JP5875931B2 - 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電動モータを備え、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が提案されている。
この電動パワーステアリング装置の電動モータの駆動は、制御装置にて制御される。制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、先ず、操舵トルクや車速などに応じて電動モータに供給する目標電流を設定する。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の制御装置は、トルクセンサからのトルク信号τと車速センサからの車速信号vとを入力し、これらの値に基づいて電流指令値を設定する。
In recent years, there has been proposed an electric power steering device that includes an electric motor in a steering system of a vehicle and assists a driver's steering force with the power of the electric motor.
The drive of the electric motor of this electric power steering device is controlled by a control device. In order to control the drive of the electric motor, the control device first sets a target current to be supplied to the electric motor according to the steering torque, the vehicle speed, and the like. For example, a control device for an electric power steering apparatus described in
電動モータが回転すると逆起電圧が生じることから、この逆起電圧に起因する電流の変動を考慮しないと、電動モータに実際に供給される電流が変動し、電動モータが振動するおそれがある。それゆえ、電動モータに供給する目標電流を決定するにあたっては、逆起電圧に起因する電流の変動を考慮することが望ましい。さらに、逆起電圧に起因する電流の変動を考慮する際には、電動モータの回転速度に比例して逆起電圧が大きくなることを考慮することが望ましい。
本発明は、逆起電圧に起因して電動モータに実際に供給される電流が変動し、電動モータが振動することをより精度高く抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
Since the counter electromotive voltage is generated when the electric motor rotates, the current actually supplied to the electric motor may fluctuate and the electric motor may vibrate unless the current fluctuation due to the counter electromotive voltage is taken into consideration. Therefore, in determining the target current to be supplied to the electric motor, it is desirable to take into account fluctuations in current caused by the counter electromotive voltage. Furthermore, it is desirable to consider that the back electromotive voltage increases in proportion to the rotation speed of the electric motor when considering fluctuations in current caused by the back electromotive voltage.
It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that can more accurately suppress the current actually supplied to the electric motor from being fluctuated due to the back electromotive voltage and causing the electric motor to vibrate. To do.
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、前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を決定する決定手段と、前記決定手段が決定した前記目標電流を、前記電動モータに発生する逆起電圧分の電流である補正電流を用いて補正する補正手段と、を備え、前記補正手段は、前記電動モータの回転速度に基づいて前記補正電流を調整し、前記補正手段は、前記決定手段が決定した前記目標電流を補正する補正値のベースとなるベース補正値を決定するベース補正値決定部と、前記電動モータの回転速度に基づいて当該ベース補正値決定部が決定した当該ベース補正値を調整する補正値調整係数を決定する調整係数決定部と、当該ベース補正値と当該補正値調整係数とを乗算することにより前記補正電流を決定する補正電流決定部とを有してい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, a determination unit that determines a target current to be supplied to the electric motor based on a steering torque of the steering wheel, and the determination unit includes: Correction means for correcting the determined target current using a correction current which is a current corresponding to a counter electromotive voltage generated in the electric motor, and the correction means is based on the rotation speed of the electric motor. A correction current is adjusted, and the correction means is based on a base correction value determination unit that determines a base correction value that is a base of a correction value for correcting the target current determined by the determination means, and a rotation speed of the electric motor. An adjustment coefficient determination unit that determines a correction value adjustment coefficient for adjusting the base correction value determined by the base correction value determination unit, the base correction value and the correction It is an electric power steering device according to claim which has a correction current determining unit configured to determine the correction current by multiplying the adjustment factor.
ここで、前記補正手段は、前記電動モータの回転速度が小さいほど前記補正電流を小さくするとよい。 Here, the correction means may decrease the correction current as the rotation speed of the electric motor decreases.
本発明によれば、逆起電圧に起因して電動モータに実際に供給される電流が変動し、電動モータが振動することをより精度高く抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress more accurately that the electric current actually supplied to an electric motor fluctuates due to a back electromotive voltage, and an electric motor vibrates.
