JP6825347B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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1.操舵制御装置は、車両の操舵をアシストする操舵装置を制御対象とし、前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、前記同期電動機を流れる電流を電流指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を目標トルクにフィードバック制御するために、前記電流指令値の位相を定める制御角を操作する制御角操作処理部と、前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が規定値以上であることを条件に前記電流指令値の絶対値を増加させ、前記上回る量が前記規定値よりも小さいことを条件に前記電流指令値の絶対値を減少させる指令値設定処理部と、前記電流指令値が上限値以下かつ下限値以上となるように、前記指令値設定処理部により設定される前記電流指令値に対してガード処理を施すガード処理部と、を備え、前記ガード処理部は、前記上限値および前記下限値の少なくとも一方を車速に応じて変更する。
2.上記1に記載の操舵制御装置において、前記ガード処理は、絶対値ガード処理であり、前記ガード処理部は、前記上回る量が閾値以上であることを条件に、前記電流指令値の絶対値の減少を許容しないように前記指令値設定処理部が設定した前記電流指令値にガード処理を施す変化量ガード処理を実行し、前記ガード処理部は、前記変化量ガード処理がなされた前記電流指令値に対して前記絶対値ガード処理を実行する。
3.上記2に記載の操舵制御装置において、前記ガード処理部は、前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が前記閾値以上であることを条件に、前記ガード処理が施された前記電流指令値の前回値の大きさを規定量だけ増加させた値を下限ガード値とし、前記電流指令値の大きさが前記下限ガード値以上となるようにガード処理を施す。
以下、操舵制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる操舵装置10は、ステアリングホイール(ステアリング12)、およびステアリング12と一体回転するステアリングシャフト13を備えている。ステアリングシャフト13は、ステアリング12側から順にコラム軸14、中間軸16、およびピニオン軸18を連結することにより構成されている。ラック軸20は、ステアリングシャフト13の回転に応じて、軸方向に往復動する。
指令値設定処理部M24は、回転座標系であるγδ座標系におけるγ軸の電流指令値iγ1*を可変設定する。本実施形態では、γ軸の電流指令値iγ1*を指令値設定処理部M24により可変設定し、δ軸の電流指令値iδ*については、常時ゼロとする。
更新量算出処理部M54は、操舵トルクTrqs1を目標トルクTrqs*にフィードバック制御するために制御角θcを操作すべく、制御角の上記所定時間ΔTにおける更新量Δθcを算出して出力する。ここで、本実施形態では、同期電動機34を流れる電流を、回転座標系において、d軸の正側とq軸の正側との間の領域に制御することを想定する。換言すれば、電流の位相を、「0〜−90°」の領域内に制御することを想定する。ここで、d軸の正方向を、磁極の方向とし、q軸の正方向を、d軸に対して同期電動機34の回転している方向に電気角で90°ずらした方向とする。また、上記電流の位相を、電流ベクトルの方向(ここでは、γ軸の正方向)とq軸とのなす角度であって且つ、q軸から回転方向に行く場合に正と定義する。この場合、電流の位相は、制御角θcの更新量Δθcが、所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量に等しい場合には、一定値となる。これに対し、更新量Δθcが所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量よりも大きい場合には、電流の位相が電流ベクトルを進角させる側に変化する。また、更新量Δθcが所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量よりも小さい場合には、電流の位相が電流ベクトルを遅角させる側に変化する。このため、本実施形態では、制御角θcを、電流の位相を定めるパラメータとして、電流の位相を操作するために操作する。
図3に、本実施形態にかかる指令値設定処理部M24の処理の手順を示す。図3に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、以下では、主体をCPU52として記載する。また、以下では、指令値設定処理部M24が出力するγ軸の電流指令値iγ1*の符号を、同期電動機34の回転方向によらずゼロ以上であるとして記載するが、実際には回転方向に応じて符号を反転させるロジックであってもよい。
図4に、本実施形態にかかるガード処理部M60の処理の手順を示す。図4に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、以下では、主体をCPU52として記載する。
CPU52は、操舵トルクTrqsが目標トルクTrqs*を上回る量が規定値TrqL1以上である場合、指令値設定処理部M24が出力する電流指令値iγ1*にガード処理部M60によってガード処理を施すことにより、電流指令値iγ*の大きさが前回値iγ*(n−1)よりも大きくなるようにする。このため、指令値設定処理部M24に異常が生じ、上述の上回る量が規定値TrqL1以上であるにもかかわらず、指令値設定処理部M24が出力する電流指令値iγ1*が減少する場合であっても、偏差算出処理部M28の入力となる電流指令値iγ*が過度に小さい値となることを回避することができる。このため、フィードバック処理部M54bが操舵トルクTrqs1を目標トルクTrqs*に制御すべく制御角θcが操作されることによって、同期電動機34のアシストトルクを適切な値に制御することができる。
