CN103507852A - 马达控制装置和使用该马达控制装置的电动转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马达控制装置和使用该马达控制装置的电动转向装置。根据本发明的马达控制装置（10）包括：A/D转换器（11，12，13），该A/D转换器是用于将传感器（75，70，94）的模拟信号转换成数字信号的硬件部分；微计算机（30），该微计算机是软件部分；以及驱动电路（40），该驱动电路是用于驱动逆变器（60）以向马达（80）供应电力的硬件部分。微计算机（30）包括计算块（31至37），每个计算块是用于分别根据输入计算输出的计算块。微计算机（30）还与控制计算并行执行用于每个计算块的软件监视处理以监视控制计算是否被正常执行。马达控制装置（10）因此可以检测软件异常而不必单独使用监视硬件电路。

Description

马达控制装置和使用该马达控制装置的电动转向装置

技术领域

本发明涉及一种控制马达驱动的马达控制装置和使用该马达控制装置的电动转向装置。

背景技术

在常规马达控制装置中，在检测到故障出现时基于故障保护概念改变马达控制。故障可以是逆变器、功率继电器等中的故障，该逆变器、功率继电器等形成马达控制装置的一部分。故障也可以是电流传感器、旋转角度传感器等中的故障，该电流传感器、旋转角度传感器等检测向马达控制装置输入的每个物理量。不仅硬件部分中的故障而且微计算机执行的控制软件中的缺陷都会使马达控制装置出故障。

根据在JP4496205（US2008/0147949A1）中公开的装置，与微计算机分离地提供硬件配置中的检查设备，从而检查设备独立于微计算机执行与微计算机的计算相同的计算或者简化的计算。比较微计算机和检查设备的计算结果以检测微计算机的软件异常。

该装置需要与微计算机分离的检查设备（硬件设备）。微计算机通过通信线路向硬件设备输出信号。如果输出信号数目根据待监视的参数组合而增加，则需要限制监视范围以免错误检测。

此外，还限制通信线路的通信速度。

发明内容

因此目的在于提供一种能够在早期阶段在宽监视范围内检测微计算机中的软件异常的马达控制装置。

根据一个方面，一种用于马达的马达控制装置由驱动电路、A/D转换器和微计算机形成。驱动电路驱动马达。A/D转换器将传感器的模拟信号转换成数字信号，该传感器检测马达的操作条件。微计算机被编程用于通过基于从A/D转换器输入的数字信号执行控制软件来计算用于驱动马达的控制量并且向驱动电路输出计算的控制量。微计算机还被编程用于与控制量的计算并行执行软件监视处理，该软件监视处理监视控制量的计算是否被正常执行。优选地，微计算机执行由多个计算块形成的控制软件并且针对每个计算块执行软件监视处理，其中每个计算块根据该计算块的输入计算输出。提供每个计算块以检查针对计算块的输入是否正常，该输入是计算块中的先前计算块的输出。

附图说明

通过参照附图进行的下文的详细描述，上述和其他目的、特征以及优点将变得更清楚。在附图中：

图1是根据一个实施例的马达控制装置的电路图；

图2是被应用马达控制装置的电动转向装置的示意图；

图3A至3C是被应用马达控制装置的马达的示意图；

图4是包括微计算机的马达控制装置的控制框图；

图5是微计算机的机械角度计算块的控制框图；

图6是微计算机的机械角度计算块执行的软件监视处理的流程图；

图7是机械角度计算块执行的软件监视处理的流程图；

图8是用于马达控制装置的旋转角度传感器的检测电路的示意图；

图9A和9B是旋转角度传感器的检测电路的输出信号的图表；

图10是微计算机的电流检测计算块的控制框图；

图11A至11C是电流检测计算块执行的软件监视处理的流程图；

图12是电流检测计算块执行的软件监视处理的流程图；

图13是示出电流检测计算块执行的PWM控制中的电流检测定时的时间图；

图14是示出电流检测计算块执行的PWM命令的上移盲校正的时间图；

图15是微计算机的三相到两相转换计算块的控制框图；

图16A和16B是三相到两相转换计算块执行的软件监视处理的流程图；

图17是三相到两相转换计算块执行的软件监视处理的流程图；

图18是微计算机的电流反馈计算块的控制框图；

图19A和19B是电流反馈计算块的软件监视处理的流程图；

图20是电流反馈计算块的软件监视处理的流程图；

图21是电流反馈计算块的软件监视处理的流程图；

图22是电流反馈计算块的软件监视处理的流程图；

图23是示出q轴电压命令值的饱和防护的曲线图；

图24是电流反馈计算块计算电流求和以及电流差值的框图；

图25是微计算机的两相到三相转换计算块的控制框图；

图26A和26B是两相到三相转换操作部分执行的软件监视处理的流程图；

图27是微计算机的PWM命令计算块的控制框图；

图28是PWM命令计算块执行的软件监视处理的流程图；

图29是PWM命令计算块执行的软件监视处理的流程图；并且

图30是PWM命令计算块执行的软件监视处理的流程图。

具体实施方式

（实施例）

[整体配置]

参照图1至图4，特别是图2，根据一个实施例的马达控制装置10设置在车辆的转向装置90的电动转向装置1中。

转矩传感器94附接到转向轴杆92以检测驾驶员施加的转向转矩，该转向轴杆92耦接到方向盘91。主动齿轮96设置在转向轴杆92的一端并且与齿条轴杆97对接。一对胎轮98通过转向横拉杆等可旋转地耦接到齿条轴杆97。转向轴杆92的旋转运动通过主动齿轮96转换成齿条轴杆97的直线运动，从而这对胎轮98按与齿条轴杆97的直线运动的距离对应的角度转向。

