JP4556464B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にブラシレスモータの回転時に生ずるトルク段差を低減させるための電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electric power steering device that applies a steering assist force by a motor to a steering system of an automobile or a vehicle, and more particularly to a control device for an electric power steering device for reducing a torque step generated when a brushless motor rotates. .
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。 An electric power steering device that biases an automobile or a vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor assists the steering shaft or rack shaft with a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. The load is energized. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). In the feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the detected motor current is small. Generally, the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図5に示して説明すると、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に結合されている。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20が減速ギア3を介してコラム軸2に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット30には、バッテリ14からイグニションキー11及びリレー13を経て電力が供給され、コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTと車速センサ12で検出された車速Vとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに基いてモータ20に供給する電流を制御する。
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 5. The
コントロールユニット30は主としてCPU(MPUも含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図6のようになる。例えば位相補償器31は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、CPUで実行される位相補償機能を示している。
The
コントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出されて入力される操舵トルクTは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器31で位相補償され、位相補償された操舵トルクTAが操舵補助指令値演算器32に入力される。また、車速センサ12で検出された車速Vも操舵補助指令値演算器32に入力される。操舵補助指令値演算器32は、入力された操舵トルクTA及び車速Vに基いてモータ20に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Iを決定する。操舵補助指令値Iは減算器30Aに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器34に入力され、減算器30Aの偏差(I−i)は比例演算器35に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器36に入力される。微分補償器34の出力と共に、比例演算器35及び積分演算器36の出力も加算器30Bに加算入力され、加算器30Bでの加算結果である電流制御値Eが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路37に入力される。モータ20の電流iはモータ電流検出回路38で検出され、減算器30Aにフィードバックされる。
The function and operation of the
このような電動パワーステアリング装置において、従来モータとして可変速であり小型化を図れる特徴を持つブラシレスモータが使用され、ブラシレスモータによるアシストが行われている。ブラシレスモータは、モータ電流の相切替えを繰返すことでロータを回転させると共に、ロータの駆動を制御する構造を有する。しかしながら、相切替え部分、即ち各相の境界部分においてはトルク値が減少するため、各相の境界部分におけるトルクにはトルク段差と称される凹状の段差が断続的に生じ、トルクリップルと称されるトルクの脈動が生ずる。 In such an electric power steering apparatus, a brushless motor having a variable speed and a feature that can be reduced in size is used as a conventional motor, and assist by the brushless motor is performed. The brushless motor has a structure for rotating the rotor by repeatedly switching the phase of the motor current and controlling the driving of the rotor. However, since the torque value decreases at the phase switching portion, that is, at the boundary portion of each phase, a concave step called a torque step is intermittently generated in the torque at the boundary portion of each phase, which is called a torque ripple. Torque pulsation occurs.
図3(a)及び(b)は、矩形波のモータ電流によって駆動制御されるブラシレスモータに供給される電流波形と、かかる電流により発生ずるトルク値との関係を示す波形図である。モータ電流は図3(a)に示すように、例えば3相などの複数相であって各相は方形波状の矩形波であり、隣接した波形同士の側縁同士が重なり合って、各上辺部はほぼ直線となり一定値の電流となる。このような電流がブラシレスモータに供給されると、ブラシレスモータのトルクは各相の境界部分において図3(b)に示すようなトルク段差を生じ、トルクリップルの原因となる。 FIGS. 3A and 3B are waveform diagrams showing a relationship between a current waveform supplied to a brushless motor that is driven and controlled by a rectangular wave motor current and a torque value generated by the current. As shown in FIG. 3A, the motor current is a plurality of phases such as three phases, and each phase is a rectangular wave having a square wave shape, side edges of adjacent waveforms overlap each other, and each upper side portion is It becomes almost a straight line and becomes a constant current. When such a current is supplied to the brushless motor, the torque of the brushless motor causes a torque step as shown in FIG. 3B at the boundary between the phases, causing torque ripple.
