JP6355835B2 - 電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法 - Google Patents

電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法に関し、特に、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータを駆動制御するための電流指令値演算に関するものである。
従来の電動パワーステアリング制御装置においては、ステアリングホイールの高速操舵時の操舵追従性を良好とするために、交流モータに出力させるアシストトルクの指令値を、q軸の電流値(以下、q軸電流指令値と称す)と、その交流モータの弱め界磁制御による、d軸の電流値(以下、d軸電流指令値と称す)より決定している。
さらに、この従来の電動パワーステアリング制御装置は、所定の条件が成立し、q軸電流指令値を制限する必要が生じた場合には、操舵フィーリングの改善を目的として、q軸電流指令値を制限するだけでなく、q軸電流指令値の制限と同じ割合でd軸電流指令値を制限する機能を備えている(例えば、特許文献1参照)。
特許第5224032号公報
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
図5は、従来の電動パワーステアリング制御装置におけるモータ回転数に対するd軸電流指令値、およびモータ回転数に対するアシストトルクの最大値の関係を示した図である。モータの逆起電力が電源電圧を超える所定のモータ回転数N1以上では、アシストトルクの最大値が低下する問題がある。この問題に対して、従来の電動パワーステアリング制御装置は、弱め界磁制御を行っている。具体的には、従来の電動パワーステアリング制御装置は、モータ回転数に基づくd軸電流指令値を出力し、アシストトルクの最大値が低下することを緩和する制御を行っている。
ここで、図5に示すように、何らかの制限により、回転数N2以上で必要とされるd軸電流指令値が不足した場合には、この回転数N2以上では、アシストトルクの最大値がより低下する原因となる。
そして、従来の電動パワーステアリング制御装置では、所定の条件が成立し、q軸電流指令値が制限された場合には、その制限と同じ割合で、d軸電流指令値も制限していた。このため、ステアリングホイールを急峻に操作していた場合には、d軸電流指令値が不足し、転追性が低下する問題があった。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、高速操舵域で、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータに対して電流制限がかかった際に、従来技術よりも転追性を向上させることのできる電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法を得ることを目的とする。
本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータを駆動させるためのモータ電流を、d軸電流指令値とq軸電流指令値に基づいて制御する主制御器を備えた電動パワーステアリング制御装置において、主制御器は、d軸電流指令値とq軸電流指令値の二乗和の平方根であるdq変換電流指令値に制限がかかった場合に、dq変換電流指令値の制限値であるdq変換電流制限値に基づいてd軸電流制限値を優先して算出し、d軸電流指令値をd軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のd軸電流指令値を算出するd軸電流制限器と、dq変換電流制限値とd軸電流制限器によって算出された制限後のd軸電流指令値とに基づいてq軸電流制限値を算出し、q軸電流指令値をq軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のq軸電流指令値を算出するq軸電流制限器と、制限後のd軸電流指令値と制限後のq軸電流指令値とに基づいてモータ電流を制御するインバータ制御器とを備えるものである。
また、本発明に係る電動パワーステアリング制御方法は、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータを駆動させるためのモータ電流を、d軸電流指令値とq軸電流指令値に基づいて制御する主制御器によって実行される電動パワーステアリング制御方法であって、d軸電流指令値とq軸電流指令値の二乗和の平方根であるdq変換電流指令値に制限がかかった場合に、主制御器において、dq変換電流指令値の制限値であるdq変換電流制限値を取得する第1ステップと、第1ステップにより取得したdq変換電流制限値に基づいてd軸電流制限値を優先して算出する第2ステップと、d軸電流指令値を、第2ステップで算出したd軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のd軸電流指令値を算出する第3ステップと、第1ステップで取得したdq変換電流制限値と、第3ステップで算出した制限後のd軸電流指令値とに基づいて、q軸電流制限値を算出する第4ステップと、q軸電流指令値を、第4ステップで算出したq軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のq軸電流指令値を算出する第5ステップと、第3ステップで算出した制限後のd軸電流指令値と、第5ステップで算出した制限後のq軸電流指令値とに基づいて、モータ電流を制御する第6ステップとを有するものである。
