CN101722981B - 车辆用转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用转向装置。由基于控制上的旋转角即控制角的转动坐标系的轴电流值驱动电动机。在每个规定的运算周期内通过对控制角的上次值加上加法角来运算控制角。基于预定的转向角-转矩特性来设定指示转向转矩。基于指示转向转矩和检测转向转矩的偏差来运算加法角。在规定条件成立时变更用于运算控制角的变量。

Description

车辆用转向装置

技术领域

本发明基于2008年10月15日提交的日本专利申请NO.2008-266344的说明书、附图及摘要，并将其全部内容结合于此作为参考。

本发明涉及一种具备用于驱动无刷电动机的电动机控制装置的车辆用转向装置。

背景技术

电动动力转向装置是车辆用转向装置的一个例子。无刷电动机用作对车辆的转向机构赋予驱动力的驱动源。用于驱动控制无刷电动机的电动机控制装置通常被构成为：根据用于检测转子旋转角的旋转角传感器的输出来控制电动机电流的供应。作为旋转角传感器通常使用一种输出与转子转角(电角度)对应的正弦波信号以及余弦波信号的旋转变压器(resolver)。但是旋转变压器价格昂贵、布线数量多并且设置空间大。因此，存在阻碍具备无刷电动机的装置的成本削减以及小型化这样的问题。

美国公开专利US 2007/0229021 A1公开了一种不使用旋转角传感器而驱动无刷电动机的无传感器驱动方式。无传感器驱动方式是通过推定随着转子的旋转而产生的感应电压来推定磁极的相位(转子的电角度)的方式。当转子停止时以及以极低速转动时无法推定感应电压，因此可以利用其他方式推定磁极的相位。具体而言，向定子载入传感信号，可以检测到电动机对该传感信号的响应。基于上述电动机响应能够推定转子转动位置。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够用不使用旋转角传感器的新颖的控制方式来控制电动机的车辆用转向装置。

本发明的实施方式是利用具备转子和与该转子对置的定子的电动机3对车辆转向机构赋予驱动力的车辆用转向装置。电流驱动部利用基于作为控制上的旋转角的控制角的转动坐标系的轴电流值来驱动上述电动机。控制角运算部在每个规定的运算周期通过对控制角的上次值加上加法角来求出控制角的这次值。转向角检测器检测上述转向机构的转向角。转矩检测器检测对为了上述车辆转向而操作的操作部件施加的转向转矩。指示转向转矩设定部基于预定的转向角-转矩特性，根据由上述转向角检测器检测出的转向角设定指示转向转矩。加法角运算部基于由上述指示转向转矩设定部设定的指示转向转矩和由上述转矩检测器检测出的检测转向转矩的偏差来运算上述加法角。变量变更部在规定条件成立时变更用于运算上述控制角的变量。

根据本实施方式，能够通过基于控制角的转动坐标系(γδ坐标系，以下叫做“虚拟转动坐标系”，该虚拟转动坐标系的坐标轴叫做“虚拟轴”。)的轴电流值(以下叫做“虚拟轴电流值”。)驱动电动机。控制角通过在每个运算周期加上加法角来更新。由此，控制角被更新，即虚拟转动坐标系的坐标轴(虚拟轴)被更新，并且通过利用虚拟轴电流值驱动电动机，从而可以产生电动机需要的转矩。这样，可以由电动机产生适当的转矩而不使用旋转角传感器。

并且，在本实施方式中，可以根据转向机构的转向角来设定指示转向转矩，另一方面检测赋予操作部件的转向转矩。然后，可以基于指示转向转矩和检测转向转矩的偏差运算加法角。由此，按照检测转向转矩成为该指示转向转矩的形式决定加法角，可以决定与其对应的控制角。因此，能够由电动机产生适当的驱动力以便形成为与转向角对应的检测转向转矩，从而可以将其赋予转向机构。即，基于转子的磁极方向的转动坐标系(dq坐标系)的坐标轴和上述虚拟轴的偏移量(负载角)被推导成与指示转向转矩对应的数值。其结果是，电动机产生适当的转矩，能够将与驾驶员的转向意图对应的驱动力赋予转向机构。

附图说明

本发明的前述和其他特征和优点将从以下参照附图的实施方式的描述中变得清楚，附图中相同标号用来表示相同元件，附图中：

图1是用于说明作为本发明第一实施方式涉及的车辆用转向装置的电动动力转向装置的电结构的框图。

图2是用于说明电动机构成的图解图。

图3是上述电动动力转向装置的控制框图。

图4A、图4B是表示指示转向转矩相对转向角的特性的例子的图。

图5是表示指示转向转矩校正量相对推定电动机旋转角速度的特性的图。

图6是表示γ轴指示电流值相对检测转向转矩设定的例子的图。

图7是用于说明指示转向转矩设定部的动作的流程图。

图8是用于说明本发明第二实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的动作的流程图。

图9是用于说明本发明第三实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。

图10A～图10D是用于说明作为阻尼校正值的检测转矩校正值的特性的特性图。

图11是用于说明在不同时间运算的阻尼校正值的重叠的图。

图12是用于说明本发明第四实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。

图13是用于说明本发明第五实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是用于说明作为本发明第一实施方式涉及的车辆用转向装置的电动动力转向装置的电结构的框图。本电动动力转向装置具备：检测对用于将车辆转向的作为操作部件的转向盘10施加的转向转矩T的转矩传感器1；通过减速机构7对车辆的转向机构2赋予转向助力的电动机3(无刷电动机)；检测作为转向盘10的旋转角(相当于转向机构2的转向角)的转向角的转向角传感器4；对电动机3进行驱动控制的电动机控制装置5；检测搭载了该电动动力转向装置的车辆的速度的车速传感器6。

