CN101795106B - 电动机控制装置和用于车辆用转向装置的电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动机控制装置和用于车辆用转向装置的电动机控制装置。该电动机控制装置包括：电流驱动部，以依据作为控制上的旋转角的控制角的旋转坐标系的轴电流值驱动上述电动机。增加角运算部，其运算应该加到控制角的增加角；控制角运算部，在每次规定的运算周期中，通过将增加角加于控制角的前次值而求取控制角的此次值。转矩检测部，检测出施加于被电动机驱动的驱动对象的电动机转矩以外的转矩。变更部，其根据上述转矩检测部的检测转矩变更控制电动机的参数。禁止部，其在上述检测转矩的绝对值成为规定值以下之前，禁止上述变更部的动作。

Description

电动机控制装置和用于车辆用转向装置的电动机控制装置

2009年1月30日提出的日本专利申请No.2009-019976号的全部内容被引入本发明作为参考。

技术领域

本发明涉及用于驱动无刷电动机的电动机控制装置和用于车辆用转向装置的电动机控制装置。

背景技术

无刷电机，例如能够用作车辆用转向装置的驱动源。车辆用转向装置的一个例子是电动动力转向装置。用于驱动控制无刷电动机的电动机控制装置，一般构成为，根据用于检测转子的旋转角的旋转角传感器的输出控制电动机电流的供给。作为旋转角传感器，一般使用输出与转子旋转角(电角)相对应的正弦波信号和余弦波信号的解算器。但是，解算器高价、配线数多，而且设置空间也大。因此，存在防碍具有无刷电动机的装置的成本削减和小型化的问题。

美国公开专利US 2007/0229021A1公开了不使用旋转角传感器来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估测伴随转子的旋转的感应电压，估测磁极的相位(转子的电角)的方式。在转子停止时和极低速旋转时，不能够估测感应电压，因此以别的方式估测磁极的相位。具体地说，对定子注入感应信号，检测对于该感应信号的电动机的响应。基于该电动机的响应估测转子旋转位置。

发明内容

该发明的一个目的是提供一种电动机控制装置，其能够以不使用旋转角传感器的新的控制方式控制电动机。

发明的方式是，一种用于驱动具有转子和与该转子相对的定子的电动机的电动机控制装置。该电动机控制装置包括：电流驱动部，以依据作为控制上的旋转角的控制角的旋转坐标系的轴电流值驱动上述电动机。增加角运算部，其运算应该加到控制角的增加角；控制角运算部，在每次规定的运算周期中，通过将增加角加于控制角的前次值而求取控制角的此次值。转矩检测部，检测出施加于被电动机驱动的驱动对象的电动机转矩以外的转矩。变更部，其根据上述转矩检测部的检测转矩变更控制电动机的参数。禁止部，其在上述检测转矩的绝对值成为规定值以下之前，禁止上述变更部的动作。

附图说明

本发明的上述以及其它的特征和优点能够通过参照附图的以下对实施方式的说明变得明确，对于相同或相当的要素标注相同或相似的符号。

图1是用于说明应用本发明的第一实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的电结构的框图；

图2是用于说明电动机的结构的图解图；

图3是上述电动动力转向装置的控制框图；

图4是表示相对于转向角的指示转向转矩的特性例的图；

图5是用于说明转向转矩限制器的动作的图；

图6是表示γ轴指示电流值的设定例的图；

图7是用于说明增加角限制器的动作的流程图；

图8是用于说明增加角监视部、转向转矩监视部和初始化部的处理的流程图；

图9是表示检测转向转矩的时间变化的一个例子的图；

图10是用于说明本发明的第二实施方式的动作的流程图；

图11是用于说明上述第二实施方式的动作例的图；以及

图12是用于说明指示转向转矩的其它设定例的图。

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是用于说明应用该发明的第一实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置(车辆用转向装置的一个例子)的电结构的框图。该电动动力转向装置包括：检测施加于作为用于对车辆进行转向的操纵部件的方向盘10的转向转矩T的转矩传感器1；经由减速机构对车辆的转向机构2施加转向助力的电动机3(无刷电动机)；检测作为方向盘10的旋转角的转向角的转向角传感器4；驱动控制电动机3的电动机控制装置5；检测搭载有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检测出的转向转矩、转向角传感器4检测出的转向角和车速传感器6检测出的车速，驱动电动机3，由此实现与转向状态和车速对应的适当的转向辅助。

