JP6319532B1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
或いは3相モータ端子電圧、モータ回転角、モータ回転数及びインバータ印加電圧に基づいて中点電圧を推定する中点電圧推定部と、前記中点電圧及び前記3相モータ端子電圧から3相検出電圧を算出する3相検出電圧算出部と、前記3相Duty指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいて3相指令電圧を演算する3相指令電圧演算部と、前記3相検出電圧と前記3相指令電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる損失電圧を推定する3相損失電圧演算部と、前記3相損失電圧演算部で演算された3相損失電圧を前記インバータ印加電圧に感応し、かつ前記モータ回転角に同期してdq軸デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償出力部とを具備し、前記dq軸デッドタイム補償値を前記dq軸電流指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行うことにより達成される。
或いはモータ回転角に同期して、検出された3相モータ端子電圧をdq軸検出電圧に変換する3相交流/dq軸変換部と、前記dq軸電圧指令値の比率からdq軸指令電圧を演算する電圧比率補正演算部と、前記dq軸指令電圧と前記dq軸検出電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによるdq軸損失電圧を演算する損失電圧演算部と、前記dq軸損失電圧に所定ゲインを乗算し、前記インバータ印加電圧に感応して最大値を制限したdq軸デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償出力部とを具備し、前記dq軸デッドタイム補償値を前記dq軸電圧指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行うことにより達成される。
或いは3相モータ端子電圧、モータ回転角、モータ回転数及びインバータ印加電圧に基づいて中点電圧を推定する中点電圧推定部と、前記中点電圧及び前記3相モータ端子電圧から3相検出電圧を算出する3相検出電圧算出部と、前記3相Duty指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいて3相指令電圧を演算する3相指令電圧演算部と、前記3相検出電圧と前記3相指令電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる3相損失電圧1を推定する3相損失電圧演算部と、モータ回転角、前記3相損失電圧1、前記操舵補助指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量改善部と、前記3相損失電圧1を前記デッドタイム補償量で補正して3相損失電圧2を演算する演算部と、前記3相損失電圧2を前記インバータ印加電圧に感応し、かつ前記モータ回転角に同期して前記dq軸のデッドタイム補償値を演算し、前記dq軸電流指令値にフィードバックするデッドタイム補償出力部とで構成されていることにより達成される。
(数1)
179[deg]<θ<180[deg]
中点補正値の演算において上記数1のタイミングを補正条件とした場合、ゼロクロスポイントの電圧値を正確にサンプリングできる。このポイント以外では、モータ端子電圧に3次高調波が重畳されており、より正確な値が検出できない。例えば数1の条件で検出された各端子電圧をVu=6.83[V]、Vv=7.55[V]、Vw=5.94[V]、モータ印加電圧を13.52[V]とすると、(Vu+Vv+Vw)/3=6.77[V]、VR/2=6.76[V]となり、VR/2≒(Vu+Vv+Vw)/3となり、中点電圧に近い値となる。また、モータ回転数ωが大きい場合、モータ逆起電圧の影響が大きくなるのとサンプリングの精度が悪化するため、正確な補正演算ができなくなる。このため、有効回転数判定部213−2はモータ回転数ωが補正演算可能な有効回転数ω0以下であるかを判定し、モータ回転数ωが補正演算可能な有効回転数ω0以下の時に、判定信号JD2を出力する。
(数2)
ω≦ω0
判定信号JD1及びJD2はAND回路213−3に入力され、判定信号JD1及びJD2が入力されたAND条件で補正信号CTが出力される。補正信号CTは補正値保持部214内の切換部214−1に切換信号として入力され、接点a,bを切り換える。接点aには減算結果VRnaが入力され、接点bには出力電圧VRnbが保持ユニット(Z−1)214−2を経て入力されている。補正値保持部214は次のタイミングまで安定した補正値を出力するため、値を保持する。また、補正量制限部215は、ノイズや逆起電圧、補正タイミング誤判定などにより、補正量が通常よりも明らかに大きい場合、当該補正量が正しくないと判断して最大補正量に制限する。最大補正量に制限された電圧補正値ΔVmは減算部218に入力され、減算部218で下記数3に基づいて演算された中点電圧推定値Vmが出力される。中点電圧推定値Vmは、減算部201(201U,201V,201W)にそれぞれ減算入力される。
