車輛用轉向裝置的製作方法

2023-06-08 12:05:51

專利名稱：車輛用轉向裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有用於驅動無刷電機的電機控制裝置的車輛用轉向裝置。車輛用轉向裝置的一個例子是電動動力轉向裝置。
背景技術：
用於驅動並控制無刷電機的電機控制裝置，一般構成為根據用於檢測出轉子的旋轉角的旋轉角傳感器的輸出來控制電機電流的供給。但是，當旋轉角傳感器發生故障時，不能夠繼續進行電機控制。於是，提出了不使用旋轉角傳感器來驅動無刷電機的無傳感器驅動方式。無傳感器驅動方式是，通過推測伴隨轉子的旋轉的感應電壓，來推測磁極的相位(電機的電角)的方式。在轉子停止時和極低速旋轉時，不能夠推測感應電壓，因此以別的方式來推測磁極的相位。具體地說，對定子輸入傳感信號，檢測電機對該傳感信號的響應。基於該電機響應， 推測轉子旋轉位置。例如，在日本特開平10-M3699號公報、日本特開2009-1M811號公報中記載有相關技術。上述無傳感器驅動方式，使用感應電壓、傳感信號來推測轉子的旋轉位置，基於通過該推測而得到的旋轉位置來控制電機。但是，該驅動方式並不適合所有的用途，例如，並未建立用於適合於作為對車輛的轉向機構施加轉向輔助力的電動動力轉向裝置等車輛用轉向裝置的驅動源而使用的無刷電機的控制的方法。因此，希望實現利用其它方式的無傳感器控制。

發明內容
本發明的一個目的在於提供一種能夠以不使用旋轉角傳感器的新的控制方式來控制電機的車輛用轉向裝置。本發明的一個方式的車輛用轉向裝置的結構是，其利用具有轉子和與該轉子相對的定子的電機對車輛的轉向機構施加驅動力，該車輛用轉向裝置包括電流驅動裝置，其以旋轉坐標系的軸電流值驅動上述電機，該旋轉坐標系是依據作為控制上的旋轉角而被使用的控制角而旋轉的坐標系；控制角運算裝置，其在每個規定的運算周期，通過在控制角的前次值上加以相加角而求取控制角的此次值；車速檢測裝置，其檢測出上述車輛的速度；轉向轉矩檢測裝置，其檢測出施加於為了進行上述車輛的轉向而被操作的操作部件的轉向轉矩；指示轉向轉矩設定裝置，其設定作為轉向轉矩的目標值的指示轉向轉矩；相加角運算裝置，其根據轉矩偏差運算上述相加角，該轉矩偏差是由上述轉向轉矩檢測裝置檢測出的檢測轉向轉矩與由上述指示轉向轉矩設定裝置設定的指示轉向轉矩的偏差；指示電流值運算裝置，其基於上述轉矩偏差，求取作為上述軸電流值的目標值的指示電流值；指示電流值限制裝置，其將由上述指示電流值運算裝置求出的指示電流值限制在上限值以下；以及上限值設定裝置，其基於由上述車速檢測裝置檢測出的車速設定上述上限值。


本發明的上述目的和其它目的、特徵、優點能夠通過參考附圖的下述優選實施方式的說明變得明確，在附圖中，對相同或相似的部件標註相同的符號。圖1是用於說明應用本發明的一實施方式的電機控制裝置的電動動力轉向裝置的電結構的框圖；圖2是用於說明電機的結構的圖解圖；圖3是上述電動動力轉向裝置的控制框圖；圖4是表示指示轉向轉矩相對於轉向角的特性例的圖；圖5是用於說明轉向轉矩限制器的動作的圖；圖6是表示相對於檢測轉向轉矩的目標輔助轉矩的特性的一個例子的圖；圖7是用於說明相加角限制器的動作的流程圖；圖8是表示由圖表製作/更新部進行的車速對上限值圖表的製作處理的順序的流程圖；圖9是用於說明車速對上限值圖表的製作處理的圖；圖10是表示車速對上限值特性的一個例子的圖；圖11是表示第一指示電流值生成部的結構的框圖；圖12A是表示在指示轉向轉矩的符號為正的情況下的電流增減量相對於轉矩偏差的設定例的圖，圖12B是表示在指示轉向轉矩的符號為負的情況下的電流增減量相對於轉矩偏差的設定值的圖；圖13是表示第一指示電流值生成部的變形例的框圖；圖14是表示上限值設定部進行的上限值運算處理的順序的流程圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。圖1是用於說明應用本發明的一實施方式的車輛用轉向裝置的電動動力轉向裝置的電結構的框圖。該電動動力轉向裝置包括轉矩傳感器1，其檢測出施加於作為操縱車輛轉向的操作部件的轉向盤10的轉向轉矩T ；電機3(無刷電機)，其經由減速機構7對車輛的轉向機構2施加轉向輔助力；轉向角傳感器4，其檢測出作為轉向盤10的旋轉角的轉向角；旋轉變壓器8(旋轉角傳感器)，其檢測出電機3內的轉子的旋轉角；電機控制裝置5， 其驅動並控制電機3 ；以及車速傳感器6，其檢測出搭載有該電動動力轉向裝置的車輛的速度。旋轉變壓器8生成與轉子旋轉角(轉子旋轉位置)對應的正弦波信號和餘弦波信號。電機控制裝置5根據旋轉變壓器8的輸出信號、轉矩傳感器1檢測出的轉向轉矩、 轉向角傳感器4檢測出的轉向角和車速傳感器6檢測出的車速，驅動電機3，從而實現與轉向狀況和車速對應的適當的轉向輔助。電機3在該實施方式中是三相無刷電機，如圖2以圖解的方式所表示的那樣，具有作為磁場的轉子50 ；以及配置於與該轉子50相對的定子55的U相、V相和W相的定子繞組51、52、53。電機3可以是將定子相對地配置於轉子的外部的內轉子型，也可以是將定子相對地配置於筒狀的轉子的內部的外轉子型。定義以各相的定子繞組51、52、53的方向作為U軸、V軸和W軸這樣的三相固定坐標系(UVW坐標系)。