DE102005052015A1

DE102005052015A1 - Motorsteuerung und Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102005052015A1
Application number: DE102005052015A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Kariya Hidaka; Mikihiro Kariya Hiramine; Motoshi Kariya Kawai; Toshio Kariya Tsutsui; Masahiro Toyota Miyata; Takahiro Toyota Kojo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: FR2878664A1; FR2878664B1; JP2006158126A; CN1783699A; DE102005052015B4; US7248016B2; JP4603340B2; CN100401632C; US20060113937A1

Abstract

Eine Motorsteuerung (14), die einen Inverter (30), der eine Mehrzahl von Schaltelementen (32) umfasst, die einer PWM-Steuerung unterworfen sind, um Sinuswellen mit mehreren Phasen zu erzeugen, einen Motor (5), der eine Statorwicklung, der die so erzeugten Sinuswellen zugeführt werden, so dass in der Statorwicklung ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, und einen Rotor, der durch die Wirkung des durch die Statorwicklung erzeugten magnetischen Drehfeldes in Drehung versetzt wird, umfasst, eine Speichereinheit (25) zur Erfassung der in dem Inverter (30) erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen und Speicherung eines Korrekturbetrages für eine jeweilige Phase, der auf der Grundlage des Erfassungsbetrages so berechnet wird, dass die jeweiligen Phasen miteinander übereinstimmen, und eine Korrektureinheit (24) zur Korrektur eines PWM-Signals zur Ausführung der PWM-Steuerung der Schaltelemente auf der Grundlage des so berechneten Korrekturbetrages umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Motorregelung bzw. -Steuerung für eine von einem Inverter ausgeführte Regelung bzw. Steuerung, und eine Lenkvorrichtung.

Die JP-A-2002-10685 (Patentschrift 1) offenbart eine herkömmliche Zeitkompensationssteuerung für einen von einem Inverter angesteuerten bzw. angetriebenen Motor. Die Motorsteuerungsvorrichtung gemäß dieser Veröffentlichung liefert einen Kompensierungsbetrag für eine Totzeit, die aufgrund einer PWM- ("pulse width modulation" = "Impulsbreitenmodulation") Steuerung auf ein PWM-Signal zur Ansteuerung eines Inverters auftritt. Gemäß dieser Motorsteuerungsvorrichtung wird eine Totzeitkompensierungsverstärkung in Übereinstimmung mit einem auf der Grundlage eines Drehmomentstromvorgabewertes berechneten Drehmomentbetrag berechnet, und die so berechnete Kompensationsverstärkung wird mit dem oben beschriebenen Kompensationsbetrag multipliziert, um das PWM-Signal zu korrigieren. Demzufolge ist es möglich, das dem Inverter zuzuführende PWM-Signal zu glätten, so dass es möglich ist, die Stromschwankungen und die Drehmomentschwankungen des Motors zu unterdrücken.

Zusätzlich zu der oben genannten Patentschrift 1 offenbart die JP-A-2000-85610 (Patentschrift 2) einen weiteren Stand der Technik, in dem eine Lenkvorrichtung mit einem Übersetzungsänderungsmechanismus zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen einem Lenkwinkel eines Lenkrades und einem Einschlagwinkel eines gelenkten Rades umfasst, wobei der Übersetzungsänderungsmechanismus mit einem Motor verbunden ist.

Wenn die elektrischen Kennwerte von Schaltelementen, die den Inverter bilden, eine gewisse Streuung aufweisen, so stimmen selbst dann, wenn eine Totzeitkompensierungsverstärkung vorhanden ist und der Kompensierungsbetrag der Totzeit mit der Verstärkung multipliziert wird, um das PWM-Signal zu korrigieren, die Wellenhöhen und die Wellenformen der Sinuswellen der jeweiligen Phasen, die von dem Inverter erzeugt wird, nicht mit denen einer Referenz-Sinuswelle überein, so dass ein Stromstoß (Impuls/Peak) im Drehmomentstrom und in der Drehmomentänderung eintritt.

Ferner, wenn der in der Patentschrift 2 offenbarte Motor mit Hilfe der Motorsteuerung angesteuert bzw. angetrieben wird, treten aus den oben genannten Gründen Drehmomentschwankungen in dem Motor auf, und diese Drehmomentschwankungen werden auf das Lenkrad übertragen, so dass ein Fahrer sich nicht wohl fühlt. Der gleiche Effekt kann bei einer elektrischen Servolenkung auftreten, in der ein Hilfsmechanismus zur Unterstützung der Lenkkraft eines Lenkrades auf einen Motor angewendet wird.

Angesichts der oben genannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuerung bereitzustellen, die Drehmomentschwankungen unterdrücken kann.

Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung bereitzustellen, die Vibrationen eines Lenkrades durch Drehmomentschwankungen eines Motors unterdrücken kann.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, umfasst eine Motorsteuerung gemäß einem ersten Aspekt einen Inverter, der eine Mehrzahl von Schaltelementen umfasst, die einer Steuerung durch PWM-Signale unterworfen sind (d.h. PWM-gesteuert sind), um Sinuswellen mit mehreren Phasen zu erzeugen, einen Motor, der eine Statorwicklung, welcher die so erzeugten Sinuswellen zugeführt werden, so dass ein magnetisches Drehfeld in der Statorwicklung erzeugt wird, und einen Stator, der durch die Wirkung des von der Statorwicklung erzeugten magnetischen Drehfeldes in Drehung versetzt wird, umfasst, eine Speichereinheit zum Erfassen der in dem Inverter erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen und zum Speichern eines Korrekturbetrages für jede Phase, der auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses so berechnet wird, dass die Sinuswellen der jeweiligen Phasen miteinander übereinstimmen, und eine Korrektureinheit zur Korrektur eines PWM-Signals, um die PWM-Steuerung der Schaltelemente auf der Grundlage des so berechneten Korrekturbetrages auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorsteuerung einen Inverter, der eine Mehrzahl von Schaltelementen umfasst, die einer Steuerung durch PWM-Signale unterworfen sind, um Sinuswellen mit einer Mehrzahl von Phasen zu erzeugen, und einen Motor, der eine Statorwicklung, welcher die so erzeugten Sinuswellen zugeführt werden, so dass ein magnetisches Drehfeld in der Statorwicklung erzeugt wird, und einen Rotor, der durch die Wirkung des durch die Statorwicklung erzeugten magnetischen Drehfeldes in Drehung versetzt wird, umfasst, wobei die Schaltelemente entsprechend einem vorbestimmten Bereich elektrischer Kennwerte gruppiert sind und der Inverter derart aufgebaut ist, dass die Schaltelemente, die zu derselben Gruppe gehören, verwendet werden.

Gemäß den obigen Aspekten können die von dem Inverter erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, so dass der Stromstoß des Drehmomentstroms und die Drehmomentschwankungen des Motors unterdrückt werden können, wodurch die oben genannten Ziele erreicht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturbetrag so berechnet werden, dass die Sinuswelle jeder Phase mit einer Referenzsinuswelle übereinstimmt bzw. zusammenfällt, die von den Sinuswellen der jeweiligen Phasen verschieden ist. Demzufolge kann der durch die Streuung der elektrischen Kennwerte der einzelnen Schaltelementen verursachte Stromstoß des Drehmomentstroms unterdrückt werden, während gleichzeitig eine gewünschte Motorausgangsleistung abgegeben werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturbetrag so berechnet werden, dass eine der Sinuswellen der jeweiligen Phasen als eine Referenzsinuswelle festgelegt wird und die Sinuswellen der weiteren Phasen mit der Referenzsinuswelle übereinstimmen.

