JP5412360B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
近年、車両のステアリング系に備えられた電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、電動モータの駆動電流を精度高く検出する技術が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、操舵トルクと走行速度とを入力して操舵力補助用のブラシレスモータへの供給電流を指令する目標電流演算手段と、モータ電流を検出する電流検出手段と、目標電流演算手段の指令値と電流検出手段の検出値との偏差からブラシレスモータの供給電圧を設定する駆動制御手段と、目標電流演算手段の指令値により判断し、電流検出手段が検出する電流のオフセット値に対する補正値の学習指令するオフセット補正値学習判断手段と、オフセット補正値学習判断手段の指令により基準電圧を出力する基準電圧発生手段と、基準電圧印可時のモータ電流からオフセット補正値を学習記憶して電流検出手段のオフセット値を補正するオフセット補正手段とを備えている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been proposed a technique for accurately detecting a drive current of an electric motor in an electric power steering apparatus that assists a driver's steering force with the power of an electric motor provided in a vehicle steering system.
For example, the electric power steering device described in
オフセット補正値を補正(学習)するために、ステアリングホイール操舵補助のための電動モータの駆動を停止するのではなく、操舵補助のために電動モータを駆動しつつオフセット補正値を補正することが望ましい。 In order to correct (learn) the offset correction value, it is desirable to correct the offset correction value while driving the electric motor for steering assistance, instead of stopping the driving of the electric motor for steering wheel steering assistance. .
かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、前記電動モータへ実際に供給される実電流に応じた値を出力する出力手段と、前記出力手段からの出力値のオフセットを予め記憶されたオフセット補正値を用いて補正し前記実電流を算出する実電流算出手段と、前記目標電流算出手段が算出した目標電流と前記実電流算出手段が算出した実電流とに基づいて前記電動モータに印加する目標電圧を算出する電圧算出手段と、前記電圧算出手段が算出した目標電圧を前記電動モータに印加して当該電動モータを駆動するモータ駆動手段と、前記電圧算出手段が算出した目標電圧に基づいて前記オフセット補正値を補正する補正値補正手段と、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である。 For this purpose, the present invention provides an electric motor that applies a steering assist force to a steering wheel, target current calculation means that calculates a target current to be supplied to the electric motor, and an actual current that is actually supplied to the electric motor. Output means for outputting a value corresponding to the output current, an actual current calculation means for calculating the actual current by correcting an offset of the output value from the output means using an offset correction value stored in advance, and the target current calculation means Voltage calculating means for calculating a target voltage applied to the electric motor based on the target current calculated by the actual current calculating means, and the target voltage calculated by the voltage calculating means to the electric motor. A motor driving means for applying and driving the electric motor; and a correction value correcting means for correcting the offset correction value based on the target voltage calculated by the voltage calculating means. When, an electric power steering apparatus comprising: a.
ここで、前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した目標電圧と、前記目標電流算出手段が算出した目標電流とに基づいて前記オフセット補正値を補正することが好適である。
また、前記電動モータは、3相ブラシレスモータであり、前記目標電流算出手段は、d−q座標系のd軸目標電流およびq軸目標電流を算出し、前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した3相交流座標系の目標電圧と、前記目標電流算出手段が算出したd軸目標電流およびq軸目標電流を3相交流座標系の電流に変換した目標電流と、に基づいて前記オフセット補正値を補正することが好適である。
また、前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した3相交流座標系の目標電圧の振幅に対するオフセットの比に、3相交流座標系の電流に変換した目標電流の振幅を乗算した値を、予め記憶されたオフセット補正値に加算することにより、当該オフセット補正値を補正することが好適である。
Here, it is preferable that the correction value correction unit corrects the offset correction value based on the target voltage calculated by the voltage calculation unit and the target current calculated by the target current calculation unit.
The electric motor is a three-phase brushless motor, the target current calculating means calculates a d-axis target current and a q-axis target current in a dq coordinate system, and the correction value correcting means is the voltage calculation. Based on the target voltage of the three-phase AC coordinate system calculated by the means, and the target current obtained by converting the d-axis target current and the q-axis target current calculated by the target current calculation means into a current of the three-phase AC coordinate system. It is preferable to correct the offset correction value.
The correction value correction means is a value obtained by multiplying the ratio of the offset to the amplitude of the target voltage in the three-phase AC coordinate system calculated by the voltage calculation means by the amplitude of the target current converted into the current in the three-phase AC coordinate system. It is preferable to correct the offset correction value by adding to the offset correction value stored in advance.
また、前記電動モータは、3相ブラシレスモータであり、前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した目標電圧と、前記電動モータの相間抵抗とに基づいて前記オフセット補正値を補正することが好適である。
また、前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した3相交流座標系の目標電圧を、前記電動モータの相間抵抗で除算した値を、予め記憶された前記オフセット補正値に加算することにより、当該オフセット補正値を補正することが好適である。
The electric motor is a three-phase brushless motor, and the correction value correction means corrects the offset correction value based on the target voltage calculated by the voltage calculation means and the interphase resistance of the electric motor. Is preferred.