(1)ステップS30〜S48の処理は、電流指令値iγ*の前回からの変化量が許容範囲内であるか否かに基づく変化量ガード処理であり、変化量ガード処理が施された電流指令値iγ*は、その絶対値が適切な値である保証はない。そこで本実施形態では、変化量ガード処理が施された電流指令値iγ*に対し、ステップS50〜S54の処理によって、上限値iγ*max以下且つ下限値iγ*min以上となるようにガード処理を施した。これにより、ガード処理部M60が出力する電流指令値iγ*の絶対値を適切な値とすることができる。
以下、操舵制御装置にかかる第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
このように、本実施形態では、過熱フラグFが「1」となる場合、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*の大きさを上回る量が規定値TrqL1以上である場合であっても、電流指令値iγ1*の絶対値を減少させることにより、同期電動機34やインバータ40の温度が過度に高くなることを抑制することを狙う。ただし、この際、ガード処理部M60が図4に示した処理を実行する場合には、最終的な電流指令値iγ*を減少させることができない。そこで本実施形態では、ガード処理を以下のように変更する。
このように、本実施形態によれば、過熱フラグFが「1」である場合、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*を上回る量が規定値TrqL1以上である場合であっても、ガード処理部M60が電流指令値iγ*の減少を許容するようにした。このため、システマティックエラーに対処するガード処理部M60を設けつつも、同期電動機34やインバータ40の温度が過度に高くなることを抑制することができる。
以下、操舵制御装置にかかる第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
このように、本実施形態では、指令値設定処理部M24とは独立に、ガード処理部M60において、同期電動機34の温度Tmが規定温度Tth以上であることとインバータ40の温度Tiが規定温度Tth以上であることとの論理和が真であるか否かを判定した。そして真である場合、ガード処理部M60において、電流指令値iγ*を減少させた。これにより、同期電動機34やインバータ40の温度が高い場合にこれに確実に対処することができる。
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。なお、以下において、「メモリ54に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU52」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU52」と記載する。
4.第3の実施形態に対応する。
5.ステップS46,S48の処理を実行するCPU52に対応する。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*の大きさを上回る量が規定値TrqL1以上である場合に、γ軸の電流指令値iγ1*の絶対値を増加させる際の増加補正量Δiとしては、上回る量が規定値TrqL1以上の場合に一律同一の値とするものに限らない。たとえば、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*を上回る量が規定値TrqL1以上である場合において、上回る量が大きい場合に小さい場合と比較して増加補正量Δiを大きい値としてもよい。
上記実施形態では、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*の大きさを上回る量が規定値TrqL1以上である場合、電流指令値iγ*が前回値iγ*(n−1)よりも規定量ΔL以上大きくなるように、下限ガード値を設定したがこれに限らない。たとえば、下限ガード値を、前回値iγ*(n−1)とすることにより、前回値iγ*(n−1)からの減少を許容しないようにしてもよい。この場合であっても、たとえば第1の実施形態において、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*の大きさを上回る量が規定値TrqL1以上であるにもかかわらず、システマティックエラーに起因して電流指令値iγ*が減少していくことを抑制することはできる。
図4に示した処理等においては、操舵トルクTrqsの大きさが目標トルクTrqs*の大きさを上回る量が閾値以上である場合に、電流指令値iγ*の減少を許容しないようにガード処理を施し、閾値を、規定値TrqL1としたが、これに限らない。たとえば、規定値TrqL1を所定値TrqL2よりも小さい値とする場合において、閾値を規定値TrqL1と所定値TrqL2との間の値としてもよい。
ステップS54〜S58では、車速Vに応じて下限値iγ*minを変更したが、車速Vに応じて上限値iγ*maxを変更してもよい。また、車速Vに応じて、下限値iγ*minおよび上限値iγ*maxの両方を変更してもよい。すなわち、車速Vに応じて、下限値iγ*minおよび上限値iγ*maxの少なくとも一方を変更すればよい。
上記実施形態では、過熱判定をする同期電動機34の温度Tmの下限値としての規定温度と、過熱判定をするインバータ40の温度Tiの下限値としての規定温度とを、同一の規定温度Tthとしたが、これに限らない。
上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、更新量Δθc1を、目標トルクTrqs*と操舵トルクTrqs1との差を入力とする比例要素のみから算出するものとしてもよく、またたとえば、積分要素のみから算出するものとしてもよく、さらにたとえば、比例要素、積分要素、および微分要素を用いて算出するものとしてもよい。
・「同期電動機34を流れる電流の位相について」
上記実施形態では、同期電動機34を流れる電流が、回転座標系において、d軸の正側とq軸の正側とによって挟まれる領域内に収まることを想定したがこれに限らない。たとえば、q軸の正側とd軸の負側とによって挟まれる領域内に収まるように制御してもよい。この場合、d軸電流が負となるため、弱め界磁制御がなされることから、高回転において同期電動機34のトルクを生成しやすい。ただし、この場合、推定値ベースガード処理部M54cにおいては、操舵トルクTrqs1が大きい場合に、推定変化量ω1の大きさよりも更新量Δθcの大きさが小さくなるように上限ガード処理を施す。