电动机控制装置5根据转矩传感器1检测的转向转矩、转向角传感器4检测的转向角以及车速传感器6检测的车速来驱动电动机3，从而实现与转向状况以及车速对应的适当的转向助力。

电动机3在本实施方式中是三相无刷电动机，如图2图解所示，具备作为磁场的转子50、配置在与该转子50对置的定子55上的U相、V相以及W相的定子绕组51、52、53。电动机3可以是在转子的外部对置配置了定子的内转子型的电动机，也可以是在筒状转子的内部对置配置了定子的外转子型电动机。

可以定义三相固定坐标(UVW坐标系)，其分别将各相的定子绕组51、52、53的方向取为U轴、V轴以及W轴。另外，可以定义两相转动坐标系(dq坐标系，实际转动坐标系)，其分别将转子50的磁极方向取为d轴(磁极轴)，将在转子50的转动平面内与d轴垂直的方向取为q轴(转矩轴)。dq坐标系是与转子50一起转动的转动坐标系。在dq坐标系中仅q轴电流有助于转子50产生转矩，因此，将d轴电流设为零并且根据所需的转矩控制q轴电流即可。转子50的旋转角(转子角)θM是d轴相对U轴的旋转角。dq坐标系是基于转子角θM的实际转动坐标系。通过使用该转子角θM，能够在UVW坐标系与dq坐标系之间进行坐标转换。

另一方面，在本实施方式中可以导入表示控制上的旋转角的控制角θC。控制角θC是相对U轴的虚拟的旋转角。通过将与该控制角θC对应的虚拟轴设为γ轴，并将相对该γ轴旋转了90°的轴设为δ轴，定义虚拟两相转动坐标轴(γδ坐标系，虚拟转动坐标系)。当控制角θC等于转子角θM时，虚拟转动坐标系即γδ坐标系和实际转动坐标系即dq坐标系一致。即，作为虚拟轴的γ轴与作为实际轴的d轴一致，而作为虚拟轴的δ轴与作为实际轴的q轴一致。γδ坐标系是基于控制角θC的虚拟转动坐标系。可以使用控制角θC进行UVW坐标系与γδ坐标系的坐标转换。

可以由控制角θC和转子角θM之差定义负载角θL(＝θC-θM)。

如果基于控制角θC而将γ轴检测电流Iγ供应到电动机3，则该γ轴电流Iγ的q轴成分(向q轴的正投影)成为有助于转子50产生转矩的q轴电流Iq。即，在γ轴电流Iγ和q轴电流Iq之间存在下式(1)的关系。

Iq＝Iγ·sinθL  ...(1)

再次参照图1，电动机控制装置5具备：微型计算机11、由该微型计算机11控制并向电动机3供应电力的驱动电流(逆变电路)12、检测流过电动机3各相的定子绕组的电流的电流检测部13。

电流检测部13检测流过电动机3各相的定子绕组51、52、53的相电流IU、IV、IW(以下总称时叫做“三相检测电流IUVW”。)。它们是UVW坐标系中各坐标轴方向的电流值。

微型计算机11具备CPU以及存储器(ROM以及RAM等)，通过执行规定的程序而起到多功能处理部的功能。该多功能处理部包括：指示转向转矩设定部21、指示转向转矩校正部21A、转矩偏差运算部22、PI(比例积分)控制部23、限制器24、控制角运算部26、旋转角速度推定部27、指示电流值生成部31、电流偏差运算部32、PI控制部33、γδ/UVW转换部34、PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制部35、UVW/γδ转换部36。

指示转向转矩设定部21基于由转向角传感器4检测的转向角、由车速传感器6检测的车速来设定指示转向转矩T＊。例如，基于图4A所示的通常特性，例如，当转向角为正值(向右方向转向了的状态)时将指示转向转矩T＊设定为正值(向右方向的转矩)，当转向角为负值(已向左方向转向的状态)时将指示转向转矩T＊设定为负值(向左方向的转矩)。另外，设定指示转向转矩T＊，以便随着转向角的绝对值增大其绝对值增大(在图4A的例子中线性地增大)。其中，在规定的上限值(正值，例如+6Nm)以及下限值(负值，例如-6Nm)的范围内设定指示转向转矩T＊。另外，指示转向转矩T＊被设定成车速越大则其绝对值越小。即，进行车速感应控制。

指示转向转矩设定部21在控制角θC的变化量较大时，基于图4B所示的阻尼特性设定相对转向角的指示转向转矩T＊。在上述特性中，在包括转向角中点的规定转向角区域Δ范围内转向角和指示转向转矩T＊的符号不同，在转向角区域Δ以外范围内转向角和指示转向转矩T＊的符号相同。更具体而言，在转向角为0以上的区域中，基于图4A所示的通常特性的第一象限的特性线偏移至指示转向转矩坐标轴的负方向的特性线来设定指示转向转矩T＊，但不变更下限值以及上限值。另外，在转向角为负的区域中，基于图4A所示的通常特性的第三象限的特性线偏移至指示转向转矩坐标轴的正向的特性线来设定指示转向转矩T＊。这时也不变更下限值以及上限值。

这样的特性变更的结果是在图4B所示的阻尼特性的转向角中点附近电动机3产生与朝向转向角中点的转向转矩对抗的转矩。由此，在转向盘10因路面反作用力而高速(例如200deg/sec以上)返回转向角中点这样的状态(例如，不把着方向盘状态)下，可以抑制转向角的变化。这样就可以实现所谓的阻尼控制，从而能够提高转向角中心点附近的收敛性。

