JP4617895B2 - 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ようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモータ駆動用インバータのデッドバンド制御を操舵状態に応じて改善した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 in which a steering assist force by a motor is applied to a steering system of an automobile or a vehicle, and in particular, an electric power in which dead band control of an inverter for driving a motor is improved according to a steering state. The present invention relates to a control device for a steering device.
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力を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力を付勢するようになっている。そして、当該モータが所望のトルクを発生するようにモータに電流を供給するため、モータ駆動回路にインバータなどが用いられている。 An electric power steering device that energizes an automobile or vehicle steering device with 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. Energize power. In order to supply current to the motor so that the motor generates a desired torque, an inverter or the like is used in the motor drive circuit.
ここで、特開平8−142884号公報(特許文献1)に開示されている従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の基本的構成を図9に示し、その動作を説明する。 Here, FIG. 9 shows a basic configuration of a control device of a conventional electric power steering device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-142288 (Patent Document 1), and the operation thereof will be described.
トルクセンサ103で検出されたトルクが位相補償器121に入力され、トルク指令値が算出される。また、電流指令演算器122にトルク指令値が入力され、車速センサ112で検出された車速を加味して電流指令演算器122で電流指令値Irefが算出される。この制御ではフィードバック制御が採用されており、制御対象であるモータ110の電流iをモータ電流検出回路142で検出し、減算器123にフィードバックする。減算器123で電流指令値Irefとモータ電流との偏差(=Iref−i)が算出される。その偏差は比例演算器125及び積分演算器126でいわゆる比例積分制御され、加算器127に入力される。過渡応答を良くするための微分補償器124には電流指令値が入力され、加算器127で微分補償器124、比例演算器125及び積分演算器126の出力が合算され電流制御値Eが算出され、電流制御値Eはモータ駆動回路141に入力される。モータ駆動回路141は電流制御値Eに基づき、モータ110に電流を供給する。なお、バッテリ114はモータ駆動回路141の電源である。
Torque detected by the
モータ駆動回路141は図10に示すような構成となっており、モータ駆動回路141は、スイッチング素子であるFET1〜4で成るインバータ部と、FET1〜4の各ゲートを制御するゲート制御部とで構成されている。インバータ部はFET1及びFET3で成る上下アームと、FET2及びFET4で成る上下アームとで構成されてHブリッジを構成している。電流制御値Eはゲート制御部の変換部130に入力され、変換部130で各FET1〜4に対するタイミング信号が生成され、タイミング信号がゲート駆動回路133a,134a、133b、134bへ入力されてFET1〜4の各ゲート駆動が可能なゲート信号が生成される。しかし、変換部130で作成されたタイミング信号が直接ゲート駆動回路134a及び134bに入力されず、それぞれデッドタイム回路131及びデッドタイム回路132に入力されるのは、次の理由による。
The
インバータ部を構成する各上下アーム、例えばFET1及びFET3は交互にオンオフを繰り返し、同様にFET2及びFET4は交互にオンオフを繰り返す。しかし、FETは理想スイッチではなく、ゲート信号の指示通りに瞬時にオンオフせず、ターンオンタイム及びターンオフタイムを要する。このため、FET1へのオンの指示とFET3へのオフの指示が同時にされると、FET1及びFET3が同時にオンになって上下アームが短絡する問題がある。そこで、FET1及びFET3が同時にオンすることのないように、ゲート駆動回路133aへオフ信号を与えた場合、ゲート駆動回路134aに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム回路131でデッドタイムという所定時間の間をおいてオン信号をゲート駆動回路134aに与えることにより、FET1及びFET3の上下の短絡を防止している。このことは、FET2及びFET4にも同様に当てはまる。
The upper and lower arms constituting the inverter unit, for example, FET1 and FET3 are alternately turned on and off, and similarly, FET2 and FET4 are alternately turned on and off. However, the FET is not an ideal switch and does not turn on and off instantaneously as instructed by the gate signal, and requires a turn-on time and a turn-off time. For this reason, when an instruction to turn on FET1 and an instruction to turn off FET3 are simultaneously issued, there is a problem in that FET1 and FET3 are simultaneously turned on and the upper and lower arms are short-circuited. Therefore, when an off signal is given to the gate drive circuit 133a so that the FET1 and FET3 are not turned on at the same time, an on signal is not given immediately to the
しかし、このデッドタイムの存在は、電動パワーステアリング装置の制御にとってトルク不足やトルクリップルの問題を引き起こす原因となっている。以下、この問題について詳しく説明する。 However, the existence of this dead time causes a problem of torque shortage and torque ripple for the control of the electric power steering apparatus. Hereinafter, this problem will be described in detail.
