電動助力轉(zhuǎn)向裝置制造方法
【專利摘要】基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩來對多相電動機(6)進行電動機電流控制的控制單元(1)中所內(nèi)置的CPU(10)為提供電動機電流而對控制量進行計算，對用于進行電動機電流提供控制的開關(guān)元件(T1、T2、T3、T4、T5、T6)計算PWM信號。根據(jù)該PWM信號中的占空比，在檢測出規(guī)定值以上的占空比的情況下，降低電動機電流的反饋的增益。
【專利說明】電動助力轉(zhuǎn)向裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向力的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，特別涉及電動機電流的反饋控制技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，電動助力轉(zhuǎn)向裝置基于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、車速等信息來驅(qū)動電動機，以減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向力。因此，為了對電動機進行驅(qū)動控制，基本而言，需要檢測電動機電流，并進行反饋控制以使其跟隨目標(biāo)電動機電流。并且，在用于提供電動機電流的開關(guān)元件的控制中使用PWM(Pulse Width Modulat1n:脈寬調(diào)制)控制，以進行電動機電流的斷續(xù)提供，并進行以下控制，即，為了增大輔助量而提高PWM控制中的導(dǎo)通占空比，另一方面，在需求電流較小的情況下降低導(dǎo)通占空比。
[0003]另外，在反饋控制中還能使增益可變，若提高增益則能提高響應(yīng)性，相反，若降低增益則能抑制振蕩。(例如，參照專利文獻1)
現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻
[0004]專利文獻1:日本專利特開2011-16435號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0005]在上述專利文獻1所公開的技術(shù)中，在為了獲得更好的轉(zhuǎn)向感并提高安靜度而將輔助梯度設(shè)為規(guī)定值以上的情況下，會減小反饋控制所使用的增益。特別是為了確保低速、停車時的安靜度而減小這些增益，從而抑制動作聲、振動的發(fā)生。然而，在該專利文獻1所公開的技術(shù)中，在輔助梯度為規(guī)定值以上的情況下，換言之，在電動機電流值的相對于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的變化比例較大的情況下，在目標(biāo)電動機電流急劇增大時對控制進行變更。
[0006]在控制增益變更之中，增益降低會使追隨性變差，另一方面，增益提高會引起振蕩、噪聲、振動，因此必須慎重地進行判斷。
[0007]如上所述，由于在轉(zhuǎn)向中不僅會產(chǎn)生如上所述的電動機電流的急劇增大，而且還會發(fā)生各種現(xiàn)象，因此，需要根據(jù)該狀況而采取應(yīng)對措施，其條件判斷較為繁瑣。
[0008]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種基于PWM控制中的占空比來變更反饋的增益的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置包括:轉(zhuǎn)矩傳感器，該轉(zhuǎn)矩傳感器對方向盤的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進行檢測；電動機，該電動機對方向盤轉(zhuǎn)向力進行輔助；以及控制單元，該控制單元基于所述轉(zhuǎn)矩傳感器的信息來對所述電動機的電流進行控制，并輸出驅(qū)動所述電動機的PWM信號，在所述電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，所述控制單元包括微機，所述微機包括:控制量計算單元，該控制量計算單元基于所述轉(zhuǎn)矩傳感器的信息來計算目標(biāo)電動機電流值，并對提供給所述電動機的電流進行監(jiān)控，根據(jù)所述目標(biāo)電動機電流值與通過所述監(jiān)控而檢測出的實際電動機電流值之間的差異，來進行反饋控制，以計算出控制量；以及增益變更單元，該增益變更單元在根據(jù)所述控制量而檢測出所述PWM信號的占空比為規(guī)定值以上的情況下，對所述反饋控制所使用的增益進行變更。
