JP6885531B1 - 検出信号補正方法、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

検出信号補正方法、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

検出信号補正方法では、センサ(20)の検出信号に基づいてモータ(10)の回転軸の回転角度を演算し(S1)、回転角度に基づいて操舵軸の操舵速度を演算し(S2)、検出信号の誤差を演算し(S5)、操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ検出信号の誤差が誤差閾値以上である場合に検出信号の誤差を補正する(S7、S9)。

Description

本発明は、検出信号補正方法、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
車両の操舵力を軽減するため、モータによって操舵を補助する電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、電動パワーステアリングのモータの回転軸の回転に応じてセンサから出力される正弦信号及び余弦信号に基づいてモータの回転角度を演算し、演算された回転角度に基づいてモータを制御するモータ制御装置が開示されている。
特開2019−144056号公報
モータの回転軸の回転に応じた検出信号を出力するセンサを用いてモータの回転角度を演算する場合に、センサの出荷時に較正を行っても、実際の使用環境(温度等)に応じてセンサの検出信号に誤差が生じる場合がある。
このような誤差を含んだ検出信号に基づいてモータの回転角度を演算すると、回転角度の測定値(測定角度)の直線性(リニアリティ)が低下する。
直線性誤差(リニアリティ誤差)を含んだ測定角度に基づいてモータを制御すると、直線性誤差に含まれるモータ回転周期の整数倍の周波数成分の振動がモータに発生する。この周波数と車体の共振周波数とが一致すると、車両が振動して運転者に異音や振動として伝わり、快適性を損ねるおそれがある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータを、モータの回転軸の回転に応じてセンサから出力される検出信号に基づいて制御する際に、モータが発生する振動によって車両が共振するのを軽減することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータの回転軸の回転に応じてセンサから出力される検出信号である正弦信号及び余弦信号を補正する検出信号補正方法が与えられる。検出信号補正方法では、検出信号に基づいて回転軸の回転角度を演算し、回転角度に基づいて操舵軸の操舵速度を演算し、検出信号の誤差を演算し、操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ検出信号の誤差が誤差閾値以上である場合に検出信号の誤差を補正する。
本発明の他の一態様によれば、車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータのモータ制御装置が与えられる。モータ制御装置は、モータの回転軸の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ検出信号を出力するセンサと、検出信号に基づいて回転軸の回転角度を演算する回転角度演算部と、回転角度に基づいてモータを制御する制御部と、回転角度に基づいて操舵軸の操舵速度を演算する操舵速度演算部と、検出信号の誤差を演算する誤差演算部と、操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ検出信号の誤差が誤差閾値以上である場合に、検出信号の誤差を補正する検出信号補正部と、を備える。
本発明の更なる他の一態様による電動パワーステアリング装置は、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備え、モータによって車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与する。
本発明によれば、車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータを、モータの回転軸の回転に応じてセンサから出力される検出信号に基づいて制御する際に、モータが発生する振動によって車両が共振するのを軽減できる。
実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 センサユニットの一例の概略を示す分解図である。 制御装置の一例の概要を示す構成図である。 制御装置の機能構成の一例の説明図である。 (a)〜(c)は、それぞれ正弦信号及び余弦信号のオフセット誤差、振幅誤差、位相誤差の説明図である。 直線性誤差の説明図である。 モータのロータの回転角度基準とセンサユニットの回転角度基準との間の位相ずれ量(原点誤差)の説明図である。 図4に示すモータ制御部の一例の機能構成図である。 図4に示す検出信号補正部の一例の機能構成図である。 検出信号補正部の動作モードの一例の状態遷移図である。 実施形態の検出信号補正方法の一例のフローチャートである。
本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
(構成)