先ずデッドタイム、ターンオンタイム及びターンオフタイムについて、図11のタイムチャートに関係を示して説明する。図11(A)に示す変換部130からの信号Kが、FET1及びFET3に対するオンオフ信号とする。しかし、実際にはFET1には図11(B)に示すゲート信号K1が与えられ、FET3には図11(C)に示すゲート信号K2が与えられる。つまり、ゲート信号K1及びK2にはいずれもデッドタイムTdが確保されている。FET1及びFET3で構成される端子電圧を、図11(D)に示すVanとする。ゲート信号K1によるオン信号が与えられてもFET1は直ちにオンせず、ターンオンタイムTonの時間を要してターンオンしており、オフ信号を与えても直ちにオフせず、ターンオフタイムToffの時間を要している。なお、Vdcはインバータの電源電圧(バッテリ114の電圧)である。
First, the dead time, turn-on time, and turn-off time will be described with reference to the time chart of FIG. A signal K from the
よって、全遅れ時間Ttotは、下記(1)式のように示される。
Ttot=Td+Ton−Toff …(1)
ここで、ターンオンタイムTonやターンオフタイムToffは、使用するFETやIGBTなどの種類、容量などによって変化する。また、デッドタイムTdは一般的にターンオンタイムTonやターンオフタイムToffよりは大きい値である。
Therefore, the total delay time Ttot is expressed by the following equation (1).
Ttot = Td + Ton−Toff (1)
Here, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff vary depending on the type and capacity of the FET and IGBT to be used. The dead time Td is generally larger than the turn-on time Ton and the turn-off time Toff.
次に、デッドタイムTdによる影響について説明する。 Next, the influence of the dead time Td will be described.
先ず、電圧に対する影響は次のようなものである。図11に示したように、理想のゲート信号Kに対して実際のゲート信号K1及びK2は、デッドタイムTdの影響でゲート信号Kとは異なったものとなる。そのため電圧に歪みが発生するが、その歪み電圧ΔVは、モータ電流の向きが正の場合(電流の向きが電源からモータへ流れる場合)は下記(2)式になり、電流の向きが負の場合(電流の向きがモータから電源へ流れる場合)は下記(3)式になる。
−ΔV=−(Ttot/Ts)・(Vdc/2) …(2)
ここで、TsはインバータをPWM制御した場合のPWM周波数Fsの逆数Ts=1/fsである。
ΔV=(Ttot/Ts)・(Vdc/2) …(3)
上記(2)式及び(3)式を1つの式で表わすと、下記(4)式のようになる。
ΔV=−sign(Is)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2) …(4)
ここで、sign(Is)はモータ電流の極性を表わしている。
上記(4)式から導かれることは、歪み電圧ΔVは周波数fsが高く、電源電圧Vdcが大きい時ほどデッドタイムTdの影響が大きく現れることである。
First, the influence on the voltage is as follows. As shown in FIG. 11, the actual gate signals K1 and K2 with respect to the ideal gate signal K are different from the gate signal K due to the influence of the dead time Td. As a result, distortion occurs in the voltage. The distortion voltage ΔV is expressed by the following equation (2) when the direction of the motor current is positive (when the direction of the current flows from the power source to the motor), and the direction of the current is negative. In the case (when the direction of current flows from the motor to the power source), the following equation (3) is obtained.
