JP5817418B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
ω=(Vm−R×Im)/Ke …(A)
外乱オブザーバにより算出された推定誘起電圧は演算誤差を含む。すなわち、外乱オブザーバにより算出する推定誘起電圧は、演算毎に、演算誤差の最大値から最小値までの範囲でばらつく。外乱オブザーバによりモータの推定誘起電圧を算出する場合、モータの電流が大きいときとモータの電流が小さいときとを比べると、前者の場合は後者の場合よりも、推定誘起電圧の最大演算誤差が大きい。この結果、モータの運転状態が同じにあっても、判定結果が異なる。
図1〜図8を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2の回転を転舵輪3に伝達する操舵角伝達機構10と、ステアリングホイール2の操作を補助するための力(以下、「アシスト力」)を操舵角伝達機構10に付与するEPSアクチュエータ20と、EPSアクチュエータ20を制御する電子制御装置30とを備える。さらに、電動パワーステアリング装置1には、これら装置の動作状態を検出する複数のセンサが設けられている。
トルクセンサ31の出力信号SAに基づいて、ステアリングホイール2の操作にともないステアリングシャフト11に入力されたトルクの大きさに相当する演算値(以下、「操舵トルクτ」)を算出する。車速センサ32の出力信号SBに基づいて、すなわち各後輪に対応して出力される出力信号SBに基づいて、車両の走行速度に相当する演算値(以下「車速V」)を算出する。
ωm=(Vm−Im×Rm)/Ke …(1)
・「Vm」は、モータ電圧Vmを示す。
・「Im」は、モータ電流Imを示す。
・「Rm」は、モータ抵抗Rmを示す。
・「Ke」は、モータ21の逆起電力定数Keを示す。
抵抗マップは、典型的なモータについて、モータ電流とモータ抵抗との関係を計測することにより作成されている。しかし、個々のモータ21の特性にばらつきがある。このため、特定のモータ21のモータ電流とモータ抵抗との関係は、記憶部に記憶されている抵抗マップとずれがある。このずれが大きいとき、上記抵抗マップを用いて算出されたモータ抵抗Rmは、実際のモータ抵抗の値から大きく乖離する。また、モータ抵抗は、長年の使用あるいは周囲温度等によっても、変化する。このため、仮に、実際のモータ21の特性が、典型的なモータと同じであったとしても、長年の使用により、実際のモータ21のモータ抵抗と、上記抵抗マップを用いて算出されたモータ抵抗Rmとが乖離することがある。したがって、抵抗マップにより求められるモータ抵抗Rmを実際のモータ抵抗と近い値にするためには、このような乖離を小さくするべく、抵抗マップを更新することが好ましい。
Rx=Vm/Im …(2)
モータ21が抵抗算出可能状態にあるか否かについては、外乱オブザーバにより算出される誘起電圧(以下、「推定誘起電圧EXa」)に基づいて、判定される。具体的には、推定誘起電圧EXaの絶対値が判定値VTA以下のとき、かつ、推定誘起電圧EXaの微分値ΔEXの絶対値が、電圧基準値VTB未満のとき、モータ21が抵抗算出可能状態にある旨判定する。この判定は、モータ回転角速度ωmが略「0」となるとき、誘起電圧EXが略「0」になること、および推定誘起電圧EXaの微分値ΔEXが略「0」になることに基づいている。
dξ/dt=(Gob/L)・{Vm+(Gob−Rm)・Im−ξ} …(3)
EXa=ξ−Gob・Im …(4)
・「ξ」は、中間変数を示す。
・「Gob」は、オブザーバゲイン(固定値)を示す。
・「EXa」は、推定誘起電圧を示す。
・「L」は、インダクタンスを示す。
dEXa/dt=
(Gob/L){Vm−(Rm+L・d/dt)Im−EXa} …(5)
ここで、ε=Vm−(Rm+L・d/dt)・Imとおき、式(5)を解くと次式が与えられる。
EXa={a/((dt)+a)}・ε …(6)
・「a」はGob/Lを示す。
・「(dt)」は微分演算子(d/dt)を示す。
dξ/dt={ξ(n)−ξ(n−1)}/Ts …(7)
・「Ts」は、推定誘起電圧EXaの演算の演算周期
・ξ(n)は、n周期目演算時の中間変数の値
・ξ(n−1)は、n−1周期目演算時の中間変数の値
式(7)を上記式(3)と式(4)に代入すれば式(8)と式(9)が導かれる。
ξ(n)=(1−Gob・Ts/L)・ξ(n−1)+
(Gob・Ts/L)・{Vm(n)+(Gob−Rm)・Im(n)} …(8)
EXa(n)=ξ(n−1)−Gob・Im(n) …(9)
・Vm(n)は、n周期目演算時のモータ電圧Vm
・Im(n)は、n周期目演算時のモータ電流Im
