CN1741368A - 电动动力转向*** - Google Patents

Abstract

一个目的在于在用于电动动力转向***的电动机控制器中提供具体现实的方法用于在其控制***中方便地进行异常鉴别。电动动力转向***包括：d－q命令值设定单元，它用于为要施加到电动机的电流确定d－q坐标系中的d轴和q轴电流命令值；电流检测器，它用于检测电动机中实际流动的三相AC电流；三相AC/d－q坐标变换器，它用于将电流检测器检测出的三相AC电流变换成d－q坐标系中的d轴电流检测值和q轴电流检测值；电压控制器，它用于根据d轴电流命令值和q轴电流命令值以及根据d轴电流检测值和q轴电流检测值控制施加到电动机的电压；以及异常鉴别单元，它用于通过比较q轴电流命令值和q轴电流检测值或者通过比较d轴电流命令值和d轴电流检测值来鉴别是否已出现***控制异常。

Description

电动动力转向***

发明背景

发明领域

本发明涉及电动动力转向***的电动机控制器，它通过向转向机构施加由电动机生成的扭矩进行动力辅助转向。

相关技术描述

常规上已知电动动力转向***，其中由诸如三相无电刷电动机的电动机产生的扭矩被传送到转向机构，从而执行动力辅助转向。

(专利文献1)日本特许专利公开187578/2001。

用于辅助该电动动力转向***的电动机M和用于控制电动机M的微控制器C之间的关系在图7中说明，表示用于常规电动动力转向***的电动机控制器的功能配置的框图在图8中示出。

图8表示用于控制常规电动动力转向***的微控制器C，输入微控制器C的值，以及微控制器C控制的电动机M之间的关系。说明书中未说明的电动机M辅助地将扭矩提供给电动动力转向***，且电动机M由受微控制器C控制的电源电路52驱动。这里，通过车辆速度传感器42获得的车辆速度V，通过扭矩传感器43获得的转向扭矩T以及由连接到电动机M的分解器R和由转子角度检测电路45检测出的电动机M的转子角度θ_re被输入微控制器C。此外，因为用通过微控制器C施加其上的电流反馈控制电动机M，流经电动机M并由电动机电流检测值41(U相电流检测值41u，V相电流检测值41v)检测的电流(U相电流i_ua，V相电流i_va)被输入微控制器C。

接着，说明图9。在该电动机控制器中，由车辆速度传感器42检测的车辆速度V和由扭矩传感器43检测并通过相位补偿电路44进行相位补偿的转向扭矩T被输入微控制器C。此外，电动机控制器具备目标电流计算器61，用于确定目标电流命令值I_a ^*’(流经U相、V相和W相的有效电流值)，其中电流被应用于电动机M。为了改善转向感觉，计算由车辆速度V和通过电动机M的转子角度θ_re获得的转子角速度ω_re确定的会聚校正值I_co ^*，其中转子角度θ_re由分解器R和转子角度检测电路45检测出，被传递经过转子角速度计算器65并从其输出，随后，该会聚校正值被提供给加法器62。在加法器62中，从目标电流计算器61输入的目标电流命令值I_a ^*’(有效值)和从会聚校正器64输入的会聚校正值I_co ^*被求和，且会聚补偿的目标电流命令值I_a ^*被设定，它表示要应用于电动机M的U相、V相和W相的电流(正弦波电流)振幅。此外，为了使电流值能被处理为与电动机M的转子角度θ_re无关的直流电流量，在q轴电流命令值计算器66中，在已执行会聚校正后用被应用于目标电流命令值I_a ^*的d-q坐标变换确定q轴电流命令值i_qa ^*。另一方面，d轴电流命令值i_da ^*被设定为零。

d轴电流命令值i_da ^*和q轴电流命令值i_qa ^*分别被输入减法器67d和67q。构建这些减法器67d和67q，从而给出d轴电流检测值ida和q轴电流检测值iqa，它们是通过传递来自检测实际在电动机M的U相中流动的U相电流iua的U相电流检测值41u的输出以及来自检测实际在V相中流动的V相电流iva的V相电流检测值41v的输出经过三相AC/d-q坐标变换器(transformer)68而获得的。结果，d轴电流命令值i_da ^*和d轴电流检测值i_da的偏差，以及q轴电流命令值i_qa ^*和q轴电流检测值i_qa的偏差分别从减法器67d和67q输出。

