(57)【要約】【課題】算出した３相ブラシレスモータの回転角に誤差を含まず、良好な操舵感を実現する電動パワーステアリング制御装置を提供する。【解決手段】運転者の操舵力を補助する３相ブラシレスモータの回転角を検出するレゾルバを備え、このレゾルバの正弦信号と余弦信号に所定の補正値を加算して中点補正を施すと共に、この補正された正弦信号と余弦信号に所定の係数を乗じて振幅補正を施し、この補正された正弦信号と余弦信号から３相ブラシレスモータの回転角を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵力を３相ブラシレスモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前記３相ブラシレスモータの回転角に応動して正弦信号と余弦信号を出力するレゾルバを備え、このレゾルバの前記正弦信号と前記余弦信号に予め定められた所定の中点補正値を加算して補正を施すと共に、この補正された正弦信号と余弦信号から前記３相ブラシレスモータの回転角を算出することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記補正を施された正弦信号と余弦信号に、予め定められた所定の振幅補正係数を乗じて第２の補正を施し、この第２の補正が施された正弦信号と余弦信号から前記３相ブラシレスモータの回転角を算出することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記中点補正値を、前記レゾルバの個々の特性バラツキに応じて不揮発性メモリに記憶することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記振幅補正係数を、前記レゾルバの個々の特性バラツキに応じて不揮発性メモリに記憶することを特徴とする請求項２または請求項３記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
電動パワーステアリング装置起動後の最初の操舵時に、前記３相ブラシレスモータが回転する際に、前記正弦信号及び余弦信号の山の値と谷の値を読み取り、この山の値と谷の値との中点と予め定められた所定の中点の値との差から前記中点補正値を求め、および／または山の値と谷の値との差と予め定められた所定の振幅値との比から前記振幅補正係数を求めることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両を運転する運転者の操舵力を３相ブラシレスモータにより補助する電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の操舵力をモータにより補助する電動パワーステアリング装置においては、運転者の操舵トルクをトルクセンサにて検出し、この操舵トルクに応じて設定した目標電流にモータ電流をフィードバック制御することにより操舵の補助力を発生している。
【０００３】
以下に、３相ブラシレスモータを用いた従来装置の動作について図４に示すブロック図に従って説明する。
同図において、電動パワーステアリング装置１は、自動車の運転者の操舵力を検出するトルクセンサ２、運転者の操舵力を補助する３相ブラシレスモータ３、この３相ブラシレスモータ３の回転角に応動して正弦信号と余弦信号を出力するレゾルバ４、および制御装置５から構成されている。
【０００４】
制御装置５は、３相ブラシレスモータ３を駆動するインバータ回路５１と、このインバータ回路５１の上下一対からなる３つのアームを構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５１１〜５１６を駆動するゲート駆動回路５２と、インバータ回路５１の下アームを構成するＦＥＴ５１４〜５１６のそれぞれのソースとグランドＧとの間に挿入された電流検出抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、これらの電流検出抵抗Ｒ１〜Ｒ３の出力を増幅して３相ブラシレスモータ３の各相の電流を検出する電流検出回路５３と、レゾルバ４を励磁する励磁回路５４と、レゾルバ４の出力を増幅する差動増幅回路５５と、３相ブラシレスモータ３の通電電流を制御するＣＰＵ５６とから構成されている。
【０００５】
ＣＰＵ５６は、電流検出回路５３で検出した３相ブラシレスモータ３のＵ相の電流ＩｕとＶ相の電流ＩｖとＷ相の電流ＩｗをＡ／Ｄ変換器Ｂ１にて読み込むと共に、レゾルバ４の出力を差動増幅回路５５で差動増幅した信号をＡ／Ｄ変換器Ｂ１にて読み取り、回転角算出ブロックＢ２にて３相ブラシレスモータ３の回転角θを算出する。
【０００６】
次に、入力座標変換ブロックＢ３にて、先に読み込んだ３相ブラシレスモータ３の３相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと回転角θから所定の変換式に基づいてｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを算出する。ここでｑ軸電流Ｉｑとは、３相ブラシレスモータ３のトルク軸の電流成分呼称であり、ｄ軸電流Ｉｄとは３相ブラシレスモータ３の励磁軸の電流成分呼称であって、３相ブラシレスモータ３の出力トルクはこのｑ軸電流Ｉｑに正比例する。
