JP5011813B2 - Electric power steering device - Google Patents
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本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に過電流などによりモータの出力制限を課したときにモータ出力のハンチングを防止する電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to an electric power steering apparatus that prevents hunting of a motor output when a motor output limit is imposed due to an overcurrent or the like.
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。 An electric power steering device that applies a steering device of an automobile or a vehicle by a rotational force of a motor applies an auxiliary force to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. It is like that. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the current control value and the motor current detection value becomes small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by a PWM (pulse width modulation) control duty. This is done by adjusting the tee ratio.
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図5に示して説明すると、操向ハンドル101のコラム軸102は減速ギア103、ユニバーサルジョイント104a及び104b、ピニオンラック機構105を経て操向車輪のタイロッド106に結合されている。コラム軸102には、操向ハンドル101の操舵トルクを検出するトルクセンサ110が設けられており、操向ハンドル101の操舵力をアシストするモータ120が減速ギア103を介してコラム軸102に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット130にはバッテリ114から電力が供給され、イグニションキー111からイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット130は、トルクセンサ110で検出された操舵トルクTrefと車速センサ112で検出された車速Velとに基づいてアシスト指令の電流指令値Irefの演算を行い、演算された電流指令値Irefに基づいてモータ120に供給する電流を制御する。
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 5. The
コントロールユニット130は主としてCPUで構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図6のようになる。例えば、比例積分制御部208は独立したハードウェアとしての比例積分演算器を示すものではなく、CPUで実行される比例積分機能を示している。
The
コントロールユニット130の機能及び動作を説明する。トルクセンサ110で検出されて入力される操舵トルクTref及び車速センサ112で検出された車速Velは、電流指令値演算部204に入力される。電流指令値演算部204は、入力された操舵トルクTref及び車速Velに基づいてモータ120に供給する電流の制御目標値である電流指令値Irefを演算して決定する。一方、モータ120のモータ電流Imは電流検出器205によって検出され、減算部207にフィードバックされる。電流指令値Iref及びモータ電流Imは減算部207に入力され、減算部207において、偏差ΔI=(Iref−Im)が算出される。そして、偏差ΔIは比例積分制御部(PI制御部)208に入力され、PI制御部208から電圧指令値が出力される。モータ120を駆動する駆動回路がPWM制御されるインバータ211である場合、電圧指令値はPMW制御部210のデューティ比(Duty)を示している。
The function and operation of the
一般的に、PI制御部208の出力にはリミッタ209が配されている。その理由は、前記デューティ比は最大でも100%であり、PI制御部208がそれ(100%)以上の値を演算してもモータ出力にとって意味がないからである。よって、リミッタ209の制限値(Dlimit)を100%にして、PI制御部208の出力であるデューティ比(Duty)が100%以上の場合は制限され、制限後のデューティ比(Dutlim)が出力される。
In general, a
また、リミッタ209の制限値(Dlimit)は、上述した理由の他に、特許文献1に開示されているように、例えば、操行ハンドル101がハンドルロックエンドに強く当たった場合など、モータ12の逆起電圧が小さくなり、その結果、モータ電流に過電流が発生するので、リミッタ209の制限値(Dlimit)を、例えば100%から50%へ小さくして過電流を抑制することもある。具体的にはモータ電流Imを電流検出器205で検出し、過電流保護部212において、設定値よりモータ電流Imが大きい場合は、リミッタ209の制限値を100%から50%へ小さくして、モータ電流が過電流になることを防止している。
ところで、PI制御のような積分項を含む演算と制限値が可変するリミッタとが組み合わされてデジタル演算処理(離散時間系演算)が実行されると次のような問題が発生する。例えば、ハンドルがハンドルロックエンドに強く当たりモータ電流が過電流となり、リミッタの制限値を過電流などの理由で100%から50%に制限される。リミッタ値を小さくした結果、モータ電流は抑制され過電流状態を脱するので、その制限値を50%から100%に戻す。 By the way, when a digital operation process (discrete time system operation) is executed by combining an operation including an integral term such as PI control and a limiter having a variable limit value, the following problem occurs. For example, the handle comes into contact with the handle lock end and the motor current becomes overcurrent, and the limit value of the limiter is limited to 100% to 50% for reasons such as overcurrent. As a result of reducing the limiter value, the motor current is suppressed and the overcurrent state is released, so the limit value is returned from 50% to 100%.
