CN114620121A - 控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置 - Google Patents

控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置，改善驾驶员感觉到的转向感。马达的控制装置具有处理器和存储用于控制处理器的动作的程序的存储器。处理器根据程序进行如下动作：响应于切换信号，从n(n为3以上的整数)相通电控制切换为n‑1相通电控制；获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；根据所获得的扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值而生成预电流指令值；在0到2π的电角度的范围中的死点的范围内，对预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及根据电流指令值而进行n‑1相通电控制。

Description

控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及马达的控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置。
背景技术
一般的汽车搭载有电动马达(以下，简称为“马达”)以及具有马达的控制装置的电动助力转向装置(EPS)。电动助力转向装置是通过驱动马达来辅助驾驶员的方向盘(或转向盘)操作的装置。
开发了如下技术：即使在搭载于电动助力转向装置的马达或逆变器的一部分产生了不良情况的情况下，也使马达驱动继续，辅助驾驶员的方向盘操作。故障的例子是马达的绕组的断线或逆变器所包含的开关元件的故障等。在这样的不良状况仅对向特定的绕组的电力供给造成影响的情况下，通过向剩余的正常的绕组持续供给电力，能够使马达驱动继续。
专利文献1公开了一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置通常进行使3相绕组导通的通电控制，在马达的绕组的任意的相产生通电不良的情况下，进行使正常的剩余的2相绕组通电的通电控制，由此能够继续辅助。在该电动助力转向装置中，在因产生的马达扭矩低于辅助力目标值而使转向速度减速的减速区间中，通过执行加速控制而使马达的旋转角速度上升。由此，在减速区间中，能够抑制驾驶员对转向操作感到卡滞。
专利文献1：日本特许第5029312号
在马达、逆变器产生了不良情况的情况下，期望改善在继续辅助驾驶员的方向盘操作时驾驶员感受到的转向感。
发明内容
本发明的实施方式提供能够改善在从使n相绕组通电的通电控制切换为使n-1相绕组通电的通电控制时驾驶员感觉到的转向感的马达的控制装置、具有该控制装置的马达模块、具有该马达模块的电动助力转向装置以及马达的控制方法。
本发明的控制装置在非限定性且例示的实施方式中，用于电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有包含n相绕组的马达，该控制装置用于控制所述马达，n为3以上的整数，其中，该控制装置能够进行使所述n相绕组通电的n相通电控制或者使n-1相绕组通电的n-1相通电控制，该控制装置具有：处理器；以及存储器，其存储控制所述处理器的动作的程序，所述处理器根据所述程序进行如下动作：响应于切换信号，从所述n相通电控制切换为所述n-1相通电控制；获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；根据所获得的所述扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值而生成预电流指令值；在0到2π的电角度的范围中的死点的范围内，对所述预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及根据所述电流指令值而进行所述n-1相通电控制。
本发明的马达模块在非限定性且例示的实施方式中具有马达和上述控制装置。
本发明的电动助力转向装置在非限定性且例示的实施方式中具有上述马达模块。
本发明的控制方法在非限定性且例示的实施方式中，用于电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有包含n相绕组的马达，该控制方法用于控制所述马达，n为3以上的整数，其中，该控制方法能够对所述马达应用使所述n相绕组通电的n相通电控制或者使n-1相绕组通电的n-1相通电控制，该控制方法包含如下动作：响应于切换信号，从所述n相通电控制切换为所述n-1相通电控制；获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；根据所获得的所述扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值而生成预电流指令值；在0到2π的电角度的范围中的死点的范围内，对所述预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及根据所述电流指令值而进行所述n-1相通电控制。