【０００７】
一方、目標電流設定ブロックＢ４ではトルクセンサ２により検出した運転者の操舵トルクに応じてｑ軸目標電流Ｔｉｑとｄ軸目標電流Ｔｉｄを設定する。
【０００８】
次に、電流制御ブロックＢ５では、このｑ軸目標電流Ｔｉｑと入力座標変換ブロックＢ３にて算出されたｑ軸電流Ｉｑとが一致し、また、ｄ軸目標電流Ｔｉｄと入力座標変換ブロックＢ３にて算出されたｄ軸電流Ｉｄとが一致するように、３相ブラシレスモータ３を駆動すべきｑ軸電圧指令Ｖｑとｄ軸電圧指令Ｖｄを算出する。
【０００９】
次に、出力座標変換ブロックＢ６では、このｑ軸電圧指令Ｖｑとｄ軸電圧指令Ｖｄを回転角θに応じて所定の変換式に基づいて３相ブラシレスモータ３のＵ相に加えるべき電圧指令Ｖｕと、Ｖ相に加えるべき電圧指令Ｖｖと、Ｗ相に加えるべき電圧指令Ｖｗを算出する。
【００１０】
次に、ＰＷＭパルス発生ブロックＢ７では、この３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じてＰＷＭパルスを発生する。インバータ回路５１はゲート駆動回路５２を介してこのＰＷＭパルスにより駆動されて３相ブラシレスモータ３に通電する。以上のようにして３相ブラシレスモータ３には、運転者の操舵トルクに応じた電流が通電される。
【００１１】
３相ブラシレスモータを用いた従来の電動パワーステアリング制御装置は前記のように動作するが、次に、この３相ブラシレスモータの回転角に応動して正弦信号と余弦信号を出力するレゾルバの構造と信号処理について詳述する。
【００１２】
３相ブラシレスモータ３の回転角を検出するセンサとして、一般にレゾルバ４が用いられる。このレゾルバ４は、図５に示すように、ブラシレスモータ３の回転軸上に配設されたロータ４１と、励磁コイル４２と、ブラシレスモータ３の回転角度の正弦を検出する正弦検出コイル４３と、ブラシレスモータ３の回転角度の余弦を検出する余弦検出コイル４４とから構成されている。
【００１３】
励磁コイル４２を図６（ａ）に示す交流信号で駆動することにより、正弦検出コイル４３の出力端には、図６（ｂ）に示すブラシレスモータ３の回転角度の正弦にて振幅変調された信号が出力され、余弦検出コイル４４の出力端には、図６（ｃ）に示すブラシレスモータ３の回転角度の余弦にて振幅変調された信号が出力される。ここで、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）の横軸は時間軸を示し、３相ブラシレスモータ３の1回転期間を表している。縦軸は各信号の振幅を示している。また、励磁コイル４２を駆動する交流信号は１０ＫＨｚの正弦波となっている。
【００１４】
レゾルバ４は前記のように構成されており、このレゾルバ４から出力される信号の処理方法として、次の方法が一般的に知られている。即ち、図７は図１におけるレゾルバ４の信号処理部分を抽出して示す図で、この図７において、レゾルバ４の励磁コイル４２は、励磁回路５４により図６（ａ）に示した交流信号により駆動される。レゾルバ４の正弦検出コイル４３の両出力端間の電圧、および余弦検出コイル４４の両出力端間の電圧を差動増幅器５５で差動増幅し、ＣＰＵ５６に出力する。
【００１５】
ＣＰＵ５６は、図６（ｂ）、および図６（ｃ）に丸印で示した正弦信号と余弦信号のピーク点、即ち、差動増幅器５５で検出された正弦信号と余弦信号のピーク点をＡ／Ｄ変換し、このピーク点を連ねた信号列から、図６（ｂ）、および図６（ｃ）に太線で示す、正弦、および余弦の信号を得る。次に、次段の正接算出ブロックＢ２１にて正弦値を余弦値で除して正接を得る。その後、次段の逆関数算出ブロックＢ２２において、この正接の逆関数から回転角θを求める（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
【特許文献１】特開２０００−５５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前記従来装置においては、以上のようにレゾルバの信号を処理して３相ブラシレスモータの回転角を得るのであるが、通常、レゾルバにはロータの偏心による誤差、あるいは正弦検出コイルと余弦検出コイルのコイル定数の誤差等が含まれており、これらの誤差が算出した回転角の誤差となって現れる。この回転角の誤差は、電動パワーステアリング装置の制御においては補助力のリップル変動となって現れ、運転者の操舵感を著しく悪化させるものである。
【００１８】