しかし、デジタル演算による積分の値は過電流を発生するような値を維持しており、そのためPI制御部の出力であるデューティ比は過電流を発生させる値であり、リミッタの制限値を50%から100%へ戻すと再びモータ電流が過電流状態になる。そのため、過電流保護が動作して、リミッタの制限値が再び100%から50%へ小さくなり、モータ電流が制限される。このような状態が繰り返されモータ電流は、100%と50%の間を高速で変化するハンチング現象が発生する。その結果、振動や騒音が発生してドライバに不快感を与えることになる。 However, the value of integration by digital calculation maintains a value that generates overcurrent, and therefore the duty ratio that is the output of the PI control unit is a value that generates overcurrent, and the limit value of the limiter is 50%. When the current is returned to 100%, the motor current becomes an overcurrent state again. Therefore, the overcurrent protection is activated, the limit value of the limiter is reduced again from 100% to 50%, and the motor current is limited. Such a state is repeated, and a hunting phenomenon occurs in which the motor current changes at a high speed between 100% and 50%. As a result, vibration and noise are generated and the driver feels uncomfortable.
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、積分項を含む演算と可変するリミッタとを組み合わせた演算をデジタル演算処理する制御を用いた電動パワーステアリング装置であっても、アシスト力が与えるモータ出力がハンチングすることなく、また、振動や騒音を抑制してドライバに不快感を与えない電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made for the above-described circumstances, and an object of the present invention is an electric power steering apparatus using a control that digitally processes an arithmetic operation including an integral term and a variable limiter. Even if it exists, it is providing the electric power steering device which does not give the driver unpleasantness without suppressing the motor output which assist force gives, and suppressing a vibration and a noise.
本発明は、操舵系に操舵補助力を付与するモータ(120)と、前記モータ(120)を駆動するインバータ(211)に電力を供給するバッテリ(114)とを具備しており、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値(Iref)を演算し、前記電流指令値(Iref)とモータ電流(Im)との偏差をPI制御部(10、208)でPI制御し、前記PI制御部(10、208)の出力をリミッタ(209)で制限若しくは固定値でクランプしてPWM制御し、前記インバータ(211)によるPWM制御で前記モータ(120)を駆動するようになっている電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記PI制御部(10)が、前記偏差を入力して第1中間変数(W(k))を出力する減算部(11)と、前記減算部(11)からの前記第1中間変数(W(k))を入力する第1ゲイン部(15)及び単位遅延部(13)と、前記単位遅延部(13)からの第2中間変数(W(k−1))を入力する第2ゲイン部(14)及び第3ゲイン部(16)と、前記第1ゲイン部(15)及び前記第3ゲイン部(16)の各出力を加算して電圧指令値(Vref)を出力する加算部(12)と、前記電圧指令値(Vref)をデューティ比の最大値(Dmax)で除算する比率部(17)とで構成されており、前記第2ゲイン部(14)の出力を前記減算部(11)に減算入力して前記第1中間変数(W(k))を算出し、前記第2中間変数(W(k−1))が前記モータの巻線抵抗値(Rm)、前記バッテリ(114)のバッテリ電圧(Vbat)、前記デューティ比の最大値(Dmax)、前記電流指令値(Iref)及び前記モータ電流(Im)によって変更され、前記比率部(17)の出力を前記リミッタ(209)に入力するようになっていることによって達成される。 The present invention includes a motor (120) that applies a steering assist force to a steering system, and a battery (114) that supplies electric power to an inverter (211) that drives the motor (120). A current command value (Iref) is calculated based on the vehicle speed, and a deviation between the current command value (Iref) and the motor current (Im) is PI-controlled by a PI control unit (10, 208), and the PI control unit (10 , 208) is limited or fixed by a limiter (209) and clamped at a fixed value, and PWM control is performed, and the motor (120) is driven by PWM control by the inverter (211). the object of the present invention, the PI control unit (10), a first intermediate variable by entering the deviation (W (k)) subtracting unit that outputs (11), the subtraction A first gain unit (15) and a unit delay unit (13) for inputting the first intermediate variable (W (k)) from (11), and a second intermediate variable (W from the unit delay unit (13)) (K-1)) is input, and the outputs of the second gain unit (14) and the third gain unit (16) and the outputs of the first gain unit (15) and the third gain unit (16) are added. An adder (12) that outputs a voltage command value (Vref), and a ratio unit (17) that divides the voltage command value (Vref) by a maximum value (Dmax) of a duty ratio. The first intermediate variable (W (k)) is calculated by subtracting the output of the gain section (14) into the subtracting section (11), and the second intermediate variable (W (k-1)) is calculated by the motor. Winding resistance value (Rm), battery voltage (Vbat) of the battery (114), The maximum value of the I ratio (Dmax), the changed by the current command value (Iref) and the motor current (Im), that the output of said ratio portion (17) is adapted to input to the limiter (209) Achieved by:
また、本発明の上記目的は、前記巻線抵抗値(Rm)及び前記バッテリ電圧(Vbat)を固定値とすることによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention can be achieved more effectively by setting the winding resistance value (Rm) and the battery voltage (Vbat) to fixed values .
