CN107922001B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置能够进行使用了电动机再生电流的角度估计，从而即使在低速转向时也能够高精度地进行角度估计。本发明的电动助力转向装置至少基于转向扭矩运算出电流指令值，按照PWM(脉冲宽度调制)的各相占空比并通过逆变器对基于电流指令值将辅助扭矩赋予给转向***的电动机进行驱动控制，并且，检测出转向***或电动机的角度。本发明的电动助力转向装置具备在角度的检测***发生故障的时候估计出角度的角度估计单元，基于由角度估计单元估计出的估计角度来进行辅助控制。还可以将本发明应用在具备多个***绕组的电动机的控制中。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，其通过至少基于转向扭矩运算出的电流指令值将由电动机产生的辅助力赋予给车辆的转向***。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置针对需要获得电动机旋转角并对其进行控制的无刷电动机，当角度检测***发生故障(包括异常)的时候，正确地估计出电动机旋转角，并且能够继续进行辅助控制。
背景技术
利用电动机的旋转力将转向辅助力(辅助力)赋予给车辆的转向机构的电动助力转向装置(EPS)，将由从电力供应部(逆变器)供应的电力来控制的电动机的驱动力经由诸如齿轮之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了正确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制通过调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty ratio)来进行电动机外加电压的调整。
参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10和用于检测出转向角θ的转向角传感器14，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由通过对电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给EPS用电动机20的电流。
此外，转向角传感器14检测出转向角θ，还有，也可以从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角。
另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。
尽管控制单元30主要由CPU(中央处理单元)(也包含MPU(微处理器单元)、MCU(微控制器单元)等)来构成，但该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示那样。
参照图2对控制单元30进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th以及由车速传感器12检测出的(或来自CAN40的)车速Vs被输入到用于运算出电流指令值Iref1的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向扭矩Th以及车速Vs并利用辅助图(assist map)等来运算出作为供应给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经由加法单元32A后被输入到电流限制单元33中，被限制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中，减法单元32B运算出电流指令值Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(＝Irefm-Im)，该偏差I被输入到用来进行转向动作的特性改善的PI(比例积分)控制单元34中。在PI控制单元34中经特性改善后得到的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单元35中，然后再经由逆变器36，来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器37检测出电动机20的电流值Im，由电动机电流检测器37检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B中。逆变器36由作为半导体开关元件的场效应晶体管(FET)的电桥电路来构成。