本発明によれば、ステアリングホイールを操舵中に電流制限が行われた場合において、d軸電流指令値を、q軸電流指令値の制限割合に関係なく、d軸の電流制限値以下であれば出力可能とし、d軸電流指令値を、q軸電流指令値より優先的に算出する制御を行っている。このような構成を備えることで、交流モータの高回転域において、従来技術と比較して、d軸電流指令値の制限を緩和することができる。この結果、従来技術よりも転追性を向上させることのできる電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法を得ることができる。
本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置による電流制限方法を説明するための図である。 特許文献1における電動パワーステアリング制御装置による電流制限方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態1におけるECUによって実行される電動パワーステアリング制御方法の一連処理を示したフローチャートである。 従来の電動パワーステアリング制御装置におけるモータ回転数に対するd軸電流指令値、およびモータ回転数に対するアシストトルクの最大値の関係を示した図である。
以下、本発明の電動パワーステアリング制御装置および電動パワーステアリング制御方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置の全体構成図である。より具体的には、この図1に示す電動パワーステアリング制御装置は、制御を司るために車両に装着された主制御器10(以下、ECU10と称す)、ハンドルの操舵力をアシストするモータ1、ハンドル付近に搭載され操舵トルクを検出するトルクセンサ2、車速を検出する車速センサ3、モータ1の回転角度を検出するレゾルバセンサ4、ECU10の雰囲気温度を検出する温度センサ5を備えて構成されている。
CPUを内蔵するECU10は、q軸電流演算器11、モータ回転数演算器12、d軸電流演算器13、dq変換電流制限値演算器14、d軸電流制限器15、q軸電流制限器16、およびインバータ制御器17を備えて構成されている。
q軸電流演算器11は、トルクセンサ2にて検出された操舵トルク信号Trqと、車速センサで検出された車速信号Vsを入力し、q軸電流指令値Iqを設定する。モータ回転数演算器12は、レゾルバセンサ4で検出されたモータ1の回転角度θから、単位時間当たりのモータ回転数Nを演算する。
d軸電流演算器13は、q軸電流演算器11により設定されたq軸電流指令値Iqと、モータ回転数演算器12により演算された単位時間当たりのモータ回転数Nより、d軸電流指令値Idを設定する。
また、dq変換電流制限値演算器14は、温度センサ5によって検出された雰囲気温度Tより、モータ電流の制限値であるdq変換電流制限値Idq_LIMを決定する。
d軸電流制限器15は、dq変換電流制限値演算器14で決定されたdq変換電流制限値Idq_LIMを用いて、d軸電流演算器13により設定されたd軸電流指令値Idを制限する。また、q軸電流制限器16は、d軸電流制限器15による制限後のd軸電流指令値Id’(以下、制限後d軸電流指令値Id’と称す)、およびdq変換電流制限値演算器14により決定されたdq変換電流制限値Idq_LIMを用いて、q軸電流演算器11で設定されたq軸電流指令値Iqを制限する。
さらに、インバータ制御器17は、q軸電流制限器16による制限後のq軸電流指令値Iq’(以下、制限後q軸電流指令値Iq’と称す)、d軸電流制限器15による制限後d軸電流指令値Id’、およびレゾルバセンサ4で検出されたモータ1の回転角度θより、3相電流Iu、Iv、Iwを出力し、モータ1を駆動させる。
ここで、モータ電流の最大値をdq変換電流定格値Idq_MAXとし、d軸電流の最大値をd軸電流定格値Id_MAXとした場合を考える。この場合、d軸電流制限器15は、d軸電流制限値Id_LIMを、下式(1)に従って、dq変換電流制限値Idq_LIMを用いて算出する。さらに、d軸電流制限器15は、d軸電流指令値Idを、下式(2)に従って、d軸電流制限値Id_LIM以下に制限することで、制限後d軸電流指令値Id’を算出する。
