JP6697790B2 - 電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリングの制御方法 - Google Patents
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Description
また、実際の回転角に相当する値で補正することにより精度よく補正することができるので、推定誤差によって生じるトルク変動を抑制できる。
さらに、操舵の速度が速い場合にも、操舵の周波数以下は第2周波数成分に含まれないため、運転者の操舵の影響を受けることなく、振動成分である第2周波数成分を補正できる。精度の良い補正により、推定誤差によって生じるトルク変動を抑制することができ、振動の小さい安定的なセンサレス制御を行える電動パワーステアリング装置等を提供できる。
この発明による電動パワーステアリング装置の概略的な構成の一例を図1に示す。図1において、電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール101と、ステアリングシャフト103と、ラック・ピニオンギヤ105と、車輪104と、運転者の操舵力を補助するモータ1と、モータを駆動する電力を供給するためのECU(electronic control unit:電子制御装置)2と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ102が設けられている。
ω,ωr0:推定速度、
id0:d軸推定電流、
iq0:q軸推定電流、
pdr0:推定磁束、
ed:d軸偏差、
eq:q軸偏差、
R:モータの抵抗値、
Ld:モータのd軸インダクタンス、
Lq:モータのq軸インダクタンス、
s:ラプラス変換の微分演算子、
kp、ki、g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42:
推定角θを演算するためのフィードバックゲイン、
e01,e02,e03,e04:演算の中間変数、
である。
この推定方法では、モータの抵抗値RやインダクタンスLd、Lqをパラメータとして設定するため、パラメータ誤差により推定誤差が生じる。
ここで操舵成分とは運転者の操舵力の周波数成分であり、振動成分とは電動パワーステアリング装置の機械的振動成分を示す。
ここで、前記第1周波数成分θ1は運転者の操舵力の周波数成分である操舵成分を含み、前記第2周波数成分θ2は電動パワーステアリング装置の機械的振動成分を含む。
この構成では、実際の回転角θeに相当する値として操舵トルクTrqから算出した補正用信号θtによって、推定角θから分離した振動成分である第2周波数成分θ2を補正できるので、操舵トルクTrqと類似した回転角の成分について推定誤差(θe−θc)を低減できる。実際の回転角に相当する値で補正することにより精度よく補正することができるので、推定誤差(θe−θc)によって生じるトルク変動を抑制できる。さらに、操舵の速度が速い場合にも、操舵の周波数以下は第2周波数成分θ2に含まれないため、運転者の操舵の影響を受けることなく、振動成分である第2周波数成分θ2を補正できる。
推定角θから分離した第2周波数成分θ2と同じ周波数成分の操舵トルクTrqは、互いに相関がある。この相関によれば、推定誤差(θe−θc)がなければ第2周波数成分θ2と補正用信号θtは一致するはずであり、差異があれば推定誤差(θe−θc)があると判定でき、過剰または不足なく補正できる。そのため、推定角θを精度良く補正することができるので、推定誤差(θe−θc)によって生じるトルク変動を抑制できる。
ここで、前記補正用信号演算部7は、前記操舵トルクTrqに、操舵トルクTrqと前記モータ1の回転角θeの比を表す前記換算ゲイン(k)を乗算する。
この実施の形態1のフィルタH1(s)(7b)とフィルタH2(s)(5b)では、運転者の操舵の周波数よりも高い周波数として、カットオフ周波数ωh1とωh2を3Hzで設定したが、振動成分を抽出することができれば良く、カットオフ周波数ωh1とωh2は3Hzに限らない。例えば、30Hzの振動が生じるのであれば、30Hzの振動を抽出できるよう、カットオフ周波数ωh1とωh2を10Hzで設定しても良い。また、カットオフ周波数ωh1とωh2は必ずしも同一である必要はなく、例えば、ωh1を3Hz、ωh2を5Hzで設定しても良い。この場合でも、3Hzと5Hzは近傍の周波数であるため、同様の周波数成分が抽出できる。
この実施の形態1では、前述のフィルタH1(s)(7b)とフィルタH2(s)(5b)は同一のフィルタで設定したが、同様の周波数成分を抽出できれば良く、必ずしも同一である必要はない。例えば、カットオフ周波数ωh1とωh2は同じで、フィルタH1(s)(7b)は1次のハイパスフィルタとし、フィルタH2(s)(5b)は2次のハイパスフィルタとしても良い。また、フィルタH1(s)(7b)は1次ハイパスフィルタとし、フィルタH2(s)(5b)は、1次ハイパスフィルタにセンサノイズ除去のための1次ローパスフィルタを追加したもので設定しても良い。これらの場合にも、フィルタH1(s)(7b)とフィルタH2(s)(5b)により抽出できる主な周波数成分は、同様の周波数成分となる。
フィルタL(s)(5a)とフィルタH1(s)(7b)およびフィルタH2(s)(5b)とは、ローパスフィルタとハイパスフィルタとの組合せに限らず、例えば、次式(15)のようなバンドエリミネーションフィルタとバンドパスフィルタとの組合せとして設定しても良い。
kb:フィルタゲイン、
ωb:フィルタ周波数、
ζ:減衰係数、
である。
d軸電流指令id*は、d軸基本電流指令id0*にd軸高周波電流(指令)Aidを加算して得られる。
q軸電流指令iq*は、q軸基本電流指令iq0*にq軸高周波電流(指令)Aiqを加算して得られる。
d軸基本電流指令id0*は、例えば、モータ1の回転速度に応じて決定する。
q軸基本電流指令iq0*は、例えば、操舵トルクTrqに応じて決定する。