此外，定義將轉子50的磁極方向作為d軸(磁極軸)，將在轉子50的旋轉平面內與d軸成直角的方向作為q軸(轉矩軸)這樣的二相旋轉坐標系(dq坐標系， 實際旋轉坐標系)。dq坐標系是與轉子50—起旋轉的旋轉坐標系。在dq坐標系下，僅q 軸電流用於轉子50的轉矩產生，因此，只要使d軸電流為零，根據期望的轉矩控制q軸電流即可。轉子50的旋轉角(轉子角)θ M是相對於U軸的d軸的旋轉角。dq坐標系是依照旋轉角θ M旋轉的實際旋轉坐標系。通過使用該轉子角θ Μ，能夠進行UVW坐標系與dq坐標系之間的坐標變換。另一方面，在該實施方式中，導入表示在控制中使用的旋轉角的控制角9e。控制角θ ^是相對於U軸的假想的旋轉角。令與該控制角θ e對應的假想的軸為γ軸，令相對於該Y軸前進90°的軸為δ軸，由此定義假想二相旋轉坐標系(γ δ坐標系，假想旋轉坐標系)。在控制角9。與轉子角θ Μ相等時，作為假想旋轉坐標系的γ δ坐標系與作為實際旋轉坐標系的dq坐標系一致。即，作為假想軸的Y軸與作為實際軸的d軸一致，作為假想軸的δ軸與作為實際軸的q軸一致。Y δ坐標系是依照控制角θ e旋轉的假想旋轉坐標系。UVW坐標系與Y δ坐標系的坐標變換能夠使用控制角進行。將控制角θ c和轉子角θ Μ的差定義為負載角、(Θ。-ΘΜ)。當按照控制角0c將Y軸電流Iy供給至電機3時，該Y軸電流Iy的q軸成分 (對q軸的正投影)成為用於轉子50的轉矩產生的q軸電流I,。S卩，在、軸電流Iy與9 軸電流I,之間，下式(1)的關係成立。Iq= Iy · sin θ L......(1)再次參照圖1。電機控制裝置5包括微型計算機11 ；被該微型計算機11控制，向電機3供給電力的驅動電路(逆變電路)12 ；以及檢測流過電機3的各相的定子繞組的電流的電流檢測部13。電流檢測部13檢測出流過電機3的各相的定子繞組51、52、53的相電流1 、Iv、 Iff(以下，在總稱時稱為「三相檢測電流I胃」)。這些是UVW坐標系中各坐標軸方向的電流值。微型計算機11具有CPU和存儲器(ROM和RAM等)，通過執行規定的程序，作為多個功能處理部起作用。該多個功能處理部，包括轉向轉矩限制器20、指示轉向轉矩設定部 21、轉向偏差運算部22、PI (比例積分)控制部23、相加角限制器對、控制角運算部沈、旋轉角運算部27、第一指示電流值生成部31、第二指示電流值生成部32、電流偏差運算部30、 PI 控制部 33、γ δ /α β (dq/α β)變換部 34Α、α β/UVW 變換部 34Β、PWM (Pulse Width Modulation，脈寬調製)控制部 35、UVW/a β 變換部 36Α、a β/y δ (α β/dq)變換部 36B、 圖表製作/更新部39、傳感器故障判定部40、指示電流切換部41、角度切換部42。指示轉向轉矩設定部21基於由轉向角傳感器4檢測出的轉向角和由車速傳感器 6檢測出的車速，設定指示轉向轉矩T*。例如，如圖4所示，在轉向角為正值(向右方向轉向的狀態)時，指示轉向轉矩T*設定為正值(向右方向的轉矩)，在轉向角為負值(向左方向轉向的狀態)時，指示轉向轉矩T*設定為負值(向左方向的轉矩)。而且，以隨著轉向角的絕對值變大，其絕對值變大的方式(在圖4的例子中非線性地變大)設定指示轉向轉矩但是，在規定的上限值(正值，例如+6Nm)和下限值(負值，例如_6Nm)的範圍內進行指示轉向轉矩T *的設定。此外，指示轉向轉矩T *以車速越大則其絕對值越小的方式設定。 即，進行車速感應控制。轉向轉矩限制器20將轉矩傳感器1的輸出限制在規定的上限飽和值+Tmax (+Tmax > ，例如+Tmax = 7Nm)與下限飽和值-Tmax (-Tmax 0，例如ω_ 的既定值=45度)決定。該規定的限制值ω_的既定值例如基於最大轉向角速度決定。 最大轉向角速度是指作為轉向盤10的轉向角速度假設的最大值，例如為SOOdeg/sec左右。最大轉向角速度時的轉子50的電角的變化速度(電角下的角速度，最大轉子角速度)，如下式( 所示，為最大轉向角速度、減速機構7的減速比、轉子50的極對數的積。極對數是指轉子50具有的磁極對(N極和S極的對)的個數。最大轉子角速度=最大轉向角速度X減速比X極對數......(2)控制角θ c的運算期間(運算周期)中的轉子50的電角變化量的最大值(轉子角變化量最大值)，如下式C3)所示，是在最大轉子角速度上乘以運算周期的值。轉子角變化量最大值=最大轉子角速度X運算周期=最大轉向角速度X減速比X極對數X運算周期......(3)該轉子角變化量最大值為在一個運算周期間能夠允許的控制角θ c的最大變化量。於是，只要使上述轉子角變化量最大值為限制值ω χ的既定值即可。使用該限制值 ω_，相加角α的上限值UL和下限值LL能夠分別以下式0)(5)表示。UL = + max......(4)