この発明は、このような従来装置の問題を除去するもので、算出した回転角に誤差を含まず、良好な操舵感を実現する電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、運転者の操舵力を補助する３相ブラシレスモータの回転角を検出するレゾルバを備え、このレゾルバの正弦信号と余弦信号に所定の補正値を加算して中点補正を施すと共に、この補正された正弦信号と余弦信号に所定の係数を乗じて振幅補正を施し、この補正された正弦信号と余弦信号から３相ブラシレスモータの回転角を算出するものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、算出した回転角に誤差を含まず、良好な操舵感を実現する電動パワーステアリング制御装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る電動パワーステアリング制御装置について好適な実施の形態を説明する。
【００２２】
実施の形態１．
先ず、この発明の実施の形態１の説明に先立ち、前述した正弦信号と余弦信号に含まれる誤差について説明する。
図１（ａ）、および図（ｂ）は誤差の具体例を示したグラフであって、図１（ａ）は正弦信号を示し、図１（ｂ）は余弦信号を示している。これらの図において横軸は回転角θの０度から３６０度までの１周期を表し、縦軸は各信号の振幅を表している。また、同図中の実線は誤差を含まない理想的な信号を表し、破線は誤差を含む信号の例を示している。これらの図に示すように、誤差は中点と振幅の各々に現れる。
【００２３】
正弦信号を表す図１（ａ）にて一点鎖線で表した理想的な中点に対して、検出された正弦信号の中点は同図中に二点鎖線で示すように所定のオフセットＥｓをもっており、余弦信号を表す図１（ｂ）にて一点鎖線で表した理想的な中点に対して、検出された余弦信号の中点は同図中に二点鎖線で示すように所定のオフセットＥｃをもっている。また、正弦信号を表す図１（ａ）に破線で示す検出された正弦信号の振幅Ａｓ２は、実線で示す理想的な振幅Ａｓ１に対して小さな値となっており、余弦信号を表す図１（ｂ）に破線で示す検出された余弦信号の振幅Ａｃ２は、実線で示す理想的な振幅Ａｃ１に対して大きな値となっている。
【００２４】
レゾルバの出力の正弦信号および余弦信号には、上述したように中点と振幅の誤差が含まれているので、従来装置において説明した回転角算出ブロックＢ２での処理を行う前段の処理として、これらの中点と振幅の誤差補正を実施することにより、算出する回転角θへの誤差の影響が除去出来る。
【００２５】
次に、この誤差の補正を含んだこの発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御装置について図２に従って説明する。
図２において、回転角算出ブロックＢ２の前段に挿入された中点振幅補正ブロックＢ８が実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御装置の補正処理を行う処理ブロックである。また、同図中のＥＥＰＲＯＭ５７にはこの補正処理の補正値が予め記憶されている。なお、図２の他の部分は前述の図1に示した従来装置と同様または等価であるので、同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２６】
次に、中点振幅補正ブロックＢ８の構成と動作について図３のブロック図に従って説明する。
図３は、図１におけるレゾルバ４の信号処理部分を抽出して示す図で、この図３において、中点振幅補正ブロックＢ８は、中点補正ブロックＢ８１と振幅補正ブロックＢ８２から構成される。Ａ／Ｄ変換器Ｂ１で取り込まれた正弦信号には次段の中点補正ブロックＢ８１にて正弦中点補正値Ｅｓが加算され、余弦信号には余弦中点補正値Ｅｃが加算される。この正弦中点補正値Ｅｓは前記図１（ａ）に示した中点の誤差Ｅｓに対応する値であり、余弦中点補正値Ｅｃは前記図１（ｂ）に示した中点の誤差Ｅｃに対応する値であって、これらの値を加算することにより前述した中点の誤差が補正される。この中点が補正された正弦信号および余弦信号に対して次段の振幅補正ブロックＢ８２にて振幅の補正が行われる。
【００２７】
正弦信号には正弦振幅補正係数Ｋｓが乗じられ、余弦信号には余弦振幅補正係数Ｋｃが乗じられる。正弦振幅補正係数Ｋｓは、前記図１（ａ）に示した理想的な振幅Ａｓ１と誤差を含んだ振幅Ａｓ２との比率であり、余弦振幅補正係数Ｋｃは、前記図１（ｂ）に示した理想的な振幅Ａｃ１と誤差を含んだ振幅Ａｃ２との比率であって、これらを乗ずることによって振幅の誤差が補正される。
【００２８】
これらの中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正係数Ｋｓ、Ｋｃは以下のように予め測定されてＣＰＵ５６にプログラムされている。
【００２９】
まず、３相ブラシレスモータ３を回転させて、前記図１（ａ）に破線で示した正弦信号と図１（ｂ）に破線で示した余弦信号とを得る。この測定で得た正弦信号の山の値と谷の値の中点から図１（ａ）に二点鎖線で示す中点の値を求め、同図に一点鎖線で示す理想的な中点との差から正弦信号の中点補正値Ｅｓを得る。また、測定で得た余弦信号の山の値と谷の値の中点から図１（ｂ）に二点鎖線で示す中点の値を求め、同図に一点鎖線で示す理想的な中点との差から余弦信号の中点補正値Ｅｃを得る。
【００３０】
