JPWO2019189646A1 - モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ制御装置の演算処理の負担を軽減しつつ、ハンドル操作に基づくモータの作動音の改善を図ることが可能なモータ制御装置等を提供する。【解決手段】モータ制御装置30は、モータ70の回転角度θを検出する角度センサ72の検出結果に基づいて角度センサ72の電気角θsを算出する角度情報処理部520と、角度センサ72の電気角θsに対する電気角周波数の2倍および5倍の周波数を減衰させるノッチフィルタ処理を行うフィルタ部521と、少なくともノッチフィルタ処理された補正後の角度センサ72の電気角θ3に基づいてモータ70を駆動制御する電流制御部58と、を備える。
Description
本発明は、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置に関する。
従来から、電動パワーステアリング装置を構成するモータの回転制御には、インバータを含むモータ制御装置が利用されている。モータ制御装置では、モータの回転角度情報をレゾルバ等の角度センサにより検出し、その検出結果に基づいてモータに供給する電流を制御することでモータのトルク制御を行っている。
ところで、電動パワーステアリング装置においては、ハンドルを素早く操作したときに、モータからの作動音が大きくなってしまう場合があった。モータの作動音の周波数は、角度センサの次数成分に同期し、モータのトルクリプルの次数成分が角度センサの次数成分に同期することが知られている。そのため、角度センサの次数成分の周波数を低減できれば、トルクリプルの角度センサに依存した次数成分を低減でき、かつモータの作動音も改善できると予測される。
例えば、日本国公開公報特開2015−228723号公報には、モータトルクの問題を解決するために、レゾルバ回転周波数からレゾルバ回転周波数を2倍の周波数成分を持つ角度誤差を低減したフィルタ後のレゾルバ回転周波数を算出するノッチフィルタ機能を備えたモータ制御装置が開示されている。
しかしながら、日本国公開公報特開2015−228723号公報に開示される従来のモータ制御装置では、レゾルバ回転周波数の周波数成分を低減させることができるが、レゾルバの電気角から電気角速度を算出し、その算出した電気角にノッチフィルタ処理を行い、その後、フィルタ処理後の電気角に積分処理を行っている。そのため、従来のモータ制御装置では、モータ制御装置の演算処理の負担が大きくなってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、モータ制御装置の演算処理の負担を軽減しつつ、ハンドル操作に基づくモータの作動音の改善を図ることが可能なモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明の例示的なモータ制御装置は、モータの回転角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて当該角度センサの電気角を算出する処理部と、前記処理部により算出された前記角度センサの電気角に対して特定の周波数を減衰させるフィルタ処理を行うフィルタ部と、少なくとも前記フィルタ部によりフィルタ処理された補正後の前記角度センサの電気角に基づいて前記モータを駆動制御する制御部と、を備える。
本発明の例示的な電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、前記モータ制御装置により駆動される前記モータと、を備える。
本発明によれば、角度センサの電気角に対してフィルタ処理を行うので、特定の周波数減衰後の電気角を簡単に求めることができる。これにより、モータ制御装置の処理負荷の軽減を図りつつ、モータの駆動時における特定周波数に同期するモータのトルクリプルを低減し、作動音の改善を図ることができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上拡張されており、実際の比率と異なる場合がある。
<電動パワーステアリングシステム10の構成例> 図1は、電動パワーステアリングシステム10の概略構成の一例を示す図である。電動パワーステアリングシステム10は、自動車等の輸送機器において、運転者のハンドル操作を補助する装置である。電動パワーステアリングシステム10は、図1に示すように、ステアリングホイール(以下「ハンドル」ともいう)12と、電動パワーステアリング装置20と、電源供給部80と、車輪82とを備える。
電動パワーステアリング装置20は、トルクセンサ22と、モータ制御装置30と、モータ70とを有する。トルクセンサ22は、ステアリングシャフト14に取り付けられている。トルクセンサ22は、運転者によるステアリングホイール12の操作によりステアリングシャフト14が回転すると、ステアリングシャフト14にかかるトルクを検出する。トルクセンサ22により検出されたトルク信号は、モータ制御装置30へ出力される。
モータ制御装置30は、電源供給源80から得られる電力を利用し、トルクセンサ22から入力されるトルク信号に基づいてモータ70に駆動電流を供給することでモータ70を駆動する。なお、モータ制御装置30は、トルク信号だけではなく、例えば車速等の他の情報等を用いてモータ70を駆動させることができる。