−ΔV = − (Ttot / Ts) · (Vdc / 2) (2)
Here, Ts is the reciprocal Ts = 1 / fs of the PWM frequency Fs when the inverter is PWM-controlled.
ΔV = (Ttot / Ts) · (Vdc / 2) (3)
When the above equations (2) and (3) are expressed by one equation, the following equation (4) is obtained.
ΔV = −sign (Is) · (Ttot / Ts) · (Vdc / 2) (4)
Here, sign (Is) represents the polarity of the motor current.
What is derived from the above equation (4) is that the distortion voltage ΔV has a higher frequency fs, and the larger the power supply voltage Vdc, the greater the influence of the dead time Td.
電圧歪みに対するデッドタイムTdの影響について説明したが、電流或いはトルクに関しても、デッドタイムTdによる好ましくない影響がある。電流歪みについては、電流が正から負へ、或いは負から正へ変化するときに電流が零付近に張り付く現象(零クランピング現象)がデッドタイムTdによって引き起こされる。これは負荷(モータ)がインダクタンスのため、デッドタイムTdによる電圧の減少が電流を零に維持しようとする傾向があるためである。 Although the influence of the dead time Td on the voltage distortion has been described, the current or torque also has an undesirable influence due to the dead time Td. Regarding the current distortion, a phenomenon (zero clamping phenomenon) in which the current sticks to near zero when the current changes from positive to negative or from negative to positive is caused by the dead time Td. This is because the load (motor) is an inductance, and the voltage decrease due to the dead time Td tends to keep the current at zero.
また、トルクに対するデッドタイムTdの影響としては、トルクの出力不足やトルクリップルの増加に現れる。つまり、電流歪みが低次の高調波を発生させ、それがトルクリップルの増加につながる。また、トルクの出力不足は、理想の電流よりデッドタイムTdの影響を受けた現実の電流が小さくなるために発生する。 Further, the influence of the dead time Td on the torque appears in a shortage of torque output and an increase in torque ripple. That is, current distortion generates low-order harmonics, which leads to an increase in torque ripple. Further, the torque output shortage occurs because the actual current affected by the dead time Td is smaller than the ideal current.
このようなデッドタイムTdの好ましくない影響を防止するために、種々の対策、いわゆるデッドバンド補償が考えられてきた。その基本的な考えは、上記(4)式に示す歪み電圧ΔVを補償することである。よって、(4)式を補償するためには、下記(5)式で示す補正値(電圧)Δuによって補正することになる。
Δu=sign(Is)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2) …(5)
Δu = sign (Is) · (Ttot / Ts) · (Vdc / 2) (5)
デッドバンド補償で問題となるのは、電流Isの極性sign(Is)を正しく検出できないことである。電流Isの極性を測定するとき、PWM制御のノイズや前述した電流の零クランピング現象が、電流Isの極性を正しく測定することを困難にしている。 The problem with deadband compensation is that the polarity sign (Is) of the current Is cannot be detected correctly. When measuring the polarity of the current Is, the noise of PWM control and the above-described zero clamping phenomenon of the current make it difficult to measure the polarity of the current Is correctly.
多くの従来のデッドバンド補償(例えば非特許文献1)は方法が複雑で、ハードウェアの追加が必要で、さらにモータ電流などの負荷電流の変化(操舵状態)を考慮に入れた対策を施していない。そのため、インバータの上下アーム短絡を防止するためのデッドバンド補償が、モータ電圧、モータ電流の歪みや振動、或いはトルクリップルの増加を招く等の問題があった。 Many conventional deadband compensations (for example, Non-Patent Document 1) have complicated methods, require additional hardware, and take measures that take into account changes in the load current such as motor current (steering state). Absent. For this reason, the dead band compensation for preventing the short circuit between the upper and lower arms of the inverter has problems such as the distortion or vibration of the motor voltage, the motor current, or an increase in torque ripple.