电动转向装置1包括致动器2和减速齿轮89。致动器2使旋转轴杆旋转。减速齿轮89是在减速之后向转向轴杆92传送旋转轴杆的旋转的动力传送设备。致动器2包括转向辅助马达80和马达控制装置10。在马达控制装置10的控制之下驱动马达80以生成用于辅助方向盘91的转向操作并且将其传送到转向轴杆92的转向辅助转矩。马达80是三相无刷马达。马达80的旋转角度由旋转角度传感器75检测。

具体如图1中所示，马达80具有两个线圈组801、802。第一线圈组801由U相、V相、W相的三相线圈811、812、813形成。第二线圈组802由U相、V相、W相的三相线圈821、822、823形成。逆变器60由分别与第一线圈组801和第二线圈组802对应提供的第一供电***（第一***）的第一逆变器601和第二供电***（第二***）的第二逆变器602形成。逆变器和与逆变器对应的三相线圈组的组合单元被称为一个***。

马达控制装置10由A/D转换器11、12、13、微计算机30和驱动电路40形成，其中这些A/D转换器是输入侧硬件部分（电子电路），该微计算机是软件部分，该驱动电路是输出侧硬件部分（电子电路）。A/D转换器11、12、13分别输入来自旋转角度传感器75、电流传感器70和转矩传感器94的模拟电信号并且将它们转换成数字电信号。微计算机30通过使用来自A/D转换器11、12、13的输入信号以计算与马达80的驱动有关的控制量并且向驱动电路40输出计算结果来执行控制程序（软件）。

驱动电路40包括定时器41、预驱动器42、功率继电器52、电容器53、第一***的逆变器61、第二逆变器602、电流传感器70等。定时器41响应于微计算机30的PWM命令生成用于预驱动器42的驱动信号。预驱动器42通过接通和关断开关元件来驱动逆变器601和602。

功率继电器52能够中断从电池51向逆变器601和602的供电，该电池例如是12V的DC电源。电容器53并联连接到电池51以在电容器中存储电荷，用于辅助向逆变器601和602的供电并且抑制诸如浪涌电流的噪声分量。

在第一逆变器601中，以桥形式连接六个开关元件611至616以切换针对第一线圈组801的线圈811、812、813的供电。开关元件611至616是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。开关元件611至616中的每个开关元件在下文中被称为FET。在高电势侧的FET611、612、613被称为高FET。在低电势侧的FET614、615、616被称为低FET。

高FET611、612、613的漏极连接到电池51的正极侧。高FET611、612、613的源极分别连接到低FET614、615、616的漏极。在高FET611、612、613与低FET614、615、616之间的结分别连接到线圈811、812、813的一端。FET611至616的栅极连接到预驱动器42以由预驱动器52的驱动信号接通和关断。

电流传感器70由第一***的第一电流传感器701和第二***的第二电流传感器702形成以逐相检测逆变器601和602向线圈组801和802供应的相电流。电流传感器701和702由分流电阻器形成。形成第一电流传感器701的分流电阻器711、712、713连接于低FET614、615、616的源极与电池51的负极侧之间。分流电阻器711、712、713检测向U相、V相、W相的线圈811、812、813供应的相电流。在第二逆变器602中，与第一***的第一逆变器601相似地配置开关元件（FET）621至626，分流电阻器721、722、723等。

如图3A至3C中所示配置三相AC无刷马达80。如图3A和3B中所示，转子83相对于定子84绕着旋转轴旋转。定子84的线圈数目是12×m，并且转子83的永磁体87的极数目是2×m，其中“m”是自然数。在图3A至3C的示例中，“m”是5。“M”可以是除了5之外的自然数。

图3B是在***方向Z（图3A）中查看的转子83和定子84的永磁体87的示意图。提供共计十个（10=2×5）永磁体，从而在圆周方向上在五组中交替地布置N极和S极。定子线圈由形成十个线圈组的共计六十个线圈（60=12×5）形成。每个线圈组包括六个线圈。每个线圈组由在顺时针方向上以如下顺序布置的U1相线圈、U2相线圈、V1相线圈、V2相线圈、W1相线圈和W2相线圈形成。与两个线圈组对应定义五个区域（区域0至区域4）。每个区域的起点的角度位置被定义为“n”×72°（n=0至4），假设0°设置在顶部中心位置并且角度位置在图3B中的顺时针方向上改变。

图3C是在图3A中的***方向Z上查看的定子84以及在径向方向R上查看的线圈811（U1相）、821（U2相）的展开图。形成U1线圈的线圈例如由绕着设置在每第六个突出物处的每个突出物86缠绕的一个导线形成。在U相的示例中，相对于第一线圈组801的U1线圈811在电角度提前30°的位置提供在圆周方向上的第二线圈组802的U2线圈821。因此有可能相对于向第一线圈组801供应的三相AC电流的相位使向第二线圈组802供应的三相AC电流的相位提前30°。

如图4中所示配置马达控制装置10，其中以功能块形式示出了微计算机30。图4的布置不限于两个***的情况，而是适用于一个***的马达控制装置。

微计算机30被编程用于执行在图4中举例说明的各种计算和控制功能。在图4中，通过将一系列控制计算程序划分成控制处理的多个单元计算块31至37来示出微计算机30执行的编程软件。这些计算块中的每个计算块是处理部分，这些处理部分基于其输入通过算术运算计算其输出。