指示转向转矩校正部21A校正由指示转向转矩设定部21设定的指示转向转矩T＊来求出校正后的指示转向转矩T＊。指示转向转矩校正部21A基于图5所示的特性来运算与推定电动机旋转角速度对应的指示转向转矩校正量。指示转向转矩校正部21A对该指示转向转矩校正量与由指示转向转矩设定部21设定的指示转向转矩T＊进行加法运算。

推定电动机旋转角速度针对与右方向转向对应的方向分配正值而针对与左方向转向对应的方向分配负值。针对推定电动机旋转角速度的正值分配正的校正值而针对推定电动机旋转角速度的负值分配负的校正值。另外，校正值的绝对值是推定电动机旋转角速度的绝对值增大则单调地(本实施方式中是非线形)增加。通过将这样特性的校正量与指示转向转矩T＊加法运算，这对快速转向而言可以获得良好的反应。并且，在因来自路面的反作用力而向转向角中心高速返回的状况下，能够抑制转向角的变化。这样，能够进行所谓的阻尼控制，能够实现较佳的转向敏感性。

转矩偏差运算部22求出由指示转向转矩设定部21设定且由指示转向转矩校正部21A校正的指示转向转矩T＊和由转矩传感器1检测到的转向转矩T(以下为了区别而叫做“检测转向转矩T”。)的偏差(转矩偏差)ΔT。PI控制部23针对上述转矩偏差ΔT进行PI运算。即，由转矩偏差运算部22以及PI控制部23构成用于将检测转向转矩T导入指示转向转矩T＊的转矩反馈控制单元。PI控制部23通过针对转矩偏差ΔT进行PI运算来运算针对控制角θC的加法角α。

限制器24是针对由PI控制部23求出的加法角α施加限制的限制单元。更具体而言，限制器24将加法角α限制为规定的上限值UL(正值)和下限值LL(负值)之间的值。基于最大转向角速度决定上限值UL以及下限值LL。最大转向角速度是指可以假设为转向盘10的转向角速度的最大值，例如是800deg/sec左右。

最大转向角速度时的转子50的电角度的变化速度(电角度下的角速度，最大转子角速度)，如下式(2)所示由最大转向角速度、减速机构7的减速比、转子50的极对个数的乘积得到。极对个数是指转子50具有的磁极对(N极和S极的对)的个数。

最大转子角速度＝最大转向角速度×减速比×极对个数...(2)

控制角θC的运算期间(运算周期)中的转子50的电角度变化量的最大值(转子角变化量最大值)，如下式(3)所示是最大转子角速度乘以运算周期的数值。

转子角变化量最大值＝最大转子角速度×运算周期

＝最大转向角速度×减速比×极对个数×运算周期...(3)

上述转子角变化量最大值是一个运算周期内所允许的控制角θC的最大变化量。于是，如果将上述转子角变化量最大值表示为ωmax(＞0)，则加法角α的上限值UL以及下限值LL可以分别由下式(4)(5)表示。

UL＝+ωmax  ...(4)

LL＝-ωmax  ...(5)

限制器24比较由PI控制部23求出的加法角α与上限值UL，当加法角α超过上限值UL时将上限值UL代入加法角α。因此，针对控制角θC加上上限值UL(＝+ωmax)。另一方面，如果由PI控制部23求出的加法角α小于下限值LL，则将下限值LL代入加法角α。因此，针对控制角θC加上下限值LL(＝-ωmax)。如果由PI控制部23求出的加法角α是下限值LL以上且上限值UL以下，则该加法角α直接用于对控制角θC进行的加法运算。

这样，因为限制器24将加法角α限制在上限值UL和下限值LL之间，所以控制比较稳定。更具体而言，即使在电流不足时或者控制开始时产生控制不稳定的状态(助力不稳定的状态)下，也能够从该状态快速向稳定控制状态转移。由此，能够提高转向敏感性。

上述限制处理后的加法角α在控制角运算部26的加法器26A中加在控制角θC的上次值θC(n-1)(n是现在运算周期的编号)上(图中Z-1表示信号的上次值)。其中，控制角θC的初始值是预定的值(例如零)。

控制角运算部26包括加法器26A，加法器26A将由限制器24赋予的加法角α加在控制角θC的上次值θC(n-1)上。即，控制角运算部26按照每个规定的运算周期运算控制角θC。另外，控制角运算部26将上一运算周期中的控制角θC作为上次值θC(n-1)，并使用它来运算求出现在运算周期中的控制角θC即这次值θC(n)。

指示电流值生成部31将应当流过与作为控制上的旋转角的上述控制角θC对应的虚拟转动坐标系即γδ坐标系的坐标轴(虚拟轴)的电流值生成为指示电流值。具体说来，指示电流值生成部31生成γ轴指示电流值Iγ＊以及δ轴指示电流值Iδ＊(以下总称时将它们叫做“两相指示电流值Iγδ＊”)。指示电流值生成部31将γ轴指示电流值Iγ＊形成为有效值，另一方面将δ轴指示电流值Iδ＊形成为零。更具体而言，指示电流值生成部31基于由转矩传感器1检测的检测转向转矩T来设定γ轴指示电流值Iγ＊。

图6表示γ轴指示电流值Iγ＊相对检测转向转矩T设定的例子。检测转向转矩T在零附近的区域被设定为死区NR。γ轴指示电流值Iγ＊被设定为在死区NR外侧的区域急剧升高、在规定转矩以上大致为恒定值。由此，当驾驶员没有操作方向盘10时，停止对电动机3的通电，可以抑制不必要的电力消耗。