LL = -Omax......(5利用相加角限制器M進行限制處理之後的相加角α，在控制角運算部沈的加法器^A中，與控制角θ。的前次值9乂11-1)(11是此運算周期的編號)相加(Ζ—1表示信號的前次值)。控制角運算部沈包含加法器2隊,該加法器26Α使從相加角限制器M賦予的相加角α與控制角θ c的前次值0e(n-l)相加。S卩，控制角運算部沈按照每個規定的運算周期運算控制角0e。然後，將前次運算周期的控制角作為前次值ee(n-i)，使用它求取作為這次運算周期的控制角θ c的此次值ee(n)。旋轉角運算部27基於旋轉變壓器8的輸出信號運算轉子50的旋轉角θ Ε。角度切換部42選擇由控制角運算部沈求得的控制角θ e和由旋轉角運算部27求得的轉子旋轉角θ E中的任一方，作為坐標變換用的變換角es輸出。第一指示電流值生成部31生成應流過Y δ坐標系的坐標軸(假想軸)的電流值作為指示電流值，該Y δ坐標系是與作為控制上的旋轉角的上述控制角θ e對應的假想旋轉坐標系。具體地說，生成Y軸指示電流值Iy *和δ軸指示電流值Is * (以下在對它們進行總稱時稱為「二相指示電流值Iy s *，，)。第一指示電流值生成部31使γ軸指示電流值為有效值，而使δ軸指示電流值Is *為零。更具體地說，第一指示電流值生成部31基於由指示轉向轉矩設定部21設定的指示轉向轉矩T *、由轉矩傳感器1檢測出的受到轉向轉矩限制器20的限制處理的檢測轉向轉矩Τ、由車速傳感器6檢測出的車速、由圖表製作/更新部39製作出的車速對上限值圖表，設定Y軸指示電流值Ιγ*。第一指示電流值生成部31和圖表製作/更新部39的詳細內容在後面敘述。第二指示電流值生成部32生成應流過dq坐標系的坐標軸的電流值作為指示電流值。具體地說，生成d軸指示電流值I/和q軸指示電流值I/ (以下在對它們進行總稱時稱為「二相指示電流值Id/」)。更具體地說，第二指示電流值生成部32使q軸指示電流值 Iq *為有效值，而使d軸指示電流值Id *為零。更具體地說，第二指示電流值生成部32基於由轉矩傳感器1檢測出的受到轉向轉矩限制器20的限制處理的檢測轉向轉矩T、由車速傳感器6檢測出的車速、按照車速存儲有表示目標輔助轉矩T/與轉向轉矩T的關係的輔助特性的轉矩對輔助圖表，設定q軸指示電流值I, *。轉矩對輔助圖表按照每個車種預先製作。而且，不同車種的轉矩對輔助圖表保持於第二指示電流值生成部32。第二指示電流值生成部32基於由用戶等從不同車種的轉矩對輔助圖表中選擇的該車種所對應的轉矩對輔助圖表、由車速傳感器6檢測出的車速，選擇與車速對應的輔助特性。然後，第二指示電流值生成部32基於與車速對應的輔助特性和檢測轉向轉矩T，求取與檢測轉向轉矩T對應的目標輔助轉矩T/。然後，通過使得到的目標輔助轉矩T/除以電機3的轉矩常數KT，運算q軸指示電流值I/。S卩，q軸指示電流值 I/是與目標輔助轉矩T/成比例的值。圖6是表示由與該車種對應的轉矩對輔助圖表表示的目標輔助轉矩Ta *相對於檢測轉向轉矩T的特性(以下稱為「轉矩對輔助特性」)的一個例子的圖。檢測轉向轉矩T例如設定為，用於向右方向的轉向的檢測轉向轉矩為正值，用於向左方向的轉向的檢測轉向轉矩為負值。此外，目標輔助轉矩T/設定為，用於右方向轉向的目標輔助轉矩為正值，用於左方向轉向的目標輔助轉矩為負值。目標輔助轉矩T/在檢測轉向轉矩T為正值時為正值，在檢測轉向轉矩T為負值時為負值。在圖6所示的轉矩對輔助特性中，目標輔助轉矩T/ (q軸指示電流值I/)在檢測轉向轉矩T的絕對值越大時，其絕對值越大(在圖6的例子中為非線性變大)。此外，目標輔助轉矩T/ (q軸指示電流值I/)在由車速傳感器6檢測出的車速越大時，其絕對值越小。由此，能夠在低速行駛時產生大的轉向輔助力，在高速行駛時使轉向輔助力變小。指示電流切換部41選擇由第一指示電流值生成部31生成的二相指示電流值Iy s *和由第二指示電流值生成部32生成的二相指示電流值Id/中的任一方，並向電流偏差運算部30供給。傳感器故障判定部40判定旋轉變壓器8有無故障，根據其判定結果進行電機3的控制模式的切換。例如，傳感器故障判定部40通過監視被旋轉變壓器8的信號線導出的信號，能夠檢測旋轉變壓器8的故障、旋轉變壓器8的信號線的斷線故障、旋轉變壓器8的信號線的接地故障。傳感器故障判定部40根據旋轉變壓器8有無故障的判定結果，在第一模式和第二模式間切換控制模式，生成模式切換指令。根據該模式切換指令，進行指示電流值切換部41和角度切換部42中的切換。具體地說，傳感器故障判定部40在判定為旋轉變壓器8沒有發生故障的情況下 (通常時)，將控制模式設定為第二模式。另一方面，在判定為旋轉變壓器8發生了故障的情況下(故障時)，傳感器故障判定部40將控制模式從第二模式切換為第一模式。在第二模式中，指示電流值切換部41選擇第二指示電流值生成部32所生成的二相指示電流值Idtl *輸出，角度切換部42選擇旋轉角運算部27生成的轉子旋轉角ΘΕ輸出。在第一模式中， 指示電流值切換部41選擇第一指示電流值生成部31所生成的二相指示電流值Iy s *輸出， 角度切換部42選擇控制角運算部沈生成的控制角θ。輸出。電流偏差運算部30運算相對於由指示電流值切換部41選擇的指示電流值Iys* 或Id/的二相檢測電流I γ s ( Y軸檢測電流I γ和S軸檢測電流I s)或Idtl (d軸檢測電流Id 和q軸檢測電流I,)的偏差。具體地說，在指示電流值切換部41輸出二相指示電流值Iys *時，電流偏差運算部30運算相對於Y軸指示電流值Iy *的Y軸檢測電流Iy的偏差Iy