具体而言，微计算机30包括作为计算块的机械角度计算块31、电流检测计算块32、三相到两相转换（3-2相转换）计算块33、电流反馈计算块34、两相到三相转换（2-3相转换）计算块35、PWM命令计算块36和电流命令值计算块37。可以将那些计算块中的每个计算块进一步划分成更具体的块。

机械角度计算块31获取作为A/D转换器11的输出的、旋转角度传感器75检测的马达80的旋转角度并且计算机械角度ψ。向相转换部分33和35输出这一机械角度ψ。电流检测计算块32获取作为A/D转换器12的输出的、电流传感器70检测的相电流并且计算三相电流检测值Iu、Iv、Iw。三相到两相转换部分33将三相电流检测值Iu、Iv、Iw转换成d-q轴电流检测值Id、Iq并且向电流反馈计算块34输出转换的值。

电流命令值计算块37获取作为A/D转换器13的输出的、转矩传感器94检测的转向转矩、计算q轴电流命令值Iq*并且向电流反馈计算块34输出q轴电流命令值Iq*。电流反馈计算块34基于从电流命令值计算块37获取的q轴电流命令值Iq*、内部计算的d轴电流命令值Id*、以及从三相到两相转换部分33输出的d轴和q轴电流检测值Id、Iq之间的差值，通过比例和积分（PI）控制来生成电压命令值Vd*、Vq*。

两相到三相转换部分35将电压命令值Vd*、Vq*转换成U相、V相、W相的三相电压命令值Vu*、Vv*、Vw*并且向PWM命令计算块36输出它们。PWM命令计算块36计算指示占空比（%）的PWM命令。从微计算机30向驱动电路40的定时器41输出PWM命令，从而通过将PWM命令与三角波比较来生成逆变器60的高FET和低FET的开关信号。预驱动器42响应于那些开关信号驱动逆变器60。

对于马达控制装置，提出了多种故障检测方法用于检测硬件故障，诸如在逆变器601和602的FET611至616和621至626中的短路或者断路，或者在电流传感器70或者旋转角度传感器75的检测部分中的故障。对于诸如要求具有高安全级别的电动转向装置的特定装置，需要基于故障保护概念对装置进行控制以总是在安全模式中操作。

然而未同样考虑微计算机30中的控制软件中的异常，即缺陷。马达控制装置10因此被配置用于与控制用于控制马达80的正常执行的计算处理并行监视微计算机30的控制软件中的异常。这一软件称为软件监视处理。软件监视处理检测可能给用户带来问题的软件异常并且提高并入马达控制装置10的电动转向装置1的可靠性。软件异常例如包括持续地固定成最大值、最小值或者其他固定值的计算值或者达到与它的正常值的两倍一样大或者降至与它的正常值的一半一样小的计算值。

针对每个计算块执行软件监视处理。可以按与正常控制计算处理相同的计算间隔执行软件监视处理。替选地，如果需要降低计算负荷，则可以按比正常控制计算处理更长的不同监视间隔执行软件监视处理。下文将参照图5至图30详细描述除了电流命令值计算块37之外的六个计算块31至36执行的软件监视处理的示例。

在下文描述中，数字1或者2附于诸如电流I、电压V等的控制值的末尾，由此在第一与第二供电***之间区分控制值。如果不必在两个***之间区分控制值，则数字1或者2未附于控制值。在软件监视处理中，鉴于检测噪声，将零近似值定义为不是零但是接近零的小阈值。因此，如果监视的目标值的绝对值等于或者小于它的零近似值，则监视的目标值被视为基本上为零。例如，可以将零近似电压值Vapp0、零近似电流值Iaap0和零近似占空比Dapp0分别设定为0.1V、1A和1%。

[机械角度计算块31]

将参照图5至图9描述机械角度计算块31的软件监视处理。如图5中所示，机械角度计算块31执行计算，这些计算包括差值计算311、第一校正计算312、伪信号计算313、第二校正计算314、角度计算315和第三校正计算316。磁阻元件（MR）用作旋转角度传感器75的检测元件。磁阻元件根据随着待检测体的旋转而变化的旋转磁场来变化它的阻抗。磁阻元件的电角度对应于机械角度ψ。由于马达80的磁极对数目是5，所以机械角度ψ对应于马达电角度θ的1/5。

图6是监视处理的流程图，该监视处理比较两个***的计算的机械角度。在下文描述中，符号S用来表示处理步骤。在S101检查角度差值是否小于预定角度阈值ψ1-2th。这一角度差值是在针对第一***和第二***二者计算的两***机械角度ψ与针对第一***和第二***之一计算的一***机械角度ψ之间的差值。如果角度差值小于阈值ψ1-2th，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S102）。如果角度差值等于或者大于阈值ψ1-2th，则将误差标志设定为ON（S103）。

图7是监视在JP-A-2011-99846（US2011/0087456A1）中公开的旋转角度传感器中的检测电路的输出信号的流程图。这一检测电路如图8中所示由四个半桥电路210、220、230、240，放大器电路25和微计算机30形成，该微计算机是控制部分。第一半桥电路210具有串联连接于电源Vcc与地GND之间的两个磁阻元件211、212。电源Vcc供应例如5V电压。第二半桥220、第三半桥230和第四半桥240相似地具有分别串联连接于电源Vcc与地GND之间的两个磁阻元件221、222、231、232、241、242。