根据本发明的例示性的实施方式，提供能够改善在从使n相绕组通电的通电控制切换为使n-1相绕组通电的通电控制时驾驶员感觉到的转向感的马达的控制装置、具有该控制装置的马达模块、具有该马达模块的电动助力转向装置以及马达的控制方法。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式的电动助力转向装置的结构例的图。
图2是示出本发明的实施方式的控制装置的结构的典型例的框图。
图3是示出由本发明的实施方式的控制装置的处理器执行的处理的功能块的功能框图。
图4是示出扭矩控制部的结构例的功能框图。
图5是示出电流控制部的结构例的功能框图。
图6是示出电流指令值运算部的结构例的功能框图。
图7A是例示U相失效时的2相通电控制下的相电流波形的曲线图。
图7B是例示U相失效时的2相通电控制下的马达扭矩波形的曲线图。
图8是示出本发明的实施方式的颤振电流波形的例子的曲线图。
图9是示出比较例中的颤振电流波形的曲线图。
图10是示出用于颤振控制的颤振电流波形的曲线图。
图11是例示在将颤振控制应用于发生振荡的相电流之后的相电流波形的曲线图。
图12是示出在不应用颤振控制的情况下的转向角和转向扭矩的测定结果的曲线图。
图13是示出在应用颤振控制的情况下的转向角和转向扭矩的测定结果的曲线图。
标号说明
200：处理器；210：扭矩控制部；211：响应性相位补偿部；212：基础辅助运算部；213：稳定性相位补偿部；214：扭矩微分补偿部；215：加法器；220：电流控制部；221：电流指令值运算部；221a：预电流指令值运算部；221b：颤振控制部；222：电压指令值运算部；223：PWM调制部；224：故障检测部。
具体实施方式
本发明人等进行了研究，结果可知，在日本特许第5029312号所公开的减速区间中想要保持方向盘的转向角的情况下，马达电流产生振荡而马达扭矩振动，结果，方向盘可能产生振动。不希望的该振动会使驾驶员感觉到的转向感恶化。即使执行日本特许第5029312号所公开的加速控制，也难以防止该恶化。
本发明人等发现，通过在电流指令值的运算中应用颤振控制，能够抑制转向感的恶化，从而完成了本发明。
以下，参照附图对搭载于本发明的电动助力转向装置的马达的控制装置、控制方法、具有该控制装置的马达模块以及具有该马达模块的电动助力转向装置的实施方式详细地进行说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已经公知的事项的详细说明、对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
以下的实施方式是例示，搭载于本发明的电动助力转向装置的马达的控制装置、控制方法不限于以下的实施方式。例如，以下的实施方式所示的数值、步骤、该步骤的顺序等只不过是一例，只要在技术上不产生矛盾，就能够进行各种改变。以下说明的各实施方式只不过是例示，只要在技术上不产生矛盾，就能够进行各种组合。
[1.电动助力转向装置1000的结构]
图1是示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置1000的结构例的图。
电动助力转向装置1000(以下记为“EPS”)具有转向***520以及生成辅助扭矩的辅助扭矩机构540。EPS 1000生成对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向***的转向扭矩进行辅助的辅助扭矩。通过辅助扭矩，减轻驾驶员的操作的负担。
转向***520例如具有方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、旋转轴524、齿条和齿轮机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右的转向车轮529A、529B。
辅助扭矩机构540例如具有转向扭矩传感器541、转向角传感器542、汽车用电子控制单元(ECU)100、马达543、减速齿轮544、逆变器545以及扭杆546。转向扭矩传感器541通过检测扭杆546的扭转量来检测转向***520中的转向扭矩。转向角传感器542检测方向盘的转向角。此外，转向扭矩也可以不是转向扭矩传感器的值，而是通过运算导出的推定值。转向角也能够基于角度传感器的输出值来运算。