，和相對於δ軸指示電流值Is*( = 0)的δ軸檢測電流Is的偏差IS*_IS。此外， 在指示電流值切換部41輸出二相指示電流值Id/時，電流偏差運算部30運算相對於d軸指示電流值I/ ( = 0)的d軸檢測電流Id的偏差I/_Id，和相對於q軸指示電流值I/的 q軸檢測電流I,的偏差I, *"Iq0 Y軸檢測電流I γ和S軸檢測電流I s或d軸檢測電流Id 和q軸檢測電流Itl從α β / Υ δ ( α β /dq)變換部36Β賦予偏差運算部30。UVff/α β變換部36Α將由電流檢測部13檢測出的UVW坐標系的三相檢測電流 I胃(U相檢測電流1 、V相檢測電流、和W相檢測電流Iw)變換為作為二相固定坐標系的 α β坐標系的二相檢測電流Ia和I0 (以下進行總稱時稱為「二相檢測電流Iae 」)。如圖 2所示，α β坐標系是以轉子50的旋轉中心為原點，在轉子50的旋轉平面內由α軸和與其正交的β軸(在圖2的例子中與U軸同軸)決定的固定坐標系。α β/γ δ (a β/dq) 變換部36B在控制模式為第一模式時，將二相檢測電流Iae變換為γ δ坐標系的二相檢測電流Iy和Is (以下進行總稱時稱為「二相檢測電流Iy s 」)。另一方面，在控制模式為第二模式時，α β/y δ (a β/dq)變換部36B將二相檢測電流I a e變換為dq坐標系的二相檢測電流、和以下進行總稱時稱為「二相檢測電流Id/』)。它們由電流偏差運算部30賦予。在α β/y δ (α β/dq)變換部36Β中的坐標變換中，使用由角度切換部42選擇的變換角9S。PI控制部33通過對由電流偏差運算部30運算出的電流偏差進行PI運算，生成應施加於電機3的二相指示電壓Vys* (γ軸指示電壓V廣和δ軸指示電壓Vs*)或二相指示電壓Vd/ (d軸指示電壓V/和q軸指示電壓V/)。具體地說，PI控制部33在控制模式為第一模式時生成二相指示電壓Vy δ *，在控制模式為第二模式時生成二相指示電壓Vd/。 由PI控制部33生成的二相指示電壓Vy Z或Vd/賦予γ δ/α β (dq/α β)變換部34Α。Y δ/α β (dq/α β )變換部34Α在控制模式為第一模式時將二相指示電壓Vy s * 變換為α β坐標系的二相指示電壓Vae *，在控制模式為第二模式時將二相指示電壓Vd/ 變換為α β坐標系的二相指示電壓Vae *。在該坐標變換中，使用由角度切換部42選擇的變換角9S。二相指示電壓Vae *由α軸指示電壓Va *和β軸指示電壓V0 *構成。α β/ UVW變換部34Β通過對二相指示電壓Vae *進行坐標變換運算，生成三相指示電壓VOT/。三相指示電壓Vw/由U相指示電壓V/、V相指示電壓V/和W相指示電壓V/構成。該三相指示電壓Vuv/賦予PWM控制部35。PWM控制部35生成與U相指示電壓V/、V相指示電壓V/和W相指示電壓V/分別對應的佔空比的U相PWM控制信號、V相PWM控制信號和W相PWM控制信號，並供給驅動電路12。控制電路12由與U相、V相和W相對應的三相逆變電路構成。構成該逆變電路的功率元件依據從PWM控制部35賦予的PWM控制信號而被控制，由此相當於三相指示電壓 Vw/的電壓被施加於電機3的各相的定子繞組51、52、53。電流偏差運算部30和PI控制部33構成電流反饋控制裝置。通過該電流反饋控制裝置的動作，以流過電機3的電機電流接近由指示電流值切換部41選擇的二相指示電流值Iy Z或二相指示電流值Id/的方式進行控制。圖3是上述第一模式時的上述電動動力轉向裝置的控制框圖，但是，為了使說明簡單，省略相加角限制器M的功能。通過針對指示轉向轉矩T *與檢測轉向轉矩T的偏差(轉矩偏差)Δ T的PI控制 (Kp為比例係數，K1為積分係數，1/S為積分算子)，生成相加角a。通過使該相加角α與控制角θ c的前次值θ。(η-1)相加，求取控制角θ c的此次值θε(η) = θε(η-1) + α 0此時， 控制角θ c與轉子50的實際轉子角θ Μ的偏差為負載角θ^= θ c- θ ΜΟ從而，當向依據控制角θ c的Υ δ坐標系(假想旋轉坐標系)的Y軸(假想軸) 供給依據Y軸指示電流值Iy *的Y軸電流Iy時，q軸電流成為Itl= lysine ρ該q軸電流I,用於轉子50的轉矩的產生。S卩，在電機3的轉矩常數Kt上乘以q軸電流1,(= IYsin0 L)的值，作為輔助轉矩Ta( = Κτ · ^sin θ J，經由減速機構7傳送至轉向機構2。 從來自轉向機構2的負載轉矩IY減去該輔助轉矩Ta的值，是駕駛員應施加於轉向盤10的轉向轉矩Τ。該轉向轉矩T被反饋，由此系統以將該轉向轉矩T引導至指示轉向轉矩T *的方式動作。即，為了使檢測轉向轉矩T與指示轉向轉矩Τ* 一致，求取相加角a，據此控制控制角θ c。像這樣使電流在作為控制上的假想軸的Y軸流動，另一方面，以根據指示轉向轉矩T*與檢測轉向轉矩T的偏差ΔΤ求得的相加角α更新控制角θ e，由此負載角θ ^變化， 與該負載角θ ^對應的轉矩從電機3產生。從而，能夠從電機3產生與基於轉向角和車速而設定的指示轉向轉矩T *對應的轉矩，因此，能夠將與轉向角和車速對應的適當的轉向輔助力施加於轉向機構2。即，以轉向角的絕對值越大則轉向轉矩越大且車速越大則轉向轉矩越小的方式，進行轉向輔助控制。這樣，在上述第一模式中，能夠不使用旋轉角傳感器而適當地控制電機3，進行適當的轉向輔助。另一方面，在上述第二模式中，設定與檢測轉向轉矩T和車速對應的二相指示電流值Td/，以電機3的電流收斂於該二相指示電流值Idtl *的方式進行反饋控制。