JP4628833B2

JP4628833B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4628833B2
Application number: JP2005079065A
Authority: JP
Inventors: 良信向; 宏明堀井; 文寛森下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: JP2006256542A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来、例えば回転直交座標系をなすｄｑ座標上での界磁軸目標電流およびトルク軸目標電流に基づくベクトル制御により、車両の操舵輪を操舵する操舵機構を駆動するモータを駆動制御する際に、例えば操舵トルクおよび操舵角および車両の速度（車速）等に基づき算出された指令トルクに応じて界磁軸補正電流を設定し、この界磁軸補正電流により界磁軸目標電流を補正することで、ロータの界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御を実行するモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７９０００号公報

ところで、上記従来技術の一例に係るモータ制御装置によれば、モータの運転状態には関わらずに、指令トルクに応じて弱め界磁電流が設定されるだけであるから、適切な弱め界磁制御を行うことが困難であるという問題が生じる。
また、このような問題に対して、例えば実際にモータに通電されるモータ電流の検出値から変換されたトルク軸電流や、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータによりモータを駆動する際の駆動デューティ等に応じて、弱め界磁電流を設定する方法が知られている。しかしながら、トルク軸電流および駆動デューティはモータ電流の検出値に応じて設定され、このモータ電流の検出値はモータの回転数の増大に伴い増大傾向に変化する逆起電圧に応じて変化することから、弱め界磁電流を適切に設定することが困難になる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、適切な弱め界磁制御を行うことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、車両の操舵輪を操舵可能な操舵機構（例えば、実施の形態での手動操舵力発生機構１）を駆動するモータ（例えば、実施の形態でのモータ１１）と、運転者からの操舵入力（例えば、実施の形態での操舵トルクＴｄ）を検出する操舵入力検出手段（例えば、実施の形態での操舵トルクセンサ１０ａ）と、少なくとも前記操舵入力検出手段により検出された前記操舵入力に応じて、前記モータに通電する電流の目標値である目標電流（例えば、実施の形態でのｑ軸目標電流ｉｑ^＊）を設定し、該目標電流に応じた回転直交座標系をなすｄｑ座標上での界磁軸目標電流（例えば、実施の形態でのｄ軸目標電流ｉｄ^＊）およびトルク軸目標電流（例えば、実施の形態でのｑ軸目標電流ｉｑ^＊）に基づくベクトル制御により前記モータを駆動制御する駆動制御手段（例えば、実施の形態でのＰＷＭインバータ１２およびモータ制御装置１３）とを備える電動パワーステアリング装置であって、前記モータの回転速度（例えば、実施の形態での回転速度ω）を検出する回転速度検出手段（例えば、実施の形態での回転センサ１０ｄおよび角度検出部２１）と、前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度と前記トルク軸目標電流とに応じて、前記界磁軸目標電流を設定する目標電流設定手段（例えば、実施の形態でのｄ軸補正電流設定部２６およびｄ軸目標電流補正部２７）と、前記駆動制御手段の電源（例えば、実施の形態でのバッテリ１４）の電源電圧（例えば、実施の形態での端子電圧ＶＢ）を検出する電圧検出手段（例えば、実施の形態での電圧センサ１０ｅ）と、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧に応じて、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度を補正する回転速度補正手段（例えば、実施の形態でのｄ軸補正電流設定部２６）とを備え、前記回転速度補正手段は、前記目標電流設定手段が前記界磁軸目標電流を設定する際に参照する前記トルク軸目標電流が同一となるように、前記回転速度を補正することを特徴としている。

上記構成の電動パワーステアリング装置によれば、モータを大型化することなしに出力可能な回転数を増大させる弱め界磁制御を実行する際に、回転速度検出手段により検出される回転速度とトルク軸目標電流とに応じて界磁軸目標電流を設定することにより、界磁軸目標電流が逆起電圧に応じて変化してしまうことを防止し、弱め界磁電流を適切に設定することができる。

上記構成の電動パワーステアリング装置によれば、適宜の界磁軸目標電流に対するトルク軸目標電流と回転速度との相対関係において、モータを駆動するインバータ等を備える駆動制御手段に直流電力を供給する電源の電源電圧が変動すると、モータの回転速度が同等であっても、トルク軸目標電流が変化し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じる。
このため、電圧検出手段により検出された電源電圧に応じて回転速度検出手段により検出される回転速度を補正することで、トルク軸目標電流が変化してしまうことを防止し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じることを防止することができる。