本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図1に示す。操向ハンドル1の操舵軸(例えばコラム軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4A及び4B、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。操舵軸2には、操舵軸2に加えられる操舵トルクThを検出するトルクセンサ7が設けられており、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ10が減速ギア3を介して操舵軸2に連結されている。
センサユニット20は、モータ10のロータの回転角度θに応じた正弦信号SIN1=A×sinθ+Bと余弦信号COS1=A×cosθ+Bを制御装置30へ出力する。以下、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1を総称して「検出信号」と表記することがある。
制御装置30は、電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置を制御する電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)である。
センサユニット20及び制御装置30は、特許請求の範囲に記載の「モータ制御装置」の一例である。
制御装置30には、バッテリ40から電力が供給されるとともに、イグニション(IGN)キー41を経てイグニションキー信号が入力される。なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。
制御装置30は、センサユニット20による検出信号に基づいてモータ10の回転軸11の回転角度θを演算する。
制御装置30は、トルクセンサ7で検出された操舵トルクThと、車速センサ8で検出された車速Vhとに基づいてアシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行う。
制御装置30は、操舵補助指令値とモータ10の回転角度とに基づいてモータ10に供給する電流Iを制御して、モータ10を駆動制御する。これにより、モータ10の発生トルクが、運転者のハンドル操作の補助力(操舵補助力)として操舵系に付与される。
図2を参照してセンサユニット20を説明する。
センサユニット20は、磁石21と、回路基板22と、支持部材23とを備える。
磁石21は、モータ10の回転軸11の出力端12と反対側の端部14に固定され、回転軸11の周方向に沿って配列された異なる磁極(S極及びN極)を有している。
回路基板22には磁束を検出するMR(磁気抵抗:Magnetic Resistance)センサ素子(Integrated Circuit)24が実装されている。回路基板22に複数のMRセンサ素子を実装して、各々のMRセンサ素子の検出信号に基づいて回転軸11を別個に算出する冗長系を構成してもよい。
回路基板22は図示しない締結ネジやかしめなどの固定手段によって支持部材23に固定されている。また、支持部材23も同様に図示しない固定手段によってモータ10に固定されている。
回路基板22が支持部材23に固定される位置と、支持部材23がモータ10に固定される位置は、回路基板22が支持部材23に固定され且つ支持部材23がモータ10に固定されたときに、支持部材23とモータ10との間に回路基板22が配置されて、MRセンサ素子24が磁石21に近接するように決定されている。
モータ10のロータとともに回転軸11が回転し、回転軸11の回転に伴って磁石21が回転すると、これによりMRセンサ素子24は、回転角度に応じた磁石21の磁束変化を検出し、モータ10の回転軸11の回転に応じた検出信号を出力する。
例えば、MRセンサ素子24は、モータ10の回転軸11の回転角度θに応じた正弦信号SIN1と余弦信号COS1を、モータ10の回転軸11の回転に応じた検出信号として出力する。
なお、センサユニット20は、MRセンサ以外のセンサを備えてもよい。センサユニット20は、回転軸11の回転角度θに応じた正弦信号と余弦信号を出力する様々な形式のセンサを採用できる。
支持部材23は、例えば回路基板22を覆うカバーである。支持部材23は、例えば、図2において下方に開口する凹部を有しており、回路基板22は支持部材23の凹部内に固定される。支持部材23をモータ10に固定すると、支持部材23の凹部の開口部がモータ10によって遮蔽され、支持部材23の凹部とモータ10によって画成される内部空間内に回路基板22が収納される。これにより、外部からの衝撃や異物から回路基板22が保護される。
支持部材23は、例えばアルミ合金などの熱伝導性のよい金属で形成されて、ヒートシンクとしての役割を果たしてよい。また、支持部材23はヒートシンクそのものであってもよい。
センサユニット20とは別体の電子制御ユニットである制御装置30は、ハーネス25によりセンサユニット20と接続される。モータ10の回転軸11の回転に応じてMRセンサ素子24から出力される検出信号は、ハーネス25を経由して制御装置30に伝達される。
制御装置30は、MRセンサ素子24による検出信号に基づいてモータ10の回転軸11の回転角度θを演算し、演算した回転角度θに応じてパワー半導体スイッチング素子を制御して、モータ10を駆動する。
図3を参照して、制御装置30を説明する。
制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)等のプロセッサ31と、メモリ等である記憶装置32と、アナログディジタル変換器(ADC:Analog-Digital Converter)33及び34と、駆動回路35と、電流センサ36と、I/F(インタフェース)回路37を備える。