モータ70から生じる駆動力は、ギアボックス84を介して車輪82に伝達される。これにより、車輪82の舵角が変化する。このように、電動パワーステアリング装置20は、ステアリングシャフト14のトルクを、モータ70により増幅させて、車輪82の舵角を変化させる。したがって、運転者は、軽い力でステアリングホイール12を操作することができる。
<電動パワーステアリング装置20の構成例> 図2は、電動パワーステアリング装置20の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、電動パワーステアリング装置20は、トルクセンサ22と、モータ制御装置30と、モータ70と、角度センサ72とを備える。
モータ制御装置30は、電解コンデンサ62と、電源リレー部64と、インバータ66と、スイッチリレー部67と、制御部50と、コイル86とを有する。モータ制御装置30には、電源供給部80からコイル86を介して直流電流が供給される。
電源リレー部64は、電源供給部80とインバータ66との間の電力経路に設けられ、2つの電源リレー用スイッチング素子640、641を有する。電源リレー用スイッチング素子640は、電源供給部80が図示通りの極性で接続された場合、遮断時に電源供給部80側からインバータ66側へ電流が流れることを防止する。電源リレー用スイッチング素子641は、電源供給部80が図示とは逆の極性で接続された場合、遮断時に電源供給部80側からインバータ66側へ電流が流れることを防止する。
電解コンデンサ62は、インバータ66の入力部の電力経路とグランド経路との間に接続されている。電解コンデンサ62は、電荷を蓄積し、インバータ66への電力供給を補助したり、脈動を平滑化したりする。
インバータ66は、ブリッジ接続された6個のスイッチング素子661〜666を有する。スイッチング素子661〜666には、例えばMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等を用いることができる。インバータ66は、後述する制御部50から供給されるPWM信号に基づいてスイッチング素子661〜666を制御することで、電源供給源80からの直流を三相交流電圧に変換してモータ70に印加する。なお、3相インバータ回路等の構成は公知技術であるので、詳細な説明は省略する。
電流検出部68は、インバータ66からモータ70の3相のそれぞれに供給される電流信号Iu,Iv,Iwを検出し、検出した電流信号Iu,Iv,Iwは制御部50の電流制御部58に入力される。
制御部50は、角度算出処理部52と、回転数算出処理部54と、トルク指令演算部56と、電流制御部58と、PWM生成部60とを有する。
角度算出処理部52は、角度情報処理部520と、フィルタ部521と、モータ電気角演算部522とを有する。角度情報処理部520は、角度センサ72により検出された角度信号θを角度センサ72の電気角θsに変換する。フィルタ部521は、角度センサ72の電気角θsをノッチフィルタ処理することでモータ70の電気角周波数の2倍および5倍の周波数(次数成分)を減衰させる。モータ電気角演算部522は、ノッチフィルタ処理後の角度センサ72の電気角θ3からモータ70の機械角θmを算出し、算出したモータ70の機械角θmを回転数算出処理部54および電流制御部58のそれぞれに出力する。モータ70の機械角θmは、角度センサ72の軸倍角、モータ70の極対数等に基づいて算出される。
回転数算出処理部54は、角度算出処理部52から供給されたモータ70の機械角θmに基づいてモータ70の機械角回転数ωmを算出し、算出したモータ70の機械角回転数ωmを電流制御部58に出力する。また、回転数算出処理部54は、算出したモータ70の機械角回転数ωmを、ノッチフィルタ処理の遮断周波数の算出用として角度算出処理部52(フィルタ部521)にフィードバックする。
トルク指令演算部56は、トルクセンサ22からの操舵トルク信号Tq等の情報に基づいてトルク指令値Trefを生成し、生成したトルク指令値Trefを電流制御部58に出力する。
電流制御部58は、トルク指令演算部56からのトルク指令値Trefに相当するdq軸電流指令値を生成する。電流制御部58は、生成したdq軸電流指令値と、電流検出部68からの電流信号Iu,Iv,Iwを角度算出処理部52からのモータ70の機械角θmに基づき3相/2相変換したdq軸検出電流値との偏差を、0に収束させるための電圧指令値を算出する。また、電流制御部58は、2相の電圧指令値を3相の交流電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換してPWM生成部60に出力する。
PWM生成部60は、電流制御部58から供給された交流電圧指令値Vu,Vv,Vwに基づいてPWM信号を生成し、生成したPWM信号をインバータ66の各スイッチング素子661〜666のゲートに出力にする。
モータ70は、ステータと、ロータとを有する。ステータは、インバータ66により印加される三相交流電圧に基づいて磁界を発生させる。ロータは、ステータから生じる磁界により回転することでトルクを発生させる。