以上のようにして、外乱オブザーバにより推定誘起電圧EXaを算出する。そして、この推定誘起電圧EXaに基づいてモータ21が抵抗算出可能状態にあるか否かを判定し、そして、モータ21が抵抗算出可能状態にあるときには、抵抗マップを更新する。
ステップS210では、式(8)に基づいて、中間変数ξ(n)を算出する。ステップS220では、式(9)に基づいて、推定誘起電圧EXaを算出する。
ステップS310では、演算処理時のモータ電流Imおよび記憶部に記憶されている同演算処理時直前の数回分のモータ電流Imの平均値を算出し、平均モータ電流Iaveを算出する。
ステップS410では、判定値VTAの大きさを設定する。これは次の理由による。すなわち、誘起電圧EXは、モータ電流Imの大きさに依存する。このため、判定値VTAを一定値とすると、モータ21が抵抗算出可能状態にあるか否かを精確に判定することができない。そこで、判定値VTAは、当該判定時のモータ電流Imの大きさに応じた値に設定される。モータ電流Imと判定値VTAとの関係は予め設定され、この関係を示す判定マップは電子制御装置30の記憶部に記憶されている。
判定値VTAは、モータ電流Imの大きさと、外乱オブザーバによる推定誘起電圧EXaの最大演算誤差とを考慮して設定されている。具体的には、判定マップは、モータ電流Imが大きくなるにつれて大きな値をとる関数式として与えられる。
モータ21の抵抗算出可能状態は、モータ回転角速度ωmが所定値以下にあるものとして、精確に判定されることが好ましい。モータ回転角速度ωmが「0」のとき、誘起電圧EXは「0」となる。そこで、推定誘起電圧EXaの絶対値が「0」付近かつ「0」よりも大きい基準値(図6の破線参照)以下のとき、モータ回転角速度ωmが所定値以下にあるとみなすことができる。しかし、推定誘起電圧EXaを外乱オブザーバにより算出すると、推定誘起電圧EXaには演算誤差が含まれる。演算誤差は、インダクタンスLの変動や実モータ抵抗Rxの変動に基づいて発生する。このため、仮に実際の誘起電圧EXが同じ値に維持されているときでも、外乱オブザーバによる演算によれば、演算毎に、推定誘起電圧EXaは異なる値になる。このように、推定誘起電圧EXaには演算誤差が含まれるため、実際の誘起電圧EXが同じ大きさであっても、演算の都度、推定誘起電圧EXaおよび判定結果が異なる。
ステップS510では、モータ21が抵抗算出可能状態にあるか否かを判定する。モータ21が抵抗算出可能状態にある旨判定されているときは、次のステップに移行する。モータ21が抵抗算出可能状態にない旨判定されているとき、更新処理は終了する。
抵抗マップとして、関数「Rm=f(Im)」が与えられている。関数「Rm=f(Im)」は次のように設定されている。モータ電流Imが「0」のとき、モータ抵抗Rmは最大値Rmqとなる。モータ電流Imが「0」から所定値に至るまではモータ電流Imは大きくなるにつれてモータ抵抗Rmが所定割合で小さくなる。そして、モータ電流Imが所定値からさらに増大するにつれてモータ抵抗Rmの減少割合が小さくなり、モータ抵抗Rmが所定値Rmpに近づく。
(1)本実施形態では、推定誘起電圧EXaの絶対値が電流の大きさに応じて設定される判定値VTA以下のとき、モータ電流Imとモータ電圧Vmとに基づいて推定モータ抵抗Rmaを推定し、推定モータ抵抗Rmaに基づいて抵抗マップを更新する。
図9を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態の抵抗算出可否判定処理は、第1実施形態の構成に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、第1実施形態のステップS440では、モータ21が抵抗算出可否にあるか否かを判定するための判定条件のうちの第2条件として、推定誘起電圧EXaの微分値ΔEXの絶対値が電圧基準値VTB未満にあるか否かを条件としている。これに対して、本実施形態では、第2条件として、推定モータ抵抗Rmaの抵抗変動量Rmsが抵抗基準値RTA未満にあるか否かを条件としている。
図10〜図12を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態は、第1実施形態の構成に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、第1実施形態の抵抗マップ更新処理(図2)において、推定誘起電圧EXaに基づいて判定値VTAの更新を行う判定マップ更新処理を追加している。
抵抗マップ更新処理においては、図2のステップS150の処理を実行した後、ステップS160に移行する。ステップS160では、図11の判定マップ更新処理を実行し、抵抗マップ更新処理を一旦終了する。