从减法器67d和67q输出的偏差被应用于d轴电流PI(比例积分)控制器69d和q轴电流PI控制器69q；从而分别获得d轴电压命令值V_da ^*和q轴电压命令值V_qa ^*。

d轴电压命令值V_da ^*和q轴电压命令值V_qa ^*被输入d-q/三相AC坐标变换器72。转子角度检测电路45中检测的转子角度θre也被输入该d-q/三相AC坐标变换器72；因此，d-q/三相AC坐标变换器72根据等式(1)分别将d轴电压命令值V_da ^*和q轴电压命令值V_qa ^*变换成三相AC坐标***中的命令值V_ua ^*和V_va ^*。随后，所获得的U相电压命令值V_ua ^*和V相电压命令值V_va ^*被输入三相PWM(脉宽调制)调制器51。

$\left[\begin{array}{c}{V_{\mathrm{va}}}^{*}\\ {V_{\mathrm{ua}}}^{*}\\ {V_{\mathrm{wa}}}^{*}\end{array}\right]={\left[C\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{da}}\\ V_{\mathrm{qa}}\end{array}\right]$

$=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}& -\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{da}}\\ V_{\mathrm{qa}}\end{array}\right]\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

但是，W相电压命令值V_wa ^*不在d-q/三相AC坐标变换器72中计算，而是在W相电压命令值计算器73中基于已在d-q/三相AC坐标变换器72中计算过的U相电压命令值V_ua ^*和V相电压命令值V_va ^*进行计算。这样，在W相电压命令值计算器73中，输入U相电压命令值V_ua ^*和V相电压命令值V_va ^*，且在W相电压命令值计算器73中，通过用零减去U相电压命令值V_ua ^*和V相电压命令值V_va ^*获得W相电压命令值V_wa ^*。

与U相电压命令值V_ua ^*和V相电压命令值V_va ^*相类似，W相电压命令计算器73中计算的W相电压命令值V_wa ^*被施加到三相PWM调制器51。三相PWM调制器51生成分别与U相电压命令值V_ua ^*、V相电压命令值V_va ^*和W相电压命令值V_wa ^*相对应的PWM信号Su、Sv和Sw，且所生成的PWM信号Su、Sv和Sw被输出到电源电路52。那么，将与PWM信号Su、Sv和Sw相对应的V_ua ^*、V_va ^*和V_wa ^*分别应用于电动机M的U相、V相和W相，从而电动机M生成动力辅助转向所需的扭矩。

此外，在上述专利文献1中，提供了异常鉴别单元74，用于鉴别是否出现诸如偏移的异常，其中单元74被配置用于根据从三相AC/d-q坐标变换器68输出的d轴电流检测值ida和q轴电流检测值iqa鉴别是否出现异常。假如U相电流iua、V相电流iva和W相电流iwa中的每一个都具有振幅Ia，则d轴电流ida和q轴电流iqa由以下的等式(2)表达，其可理解为与转子角度θ_re无关。因此，异常鉴别单元74可获得与转子角度θ_re无关的d轴电流ida和q轴电流iqa，并根据所获得的d轴电流ida和q轴电流iqa确定是否存在异常。如在该文献中所描述的，不需要计算流经电动机M的电流有效值。

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{da}}\\ i_{\mathrm{qa}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ -\sqrt{\frac{3}{2}}{I}_a\end{array}\right]\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

但是，在以上描述的专利文献1中，根本没有描述用于异常鉴别的任何具体实施方法。这样，例如，它没有描述使用振幅Ia、d轴电流检测值ida和q轴电流检测值iqa中的哪部分。