角度センサ72は、モータ70の回転軸に対向するように取り付けられている。角度センサ72は、モータ70の回転軸の角度変化に応じて角度信号θを制御部50の角度算出処理部52に出力する。なお、角度センサ72には、例えば、レゾルバまたはMRセンサ等の公知の角度検出器を用いることができる。
<角度算出処理部52(フィルタ部521)の構成例> 図3は、角度算出処理部52におけるフィルタ部521
の構成の一例をブロック図である。図3に示すように、フィルタ部521は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100と、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200と、遅れ補正部300と、加算部400とを備える。
の構成の一例をブロック図である。図3に示すように、フィルタ部521は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100と、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200と、遅れ補正部300と、加算部400とを備える。
第1の周波数可変ノッチフィルタ部100は、角度情報処理部520から供給された角度センサ72の電気角(電気角信号)θsと、図2に示す回転数算出処理部54からフィートバックされるモータ70の機械角回転数ωmとに基づいてモータ70の電気角周波数の2倍の周波数(以下、2次成分という場合がある)を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を行う。ノッチフィルタ処理後の角度センサ72の電気角θ1は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200に出力される。
第2の周波数可変ノッチフィルタ部200は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100で2次成分が減衰されたフィルタ処理後の角度センサ72の電気角θ1と、回転数算出処理部54からフィートバックされるモータ70の機械角回転数ωmとに基づいて、モータ70の電気角周波数の5倍の周波数(以下、5次成分という場合がある)を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を行う。ノッチフィルタ処理後の角度センサ72の電気角θ2は、加算部400に出力される。
遅れ補正部300は、回転数算出処理部54からフィートバックされたモータ70の機械角回転数ωmに基づいて、モータ70の位相遅れ補正値θcを算出する。算出されたモータ70の位相遅れ補正値θcは、加算部400に出力される。
加算部400は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200で5次成分が減衰されたフィルタ処理後の角度センサ72の電気角θ2と遅れ補正部300からのモータ70の位相遅れ補正値θcとを加算し、2次成分および5次成分が減衰されると共に位相遅れが補正された角度センサ72の電気角θ3を算出する。角度センサ72の電気角θ3は、上述したモータ電気角演算部522に出力される。
<第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の構成例> 図4は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の構成の一例を示すブロック図である。第1の周波数可変ノッチフィルタ部100には、例えばIIRフィルタを用いることができる。図4に示すように、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100は、循環判定部110と、内部状態更新部120と、2次遮断周波数演算部130と、フィルタ係数算出部140と、差分方程式演算部150とを備える。
循環判定部110は、角度情報処理部520から供給された角度センサ72の電気角θsが急変する時間を判定し、その判定結果に基づいて角度センサ72の電気角θsの急変する状態を防止するオフセット補正値θbを取得する。オフセット補正値θbは、内部状態更新部120に出力される。なお、オフセット補正値θbは、モータ70の各回転方向に対応付けて図示しないメモリに予め記憶するようにしても良いし、演算処理により求めるようにしても良い。
図5は、角度センサ72の電気角θsが急変する場合におけるオフセット補正を説明する図である。図5に示すように、循環判定部110は、0〜360度の間を繰り返し循環する角度センサ72の電気角θsにおいて、角度センサ72の電気角θsが360度から0度に変化する状態を角度センサ72の電気角θsが急変するタイミングであると判定し、オフセット補正値θbとして−360度を取得する。一方で、モータ70(角度センサ72)の回転が図5の場合とは反対方向の場合、循環判定部110は、0〜360度の間を繰り返し循環する角度センサ72の電気角θsにおいて、角度センサ72の電気角θsが0度から360度に変化する状態を角度センサ72の電気角θsが急変する状態であると判定し、オフセット補正値θbとして360度を取得する。