Der Stromstoß des durch die Streuung der elektrischen Kennwerte der einzelnen Schaltelemente verursachten Drehmomentstroms kann auch dadurch unterdrückt werden, dass eine der Sinuswellen der jeweilgen Phase als eine Referenzsinuswelle festgelegt wird und die Sinuswellen der restlichen Phasen auf der Grundlage der Referenzsinuswellen korrigiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturbetrag einen Offsetwert (Verschiebewert) zum Verschieben (offsetting) eines Pegels, bei dem sich die Polarität der Sinuswelle jeder Phase ändert, enthalten, so dass die Absolutbeträge der Spitzenwerte auf den Seiten positiver und negativer Polarität der Si nuswelle bezüglich des genannten Pegels im Wesentlichen gleich sind, und eine Verstärkung, die so eingestellt ist, dass die Spitzenwerte auf den Seiten positiver und negativer Polarität der Sinuswelle mit den jeweiligen Spitzenwerten der Referenzsinuswelle zusammenfallen.

Demzufolge werden der Offsetwert und die Verstärkung als der Korrekturwert auf der Grundlage des Spitzenwertes der Sinuswelle jeder Phase berechnet, die den stärksten Effekt auf das Drehmoment des Motors hat, so dass die Sinuswelle jeder Phase mit der Wellenform der Referenzsinuswelle leicht und effektiv in Übereinstimmung gebracht und der Stromstoß des Drehmomentstroms unterdrückt werden kann.

Als die Motorsteuerung mit dem Inverter ist eine Motorsteuerung bekannt, die eine Vorrichtung zur Vermeidung eines Kurzschlusses aufweist, wenn Transistoren eines oberen und eines unteren Zweiges des Inverters einer Schaltsteurung unterworfen sind, die eine Totzeitkompensierungsvorrichtung ist. Die durch die Totzeitkompensierungsvorrichtung korrigierte Sinuswelle hat die Eigenschaft, dass die Verzerrung in der Umgebung des Nullpunktes am größten und in der Umgebung des Spitzenwertes am kleinsten ist. Gemäß diesem Aspekt werden der Offsetwert und die Verstärkung als der Korrekturbetrag auf der Grundlage des Spitzenwertes berechnet, bei dem die Verzerrung der Sinuswelle durch die Korrektur am geringsten ist. Daher kann selbst bei der Motorsteuerung, die die Totzeitkompensierungsvorrichtung umfasst, die Sinuswelle jeder Phase leicht und effizient mit der Wellenform der Referenzsinuswelle in Übereinstimmung gebracht werden, und der Stromstoß des Drehmomentstroms kann unterdrückt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturbetrag auf der Grundlage der Sinuswelle in dem Zustand berechnet werden, in dem der Rotor des Motors gesperrt ist.

Eine induzierte Spannung tritt in der Statorwicklung des Motors auf, so dass die Phase der induzierten Spannung bezüglich des Verbindungsmagnetflusses um 90 Grad voreilt, wenn sich der Rotor des Motors dreht. Die Phasen der von dem Inverter erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen können zum Beispiel durch die in der Statorwicklung auftretende induzierte Spannung verschoben werden. Andererseits werden gemäß diesem Aspekt die von dem Inverter erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen erfasst, um den Korrekturbetrag in dem Zustand zu berechnen, in dem die Drehung des Rotors gestoppt ist. Daher ist es nicht erforderlich, die in der Statorwicklung auftretende induzierte Spannung zu berücksichtigen, so dass der Korrekturbetrag leicht berechnet werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Korrekturbetrag nur einmal vor dem Versenden zu berechnen und in der Speichereinheit abzulegen, und die Korrektureinheit kann das PWM-Signal auf der Grundlage des Korrekturbetrags jeder Zeit korrigieren.

Es ist bekannt, dass sich der elektrische Kennwert des Schaltelements in Abhängigkeit von der umgebenden Atmosphäre, zum Beispiel der Temperatur, ändert. Gemäß diesem Aspekt wird der Korrekturbetrag in einer Fabrik oder dergleichen berechnet, in der die Umgebungseinflüsse relativ konstant gehalten werden können, bevor die Motorsteuerung von der Fabrik oder dergleichen versendet wird. Demzufolge kann der Korrekturbetrag exakt berechnet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Motorsteuerung ferner mit einer Korrekturbetragberechnungseinheit zum Berechnen des Korrekturbetrags ausgestattet, wobei der Korrekturbetrag in der Speichereinheit immer dann berechnet und gespeichert wird, wenn der Motor gestartet wird, und die Korrektureinheit korrigiert das PWM-Signal auf der Grundlage des Korrekturbetrages. Demzufolge ist es möglich, das Altern elektrischer Kennwerte von Schaltelementen in den Griff zu bekommen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung führt die Korrektureinheit eine verstärkungsbezogene Verstärkungskorrektur des PWM-Signals durch, um ein Verstärkungskorrigiertes PWM-Signal zu berechnen, und wenn die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals von der Polarität des PWM-Signals vor der Verstärkungskorrektur verschieden ist, führt die Korrektureinheit eine Klammerverarbeitung zur Aufhebung des Wertes eines Abschnitts aus, bei dem die Polarität des Verstärkungskorrigierten PWM-Signals verschieden ist, wodurch ein Klammer-verarbeitetes PWM-Signal berechnet wird.

Wenn die Verstärkungskorrektur mit einer vorbestimmten Verstärkung ausgeführt wird, gibt es den Fall, in dem sich die positiven und die negativen Polaritäten des PWM-Signals in der Umgebung einer Wechselpunktes der Polarität des PWM-Signals (Wendepunkt der PWM-Welle) im Wechsel ändern. Zum Beispiel wird die Polarität des PWM-Signals wie folgt variiert: negative Polarität – positive Polarität – negative Polarität – positive Polarität. Wenn sich die positiven und negativen Polaritäten des PWM-Signals wie oben beschrieben im Wechsel ändern, wird die Richtung des dem Motor zugeführten Stroms immer dann umgekehrt, wenn sich die Polarität ändert, so dass sich eine Variation des Drehmoments ergeben kann.

Andererseits wird gemäß diesem Aspekt die Klammerverarbeitung ausgeführt, um den Wert des Abschnitts aufzuheben, bei dem die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals nach der Verstärkungskorrektur von der Polarität des PWM-Signals vor der Korrektur verschieden ist, so dass die abwechselnde Variation der positiven und negativen Polaritäten in der Umgebung des Polaritätswechselpunktes vermieden wird, so dass das Auftreten einer Drehmomentänderung in der Umgebung des Polaritätswechselpunktes unterdrückt werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, nachdem das Klammer-verarbeitete PWM-Signal berechnet ist, die Korrektureinheit eine Offsetkorrektur auf der Grundlage eines Offsetwertes ausführen, um ein Offset-korrigiertes PWM-Signal zu berechnen.

Gemäß diesem Aspekt wird, wenn die Klammerverarbeitung ausgeführt wird, die Position, bei der sich die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals umkehrt, das heißt, die Nullposition wird als eine Beurteilungsreferenz festgelegt. Demzufolge wird die Offsetkorrektur ausgeführt, nachdem die Klammerverarbeitung ausgeführt ist. Daher kann das Klammersignal korrigiert werden, ohne die Beurteilungsreferenz der Klammerverarbeitung zu ändern, so dass die Verarbeitung der Korrektureinheit vereinfacht ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Sinuswelle ein zu dem Anschluss jeder Phase ausgegebener Spannungswert sein. Es ist allgemein bekannt, dass es leichter ist, einen Spannungswert zu messen als einen Stromwert, wenn eine elektrische Größe, die in einem Stromkreis fließt, gemessen wird. Demzufolge wird gemäß dieser Ausführungsform als eine elektrische Größe, die von dem Inverter zu dem Anschluss jeder Phase ausgegeben wird, ein Spannungswert genommen, so dass die Sinuswelle leicht gemessen werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Sinuswelle ein Stromwert einer jeweiligen Phase sein. Als eine von dem Inverter an jede Phase ausgegebene elektrische Größe wird ein Stromwert genommen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der elektrische Kennwert eine Schwellenspannung eines jeweiligen Schaltelements, der Widerstandswert eines Widerstandes, der mit einem Steuerungsanschluss (Gateanaschluss beim MOSFET) eines jeweiligen Schaltelements verbunden ist, und/oder die Kapazität eines Kondensators oder die parasitäre Kapazität, die der inneren Kapazität jedes Schaltungselements entspricht, sein.

