CN109562780B - 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具有“用于对逆变器的死区时间进行补偿”的多个死区时间补偿功能，不需要调节操作，通过根据转向状态来切换死区时间补偿功能，以便进行补偿，提高转向性能，并且，改善电流波形的失真，提高电流控制的响应性，能够抑制声音、振动和脉动。本发明的基于矢量控制方式的电动助力转向装置至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其具有“用于进行逆变器的死区时间补偿”的性能各不相同的多个死区时间补偿功能，通过按照所规定的条件从多个死区时间补偿功能中的一个死区时间补偿功能切换到另一个死区时间补偿功能，来实施死区时间补偿。

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，该电动助力转向装置通过dq轴旋转坐标系对三相无刷电动机的驱动进行矢量控制，并且，通过按照所规定的条件来切换多个死区时间补偿功能(例如，基于电动机旋转角(电角度)的函数的逆变器的死区时间补偿功能和基于电流指令值模型的逆变器的死区时间补偿功能)(即，通过按照所规定的条件对多个死区时间补偿功能进行条件转移(conditional branch))，以便实施与转向状态相对应的死区时间补偿，从而提高了转向性能，实现了平稳并且没有转向音的辅助控制。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)的电动助力转向装置(EPS)，将作为致动器的电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准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相连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于对转向盘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相连接。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，由通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14，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(电动机旋转角)θ。
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Vs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。
在这样的电动助力转向装置中，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例如，如图2的结构所示那样。
参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vs被输入到转向辅助指令值运算单元31中。转向辅助指令值运算单元31基于转向扭矩Th和车速Vs并利用辅助图(assist map)等来运算出转向辅助指令值Iref1。运算出的转向辅助指令值Iref1在加法单元32A与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号CM相加，相加后得到的转向辅助指令值Iref2在电流限制单元33中被限制了最大值，被限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中以便在减法单元32B中对其和电动机电流检测值Im进行减法运算。
PI(Proportional-Integral，比例积分)控制单元35对作为在减法单元32B中得到的减法结果的偏差ΔI(＝Irefm－Im)进行诸如PI(比例积分)之类的电流控制，经过电流控制后得到的电压控制指令值Vref与调制信号(三角波载波)CF一起被输入到PWM控制单元36中以便运算出占空比指令值，通过已经运算出占空比指令值的PWM信号并且经过逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32B中。
另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(SAT)343与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344中得到的加法结果与收敛性控制值341相加，最后将在加法单元345中得到的加法结果作为补偿信号CM输入到加法单元32A以便实施特性改善。
近年来，作为电动助力转向装置的致动器，三相无刷电动机已经成为了主流，并且，因为电动助力转向装置为车载产品，所以其工作温度范围很广，从故障安全的角度来看，与以家用电器产品为代表的一般工业用逆变器相比，用于驱动电动助力转向装置中的电动机的逆变器需要较长的死区时间(即，一般工业用设备用逆变器的死区时间＜EPS用逆变器的死区时间)。一般来说，因为当关断(OFF)开关元件(例如，FET(Field-EffectTransistor，场效应晶体管))的时候，存在延迟时间，所以如果同时进行上下桥臂的开关元件的关断/导通(OFF/ON)切换的话，则会发生直流链路短路的状况，为了防止发生这种状况，设置上下桥臂的双方的开关元件处于关断(OFF)状态的时间(死区时间)。
其结果为，电流波形失真，并且，电流控制的响应性和转向感发生恶化。例如，当转向盘处于在中心(on-center)附近的状态并且缓慢地进行转向的时候，会产生起因于扭矩脉动等的不连续的转向感等。还有，因为在中、高速转向时所发生的电动机的反电动势和绕组之间的干扰电压会作为外部干扰而作用于电流控制，所以会使转向追随性和反向转向时的转向感变差。
“独立地设定作为三相无刷电动机的转子的坐标轴的用来控制扭矩的q轴和用来控制磁场强度的d轴，因为各个轴存在90°的关系，所以通过该矢量对相当于各个轴的电流(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)进行控制”的矢量控制方式是已知的。