电流偏差运算部32运算下述值，即：γ轴检测电流Iγ相对由指示电流值生成部31生成的γ轴指示电流值Iγ＊的偏差Iγ＊-Iγ、δ轴检测电流Iδ相对δ轴指示电流值Iδ＊(＝0)的偏差Iδ＊-Iδ。γ轴检测电流Iγ以及δ轴检测电流Iδ可以从UVW/γδ转换部36赋予给偏差运算部32。

UVW/γδ转换部36将由电流检测部13检测的UVW坐标系的三相检测电流IUVW(U相检测电流IU、V相检测电流IV以及W相检测电流IW)转换为γδ坐标系的两相检测电流Iγ以及Iδ(以下总称时将它们叫做“两相检测电流Iγδ”。)。可以将它们赋予给电流偏差运算部32。可以将由控制角运算部26运算得到的控制角θC用于UVW/γδ转换部36中的坐标转换。

PI控制部33通过针对由电流偏差运算部32运算得到的电流偏差进行PI运算，生成应当施加于电动机3的两相指示电压Vγδ＊(γ轴指示电压Vγ＊以及δ轴指示电压Vδ＊)。将该两相指示电压Vγδ＊赋予给γδ/UVW转换部34。

γδ/UVW转换部34通过针对两相指示电压Vγδ＊进行坐标转换运算来生成三相指示电压VUVW＊。三相指示电压VUVW＊由U相指示电压VU＊、V相指示电压VV＊以及W相指示电压VW＊构成。将该三相指示电压VUVW＊赋予给PWM控制部35。可以将由控制角运算部26运算得到的控制角θC用于γδ/UVW转换部34中的坐标转换。

PWM控制部35生成分别与U相指示电压VU＊、V相指示电压VV＊以及W相指示电压VW＊对应的占空比(duty)的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号以及W相PWM控制信号，并向驱动电路12供应。

驱动电路12由与U相、V相以及W对应的三相逆变电路构成。构成上述逆变电路的功率元件被由PWM控制部35赋予的PWM控制信号控制，将与三相指示电压VUVW＊相当的电压施加在电动机3的各相定子绕组51、52、53。

电流偏差运算部32以及PI控制部33构成电流反馈控制单元。通过上述电流反馈控制单元的作用，将流过电动机3的电动机电流控制成接近由指示电流值生成部31设定的两相指示电流值Iγδ＊。

旋转角速度推定部27基于电动机3的电流(检测电流Iγδ)以及施加电压(指示电压Vγδ＊)推定电动机3的旋转角速度。更具体而言，旋转角速度推定部27使用电动机3的电阻值以及电感，基于检测电流以及施加电压推定电动机3的感应电压，基于该感应电压推定电动机旋转角速度。

图3是上述电动动力转向装置的控制框图。其中，为了便于说明而省略了限制器24的功能。

通过针对指示转向转矩T＊和检测转向转矩T的偏差(转矩偏差)进行的PI控制(KP是比例系数、KI是积分系数、1/s是积分运算符)来生成加法角α。通过将该加法角α加到控制角θC的上次值θC(n-1)，求出控制角θC的这次值θC(n)＝θC(n-1)+α。这时，控制角θC与转子50的实际转子角θM的偏差是负载角θL＝θC-θM。

因此，如果按照γ轴指示电流值Iγ＊将γ轴电流Iγ供应给基于控制角θC的γδ坐标系(虚拟转动坐标系)的γ轴(虚拟轴)，则q轴电流Iq＝IγsinθL。上述q轴电流Iq有助于转子50的产生转矩。即，将电动机3的转矩常数KT乘以q轴电流Iq(＝IγsinθL)的值作为助力转矩TA(＝KT·IγsinθL)，经由减速机构7传递至转向机构2。从来自转向机构2的负载转矩TL减去上述助力转矩TA的值是驾驶员应该给予方向盘10的转向转矩T。通过反馈上述转向转矩T使系统动作，以便将该转向转矩T推导为指示转向转矩T＊(其中，利用指示转向转矩校正部21A校正的校正后的值)。即，为了使检测转向转矩T与指示转向转矩T＊一致求出加法角α并根据该加法角α控制控制角θC。

这样，电流流过控制上的虚拟轴即γ轴，另一方面利用根据指示转向转矩T＊和检测转向转矩T的偏差ΔT求出的加法角α来更新控制角θC。由此，因为负载角θL变化，所以电动机3产生与该负载角θL对应的转矩。由此，因为电动机3产生与基于转向角以及车速设定的指示转向转矩T＊对应的转矩，所以与转向角以及车速对应的适当的转向助力被赋予给转向机构2。即，执行转向辅助控制，以便转向角的绝对值越大则转向转矩越大并且车速越快则转向转矩越小。

这样，本发明提供一种适当地控制电动机3而不使用旋转角传感器就能够进行适当的转向辅助的电动动力转向装置。由此，能够利用简单的构成，能够实现成本的降低。

图7是用于说明指示转向转矩设定部21的动作的流程图。将由PI控制部23求出的加法角的绝对值|α|与规定的阈值A(A＞0)进行比较(步骤S1)。阈值A根据不把着方向盘状态下返回转向角中心时求出的收敛性设定即可，例如设定为与200deg/sec的转向速度对应的值。具体而言，阈值A是通过将上述转向速度(200deg/sec)乘以减速机构7中的减速比以及转子50的极对个数，将上述转向速度换算为电动机3的电角度的值。