内部状態更新部120は、角度情報処理部520から供給された角度センサ72の電気角θsと、循環判定部110から供給されたオフセット補正値θb(判定結果情報)に基づいて、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の内部状態を更新する。具体的には、図5に示すように、内部状態更新部120は、角度センサ72の電気角θsが360度[x0]であるときの現在値より1サンプル前の電気角[x1](前回値)をオフセット補正値θbに基づいて−360度移動させる。これにより、1サンプル前では、角度センサ72の電気角[x1]が電気角θ[y1]にオフセットし、フィルタ部の内部状態が更新される。また、内部状態更新部120は、角度センサ72の電気角θsが360度[x0]であるときの現在値より2サンプル秒前の電気角[x2](前々回値)をオフセット補正値θbに基づいて−360度移動させる。これにより、2サンプル前では、角度センサ72の電気角[x2]が電気角[y2]にオフセットし、フィルタ部の内部状態が更新される。このようなオフセット補正により、角度センサ72の電気角θsが急激に変化する状態を、電気角θsにおける0度[y0]付近からの変化として扱うことができる。更新された第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の内部状態は、差分方程式演算部150に出力される。
また、モータ70の回転方向が反対方向の場合でも、角度センサ72の電気角θsが急変する現在値の1サンプル前および2サンプル前のタイミングで、角度センサ72の電気角θsをオフセット補正値θbに基づいてオフセット補正する。なお、オフセット補正の詳細は、上述した手法と同一であるため、省略する。
図4に戻り、2次遮断周波数演算部130は、回転数算出処理部54からのモータ70の機械角回転数ωmに基づいて、モータ70の回転数に応じて変化する2次成分の遮断周波数ωaを算出する。算出された2次成分の遮断周波数ωaは、フィルタ係数算出部140に出力される。例えば、モータ70の回転数が8.33rps(500rpm)である場合、モータ70の電気角周波数は33.33[Hz]となり、2次成分の遮断周波数は66.67[Hz]となる。
フィルタ係数算出部140は、2次遮断周波数演算部130から供給された2次成分の遮断周波数ωaに対応付けられた伝達関数のフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4を、テーブルを参照して取得する。テーブルは、例えば図示しないメモリに記憶され、シミュレーションにより得られた特定の2次成分の遮断周波数ωaと伝達関数のフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4とを対応付けて記憶する。伝達関数は、以下の式(1)により与えられる。
なお、上記式(1)において、ノッチフィルタの場合、係数a0と係数a2、係数a1と係数a3とは同じ値となる。上記式(1)に基づくフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4のそれぞれは、差分方程式演算部150に出力される。
差分方程式演算部150は、内部状態更新部120から供給された第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の内部状態情報と、フィルタ係数算出部140から供給されたフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4とに基づいて差分方程式を演算する。差分方程式は、以下の式(2)により与えられる。
上記式(2)において、x[0]は現在値の角度センサ72の入力電気角、x[1]は現在値より1サンプル前の角度センサ72の電気角、x[2]は現在値より2サンプル前の角度センサ72の電気角、y[0]は現在値の角度センサ72の出力電気角、y[1]は現在値より1サンプル前の角度センサ72の電気角、y[2]は現在値より2サンプル前の角度センサ72の電気角である。また、上記式(2)において、x[1],x[2],y[1],y[2]がオフセット補正の対象である。x[0]はフィルタの入力信号であり、y[0]はフィルタの出力信号であるため、オフセット補正の対象外である。
差分方程式演算部150は、式(2)の演算により、2次成分が減衰された角度センサ72の電気角θ1を算出する。本実施の形態では、角度センサ72の電気角θsが循環して急激に変化するタイミングでオフセット補正を行うので、フィルタ処理後においてハンチング等の発生を抑制できる。算出されたモータ70の電気角θ1は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200に出力される。