而且，基於旋轉變壓器8的輸出信號求取轉子50的旋轉角θ Ε，使用該旋轉角θ Ε進行Υ δ/α β (dq/ α β)變換部34Α和α β/γ δ (α β/dq)變換部36Β中的坐標變換。即，在第二模式中，使用作為旋轉角傳感器的旋轉變壓器8控制電機3，由此進行適當的轉向輔助。利用在上述第一模式中有效化的構成部分構成第一控制裝置(負載角控制裝置)，利用在上述第二模式中有效化的構成部分構成第二控制裝置。第一控制裝置由指示轉向轉矩設定部21、轉向轉矩限制器20、轉矩偏差運算部22、PI控制部23、相加角限制器對、控制角運算部沈、第一指示電流值生成部31、電流偏差運算部30、PI控制部33、γ δ / α β (dq/ α β )變換部 34Α、α β /UVff 變換部 34Β、PWM 控制部 35、UVff/ α β 變換部 36Α、 α β/Υ δ (α β/dq)變換部36Β和圖表製作/更新部39構成。此外，第二控制裝置由旋轉角運算部27、轉向轉矩限制器20、第二指示電流值生成部32、電流偏差運算部30、PI控制部 33、γ δ/α β (dq/α β)變換部 34Α、α β/UVW 變換部!MB、P麗控制部；35、UVW/α β 變換部36Α和α β/Υ δ (α β/dq)變換部36Β構成。即，第一控制裝置和第二控制裝置共用轉向轉矩限制器20、電流偏差運算部30、PI控制部33、γ δ / α β (dq/ α β )變換部34Α、 α β/UVW變換部;34B、PWM控制部!35、UVW/a β變換部36A和α β/γ δ (α β/dq)變換部 36Β。圖7是用於說明相加角限制器M的動作的流程圖。相加角限制器M將由PI控制部23求得的相加角α與上限值UL進行比較(步驟Si)，在相加角α超過上限值UL的情況下(步驟Sl 是)，將上限值UL代入相加角α (步驟S2)。由此，對控制角Θ。加以上限值 UL( = + max)。如果由PI控制部23求得的相加角α為上限值UL以下(步驟Sl 否)，則相加角限制器M進一步將該相加角α與下限值LL進行比較(步驟S3)。然後，如果該相加角α 低於下限值(步驟S3:是)，則將下限值LL代入相加角α (步驟S4)。由此，對控制角Θ。 加以下限值LL( = -WmJ0如果由PI控制部23求得的相加角α為下限值LL以上、上限值UL以下(步驟 S3:否)，則該相加角α直接用於向控制角9。的相加。這樣，能夠將相加角α限制在上限值UL與下限值LL之間，因此，能夠實現控制的穩定化。更具體地說，即使在電流不足時或控制開始時產生控制不穩定狀態(輔助力不穩定的狀態)，也能夠促使從該狀態向穩定的控制狀態轉變。以下，詳細說明圖表製作/更新部39和第一指示電流值生成部31。在由用戶等從第二指示電流值生成部32中保持的不同車種的轉矩對輔助圖表中選擇了與該車種對應的轉矩對輔助圖表時，圖表製作/更新部39基於選擇的轉矩對輔助圖表，製作存儲有相對於車速的Y軸指示電流值的上限值的關係的車速對上限值圖表。製作出的車速對上限值圖表賦予第一指示電流值生成部31，被第一指示電流值生成部31保持。此外，圖表製作/更新部39在變更現在選擇的轉矩對輔助圖表的情況下，基於變更後的轉矩對輔助圖表，製作存儲有相對於車速的Y軸指示電流值的上限值的關係的車速對上限值圖表。然後，基於製作出的轉矩對輔助圖表，更新保持於第一指示電流值生成部31的車速對上限值圖表。圖8是表示圖表製作/更新部39進行的車速對上限值圖表的製作處理的順序的流程圖。作為製作車速對上限值圖表的基礎的轉矩對輔助圖表，是圖6所示的與轉矩對輔助特性對應的轉矩對輔助圖表。圖表製作/更新部39首先將表示車速的變量ν設定為多種車速中的一個車速 vO(步驟Sll)。然後，基於作為製作車速對上限值圖表的基礎的以車速對上限值圖表表示的轉矩對輔助特性，求取以變量ν表示的車速(圖8的說明中，稱為「車速ν」)對應的最大負載轉矩c(V)(步驟SU)。如圖6所示，通過運算與車速ν對應的轉矩對輔助特性中規定的轉向轉矩a與對應於它的目標輔助轉矩b (ν)的和，求取與車速ν對應的最大負載轉矩 c(v)0即，C(V) =a+b(v)0此處，規定的轉向轉矩a例如設定為5Nm以上的規定值(例如 6Nm)，另外，不同車速的最大負載轉矩c (ν)在車速ν越大時越小。接著，圖表製作/更新部39使用由步驟S12求得的與車速ν對應的最大負載轉矩 c (ν)和電機3的轉矩常數Kt，基於下式(6)，求取用於在電機3產生與車速ν對應的最大負載轉矩c(V)的γ軸電流值(以下稱為最大負載轉矩對應電流值d(v))(步驟S13)。d(v) =c (ν) /Kt......(6)之後，圖表製作/更新部39使用由步驟S13求得的與車速ν對應的最大負載轉矩對應電流值d(v)和相加角限制器對的限制值ω_，基於下式(7)，求取與車速ν對應的上限值軸指示電流值的上限值)(步驟S14)。ξ-(ν) = d(v)-sin(90° -ω·χ)......(7)說明基於式(7)求取上限值ξ max(v)的理由。圖9的曲線Sl表示γ軸電流Iy為最大負載轉矩對應電流值d (ν)的情況下的負載角與q軸電流Iq的關係。與使用圖2所說明的那樣，q軸電流I,使用負載角9,和Y軸電流Ιγ，以= θ c- θ M) 得到。