電子制御装置30は、判定マップ更新処理として以下の各処理を行う。
ステップS710では、推定誘起電圧EXaの絶対値が判定値VTA未満か否かを判定する。具体的には、誘起電圧推定処理のステップS220(図3参照)において算出した推定誘起電圧EXaの絶対値が抵抗算出可否判定処理のステップS410(図5参照)において設定した判定値VTA未満か否かを判定する。推定誘起電圧EXaの絶対値が判定値VTA未満の旨判定したとき、ステップS720に移行する。一方、推定誘起電圧EXaの絶対値が判定値VTA以上の旨判定したとき、判定値VTAの更新を行わずに本処理を一旦終了する。
電子制御装置30は次の手順で判定マップを更新する。
図3の誘起電圧推定処理により算出した推定誘起電圧EXaの絶対値と、推定誘起電圧EXaを算出したときのモータ電流Imとに基づいて判定マップ上に点Pをプロットする。そして点Pが判定値VTA未満かつ下限判定値VTXよりも大きいとき、更新前の関数式(図12の一点鎖線)を、点Pおよび関数式のモータ電流Im軸の切片Xが通過する関数式(図12の実線)に更新する。このため、更新前の関数式の傾きよりも更新後の関数式の傾きが小さくなる。
初期設定の関数式において判定値VTAには最大演算誤差の相当分が含まれているため、実際のモータ21の状態が抵抗算出可能状態でないときにもモータ21が抵抗算出可能状態にある旨判定される頻度が高くなる。この場合、判定結果は実際のモータ21の状態を正確に反映していないため、モータ21の状態判定に関する精度が低下する。なお、判定値VTAに含まれる最大演算誤差の相当分は、モータ21の寸法公差を考慮して設定されている。
(6)本実施形態では、推定誘起電圧EXaの絶対値が判定値VTA未満のとき、推定誘起電圧EXaの絶対値に基づいてモータ電流Imに対する判定値VTAを小さくしている。このため、判定値VTA未満の推定誘起電圧EXaが算出される毎に判定値VTAを小さくすることができる。すなわち、判定値VTA未満の推定誘起電圧EXaが算出される毎に判定値VTAに含まれる最大演算誤差の相当分が小さくなる。これにより、モータ21の抵抗算出可能状態についての判定精度が向上する。
本発明の実施態様は上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
EXa=Vm−Rm×Im …(10)
なお、この場合も推定誘起電圧EXaの最大演算誤差はモータ電流Imに応じて変化するため、最大演算誤差とモータ電流Imとの関係に応じた判定マップが用いられる。
Claims (5)
- 操舵系にアシスト力を付与するモータを備える電動パワーステアリング装置において、
前記モータの電流と前記モータの電圧とに基づいて前記モータの誘起電圧を推定誘起電圧として算出し、
前記推定誘起電圧の時間変化量である誘起電圧変化量を算出し、
前記推定誘起電圧が前記モータの電流の大きさに応じて設定される判定値以下、かつ前記誘起電圧変化量が電圧基準値未満のとき、前記モータの抵抗マップを更新する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 操舵系にアシスト力を付与するモータを備える電動パワーステアリング装置において、
前記モータの電流と前記モータの電圧とに基づいて前記モータの誘起電圧を推定誘起電圧として算出し、
前記モータの抵抗の時間変化量を抵抗変化量として算出し、
前記推定誘起電圧が前記モータの電流の大きさに応じて設定される判定値以下、かつ前記抵抗変化量が抵抗基準値未満のとき、前記モータの抵抗マップを更新する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記推定誘起電圧を外乱要素とみなす外乱オブザーバを用いて前記推定誘起電圧を算出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項3に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記判定値は、前記外乱オブザーバの最大演算誤差を含む
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記推定誘起電圧が前記判定値未満のとき、この推定誘起電圧に基づいて前記判定値を小さくする
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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