このようなトルク段差に基づくトルクリップルのため、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置では、操舵者にステアリングが振動する不快感を与えるという問題がある。かかるトルク段差はブラシレスモータのモータ特性によって決まるものであり、モータ特性の改善によってトルク段差とそれに基づくトルクリップルを完全に消失させることはできない。 Due to the torque ripple based on such a torque step, the electric power steering apparatus using the brushless motor has a problem of giving the driver an unpleasant feeling that the steering vibrates. Such a torque step is determined by the motor characteristics of the brushless motor, and the torque step and the torque ripple based thereon cannot be completely eliminated by improving the motor characteristics.
このような問題を解決する従来技術として、特開2001−18822(特許文献1)に開示されているものがある。特許文献1に記述された電動パワーステアリング装置では正弦波でブラシレスモータを駆動制御するようになっており、官能領域判定部とトルク段差補償値計算部(脈動トルク補正値計算部)とを設け、官能領域判定部において車速及びステアリング操舵速度が所定速度よりも遅いと判定した場合には、トルク段差補償値計算部においてトルク段差補償値(脈動トルク補正値)Iqrを下記(1)式で計算する。
Iqr = Kro・Fo(θ)/Kt + Krl・Fl(θ)・Iq/Kt − Kro・krl・Fo(θ)・Fl(θ)/Kt2
…(1)
ただし、Ktはトルク係数、Kro、Krlはトルク段差係数(脈動トルク係数)、Fo(θ)、
Fl(θ)はトルク段差関数(脈動トルク関数)である。
上記(1)式で計算されたトルク段差補償値Iqrを用い、更にd‐q変換によるベクトル制御を用いてトルク段差の補償を行うようにしている。
Iqr = Kro ・ Fo (θ) / Kt + Krl ・ Fl (θ) ・ Iq / Kt − Kro ・ krl ・ Fo (θ) ・ Fl (θ) / Kt 2
... (1)
Where Kt is the torque coefficient, Kro and Krl are the torque step coefficient (pulsation torque coefficient), Fo (θ),
Fl (θ) is a torque step function (pulsation torque function).
The torque step compensation value Iqr calculated by the above equation (1) is used, and further, the torque step compensation is performed using vector control by dq conversion.
しかし、上記特許文献1に開示されている電動パワーステアリング装置の制御装置においては、トルク係数Kt及びトルク段差係数Kro, Krlはトルク段差補償値計算部に予め記憶されている定数であり、トルク段差関数Fo(θ),Fl(θ)はトルク段差補償値計算部内にてテーブル又は関数式で定義されると共に、予め記憶されている関数であって、現実の車両の走行によって生ずる現実のトルク段差に必ずしも適合しない。また、官能領域判定部において車速やステアリング操舵速度が所定速度以上と判定した場合には、トルク段差は全く補償されないため、ステアリングの操舵者に与える操舵の不快感は依然解消されていないという問題がある。
However, in the control device for the electric power steering apparatus disclosed in
さらに、上記特許文献1に開示された電動パワーステアリング装置の制御装置においてトルク段差の補償を行うには、正確にモータ回転角度を検出する必要があり、例えばホールセンサのように検出精度が比較的劣るセンサを回転角度検出手段に用いることができず、必然的に高価で精度の高い回転角度検出手段を用いる必要が生じ、制御装置がコスト高になりがちという問題がある。また、特許文献1に開示されている電動パワーステアリング装置の制御装置は、ベクトル制御内部のq軸電流Iqについてトルク段差の補償を行うため、矩形波によって駆動を制御するブラシレスモータには適用できないという問題もある。
Furthermore, in order to compensate for the torque step in the control device for the electric power steering apparatus disclosed in
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、簡単な構成で、回転角度検出手段に非常な高精度を必要とせず、矩形波制御のモータにも適用でき、ブラシレスモータのトルク段差を十分に補償してステアリングの操舵者に円滑な操舵感を与えることができる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and the object of the present invention is a simple configuration, does not require very high accuracy in the rotation angle detection means, and can be applied to a rectangular wave control motor, It is an object of the present invention to provide a control device for an electric power steering device that can sufficiently compensate for a torque step of a brushless motor and give a steering operator a smooth steering feeling.