诸如分解器之类的旋转传感器21被连接到电动机20，旋转传感器21输出电动机旋转角度θ，还有，电动机速度运算单元22运算出电动机速度ω。
还有，在加法单元32A对来自补偿信号生成单元38的补偿信号CM进行加法运算，通过对补偿信号CM进行的加法运算，来进行转向***的特性补偿，从而改善收敛性、惯性特性等。补偿信号生成单元38先在加法单元38-4中将自对准扭矩(SAT)38-1与惯性38-2相加，然后，在加法单元38-5中再将在加法单元38-4得到的加法结果与收敛性38-3相加，最后，将在加法单元38-5得到的加法结果作为补偿信号CM。
在电动机20为三相无刷电动机的情况下，PWM控制单元35以及逆变器36的详细结构例如为图3所示那样的结构。PWM控制单元35由占空比运算单元35A和栅极驱动单元35B来构成，其中，占空比运算单元35A基于电压控制指令值Vref并按照所规定的公式来运算出三个相的PWM占空比值D1～D6；栅极驱动单元35B通过PWM占空比值D1～D6对作为驱动元件的FET的栅极进行驱动，并且，进行死区时间的补偿，对FET的栅极进行导通或关断(ON/OFF)。逆变器36由作为半导体开关元件的FET的三相电桥(FET1～FET6)来构成，通过按照PWM占空比值D1～D6来进行导通或关断(ON/OFF)以便对电动机20进行驱动。还有，在逆变器36与电动机20之间的电力供应线上，用于进行(ON)电力供应或切断(OFF)电力供应的电动机继电器23被连接到各个相。
在这样的使用了无刷电动机的电动助力转向装置中，因为如果没有正确地对电动机电流进行控制的话，则无法正确地获得由电动机产生的扭矩，所以需要能够高精度地检测出电动机角度的传感器。作为角度传感器，使用诸如分解器、霍尔传感器、磁阻传感器(MR传感器)之类的传感器。还有，被用作角度传感器的这些传感器都具备能够以所需要的精度来检测出电动机的角度的功能。
图4示出了角度检测***的整体结构。如图4所示，与转向盘1相连接的转向轴(柱轴)2具备扭力杆2A，在隔着扭力杆2A的转向盘1侧设有转向盘侧角度传感器14H，在小齿轮侧设有小齿轮侧角度传感器14P。还有，诸如分解器之类的旋转传感器21被安装在经由减速齿轮3被设置在转向轴2上的电动机20上。由小齿轮侧角度传感器14P检测出的小齿轮侧角度θp、来自旋转传感器21的电动机角度θm以及由电流检测电路检测出的电动机电流Im被输入到控制单元30中。
然而，使用了无刷电动机的电动助力转向装置因电动机效率高等缘故，而被用于具有较大齿条推力的车辆。因此，如果电动机角度传感器发生故障的话，则变成无法控制电动机电流，从而会产生“辅助功能无法正常工作，驾驶员会感觉到一种与正常时完全不同的转向感”的问题。还有，因为“辅助功能无法正常工作”意味着突然失去了“到辅助功能变成无法正常工作为止一直由电动机来进行辅助的力”，所以驾驶员需要承受作为来自转向盘的急剧的反力的相当于电动机的辅助力的力，因此，这就意味着驾驶员需要承受来自转向盘的冲击。尽管如果衝撃的程度对驾驶员来说是在可控范围内的话，则基本上不成问题，但在衝撃的程度对驾驶员来说是在可控范围外的情况下，因为不仅会对驾驶员造成影响，而且还会对车辆举动造成影响，所以会成为安全上的问题。
因此，采用了无刷电动机的电动助力转向装置需要搭载一种即使电动机的角度传感器发生了故障也能够进行角度检测的替代手段。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5614598号公报
专利文献2：日本专利第5168057号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
在现有技术中，通过使用ECU来监视并运算出主要是电动机旋转时所产生的反电动势(back-EMF)，以便估计出电动机的角度(电角度)。然而，存在着“电动机的反电动势在低速转向区域很难获得足够的电压幅度”、“在保持转向盘不动状态或在低速转向(例如，等于或小于100deg/s)时，很难进行角度估计”、“估计出错误的角度”等问题。因此，通过进行诸如“有意识地向电动机施加电流，进行能够产生可以获得足够的反电动势的电动机旋转次数的操作，以便电动机的反电动势能够获得足够的幅度”、“将高频电压(例如，200Hz)施加到电动机中的定子，利用矢量控制的d轴与q轴之间的电感差，测定流动的电动机电流的幅度和相位(矢量)”之类的复杂的操作，来进行角度估计。
然而，因为本来就不是以进行角度估计为前提的电动机结构，所以即使使用了这些估计方法，但仍然存在“在低速转向区域或在施加了足够的转向辅助电流的状态，估计精度的恶化、错误的估计等的影响变大，从而驾驶员会感觉到一种与电动机角度传感器正常时明显不同的转向感”的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置能够进行使用了电动机再生电流的角度估计，从而即使在低速转向时也能够高精度地进行角度估计。