Der Erfindung fand experimentell heraus, dass, wenn eine gewisse Streuung des Schwellenwerts eines jeweiligen Schaltelements des Inverters, des Widerstandswert des mit dem Steueranschluss (Gate-Terminal beim MOSFET) eines jeweiligen Schaltelements verbundenen Widerstandes, der Kapazität jedes Kondensators oder die parasitäre Kapazität jedes Schaltungselements vorliegt, die Streuung auch in der zeitlichen Steuerung (englisch: "timing") der AN-AUS-Umschaltung (dem AN-AUS-Umschaltungstiming), jedes Schaltelements und des Spannungs- und Stromwerts, der in der jeweiligen Phase fließt, auftritt. Angesichts dieser Tatsache ist der Inverter aus den Schaltelementen, den Widerständen und den Kondensatoren aufgebaut, wobei die Schwellenspannung jedes Schaltelements, der Widerstandswert jedes Widerstandes, der mit einem jeweiligen Steueranschluss (Gate-Terminal beim MOSFET) verbunden, die Ka pazität eines jeweiligen Kondensators oder die parasitäre Kapazität eines jeweiligen Schaltelements innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt und die durch den Inverter erzeugten Sinuswellen der jeweiligen Phasen in Übereinstimmung gebracht sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einer Lenkvorrichtung zum Antrieb eines Motors auf der Grundlage eines von einer Lenkzustanderfassungseinheit erfassten Lenkzustandes und zum Betätigen eines Übersetzungsänderungsmittels zum Ändern der Übersetzung zwischen einem Lenkwinkel eines Lenkrades und einem Einschlagwinkel eines gelenkten Rades oder einem Hilfsmechanismus zur Unterstützung der Lenkkraft des Lenkrades der Motor durch eine Motorsteuerung gemäß einem der oben beschriebenen Aspekte angesteuert.

Demzufolge werden Drehmomentschwankungen des mit der Lenkvorrichtung verbundenen Lenkvorrichtung unterdrückt, so dass Vibrationen des Lenkrades aufgrund von Drehmomentschwankungen unterdrückt und das Lenkgefühl des Fahrers erhöht werden kann.

Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Lenkvorrichtung zeigt;
2 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Motorsteuerung eines Elektromotors zeigt, der auf die Lenkvorrichtung angewendet wird;
3 ein Diagramm, das einen Motorstrom jeder Phase und einen Drehmomentstrom zeigt, wenn ein Inverter auf der Grundlage eines in einem MOS-Korrektor korrigierten PWM-Signals angesteuert wird;
4 ein Diagramm, das einen Motorstrom jeder Phase und einen Drehmomentstrom zeigt, wenn der Inverter ohne Korrektur des PWM-Signals in dem MOS-Korrektor gesteuert wird;
5 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Korrekturbetragberechnungsvorrichtung zeigt;
6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Spannungswellenform der U-Phase und einem Offsetwert zeigt; und
7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wellenform der U-Phase und einer Referenzwellenform zeigt.
Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsformen einer Motorsteuerung und einer Lenkvorrichtung sind nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen ist als die Lenkvorrichtung eine Lenkvorrichtung beschrieben, die in ein Fahrzeug wie etwa ein Auto eingebaut ist.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform ist mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau bzw. die Konstruktion der Lenkvorrichtung zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau ei ner Motorsteuerung für einen Elektromotor (im Folgenden "Motor" genannt) zeigt, der mit einer Lenkvorrichtung verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Lenkvorrichtung mit einem Übersetzungsänderungsmechanismus zum Ändern der Übersetzung zwischen dem Lenkwinkel eines Lenkrades und dem Einschlagwinkel eines gelenkten Rades in Übereinstimmung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit als die Lenkvorrichtung beschrieben. Zum Beispiel wird die Übersetzung des Übersetzungsänderungsmechanismus durch die Lenkvorrichtung so eingestellt, dass der Einschlagwinkel der gelenkten Räder größer als der Lenkwinkel des Lenkrades ist, wenn das sich das Fahrzeug nicht bewegt oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, wodurch der durch den Fahrer einzustellende Lenkwinkel (Betätigungsbetrag) des Lenkrades verringert ist. Andererseits wird, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, die Übersetzung so eingestellt, dass der Einschlagwinkel kleiner als der Lenkwinkel ist, wodurch sich das Fahrzeugs stabiler fahren lässt.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Lenkvorrichtung 1 eine mechanische Konstruktion zur Übertragung der Drehkraft (des Drehmoments) des Lenkrades 2 auf das gelenkte Rad 10, um das gelenkte Rad 10 einzuschlagen, und eine elektrische Konstruktion zur elektrischen Ansteuerung eines Teils der mechanischen Konstruktion. Die mechanische Konstruktion umfasst im Wesentlichen das Lenkrad 2, eine Eingangswelle 3, den Übersetzungsänderungsmechanismus 4, eine Ausgangswelle 7, eine Getriebevorrichtung 8 und gelenkte Räder 10, und die elektrische Konstruktion umfasst im Wesentlichen einen Lenkwinkelsensor 11, einen Drehwinkelsensor 12, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 und einen Computer (nachfolgend als ECU = "electronic control unit" bezeichnet) 14.
Ein Ende der Eingangswelle 3 ist mit dem Lenkrad 2 verbunden, und das weitere Ende der Eingangswelle 3 ist mit der Eingangsseite des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 verbunden. Ein Ende der Ausgangswelle 7 ist mit der Ausgangsseite des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 verbunden, und eine Eingangsseite der Zahnstangengetriebevorrichtung 8 ist mit dem weiteren Ende der Ausgangswelle 7 verbunden. Eine Zahnstange 9 ist mit der Ausgangsseite der Getriebevorrichtung 8 verbunden, und die gelenkten Räder 10 sind mit den beiden Seiten der Zahnstange 9 über (nicht gezeigte) Spurstangen verbunden.
Der Übersetzungsänderungsmechanismus 4 umfasst den Motor 5 und ein Reduzierstück 6, welches zum Beispiel ein Planetengetriebe enthält. Die Drehübersetzung G zwischen der Eingangswelle 3 und der Ausgangswelle 7 wird durch Antreiben/Ansteuern des Reduzierstücks 5 mit dem Motor 5 verändert, wodurch der Änderungsbetrag des Drehwinkels der Ausgangswelle 7 bezüglich des Änderungsbetrags des Drehwinkels der Eingangswelle 3 verändert werden kann.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein bürstenloser Dreiphasenmotor, der als Rotor einen Permanentmagnet und als Stator Dreiphasen-Statorspulen aufweist, als der Motor 5 verwendet. Der in dem Übersetzungsänderungsmechanismus 4 verwendete Motor 5 ist jedoch nicht auf den bürstenlosen Dreiphasenmotor begrenzt, sondern ein Dreiphasen-Induktionsmotor oder ein Mehrphasenmotor (z.B. ein Sechsphasenmotor oder ein Achtphasenmotor kann ebenfalls verwendet werden.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Lenkwinkelsensor 11 an der Eingangswelle 3 angeordnet, um den Drehwinkel der Eingangswelle 3, d.h. den Lenkwinkel θh des Lenkrades 2 zu messen und das Lenkwinkelsignal zu die ECU 14 zu übertragen. Der Drehwinkelsensor 12 ist an dem Rotor des Motors 5 angeordnet, um den Drehwinkel θm (elektrischer Winkel) des Rotors zu erfassen und das Drehwinkelsignal an die ECU 14 zu übertragen. Die ECU 14 berechnet den Drehwinkel der Ausgangswelle 7, d.h. den Ausgangswinkel θp und den Einschlagwinkel des gelenkten Rades 10 aus dem Drehwinkel θm und der Drehübersetzung G. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 erfasst die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und überträgt das Fahrzeugsignal zur ECU 14.
Die ECU 14 berechnet die Drehübersetzung G des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 aus der Fahrzeuggeschwindigkeit V und berechnet den Änderungsbetrag des Ausgangswinkels θp auf der Grundlage der Drehübersetzung G und des Änderungsbetrages des Lenkwinkels θh. Die ECU 14 berechnet einen Soll-Drehwinkel θmm des Rotors auf der Grundlage des Unterschieds zwischen dem Ist-Drehwinkel θm des Rotors und dem Ist-Ausgangswinkel θp, so dass der Ausgangswinkel θp gleich dem so berechneten Änderungsbetrag ist, und bestimmt einen Motorspannungsfestlegungswert Vq* auf der Grundlage des Soll-Drehwinkels qmm. Die ECU 14 hat auch die Funktion einer Motorsteuerung und erzeugt einen Dreiphasen-Motorstrom (Iu, Iv, Iw), der den Sinuswellen der drei Phasen entspricht, die dem Festlegungswert Vq* entsprechen, und führt der Statorspule des Motors 5 den Motorstrom zu.
Wie es oben beschrieben ist, steuert die Lenkvorrichtung 1 den Motor 5 so an, dass dieser die Drehübersetzung G des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 ändert und den Drehwinkel des gelenkten Rades 10 bezüglich dem Lenkwinkel θh erhöht, wodurch der Betätigungsbetrag des Lenkrades 2 durch den Fahrer verringert ist. Wenn hingegen das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, steuert die Lenkvorrichtung den Motor 5 so an, dass dieser die Drehübersetzung G des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 ändert und den Drehwinkel bezüglich dem Lenkwinkel θh verringert, wodurch das Fahren des Fahrzeugs stabiler wird.
Im Folgenden ist die ECU 14, die der Motorsteuerung zur Ansteuerung des Motors 5 der Lenkvorrichtung 1 entspricht, ausführlich beschrieben.
Die ECU 14 umfasst eine PWM-Signal-Berechnungsvorrichtung 20 und einen Inverter 30. Die PWM-Signal-Berechnungsvorrichtung 20 berechnet Offset-korrigierte PWM-Signale der einzelnen Phasen (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) auf der Grundlage des von außen eingegebenen Lenkwinkels θh, des Drehwinkels θm des Rotors und der Fahrzeuggeschwindigkeit V und gibt die Offset-korrigierten PWM-Signale an den Inverter 30. Der Inverter 30 umfasst eine PWM-Schaltung 31 und eine Schalterschaltung 32, erzeugt einen Dreiphasenstrom (Iu, Iv, Iw) auf der Grundlage der Offset-korrigierten Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) und führt diesen Strom der Statorwicklung des Motors 5 zu.