以下に説明する制御装置30の機能は、例えばプロセッサ31が、記憶装置32に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
制御装置30は、プロセッサ31に加えて又は代えて、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、制御装置30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えば制御装置30は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
トルクセンサ7が検出した操舵トルクThと車速センサ8が検出した車速Vhは、I/F回路37を経由して、プロセッサ31に入力される。プロセッサ31は、操舵トルクThと車速Vhとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値を演算する。
MRセンサ素子24から出力される検出信号(すなわち正弦信号SIN1及び余弦信号COS1)は、ADC33及びADC34によってディジタル信号に変換されて、プロセッサ31に入力される。プロセッサ31は、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1に基づいてモータ10の回転軸11の回転角度θの測定値(以下「測定角度θm」と表記する)を演算する。さらに制御装置30は、測定角度θmの直線性誤差と原点の位相ずれとを補正することにより補正後回転角度θcを演算する。
駆動回路35は、プロセッサ31から出力される制御信号に基づいて、モータ10を駆動するモータ電流を供給する。駆動回路35は、例えばモータ電流をオンオフするスイッチング素子を備えるインバータであってよい。
電流センサ36は、モータ電流を検出する。本実施形態では、モータ10は3相モータであり、電流センサ36は、U相モータ電流Ium、V相モータ電流Ivm及びW相モータ電流Iwmを検出する。なお、本発明の適用対象は3相モータに限定されない。本発明は、様々な相数のモータに適用可能である。
プロセッサ31は、I/F回路37を経由して、U相モータ電流Ium、V相モータ電流Ivm及びW相モータ電流Iwmの検出値を読み取る。
プロセッサ31は、操舵トルクThと車速Vhから演算した操舵補助指令値と、補正後回転角度θcと、モータ電流Ium、Ivm、Iwmに基づいて、駆動回路35を制御する制御信号を生成する。
図4を参照して、制御装置30の機能構成の一例を説明する。制御装置30は、検出信号補正部50と、回転角度演算部51と、直線性補正部52と、原点補正部53と、モータ制御部54と、操舵速度演算部55と、誤差演算部56を備える。
検出信号補正部50は、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1を補正する。具体的には、検出信号補正部50は、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1のオフセット誤差(図5の(a)参照)と、正弦信号SIN1と余弦信号COS1との間の振幅の差である振幅誤差(図5の(b)参照)を補正する。
また、検出信号補正部50は、オフセット誤差及び振幅誤差が補正された正弦信号と余弦信号との和信号(COS+SIN)と差信号(COS−SIN)を演算する。
検出信号補正部50は、和信号(COS+SIN)の振幅と差信号(COS+SIN)の振幅の差を補正することにより、和信号(COS+SIN)及び差信号(COS−SIN)から、正弦信号SIN1と余弦信号COS1との間の位相誤差(図5の(c)参照)の影響を除去する。検出信号補正部50の構成及び機能については更に後述する。
図4を参照する。検出信号補正部50は、和信号(COS+SIN)及び差信号(COS−SIN)を回転角度演算部51へ出力する。
回転角度演算部51は、和信号(COS+SIN)及び差信号(COS−SIN)に基づいて、モータ10の回転軸11の測定角度θmを演算する。
直線性補正部52は、測定角度θmの直線性誤差を補正する。直線性補正部52は、測定角度θmの直線性を補正して得られた測定角度θc0を出力する。
図6を参照して、測定角度θmの直線性誤差を説明する。実線は、モータ10の回転軸11が1回転する間の測定角度θmの特性を示し、一点鎖線は、回転角度の所望の演算結果(検出結果)θdを示す。
直線性誤差ELは、測定角度θmと所望の演算結果θdとの間の差分(θm−θd)であり、直線性補正部52は、回転角度演算部51から入力した測定角度θmから、直線性誤差ELを減算することによって測定角度θmの直線性誤差を補正する。
図4を参照する。原点補正部53は、直線性補正部52が出力する測定角度θc0とモータ10のロータの位相(例えば、ロータの電気角)との間のずれΔθを補正して補正後回転角度θcを算出する。
図7を参照して、測定角度θmとロータの位相との間のずれ(以下「位相ずれ量」と表記することがある)Δθを説明する。実線は測定角度θmを示し、破線はモータ10のU相誘起電圧を示す。図7は、4極対モータのU相誘起電圧波形を例として示している。
例えば位相ずれ量Δθは、ロータの回転角度が所定のロータ側回転角度基準であるときのロータの機械角θrmと、測定角度θmが所定のセンサ側回転角度基準であるときのロータの機械角θrcとの間の差分として与えられる(Δθ=θrc−θrm)。ロータ側回転角度基準は、ロータの所定の機械角や、例えば誘起電圧の立ち上がり点又は立ち下がり点(誘起電圧のゼロクロス点)、ロータの所定の電気角(例えば0[deg])であってよい。センサ側回転角度基準は、例えば所定の測定角度θm(例えば0[deg])であってよい。