また、本発明の上記目的は、前記巻線抵抗値(Rm)が温度センサ検出値又は温度推定値に基づいて算出されると共に、前記バッテリ電圧(Vbat)が電圧検出器(20)で検出されるようになっていることにより、より効果的に達成される。 Further, the object of the present invention is that the winding resistance value (Rm) is calculated based on a temperature sensor detection value or a temperature estimation value, and the battery voltage (Vbat) is detected by a voltage detector (20). This is achieved more effectively.
積分項を含むデジタル演算の中間変数が、電流指令値、モータ電流及びリミッタ値に基づいてフィードフォワード的に変更されるので、電流指令値とモータ電流を入力とする電流制御手段の出力値(デューティ比)は、既にリミッタ値に応じた値になっている。よって、リミッタ値が変化しても電流制御手段の出力値(デューティ比)は変化前のリミッタ値を基準に変化するので、リミッタ通過後のデューティ比がリミッタ値の変化に合わせて突然変化することがないので、リミッタ通過後のデューティ比がハンチングを起こすことはない。上記リミッタ値に代えて、所定の固定値でクランプしても同様な効果が得られる。よって、アシスト力がハンチングせず、また、振動や騒音を抑制してドライバに不快感を与えない電動パワーステアリング装置を提供できる。 Since the intermediate variable of the digital calculation including the integral term is changed in a feedforward manner based on the current command value, the motor current, and the limiter value, the output value (duty duty) of the current control means that inputs the current command value and the motor current. The ratio is already a value corresponding to the limiter value. Therefore, even if the limiter value changes, the output value (duty ratio) of the current control means changes based on the limiter value before the change, so that the duty ratio after passing the limiter suddenly changes according to the change of the limiter value. Therefore, the duty ratio after passing through the limiter does not cause hunting. A similar effect can be obtained by clamping at a predetermined fixed value instead of the limiter value. Therefore, it is possible to provide an electric power steering device in which the assist force is not hunted and the driver is not uncomfortable by suppressing vibration and noise.
また、積分項を含むデジタル演算の中間変数が、モータの巻線抵抗値やバッテリ電圧値も考慮して変更されるので、一層精度良く演算制御され、アシスト力のハンチングや、振動及び騒音をさらに効果的に防止することができる。 In addition, since intermediate variables of digital calculation including integral term are changed in consideration of motor winding resistance value and battery voltage value, calculation control is performed with higher accuracy, and assist force hunting, vibration and noise are further increased. It can be effectively prevented.
本発明の実施例を図1を参照しながら説明する。図6で説明した番号と同一の番号は同一の機能を有する。電流指令値Irefとモータ電流Imとの偏差ΔI=(Iref−Im)が減算部207で算出される。そして、偏差ΔIは図6のPI制御部208に代る本発明に係るPI制御部10に入力される。PI制御部10の内部については後で詳細に説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same numbers as those described in FIG. 6 have the same functions. Deviation ΔI = (Iref−Im) between current command value Iref and motor current Im is calculated by
PI制御部10の出力であるデューティ比(Duty)は、リミッタ209に入力される。リミッタ209からは、リミッタ209の制限値(Dlimit)の制限を受けた後のデューティ比(Dutlim)が出力される。インバータ211とモータ120をモデル化すると、バッテリ電圧値Vbatとデューティ比(Dutlim)が乗算部21に入力され、乗算部21の出力はモータ巻線抵抗値Rmの逆数(1/Rm)を示す伝達関数22に入力され、伝達関数22からはモータ電流Imが出力される。
The duty ratio (Duty), which is the output of the
なお、バッテリ電圧値Vbat及びモータ巻線抵抗値Rmを定数として扱う場合と、変化値として扱う場合とがある。変化値として扱う場合は、バッテリ電圧値Vbatを電圧検出器20で検出し、モータ巻線抵抗値Rmを温度推定を利用して算出する。
There are cases where the battery voltage value Vbat and the motor winding resistance value Rm are handled as constants and as change values. In the case of handling as a change value, the battery voltage value Vbat is detected by the
このような制御構成とモータモデルにおいて、モータ電流Imとバッテリ電圧値Vbat、モータの巻線抵抗Rm、デューティ比(Duty)の関係は数1のように表わすことができる。
(数1)
Im=(Vbat/Rm)・Duty
=(Vbat/Rm)・(Vref/Dmax)
ここで、Duty=(Vref/Dmax)とし、Vrefは電圧指令値であり、
Dmaxは100%のデューティ比を示す値である。
次に、PI制御部10の内部について説明する。
In such a control configuration and motor model, the relationship between the motor current Im, the battery voltage value Vbat, the motor winding resistance Rm, and the duty ratio (Duty) can be expressed as in Equation (1).
