JP7342717B2 - Motor control devices, electric actuator products and electric power steering devices - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータを制御するモータ制御装置、並びにこのモータ制御装置により制御されるモータを備える電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls an electric motor, and an electric actuator product and an electric power steering device that include a motor controlled by the motor control device.
電動モータに大きな電流が流れ続けると、電源から電力を供給する電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度が上昇してそれらが焼損するおそれがある。また、部品の取り付けに用いられている半田が溶融して部品が落下するおそれがある。
下記特許文献1には、相電流の関数の時間平均の最大値に応じて制限値を漸減又は漸増させ、電流指令値を制限値で制限する技術が記載されている。
下記特許文献2には、モータ電流供給のための部品毎に、電流値と過熱保護係数との対応関係を特定する過熱保護特性を記憶しておき、部品を流れる電流に応じた過熱保護係数で電流上限値を漸減又は漸増させる技術が記載されている。
If a large current continues to flow through the electric motor, the temperature of the power supply line that supplies power from the power supply or the parts and wiring disposed near the power supply line increases, and there is a risk that they will burn out. Additionally, there is a risk that the solder used to attach the parts will melt and the parts will fall.
In
電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度は、電源ラインを流れる電源電流の大きさに影響され、電源電流の大きさは、電源から駆動素子に印加される印加電圧や電動モータのモータ回転速度に応じて変動する。このため、上記特許文献1のように相電流に応じて設定した制限値で電流指令値を制限すると、不要に電動モータの出力が制限されることがある。
また上記特許文献2の技術は、実際の部品の温度に関わらず、部品を流れる電流に応じて電流上限値を漸減又は漸増させることにより部品の発熱量を抑制する。部品温度が周囲温度に依存することを考慮すると、部品温度を許容温度以下に抑えるには電流上限値にマージンを持たせる必要があり、不要に電動モータの出力が制限されることがある。
The temperature of parts and wiring placed in or near the power supply line is affected by the magnitude of the power supply current flowing through the power supply line, and the magnitude of the power supply current is influenced by the applied voltage applied from the power supply to the driving element and the electric motor. Varies depending on motor rotation speed. For this reason, if the current command value is limited by a limit value set according to the phase current as in
Furthermore, the technique disclosed in
このため、例えば、車両の電動パワーステアリング装置の電動モータの制御に用いると不要にアシストトルクが制限される。この結果、操向ハンドルをラックエンドまで操舵できなくなり、交差点を曲がりにくくなったり正確に駐車できなくなる等の操舵性能に問題をもたらすおそれがあった。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、精度の高い電流上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度の上昇を抑制することを目的とする。
For this reason, when used, for example, to control an electric motor of an electric power steering device of a vehicle, assist torque is unnecessarily limited. As a result, the steering wheel cannot be steered to the rack end, which may cause problems in steering performance, such as difficulty in turning at intersections or inability to park accurately.
The present invention has been made with a focus on the above-mentioned problems, and uses a highly accurate current upper limit value to avoid excessive current limitation while suppressing the rise in temperature of components and wiring placed in or near the power supply line. The purpose is to
本発明の一態様によれば、電動モータを制御するモータ制御装置が与えられる。モータ制御装置は、電源と電動モータとの間に直列に接続されて、電源から出力される電源電流を電動モータに流す駆動電流に変換する駆動素子と、電動モータのモータ回転速度を検出する回転速度検出部と、駆動素子に印加される電圧をインバータ印加電圧として検出するインバータ印加電圧検出部と、電源から駆動素子までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部と、駆動電流を制御するための電流指令値を演算する電流指令値演算部と、予め定めた複数の上限値以下に電源電流をそれぞれ制限するように電流指令値を制限するための複数の電流制限値を、制限値候補として、少なくとも回転速度検出部が検出したモータ回転速度及びインバータ印加電圧検出部が検出したインバータ印加電圧に応じて各々演算する電流制限値演算部と、電流制限値演算部が演算した複数の制限値候補の何れかを、温度検出部が検出した部品温度に応じて選択する電流制限値選択部と、電流制限値選択部が選択した制限値候補で制限された電流指令値に基づいて駆動素子を制御する素子制御部と、を備える。 According to one aspect of the present invention, a motor control device for controlling an electric motor is provided. A motor control device includes a drive element that is connected in series between a power supply and an electric motor and converts the power supply current output from the power supply into a drive current that flows through the electric motor, and a rotation element that detects the motor rotation speed of the electric motor. A speed detection section, an inverter applied voltage detection section that detects the voltage applied to the drive element as the inverter applied voltage, and a temperature detection section that detects the temperature of components placed in or near the power supply line from the power supply to the drive element. a current command value calculation part that calculates a current command value for controlling the drive current, and a plurality of current command value calculation parts that limit the current command value so as to respectively limit the power supply current below a plurality of predetermined upper limit values. a current limit value calculation unit that calculates a current limit value as a limit value candidate according to at least the motor rotation speed detected by the rotation speed detection unit and the inverter applied voltage detected by the inverter applied voltage detection unit; a current limit value selection section that selects one of a plurality of limit value candidates calculated by the current limit value selection section according to the component temperature detected by the temperature detection section; An element control section that controls the drive element based on the command value.
本発明の他の一形態によれば、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電動モータと、を備える電動アクチュエータ製品が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、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電動モータと、を備え、電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。
According to another aspect of the present invention, there is provided an electric actuator product including the above motor control device and an electric motor controlled by the motor control device.
According to still another aspect of the present invention, the electric power source includes the above-mentioned motor control device and an electric motor controlled by the motor control device, and the electric motor provides a steering assist force to a steering system of a vehicle. A steering device is provided.
本発明によれば、精度の高い上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度の上昇を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress the rise in temperature of the power supply line or components and wiring arranged in the vicinity thereof while avoiding excessive current restriction using a highly accurate upper limit value.
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。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the embodiments of the present invention shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention. is not limited to the following: The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
(構成)
以下の説明では、本発明の実施形態のモータ制御装置が、電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生する多相モータを駆動する場合を説明する。しかし、本発明の実施形態のモータ制御装置はこれに限定されるものではなく、多相モータを駆動する様々なモータ制御装置に適用することができる。
(composition)
In the following description, a case will be described in which a motor control device according to an embodiment of the present invention drives a polyphase motor that generates a steering assist force in an electric power steering device. However, the motor control device according to the embodiment of the present invention is not limited to this, and can be applied to various motor control devices that drive multiphase motors.
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。コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10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(電動モータ)20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。
FIG. 1 shows a configuration example of an electric power steering device according to an embodiment. A
パワーステアリング装置を制御するコントローラ(ECU:Electronic Control Unit)30には、直流電源であるバッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11からイグニションキー信号が入力され、コントローラ30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12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い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ20に供給する電流Iを制御する。
A controller (ECU: Electronic Control Unit) 30 that controls the power steering device is supplied with electric power from the
このような構成の電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル1から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクThをトルクセンサ10で検出し、検出された操舵トルクThや車速Vhに基づいて算出される操舵補助指令値によってモータ20は駆動制御され、この駆動が運転手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、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。つまり、ハンドル操作によって出力された操舵トルクThと車速Vhから操舵補助指令値を算出し、この操舵補助指令値に基づきモータ20をどのように制御するかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まり、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。
In the electric power steering device having such a configuration, the steering torque Th transmitted from the
コントローラ30は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばCPU(Central Processing Unit)、やMPU(Micro-Processing Unit)であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ30の機能は、例えばプロセッサが、記憶装置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。
The
The storage device may include any one of a semiconductor storage device, a magnetic storage device, and an optical storage device. The storage device may include memory such as a register, a cache memory, a ROM (Read Only Memory) used as a main storage device, and a RAM (Random Access Memory).