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。ステアリングシャフト102と上部連結シャフト103とが自在継手103aを介して連結されており、上部連結シャフト103と下部連結シャフト108とが自在継手103bを介して連結されている。
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ステアリングホイール101の操舵トルクT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。電動モータ110に実際に流れる実電流の大きさおよび方向は、モータ電流検出部33(図4参照)にて検出される。
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電動モータ110を駆動し、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。
The
次に、制御装置10について説明する。
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、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
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。
そして、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ITFを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流ITF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
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
The
The
Then, 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にて算出された値に基づいて仮の目標電流ITAを決定する目標電流決定部25と、目標電流決定部25が決定した仮の目標電流ITAを、電動モータ110に生じる逆起電圧の影響を考慮して補正する補正部27とを備えている。
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、車速信号v、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、電動モータ110の電気角θが出力信号に変換された電気角信号θsなどが入力される。回転速度信号Nmsは、例えば3相ブラシレスモータである電動モータ110の回転子(ロータ)の回転位置を検出するセンサ(例えば、回転子の回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路)にて検出された電動モータ110の回転角度が微分されることにより得られた値が出力信号に変換されたものであることを例示することができる。また、電気角信号θsは、このセンサにて検出された電動モータ110の回転角度を極数で除算することにより得られた値が出力信号に変換されたものであることを例示することができる。
The target
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Ibを算出する。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ROM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Ibとの対応を示すマップに、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ROM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、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ROM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、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にて算出されたベース電流Ib、イナーシャ補償電流算出部22にて算出されたイナーシャ補償電流およびダンパー補償電流算出部23にて算出されたダンパー補償電流に基づいて仮の目標電流ITAを決定する。目標電流決定部25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ROMに記憶しておいた、補償電流と目標電流との対応を示すマップに代入することにより目標電流ITAを算出する。
補正部27は、後で詳述するが、目標電流決定部25が算出した目標電流ITAを補正し、補正後の値を最終的な目標電流である最終目標電流ITFと決定して、出力する。
The target
As will be described in detail later, the
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部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流ITFと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
Next, the
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
The
The motor
フィードバック制御部40は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流ITFとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差を求める偏差演算部41と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック(F/B)処理部42とを有している。
The
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流ITFと実電流Imとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号60aを出力する。
The feedback (F /
The PWM
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。
モータ電流検出部33は、モータ駆動部32に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
The
The motor current detection unit 33 detects the value of the actual current Im flowing through the
次に、目標電流算出部20の補正部27について説明する。
電動モータ110が回転駆動すると逆起電圧が発生するので、この逆起電圧により印加電圧の一部が相殺され、逆起電圧の分、電動モータ110に流れる電流が小さくなる。
図5は、電動モータ110に供給する目標電流ITFと、電動モータ110に実際に流れる実電流Imとの差を示す図である。図5(a)は目標電流ITFを、図5(b)は逆起電圧分の電流を、図5(c)は実電流Imを示している。