また、特開2002−29441号公報(特許文献2)は、ハンドルの切増しや切戻し状態を判定しているが、デッドバンド補償については全く記述されていない。 Japanese Patent Laying-Open No. 2002-29441 (Patent Document 2) determines whether the steering wheel has been added or turned off, but does not describe any deadband compensation.
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、構成が簡単で、モータ負荷電流の影響や操舵状態も考慮にいれたデッドバンド補償を電圧指令値に対して行うことにより、モータ電圧、モータ電流の歪みや振動、トルクリップルの少ない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 for the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide dead band compensation with respect to the voltage command value with a simple configuration and taking into consideration the influence of the motor load current and the steering state. By doing so, an object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering device with less motor voltage, motor current distortion and vibration, and torque ripple.
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルク信号に基づいて演算された電流指令値と、前記電流指令値を入力とする電流制御部からの電圧指令値とに基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータをインバータによって制御す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、前記電流指令値に基づいてデッドバンド特性を演算する演算部と、ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドバンド特性のゲインを可変するゲイン部と、前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替える極性判定部とを設け、前記ゲイン部の出力に前記極性判定部が判定した極性を付与して前記電圧指令値にデッドタイム補正値として付与することにより、或いは前記電流指令値に基づいてデッドバンド特性を演算する演算部と、ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、前記操舵状態判定部の判定に従って前記デッドバンド特性のゲインを可変するゲイン部とを設け、前記ゲイン部の出力に極性を付与して前記電圧指令値にデッドタイム補正値として付与することにより、或いは前記電流指令値に基づいてデッドバンド特性を演算する演算部と、ハンドルの操舵状態を判定する操舵状態判定部と、前記操舵状態判定部の判定に従って極性判定方法を切替える極性判定部とを設け、前記デッドバンド特性に前記極性判定部が判定した極性を付与して前記電圧指令値にデッドタイム補正値として付与することにより達成される。 The present invention provides a steering assist force to a steering mechanism based on a current command value calculated based on a steering torque signal generated in a steering shaft and a voltage command value from a current control unit that receives the current command value. The above-described object of the present invention relates to a control unit for calculating a dead band characteristic based on the current command value, and a steering state for determining a steering state of a steering wheel. A determination unit; a gain unit that varies the gain of the dead band characteristic according to the determination of the steering state determination unit; and a polarity determination unit that switches a polarity determination method according to the determination of the steering state determination unit. By applying the polarity determined by the polarity determination unit to the voltage command value as a dead time correction value. Alternatively, a calculation unit that calculates a dead band characteristic based on the current command value, a steering state determination unit that determines a steering state of a steering wheel, and a gain unit that varies the gain of the dead band characteristic according to the determination of the steering state determination unit And calculating a dead band characteristic based on the current command value by giving a polarity to the output of the gain unit and giving the voltage command value as a dead time correction value, and a handle A steering state determination unit that determines a steering state and a polarity determination unit that switches a polarity determination method according to the determination of the steering state determination unit are provided, and the polarity determined by the polarity determination unit is added to the dead band characteristics to thereby apply the voltage This is achieved by giving the command value as a dead time correction value.