本発明はブラシレスモータによるアシスト力を車両の操舵系に付与するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記ブラシレスモータのトルク段差を低減させる補償値を、前記ブラシレスモータのモータ回転角度検出手段からの回転角度検出信号のタイミングに基づいて行うトルク段差補償手段を設け、前記トルク段差補償手段はローパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタは前記回転角度検出信号を入力して前記補償値を生成するトルク段差補償原形信号を出力することによって達成される。 The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus configured to apply an assist force by a brushless motor to a steering system of a vehicle, and the object of the present invention is to provide a compensation value for reducing a torque step of the brushless motor. Torque step compensation means is provided based on the timing of the rotation angle detection signal from the motor rotation angle detection means of the brushless motor. The torque step compensation means includes a low-pass filter, and the low-pass filter receives the rotation angle detection signal. The torque step compensation original signal for generating the compensation value is output .
また、本発明は電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、操舵ハンドルに操舵補助力を付与するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを駆動する駆動回路と、前記ブラシレスモータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、前記操舵ハンドルの操作によるトルク値を基に電流指令値を出力するトルク指令値算出手段と、前記ブラシレスモータの特定回転角度において前記電流指令値にトルク段差補償を施す補償値を出力するトルク段差補償手段と、前記電流指令値に前記補償値を加算した補償電流指令値を基に各相電流指令値を算出する各相電流指令値演算手段と、前記各相電流指令値の供給を受けて前記駆動回路を制御する指令値を出力する駆動回路制御手段とを備え、前記トルク段差補償手段がローパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタは前記モータ回転角度検出手段からの回転角度検出信号を入力して前記補償値を生成するトルク段差補償原形信号を出力することによって達成される。 The present invention also relates to a control device for an electric power steering apparatus, and the object of the present invention is to provide a brushless motor that applies a steering assist force to a steering handle, a drive circuit that drives the brushless motor, and a rotation angle of the brushless motor. A motor rotation angle detecting means for detecting the torque, a torque command value calculating means for outputting a current command value based on a torque value obtained by operating the steering handle, and a torque step compensation for the current command value at a specific rotation angle of the brushless motor. Torque step compensation means for outputting a compensation value, phase current command value calculation means for calculating each phase current command value based on a compensation current command value obtained by adding the compensation value to the current command value, supplied with the phase current command value and a drive circuit control means for outputting a command value for controlling the drive circuit, the torque step compensation means A low-pass filter, the low pass filter is achieved by outputting a torque step compensation original signal to generate the compensation value to input rotation angle detection signal from the motor rotation angle detecting means.
本発明の上記目的は、前記補償値を前記電流指令値に比例させることにより、或いは前記トルク段差補償手段が前記モータ回転角度検出手段が検出したモータ電流の転流時の回転角度を特定角度とするようにすることにより、或いは前記モータ回転角度検出手段をホールセンサとすることにより、より効果的に達成される。 The above object of the present invention more be made proportional to the compensation value to the current command value, or a specific angle rotation angle at the time of commutation of the motor current the torque step compensation means detects that the motor rotation angle detection means This is achieved more effectively by using a Hall sensor as the motor rotation angle detection means.
本発明によれば、ブラシレスモータの駆動制御においてトルク段差が生ずる特定角度で補償値信号を出力するようにしており、これによりブラシレスモータのトルク段差を大幅に低減できると共に、トルクリップルを大きく低減させることができ、電動パワーステアリングを用いたステアリングにおいて操舵者に円滑な操舵感を与えることができる。 According to the present invention, the compensation value signal is output at a specific angle at which a torque step is generated in the drive control of the brushless motor, thereby greatly reducing the torque step of the brushless motor and greatly reducing the torque ripple. Therefore, a smooth steering feeling can be given to the steering wheel in the steering using the electric power steering.