The functions of the
なお、コントローラ30を、以下に説明する機能を実現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、コントローラ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。例えばコントローラ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。
Note that the
For example, the
図2を参照して、実施形態のコントローラ30の機能構成の一例を説明する。コントローラ30は、操舵補助指令値演算部40と、電流指令値演算部41と、駆動電流制限部43と、減算器44及び45と、比例積分(PI:Proportional-Integral)制御部46と、デューティ(Duty)演算部47と、空間ベクトル変調部48と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部49と、インバータ(INV)50と、3相/2相変換部51と、回転数演算部52を備え、モータ20をベクトル制御で駆動する。
An example of the functional configuration of the
操舵補助指令値演算部40は、操舵トルクThや車速Vhに基づいてモータ20に供給する電流の制御目標値(アシスト指令)である操舵補助指令値Irefを決定する。
電流指令値演算部41は、操舵補助指令値Irefとモータ20のモータ回転速度Nrに基づいて、モータ20に供給する電流の目標電流である電流指令値をロータ回転座標系のq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0として算出する。電流指令値演算部41は、q軸電流指令値Iq0を駆動電流制限部43へ出力し、d軸電流指令値Id0を駆動電流制限部43と減算器45へ出力する。
The steering assist command
The current command
駆動電流制限部43は、バッテリ14からインバータ50までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Tpの情報を取得する。
図3を参照して、電源ライン又はその近傍に配置された部品の一例を説明する。インバータ50は、バッテリ14に接続されて直流電力が供給される正極側の電源ラインLppと接地線である負極側の電源ラインLpnとの間に接続されるブリッジを備える。
The drive
With reference to FIG. 3, an example of components arranged on or near the power supply line will be described. The
ブリッジは、上アームの駆動素子(スイッチング素子)Q1、Q3及びQ5と、下アームの駆動素子(スイッチング素子)Q2、Q4及びQ6を備える。
バッテリ14から駆動素子Q1~Q6までの電源ラインLpp及びLpn又はその近傍には様々な部品が配置されている。例えば、電源ラインLppには電源電流を遮断するためのリレーRとチョークコイルLが接続されている。電源ラインの近傍とは、電源電流が流れることによる発熱及び熱伝導により、温度上昇が見込まれる範囲である。インバータ50の入力端子に接続されている電解コンデンサC及びその配線は、電源ライン近傍の部品の一例である。以下、電源ライン又はその近傍に配置された部品を「ECU部品」と表記する。
The bridge includes upper arm drive elements (switching elements) Q1, Q3, and Q5, and lower arm drive elements (switching elements) Q2, Q4, and Q6.
Various components are arranged on or near the power lines Lpp and Lpn from the
温度検出部53は、ECU部品のいずれかの部品温度Tpを検出し、検出信号をコントローラ30へ出力する。ECU部品のうち温度上昇又は度上昇速度が著しい部品温度を検出するように温度検出部53を配置して良い。
また、インバータ印加電圧検出部54は、インバータ50に印加される電圧(インバータ印加電圧)Vrを検出し、検出信号をコントローラ30へ出力する。
The
Further, the inverter applied
図2を参照する。駆動電流制限部43は、ECU部品の部品温度Tpと、モータ20のモータ回転速度Nrと、インバータ印加電圧Vrと、d軸電流指令値Id0と、操舵補助指令値Irefとに基づいてq軸電流指令値Iq0を制限する。
具体的には、駆動電流制限部43は、バッテリ14が出力する電源電流が、部品温度Tpに応じて指定された上限値以下になるように、q軸電流指令値Iq0を制限する。
See FIG. 2. The drive
Specifically, the drive
なお、駆動電流制限部43は、部品温度Tp、モータ回転速度Nr、インバータ印加電圧Vr、d軸電流指令値Id0、及び操舵補助指令値Irefに加えて、モータ20のモータ温度Tm、インバータ50の温度情報に応じてq軸電流指令値Iq0を制限してもよい。
駆動電流制限部43はq軸電流指令値Iq0を制限して得られた制限後q軸電流指令値Iq1を、減算器44へ出力する。駆動電流制限部43の詳細は後述する。
In addition to the component temperature Tp, motor rotational speed Nr, inverter applied voltage Vr, d-axis current command value Id0, and steering assist command value Iref, the drive
The drive
減算器44及び45は、モータ20からフィードバックされたモータ電流iq、idを制限後q軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id0からそれぞれ減じることにより、q軸偏差電流Δq及びd軸偏差電流Δdを算出する。q軸偏差電流Δq及びd軸偏差電流Δdは、PI制御部46に入力される。
The
PI制御部46は、q軸偏差電流Δq及びd軸偏差電流Δdを各々0とするような電圧指令値vq、vdを算出する。
デューティ演算部47は、電圧指令値vq、vdに基づいて、インバータ50のPWM制御におけるq軸デューティ指令値及びd軸デューティ指令値を演算する。空間ベクトル変調部48は、dq軸空間のq軸デューティ指令値及びd軸デューティ指令値を、三相デューティ指令値に変換してPWM制御部49に出力する。
The
Duty calculating section 47 calculates a q-axis duty command value and a d-axis duty command value in PWM control of
PWM制御部49は、三相デューティ指令値に応じたデューティ比のPWM信号を、インバータ50の駆動素子Q1~Q6をそれぞれ駆動するゲート信号として生成する。
インバータ50は、PWM制御部49で生成されたゲート信号によって駆動され、モータ20にはq軸偏差電流Δq及びd軸偏差電流Δdが0になるような電流が供給される。
The
回転角度検出回路61は、モータ20のモータ角度(回転角)θを検出し、回転数演算部52は、モータ角度θの変化に基づいてモータ20の回転角速度ω及び回転速度Nrを算出する。
モータ温度取得部62は、モータ20のモータ温度Tmの温度情報を取得する。例えばモータ温度取得部62は、モータ温度Tmを直接検出してもよく、モータ20の印加電圧とモータ電流に基づいてモータ温度Tmを推定してもよい。
The rotation
The motor
続いて、駆動電流制限部43の詳細を説明する。上述の通り駆動電流制限部43は、バッテリ14が出力する電源電流が、ECU部品の部品温度Tpに応じて指定された上限値以下になるように、q軸電流指令値Iq0を制限する。
具体的には、部品温度Tpに応じて電源電流の複数の上限値Ib1、Ib2…、Ibnを設定する。
Next, details of the drive current limiting
Specifically, a plurality of upper limit values Ib1, Ib2, . . . , Ibn of the power supply current are set according to the component temperature Tp.