發(fā)明效果
[0010]本發(fā)明所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置能利用上述結(jié)構(gòu)來簡單地對控制增益進行變更，其結(jié)果是，獲得能抑制噪聲、振動的發(fā)生的效果。
關(guān)于本發(fā)明的上述以外的目的、特征、觀點及效果，通過參照附圖來進行的以下本發(fā)明的詳細(xì)說明可以進一步了解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體電路的框圖。 圖2是對實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的動作進行說明的流程圖。

【具體實施方式】
[0012]下面，參照附圖，對本發(fā)明所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)選實施方式進行說明。
[0013]實施方式1.圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體電路的框圖。在圖1中，電動助力轉(zhuǎn)向裝置100主要由控制單元(以下稱為ECU) 1、通過點火鑰匙等而接通的電源2、車速傳感器3、檢測方向盤轉(zhuǎn)向力的轉(zhuǎn)矩傳感器4、電池5、以及電動機6構(gòu)成。
[0014]E⑶1以承擔(dān)控制量的計算的微機(以下稱為CPU) 10為中心，還包括:5V電源11，該5V電源11利用來自電源2的電力，由12V類電源a生成5V恒定電壓b ;接口電路12、13，該接口電路12、13將來自車速傳感器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4的信號轉(zhuǎn)換成CPU10所能接收的信號；驅(qū)動電路14,該驅(qū)動電路14根據(jù)來自CPU10的控制量來輸出用于向電動機6提供電流的控制信號；以及多個開關(guān)元件T1?T6，該多個開關(guān)元件T1?T6對向電動機6提供的電流進行提供、切斷，還包括電動機端子電壓監(jiān)控電路15，該電動機端子電壓監(jiān)控電路15用于對電動機6的控制狀態(tài)進行檢測；以及電動機電流監(jiān)控電路16。
[0015]CPU10根據(jù)車速傳感器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4的信息來對產(chǎn)生要輔助的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)電動機電流進行計算，將該控制量轉(zhuǎn)換成能由開關(guān)元件τ 1?T6進行控制的信號，并將其輸出至驅(qū)動電路14。驅(qū)動電路14基于這些信號，來輸出對各開關(guān)元件T1?T6進行PWM控制的輸出信號。這里，電動機6使用三相無刷電動機，將各相設(shè)為u相、ν相、w相。
[0016]電動機端子Mu、Mv、Mw的電壓經(jīng)電動機端子電壓監(jiān)控電路15的電阻R4、R5分壓后被輸入至各個模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 ADUu、ADMv、ADMw。另外，將電動機電流經(jīng)由電流監(jiān)控電路16輸入至各個模數(shù)轉(zhuǎn)換端口 ADIu、ADIv、ADIw。電流監(jiān)控電路16通過對連接在開關(guān)元件T2、T4、T6的各自的陽極與接地之間的電阻R1、R2、R3的電壓進行放大，來對電流進行檢測。因此，電流監(jiān)控電路16中分別插入有放大用的1C即AMP1、以及決定放大率的電阻R6、R7。
[0017]另外，電動機6中布設(shè)有用于檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)傳感器7，其信號經(jīng)由旋轉(zhuǎn)位置檢測電路17而被輸入至CPU10。作為旋轉(zhuǎn)傳感器7可以考慮霍爾元件、旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外，將用于對作為電動機電流的基礎(chǔ)的電池5的線路進行通斷的主繼電器18配置于開關(guān)元件ΤΙ、Τ3、Τ5的上游，在不需要進行控制時，或者在發(fā)生故障時為了進行應(yīng)對，驅(qū)動電路14基于CPU10的控制信號來輸出通、斷信號。以上是與現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置相同的結(jié)構(gòu)。