ECU 100基于由转向扭矩传感器541、转向角传感器542、搭载于车辆的车速传感器(未图示)等检测出的检测信号来生成马达驱动信号，并向逆变器545输出。例如，逆变器545根据马达驱动信号将直流电力转换为U相、V相以及W相的模拟正弦波即三相交流电力，并向马达543供给。马达543例如是表面磁铁型同步马达(SPMSM)或者开关磁阻马达(SRM)，接受三相交流电力的供给而生成与转向扭矩对应的辅助扭矩。马达543经由减速齿轮544向转向***520传递生成的辅助扭矩。以下，将ECU 100记载为EPS的控制装置100。
控制装置100与马达被模块化，作为马达模块而被制造以及销售。马达模块具有马达以及控制装置100，适合用于EPS。或者，控制装置100能够与马达独立地作为用于控制EPS的控制装置而制造以及销售。
[2.控制装置100的结构例]
图2是示出本实施方式的控制装置100的结构的典型例的框图。控制装置100例如具有电源电路111、角度传感器112、输入电路113、通信I/F 114、驱动电路115、ROM 116以及处理器200。控制装置100能够作为安装有这些电子部件的印刷布线基板(PCB)来实现。
搭载于车辆的车速传感器300、转向扭矩传感器541以及转向角传感器542与处理器200电连接，从车速传感器300、转向扭矩传感器541以及转向角传感器542向处理器200分别发送车速、转向扭矩以及转向角。
控制装置100与逆变器545(参照图1)电连接。控制装置100控制逆变器545所具有的多个开关元件(例如MOSFET)的开关动作。具体而言，控制装置100生成对各开关元件的开关动作进行控制的控制信号(以下，记作“栅极控制信号”)并向逆变器545输出。
控制装置100基于扭转扭矩等生成扭矩指令值，例如通过矢量控制来控制马达543的扭矩以及旋转速度。控制装置100不限于矢量控制，能够进行其他闭环控制。旋转速度由转子在单位时间(例如1分钟)旋转的转速(rpm)或转子在单位时间(例如1秒钟)旋转的转速(rps)表示。矢量控制是将流过马达的电流分解为有助于扭矩的产生的电流成分和有助于磁通的产生的电流成分，独立地控制相互垂直的各电流成分的方法。
电源电路111与外部电源(未图示)连接，生成电路内的各块所需的DC电压。所生成的DC电压例如为3V或5V。
角度传感器112例如是旋转变压器或霍尔IC。或者，角度传感器112也可以通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合来实现。角度传感器112检测转子的旋转角并向处理器200输出。控制装置100可以具有检测马达的旋转速度、加速度的速度传感器、加速度传感器来代替角度传感器112。
输入电路113接受由电流传感器(未图示)检测出的马达电流值(以下，表述为“实际电流值”)，根据需要将实际电流值的电平转换为处理器200的输入电平，并将实际电流值输出到处理器200。输入电路113的典型例是模拟数字转换电路。
处理器200是半导体集成电路，也被称为中央运算处理装置(CPU)或微处理器。处理器200依次执行存储在ROM 116中的记述了用于控制马达驱动的命令组的计算机程序，实现期望的处理。处理器200被广泛解释为包含搭载有CPU的FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)或ASSP(Application Specific Integrated Circuit：专用标准配置)的用语。处理器200根据实际电流值和转子的旋转角等设定电流指令值，生成PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)信号，并输出到驱动电路115。
通信I/F 114例如是用于依据车载的控制区域网络(CAN)进行数据的收发的输入输出接口。
驱动电路115通常是栅极驱动器(或预驱动器)。驱动电路115根据PWM信号生成栅极控制信号，向逆变器545所具有的多个开关元件的栅极提供栅极控制信号。在驱动对象是能够以低电压进行驱动的马达时，有时未必需要栅极驱动器。在该情况下，栅极驱动器的功能能够安装于处理器200。
ROM 116与处理器200电连接。ROM 116例如是可写入的存储器(例如PROM)、可改写的存储器(例如闪存、EEPROM)或读出专用的存储器。ROM 116存储有包含用于使处理器200控制马达驱动的命令组的控制程序。例如，控制程序在引导时暂时展开到RAM(未图示)。
图3是例示本发明的例示性的实施方式的控制装置100的处理器200执行的处理(或任务)的功能块的功能框图。本发明的例示性的实施方式中的处理器200能够通过包含扭矩控制部210以及电流控制部220的多个功能块来实现。
由转向扭矩传感器541检测出的扭转扭矩Ttor输入到扭矩控制部210。扭矩控制部210基于扭转扭矩Ttor生成扭矩指令值Tref。