(Equation 1)
Im = (Vbat / Rm) · Duty
= (Vbat / Rm). (Vref / Dmax)
Here, Duty = (Vref / Dmax), Vref is a voltage command value,
Dmax is a value indicating a duty ratio of 100%.
Next, the inside of the
まず、減算部11には減算部207の出力である偏差ΔIとゲイン部14(ゲイン=a1)の出力とが入力され、中間変数W(k)が出力される。中間変数W(k)はゲイン部15(ゲイン=b0)及び単位遅延(Unit Delay)部13に入力される。Unit Delay部13の出力である1サンプリング前の中間変数の値である中間変数W(k−1)は、ゲイン部14及びゲイン部16(ゲイン=b1)に入力される。ゲイン部15の出力とゲイン部16の出力が加算部12に入力され、それらの加算値である電圧指令値Vrefが出力される。電圧指令値Vrefは比率部17に入力され、デューティ比の100%を表わす値Dmaxと比較される。具体的には、比率部17において、入力された電圧指令値VrefをDmaxで割り算し、その比率(Vref/Dmax)=デューティ比(Duty)が出力される。つまり、加算部12の出力値である電圧指令値VrefがDmaxであれば、PWM制御のデューティ比が100%であり、加算部11の出力である電圧指令値Vrefが(Dmax/2)であれば、PWM制御のデューティ比(Duty)が50%を表わす。
First, the deviation ΔI that is the output of the
以上のように構成されたPI制御部10の中の各ゲイン部14〜16、単位遅延部13、加算部12、減算部11の関係を式で表現すると、下記数2のように表現できる。
(数2)
Vref=b0・(ΔI−a1・W(k−1))+b1・W(k−1)
=b0・ΔI+(b1−b0・a1)・W(k−1)
つまり、デューティ比(Duty)はDuty=(Vref/Dmax)で表現されるので、電圧指令値Vrefが決定すれば、デューティ比(Duty)も決定される。
When the relationship among the
(Equation 2)
Vref = b0 · (ΔI−a1 · W (k−1)) + b1 · W (k−1)
= B0 · ΔI + (b1−b0 · a1) · W (k−1)
That is, since the duty ratio (Duty) is expressed by Duty = (Vref / Dmax), if the voltage command value Vref is determined, the duty ratio (Duty) is also determined.
ところで、数2について中間変数W(k−1)を中心に表現し直すと、下記数3のようになる。
(数3)
W(k−1)
=Vref/(b1−b0・a1)−b0・ΔI/(b1−b0・a1)
ここで、数1のVref=(Rm/Vbat)・(Im・Dmax)の関係を用いて数3の“Vref”に代入する。さらに、K1=1/(b1−b0・a1)、K2=b0/(b1−b0・a1)と置換して、K1及びK2も数3に代入する。なお、K1及びK2は、PI制御器の特性を一旦決定すれば定数である。よって、数3は下記数4として書き直すことができる。
(数4)
W(k−1)=(Rm/Vbat)・(Im・Dmax)・K1−K2・ΔI
=(Rm/Vbat)・(Dmax・K1)・Im−K2・(Iref−Im)
ここで、デューティ比(Duty)の100%を示す値であるDmaxを1とする。なお、Dmaxを1と規定すると、電圧指令値Vrefが0の場合デューティ比(Duty)は0%、0.5の場合50%、1の場合100%を意味し、また、制限値(リミッタ値)であるDlimitは0から1の間の値をとることになる。
By the way, when the
(Equation 3)
W (k-1)
= Vref / (b1−b0 · a1) −b0 · ΔI / (b1−b0 · a1)
Here, using the relationship of Vref = (Rm / Vbat) · (Im · Dmax) in
(Equation 4)
W (k-1) = (Rm / Vbat) * (Im * Dmax) * K1-K2 * [Delta] I
= (Rm / Vbat) * (Dmax * K1) * Im-K2 * (Iref-Im)
Here, Dmax, which is a value indicating 100% of the duty ratio (Duty), is set to 1. When Dmax is defined as 1, the duty ratio (Duty) is 0% when the voltage command value Vref is 0, 50% when 0.5, and 100% when 1; and the limit value (limiter value) Dlimit is a value between 0 and 1.
