JP2016096608A - Motor control device, electric power steering device using the same, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両に関する。 The present invention relates to a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor, an electric power steering device using the same, and a vehicle.
車両に搭載する電動パワーステアリング装置の電動モータや、電動ブレーキ装置の電動モータ、電気自動車やハイブリッド車の走行用電動モータ等を駆動制御するモータ制御装置は、モータ制御系に異常が発生した場合でも電動モータの駆動を継続できることが望まれている。
上記要望に応えるために、多相電動モータの多相モータ巻線を例えば二重化し、二重化した多相モータ巻線に対して断線状態を検出する断線検出手段を備えるとともに、断線状態に応じてモータの制御量を低減する制御量低減手段を備えるモータ制御装置および車両用操舵装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Motor control devices that drive and control electric motors for electric power steering devices mounted on vehicles, electric motors for electric brake devices, electric motors for driving electric vehicles and hybrid vehicles, etc., even when an abnormality occurs in the motor control system It is desired that the drive of the electric motor can be continued.
In order to meet the above demand, for example, the multi-phase motor winding of the multi-phase electric motor is duplexed, and provided with a disconnection detecting means for detecting the disconnection state with respect to the duplexed multi-phase motor winding, and the motor according to the disconnection state. There has been proposed a motor control device and a vehicle steering device that include a control amount reducing means for reducing the control amount (see, for example, Patent Document 1).
ところで、電動パワーステアリング装置のモータ制御においては、ステアリングの操舵角や操舵速度等に応じてモータの回転角度を高精度に制御するために、モータにレゾルバが設けられている。前述した特許文献1に記載された従来例にあっては、モータの動力線の断線状態を検知し、断線状態によってモータの制御量を低減し、動力線の断線時におけるモータの発熱を低減することでモータの駆動を継続しているが、モータの動力線以外の故障、例えば、レゾルバの故障には対応していない。そのため、上記従来例では、モータに取り付けられたレゾルバが故障しモータの回転角が検出できなくなった場合に対処できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、モータのレゾルバに故障が生じた場合や、レゾルバの出力が小さい場合でも電動モータの駆動制御を継続することが可能なモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置および車両を提供することを目的としている。
By the way, in the motor control of the electric power steering apparatus, a resolver is provided in the motor in order to control the rotation angle of the motor with high accuracy in accordance with the steering angle, the steering speed, and the like of the steering. In the conventional example described in
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and continues drive control of the electric motor even when a failure occurs in the resolver of the motor or when the output of the resolver is small. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can be used, an electric power steering device using the motor control device, and a vehicle.
上記目的を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、操舵系に介挿されたトーションバーの入出力側の回転角を検出して操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記多相電動モータのモータ回転角を検出するレゾルバを含むモータ回転角検出部と、該モータ回転角検出部の異常を検出するモータ角度異常検出部と、前記多相電動モータのモータ電流検出値およびモータ電圧検出値および前記操舵トルク検出部の前記トーションバーの出力側回転角に基づいて逆起電圧によるモータ回転角を推定するモータ回転角推定部と、前記回転角検出部異常検出部でモータ回転角検出部の異常を検出したときに、当該モータ回転角検出部のモータ回転角検出値に代えて前記モータ回転角推定部のモータ回転角推定値を選択するモータ回転角選択部とを備えている。
また、上記本発明に係るパワーステアリング装置の一態様においては、前記モータ回転角推定部は、前記モータ電流検出地および前記モータ電圧検出値を用いた逆起電力推定値が小さいとき、トーションバーの出力側回転角に基づいてモータ回転角を推定してもよい。
また、本発明に係る車両の一態様は、上記電動パワーステアリング装置を備えている。
In order to solve the above-described object, an aspect of an electric power steering apparatus according to the present invention is a steering torque detector that detects a steering torque by detecting a rotation angle on the input / output side of a torsion bar inserted in a steering system. A motor rotation angle detection unit including a resolver that detects a motor rotation angle of the multiphase electric motor, a motor angle abnormality detection unit that detects abnormality of the motor rotation angle detection unit, and a motor current of the multiphase electric motor A motor rotation angle estimation unit that estimates a motor rotation angle by a back electromotive voltage based on a detection value, a motor voltage detection value, and an output side rotation angle of the torsion bar of the steering torque detection unit, and the rotation angle detection unit abnormality detection unit When an abnormality is detected in the motor rotation angle detection unit, the motor rotation angle estimation value of the motor rotation angle estimation unit is selected instead of the motor rotation angle detection value of the motor rotation angle detection unit. And a motor rotation angle selection unit for.