本实施方式中的马达是绕组彼此星形接线的3相马达。流过U相、V相以及W相的相电流分别作为实际电流值Im而由电流传感器检测。实际电流值Im、马达的电角度θm以及扭矩指令值Tref输入到电流控制部220。电流控制部220基于实际电流值Im、马达的电角度θm以及扭矩指令值Tref，分别运算针对U、V以及W相的占空比指令值Dutyu、Dutyv、Dutyw，并输出到驱动电路115。此外，扭矩控制部210以及电流控制部220各自的功能在后面详细说明。
各个功能块的处理典型地以软件的模块为单位记述在计算机程序中，并存储在ROM 116中。但是，在使用FPGA等的情况下，这些功能块的全部或一部分能够作为硬件加速器来安装。
在将各功能块作为软件(或固件)而安装于控制装置100的情况下，该软件的执行主体可以是处理器200。本发明的马达的控制装置在某个实施方式中具有处理器200和存储控制处理器200的动作的程序的存储器116。处理器200根据程序执行如下动作：(1)响应于切换信号，从3相通电控制切换为2相通电控制；(2)获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；(3)根据所获得的扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值来生成预电流指令值；(4)在0至2π的电角度的范围中的死点的范围内，对预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及(5)根据电流指令值来进行2相通电控制。
在将各功能块作为软件和/或硬件安装于控制装置100的情况下，在另一方式中，本发明的马达的控制装置100响应于从故障检测部224输出的切换信号，从3相通电控制切换为2相通电控制，根据由电流控制部220所包含的电流指令值运算部221运算出的电流指令值来进行2相通电控制。电流指令值运算部221包含：预电流指令值运算部221a，其获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值，并根据所获得的扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值来生成预电流指令值；以及颤振控制部221b，其通过在0至2π的电角度的范围中的死点的范围内对预电流指令值应用颤振控制来生成电流指令值。
图4是示出扭矩控制部210的结构例的功能框图。
在图示的例子中，扭矩控制部210包含响应性相位控制部211、基础辅助运算部212、稳定性相位补偿部213、扭矩微分补偿部214以及加法器215。
响应性相位控制部211在驾驶员操作方向盘时转向频率可取的范围内调整辅助增益，补偿扭杆的刚性。在本实施方式中，上述范围的例子为5Hz以下。响应性相位控制部211获取扭转扭矩Ttor。响应性相位控制部211在转向频率为5Hz以下时，通过对扭转扭矩Ttor应用1次相位补偿来生成响应性相位补偿扭矩Trc。1次相位补偿由式1的数学式的传递函数表示。
式1
Figure BDA0003403546780000081
这里，s是拉普拉斯变换算子，f1是传递函数的零点的频率(Hz)，f2是传递函数的极点的频率(Hz)。将以增益(或环路增益)为纵轴、以频率的对数为横轴的曲线图称为增益线图。在增益线图中，零点是指增益曲线与表示0dB的横轴的交点，极点是指增益曲线的极大点。例如，通过使极点的频率大于零点，能够应用相位超前补偿。该频率的间隔越大，相位超前量越多。
基础辅助运算部212取得响应性相位补偿扭矩Trc以及车速v作为输入数据。基础辅助运算部212基于响应性相位补偿扭矩Trc以及车速v生成基础辅助扭矩Tba。例如，基础辅助运算部212可以具有规定响应性相位补偿扭矩Trc、车速v与基础辅助扭矩Tba的对应的查找表(LUT)。基础辅助运算部212能够参照LUT，基于响应性相位补偿扭矩Trc以及车速v，来决定处于对应关系的基础辅助扭矩Tba。进而，基础辅助运算部212能够基于由基础辅助扭矩Tba的变化量相对于响应性相位补偿扭矩Trc的变动量的比率规定的斜率来决定基础辅助增益k。
稳定性相位补偿部213取得基础辅助扭矩Tba和基础辅助增益k作为输入数据。稳定性相位补偿部213基于基础辅助扭矩Tba以及基础辅助增益k来生成稳定性相位补偿扭矩TSc。稳定性相位补偿部213例如能够使用稳定化补偿器对基础辅助扭矩Tba应用稳定性相位补偿。稳定化补偿器可以具有频率特性根据基础辅助增益k而可变的2次以上的传递函数。2次以上的传递函数使用响应性的参数ω以及阻尼的参数ζ来表示。2次以上的传递函数例如能够通过式2的数学式来表示。通过将传递函数的次数设为2次，能够对传递函数的特性赋予阻尼。通过改变阻尼，能够调整相位特性。