例えば、温度閾値Tp1L、Tp1H、Tp2L及びTp2Hを、Tp1L<Tp1H<Tp2L<Tp2Hとなるように設定し、部品温度Tpが温度閾値Tp1Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合に上限値をIb1からIb2へ切り替え、温度閾値Tp1Hより高い温度から下降して温度閾値Tp1L未満になった場合に上限値をIb2からIb1へ切り替えてもよい。 For example, the temperature thresholds Tp1L, Tp1H, Tp2L, and Tp2H are set so that Tp1L<Tp1H<Tp2L<Tp2H, and the component temperature Tp rises from a temperature lower than the temperature threshold Tp1L and is lower than the temperature threshold Tp2L and higher than the temperature threshold Tp1H. The upper limit value may be switched from Ib1 to Ib2 when the temperature increases, and the upper limit value may be switched from Ib2 to Ib1 when the temperature decreases from a temperature higher than the temperature threshold Tp1H and becomes less than the temperature threshold Tp1L.
同様に、部品温度Tpが温度閾値Tp2Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2Hを超えた場合に上限値をIb2からIb3へ切り替え、温度閾値Tp2Hより高い温度から下降して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合に上限値をIb3からIb2へ切り替えてもよい。このように温度閾値と上限値を設定すると、部品温度Tpに対するヒステリシス特性を上限値に持たせることができる。 Similarly, when the component temperature Tp rises from a temperature lower than the temperature threshold Tp2L and exceeds the temperature threshold Tp2H, the upper limit value is switched from Ib2 to Ib3, and when the component temperature Tp rises from a temperature higher than the temperature threshold Tp2H and falls below the temperature threshold Tp2L and the temperature The upper limit value may be switched from Ib3 to Ib2 when it becomes higher than the threshold value Tp1H. By setting the temperature threshold value and the upper limit value in this way, the upper limit value can have a hysteresis characteristic with respect to the component temperature Tp.
駆動電流制限部43は、モータ回転速度Nr、インバータ印加電圧Vr及びd軸電流指令値Id0に基づいて、上限値Ib1~Ibnの各々に対して、電源電流を上限値以下に制限するようにq軸電流指令値Iq0を制限するための複数のq軸電流制限値の候補(以下、「制限値候補」と表記する)Iq_limc1、Iq_limc2…、Iq_limcnの各々を演算する。
The drive
以下、電源電流の上限値に応じてq軸電流制限値を計算する方法の一例を説明する。
モータ20および駆動回路の入力エネルギー、出力エネルギー、損失エネルギーの関係は次式(1)により与えられる。
The relationship between the input energy, output energy, and loss energy of the
上式(1)において、Ibはバッテリ14が出力する電源電流を表し、Rrは電圧が印加される部分の抵抗値(例えばモータ抵抗やインバータ内部抵抗など)を表し、Id及びIqはd軸電流及びq軸電流を表し、Ktはモータ20のトルク定数を表し、Plossは鉄損や摩擦などに起因する損失電力を表す。
上式(1)の電源電流Ibに電源電流の上限値Ib_limを代入してq軸電流について上式(1)を解くことにより、次式(2)に示すq軸電流制限値Iq_limの演算式を得る。
In the above formula (1), Ib represents the power supply current output by the
By substituting the power supply current upper limit value Ib_lim for the power supply current Ib in the above formula (1) and solving the above formula (1) for the q-axis current, the calculation formula for the q-axis current limit value Iq_lim shown in the following formula (2) is obtained. get.
いま、モータ20の回転角速度ωを回転速度Nを用いて表すと、演算式(2)の演算式は次式(3)の演算式に変形できる。
Now, when the rotational angular velocity ω of the
一方で、q軸電流は操舵補助指令値Irefの最大値Iref_maxを超えることができないため、q軸電流制限値Iq_limは次式(4)の制限も受ける。 On the other hand, since the q-axis current cannot exceed the maximum value Iref_max of the steering assist command value Iref, the q-axis current limit value Iq_lim is also limited by the following equation (4).
駆動電流制限部43は、演算式(2)又は(3)により算出されるq軸電流制限値Iq_limが上式(4)を満たす場合には、演算式(2)又は(3)によりq軸電流制限値Iq_limを算出する。
演算式(2)又は(3)により算出されるq軸電流制限値Iq_limが上式(4)を満たさない場合には、次式(5)によりq軸電流制限値Iq_limを算出する。
If the q-axis current limit value Iq_lim calculated by the calculation formula (2) or (3) satisfies the above formula (4), the drive
If the q-axis current limit value Iq_lim calculated by equation (2) or (3) does not satisfy the above equation (4), the q-axis current limit value Iq_lim is calculated by the following equation (5).
図4を参照して、モータ回転速度に対するq軸電流制限値Iq_limの特性の概要を説明する。
q軸電流制限値Iq_limはモータ回転速度Nに依存する特性を有する。モータ回転速度Nが比較的低い範囲(0≦N<N1)では、q軸電流制限値Iq_limは操舵補助指令値Irefの最大値Iref_maxと等しい。この範囲では、q軸電流制限値Iq_limはq軸電流の制限に寄与しない。
モータ回転速度Nが比較的高い範囲(N1≦N)では、モータ回転速度Nが高くなるのに従いq軸電流制限値Iq_limは漸減する。q軸電流制限値Iq_limがq軸電流指令値Iq0よりも小さくなると、q軸電流指令値Iq0はq軸電流制限値Iq_limへ制限される。
An overview of the characteristics of the q-axis current limit value Iq_lim with respect to the motor rotation speed will be described with reference to FIG. 4.
The q-axis current limit value Iq_lim has a characteristic that depends on the motor rotation speed N. In a range where the motor rotational speed N is relatively low (0≦N<N1), the q-axis current limit value Iq_lim is equal to the maximum value Iref_max of the steering assist command value Iref. In this range, the q-axis current limit value Iq_lim does not contribute to limiting the q-axis current.
In a range where the motor rotational speed N is relatively high (N1≦N), the q-axis current limit value Iq_lim gradually decreases as the motor rotational speed N increases. When the q-axis current limit value Iq_lim becomes smaller than the q-axis current command value Iq0, the q-axis current command value Iq0 is limited to the q-axis current limit value Iq_lim.
本実施形態では、q軸電流制限値Iq_limの演算の際に、演算式(2)又は(3)に含まれる変数のうち上限値Ib_limを固定することにより、演算処理を簡易化してコントローラ30の処理負荷を抑える。
具体的には、演算式(2)又は(3)中の上限値Ib_limを、部品温度Tpに応じて各々設定した上限値Ib1~Ibnへそれぞれ固定した複数の演算式を導出し、これら複数の演算式によって制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnをそれぞれ演算する。
In this embodiment, when calculating the q-axis current limit value Iq_lim, the upper limit value Ib_lim of the variables included in calculation formula (2) or (3) is fixed, thereby simplifying the calculation process and improving the
Specifically, a plurality of arithmetic expressions are derived in which the upper limit value Ib_lim in the arithmetic expression (2) or (3) is fixed to the upper limit values Ib1 to Ibn, respectively set according to the component temperature Tp, and these multiple arithmetic expressions are Each of the limit value candidates Iq_limc1 to Iq_limcn is calculated using an arithmetic expression.