Die PWM-Schaltung 31 ist eine Impulsmodulationsschaltung, in der Ansteuerungssignale (UH, VH, WH, UL, VL, WL), die die Schalterschaltung 32 ein/aus-schalten können, auf der Grundlage der in der PWM-Signalberechnungsvorrichtung 20 berechneten Offset-korrigierten PWM-Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) der einzelnen Phasen erzeugt und der Schalterschaltung 32 zugeführt werden.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Schalterschaltung 32 zwei Schaltelemente für jede Phase U, V, W, d.h., die Schalterschaltung 32 umfasst insgesamt sechs Schaltelemente wie etwa MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) und führt eine AN/AUS-Steuerung der jeweiligen MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) auf der Grundlage der Ansteuerungssignale (UH, VH, WH, UL, VL, WL) aus, um den Motor strom (Iu, Iv, Iw) der einzelnen Phasen U, V, W zu erzeugen. Ein IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor" = Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode) kann als das Schaltelement verwendet werden.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die PWM-Signalberechnungsvorrichtung 20 eine Spannungsvorgabevorrichtung 21, einen 2-Phasen-3-Phasen-Wandler 22, einen Totzeitkompensator 23, einen MOS-Korrektor 24, der einer Korrektureinheit entspricht, und einen Korrekturbetragspeicherabschnitt 25, der einer Speichereinheit entspricht.
Die Spannungsvorgabevorrichtung 21 berechnet einen Motorspannungsvorgabewert Vq*, um auf der Grundlage des Lenkwinkels θh, der Rotordrehwinkels θm und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die der ECU 14 von außen zugeführt werden, den Drehwinkel θm des Rotors auf den Soll-Drehwinkel θmm einzustellen. Der Vorgabewert Vq* wird dem 2-Phasen-3-Phasen-Wandler 22 zugeführt. Dieser Vorgabewert Vq* ist ein Spannungsvorgabewert auf der q-Achse.
Der 2-Phasen-3-Phasen-Wandler 22 führt eine dq-Invertierung (3-Phasen-Umwandlung) des Motorspannungvorgabewerts Vq* auf der Grundlage des Drehwinkels θm des Motors 5 aus, um die Spannungsvorgabewerte (Vu*, Vv*, Vw*) der jeweiligen Phasen zu berechnen. Die so durch den 2-Phasen-3-Phasen-Wandler 22 invertierten Spannungsvorgabewerte (Vu*, Vv*, Vw*) der jeweiligen Phasen werden als ein U-Phasen-Spannungsvorgabewert Vu*, ein V-Phasen-Spannungsvorgabewert Vv* und ein W-Phasen-Spannungsvorgabewert Vw* an den Totzeitkompensator 23 ausgegeben.
Um zu verhindern, dass die MOSFETs des oberen und unteren Zweigs der einzelnen Phasen (T1 und T4, T3 und T6, T5 und T2) gleichzeitig eingeschaltet und somit miteinan der kurzgeschlossen werden, enthält der Inverter 30 zur Ausführung der PWM-Steuerung allgemein eine Totzeit, während der die beiden Ansteuerungssignale der MOSFETs des oberen und unteren Zweigs der einzelnen Phasen (T1 und T4, T3 und T6, T5 und T2) abgeschaltet sind. Durch Vorsehen der Totzeit für die Ansteuerungssignale kann verhindert werden, dass die MOSFETs der oberen und unteren Zweige miteinander kurzgeschlossen werden, wobei jedoch die Drehmomentschwankungen auftreten. Daher wird eine Kompensationssteuerung, d.h. eine Totzeitkompensationssteuerung zur Verhinderung des Auftretens der Drehmomentschwankungen ausgeführt.
Der Totzeitkompensator 23 korrigiert die Spannungsvorgabewerte (Vu*, Vv*, Vw*) der jeweiligen Phasen eines Bereichs, in dem ein Totzeit-bezogener Strom kaum fließt, und die so korrigierten Spannungsvorgabewerte werden durch eine vorbestimmte Berechnungsgleichung in ein Tastverhältnis (%) umgewandelt, um Basis-PWM-Signale (U_PWM, V_PWM, W_PWM) zu erhalten. Die so zu dem Tastverhältnis umgewandelten Basis-PWM-Signale (U_PWM, V_PWM, W_PWM) werden zu dem MOS-Korrektor 24 ausgegeben.
Die elektrischen Kennwerte der einzelnen den Inverter 30 bildenden MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) zeigen eine gewisse Streuung. Der elektrische Kennwert ist zum Beispiel eine Schwellenspannung Vth des MOSFETs oder die innere Kapazität C (parasitäre Kapazität) des MOSFETs. Wenn ein elektrischer Kennwert eine Streuung aufweisen würde, würde ein Problem dahingehend bestehen, dass selbst dann, wenn der Inverter 30 auf der Grundlage eines vorbestimmten PWM-Signals angesteuert wird, die Ansteuerzeit des MOSFETs nicht mit der Ansteuerzeit übereinstimmt, die dem vorbestimmten PWM-Signal entspricht, so dass die Wellenformen des Motorstroms (Iu, Iv, Iw) der jeweiligen erzeugten Phasen gestreut sind. Als Folge davon weist der Drehmomentstrom Iq einen Stromstoß auf, so dass in dem Motor 5 eine Schwankung des Drehmoments auftritt.
Der MOS-Korrektor 24 ist mit dem Totzeitkompensator 23 verbunden, und die Korrekturbetragspeichereinheit 25 ist mit dem MOS-Korrektor 24 verbunden. Der MOS-Korrektor 24 hat die Funktion, die von dem Totzeitkompensator 23 eingegebenen Basis-PWM-Signale (U_PWM, V_PWM, W_PWM) auf der Grundlage des in der Korrekturbetragspeichereinheit 25 gespeicherten Korrekturbetrags zu korrigieren und die so korrigierten Basis-PWM-Signale (d.h. die Signale U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) an den Inverter 30 auszugeben.
Eine durch Vergleich eines Referenzmotorstroms (der einer Referenzsinuswelle entspricht) mit dem Motorstrom (Iu, Iv, Iw) jeder Phase berechnete Verstärkung (DGA_U, DGA_V, DGA_W) und ein Offsetwert (DOA_U, DOA_V, DOA_W) zum Verschieben (offsetting) eines Pegels, bei dem die Polarität des Motorstroms so umgekehrt wird (nachfolgend als "Polaritätsumkehrpegel" bezeichnet), dass die Absolutwerte der Spitzenwerte auf der Seite positiver und negativer Polarität des Polaritätsumkehrpegels zusammenfallen, werden als der Korrekturbetrag in der Korrekturbetragspeichereinheit 25 gespeichert. Der hierin beschriebene Referenzmotorstrom ist ein Motorstrom, der erforderlich ist, um eine vorbestimmte Motorausgangsleistung zu erzeugen. Ein Verfahren zur Berechnung der Verstärkung des Offsetwerts ist weiter unten ausführlich beschrieben.
Der MOS-Korrektor 24 umfasst einen Verstärkungskorrektor 26 und einen Offsetkorrektor 27. In dem Verstärkungskorrektor 26 wird das Basis-PWM-Signal (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) einer Verstärkungskorrektur auf der Grundlage der Verstärkung (DOA_U, DOA_V, DOA_W) unterzogen, um Verstärkungs-korrigierte PWM-Signale (U_PWM1, V_PWM1, W_PWM1) zu berechnen. Anschließend wird eine Klammerverarbeitung des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals (U_PWM1, V_PWM1, W_PWM1) durchgeführt, um das Klammer-verarbeitete PWM-Signal (U_PWM2, V_PWM2, W_PWM2) zu berechnen.
In dem Offsetkorrektor 27 wird das Klammerverarbeitete PWM-Signal (U_PWM2, V_PWM2, W_PWM2) auf der Grundlage des Offsetwerts (DOA_U, DOA_V, DOA_W) einer Offsetkorrektur unterzogen, um Offset-korrigierte PWM-Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) zu berechnen. Die so berechneten Offset-korrigierten PWM-Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) werden an die PWM-Schaltung 31 ausgegeben. Ein Verfahren zur Berechnung der Verstärkungskorrektur, der Klammerverarbeitung und der Offsetkorrektur sind weiter unten ausführlich beschrieben.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die ECU 14 den MOS-Korrektur 24 zur Korrektur der Basis-PWM-Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3). Somit kann die Streuung des Motorstroms der jeweiligen Phasen (Iu, Iv, Iw), verursacht durch die Streuung der elektrischen Kennwerte der MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6), behoben werden.
Wie es oben beschrieben ist, werden die Basis-PWM-Signale (U_PWM, V_PWM, W_PWM) einer Verstärkungskorrektur und einer Klammerverarbeitung durch den Verstärkungskorrektor 26 in dem MOS-Korrektor 24 unterzogen, um das durch Klammerverarbeitung korrigierte PWM-Signal (U_PWM2, V-PWM2, W_PWM2) zu berechnen. Anschließend werden in dem Offsetkorrektor 27 des MOS-Korrektors 24 die Klammerverarbeiteten PWM-Signale (U_PWM2, V-PWM2, W_PWM2) einer Offsetkorrektur unterzogen, um die Offset-korrigierten PWM-Signale (U_PWM3, V_PWM3, W_PWM3) zu berechnen. Auf diese Weise kann die Streuung der elektrischen Kennwerte der MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6), die den Inverter 30 bilden, korrigiert werden.