由此，在Y軸電流Iy為最大負載轉矩對應電流值d(v)的情況下的q軸電流1,相對於負載角θ ^的變化，成為圖9中Sl所示的曲線(正弦曲線)。另外，輔助轉矩Ta為將電機3的轉矩常數Kt乘以q軸電流Itl的值。由此，輔助轉矩Ta相對於負載角的變化也是與曲線Sl同樣的正弦曲線。q軸電流I,(輔助轉矩Ta)在-90°彡的區間Ql中單調增加，在90° < 0l0)以上且為規定值+A以下的範圍內，電流增減量Δ 設定為零。而且，以隨著轉矩偏差Δ T變得小於規定值-Α，其值變得小於零的方式(圖12Α的例子中為線性變小)設定電流增減量此外，以隨著轉矩偏差△ T變得大於規定值+Α，其值變得大於零的方式(圖12Α的例子中為線性變大)設定電流增減量ΔΙγ *。在指示轉向轉矩Τ*的符號為正(Τ*彡0)的情況下，轉矩偏差ΔΤ( = Τ_Τ*)為零以上的情況是指，檢測轉向轉矩T的絕對值大於指示轉向轉矩T *的絕對值，因此是電機轉矩(輔助轉矩)不足的情況。於是，在轉矩偏差△ τ大於規定值+A的情況下，電流增減量Δ Iy *為正值，以補償輔助轉矩不足。在該情況下，轉矩偏差ΔΤ的絕對值越大，電流增減量Δ Iy *的絕對值也越大(成為絕對值大的正值)。另一方面，轉矩偏差ΔΤ( = T-T*)小於零的情況是指，檢測轉向轉矩T的絕對值小於指示轉向轉矩T *的絕對值，因此是電機轉矩(輔助轉矩)過剩的情況。於是，在轉矩偏差ΔΤ低於規定值-A的情況下，為了使輔助轉矩減少，電流增減量為負值。在該情況下，轉矩偏差△ T的絕對值越大，電流增減量△ Iy *的絕對值也越大(成為絕對值大的負值)。指示轉向轉矩Τ*的符號為負(Τ*< 0)的情況下的、相對於轉矩偏差ΔΤ的電流增減量ΔΙγ *的設定例表示於圖12Β。在轉矩偏差ΔΤ為規定值-A以上且為規定值+A以下的範圍內，電流增減量Δ 設定為零。而且，以隨著轉矩偏差Δ T變得小於規定值-Α， 其值變得大於零的方式(圖12Β的例子中為線性變大)設定電流增減量△ Iy *。此外，以隨著轉矩偏差△ T變得大於規定值+Α，其值變得小於零的方式(圖12Β的例子中為線性變小)設定電流增減量ΔΙγ*。在指示轉向轉矩Τ*的符號為負(Τ*<0)的情況下，轉矩偏差ΔΤ( = Τ_Τ*)為零以上的情況是指，檢測轉向轉矩T的絕對值小於指示轉向轉矩T *的絕對值，因此是電機轉矩(輔助轉矩)過剩的情況。於是，在轉矩偏差Δ T大於規定值+A的情況下，為了減少輔助轉矩，電流增減量△ Iy *為負值。在該情況下，轉矩偏差ΔΤ的絕對值越大，電流增減量Δ Iy *的絕對值也越大(成為絕對值大的負值)。另一方面，轉矩偏差ΔΤ( = T-T*)小於零的情況是指，檢測轉向轉矩T的絕對值大於指示轉向轉矩T *的絕對值，因此是電機轉矩(輔助轉矩)不足的情況。於是，在轉矩偏差δ T低於規定值-A的情況下，電流增減量Δ Iy *為正值，以補償輔助轉矩的不足。在該情況下，轉矩偏差△ T的絕對值越大，電流增減量△ Iy *的絕對值也越大(成為絕對值大的正值)。由指示電流增減量運算部61運算出的電流增減量Δ I γ *，在加法器62中，與指示電流值Iy *的前次值Iy * (η-1) (η是此次運算周期的編號)相加(Ζ—1表示信號的前次值)。 由此，運算出此次運算周期中的指示電流值Iγ *。即，指示電流增減量運算部61和加法器 62是用於運算指示電流值Iy *的指示電流值運算裝置。但是，指示電流值Iy *的初始值是預先決定的值(例如零)。由加法器62得到的指示電流值IyI皮賦予上下限限制器63。 上下限限制器63將由加法器62得到的指示電流值Iy *，限制為下限值ξ min( ξ min ^ 0)和上限值Ifflin)之間的值。下限值預先設定。下限值Imin例如設定為零。 另一方面，上限值ξ _由上限值設定部64設定。在由加法器62得到的指示電流值為下限值以上且為上限值以下時，上下限限制器63直接輸出該指示電流值Iy \在由加法器62得到的指示電流值Iy * 小於下限值Imin時，上下限限制器63將下限值ξ min作為此次運算周期的指示電流值I γ *輸出。在由加法器62得到的指示電流值大於上限值ξ _時，上下限限制器63將上限值作為此次運算周期的指示電流值輸出。上限值設定部64基於由圖表製作/更新部39設定的車速對上限值圖表和由車速傳感器6檢測出的車速，設定上限值ξ_。具體地說，上限值設定部64在每個上述規定的運算周期，取得由車速傳感器6檢測出的車速。然後，上限值設定部64從由圖表製作/更新部39設定的車速對上限值圖表中求取與車速對應的上限值ξ max，將得到的上限值設定於上限值限制器63。圖13是表示第一指示電流值生成部的變形例的框圖。在圖13中，對與圖11所示的各部分對應的部分標註與圖11相同的參照符號而表示。在該第一指示電流值生成部31Α 中，上限值設定部64Α的動作與圖11的上限值設定部64不同。此外，在採用第一指示電流值生成部31Α的情況下，不需要圖1的圖表製作/更新部39。如圖1中虛線所示或圖13所示，保持在第二指示電流值生成部32的不同車種的轉矩對輔助圖表中由用戶等選擇的轉矩對輔助圖表，由第二指示電流值生成部32設定於上限值設定部64Α。第二指示電流值生成部32在現在選擇的轉矩對輔助圖表變更時，使用變更後的轉矩對輔助圖表更新設定於上限值設定部64Α的轉矩對輔助圖表。