駆動電流制限部43は、これら制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnのうち、ECU部品の部品温度Tpに対して設定された上限値に対応する候補を選択してq軸電流制限値Iq_limとし、q軸電流指令値Iq0をq軸電流制限値Iq_lim以下に制限する。
The drive
図5を参照する。駆動電流制限部43は、回転数入力処理部70と、電流制限値演算部71と、電流制限値選択部72と、レートリミッタ73と、平滑化部74と、q軸電流制限部75を備える。
回転数入力処理部70は、回転数演算部52から入力されるモータ20の回転速度Nrを処理することにより、制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnの決定に使用する回転速度信号Nを生成する。
具体的には回転数入力処理部70は、操舵補助指令値Irefの符号とモータ回転速度の符号とを比較し、モータ電流の向きとモータの回転方向の向きとが等しいか否かを判定する。
See FIG. 5. The drive
The rotation speed
Specifically, the rotation speed
モータ電流の向きとモータの回転方向の向きとが異なる場合には、操向ハンドル1が切り戻し操舵状態である。この場合にはモータ電流の向きと逆起電力の向きによりモータ20は回生状態となる。このためバッテリ14から流れる電流が小さくなるかモータ20が発電状態となるため、電源電流を制限する必要は無い。
When the direction of the motor current and the direction of rotation of the motor are different, the steering handle 1 is in the reverse steering state. In this case, the
したがって回転数入力処理部70は、操舵補助指令値Irefの符号とモータ回転速度の符号とが異なる場合には、回転速度信号Nとして回転速度0を出力する。上記のとおりモータ回転速度が0の場合には、q軸電流制限値Iq_limがq軸電流の制限に寄与しない。回転数入力処理部70は、モータ電流の向きとモータの回転方向の向きが異なる場合、回転速度信号Nを0に設定してq軸電流の制限を解除する。
Therefore, the rotation speed
図6を参照する。回転数入力処理部70は、符号判定部(sgn)70a及び70bと、操舵状態判定部70cと、絶対値算出部(abs)70dと、選択器70eを備える。
符号判定部70a及び70bは、回転数演算部52が算出したモータ20の回転速度Nrと、操舵補助指令値Irefの符号を判定する。符号判定部70a及び70bは、回転速度Nr及び操舵補助指令値Irefの符号を操舵状態判定部70cへ出力する。
See FIG. 6. The rotational speed
The
操舵状態判定部70cは、回転速度Nr及び操舵補助指令値Irefの符号が等しいか否かに応じて、操向ハンドル1が切り増し操舵状態であるか切り戻し操舵状態であるかを判定する。具体的には、回転速度Nr及び操舵補助指令値Irefの符号が等しい場合に、操舵状態判定部70cは、操向ハンドル1が切り増し操舵状態であると判定する。回転速度Nr及び操舵補助指令値Irefの符号が異なる場合に、操舵状態判定部70cは、操向ハンドル1が切り戻し操舵状態であると判定する。
The steering
操向ハンドル1が切り増し操舵状態である場合に、操舵状態判定部70cは選択信号「1」を選択器70eに出力する。操向ハンドル1が切り戻し操舵状態である場合に、操舵状態判定部70cは選択信号「0」を選択器70eに出力する。
絶対値算出部70dは、回転速度Nrの絶対値|Nr|を算出する。操舵状態判定部70cが選択信号「1」を出力する場合、選択器70eは絶対値|Nr|を選択して回転速度信号Nとして出力する。操舵状態判定部70cが選択信号「0」を出力する場合、選択器70eは回転速度0を選択して回転速度信号Nとして出力する。
When the
The absolute
図5を参照する。電流制限値演算部71は、回転数入力処理部70が出力する回転速度信号N、インバータ印加電圧検出部54が出力するインバータ印加電圧Vr、及びd軸電流指令値Id0に基づいて、複数の制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnの各々を演算する。
電流制限値演算部71は、回転速度信号N、インバータ印加電圧Vr、及びd軸電流指令値Id0に加えて、モータ20のモータ温度Tm、インバータ50の温度情報に応じて制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnを演算してもよい。
See FIG. 5. The current limit
The current limit
図7に、電流制限値演算部71の機能構成の一例を示す。図7に示す電流制限値演算部71の例は、3個の制限値候補Iq_limc1~Iq_limc3を演算する。ただし、本発明において決定する制限値候補の数は3個に限定されるものではなく、制限値候補の数は2個でもよく、3個より多くてもよい。
電流制限値演算部71は、制限値候補演算部80a、80b及び80cを備える。
FIG. 7 shows an example of the functional configuration of the current limit
The current limit
制限値候補演算部80aは、制限値候補Iq_limc1を演算する。制限値候補Iq_limc1は、電源電流を上限値Ib1以下に制限するためのq軸電流指令値Iq0の制限値である。
例えば、上限値Ib1として、実施形態の電動パワーステアリング装置が許容する最大電源電流を設定してよい。
The limit value
For example, the maximum power supply current allowed by the electric power steering device of the embodiment may be set as the upper limit value Ib1.
制限値候補演算部80bは、制限値候補Iq_limc2を決定する。制限値候補Iq_limc2は、電源電流を、上限値Ib1よりも小さい上限値Ib2以下に制限するためのq軸電流指令値Iq0の制限値である。
例えば、上限値Ib2は、上限値Ib1の電源電流が流れる場合よりもECU部品の消費電力が約1/2になるように設定してもよい。例えば上限値Ib2をIb1×5/7に設定してよい。
The limit value
For example, the upper limit value Ib2 may be set so that the power consumption of the ECU components is approximately 1/2 that when the power supply current of the upper limit value Ib1 flows. For example, the upper limit value Ib2 may be set to Ib1×5/7.
制限値候補演算部80cは、制限値候補Iq_limc3を決定する。制限値候補Iq_limc3は、電源電流を、上限値Ib2よりも小さい上限値Ib3以下に制限するためのq軸電流指令値Iq0の制限値である。
例えば、上限値Ib3は、最大負荷時の保舵やラックエンドまでの操舵に最低限必要な電源電流に設定してよい。例えば上限値Ib3をIb1×3/7に設定してよい。
The limit value
For example, the upper limit value Ib3 may be set to the minimum power supply current required for steering at maximum load and steering to the rack end. For example, the upper limit value Ib3 may be set to Ib1×3/7.