半桥210、220、230、240的中点215、225、235、245分别连接到放大器电路25的运算放大器251、252、253、254的正侧。向运算放大器251至254的负侧输入2.5V偏移电压。放大器电路25放大半桥210、220、230、240的中点215、225、235、245的输出信号并且在偏移之后向微计算机30输出放大的信号。因此，向微计算机30输出图9A和图9B中所示的输出信号。

假设将与第一半桥210、第二半桥220、第三半桥230、第四半桥240的输出信号对应产生的输出信号分别表示为Vx1、Vy1、Vx2、Vy2，以下等式（1.1）至（1.4）将输出信号Vx1、Vy1、Vx2、Vy2表述为旋转角度ψ的函数。

Vx1=B1cosψ+2.5+C1...(1.1)

Vy1=B2sinψ+2.5+C2...(1.2)

Vx2=-B3cosψ+2.5+C3...(1.3)

Vy2=-B4sinψ+2.5+C4...(1.4)

在那些等式中，B1至B4是幅度，并且旋转角度ψ对应于磁阻元件的电角度，也就是机械角度ψ。

微计算机30计算在等式（1.1）、（1.3）之间的差值和在等式（1.1）、（1.4）之间的差值以抵消偏移电压，通过以下等式（1.5）计算差值之间的比值并且计算机械角度ψ。

(Vy1-Vy2)/(Vx1-Vx2)=2B'sinψ/2B'cosψ=tanψ...(1.5)

假设偏移电压2.5V的校正值是Voff并且增益校正值是G，将等式（1.1）至（1.4）分别改写为以下等式（1.6）至（1.9）。

|Vx1-(B1cosψ+Voff1)/G1|=0...(1.6)

|Vy1-(B2sinψ+Voff2)/G2|=0...(1.7)

|Vx2-(B3cosψ-Voff3)/G3|=0...(1.8)

|Vy2-(B4sinψ-Voff4)/G4|=0...(1.9)

如果正常执行计算，则如下条件等式成立，该条件等式假设等式（1.6）至（1.9）的右侧项小于零近似电压值Vapp0。因此在图7的流程图中，在S111至S114检查这四个条件等式是否成立。如果所有条件等式成立，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S115）。如果条件等式中的任一条件等式不成立，则将误差标志设定为ON（S116）。

[电流检测计算块32]

将参照图10至图14描述电流检测计算块32的软件监视处理。如图10中所示，电流检测计算块32执行计算，这些计算包括峰电压计算321、偏移/增益校正计算322和盲校正计算323。电流检测计算块32输入每个***的每相的峰（最大）电流A/D值（ItA/D）和谷（最小）电流A/D值（IbA/D），并且输出每个***的每相的控制电流（Ictrl）。

驱动电路40通过包括与三角波比较的PWM控制来生成用于逆变器60中的FET的通/断信号、将参照图13描述PWM控制中的电流检测定时。在PWM控制中，将相应相的PWM命令PWMu、PWMv、PWMw与载波比较以生成用于FET的通/断信号。在其中三角波Cr大于相应相的PWM命令PWMu、PWMv、PWMw的时段期间关断高（H）FET并且接通对应的低（L）FET。在其中三角波Cr小于相应相的PWM命令PWMu、PWMv、PWMw的时段期间接通高FET并且关断对应的低FET。

在图13的示例中，PWM命令以从U相经过V相到W相的顺序减少。例如在时段KV1中，三角波Cr小于U相PWM命令PWMu并且大于V相PWM命令PWMv和W相命令PWM命令PWMw。作为结果，在U相中，在时段KV1期间接通高FET（U-H FET）并且关断低FET（U-L FET）。在V相和W相中，关断高FET并且接通低FET。因此将FET的通/断状态表述为电压矢量模式（例如参见与US2012/0049782A1对应的JP-A-2012-50252）。

分流电阻器711、712和713设置在低FET614、615、616侧。通过在三角波Cr的峰定时，也就是在零电压矢量V0的生成时段（在该时段中关断高FET的所有三相并且接通低FET的所有三相）中检测从A/D转换器12输出的峰电压来计算在低FET中流动的电流。这一电流被称为峰电流。通过在三角波Cr的谷定时，也就是在零电压矢量V7的生成时段（在该时段中关断低FET的所有三相并且接通高FET的所有三相）中检测从A/D转换器12输出的谷电压来计算谷电流用于校正。

分流电阻器鉴于它的振铃时间或者停用时间而需要约5μs作为最短周期。三角波的周期是50μs，与占空比90%对应的零矢量V0的生成时段是5μs。如果占空比超过90%，则零电压矢量V0的生成时段变成小于5μs。出于这一原因，不可能保证分流电阻器29的最短电流检测时间。

因此在这一情况下，在零电压矢量V0的生成时段期间未检测电流。代之以提出（例如与JP-A-2008-048504对应的JP4715677）在接通在三相之中的两相的低FET并且关断另一相的低FET的时段中检测电流。根据这一方法，检测在低FET被接通的两相的分流电阻器中流动的电流。利用这些两个检测的电流，根据基尔霍夫定律通过以下等式（2.1）估计流向低FET被关断的一相的电流。这被称为盲校正。

Iu+Iv+Iw=0...(2.1)

当估计U相中的电流、V相中的电流和W相中的电流时，分别在电压矢量V1的生成时段、电压矢量V3的生成时段和电压矢量V5的生成时段中执行盲校正。也就是说，在奇数编号的矢量生成时段中执行盲检测。为了在盲检测中确保奇数编号的电压矢量生成时段尽可能长，如图14中所示执行上移处理。在图14的示例中，PWM命令以从U相经过V相到W相的顺序减少。在这一情况下，使电压平均值上移至更高电压侧，从而使作为最大值的U相的PWM命令PWMu上移至100%。因此，预移位零电压矢量V0的生成时段被消除，并且电压矢量V1在零电压矢量V0的生成时段之前和之后的生成时段变成连续时段。作为结果，在电压矢量V1的生成时段期间检测电流。