電動モータ110に発生する逆起電圧の影響により、電動モータ110には、図5(b)に示すような、電気角に応じた逆起電圧分の電流が流れようとする。それゆえ、電動モータ110に供給する目標電流ITFが、図5(a)に示すように、電動モータ110の電気角によらず一定であったとしても、逆起電圧分の電流の変動に応じて変動し、図5(c)に示すように変動する電流が流れる。
Next, the
Since the counter electromotive voltage is generated when the
FIG. 5 is a diagram illustrating a difference between the target current ITF supplied to the
Due to the influence of the counter electromotive voltage generated in the
そこで、本実施の形態に係る補正部27は、目標電流決定部25が決定した仮の目標電流ITAを、電動モータ110の逆起電圧を考慮して補正する。
そして、電動モータ110に発生する逆起電圧は電動モータ110の回転速度が高速になるのに比例して大きくなることに鑑み、電動モータ110の逆起電圧に基づく補正を電動モータ110の回転速度に応じて調整する。つまり、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAが同じであるとしても、電動モータ110の回転速度が低い場合には高い場合よりも、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAを補正する量を少なくする。
Therefore, the
In view of the fact that the counter electromotive voltage generated in the
以下に、補正部27についてより詳しく説明する。
補正部27は、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAに基づいて、この目標電流ITAを補正する補正電流の一例としての補正値のベースとなるベース補正値ΔIbを決定するベース補正値決定部271と、ベース補正値決定部271が決定したベース補正値ΔIbを調整する係数である補正値調整係数αを決定する調整係数決定部272と、を有している。また、補正部27は、ベース補正値決定部271が決定したベース補正値ΔIbと、調整係数決定部272が決定した補正値調整係数αとを乗算することにより最終的な補正値(補正電流)である最終補正値ΔIfを決定する最終補正値決定部273と、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAと最終補正値決定部273が決定した最終補正値ΔIfとを加算することにより最終的な目標電流である最終目標電流ITFを決定する最終目標電流決定部274と、を有している。
Hereinafter, the
Based on the target current ITA determined by the target
ベース補正値決定部271は、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAと電動モータ110の電気角度とに基づいて、逆起電圧の影響により低下する分の電流を補うように補正するための補正電流の一例としての補正値であるベース補正値ΔIb(ベース補正電流)を決定する。ベース補正値ΔIbは、例えば、逆起電圧の影響により低下する電流の値であって、この低下する電流に対して逆位相の電流の値である。
図6(a)は、逆起電圧分の電流が図5(b)に示す位相で変動すると仮定した場合のベース補正値ΔIbの位相を示す図である。
ベース補正値決定部271は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、目標電流ITAおよび電動モータ110の電気角度と、ベース補正値ΔIbとの対応を示すマップに、目標電流ITA(目標電流決定部25からの出力値)と電動モータ110の電気角度θとを代入することによりベース補正値ΔIbを算出する。
Based on the target current ITA determined by the target
FIG. 6A is a diagram illustrating the phase of the base correction value ΔIb when it is assumed that the current corresponding to the counter electromotive voltage fluctuates in the phase illustrated in FIG.
The base correction
図7は、電動モータ110の回転速度と補正値調整係数αとの相関関係を示す図である。
調整係数決定部272は、電動モータ110の回転速度に基づいて補正値調整係数αを決定する。調整係数決定部272は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、図7に示すような相対関係の、電動モータ110の回転速度と補正値調整係数αとの対応を示すマップに、電動モータ110の回転速度(回転速度信号Nms)を代入することにより補正値調整係数αを算出する。
FIG. 7 is a diagram showing a correlation between the rotation speed of the
The adjustment
補正値調整係数αは、図7に示すように、電動モータ110の回転速度がNm0であるときの値が1で、回転速度がNm0よりも低くなるのに応じて小さくなるように設定されている。
また、ベース補正値決定部271がベース補正値ΔIbを算出するのに用いるマップは、電動モータ110の回転速度がNm0であるときの、目標電流ITAおよび電動モータ110の電気角度θとベース補正値ΔIbとの相対関係に基づいて作成されている。
As shown in FIG. 7, the correction value adjustment coefficient α is set to 1 when the rotation speed of the
Further, the map used by the base correction
最終補正値決定部273は、ベース補正値決定部271が決定したベース補正値ΔIbと、調整係数決定部272が決定した補正値調整係数αとを乗算することにより得た値を最終的な補正値(補正電流)である最終補正値ΔIf(最終補正電流)を決定する(ΔIf=ΔIb×α)。これにより、最終補正値決定部273が決定する最終補正値ΔIfは、電動モータ110の回転速度に応じて調整される。
図6(b)は、ベース補正値ΔIbが図6(a)に示す位相で変動すると仮定した場合の最終補正値ΔIf(最終補正電流)の位相を例示する図である。
The final correction
FIG. 6B is a diagram illustrating the phase of the final correction value ΔIf (final correction current) when it is assumed that the base correction value ΔIb varies with the phase shown in FIG.