また、3相指令電圧演算部220には3相Duty指令値Dutyu,Dutyv,Dutyw及びインバータ印加電圧VRが入力されており、3相指令電圧演算部220は、3相Duty指令値Dutyu,Dutyv,Dutyw及びインバータ印加電圧VRにより、下記数4を用いて3相指令電圧Vinを算出する。3相指令電圧Vinは、電圧検出遅れモデル230に入力される。なお、数4中のDutyrefは、Dutyu,Dutyv,Dutywを示している。
中点電圧推定値Vmは減算部201(201U,201V,201W)に減算入力され、減算部201(201U,201V,201W)にはLPF163U,163V,163Wを経た端子電圧Vu,Vv,Vwが減算入力されている。減算部201U,201V,201Wは3相端子電圧Vu,Vv,Vwから中点電圧推定値Vmを減算部201u,201v、201wで、下記数5に従って減算する。これにより、3相検出電圧Vdn(Vdu,Vdv,Vdw)を演算する。3相検出電圧Vdn(Vdu,Vdv,Vdw)は、3相損失電圧演算部としての減算部202に入力される。
端子電圧Vu〜Vwの検出は、ECUのノイズフィルタ等により遅れが生じる。このため、直接3相指令電圧Vinと3相検出電圧Vdnの差分をとって損失電圧を算出した場合、位相差により誤差が生じる。この問題を解決するため、本実施形態では、フィルタ回路等のハードウェアの検出遅れを1次のフィルタモデルとして近似し、位相差を改善する。本実施形態の電圧検出遅れモデル230は、Tをフィルタ時定数として、下記数6の1次フィルタとしている。電圧検出遅れモデル230は、2次以上のフィルタをモデルとした構成でもよい。
減算部202には、電圧検出遅れモデル230からの3相補正指令電圧Vinpが加算入力され、減算部201からの3相検出電圧Vdnが減算入力されており、3相補正指令電圧Vinpから3相検出電圧Vdnを減算することにより3相損失電圧PLA(Vloss_n)が算出される。即ち、減算部202で下記数7が演算される。
3相損失電圧PLA(Vloss_n)はゲイン部240でゲインPG(例えば0.8)を乗算され、ゲインPGを乗算された3相損失電圧PLBは補償量制限部250に入力される。ゲインPGは基本的に調整する必要はないが、他の補償器との整合や実車チューニング、ECUの部品が変わったときなど、出力調整を必要とする場合には変更する。
(数8)
3相損失電圧PLB≧補償量上限値:(DTCa)のとき、切換部252の接点a1がON(切換部253の接点b2=DTCa)
3相損失電圧PLB<補償量上限値:(DTCa)のとき、切換部252の接点b1がON(切換部253の接点b2=3相損失電圧PLB)
(数9)
3相損失電圧PLB≦補償量下限値:(−DTCa)のとき、切換部253の接点a2がON(デッドタイム補償値DTC=−DTCa)
3相損失電圧PLB>補償量下限値:(−DTCa)のとき、切換部253の接点b2がON(デッドタイム補償値DTC=切換部252の出力)
このように本実施形態では、モータ端子電圧を検出して3相検出電圧を推定すると共に、3相Duty指令値から3相補正指令電圧を演算し、これらの差分からインバータのデッドタイムによる損失電圧を算出する。算出した損失電圧から、上限値を超える補償量が検出された場合、逆起電圧などによる外乱と判断し、補償値を制限してデッドタイムによる損失を算出する。また、算出された損失電圧をdq軸上に変換し、デッドタイム補償値としてフィードバックすることによりdq軸上においてもデッドタイム補償することが可能である。
空間ベクトル制御におけるスイッチングパターンでは、インバータの出力電圧をFET(Q1〜Q6)のスイッチングパターンS1〜S6に応じて、図13の空間ベクトル図に示す8種類の離散的な基準電圧ベクトルV0〜V7(π/3[rad]ずつ位相の異なる非零電圧ベクトルV1〜V6と零電圧ベクトルV0,V7)で定義する。そして、それら基準出力電圧ベクトルV0〜V7の選択とその発生時間を制御するようにしている。また、隣接する基準出力電圧ベクトルによって挟まれた6つの領域を用いて、空間ベクトルを6つのセクター#1〜#6に分割することができ、目標電圧ベクトルVは、セクター#1〜#6のいずれか1つに属し、セクター番号を割り当てることができる。Vα及びVβの合成ベクトルである目標電圧ベクトルVが、α−β空間において正6角形に区切られた図13に示されたようなセクター内のいずれに存在するかは、目標電圧ベクトルVのα−β座標系における回転角γに基づいて求めることができる。また、回転角γはモータの回転角θとd−q座標系における電圧指令値vd **及びvq **の関係から得られる位相δの和として、γ=θ+δで決定される。
dq軸損失電圧PLA(Vloss_d、Vloss_q)はゲイン部240でゲインPG(例えば0.8)を乗算され、ゲインPGを乗算されたdq軸損失電圧PLBは補償量制限部250に入力される。ゲインPGは基本的に調整する必要はないが、他の補償器との整合や実車チューニング、ECUの部品が変わったときなど、出力調整を必要とする場合には変更する。補償量制限部250は2相である点を除いて、第1実施形態と同一の構成及び動作であり、図9の3相損失電圧PLB(Vloss_u,Vloss_v,Vloss_w)に代えて、図19に示すように2相のdq軸損失電圧PLB(Vloss_d、Vloss_q)が入力されている。他の構成は図9と図19で同一であり、本実施形態の補償量制限部250は、下記数13及び数14並びに図13の特性に従ってデッドタイム補償値Vd *及びvq *を出力し、デッドタイム補償値Vd *及びvq *はそれぞれdq軸上の加算部121d及び121qに入力される。