[0018]接著，對控制增益的可變進行說明。由于該一系列的動作、處理都由CPU10來完成，因此，基于圖2的流程圖來進行說明。
首先，當(dāng)接通電源2而向CPU10提供5V時，在步驟S1中，對RAM、端口等進行初始化。然后，在步驟S2中，輸入各種輸入信息、車速、轉(zhuǎn)矩、電動機端子電壓、電動機電流等。
[0019]接著，在步驟S3中，利用當(dāng)前的CPU10的動作狀況和步驟S2中所輸入的信息，來對ECU1的各部分中是否發(fā)生故障進行檢查，即進行所謂的故障判定。即，通過對作為轉(zhuǎn)矩傳感器監(jiān)控電路而起作用的接口電路13、電動機端子電壓監(jiān)控電路16、電動機電流監(jiān)控電路17、旋轉(zhuǎn)位置檢測電路18等的數(shù)據(jù)進行監(jiān)視，來檢查有無異常。
[0020]在步驟S4中，根據(jù)車速V1、轉(zhuǎn)矩Tr來計算目標(biāo)電動機電流IT。具體而言，例如根據(jù)車速V1、轉(zhuǎn)矩Tr的映射來計算目標(biāo)電動機電流IT。然后，根據(jù)與步驟S2中所預(yù)先輸入的實際的電動機電流Ir之間的差異，利用具有比例項、積分項的PI反饋控制，從而計算出最終的控制量CTLn。此時，比例項、積分項中分別加入有增益Kp、Ki。該步驟S4相當(dāng)于控制量計算單元。
[0021]接著，根據(jù)由電動機5的旋轉(zhuǎn)位置檢測電路17所獲得的旋轉(zhuǎn)位置，將所計算出的控制量CTLn換算成三相各自的占空比Du、Dv、Dw。這里，占空比Du、Dv、Dw表示圖1中的開關(guān)元件T1?T6的配置于電動機端子Mu、Mv、Mw的上游側(cè)的開關(guān)元件ΤΙ、T3、T5的導(dǎo)通占空比。另外，在分別與上游側(cè)開關(guān)元件ΤΙ、T3、T5相對應(yīng)的下游側(cè)開關(guān)元件T2、T4、T6中，為了防止貫通電流而將上游側(cè)開關(guān)元件T1、T3、T5的導(dǎo)通占空比進行反轉(zhuǎn)后得到的占空比作為其占空比。在該上游側(cè)開關(guān)元件Τ1、Τ3、Τ5的導(dǎo)通占空比較大的情況下，下游側(cè)開關(guān)元件Τ2、Τ4、Τ6的導(dǎo)通占空比較小，即導(dǎo)通時間較短，電流檢測用的分流電阻R1?R3配置于下游側(cè)開關(guān)元件Τ2、Τ4、Τ6的更下游，因此，在時間上難以檢測電動機電流。
[0022]在這樣的狀況下，無法檢測出三相中的一相的電動機電流。然而，在三相無刷電動機中存在流過各開關(guān)元件的電流的總和為零這一原則，利用該原則，根據(jù)能檢測出的兩相來推測出無法檢測出的一相。從而能夠進行也將該推測值包含在內(nèi)的電流反饋控制。因此，需要對能否檢測進行判斷，而為了簡化該判斷，設(shè)為若在規(guī)定占空比以上則無法進行檢測。該規(guī)定值可通過實驗來預(yù)先決定，其具有一定的余量。
[0023]因此，在步驟S6中，對根據(jù)三相的各占空比Du、Dv、Dw所計算出的最大占空比Dy是否為規(guī)定值A(chǔ)以上進行檢查。若最大占空比Dy小于規(guī)定值A(chǔ)，則設(shè)為通常的增益。在步驟S7中，設(shè)比例項增益Kp = Β，積分項增益Ki = C。另一方面，在最大占空比Dy為規(guī)定值A(chǔ)以上的情況下，在步驟S8中，變更為比例項Kp = D，積分項Ki = E。這里，D < B，E < C，例如進行70?30%的增益降低。此外，步驟S6?S8相當(dāng)于增益變更單元。
[0024]在步驟S9中，基于所計算出的三相的各占空比Du、Dv、Dw來對驅(qū)動電路14輸出信號。在步驟S10中，為了周期性地進行各處理，CPU10待機至經(jīng)過規(guī)定時間，若經(jīng)過規(guī)定時間，則返回步驟S2，繼續(xù)周期性地進行同樣的處理。
[0025]如上所述，實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置能夠根據(jù)PWM控制的占空比來進行降低、恢復(fù)、通過非常簡單的判斷來完成所述電流反饋增益的變更，并能同時進行三相、二相的切換。另外，當(dāng)占空比較大時，由于在電動機轉(zhuǎn)矩最大附近進行控制，因此，也是動作聲、振動比較大的區(qū)域。因此，還能期待該增益降低處理起到抑制上述情況的發(fā)生的效果。此外，由于在步驟S8中進行了增益變更，因此，在CPU10的下一次的步驟S4處理中，該增益變更會體現(xiàn)出效果。