上限值設定部64Α保持由第二指示電流值生成部32設定或更新的轉矩對輔助圖表。上限值設定部64Α基於保持的轉矩對輔助圖表和由車速傳感器6檢測出的車速，求取上限值ξ _，將得到的上限值ξ _設定於上下限限制器63。圖14是表示上限值設定部64Α的上限值運算處理的順序的流程圖。該處理在每個規定的運算周期執行。上限值設定部64Α取得由車速傳感器6檢測出的車速(步驟S21)。在圖14的說明中，使取得的車速為「車速ν」。接著，基於保持的轉矩對輔助圖表中與由步驟S21取得的車速ν對應的轉矩對輔助圖表(輔助特性)，求取與車速ν對應的最大負載轉矩c (ν)(步驟 S22)。通過運算與車速ν對應的轉矩對輔助圖表中的規定的轉向轉矩a和與其對應的目標輔助轉矩b (ν)的和，求取與車速ν對應的最大負載轉矩c (V)。此處，規定的轉向轉矩a例如設定為5Nm以上的規定值(例如6Nm)。接著，上限值設定部64A使用由步驟S22求得的與車速ν對應的最大負載轉矩 c (ν)和電機3的轉矩常數Kt，基於下式(10)，求取用於使電機3產生與車速ν對應的最大負載轉矩c(V)的γ軸電流值(最大負載轉矩對應電流值d(ν))(步驟S23)。d (v) =c (ν) /Kt......(10)之後，上限值設定部64Α使用在步驟S23求得的與車速ν對應的最大負載轉矩對應電流值d(v)和相加角限制器對的限制值ω_，基於下式(11)，求取與車速ν對應的上限值ξ fflax(v) ( Y軸指示電流值Ιγ *的上限值)(步驟S24)。ξ-(ν) = d(v)-sin(90° -ω·χ)......(11)在上述實施方式和變形例中，根據車速設定指示電流值Iy *的上限值ξ _，因此， 能夠將指示電流值Iy *的上限值設定為適當的值。由此，能夠實現電力效率的提高和控制的穩定化。
以上，說明了本發明的一實施方式，但本發明也能夠以其它的方式實施。例如，在上述實施方式中，與車速V對應的最大負載轉矩C (ν)通過運算與車速V對應的轉矩對輔助圖表中的規定的轉向轉矩a和與其對應的目標輔助轉矩b(v)的和而求得。但是，也可以以其它方法，例如根據車輛的性能參數求取與車速ν對應的最大負載轉矩C(V)。進一步，在上述實施方式中，說明了在電動動力轉向裝置中應用本發明的例子，但本發明也能夠在用於電動泵式油壓動力轉向裝置的電機的控制中使用，在動力轉向裝置之外，也能夠用於在線控轉向(SBW)系統、可變齒輪傳動比(VGR)轉向系統等的車輛用轉向裝置中設置的無刷電機的控制。根據本發明的結構，利用依據控制角的旋轉坐標系(Y δ坐標系，以下稱為「假想旋轉坐標系」，將該假想旋轉坐標系的坐標軸稱為「假想軸」)的軸電流值(以下稱為「假想軸電流值」)驅動電機，另一方面，控制角通過在每個運算周期加以相加角而被更新。由此， 通過在更新控制角的同時，即更新假想旋轉坐標系的坐標軸(假想軸)的同時，以假想軸電流值驅動電機，能夠產生需要的轉矩。這樣，能夠從電機產生適當的轉矩而不使用旋轉角傳感器。在本發明中，施加於為了進行車輛的轉向而被操作的操作部件的轉向轉矩，由轉向轉矩檢測裝置檢測。此外，作為轉向轉矩的目標值的指示轉向轉矩由指示轉向轉矩設定裝置設定。然後，利用相加角運算裝置根據作為檢測轉向轉矩與指示轉向轉矩的偏差的轉矩偏差運算相加角。相加角運算裝置例如以為了使檢測轉向轉矩與指示轉向轉矩一致而運算相加角的方式動作。由此，以使得檢測轉向轉矩成為指示轉向轉矩的方式決定相加角，而決定與其對應的控制角。由此，通過適當地預先決定指示轉向轉矩，能夠從電機產生適當的驅動力，並將其施加於轉向機構。即，作為依據轉子的磁極方向的旋轉坐標系(dq坐標系) 的坐標軸與上述假想軸的偏移量的負載角，被當做與指示轉向轉矩對應的值。結果，能夠從電機產生適當的轉矩，將與駕駛員的轉向意圖對應的驅動力施加於轉向機構。此外，在本發明中，利用指示電流值運算裝置，基於作為檢測轉向轉矩與指示轉向轉矩的偏差的轉矩偏差，設定作為軸電流值的目標值的指示電流值。由此，能夠根據轉矩偏差控制電機轉矩的大小。因此，能夠迅速地使檢測轉向轉矩與指示轉向轉矩一致。進一步，在本發明中，利用指示電流值限制裝置，由指示電流值運算裝置求得的指示電流值被限制為上限值以下。利用上限值設定裝置，基於由車速檢測裝置檢測出的車速設定該上限值。當指示電流值的上限值過大時，由電機電阻引起的發熱可能變大，因此電力效率變差。另一方面，在指示電流值的上限值過小時，可能無法產生必需的電機轉矩，因此， 控制變得不穩定。在本發明中，根據車速設定指示電流值的上限值，因此，能夠將指示電流值的上限值設定為適當的值。由此，能夠實現電力效率的提高和控制的穩定化。根據該結構，能夠將與最大負載轉矩和相加角限制值對應的上限值設定為指示電流值的上限值，該最大負載轉矩與由車速檢測裝置檢測出的車速對應。例如，當使相加角限制值為ω_時，能夠設定上限值，使得在指示電流值設定為上限值的狀態下，在負載角為 (90° _ω_)時，從電機產生與最大負載轉矩相當的大小的輔助轉矩。由此，能夠將負載角控制在優選範圍內。進一步，根據本發明的結構，能夠將與最大負載轉矩和相加角限制值對應的上限值設定為指示電流值的上限值，該最大負載轉矩與由車速檢測裝置檢測出的車速對應。例