式2
Figure BDA0003403546780000082
这里，s是拉普拉斯变换算子，ω1是零点的频率，ω2是极点的频率，ζ1是零点的阻尼，ζ2是极点的阻尼。在增益线图中，零点是指增益曲线与表示0dB的横轴的交点，极点是指增益曲线的极大点。极点的频率ω2小于零点的频率ω1。
扭矩微分补偿部214基于扭转扭矩Ttor的时间变化量来运算微分补偿扭矩Tdc。扭矩微分补偿部214例如能够基于由式3的数学式表示的传递函数来运算微分补偿扭矩Tdc。这里，T是时间常数。
式3
Figure BDA0003403546780000091
加法器215基于稳定性相位补偿扭矩TSc和微分补偿扭矩Tdc生成扭矩指令值Tref。具体地说明，加法器215对稳定性相位补偿扭矩TSc加上微分补偿扭矩Tdc来生成扭矩指令值Tref。
根据上述的扭矩控制部210，通过应用扭矩微分补偿以及相位超前补偿，能够提高马达扭矩相对于扭转扭矩的响应性。其结果是，能够抑制在后述的死点后可能产生的马达扭矩的急剧的输出变动，能够提高转向感。
图5是示出电流控制部220的结构例的功能框图。图6是示出电流指令值运算部221的结构例的功能框图。
在图示的例子中，电流控制部220包含电流指令值运算部221、电压指令值运算部222、PWM调制部223以及故障检测部224。电流控制部220例如按照矢量控制，基于扭矩指令值Tref来运算电压指令值Vref。电流控制部220基于电压指令值Vref生成作为PWM信号的占空比指令值Duty，并向驱动电路115输出。
电流控制部220基于电流指令值Iref，在正常时的控制中进行使3相绕组通电的3相通电控制，在异常时的控制中进行使3相中的2相绕组通电的2相通电控制。
首先，对本实施方式中的故障检测进行说明。
在本实施方式中，电流控制部220能够根据包含正常时的控制以及异常时的控制的控制模式使马达的绕组通电。例如，正常意味着未产生绕组的断线或逆变器所包含的开关元件的开路或短路故障等不良情况的状态。异常是指产生了上述不良情况的状态。
电流控制部220能够在选择正常时的控制作为控制模式时，进行使3相绕组通电的3相通电控制，在选择异常时的控制作为控制模式时，进行使2相绕组通电的2相通电控制。
故障检测部224监视在3相绕组中是否存在无法通电的绕组，检测绕组或逆变器所包含的开关元件的故障。作为故障检测的一例，故障检测部224能够基于3相的相电流Iu、Iv、Iw与3相的电流指令值Iref_u、Iref_v以及Iref_w的各自的差分，按每个相检测绕组或者开关元件的故障。3相的相电流能够分别通过例如逆变器的各相的桥臂所包含的分流电阻来检测。作为故障检测的另一例，故障检测部224能够推定电流值来确定故障相。或者，故障检测部224监视开关元件(典型例为MOSFET)的漏极-源极间的电压Vds，将规定的阈值电压与Vds进行比较，由此能够检测开关元件的故障。但是，故障检测不限于这些方法，能够广泛使用与故障检测相关的公知的方法。
故障检测未必需要通过搭载于用于控制马达的ECU(控制装置100)的处理器200来进行，例如，也可以通过搭载于以能够利用CAN通信的方式与处理器200连接的其他ECU的处理器来进行。
故障检测部224响应于检测到无法通电的相的故障而生成故障检测信号FD。故障检测部224在检测到绕组或开关元件的故障时，将故障检测信号FD通知给电流指令值运算部221。电流指令值运算部221接收故障检测信号FD作为切换信号。例如，若故障检测信号FD被断言，则电流指令值运算部221响应于此，将控制装置100的马达控制从3相通电控制切换为2相通电控制。
故障检测部224例如在检测到逆变器的U相的桥臂所包含的高侧开关元件的故障时，将故障检测信号FD断言。将该故障记载为U相失效。电流指令值运算部221响应于被断言的故障检测信号FD，从3相通电控制切换为使3相中的U相以外的V、W相绕组通电的2相通电控制。同样地，故障检测部224例如在检测到逆变器的V相的桥臂所包含的高侧开关元件的故障时，将故障检测信号FD断言。将该故障记载为V相失效。电流指令值运算部221响应于被断言的故障检测信号FD，从3相通电控制切换为使3相中的V相以外的U、W相绕组通电的2相通电控制。故障检测部224例如在检测到逆变器的W相的桥臂所包含的高侧开关元件的故障时，将故障检测信号FD断言。将该故障记载为W相失效。电流指令值运算部221响应于被断言的故障检测信号FD，从3相通电控制切换为使3相中的W相以外的U、V相绕组通电的2相通电控制。
在图示的例子中，电流指令值运算部221包含预电流指令值运算部221a和颤振控制部221b。
电流指令值运算部221获得包含扭矩指令值Tref、马达的电角度θm以及3相的相电流Iu、Iv、Iw的马达的实际电流值Im。电流指令值运算部221基于所获得的扭矩指令值Tref、马达的电角度θm、3相的相电流Iu、Iv以及Iw来运算3相的电流指令Iref＿u、Iref＿v以及Iref＿w。