Figure 0006355835
次に、q軸電流制限器16は、q軸電流制限値(Iq_LIM)を、下式(3)に従って、制限後d軸電流指令値Id’とdq変換電流制限値Idq_LIMを用いて算出する。さらに、q軸電流制限器16は、q軸電流指令値Iq’を、下式(4)に従って、q軸電流制限値Iq_LIM以下に制限することで、制限後q軸電流制限値Iq’を算出する。
Figure 0006355835
すなわち、本実施の形態1におけるECU10は、以下の手順で電流指令値の演算を行っている。
(手順1)dq変換電流制限値Idq_LIMにより、d軸電流指令値Idとq軸電流指令値Iqが、例えば過熱保護制限のように、なんらかの制限を受けた場合には、まず、上式(1)、(2)に従って、制限後d軸電流指令値Id’を算出する。
(手順2)次に、dq変換電流制限値Idq_LIMの範囲内で、上式(3)、(4)に従って、制限後q軸電流指令値Iq’を算出する。
換言すると、本実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置は、最適な制限後d軸電流指令値Id‘を優先して算出した後、最適な制限後q軸電流指令値Iq’を算出することを技術的特徴としている。この結果、高い転追性を実現可能な電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
そこで、次に、本実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置によって得られる効果を、特許文献1による従来の電流制限方法と比較しながら、詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング制御装置による電流制限方法を説明するための図である。一方、図3は、特許文献1における電動パワーステアリング制御装置による電流制限方法を説明するための図である。
本実施の形態1における電流制御方法を示した図2は、横軸をq軸電流指令値とし、縦軸をd軸電流指令値としたモータ電流のベクトル図であり、それぞれの符号は、以下の内容を意味している。
・半円21:dq変換電流制限値Idq_LIMが、dq変換電流指令値の定格値Idq_MAXであるときの半円
・半円22:電流制限によりdq変換電流制限値Idq_LIMが、半円21よりも小さい値に制限されたときの半円
・直線23:d軸電流制限値Id_LIMが、d軸電流指令値の定格値Id_MAXであるときの制限値
・直線24:d軸電流制限値Id_LIMが、電流制限により、直線23よりも低下したときの制限値
・合成ベクトル31:q軸電流指令値とd軸電流指令値を合成したdq変換電流指令値Idq*であり、ベクトルの大きさが、半円21によるdq変換電流制限値に等しいときの合成ベクトル
・d軸ベクトル32:合成ベクトル31に対応するd軸成分としての、制限後d軸電流指令値Id’を示すベクトル
・q軸ベクトル33:合成ベクトル31に対応するq軸成分としての、制限後q軸電流指令値Iq’を示すベクトル
・合成ベクトル41:q軸電流指令値とd軸電流指令値を合成したdq変換電流指令値Idq*であり、ベクトルの大きさが、半円22によるdq変換電流制限値に等しいときの合成ベクトル
・d軸ベクトル42:合成ベクトル41に対応するd軸成分としての、制限後d軸電流指令値Id’を示すベクトル
・q軸ベクトル43:合成ベクトル41に対応するq軸成分としての、制限後q軸電流指令値Iq’を示すベクトル
次に、電流制限が働き、dq変換電流制限値Idq_LIMが、半円21の状態から半円22の状態に下がった場合における、本実施の形態1に係る電流制御方法について、この図2に基づいて詳細に説明する。
dq変換電流制限値Idq_LIMが小さくなると、上式(1)に従って、d軸電流制限値Id_LIMが、直線23から直線24に下がる。その結果、制限後d軸電流指令値Id’が、上式(2)に従って算出され、ベクトル32からベクトル42へ下がる。すなわち、制限後d軸電流指令値Id’が優先して算出されることとなる。
次に、q軸電流制限値Iq_LIMが上式(3)によって求められ、その結果、制限後q軸電流指令値Iq’が、上式(4)に従って算出され、ベクトル33からベクトル43まで低下する。そして、最終的に、モータ1に流れる電流は、ベクトル42とベクトル43の合成ベクトル41のようになる。
一方、特許文献1における電流制御方法を示した図3は、先の図2と同様に、横軸をq軸電流指令値とし、縦軸をd軸電流指令値としたモータ電流のベクトル図であり、それぞれの符号は、以下の内容を意味している。なお、図2と共通する符号は、同一の内容を意味しており、説明を省略する。
・合成ベクトル51:q軸電流指令値とd軸電流指令値を合成したdq変換電流指令値Idq*であり、ベクトルの大きさが、半円22によるdq変換電流制限値に等しいときの合成ベクトル