図8は、制限値候補演算部80aの機能構成の一例を示す。制限値候補演算部80aは、演算式(2)及び(5)に基づいて、電源電流を上限値Ib1以下に制限するようにq軸電流指令値Iq0を制限する制限値を、制限値候補Iq_limc1として演算する。
制限値候補演算部80aは、係数乗算器81、82及び83と、項演算部84及び85と、加算器86及び87と、平方根演算部88及び89と、リミッタ90と、乗算器91と、減算器92と、制限値選択部93を備える。
係数乗算器81は、回転数入力処理部70が出力した回転速度信号Nに係数(2π/60)を乗算して回転角速度ωを算出して、係数乗算器82及び項演算部84に出力する。
FIG. 8 shows an example of the functional configuration of the limit value
The limit value
The
係数乗算器82及び83と、項演算部84及び85と、加算器86及び87と、平方根演算部88は、演算式(2)の電源電流の上限値Ib_limを上限値Ib1に固定して導出される演算式(6)を演算する。
The coefficient multipliers 82 and 83, the
係数乗算器82は、回転角速度ωと係数「-Kt」の積(-Kt・ω)を算出して加算器87へ出力する。
項演算部84は、演算式(6)に含まれる項(Kt・ω)2を算出して加算器86へ出力する。
項演算部85は、演算式(6)に含まれる項(-4・Rr・(Rr・Id02-Vr・Ib1+Ploss))を算出して加算器86へ出力する。ここで、Idにはd軸電流指令値Id0が代入されている。
加算器86は、項演算部84及び85の演算結果を加算する。平方根演算部88は加算器86の加算結果の平方根
The
The
The
The
を算出して、加算器87に出力する。
加算器87は、係数乗算器82の乗算結果と平方根演算部88の演算結果を加算する。係数乗算器83は、加算器87の加算結果に係数(1/(2・Rr))を乗算して、演算式(6)の右辺
is calculated and output to the
The
を得る。リミッタ90は、係数乗算器83の乗算結果の上限値を制限してq軸電流制限値Iq_lim2を算出し、制限値選択部93へ出力する。
一方で、乗算器91はd軸電流指令値Id0の二乗値Id02を算出し、減算器92は、二乗値Id02を操舵補助指令値Irefの最大値Iref_maxの二乗値Iref_max2から減算する。平方根演算部89は、減算器92の減算結果の平方根を演算して、演算式(5)の右辺の項
get. The
On the other hand, the
を算出し、q軸電流制限値Iq_lim3として制限値選択部93へ出力する。
制限値選択部93は、q軸電流制限値Iq_lim2及びIq_lim3のうちいずれか小さい値を選択して、制限値候補Iq_limc1として、電流制限値選択部72に出力する。
is calculated and output to the limit
The limit
制限値候補演算部80b及び80cも、制限値候補演算部80aと同様の構成を有する。ただし、制限値候補演算部80bの係数乗算器82及び83と、項演算部84及び85と、加算器86及び87と、平方根演算部88は、演算式(2)の電源電流の上限値Ib_limを上限値Ib2に固定して導出される演算式(7)を演算する。
The limit value
また、制限値候補演算部80cの係数乗算器82及び83と、項演算部84及び85と、加算器86及び87と、平方根演算部88は、演算式(2)の電源電流の上限値Ib_limを上限値Ib3に固定して導出される演算式(8)を演算する。
Further, the
図9を参照する。電流制限値選択部72は、電流制限値演算部71が決定した制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnの中から、温度検出部53が検出した部品温度Tpに対して設定された上限値に対応する候補を選択して、q軸電流制限値Iq_lim0として出力する。
電流制限値選択部72は、図7に示す電流制限値演算部71に対応して、3個の制限値候補Iq_limc1~Iq_limc3の中からq軸電流制限値Iq_lim0を選択する。
See FIG. 9. The current limit
The current limit
電流制限値選択部72は、選択信号生成部94と、選択器95及び96を備える。
選択信号生成部94は、制限値候補Iq_limc1~Iq_limc3の中から、温度検出部53が検出した部品温度Tpに対して指定された上限値に対応する候補を選択するための選択信号を生成する。選択信号生成部94は、フラグ設定部97及び98を備える。
The current limit
The selection
例えば、フラグ設定部97は、部品温度Tpが温度閾値Tp1Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合にML判定フラグFMLを「0」から「1」へ切り替え、温度閾値Tp1Hより高い温度から下降して温度閾値Tp1L未満になった場合にML判定フラグFMLを「1」から「0」へ切り替える。
フラグ設定部98は、部品温度Tpが温度閾値Tp2Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2Hを超えた場合にHM判定フラグFHMを「0」から「1」に切り替え、温度閾値Tp2Hより高い温度から下降して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合にHM判定フラグFHMを「1」から「0」に切り替える。
For example, the
The
ML判定フラグFMLが「1」である場合、選択器95は制限値候補Iq_limc2を選択して選択器96に出力する。
ML判定フラグFMLが「0」である場合、選択器95は制限値候補Iq_limc1を選択して選択器96に出力する。
When the ML determination flag FML is “1”, the
When the ML determination flag FML is “0”, the
HM判定フラグFHMが「1」である場合、選択器96は制限値候補Iq_limc3を選択してq軸電流制限値Iq_lim0として出力する。
HM判定フラグFHMが「0」である場合、選択器96は選択器95の出力を選択してq軸電流制限値Iq_lim0として出力する。
When the HM determination flag FHM is "1", the
When the HM determination flag FHM is "0", the
これにより、部品温度Tpが温度閾値Tp1Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合には、制限値候補Iq_limc2がq軸電流制限値Iq_lim0として選択される。
部品温度Tpが温度閾値Tp1Hより高い温度から下降して温度閾値Tp1L未満になった場合には、制限値候補Iq_limc1がq軸電流制限値Iq_lim0として選択される。
As a result, when the component temperature Tp rises from a temperature lower than the temperature threshold Tp1L and becomes less than the temperature threshold Tp2L and higher than the temperature threshold Tp1H, the limit value candidate Iq_limc2 is selected as the q-axis current limit value Iq_lim0.
When the component temperature Tp falls from a temperature higher than the temperature threshold Tp1H and becomes less than the temperature threshold Tp1L, the limit value candidate Iq_limc1 is selected as the q-axis current limit value Iq_lim0.
部品温度Tpが温度閾値Tp2Lより低い温度から上昇して温度閾値Tp2Hを超えた場合には、制限値候補Iq_limc3がq軸電流制限値Iq_lim0として選択される。
部品温度Tpが温度閾値Tp2Hより高い温度から下降して温度閾値Tp2L未満かつ温度閾値Tp1Hより高くなった場合には、制限値候補Iq_limc2がq軸電流制限値Iq_lim0として選択される。
このように、q軸電流制限値Iq_limは、部品温度Tpに対するヒステリシス特性を有する。
When the component temperature Tp rises from a temperature lower than the temperature threshold Tp2L and exceeds the temperature threshold Tp2H, the limit value candidate Iq_limc3 is selected as the q-axis current limit value Iq_lim0.
When the component temperature Tp decreases from a temperature higher than the temperature threshold Tp2H and becomes less than the temperature threshold Tp2L and higher than the temperature threshold Tp1H, the limit value candidate Iq_limc2 is selected as the q-axis current limit value Iq_lim0.
In this way, the q-axis current limit value Iq_lim has a hysteresis characteristic with respect to the component temperature Tp.
図5を参照する。レートリミッタ73は、q軸電流制限値Iq_lim0の過渡的な変動を緩和する。
操向ハンドル1の操舵状態が切り増し操舵状態と切り戻し操舵状態との間で切り替わると、回転数入力処理部70が回転速度信号Nを切り替えるために、q軸電流制限値Iq_lim0の値が急激に変化する。この結果、q軸電流制限値の出力値の急激な変化が発生したりチャタリングが発生するおそれがある。
レートリミッタ73は、q軸電流制限値Iq_lim0の過渡的な変動を緩和して得られるq軸電流制限値Iq_lim1を生成して、平滑化部74へ出力する。
See FIG. 5. The
When the steering state of the
The
例えばレートリミッタ73は、今回の制御周期で入力したq軸電流制限値Iq_lim0から前回の制御周期で出力したq軸電流制限値Iq_lim1を減算して得られる差分が、正値の立ち上がり閾値RISE_RATEよりも大きい場合には、前回の制御周期で出力したq軸電流制限値Iq_lim1と立ち上がり閾値RISE_RATEとの和を、q軸電流制限値Iq_lim1として出力する。
For example, the
またレートリミッタ73は、今回の制御周期で入力したq軸電流制限値Iq_lim0から前回の制御周期で出力したq軸電流制限値Iq_lim1を減算して得られる差分が、負値の立ち下がり閾値FALL_RATEよりも小さい場合には、前回の制御周期で出力したq軸電流制限値Iq_lim1と立ち下がり閾値FALL_RATEとの和を、q軸電流制限値Iq_lim1として出力する。
In addition, the
今回の制御周期で入力したq軸電流制限値Iq_lim0から前回の制御周期で出力したq軸電流制限値Iq_lim1を減算して得られる差分が、立ち下がり閾値FALL_RATE以上立ち上がり閾値RISE_RATE以下の場合には、入力したq軸電流制限値Iq_lim0をそのままq軸電流制限値Iq_lim1として出力する。 If the difference obtained by subtracting the q-axis current limit value Iq_lim1 output in the previous control cycle from the q-axis current limit value Iq_lim0 input in the current control cycle is greater than or equal to the falling threshold FALL_RATE and less than the rising threshold RISE_RATE, The input q-axis current limit value Iq_lim0 is output as is as the q-axis current limit value Iq_lim1.