图11A是用于监视峰电压计算321是否正常的流程图。在S201，将峰电压的平均值Vta与偏移值2.5V比较。如果电压差的绝对值小于零近似电压值Vapp0，则将这一监视标志的误差标志设定为OFF（S202）。如果绝对值大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S203）。

图11B是用于监视偏移校正计算322是否正常的流程图。在S211，将谷电压Vb与如下电压值比较，该电压值是在增益校正之前的电压值V0与偏移值2.5V的求和。如果电压差值的绝对值小于零近似电压值Vapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S212）。如果绝对值大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S213）。

图11C是用于监视增益校正计算322是否正常的流程图。在S221，将在增益校正之前的电压值V0与如下值比较，该值是在增益校正之后的电压值Vg与系数k的商。如果电压差值的绝对值小于零近似电压值Vapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S222）。如果绝对值大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S223）。

图12是用于监视盲校正计算323是否正常的流程图。如果执行盲校正（S231：是），则在计算正常的情况下，在U相、V相、W相之间的接头处三相的控制电流的求和基于基尔霍夫定律变成零。因此，如果三相的控制电流Iuctrl、Ivctrl、Iwctrl的求和Sum的绝对值小于零近似电流值Iapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S233）。如果绝对值大于零近似电流值Iapp0，则将误差标志设定为ON（S234）。

如果未执行盲校正（S231：是），则只要正常执行计算就不会出现每相中的检测电流Iu、Iv、Iw与控制电流Iuctrl、Ivctrl、Iwctrl的乘积值变成负的情况。如果S235、S236和S237都导致否，则将误差标志设定为OFF（S238）。如果S235、S236和S237中的任一个导致是，则将误差标志设定为ON（S239）。

[三相到两相转换计算块33]

将参照图15至图17描述三相到两相转换部分33的软件监视处理。如图15中所示，三相到两相转换部分33执行计算，这些计算包括马达电角度计算331、三相到两相转换（3-2相转换）电角度计算332、分别的***三相到两相转换电角度计算333和分别的***三相到两相转换计算，该分别的***三相到两相转换计算是分别的d-q轴电流计算334。

马达电角度计算331基于从机械角度计算块31输出的校正的机械角度ψ计算校正的马达电角度θa。校正的马达电角度θa对应于机械角度ψ的五倍。用于三相到两相转换的电角度计算332和电角度计算333基于校正的马达电角度θa和低通滤波器滤波的马达旋转角速率ωLPF计算用于三相到两相转换的第一和第二电角度θb1和θb2。由于如图3中所示配置马达80，所以第二***的电角度θb2相对于第一***的电角度θb1提前30°。以下等式（3.1）通过使用θa±15°表述电角度差值30°。

θb2-θb1=(θa+15°)-(θa-15°)...(3.1)

图16A是用于监视这一阶段的计算的流程图。如果这一计算正常，则在第一***中的θb1与（θa-15°）之间的角度差值的绝对值以及在第二***中的θb2与（θa+15°）之间的角度差值的绝对值均小于预定角度阈值θth。因此，在S301将θb1与（θa-15°）之间的角度差值与阈值θth比较。在S302将θb2与（θa+15°）之间的角度差值与阈值θth比较。如果角度差值的绝对值二者小于阈值θth，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S303）。如果角度差值的绝对值中的至少任一绝对值大于阈值θth，则将误差标志设定为ON（S304）。

分别的d-q轴电流计算334通过使用电角度θb1和θb2将每个***中的三相电流检测值Iu、Iv、Iw转换成d-q轴电流检测值Id、Iq。

图16B是用于监视d-q轴电流计算是否正常的流程图。在S311通过2-3相转换，也就是通过d-q轴电流检测值Id、Iq的逆d-q转换，将电流检测值Id、Iq转换成每个***中的对应三相电流检测值。将这些计算的三相电流检测值与三相电流检测值Iu、Iv、Iw比较。如果在比较的电流之间的差值的绝对值小于零近似电流值Iapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S312）。如果它大于Iapp0，则将误差标志设定为ON（S313）。

图17是用于针对马达的五个区域中的每个区域监视计算的电角度θ与机械角度ψ之间的匹配的流程图。在S321，“n”指示区域编号1、2、3和4。对于每个区域，如果电角度θ的1/5与机械角度ψ+n×72°（设该区域的起点为参考）之间的差值小于预定机械角度ψth，则将这一处理的误差标志设定为OFF（S322）。如果它大于机械阈值ψth，则将误差标志设定为ON（S323）。

[电流反馈计算块34]

将参照图18至图24描述电流反馈计算块34的软件监视处理。在这些图中，F/B意味着反馈。如图18中所示，电流反馈计算块34执行的计算包括d-q轴电流求和/差值计算341、d-q轴电流偏差计算342、PI控制计算343、分别的***电压命令计算344和d轴电流命令值计算345。

电流反馈计算块3输入来自三相到两相转换计算块33的d-q轴电流检测值Iq和Id并且向两相到三相转换计算块35输出d-q轴电压命令值Vq*和Vd*。后文将参照图24描述整个控制处理。这里将描述d-q轴电流命令值Iq*和Id*的生成。q轴电流命令值Iq*由电流命令值计算块37生成并且被输入到d-q轴电流偏差计算342。d轴电流命令值Id*由d轴电流命令值计算块345生成并且被输入到d-q轴电流偏差计算342。d轴电流命令值计算345基于d-q轴电流求和/差值计算341计算为Iq+的Iq的求和以及从分别的***电压命令计算341输出的每个***的q轴电压命令值Vq1、Vq2来计算d轴电流命令值Id*。