Further, the correction value correction means adds a value obtained by dividing the target voltage of the three-phase AC coordinate system calculated by the voltage calculation means by the interphase resistance of the electric motor to the offset correction value stored in advance. Thus, it is preferable to correct the offset correction value.
本発明によれば、ステアリングホイールの操舵補助のために電動モータを駆動しつつオフセット補正値を補正することができる。これにより、操舵フィーリングを向上させることができるとともに、ヨーレイトセンサや舵角センサを使用した付加制御機能との両立が可能となる。 According to the present invention, the offset correction value can be corrected while driving the electric motor to assist the steering wheel. As a result, the steering feeling can be improved, and compatibility with an additional control function using a yaw rate sensor or a steering angle sensor can be achieved.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric
An electric power steering device 100 (hereinafter, also simply referred to as “
ステアリング装置100は、ドライバが操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)101と、ステアリングホイール101に一体的に設けられたステアリングシャフト102とを備えている。また、ステアリング装置100は、ステアリングシャフト102と自在継手103aを介して連結された上部連結シャフト103と、この上部連結シャフト103と自在継手103bを介して連結された下部連結シャフト108とを備えている。下部連結シャフト108は、ステアリングホイール101の回転に連動して回転する。
The
また、ステアリング装置100は、転動輪としての左右の前輪150のそれぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aは、ピニオンシャフト106の下端部に形成されている。
また、ステアリング装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギアボックス107を有している。ピニオンシャフト106は、ステアリングギアボックス107にてトーションバーを介して下部連結シャフト108と連結されている。ステアリングギアボックス107の内部には、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール101の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段の一例としてのトルクセンサ109が設けられている。
The
また、ステアリング装置100は、ステアリングギアボックス107に支持された電動モータ110と、電動モータ110の駆動力を減速してピニオンシャフト106に伝達する減速機構111とを有している。本実施の形態に係る電動モータ110は、3相ブラシレスモータである。
そして、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。制御装置10には、上述したトルクセンサ109の出力値、自動車の移動速度である車速Vcを検出する車速センサ170の出力値が入力される。
The
The
以上のように構成されたステアリング装置100は、ステアリングホイール101に加えられた操舵トルクTをトルクセンサ109にて検出し、その検出トルクに応じて制御装置10が電動モータ110を駆動制御し、電動モータ110の発生トルクをピニオンシャフト106に伝達する。これにより、電動モータ110の発生トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。
In the
次に、制御装置10について説明する。
制御装置10は、電動モータ110の制御を行う際の演算処理を行うCPU11と、CPU11にて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROM12と、CPU11の作業用メモリ等として用いられるRAM13と、後述するオフセット値が記憶されるEEPROM(Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)14と、を備えている。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Td(図2参照)と、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。
図2は、ステアリング装置100の制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出手段の一例としての目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部30とを有している。
Next, the
The
In the
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
The
次に、目標電流算出部20について詳述する。
図3は、目標電流算出部20の概略構成図である。
目標電流算出部20は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部22と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部23とを備えている。また、目標電流算出部20は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部25を備えている。さらに、目標電流算出部20は、トルク信号Tdの位相補償を行う位相補償部26を備えている。
Next, the target
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the target
The target
なお、目標電流算出部20には、トルク信号Tdと、車速信号vと、後述するモータ角速度算出部37が算出した角速度を基に算出された電動モータ110の回転速度Nmが出力信号に変換された回転速度信号Nmsとが入力される。
なお、制御装置10には、車速センサ170、トルクセンサ109などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないA/D変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部20に取り込んでいる。
The target
Since signals from the
ベース電流算出部21は、位相補償部26にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Imbを出力する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROM12に記憶しておいた、トルク信号Tsおよび車速信号vとベース電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Tsおよび車速信号vを代入することによりベース電流を算出する。
The base
イナーシャ補償電流算出部22は、トルク信号Tdと車速信号vとに基づいて電動モータ110およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Isを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部22は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROM12に記憶しておいた、トルク信号Tdおよび車速信号vとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Tdおよび車速信号vを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。