また、トルク段差の補償をテーブルデータ又は関数式で行うのではなく、現実の車両の走行によって生ずる現実のトルク段差に応じた補償を行うようにしているため、実際のブラシレスモータに適応したトルク段差の補償を行うことができ、自動車や車両の高性能化を安価に実現することができる。 In addition, compensation for torque step is not performed using table data or function formulas, but compensation is performed according to the actual torque step generated by actual vehicle travel, so that the torque step suitable for an actual brushless motor is used. Therefore, it is possible to improve the performance of automobiles and vehicles at a low cost.
本発明は、ブラシレスモータを用いて自動車や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制御装置であり、ブラシレスモータの回転時に生ずるトルク段差を低減させるためのトルク段差補償手段を設けている。そして、ブラシレスモータの回転角度検出手段の出力信号のタイミング(ブラシレスモータの特定回転角度に達したタイミング、ブラシレスモータの相切替えのタイミング、ホールセンサエッジ信号のタイミング等)に基づいて、ブラシレスモータのトルク段差の低減のための補償値を求め、トルク段差の補償を行うようにしており、操舵者に円滑な操舵感を与えることができる。 The present invention is a control device for an electric power steering apparatus that applies a steering assist force to a steering system of an automobile or a vehicle using a brushless motor, and includes a torque step compensation means for reducing a torque step generated when the brushless motor rotates. Provided. Based on the timing of the output signal of the rotation angle detection means of the brushless motor (timing of reaching the specific rotation angle of the brushless motor, timing of phase switching of the brushless motor, timing of the Hall sensor edge signal, etc.), the torque of the brushless motor A compensation value for reducing the level difference is obtained and the torque level difference is compensated, and a smooth steering feeling can be given to the driver.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の全体構成を示す図1において、ブラシレスモータ2は一例として矩形波にて駆動制御する3相のブラシレスDCモータであり、ブラシレスモータ2は駆動回路としてのインバータ5より3相のモータ電流IA、IB、ICを入力し、モータ電流IA、IB、ICの相切替え及びそのタイミングによって駆動制御される。インバータ5は制御手段7からのPWM制御信号Ua, Ub, Ucによって駆動され、制御手段7には車速センサ9からの車速V、トルクセンサ10からの操舵トルクτが入力されている。
In FIG. 1 showing the overall configuration of the present invention, a
また、ブラシレスモータ2には、特定角度(相切替え位置)を検出するための回転角度検出手段としてのホールセンサ3が配設されており、このホールセンサ3はホール素子で形成された第1センサ部3a、第2センサ部3b、第3センサ部3cで成り、各センサ部3a,3b,3cはロータ(図示せず)の近傍に略120°づつの間隔をおいて配設されている。ブラシレスモータ2のロータの回転により磁気が変化し、ホールセンサ3の第1センサ部3a〜第3センサ部3cは磁気変化に対応してそれぞれホールセンサ信号Ha,Hb,Hcを出力する。ここで、ブラシレスモータ2のロータ回転角度が特定角度に達すると、ホールセンサ3が検出する磁気は例えばN極からS極のように切替わり、かかる切替わりのタイミングにおいてホールセンサ信号Ha,Hb,Hcはそれぞれパルス信号を出力する。なお、ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcが検出する磁気の切替わりタイミングは、ブラシレスモータ2のモータ電流の相切替えを行うタイミングと一致している。
Further, the
ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcは、制御手段7内のエッジ検出手段21及びコミュテーション設定手段22に入力され、エッジ検出手段21はホールセンサ信号Ha,Hb,Hcの相切替えのタイミングにおいて形成される信号のエッジ部分を検出し、パルス状のエッジ信号HSedgをトルク段差補償手段11に入力する。また、コミュテーション設定手段22は、ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcに基づいて転流制御に用いるためのコミュテーション信号Ca,Cb,Ccを生成し、コミュテーション信号Ca,Cb,Ccを矩形波制御部16に入力する。