次に、図１（ａ）に破線で示す測定で得た正弦信号の振幅と、同図に実線で示す理想的な正弦信号の振幅との比から正弦信号の振幅補正係数Ｋｓ得る。また、図１（ｂ）に破線で示す測定で得た余弦信号の振幅と、同図に実線で示す理想的な余弦信号の振幅との比から余弦信号の振幅補正係数Ｋｃ得る。
【００３１】
ところで、レゾルバ４の特性に個々のバラツキがある場合には、ＣＰＵ５６の外に設けた、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリ５７に、前記の中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正係数Ｋｓ、Ｋｃを個々のレゾルバの特性に合わせて予め記憶しておき、装置の起動時にこのＥＥＰＲＯＭ５７から、これらの補正値をＣＰＵ５６のメモリに転送することで対応出来る。
【００３２】
または、装置起動後の最初の操舵時に、３相ブラシレスモータ３が回転する際に、正弦信号および余弦信号の山の値と谷の値を読み取り、その値から前記の中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正値Ｋｓ、Ｋｃを算出するようにしても、個々のバラツキに対応出来る。但し、この場合には装置起動後の最初の操舵時には誤差を含んだ回転角に従って３相ブラシレスモータ３が制御されるので、操舵時の最初の瞬間において操舵感の悪化が生じる。
【００３３】
以上のようにして正弦信号と余弦信号が含む中点と振幅の誤差が補正された後に、次段の回転角算出ブロックＢ２にて回転角θが算出される。なお、この回転角θの算出方法は前述した従来装置と同様である。
【００３４】
なお、上記においては、中点補正と振幅補正の両者を補正する場合について図示説明したが、いずれか一方を補正することでも、従来装置に比べれば操舵感の悪化を解消することに寄与することになり、このような場合には、中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正係数Ｋｓ、Ｋｃのいずれか一方を予め測定してＣＰＵ５６にプログラムしたり、あるいは不揮発性メモリ５７に中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正係数Ｋｓ、Ｋｃを個々のレゾルバの特性に合わせて予め記憶すればよい。また、装置起動後の最初の操舵時に、３相ブラシレスモータ３が回転する際に、正弦信号および余弦信号の山の値と谷の値を読み取り、その値から前記の中点補正値Ｅｓ、Ｅｃと振幅補正値Ｋｓ、Ｋｃの何れかを算出すればよい。
【００３５】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、操舵力を補助する３相ブラシレスモータの回転角を検出するレゾルバの正弦信号と余弦信号に所定の補正値を加算して中点補正を施し、この補正された正弦信号と余弦信号に所定の係数を乗じて振幅補正を施し、この補正された正弦信号と余弦信号から３相ブラシレスモータの回転角を算出するようにしたので、算出した回転角に誤差を含まず、良好な操舵感を実現する電動パワーステアリング制御装置を提供することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、自動車を運転する運転者の操舵力を３相ブラシレスモータにより補助する電動パワーステアリング装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】レゾルバの出力信号が含む誤差の成分を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング制御装置に用いられるレゾルバの信号処理方法を説明するブロック図である。
【図４】従来の３相ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
【図５】レゾルバの構成を示す図である。
【図６】レゾルバの信号処理の動作説明図である。
【図７】従来装置のレゾルバの信号処理方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  電動パワーステアリング制御装置
２  トルクセンサ
３  ３相ブラシレスモータ
４  レゾルバ
５  制御装置
５１  インバータ回路
５２  ゲート駆動回路
５３  電流検出回路
５４  励磁回路
５５  差動増幅回路
５６  ＣＰＵ
５７  ＥＥＰＲＯＭ
５１１〜５１６  電界効果トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３  電流検出抵抗
Ｇ  グランド
Ｂ１  Ａ／Ｄ変換器
Ｂ２  回転角算出ブロック
Ｂ３  入力座標変換ブロック
Ｂ４  目標電流設定ブロック
Ｂ５  電流制御ブロック
Ｂ６  出力座標変換ブロック
Ｂ７  ＰＷＭパルス発生ブロック
Ｂ８  中点振幅補正ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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