本発明の上記目的は、前記操舵状態判定部内の切増し切戻し判定部がハンドルの切増し及び切戻しを判定し、前記切増しが検出されたときに前記ゲインを“1”とし、前記切戻しが検出されたときに前記ゲインを“0”若しくは小とすることにより、或いは前記操舵状態判定部が開放状態を判定し、前記開放状態の判定に基づいて極性判定方法を可変とする極性判定部を設けることにより、或いは前記極性判定部が、前記モータの検出電流又は前記電流指令値、又は電流指令値に基づくモデル電流値に基づきヒステリシス付きで極性を判定し、前記開放判定部が開放状態と判定したときは前記ヒステリシス幅を大きく、それ以外では小さくなるように切替えられるようになっていることにより、或いは前記切増し切戻し判定部が、ハンドル若しくはモータ角速度信号、操舵トルク信号の少なくとも1つを用いて切増し切戻しの判定を行うことにより、或いは前記開放状態の判定に、車速信号、ハンドル若しくはモータ角度信号、ハンドル若しくはモータ角速度信号、操舵トルク信号、検出電流信号、前記電流指令値のうちの少なくとも1つを用いることによって、より効果的に達成される。 The above object of the present invention is to provide an increase / return determination unit in the steering state determination unit that determines whether the steering wheel is increased or decreased, and sets the gain to “1” when the increase is detected. Polarity determination that makes the gain “0” or small when a return is detected, or that the steering state determination unit determines an open state and makes the polarity determination method variable based on the determination of the open state The polarity determination unit determines the polarity with hysteresis based on the detected current of the motor or the current command value, or the model current value based on the current command value, and the release determination unit is in the open state. The hysteresis width is switched to be large when it is determined to be small, and it is switched to be small otherwise, or the increase / return determination unit is In addition, by determining whether to increase / return using at least one of a motor angular velocity signal and a steering torque signal, or for determining the open state, a vehicle speed signal, a steering wheel or motor angular signal, a steering wheel or motor angular velocity signal, This is achieved more effectively by using at least one of a steering torque signal, a detected current signal, and the current command value.
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、電圧指令値に対してデッドバンド補償するので、従来のノイズを含んだ実測電流を基にしたデッドバンド補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、トルクリップルの少ないデッドバンド補償を行う電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。 According to the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, since the dead band compensation is performed for the voltage command value, unlike the conventional dead band compensation based on the actually measured current including noise, the motor voltage and current are controlled. It is possible to provide a control device for an electric power steering apparatus that performs dead band compensation with less distortion and less torque ripple.
また、操舵状態に応じたモータ電流の変化も考慮したデッドバンド補償を行うので、従来のような固定値のみによるデッドバンド補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、トルクリップルの少ないデッドバンド補償が可能となる。 In addition, because dead band compensation is performed in consideration of changes in motor current according to the steering state, unlike conventional dead band compensation using only fixed values, there is little distortion in motor voltage and current, and dead band with less torque ripple. Compensation is possible.
本発明では、モデル電流と、ハンドルの切増しや切戻し、開放といった操舵状態とに応じてデッドバンド補正値の算出を行うと共に、モータを駆動するインバータの電圧指令値に対してデッドバンド補償を行う。このため、従来のノイズを含んだ実測電流を基にしたデッドバンド補償と異なり、モータ電圧、電流の歪みが少なく、トルクリップルの少ないデッドバンド補償を実現することができる。 In the present invention, the dead band correction value is calculated according to the model current and the steering state such as the steering wheel being increased, switched back, and opened, and the dead band compensation is performed for the voltage command value of the inverter that drives the motor. Do. For this reason, unlike the conventional dead band compensation based on the actually measured current including noise, it is possible to realize the dead band compensation with less distortion of the motor voltage and current and less torque ripple.