Dmaxを1と規定し、リミッタ値(Dlimit)が存在する場合は、数4は数5のように表現し直される。
(数5)
W(k−1)
=(Rm/Vbat)・(Dlimit・K1)・Im−K2・(Iref−Im)
数5の意味するところは、中間変数であるW(k−1)を電流指令値Iref、モータ電流Im及びリミッタ値Dlimitに基づいてフィードフォワード的に変更すれば、数2で算出される電圧指令値Vref、即ちデューティ比(Duty)をリミッタ値、例えば50%を出力するような値にフィードフォワード的に変更できる。数4の数5への書き換えは、Dmaxを予めb0及びb1に含めて考えれば良く、数5で演算されたW(k−1)を数2に代入して整理するとdutyとdlimitは等しくなり、電流が連続的になる。
When Dmax is defined as 1 and a limiter value (Dlimit) exists, Expression 4 is re-expressed as
(Equation 5)
W (k-1)
= (Rm / Vbat) * (Dlimit * K1) * Im-K2 * (Iref-Im)
The meaning of
上記数5に従って中間変数W(k−1)を補正しないと、積分を含むデジタル演算によって算出される電圧指令値Vrefに基づいて算出されたデューティ比(Duty)は100%の値を示しているので、リミッタ値が0.5(50%)から1(100%)に解除された場合、リミッタ通過後のデューティ比であるDutlimが突然50%から100%に変化するため、大きなモータ電流が出力される。その結果、再び過電流保護が動作してハンチングが発生する。
If the intermediate variable W (k−1) is not corrected according to
しかし、上記数5に従って、中間変数W(k−1)をフィードフォワード的に補正すると、電圧指令値Vrefに基づいて算出されたデューティ比(Duty)は50%の値を示しているので、リミッタ値が0.5(50%)から1(100%)に解除された場合でも、リミッタ通過後のデューティ比であるDutlimは50%から徐々に変化することになり、過電流保護の動作を回避できる。この結果、過電流保護とリミッタの解除とによるハンチング現象を回避することができる。本発明は、この中間変数のフィードフォワード的な補正に基づいて成り立っている。
However, when the intermediate variable W (k−1) is corrected in a feed-forward manner according to the
なお、中間変数W(k−1)を補正する際に、モータ巻線抵抗値Rm及びバッテリ電圧値Vbatを定数として扱う場合と、変数として場合とがある。この違いを考慮した各実施例を以下に説明する。 When correcting the intermediate variable W (k−1), there are cases where the motor winding resistance value Rm and the battery voltage value Vbat are treated as constants and as variables. Each embodiment in consideration of this difference will be described below.
ここで、(Rm/Vbat)を定数と考えた実施例について説明する。モータの巻線抵抗値Rmやバッテリ電圧Vbatは変数であるが、電流指令値Irefやモータ電流Imと比較すると変化が小さいので、定数と見なしても大きな制御誤差は発生しない。まず、モータの巻線抵抗値Rmやバッテリ電圧Vbatを一定として扱った場合の実施例について説明する。一例として、モータの巻線抵抗値Rmは設計値を用い、バッテリ電圧値Vbatは標準的な12Vを用いる。 Here, an example in which (Rm / Vbat) is considered as a constant will be described. Although the winding resistance value Rm and the battery voltage Vbat of the motor are variables, since changes are small compared to the current command value Iref and the motor current Im, a large control error does not occur even if they are regarded as constants. First, an embodiment in which the winding resistance value Rm of the motor and the battery voltage Vbat are treated as constant will be described. As an example, the design value is used for the winding resistance value Rm of the motor, and the standard battery voltage value Vbat is 12V.