(二)技术方案
本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，按照PWM(脉冲宽度调制)的各相占空比并通过逆变器对基于所述电流指令值将辅助扭矩赋予给转向***的电动机进行驱动控制，并且，检测出所述转向***或所述电动机的角度，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备在所述角度的检测***发生故障的时候估计出所述角度的角度估计单元，基于由所述角度估计单元估计出的估计角度来进行辅助控制。
还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述角度估计单元为了检测出所述电动机的再生电流，将所述各相占空比固定在0％或100％；或，在电动机电流检测电路被连接到所述逆变器的低端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为0％；或，在电动机电流检测电路被连接到所述逆变器的高端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为100％；或，在电动机电流检测电路被配置在电动机相上的情况下，能够选择将要固定的占空比设为0％或100％；或，所述角度估计单元在将所有的所述各相占空比都固定起来的期间中，检测出所述电动机的电流；或，所述角度估计单元基于检测出的电动机电流估计出所述角度；或，所述角度估计单元基于转向轴角度的旋转方向对估计角度进行补正；或，所述角度估计单元使用所述转向扭矩的符号或所述转向扭矩的微分值的符号来替代转向轴角度的旋转方向；或，能够根据诸如转向速度以及辅助扭矩之类的状况，来变更所述各相占空比的固定时间；或，所述角度估计单元在所述电动机处于完全不旋转的状况，并且，角度估计是不确定的情况下，通过向所述电动机施加电流以便驱动所述电动机，此后立即通过固定所述各相占空比并检测出电流，来进行角度估计。
另外，本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，按照PWM(脉冲宽度调制)的各相占空比并通过各个***的逆变器对基于所述电流指令值将辅助扭矩赋予给转向***的具有2个***绕组的电动机进行驱动控制，并且，检测出所述转向***或所述电动机的角度，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：在各个***具备在所述角度的检测***发生故障的时候估计出所述角度的角度估计单元，基于由所述角度估计单元估计出的估计角度来进行各个***的辅助控制。
还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述各个***的角度估计单元为了检测出所述2个***绕组的再生电流，将所述各个***的各相占空比固定在0％或100％；或，在电动机电流检测电路被连接到所述各个***的逆变器的低端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为0％；或，在电动机电流检测电路被连接到所述各个***的逆变器的高端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为100％；或，在电动机电流检测电路被配置在电动机相上的情况下，能够选择将要固定的占空比设为0％或100％；或，通过2个***来进行辅助控制，只有在需要角度估计的时候，停止一方***的辅助控制；或，通过增加正在进行辅助控制的***的辅助量，来对在一方的***进行辅助控制，另一方的***进行角度估计的期间中不够的辅助量进行补偿；或，通过对电动机释放继电器进行ON/OFF控制，使得正在进行角度估计的***的再生电流不会变得过大；或，通过高速并且交替地切换占空比固定模式和零安培[A]控制，使得正在进行角度估计的***的再生电流不会变得过大；或，使进行辅助控制的***产生用于抵消正在进行角度估计的***所产生的制动扭矩的辅助扭矩；或，在不考虑所述各个***的逆变器的死区时间的影响的情况下，不限定要固定的占空比，3个相均被设为相同的占空比，并且，为能够测定所需要的电流值的占空比。
(三)有益效果
根据本发明的电动助力转向装置，因为进行使用了电动机再生电流的角度估计，所以即使在低速转向时也能够高精度地进行角度估计。因此，即使角度检测***发生了故障，也能够继续进行辅助控制。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制单元(ECU)的结构示例的结构框图。