以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1はブラシ付きモータ1Aに対する本発明の構成例を示しており、トルクセンサからの操舵トルクTと、車速センサからの車速Vとが操舵補助指令値演算部4に入力され、演算された操舵補助指令値Iref1が加算部7に入力される。加算部7には、補償部8からの補償信号CMが入力されており、その加算結果Iref2(=Iref1+CM)が電流制御部3に入力され、PWMのための電圧指令値uが出力され、加算部9に入力される。補償部8は、セルフアライニングトルク及び慣性データが加算部81で加算され、その加算値に収れん性データが加算部82で加算され、その加算結果が補償値CMとして出力される。
FIG. 1 shows a configuration example of the present invention for a brushed
一方、モータ1の電流Imesは電流検出器6で検出されて電流制御部3にフィードバックされ、加算部7からの電流指令値Iref2との偏差が算出され、その偏差に基づいた電圧指令値uが出力される。電圧指令値uは加算部9に入力される。電流指令値Iref2は操舵トルクT及び車速V、角度θ及び角速度ωと共にデッドタイム補償部5Aに入力されている。デッドタイム補償部5Aからは演算されたデッドタイム補正値Δuが出力され、加算部9で加算された電圧指令値u’(=u+Δu)がインバータ2に入力される。インバータ2は入力された電圧指令値u’に基づいてPWM制御され、モータ1Aを駆動する。デッドタイム補償部5Aへの入力として、電流指令値Iref2に代えて電圧指令値uとしても良い。
On the other hand, the current Imes of the
図1はブラシ付きモータ1Aの場合の構成であるが、ブラシレスモータ1の場合の構成は図2に示すようになる。図2の表現においては、図1の補償部8は操舵補助指令値演算部4に含まれる。また、図2ではデッドタイム補償部5に操舵補助指令値演算部4からの操舵補助指令値Iref3が入力されている。
FIG. 1 shows the configuration in the case of the brushed
なお、インバータ2の構成は図10に示すような上下アームが2本の単相インバータ(2相モータの場合)でも良いし、上下アームが3本で構成される3相インバータ(3相モータの場合)であっても良い。
The configuration of the
ここではデッドタイム補償部5の構成例を図3に示して説明する。
Here, a configuration example of the dead
操舵補助指令値演算部4からの電流指令値Iref3は操舵状態判定部53に入力されると共に、デッドバンド特性部(演算部)56に入力される。デッドバンド特性部(演算部)56からのデッドバンド特性はゲイン部55に入力される。デッドバンド特性部(演算部)56は、電流指令値Iref3に対して図4に示すような特性のデッドバンド特性を有するデッドタイム補正値DBを出力する。また、極性判定部52はヒステリシス付き特性で入力信号極性を判定するものであり、極性判定部52にはモータの検出電流又は電流指令値Iref3、又は電流指令値Irefに基づくモデル電流が入力され、操舵状態判定部53からの操舵状態信号ST1に基づきヒステリシス幅を変更させるようになっている。モデル電流は、電流指令値Irefを下記(6)式の伝達関数で変換することにより得られる(例えば特願2003−310131)。
MR(s)=1/(1+Tc・s) …(6)
ここで、Tc=1/(2π・fc)であり、fcは電流制御ループのカットオフ周波
数である。
上記(6)式の1次遅れ関数は、モータ1を示す伝達関数1/(R+s・L)を電流制御部3、インバータ2、電流検出器6を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。
The current command value Iref3 from the steering assist command
MR (s) = 1 / (1 + Tc · s) (6)
Here, Tc = 1 / (2π · fc), and fc is a cutoff frequency of the current control loop.