<第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の構成例> 図6は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の構成の一例を示すブロック図である。第2の周波数可変ノッチフィルタ部200には、例えばIIRフィルタを用いることができる。図6に示すように、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200は、循環判定部210と、内部状態更新部220と、5次遮断周波数演算部230と、フィルタ係数算出部240と、差分方程式演算部250とを備える。なお、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の構成は、上述した第1の周波数可変ノッチフィルタ部100の構成と略同一であるため、共通する部分の説明は省略または簡略化する。
循環判定部210は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100から供給された角度センサ72の電気角θ1が急変する時間を判定し、その判定結果に基づいて角度センサ72の電気角θ1の急変する状態を防止するオフセット補正値θbを取得する。オフセット補正値θbは、内部状態更新部220に出力される。
内部状態更新部220は、第1の周波数可変ノッチフィルタ部100から供給された角度センサ72の電気角θ1と、循環判定部210から供給されたオフセット補正値θb(判定結果情報)とに基づいて、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の内部状態を更新する。このようなオフセット補正により、角度センサ72の電気角θ1が急激に変化する状態を、電気角θ1における0度付近からの変化として扱うことができる。更新された第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の内部状態は、差分方程式演算部250に出力される。
5次遮断周波数演算部230は、回転数算出処理部54からのモータ70の機械角回転数ωmに基づいて、モータ70の回転数に応じて変化する5次成分の遮断周波数ωbを算出する。算出された5次成分の遮断周波数ωbは、フィルタ係数算出部240に出力される。例えば、モータ70の回転数が8.33rps(500rpm)である場合、モータ70の電気角周波数は33.33[Hz]となり、5次成分の遮断周波数は166.67[Hz]となる。
フィルタ係数算出部240は、5次遮断周波数演算部230から供給された5次成分の遮断周波数ωbに対応付けられた伝達関数(式(1)参照)のフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4を、テーブルを参照して取得する。フィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4には、2次成分の場合の係数とは異なる値を用いることができる。フィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4のそれぞれは、差分方程式演算部250に出力される。
差分方程式演算部250は、内部状態更新部220から供給された第2の周波数可変ノッチフィルタ部200の内部状態情報と、フィルタ係数算出部240から供給されたフィルタ係数a0,a1,a2,a3,a4とに基づいて差分方程式(式(2)参照)を演算する。差分方程式演算部250は、式(2)の演算により、5次成分が減衰された角度センサ72の電気角θ2を算出する。本実施の形態では、角度センサ72の電気角θ1が循環
して急激に変化するタイミングでオフセット補正を行うので、フィルタ処理後においてハンチング等の発生を抑制できる。算出されたモータ70の電気角θ2は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200に出力される。
して急激に変化するタイミングでオフセット補正を行うので、フィルタ処理後においてハンチング等の発生を抑制できる。算出されたモータ70の電気角θ2は、第2の周波数可変ノッチフィルタ部200に出力される。
<遅れ補正部300の構成例> 図7は、遅れ補正部300の構成の一例を示すブロック図である。図7に示すように、遅れ補正部300は、モータ回転数単位変換部310と、遅れ補正値算出部320と、モータ回転数応動レシオ算出部330と、レシオ積算部340と、UPカウント時符号反転部350とを備える。
モータ回転数単位変換部310は、回転数算出処理部54からのモータ70の機械角回転数の単位をrps(revolutions per second)からrpm(revolutions per minute)に変換する。変換されたモータ70の機械角回転数ωmは、遅れ補正値算出部320およびモータ回転数応動レシオ算出部330のそれぞれに出力される。
遅れ補正値算出部320は、モータ回転数単位変換部310から供給されたモータ70の機械角回転数ωmに基づいて位相遅れ補正値θbを算出する。遅れ補正値算出部320は、モータ70の第1の回転方向を基準とするので、第1の回転方向とは反対の第2の回転方向の位相遅れ補正値については符号を反転する。算出された位相遅れ補正値θbは、レシオ積算部340に出力される。