Further, in one aspect of the power steering device according to the present invention, the motor rotation angle estimation unit is configured such that when the estimated back electromotive force value using the motor current detection location and the motor voltage detection value is small, The motor rotation angle may be estimated based on the output side rotation angle.
Moreover, the one aspect | mode of the vehicle which concerns on this invention is equipped with the said electric power steering apparatus.
本発明によれば、モータのレゾルバの故障等により、モータ角度の検出が困難な場合においても、モータの角度を精度良く推定し、モータ制御を継続することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an electric power steering apparatus capable of accurately estimating a motor angle and continuing motor control even when it is difficult to detect the motor angle due to a motor resolver failure or the like. be able to.
以下、本発明の実施の形態について図面を伴って説明する。
図1は、本発明のモータ制御装置を、車両に搭載した電動パワーステアリング装置に適用した場合の第1の実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力がステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aと出力軸2bとを有する。入力軸2aの一端はステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで車幅方向の直進運動に変換している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment when the motor control device of the present invention is applied to an electric power steering device mounted on a vehicle.
In the figure,
The steering force transmitted to the
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結された操舵補助力を発生する例えば3相ブラシレスモータで構成される電動モータとしての3相電動モータ12とを備えている。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、図2に示すように、操舵トルクを入力軸2aおよび出力軸2b間に介挿したトーションバー3aの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を入力軸2a側に配置した入力側回転角センサ3bと出力軸2b側に配置した出力側回転角センサ3cとの角度差に変換して検出するように構成されている。
A
The steering torque sensor 3 detects the steering torque applied to the
さらに、3相電動モータ12は、図3に示すように、モータの回転位置を検出するレゾルバなどの回転位置センサ13aを備えている。この回転位置センサ13aからの検出値がモータ回転角検出回路13に供給されてこのモータ回転角検出回路13でモータ回転角θmを検出する。
モータ制御装置20には、操舵トルクセンサ3で検出された操舵トルクTおよび車速センサ21で検出された車速Vsが入力されるとともに、モータ回転角検出回路13から出力されるモータ回転角θmが入力される。
また、モータ制御装置20には、直流電圧源としてのバッテリー22から直流電流が入力されている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the three-phase
The
In addition, a direct current is input to the
制御演算装置31には、図3には図示を省略しているが、図1に示す操舵トルクセンサ3で検出した操舵トルクTおよび車速センサ21で検出した車速Vが入力されているとともに、図3に示すように、モータ回転角検出回路13から出力されるモータ回転角θmとが入力され、さらに後述する電流検出回路39Aから出力される3相電動モータ12の多相モータ巻線La〜Lcの各相のコイルL1〜L3に通電するモータ電流Iad〜Icdが入力されている。
この制御演算装置31は、図4に示すように、操舵補助電流指令値I*を算出する操舵補助電流指令値演算部34と、この操舵補助電流指令値演算部34で算出した操舵補助電流指令値I*に対して入力される角速度ωeおよび角加速度αに基づいて補償を行う補償制御演算部35と、この補償制御演算部35で補償された補償後トルク指令値I*′に基づいてd−q軸電流指令値を算出し、これを3相電流指令値に変換するd−q軸電流指令値演算部37とを有する。
Although not shown in FIG. 3, the control
