JP6809093B2 - モータ制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
また、モータ制御装置は、モータ電流指令部(64、641、642)、モータ電流指令補正部(65、651、652)およびモータ電圧指令部(67、671、672)を備える。
モータ電流検出部は、モータに流れる電流であるモータ電流を検出可能である。
モータ制限電流演算部は、電源からインバータ回路に流れる電流の制限値であるインバータ電流制限値を演算する。
モータ電流指令部は、モータ電流の目標値であるモータ電流指令値を演算する。
モータ電流指令補正部は、モータ電流制限値に基づき、モータ電流指令値を補正する
また、モータ制限電流演算部は、モータ電圧指令値をフィードバックし、モータ電流、インバータ電流制限値およびモータ電圧指令値に基づき、モータ電流制限値を演算する。
本発明の電動パワーステアリング装置は、上記モータ制御装置と同様の効果を奏する。
まず、本実施形態のモータ制御装置が用いられる電動パワーステアリング装置8について説明する。
ステアリングシステム90は、車両に搭載され、ステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、車速センサ99および電動パワーステアリング装置8を備える。
ステアリングシャフト92は、トルクセンサ94および操舵速度センサ95が設けられており、ピニオンギア96が先端に設けられている。
トルクセンサ94は、ステアリングホイール91を運転者が操作することによって入力される操舵トルクTsを検出可能で、検出した操舵トルクTsを後述のモータ制御装置1の制御部60に出力する。
操舵速度センサ95は、ステアリングホイール91を運転者が操作することによって入力される操舵速度Vsを検出可能で、検出した操舵速度Vsを制御部60に出力する。
ラック軸97は、ダイロッド等を介して一対の車輪98がラック軸97の両端に連結されている。
車速センサ99は、車両のトランスミッションの回転数から車両の車速Vc[km/h]を検出可能で、検出した車速Vcを制御部60に出力する。
車速センサ99は、例えば、車両のトランスミッションの回転とともに多極着磁した磁石が回転し、非接触の磁気抵抗効果素子で磁束の変化を電気抵抗の変化に変換して、車速Vcを検出する。
本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」である。また、電動パワーステアリング装置8は、モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。
モータ80は、3相の交流モータで、ブラシレスモータである。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助する補助トルクを出力する。モータ80が「電源」としてのバッテリ5から電力が供給されることにより駆動することによって、減速ギア89が正逆回転する。
さらに、回転角センサ84は、回転角θをモータ制御装置1の制御部60に出力する。
図2に示すように、モータ制御装置1は、電源入力回路10、インバータ回路20、モータ電流検出部30、インバータ電圧検出部40、温度検出部50および制御部60を備える。
電源入力回路10は、電源遮断部11およびコンデンサ12を有し、バッテリ5とインバータ回路20との間に設けられる。バッテリ5と電源入力回路10との間には、ハーネス等を用いて接続される。
バッテリ5と電源入力回路10との間の配線抵抗70を、高電位側抵抗71および低電位側抵抗72とする。
コンデンサ12は、バッテリ5およびインバータ回路20に対し並列に接続されている。
また、コンデンサ12は、バッテリ5からのノーマルモードノイズを抑制する機能およびバッテリ5の電圧の変動を平滑化する機能を兼ね備える。
スイッチング素子21−23は、高電位側に接続され、スイッチング素子24−26は、低電位側に接続されている。
U相コイル81、V相コイル82およびW相コイル83の他端は結線される。
本実施形態のスイッチング素子21−26は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等であってもよい。
U相電流検出素子31は、スイッチング素子24の低電位側に接続され、U相コイル81に流れるU相電流Iuを検出する。U相電流検出素子31の両端電圧がU相電流Iuに係る検出値として、制御部60に出力される。
V相電流検出素子32は、スイッチング素子25の低電位側に接続され、V相コイル82に流れるV相電流Ivを検出する。V相電流検出素子32の両端電圧がV相電流Ivに係る検出値として、制御部60に出力される。