モータ回転数応動レシオ算出部330は、モータ70の機械角回転数ωmの上昇に合わせて遅れ補正が可能となるようにモータ70の機械角回転数ωmに応動したレシオ(比率)を算出する。これは、モータ70の機械角回転数ωmが所定回転未満では、位相遅れがモータ70の回転数に比例するからである。算出されたレシオは、レシオ積算部340に出力される。
レシオ積算部340は、遅れ補正値算出部320から供給されたモータ70の位相遅れ補正値θbとモータ回転数応動レシオ算出部330から供給されたレシオとを積算する。積算により得られた位相遅れ補正値θcは、UPカウント時符号反転部350に出力される。
UPカウント時符号反転部350は、遅れ補正値算出部320ではモータ70の第1の回転方向を基準としているので、モータ70の回転方向が第2の回転方向の場合、位相遅れ補正値θcの符号を反転する。UPカウント時符号反転部350を経由した位相遅れ補正値θcは、図3に示した加算部400に出力される。
<角度算出処理部52の動作例> 図8は、制御部50の角度算出処理部52の動作の一例を示すフローチャートである。図8に示すように、ステップS10において、角度算出処理部52は、角度センサ72により検出されたモータ70の回転角度を取得する。ステップS20において、角度算出処理部52は、取得したモータ70の回転速度から角度センサ72の電気角を算出する。
ステップS30において、角度算出処理部52は、リニアリティ補正を行う。リニアリティ補正では、角度センサ72の低速回転時における次数成分を補正する。ステップS40において、角度算出処理部52は、零点補正を行う。零点補正では、角度センサ72が0度となったときのモータ70の制御上の電気角が0度となるように補正する。ステップS50において、角度算出処理部52は、角度センサ72の電気角周波数の2次および5次成分を減衰させるノッチフィルタ処理を行う。
図9は、ノッチフィルタ処理のサブルーチンを示す。ステップS52において、角度算出処理部52は、角度センサ72の電気角周波数の2倍の周波数を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を角度センサ72の電気角θsに対して行う。ステップS54において、角度算出処理部52は、角度センサ72の電気角周波数の5倍の周波数を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を角度センサ72の電気角θ1に対して行う。ステップS56において、角度算出処理部52は、ノッチフィルタ処理による位相遅れの補正を行う。ステップS56のサブルーチンが終了したら、図8に示すステップS60に進む。
ステップS60において、角度算出処理部52は、角度センサ72の電気角周波数の2倍および5倍の周波数が減衰された角度センサ72の電気角を取得する。本実施の形態では、このような一連の処理が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、角度センサ72の電気角θsの急変するタイミングで電気角θsをオフセット補正した後にノッチフィルタ処理等を行うので、2次成分および5次成分の周波数を減衰させた角度センサ72の電気角θ1,θ2を簡単に得ることができる。これにより、従来のように複雑な演算処理が不要となるため、モータ制御装置30の処理負荷の軽減を図ることができると共に、モータ70の駆動時における角度センサ72の2次成分および5次成分の周波数に同期するモータのトルクリプルを低減し、作動音の改善を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、角度センサ72の電気角θs,θ1が0度または360度を超えて急激に変化する場合にオフセット補正を行い、その後の角度センサ72の電気角θs,θ1に対してノッチフィルタ処理を行うので、不要な振動を発生させることなく、ノッチフィルタ処理を行うことができる。
さらに、従来では、角度センサの次数成分毎に角度センサが検出したモータの回転角度に依存した補正値を計算し、次数成分の補正処理を行う場合があった。しかし、この技術では、角度センサの次数成分が速度依存性またはモータ電流依存性があると、補正を適切に行うことができないという問題があった。また、補正計算がモータの回転速度およびモータ電流に依存したマップ演算が必要になる場合があり、マップ作成作業負荷およびソフトウェアの処理負担が大きくなるという問題があった。これに対し、本実施の形態のノッチフィルタ処理によれば、2次成分および5次成分の遮断周波数ωa,ωbで効果の高い減衰が可能となるため、モータ70の回転速度やモータ電流の依存性があったとしても、角度センサ72の次数成分を十分に低減させることができる。
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。上述した実施の形態では、モータ70のトルクリプルの低減手段として、角度センサ72の2次成分および5次成分の周波数を減衰させるフィルタ処理を行ったが、これに限定されることはない。例えば、角度センサ72の2次成分および5次成分の周波数の何れか一方を減衰させた場合でも、モータ70のトルクリプルを低減させることができ、モータ70の作動音の改善を図ることができる。さらに、角度センサ72の2次成分および5次成分の少なくとも一方に加えて、角度センサ72の他の次数成分を減衰させることもできる。さらに、角度センサ72の電気角θs等のオフセット補正の対象として、1サンプル前(前回値)、2サンプル前(前々回値)としたが、3個以上のオフセット補正の対象を設定しても良い。