図4を参照する。原点補正部53は、直線性が補正された測定角度θc0から位相ずれ量を減算して補正後回転角度θc(θc=θc0−Δθ)を算出する。
なお、本実施形態では、直線性補正部52の後段に原点補正部53を設け、測定角度θmの直線性を補正した後に、ロータの位相とのずれを補正した。これに代えて、原点補正部53の後段に直線性補正部52を設け、測定角度θmとロータの位相とのずれを補正した後に、直線性を補正してもよい。
原点補正部53は、補正後回転角度θcを操舵速度演算部55へ出力する。操舵速度演算部55は、減速ギア3のギア比で補正後回転角度θcを除算することにより、操舵軸2の操舵角θhを演算し、操舵角θhを微分して操舵速度ωを演算する。操舵速度演算部55は、演算した操舵速度ωを検出信号補正部50へ出力する。
また、原点補正部53は、補正後回転角度θcをモータ制御部54へ出力する。モータ制御部54には、電流センサ36が検出したモータ電流Ium、Ivm及びIwmの検出値と、トルクセンサ7が検出した操舵トルクThと車速センサ8が検出した車速Vhも入力される。
モータ制御部54は、操舵トルクThと、車速Vhと、補正後回転角度θcと、モータ電流Ium、Ivm及びIwmとに基づいて、駆動回路35を介してモータ10を駆動するための制御信号を生成する。
図8を参照してモータ制御部54の機能構成を説明する。モータ制御部54は、トルク指令値演算部60と、微分器61と、電流指令値演算部62と、3相/2相変換部63と、減算器64及び65と、PI(比例積分)制御部66及び67と、2相/3相変換部68と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部69とを備える。
トルク指令値演算部60は、操舵トルクTh及び車速Vhに基づいてアシストマップを用いてトルク指令値Trefを演算する。
微分器61は、補正後回転角度θcを微分してモータ10の回転速度(回転角速度)ωeを算出する。
電流指令値演算部62は、トルク指令値Tref及び回転速度ωeを用いて、d軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを算出する。d軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefは、それぞれ減算器64及び65に出力される。また、d軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefは、図4に示すように検出信号補正部50にも出力される。
3相/2相変換部63は、補正後回転角度θcを用いてモータ電流Ium、Ivm及びIwm)を2相の電流に変換する。具体的には、3相のモータ電流を2相の電流であるd軸モータ電流Idm及びq軸モータ電流Iqmに変換する。
減算器64は、d軸電流指令値Idrefとフィードバックされているd軸モータ電流値Idmとの偏差Id(=Idref−Idm)を演算する。減算器65は、q軸電流指令値Iqrefとフィードバックされているq軸モータ電流値Iqmとの偏差Iq(=Iqref−Iqm)を演算する。
PI制御部66は、d軸電流指令値Idrefとd軸モータ電流Idmとの偏差Idに基づいてd軸電圧指令値Vdrefを求める。同様に、PI制御部67は、q軸電流指令値Iqrefとq軸モータ電流Iqmとの偏差Iqに基づいてq軸電圧指令値Vqrefを求める。
2相/3相変換部68は、補正後回転角度θcを用いて、d軸電圧指令値Vdref及びq軸電圧指令値Vqrefからなる2相の電圧を、例えば空間ベクトル変調(空間ベクトル変換)により、3相の電圧(U相電圧指令値Vuref、V相電圧指令値Vvref及びW相電圧指令値Vwref)に変換する。
PWM制御部69は、U相電圧指令値Vuref、V相電圧指令値Vvref及びW相電圧指令値Vwrefに基づいて、PMW制御により駆動回路35を制御する制御信号を生成する。
以上により、制御装置30は、モータ10の回転軸11の回転角度に応じてモータ10を駆動する。
次に、検出信号補正部50の詳細について説明する。検出信号補正部50は「通常モード」と「補正実施モード」の少なくとも2つの動作モードを有する。
通常モードにおいて検出信号補正部50は、製品出荷時の校正作業で得られた補正データに基づいて、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1のオフセット誤差(図5の(a)参照)と、正弦信号SIN1と余弦信号COS1との間の振幅誤差(図5の(b)参照)を補正する。
以下、製品出荷時の校正作業で得られた補正データに基づいてオフセット誤差及び振幅誤差が補正された正弦信号SIN1と余弦信号COS1を、それぞれ「校正済正弦信号SIN2」及び「校正済余弦信号COS2」と表記する。
校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2には、実際の使用環境(周囲温度、MRセンサ素子24への応力、電磁妨害(EMI:Electromagnetic Interference)等)の影響によって、一時的にオフセット誤差や振幅誤差が生じることがある。
このような誤差を有する信号に基づいて測定角度θmを演算すると、これら誤差の影響により測定誤差の直線性が低下する。例えば、オフセット誤差は、モータ10の回転周期と等しい成分である1次成分の誤差を生じ、振幅誤差は、モータ10の回転周期の2倍の周期の成分である2次成分の誤差を生じる。