The first-order lag function of the above equation (6) is a model function of a current control loop in which the
ここで、電流指令値Irefと実際のモータ電流Imesとの関係の一例を図5に示す。実際のモータ電流Imesはノイズを多く含んでおり、これが零電流付近での極性判定を困難なものにしている。このため実際の電流Imesを使用しないで、ノイズの無い電流指令値Irefを基に1次遅れ回路を介してモータ1のモデル電流を生成し、モデル電流に基づいて極性を判定すれば、より効果的である。
Here, an example of the relationship between the current command value Iref and the actual motor current Imes is shown in FIG. The actual motor current Imes contains a lot of noise, which makes it difficult to determine the polarity near zero current. For this reason, it is more effective if the model current of the
操舵状態判定部53は開放判定機能及び切増し切戻し判定機能を有しており、モータ角速度ω、操舵トルクT、車速V、モータ角度θ及び電流指令値Iref3が入力され、操舵状態判定部53が開放を判定した場合には操舵状態信号ST1が極性判定部52に入力され、切増し又は切戻しを判定した場合には操舵状態信号ST2がゲイン部55に入力される。極性判定部52で決定された極性sign(Pi)は乗算部57に入力され、ゲイン部55からのゲイン調整されたDBaと乗算され、デッドタイム補正値Δuとして出力される。
The steering
なお、操舵状態判定部53の開放判定機能は車速V、モータ角速度ω及び電流指令値Iref3に基づいて、ハンドルが回転していなくて操舵補助していない開放(手放し)を判定したときに操舵状態信号ST1を出力し、切増し切戻し判定機能はモータ角速度ω及び操舵トルクTに基づいて、図6に示すようにモータ角速度ω及び操舵トルクTが同方向の場合を切増しと判定し、方向が異なる場合を切戻しと判定して操舵状態信号ST2を出力する。
The opening determination function of the steering
このような構成において、その動作を説明する。 In such a configuration, the operation will be described.
モータの検出電流又は電流指令値Iref3、又は電流指令値Irefに基づくモデル電流が操舵状態信号ST1と共に極性判定部52に入力され、その極性が判定される。極性判定部52の出力であるsign(Pi)は、下記(7)式に示されるように(+1)又は(−1)の形で出力される。
The detected current of the motor or the current command value Iref3 or the model current based on the current command value Iref is input to the
実際のモータ電流やインバータ電流を測定して極性を正しく判定することは、上述したようにノイズ等で非常に困難であるが、モデル電流を用いて判定すれば、そのような心配はない。
sign(Pi)=(+1)又は(−1) …(7)
なお、極性判定部52はヒステリシス付きの極性判定となっており、ハンドル開放(手放し)状態を判定したときの操舵状態信号ST1によって、極性判定のヒステリシス幅を次のように設定する。
It is very difficult to correctly determine the polarity by measuring the actual motor current and inverter current due to noise as described above, but there is no such concern if the determination is made using the model current.
sign (Pi) = (+ 1) or (−1) (7)
The
開放時(ST1=1):ヒステリシス幅大
操舵時(ST1=0):ヒステリシス幅小
ハンドル開放を判定してヒステリシス幅を可変とする理由は、下記の通りである。電流指令の振れがデッドタイム補正ヒステリシス幅を超えた場合、デッドタイム補正の出力方向が正→負又は負→正に切り替わり、これがトルク制御を含めた閉ループによって自励振動を起こし、音となる。これは、指令値がほぼ0Aを中心に外乱により変動するような状況で起こり得る問題である。操舵状態では指令値がある値以上となるため、自励振動を起こすことはない。従って、電流指令値の定まり難い開放状態では、指令値変動に対する感度をなくすため、ヒステリシス幅を大きくし、操舵時ではデッドタイム補償の遅れを招いてトルクリップルを発生させるため、操舵時にはヒステリシス幅を小さくする。
When released (ST1 = 1): Large hysteresis width During steering (ST1 = 0): Small hysteresis width
The reason why the hysteresis width is made variable by determining the opening of the handle is as follows. When the fluctuation of the current command exceeds the dead time correction hysteresis width, the output direction of the dead time correction is switched from positive → negative or negative → positive, and this causes self-excited vibration by a closed loop including torque control, resulting in sound. This is a problem that may occur in a situation where the command value fluctuates due to a disturbance around 0A. Since the command value exceeds a certain value in the steering state, self-excited vibration does not occur. Therefore, in an open state where the current command value is difficult to be determined, the hysteresis width is increased in order to eliminate the sensitivity to the command value fluctuation, and a dead time compensation delay is generated at the time of steering to generate a torque ripple. Make it smaller.