モータ120の制御を図2に示すフローチャートを用いて説明する。
The control of the
まず、モータ電流Imを電流検出器205で検出したモータ電流Im、及び電流指令値演算部204で算出した電流指令値Iref、過電流保護部212で設定したリミッタ値Dlimitを読み込む(ステップS1)。なお、実施例1では、バッテリ電圧値Vbat,モータ巻線抵抗値Rmは定数とする。
First, the motor current Im detected by the
次に、リミッタ209において、デューティ比(Duty)が制限を受けているかどうかを判定する(ステップS2)。制限を受けているとは、リミッタ値(Dlimit)が1未満の値を取っていることを意味する。例えばリミッタ209がリミッタ値(Dlimit)を1未満にする一例として、上述した過電流保護部212が動作してリミッタ値が1から0.5に変更した場合などが想定される。
Next, the
リミッタによりデューティ比が制限を受けている(YES)場合、デューティ比が制限を受けている期間中に、或いは制限が解除されて所定期間、即ちPI制御器が演算を開始する前までに、中間変数W(k−1)の補正を上記数5に従って実行した後(ステップS3)に、次のステップである電圧指令値Vref(デューティ比)の算出に移行する。リミッタによりデューティ比が制限を受けていない(NO)場合、ステップS3を介さずに、次のステップである電圧指令値(デューティ比)の算出に移行する。 When the duty ratio is limited by the limiter (YES), it is intermediate during the period when the duty ratio is limited, or until the limit is released and for a predetermined period, that is, before the PI controller starts computation. After the correction of the variable W (k−1) is performed according to the above equation 5 (step S3), the process proceeds to the calculation of the voltage command value Vref (duty ratio), which is the next step. When the duty ratio is not limited by the limiter (NO), the process proceeds to the calculation of the voltage command value (duty ratio), which is the next step, without going through step S3.
デューティ比(Duty)を算出する基になる電圧指令値Vrefを上記数2に従って算出する(ステップS4)。電圧指令値Vrefを算出した後は、リミッタ209によって制限されるべきかを判定する(ステップS5)。リミッタ値を制限しなくてもよいならば(NO)ならばリターンする。リミッタ値を制限(変更)する場合には(YES)、リミッタ209のリミッタ値(Dlimit)を指定されたリミッタ値、例えば50%に設定する(ステップS6)。
A voltage command value Vref that is a basis for calculating the duty ratio (Duty) is calculated according to the above equation 2 (step S4). After calculating the voltage command value Vref, it is determined whether the voltage command value Vref should be limited by the limiter 209 (step S5). If it is not necessary to limit the limiter value (NO), the process returns. When limiting (changing) the limiter value (YES), the limiter value (Dlimit) of the
このフローチャートのような制御処理をされることにより、下記の作用がもたらされる。その前に、従来の問題点を再度説明しておく。 By performing the control process as shown in this flowchart, the following actions are brought about. Before that, the conventional problems will be explained again.
インバータ211に入力される最終的なデューティ比であるリミッタ制限後のデューティ比(Dutlim)は、電圧指令値Vrefから算出されるデューティ比(Duty)=(Vref/Dmax)がリミッタ値以下ならば、リミッタ制限後のデューティ比(Dutlim)=(Duty)となるが、デューティ比(Duty)がリミッタ値(Dlimit)以上ならば、リミッタ制限後のデューティ比(Dutlim)=リミッタ値(Dlimit)となる。よって、リミッタ値が50%から突然100%に解除されたときに、リミッタ制限後のデューティ比(Dutlim)が突然50%から100%に変更される恐れがあった。
The duty ratio (Dutlim) after limiting the limiter, which is the final duty ratio input to the
しかし、本実施例ではステップS3及びステップS4において、中間変数W(k−1)及びデューティ比(Duty)算出の元になる電圧指令値Vrefは、リミッタ値50%に応じた値にフィードフォワード的に補正されているので、リミッタ値が制限(50%)から解除(100%)された時、リミッタ後のデューティ比(Dutlim)はリミッタ値50%からスムーズに変化できる。よって、リミッタ後のデューティ比であるDutlimが従来リミッタ値の制限解除によって引起こされていたハンチング現象の発生を低減することができる。従って、電動パワーステアリング装置のアシスト力がハンチングしてハンドル操作に違和感を与えたりせず、また、振動、騒音の発生を低減することができる。
However, in this embodiment, in step S3 and step S4, the voltage command value Vref that is the basis for calculating the intermediate variable W (k−1) and the duty ratio (Duty) is fed forward to a value corresponding to the
次に、上述した実施例より制御精度の高い実施例について図3及び図4を参照して説明する。つまり、モータの巻線抵抗値Rmが通電電流による温度上昇で変化することや、バッテリ電圧値Vbatが変動することを考慮して制御した実施例である。 Next, an embodiment with higher control accuracy than the embodiment described above will be described with reference to FIGS. That is, in this embodiment, the winding resistance value Rm of the motor is controlled in consideration of a change in temperature due to the energization current and a change in the battery voltage value Vbat.