所谓加法角的绝对值|α|是阈值A以上时，是虚拟转动坐标γδ的转动加快、且控制角θC的变化量增大时，也就是电动机3的旋转角速度较大时。另一方面，所谓加法角的绝对值|α|小于阈值A时，是控制角θC的变化量较小、电动机3的旋转角速度较小时。于是，当加法角的绝对值|α|小于阈值A(步骤S1：否)时，根据图4A表示的通常特性求出与转向角对应的指示转向转矩T＊(步骤S2)。与此相对，当加法角的绝对值|α|是阈值A以上(步骤S1：是)时，根据图4B表示的阻尼特性求出与转向角对应的指示转向转矩T＊(步骤S3)。

这样，根据本实施方式，当加法角的绝对值|α|是阈值A以上时适用图4B表示的阻尼特性，因此在转向角中点附近的规定的转向角范围内转向角和指示转向转矩的符号不同。由此，当转向角高速(200deg/sec以上)返回转向角中心时，可以将指示转向转矩T＊设定成妨碍转向角的变化。其结果是收敛性得以提高获得良好的转向敏感性。

而且，也可以不根据加法角的绝对值|α|的大小来改变指示转向转矩T＊的特性，而对任意的加法角α都适用图4B表示的阻尼特性。这时，在转向角中心附近的收敛性得以提高，并且能够进行与转向角对应的指示转向转矩T＊的设定。

图8是用于说明本发明第二实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的动作的流程图。在本实施方式的说明中，再次参照上述图1～图6。图8表示了与利用指示转向转矩设定部21进行的指示转向转矩T＊的设定相关的动作。

本实施方式专门使用了图4A的通常特性而未使用图4B所示的阻尼特性。指示转向转矩设定部21根据图4A的通常特性来设定与转向角对应的指示转向转矩T＊。如图1中双点划线21a所示，向指示转向转矩设定部21赋予由转矩传感器1检测到的转向转矩。指示转向转矩设定部21基于检测转向转矩T来判定驾驶员手从方向盘10离开的不把着方向盘状态。另外，当不把着方向盘的状态时，在控制角θC的变化量是规定值以上的情况下，指示转向转矩设定部21设定指示转向转矩T＊，以便控制转向角的变化。这时的指示转向转矩T＊可以是零，也可以是与检测转向转矩T的符号相反的符号的值。由此，在不把着方向盘状态时，在方向盘10因路面反作用力高速返回转向角中点的状况下，可以抑制转向角的变化，因此能够进行阻尼控制。其结果是收敛性得以提高。

更具体而言，如图8所示，指示转向转矩设定部21读取检测转向转矩T(步骤S11)，根据图4A所示的通常特性求出与转向角对应的指示转向转矩T＊(步骤S12)。并且，指示转向转矩设定部21取得由PI控制部23运算的加法角α(步骤S13)。指示转向转矩设定部21进而判断检测转向转矩的绝对值|T|是否是规定的转矩阈值B(例如1Nm)以下(步骤S14)。例如基于系统的预加载(未加外力的状态下的负载)设定转矩阈值B。

如果检测转向转矩的绝对值|T|超过转矩阈值B(步骤S14：否)，则适用根据图4A的通常特性设定的指示转向转矩T＊。当检测转向转矩的绝对值|T|是转矩阈值B以下时(步骤S14：是)，则指示转向转矩设定部21进而比较加法角的绝对值|α|与规定的阈值A(步骤S15)。与上述第一实施方式的情况同样决定阈值A即可。

如果加法角的绝对值|α|小于阈值A(步骤S15：否)，则指示转向转矩设定部21使用与转向角对应的指示转向转矩T＊。与此相对，如果加法角的绝对值|α|是阈值A以上(步骤S15：是)，则指示转向转矩设定部21将预定的恒定值C设为指示转向转矩T＊(步骤S16)。

恒定值C例如可以是0Nm。另外，恒定值C也可以是与检测转向转矩T的符号相反符号的常数。即当检测转向转矩T≥0时，设定C＝-D(D是正常数)，当检测转向转矩T＜0时，设定C＝D即可。常数D根据转向角返回中点时的所需速度设定即可，例如D＝1。

当检测转向转矩的绝对值|T|小且加法角的绝对值|α|大时，可认为是驾驶员在从转向盘10把手放开的状态(不把着方向盘状态)下转向角高速变化。在这种情况下，本实施方式中指示转向转矩T＊为恒定值。由此，电动机3产生转矩以便抑制转向角的骤变，因此可以提高返回转向角中点时的收敛性。

图9是用于说明本发明第三实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。在上述图9中，对与上述图1所示的各部分对应的部分标注相同参考符号进行表示。

在本实施方式中，为了实现阻尼控制而设置有阻尼控制部60，阻尼控制部60生成用于检测转向转矩T的检测转矩校正值Tr以及用于γ轴指示电流值Iγ＊的指示电流校正值Ir。通过检测转矩校正部61将检测转矩校正值Tr从检测转向转矩T减去。可以将上述校正后的检测转向转矩T赋予给转矩偏差运算部22。另外，通过γ轴指示电流校正部62将指示电流校正值Ir从γ轴指示电流值Iγ＊减去。可以将上述校正后的γ轴指示电流值Iγ＊赋予给电流偏差运算部32。更具体而言，电流偏差运算部32包括γ轴电流偏差运算部32A、δ轴电流偏差运算部32B。γ轴电流偏差运算部32A求出来自γ轴指示电流校正部62的γ轴指示电流值Iγ＊(校正后的值)和γ轴检测电流Iγ的偏差Iγ＊-Iγ，将该偏差赋予PI控制部33。δ轴电流偏差运算部32B求出指示电流值生成部31生成的δ轴指示电流值Iδ＊和δ轴检测电流Iδ的偏差Iδ＊-Iδ，将该偏差赋予PI控制部33。