W相電流検出素子33は、スイッチング素子26の低電位側に接続され、W相コイル83に流れるW相電流Iwを検出する。W相電流検出素子33の両端電圧がW相電流Iwに係る検出値として、制御部60に出力される。
また、インバータ電圧検出部40は、検出したインバータ電圧V_invを制御部60に出力する。
また、温度検出部50は、インバータ回路20の周辺の温度である周辺温度Xaを検出可能で、検出した周辺温度Xaを制御部60に出力する。
また、制御部60は、モータ電流指令部64、モータ電流指令補正部65、モータ電流偏差演算部66、モータ電圧指令部67、2相3相座標変換部68およびPWM変換部69を有する。
3相2相座標変換部61は、所謂、dq変換し、dq軸モータ電流Id、Iqを演算し、モータ制限電流演算部63およびモータ電流偏差演算部66に出力する。
インバータ電流制限値I_inv_limは、関係図または関数を用いて演算される。
図5に示すように、周辺温度Xaが大きくなるに伴い、インバータ電流制限値I_inv_limが小さくなるように設定されている。
インバータ制限電流演算部62は、演算したインバータ電流制限値I_inv_limをモータ制限電流演算部63に出力する。
フィルタ51−54は、例えば、ローパスフィルタで、所定の周波数より低い周波数の成分を減衰させないで、所定の周波数より高い周波数の成分を逓減する。
フィルタ52は、インバータ制限電流演算部62とモータ制限電流演算部63との間に設けられている。
フィルタ53は、モータ電圧指令部67とモータ制限電流演算部63との間に設けられている。
フィルタ54は、モータ制限電流演算部63とモータ電流指令補正部65との間に設けられている。
フィルタ54により、所定の周波数を制限されたdq軸モータ電流制限値Id_lim、Iq_limがモータ電流指令補正部65に出力される。
また、モータ制限電流演算部63は、後述のdq軸モータ電圧デューティDd、Dqをフィードバックし、dq軸モータ電圧デューティDd、Dqにも基づいて、モータ電流制限値を演算する。
モータ電流制限値は、インバータ電流I_invがインバータ電流制限値I_inv_lim以下となるように決定される。
モータ制限電流演算部63は、dq軸モータ電流制限値Id_lim、Iq_limが以下関係式(1)、(2)を満たすように演算する。
また、モータ制限電流演算部63は、演算したdq軸モータ電流制限値Id_lim、Iq_limをモータ電流指令補正部65に出力する。
また、モータ電流指令部64は、演算したモータ電流指令値Id*、Iq*をモータ電流指令補正部65に出力する。
また、モータ電流指令補正部65は、dq軸モータ電流指令補正値Id**、Iq**をモータ電流偏差演算部66に出力する。
d軸モータ電流指令補正値Id**とd軸モータ電流Idとの差をd軸モータ電流偏差ΔIdとする。q軸モータ電流指令補正値Iq**とq軸モータ電流Iqとの差をq軸モータ電流偏差ΔIqとする。
また、モータ電圧指令部67は、フィードバック制御のモータ電圧指令値として、dq軸モータ電圧デューティDd、Dqを演算し、2相3相座標変換部68に出力する。
また、2相3相座標変換部68は、3相のモータ電圧デューティDu、Dv、DwをPWM変換部69に出力する。
図11に、比較例として、モータ回転角速度に基づいてインバータ電流を制限するモータ制御装置の特性を示す。比較例のモータ制御装置は、モータ回転角速度がωxからωyまでの範囲で、インバータ電流を制限するように設定されているものとする。図11では、q軸モータ電流およびインバータ電流を実線で示し、インバータ電流の制限値を一点鎖線で示す。
[1]モータ制限電流演算部63は、dq軸モータ電圧デューティDd、Dqをフィードバックして、dq軸モータ電流制限値Id_lim、Iq_limを決定する。
配線抵抗70が変化するとき、インバータ電圧V_invが変化する。トルク定数または逆起電力定数等のモータ特性が変化するとき、dq軸モータ電流Id、Iqが変化する。dq軸モータ電圧デューティDd、Dqは、インバータ電圧V_inv、dq軸モータ電流Id、Iqが反映されており、配線抵抗70、トルク定数または逆起電力定数の変化が反映されている。
また、q軸モータ電流Iqおよびインバータ電流I_invを実線で示し、q軸モータ電流制限値Iq_limおよびインバータ電流制限値I_inv_limを一点鎖線で示す。
図6(b)に示すように、モータ回転角速度ωがωcからωdまでの範囲で、インバータ電流I_invがインバータ電流制限値I_inv_limで制限されている。
このように、配線抵抗70が変化しても、モータ回転角速度ωに依存せず、インバータ電流I_invをインバータ電流制限値I_inv_lim以下に安定して制御できる。