これらの直線性誤差の1次成分及び/又は2次成分と車体の共振周波数とが一致すると、車両が振動して運転者に異音や振動として伝わり、快適性を損ねるおそれがある。
そこで、図4に示す誤差演算部56は、校正済正弦信号SIN2のオフセット誤差Eos、校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eoc及び校正済正弦信号SIN2と校正済余弦信号COS2との振幅誤差Eaを演算する。
補正実施モードにおいて検出信号補正部50は、校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eos、Eoc及び振幅誤差Eaを補正する。
図9は、検出信号補正部50の一例の機能構成図である。検出信号補正部50は、第1正弦オフセット補正部70と、第1余弦オフセット補正部71と、第1振幅誤差補正部72と、補正制御部73と、第2正弦オフセット補正部74と、第2余弦オフセット補正部75と、第2振幅誤差補正部76と、加算器77と、減算器78と、位相誤差補正部79を備える。
第1正弦オフセット補正部70は、製品出荷時の校正作業で得られた補正データである第1正弦オフセット補正値Cofs0に基づいて正弦信号SIN1のオフセット誤差を補正する。具体的には、正弦信号SIN1から第1正弦オフセット補正値Cofs0を減算することにより、校正済正弦信号SIN2を演算する。
第1余弦オフセット補正部71は、製品出荷時の校正作業で得られた補正データである第1余弦オフセット補正値Cofc0に基づいて余弦信号COS1のオフセット誤差を補正する。
また、第1振幅誤差補正部72は、製品出荷時の校正作業で得られた補正データである第1振幅補正ゲインG1に基づいて正弦信号SIN1と余弦信号COS1との間の振幅誤差を補正する。
具体的には、第1余弦オフセット補正部71は、余弦信号COS1から第1余弦オフセット補正値Cofc0を減算し、第1振幅誤差補正部72が、その減算結果に第1振幅補正ゲインG1を乗算することによって、校正済余弦信号COS2を演算する。
補正制御部73は、検出信号補正部50の動作モードを通常モードと補正実施モードとの間で切り換える。
具体的には、検出信号補正部50が通常モードで動作している状態で所定の補正実施条件が成立すると、補正制御部73は、検出信号補正部50の動作モードを通常モードから補正実施モードに切り換える。また、検出信号補正部50が補正実施モードで動作している状態で所定の補正無効条件が成立すると、補正制御部73は、検出信号補正部50の動作モードを補正実施モードから通常モードに切り換える。
検出信号補正部50の動作モードの状態遷移図の例を図10に示す。
例えば補正実施条件は、少なくとも次の条件(A1)及び(A2)の両方を満足することであってよい。
(A1)操舵速度ωが第1操舵速度閾値Thω1以上である。
(A2)校正済正弦信号SIN2のオフセット誤差Eosの絶対値|Eos|又は校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eocの絶対値|Eoc|が誤差閾値Teo以上である。
第1操舵速度閾値Thω1は、例えば車両の共振周波数や減速ギア3のギア比に応じて適宜設定してよい。これら共振周波数やギア比は車両の車種によって異なる。
例えば下記の表1に示すとおり共振周波数の範囲は20[Hz]〜40[Hz]の範囲にあり、減速ギア3のギア比の範囲は18.5〜20.5の範囲が一般的である。
Figure 0006885531
この場合、車両の共振周波数の振動をモータ10が発生する操舵速度ωが最も低くなる条件は、共振周波数が20[Hz]であり、ギア比が20.5であり、測定角度θmの直線性誤差の2次成分により共振する場合である。この場合の操舵速度ωは175[deg/秒]となる。
一方で、車両の共振周波数の振動をモータ10が発生する操舵速度ωが最も高くなる条件は、共振周波数が40[Hz]であり、ギア比が18.5であり、測定角度θmの直線性誤差の1次成分により共振する場合である。この場合の操舵速度ωは778[deg/秒]となる。
したがって、例えば第1操舵速度閾値Thω1は、175[deg/秒]〜778[deg/秒]の範囲の値となるように適宜設定してよい。例えば、ギア比が20.5、共振周波数が25Hz、1次成分の誤差が主に生じる場合を考える。共振周波数25Hzに相当する操舵速度は、360[deg]×25[Hz]/20.5=439[deg/秒]となる。第1操舵速度閾値Thω1を439[deg/秒]より低い400[deg/秒]としてよい。
また、誤差閾値Teoについてもシステムに応じて適宜設定してよい。例えば、正常な正弦信号SIN1及び余弦信号COS1が、2.5[V]を基準に振幅1.5[V]で増減する信号である場合(すなわち、SIN1=1.5×sinθ+2.5[V],COS1=1.5×cosθ+2.5[V])である場合に、誤差閾値Teoを10[mV]に設定してよい。
このように、オフセット誤差の絶対値|Eos|、|Eoc|が誤差閾値Teo以上の場合に補正実施モードに遷移することにより、誤差が通常のばらつき範囲内である場合には補正を抑制する。これにより頻繁な補正により、かえって快適性を損ねることを防止できる。
また、補正実施条件は、条件(1)及び(2)に加えて、次の条件(A3)及び(A4)の一方又は両方を満足することであってもよい。
(A3)電流指令値Iref=(Idref+Iqref1/2が電流閾値Ti以上である。
(A4)車速Vhが車速閾値Tv以下である。