d軸高周波電流(指令)Aidおよびq軸高周波電流(指令)Aiqは、振幅A、周波数wwの余弦波および正弦波で与える。余弦波および正弦波は、時間tの関数とする。
kpp、kii:推定角θを演算するためのフィードバックゲイン、
である。
この実施の形態2は、前述の実施の形態1と推定角補正部6の処理が異なり、他は実施の形態1と同じである。具体的には、第2周波数成分θ2と補正用信号θtが異なる符号のときの処理が実施の形態1と異なる。
この実施の形態3は、前述の実施の形態1と推定角補正部6の処理が異なり、他は実施の形態1と同じである。具体的には、第2周波数成分θ2の補正の方法が実施の形態1と異なる。
このような構成であっても、実際の回転角θeに相当する値として操舵トルクTrqから算出した補正用信号θtによって、推定角θから分離した振動成分である第2周波数成分θ2を補正できるので、操舵トルクTrqと類似した回転角の成分について推定誤差(θe−θc)を低減できる。実際の回転角θeに相当する値で補正することにより精度よく補正することができるので、推定誤差(θe−θc)によって生じるトルク変動を抑制できる。さらに、操舵の速度が速い場合にも、操舵の周波数以下は第2周波数成分θ2に含まれないため、運転者の操舵の影響を受けることなく、振動成分である第2周波数成分θ2を補正できる。精度の良い補正により、推定誤差(θe−θc)によって生じるトルク変動を抑制することができ、振動の小さい安定的なセンサレス制御を行える電動パワーステアリング装置を提供できる。その他、実施の形態1と同じ構成の部分は、実施の形態1と同様の効果を得られる。
この点に関し、これらの機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSPともいう)であっても構成可能である。
上記各部の機能を図11の(a)に示すハードウェアで構成した場合、処理回路1000は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらを組み合わせたものが該当する。上記各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
また処理に必要な各種情報は、ハードウェア構成の場合は回路に予め設定され、またソフトウェア構成の場合にはメモリに予め記憶させておく。
Claims (12)
- 運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記運転者の操舵力を補助するモータと、
前記モータの回転角を推定し推定角を出力する回転角推定部と、
前記操舵トルクから補正用信号を算出する補正用信号演算部と、
前記推定角を第1周波数成分と第2周波数成分に分離する周波数分離部と、
前記補正用信号に基づいて前記第2周波数成分を補正した第2周波数成分補正信号を前記第1周波数成分に加算した値を制御角として算出する推定角補正部と、
前記制御角に基づいて前記モータに電力を供給する電力供給部と、
を備えた電動パワーステアリング装置。 - 前記補正用信号は、前記操舵トルクから前記第2周波数成分と同様の周波数成分を抽出した値に基づく、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記第1周波数成分は、運転者の操舵力の周波数成分を含む、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。
- 前記補正用信号演算部は、前記操舵トルクに換算ゲインを乗算する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記補正用信号演算部は、前記操舵トルクに操舵トルクと前記モータの回転角の比を表す前記換算ゲインを乗算する、請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記推定角補正部は、前記第2周波数成分と前記補正用信号の正負の符号関係に基づいて、前記第2周波数成分を補正する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記推定角補正部は、前記第2周波数成分と前記補正用信号が正負の符号が同符号のとき、前記第2周波数成分と前記補正用信号のうち、絶対値が小さい方の値を前記第2周波数成分補正信号とする、請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記推定角補正部は、前記第2周波数成分と前記補正用信号が正負の符号が異なるとき、前記第2周波数成分補正信号を零とする、請求項6または7に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記推定角補正部は、前記第2周波数成分と前記補正用信号の正負の符号が異なるとき、前記補正用信号を前記第2周波数成分補正信号として算出する、請求項6または7に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記推定角補正部は、前記第2周波数成分と前記補正用信号との差異が設定値以内となるように前記第2周波数成分を制限する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記第1周波数成分が運転者の操舵力の周波数成分を含み、前記第2周波数成分が機械的振動成分を含む、請求項1から10までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 運転者の操舵力を補助するモータの回転角を推定して推定角を求め、
検出した前記運転者の操舵トルクから補正用信号を算出し、
前記推定角を第1周波数成分と第2周波数成分に分離し、
前記補正用信号に基づいて前記第2周波数成分を補正した第2周波数成分補正信号を前記第1周波数成分に加算した値を制御角として算出し、
前記制御角に基づいて前記モータに電力を供給する、
電動パワーステアリングの制御方法。
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