图3是表示电动助力转向装置的电动机控制单元的结构示例的线路图。
图4是表示角度检测***的整体结构的示意图。
图5是表示本发明的结构示例的结构框图。
图6是表示本发明的动作示例的流程图。
图7是表示基于相电流来估计出电角度的一个示例的特性图。
图8是具有2个***绕组的电动机(星形接线)的接线图。
图9是具有2个***绕组的电动机(三角形接线)的接线图。
图10是表示对具有2个***绕组的电动机(星形接线)进行驱动控制的本发明的具体结构示例的结构框图。
具体实施方式
在将无刷电动机用作电动助力转向装置(EPS)的驱动装置的情况下，为了产生正确的电动机扭矩，需要获得电动机旋转角。通常使用诸如分解器、霍尔传感器、磁阻传感器(MR传感器)之类的传感器来检测出角度。因此，在这些角度检测装置发生了故障(包括异常)的情况下，因为变得不能产生正确的电动机扭矩，所以存在“变得不能继续执行作为电动助力转向装置的主要功能的转向辅助功能”的问题。
因此，在本发明中，通过设置即使包括角度传感器在内的角度检测***发生了故障也能够估计出角度的角度估计装置，使得即使在角度检测***发生了故障的情况下，也可以通过估计角度来继续执行转向辅助功能。角度估计的具体的方法是这样的，即，在发生了角度传感器的故障，从而需要角度估计的时刻，有意识地将U相、V相以及W相的所有的占空比指令值都固定在0％。这是为了，通过将电动机设定为完全的电磁制动模式，以便将阻尼成分赋予给转向***，从而达到“避免因急剧的转向速度的变化而造成的车辆举动的不稳定状态(横摆率的发散、转弯时的急剧的转向扭矩的上升、产生急剧的横向加速度等)”的目的，并且，使用ECU即时并正确地检测出因电动机旋转而产生的再生电流，实施角度估计。在电流检测方式为上游分路电阻方式的ECU的情况下，如上所述那样，将所有的相的占空比都固定在0％；在电流检测方式为下游分路电阻方式的ECU的情况下，将所有的相的占空比都固定在100％，通过这样做，就能够赋予阻尼并且还能够检测出再生电流。还有，在电流检测方式为相电流检测方式的ECU的情况下，将所有的相的占空比都固定在0％或100％就可以了。
还有，当角度估计结束的时候，解除占空比0％固定，因为无法使用角度传感器的角度信息，所以基于估计出的角度信息来进行与通常情况下同等的辅助控制，以便继续执行辅助功能。因为在继续执行辅助功能的期间中，变得无法获得角度信息，所以通过交替地重复进行角度估计(将占空比固定在0％或100％)和辅助控制，就能够在进行估计角度的同时，还能够进行辅助控制。
在本发明中，在角度检测***发生了故障的时刻，进行使用了电动机再生电流的角度估计，从而即使在低速转向时也能够高精度地进行角度估计。此方法利用了“ECU的内阻抗(电阻成分)和电动机绕组的阻抗(电阻成分)都足够低”的现象。因为在通常情况下，ECU和电动机的阻抗(电阻成分)都约为10mΩ，所以即使在因电动机的反电动势的幅度太小而造成很难进行测定的低速转向区域，也能够获得足够的检测电流值，从而能够高精度地进行角度估计。为了通过使用ECU来高精度地检测出电动机的再生电流，使3个相的所有的占空比都保持在相同的占空比。这是因为不向电动机施加多余的电流，只检测出再生电流。然而，因为被用于通常的电动机驱动的电路结构为分别将2个开关元件配置在各个相上的逆变器结构，所以设置作为用来使这2个开关元件不发生短路的保护时段的死区时间，但设置死区时间会造成电流检测的精度下降。为了防止起因于死区时间的检测精度的恶化，通过将3个相的所有的占空比都固定在0％或100％，就能够排除死区时间的影响。
但是，必须注意的是，要固定的最适宜的占空比随电动机电流的检测方式不同而不同。例如，在以与低端的开关元件相邻接的方式配置了用于进行电流检测的诸如分路电阻之类的电流检测元件的情况下，将占空比固定在0％，使所有的电动机再生电流都流经分路电阻。与此相反，在以与高端的开关元件相邻接的方式配置了电流检测元件的情况下，将占空比固定在100％。
还有，在电流检测元件被直接配置在高端与低端之间的电动机相上的情况下，可以将占空比设为0％或100％。通过这样做，即使在极其缓慢的转向速度(例如，等于或小于10deg/s)的情况下，也能够高精度地检测出电动机再生电流，并且，基于3个相的电流的大小关系等，能够估计出电角度。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图5示出了本发明的结构示例，角度检测***与图4的角度检测***相同。如图5所示，ECU200内设有MCU230、稳定电源电路201、A/D变换单元202等，MCU230具备故障判定单元210、角度估计单元220、扭矩方向判定单元221以及补正单元222的功能。ECU200将运算出的各相占空比输入到FET栅极驱动电路130，经由逆变器140对电动机100进行驱动。电力从电池105经由开关单元131被供应给逆变器140，ECU200对开关单元131进行导通或关断(ON/OFF)。还有，电力从电池105被供应给ECU200，并且，来自点火开关104的点火信号被输入到ECU200以及开关单元131中。