(数13)
dq軸損失電圧PLB≧補償量上限値:(DTCa)のとき、切換部252の接点a1がON(切換部253の接点b2=DTCa)
dq軸損失電圧PLB<補償量上限値:(DTCa)のとき、切換部252の接点b1がON(切換部253の接点b2=dq軸損失電圧PLB)
(数14)
dq軸損失電圧PLB≦補償量下限値:(−DTCa)のとき、切換部253の接点a2がON(デッドタイム補償値DTC=−DTCa)
dq軸損失電圧PLB>補償量下限値:(−DTCa)のとき、切換部253の接点b2がON(デッドタイム補償値DTC=切換部252の出力)
このように本実施形態では、モータ端子電圧を検出してdq軸検出電圧を検出すると共に、3相Duty指令値からdq軸補正指令電圧を演算し、これらの差分からインバータのデッドタイムによる損失電圧を算出する。算出した損失電圧から、上限値を超える補償量が検出された場合、逆起電圧などによる外乱と判断し、補償値を制限してデッドタイムによる損失を補償する。また、算出された損失電圧をデッドタイム補償値としてフィードバックすることにより、dq軸上においてデッドタイム補償することが可能である。
電圧検出遅れモデル230は第2実施形態と全く同一の動作であり、前記数6で示されるような1次のフィルタモデルとして近似し、位相差を改善している。電圧検出遅れモデル230からのdq軸補正指令電圧Vinp(Vind,Vinq)は、損失電圧演算部としての減算部202に加算入力され、前記数12のように、dq軸補正指令電圧Vinpからdq軸検出電圧Vdnを減算することにより、dq軸損失電圧PLA(Vloss_d、Vloss_q)が算出される。dq軸損失電圧PLAは、第2実施形態と同様にゲイン部240でゲインPGを乗算され、補償量制限部250で前記数13及び数14の演算処理をされ、デッドタイム補償値vd *,vq *が出力される。
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
20、100 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
35、203、204 PI制御部
36、160 PWM制御部
37,161 インバータ
110 角度検出部
130 3相交流/dq軸変換部
140 d−q非干渉制御部
200、200A、200B、200C,200D,200E
デッドタイム補償部
210 中点電圧推定部
220 3相指令電圧演算部
230 電圧検出遅れモデル
240,283 ゲイン部
250 補償量制限部
260、261、262 3相交流/dq軸変換部
270 電圧比率補正演算部
280、280A 補償量改善部
281 デッドタイム補償値関数部
281A dq軸デッドタイム補償理想モデル
300 空間ベクトル変調部
301 2相/3相変換部
302 3次高調波重畳部
Claims (23)
- 少なくとも操舵トルクに基づいて演算されたdq軸電流指令値を3相のDuty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
3相モータ端子電圧に基づいて3相検出電圧を推定し、前記Duty指令値から算出した3相補正指令電圧と前記3相検出電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる損失電圧を推定し、前記損失電圧を補償したデッドタイム補償値を前記dq軸電流指令値にフィードバックして、前記インバータのデッドタイム補償を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記3相検出電圧を検出する回路をモデル化し、3相指令電圧に電圧検出遅れモデルとして追加することで前記3相検出電圧に位相合わせするようになっている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- インバータ印加電圧により前記デッドタイム補償値の補償量の上限を制限し、逆起電圧などの外乱から前記デッドタイムによる損失電圧を抽出する機能を有する請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも操舵トルクに基づいて演算されたdq軸電流指令値を3相Duty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
3相モータ端子電圧、モータ回転角、モータ回転数及びインバータ印加電圧に基づいて中点電圧を推定する中点電圧推定部と、
前記中点電圧及び前記3相モータ端子電圧から3相検出電圧を算出する3相検出電圧算出部と、
前記3相Duty指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいて3相指令電圧を演算する3相指令電圧演算部と、
前記3相検出電圧と前記3相指令電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる損失電圧を推定する3相損失電圧演算部と、