条件(A3)に関して、電流指令値Irefはモータ10が発生する操舵補助トルクと等価である。したがって、電流指令値Irefが電流閾値Ti以上である場合に補正実施モードに遷移することにより、モータ10からの出力トルクが大きく、大きな振動が発生しやすい状態において、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1の誤差による振動を抑制できる。
電流閾値Tiはシステムに応じて適宜設定してよく、例えば20[A]であってよい。電流指令値Irefに代えて、トルク指令値Trefが閾値以上であることを条件(A3)としてもよい。
また条件(A4)に関して、車速Vhが車速閾値Tv以下である場合に補正実施モードに遷移することにより、大きな操舵補助力が必要でありモータ10から生じる振動が大きくなり易い低速時に、正弦信号SIN1及び余弦信号COS1の誤差による振動を抑制できる。車速閾値Tvはシステムに応じて適宜設定してよく、例えば15[km/h]であってよい。
また上記の条件(A2)を、以下の条件(A5)に置き換えてもよい。
(A5)校正済正弦信号SIN2と校正済余弦信号COS2との振幅誤差Eaが誤差閾値Tea以上である。
誤差閾値Teaについてもシステムに応じて適宜設定してよい。例えば、正常な正弦信号SIN1及び余弦信号COS1の振幅の約0.6%に設定してよい。
また上記の条件(A2)を、以下の条件(A6)に置き換えてもよい。
(A6)オフセット誤差の絶対値|Eos|又は|Eoc|が誤差閾値Teo以上であり、且つ振幅誤差Eaが誤差閾値Tea以上である。
一方で、例えば補正無効条件は、次の条件(B1)を満足することであってよい。
(B1)操舵速度ωが第2操舵速度閾値Thω2未満である。
第2操舵速度閾値Thω2は、第1操舵速度閾値Thω1と同じ値であってもよく、第2操舵速度閾値Thω2を第1操舵速度閾値Thω1よりも小さな値に設定して、動作モードにヒステリシス特性を持たせてもよい。例えば、第1操舵速度閾値Thω1が400[deg/秒]である場合に、第2操舵速度閾値Thω2を300[deg/秒]に設定してよい。
図9を参照する。補正実施モードにおいて補正制御部73は、オフセット誤差Eos、オフセット誤差Eoc、振幅誤差Eaを、それぞれ第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2として出力する。
なお、補正制御部73は、第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2の大きさを、それぞれの上限値以下に制限してもよい。これにより、センサの故障による誤差を補正してしまうのを防止できる。
第2正弦オフセット補正部74は、第2正弦オフセット補正値Cofs1に基づいて校正済正弦信号SIN2を補正する。具体的には、校正済正弦信号SIN2から第2正弦オフセット補正値Cofs1を減算することにより、正弦信号SINを演算する。
第2余弦オフセット補正部75は、第2余弦オフセット補正値Cofc1に基づいて校正済余弦信号COS2を補正する。具体的には、校正済余弦信号COS2から第2余弦オフセット補正値Cofc1を減算することにより、余弦信号COS3を演算する。
第2振幅誤差補正部76は、第2振幅補正ゲインG2に基づいて校正済正弦信号SIN2と校正済余弦信号COS2との間の振幅誤差を補正する。
具体的には、第2余弦オフセット補正部75から出力された余弦信号COS3に第2振幅補正ゲインG2を乗算することによって、余弦信号COSを演算する。
以上により、補正実施モードにおいて検出信号補正部50は、校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eos、Eoc及び振幅誤差Eaを補正する。
一方で、通常モードにおいて補正制御部73は、第2正弦オフセット補正値Cofs1及び第2余弦オフセット補正値Cofc1の値を「0」に設定し、第2振幅補正ゲインG2の値を「1」に設定する。このため、第2正弦オフセット補正部74及び第2振幅誤差補正部76からは、校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2が補正されずに正弦信号SIN及び余弦信号COSとして出力される。すなわち、オフセット誤差Eos、Eoc及び振幅誤差Eaは補正されない。
加算器77は、正弦信号SINと余弦信号COSとの和信号(COS+SIN)を演算し、回転角度演算部51(図4参照)に出力する。
減算器78は、正弦信号SINと余弦信号COSとの差信号(COS−SIN)を演算し、位相誤差補正部79に出力する。
位相誤差補正部79は、差信号(COS−SIN)に位相補正ゲインG3を乗算することによって、和信号(COS+SIN)及び差信号(COS−SIN)から、正弦信号SIN1と余弦信号COS1との間の位相誤差の影響を除去する。位相誤差補正部79は、差信号(COS−SIN)を回転角度演算部51に出力する。
(動作)
次に、図11を参照して実施形態の検出信号補正方法の一例を説明する。
ステップS1において回転角度演算部51は、モータ10の回転軸の回転角度の測定値である測定角度θmを演算する。直線性補正部52及び原点補正部53は、それぞれ測定角度θmの直線性誤差及び位相ずれ量を補正することにより補正後回転角度θcを演算する。
ステップS2において操舵速度演算部55は、減速ギア3のギア比で補正後回転角度θcを除算することにより操舵軸2の操舵角θhを演算し、操舵角θhを微分して操舵速度ωを演算する。
ステップS3において、車速センサ8は、車両の車速Vhを検出する。