图19A是用于监视从分别的***电压命令计算344输出的每个***的q轴电压命令值Vq*的适当性的流程图。在S401，将q轴电压命令值Vq*除以电压响应增益Gvs的商与用于反馈控制的q轴电压值VqF/B进行比较。如果电压差值的绝对值小于零近似电压值Vapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S402）。如果它大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S403）。

图19B是用于监视已经受到饱和防护的q轴电压命令值Vq*的适当性的流程图。如图23中所示，饱和防护是如下处理，该处理控制q轴电压命令值Vq*以保持于如下预定限制内，该预定限制被表示为以下等式（4.1）定义的参考圆CA。

Vd2+Vq2=Va2...(4.1)

也就是说，如果q轴电压命令值Vq*在参考电压圆CA以外，则饱和防护校正q轴电压命令值Vq*以保持于参考电压圆CA以内。

在图19B中的S411，比较在饱和防护之前和之后的防护前和防护后q轴电压命令值Vq*。饱和防护是校正和限制q轴电压命令值Vq*以保持于参考电流圆CA以内的处理。因此，如果计算正常，则不会出现在饱和防护之后的q轴电压命令值Vq*变得大于在饱和防护之前的q轴电压命令值Vq*的情况（S411：是）。从未出现在饱和防护之前的q轴电压命令值Vq*与在饱和防护之后的q轴电压命令值Vq*的乘积变成负的情况（S412：是）。如果步骤S411和S412二者导致否，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S413）。如果S411和S412中的至少一个导致是，则将误差标志设定为ON（S414）。

图20是用于监视两个***的电流求和/差值计算的流程图。将参照图24详细描述电流求和/差值计算。在图24中，将通过未将电流I和电压V分解成d-q轴矢量来简化描述。如图24中所示，电流反馈计算块34控制以下等式（4.2）和（4.3）分别定义为I+和I-的两个***的电流求和和差值。

I+=I1+I2...(4.2)

I-=I1-I2...(4.3)

在两个***的电流求和控制中，电流求和/差值计算341的电流加法器381将第一逆变器601的输出电流的检测值I1与第二逆变器602的输出电流的检测值I2相加并且输出I+。电流偏差计算342的电流求和偏差计算382计算在两个***的电流命令值的求和I+*与电流检测值的求和I+之间的偏差，也就是误差E(I+)，并且向PI控制计算343的求和计算器383输出偏差。求和计算器383通过比例和积分控制计算来计算V+*，从而偏差E(I+)收敛至0，该V+*是如以下等式（4.4）定义的电压命令值的求和。

V+*=V1*+V2*...(4.4)

在两个***的电流差值控制中，电流求和/差值计算341的电流减法器391从第一逆变器601的输出电流的检测值I1减去第二逆变器602的输出电流的检测值I2并且输出I-。电流偏差计算342的电流差值偏差计算392计算在两个***的电流命令值的差值I-*与电流检测值的差值I-之间的偏差E(I-)并且向PI控制计算343的差值计算器393输出偏差。差值计算器393通过比例和积分控制计算来计算V-*，从而E(I-)收敛至0，该V-*是如以下等式（4.5）定义的电压命令值差值。

V-*=V1*-V2*...(4.5)

由于第一逆变器601和第二逆变器602的电特性相等，所以作为两个***的电流命令值之间的差值的I-*基本上为0（A）。

在分别的电压命令计算344中，第一***的电压计算器384通过以下等式（4.6）计算第一***的电压命令值V1*。第二***的电压计算器394通过以下等式（4.7）计算第二***的电压命令值V2*。

V1*=(V++V-*)/2...(4.6)

V2*=(V+-V-*)/2...(4.7)

在前述等式（4.2）至（4.7）中，分别用d-q轴坐标系上的Id、Iq和Vd、Vq替换I和V。

图20是用于监视电流求和/差值计算是否正常的流程图。在图20中，可以假设电流I和电压V在d-q轴上。在S421检查第一***的q轴电流检测值Iq1是否等于从与q轴电流检测值的求和对应的Iq+减去第二***的q轴电流检测值Iq2而产生的值。在S422检查第一***的q轴电流检测值Iq1是否等于将第二***的q轴电流检测值Iq2与在q轴电流检测值之间的差值对应的Iq-相加而产生的值。

在S423检查作为q轴电流命令值的求和的Iq*+是否等于如下值，该值是Iq求和的偏差E(Iq-)与求和Iq+的求和。在S424检查作为q轴电流命令值之间的差值Iq*-，也就是0*，是否等于如下值，该值是差值的偏差E(Iq-)与Iq-的求和。如果满足S421至S424的所有条件（是），则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S425）。如果S421至S424中的至少一个为否，则将误差标志设定为ON（S426）。

图21和图22是用于监视电流反馈的PI控制计算343的计算的流程图。图21的监视处理与比例控制（P控制）中的常数有关。比例控制用于确定与实际值相对目标值的偏差成比例的运算量。如果这一计算正常，那么如果在监视时段中当前偏差大于先前偏差（S431：是），则从未出现P项值变成负的情况（S432：是）。如果当前偏差小于先前偏差（S433：是），则从未出现P项值变成正的情况（S434：是）。如果S432和S434二者导致否，则将这一监视的误差标志设定为OFF（S435）。如果S432和S434中的至少一个为是，则将误差标志设定为ON（S436）。