The hall sensor signals Ha, Hb, Hc are input to the edge detection means 21 and commutation setting means 22 in the control means 7, and the edge detection means 21 is formed at the timing of phase switching of the hall sensor signals Ha, Hb, Hc. The edge portion of the signal to be detected is detected, and the pulsed edge signal HSedg is input to the torque step compensation means 11. The commutation setting means 22 generates commutation signals Ca, Cb, and Cc for use in commutation control based on the hall sensor signals Ha, Hb, and Hc, and the commutation signals Ca, Cb, and Cc are rectangular waves. Input to the
ブラシレスモータ2には、3相の電流路4a、4b、4cによってモータ電流IA、IB、ICを出力するインバータ5が接続されており、インバータ5はPWM制御部20からのPWM制御信号Ua、Ub、Ucを入力してモータ電流IA、IB、ICに変換し、電流路4a、4b、4cに出力する。そして、電流路4a、4b、4cには、インバータ5から出力されたモータ電流IA、IB、ICを検出するセンサ6a,6b,6cがそれぞれ設けられており、検出された電流値Ia, Ib, Icはそれぞれ駆動回路制御手段18内の減算部17a,
17b, 17cにフィードバックされる。
The
It is fed back to 17b and 17c.
制御手段7内のトルク指令値算出手段8には車速センサ9からの車速V及びトルクセンサ10からの操舵トルクτが入力され、トルク指令値算出手段8は操舵トルクτの増加に従って増加すると共に、車速Vの増加に従って減少するアシストトルクを計算し、このアシストトルクなどに基づいて電流指令値Iref0を算出して出力する。電流指令値Iref0はトルク段差補償手段11に入力されると共に、加算部15に入力される。トルク段差補償手段11は、電流指令値Iref0及びエッジ検出手段21からのエッジ信号Hsedgに基づいて補償値K・Iref0・Hsedgfil(ただし、Kは定数)を出力し、加算部15に入力する。
The torque command value calculation means 8 in the control means 7 receives the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 9 and the steering torque τ from the
次に、加算部15で電流指令値Iref0と補償値K・Iref0・HSedgfilとを加算して得られる補償電流指令値Igpは、各相電流指令値演算手段としての矩形波制御部16に供給される。矩形波制御部16は補償電流指令値Igpを入力すると共に、コミュテーション設定手段22からのコミュテーション信号Ca,Cb,Ccを入力し、ブラシレスモータ2の3相それぞれの値に変換した補償相電流指令値Iasref、Ibsref、Icsrefを算出し、それぞれ減算部17a, 17b, 17cに入力する。減算部17a,
17b, 17cにはそれぞれ電流値Ia, Ib, Icが入力されており、その減算結果、つまり補償相電流指令値Iasref、Ibsref、Icsrefから電流値Ia、Ib、Icを減算した偏差がPI制御部19に入力される。PI制御部19でそれぞれ比例積分演算された補償相電圧指令値va、vb、vcを各相毎に算出し、補償相電圧指令値va、vb、vcをPWM制御部20に入力する。そして、PWM制御部20は各相毎の補償相電圧指令値va、vb、vcのそれぞれにPWM制御を行い、PWM制御信号Ua、Ub、Ucをそれぞれ生成してインバータ5に入力する。
Next, the compensation current command value Igp obtained by adding the current command value Iref0 and the compensation value K · Iref0 · HSedgfil by the
Current values Ia, Ib, and Ic are input to 17b and 17c, respectively, and the subtraction result, that is, the deviation obtained by subtracting the current values Ia, Ib, and Ic from the compensation phase current command values Ia sref , Ib sref , and Ic sref Input to the
次に、本発明のトルク段差補償手段11がトルク段差を補償する原理について説明する。 Next, the principle by which the torque step compensation means 11 of the present invention compensates for the torque step will be described.