阻尼控制部60以及检测转矩校正部61在具备了应当进行阻尼动作的条件时进行动作，以便对由转矩传感器1检测到的转向转矩T的绝对值临时进行减少校正。由此，转矩偏差ΔT增大，因此基于此PI控制部23运算的加法角α变小。其结果是助力转矩变小。即，由转矩偏差运算部22以及PI控制部23构成的转矩反馈控制部进行动作，以便检测转向转矩T的绝对值临时大于指示转向转矩T＊的绝对值。其结果是，电动机3产生的助力转矩临时变小，因此抑制转向角的变化，所以可实现阻尼控制。

另一方面，阻尼控制部60以及γ轴指示电流校正部62在具备了应当进行阻尼动作的条件时进行动作，以便对γ轴指示电流值Iγ＊的绝对值临时进行减少校正。由此，由γ轴电流偏差运算部32A以及PI控制部33构成的电流反馈控制部进行动作，以便对γ轴电流Iγ的绝对值进行临时减小。由此，电动机3产生的转矩减小，因此转向助力减小。由此，抑制转向角的变化，因此可以实现阻尼控制。

如果针对检测转向转矩T进行校正，则可以实现阻尼控制。因此，未必一定对γ轴指示电流值Iγ＊进行校正，通过对γ轴指示电流值Iγ＊的绝对值进行减小校正，从而可以节约能源。

但是，仅通过γ轴指示电流值Iγ＊的绝对值的减小校正无法实现阻尼控制。这是因为转矩反馈控制部(转矩偏差运算部22以及PI控制部23)进行动作而辅助进行γ轴指示电流值Iγ＊的绝对值的减小校正，可以决定控制角θC从而实现指示转向转矩T＊的原因。

图10A～图10D是用于说明作为阻尼校正值的检测转矩校正值Tr的特性的特性图。图10A表示基本校正值τ相对转向速度的特性，图10B表示检测转矩校正值相对车速的增益(车速增益)φ1，图10C表示检测转矩校正值相对转向转矩的增益(转矩增益)φ2，图10D表示检测转矩校正值经时的增益(时间增益)φt。

例如，如图10A所示，基本校正值τ设定为转向速度的绝对值越大则单调地增大，上限值为检测转向转矩T。阻尼控制部60对转向角传感器4检测的转向速度进行时间微分而求出转向速度，根据图10A的特性设定与该转向速度对应的基本校正值τ。

如图10B所示，车速增益φ1被确定为：直到某个固定车速为止为零而对于其以上的车速单调地增加的特性。阻尼控制部60根据图10B的特性来设定与车速传感器6检测的车速对应的车速增益φ1。

如图10C所示，转矩增益φ2被决定为：相对于检测转向转矩T的绝对值单调地增加的特性。阻尼控制部60根据图10C的特性来设定与转矩传感器1检测的转向转矩T的绝对值对应的转矩增益φ2。

如图10D所示，时间增益φt被决定为：从零增加至极大值再减小至零。阻尼控制部60根据从阻尼控制开始的经时，基于图10D的特性设定时间增益φt。

使用它们根据下式(6)(7)运算检测转矩校正值Tr。其中，Tm是检测转矩校正最大值(检测转矩校正值Tr的最大值)，是时间增益φt＝1之时的检测转矩校正值Tr(φt＝1)。另外，当检测转向转矩T为正值时，直接使用式(7)的值，检测转向转矩T为负值时，将对式(7)的值附加了负符号的值作为检测转矩校正值Tr。

Tm＝τ×φ1×φ2...(6)

Tr＝Tm×φt     ...(7)

因为电动机3的转矩和γ轴电流处于大致成比例的关系，所以可以由检测转矩校正值Tr计算指示电流校正值Ir。指示电流校正值Ir的时间变化与检测转矩校正值Ir的时间变化是相同的。具体而言，用于γ轴指示电流值Iγ＊的指示电流校正值Ir例如可以通过下式(8)求出。

Ir＝Tr÷转矩常数...(8)

阻尼控制部60运算检测转矩校正最大值Tm，当Tm＝0时判断为不必进行阻尼控制，设为Tr＝0。另一方面，当Tm≠0时，阻尼控制部60判断为需要进行阻尼控制而开始阻尼控制，根据上述(7)(8)式生成检测转矩校正值Tr以及指示电流校正值Ir。

因为阻尼校正值(检测转矩校正值Tr以及指示电流校正值Ir)依赖于时间，所以如图11所示有时会产生在不同时间运算的阻尼校正值重叠。这时只要如下所示决定阻尼校正值即可。

(i)存储在每个采样时间决定的检测转矩校正最大值Tm(n)。

(ii)通过检测转矩校正最大值Tm(n)计算在时间t内产生的检测转矩校正值Tr(t，Tm(n))。

(iii)针对t，计算Tr(t，Tm(n))的最大值，并作为该时间t的检测转矩校正值Tr(t)。

上述方法最终是在图11中各个采样时间内选择实线所示的检测转矩校正值中的最大值的处理。

因上述处理需要用于存储多个检测转矩校正值曲线的存储器容量并且计算量大。于是，在上述(i)以及(ii)的处理期间，可以加入“放弃用于上次采样时间的检测转矩校正值Tr(n)的计算的检测转矩校正最大值Tm”这样的处理。由此，严格上说虽然不能选择最大的检测转矩校正最大值Tm，但是可以毫无问题地获得阻尼特性并且减少计算量。