图3示出了“通过矢量控制方式对三相无刷电动机100进行驱动控制的场合”的结构示例。如图3所示，基于转向扭矩Th、车速Vs等来运算出两个轴(dq轴坐标系)的转向辅助指令值(Iref2(idref以及iqref))，被限制了最大值的两个轴的d轴电流指令值id *以及q轴电流指令值iq *分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，由减法单元131d以及减法单元131q求出的电流偏差Δid *以及电流偏差Δiq *分别被输入到PI控制单元120d以及PI控制单元120q中。在PI控制单元120d以及PI控制单元120q中经过PI控制后得到的电压指令值vd以及电压指令值vq分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中，由减法单元141d以及加法单元141q求出的指令电压Δvd以及指令电压Δvq被输入到dq轴/3相交流变换单元150中。在dq轴/3相交流变换单元150中被变换成3个相的电压指令值Vu*、Vv*以及Vw*被输入到PWM控制单元160中,通过基于运算出的3个相的占空比指令值(Dutyu、Dutyv、Dutyw)的PWM信号UPWM、VPWM以及WPWM，并且，经由“由如图4所示那样的具有上下桥臂的电桥结构来构成”的逆变器(逆变器外加电压VR)161来对电动机100进行驱动。上侧桥臂由作为开关元件的FETQ1、FETQ3以及FETQ5来构成，还有，下侧桥臂由FETQ2、FETQ4以及FETQ6来构成。
电流检测器162检测出电动机100的3相电动机电流iu、iv以及iw，检测出的3相电动机电流iu、iv以及iw被输入到3相交流/dq轴变换单元130中，在3相交流/dq轴变换单元130中被变换成2个相的反馈电流id以及iq分别被减法输入到减法单元131d以及减法单元131q中，并且，还被输入到d-q解耦控制(decoupling control)单元140中。还有，旋转传感器等被安装在电动机100上，用来对传感器信号进行处理的角度检测单元110输出电动机旋转角θ以及电动机转速(旋转速度)ω。电动机旋转角θ被输入到dq轴/3相交流变换单元150以及3相交流/dq轴变换单元130中。还有，电动机转速ω被输入到d-q解耦控制单元140中。来自d-q解耦控制单元140的2个相的电压vd1 *以及vq1 *分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中，减法单元141d计算出电压Δvd，加法单元141q计算出电压Δvq。
这样的基于矢量控制方式的电动助力转向装置是用来对驾驶员的转向进行辅助的装置，并且，电动机的声音、振动和扭矩脉动等作为一种力的感觉经由转向盘被传递给驾驶员。作为用来驱动逆变器的功率器件，通常使用FET，在三相电动机的情况下，为了对电动机进行通电，如图4所示那样，针对每个相，需要使用上下桥臂中的被串联起来的FET。尽管交替地重复进行上下桥臂的FET的导通/关断(ON/OFF)，但由于FET不是理想的开关，其不可能按照栅极信号的指令来瞬时进行FET的ON/OFF，所以需要导通时间和关断时间。因此，如果向上侧桥臂的FET发出的导通指令(ON指令)和向下侧桥臂的FET发出的关断指令(OFF指令)同时被输入进来的话，则存在“上侧桥臂的FET和下侧桥臂的FET同时处于导通状态(ON状态)，从而上下桥臂发生短路”的问题。因为FET的导通时间和关断时间有所不同，所以在同时向FET发出指令的情况下，在“向上侧桥臂的FET发出了ON指令，并且，导通时间短(例如，导通时间为100ns)”的场合，FET就立刻变成ON状态，但在“即使向下侧桥臂的FET发出了OFF指令，但关断时间长(例如，关断时间为400ns)”的场合，FET却不会立刻变成OFF状态，因此，可能会发生“瞬时上侧桥臂的FET变成ON状态，并且，下侧桥臂的FET也变成ON状态(例如，在400ns－100ns之间，ON－ON)”的现象。
因此，通过在经过了作为死区时间的所规定的时间之后，将ON信号赋予给栅极驱动电路，这样就不会发生“上侧桥臂的FET和下侧桥臂的FET同时处于ON状态”的现象。因为该死区时间为非线性，所以电流波形失真，控制的响应性能发生恶化，发生声音、振动和脉动。在柱轴助力式电动助力转向装置的场合，因为与通过转向盘和钢制的柱轴来进行连接的齿轮箱直接相连接的电动机的配置位置在结构上非常靠近驾驶员，所以与下游助力方式的电动助力转向装置相比，需要特别考虑起因于电动机的声音、振动和脉动等。
作为对逆变器的死区时间进行补偿的方法，在现有技术中，检测出发生死区时间的时刻，添加补偿值，通过电流控制的dq轴上的外部干扰观测器来对死区时间进行补偿。
例如，日本专利第4681453号公报(专利文献1)和日本特开2015-171251号公报(专利文献2)公开了用于对逆变器的死区时间进行补偿的电动助力转向装置。在专利文献1中，具备死区时间补偿电路，该死区时间补偿电路将电流指令值输入到包括电动机和逆变器在内的电流控制环路的参考模型电路中，基于电流指令值来生成模型电流，基于模型电流来对逆变器的死区时间的影响进行补偿。还有，在专利文献2中，具备用于对占空比指令值进行基于死区时间补偿值的补正的死区时间补偿单元，并且，具有基本补偿值运算单元和滤波器单元，其中，该基本补偿值运算单元基于电流指令值来运算出作为死区时间补偿值的基础值的基本补偿值，该滤波器单元对基本补偿值进行与LPF(低通滤波器)相对应的滤波处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4681453号公报
专利文献2：日本特开2015-171251号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1的装置为这样一种方式，即，计算出基于q轴电流指令值的大小的死区时间补偿量，使用3相电流参考模型，估计出补偿符号。在等于或小于所规定的固定值的情况下，补偿电路的输出值为与模型电流成比例的变化值；在等于或大于所规定的固定值的情况下，补偿电路的输出值为固定值与“与模型电流成比例的变化值”相加后得到的加法值。尽管基于电流指令来输出电压指令，但需要进行“用来决定用于输出所规定的固定值的滞后特性”的调节操作。
还有，尽管专利文献2的装置在决定死区时间补偿值的时候，通过q轴电流指令值和“对q轴电流指令值进行低通滤波器处理后得到的补偿值”来进行死区时间补偿，但由于“因低通滤波器处理而导致产生延迟”，所以存在“将被输入到电动机中的最终的电压指令并不是用来操作死区时间补偿值的电压指令”的问题。
还有，为了提高转向性能，存在“在特定的区域，切换多个死区时间补偿功能”的情形。在除“例如，在高速转向时，d轴电流指令值为0[A]”的场合以外的情况下，因为死区时间补偿值的特性会发生很大变化，所以在通过单一功能的死区时间补偿对整个区域进行补偿的情况下，有时在特定的区域，补偿精度会变差，并且，会发生扭矩脉动、声音和振动。
在前馈类型的死区时间补偿(角度前馈类型、电流指令值模型类型)中，因为锁定电动机输出轴，通过专用软件使电流在电动机中流动，所以需要通过实际的机器来测定所需要的死区时间补偿量。还有，需要进行“使用电动机试验装置使单个电动机在恒定负载和恒定转速的条件下旋转，通过相位匹配和电流指令值来决定补偿符号”的阈值的调节操作。因为需要多次对逆变器外加电压和电动机转速等进行分配，所以存在“减轻调节操作”的要求。