The inertia compensation
ダンパー補償電流算出部23は、トルク信号Tdと、車速信号vと、電動モータ110の回転速度信号Nmsとに基づいて、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Idを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部23は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROM12に記憶しておいた、トルク信号Td、車速信号vおよび回転速度信号Nmsと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Tdと車速信号vと回転速度信号Nmsとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。
The damper compensation
目標電流決定部25は、ベース電流算出部21から出力されたベース電流信号Imb、イナーシャ補償電流算出部22から出力されたイナーシャ補償電流信号Isおよびダンパー補償電流算出部23から出力されたダンパー補償電流信号Idに基づいて、d−q座標系のq軸目標電流Iqcを算出するq軸目標電流算出部251を有している。また、目標電流決定部25は、q軸目標電流算出部251が算出したq軸目標電流Iqcと、電動モータ110の角速度とに基づいてd−q座標系のd軸目標電流Idcを算出する界磁電流算出部252を有している。q軸目標電流算出部251は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しROM12に記憶しておいた、補償電流とq軸目標電流Iqcとの対応を示すマップに代入することにより、q軸目標電流Iqcを算出する。
そして、目標電流決定部25は、q軸目標電流算出部251が算出したq軸目標電流Iqcの情報を含む信号と、界磁電流算出部252が算出したd軸目標電流Iqcの情報を含む信号と、を制御部30へ出力する。
The target
The target
次に、制御部30について詳述する。
図4は、制御部30の概略構成図である。
制御部30は、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動手段の一例としてのモータ駆動部32と、を有している。また、制御部30は、電動モータ110に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部33と、このモータ電流検出部33によって検出された電流のオフセットを補正するオフセット補正部34と、オフセット補正部34にて補正された3相交流電流をd−q座標系の電流に変換する3相2軸変換部35と、を有している。また、制御部30は、電動モータ110の回転角度(以下、「モータ角度θ」と称する場合もある。)を算出するモータ角度算出部36と、モータ角度算出部36で算出されたモータ角度θに基づいて電動モータ110の角速度(以下、「モータ角速度」と称する場合もある。)を算出するモータ角速度算出部37と、を有している。
Next, the
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
The
モータ駆動制御部31、モータ駆動部32およびオフセット補正部34は、後で詳述する。
モータ電流検出部33は、電動モータ110のU相に実際に流れる電流であるU相実電流を検出するためのU相電流検出部と、電動モータ110のW相に実際に流れる電流であるW相実電流を検出するためのW相電流検出部と、を有している。U相電流検出部およびW相電流検出部は、それぞれ電動モータ110のU相、W相に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧から、各相に流れるモータ電流を電圧信号として検出し、検出した電圧信号を、周知のオペアンプにて増幅して出力する回路である。このように、モータ電流検出部33は、電動モータ110へ実際に供給される実電流に応じた値を出力する出力手段の一例である。
The motor
The motor current detection unit 33 detects a U phase actual current that is a current that actually flows in the U phase of the
3相2軸変換部35には、モータ電流検出部33にて検出されたU相検出電流Iua,W相検出電流Iwaがオフセット補正部34にて補正されたU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´、およびモータ角度算出部36にて算出されたモータ角度θが入力される。そして、3相2軸変換部35は、下記式(1)および式(2)に従って、U相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´をd−q座標系の値であるd軸検出電流Idaとq軸検出電流Iqaとに変換し、変換したd軸検出電流Ida,q軸検出電流Iqaを出力する。d−q座標系は、電動モータ110のロータ(永久磁石)と同期して回転するd軸およびq軸からなる回転直交座標系であり、d軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、q軸は、モータMが発生するトルクの方向に沿った軸である。
The three-phase two-
モータ角度算出部36は、電動モータ110に設けられたレゾルバの出力信号に基づいてモータ角度θを算出する。このモータ角度θは、電動モータ110のU相電機子巻線の位置を基準とするロータ(界磁)の角度である。モータ角速度算出部37は、モータ角度算出部36で算出されたモータ角度θに基づいてモータ角速度を算出する。
The motor
次に、モータ駆動制御部31およびモータ駆動部32について詳述する。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20の目標電流決定部25にて算出されたd軸目標電流Idcから、3相2軸変換部35にて算出されたd軸検出電流Idaを減算するd軸減算部41dと、目標電流決定部25にて算出されたq軸目標電流Iqcから、3相2軸変換部35にて算出されたq軸検出電流Iqaを減算するq軸減算部41qとを有している。
Next, the motor
The motor
また、モータ駆動制御部31は、d軸減算部41dにて算出された偏差(Idc−Ida)に基づいてd軸目標電流Idcとd軸検出電流Idaとが一致するようにPI(比例積分)制御を行い、d軸目標電圧Vdcを算出するd軸PI制御部42dと、q軸減算部41qにて算出された偏差(Iqc−Iqa)に基づいてq軸目標電流Iqcとq軸検出電流Iqaとが一致するようにPI(比例積分)制御を行い、q軸目標電圧Vqcを算出するq軸PI制御部42qと、を有している。
Further, the motor
また、モータ駆動制御部31は、d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qにて算出されたd軸目標電圧Vdc,q軸目標電圧Vqcを、三相交流座標系のU相目標電圧VucとW相目標電圧Vwcとに変換する2軸3相変換部51と、2軸3相変換部51にて変換されたU相目標電圧VucとW相目標電圧VwcとからV相目標電圧Vvcを算出するV相目標電圧算出部52とを有している。2軸3相変換部51は、下記式(3),式(4)に従って、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcに変換する。V相目標電圧算出部52は、零からU相目標電圧VucおよびW相目標電圧Vwcを減算することによりV相目標電圧Vvcを算出する(Vvc=−(Vuc+Vwc))。
Further, the motor
モータ駆動制御部31は、さらに、2軸3相変換部51およびV相目標電圧算出部52にて算出されたU相目標電圧Vuc,V相目標電圧Vvc,W相目標電圧Vwcに基づいて電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成し、生成したPWM信号を出力するPWM信号生成部60を有している。
The motor
次に、モータ駆動部32について詳述する。
