ電流Im(=モータ電流指令値(A))を補正することができる。言い換えると、モータトルク係数Kの変化要因である(1)製造バラツキ、(2)磁力の経時劣化、(3)使用環境(温度)の全てに対応して的確なモータ電流指令値(A)の補正を行うことができる。
【0033】
次に、効果を説明する。
第1実施例の電動パワーステアリング制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【0034】
(1) 操舵時に電動モータ9に対し電圧を印加し、操舵に応じてアシストトルクを発生させるモータアシストコントロールユニット15を有する電動パワーステアリング制御装置において、前記電動モータ9のモータ電流Imを検出するモータ電流センサ13と、前記電動モータ9のモータ回転速度ωを測定するモータ回転速度センサ12と、前記電動モータ9の端子電圧Vmを測定するモータ端子電圧測定回路14と、を設け、前記モータアシストコントロールユニット15は、モータ電流Imが零の際、モータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1を算出し、算出されたモータ逆起電圧係数K1により電動モータ9への電流指令値を補正するため、使用環境や製造バラツキで変化するモータ抵抗Rの影響を抑え、モータトルク係数Kを予め記憶させておく必要も温度センサを設ける必要もなく、モータトルク係数Kの変化要因である製造バラツキ、磁力の経時劣化、使用環境に対応して的確なモータ電流指令値の補正を行うことができる。
【0035】
ちなみに、従来技術と対比した場合、
(1)製造バラツキに関して
製造工程で、モータアシストコントロールユニット15に記憶させる工程が不要であり、電動モータ9とモータアシストコントロールユニット15とをセットで使わなくて良い。
(2)経時劣化に関して
磁力の経時劣化に対してモータ逆起電圧係数K1により補償できる。
(3)使用環境に関して
温度センサ無しで磁力の温度変化に対してモータ逆起電圧係数K1により補償できる。
【0036】
(2) 前記モータアシストコントロールユニット15は、モータ電流Imが零の条件が成立する毎に、モータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1を算出し、モータ逆起電圧係数K1を更新するため、短時間のサイクルで変化する使用環境(温度等)によるモータトルク係数Kの変化に対して応答良く補正することができる。
【0037】
(3) 前記モータアシストコントロールユニット15は、モータ電流Imが零の条件が成立しない場合、予め記憶させておいたモータ逆起電圧係数初期設定値を用いるため、電動パワーステアリングの始動直後等のように、モータ電流Imが零の条件が成立しない場合でも正常なモータアシスト制御を確保することができる。
【0038】
以上、本発明の電動パワーステアリング制御装置を第1実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第1実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【0039】
例えば、本実施例では、モータ電流Imが零の再にモータ回転速度ωとモータ端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1を算出するようにしているが、許容できる制御誤差に応じて幅を持たせた零近傍のモータ電流Imが検出された際に、モータ逆起電圧係数K1を算出しても良い。例えば、モータ電流Imの最大値が100Aのモータで、アシストトルクの制御誤差を3%程度許容するのであれば、0±3Aのモータ電流Imを検出したとき、零のモータ電流Imを検出したときとみなし、モータ回転速度ωとモーや端子電圧Vmとの測定結果からモータ逆起電圧係数K1を算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の電動パワーステアリング制御装置を示す全体システム図である。
【図2】第1実施例装置のモータアシスト制御系ブロック図である。
【符号の説明】
1 ハンドル
2 ステアリングコラムシャフト
3 ステアリング歯車機構
4,5 タイロッド
6,7 タイヤ
8 減速機
9 電動モータ
10 トルクセンサ
11 車速センサ
12 モータ回転速度センサ(モータ回転速度測定手段)
13 モータ電流センサ(モータ電流検出手段)
14 モータ端子電圧測定回路(モータ端子電圧測定手段)
15 モータアシストコントロールユニット15(電動モータ制御手段)
Claims (2)
- 操舵に応じた目標モータ出力トルクとモータトルク係数からモータ電流指令値を算出し、電動モータのモータ電流が前記モータ電流指令値と一致するように電動モータ対し電圧を印加する電動モータ制御手段を有する電動パワーステアリング制御装置において、
前記電動モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記電動モータのモータ回転速度を測定するモータ回転速度測定手段と、
前記電動モータの端子電圧を測定するモータ端子電圧測定手段と、を設け、
前記電動モータ制御手段は、零近傍のモータ電流が検出される毎に、モータ回転速度とモータ端子電圧との測定結果からモータ逆起電圧係数を算出して更新し、更新されたモータ逆起電圧係数を前記トルク係数として前記モータ電流指令値を算出することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1に記載された電動パワーステアリング制御装置において、
前記電動モータ制御手段は、零近傍のモータ電流が検出されない場合、予め記憶させておいたモータ逆起電圧係数初期設定値を用いることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
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