平滑化部74は、q軸電流制限値Iq_lim1を平滑化することにより、回転速度信号Nの切り替え時のq軸電流制限値の出力値の急激な変化を緩和し、チャタリングを除去する。
例えば、平滑化部74は、q軸電流制限値Iq_lim1の時間加重平均値を算出するフィルタであってよい。平滑化部74は、q軸電流制限値Iq_lim1を平滑化して得られた最終的なq軸電流制限値Iq_limを、q軸電流制限部75へ出力する。
The smoothing
For example, the smoothing
q軸電流制限部75は、電流指令値演算部41から出力されるq軸電流指令値Iq0を、q軸電流制限値Iq_lim以下の値に制限する。q軸電流制限部75は、q軸電流指令値Iq0を制限して得られる制限後q軸電流指令値Iq1を出力する。
図10を参照する。q軸電流制限部75は、符号反転器100と、比較器101及び102と、選択器103及び104を備える。
The q-axis
See FIG. 10. The q-axis
比較器101は、q軸電流指令値Iq0と正値のq軸電流制限値Iq_limとを比較する。q軸電流指令値Iq0が正値のq軸電流制限値Iq_lim以上の場合、比較器101は、選択信号「1」を選択器103に出力する。q軸電流指令値Iq0が正値のq軸電流制限値Iq_lim未満の場合、比較器101は、選択信号「0」を選択器103に出力する。
符号反転器100は、q軸電流制限値Iq_limの符号を反転して負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)を出力する。比較器102は、q軸電流指令値Iq0と負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)とを比較する。q軸電流指令値Iq0が負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)以下の場合、比較器102は、選択信号「1」を選択器104に出力する。q軸電流指令値Iq0が負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)より大きいの場合、比較器102は、選択信号「0」を選択器104に出力する。
The
比較器101が選択信号「1」を出力する場合(すなわちq軸電流指令値Iq0が正値のq軸電流制限値Iq_lim以上の場合)、選択器103はq軸電流制限値Iq_limを選択して選択器104に出力する。
比較器101が選択信号「0」を出力する場合(すなわちq軸電流指令値Iq0が正値のq軸電流制限値Iq_lim未満の場合)、選択器103はq軸電流指令値Iq0を選択して選択器104に出力する。
When the
When the
比較器102が選択信号「1」を出力する場合(すなわちq軸電流指令値Iq0が負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)以下の場合)、選択器104は負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)を選択して制限後q軸電流指令値Iq1として出力する。
比較器102が選択信号「0」を出力する場合(すなわちq軸電流指令値Iq0が負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)より大きいの場合)、選択器104は選択器103の出力を選択して制限後q軸電流指令値Iq1として出力する。以上により、制限後q軸電流指令値Iq1は、正値のq軸電流制限値(Iq_lim)以下及び負値のq軸電流制限値(-Iq_lim)以上の値に制限される。
When the
When the
なお、バッテリ14は特許請求の範囲に記載される電源の一例である。コントローラ30、温度検出部53、インバータ印加電圧検出部54、回転角度検出回路61及びモータ温度取得部62は、特許請求の範囲に記載されるモータ制御装置の一例である。回転角度検出回路61及び回転数演算部52は、特許請求の範囲に記載される回転速度検出部の一例である。比例積分制御部46と、デューティ演算部47と、空間ベクトル変調部48と、PWM制御部49は、特許請求の範囲に記載される素子制御部の一例である。
Note that the
(変形例)
上記の実施形態では、演算式(2)又は(3)の抵抗Rr及びトルク定数Ktを固定の定数として制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnを演算したが、本発明はこれに限定されるものではない。
電流制限値演算部71は、モータ20の温度情報を取得し、モータ20の温度情報に応じて抵抗Rr及びトルク定数Ktを変化させてもよい。すなわち、電流制限値演算部71は、モータ20の温度情報に応じて制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnを演算してもよい。
また、インバータ50の温度情報を取得し、インバータ50の温度情報に応じて抵抗Rrを変化させてもよい。すなわち、電流制限値演算部71は、インバータ50の温度情報に応じて制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnを演算してもよい。
(Modified example)
In the above embodiment, the limit value candidates Iq_limc1 to Iq_limcn are calculated using the resistance Rr and the torque constant Kt of the calculation formula (2) or (3) as fixed constants, but the present invention is not limited to this.
The current limit
Alternatively, the temperature information of the
(動作)
図11を参照して、実施形態のモータ制御方法の一例を説明する。
ステップS1において回転角度検出回路61と回転数演算部52は、モータ20の回転速度Nrを検出する。
ステップS2においてインバータ印加電圧検出部54は、インバータ50への印加電圧であるインバータ印加電圧Vrを検出する。
(motion)
An example of the motor control method according to the embodiment will be described with reference to FIG. 11.
In step S1, the rotation
In step S2, the inverter applied
ステップS3において温度検出部53は、ECU部品のいずれかの部品温度Tpを検出する。
ステップS4において電流指令値演算部41は、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を算出する。
In step S3, the
In step S4, the current command
ステップS5において電流制限値演算部71は、回転数入力処理部70が出力する回転速度信号N、インバータ印加電圧検出部54が検出したインバータ印加電圧Vr、及びd軸電流指令値Id0に基づいて、複数の制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnの各々を演算する。
ステップS6において電流制限値選択部72は、温度検出部53が検出したECU部品の部品温度Tpに応じて、電流制限値演算部71が演算した制限値候補Iq_limc1~Iq_limcnの中からq軸電流制限値Iq_lim0を選択する。
In step S5, the current limit
In step S6, the current limit
ステップS7においてレートリミッタ73は、q軸電流制限値Iq_lim0の過渡的な変動を緩和して得られるq軸電流制限値Iq_lim1を生成し、平滑化部74は、q軸電流制限値Iq_lim1を平滑化して得られるq軸電流制限値Iq_limを生成する。q軸電流制限部75は、q軸電流指令値Iq0をq軸電流制限値Iq_limで制限することにより、制限後q軸電流指令値Iq1を演算する。
ステップS8においてコントローラ30は、d軸電流指令値Id0と制限後q軸電流指令値Iq1に基づいてモータ20を駆動する。
In step S7, the
In step S8, the
(シミュレーション結果)
以下、図12の(a)及び(b)、図13の(a)及び(b)、図14の(a)及び(b)、並びに図15の(a)~(c)を参照して、本実施形態のモータ制御装置の動作のシミュレーション結果を記載する。
本シミュレーションでは、異なる部品温度Tpにおいてモータ回転速度を変化させた場合の制限後q軸電流指令値Iq1、d軸電流指令値Id0、及び電源電流を演算した。
(simulation result)
Hereinafter, with reference to FIGS. 12(a) and (b), FIGS. 13(a) and (b), FIGS. 14(a) and (b), and FIGS. 15(a) to (c), , the simulation results of the operation of the motor control device of this embodiment will be described.