图22的监视处理与积分控制（I控制）中的常数有关。积分控制用于确定与先前偏差的积分成比例的运算量。如果这一计算正常，则从未出现在监视时段中当前时间的I项值（当前I项）在欠冲（其中当前偏差大于0A（S441：是））的情况下变成小于先前时间的I项值的情况（S442：是）。在过冲（S433：是）（其中当前偏差小于0A）的情况下，从未出现当前I项值变成大于先前I项值的情况（S444：是）。如果S442和S444二者导致否，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S445）。如果S442和S444中的至少一个为是，则将误差标志设定为ON（S446）。

[两相到三相转换计算块35]

将参照图25和图26描述两相到三相转换计算块35的软件监视处理。如图25中所示，两相到三相转换计算块35执行计算，这些计算包括马达电角度计算351、两相到三相转换（2-3相转换）电角度计算352、分别的两相到三相转换（2-3相转换）电角度计算353和分别的两相到三相转换（2-3相转换）电压计算354。

马达电角度计算351与在参照图15描述的三相到两相转换计算块33中执行的马达电角度计算331相似。用于两相到三相转换的电角度计算352和用于两相到三相转换的分别的电角度计算353基于校正的马达电角度θa和低通滤波的马达旋转角速率ωLPF来计算用于两相到三相转换的电角度θc1和θc2。这里，第二***的电角度θc2相对于第一***的电角度θc1提前30°。通过使用（θa±15°）将这一电角度差值30°表述为以下等式（5.1）。

θc2-θc1=(θa+15°)-(θa-15°)...(5.1)

图26A是用于监视这一计算的阶段的流程图。如果这一计算正常，则以下两个角速率差值的绝对值中的每个绝对值应当小于预定角速率阈值ωth。第一角速率差值是在第一***中的θc1与（θa-15°）之间的角度差值在预定时间T内的变化与马达旋转角速率ωLPF之间的差值。第二角速率差值是在第二***中的θc2与（θa+15°）之间的角度差值在预定时间T内的变化与马达旋转角速率ωLPF之间的差值。出于这一原因，在S501和S502将第一***中的角速率差值和第二***中的角速率差值分别与阈值ωth比较。如果这两个角速率差值的绝对值小于阈值ωth，则将这一处理的误差标志设定为OFF（S503）。如果在至少一个***中计算的绝对值大于阈值ωth，则将误差标志设定为ON（S504）。

每个***的三相到两相转换计算354通过使用电角度θc1、θc2将两相电压命令值Vd*、Vq*转换成三相电压命令值Vu*、Vv*、Vw*。图26B是用于监视两相到三相转换计算354是否正常的流程图。在S511关于每个***比较通过三相电压命令值Vu*、Vv*、Vw*的d-q转换从三相转换成两相的值（Vu，v，w*3-2）与值（Vd，q*），该值是d-q中电压命令值Vd*、Vq*。如果电压差值的绝对值小于零近似电压差值Vapp0，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S512）。如果绝对值大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S513）。

如图17中示出和在三相到两相转换计算块33中描述的那样相似地监视计算的电角度θ与机械角度ψ的匹配。

[PWM命令计算块36]

将参照图27至图30描述PWM命令计算块36的软件监视处理。如图27中所示，PWM命令计算块36执行计算，这些计算包括电压利用率系数处理计算361、驱动电路补偿计算362、PWM调制处理计算363、PWM转换计算364和PWM限制计算365。

图28是用于监视直至PWM转换计算364的计算是否正常的流程图。S601中的条件等式中的符号定义如下。

PWMu-v*：U相PWM命令–V相PWM命令（%）

PWMv-w*：V相PWM命令–W相PWM命令（%）

PWMw-u*：W相PWM命令–U相PWM命令（%）

α：用于将PWM命令转换成电压的系数（V/%）。

也就是说，在S601将在相之间的PWM命令差值的电压转换值从三相转换到两相并且将所得电压与d-q轴电压命令值Vd*、Vq*比较。如果电压差值的绝对值小于零近似电压值Vapp0，则将这一监视的误差标志设定为OFF（S602）。如果绝对值大于Vapp0，则将误差标志设定为ON（S603）。

图29是用于监视PWM限制计算是否正常的流程图。执行PWM限制以限制每相的PWM命令以保持在预定下限值与预定上限值之间的范围中。因此，如果计算正常，则在大于中间值50%的PWM命令（S611：是）的范围中从未出现限制之后的每相的PWM命令（PWMu，v，w*）'大于在限制之前的每相的PWM命令（PWMu，v，w*）的情况（S612：是）。此外，在小于中间值50%的PWM命令（S613：是）的范围中从未出现在限制之后的每相的PWM命令（PWMu，v，w*）'小于在限制之前的每相的PWM命令PWMu，v，w*的情况（S614：是）。如果S612或者S614导致否，则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S615）。如果S612和S614中的至少一个导致是，则将误差标志设定为ON（S616）。

图30是用于监视伪占空比更新处理中的更新计算是否正常的流程图。伪占空比更新处理是用于在PWM命令的控制计算的一个周期时段中多次输出伪占空比，从而由此稳定地控制马达以减少噪声、振动、转矩波纹等的处理。如果控制计算时段例如是200μs，则在100μs的每个更新时段输出伪占空比，该更新时段对应于控制计算时段的一半。