作为旋转传感器的分解器101被连接到电动机100的转子，来自分解器101的检测信号被输入到转子旋转角检测电路102中，检测出的旋转角θ被输入到ECU200中。还有，电流检测电路103检测出电动机100的相电流，检测出的相电流Ip被输入到ECU200中。另外，由扭矩传感器110检测出的转向扭矩Th在A/D变换单元202中被变换成数字值，该数字值被输入到MCU230中，来自车速传感器111的车速Vs被输入到MCU230中。
在这样的结构中，参照图6的流程图对其动作示例进行说明。
当动作开始的时候，输入来自扭矩传感器110的转向扭矩Th，并且，输入来自车速传感器111的车速Vs(步骤S1)。ECU200(MCU230)基于转向扭矩Th以及车速Vs运算出电流指令值(步骤S2)，并且，运算出各相占空比(步骤S3)。经由栅极驱动电路130以及逆变器140对电动机100进行驱动(步骤S4)。在这个辅助控制状态，电流检测电路103检测出相电流Ip，转子旋转角检测电路102检测出旋转角θ，检测出的相电流Ip以及检测出的旋转角θ被输入到ECU200中。
MCU230内的故障判定单元210在如上所述那样的辅助控制中，判定角度传感器(例如，分解器101)是否发生了故障(包括异常)(步骤S5)。使用诸如“判定是否满足sinθ2+cosθ2＝1”之类的一般的方法，来进行角度传感器(例如，分解器101)的故障判定。在没有发生故障的情况下，返回到上述步骤S1，重复进行上述动作。
在上述步骤S5中，在通过故障判定单元210而被判定为角度传感器发生了故障的情况下，将占空比固定在0％，停止电动机100的驱动(步骤S10)，并且，判定由电流检测电路103检测出的相电流Ip的幅度是否等于或大于阈值Pth(步骤S11)。在相电流Ip的幅度小于阈值Pth的情况下，返回到上述步骤S10。此外，将阈值Pth设置为一个比A/D变换后的电流检测值的噪声的幅度大的值。通过滤波处理等来降低噪声，这样就可以设定一个比较小的阈值Pth。
在上述步骤S11中，在被判定为相电流Ip的幅度等于或大于阈值Pth的情况下，MCU230内的角度估计单元220基于相电流Ip来估计出电角度(步骤S12)。基于相电流Ip来估计出电角度的实施例具有如图7所示那样的特性。也就是说，例如，当U相和V相为正的值，并且，W相为负的值的时候，估计出“估计角度在0°～60°的范围内”。更精细地进行角度估计的话，则当V相大于U相的时候，估计出“估计角度在0°～30°的范围内”，反过来，当U相大于V相的时候，估计出“估计角度在30°～60°的范围内”。关于其他的角度，同样地，也可以根据电流的符号和大小关系来估计出“具有30°的刻度的角度”。
接下来，ECU200内的扭矩方向判定单元221根据小齿轮侧角度的运动，来判定施加在电动机100上的扭矩的方向(步骤S13)。因为当施加在电动机100上的扭矩(在电动机100上产生的扭矩)的方向发生逆转的时候，在上述步骤S12中估计出的估计角度会偏离180°，所以根据作为柱轴的小齿轮侧角度(输出轴角度)的转向轴角度θp变化的方向(在这里，“角度的变化方向”意味着“旋转方向”)来估计出施加在电动机100上的扭矩的方向，如有必要，则进行180°补正。例如，当转向轴角度θp沿顺时针方向(CW方向)旋转的时候，因为这相当于电动机100的3个相都发生了短路，所以针对顺时针旋转(CW旋转)产生制动扭矩。因为该制动扭矩的方向与旋转方向相反，所以电动机100的扭矩的方向成为逆时针方向(CCW方向)。反过来，当转向轴角度θp沿CCW方向旋转的时候，电动机100的扭矩的方向成为CW方向。
MCU230内的补正单元222根据由扭矩方向判定单元221判定出的扭矩的方向，来对估计电角度进行补正(步骤S14)。当电动机100的扭矩的方向发生反转的时候，电动机100的相电流Ip具有极性发生反转的特性。也就是说，CW方向的电动机扭矩发生在90°的角度的场合和CCW方向的电动机扭矩发生在270°的角度的场合成为相同的相电流的符号和大小关系。因此，当假设例如图7所示的电流与角度之间的关系是电动机100所产生的扭矩的方向为CW方向的场合的关系的时候，在电动机100的扭矩的方向为CCW方向的情况下，补正单元222通过对估计角度进行180°偏移补正，这样能够估计出正确的角度。