モータ駆動部32は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)を備え、6個の内の3個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の3個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。そして、6個の中から選択した2個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ110の駆動を制御する。
Next, the
The
<第1の実施形態>
次に、オフセット補正部34について詳述する。
図5は、第1の実施形態に係るオフセット補正部34の概略構成図である。
オフセット補正部34は、図5に示すように、モータ電流検出部33(図4参照)からの出力値のオフセットを補正するのに用いるオフセット補正値(以下では、U相検出電流に対するオフセット補正値をIuo、W相検出電流に対するオフセット補正値をIwoとする。)の補正を行う補正値補正手段の一例としての補正値補正部341と、このオフセット補正値Iuo,Iwoを記憶する補正値記憶部342とを備えている。補正値補正部341については後で詳述する。補正値記憶部342は、上述したEEPROM14の一部の領域を用いて構成される。なお、制御装置10がフラッシュメモリを有している場合には、このフラッシュメモリの一部の領域を用いて構成されていてもよい。
<First Embodiment>
Next, the offset
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the offset
As shown in FIG. 5, the offset
また、オフセット補正部34は、補正値記憶部342に記憶されたオフセット補正値Iuo,Iwoを用いてモータ電流検出部33からの出力値のオフセット値を補正することによりU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´を算出する補正電流算出部343を備えている。補正電流算出部343は、モータ電流検出部33からの出力値からオフセット補正値Iuo,Iwoを減じた値に、予め定められた係数を乗じることにより、U相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´を算出する。このように、補正電流算出部343は、モータ電流検出部33からの出力値のオフセットを予め記憶されたオフセット補正値Iuo,Iwoを用いて補正し実電流を算出する実電流算出手段の一例である。
Further, the offset
そして、オフセット補正部34が算出したU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´が、電動モータ110のU相およびW相に実際に流れるU相実電流,W相実電流を検出した値となる。
しかしながら、モータ電流検出部33の温度特性などに起因して、補正電流算出部343が用いるオフセット補正値Iuo,Iwoが適切な値からずれると、オフセット補正部34が算出したU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´とU相実電流,W相実電流との間に、いわゆるオフセット誤差が生じ、電動モータ110の目標電流と実電流との間に差異が生じるおそれがある。そして、本実施の形態に係る電動モータ110は3相ブラシレスモータであることから、この目標電流と実電流との差異がリップル状の差異となる。
The U-phase correction current Iua ′ and the W-phase correction current Iwa ′ calculated by the offset
However, if the offset correction values Iuo and Iwo used by the correction
図6(a)は、電動モータ110の3相に実際に流れた電流を例示する図である。図6(b)は、図6(a)のように流れた電流がモータ電流検出部33にて検出され、オフセット誤差が発生している状態で、オフセット補正部34にて算出された電流を示す図である。図6(c)は、3相2軸変換部35が図6(b)のようにオフセット補正部34にて算出された電流をd軸検出電流Ida,q軸検出電流Iqaに変換した電流を示す図である。なお、図6(b)におけるV相の電流は、参考までに図6(a)と同じ曲線を示している。
FIG. 6A is a diagram illustrating current actually flowing in the three phases of the
実際には電動モータ110の各相に図6(a)に示すような電流が流れていたとしても、オフセット誤差により、オフセット補正部34にて算出されたU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´が図6(b)に示すように図6(a)に示したU相実電流,W相実電流とずれる。さらに、3相2軸変換部35から出力されるd軸検出電流Idaおよびq軸検出電流Iqaと、実際の電動モータ110のd軸電流およびq軸電流との間に差異が生じ、図6(c)に示すように、モータ電気角1次の電流ニップルが発生する。
Actually, even if a current as shown in FIG. 6A flows in each phase of the
また、図7(a)は、電動モータ110の3相に実際に流れた電流を例示する図である。図7(b)は、図7(a)のように流れた電流がモータ電流検出部33にて検出され、オフセット誤差が発生している状態で、オフセット補正部34にて算出された電流を示す図である。なお、図7(b)におけるV相の電流は、参考までに図7(a)と同じ曲線を示している。
実際には電動モータ110の各相に、オフセット誤差の影響により図7(a)に示すようなオフセットが生じた電流が流れていたとしても、オフセット誤差により、オフセット補正部34にて算出されたU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´には図7(b)に示すようにオフセットが生じていない値となる。
FIG. 7A is a diagram illustrating current actually flowing through the three phases of the
Actually, even if a current having an offset as shown in FIG. 7A flows in each phase of the
3相2軸変換部35から出力されたd軸検出電流Idaおよびq軸検出電流Iqaは、それぞれd軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qにてPI制御が行われて、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcが出力される。
図8は、d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qから出力されたd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcを例示する図である。図8(a)は、オフセット補正部34にて算出した値にオフセット誤差が生じていない場合の、つまりオフセット補正部34にて算出されたU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´が図6(a)に示す値である場合の、d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qから出力されたd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcである。図8(b)は、オフセット補正部34にて算出した値にオフセット誤差が生じている場合の、つまりオフセット補正部34にて算出されたU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´が図6(b)に示す値である場合の、d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qから出力されたd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcである。