As shown in FIG. 4, the control
操舵補助電流指令値演算部34は、操舵トルクTsおよび車速Vsをもとに図5に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値I*を算出する。この操舵補助電流指令値算出マップは、同図に示すように、横軸に操舵トルクTsをとり、縦軸に操舵補助電流指令値I*をとる放物線状の曲線で表される特性線図で構成されている。
そして、モータ駆動回路32Aの正常時には操舵トルクTおよび車速Vをもとに予め設定された図5で実線図示の電流指令値算出曲線Lnoを参照して操舵補助電流指令値I*を算出する。
The steering assist current
When the
補償制御演算部35は、例えばモータ角速度ωeに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値、モータ角加速度αに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するトルク補償値およびセルフアライニングトルク(SAT)を推定して補償するセルフアライニングトルク補償値を算出し、これらを足し合わせて指令値補償値Icomを算出する。
そして、補償制御演算部35は算出した指令値補償値Icomを操舵補助電流指令値演算部34から出力される操舵補助電流指令値I*に加算器36で加算することにより、補償後電流指令値I*′を算出し、この補償後電流指令値I*′をd−q軸電流指令値演算部37に出力する。
The compensation
Then, the compensation
また、d−q軸電流指令値演算部37は、d軸目標電流算出部37a、誘起電圧モデル算出部37b、q軸目標電流算出部37c及び2相/3相変換部37dを備えている。
d軸目標電流算出部37aは、補償後操舵補助電流指令値I*′とモータ角速度ωeとに基づいてd軸目標電流Id*を算出する。
誘起電圧モデル算出部37bは、モータ回転角θおよびモータ角速度ωeに基づいてd−q軸誘起電圧モデルEMF(Electro Magnetic Force)のd軸EMF成分ed(θ)およびq軸EMF成分eq(θ)を算出する。
q軸目標電流算出部37cは、誘起電圧モデル算出部37bから出力されるd軸EMF成分ed(θ)およびq軸EMF成分eq(θ)とd軸目標電流算出部37aから出力されるd軸目標電流Id*と補償後操舵補助電流指令値I*′とモータ角速度ωeとに基づいてq軸目標電流Iq*を算出する。
2相/3相変換部37dは、d軸目標電流算出部37aから出力されるd軸目標電流Id*とq軸目標電流算出部37cから出力されるq軸目標電流Iq*とを3相電流指令値Ia*、Ib*およびIc*に変換する。
The dq-axis current command
The d-axis target
The induced voltage
The q-axis target
The two-phase / three-
また、制御演算装置31では、算出したA相電流指令値Ia*、B相電流指令値Ib*およびC相電流指令値Ic*と電流検出回路39Aで検出した電流検出値Iad,IbdおよびIcdとに基づいてモータ駆動回路32Aに対する電圧指令値V1*を算出する電圧指令値演算部38を備えている。この電圧指令値演算部38は、A相電流指令値Ia*、B相電流指令値Ib*およびC相電流指令値Ic*から電流検出値Iad、IbdおよびIcdを減算して電流偏差ΔIa、ΔIbおよびΔIcを算出し、これら電流偏差ΔIa、ΔIbおよびΔIcについて例えばPI制御演算又はPID制御演算を行ってモータ駆動回路32Aに対する3相の電圧指令値V1*を算出し、算出した3相の電圧指令値V1*をモータ駆動回路32Aに出力する。
Further, the control
また、制御演算装置31には、図3及び図6に示すように、モータ駆動回路32Aとモータ電流遮断部33Aとの間に設けられたモータ電圧検出回路40Aで検出した各モータ相電圧V1ma、V1mb、V1mcが入力されている。
さらに、制御演算装置31には、図3に示すように、モータ駆動回路32Aのインバータ回路42Aに供給される直流電流を検出する電流検出回路39A1から出力される上側電流検出値IA1dと、インバータ回路42Aから接地に流れる直流電流を検出する電流検出回路39A2から出力される下側電流検出値IA2dとが入力されている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 6, the control
Further, as shown in FIG. 3, the control
そして、制御演算装置31は、各モータ相電圧Vm1a、Vm1b、Vm1cと、上側電流検出値IA1d、下側電流検出値IA2dとがA/D変換部31cに入力されている。
In the control
モータ駆動回路32Aは、制御演算装置31から出力される3相の電圧指令値V1*が入力されてゲート信号を形成するゲート駆動回路41Aと、これらゲート駆動回路41Aから出力されるゲート信号が入力されるインバータ回路42Aとを備えている。
ゲート駆動回路41Aは、制御演算装置31から電圧指令値V1*が入力されると、これら電圧指令値V1*と三角波のキャリア信号Scとをもとにパルス幅変調(PWM)した6つのゲート信号を形成し、これらゲート信号をインバータ回路42Aに出力する。
なお、6つのPWMゲート信号を制御演算装置31で共通生成してインバータ回路42Aに入力する構成としてもよい。
The
When the voltage command value V1 * is input from the control
Note that six PWM gate signals may be commonly generated by the control