さらに、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置では、前記回転速度補正手段は、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧が増大することに伴い、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度が増大傾向に変化するように、あるいは、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧が低下することに伴い、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度が低下傾向に変化するように補正することを特徴としている。

上記構成の電動パワーステアリング装置によれば、適宜の界磁軸目標電流に対するトルク軸目標電流と回転速度との相対関係において、駆動制御手段の電源の電源電圧が変動（例えば、低下）すると、モータの回転速度が同等であっても、トルク軸目標電流が変化（例えば、低下）し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じる。
このため、例えば電源電圧が所定の基準電圧から低下することに伴い、回転速度検出手段により検出された回転速度を、低下傾向に変化するように補正し、一方、電源電圧が所定の基準電圧から増大することに伴い、回転速度検出手段により検出された回転速度を、増大傾向に変化するように補正することで、トルク軸目標電流が変化してしまうことを防止し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じることを防止することができる。

以上説明したように本発明の請求項１に記載の本発明の電動パワーステアリング装置によれば、モータを大型化することなしに出力可能な回転数を増大させる弱め界磁制御を実行する際に、回転速度検出手段により検出される回転速度とトルク軸目標電流とに応じて界磁軸目標電流を設定することにより、界磁軸目標電流が逆起電圧に応じて変化してしまうことを防止し、弱め界磁電流を適切に設定することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電源電圧の変動に伴いトルク軸目標電流が変化してしまうことを防止し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じることを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について添付図面を参照しながら説明する。
この実施の形態の電動パワーステアリング装置１０は、例えば図１に示すように、手動操舵力発生機構１に備えられ、この手動操舵力発生機構１において、ステアリングホイール２に一体に設けられたステアリング軸３は、ユニバーサルジョイント４ａ，４ｂを有する連結軸４を介して、ステアリングギアボックス（図示略）内に設けられたラック・ピニオン機構５のピニオン５ａに連結されている。そして、ピニオン５ａはラック軸６のラック歯６ａに噛合っており、ステアリングホイール２から入力された回転運動は、ピニオン５ａを介してラック軸６の往復運動に変換され、ラック軸６の両端にタイロッド７，７を介して連結された２つの操舵輪Ｗ，Ｗを転舵させる。そして、ラック軸６と同軸にボールねじ機構８が設けられ、ラック軸６に連結された複数相（例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相）のブラシレスＤＣモータをなすモータ１１の回転力はボールねじ機構８を介して推力に変換され、ラック軸６（つまりボールねじ軸８ａ）に作用するようになっている。

この電動パワーステアリング装置１０は、モータ１１と、ＰＷＭインバータ１２と、モータ制御装置１３とを備えて構成され、モータ制御装置１３には、例えば、ステアリングギアボックス内に設けられてピニオン５ａに作用する操舵トルクＴｄつまり運転者によりステアリングホイール２に入力される手動操舵力を検出する操舵トルクセンサ１０ａから出力される検出信号と、車両の速度（車速）を検出する車速センサ１０ｂから出力される車速Ｖｓの検出信号と、モータ１１の通電電流を検出する相電流センサ１０ｃから出力される少なくとも２相の各相電流（例えば、Ｕ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖ）の検出信号と、モータ１１のロータ角度θつまり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するレゾルバやエンコーダ等をなす回転センサ１０ｄから出力される検出信号とが入力されている。

そして、電動パワーステアリング装置１０は、例えば操舵トルクＴｄおよび車速Ｖｓの各検出値と、外部の制御装置から入力される指令トルクτ^＊とに応じて、運転者の手動操舵力を補助するパワーステアリング用のアシストトルクを算出し、このアシストトルクをモータ１１から出力させるために必要とされる目標電流を設定し、この目標電流に応じてモータ１１を駆動制御する。

ＰＷＭインバータ１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）により３相のモータ１１を駆動する。このＰＷＭインバータ１２は、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備し、バッテリ１４から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１１の各相のステータ巻線（図示略）への通電を順次転流させることで各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じて各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の印加電圧の大きさ（つまり振幅）および位相を操作し、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗをモータ１１の各相へと出力する。

そして、モータ制御装置１３は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、ｄ軸目標電流ｉｄ^＊およびｑ軸目標電流ｉｑ^＊に基づいて各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、ＰＷＭインバータ１２へパルス幅変調信号を入力すると共に、実際にＰＷＭインバータ１２からモータ１１に通電される各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ（つまり静止座標上における電流である各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸検出電流ｉｄｆおよびｑ軸検出電流ｉｑｆと、ｄ軸目標電流ｉｄ^＊およびｑ軸目標電流ｉｑ^＊との各偏差がゼロとなるように制御を行う。