上述したように、図3(a)に示すような電流がブラシレスモータ2に入力された場合、ブラシレスモータ2のトルク値は図3(b)に示すように相切替えのタイミングでトルク段差を生ずる。ここにおいて、トルク値はモータ電流の大きさに比例し、トルク段差の生ずるタイミングは相切替えのタイミングである特定角度に一致するため、特定角度において電流指令値Iref0を大きくして図3(c)に示すように電流値を凸状に上昇させれば、図3(d)に示すようにトルク段差は補償されることになる。即ち、トルク段差補償手段11が、エッジ検出手段21からのエッジ信号Hsedgに基づいて電流指令値Iref0を図3(c)に示す補償値K・Iref0・Hsedgfilを生成し、加算部15で電流指令値Iref0と加算することによって、図3(d)に示すようなトルク段差補償のための補償電流指令値Igpが生成される。なお、図3(d)は、モータ電流IA、IB、ICが供給されたときのブラシレスモータ2のトルク値の波形図であり、電流値が上昇するタイミングはトルク段差が生ずるタイミングに一致するため、段差の後半部分を中心にトルク段差は補償される。
As described above, when a current as shown in FIG. 3A is input to the
次に、ブラシレスモータ2の特定角度にて電流指令値Iref0を大きくする一例として、図2に示すトルク段差補償手段11の構成について説明する。
Next, as an example of increasing the current command value Iref0 at a specific angle of the
図2に示すように、トルク段差補償手段11はローパスフィルタ12、補正ゲイン部13及び乗算部14を備えている。そして、ローパスフィルタ12は図4(a)に示すパルス状のエッジ信号HSedgを入力し、トルク段差を補償すべき信号の原形を形成するトルク段差補償原形信号HSedgfilを出力し、補正ゲイン部13は電流指令値Iref0を入力して定数の補正値Kを乗じた補正ゲイン信号K・Iref0を出力する。ここで、補正値Kはトルク段差の落ち込みの比率を設定する比例定数であり、補正ゲイン部13のチューニングにより変えることができる。また、電流指令値の大きさによって、トルク段差の補償の値も調整することができる。そして、補正ゲイン信号K・Iref0及びトルク段差補償原形信号HSedgfilは乗算部14に入力され、乗算部14はトルク段差補償原形信号HSedgfilの信号量を、トルク段差の落ち込み比率である補正値Kとモータ電流の大きさである電流指令値Iref0とで調整した補償値K・Iref0・HSedgfilを出力する。
As shown in FIG. 2, the torque step compensation means 11 includes a low-
以上により、トルク段差補償手段11に入力される電流指令値Iref0と、ローパスフィルタ12において生成されるトルク段差補償原形信号HSedgfilと、補正ゲイン部13にて乗じられる補正値Kと、トルク段差補償手段11が出力する補償値K・Iref0・HSedgfilとの間には、下記(2)式の関係が成立する。
K・Iref0・HSedgfil = Iref0・Hsedgfil・K …(2)
即ち、補償値K・Iref0・HSedgfilは、ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcが出力されるブラシレスモータ2の相切替えタイミングにおいて、電流指令値Iref0に比例する値として生成される。
As described above, the current command value Iref0 input to the torque
K ・ Iref0 ・ HSedgfil = Iref0 ・ Hsedgfil ・ K (2)
That is, the compensation values K · Iref0 · HSedgfil are generated as values proportional to the current command value Iref0 at the phase switching timing of the
そして、トルク指令値算出手段8から出力された電流指令値Iref0と補償値K・Iref0・HSedgfilとは加算部15に入力され、加算部15では電流指令値Iref0に補償値K・Iref0・HSedgfilが加算されて補償電流指令値Igpを生成する。即ち、補償電流指令値Igpは、電流指令値Iref0にブラシレスモータ2の相切替えタイミングで補償値K・Iref0・HSedgfilを加算した信号として生成される。
Then, the current command value Iref0 and the compensation value K · Iref0 · HSedgfil output from the torque command value calculation means 8 are inputted to the
次に、トルク段差補償手段11におけるローパスフィルタ12の仕様決定方法及び補正ゲイン部13のチューニング方法について、図面を参照して説明する。
Next, a specification determination method for the low-
先ずローパスフィルタ12は、入力された信号のうち特定周波数以上の成分をカットして出力するが、パルス信号の入力に対する出力は、時間の経過に伴って信号量が漸次減衰するインパルス応答となる。従って、図4(a)に示すように特定角度において略パルス状に増減するエッジ信号HSedgの入力により、ローパスフィルタ12から出力されるトルク段差補償原形信号HSedgfilも図4(b)に示すように特定角度において漸次減衰する波形となる。そして、前記式(2)に示すように、補償電流指令値Igpの生成において電流指令値Iref0に加算される補償値K・Iref0・HSedgfilの波形はトルク段差補償原形信号HSedgfilの相似形であり、従って図4(c)に示す補償後のモータ電流の補償部分の形状はインパルス応答の相似形となる。