また、ゲート駆動回路41Aは、制御演算装置31から入力される異常検出信号SAaが論理値“0”(正常)であるときには、モータ電流遮断部33Aに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力するとともに、電源遮断部44Aに対してハイレベルのゲート信号を出力する。また、ゲート駆動回路41Aは、異常検出信号SAaが論理値“1”(異常)であるときにはモータ電流遮断部33Aに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断するとともに、電源遮断部44Aに対してローレベルのゲート信号を出力し、バッテリー電力を遮断する。
The
第1および第2のインバータ回路42Aは、ノイズフィルタ43と、電源遮断部44Aと、電流検出回路39A1とを介してバッテリー22のバッテリー電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサCAおよびCBが接続されている。
これら第1および第2のインバータ回路42Aは、6個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6を有し、2つの電界効果トランジスタを直列に接続した3つのスイッチングアームSWAa、SWAb、SWAcを並列に接続した構成を有する。
これら第1および第2のインバータ回路42Aは、各電界効果トランジスタQ1〜Q6のゲートにゲート駆動回路41Aから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSWAa、SWAb、SWAcの電界効果トランジスタ間の接続点からA相電流Ia、B相電流Ib、C相電流Icがモータ電流遮断部33Aを介して3相電動モータ12の3相モータ巻線La、LbおよびLcに通電される。
In the first and
The first and
In these first and
また、インバータ回路42Aの各スイッチングアームSWAa、SWAb、SWAcは、下アームとなる電界効果トランジスタQ2、Q4およびQ6のソースが互いに接続されて電流検出回路39A2を介して接地され、これら電流検出回路39Aでモータ電流I1a〜I1cが検出される。
電流検出回路39A1,39A2は、図6に示すように構成されている。すなわち、電流検出回路39A1は、図7に示すように、各スイッチングアームSWAa〜SWAcの電源側と電源遮断部44Aとの間に介挿された電流検出用のシャント抵抗51Aを有する。電流検出回路39A1は、図6(a)に示すように、シャント抵抗51Aの両端電圧が抵抗R2およびR3を介して入力されるオペアンプ39aと、このオペアンプ39aの出力信号が供給される主にノイズフィルタで構成されるサンプルホールド回路39sとで構成されている。
The switching arms SWAa, SWAb, and SWAc of the
The current detection circuits 39A1 and 39A2 are configured as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 7, the current detection circuit 39A1 includes a current
そして、サンプルホールド回路39sから出力される電流検出信号IA1dが制御演算装置31のA/D変換部31cに供給される。
また、電流検出回路39A2は、図7に示すように、各スイッチングアームSWAa〜SWAcの接地側と接地との間に介挿された電流検出用のシャント抵抗52Aを有する。電流検出回路39A2は、図6(b)に示すように、シャント抵抗52Aの両端電圧が抵抗R2およびR3を介して入力されるオペアンプ39aと、このオペアンプ39aの出力信号が供給されるノイズフィルタを含むピークホールド回路39pと、オペアンプ39aの出力信号が供給される主にノイズフィルタで構成されるサンプルホールド回路39sとで構成されている。
そして、サンプルホールド回路39sから出力される電流検出信号IA2dが制御演算装置31のA/D変換部31cに供給される。
また、ピークホールド回路39pから出力される電流検出値のピークホールド信号IA3dがA/D変換部31cと後述する過電流時遮断回路70Aと電流側路回路80Aとに供給される。
Then, the current detection signal IA1d output from the
Further, as shown in FIG. 7, the current detection circuit 39A2 includes a current
Then, the current detection signal IA2d output from the
Further, a peak hold signal IA3d of a current detection value output from the
モータ電流遮断部33Aは、3つの電流遮断用の電界効果トランジスタQA1、QA2およびQA3を有する。電界効果トランジスタQA1のソースがモータ電圧検出回路40Aを介して第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSWAaのトランジスタQ1およびQ2の接続点に接続され、ドレインが3相モータ巻線L1のA相モータ巻線Laに接続されている。
また、電界効果トランジスタQA2のソースがモータ電圧検出回路40Aを介して第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSWAbのトランジスタQ3およびQ4の接続点に接続され、ドレインが3相モータ巻線Lbに接続されている。
さらに、電界効果トランジスタQA3のソースがモータ電圧検出回路40Aを介して第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSWAcのトランジスタQ5およびQ6の接続点に接続され、ドレインが3相モータ巻線Lcに接続されている。