d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qからの出力電圧で見ると、d軸検出電流Ida,q軸検出電流Iqaにオフセット誤差が生じていない場合は、図8(a)に示すように、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcはフラットな値となる。これに対して、d軸検出電流Ida,q軸検出電流Iqaにオフセット誤差が生じている場合は、PI制御によりリップルは抑制されるが、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcには、図8(b)に示すように、オフセット誤差に応じたリップルが発生する。
The d-axis detection current Ida and the q-axis detection current Iqa output from the three-phase two-
FIG. 8 is a diagram illustrating the d-axis target voltage Vdc and the q-axis target voltage Vqc output from the d-axis
As seen from the output voltages from the d-axis
d軸PI制御部42dおよびq軸PI制御部42qからの出力値であるd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcは、2軸3相変換部51にて変換されて、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcが出力される。
図9は、2軸3相変換部51にて変換したU相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcを例示する図である。図9(a)は、図8(a)に示したようにフラットな値であるd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcを、2軸3相変換部51にて変換したU相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcを示す図である。図9(b)は、図8(b)に示したようにリップルが発生しているd軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcを、2軸3相変換部51にて変換したU相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcを示す図である。
2軸3相変換部51からの出力値であるU相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcで見ると、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcがフラットな値である場合には、U相目標電圧VucおよびW相目標電圧Vwcにはオフセットが生じない。つまり、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcの最大値および最小値は同じ値となる。これに対して、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcが図8(b)に示したようにリップルが発生している場合には、図9(b)に示すように、U相目標電圧VucおよびW相目標電圧Vwcにオフセットが生じる。つまり、d軸目標電圧Vdcおよびq軸目標電圧Vqcの最大値および最小値は異なる値となる。
The d-axis target voltage Vdc and the q-axis target voltage Vqc, which are output values from the d-axis
FIG. 9 is a diagram illustrating the U-phase target voltage Vuc and the W-phase target voltage Vwc converted by the two-axis three-
When viewed from the U-phase target voltage Vuc and the W-phase target voltage Vwc, which are output values from the biaxial three-
そして、図9(b)に示すようにオフセットが生じた、U相目標電圧VucおよびW相目標電圧Vwcに基づいて、PWM信号生成部60がPWM信号を生成し、生成されたPWM信号に基づいてモータ駆動部32が電動モータ110の駆動を制御してしまうと、電動モータ110に目標電流が供給されず、操舵フィーリングの悪化、音、振動の発生の要因となるおそれがある。そこで、本実施形態に係るオフセット補正部34においては、補正値補正部341にて状況に応じた最適なオフセット補正値Iuo,Iwoを算出し、補正することによりかかる事象を抑制する。
Then, based on the U-phase target voltage Vuc and the W-phase target voltage Vwc in which an offset occurs as shown in FIG. 9B, the PWM
以下に、補正値補正部341について詳述する。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、2軸3相変換部51からの出力値であるU相目標電圧Vuc,W相目標電圧Vwcの振幅,オフセット量、およびオフセット補正値Iuo,Iwoとの間に関連性があることを見出した。すなわち、オフセット補正部34におけるオフセット誤差の影響が、U相目標電圧Vuc,W相目標電圧Vwcのオフセット量として現れることを見出した。このことは、図6(a),図6(b)および図9(b)に示す通りである。
そこで、本実施形態に係る補正値補正部341においては、かかる事項を考慮して、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwc、d軸目標電流Idcおよびq軸目標電流Iqcに基づいて、オフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出して、算出したオフセット補正値の補正値ΔIuo,ΔIwoに基づいて新たなオフセット補正値Iuo,Iwoを算出し、補正値記憶部342に記憶する。
Hereinafter, the correction
As a result of intensive studies, the present inventors have determined the amplitude, offset amount, and offset correction values Iuo and Iwo of the U-phase target voltage Vuc and the W-phase target voltage Vwc, which are output values from the biaxial three-
Therefore, in the correction
補正値補正部341は、目標電流算出部20の目標電流決定部25にて算出されたd軸目標電流Idc,q軸目標電流Iqcを、3相交流座標系のU相目標電流IucとW相目標電流Iwcとに変換する2軸3相変換部341a(図5参照)と、2軸3相変換部341aからの出力値に基づいてオフセット補正値Iuo,Iwoを算出する補正値算出部341bとを備えている。2軸3相変換部341aは、下記式(5)および式(6)に従って、U相目標電流Iuc,W相目標電流Iwcに変換する。
The correction
補正値算出部341bは、最適なオフセット補正値Iuoを算出するのに好ましい条件が成立したときの電動モータ110の電気角1回転分における、U相目標電圧Vucの振幅,オフセット量と、U相目標電流Iucの振幅と、下記式(7)に基づいてU相検出電流Iuaのオフセット補正値Iuoの補正値ΔIuoを算出する。そして、これまでのオフセット補正値Iuoに、算出した補正値ΔIuoを加算することで、新たなオフセット補正値Iuoを算出する。(Iuo←Iuo+ΔIuo)
The correction
Iucp=Iucmax−Iucmin、
Vucp=Vucmax−Vucmin、
である。
また、Vucoは、電動モータ110の電気角1回転分における、U相目標電圧Vucのオフセット量であり、Vuco=(Vucmax+Vucmin)/2である。
Iucp = Iucmax-Iuccmin,
Vucp = Vucmax−Vuccmin,
It is.