この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えばブラシレスＤＣモータ等のモータ１１のロータの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）としており、モータ１１のロータと共に同期して電気角速度ω（以下、単に、回転角速度ωと呼ぶ）で回転している。これにより、ＰＷＭインバータ１２からモータ１１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軸目標電流ｉｄ^＊およびｑ軸目標電流ｉｑ^＊を与えるようになっている。

このモータ制御装置１３は、例えば、角度検出部２１と、相電流算出部２２と、３相−ｄｑ変換部２３と、ｄ軸目標電流設定部２４と、ｑ軸目標電流設定部２５と、ｄ軸補正電流設定部２６と、ｄ軸目標電流補正部２７と、減算部２８，２９と、ＰＩ演算部３０，３１と、ｄｑ−３相変換部３２と、ＰＷＭ変換部３３とを備えて構成されている。
角度検出部２１は、回転センサ１０ｄから出力される検出信号に基づきロータ角度θおよび回転速度ωを検出する。

相電流算出部２２は、相電流センサ１０ｃから出力される２相の各相電流、例えば、Ｕ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖから、Ｗ相電流ｉｗ＝−（ｉｕ＋ｉｖ）を算出する。
３相−ｄｑ変換部２３は、ロータ角度θを用いて、静止座標上における電流である各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、モータ１１の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸検出電流ｉｄｆおよびｑ軸検出電流ｉｑｆに変換する。

ｄ軸目標電流設定部２４は、ｄ軸目標電流ｉｄ^＊として所定値（例えば、ゼロ）を設定する。
ｑ軸目標電流設定部２５は、車両の走行状態および運転者の操舵状態に係る各検出信号、例えば操舵トルクセンサ１０ａから出力される操舵トルクＴｄの検出信号および車速センサ１０ｂから出力される車速Ｖｓの検出信号と、外部から入力される適宜の指令トルクτ^＊とに基づき、運転者の手動操舵力を補助するパワーステアリング用のアシストトルクをモータ１１から出力させるために必要とされる目標電流として、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊を設定する。

ｄ軸補正電流設定部２６は、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊と回転速度ωとに基づき、例えば予め設定された所定のマップをマップ検索してｄ軸補正電流ｉｄを算出する。
このｄ軸補正電流ｉｄ（＜０）は、モータ１１の回転数の増大に伴う逆起電圧の増大を抑制するためにロータの界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御の弱め界磁電流に対する目標電流であり、例えばｑ軸目標電流ｉｑ^＊が所定値を超えて増大することに伴い増大傾向に変化し、かつ、回転速度ωが所定値を超えて増大することに伴い増大傾向に変化するように設定されている。
そして、ｄ軸目標電流補正部２７は、ｄ軸目標電流設定部２４により設定されたｄ軸目標電流ｉｄ^＊（例えば、ｉｄ^＊＝０）にｄ軸補正電流ｉｄを加算して得た値を、新たにｄ軸標電流ｉｄ^＊として設定する（ｉｄ^＊←ｉｄ^＊＋ｉｄ）ことで、ｄ軸目標電流ｉｄ^＊を補正する。

減算部２８はｄ軸目標電流ｉｄ^＊とｄ軸検出電流ｉｄｆとの偏差ΔＩｄを算出し、減算部２９はｑ軸目標電流ｉｑ^＊とｑ軸検出電流ｉｑｆとの偏差ΔＩｑを算出する。
各ＰＩ演算部３０，３１は、例えばＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊を算出し、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を算出する。

ｄｑ−３相変換部３２は、ロータ角度θを用いて、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流電圧指令値ＶｕおよびＶ相交流電圧指令値ＶｖおよびＷ相交流電圧指令値Ｖｗに変換する。
ＰＷＭ変換部３３は、各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ＰＭＷインバータ１２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３３に記憶されている。

上述したように、本実施形態による電動パワーステアリング装置１０によれば、モータ１１の回転数が相対的に高い状態で等価的に界磁量を弱める弱め界磁制御を実行する際に、回転センサ１０ｄから出力される検出信号に基づく回転速度ωと、ｑ軸目標電流設定部２５から出力されるｑ軸目標電流ｉｑ^＊とに応じて、ｄ軸補正電流ｉｄが設定されることにより、ｄ軸補正電流ｉｄにより補正されるｄ軸目標電流ｉｄ^＊が逆起電圧に応じて変化してしまうことを防止し、弱め界磁電流を適切に設定することができる。