The motor current cut-off
The source of the field effect transistor QA2 is connected to the connection point of the transistors Q3 and Q4 of the switching arm SWAb of the
Further, the source of the field effect transistor QA3 is connected to the connection point of the transistors Q5 and Q6 of the switching arm SWAc of the
そして、モータ電流遮断部33Aの電界効果トランジスタQA1〜QA3およびQB1〜QB3は寄生ダイオードDのアノードをインバータ回路42A側として各々が同一向きに接続されている。
また、電源遮断部44Aは、1つの電界効果トランジスタ(FET)QCおよびQDと寄生ダイオードとの並列回路で構成され、電界効果トランジスタQCおよびQDのドレインがノイズフィルタ43を介してバッテリー22に接続され、ソースがインバータ回路42Aに接続されている。なお、これら電源遮断部44Aは上記構成に限らず、図7に示すように、寄生ダイオードが逆向きとなるように2つの電源遮断部44A,44A′を直列に接続するようにしてもよい。
The field effect transistors QA1 to QA3 and QB1 to QB3 of the motor
The
次に、上記実施形態の動作を説明する。
図示しないイグニッションスイッチがオフ状態であって車両が停止していると共に、操舵補助制御処理も停止している作動停止状態であるときには、モータ制御装置20の制御演算装置31が非作動状態となっている。このため、制御演算装置31で実行される操舵補助制御処理および異常監視処理は停止されている。したがって、電動モータ12は作動を停止しており、操舵補助機構10への操舵補助力の出力を停止している。
この作動停止状態からイグニッションスイッチをオン状態とすると、制御演算装置31が作動状態となり、操舵補助制御処理および異常監視処理を開始する。このとき、各モータ駆動回路32Aのインバータ回路42Aにおける各電界効果トランジスタQ1〜Q6にオープン故障およびショート故障が発生していない正常状態であるものとする。このときには、ステアリングホイール1を操舵していない非操舵状態では、制御演算装置31で実行する操舵補助制御処理で操舵トルクTが“0”であり、車速Vも“0”であるので、図5の電流指令値算出マップにおける実線図示の正常時電流指令値算出曲線Lnoを参照して操舵補助電流指令値を算出する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
When an ignition switch (not shown) is in an off state and the vehicle is stopped and the steering assist control process is also stopped, the control
When the ignition switch is turned on from this operation stop state, the control
そして、算出された操舵補助電流指令値I*とモータ回転角検出回路13から入力されるモータ電気角θeとに基づいてd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を算出し、算出したd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*をdq二相−三相変換処理を行ってA相電流指令値Ia*、B相電流指令値Ib*およびC相電流指令値Ic*を算出する。
さらに、各相電流指令値Ia*、Ib*およびIc*と、電流検出回路39Aで検出した各相電流検出値IA1dからその加算を含む演算にて算出される各相電流検出値Iad、IbdおよびIbcとの電流偏差ΔIa、ΔIbおよびΔIcを算出し、算出した電流偏差ΔIa、ΔIbおよびΔIcをPI制御処理又はPID制御処理を行って目標電圧指令値Va*、Vb*およびVc*を算出する。
Then, a d-axis current command value Id * and a q-axis current command value Iq * are calculated based on the calculated steering assist current command value I * and the motor electrical angle θe input from the motor rotation
Furthermore, each phase current command value Ia *, Ib * and Ic * and each phase current detection value Iad, Ibd calculated by calculation including the addition from each phase current detection value IA1d detected by the current detection circuit 39A and Current deviations ΔIa, ΔIb, and ΔIc from Ibc are calculated, and the target current command values Va *, Vb *, and Vc * are calculated by performing PI control processing or PID control processing on the calculated current deviations ΔIa, ΔIb, and ΔIc.