另外，在前馈类型的死区时间补偿中，如果不通过适当的补偿量并且在适当的时刻来切换符号的话，则在零交叉点附近和在低负载以及低速转向时，会发生触点抖动(chattering)。因为加入“补偿量不合适”的死区时间补偿和/或“时刻不合适”的死区时间补偿，所以就有可能“因控制本身而导致发生触点抖动”。在前馈类型的死区时间补偿中，为了抑制这样的触点抖动，需要进行诸如“找各种窍门”、“严格切换补偿符号”之类的非常细致的调节操作。
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基于矢量控制方式的电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有“用于对逆变器的死区时间进行补偿”的多个死区时间补偿功能，不需要调节操作，通过根据转向状态来切换死区时间补偿功能，以便进行前馈补偿，提高转向性能，并且，改善电流波形的失真，提高电流控制的响应性，能够抑制声音、振动和脉动。
解决技术问题的技术方案
本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具有“用于进行所述逆变器的死区时间补偿”的性能各不相同的多个死区时间补偿功能，通过按照所规定的条件从所述多个死区时间补偿功能中的一个死区时间补偿功能切换到另一个死区时间补偿功能，来实施所述死区时间补偿。
还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备死区时间补偿单元A、死区时间补偿单元B和补偿值切换单元，所述死区时间补偿单元A运算出“基于所述三相无刷电动机的电动机转速，并且，与所述逆变器的所述dq轴相关联”的第一dq轴补偿值，所述死区时间补偿单元B输入所述dq轴电流指令值，运算出“基于电流指令值模型，并且，与所述逆变器的所述dq轴相关联”的第二dq轴补偿值，所述补偿值切换单元通过基于所述dq轴电流指令值以及所述q轴的所述转向辅助指令值来切换所述第一dq轴补偿值和所述第二dq轴补偿值，以便输出dq轴死区时间补偿值，所述电动助力转向装置通过使用所述dq轴死区时间补偿值对所述dq轴电流指令值进行补正，来实施所述逆变器的死区时间补偿。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置，因为按照所规定的条件来切换多个死区时间补偿功能(例如，基于电动机旋转角(电角度)的函数的逆变器的死区时间补偿功能(A)和基于电流指令值模型的逆变器的死区时间补偿功能(B))，根据转向状态在最适当的状态下进行死区时间的补偿，所以能够更进一步提高转向性能。基于电动机旋转角(电角度)的函数的逆变器的死区时间补偿功能(A)具有“在角度的相位与相电流的相位相匹配的低速转向区域以及中速转向区域，具有高补偿精度，还有，即使在3个相的补偿波形不是矩形波的情况下，也可以进行补偿”的特征。还有，基于电流指令值模型的逆变器的死区时间补偿功能(B)具有“即使在高速转向时，相位移也比较小，从而能够简单地实施死区时间补偿”的特征。根据本发明，因为按照转向状态来切换补偿功能A和补偿功能B，所以能够实现“充分利用了两者的特征”的最合适的转向。
通过将dq轴电流指令值变换成3个相的电流模型指令值，并且，估计出补偿符号，基于逆变器外加电压来运算出逆变器的死区时间补偿量，基于死区时间补偿量，使对“基于估计出的补偿符号的死区时间补偿值”进行变换后得到的2个相的死区时间补偿值与dq轴上的电压指令值相加(前馈)，来进行补偿，或者，通过使“通过基于与q轴的转向辅助指令值有关联的电流控制延迟模型的电流指令值感应增益对基于电动机旋转角、电动机转速以及逆变器外加电压来运算出的补偿值进行限制后得到的”死区时间补偿值与dq轴上的电压指令值相加，来进行补偿。通过这样做，就不需要调节操作，通过对逆变器的死区时间进行补偿，就能够改善电流波形的失真，并且，还能够提高电流控制的响应性。
附图说明
图1是表示一般的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***的结构示例的结构框图。
图3是表示矢量控制方式的结构示例的结构框图。
图4是表示一般的逆变器的结构示例的接线图。
图5是表示本发明的结构示例的结构框图。
图6是详细地表示切换判定单元的结构示例的结构框图。
图7是表示死区时间补偿单元(A)的结构示例的结构框图。
图8是详细地表示死区时间补偿单元(A)的结构示例的结构框图。
图9是表示电流指令值感应增益单元的结构示例的结构框图。
图10是电流指令值感应增益单元内的增益单元的特性图。
图11是表示电流指令值感应增益单元的特性示例的特性图。
图12是表示补偿符号估计单元的动作示例的波形图。
图13是表示逆变器外加电压感应增益单元的结构示例的结构框图。
图14是表示逆变器外加电压感应增益单元的特性示例的特性图。
图15是表示相位调整单元的特性示例的特性图。
图16是表示各相角度－死区时间补偿值函数单元的动作示例的图。
图17是表示死区时间补偿单元(B)的结构示例的结构框图。
图18是表示逆变器外加电压感应补偿量运算单元的特性示例的特性图。
图19是表示3相电流指令值模型的输出波形的一个示例的波形图。
图20是表示基于条件转移单元的死区时间补偿的切换的特性示例的波形图。
图21是表示空间矢量调制单元的结构示例的结构框图。
图22是表示空间矢量调制单元的动作示例的图。
图23是表示空间矢量调制单元的动作示例的图。
图24是表示空间矢量调制单元的动作示例的时间图。
图25是表示空间矢量调制的效果的波形图。
图26是表示本发明的效果的波形图。
图27是表示死区时间补偿单元(A)的其他的结构示例的结构框图。
图28是表示各相角度－死区时间补偿值函数单元的动作示例的图。
图29是表示dq轴角度－死区时间补偿值基准表的输出电压特性的特性图。
具体实施方式
本发明为了解决“因ECU的逆变器的死区时间的影响，从而导致产生电流失真、发生扭矩脉动、使转向音恶化等”的问题，通过按照所规定的条件来切换基于与电动机旋转角(电角度)相对应的函数的死区时间补偿功能(A)和基于电流指令值模型的死区时间补偿功能(B)，以便使逆变器的死区时间补偿值加在dq轴上，从而进行前馈补偿。
在单一功能的单一算法的死区时间补偿功能中，尽管在低速转向时，能够高精度地进行补偿，但在高速转向时，有时补偿精度会变差，或者，尽管在高负载时，能够高精度地进行补偿，但在低负载时，有时补偿精度也会变差。因此，在单一功能的单一算法的死区时间补偿功能中，难以高精度地对整个转向区域进行补偿。然而，在本发明中，通过准备多个“在转向条件下具有高补偿精度”的死区时间补偿功能，并且，根据转向状态切换到最合适的死区时间补偿功能，这样就能够针对整个转向区域，实施具有高补偿精度的死区时间补偿。
在本发明中，针对dq轴矢量控制方式的d轴电压指令值以及q轴电压指令值，分别进行基于多个补偿功能的死区时间补偿，并且，按照“由d轴电流指令值、q轴电流指令值以及电动机转速来决定”的所规定的条件来切换死区时间补偿功能，这样就能够针对低速转向区域、中速转向区域以及高速转向区域的所有的区域，选择出最合适的死区时间补偿值。本发明的实施方式具有这样的结构，即，具有死区时间补偿功能A和死区时间补偿功能B，通过“将d轴电流指令值、q轴电流指令值以及电动机转速作为判定条件”的切换判定单元来进行切换判定，然后，通过软件来切换死区时间补偿功能A和死区时间补偿功能B(条件转移单元)。为了快速进行死区时间补偿功能A和死区时间补偿功能B的切换，使用“可以瞬时进行切换”的条件转移单元，而不是使用“在切换时需要一定的时间”的混合单元。