前記3相損失電圧演算部で演算された3相損失電圧を前記インバータ印加電圧に感応し、かつ前記モータ回転角に同期してdq軸デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償出力部と、
を具備し、前記dq軸デッドタイム補償値を前記dq軸電流指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記3相指令電圧演算部の後段に、位相差を改善する電圧検出遅れモデルが設けられ、前記電圧検出遅れモデルからの3相補正指令電圧により前記差分を算出するようになっている請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも操舵トルクに基づいてdq軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からdq軸電圧指令値を演算し、前記dq軸電圧指令値を3相のDuty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
モータ回転角及びモータ回転数に同期して、検出された3相モータ端子電圧をdq軸検出電圧に変換する第1の3相交流/dq軸変換部と、
前記3相Duty指令値及びインバータ印加電圧に基づいて3相指令電圧を演算する3相指令電圧演算部と、
前記3相指令電圧をdq軸指令電圧に変換する第2の3相交流/dq軸変換部と、
前記dq軸検出電圧と前記dq軸指令電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによるdq軸損失電圧を演算する損失電圧演算部と、
前記dq軸損失電圧に所定ゲインを乗算し、前記インバータ印加電圧に感応して最大値を制限したdq軸デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償出力部と、
を具備し、前記dq軸デッドタイム補償値を前記dq軸電圧指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記第2の3相交流/dq軸変換部の後段に位相差を改善する電圧検出遅れモデルが設けられ、前記電圧検出遅れモデルからのdq軸補正指令電圧により前記差分を算出するようになっている請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記dq軸損失電圧に対して、モータ回転角、前記q軸操舵補助指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいた改善を行うデッドタイム補償量を生成する補償量改善部が設けられており、前記デッドタイム補償量により前記dq軸損失電圧を補正している請求項6又は7に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記補償量改善部が、
前記モータ回転角によるdq軸理想デッドタイム補償値を出力するdq軸デッドタイム補償理想モデルと、
前記dq軸損失電圧及び前記dq軸理想デッドタイム補償値の偏差を求める減算部と、
前記偏差をゲイン倍して前記デッドタイム補償量を出力するゲイン部とで構成されている請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記ゲイン部のゲインが、前記q軸操舵補助指令値に感応する請求項9に記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも操舵トルクに基づいてdq軸の操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値からdq軸電圧指令値を演算し、前記dq軸電圧指令値を3相Duty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
モータ回転角に同期して、検出された3相モータ端子電圧をdq軸検出電圧に変換する3相交流/dq軸変換部と、
前記dq軸電圧指令値の比率からdq軸指令電圧を演算する電圧比率補正演算部と、
前記dq軸指令電圧と前記dq軸検出電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによるdq軸損失電圧を演算する損失電圧演算部と、
前記dq軸損失電圧に所定ゲインを乗算し、前記インバータ印加電圧に感応して最大値を制限したdq軸デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償出力部と、
を具備し、前記dq軸デッドタイム補償値を前記dq軸電圧指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記電圧比率補正演算部の後段に位相差を改善する電圧検出遅れモデルが設けられ、前記電圧検出遅れモデルからのdq軸補正指令電圧により前記差分を算出するようになっている請求項11に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記dq軸損失電圧に対して、モータ回転角、前記q軸操舵補助指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいた改善を行うデッドタイム補償量を生成する補償量改善部が設けられており、前記デッドタイム補償量により前記dq軸損失電圧を補正している請求項11又は12に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記補償量改善部が、