そして、算出した目標電圧指令値Va*、Vb*およびVc*を電圧指令値V1*としてモータ駆動回路32Aのゲート駆動回路41Aに出力する。また、制御演算装置31は、インバータ回路42Aが正常であるので、論理値“0”の異常検出信号SAaおよびSAbをゲート駆動回路41Aおよび41Bに出力する。
このため、ゲート駆動回路41Aおよび41Bでは、モータ電流遮断部33Aおよび33Bに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力する。したがって、モータ電流遮断部33Aおよび33Bの電界効果トランジスタQA1〜QA3およびQB1〜QB3がオン状態となって、インバータ回路42Aおよび42Bと3相電動モータ12の3相モータ巻線L1およびL2との間が導通状態となって、3相電動モータ12に対する通電制御が可能な状態となる。
Then, the calculated target voltage command values Va *, Vb * and Vc * are output as voltage command values V1 * to the
For this reason, the
これと同時に、ゲート駆動回路41Aから電源遮断部44Aに対してハイレベルのゲート信号を出力する。このため、電源遮断部44Aの電界効果トランジスタQCおよびQDがオン状態となってバッテリー22からの直流電流がノイズフィルタ43を介してインバータ回路42Aに供給される。
さらに、ゲート駆動回路41Aでは、制御演算装置31から入力される電圧指令値V1*に基づいてパルス幅変調を行ってゲート信号を形成し、形成したゲート信号をインバータ回路42Aの各電界効果トランジスタQ1〜Q6のゲートに供給する。
したがって、車両が停止状態で、ステアリングホイール1を操舵していない状態では、操舵トルクTsが“0”であるので、操舵補助電流指令値も“0”となって電動モータ12は停止状態を維持する。
At the same time, a high-level gate signal is output from the
Further, the
Therefore, when the vehicle is stopped and the
しかしながら、車両の停止状態または車両の走行開始状態でステアリングホイール1を操舵して所謂据え切りを行うと、操舵トルクTsが大きくなることにより、図5を参照して、大きな操舵補助電流指令値I*が算出され、これに応じた大きな電圧指令値V1*がゲート駆動回路41Aに供給される。このため、ゲート駆動回路41Aから大きな電圧指令値V1*に応じたデューティ比のゲート信号がインバータ回路42Aに出力される。
したがって、インバータ回路42Aから操舵補助電流指令値I*に応じた120度の位相差を有するA相電流I1a、B相電流I1b、C相電流I1cおよびI2a、I2bおよびI3cが出力され、これらがモータ電流遮断部33Aの各相に対応する電界効果トランジスタQA1〜QA3およびQB1〜QB3を通って3相電動モータ12の3相モータ巻線La〜Lcに供給される。
However, when the
Therefore, an A-phase current I1a, B-phase current I1b, C-phase currents I1c and I2a, I2b and I3c having a phase difference of 120 degrees corresponding to the steering assist current command value I * are output from the
これにより、電動モータ12が回転駆動されて、操舵トルクTsに応じた目標操舵補助電流値I*に対応する大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ11を介して出力軸2bに伝達される。このため、ステアリングホイール1を軽い操舵力で操舵することができる。
その後、車速Vsが増加すると、これに応じて算出される操舵補助電流指令値が据え切り時に比較して低下して電動モータ12で操舵トルクTsおよび車速Vsに応じて適度に減少させた操舵補助力を発生する。
このように、インバータ回路42Aが正常で、3相電動モータ12に供給されるモータ電流Ia、IbおよびIcが正常である場合には、操舵トルクTsおよび車速Vsに最適なモータ電流が3相電動モータ12に供給される。
As a result, the
Thereafter, when the vehicle speed Vs increases, the steering assist current command value calculated in accordance therewith decreases compared to the time of stationary, and the steering assist is decreased moderately by the
Thus, when the
また、上記実施形態においては、電流検出回路39Aを各インバータ回路に2つのシャント抵抗51A,52Aを使用してモータ電流の検出を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明では、モータ駆動回路32Aの各相スイッチングアームSWAa〜SWAcの接地側に個別にシャント抵抗を介挿して、各相のモータ電流を検出したり、3つのシャント抵抗のうち一つを省略して省略した相のモータ電流を演算で算出したりするようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the current detection circuit 39A detects the motor current using the two
また、上記実施形態においては、制御演算装置31がA/D変換部31cを内蔵している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電流検出回路39A1,39A2の出力側にA/D変換部を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、モータ回転角検出回路13がレゾルバを使用した構成である場合について説明したが、このモータ回転角検出回路13については、図8に示すように、バックアップ制御を行っている。
すなわち、モータ回転角検出回路13の具体的構成は、図8に示すように、メインモータ回転角検出回路86と、サブモータ回転角検出回路87と、これらメインモータ回転角検出回路86およびサブモータ回転角検出回路87から出力されるモータ回転角θm1およびθm2を選択する回転角選択部88とを備えている。
In the above-described embodiment, the case where the control