此外，尽管低速转向区域、中速转向区域以及高速转向区域的电动机转速的范围随电动机的种类和EPS的减速齿轮3的减速比的不同而不同，但在本发明中，例如，低速转向区域的电动机转速的范围为0[rpm]～300[rpm]；中速转向区域的电动机转速的范围为300[rpm]～1800[rpm]；高速转向区域的电动机转速的范围为1800[rpm]～4000[rpm]，高速转向区域的电动机转速为等于或大于电动机的额定转速的转速(即，高速转向区域的电动机转速范围为“需要进行弱磁控制”的转速范围)。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
与图3相对应的图5示出了本发明的整体结构。如图5所示，设有“用于运算出dq轴上的补偿值vdA以及vqA”的死区时间补偿功能(A)单元200、“用于运算出dq轴上的补偿值vdB以及vqB”的死区时间补偿功能(B)单元400和“用于按照所规定的条件来切换补偿值vdA以及vqA和补偿值vdB以及vqB，输出死区时间补偿值vd *以及vq *”的补偿值切换单元500。还有，死区时间补偿功能(A)单元200具有“在低速转向区域以及中速转向区域，具有高补偿精度”的特性；死区时间补偿功能(B)单元400具有“在高速转向区域，具有高补偿精度”的特性。
相当于图2的转向辅助指令值Iref2的q轴的转向辅助指令值iqref被输入到死区时间补偿单元200(其细节将在后面描述)中，并且，被施加在逆变器161上的逆变器外加电压VR、电动机旋转角θ以及电动机转速ω也被输入到死区时间补偿单元200中。还有，d轴电流指令值id *、q轴电流指令值iq *、电动机旋转角θ、逆变器外加电压VR以及电动机转速ω被输入到死区时间补偿单元400(其细节将在后面描述)中。另外，补偿值切换单元500由“用于判定补偿值的切换”的切换判定单元510和“根据来自切换判定单元510的切换判定标记SF，来切换来自死区时间补偿功能(A)单元200的补偿值vdA以及vqA和来自死区时间补偿功能(B)单元400的补偿值vdB以及vqB，然后，输出经切换后得到的死区时间补偿值vd *以及vq *”的基于软件的条件转移单元501以及条件转移单元502来构成。
条件转移单元501在功能上具有接点a1以及接点b1，补偿值vdA被输入到接点a1，补偿值vdB被输入到接点b1。还有，条件转移单元502在功能上具有接点a2以及接点b2，补偿值vqA被输入到接点a2，补偿值vqB被输入到接点b2。根据来自切换判定单元510的切换判定标记SF，来同步切换条件转移单元501的接点a1以及接点b1和条件转移单元502的接点a2以及接点b2。也就是说，当切换判定标记SF没有被输入进来的时候(例如，“L”)，为接点a1以及接点a2，补偿值vdA以及vqA作为死区时间补偿值vd *以及vq *被输出；当切换判定标记SF被输入进来的时候(例如，“H”)，为接点b1以及接点b2，补偿值vdB以及vqB作为死区时间补偿值vd *以及vq *被输出。
图6示出了切换判定单元510的结构。如图6所示，切换判定单元510具备了“当d轴电流指令值id *变成了在零附近的值(例如，在零附近的值为0.0[A]～0.1[A]，即，在零附近的值介于0.0[A]和0.1[A]之间，并且，包括0.0[A]和0.1[A])的时候，输出判定标记DF1”的零判定单元511。还有，切换判定单元510具备了绝对值单元512、阈值单元513、绝对值单元514和阈值单元515，其中，绝对值单元512获得q轴电流指令值iq *的绝对值|iq *|；阈值单元513具有滞后特性，并且，当绝对值|iq *|等于或大于所规定的阈值TH1的时候，输出判定标记DF2；绝对值单元514获得电动机转速ω的绝对值绝对值|ω|；阈值单元515具有滞后特性，并且，当绝对值|ω|等于或大于所规定的阈值TH1的时候，输出判定标记DF3。判定标记DF1、DF2以及DF3被输入到切换条件判定单元516中。当判定标记DF1、DF2以及DF3全部被输入进来的时候，切换条件判定单元516输出切换判定标记SF。
当切换判定标记SF没有从切换条件判定单元516被输出的时候(例如，SF＝“L”)，如图5所示那样，条件转移单元501以及条件转移单元502的接点为a1以及a2，来自死区时间补偿单元(A)200的补偿值vdA以及vqA分别作为死区时间补偿值vd *以及vq *被输出。然后，当切换判定标记SF从切换条件判定单元516被输出的时候(例如，SF＝“H”)，则条件转移单元501以及条件转移单元502的接点就从a1以及a2被切换到b1以及b2。其结果为，来自死区时间补偿单元(B)400的补偿值vdB以及vqB分别作为死区时间补偿值vd *以及vq *被输出。还有，死区时间补偿值vd *以及vq *被输入到加法单元121d以及加法单元121q中。
矢量控制的d轴电流指令值id *以及q轴电流指令值iq *分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，减法单元131d以及减法单元131q分别运算出d轴电流指令值id *以及q轴电流指令值iq *与反馈电流id以及反馈电流iq之间的电流偏差Δid *以及电流偏差Δiq *。运算出的电流偏差Δid *被输入到PI控制单元120d中，还有，运算出的电流偏差Δiq *被输入到PI控制单元120q中。经过PI控制后得到的d轴电压指令值vd以及q轴电压指令值vq分别被输入到加法单元121d以及加法单元121q中，然后，在加法单元121d以及加法单元121q中分别与来自如后所述的死区时间补偿单元200的死区时间补偿值vd *以及vq *相加，以便进行死区时间补偿。经死区时间补偿后的dq轴的电压指令值分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中。来自d-q解耦控制单元140的电压vd1 *被输入到减法单元141d中，在减法单元141d中得到的减法结果就成为电压指令值vd **，还有，来自d-q解耦控制单元140的电压vq1 *被输入到加法单元141q中，在加法单元141q中得到的加法结果就成为电压指令值vq **。对死区时间进行了补偿的电压指令值vd **以及vq **从dq轴的2个相被变换成U相、V相以及W相的3个相，然后，被输入到“用于叠加三次谐波”的空间矢量调制单元300中。在空间矢量调制单元300中经过矢量调制后得到的3个相的电压指令值Vu *、Vv *以及Vw *被输入到PWM控制单元160中,与上述相同，通过来自PWM控制单元160的PWM信号(UPWM、VPWM以及WPWM)，并且，经由逆变器161，来对电动机100进行驱动控制。