First, the low-
ここで、ローパスフィルタ12のインパルス応答の形状は、ローパスフィルタ12の遮断周波数によって決定される。一方、ローパスフィルタ12のインパルス応答は、次数が低いほど立上がりが速くかつ最大値が大きく、本実施例においてはトルク段差の後半部分を中心に段差補償するため、次数1のような低次数のローパスフィルタが適する。そして、1次のローパスフィルタの場合、伝達関数をF1とすると、下記(3)式で表わされる。
F1 = 1/(T1・s + 1) …(3)
そして、上記(3)式を逆ラプラス変換して導出されるインパルス応答について考えると、図4(d)に示す一例としてのトルク段差の減衰傾向に最も近いと思われるインパルス応答形状を示すのは、遮断周波数が100Hz程度のときであり、かかる遮断周波数を有するローパスフィルタが最も適合する。このようにして、トルク段差補償原形信号HSedgfilの原形となる波形が決定される。
Here, the shape of the impulse response of the low-
F1 = 1 / (T1 · s + 1) (3)
And considering the impulse response derived by inverse Laplace transform of the above equation (3), the impulse response shape that seems to be the closest to the torque step attenuation tendency as an example shown in FIG. When the cut-off frequency is about 100 Hz, a low-pass filter having such a cut-off frequency is most suitable. In this way, the waveform that is the original form of the torque step compensation original form signal HSedgfil is determined.
一方、補正ゲイン部13の補正値Kは、補償値K・Iref0・HSedgfilの比率を決定する。ここで、一例としてのトルク段差は、図4(d)に示すように1相当りの最大トルク値の15パーセント程度の比率になる。そして、前述したようにトルク値は電流値に比例する。従って、モータ電流の補償値は、図4(c)に示すように本来の電流指令値Iref0の15パーセント程度になることが望ましい。そのため、補正値Kは、補償値K・Iref0・HSedgfilの最大値が電流指令値Iref0の比率の15パーセント程度になる値にチューニングすることが望ましい。ただし、トルク段差の大きさは基本的にブラシレスモータ2やインバータ5などの個々の静特性によって決まるものであり、ローパスフィルタ12の遮断周波数や補正ゲイン部13の補正値Kの大きさは常に上述の値が望ましいとは限らないので、遮断周波数の設定や補正値Kのチューニングは、ブラシレスモータ2やインバータ5の機種に応じて調整する必要があることはいうまでもない。
On the other hand, the correction value K of the
以上により、ホールセンサとしての第1センサ部3a、第2センサ部3b、第3センサ部3cから出力される各ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcはブラシレスモータ2にトルク段差が生ずる相切替えのタイミングで変化し、各ホールセンサ信号Ha,Hb,Hcが入力されたトルク段差補償手段11はかかるタイミングにおいて補償値K・Iref0・HSedgfilを出力する。また、補償電流指令値Igpは、電流指令値Iref0に補償値K・Iref0・HSedgfilを直接加えて生成するものであるため、矩形波制御のブラシレスモータのトルク段差の補償にも適用可能になる。
As described above, the Hall sensor signals Ha, Hb, and Hc output from the
そして、補償値K・Iref0・HSedgfilは、各相に分離する前の電流指令値Iref0に比例するものであり、小さいトルクに対しては補償値K・Iref0・HSedgfilを小さくし、大きいトルクに対しては補償値K・Iref0・HSedgfilを大きくすることができるため、トルクが大きい場合の大きなトルク段差であっても十分に補償できる。 The compensation value K · Iref0 · HSedgfil is proportional to the current command value Iref0 before separation into each phase. For small torque, the compensation value K · Iref0 · HSedgfil is reduced and Therefore, the compensation values K, Iref0, and HSedgfil can be increased, so that even a large torque step when the torque is large can be sufficiently compensated.