・d軸ベクトル52:合成ベクトル51に対応するd軸成分としての、制限後d軸電流指令値Id’を示すベクトル
・q軸ベクトル53:合成ベクトル51に対応するq軸成分としての、制限後q軸電流指令値Iq’を示すベクトル
次に、先の図2の場合と同様に、電流制限が働き、dq変換電流制限値Idq_LIMが、半円21の状態から半円22の状態に下がった場合における、特許文献1に係る電流制御方法について、この図3に基づいて詳細に説明する。
特許文献1では、制限後のdq変換電流指令値に相当するベクトル51が、半円22で示された大きさに相当するdq変換電流制限値になるように、d軸電流指令値とq軸電流指令値を同じ割合で低下させ、ベクトル52、ベクトル53を算出する。
このため、制限後d軸電流指令値と制限後q軸電流指令値は、それぞれベクトル52、ベクトル53のように下がり、制限後d軸電流指令値と制限後q軸電流指令値との合成電流は、ベクトル51のようになる。
ここで、図2と図3の結果を比較すると、制限後d軸電流指令値と制限後q軸電流指令値の合成値であるdq変換電流指令値に相当するベクトル41、ベクトル51は、ともに、半円22の大きさで制限されている点は同じである。
その一方で、制限後d軸電流指令値Id’を示すベクトル42とベクトル52を比較すると、本実施の形態1による電流制限を行ったベクトル42の方が、特許文献1による電流制限を行ったベクトル52よりも大きくなっており、d軸電流を多く流すことができる。この結果、本実施の形態1における電流制限方法は、特許文献1における電流制限方法よりも、転追性を向上させることができる。
図4は、本発明の実施の形態1におけるECU10によって実行される電動パワーステアリング制御方法の一連処理を示したフローチャートである。まず始めに、ステップS401において、従来技術と同様に、q軸電流演算器11によりq軸電流指令値Iqが算出され、d軸電流演算器13によりd軸電流指令値Idが算出される。
次に、ステップS402において、dq変換電流制限値演算器14は、dq変換電流制限値Idq_LIMを算出する。なお、上述した図1に基づく例では、dq変換電流制限値演算器14が、温度センサ5によって検出された雰囲気温度Tより、モータ電流の制限値であるdq変換電流制限値Idq_LIMを決定する場合について説明した。
しかしながら、dq変換電流制限値Idq_LIMは、必ずしも温度センサ5による温度検出値によって算出される場合に限定されるものではない。高速操舵域で、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータに対して電流制限をかける値として、ECU10が外部から取得する、あるいは他の検出値に基づいて算出することも可能であり、従来技術が適用できる。
次に、ステップS403において、d軸電流制限器15は、ステップS402で算出されたdq変換電流制限値Idq_LIMに基づいて、上式(1)を用いて、d軸電流制限値Id_LIMを算出する。すなわち、d軸電流制限値Id_LIMが、q軸電流制限値Iq_LIMよりも優先して算出される。
さらに、ステップS404において、d軸電流制限器15は、上式(2)を用いて、ステップS401で算出されたd軸電流指令値Idを、ステップS403で算出されたd軸電流制限値Id_LIM以下にクリップすることで、制限後のd軸電流指令値Id’を算出する。
次に、ステップS405において、q軸電流制限器16は、ステップS402で算出されたdq変換電流制限値Idq_LIM、およびステップS404で算出された制限後のd軸電流指令値Id’に基づいて、上式(3)を用いて、q軸電流制限値Iq_LIMを算出する。
さらに、ステップS406において、q軸電流制限器16は、上式(4)を用いて、ステップS401で算出されたq軸電流指令値Iqを、ステップS405で算出されたq軸電流制限値Iq_LIM以下にクリップすることで、制限後のq軸電流指令値Iq’を算出する。
そして、最後に、ステップS407において、インバータ制御器17は、ステップS404で算出された制限後のd軸電流指令値Id’と、ステップS406で算出された制限後のq軸電流指令値Iq’を用いて、モータ1を駆動させるための3相電流Iu、Iv、Iwを制御する。
このように、本実施の形態1における電動パワーステアリング制御方法は、ステップS403〜ステップS406により、制限後のd軸電流指令値Id’を優先して決定した後に、制限後のq軸電流指令値Iq’を決定している点を技術的特徴としている。この結果、高速操舵域で、ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータに対して電流制限がかかった際に、従来技術よりも転追性を向上させることができる。