接下来，对死区时间补偿单元(A)200进行说明。
如图7所示，死区时间补偿单元200由电流控制延迟模型201、补偿符号估计单元202、乘法单元203、乘法单元204d、乘法单元204q、加法单元221、相位调整单元210、逆变器外加电压感应增益单元220、角度－死区时间补偿值函数单元230U、角度－死区时间补偿值函数单元230V、角度－死区时间补偿值函数单元230W、乘法单元231U、乘法单元231V、乘法单元231W、3相交流/dq轴变换单元240以及电流指令值感应增益单元250来构成。
此外，通过乘法单元231U、乘法单元231V、乘法单元231W以及3相交流/dq轴变换单元240来构成了死区时间补偿值输出单元。还有，通过电流控制延迟模型201、补偿符号估计单元202、电流指令值感应增益单元250以及乘法单元203来构成了电流指令值感应增益运算单元。
图8示出了死区时间补偿单元200的详细结构。下面，参照图8对死区时间补偿单元200进行说明。
如图8所示，q轴转向辅助指令值iqref被输入到电流控制延迟模型201中。因ECU的噪声滤波器等，从而导致发生延迟，直到dq轴的电流指令值id *以及iq *被反映在实际电流上。因此，如果直接基于电流指令值iq *来判定符号的话，则有时会发生时间偏差。为了解决这个问题，通过将整个电流控制的延迟近似为一阶滤波器模型，以便改善相位差。电流控制延迟模型201为“将T作为滤波器时间常数，并且，由下述式1来表示”的一阶滤波器。还有，电流控制延迟模型201也可以为二阶或更高阶的滤波器的模型。
式1
Figure BDA0001968645730000131
从电流控制延迟模型201输出的电流指令值Icm被输入到电流指令值感应增益单元250以及补偿符号估计单元202中。在低电流区域，有时死区时间补偿量会发生过度补偿，电流指令值感应增益单元250具有计算出“用于根据电流指令值Icm(转向辅助指令值iqref)的大小来减少补偿量”的增益的功能。还有，通过使用加权平均滤波器来进行降低噪声的处理，以便不会因来自电流指令值Icm(转向辅助指令值iqref)的噪声等，而导致“用于减少补偿量”的增益发生振动。
电流指令值感应增益单元250具有如图9所示的结构。如图9所示，绝对值单元251计算出电流指令值Icm的绝对值，来自绝对值单元251的绝对值在输入限制单元252中被限制了最大值，被限制了最大值的绝对值的电流指令值被输入到加权平均滤波器254中。在加权平均滤波器254中被降低了噪声的电流指令值Iam被加法输入到减法单元255中。减法单元255从电流指令值Iam中减去所规定的偏移OS。“从电流指令值Iam中减去偏移OS”的理由是为了防止起因于微小电流指令值的触点抖动，将等于或小于偏移OS的输入值固定在最小的增益。偏移OS为固定值。“在减法单元255中从电流指令值Iam中减去偏移OS后得到的”电流指令值Ias被输入到增益单元256中。增益单元256按照如图10所示那样的增益特性，来输出电流指令值感应增益Gc。
从电流指令值感应增益单元250输出的电流指令值感应增益Gc例如具有如图11所示那样的针对被输入进来的电流指令值Icm的特性。也就是说，电流指令值感应增益Gc具有这样一种特性，即，当电流指令值Icm等于或小于所规定的电流Icm1的时候，电流指令值感应增益Gc为固定的增益Gcc1；当电流指令值Icm大于所规定的电流Icm1并且小于所规定的电流Icm2(＞所规定的电流Icm1)的时候，电流指令值感应增益Gc随着电流指令值Icm增加而线性(或非线性)地增加；当电流指令值Icm等于或大于所规定的电流Icm2的时候，电流指令值感应增益Gc为固定的增益Gcc2并且保持不变。此外，所规定的电流Icm1也可以为0。
补偿符号估计单元202针对被输入进来的电流指令值Icm，按照如图12的(A)以及图12的(B)所示的滞后特性，来输出正(+1)或负(－1)的补偿符号SN。尽管以“电流指令值Icm的零交叉点”为基准来估计出补偿符号SN，但为了抑制触点抖动，补偿符号SN具有滞后特性。估计出的补偿符号SN被输入到乘法单元203中。此外，可以适当地变更滞后特性的正/负阈值(在图12的(A)的示例中，正/负阈值为±0.25[A])。
来自电流指令值感应增益单元250的电流指令值感应增益Gc被输入到乘法单元203中。乘法单元203输出“电流指令值感应增益Gc与补偿符号SN相乘后得到的”电流指令值感应增益Gcs(＝Gc×SN)。电流指令值感应增益Gcs被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中。
还有，因为最适当的死区时间补偿量随逆变器外加电压VR而发生变化，所以运算出并改变“与逆变器外加电压VR相对应”的死区时间补偿量。还有，“用于输入逆变器外加电压VR，并且，输出电压感应增益Gv”的逆变器外加电压感应增益单元220具有如图13所示的结构。如图13所示，逆变器外加电压VR在输入限制单元221中被限制了正/负最大值，被限制了最大值的逆变器外加电压VR1被输入到逆变器外加电压/死区时间补偿增益变换表222中。逆变器外加电压/死区时间补偿增益变换表222的特性，例如为如图14所示的特性。拐点的逆变器外加电压9.0V以及15.0V和电压感应增益“0.7”以及“1.2”仅仅是一个示例而已，可以对它们进行适当的变更。电压感应增益Gv被输入到乘法单元231U、乘法单元231V以及乘法单元231W中。
另外，在想根据电动机转速ω来提前或者推迟死区时间补偿时刻的情况下，使相位调整单元210具有“根据电动机转速ω来计算出调整角度”的功能。相位调整单元210在超前角控制的情况下，具有如图15所示的特性。由相位调整单元210计算出的相位调整角Δθ被输入到加法单元221中，加法单元221使相位调整角Δθ与检测出的电动机旋转角θ相加。作为加法单元221的加法结果的电动机旋转角θm(＝θ+Δθ)被输入到角度－死区时间补偿值函数单元230U、角度－死区时间补偿值函数单元230V以及角度－死区时间补偿值函数单元230W中，并且，还被输入到3相交流/dq轴变换单元240中。
如图16详细所示那样，角度－死区时间补偿值函数单元230U、角度－死区时间补偿值函数单元230V以及角度－死区时间补偿值函数单元230W针对相位调整后的电动机旋转角θm，在电角度0[deg]～359[deg]的范围内，输出相位彼此相差120[deg]的矩形波的各相死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt。死区时间补偿值角度函数单元230U、死区时间补偿值角度函数单元230V以及死区时间补偿值角度函数单元230W将3个相都需要的死区时间补偿值设定为基于角度的函数，在ECU中进行实时计算，输出死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt。死区时间基准补偿值的角度函数随ECU的死区时间的特性不同而不同。