In this simulation, the limited q-axis current command value Iq1, d-axis current command value Id0, and power supply current were calculated when the motor rotational speed was changed at different component temperatures Tp.
温度閾値Tp1L、Tp1H、Tp2L及びTp2Hは、それぞれTp1L=70[℃]、Tp1H=80[℃]、Tp2L=110[℃]及びTp2H=120[℃]に設定した。
また、電源電流の上限値Ib1~Ib3を、Ib2=Ib1×5/7、Ib3=Ib1×3/7となるように設定した。
The temperature threshold values Tp1L, Tp1H, Tp2L, and Tp2H were set to Tp1L=70 [°C], Tp1H=80 [°C], Tp2L=110 [°C], and Tp2H=120 [°C], respectively.
Further, the upper limit values Ib1 to Ib3 of the power supply current were set so that Ib2=Ib1×5/7 and Ib3=Ib1×3/7.
図12の(a)の破線はモータ回転速度を示し、太実線は制限後q軸電流指令値Iq1を示し、細実線はd軸電流指令値Id0を示す。図13の(a)及び図14の(a)でも同様である。
図12の(b)の破線はモータ回転速度を示し、太実線は電源電流を示す。図13の(b)及び図14の(b)でも同様である。
The broken line in (a) of FIG. 12 indicates the motor rotation speed, the thick solid line indicates the limited q-axis current command value Iq1, and the thin solid line indicates the d-axis current command value Id0. The same applies to FIG. 13(a) and FIG. 14(a).
The broken line in FIG. 12(b) indicates the motor rotation speed, and the thick solid line indicates the power supply current. The same applies to FIG. 13(b) and FIG. 14(b).
図12の(a)及び(b)は、部品温度Tpが60[℃]である場合のシミュレーション結果を示す。モータ回転速度を0[rpm]から5000[rpm]まで増加させた条件下で、上限値Ib_lim=Ib1に基づいて制限後q軸電流指令値Iq1が適切に制限され、電源電流がIb1以下に抑えられていることが確認できる。 (a) and (b) of FIG. 12 show simulation results when the component temperature Tp is 60 [° C.]. Under the condition that the motor rotation speed is increased from 0 [rpm] to 5000 [rpm], the limited q-axis current command value Iq1 is appropriately limited based on the upper limit value Ib_lim=Ib1, and the power supply current is suppressed to below Ib1. It can be confirmed that the
図13の(a)及び(b)は、部品温度Tpが100[℃]である場合のシミュレーション結果を示す。モータ回転速度を0[rpm]から5000[rpm]まで増加させた条件下で、上限値Ib_lim=Ib2=Ib1*5/7に基づいて制限後q軸電流指令値Iq1が適切に制限され、電源電流がIb1*5/7以下に抑えられていることが確認できる。 (a) and (b) of FIG. 13 show simulation results when the component temperature Tp is 100 [° C.]. Under the condition that the motor rotation speed is increased from 0 [rpm] to 5000 [rpm], the q-axis current command value Iq1 after limitation is appropriately limited based on the upper limit value Ib_lim=Ib2=Ib1*5/7, and the power supply It can be confirmed that the current is suppressed to Ib1*5/7 or less.
図14の(a)及び(b)は、部品温度Tpが120[℃]である場合のシミュレーション結果を示す。モータ回転速度を0[rpm]から5000[rpm]まで増加させた条件下で、上限値Ib_lim=Ib3=Ib1*3/7に基づいて制限後q軸電流指令値Iq1が適切に制限され、電源電流がIb1*3/7以下に抑えられていることが確認できる。 (a) and (b) of FIG. 14 show simulation results when the component temperature Tp is 120 [° C.]. Under the condition that the motor rotation speed is increased from 0 [rpm] to 5000 [rpm], the q-axis current command value Iq1 after limitation is appropriately limited based on the upper limit value Ib_lim=Ib3=Ib1*3/7, and the power supply It can be confirmed that the current is suppressed to Ib1*3/7 or less.
図15の(a)~(d)は、60[℃]~120[℃]の範囲において部品温度Tpを台形波状に繰り返し変化させた場合のシミュレーション結果を示す。
図15の(a)は部品温度Tpを示し、図15の(b)の破線はモータ回転速度を示し、太実線は制限後q軸電流指令値Iq1を示し、細実線はd軸電流指令値Id0を示し、図15の(c)の破線はモータ回転速度を示し、太実線は電源電流を示す。
モータ回転速度を0[rpm]から5000[rpm]まで増加させた条件下で、部品温度Tpに応じた上限値Ib_limに基づいて制限後q軸電流指令値Iq1が適切に制限され、電源電流がIb1~Ib1*3/7の範囲に動的に抑えられていることが確認できる。
(a) to (d) of FIG. 15 show simulation results when the component temperature Tp is repeatedly changed in a trapezoidal waveform in the range of 60 [° C.] to 120 [° C.].
15(a) shows the component temperature Tp, the broken line in FIG. 15(b) shows the motor rotation speed, the thick solid line shows the q-axis current command value after restriction Iq1, and the thin solid line shows the d-axis current command value Id0, the broken line in FIG. 15(c) shows the motor rotation speed, and the thick solid line shows the power supply current.
Under the condition that the motor rotation speed is increased from 0 [rpm] to 5000 [rpm], the limited q-axis current command value Iq1 is appropriately limited based on the upper limit value Ib_lim according to the component temperature Tp, and the power supply current is It can be confirmed that it is dynamically suppressed within the range of Ib1 to Ib1*3/7.
(実施形態の効果)
(1)モータ20を制御するモータ制御装置は、電源であるバッテリ14とモータ20との間に直列に接続されて、バッテリ14から出力される電源電流をモータ20に流す駆動電流に変換する駆動素子Q1~Q6と、モータ20のモータ回転速度を検出する回転角度検出回路61及び回転数演算部52と、インバータ50への印加電圧であるインバータ印加電圧を検出するインバータ印加電圧検出部54と、バッテリ14から駆動素子Q1~Q6までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部53と、駆動電流を制御するための電流指令値を演算する電流指令値演算部41と、予め定めた複数の上限値以下に電源電流をそれぞれ制限するように電流指令値を制限するための複数の電流制限値を、制限値候補として、少なくとも回転角度検出回路61及び回転数演算部52が検出したモータ回転速度及びインバータ印加電圧検出部54が検出したインバータ印加電圧に応じて演算する電流制限値演算部71と、電流制限値演算部71が演算した複数の制限値候補の何れかを、温度検出部53が検出した部品温度に応じて選択する電流制限値選択部72を備える。比例積分制御部46、デューティ演算部47、空間ベクトル変調部48、及びPWM制御部49は、電流制限値選択部72が選択した電流制限値で制限された電流指令値に基づいて駆動素子Q1~Q6を制御する。
(Effects of embodiment)
(1) The motor control device that controls the
これにより、予め電源電流の複数の上限値を設定しておき、電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Tpに応じたいずれかの上限値以下に電源電流が制限されるようにモータ20の駆動電流を制御できる。このため、精度の高い上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Tpの上昇を抑制できる。
例えば電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置の場合、操向ハンドル1をラックエンドまで操舵できるように制御しつつ、部品温度Tpの上昇を抑制できる。
また、電流制限値選択部72は部品温度Tpに応じて電流制限値をステップ状に切り換えるので早急に電源電流を制限できる。したがって、部品温度Tpが急激に上昇した場合であっても迅速に電源電流を制限できる。
As a result, a plurality of upper limit values for the power supply current are set in advance, and the motor is controlled so that the power supply current is limited to one of the upper limit values depending on the component temperature Tp of the components placed on or near the power supply line. 20 drive currents can be controlled. For this reason, it is possible to suppress an increase in the component temperature Tp of components disposed on or near the power supply line while avoiding excessive current restriction using the highly accurate upper limit value.
