JP4299628B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Description
v=EMF+R・i+L・(di/dt)
ここで、vはモータの相電圧、iはモータの相電流、EMFは相逆起電圧である。また、Rはモータの相当たりの抵抗値、Lは相当たりのインダクタンス値である。
Vbat=EMFLL+2R・I
ここで、Vbatはバッテリー電圧、EMFLLは2相間で測定される逆起電圧である。
EMFLL=Ke・ω
ここで、Keは逆起電圧定数である。
T=Kt・I
ここで、Ktはトルク定数である。
ω=ω0(1−(I/I0))=ω0(1−(T/T0))[rad/s]
である。
n=n0(1−(I/I0))=n(1−(T/T0))[rpm]
数6は直線のT−n特性を表わす。
n=n0―(n0−nrated)・T/Trated
ここで、n0は無負荷回転数で、nratedおよびTratedはそれぞれ定格回転数および定格トルクである。
3相/2相変換手段343で電流id,iqに変換される。減算器325,326で電流指令値idref,iqrefとフィードバックされた電流id,iqとの誤差電流が算出される。誤差電流はPI制御手段328に入力され、誤差電流が無くなるように電圧指令値vd,vqが算出される。モータ311は3相モータであり、電圧指令値vd、vqは2相/3相変換手段336によって3相電圧指令値va,vb,vcに変換される。
Iq=Iref
Id=0
(数9)
Iq=Iref
Id=0ではない。
一方、モータ電流Isを電流Id,Iqで表現すると数10のように示すことができる。
Is=√(Iq2+Id2)
このような電流関係を条件としてモータのベクトル制御において、ハンドルを急速に切り返しするとモータは必要とするトルクを出力できず、弱め界磁制御を実行する領域となる。つまり、モータ電流Isは、数9と数10を考慮するとIs=√(Iq2+Id2)>Irefとなり、モータ電流Isが飽和状態(Duty=100%)に陥ってしまう可能性がある。
このように、定トルク出力の限界を越えて制御しようとすると、モータ電流が飽和してトルクリップルが大きくなり、ハンドル操作に振動や違和感を感じことになる。
更に、本発明の上記目的は、前記電流リミッタ値が前記モータの角速度ωmに反比例して減少することによって、或いは前記電流リミッタ値を、前記モータの角速度ωmに反比例して減少させると共に、ゲインを乗じて更に減少させることにより、或いは前記モータの駆動電源の電圧変動に感応して前記定出力特性を調整することにより、或いは前記モータがブラシレスDCモータであることによって、より効果的に達成される。
本発明の基本的な考えは、特許文献2で開示された電流リミッタとは異なり、電流指令値に基き演算された算出値に制限を課するのではなく、電流指令値に予め制限を課して、制限された電流指令値に基き演算が成されることにある。そして、電流指令値に制限を課する電流リミッタ値として定出力特性およびモータの回転速度(角速度)を利用していることにある。つまり、図10の定出力特性を表わす曲線2(定格出力特性)又は曲線4(最大出力特性)に基き電流指令値を抑えることにある。これが、本発明の最も基本な原理である。
Pn=Tn・ωn
数11の意味するところはモータの定格動作点(定格トルクTn,定格角速度ωn)を示している。
Pmax>Pn
数12は、モータの最大出力Pmaxの点がモータの定格動作点とは異なっていることを意味している。また、このことは、モータの回路構成にも依存する事柄である。電動パワーステアリング装置のモータでは、最大出力は定格角速度より高速回転の領域において発生している。
Pmax=Tn・(ωn+ωos)
ここで、ωosは上述した回転軸方向に関し、nosだけシフトしていることを意味する。
P<Pmax
また、パワーはトルクと角速度との積(P=T・ω)であるから、トルクのリミットTlimは数14を用いて表現し直すと数15のように表現できる。
Tlim<Pmax/ωm
ここで、ωmはモータの機械的角速度を表わす。
数13と数15を組み合わすと数16が得られる。
Tlim<Tn・(ωn+ωos)/ωm
数16から電流指令値Irefの制限値が決定され、数17のように表現できる。
Ireflim=Tlim/Kt<(Tn・(ωn+ωos)/ωm)/Kt
ここで、Ireflimは、本発明で求めている電流指令値のリミッタ値を示している。数17の意味するところは、モータの定出力特性である最大出力特性を基に、モータの回転数(角速度ωm)から電流リミッタ値を求め、電流リミッタ値に基いて電流指令値を制限することである。
そして、数4と数17とから数18が得られる。
Ireflim<In・(ωn+ωos)/ωm
ここで、Inはモータの定格電流値を意味する。数18を用いれば、モータのKmは不用である。
数17又は数18が本発明の内容を表わす基本的な数式である。
ΔV=Vbat−Vbatn=Vbat−12
次に、バッテリー電圧の変動分ΔVによる角速度の変動分Δωは数20のように表わされる。
Δω=ΔVbat/Ke
ここで、Keは逆起電圧定数である。
よって、数20と数13を組み合わせると数21が得られる。
Pmax=Tn・(ωn+ωos+Δω)
このことは、角速度の変動Δωが、パワーの変動ΔPを招く。式で表わせばΔP=Tn・Δωである。
Ireflim<(1/Kt)・(Tn・(ωn+ωos+Δω)/ωm)
(数23)
Ireflim<In・(ωn+ωos+(Vbat−Vbatn)/Ke)/ωm
よって、数23がバッテリー電圧の変動を考慮した場合の電流指令値のリミッタ値Ireflimである。
以上説明した本発明の理論に基づき、最適な実施例を以下説明する。
Iqref=2/3(Tref×ωm−ed×Idref)/eq
として算出される。
よって、弱め界磁制御が実行されない時はIdref=0なので、Iqref=Irefとなる。2相/3相変換回路104で、IdrefおよびIqrefを入力とし3相の電流基準値Iavref,Ibvref,Icvrefが算出される。
24・・・微分回路
91・・・角度換算回路
60・・・電流リミッタ
50・・・制限値算出回路
51・・・加算器
52、52A・・・乗算器
53・・・除算器
54、54A・・・比較回路
55、55A・・・スイッチ
56・・・減算器
57・・・換算回路
58・・・電圧検出回路
59・・・設定器
Claims (5)
- 車両の操舵系に操舵補助力を付与するためのモータを電流指令値に基いて制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータの定格出力Pn、又は前記モータの定格トルクTn及び最大出力角速度(ωn+ωos)の積である最大出力Pmaxで表される定出力特性に基いて前記モータが制御されているとき、前記定出力特性と前記モータの角速度ωmとから電流リミッタ値を算出し、前記電流リミッタ値で前記電流指令値を制限して制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記電流リミッタ値が前記モータの角速度ωmに反比例して減少する請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記電流リミッタ値を、前記モータの角速度ωmに反比例して減少させると共に、ゲインを乗じて更に減少させる請求項2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記モータの駆動電源の電圧変動に感応して前記定出力特性を調整する請求項1乃至3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記モータがブラシレスDCモータである請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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