死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt分别被输入到乘法单元231U、乘法单元231V以及乘法单元231W中以便使其与电压感应增益Gv相乘。与电压感应增益Gv相乘后得到的3个相的死区时间补偿值Udtc(＝Gv·Udt)、Vdtc(＝Gv·Vdt)以及Wdtc(＝Gv·Wdt)被输入到3相交流/dq轴变换单元240中。3相交流/dq轴变换单元240以与电动机旋转角θm同步的方式，将3个相的死区时间补偿值Udtc、Vdtc以及Wdtc变换成2个相的dq轴的死区时间补偿值vda *以及vqa *。死区时间补偿值vda *以及vqa *分别被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中以便使其与电流指令值感应增益Gcs相乘。在乘法单元204d中得到的乘法结果为死区时间补偿值vd *，在乘法单元204q中得到的乘法结果为死区时间补偿值vq *。死区时间补偿值vd *以及vq *分别在加法单元121d以及加法单元121q中与电压指令值vd以及vq相加，相加后得到的加法结果作为电压指令值vd **以及vq **被输入到空间矢量调制单元300中。
接下来，参照图17，对死区时间补偿单元(B)400进行说明。
死区时间补偿单元400由加法单元401、乘法单元402、逆变器外加电压感应补偿量运算单元410、3相电流指令值模型420、相电流补偿符号估计单元421、相位调整单元430以及3相交流/dq轴变换单元440来构成。此外，通过乘法单元402以及3相交流/dq轴变换单元440来构成了死区时间补偿值输出单元。电动机旋转角θ被输入到加法单元401中，还有，电动机转速ω被输入到相位调整单元430中。另外，逆变器外加电压VR被输入到逆变器外加电压感应补偿量运算单元410中，还有，由加法单元401计算出的“相位调整后的电动机旋转角θm”被输入到3相电流指令值模型420中。
在想根据电动机转速ω来提前或者推迟死区时间补偿时刻的情况下，使相位调整单元430具有“根据电动机转速ω来计算出调整角度”的功能。相位调整单元430在超前角控制的情况下，具有如图15所示的特性。由相位调整单元430计算出的相位调整角Δθ被输入到加法单元401中，加法单元401使相位调整角Δθ与检测出的电动机旋转角θ相加。作为加法单元401的加法结果的“相位调整后的电动机旋转角θm(＝θ+Δθ)”被输入到3相电流指令值模型420中，并且，还被输入到3相交流/dq轴变换单元440中。
在从“检测出电动机电角度，然后运算出占空比指令值”到“运算出的占空比指令值实际上被反映在PWM信号中”的期间，存在数十[μs]～百[μs]的时间延迟。因为电动机在这个期间中一直在旋转，所以在运算时的电动机电角度与反映时的电动机电角度之间产生相位移。为了对该相位移进行补偿，通过根据电动机转速ω来进行超前角控制，以便调整相位。
因为最合适的死区时间补偿量根据逆变器外加电压VR而发生变化，所以运算出并改变“与逆变器外加电压VR相对应”的死区时间补偿量DTC。“输入逆变器外加电压VR，并且，输出死区时间补偿量DTC”的逆变器外加电压感应补偿量运算单元410具有与图13相同的结构，逆变器外加电压VR在输入限制单元(相当于图13的输入限制单元221)中被限制了正/负最大值，被限制了最大值的逆变器外加电压(相当于逆变器外加电压VR1)被输入到逆变器外加电压/死区时间补偿量变换表(相当于图13的逆变器外加电压/死区时间补偿增益变换表222)中。逆变器外加电压/死区时间补偿量变换表例如具有如图18所示的特性。也就是说，逆变器外加电压/死区时间补偿量变换表的特性为这样一种特性，即，当逆变器外加电压VR1等于或低于所规定的逆变器外加电压VR1的时候，死区时间补偿量DTC为固定的死区时间补偿量DTC1；当逆变器外加电压VR1高于所规定的逆变器外加电压VR1并且等于或低于所规定的逆变器外加电压电压VR2(＞所规定的逆变器外加电压VR1)的时候，死区时间补偿量DTC随着逆变器外加电压VR1增加而线性(或非线性)地增加；当逆变器外加电压VR1高于所规定的电压VR2的时候，死区时间补偿量DTC为固定的死区时间补偿量DTC2。
d轴电流指令值id *以及q轴电流指令值iq *与电动机旋转角θm一起，被输入到3相电流指令值模型420中。3相电流指令值模型420基于d轴电流指令值id *以及q轴电流指令值iq *和电动机旋转角θm，并且，通过运算或表(table)，来计算出如图19所示那样的相位互相偏移120°的正弦波的3相电流模型指令值Icm(参照下述式2以及式3)。3相电流模型指令值Icm因电动机的类型而异。还有，基于电动机电角度θe将d轴电流指令值iref_d以及q轴电流指令值iref_q变换成3个相的电流指令值(U相、V相以及W相)的话，则可以获得下述式2。
式2
Figure BDA0001968645730000171
基于上述式2来求得3相电流指令值的话，则可以通过下述式3来表示U相电流指令值模型iref_u、V相电流指令值模型iref_v以及W相电流指令值模型iref_w。
式3
iref_u＝iref_d·cos(θe)+iref_q·sin(θe)
Figure BDA0001968645730000181
Figure BDA0001968645730000182
表可以为被存储在EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory，电可擦除可编程只读存储器)中的类型的表，还有，也可以为被加载到RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)中的类型的表。在使用式3的时候，也可以预先只将sinθ存储在表中，通过使用“偏移了90°的输入θ”来运算出cosθ，还有，通过使用“偏移了120°的输入θ”等来运算出其他的sin函数项。在ROM容量足够大或者电流指令值模型为复杂的电流指令值模型(例如，伪矩形波电动机等)的情况下，预先将整个式子存储在表中。
3相电流模型指令值Icm被输入到相电流补偿符号估计单元421中。相电流补偿符号估计单元421针对被输入进来的3相电流模型指令值Icm，通过如图12的(A)以及图12的(B)所示的滞后特性，来输出正(+1)或负(－1)的补偿符号SN。尽管以“3相电流模型指令值Icm的零交叉点”为基准来估计出补偿符号SN，但为了抑制触点抖动(chattering)，具有滞后特性。估计出的补偿符号SN被输入到乘法单元402中。此外，可以适当地变更滞后特性的正/负阈值。
在简单地基于相电流指令值模型的电流符号来决定死区时间补偿值的符号的情况下，在低负载下会发生触点抖动。例如，当驾驶员在中心(on-center)稍微向左或向右转动了转向盘的时候，会发生扭矩脉动。为了解决这个问题，在符号判定中，设置了滞后(图12的(A)中的±0.25[A])。在除“因超过了设定好的电流值，从而导致符号发生了变化”的场合以外的情况下，通过保持当前的符号，来抑制触点抖动。