CPU52とメモリ54とを備えて、ソフトウェア処理のみを実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、専用のハードウェア(ASIC)にて処理してもよい。すなわち、たとえば、上記ガード処理部M60の処理については、ハードウェア処理とし、電流指令値iγ*をハードウェアからCPU52が取得するようにしてもよい。
SPMSMに限らず、埋込磁石同期電動機であってもよい。
・「操舵装置について」
転舵アクチュエータとして、ラックアンドピニオン型のものを備えるのに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型(登録商標)、ラック同軸型のものなどを備えてもよい。
Claims (7)
- 車両の操舵をアシストする操舵装置を制御対象とし、
前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、
前記同期電動機を流れる電流を電流指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、
ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を目標トルクにフィードバック制御するために、前記電流指令値の位相を定める制御角を操作する制御角操作処理部と、
前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が規定値以上であることを条件に前記電流指令値の絶対値を増加させ、前記上回る量が前記規定値よりも小さいことを条件に前記電流指令値の絶対値を減少させる指令値設定処理部と、
前記電流指令値が上限値以下かつ下限値以上となるように、前記指令値設定処理部により設定される前記電流指令値に対してガード処理を施すガード処理部と、を備え、
前記ガード処理部は、前記下限値を車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 前記ガード処理は、絶対値ガード処理であり、
前記ガード処理部は、前記上回る量が閾値以上であることを条件に、前記電流指令値の絶対値の減少を許容しないように前記指令値設定処理部が設定した前記電流指令値にガード処理を施す変化量ガード処理を実行し、
前記ガード処理部は、前記変化量ガード処理がなされた前記電流指令値に対して前記絶対値ガード処理を実行する請求項1に記載の操舵制御装置。 - 車両の操舵をアシストする操舵装置を制御対象とし、
前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、
前記同期電動機を流れる電流を電流指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、
ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を目標トルクにフィードバック制御するために、前記電流指令値の位相を定める制御角を操作する制御角操作処理部と、
前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が規定値以上であることを条件に前記電流指令値の絶対値を増加させ、前記上回る量が前記規定値よりも小さいことを条件に前記電流指令値の絶対値を減少させる指令値設定処理部と、
前記電流指令値が上限値以下かつ下限値以上となるように、前記指令値設定処理部により設定される前記電流指令値に対してガード処理を施すガード処理部と、を備え、
前記ガード処理部は、前記上限値および前記下限値の少なくとも一方を車速に応じて変更し、
前記ガード処理は、絶対値ガード処理であり、
前記ガード処理部は、前記上回る量が閾値以上であることを条件に、前記電流指令値の絶対値の減少を許容しないように前記指令値設定処理部が設定した前記電流指令値にガード処理を施す変化量ガード処理を実行し、
前記ガード処理部は、前記変化量ガード処理がなされた前記電流指令値に対して前記絶対値ガード処理を実行する操舵制御装置。 - 前記ガード処理部は、前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が前記閾値以上であることを条件に、前記ガード処理が施された前記電流指令値の前回値の大きさを規定量だけ増加させた値を下限ガード値とし、前記電流指令値の大きさが前記下限ガード値以上となるようにガード処理を施す請求項2または3に記載の操舵制御装置。
- 前記指令値設定処理部は、前記同期電動機および前記電力変換回路の少なくとも一方の温度が規定温度以上であると判定する場合、前記電流指令値を減少させるものであり、
前記ガード処理部は、前記同期電動機および前記電力変換回路の少なくとも一方の温度が前記規定温度以上である場合、前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が前記閾値以上である場合であっても、前記電流指令値の大きさの減少を許容するように前記電流指令値に前記ガード処理を施す請求項2〜4のいずれか1項に記載の操舵制御装置。 - 前記ガード処理部は、前記同期電動機および前記電力変換回路の少なくとも一方の温度が前記規定温度以上であると判定する場合、前記検出値が前記目標トルクを上回る量が前記閾値以上である場合であっても、前記電流指令値の大きさを減少させるように前記電流指令値に前記ガード処理を施す請求項5に記載の操舵制御装置。
- 前記ガード処理部は、前記検出値の大きさが前記目標トルクの大きさを上回る量が前記閾値よりも小さいことを条件に、前記電流指令値の絶対値の増加を許容しないように前記指令値設定処理部が設定した前記電流指令値に前記ガード処理を施す請求項2〜6のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
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