[0026]實施方式2.接下來，對本發(fā)明的實施方式2所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置進行說明。實施方式2所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體電路與實施方式1相同，省略其說明。
[0027]在實施方式1中，在圖2的流程圖的步驟S8中，變更增益常數(shù)以使得增益降低，但若CPU10以例如10msec為周期對各過程進行周期性的處理，則在10msec后增益會瞬間急劇減小。因此，也存在控制的連續(xù)性發(fā)生中斷的可能性。此外，控制量也會急劇減小，下一次的過程中也存在占空比再次下降為小于規(guī)定值A(chǔ)的可能性。因此，希望在每隔10msec的處理周期進行使增益逐漸下降的遞減處理。
[0028]另外，能通過求出增益值的移動平均來防止出現(xiàn)較大的階梯狀下降。在利用如上所述的方法來使增益下降遞減的情況下，需要將其時間常數(shù)設(shè)得比電動機電流的轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)要小。
[0029]另外，若CPU10的控制周期、PWM的周期、反饋控制周期都相同則不存在問題，但需要考慮這些周期因CPU10的動作、作為E⑶1的動作狀況等而不同的情況。在這種情況下，可以考慮控制性能、聲音、振動、以及CPU10的軟件的構(gòu)建，從CPU10的控制周期、PWM的周期、反饋控制周期這三者中選擇一個。
[0030]在選擇CPU10的控制周期的情況下，進行如圖2的流程圖所示的處理，軟件構(gòu)建較為簡單。在選擇PWM的周期的情況下，由于在占空比變換時考慮增益下降來進行變換，因此，利用不同于圖2的子進程來進行變換。另一方面，在選擇反饋控制周期的情況下，只要在計算控制量時附加增益下降即可，但成為不同于圖2的子進程處理。無論哪種情況，都只要進行與其系統(tǒng)相適應(yīng)的選擇即可。
[0031]通過像這樣使增益值遞減，能防止噪音的產(chǎn)生，確?？刂频倪B續(xù)性，從而能抑制噪聲、振動。
[0032]實施方式3.接下來，對本發(fā)明的實施方式3所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置進行說明。實施方式3所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體電路與實施方式1相同，省略其說明。
[0033]在實施方式1中，在圖2的步驟S6中，對最大占空比Dy與規(guī)定值A(chǔ)進行了比較，但該比較不是進行一次，而是與不同的規(guī)定值么132、43(41>42>43)進行多次比較，每次都使增益下降。另外，若目標(biāo)電動機電流IT與實際電動機電流Ir之間的偏差在規(guī)定值以內(nèi)，則還能進一步使增益下降。在實際電動機電流Ir接近于目標(biāo)電動機電流IT的情況下，由于即使使增益下降響應(yīng)性也不會發(fā)生惡化，也不會發(fā)生振蕩，因此，從安靜度、振動抑制的兩方面來看也能進一步降低增益。
[0034]這樣，通過追加增益下降的條件，分多次來進行增益下降，能力圖實現(xiàn)安靜度的提高和振動的抑制，而無需犧牲控制的連續(xù)性。
[0035]實施方式4.接下來，對本發(fā)明的實施方式4所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置進行說明。實施方式4所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體電路與實施方式1相同，省略其說明。
[0036]在上述所說明的實施方式1至3中，將根據(jù)控制開關(guān)元件T1?T6的三相的各占空比Du、Dv、Dw所計算出的最大占空比Dy的值與規(guī)定值A(chǔ)相比較來進行判斷，但實際的占空比Dy也有可能會在每個控制周期發(fā)生較大的變動。因此，如實施方式2中所說明的那樣，即使在增益需要規(guī)定時間來進行遞減的情況下，也存在反復(fù)發(fā)生增益下降的實施、不實施這樣的振蕩的可能性。因此，對于實施增益下降的規(guī)定值A(chǔ)，將進行不實施的判斷的規(guī)定值F作為不同的值來附加遲滯。另外，也可以是使用占空比Dyf并將該Dyf與規(guī)定值A(chǔ)進行比較這樣的方法，所述占空比Dyf通過對最大占空比Dy進行濾波以對占空比值的急劇變動進行抑制而獲得。