最終目標電流決定部274は、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAと最終補正値決定部273が決定した最終補正値ΔIfとを加算することにより得た値を最終目標電流ITFと決定する。
図6(c)は、最終補正値ΔIf(最終補正電流)が図6(b)に示す位相で変動すると仮定した場合の最終目標電流ITFの位相を例示する図である。
The final target
FIG. 6C is a diagram illustrating the phase of the final target current ITF when it is assumed that the final correction value ΔIf (final correction current) fluctuates in the phase shown in FIG.
以上のように構成されたステアリング装置100においては、目標電流算出部20が電動モータ110に供給する目標電流を決めるにあたって、補正部27が、逆起電圧の影響による電流変動に対して、逆起電圧分の電流と逆位相の電流を用いて補正するので、電動モータ110に供給される実電流が一定となり、電動モータ110の回転に依存する固有のモータ振動が抑制される。
In the
また、補正部27の調整係数決定部272は、電動モータ110の回転速度に応じた補正値調整係数αを決定するので、電動モータ110の逆起電圧の影響分の補正が電動モータ110の回転速度に応じて調整される。これにより、より精度高く電動モータ110の回転に依存する固有のモータ振動が抑制される。つまり、例えば、補正部27が、調整係数決定部272および最終補正値決定部273を備えておらず、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAとベース補正値決定部271が決定したベース補正値ΔIbとを加算することにより得た値を最終目標電流ITFと決定する構成である場合には、電動モータ110の回転速度がNm0であるときの逆起電圧分の電流が補正されることとなる。かかる場合、もし電動モータ110の回転速度がNm0よりも小さいときには、逆起電圧の影響により低下する電流を補正するには過剰な電流量が加算されてしまうこととなるので、かえってその分の電流変動が生じてしまう。これに対して、本実施の形態に係る補正部27においては、調整係数決定部272および最終補正値決定部273が、電動モータ110の回転速度に応じて、目標電流決定部25が決定した目標電流ITAを補正するためのベース補正値ΔIbを調整するので、逆起電圧に起因する電流変動をより精度高く抑制することができ、より精度高くモータ振動を低減することができる。
Further, since the adjustment
10…制御装置、20…目標電流算出部、25…目標電流決定部、27…補正部、30…制御部、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)、109…トルクセンサ、110…電動モータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を決定する決定手段と、
前記決定手段が決定した前記目標電流を、前記電動モータに発生する逆起電圧分の電流である補正電流を用いて補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記電動モータの回転速度に基づいて前記補正電流を調整し、
前記補正手段は、前記決定手段が決定した前記目標電流を補正する補正値のベースとなるベース補正値を決定するベース補正値決定部と、前記電動モータの回転速度に基づいて当該ベース補正値決定部が決定した当該ベース補正値を調整する補正値調整係数を決定する調整係数決定部と、当該ベース補正値と当該補正値調整係数とを乗算することにより前記補正電流を決定する補正電流決定部とを有してい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;
Determining means for determining a target current to be supplied to the electric motor based on a steering torque of the steering wheel;
Correction means for correcting the target current determined by the determination means using a correction current that is a current corresponding to a counter electromotive voltage generated in the electric motor;
With
The correction means adjusts the correction current based on the rotation speed of the electric motor ,
The correction means determines a base correction value determination unit that determines a base correction value that is a base of a correction value for correcting the target current determined by the determination means, and determines the base correction value based on the rotation speed of the electric motor. An adjustment coefficient determination unit that determines a correction value adjustment coefficient for adjusting the base correction value determined by the unit, and a correction current determination unit that determines the correction current by multiplying the base correction value and the correction value adjustment coefficient And an electric power steering device.
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