<実施例> 次に、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を行った場合におけるモータのトルクリプル振幅の減衰効果を確認する検証を行った。
モータのトルクリプル振幅の測定条件を以下に示す。モータには、6極9スロットのブラシレスモータ(日本電産株式会社製)を使用した。モータの回転数は1000rpmに設定した。角度センサにはレゾルバを使用し、レゾルバとしては極数4のレゾルバを使用した。電源電圧は13.5Vとした。
図10は、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を実施しない場合におけるモータの機械角の周波数成分とモータのトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。図11は、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を実施した場合におけるモータの機械角の周波数成分とモータのトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。なお、図10および図11において、縦軸はトルクリプルの振幅を示し、横軸はモータの機械角の次数成分を示し、縦軸の目盛は同一スケールである。また、横軸におけるモータの機械角の8次成分がレゾルバの2次成分に相当し、モータの機械角の20次成分がレゾルバの5次成分に相当する。
図10に示すように、本実施の形態のノッチフィルタ処理を行わない場合、モータの機械角の8次成分ではトルクリプル振幅がY1mNmとなり、モータの機械角の20次成分ではトルクリプル振幅がY2mNmとなった。
これに対し、図11に示すように、本実施の形態のノッチフィルタ処理を行った場合、モータの機械角の8次成分では、トルクリプル振幅がY1´mNmとなり、図10に示したトルクリプル振幅のY1mNmに対して約70%減衰した。また、モータの機械角の20次成分では、トルクリプル振幅がY2´mNmとなり、図10に示したトルクリプル振幅のY2mNmに対して約80%減衰した。
これらの結果から、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を行うことで、8次成分および20次成分の両方においてモータのトルクリプル振幅が減衰していることが確認された。すなわち、本実施の形態のノッチフィルタ処理をレゾルバの電気角に対して実施し、レゾルバの電気角の2次成分および5次成分を減衰させることで、モータの機械角の8次成分および20次成分のトルクリプル振幅(モータ作動音)も減衰できることが確認された。
20 電動パワーステアリング装置22 トルクセンサ30 モータ制御装置52 角度算出処理部54 回転数算出処理部58 電流制御部(制御部)70 モータ72 角度センサ100 第1の周波数可変ノッチフィルタ部200 第2の周波数可変ノッチフィルタ部521 フィルタ部
Claims (5)
- モータの回転角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて当該角度センサの電気角を算出する処理部と、 前記処理部により算出された前記角度センサの電気角に対して特定の周波数を減衰させるフィルタ処理を行うフィルタ部と、 少なくとも前記フィルタ部によりフィルタ処理された補正後の前記角度センサの電気角に基づいて前記モータを駆動制御する制御部と、 を備える、モータ制御装置。
- 前記フィルタ部は、前記処理部により算出された前記角度センサの前記電気角が0から360度の間で循環したときに前記電気角の前回値および前々回値をオフセットする 請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記モータの回転数を算出する回転数算出処理部を備え、 前記フィルタ部は、前記回転数算出処理部により算出される前記モータの回転数に基づいて前記周波数を可変する 請求項1または2に記載のモータ制御装置。
- 前記周波数は、前記モータの回転数から算出される前記モータの電気角周波数の2倍および5倍の少なくとも一方の周波数である 請求項1から3の何れか一項に記載のモータ制御装置。
- 運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、 ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、 前記請求項1から4の何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り駆動される前記モータと、 を備える、電動パワーステアリング装置。
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