在控制装置100进行正常时的马达控制时，3相马达的输出例如能够由式4的数学式表示。U、V和W相的相电压分别由式5、式6和式7的数学式表示。这里，T是马达扭矩[Nm]，Pn是极对数，Ψf是交链磁通[wb]，ω是马达的电角度θm的角速度[rad/s]。Ψf由马达的实际电流值Im与马达的电抗L之积(Im·L)表示。ω通过对θm进行时间微分而得到。
式4
Tω＝Pn(iueu+ivev+iwew)
式5
eu＝Ψfωsinθ
式6
Figure BDA0003403546780000111
式7
Figure BDA0003403546780000112
在本实施方式中，说明假设U、V以及W相中的U相的通电产生了不良情况，进行使V以及W相绕组通电的2相通电控制的异常时的马达控制的例子。在该2相通电控制中，各相电流由式8的数学式给出。i2phase是在U相、V相中流动的相电流，相当于马达的实际电流值Im。
式8
iu＝0，iv＝-iw＝i2phase
若将数学式5至8应用于数学式4进行整理，则得到式9的数学式。进而，若针对i2phase整理数学式9，则得到式10的数学式。这里，
Figure BDA0003403546780000118
是相位偏移[rad]。在U相的通电产生了不良情况的情况下，
Figure BDA0003403546780000113
在V相的通电产生不良情况的情况下，
Figure BDA0003403546780000114
在W相的通电产生不良情况的情况下，
Figure BDA0003403546780000115
式9
Figure BDA0003403546780000116
式10
Figure BDA0003403546780000117
2在相通电控制中，如数学式11所示的那样设定最大电流值限制。将相电流限制为最大电流值，将电流i2phase作为针对扭矩指令值Tref的预电流指令值。更详细而言，将U相的预电流指令值Ipref_u设为零。V相的预电流指令值Ipref_v设为i2phase。W相的预电流指令值Ipref_w为-i2phase。在本说明书中，将应用后述的颤振控制之前的电流指令值称为预电流指令值，与应用了颤振控制之后的电流指令值进行区别。
预电流指令值运算部221a基于式11的数学式运算并生成预电流指令值Ipref_v、Ipref_w。式11的数学式使用由式12的数学式表示的扭矩常数Kt[Nm/Arms]来表示电流i2phase。
式11
Figure BDA0003403546780000121
式12
Figure BDA0003403546780000122
颤振控制部221b通过在0至2π的电角度的范围中的死点的范围内对预电流指令值应用颤振控制来生成电流指令值。颤振控制部221b在0至2π的电角度的范围中的、死点的范围以外的范围内不对预电流指令值应用颤振控制，而将预电流指令值决定为电流指令值。
图7A是例示U相失效时的2相通电控制下的相电流波形的曲线图。图7B是例示U相失效时的2相通电控制下的马达扭矩波形的曲线图。在图7A以及图7B中分别例示了应用了最大电流值限制的相电流以及马达扭矩的波形。
在本实施方式中的3相通电控制以及2相通电控制中，以相电流的总和成为零的方式控制相电流。在2相通电控制中流过U相绕组的电流始终为零，因此产生流过V相和W相的相电流之和为零的电角度。死点是指该电角度。在图7A或图7B中，死点是π/2或(3/2)π。
死点的范围是指死点及其前后的电角度的范围。在死点的范围内，即使指令电流也无法使电流流过马达，因此马达扭矩低于扭矩指令值(或目标马达扭矩)。死点的范围包含满足
Figure BDA0003403546780000123
或
Figure BDA0003403546780000124
的条件的电角度的范围。在本实施方式中，在U相失效的情况下，相位偏移
Figure BDA0003403546780000125
为零。死点的范围相当于π/4≤θ＜(3/4)π或(5/4)π≤θ＜(7/4)π的电角度的范围。
如图7B所例示的那样，在死点附近，马达输出显著降低。在死点的范围与死点以外的范围之间，马达扭矩的差变大，扭转扭矩的变动量变大。在想要在死点附近保持方向盘的转向角的情况下，这可能成为使驾驶员感觉到的转向感进一步恶化的主要原因。
颤振控制部221b基于式13的数学式来运算颤振电流iDither，并基于预电流指令值IPref以及颤振电流iDither生成电流指令值Iref。这里，ADither是颤振振幅，fDither是颤振频率。颤振电流iDither由周期性的电流波形表示。颤振控制部221b在死点的范围以外的范围内，如式14的数学式所示的那样对颤振电流iDither设定零。对颤振电流iDither设定零意味着实质上不应用颤振控制。