来自逆变器外加电压感应补偿量运算单元410的死区时间补偿量DTC被输入到乘法单元402中。乘法单元402输出“死区时间补偿量DTC与补偿符号SN相乘后得到的”死区时间补偿量DTCa(＝DTC×SN)。死区时间补偿量DTCa被输入到3相交流/dq轴变换单元440中。3相交流/dq轴变换单元440以与电动机旋转角θm同步的方式输出2个相的死区时间补偿值vd *以及vq *。死区时间补偿值vd *以及vq *分别在加法单元121d以及加法单元121q中与电压指令值vd以及vq相加，实施逆变器161的死区时间补偿。
就这样，在本发明中，通过按照所规定的条件来切换基于与电动机旋转角(电角度)相对应的函数的死区时间补偿功能(A)和基于电流指令值模型的死区时间补偿功能(B)，以便使逆变器的死区时间补偿值加在dq轴上，从而进行前馈补偿。具有“将死区时间补偿值设定为与电动机旋转角(电角度)相对应的3个相的函数，通过进行3相/dq轴变换，对dq轴上的电压指令值进行前馈补偿”的结构。因此，如图20所示那样，通过瞬时切换彼此各不相同的补偿功能A和补偿功能B，这样就能够实施最合适的死区时间补偿。
接下来，对空间矢量调制进行说明。如图21所示，空间矢量调制单元300只要具有“将dq轴空间的2相电压(vd **、vq **)变换成3相电压(Vua、Vva、Vwa)，并且，使三次谐波叠加在3相电压(Vua、Vva、Vwa)上”的功能就可以了。例如，空间矢量调制单元300可以使用由本申请人以前提出的日本特开2017-70066号公报和日本专利申请号2015-239898中所记载的空间矢量调制的方法。
也就是说，空间矢量调制具有这样的功能，即，通过基于dq轴空间的电压指令值vd **以及vq **、电动机旋转角θ以及扇区号n(#1～#6)来进行如下所述的坐标变换，并且，将“用来对电桥结构的逆变器的FET(上侧桥臂FETQ1、FETQ3以及FETQ5和下侧桥臂FETQ2、FETQ4以及FETQ6)的ON/OFF进行控制，并且，与扇区#1～#6相对应”的开关模式S1～S6供应给电动机，以便对电动机的旋转进行控制。关于坐标变换，在空间矢量调制中，基于下述式4并且通过坐标变换，将电压指令值vd **以及vq **变换成α－β坐标系中的电压矢量Vα以及Vβ。还有，图22示出了被用于这个坐标变换的坐标轴与电动机旋转角θ之间的关系。
式4
Figure BDA0001968645730000191
还有，在d－q坐标系中的目标电压矢量与α－β坐标系中的目标电压矢量之间存在如下述式5那样的关系，另外，目标电压矢量V的绝对值被保存起来。
式5
Figure BDA0001968645730000201
在空间矢量控制的开关模式中，根据FET(Q1～Q6)的开关模式S1～S6，并且，通过如图23的空间矢量图所示的8种离散基准电压矢量V0～V7(相位彼此相差π/3[rad]的非零电压矢量V1～V6和零电压矢量V0以及V7)，来定义逆变器的输出电压。还有，对这些基准输出电压矢量V0～V7的选择和它们的发生时间进行控制。另外，通过使用相邻的基准输出电压矢量所夹的6个区域，就能够将空间矢量划分为6个扇区#1～#6，目标电压矢量V属于扇区#1～#6中的某一个扇区，可以分配扇区号。基于目标电压矢量V的α－β坐标系中的旋转角γ，就能够求出“作为Vα以及Vβ的合成矢量的目标电压矢量V到底存在于在α－β空间中被分成正六边形的如图23所示那样的扇区中的哪一个扇区”。还有，旋转角γ作为电动机的旋转角θ与“通过d－q坐标系中的电压指令值vd **与电压指令值vq **之间的关系来获得”的相位δ的和，是通过γ＝θ+δ来决定的。
图24示出了“为了通过基于空间矢量控制的逆变器的开关模式S1、S3、S5的数字控制来使目标电压矢量V从逆变器输出，决定针对FET的ON/OFF信号S1～S6(开关模式)中的开关脉冲宽度和该时刻”的基本时间图。还有，空间矢量调制在每个规定的采样周期Ts，在采样周期Ts内进行运算等，并且，在下一个采样周期Ts将该运算结果变换成开关模式S1～S6中的开关脉冲宽度和该时刻并将它们输出。
空间矢量调制生成与基于目标电压矢量V求出的扇区号相对应的开关模式S1～S6。图24示出了在扇区号#1(n＝1)的场合的逆变器的FET的开关模式S1～S6的一个示例。信号S1、S3以及S5表示与上侧桥臂相对应的FETQ1、FETQ3以及FETQ5的栅极信号。横轴表示时间，Ts为“与开关周期相对应，被划分为8个时间段，由T0/4、T1/2、T2/2、T0/4、T0/4、T0/4、T2/2、T1/2以及T0/4来构成”的周期。还有，时间段T1以及T2分别为依存于扇区号n以及旋转角γ的时间。
在没有空间矢量调制的情况下，“将本发明的死区时间补偿应用在dq轴上，只对死区时间补偿值进行了dq轴/3相变换”的死区时间补偿值波形(U相波形)成为像图25的虚线那样的去除了三次谐波分量的波形。V相以及W相也是同样的。通过应用空间矢量调制来替代dq轴/3相变换，这样就能够使三次谐波叠加在3相信号上，从而能够弥补因3相变换而失去的三次谐波分量，就能够生成像图25的实线那样的理想的死区时间补偿波形。
图26为“表示了本发明的效果”的通过转向试验装置获得的实验结果。图26示出了“在使转向从中速增加到高速的转向状态下，当从补偿功能A被切换到补偿功能B的时候”的d轴电流以及q轴电流和d轴死区时间补偿值以及q轴死区时间补偿值的波形。如图26所示那样，通过采用本发明的死区时间补偿，切换死区时间补偿功能A和死区时间补偿功能B，这样就可以确认出“即使在诸如当d轴电流开始流动时之类的电流控制特性发生了变化的情况下，也不会发生起因于死区时间的影响的dq轴电流的波形失真”。
与图7相对应的图27示出了死区时间补偿单元(A)200的其他的结构示例。如图27所示，在本实施方式中，通过dq轴角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q，来直接计算出dq轴的死区时间补偿值vda以及vqa。如图28详细所示那样，dq轴角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q通过离线计算的方式计算出3个相都需要的作为角度的函数的死区时间补偿值，然后，将其变换成dq轴上的死区时间补偿值。也就是说，各相角度－死区时间补偿值函数单元260U、260V以及260W针对相位调整后的电动机旋转角θm，在电角度0[deg]～359[deg]的范围内，输出相位彼此相差120[deg]的矩形波的各相死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt。死区时间补偿值角度函数单元260U、260V以及260W通过离线计算的方式计算出3个相都需要的死区时间补偿值，并将其作为基于角度的函数，输出死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt。死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt的角度函数随ECU的死区时间的特性不同而不同。