そして、補償電流指令値Igpの生成に用いる固定値は、補正ゲイン部12にて加えられる補正値Kとローパスフィルタ13のフィルタ定数のみであり、いずれもテーブルなど大きなROM容量を要する値を用いずに生成することができるため、制御装置のコストを下げることができる。また、補償値K・Iref0・HSedgfilを生成する(2)式は単純であり、電流指令値Igpは簡単なアルゴリズムによって生成可能であるため、計算量を少なくしてトルク段差の補償に高い信頼性を持たせることができる。
The fixed values used to generate the compensation current command value Igp are only the correction value K applied by the
なお、本実施例においては、補償値K・Iref0・HSedgfilはパルス信号としてのホールセンサ信号Ha,Hb,Hcをローパスフィルタ13におけるインパルス応答を用いて形成しているが、これに限定されるものではなく、その他の手段によって形成することも可能である。また、本実施例においては、ブラシレスモータ2の各相電流指令値演算手段を矩形波制御としているが、これに限定されるものではなく、例えばベクトル制御のように、他の演算方式によるブラシレスモータにも適用できる。さらに、ブラシレスモータ2の回転角度を検出する手段は高精度なものでなくてもトルク段差を補償できるので、ホールセンサのような汎用的な回転角度検出手段も適用可能である。高精度なものとして、例えばレゾルバやエンコーダなどを用いることも可能である。
In the present embodiment, the compensation values K, Iref0, and HSedgfil are formed by using Hall sensor signals Ha, Hb, and Hc as pulse signals by using an impulse response in the low-
また、本実施例においてはブラシレスモータ2を3相としたが、これに限定されるものではなく、3相以上の多相ブラシレスモータにも適用できる。
In this embodiment, the
なお、本実施例においては、制御手段7の各構成要素は全てハードウェア素子によって構成されるとしているが、これに限定されるものではなく、その一部又は全ての構成要素をCPUの演算処理として行うことも可能である。 In this embodiment, all the components of the control means 7 are configured by hardware elements, but the present invention is not limited to this, and some or all of the components are processed by the CPU. It is also possible to do as.
本発明によれば、ブラシレスモータの駆動制御においてトルク段差が生ずる特定角度で補償信号を出力するようにしており、これによりブラシレスモータのトルク段差を大幅に低減できると共に、操舵者に円滑な操舵感を与えることができ、自動車や車両の高性能電動パワーステアリングに適用可能である。 According to the present invention, the compensation signal is output at a specific angle at which a torque step is generated in the drive control of the brushless motor, whereby the torque step of the brushless motor can be greatly reduced, and the steering feel is smooth to the driver. And can be applied to high-performance electric power steering of automobiles and vehicles.
2 ブラシレスモータ
3 ホールセンサ
5 インバータ
8 トルク指令値算出手段
9 車速センサ
10 トルクセンサ
11 トルク段差補償手段
12 ローパスフィルタ
16 各相電流指令値演算手段としての矩形波制御部
18 駆動回路制御手段
19 PI制御部
20 PWM制御部
21 エッジ検出手段
22 コミュテーション設定手段
2
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