如上所述那样，当电角度的估计以及补正结束的时候，ECU200解除各相占空比的0％固定(步骤S15)，基于补正后的估计角度来进行与通常情况下相同的辅助控制(步骤S16)。
尽管在上述实施方式中，将电流检测电路103配置在电动机相间，并且，将占空比固定在0％，但也可以将占空比固定在100％。还有，在以与逆变器低端的FET(Q2、Q4以及Q6)相邻接的方式配置了诸如电流检测用分路电阻之类的电流检测元件的情况下，将占空比固定在0％，使所有的电动机再生电流都流经分路电阻。与此相反，在以与逆变器高端的FET(Q1、Q3以及Q5)相邻接的方式配置了电流检测元件的情况下，将占空比固定在100％。
还有，作为转向轴角度(小齿轮侧角度)的替代，角度估计单元220也可以使用转向扭矩Th的符号或转向扭矩Th的微分值的符号来判定扭矩方向。另外，能够根据诸如转向速度以及辅助扭矩之类的状况，来变更各相占空比的固定时间(角度估计所需的时间)。还有，角度估计单元220在电动机100处于完全不旋转的状况，并且，角度估计是不确定的情况下，也可以通过向电动机100施加电流以便驱动电动机100，此后立即通过固定各相占空比并检测出电流，来进行角度估计。
一方面，近年来，为了提高电动机的安全性，出现了具备多个***电动机绕组的电动机。图8示出了星形接线的三相电动机。如图8所示，1个***由U相绕组UW1、V相绕组VW1以及W相绕组WW1来构成，另1个***由U相绕组UW2、V相绕组VW2以及W相绕组WW2来构成。通过向绕组UW1～WW1或绕组UW2～WW2施加三相电流，以便驱动电动机。还有，图9示出了三角形接线的三相电动机。如图9所示，1个***由U相绕组UW1、V相绕组VW1以及W相绕组WW1来构成，另1个***由U相绕组UW2、V相绕组VW2以及W相绕组WW2来构成。通过向绕组UW1～WW1或绕组UW2～WW2施加三相电流，以便驱动电动机。
也可以将本发明应用在通过具有这样的多个***绕组的电动机来驱动的电动助力转向装置中，与图5相对应的图10示出了其结构示例。在本示例中，对具有星形接线的2个***绕组(L1：L1u～L1w以及L2：L2u～L2w)的电动机150的驱动控制进行说明。
用于驱动具有2个***电动机绕组的电动机150的电动机控制单元由控制单元150A和控制单元150B来构成，其中，控制单元150A对绕组L1(L1u～L1w)进行驱动控制，控制单元150B对绕组L2(L2u～L2w)进行驱动控制。控制单元150A以及控制单元150B具有相同的结构，ECU200A以及ECU200B分别对控制单元150A以及控制单元150B进行控制。ECU200A至少具备故障判定单元210A、角度估计单元220A、扭矩方向判定单元221A以及补正单元222A的功能，ECU200B至少具备故障判定单元210B、角度估计单元220B、扭矩方向判定单元221B以及补正单元222B的功能。
转向扭矩Th、车速Vs以及来自转子旋转角检测电路102的旋转角θ被输入到ECU200A以及ECU200B中，从第1***的电动机绕组L1的各相线圈检测到的电动机电流I1d(Iu1、Iv1以及Iw1)被输入到ECU200A中，从第2***的电动机绕组L2的各相线圈检测到的电动机电流I2d(Iu2、Iv2以及Iw2)被输入到ECU200B中。由ECU200A如上所述那样运算出的占空比的驱动信号GtA被输入到栅极驱动电路130A中，由ECU200B运算出的占空比的驱动信号GtB被输入到栅极驱动电路130B中。还有，由ECU200A内的故障判定单元210A判定出的故障信号SAa被输入到栅极驱动电路130A中，由ECU200B内的故障判定单元210B判定出的故障信号SAb被输入到栅极驱动电路130B中。
还有，直流电流从作为直流电源的电池105经由噪声滤波器106，然后再分别经由分别通过栅极驱动电路130A以及栅极驱动电路130B来进行导通(ON)或切断(OFF)的电源切断电路131A以及电源切断电路131B，被供应给控制单元150A以及控制单元150B。另外，电源切断电路131A具有这样的串联电路结构，即，FETQC1以及FETQC2的源极彼此相互被连接在一起，它们的寄生二极管彼此方向相反。电源切断电路131B具有这样的串联电路结构，即，FETQD1以及FETQD2的源极彼此相互被连接在一起，它们的寄生二极管彼此方向相反。另外，FETQC1以及FETQD1的漏极彼此相互被连接在一起后被连接到噪声滤波器106的输出侧，FETQC2的漏极被连接到逆变器140A的FETQ1、FETQ2以及FETQ3的源极，FETQD2的漏极被连接到逆变器140B的FETQ1、FETQ2以及FETQ3的源极。