また、操舵状態判定部53内の開放判定機能は車速V、モータ角速度ω及び電流指令値Iref3を入力とし、下記(8)式が成立したときに状態判定信号ST=1を出力するようになっている。
車速V<所定値α かつ角速度ω<所定値β
かつ|電流指令値Iref3|<所定値γ …(8)
なお、所定値αは自励振動による音が気にならない程度の車速であり、所定値βはノイズを検出しない程度の小さい値であり、所定値γはノイズを検出しない程度の小さい値である。
The opening determination function in the steering
Vehicle speed V <predetermined value α and angular velocity ω <predetermined value β
And | current command value Iref3 | <predetermined value γ (8)
The predetermined value α is a vehicle speed that does not bother the sound caused by self-excited vibration, the predetermined value β is a small value that does not detect noise, and the predetermined value γ is a small value that does not detect noise. .
また、デッドバンド特性部56からのデッドタイム補正値DBはゲイン部55に入力され、操舵状態判定部53内の切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ST2に従ってゲインを調整される。切増し切戻しの判定は前述の図6に示すように判定される。即ち、操舵トルクT(若しくは電流指令値)と角速度ω(ハンドル回転方向)が一致する場合がハンドルの切増しであり、その他は切戻しと判定し、切増し時は補正の必要があるので、操舵状態信号ST2によってゲイン部55のゲインを“1”とし、切戻し時は補正の必要がないので、操舵状態信号ST2によってゲイン部55のゲインを“0”若しくは小さくする。
The dead time correction value DB from the dead band
なお、切増し切戻しの判定は、例えば特開2003−170856に開示されているように、操舵トルクTのみで切増し切戻しの判定を行うことも可能である。 In addition, the determination of the increase / return can be performed by only the steering torque T as disclosed in, for example, JP-A-2003-170856.
上述のように、切増し切戻し判定機能からの操舵状態信号ST2によってゲイン調整されたデッドタイム補正値DBaは、乗算部57で極性判定部52からの極性(正負)に従って極性を付与されてデッドタイム補正値Δuとして出力される。
As described above, the dead time correction value DBa whose gain is adjusted by the steering state signal ST2 from the increase / return determination function is given a polarity according to the polarity (positive / negative) from the
このようにして算出された補正値Δuは、図2で示す電流制御部3の出力である電圧指令値uに加算部9で加算される。電圧指令値uに対し補正値Δuが加算される意味は、電圧指令値uの示す基本制御に、上下アーム短絡を防止するためのデッドタイムによる電圧、電流歪みやトルクリップルを改善させる補正値Δuを加味して制御することである。
The correction value Δu calculated in this way is added by the adding
なお、上述ではブラシレスモータ1に対するデッドタイムの補償を説明したが、ブラシ付きモータ1Aに対する補償も同様に可能である。この場合、図3の電流の表記とIref3は図1のIref2とする。
In the above description, the dead time compensation for the
上述では操舵状態判定部53が開放判定機能と切増し切戻し判定機能を具備する例を説明したが、図7に示すように操舵状態判定部53が切増し切戻し判定機能のみを具備し、操舵状態信号ST2によってゲイン部55のゲインのみを変えるようにしても良い。また、図8に示すように操舵状態判定部53が開放判定機能のみを具備し、操舵状態信号ST1によって極性判定部52のヒステリシスのみを変えるようにしても良い。
In the above description, an example in which the steering
本発明によれば操舵状態に応じてデッドタイムの補償を行うことができるので、厳しい騒音や振動に対する要求をもクリアすることができ、高性能なパワーステアリング装置を実現することができる。 According to the present invention, since dead time can be compensated according to the steering state, demands for severe noise and vibration can be cleared, and a high-performance power steering device can be realized.
1 ブラシレスモータ
1A ブラシ付きモータ
2 インバータ
3 電流制御部
4 操舵補助指令値演算部
5、5A デッドタイム補償部
6 電流検出器
7 減算部
8 補償部
9 加算部
52 極性判定部
53 操舵状態判定部
55 ゲイン部
56 デッドバンド特性部
57 乗算部
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