図4において、まず実施例1と同じようにモータ電流値Im、電流指令値Iref及びリミッタ値(Dlimit)を読み込む(ステップS1)。次に、実施例2ではバッテリ電圧値Vbatを検出し、また、モータ120の巻線抵抗値Rmを算出する(ステップS1A)。
In FIG. 4, first, the motor current value Im, the current command value Iref, and the limiter value (Dlimit) are read as in the first embodiment (step S1). Next, in the second embodiment, the battery voltage value Vbat is detected, and the winding resistance value Rm of the
ここで、モータ120の巻線抵抗値Rmを算出するとは、モータの巻線に電流を通電すると巻線の温度が上昇して抵抗値が変化するので、温度変化を考慮して抵抗値を補正算出する必要がある。よって、基本的には、通電電流によって変化した巻線の温度を推定することが基本となる。このような温度推定を用いて巻線抵抗値を推定する技術或いは温度センサによって検出する技術は既に開示されおり、温度推定を開示している文献の一例として特許第3601967号公報がある。具体的には、図3において、モータ120の近傍に設置された温度センサ30でモータの周囲温度Taを検出し、また、モータ電流Imを検出して、モータ電流Imによる温度上昇(ΔT)を温度推定部31において算出する。その巻線温度Tmを入力として巻線抵抗値推定部32において、Rm=Ra+α・(ΔT)(ただし、Raは周囲温度Taにおける巻線抵抗値、αはモータ巻線の温度係数である)として、モータ120の巻線抵抗値Rmを推定する。一方、バッテリ電圧値Vbatは、電圧検出器20を用いてバッテリ114の電圧値を検出できる。
Here, calculating the winding resistance value Rm of the
次に、図4において、S2〜S6までの各ステップに関しては、ステップS3の中間変数補正W(k−1)の算出に関する点を除いて実施例1のステップS2からステップS6までの各ステップの動作と同じである。つまり、実施例1では数4のバッテリ電圧値Vbat及びモータ巻線抵抗値Rmを定数として補正したが、実施例2では、ステップS1Aで検出されたバッテリ電圧値Vbat及び推定されたモータ巻線抵抗値Rmも用いて、ステップS3における中間変数W(k−1)を補正するための演算を実施する(ステップS3)。 Next, in FIG. 4, regarding each step from S2 to S6, except for the point relating to the calculation of the intermediate variable correction W (k−1) in step S3, the steps from step S2 to step S6 in the first embodiment are performed. Same as operation. That is, in the first embodiment, the battery voltage value Vbat and the motor winding resistance value Rm of Formula 4 are corrected as constants. However, in the second embodiment, the battery voltage value Vbat detected in step S1A and the estimated motor winding resistance are corrected. The calculation for correcting the intermediate variable W (k−1) in step S3 is also performed using the value Rm (step S3).
このように、実施例2では、バッテリ電圧値Vbat及びモータ巻線抵抗値Rmを定数として扱わず、変数として扱い、バッテリ電圧値Vbat及びモータ巻線抵抗値Rmをそれぞれ検出し、推定算出するので、実施例1と比較して精度の良い中間変数W(k−1)の補正が可能となる。その結果、リミッタ値が解除された時も、実施例1よりデューティ比がリミッタ値からスムーズに変化して過電流保護による制限と解除のハンチングを発生させない効果が期待できる。従って、電動パワーステアリング装置のアシスト力がハンチングしてハンドル操作に違和感を与えたりせず、また、振動や騒音の発生をより効果的に低減することができる。 As described above, in the second embodiment, the battery voltage value Vbat and the motor winding resistance value Rm are not treated as constants but are treated as variables, and the battery voltage value Vbat and the motor winding resistance value Rm are detected and estimated and calculated. Compared with the first embodiment, the intermediate variable W (k−1) can be corrected with higher accuracy. As a result, even when the limiter value is released, it can be expected that the duty ratio smoothly changes from the limiter value and the restriction due to overcurrent protection and the release hunting are not generated. Therefore, the assist force of the electric power steering device does not give a sense of incongruity to the steering wheel operation, and the generation of vibration and noise can be reduced more effectively.