インバータ制限電流演算部62が周辺温度Xaに基づき、インバータ電流制限値I_inv_limを演算しているため、周辺温度Xaの変化が反映されやすくなる。このため、インバータ電流をより安定して制限可能である。
第2実施形態では、複数のインバータ回路および電流検出部をモータ制御装置が備え、複数のモータ制限電流演算部、モータ電圧指令部、PWM変換部、を制御部が有する点を除いて、第1実施形態と同様である。
また、第2実施形態の制御部602は、モータ制限電流加算部55およびモータ電流加算部56をさらに有する。
第2インバータ回路202は、第2電流検出部302および第2PWM変換部692に対応している。
第1電流検出部301は、第1モータ電流Iu1、Iv1、Iw1を検出可能で、制御部602に出力する。
第2電流検出部302は、第2モータ電流Iu2、Iv2、Iw2を検出可能で、制御部602に出力する。
また、3相2相座標変換部61は、dq変換された第1dq軸モータ電流Id1、Iq1を第1モータ制限電流演算部631に出力し、dq変換された第2dq軸モータ電流Id2、Iq2をモータ制限電流演算部632に出力する。
さらに、3相2相座標変換部61は、dq軸モータ電流Id1、Iq1、Id2、Iq2をモータ電流加算部56に出力する。
第2モータ制限電流演算部632は、第2モータ電圧指令部672および第2PWM変換部692に対応している。
第2モータ制限電流演算部632は、第2dq軸モータ電流制限値Id2_lim、Iq2_limを、第1実施形態と同様に、演算する。
第2実施形態では、フィルタ54は、モータ制限電流演算部631、632とモータ制限電流加算部55との間に設けられる。
モータ制限電流加算部55は、第1d軸モータ電流制限値Id1_limと第2d軸モータ電流制限値Id2_limとを加算し、d軸モータ制限電流加算値Id_lim_sumを演算する。
また、モータ制限電流加算部55は、第1q軸モータ電流制限値Iq1_limと第2q軸モータ電流制限値Iq2_limとを加算し、q軸モータ制限電流加算値Iq_lim_sumを演算する。
さらに、モータ制限電流加算部55は、dq軸モータ制限電流加算値Id_lim_sum、Iq_lim_sumをモータ電流指令補正部65に出力する。
また、モータ電流加算部56は、第1q軸モータ電流Iq1と第2q軸モータ電流Iq2とを加算し、q軸モータ電流加算値Iq_sumを演算する。
さらに、モータ電流加算部56は、dq軸モータ電流加算値Id_sum、Iq_sumをモータ電流偏差演算部66に出力する。
また、モータ電流偏差演算部66は、第1モータ電圧指令部671、第2モータ電圧指令部672に出力する。
第2モータ電圧指令部672は、フィードバック制御の指令値として、第2dq軸モータ電圧デューティDd2、Dq2を演算し、第2モータ制限電流演算部632および2相3相座標変換部68に出力する。
3相のモータ電圧デューティDu1、Dv1、Dw1が演算され、第1PWM変換部691に出力される。
また、3相のモータ電圧デューティDu2、Dv2、Dw2が演算され、第2PWM変換部692に出力される。
第2PWM変換部692は、3相のモータ電圧デューティDu2、Dv2、Dw2に基づき、第2インバータ回路202に印加する電圧を演算して駆動信号を生成する。
駆動信号に基づき、インバータ回路201、202がオンオフ制御される。
このような構成においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
第3実施形態では、モータ制限電流加算部およびモータ電流加算部を制御部が含まないで、複数のモータ電流指令部、モータ電流指令補正部およびモータ電流偏差演算部を有する点を除いて、第2実施形態と同様である。
第1モータ電流指令部641は、操舵トルクTs、操舵速度Vsおよび車速Vcに基づき、第1dq軸モータ電流指令値Id1*、Iq1*を演算する。
第2モータ電流指令部642は、第1モータ電流指令部641と同様に、第2dq軸モータ電流指令値Id2*、Iq2*を演算する。
第2モータ電流指令補正部652は、第2モータ制限電流演算部632、第2モータ電流指令部642および第2モータ電流偏差演算部662に対応している。
また、第1モータ電流指令補正部651は、第1dq軸モータ電流指令補正値Id1**、Iq1**を第1モータ電流偏差演算部661に出力する。
第2モータ電流指令補正部652は、第2dq軸モータ電流制限値Id2_lim、Iq2_limに基づき、第2dq軸モータ電流指令値Id2*、Iq2*を補正し、第2dq軸モータ電流指令補正値Id2**、Iq2**を演算する。
また、第2モータ電流指令補正部652は、第2dq軸モータ電流指令補正値Id2**、Iq2**を第2モータ電流偏差演算部662に出力する。
第2モータ電流偏差演算部662は、第2dq軸モータ電流偏差ΔId2、ΔIq2を演算し、第2モータ電圧指令部672に出力する。