ステップS4において、トルク指令値演算部60はトルク指令値Trefを演算し、電流指令値演算部62は、トルク指令値Trefに応じたd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを算出する。
ステップS5において誤差演算部56は、校正済正弦信号SIN2のオフセット誤差Eos、校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eoc及び校正済正弦信号SIN2と校正済余弦信号COS2との振幅誤差Eaを演算する。検出信号補正部50の補正制御部73は、オフセット誤差Eos、Eoc、振幅誤差Eaを、それぞれ第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2として学習する。
ステップS6において補正制御部73は、検出信号補正部50の動作モードが通常モードであるか否かを判定する。動作モードが通常モードである場合(ステップS6:Y)に処理はステップS7へ進む。動作モードが通常モードでなく補正実施モードである場合(ステップS6:N)に処理はステップS11へ進む。
ステップS7において補正制御部73は、補正実施条件が成立するか否かを判定する。補正実施条件が成立する場合(ステップS7:Y)に処理はステップS8へ進む。補正実施条件が成立しない場合(ステップS7:N)に処理はステップS10へ進む。
ステップS8において補正制御部73は、検出信号補正部50の動作モードを補正実施モードに遷移させる。
ステップS9において第2正弦オフセット補正部74、第2余弦オフセット補正部75及び第2振幅誤差補正部76は、学習した第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2により、校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eos、Eoc及び振幅誤差Eaを補正する。その後に処理はステップS15へ進む。
一方で、ステップS10において補正制御部73は、学習した第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2を破棄する。具体的には、補正制御部73は、第2正弦オフセット補正値Cofs1及び第2余弦オフセット補正値Cofc1の値を「0」に設定し、第2振幅補正ゲインG2の値を「1」に設定することにより補正しないようにする。その後に処理はステップS15へ進む。
検出信号補正部50の動作モードが補正実施モードである場合(ステップS6:N)、ステップS11において補正制御部73は、補正無効条件が成立するか否かを判定する。補正無効条件が成立する場合(ステップS11:Y)に処理はステップS12へ進む。補正無効条件が成立しない場合(ステップS11:N)に処理はステップS14へ進む。
ステップS12において補正制御部73は、学習した第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2を破棄する。具体的には、補正制御部73は、第2正弦オフセット補正値Cofs1及び第2余弦オフセット補正値Cofc1の値を「0」に設定し、第2振幅補正ゲインG2の値を「1」に設定することにより補正しないようにする。
ステップS13において検出信号補正部50の動作モードを通常モードに遷移させる。その後に処理はステップS15へ進む。
一方で、ステップS14において第2正弦オフセット補正部74、第2余弦オフセット補正部75及び第2振幅誤差補正部76は、学習した第2正弦オフセット補正値Cofs1、第2余弦オフセット補正値Cofc1、第2振幅補正ゲインG2により、校正済正弦信号SIN2及び校正済余弦信号COS2のオフセット誤差Eos、Eoc及び振幅誤差Eaを補正する。その後に処理はステップS15へ進む。
ステップS15において制御装置30は、イグニションキー信号がオフになったか否かを判定する。イグニションキー信号がオフになっていない場合(ステップS15:N)に処理はステップS1へ戻る。イグニションキー信号がオフになった場合(ステップS15:Y)に処理は終了する。
(実施形態の効果)
(1)センサユニット20は、車両の操舵軸2に操舵補助トルクを付与するモータ10の回転軸11の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を出力する。回転角度演算部51は、正弦信号及び余弦信号に基づいて回転軸11の回転角度を演算する。操舵速度演算部55は、回転角度に基づいて操舵軸2の操舵速度を演算する。誤差演算部56は、正弦信号及び余弦信号の誤差を演算する。検出信号補正部50は、操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ正弦信号及び余弦信号の誤差が誤差閾値以上である場合に、正弦信号及び余弦信号の誤差を補正する。
これにより、車両の共振周波数の振動が発生しやすい操舵速度において、正弦信号及び余弦信号の誤差によるモータ10の振動を抑制できる。この結果、モータ10が発生する振動によって車両が共振し、運転者に異音や振動として伝わって快適性を損ねることを軽減できる。
(2)検出信号補正部50は、更に操舵軸2に付与する操舵補助トルクが閾値以上である場合に、正弦信号及び余弦信号の誤差を補正してよい。これにより、モータ10からの出力トルクが大きく、大きな振動が発生しやすい状態において、正弦信号及び余弦信号の誤差による振動を抑制できる。