[0037]這樣，通過對規(guī)定值附加遲滯，或利用經(jīng)過濾波的占空比，能防止如上所述的振蕩，能在增益下降、恢復(fù)的過程中實現(xiàn)更流暢的過渡控制。
[0038]以上對本發(fā)明的實施方式1至實施方式4所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置進行了說明，但本發(fā)明可以在其發(fā)明范圍內(nèi)對各個實施方式進行組合，或?qū)Ω鱾€實施方式進行適當(dāng)?shù)淖冃位蚴÷浴?br> 標(biāo)號說明
[0039]1 控制單元(ECU)
2電源
3車速傳感器
4轉(zhuǎn)矩傳感器
5電池
6電動機
7旋轉(zhuǎn)傳感器
10微機(CPU)
115V電源
12、13接口電路 14驅(qū)動電路
15電動機端子電壓監(jiān)控電路 16電動機電流監(jiān)控電路 17旋轉(zhuǎn)位置檢測電路 18主繼電器 100電動助力轉(zhuǎn)向裝置
【權(quán)利要求】
1.一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，包括:轉(zhuǎn)矩傳感器，該轉(zhuǎn)矩傳感器對方向盤的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進行檢測；電動機，該電動機對方向盤轉(zhuǎn)向力進行輔助；以及控制單元，該控制單元基于所述轉(zhuǎn)矩傳感器的信息來對所述電動機的電流進行控制，并輸出驅(qū)動所述電動機的PWM信號，所述電動助力轉(zhuǎn)向裝置的特征在于， 所述控制單元包括微機， 所述微機包括: 控制量計算單元，該控制量計算單元基于所述轉(zhuǎn)矩傳感器的信息來計算目標(biāo)電動機電流值，并對提供給所述電動機的電流進行監(jiān)控，根據(jù)所述目標(biāo)電動機電流值與通過所述監(jiān)控而檢測出的實際電動機電流值之間的差異，來進行反饋控制，以計算出控制量；以及 增益變更單元，該增益變更單元在根據(jù)所述控制量而檢測出所述PWM信號的占空比為規(guī)定值以上的情況下，對所述反饋控制所使用的增益進行變更。
2.如權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 所述增益變更單元在規(guī)定時間內(nèi)將所述增益降低至預(yù)先決定的值。
3.如權(quán)利要求2所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 在規(guī)定時間內(nèi)使所述增益降低至預(yù)先決定的值的情況下，基于控制周期來執(zhí)行所述降低，使得以比產(chǎn)生對所述電動機的電流的轉(zhuǎn)矩的時間常數(shù)要小的時間常數(shù)來進行降低。
4.如權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 所述電動機具有多相繞組，在所述占空比為規(guī)定值以上的情況下，所述微機中止對一部分繞組中的電動機電流的監(jiān)控，通過監(jiān)控剩余繞組中的電動機電流來進行反饋控制。
5.如權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 所述增益變更單元將所述規(guī)定值設(shè)為多個規(guī)定值，按照各規(guī)定值逐漸增大反饋的增益降低。
6.如權(quán)利要求1所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 在所述占空比為規(guī)定值以上、所述目標(biāo)電動機電流值與所述電動機所檢測出的實際電流值之間的偏差在規(guī)定值以內(nèi)的情況下，所述增益變更單元使所述增益進一步降低。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項所述的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于， 所述增益在所述電動機電流值的比例項及積分項兩項上都發(fā)生變更。
【文檔編號】B62D5/04GK104284828SQ201280073114
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】池本克哉, 白木扶 申請人:三菱電機株式會社