Further, Vuco is an offset amount of the U-phase target voltage Vuc for one electrical angle rotation of the
また、補正値算出部341bは、最適なオフセット補正値Iwoを算出するのに好ましい条件が成立したときの電動モータ110の電気角1回転分における、W相目標電圧Vwcの振幅およびオフセット量と、W相目標電流Iwcの振幅と、下記式(8)に基づいてW相検出電流のオフセット補正値Iwoの補正値ΔIwoを算出する。そして、これまでのオフセット補正値Iwoに、算出した補正値ΔIwoを加算することで、新たなオフセット補正値Iwoを算出する。(Iwo←Iwo+ΔIwo)
Further, the correction
Iwcp=Iwcmax−Iwcmin、
Vwcp=Vwcmax−Vwcmin、
である。
また、Vwcoは、電動モータ110の電気角1回転分における、W相目標電圧Vwcのオフセット量であり、Vwco=(Vwcmax+Vwcmin)/2である。
Iwcp = Iwcmax−Iwcmin,
Vwcp = Vwcmax−Vwcmin,
It is.
Vwco is an offset amount of the W-phase target voltage Vwc for one electrical angle rotation of the
最適なオフセット補正値Iuo,Iwoを算出するのに好ましい条件としては、以下に述べる目標電流に関する条件と電動モータ110の角速度に関する条件とが考えられる。目標電流に関する条件は、予め定められた期間におけるq軸目標電流Iqcの平均値が予め定められた値以上であるとともにその期間の変動幅が予め定められた値以下であり、かつd軸目標電流Idcが零であることを例示することができる。かかる場合には、電動モータ110の駆動が安定していると考えられるからである。また、電動モータ110の角速度に関する条件は、予め定められた期間におけるモータ角速度の平均値が予め定められた値以下であるとともにその期間の変動幅が予め定められた値以下であることを例示することができる。かかる場合には、電動モータ110の駆動が安定していると考えられるからである。
As preferable conditions for calculating the optimum offset correction values Iuo and Iwo, there can be considered a condition relating to a target current described below and a condition relating to the angular velocity of the
そして、補正値算出部341bは、以下に述べる手順でオフセット補正値Iuo,Iwoを算出する。
図10は、補正値算出部341bが行うオフセット補正値算出処理の手順を示すフローチャートである。補正値算出部341bは、定期的に、例えば2ms毎にこのオフセット補正値算出処理を実行する。
補正値算出部341bは、先ず、d軸目標電流Idc、q軸目標電流Iqcおよびモータ角速度を取得する(ステップ1001)。その後、目標電流条件が成立しているか否かを判別する(ステップ1002)。これは、上述した目標電流に関する条件が成立しているか否か判別する処理であり、例えば、現時点より100ms前から現時点まで期間におけるq軸目標電流Iqcの平均値および最大値,最小値を算出し、算出した平均値が予め定められた値以上であるとともに最大値と最小値との偏差が予め定められた値以下であり、かつd軸目標電流Idcが零であるか否かを判別する処理である。
Then, the correction
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of offset correction value calculation processing performed by the correction
First, the correction
そして、目標電流に関する条件が成立している場合(ステップ1002でYes)、モータ角速度条件が成立しているか否かを判別する(ステップ1003)。これは、上述した電動モータ110の角速度に関する条件が成立しているか否かを判別する処理であり、例えば、現時点より100ms前から現時点まで期間におけるモータ角速度の平均値および最大値,最小値を算出し、算出した平均値が予め定められた値以下であり、かつ最大値と最小値との偏差が予め定められた値以下であるか否かを判別する処理である。
If the condition regarding the target current is satisfied (Yes in Step 1002), it is determined whether or not the motor angular velocity condition is satisfied (Step 1003). This is a process for determining whether or not the above-described conditions regarding the angular velocity of the
そして、モータ角速度条件が成立している場合(ステップ1003でYes)、オフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出するのに用いる補正値算出用データである、U相目標電流Iuc、W相目標電流Iwc、U相目標電圧VucおよびW相目標電圧Vwcを取得する(ステップ1004)。その後、ステップ1004の補正値算出用データの取得を、電動モータ110の電気角1回転分完了したか否かを判別する(ステップ1005)。これは、目標電流条件およびモータ角速度条件が成立して最初に補正値算出用データを取得した時点から、これらの目標電流条件およびモータ角速度条件が成立したまま電動モータ110の電気角が1回転したか否かを判別する処理であり、モータ角度算出部36の出力値に基づいて判別する。
If the motor angular velocity condition is satisfied (Yes in step 1003), the U-phase target current Iuc, which is correction value calculation data used to calculate the correction values ΔIuo and ΔIwo of the offset correction values Iuo and Iwo, W phase target current Iwc, U phase target voltage Vuc and W phase target voltage Vwc are acquired (step 1004). Thereafter, it is determined whether or not the acquisition of the correction value calculation data in