In the above embodiment, the case where the motor rotation
That is, the specific configuration of the motor rotation
メインモータ回転角検出回路86は、3相電動モータ12の回転角を検出するレゾルバ86Aと、このレゾルバ86Aから出力される3相電動モータ12の回転角に応じたsin信号およびcos信号に基づいてモータ回転角θmを演算する角度演算部86Bと、レゾルバ86Aおよび角度演算部86Bの異常を検出し、異常検出信号SArを出力する異常検出部86Cとを備えている。
また、サブモータ回転角検出回路87は、モータ電流検出値Imと、モータ電圧検出値Vmと、前述した図2における出力側回転角センサ3cから出力される出力軸角度検出信号θosが入力されている。
このサブモータ回転角検出回路87は、モータ電流検出値Imおよびモータ電圧検出値Vmに基づいて逆起電圧EMFを算出し、算出した逆起電圧EMFに基づいてモータ回転角θmを推定する第1のモータ回転角推定部87Aと、出力軸角度検出信号θosに基づいてモータ回転角θmを推定する第2のモータ回転角推定部87Bと、第1のモータ回転角推定部87Aおよび第2のモータ回転角推定部87Bのモータ回転角推定値θme1およびθme2を選択する選択部87Cとを備えている。
The main motor rotation
The sub motor rotation
The sub motor rotation
ここで、選択部87Cは、第1のモータ回転角推定部87Aで算出した逆起電圧EMFが入力され、逆起電圧EMFが所定閾値以上であるときには第1のモータ回転角推定部87Aで推定したモータ回転角推定値θme1を選択し、逆起電圧EMFが所定閾値未満であるときには第2のモータ回転角推定部87Bで推定したモータ回転角推定値θme2を選択してモータ回転角θm2として出力する。
また、回転角選択部88は、メインモータ回転角検出回路86の異常検出部86Cから出力される異常検出信号SArが異常なしを表す論理値“0”であるときに、メインモータ回転角検出回路86から出力されるモータ回転角θm1を選択してモータ回転角θmとして前述した制御演算装置31に出力し、異常検出信号SArが異常ありを表す論理値“1”であるときに、サブモータ回転角検出回路87から出力されるモータ回転角θm2を選択してモータ回転角θmとして制御演算装置31に出力する。
Here, the
In addition, the rotation angle selection unit 88 has a main motor rotation angle detection circuit when the abnormality detection signal SAr output from the abnormality detection unit 86C of the main motor rotation
このように、モータ回転角検出回路13をメインモータ回転角検出回路86とサブモータ回転角検出回路87と、回転角選択部88とで構成することにより、メインモータ回転角検出回路86が正常であるときには、このメインモータ回転角検出回路86から出力される高精度のモータ回転角θm1をモータ回転角θmとして制御演算装置31に出力する。そして、メインモータ回転角検出回路86に異常が発生した場合には、サブモータ回転角検出回路87で推定したモータ回転角推定値θme1又はθme2をモータ回転角θmとして制御演算装置31に出力する。
As described above, the motor rotation
さらに、サブモータ回転角検出回路87では、3相電動モータ12のモータ巻線La〜Lcで発生する逆起電圧EMFが所定閾値以上となるモータ回転速度が高い状態では、逆起電圧EMFに基づいてモータ回転角を推定する第1のモータ回転角推定部87Aで推定したモータ回転角推定値θme1を選択し、逆起電圧EMFが所定閾値未満となるモータ回転速度が低い領域では、逆起電圧EMFに基づいて推定するモータ回転角推定値θme1の推定精度が低下するので、第2のモータ回転角推定部87Bで出力軸角度検出信号θosに基づいて推定したモータ回転角推定値θme2を選択する。
Further, the sub motor rotation
これにより、メインモータ回転角検出回路86に異常が生じたときに、サブモータ回転角検出回路87で最低限必要な精度を確保しながらモータ回転角を求めることができる。
また、上記実施形態では、操舵トルクセンサ3が図2に示すように入力側回転角センサ3bと出力側回転角センサ3cとを備えているので、図2に示すように入力軸2a側に操舵角センサ91を設けることにより、この操舵角センサ91の操舵角検出信号θsと、出力側回転角センサ3cで検出される出力軸角度検出信号θosとに基づいて絶対操舵角θabを検出することができる。
Thus, when an abnormality occurs in the main motor rotation
In the above embodiment, since the steering torque sensor 3 includes the input side
すなわち、操舵角センサ91で、図9(a)に示すように、ステアリングホイール1の296deg周期の鋸歯状波でなる操舵角検出信号θsを出力させ、出力側回転角センサ3cで検出される出力軸2bの40deg周期の鋸歯状波でなる出力軸角度検出信号θosを出力させる。これら操舵角検出信号θsと、出力軸角度検出信号θosとが一致する操舵角は1480degとなる。そして、出力軸角度検出信号θosが操舵角検出信号θs=1480deg内のどの位置(1個目〜37個目)にあるのかをバーニア演算することにより、図9(b)に示すように、絶対操舵角θabを求めることができる。
That is, as shown in FIG. 9A, the
このためには、図10に示すように、2系統のトルクセンサ3Aおよび3Bを配置し、両トルクセンサ3Aおよび3Bから出力される入力軸回転角検出信号θisおよび出力軸角度検出信号θosをバーニア演算部92に供給するとともに、操舵角センサ91で検出した操舵角検出信号θsをバーニア演算部92に供給し、このバーニア演算部92でイグニッションスイッチがオン状態となった直後に1回バーニア演算を行って初期操舵角θinitを算出する。さらに、トルクセンサ3Aおよび3Bから出力される出力軸角度検出信号θosを平均化回路93で平均値を算出し、この平均値の変化量を積算回路94で積算して積算値を算出し、算出した積算値をバーニア演算部92で算出した初期操舵角θinitに加算することにより、絶対値操舵角θabを算出する。
For this purpose, as shown in FIG. 10, two systems of