电源平滑用电解电容器CA被并联连接到逆变器140A的电源供应部，电源平滑用电解电容器CB被并联连接到逆变器140B的电源供应部。还有，由电流切断用的FETQA1、FETQA2以及FETQA3构成的电动机释放继电器(motor release relay)132A被连接在逆变器140A与电动机150的绕组L1之间，由电流切断用的FETQB1、FETQB2以及FETQB3构成的电动机释放继电器132B被连接在逆变器140B与电动机150的绕组L2之间。还有，电动机释放继电器132A的FETQA1～FETQA3将各自的寄生二极管D的阴极设为逆变器140A侧并使各自朝同一方向连接，电动机释放继电器132B的FETQB1～FETQB3将各自的寄生二极管D的阴极设为逆变器140B侧，使各自朝同一方向连接。
ECU200A在没有判定出角度检测***的故障从而没有输出故障信号SAa的时候，基于运算出的驱动信号GtA，经由栅极驱动电路130A和逆变器140A，对电动机150的绕组L1进行驱动。还有，ECU200B在没有判定出角度检测***的故障从而没有输出故障信号SAb的时候，基于运算出的驱动信号GtB，经由栅极驱动电路130B和逆变器140B，对电动机150的绕组L2进行驱动。当来自ECU200A的故障信号SAa被输入到栅极驱动电路130A中的时候，栅极驱动电路130A将占空比固定在0％或100％，并且，必要时，对电源切断电路131A以及电动机释放继电器132A进行导通或关断(ON/OFF)控制。还有，当来自ECU200B的故障信号SAb被输入到栅极驱动电路130B中的时候，栅极驱动电路130B将占空比固定在0％或100％，并且，必要时，对电源切断电路131B以及电动机释放继电器132B进行导通或关断(ON/OFF)控制。
在这样的2个***的硬件结构的场合，可以将一方的***专门用于进行驱动，将另一方的***专门用于基于电动机的电流来估计出角度。具体而言，一方的***将占空比固定在0％或100％，始终在进行电动机电流检测，持续估计出角度。剩下的另一方的***使用估计出的角度来进行辅助控制。通过这样做，就能够同时进行角度估计和辅助控制，并且，还能够获得更加平滑的转向感。还有，因为固定了占空比的***的电动机始终产生制动扭矩，所以通过使进行辅助控制的一侧的***产生用于抵消制动扭矩的辅助扭矩，这样就能够抵消转向感的变化。另外，为了避免“由于制动扭矩过大而造成辅助不够”和“不必要的粘性感”，通过对固定了占空比的***的电动机释放继电器进行导通或关断(ON/OFF)控制，就能够进行控制，使得不会变成过度的制动扭矩。或者，即使高速并且交替地重复占空比固定模式和零安培[A]控制，也能够获得同样的效果。
在不考虑各个***的逆变器的死区时间的影响的情况下，这样做就可以了，即，不限定要固定的占空比，3个相均被设为相同的占空比，并且，为能够测定所需要的电流值的占空比。
附图标记说明
1-转向盘(方向盘)；
2A-扭力杆；
2-柱轴(转向轴或方向盘轴)；
10、110-扭矩传感器；
12、111-车速传感器；
14H-转向盘侧角度传感器；
14P-小齿轮侧角度传感器；
20、100、150-电动机；
23-电动机释放开关；
30、200-控制单元(ECU)；
31-电流指令值运算单元；
34-PI控制单元；
35-PWM控制单元；
36、140-逆变器；
101-分解器；
102-转子旋转角检测电路；
103-电流检测电路；
130-FET栅极驱动电路；
210-故障判定单元；
220-角度估计单元；
221-扭矩方向判定单元；
222-补正单元；
230-微控制器单元(MCU)。

Claims (20)

1.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，按照PWM(脉冲宽度调制)的各相占空比并通过逆变器对基于所述电流指令值将辅助扭矩赋予给转向***的电动机进行驱动控制，并且，检测出所述转向***或所述电动机的角度，其特征在于：
具备角度估计单元，
所述角度估计单元在所述角度的检测***发生故障的时候，固定所述各相占空比，检测出电流，估计出所述角度，
基于由所述角度估计单元估计出的估计角度来进行辅助控制，
所述角度估计单元为了检测出所述电动机的再生电流，将所述各相占空比固定在0％或100％。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被连接到所述逆变器的低端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为0％。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被连接到所述逆变器的高端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为100％。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被配置在电动机相上的情况下，能够选择将要固定的占空比设为0％或100％。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度估计单元在将所有的所述各相占空比都固定起来的期间中，检测出所述电动机的电流。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度估计单元基于检测出的电动机电流估计出所述角度。