Als Folge davon kann der Motorstrom jeder Phase (Iu, Iv, Iw) mit dem Referenzmotorstrom in Übereinstimmung gebracht werden, und auch die Wellenformen des Motorstroms der jeweiligen Phasen (Iu, Iv, Iw) können miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, so dass der Stromstoß des Drehmomentstroms Iq unterdrückt werden kann, während glelichzeitig eine vorbestimmte Motorleistung ausgegeben werden kann, und auch die Drehmomentschwankungen können unterdrückt werden. Hier ist die Referenzsinuswelle als die Stromwellenform beschrieben, jedoch kann die Referenzsinuswelle auch eine Spannungswellenform sein.
Ferner kann der Referenzmotorstrom auf einen beliebigen Motorstrom (zum Beispiel Iu) des Motorstroms der jeweiligen Phasen (Iu, Iv, Iw) eingestellt werden, und die Verstärkung (DGA_U, DGA_V, DGA_W) und der Offsetwert (DOA_U, DOA_V, DOA_W) können so berechnet werden, dass der Motorstrom der weiteren Phasen (zum Beispiel Iv, Iw) mit dem einen Motorstrom (zum Beispiel Iu) übereinstimmen, wodurch das Basis-PWM-Signal (U_PWM, V-PWM, W_PWM) in dem MOS-Korrektor 24 korrigiert wird. In diesem Fall ist es möglich, dass keine gewünschte Motorleistung erreicht wird. Daher ist er erforderlich, eine Spannungseinstellvorrichtung zur Einstellung der Motorausgangsleistung bereitzustellen.
Durch Anwenden der Motorsteuerung dieser Ausführungsform auf die Lenkvorrichtung 1 können die Vibrationen des Lenkrades 2, die durch die Drehmomentschwankungen des Motors 5 verursacht sind, unterdrückt werden, und der Lenkkomfort des Fahrers kann verbessert werden.
Ferner kann die oben beschriebene Motorsteuerung statt auf die Lenkvorrichtung 1, die die Drehübersetzung G des Übersetzungsänderungsmechanismus 4 ändert, auf eine elektrische Servolenkvorrichtung angewendet werden, die verwendet wird, um das durch den Motor 5 erzeugte Drehmoment auf einen Hilfsmechanismus zur Unterstützung der Lenkkraft des Lenkrades 2 anzuwenden.
Im Folgenden ist das Verfahren der Verstärkungskorrektur, der Klammerverarbeitung und der Offsetkorrektur in dem Verstärkungskorrektor 26 bzw. dem Offsetkorrektor 27 mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das den Motorstrom jeder Phase (Iu, Iv, Iw) und den Drehmomentstrom Iq zeigt, wenn der Inverter 30 auf der Grundlage des in dem MOS-Korrektor 24 korrigierten PWM-Signals PWM-gesteuert wird, und 4 ist ein Diagramm, das den Motorstrom jeder Phase (Iu, Iv, Iw) und den Drehmomentstrom Iq zeigt, wenn der Inverter 30 ohne Korrektur des PWM-Signals in dem MOS-Korrektor 24 von diesen angesteuert wird.
In dem Verstärkungskorrektor 26 wird zuerst die Verstärkungskorrektur auf der Grundlage der Verstärkung DGA_U ausgeführt, um das Verstärkungs-korrigierte PWM-Signal U_PWM1 zu berechnen. Anschließend wird die Klammerverarbeitung ausgeführt, um das Klammer-verarbeitete PWM-Signal U_PWM2 zu berechnen. Die Verstärkungskorrektur wird ausgeführt, um die Wellenhöhe des von dem Inverter 30 erzeugten Motorstroms Iu mit der Wellenhöhe des Referenzmotorstroms in Übereinstimmung zu bringen. Die Klammerverarbeitung wird ausgeführt, um die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals U_PWM1 nach der Verstärkungskorrektur mit der Polarität des Basis-PWM-Signals U_PWM vor der Verstärkungskorrektur in Übereinstimmung zu bringen.
(Für den Fall PWM-Signal U_PWM > 0)
Wenn das Basis-PWM-Signal U_PWM, das von dem Totzeitkompensator 23 eingegeben wird, die Beziehung U_PWM > 0 erfüllt, wird zuerst die Verstärkungskorrektur gemäß Gleichung (1) ausgeführt: U_PWM1 = U_PWM + DGA_U (1)
Anschließend wird auf der Grundlage dieses Ergebnisses die Klammerverarbeitung gemäß den Gleichungen (2) und (3) ausgeführt: U_PWM2 = 0 (für U_PWM1 < 0) (2) U_PWM2 = U_PWM1 (für U_PWM1 ≥ 0) (3)
Durch Ausführen der Klammerverarbeitung wie oben beschrieben kann das folgende Phänomen verhindert werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem die Verstärkung DGA_U negativ ist, wenn die Verstärkungskorrektur auf der Grundlage der Gleichung (1) ausgeführt wird, obwohl die Polarität des Basis-PWM-Signals im positiven Bereich liegt, die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals negativ werden, wenn gilt U_PWM < DGA_U.
Wenn die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals von der Polarität des Basis-PWM-Signals wie oben beschrieben verschieden ist, ist die Richtung des Motorstroms entgegengesetzt zu der Stromrichtung gemäß der Vorgabe, was zur Folge hat, dass Drehmomentschwankungen auftreten können. Daher kann durch Ausführen der Klammerverarbeitung die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals mit der Polarität des Basis-PWM-Signals in Übereinstimmung gebracht werden, so dass das oben genannte Problem gelöst werden kann.
(Für den Fall Basis-PWM-Signal U_PWM = 0)
Wenn das von dem Totzeitkompensator 23 eingegebene Basis-PWM-Signal U_PWM die Bedingung U_PWM = 0 erfüllt, wird zuerst die Verstärkungskorrektur auf der Grundlage der Gleichung (4) und anschließend die Klammerverarbeitung auf der Grundlage der Gleichung (5) ausgeführt: U_PWM1 = U_PWM (4) U_PWM2 = U_PWM1 (5)
(Im Falle Basis-PWM-Signal U_PWM < 0)
Wenn das von dem Totzeitkompensator 23 eingegebene Basis-PWM-Signal U_PWM der Bedingung U_PWM < 0 genügt, wird zuerst die Verstärkungskorrektur auf der Grundlage der Gleichung (6) ausgeführt: U_PWM1 = U_PWM – DGA_U (6)
Anschließend wird auf der Grundlage dieses Ergebnisses gemäß den Gleichungen (7) und (8) die Klammerverarbeitung ausgeführt: U_PWM2 = 0 (für U_PWM1 > 0) (7) U_PWM2 = U_PWM1 (für U_PWM1 ≤ 0) (8)
Durch Ausführen der Klammerverarbeitung wie oben beschrieben kann das gleiche Problem wie in dem Fall, in dem das Basis-PWM-Signal U_PWM > 0 ist, gelöst werden.
In dem Offsetkorrektor 27 wird die Offsetkorrektur des von dem Verstärkungskorrektor 26 eingegebenen Klammer-verarbeiteten PWM-Signals U_PWM2 auf der Grundlage des Offsetwerts DOA_U ausgeführt, um das Offsetkorrigierte PWM-Signal U_PWM3 zu berechnen. Die Offsetkorrektur wird ausgeführt, um den Polaritätsumkehrpegel (d.h. den Pegel, an dem die Polarität des Motorstroms Iu umgekehrt wird) zu verschieben, so dass der Absolutbetrag des Spitzenwerts auf der Seite positiver Polarität des Motorstroms Iu von dem Polaritätsumkehrpegel mit dem Absolutbetrag des Spitzenwerts auf der Seite negativer Polarität des Motorstroms Iu von dem Polaritätsumkehrpegel übereinstimmt. Die Offsetkorrektur wird gemäß der Gleichung (9) ausgeführt. Das Offset-korrigierte und berechnete Offset-korrigierte PWM-Signal U_PWM3 wird an die PWM-Schaltung 31 ausgegeben. U_PWM3 = U_PWM2 + PWM_OFFSET + DOA_U (9)
Der komplementäre PWM_Offsetwert PWM_OFFSET in Gleichung (9) wird addiert, wenn der Inverter 30 einer komplementären PWM-Steuerung unterzogen wird, und der numerische wert davon wird auf das Tastverhältnis von 50% gesetzt. Wenn keine komplementäre PWM-Steuerung des Inverters 30 ausgeführt wird, kann das Signal U_PWM3 ohne Addition des komplementären PWM_Offsetwerts PWM OFFSET berechnet werden.
Das Verstärkungs-korrigierte PWM-Signal V_PWM1, das Klammer-verarbeitete PWM-Signal V_PWM2 und das Offsetkorrigierte PWM-Signal V_PWM3 der V_Phase und das Verstärkungs korrigierte PWM-Signal W_PWM1, das Klammerverarbeitete PWM-Signal W_PWM2 und das Offset-korrigierte PWM-Signal W_PWM3 der W-Phase können unter Verwendung der gleichen Berechnungsgleichungen (1) bis (9) berechnet werden.
In dem MOS-Korrektor 24 wird das Basis-PWM-Signal (U_PWM, V-PWM, W_PWM) korrigiert, und der Inverter 30 wird PWM-angesteuert, wodurch die Wellenformen des Motorstroms (Iu, Iv, Iw) der jeweiligen Phasen miteinander in Übereinstimmung gebracht werden können, wie es in 3 gezeigt ist, so dass der Stromstoß des Drehmomentstroms Iq unterdrückt werden kann.
In dieser Ausführungsform wird die Korrektur gemäß dem folgenden Verfahren ausgeführt. Das heißt, in dem Verstärkungskorrektor 26 wird zuerst das Basis-PWM-Signal U_PWM korrigiert, um das Klammer-verarbeitete PWM-Signal U_PWM2 zu berechnen. Anschließend wird in dem Offsetkorrektor 27 das Klammer-verarbeitete PWM-Signal U_PWM2 korrigiert, um das Offset-korrigierte PWM-Signal U_PWM3 zu berechnen.