For example, in the case of an electric power steering device that uses an electric motor to apply steering assist force to the steering system of a vehicle, it is possible to control the
Further, since the current limit
(2)電流制限値演算部71は、インバータ印加電圧と電源電流に基づく入力電力と、モータ回転速度、電流指令値に基づく出力電力と、損失電力との間に成立する関係に従って、複数の上限値毎に制限値候補を演算する。
これにより、制限値候補の演算式に含まれる電源電流の上限値を固定値として取り扱うことが可能になり、演算処理を簡易化することができる。
(2) The current limit
Thereby, the upper limit value of the power supply current included in the calculation formula of the limit value candidate can be treated as a fixed value, and the calculation process can be simplified.
(3)電流指令値演算部41は、駆動電流を制御するためのq軸電流指令値及びd軸電流指令値を演算し、電流制限値演算部71はq軸電流指令値を制限するための電流制限値を決定してよい。
電源電流が上限値以下に制限されるようにq軸電流指令値を制御することにより、過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Tpの上昇を抑制できる。
(3) The current command
By controlling the q-axis current command value so that the power supply current is limited to the upper limit value or less, it is possible to suppress the rise in component temperature Tp of components placed in or near the power supply line while avoiding excessive current restriction. .
(4)電流制限値演算部71は、さらに少なくともモータ20の温度情報及びインバータ50の駆動素子の温度情報に応じて電流制限値を決定してよい。
これにより、モータ20の温度によるトルク定数や抵抗値の変化や、駆動素子の温度による抵抗値の変化を考慮することができ、より正確に電源電流を制限できる。
(4) The current limit
Thereby, changes in the torque constant and resistance value due to the temperature of the
(5)駆動電流制限部43は、駆動電流の向きとモータ20の回転方向に応じて、駆動電流の制限を解除してよい。
これにより、モータ20が回生状態となる場合(例えば操向ハンドル1が切り戻し操舵状態である場合等)に、不要な電流制限を解除することができる。
(5) The drive
Thereby, when the
1…操向ハンドル、2…コラム軸、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、10…トルクセンサ、11…イグニションキー、12…車速センサ、14…バッテリ、20…モータ、30…コントローラ、40…操舵補助指令値演算部、41…電流指令値演算部、43…駆動電流制限部、44、45…減算器、46…比例積分制御部、47…デューティ演算部、48…空間ベクトル変調部、49…PWM制御部、50…インバータ、52…回転数演算部、53…温度検出部、54…インバータ印加電圧検出部、61…回転角度検出回路、62…モータ温度取得部、70…回転数入力処理部、70a、70b…符号判定部、70c…操舵状態判定部、70d…絶対値算出部、70e、95、96、103、104…選択器、71…電流制限値演算部、72…電流制限値選択部、73…レートリミッタ、74…平滑化部、75…q軸電流制限部、80a、80b、80c…制限値候補演算部、81、82、83…係数乗算器、84、85…項演算部、86、87…加算器、88、89…平方根演算部、90…リミッタ、91…乗算器、92…減算器、93…制限値選択部、94…選択信号生成部、97、98…フラグ設定部、100…符号反転器、101、102…比較器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
電源と前記電動モータとの間に直列に接続されて、前記電源から出力される電源電流を前記電動モータに流す駆動電流に変換する駆動素子と、
前記電動モータのモータ回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記駆動素子に印加される電圧をインバータ印加電圧として検出するインバータ印加電圧検出部と、
前記電源から前記駆動素子までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部と、
前記駆動電流を制御するための電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
予め定めた複数の上限値以下に前記電源電流をそれぞれ制限するように前記電流指令値を制限するための複数の電流制限値を、制限値候補として、少なくとも前記回転速度検出部が検出した前記モータ回転速度及び前記インバータ印加電圧検出部が検出した前記インバータ印加電圧に応じて各々演算する電流制限値演算部と、
前記電流制限値演算部が演算した複数の前記制限値候補の何れかを、前記温度検出部が検出した前記部品温度に応じて選択する電流制限値選択部と、
前記電流制限値選択部が選択した前記制限値候補で制限された前記電流指令値に基づいて前記駆動素子を制御する素子制御部と、
を備え、
前記電流制限値演算部は、前記インバータ印加電圧と前記電源電流に基づく入力電力と、前記モータ回転速度、前記電流指令値に基づく出力電力と、損失電力との間に成立する関係に従って、前記複数の上限値毎に前記制限値候補を演算することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that controls an electric motor,
a drive element connected in series between a power source and the electric motor to convert a power supply current output from the power source into a drive current flowing to the electric motor;
a rotational speed detection unit that detects a motor rotational speed of the electric motor;
an inverter applied voltage detection unit that detects the voltage applied to the drive element as an inverter applied voltage;
a temperature detection unit that detects a component temperature of a component disposed on or near a power supply line from the power supply to the drive element;
a current command value calculation unit that calculates a current command value for controlling the drive current;
A plurality of current limit values for limiting the current command value such that the power supply current is respectively limited to a plurality of predetermined upper limit values or less are selected as limit value candidates for the motor, which is detected by at least the rotational speed detection unit. a current limit value calculation unit that calculates each according to the rotational speed and the inverter applied voltage detected by the inverter applied voltage detection unit;
a current limit value selection unit that selects one of the plurality of limit value candidates calculated by the current limit value calculation unit according to the component temperature detected by the temperature detection unit;
an element control unit that controls the drive element based on the current command value limited by the limit value candidate selected by the current limit value selection unit;
Equipped with
The current limit value calculation unit calculates the plurality of values according to a relationship established between the inverter applied voltage and the input power based on the power supply current, the motor rotation speed, the output power based on the current command value, and the power loss. A motor control device characterized in that the limit value candidate is calculated for each upper limit value .
前記電流制限値演算部は、前記q軸電流指令値を制限するための電流制限値を演算することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 further comprising a current command value calculation unit that calculates a q-axis current command value and a d-axis current command value for controlling the drive current,
The motor control device according to claim 1 , wherein the current limit value calculation unit calculates a current limit value for limiting the q-axis current command value.
前記モータ制御装置によって制御される電動モータと、
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ製品。 A motor control device according to any one of claims 1 to 4 ,
an electric motor controlled by the motor control device;
An electric actuator product comprising:
前記モータ制御装置によって制御される電動モータと、
を備え、前記電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力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。 A motor control device according to any one of claims 1 to 4 ,
an electric motor controlled by the motor control device;
An electric power steering device comprising: an electric power steering device, wherein the electric motor applies a steering assist force to a steering system of a vehicle.
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