(3)検出信号補正部50は、更に車両の車速が車速閾値以下である場合に、正弦信号及び余弦信号の誤差を補正してよい。これにより、大きな操舵補助力が必要でありモータ10から生じる振動が大きくなり易い低速時に、正弦信号及び余弦信号の誤差による振動を抑制できる。
(4)正弦信号及び余弦信号の上記の誤差は、正弦信号及び余弦信号のオフセット、又は正弦信号と余弦信号との間の振幅誤差であってよい。これにより、正弦信号及び余弦信号に基づいて演算される回転角度の直線性誤差の1次成分及び2次成分に、それぞれ影響を与えるオフセット及び振幅誤差を補正できる。
1...操向ハンドル、2...操舵軸、3...減速ギア、4A、4B...ユニバーサルジョイント、5...ピニオンラック機構、6...タイロッド、7...トルクセンサ、8...車速センサ、10...モータ、11...回転軸、20...センサユニット、21...磁石、22...回路基板、23...支持部材、24...MRセンサ素子、25...ハーネス、30...制御装置、31...プロセッサ、32...記憶装置、33、34...アナログディジタル変換器、35...駆動回路、36...電流センサ、37...I/F回路、40...バッテリ、41...キー、50...検出信号補正部、51...回転角度演算部、52...直線性補正部、53...原点補正部、54...モータ制御部、55...操舵速度演算部、56...誤差演算部、60...トルク指令値演算部、61...微分器、62...電流指令値演算部、63...3相/2相変換部、64、65、78...減算器、66、67...PI制御部、68...2相/3相変換部、69...PWM制御部、70...第1正弦オフセット補正部、71...第1余弦オフセット補正部、72...第1振幅誤差補正部、73...補正制御部、74...第2正弦オフセット補正部、75...第2余弦オフセット補正部、76...第2振幅誤差補正部、77...加算器、79...位相誤差補正部

Claims (9)

  1. 車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータの回転軸の回転に応じてセンサから出力される検出信号である正弦信号及び余弦信号を補正する検出信号補正方法であって、
    前記検出信号に基づいて前記回転軸の回転角度を演算し、
    前記回転角度に基づいて前記操舵軸の操舵速度を演算し、
    前記検出信号の誤差を演算し、
    前記操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ前記検出信号の前記誤差が誤差閾値以上である場合に、前記検出信号の前記誤差を補正する、
    ことを特徴とする検出信号補正方法。
  2. 更に、前記操舵軸に付与する操舵補助トルクが閾値以上である場合に前記検出信号の前記誤差を補正する、ことを特徴とする請求項1に記載の検出信号補正方法。
  3. 更に、前記車両の車速が車速閾値以下である場合に前記検出信号の前記誤差を補正する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の検出信号補正方法。
  4. 前記検出信号の前記誤差は、前記正弦信号もしくは前記余弦信号のオフセット、又は前記正弦信号と前記余弦信号との間の振幅誤差であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出信号補正方法。
  5. 車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与するモータのモータ制御装置であって、
    前記モータの回転軸の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ検出信号を出力するセンサと、
    前記検出信号に基づいて前記回転軸の回転角度を演算する回転角度演算部と、
    前記回転角度に基づいて前記モータを制御する制御部と、
    前記回転角度に基づいて前記操舵軸の操舵速度を演算する操舵速度演算部と、
    前記検出信号の誤差を演算する誤差演算部と、
    前記操舵速度が操舵速度閾値以上であり且つ前記検出信号の前記誤差が誤差閾値以上である場合に、前記検出信号の前記誤差を補正する検出信号補正部と、
    を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  6. 前記検出信号補正部は、更に、前記操舵軸に付与する操舵補助トルクが閾値以上である場合に前記検出信号の前記誤差を補正することを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。
  7. 前記検出信号補正部は、更に、前記車両の車速が車速閾値以下である場合に前記検出信号の前記誤差を補正する、ことを特徴とする請求項5又は6に記載のモータ制御装置。
  8. 前記検出信号の前記誤差は、前記正弦信号もしくは前記余弦信号のオフセット、又は前記正弦信号と前記余弦信号との間の振幅誤差であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  9. 請求項5〜8のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    前記モータ制御装置によって制御されるモータと、
    を備え、前記モータによって車両の操舵軸に操舵補助トルクを付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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