式13
Figure BDA0003403546780000131
式14
iDither＝0
图8是示出本实施方式中的颤振电流波形的例子的曲线图。图9是示出比较例中的颤振电流波形的曲线图。比较例的颤振电流由式15的数学式表示。在本实施方式中，与比较例的颤振电流相比，在提供颤振电流的式13的数学式中，研究了(1)取颤振电流的绝对值这一点(参照图8)、(2)对右边的最终项的sin函数的输出附加“-1”作为偏置这一点。通过这些研究，能够在死点的范围内得到颤振控制的效果。
式15
Figure BDA0003403546780000132
颤振控制部221b在预电流指令值为零以上时，从预电流指令值中减去颤振电流而生成电流指令值，在预电流指令值不足零时，对预电流指令值加上颤振电流而生成电流指令值。换言之，颤振控制部221b在式16所示的条件成立的情况下，基于式17的数学式生成电流指令值，在式16所示的条件不成立的情况下，基于式18的数学式生成电流指令值。
式16
i2phase≥0
式17
i2phase_Dither＝i2phase-iDither
式18
i2phase_Dither＝i2phase+iDither
颤振控制部221b输出由式19的数学式给出的、应用了颤振控制后的3相的电流指令值Iref_u、Iref_v以及Iref＿w。此外，U相失效时的U相的电流指令值Iref_u为零。
式19
Iref_u＝0，Iref_v＝i2phase_Dither，Iref_w＝-i2phase_Dither
图10是例示用于颤振控制的颤振电流波形的曲线图。图11是例示对产生振荡的相电流应用了颤振控制之后的相电流波形的曲线图。
如上所述，由于在2相通电控制中施加了电流限制，因此即使将比较例的颤振电流应用于预电流指令值，电流振荡的抑制也不充分，其结果，存在无法得到颤振控制的效果的课题。与此相对，如果将本实施方式的颤振电流应用于预电流指令值，则能够适当地抑制电流振荡，其结果是，能够得到颤振控制的充分的效果。
再次参照图5。
电压指令值运算部222取得电流指令值Iref_u、Iref_v以及Iref_w。电压指令值运算部222基于电流指令值Iref_u、Iref_v以及Iref_w来运算电压指令值Vref_u、Vref_v以及Vref_w。在U相失效时的2相通电控制中，Vref_u为零。
PWM调制部223取得电压指令值Vref_u、Vref_v以及Vref_w。PWM调制部223基于电压指令值Vref_u、Vref_v以及Vref_w分别运算占空比指令值Dutyu、Dutyv以及Dutyw并输出到驱动电路115。
本发明人等通过进行实际车辆测定来确认对预电流指令值应用颤振控制而得到的效果。在实际车辆测定中，进行2相通电控制，在死点的范围内电流产生振荡时，将颤振控制的应用从断开切换为接通，由此测定颤振控制的效果。
实际车辆测定的条件如下：(1)扭矩常数Kt：0.0452[Nm/Arms]、(2)极对数Pn：4、(3)颤振振幅ADither：2[Nm]、(4)颤振频率fDither：30[Hz]、(5)马达的种类：无刷马达。颤振振幅ADither以及颤振频率fDither被设定为变量，能够根据搭载有EPS的车种、马达的种类而适当决定。
图12是示出不应用颤振控制的情况下的转向角以及转向扭矩的测定结果的曲线图。图13是示出应用了颤振控制的情况下的转向角以及转向扭矩的测定结果的曲线图。在曲线图中，虚线表示转向角[deg]，实线表示转向扭矩[Nm]。
与不应用颤振控制的情况相比，在应用了颤振控制的情况下，抑制了电流振荡。其结果，可知方向盘的振动也被抑制，具体而言，转向扭矩的变动量减少5[Nm]左右。
根据本实施方式的马达的控制装置100，能够改善在马达的绕组的任意相产生通电不良的情况下进行将正常相的剩余的绕组通电的通电控制时驾驶员感觉到的转向感。例如，能够抑制在进行2相通电控制时可能产生的、死点附近的电流振荡，并且能够降低转向扭矩变动量。这些效果能够有助于提高方向盘操作的安全性。
本实施方式的马达的控制装置或控制方法也可以用作能够进行使用2个逆变器来驱动马达的所谓双逆变器驱动的双重绕组马达的控制装置。例如，在2个逆变器的一方的U相失效的情况下，能够继续进行利用2个逆变器使V相以及W相绕组通电的2相通电控制。
产业上的可利用性
本发明的实施方式能够利用于用于对搭载于车辆的EPS进行控制的马达的控制装置。

Claims (12)

1.一种控制装置，其用于电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有包含n相绕组的马达，该控制装置用于控制所述马达，n为3以上的整数，其中，
该控制装置能够进行使所述n相绕组通电的n相通电控制或者使n-1相绕组通电的n-1相通电控制，