前記モータ回転角によるdq軸理想デッドタイム補償値を出力するdq軸デッドタイム補償理想モデルと、
前記dq軸損失電圧及び前記dq軸理想デッドタイム補償値の偏差を求める減算部と、
前記偏差をゲイン倍して前記デッドタイム補償量を出力するゲイン部とで構成されている請求項13に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記ゲイン部のゲインが、前記q軸操舵補助指令値に感応する請求項14に記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値から算出されたdq軸電流指令値を3相Duty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
3相モータ端子電圧に基づいて3相検出電圧を推定し、前記3相Duty指令値から算出した3相指令電圧と前記3相検出電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる3相損失電圧を推定し、前記3相損失電圧を補償したデッドタイム補償値を前記dq軸電流指令値にフィードバックして前記インバータのデッドタイム補償を行う機能と、
モータ回転角、インバータ印加電圧、前記3相損失電圧及び前記操舵電流指令値に基づいて前記デッドタイムの補償量を演算し、前記補償量で前記3相損失電圧を補正する機能と、
を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記モータ回転角に基づいてデッドタイム基準補償値を求め、前記インバータ印加電圧に感応する電圧ゲインを前記デッドタイム基準補償値に乗算した補償値及び前記3相損失電圧の偏差から前記デッドタイム補償量を算出している請求項16に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記操舵補助指令値に感応する電流ゲインを前記偏差に乗算して前記デッドタイム補償量を求めている請求項17に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電流ゲインが、前記操舵補助指令値が大きくなるに従って大きくなる特性である請求項18に記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値から算出されたdq軸電流指令値を3相Duty指令値に変換し、PWM制御のインバータにより3相ブラシレスモータを駆動制御し、車両の操舵機構にアシストトルクを付与するベクトル制御方式の電動パワーステアリング装置において、
3相モータ端子電圧、モータ回転角、モータ回転数及びインバータ印加電圧に基づいて中点電圧を推定する中点電圧推定部と、
前記中点電圧及び前記3相モータ端子電圧から3相検出電圧を算出する3相検出電圧算出部と、
前記3相Duty指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいて3相指令電圧を演算する3相指令電圧演算部と、
前記3相検出電圧と前記3相指令電圧の差分から前記インバータのデッドタイムによる3相損失電圧1を推定する3相損失電圧演算部と、
モータ回転角、前記3相損失電圧1、前記操舵補助指令値及び前記インバータ印加電圧に基づいてデッドタイム補償量を演算する補償量改善部と、
前記3相損失電圧1を前記デッドタイム補償量で補正して3相損失電圧2を演算する演算部と、
前記3相損失電圧2を前記インバータ印加電圧に感応し、かつ前記モータ回転角に同期して前記dq軸のデッドタイム補償値を演算し、前記dq軸電流指令値にフィードバックするデッドタイム補償出力部と、
で構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記補償量改善部が、
前記モータ回転角及び前記インバータ印加電圧に基づいた関数で補正用デッドタイム補償値を演算するデッドタイム補償値関数部と、
前記補正用デッドタイム補償値と前記3相損失電圧1の偏差を算出する減算部と、
前記操舵補助指令値に感応する電流ゲインを演算し、前記偏差に前記電流ゲインを乗算して前記デッドタイム補償量を出力するゲイン部と、
で構成されている請求項20に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記デッドタイム補償値関数部が、
前記モータ回転角に基づいて3相基準デッドタイム補償値を演算する角度−デッドタイム補償値関数部と、
前記インバータ印加電圧に基づいて電圧感応ゲインを演算するインバータ印加電圧感応ゲイン演算部と、
前記3相基準デッドタイム補償値に前記電圧感応ゲインを乗算して前記補正用デッドタイム補償値を出力する乗算部と、
で構成されている請求項21に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記電流ゲインが、前記操舵補助指令値が大きくなるに従って大きくなる特性である請求項21又は22に記載の電動パワーステアリング装置。
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