そして、電動モータ110の電気角1回転分完了した場合(ステップ1005でYes)、オフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出する(ステップ1006)。これは、電気角1回転分間にステップ1004にて取得した各補正値算出用データに基づいて、U相目標電圧Vucの振幅およびオフセット量と、U相目標電流Iucの振幅を算出し、算出した値を式(7)に代入することにより算出する処理である。また、電気角1回転分間にステップ1004にて取得した各補正値算出用データに基づいて、W相目標電圧Vwcの振幅およびオフセット量と、W相目標電流Iwcの振幅を算出し、算出した値を式(8)に代入することにより算出する処理である。例えば、ステップ1004において取得した各補正値算出用データの最大値と最小値を記憶領域に記憶する、いわゆるピークホールドを行う場合には、上述した式にその最大値と最小値を代入してIucp,Vucp,Iwcp,Vwcp,Vuco,Vwcoを算出する。
その後、これまでのオフセット補正値Iuo,Iwoに、ステップ1006にて算出した補正値ΔIuo,ΔIwoを加算することにより、新たなオフセット補正値Iuo,Iwoを算出する。(Iuo←Iuo+ΔIuo,Iwo←Iwo+ΔIwo)(ステップ1007)。
If the
Then, new offset correction values Iuo and Iwo are calculated by adding the correction values ΔIuo and ΔIwo calculated in step 1006 to the previous offset correction values Iuo and Iwo. (Iuo ← Iuo + ΔIuo, Iwo ← Iwo + ΔIwo) (step 1007).
一方、目標電流に関する条件が成立していない場合(ステップ1002でNo)、またはモータ角速度条件が成立していない場合(ステップ1003でNo)、補正値算出用データを初期化する(ステップ1008)。つまり、電動モータ110の電気角1回転分の補正値算出用データの取得が完了しない間に、目標電流条件あるいはモータ角速度条件のいずれかが成立しなくなった場合にはこれまでのフローにおけるステップ1004にて取得して記憶した補正値算出用データを消去する処理である。
補正値算出部341bは、このようにしてオフセット補正値Iuo,Iwoを算出し、補正(更新)する。そして、補正電流算出部343は、補正(更新)されたオフセット補正値Iuo,Iwoを用いてモータ電流検出部33からの出力値のオフセット値を補正することによりU相補正電流Iua´,W相補正電流Iwa´を算出する。
On the other hand, if the condition regarding the target current is not satisfied (No in Step 1002), or if the motor angular velocity condition is not satisfied (No in Step 1003), the correction value calculation data is initialized (Step 1008). In other words, if either the target current condition or the motor angular speed condition is not satisfied while the acquisition of correction value calculation data for one electrical angle of the
The correction
本実施の形態に係るオフセット補正部34は、以上説明したように、ステアリングホイール101の操作を補助するために電動モータ110の駆動を制御するのに用いられる、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwc、U相目標電流IucおよびW相目標電流Iwcに基づいて、オフセット補正値Iuo,Iwoを算出し、更新する。それゆえ、ステアリングホイール101の操作を補助するために電動モータ110を駆動制御しつつオフセット補正値Iuo,Iwoを最適な値にすることができる。したがって、例えば、強制的に、ステアリングホイール101の操作を補助するための電動モータ110の駆動を停止して、オフセット補正値を補正するための電圧を電動モータ110に供給することにより、オフセット補正値を補正するのと比べると、より長期間にわたってステアリングホイール101の操作を補助することができる。つまり、ステアリング装置の制御不感帯を減らすことができ、操舵フィーリングを向上させることができる。また、ヨーレイトセンサや舵角センサを使用した付加制御機能との両立が可能となる。
As described above, the offset
なお、オフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出するにあたって、電動モータ110の誘起電圧Vueを考慮してもよい。つまり、ステップ1005における電動モータ110の電気角1回転分におけるモータ角速度の平均値Mspdと誘起電圧定数Keとを乗算することにより誘起電圧Vueを算出する(Vue=Mspd×Ke)。そして、上述した式(7)の代わりに以下の式(9)を用いてオフセット補正値Iuoを算出し、上述した式(8)の代わりに以下の式(10)を用いてオフセット補正値Iwoを算出するとよい。
Note that the induced voltage Vue of the
<第2の実施形態>
図11は、第2の実施形態に係るオフセット補正部34の概略構成を示す図である。
以下では、第1の実施形態との差異点について述べ、同じ構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第2の実施形態に係る補正値補正部341は、電動モータ110の相間抵抗RMを用いてオフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出する点に特徴がある。
つまり、上述した式(7)の代わりに以下の式(11)を用いてオフセット補正値Iuoの補正値ΔIuoを算出し、上述した式(8)の代わりに以下の式(12)を用いてオフセット補正値Iwoの補正値ΔIwoを算出する。
ΔIuo=Vuco/RM・・・(11)
ΔIwo=Vwco/RM・・・(12)
<Second Embodiment>
FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of the offset
Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
The correction
That is, the correction value ΔIuo of the offset correction value Iuo is calculated using the following equation (11) instead of the above equation (7), and the following equation (12) is used instead of the above equation (8). A correction value ΔIwo of the offset correction value Iwo is calculated.