1如，當使相加角限制值為ω_時，能夠設定上限值，使得在指示電流值設定為上限值的狀態下，在負載角為(90° _ω_)時，從電機產生與最大負載轉矩相當的大小的輔助轉矩。由此，能夠將負載角控制在優選範圍內。上述相加角限制值例如可以為由下式決定的值。其中，下式中的「最大轉子角速度」是指電角下的轉子角速度的最大值。相加角限制值=最大轉子角速度X運算周期例如，在電機的旋轉經由規定減速比的減速機構傳遞至車輛用轉向裝置的轉向軸的情況下，最大轉子角速度由最大轉向角速度(轉向軸的最大旋轉角速度)X減速比X極對數得到。「極對數」是指轉子所具有的磁極對(N極和S極的對)的數量。本發明的車輛用轉向裝置還包括檢測上述操作部件的轉向角的轉向角檢測裝置 (4)，上述指示轉向轉矩設定裝置優選根據由上述轉向角檢測裝置檢測出的轉向角設定指示轉向轉矩。根據該結構，根據操作部件的轉向角設定指示轉向轉矩，因此，能夠從電機產生與轉向角對應的適當的轉矩，能夠將駕駛員施加於操作部件的操作轉矩向與轉向角對應的值引導。由此，能夠得到良好的轉向感。上述指示轉向轉矩設定裝置可以根據由上述車速檢測裝置檢測出的車速設定指示轉向轉矩。根據該結構，根據車速設定指示轉向轉矩，因此能夠進行所謂的車速感應控制。結果，能夠實現良好的轉向感。例如，通過設定為在車速越大即越是高速行駛時，指示轉向轉矩越小，能夠得到優異的轉向感。此外，在權利要求書中所記載的內容的範圍中能夠實現各種設計變更。
權利要求
1.一種車輛用轉向裝置，其利用具有轉子和與該轉子相對的定子的電機對車輛的轉向機構施加驅動力，該車輛用轉向裝置的特徵在於，包括電流驅動裝置，其基於旋轉坐標系的軸電流值驅動所述電機，該旋轉坐標系是依據作為控制上的旋轉角而被使用的控制角而旋轉的坐標系；控制角運算裝置，其在每個規定的運算周期，通過在控制角的前次值上加以相加角而求取控制角的此次值；車速檢測裝置，其檢測出所述車輛的速度；轉向轉矩檢測裝置，其檢測出施加於為了進行所述車輛的轉向而被操作的操作部件的轉向轉矩；指示轉向轉矩設定裝置，其設定作為轉向轉矩的目標值的指示轉向轉矩； 相加角運算裝置，其根據轉矩偏差運算所述相加角，該轉矩偏差是由所述轉向轉矩檢測裝置檢測出的檢測轉向轉矩與由所述指示轉向轉矩設定裝置設定的指示轉向轉矩的偏差；指示電流值運算裝置，其基於所述轉矩偏差，求取作為所述軸電流值的目標值的指示電流值；指示電流值限制裝置，其將由所述指示電流值運算裝置求出的指示電流值限制在上限值以下；以及上限值設定裝置，其基於由所述車速檢測裝置檢測出的車速設定所述上限值。
2.如權利要求1所述的車輛用轉向裝置，其中，所述車輛用轉向裝置是將所述電機的驅動力作為輔助轉矩而傳遞至所述轉向機構並進行轉向輔助的電動動力轉向裝置，所述車輛用轉向裝置還包括轉矩對輔助圖表，該轉矩對輔助圖表按照每個車速存儲有表示轉向轉矩與目標輔助轉矩的關係的輔助特性，所述上限值設定裝置設定與輔助特性對應的上限值，該輔助特性與由所述車速檢測裝置檢測出的車速對應。
3.如權利要求1所述的車輛用轉向裝置，其中，所述車輛用轉向裝置是將所述電機的驅動力作為輔助轉矩而傳遞至所述轉向機構並進行轉向輔助的電動動力轉向裝置，所述車輛用轉向裝置還包括轉矩對輔助圖表，其按照每個車速存儲有表示轉向轉矩與目標輔助轉矩的關係的輔助特性；以及相加角限制裝置，其將所述相加角的絕對值限制在規定的相加角限制值以下， 所述上限值設定裝置設定與最大負載轉矩和所述相加角限制值對應的上限值，該最大負載轉矩與根據所述轉矩對輔助圖表和由所述車速檢測裝置檢測出的車速而求出的車速對應。
4.如權利要求3所述的車輛用轉向裝置，其中，與所述車速對應的最大負載轉矩是，與由所述車速檢測裝置檢測出的車速對應的輔助特性中的規定的轉向轉矩和與其對應的輔助轉矩之和。
5.如權利要求3或4所述的車輛用轉向裝置，其中， 所述上限值設定裝置還包括車速對上限值圖表，其存儲有車速與所述上限值的關係；以及在所述轉矩對輔助圖表變更時，根據變更後的轉矩對輔助圖表來更新所述車速對上限值圖表的裝置。
6.如權利要求1所述的車輛用轉向裝置，其中，還包括相加角限制裝置，該相加角限制裝置將所述相加角的絕對值限制在規定的相加角限制值以下，所述上限值設定裝置設定與最大負載轉矩和所述相加角限制值對應的上限值，該最大負載轉矩與由所述車速檢測裝置檢測出的車速對應。
全文摘要
本發明提供一種車輛用轉向裝置。由指示電流增減量運算部(61)運算出的電流增減量(ΔIγ＊)，在加法器(62)中，與指示電流值(Iγ＊)的前次值(Iγ＊(n-1))相加。由加法器(62)得到的指示電流值(Iγ＊)被賦予上下限限制器(63)。上下限限制器(63)將由加法器(62)得到的指示電流值(Iγ＊)，限制為下限值(ξmin(ξmin≥0))和上限值(ξmax(ξmax＞ξmin))之間的值。上限值設定部(64)從由圖表製作/更新部(39)設定的車速對上限值圖表，求取與由車速傳感器(6)檢測出的車速對應的上限值(ξmax)，將得到的上限值(ξmax)設定於上限值限制器(63)。
文檔編號B62D119/00GK102381349SQ20111021939
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月28日 優先權日2010年8月23日
發明者並河勳, 狩集裕二, 玉泉晴天 申請人:株式會社捷太格特