死区时间基准补偿值Udt、Vdt以及Wdt被输入到3相交流/dq轴变换单元261中，然后，在3相交流/dq轴变换单元261中被变换成具有如图28所示那样的输出波形的dq轴死区时间补偿值DTd以及DTq。根据图28的dq轴输出波形，来生成基于角度(θm)输入的角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q。如图29的(A)所示那样，死区时间补偿值基准表260d具有“针对电动机旋转角θm呈锯齿波形”的输出电压特性(d轴死区时间基准补偿值)。还有，如图29的(B)所示那样，死区时间补偿值基准表260q具有“针对电动机旋转角θm，呈还叠加了偏移电压的波纹状波形”的输出电压特性(q轴死区时间基准补偿值)。
来自角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q的“用来表示死区时间基准补偿值”的输出电压vda以及vqa分别被输入到乘法单元205d以及乘法单元205q中，以便使其与电压感应增益Gv相乘。与电压感应增益Gv相乘后得到的dq轴的死区时间补偿值vda *以及vqa *分别被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中，以便使其与电流指令值感应增益Gcs相乘。在乘法单元204d以及乘法单元204q中得到的乘法结果分别为死区时间补偿值vd *以及vq *。死区时间补偿值vd *以及vq *分别在加法单元121d以及加法单元121q中与电压指令值vd以及vq相加。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴或方向盘轴)
10 扭矩传感器
12 车速传感器
20、100 电动机
30 控制单元(ECU)
31 转向辅助指令值运算单元
35、203、204 PI控制单元
36、160 PWM控制单元
37、161 逆变器
110 角度检测单元
130 3相交流/dq轴变换单元
140 d-q解耦控制单元
200 死区时间补偿单元(A)
201 电流控制延迟模型
202 补偿符号估计单元
210、430 相位调整单元
220 逆变器外加电压感应增益单元
230U、230V、230W 角度－死区时间补偿值函数单元
240、440 3相交流/dq轴变换单元
250 电流指令值感应增益单元
300 空间矢量调制单元
301 2相/3相变换单元
302 三次谐波叠加单元
400 死区时间补偿单元(B)
420 3相电流指令值模型
421 相电流补偿符号估计单元
500 补偿值切换单元
501、502 条件转移单元
510 切换判定单元

Claims (8)

1.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3相电压指令值之后变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：
具有“用于进行所述逆变器的死区时间补偿”的性能各不相同的多个死区时间补偿功能，通过按照所规定的条件从所述多个死区时间补偿功能中的一个死区时间补偿功能切换到另一个死区时间补偿功能，来实施所述死区时间补偿，
所述多个死区时间补偿功能为两个死区时间补偿功能，其中，一个死区时间补偿功能为“在低速以及中速转向状态下有效果”的基于电动机旋转角的函数的所述逆变器的死区时间补偿功能A，还有，另一个死区时间补偿功能为“在高速转向状态下有效果”的基于电流指令值模型的所述逆变器的死区时间补偿功能B。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述所规定的条件为“由dq轴电流指令值以及电动机转速来决定”的切换条件。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：
通过基于所述切换条件的软件的条件转移，来进行死区时间补偿功能A与死区时间补偿功能B之间的切换。
4.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3相电压指令值之后变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：
具备死区时间补偿单元A、死区时间补偿单元B和补偿值切换单元，
所述死区时间补偿单元A运算出“基于所述三相无刷电动机的电动机转速，并且，与所述逆变器的所述dq轴相关联”的第一dq轴补偿值，
所述死区时间补偿单元B输入dq轴电流指令值，运算出“基于电流指令值模型，并且，与所述逆变器的所述dq轴相关联”的第二dq轴补偿值，
所述补偿值切换单元通过基于所述dq轴电流指令值以及所述q轴的所述转向辅助指令值来切换所述第一dq轴补偿值和所述第二dq轴补偿值，以便输出dq轴死区时间补偿值，
所述电动助力转向装置通过使用所述dq轴死区时间补偿值对所述dq轴电压指令值进行补正，来实施所述逆变器的死区时间补偿，
所述补偿值切换单元由切换判定单元和条件转移单元来构成，
所述切换判定单元基于所述dq轴电流指令值以及所述q轴的所述转向辅助指令值来进行补偿值切换的判定，
所述条件转移单元根据来自所述切换判定单元的切换判定标记，将所述第一dq轴补偿值或所述第二dq轴补偿值作为所述dq轴死区时间补偿值并将其输出。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述切换判定单元由零判定单元、第1绝对值单元、第1阈值单元、第2绝对值单元、第2阈值单元和切换条件判定单元来构成，
所述零判定单元当所述d轴电流指令值变成了在零附近的值的时候，输出第1判定标记，
所述第1绝对值单元获得所述q轴电流指令值的绝对值，
所述第1阈值单元具有滞后特性，并且，当所述第1绝对值单元的输出等于或大于第1阈值的时候，输出第2判定标记，
所述第2绝对值单元获得电动机转速的绝对值，
所述第2阈值单元具有滞后特性，并且，当所述第2绝对值单元的输出等于或大于第2阈值的时候，输出第3判定标记，
所述切换条件判定单元当所述第1判定标记、所述第2判定标记以及所述第3判定标记被输入进来的时候，输出所述切换判定标记。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述在零附近的值介于0.0[A]和0.1[A]之间，并且，包括0.0[A]和0.1[A]。
7.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述条件转移单元进行基于所述切换判定标记的软件的条件转移。
8.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述补正为所述dq轴死区时间补偿值和所述dq轴电压指令值的加法运算。
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