ΔIuo = Vuco / RM (11)
ΔIwo = Vwco / RM (12)
このように構成された第2の実施形態に係るオフセット補正部34においても、ステアリングホイール101の操作を補助するために電動モータ110の駆動を制御するのに用いられる、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcに基づいて、オフセット補正値Iuo,Iwoを算出し、更新する。それゆえ、ステアリングホイール101の操作を補助するために電動モータ110を駆動制御しつつオフセット補正値Iuo,Iwoを最適な値にすることができる。したがって、例えば、強制的に、ステアリングホイール101の操作を補助するための電動モータ110の駆動を停止して、オフセット補正値を補正するための電圧を電動モータ110に供給することにより、オフセット補正値を補正するのと比べると、より長期間にわたってステアリングホイール101の操作を補助することができる。つまり、ステアリング装置の制御不感帯を減らすことができ、操舵フィーリングを向上させることができる。また、ヨーレイトセンサや舵角センサを使用した付加制御機能との両立が可能となる。
Also in the offset
なお、このように、第2の実施形態に係る補正値補正部341は、U相目標電圧Vuc、W相目標電圧Vwcおよび相間抵抗RMを用いてオフセット補正値Iuo,Iwoの補正値ΔIuo,ΔIwoを算出するので、三相交流座標系の目標電流であるU相目標電流IucとW相目標電流Iwcを用いない。それゆえ、第2の実施形態に係る補正値補正部341は、2軸3相変換部341aを備えていなくてもよい。
As described above, the correction
10…制御装置、20…目標電流算出部、25…目標電流決定部、30…制御部、31…モータ駆動制御部、32…モータ駆動部、33…モータ電流検出部、34…オフセット補正部、100…電動パワーステアリング装置、101…ステアリングホイール(ハンドル)、110…電動モータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、
前記電動モータへ実際に供給される実電流に応じた値を出力する出力手段と、
前記出力手段からの出力値のオフセットを予め記憶されたオフセット補正値を用いて補正し前記実電流を算出する実電流算出手段と、
前記目標電流算出手段が算出した目標電流と前記実電流算出手段が算出した実電流とに基づいて前記電動モータに印加する目標電圧を算出する電圧算出手段と、
前記電圧算出手段が算出した目標電圧を前記電動モータに印加して当該電動モータを駆動するモータ駆動手段と、
前記電圧算出手段が算出した目標電圧に基づいて前記オフセット補正値を補正する補正値補正手段と、
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。 An electric motor that gives steering assist force to the steering wheel;
Target current calculation means for calculating a target current to be supplied to the electric motor;
Output means for outputting a value corresponding to the actual current actually supplied to the electric motor;
An actual current calculating means for correcting the offset of the output value from the output means by using an offset correction value stored in advance and calculating the actual current;
Voltage calculating means for calculating a target voltage to be applied to the electric motor based on the target current calculated by the target current calculating means and the actual current calculated by the actual current calculating means;
Motor driving means for driving the electric motor by applying the target voltage calculated by the voltage calculating means to the electric motor;
Correction value correction means for correcting the offset correction value based on the target voltage calculated by the voltage calculation means;
An electric power steering apparatus comprising:
前記目標電流算出手段は、d−q座標系のd軸目標電流およびq軸目標電流を算出し、
前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した3相交流座標系の目標電圧と、前記目標電流算出手段が算出したd軸目標電流およびq軸目標電流を3相交流座標系の電流に変換した目標電流と、に基づいて前記オフセット補正値を補正することを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 The electric motor is a three-phase brushless motor,
The target current calculation means calculates a d-axis target current and a q-axis target current in a dq coordinate system,
The correction value correction means converts the target voltage of the three-phase AC coordinate system calculated by the voltage calculation means, the d-axis target current and the q-axis target current calculated by the target current calculation means into currents of the three-phase AC coordinate system. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the offset correction value is corrected based on the converted target current.
前記補正値補正手段は、前記電圧算出手段が算出した目標電圧と、前記電動モータの相間抵抗とに基づいて前記オフセット補正値を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。 The electric motor is a three-phase brushless motor,
2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the correction value correction unit corrects the offset correction value based on a target voltage calculated by the voltage calculation unit and an interphase resistance of the electric motor. .
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