なお、上述した実施の形態においては、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊と回転速度ωとに基づきｄ軸補正電流ｉｄを算出するとしたが、これに限定されず、例えば図３に示すように、ＰＷＭインバータ１２に直流電力を供給するバッテリ１４の端子電圧ＶＢを検出する電圧センサ１０ｅを設け、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊および回転速度ωに加えて、電圧センサ１０ｅから出力される検出信号に応じてｄ軸補正電流ｉｄを算出してもよい。

例えば図４に示すように、適宜のｄ軸補正電流ｉｄに対するｑ軸目標電流ｉｑ^＊と回転速度ωとの相対関係において、端子電圧ＶＢが変動すると回転速度ωが同等であっても、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊が変化し、弱め界磁制御の実行タイミングにずれが生じる。例えばバッテリ１４の端子電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖ０よりも所定値（例えば、２Ｖ）だけ低下した場合には、角度検出部２１により検出される回転速度ω０が同等であっても、ｑ軸目標電流ｉｑ^＊が所定値ｉｑ^＊０から所定値ｉｑ^＊１（＜ｉｑ^＊０）へと低下する。

このため、バッテリ１４の端子電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖ０から低下することに伴い、マップ検索時に検索パラメータとして参照される回転速度が角度検出部２１により検出される回転速度ωよりも低下傾向に変化するように補正し、一方、バッテリ１４の端子電圧ＶＢが所定の基準電圧から増大することに伴い、マップ検索時に検索パラメータとして参照される回転速度が角度検出部２１により検出される回転速度ωよりも増大傾向に変化するように補正する。

これにより、例えば図４に示すように、バッテリ１４の端子電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖ０と同等である場合には、角度検出部２１により検出される回転速度ω０と、ｑ軸目標電流設定部２５により設定されるｑ軸目標電流ｉｑ^＊とがマップ検索の検索パラメータとして参照されることに対して、バッテリ１４の端子電圧ＶＢが所定の基準電圧Ｖ０よりも所定値（例えば、２Ｖ）だけ低下した場合には、角度検出部２１により検出される回転速度ω０よりも所定値だけ小さな回転速度ω１とｑ軸目標電流設定部２５により設定されるｑ軸目標電流ｉｑ^＊とがマップ検索の検索パラメータとして参照されることになる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を備える手動操舵力発生機構の構成図である。本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。本発明の実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。バッテリ電圧の電圧変動に応じた回転速度ωとｑ軸目標電流ｉｑ^＊との相対関係の一例を示す図である。

符号の説明

１０電動パワーステアリング装置
１０ａ操舵トルクセンサ（操舵入力検出手段）
１０ｄ回転センサ（回転速度検出手段）
１０ｅ電圧センサ（電圧検出手段）
１１モータ
１２ＰＷＭインバータ（駆動制御手段）
１３モータ制御装置（駆動制御手段）
１４バッテリ（電源）
２１角度検出部（回転速度検出手段）
２６ｄ軸補正電流設定部（目標電流設定手段、回転速度補正手段）
２７ｄ軸目標電流補正部（目標電流設定手段）

Claims

車両の操舵輪を操舵可能な操舵機構を駆動するモータと、
運転者からの操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、
少なくとも前記操舵入力検出手段により検出された前記操舵入力に応じて、前記モータに通電する電流の目標値である目標電流を設定し、該目標電流に応じた回転直交座標系をなすｄｑ座標上での界磁軸目標電流およびトルク軸目標電流に基づくベクトル制御により前記モータを駆動制御する駆動制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度と前記トルク軸目標電流とに応じて、前記界磁軸目標電流を設定する目標電流設定手段と、
前記駆動制御手段の電源の電源電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧に応じて、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度を補正する回転速度補正手段とを備え、
前記回転速度補正手段は、前記目標電流設定手段が前記界磁軸目標電流を設定する際に参照する前記トルク軸目標電流が同一となるように、前記回転速度を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記回転速度補正手段は、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧が増大することに伴い、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度が増大傾向に変化するように、あるいは、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧が低下することに伴い、前記界磁軸目標電流を設定する際に参照される前記回転速度が低下傾向に変化するように補正することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。