7.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度估计单元基于转向轴角度的旋转方向对估计角度进行补正。
8.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度估计单元使用所述转向扭矩的符号或所述转向扭矩的微分值的符号来替代转向轴角度的旋转方向。
9.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：能够根据转向速度以及辅助扭矩之类的状况，来变更所述各相占空比的固定时间。
10.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度估计单元在所述电动机处于完全不旋转的状况，并且，角度估计是不确定的情况下，通过向所述电动机施加电流以便驱动所述电动机，此后立即通过固定所述各相占空比并检测出电流，来进行角度估计。
11.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，按照PWM(脉冲宽度调制)的各相占空比并通过各个***的逆变器对基于所述电流指令值将辅助扭矩赋予给转向***的具有2个***绕组的电动机进行驱动控制，并且，检测出所述转向***或所述电动机的角度，其特征在于：
在各个***具备角度估计单元，
所述角度估计单元在所述角度的检测***发生故障的时候，固定所述各相占空比，检测出电流，估计出所述角度，
基于由所述角度估计单元估计出的估计角度来进行各个***的辅助控制，
所述各个***的角度估计单元为了检测出所述2个***绕组的再生电流，将所述各个***的各相占空比固定在0％或100％。
12.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被连接到所述各个***的逆变器的低端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为0％。
13.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被连接到所述各个***的逆变器的高端开关元件的情况下，将要固定的占空比设为100％。
14.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：在电动机电流检测电路被配置在电动机相上的情况下，能够选择将要固定的占空比设为0％或100％。
15.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过2个***来进行辅助控制，只有在需要角度估计的时候，停止一方***的辅助控制。
16.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过增加正在进行辅助控制的***的辅助量，来对在一方的***进行辅助控制，另一方的***进行角度估计的期间中不够的辅助量进行补偿。
17.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过对电动机释放继电器进行ON/OFF控制，使得正在进行角度估计的***的再生电流不会变得过大。
18.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过高速并且交替地切换占空比固定模式和零安培[A]控制，使得正在进行角度估计的***的再生电流不会变得过大。
19.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：使进行辅助控制的***产生用于抵消正在进行角度估计的***所产生的制动扭矩的辅助扭矩。
20.根据权利要求19所述的电动助力转向装置，其特征在于：在不考虑所述各个***的逆变器的死区时间的影响的情况下，不限定要固定的占空比，3个相均被设为相同的占空比，并且，为能够测定所需要的电流值的占空比。
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