なお、本実施例では、バッテリ電圧値Vbat及びモータ巻線抵抗値Rmを両方とも定数又は変数として扱かったが、片方を定数として、他方を変数として中間変数を補正しても中間の精度で効果が得られることは言うまでもない。例えば抵抗を定数とした場合、数5の第1項に対してはバッテリ電圧Vbatに関して予め計算しておくことが可能であり、演算負荷を低減できる。
In the present embodiment, both the battery voltage value Vbat and the motor winding resistance value Rm are treated as constants or variables. However, even if an intermediate variable is corrected with one as a constant and the other as a variable, the intermediate accuracy is maintained. Needless to say, an effect can be obtained. For example, when the resistance is a constant, the battery voltage Vbat can be calculated in advance for the first term of
また、上述では電流制御手段の出力をリミッタ値で制限するリミッタを設けて説明しているが、固定値でクランプして出力する出力手段であっても良い。 In the above description, the limiter for limiting the output of the current control means with the limiter value is provided. However, an output means for clamping and outputting with a fixed value may be used.
10 比例積分制御部
11 減算部
12 加算部
13 単位遅延部
14,15,16 ゲイン部
17 比率部
20 電圧検出器
30 温度センサ
31 温度推定部
32 巻線抵抗値推定部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記PI制御部(10)が、前記偏差を入力して第1中間変数(W(k))を出力する減算部(11)と、前記減算部(11)からの前記第1中間変数(W(k))を入力する第1ゲイン部(15)及び単位遅延部(13)と、前記単位遅延部(13)からの第2中間変数(W(k−1))を入力する第2ゲイン部(14)及び第3ゲイン部(16)と、前記第1ゲイン部(15)及び前記第3ゲイン部(16)の各出力を加算して電圧指令値(Vref)を出力する加算部(12)と、前記電圧指令値(Vref)をデューティ比の最大値(Dmax)で除算する比率部(17)とで構成されており、
前記第2ゲイン部(14)の出力を前記減算部(11)に減算入力して前記第1中間変数(W(k))を算出し、前記第2中間変数(W(k−1))が前記モータの巻線抵抗値(Rm)、前記バッテリ(114)のバッテリ電圧(Vbat)、前記デューティ比の最大値(Dmax)、前記電流指令値(Iref)及び前記モータ電流(Im)によって変更され、前記比率部(17)の出力を前記リミッタ(209)に入力するようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A motor (120) that applies a steering assist force to the steering system and a battery (114) that supplies electric power to an inverter (211) that drives the motor (120) are provided, based on the steering torque and the vehicle speed. A current command value (Iref) is calculated, and a deviation between the current command value (Iref) and the motor current (Im) is PI-controlled by a PI control unit (10, 208), and the PI control unit (10, 208) In the electric power steering apparatus in which the output is clamped at a limit or a fixed value by a limiter (209) and PWM controlled, and the motor (120) is driven by PWM control by the inverter (211).
The PI control unit (10) inputs the deviation and outputs a first intermediate variable (W (k)), and the first intermediate variable (W from the subtraction unit (11)). (K)) is input to the first gain unit (15) and the unit delay unit (13), and the second gain is input from the unit delay unit (13) to the second intermediate variable (W (k-1)). An adder (14), a third gain unit (16), and an adder unit that outputs the voltage command value (Vref) by adding the outputs of the first gain unit (15) and the third gain unit (16). 12) and a ratio part (17) for dividing the voltage command value (Vref) by the maximum value (Dmax) of the duty ratio,
The output of the second gain unit (14) is subtracted and input to the subtraction unit (11) to calculate the first intermediate variable (W (k)), and the second intermediate variable (W (k-1)). Is changed by the winding resistance value (Rm) of the motor, the battery voltage (Vbat) of the battery (114), the maximum value (Dmax) of the duty ratio, the current command value (Iref) and the motor current (Im). The electric power steering apparatus is characterized in that the output of the ratio section (17) is input to the limiter (209) .
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