Demzufolge kann die Beurteilungsreferenz, wenn die Klammerverarbeitung ausgeführt ist, auf die Position gesetzt werden, wo die Polaritäten aller Phasen (U, V, W) wechseln, d.h. dies auf Null liegen, so dass verhindert werden kann, dass die Verarbeitung vereinfacht werden kann.
Umgekehrt wird, wenn die Verstärkungskorrektur und die Klammerverarbeitung ausgeführt werden, nachdem die Offsetkorrektur ausgeführt ist, zu der Beurteilungsreferenz der Offsetwert jeder Phase addiert, so dass die Verarbeitung der Klammerverarbeitung mühsam ist.
Im Folgenden ist ein Verfahren zur Berechnung der Verstärkung (DGA_U, DGA_V, DGA_W) und des Offsetwerts (DOA_U, DOA_V, DOA_W) als dem in der Korrekturwertspeichereinheit 25 gespeicherten Korrekturwert mit Bezug auf die 5 bis 7 ausführlich beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Korrekturbetragberechnungsvorrichtung zeigt. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Spannungswellenform der U-Phase und dem Offsetwert zeigt, und 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wellenform der U-Phasenspannung und der Referenzspannungswellenform zeigt. In der nachfolgenden Beschreibung ist nur das Verfahren zur Berechnung des Korrekturbetrages der U-Phase beschrieben.
Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst die Korrekturbetragberechnungsvorrichtung 40 zur Berechnung des in der Korrekturbetragspeichereinheit 25 gespeicherten Korrekturbetrages (Verstärkung, Offsetwert) eine Spannungsmesseinheit 41 zur Messung der Sinuswellen der in dem Inverter 30 als Spannungswellenformen erzeugten jeweiligen Phasen, und einen Korrekturbetragberechner 42, und der Korrekturbetrag wird auf der Grundlage der Spannungswellenform berechnet.
Die Sinuswelle jeder Phase kann als eine Stromwellenform gemessen werden, und der Korrekturbetrag kann in dem Korrekturbetragberechner 42 berechnet werden. Allgemein ist es leichter, die Spannungswellenform zu messen als die Stromwellenform. Folglich misst diese Ausführungsform die Spannungswellenform.
Wenn die Verstärkung DGA_U und der Offsetwert DOA_U ausgeführt werden, wird die betreffende Berechnung in dem Zustand ausgeführt, in dem der Rotor des Motors 5 gestoppt ist. Wenn die Rotation des Rotors nicht gestoppt wäre, würde eine induzierte Spannung, die bezüglich des Verbindungsmagnetfeldes um 90 Grad vorauseilt, in der Statorwicklung auftreten, so dass die von dem Inverter 30 erzeugten Spannungswellenformen der jeweiligen Phasen verschoben wären. Wenn die Rotation des Rotors gestoppt ist und der Korrekturbetrag berechnet wird, ist es nicht erforderlich, die in der Statorwicklung auftretende induzierte Spannung zu berücksichtigen, so dass der Korrekturbetrag leicht berechnet werden kann.
Bevor der Motor 5 versendet wird, wird die Korrekturbetragberechnungsvorrichtung auf der Fertigungslinie in einer Fabrik mit dem Draht zwischen dem Inverter 30 und dem Motor 5 verbunden und der Korrekturbetrag von dieser berechnet. Der so berechnete Korrekturbetrag wird in der Korrekturbetragspeichereinheit 25 in der ECU 14 mit Hilfe einer Vorrichtung gespeichert, die Daten in die Korrekturbetragspeichereinheit 25 schreiben kann. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Korrekturbetrag an der Herstellungslinie in der Fabrik berechnet. Somit kann die umgebende Atmosphäre, d.h. die Temperaturbedingung leicht eingestellt werden, so dass die Verstärkung und der Offsetwert exakt berechnet werden können. Dies verhindert, dass sich der elektrische Kennwert des MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) entsprechend den Temperaturbedingungen verändert.
Ferner kann die Korrekturbetragberechnungsvorrichtung 40 in der Fertigungslinie in der Fabrik vorgesehen sein, so dass es nicht erforderlich ist, eine Korrekturbetragberechnungsvorrichtung 40 jedem Motor 5 zuzuordnen, so dass eine Vereinfachung der ECU 14 erreicht werden kann.
Zuerst ist die Berechnung des Offsetwerts DOA_U mit Bezug auf 6 beschrieben. Diese Verarbeitung berechnet einen Offsetwert DOA_U zum Verschieben eines Pegels, der einen Nullpunkt (einen Punkt, bei dem sich die Polarität der Spannung ändert) einer Spannungswellenform, die gemessen wird, enthält, so dass der Absolutbetrag des Werts von dem genannten Pegel zu dem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität gleich dem Absolutbetrag des Werts von dem genannten Pegel zu dem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität ist (siehe 6).
Nachfolgend ist die Berechnungsverarbeitung der Verstärkung DGA_U mit Bezug auf 7 beschrieben. Bei dieser Verarbeitung wird die Spannungswellenform (gestrichelte Linie), nachdem der genannte Pegel um den Offset wert DOA_U verschoben wurde, mit der Referenzspannungswellenform (durchgezogene Linie), die der Referenzsinuswelle entspricht, verglichen, um die Verstärkung DGA_U zu berechnen. Die Verstärkung DGA_U wird auf der Grundlage des Unterschieds zwischen dem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität der Spannungswellenform nach dem Offset und dem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität der Referenzspannungswellenform oder dem Unterschied zwischen dem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität der Spannungswellenform nach dem Offset und dem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität der Referenzspannungswellenform berechnet (siehe 7).
In dieser Ausführungsform wird die Berechnungsverarbeitung der Verstärkung DGA_U und des Offsetwerts DOA_U auf der Grundlage des Spitzenwerts auf der Seite positiver oder negativer Polarität der Spannungswellenform ausgeführt, je nachdem, wo der stärkste Effekt auf das Drehmoment des Motors 5 liegt. Daher kann die Spannungswellenform jeder Phase mit der Referenzspannungswellenform leicht und effizient in Übereinstimmung gebracht werden, und der Stromstoß des Drehmomentstroms Iq kann unterdrückt werden.
Ferner hat die von dem Totzeitkorrektor 23 korrigierte Spannungswellenform die Eigenschaft, dass deren Verzerrung am größten in der Umgebung des Nullpunktes und am kleinsten in der Umgebung des Spitzenwerts ist. Von diesem Gesichtspunkt aus werden der Offsetwert und die Verstärkung als der Korrekturbetrag auf der Grundlage des Spitzenwerts auf der Seite positiver oder negativer Polarität berechnet, je nachdem, wo die von dem Kompensator 23 korrigierte Verzerrung der Spannungswellenform relativ gering ist, und somit können die Spannungswellenformen der einzelnen Phase miteinander leicht und effizient in Übereinstimmung gebracht werden, und zwar selbst in der Motorsteuerung mit dem Totzeitkompensator 23, so dass der Stromstoß des Drehmomentstroms Iq unterdrückt werden kann.
Die Korrekturwertberechnungsvorrichtung 40 kann in der ECU 14 jedes Motors 5 vorgesehen sein. Demzufolge kann der Korrekturbetrag jedesmal dann berechnet werden, wenn der Motor 5 gestartet wird, und der letzte Korrekturbetrag kann in der Korrekturbetragspeichereinheit 5 gespeichert werden, so dass die Verschlechterung der elektrischen Kennwerte der MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) durch Altern beseitigt ist.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Inverter 30 aus den MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) aufgebaut, deren elektrische Kennwerte in einem vorbestimmten Bereich liegen.
Die MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) sind in eine Mehrzahl von Gruppen gruppiert, in denen der Bereich der Schwellenspannung Vth der MOSFETs oder der Bereich der parasitären Kapazität C des MOSFETs jeweils verschieden sind, und der Inverter 30 ist auch den MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) aus derselben Gruppe aufgebaut. Demzufolge kann die Streuung der elektrischen Kennwerte der MOS-FETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6), die den Inverter 30 bilden, unterdrückt werden, und die Wellenformen der jeweiligen von dem Inverter 30 erzeugten Phasen können miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, so dass der Impuls des Drehmomentstroms Iq und die Drehmomentschwankungen des Motors 5 unterdrückt werden können.