该控制装置具有：
处理器；以及
存储器，其存储控制所述处理器的动作的程序，
所述处理器根据所述程序进行如下动作：
响应于切换信号，从所述n相通电控制切换为所述n-1相通电控制；
获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；
根据所获得的所述扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值而生成预电流指令值；
在0到2π的电角度的范围中的死点的范围内，对所述预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及
根据所述电流指令值而进行所述n-1相通电控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述处理器在0到2π的所述电角度的范围中的所述死点的范围以外的范围内，不对所述预电流指令值应用颤振控制，而将所述预电流指令值决定为所述电流指令值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，
所述死点的范围包含满足
Figure FDA0003403546770000011
或者
Figure FDA0003403546770000012
Figure FDA0003403546770000013
的条件的电角度的范围，
这里，θ是所述电角度，
Figure FDA0003403546770000014
是相位偏移。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，
所述处理器根据式1的数学式来运算颤振电流，根据所述预电流指令值和所述颤振电流来生成所述电流指令值，
式1
Figure FDA0003403546770000021
这里，iDither是所述颤振电流，ADither是颤振振幅，fDither是颤振频率。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其中，
所述处理器在所述预电流指令值为零以上时，从所述预电流指令值减去所述颤振电流而生成所述电流指令值，
在所述预电流指令值不足零时，对所述预电流指令值加上所述颤振电流来生成所述电流指令值。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述处理器还执行如下动作：
取得扭转扭矩；
在转向频率处于规定的范围内时，对所述扭转扭矩应用1次相位补偿，从而生成相位补偿扭矩；以及
根据所述相位补偿扭矩来生成所述扭矩指令值。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，
所述1次相位补偿由式2的数学式的传递函数表示，
式2
Figure FDA0003403546770000022
这里，s是拉普拉斯变换算子，f1是所述传递函数的零点的频率，f2是所述传递函数的极点的频率。
8.根据权利要求6或7所述的控制装置，其中，
所述处理器根据所述扭转扭矩的时间变化量来运算微分补偿扭矩，
根据所述相位补偿扭矩和所述微分补偿扭矩来生成所述扭矩指令值。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述处理器监视在所述n相绕组中是否存在无法通电的绕组，
所述处理器响应于检测到所述无法通电的绕组而生成所述切换信号，
通过使所述n相绕组中的无法通电的绕组以外的n-1相绕组通电来进行所述n-1相通电控制。
10.一种马达模块，其具有：
马达；以及
权利要求1至9中的任意一项所述的控制装置。
11.一种电动助力转向装置，其具有权利要求10所述的马达模块。
12.一种控制方法，其用于电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有包含n相绕组的马达，该控制方法用于控制所述马达，n为3以上的整数，其中，
该控制方法能够对所述马达应用使所述n相绕组通电的n相通电控制或者使n-1相绕组通电的n-1相通电控制，
该控制方法包含如下动作：
响应于切换信号，从所述n相通电控制切换为所述n-1相通电控制；
获得扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值；
根据所获得的所述扭矩指令值、马达的电角度、马达的实际电流值而生成预电流指令值；
在0到2π的电角度的范围中的死点的范围内，对所述预电流指令值应用颤振控制，从而生成电流指令值；以及
根据所述电流指令值而进行所述n-1相通电控制。
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