在执行伪占空比更新处理时，例如通过在紧接前一时间之前的一个周期时段计算和在紧接前一时间计算的两个PWM命令的线性插值来计算伪PWM命令。这里，如以下等式（6.1）表述的那样计算伪占空比。

PWMr(n)={PWMo(n-1)+PWMo(n)}/2...(6.1)

在这一等式中，PWMo(n)、PWMo(n-1)和PWMr(n)定义如下。

PWMo(n)：在第n次控制计算中的PWM命令

PWMo(n-1)：在第（n-1）次控制计算中的PWM命令（先前值），以及

PWMr(n)：在第n次控制计算之后的10μs更新和输出的伪占空比

将等式（6.1）改写为等式（6.2）。

2xPWMr(n)-PWMo(n-1)=PWMo(n)...(6.2)

如果未执行伪占空比更新处理，则在第n次控制计算之后的100μs的输出变成等于如以下等式表述的第n次控制计算的PWM命令。

PWMr(n)=PWMo(n)...(6.3)

在图30中所示监视处理中，在执行伪占空比更新处理（S621：是）时，如果在等式（6.2）的两侧的项之间的差值的绝对值小于零近似占空比Dapp0（S622：是），则将这一监视处理的误差标志设定为OFF（S624）。如果它大于Dapp0，则将误差标志设定为ON（S625）。在未执行伪占空比更新处理（S621：否）时，如果在等式（6.3）的两侧的项之间的差值的绝对值小于零近似占空比Dapp0，则将误差标志设定为OFF（S624）。如果它大于Dapp0，则将误差标志设定为ON（S625）。

如上文描述的那样，根据本实施例的马达控制装置10可以通过微计算机30内部检测微计算机30的软件异常而不必单独使用监视硬件，该微计算机与它的控制计算并行执行软件监视处理。也就是说，由于与使用单独监视硬件的情况比对无需通信线路，所以无需为监视阈值提供充分裕度用于避免错误检测。另外，受限于通信线路的通信速度不受限制。因此，可以在宽监视范围内在早期时间检测微计算机30的软件异常。根据软件监视处理，由于基于在微计算机30的每个计算块的输入与输出之间的关系来监视误差，所以可以减少每个计算块中的计算量。此外，更易于识别异常的位置。

根据本实施例的马达控制装置10具有各自包括马达80和驱动电路40的两个***。因此有可能通过在两个***之间比较相应***的检测值或者计算值来监视计算是否正常。作为结果，可以在软件监视处理中从多种方法中选择具体监视方法。此外，并入马达控制装置10的电动转向装置1需要特别高的安全级别。因此有可能通过除了通过常规硬件的故障检测之外还执行上文描述的软件监视处理来进一步增强可靠性。

在上文描述的实施例中，马达的机械构造和用于马达控制的软件构造是一个示例。因此马达控制装置不限于上文描述的实施例，而是可以如下文例示的那样以不同的方式实现。

（a）无需必须针对微计算机的每个计算块执行软件监视处理。可以针对微计算机的所有控制计算集总执行监视处理。

（b）各自包括马达和驱动电路的***数目不限于两个，而是可以是一个。在两个***中的马达的情况下，***之间的相位差不限于30°。

（c）马达的磁极对数目不限于五个。在马达的电角度与机械角度之间的比值根据磁极对数目可变。

（d）旋转角度传感器和电流角度传感器不限于上文描述的类型。在分流电阻器用作电流传感器时，其可以设置在在逆变器的低FET侧和高FET侧中的任一侧。其也可以设置在逆变器与马达之间。

（e）马达控制装置可以应用于DC马达和有刷马达而不必限于三相无刷马达。

马达控制装置可以应用于任何马达控制装置而不必限于电动转向装置的转向辅助马达。

Claims (6)

1.一种用于马达（80）的马达控制装置（10），所述马达控制装置包括：

驱动电路（40），用于驱动所述马达；

模拟/数字A/D转换器（11，12，13），用于将传感器（70，75，94）的模拟信号转换成数字信号，所述传感器（70，75，94）检测所述马达的操作条件；以及

微计算机（30），被编程用于通过基于从所述A/D转换器输入的所述数字信号执行控制软件来计算用于驱动所述马达的控制量并且向所述驱动电路输出计算的控制量，

其中所述微计算机（30）还被编程用于与所述控制量的计算并行执行软件监视处理，所述软件监视处理监视所述控制量的所述计算是否被正常执行。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其中：

所述微计算机执行由多个计算块形成的控制软件，每个计算块根据该计算块的输入计算输出；并且

所述微计算机针对所述计算块中的每个计算块执行所述软件监视处理。

3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其中：

所述计算块中的每个计算块被设置用于计算用于驱动所述马达的所述控制量。

4.根据权利要求2所述的马达控制装置，其中：

所述计算块中的每个计算块被设置用于检查该计算块的输入是否正常，所述输入是所述计算块中的先前计算块的输出。

5.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的马达控制装置，其中：

所述驱动电路（40）包括两个逆变器（601，602），所述两个逆变器（601，602）分别形成用于所述马达的两个线圈组（801，802）的两个供电***；并且

所述微计算机（30）通过在所述两个供电***之间分别比较在所述两个供电***中检测到的检测值或者基于所述检测值计算的计算值，来执行所述软件监视处理。

6.一种电动转向装置（1），包括：

转向辅助马达（80），用于生成用来辅助驾驶员的转向操作的辅助转矩；

根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的马达驱动装置（10）；以及

电力传送设备（89），用于向转向轴杆传送所述转向辅助马达的转矩。

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