这样，根据本实施方式，根据基于转向速度、车速以及检测转向转矩而决定的检测转矩校正最大值，可以在必要时(Tm≠0时)临时提供阻尼控制。由此，可以提高打方向盘时的转向敏感性，并且在不把着方向盘状态下能够提高返回转向角中点时的收敛性。

另外，通过校正检测转向转矩T可以实现阻尼控制，因此对转矩控制系统(转矩偏差运算部22、PI控制部23、限制器24以及控制角运算部26)的影响减小。因此，可以始终使用没有阻尼控制时的转矩控制系统而不需要进行再设计。

代替校正检测转向转矩T，也可以通过对指示转向转矩T＊施加临时校正来实现阻尼控制。但是，这时无法忽略对转矩控制系统的影响，因此优选进行对其的再设计。

图12是用于说明本发明的第四实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。在上述图12中，对与上述图9所示的各部分对应的部分标记与图9的情况相同的参考符号进行表示。在上述第三实施方式中，阻尼控制部60通过校正检测转向转矩T以及γ轴指示电流值Iγ＊来实现阻尼控制，但是本实施方式中阻尼控制部60通过校正检测转向转矩T和控制角θC进行阻尼控制。

即，阻尼控制部60基于车速、检测转向转矩T以及转向角来生成检测转矩校正值Tr和控制角校正值θr。在检测转矩校正部61中从检测转向转矩T将检测转矩校正值Tr减去。另外，在控制角校正部65中从控制角运算部26生成的控制角θC将控制角校正值θr减去。

阻尼控制部60以及检测转矩校正部61在具备了应当进行阻尼动作的条件时进行动作，以便对由转矩传感器1检测到的转向转矩T的绝对值临时进行减少校正。另一方面，阻尼控制部60以及控制角校正部65在具备了应当进行阻尼动作的条件时进行动作，以便对控制角θC临时进行减少校正。因为通过控制角θC的减小校正使q轴电流Iq减小，所以电动机3产生的转矩(助力转矩)减小。由此，可以实现阻尼控制。

如果助力转矩减小，则与其对应检测转向转矩T的绝对值增大。于是，针对检测转向转矩T实施校正以使其绝对值减小。由此，包括偏差运算部22、PI控制部23、限制器24以及控制角运算部26的转矩控制系统能够与阻尼控制无关系地进行动作，而不需要用于实现阻尼控制的特别的运算处理。因此，可以省略用于控制角运算的构成(转矩控制系统)的再设计。

与上述第三实施方式的情况同样决定检测转矩校正值Tr。控制角校正值θr例如由下式(9)求出。

θr＝|Tr|÷常数...(9)

检测转矩校正值Tr的重叠也与上述第三实施方式的情况相同。

这样，本实施方式与上述第三实施方式的情况同样，根据转向速度、车速以及检测转向转矩，可以在需要时(Tm≠0时)进行阻尼控制。由此，可以提高打方向盘时的转向敏感性，并且可以提高在不把着方向盘状态下返回转向角中点时的收敛性。

而且，在本实施方式中，也可以代替校正检测转向转矩T，通过对指示转向转矩T＊进行临时校正来实现阻尼控制。但是，这时如上所述无法忽略对转矩控制系统的影响，因此优选对其进行再设计。

图13是用于说明本发明第五实施方式涉及的电动动力转向装置(车辆用转向装置)的构成的框图。在上述图13中对与上述图9所示的各部分对应的部分标记相同的参考符号进行表示。上述第三实施方式除检测转向转矩T之外，还通过对γ轴指示电流值Iγ＊校正实现阻尼控制，与此相反，本实施方式除检测转向转矩T之外还通过校正δ轴指示电流值Iδ＊来完成阻尼控制。

根据图2明确可知，电动机3的产生转矩通过始终保持γ轴指示电流值Iγ＊，并改变δ轴指示电流值Iδ＊进行变动。于是，在本实施方式中通过对δ轴指示电流值Iδ＊实施校正进行阻尼控制，而不变更与γ轴指示电流值Iγ＊相关的电流控制系统。

更具体而言，阻尼控制部60生成检测转矩校正值Tr，并且生成用于校正δ轴指示电流值Iδ＊的电流校正值Ir。通过δ轴指示电流校正部67从δ轴指示电流值Iδ＊将上述电流校正值Ir减去。这时，当负载角θL(参照图2)为正时可以对电流校正值Ir赋予正号，当负载角θL为负时可以对电流校正值Ir赋予负号。因此，当负载角θL为正时，如果δ轴指示电流值Iδ＊＝0，则校正后的δ轴指示电流值Iδ＊为负值。将这样校正的δ轴指示电流值Iδ＊与δ轴电流值Iδ的偏差Iδ＊-Iδ赋予PI控制部33。

电流校正值Ir例如可以使用检测转矩校正值Tr而求出Ir＝Tr÷常数。

阻尼控制部60以及检测转矩校正部61在具备了应当进行阻尼动作的条件时，具体而言当检测转矩校正最大值Tm≠0时进行动作，以便对由转矩传感器1检测到的转向转矩T的绝对值临时进行减少校正。由此，因为转矩偏差ΔT增大，所以与其对应PI控制部23运算的加法角α减小。其结果是电动机3产生的助力转矩减小。即，转矩偏差运算部22以及PI控制部23构成的转矩反馈控制部进行动作，以便检测转向转矩T的绝对值临时大于指示转向转矩T＊的绝对值。其结果是，因为助力转矩减小，所以可以抑制转向角的变化，可以实现阻尼控制。