このような構成においても、第2実施形態と同様の効果を奏する。
[i]図10に示すように、インバータ電圧V_invがインバータ電圧V_inv_A以下のとき、インバータ電圧V_invが大きくなるに伴い、インバータ電流制限値I_inv_limが大きくなるように設定してもよい。また、インバータ電圧V_invがインバータ電圧V_inv_Aを超えるとき、インバータ電流制限値I_inv_limが一定となるように設定してもよい。
[iii]第3実施形態の思想を共有する他の実施形態において、インバータ回路の数に応じて、3相2相座標変換部、インバータ制限電流演算部および2相3相座標変換部が複数設けられてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
30、301、302 ・・・モータ電流検出部、
62 ・・・インバータ制限電流演算部、
63、631、632 ・・・モータ制限電流演算部、
64、641、642 ・・・モータ電流指令部、
65、651、652 ・・・モータ電流指令補正部、
67、671、672 ・・・モータ電圧指令部。
Claims (7)
- モータ(80)の駆動を制御するモータ制御装置であって、
電源(5)から電力を前記モータに供給するインバータ回路(20)と、
前記モータに流れる電流であるモータ電流を検出可能なモータ電流検出部(30、301、302)と、
前記電源から前記インバータ回路に流れる電流の制限値であるインバータ電流制限値を演算するインバータ制限電流演算部(62)と、
前記モータ電流の制限値であるモータ電流制限値を演算するモータ制限電流演算部(63、631、632)と、
前記モータ電流の目標値であるモータ電流指令値を演算するモータ電流指令部(64、641、642)と、
前記モータ電流制限値に基づき、前記モータ電流指令値を補正するモータ電流指令補正部(65、651、652)と、
前記モータ電流指令補正部によって補正された前記モータ電流指令値および前記モータ電流に基づき、前記インバータ回路から前記モータに印加する電圧の目標値であるモータ電圧指令値を演算するモータ電圧指令部(67、671、672)と、
を備え、
前記モータ制限電流演算部は、前記モータ電圧指令値をフィードバックし、前記モータ電流、前記インバータ電流制限値および前記モータ電圧指令値に基づき、前記モータ電流制限値を演算するモータ制御装置。 - 前記モータ電流、前記インバータ電流制限値、前記モータ電圧指令値または前記モータ電流制限値の所定の周波数を制限するフィルタ(51、52、53、54)をさらに備える請求項1に記載のモータ制御装置。
- 複数の前記モータ電流検出部と、
複数の前記モータ制限電流演算部と、
を備え、
それぞれの前記モータ制限電流演算部が演算した前記モータ電流制限値を加算するモータ制限電流加算部(55)をさらに備え、
前記モータ電流指令補正部は、前記モータ制限電流加算部が加算したモータ制限電流加算値に基づき、前記モータ電流指令値を補正する請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - 複数の前記モータ電流検出部と、
複数の前記モータ制限電流演算部と、
複数の前記モータ電流検出部および複数の前記モータ制限電流演算部にそれぞれ対応する複数の前記モータ電流指令補正部と、
を備え、
それぞれの前記モータ電流指令補正部は、対応する前記モータ電流および対応する前記モータ電流制限値に基づき、対応する前記モータ電流指令値を補正する請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - 前記電源から前記インバータ回路に印加される電圧であるインバータ電圧を検出可能なインバータ電圧検出部(40)をさらに備え、
前記インバータ制限電流演算部は、前記インバータ電圧に基づき、前記インバータ電流制限値を演算する請求項1から4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記インバータ回路の周辺の温度である周辺温度を検出可能な温度検出部(50)をさらに備え、
前記インバータ制限電流演算部は、前記周辺温度に基づき、前記インバータ電流制限値を演算する請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 運転者による操舵を補助する補助トルクを出力するモータ(80)と、
請求項1から6のいずれか一項に記載のモータ制御装置(1、2、3)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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