因此，本发明的目的在于提供具体的实施手段，用于方便地在用于电动动力转向***的电动机控制***中进行异常鉴别。

发明内容

根据本发明的第一方面的电动动力转向***包括：d-q命令值设定单元，它用于为要施加到电动机的电流确定d-q坐标系中的d轴和q轴电流命令值；电流检测器，它用于检测电动机中实际流动的三相AC电流；三相AC/d-q坐标变换器，它用于将电流检测器检测出的三相AC电流变换成d-q坐标系中的d轴电流检测值和q轴电流检测值；电压控制器，它用于根据由d-q命令值设定单元确定的d轴电流命令值和q轴电流命令值以及根据从三相AC/d-q坐标变换器输出的d轴电流检测值和q轴电流检测值控制施加到电动机的电压；以及异常鉴别单元，它用于通过比较q轴电流命令值和q轴电流检测值或者通过比较d轴电流命令值和d轴电流检测值来鉴别是否已出现***控制异常。可以方便地在电动动力转向***的电动机控制器的控制***中进行异常鉴别。

在根据本发明第二方面的电动动力转向***中，如果q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差等于或大于第一预定值或者d轴电流命令值和d轴电流检测值之间的差等于或大于第二预定值，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常；从而，可吸收获得q轴电流检测值或d轴电流检测值的延时。

在根据本发明第三方面的电动动力转向***中，如果q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差等于或大于第一预定值或者d轴电流命令值和d轴电流检测值之间的差等于或大于第二预定值的状态已持续等于或大于预定时间段的一段时间，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常；因此，可以吸收诸如q轴电流检测值或d轴电流检测值中生成的噪声的错误。

在根据本发明第四方面的电动动力转向***中，如果异常鉴别单元鉴别出已出现***控制异常，则关闭对电动机的电流施加；因此，可防止异常动力辅助转向。

在根据本发明第五方面的电动动力转向***中，当电动机的旋转速度等于或高于预定值时，禁止异常鉴别；因此，可以防止由于电动机转动生成的感生电压的影响造成的错误鉴别。

根据本发明第六方面的电动动力转向***包括d-q命令值设定单元，它用于为要施加到电动机的电流确定d-q坐标系中的d轴和q轴电流命令值；电流检测器，它用于检测电动机中实际流动的三相AC电流；三相AC/d-q坐标变换器，它用于将电流检测器检测出的三相AC电流变换成d-q坐标系中的d轴电流检测值和q轴电流检测值；电压控制器，它用于根据由d-q命令值设定单元确定的d轴电流命令值和q轴电流命令值以及根据从三相AC/d-q坐标变换器输出的d轴电流检测值和q轴电流检测值控制施加到电动机的电压；合成矢量命令值计算器，它用于通过q轴电流命令值和d轴电流命令值的矢量合成计算合成矢量命令值；合成矢量检测值计算器，它用于通过q轴电流检测值和d轴电流检测值的矢量合成计算检测值；以及异常鉴别单元，它用于通过比较合成矢量命令值和合成矢量检测值鉴别是否已出现***控制异常。可以方便地在电动动力转向***的电动机控制器的控制***中进行异常鉴别。

在根据本发明第七方面的电动动力转向***中，如果合成矢量命令值和合成矢量检测值之间的差等于或大于预定值，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常；因此，可吸收获得q轴电流检测值或d轴电流检测值的延时。

在根据本发明第八方面的电动动力转向***中，如果合成矢量命令值和合成矢量检测值之间的差等于或大于预定值的状态持续等于或大于预定时间段的时间段，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常；因此，可以吸收诸如q轴电流检测值或d轴电流检测值中生成的噪声的错误。

在根据本发明第九方面的电动动力转向***中如果异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常，则关闭对电动机的电流施加；因此，可避免异常动力辅助转向。

在根据本发明第十方面的电动动力转向***中，当电动机的旋转速度等于或高于预定值时，禁止异常鉴别；因此，可以避免由于电动机转动生成的感生电压的影响造成的错误鉴别。

附图概述

图1是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器的功能配置的框图；

图2是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器工作的时序图；

图3是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器工作的时序图；

图4是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器工作的时序图；

图5是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器工作的时序图；

图6是说明根据本发明实施例的用于电动动力转向***的电动机控制器工作的时序图；

图7是说明根据本发明实例的电动动力转向***的配置的电路图；

图8是说明用于控制电动动力转向***的电动机和用于控制电动机的微控制器之间的关系的示图；以及

图9是说明用于常规电动动力转向***的电动机控制器的功能配置的框图。

具体实施方式

以下，将详细说明根据本发明的实施例。图1是用于说明根据本发明的用于电动动力转向***的电动机M的功能配置的框图。这里，在图1中，具有同图9中的那些相同标号的块同图9所示的那些块相类似地工作；因此，省去了其详细描述。