另一方面，阻尼控制部60以及δ轴指示电流校正部67在具备了应当进行阻尼动作的条件时进行动作，以便临时校正δ轴指示电流值Iδ＊。具体而言，负载角θL为正时可以对δ轴指示电流值Iδ＊进行减小校正，当负载角θL为负时可以对δ轴指示电流值Iδ＊进行增加校正。由此，由δ轴电流偏差运算部32B以及PI控制部33构成的电流反馈控制部进行动作，以便δ轴电流值Iδ临时变化(减小或者增大)。由此，q轴电流Iq(＝Iγ·sinθL+IδcosθL)的绝对值减小，其结果是，电动机3的产生转矩减小，因此转向助力减小，与其对应转向负担增大。由此，转向角的变化被抑制，可以实现阻尼控制。而且，可以基于指示转向转矩T＊或者检测转向转矩T或者转向角的符号判定负载角θL的正负。即，如果指示转向转矩T＊(或者检测转向转矩T或者转向角)的符号为正，则负载角θL的符号被判定为正号，如果指示转向转矩T＊(或者检测转向转矩T或者转向角)的符号为负号，则负载角θL的符号被判定为负号。

根据本实施方式，不会对转矩控制系统以及γ轴电流控制系统带来较大影响就能够实现阻尼控制。

而且，在本实施方式中，也可以代替校正检测转向转矩T，通过对指示转向转矩T＊施加临时校正实现阻尼控制。但是这时如上所述无法忽略对转矩控制系的影响，因此优选进行其再设计。

以上针对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明还可以通过其他方式进行实施，例如，在上述实施方式中针对专门通过无传感器控制来驱动电动机3而不具备旋转角传感器的构成进行了说明，但是，也可以是具备旋转变压器等旋转角传感器，当该旋转角传感器产生故障时进行上述那样的无传感器控制的构成。由此，即使旋转角传感器产生故障时也可以继续电动机3的驱动，因此能够继续进行转向辅助。

这时，当使用旋转角传感器时，在指示电流值生成部31中根据转向转矩以及车速，按照规定的助力特性产生δ轴指示电流值Iδ＊即可。

因为使用旋转角传感器的输出信号的控制求出转子角θm，所以不需导入控制角θC，并且不需要使用基于控制角θC的虚拟转动坐标系。即，通过控制d轴电流以及q轴电流来驱动电动机3。但是，如果具备根据γδ轴进行电流控制的γδ电流控制部、根据dq轴进行电流控制的dq电流控制部的双方，则在微型计算机11中用于存储程序的存储器(ROM)的大量区域被使用。于是，优选地通过共用角度变量来实现γδ电流控制部和dq电流控制部的共用。具体而言，共用的电流控制部的角度变量在旋转角传感器正常时可以作为dq坐标用角度来使用，但是在旋转角传感器产生故障时，切换为作为γδ坐标用角度来使用。由此，可以抑制存储器的使用量，因此与其相应可以削减存储器容量，能够实现降低成本。

并且，在上述实施方式中针对将本发明适用于电动动力转向装置中的例子进行了说明，但是，本发明除了用于电动泵式油压动力转向装置的电动机控制或者动力转向装置以外，也可以用于线控转向(SBW)系统、可变齿轮比(VGR)转向系统之外的车辆用转向装置中具备的无刷电动机的控制。

另外，在权利要求书记载的范围内可以实施各种设计变更。

Claims (9)

1.一种车辆用转向装置，包括：

电动机，其具备转子和与该转子对置的定子；

车辆的转向机构，其被所述电动机赋予驱动力；

电流驱动部，其利用基于作为控制上的旋转角的控制角的转动坐标系的轴电流值来驱动所述电动机；

控制角运算部，其按照每个规定的运算周期通过对控制角的上次值加上加法角来求出控制角的这次值；

转向角检测器，其检测所述车辆的转向机构的转向角；

转矩检测器，其检测对为了所述车辆转向而操作的操作部件施加的转向转矩；

指示转向转矩设定部，其基于预定的转向角-转矩特性，根据由所述转向角检测器检测出的转向角来设定指示转向转矩；

加法角运算部，其基于由所述指示转向转矩设定部设定的指示转向转矩和由所述转矩检测器检测出的检测转向转矩的偏差来运算所述加法角；

变量变更部，其在规定条件成立时变更用于运算所述控制角的变量，

所述变量变更部在所述加法角的绝对值是规定值以上时变更作为所述变量的所述指示转向转矩，变更所述变量以便在包括转向角中点的规定的转向角区域中，使指示转向转矩的符号与转向角的符号相反。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，还包括：

旋转角速度推定部，其推定所述电动机的旋转角速度；

指示转向转矩校正部，其根据由所述旋转角速度推定部推定的推定电动机旋转角速度来校正所述指示转向转矩。

3.根据权利要求2所述的车辆用转向装置，其中，

所述指示转向转矩校正部进行校正，以便所述推定电动机旋转角速度越大则指示转向转矩越大。

4.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其中，

所述变量变更部根据所述转向机构的转向速度来变更作为所述变量的所述检测转向转矩或者指示转向转矩。

5.根据权利要求4所述的车辆用转向装置，其中，

所述变量变更部对所述检测转向转矩或者所述指示转向转矩的绝对值进行减小校正。

6.根据权利要求5所述的车辆用转向装置，还包括，

控制角校正部，其用于校正所述控制角。

7.根据权利要求6所述的车辆用转向装置，其中，

所述控制角校正部对所述控制角进行减小校正。

8.根据权利要求4所述的车辆用转向装置，还包括，

轴指示电流校正部，其对基于所述控制角的转动坐标系的轴电流值进行校正。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的车辆用转向装置，其中，

所述电动机产生与所述转子的旋转角和所述控制角之差对应的转矩。

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