以上のように、実施の形態1によれば、ステアリングホイールを操舵中に電流制限が行われた場合において、d軸電流指令値を、q軸電流指令値の制限割合に関係なく、d軸の電流制限値以下であれば出力可能とし、d軸電流指令値を、q軸電流指令値より優先的に算出する構成を備えている。この結果、交流モータの高回転域において、従来技術と比較して、d軸電流指令値が制限されることがなくなり、転追性を最大限向上させることが可能となる。

Claims (5)

  1. ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータを駆動させるためのモータ電流を、d軸電流指令値とq軸電流指令値に基づいて制御する主制御器を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
    前記主制御器は、前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値の二乗和の平方根であるdq変換電流指令値に制限がかかった場合に、
    前記dq変換電流指令値の制限値であるdq変換電流制限値に基づいてd軸電流制限値を優先して算出し、前記d軸電流指令値を前記d軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のd軸電流指令値を算出するd軸電流制限器と、
    前記dq変換電流制限値と前記d軸電流制限器によって算出された前記制限後のd軸電流指令値とに基づいてq軸電流制限値を算出し、前記q軸電流指令値を前記q軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のq軸電流指令値を算出するq軸電流制限器と、
    前記制限後のd軸電流指令値と前記制限後のq軸電流指令値に基づいて前記モータ電流を制御するインバータ制御器と
    を備える電動パワーステアリング制御装置。
  2. 前記d軸電流制限器は、
    d軸電流定格値をId_MAX、
    dq変換電流定格値をIdq_MAX、
    前記dq変換電流制限値をIdq_LIM、
    前記d軸電流制限値をId_LIM、
    とした場合に、前記d軸電流制限値を下式
    Id_LIM=Id_MAX
    ×(Idq_LIM/Idq_MAX)
    を用いて算出する
    請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。
  3. 前記q軸電流制限器は、
    前記d軸電流制限器で算出された前記制限後のd軸電流指令値をId’
    前記dq変換電流制限値をIdq_LIM、
    前記q軸電流制限値をIq_LIM、
    とした場合に、前記q軸電流制限値を下式
    Iq_LIM=√{(Idq_LIM)2−(Id’)2
    を用いて算出する
    請求項1または2に記載の電動パワーステアリング制御装置。
  4. 前記主制御器は、
    前記主制御器の雰囲気温度を計測する温度センサと、
    前記温度センサにより計測された前記雰囲気温度に基づいて、過熱保護を図るための前記dq変換電流制限値を決定する制限値演算器と
    をさらに備える請求項1から3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
  5. ステアリングホイールの操舵を補助する交流モータを駆動させるためのモータ電流を、d軸電流指令値とq軸電流指令値に基づいて制御する主制御器によって実行される電動パワーステアリング制御方法であって、
    前記d軸電流指令値と前記q軸電流指令値の二乗和の平方根であるdq変換電流指令値に制限がかかった場合に、前記主制御器において、
    前記dq変換電流指令値の制限値であるdq変換電流制限値を取得する第1ステップと、
    前記第1ステップにより取得した前記dq変換電流制限値に基づいてd軸電流制限値を優先して算出する第2ステップと、
    前記d軸電流指令値を、前記第2ステップで算出した前記d軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のd軸電流指令値を算出する第3ステップと、
    前記第1ステップで取得した前記dq変換電流制限値と、前記第3ステップで算出した前記制限後のd軸電流指令値とに基づいて、q軸電流制限値を算出する第4ステップと、
    前記q軸電流指令値を、前記第4ステップで算出した前記q軸電流制限値以下にクリップすることで制限後のq軸電流指令値を算出する第5ステップと、
    前記第3ステップで算出した前記制限後のd軸電流指令値と、前記第5ステップで算出した前記制限後のq軸電流指令値とに基づいて、前記モータ電流を制御する第6ステップと
    を有する電動パワーステアリング制御方法。
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