在该实施例中，为了实现用于确定是否将会聚补偿目标电流命令值I_a ^*正确地施加入电动机M的手段，其中会聚补偿目标电流命令值I_a ^*是通过将目标电流计算器61中指定的目标电流命令值I_a ^*’同电流的会聚补偿值I_co ^*相加而计算出的，提供了d轴电流偏差确定单元101d和q轴电流偏差确定单元101q。通过三相AC/d-q坐标变换器68获得的d轴电流命令值I_da ^*和d轴电流检测值I_da被输入d轴电流偏差确定单元101d，而通过三相AC/d-q坐标变换器68获得的q轴电流命令值I_qa ^*和d轴电流检测值I_da被输入q轴电流偏差确定单元101q。按这种方式，比较这两个输入值，确定已出现***控制异常。

以下，将使用图2到图5说明q轴电流偏差确定单元101q的工作。

图2到图5说明了q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的关系，以及与这些关系相对应，表示鉴别电动机控制器中的异常鉴别结果的异常标记的变化。设定以q轴电流命令值为中心的预定允许水平Dqo，且当q轴电流检测值I_qa位于该允许水平内时，即当满足以下的等式(3)时，确定控制***处于正常运行中；结果异常标记变成“0”。

          i_qa ^*-D_qo＜i_qa＜i_qa ^*+D_qo         ·····(3)

在不满足以上等式(3)的情况，即其中q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差i_qdev超过q轴电流允许水平Dqo的情况，持续预定时间T时，则确定控制***异常，且异常标记被设定为“1”(图2，图3)。

即使不满足以上等式，当这种情况不持续预定时间T时，就确定控制***为正常，且异常标记变成“0”(图4，图5)。

当通过以上的异常鉴别手段确定出现***控制异常时，即当异常标记被设定为“1”时，为了防止异常动力辅助转向，关闭对电动机的电流施加。

通过在q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差超出允许水平的状态持续预定时间时确定已出现***控制异常，即使在q轴电流检测值iqa瞬时和广泛地波动并超出允许水平的情况中，由于噪声等，控制***不被确定为异常；结果，电动机控制器可以继续其正常操作。

图6是说明使用d轴电流命令值和d轴电流检测值的异常鉴别操作的时序图；但是，因为操作同通过上述q轴电流进行的操作相同，所以省去其详细说明。

在根据本发明的实施例中，虽然已说明了提供d轴电流偏差确定单元101d和q轴电流偏差确定单元101q两者的情况，但为了简化用于控制***的异常确定手段，其可被配置，从而仅使用q轴电流偏差确定单元101q，或者仅使用d轴电流偏差确定单元101d。

此外，在上述实施例中，虽然已说明了独立执行关于q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差或者d轴电流命令值和d轴电流检测值之间的差是否位于允许水平之内的确定，但可以使用合成矢量命令值(它是q轴电流命令值和d轴电流命令值的矢量合成)和合成矢量检测值(它是q轴电流检测值和d轴电流检测值的矢量合成)确定在控制***中是否出现任何异常。

此外，尽管控制***处于正常状态，但由于电动机M的旋转产生的感生电压的影响，会出现q轴或d轴电流命令值以及q轴或d轴电流检测值的偏差超出允许水平的情况；但是，通过配置***以使得当电动机M的旋转速度等于或高于预定值时禁止故障确定，则可以避免基于感生电压的影响的错误鉴别。

此外，在上述实施例中，当已检测出任何异常时，***被控制以便用微控制器C中安装的软件通过电源电路52关闭对电动机M的电流施加；但是，开关装置可设置于电源电路52之外以便即使在电源电流52处于异常状态时也能关闭对电动机M的电流施加。

图7是用于说明本发明实例的电路图。标号8表示供电给电动动力转向***的电池；标号9表示用于电动动力转向***的电动机控制器；而标号52表示上述电源电路52，它由用于放大来自微控制器C的输出电流的预驱动器52a、包括功率MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)的三相桥电路52b和电容器52c构成。作为用于连接/断开电池8和预驱动器52a的第一开关装置的标号11包括一中继，标号10是用于连接/断开电池8和三相桥电路52b的第二开关装置，而标号12是用于连接/断开电动机M中的至少两个相和电源电路52的第三开关装置，它们都构建于电动机控制器9中。这里，在该实例中提供给部件的标号同上述实施例中的其对应物相同；因此，省去了其说明。