Es ist nicht erforderlich, die Gruppierung der MOS-FETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) auf der Grundlage entweder der Schwellenspannung Vth oder der parasitären Kapazität auszuführen, sondern die Gruppierung kann auch auf der Grundlage sowohl des Schwellenwerts Vth als auch der parasitären Kapazität C ausgeführt werden. Demzufolge kann die Streuung der elektrischen Kennwerte der MOSFETs (T1, T2, T3, T4, T5, T6) unterdrückt werden.
Ebenso sind was die Gatewiderstände anbelangt, die mit den Gateanschlüssen der MOSFETs, der Kondensatoren etc. verbunden sind, die elektrischen Kennwerte dieser Elemente so eingestellt, dass sie nahe beieinander liegen.
Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Motorsteuerung (14) mit: – einem Inverter (30), der eine Mehrzahl von Schaltelementen (32) umfasst, die PWM-gesteuert sind, um Sinuswellen unterschiedlicher Phasen zu erzeugen; – einem Motor (5), der eine Statorwicklung, der die so erzeugten Sinuswellen zugeführt werden, so dass ein magnetisches Drehfeld in der Statorwicklung erzeugt wird, und einen Rotor, der durch die Wirkung des durch die Statorwicklung erzeugten magnetischen Drehfeldes in Drehung versetzt wird, umfasst; – einer Speichereinheit (25) zur Erfassung der in dem Inverter (30) erzeugten Sinuswellen mit den jeweiligen Phasen und Speicherung eines Korrekturbetrages für jede Phase, der auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses berechnet wird, so dass die Sinuswellen der jeweiligen Phasen miteinander übereinstimmen; und – einer Berechnungseinheit (24) zur Berechnung eines PWM-Signals zur Ausführung der PWM-Steuerung der Schaltelemente auf der Grundlage des so berechneten Korrekturbetrages.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturbetrag so berechnet wird, dass die Sinuswelle jeder Phase mit einer Referenzsinuswelle übereinstimmt, die von den Sinuswellen der jeweiligen Phasen verschieden ist.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturbetrag so berechnet wird, dass eine der Sinuswellen der jeweiligen Phasen als eine Referenzsinuswelle festgelegt wird und die Sinuswellen der weiteren Phasen mit der Referenzsinuswelle übereinstimmen.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturbetrag einen Offsetwert zum Verschieben eines Pegels enthält, bei dem sich die Polarität der Sinuswelle jeder Phase ändert, so dass die Absolutbeträge der Spitzenwerte auf den Seiten positiver und negativer Polarität der Sinuswelle bezüglich des betreffenden Pegels im Wesentlichen gleich sind und eine Verstärkung, die so eingestellt ist, dass die Spitzenwerte auf den Seiten positiver und negativer Polarität der Sinuswelle in Übereinstimmung mit den jeweiligen Spitzenwerten der Referenzsinuswelle sind.
Motorsteuerung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturbetrag auf der Grundlage der Sinuswelle in dem Zustand berechnet wird, in dem der Rotor des Motors (5) gesperrt ist.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturbetrag nur einmal vor der Versendung berechnet und in der Speichereinheit (25) gespeichert wird und die Korrektureinheit (24) das PWM-Signal stets auf der Grundlage des Korrekturbetrages korrigiert.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Korrekturbetragberechnungseinheit (40) zur Berechnung des Korrekturbetrages umfasst, wobei jedesmal, wenn der Motor (5) gestartet wird, der Korrekturbetrag durch die Korrekturbetragberechnungseinheit (40) berechnet und in der Speichereinheit (25) gespeichert wird und die Korrek tureinheit (24) das PWM-Signal auf der Grundlage des Korrekturbetrages korrigiert.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (24) eine verstärkungsgebundene Verstärkungskorrektur des PWM-Signals ausführt, um ein Verstärkungs-korrigiertes PWM-Signal zu berechnen, und wenn die Polarität des Verstärkungs-korrigierten PWM-Signals von der Polarität des PWM-Signals vor der Verstärkungskorrektur verschieden ist, die Korrektureinheit (24) eine Klammerverarbietung zur Aufhebung des Wertes eines Abschnitts ausführt, bei dem die Polarität des Verstärkungs korrigierten PWM-Signals verschieden ist, wodurch ein Klammer-verarbeitetes PWM-Signal berechnet wird.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem das Klammer-verarbeitete PWM-Signal berechnet ist, die Korrektureinheit (24) eine Offsetkorrektur auf der Grundlage eines Offsetwertes ausführt, um ein Offset-korrigiertes PWM-Signal zu berechnen.
Motorsteuerung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinuswelle ein Spannungswert ist, der zum Anschluss jeder Phase ausgegeben wird.
Motorsteuerung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinuswelle ein Stromwert ist, der zum Anschluss jeder Phase ausgegeben wird, wobei eine elektrische Größe, die von dem Inverter (30) an jeden Anschluss ausgegeben wird, als ein Stromwert herausgegriffen wird.
Motorsteuerung (14) mit: – einem Inverter (30), der eine Mehrzahl von Schaltelementen (32) umfasst, die PWM-gesteuert sind, um Sinuswellen mehrerer Phasen zu erzeugen; und – einem Motor (5), der eine Statorwicklung, der die so erzeugten Sinuswellen zugeführt werden, so dass in der Statorwicklung ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, und einen Rotor, der durch die Wirkung des durch die Statorwicklung erzeugten magnetischen Drehfeldes in Drehung versetzt wird, umfasst, wobei die Schaltelemente (32) entsprechend einem vorbestimmten Bereich von elektrischen Kennwerten gruppiert sind und der Inverter (30) derart aufgebaut ist, dass die Schaltelemente, die zu derselben Gruppe gehören, verwendet werden.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kennwerte eine Schwellenspannung eines jeweiligen Schaltelements, den Widerstandswert eines mit einem Steueranschluss (Gate-Anschluss beim MOSFET) eines jeweiligen Schaltelements verbundenen Widerstandes oder die Kapazität eines Kondensators oder die parasitäre Kapazität entsprechend der inneren Kapazität eines jeweiligen Schaltungselements umfassen.
Lenkvorrichtung (1) zum Ansteuern eines Motors (5) auf der Grundlage eines von einer Lenkzustanderfassungseinheit erfassten Lenkzustandes und zum Betätigen eines Übersetzungsänderungsmechanismus (4) zur Änderung der Übersetzung zwischen einem Lenkwinkel eines Lenkrades (2) und einem Einschlagwinkel eines gelenkten Rades (10) oder eines Hilfsmechanismus zur Unterstützung der Lenkkraft des Lenkrades, wobei der Motor von einer Motorsteuerung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angesteuert wird.
Motorsteuerung (14) mit: – einer Korrektureinheit (24) zur Korrektur von durch einen Totzeitkompensator (23) erzeugten Basis-PWD-Signalen, um dadurch eine Streuung von Wellenformen des Motorstroms (Iu, Iv, Iw) der jeweiligen Phasen und resultierende Drehmomentschwankungen des Motors (5) zu verhindern, wobei die Korrektureinheit (24) einen Verstärkungskorrektor (26) umfasst, um eine Verstärkungskorrektur der Basis-PWM-Signale auf der Grundlage eines in einer Korrekturbetragspeichereinheit (25) gespeicherten Verstärkungswerts auszuführen und das Verstärkungskorrigierte Signal einer Klammerverarbeitung zu unterziehen, und einen Offsetkorrektor (27) umfasst, um eine Offsetkorrektur des Klammerverarbeiteten PWM-Signals auf der Grundlage eines in der Korrekturbetragspeichereinheit (25) gespeicherten Offsetwerts aufzuführen.
Motorsteuerung (14) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert einen Pegel, der einen Nullpunkt von Spannungswellenformen der PWM-Signale, die gemessen werden, enthält, so dass ein Absolutbetrag von dem Nullpunkt zu einem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität gleich einem Absolutbetrag von dem Nullpunkt zu einem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität ist, wobei der Verstärkungswert ein Maß für den Unterschied zwischen dem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität der Spannungswellenform nach dem Offset und einem Spitzenwert auf der Seite positiver Polarität einer Referenzspannungswellenform oder den Unterschied zwischen dem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität der Spannungswellenform nach dem Offset und dem Spitzenwert auf der Seite negativer Polarität der Referenzspannungswellenform ist.