また、上記実施形態においては、電動モータが3相電動モータである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、4相以上の多相電動モータにも本発明を適用することができる。
また、上記各実施形態においては、本発明によるモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置、ステアバイワイヤシステム、車両走行用のモータ駆動装置等の電動モータを使用する任意のシステムに本発明を適用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where an electric motor was a three-phase electric motor was demonstrated, it is not limited to this, This invention is applicable also to a polyphase electric motor more than four phases. .
Further, in each of the above embodiments, the case where the motor control device according to the present invention is applied to an electric power steering device has been described. However, the present invention is not limited to this, and the electric brake device, the steer-by-wire system, and the vehicle driving device are used. The present invention can be applied to any system that uses an electric motor such as a motor drive device.
1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…操舵トルクセンサ、3a…トーションバー、3b…入力側回転角センサ、3c…出力側回転角センサ、8…ステアリングギヤ、10…操舵補助機構、12…3相電動モータ、La…A相モータ巻線、Lb…B相モータ巻線、Lc…C相モータ巻線、L1〜L3…コイル部、20…モータ制御装置、21…車速センサ、22…バッテリー、31…制御演算装置、32A…モータ駆動回路、33A…モータ電流遮断回路、34…操舵補助電流指令値演算部、35…補償制御演算部、36…加算器、37…d−q軸電流指令値演算部、38…電圧指令値演算部、39A1,39A2…電流検出回路、40A…電圧検出回路、41A…ゲート駆動回路、42A…インバータ回路、44A…電源遮断部、70A…過電流時遮断回路、80A…電流側路回路、86…メインモータ回転角検出回路、87…サブモータ回転角検出回路、88…角度選択部、91…操舵角センサ、92…バーニア演算部、93…平均化回路、94…積算回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
操舵系に介挿されたトーションバーの入出力側の回転角を検出して操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記多相電動モータのモータ回転角を検出するレゾルバを含むモータ回転角検出部と、
該モータ回転角検出部の異常を検出するモータ角度異常検出部と、前記多相電動モータのモータ電流検出値およびモータ電圧検出値および前記操舵トルク検出部の前記トーションバーの出力側回転角に基づいて逆起電圧によるモータ回転角を推定するモータ回転角推定部と、前記回転角検出部異常検出部でモータ回転角検出部の異常を検出したときに、当該モータ回転角検出部のモータ回転角検出値に代えて前記モータ回転角推定部のモータ回転角推定値を選択するモータ回転角選択部とを備えている電動パワーステアリング装置。 (Claim 29)
A steering torque detector for detecting a steering torque by detecting a rotation angle of an input / output side of a torsion bar inserted in the steering system;
A motor rotation angle detector including a resolver for detecting a motor rotation angle of the multiphase electric motor;
Based on a motor angle abnormality detection unit that detects an abnormality of the motor rotation angle detection unit, a motor current detection value and a motor voltage detection value of the multiphase electric motor, and an output side rotation angle of the torsion bar of the steering torque detection unit A motor rotation angle estimation unit that estimates a motor rotation angle due to a back electromotive voltage, and when the abnormality of the motor rotation angle detection unit is detected by the rotation angle detection unit abnormality detection unit, the motor rotation angle of the motor rotation angle detection unit An electric power steering apparatus comprising: a motor rotation angle selection unit that selects a motor rotation angle estimation value of the motor rotation angle estimation unit instead of a detection value.
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