在该实例中，当微控制器C检测出任何异常时，预驱动器52a被驱动以通过三相桥电路52b停止电动机M的驱动，且第一到第三开关装置也被关闭，随后停止电动机M的驱动。结果，即使当基于电源电路52的故障检测出任何异常时，可以无误地停止电动机的驱动。

此外，虽然在该实施例中提供了第一到第三的三个开关装置，但只要提供它们中的一个就可获得类似效果。

Claims (10)

1.一种用于通过将电动机生成的扭矩应用于转向机构而执行动力辅助转向的电动动力转向***，其特征在于：

d-q命令值设定单元，它用于为要施加到电动机的电流确定d-q坐标系中的d轴和q轴电流命令值；

电流检测器，它用于检测电动机中实际流动的三相AC电流；

三相AC/d-q坐标变换器，它用于将电流检测器检测出的三相AC电流变换成d-q坐标系中的d轴电流检测值和q轴电流检测值；

电压控制器，它用于根据由d-q命令值设定单元确定的d轴电流命令值和q轴电流命令值以及根据从三相AC/d-q坐标变换器输出的d轴电流检测值和q轴电流检测值控制施加到电动机的电压；以及

异常鉴别单元，它用于通过比较q轴电流命令值和q轴电流检测值或者通过比较d轴电流命令值和d轴电流检测值来鉴别是否已出现***控制异常。

2.如权利要求1所述的电动动力转向***，其特征在于，如果q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差等于或大于第一预定值或者d轴电流命令值和d轴电流检测值之间的差等于或大于第二预定值，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常。

3.如权利要求1所述的电动动力转向***，其特征在于，如果q轴电流命令值和q轴电流检测值之间的差等于或大于第一预定值或者d轴电流命令值和d轴电流检测值之间的差等于或大于第二预定值的状态已持续等于或大于预定时间段的一段时间，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常。

4.如权利要求1所述的电动动力转向***，其特征在于，如果异常鉴别单元鉴别出已出现***控制异常，则关闭对电动机的电流施加。

5.如权利要求1所述的电动动力转向***，其特征在于，当电动机的旋转速度等于或高于预定值时，禁止异常鉴别。

6.一种用于通过将电动机生成的扭矩应用于转向机构而执行动力辅助转向的电动动力转向***，其特征在于：

d-q命令值设定单元，它用于为要施加到电动机的电流确定d-q坐标系中的d轴和q轴电流命令值；

电流检测器，它用于检测电动机中实际流动的三相AC电流；

三相AC/d-q坐标变换器，它用于将电流检测器检测出的三相AC电流变换成d-q坐标系中的d轴电流检测值和q轴电流检测值；

电压控制器，它用于根据由d-q命令值设定单元确定的d轴电流命令值和q轴电流命令值以及根据从三相AC/d-q坐标变换器输出的d轴电流检测值和q轴电流检测值控制施加到电动机的电压；

合成矢量命令值计算器，它用于通过q轴电流命令值和d轴电流命令值的矢量合成计算合成矢量命令值；

合成矢量检测值计算器，它用于通过q轴电流检测值和d轴电流检测值的矢量合成计算检测值；以及

异常鉴别单元，它用于通过比较合成矢量命令值和合成矢量检测值鉴别是否已出现***控制异常。

7.如权利要求6所述的电动动力转向***，其特征在于，如果合成矢量命令值和合成矢量检测值之间的差等于或大于预定值，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常。

8.如权利要求6所述的电动动力转向***，其特征在于，如果合成矢量命令值和合成矢量检测值之间的差等于或大于预定值的状态持续等于或大于预定时间段的时间段，则异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常。

9.如权利要求6所述的电动动力转向***，其特征在于，如果异常鉴别单元鉴别已出现***控制异常，则关闭对电动机的电流施加。

10.如权利要求6所述的电动动力转向***，其特征在于，当电动机的旋转速度等于或高于预定值时，禁止异常鉴别。

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