电动机3在该实施方式中是三相无刷电动机，如图2以图解的方式所示的那样，包括作为磁场的转子50、配置于与该转子50相对的定子55的U相、V相和W相的定子绕组51、52、53。电动机3可以是在转子的外部使定子相对配置的内转子型，也可以是在筒状的转子的内部使定子相对配置的外转子型。

定义以各相的定子绕组51、52、53的方向作为U轴、V轴和W轴的三相固定坐标(UVW坐标系)。此外，定义以转子50的磁极方向作为d轴(磁极轴)、以在转子50的旋转平面内与d轴正交的方向作为q轴(转矩轴)的二相旋转坐标系(dq坐标系，实际旋转坐标系)。dq坐标系是与转子50一同旋转的旋转坐标系。在dq坐标系中，仅q轴电流有助于转子50的转矩产生，因此使d轴电流为零，根据期望的转矩控制q轴电流即可。转子50的旋转角(转子角)θM是相对于U轴的d轴的旋转角。dq坐标系是依据转子角θM的实际旋转坐标系。通过使用该转子角θM，能够进行UVW坐标系与dq坐标系之间的坐标转换。

另一方面，在该实施方式中，导入表示控制上的旋转角的控制角θC。控制角θC是相对于U轴的虚拟的旋转角。使与该控制角θC对应的虚拟的轴为γ轴，使相对于该γ轴前进90°的轴为δ轴，定义虚拟二相旋转坐标系(γδ坐标系。以下称为“虚拟旋转坐标系”，将该虚拟旋转坐标系的坐标轴称为“虚拟轴”。此外将虚拟轴的轴电流值称为“虚拟轴电流值”)。在控制角θC与转子角θM相等时，作为虚拟旋转坐标系的γδ坐标系和作为实际旋转坐标系的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，作为虚拟轴的δ轴与作为实际轴的q轴一致。γδ坐标系是依据控制角θC的虚拟旋转坐标系。能够使用控制角θC进行UVW坐标系与γδ坐标系的坐标转换

由控制角θC与转子角θM的差定义负载角θL(＝θC-θM)。

当通过控制角θC向电动机3供给γ轴电流Iγ时，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的转矩产生的q轴电流Iq。即，在γ轴电流Iγ与q轴电流Iq之间，下述式(1)的关系成立

Iq＝Iγ·sinθL......(1)

再次参照图1，电动机控制装置5包括微型计算机11、被该微型计算机11驱动并向电动机3供给电力的驱动电路(逆变电路)12、检测流过电动机3的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的各相的定子绕组51、52、53的相电流IU、IV、IW(以下总称的时候称为“三相检测电流IUVW”)。它们是UVW坐标系中的各坐标轴方向的电流值。

微型计算机11具有CPU和存储器(ROM和RAM等)，通过执行规定的程序，作为多个功能处理部起作用。在该多个功能处理部中包括：转向转矩限制器20、指示转向转矩设定部21、转矩偏差运算部22、PI(比例积分)控制部23、增加角限制器24、增加角监视部25、控制角运算部26、转向转矩监视部27、初始化部29、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(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)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检测出的转向角和由车速传感器6检测出的车速设定指示转向转矩T^＊。例如，如图4所示，在转向角为正值(向右方向转向的状态)时，指示转向转矩T^＊被设定为正值(向右方向的转矩)，在转向角为负值(向左方向转向的状态)时，指示转向转矩T^＊被设定为负值(向左方向的转矩)。而且，指示转向转矩T^＊被设定为随着转向角的绝对值变大，其绝对值也变大(在图4的例子中是非线性地变大)。但是，在规定的上限值(正值，例如+6Nm)和下限值(负值，例如-6Nm)的范围内进行指示转向转矩T^＊的设定。此外，指示转向转矩T^＊被设定为车速越大，其绝对值越小。即，进行车速感应控制。

转向转矩限制器20将转矩传感器1的输出限制于规定的上限饱和值+Tmax(+Tmax＞0。例如+Tmax＝7Nm)和下限饱和值-Tmax(-Tmax＜0。例如-Tmax＝-7Nm)之间。具体地说，如图5所示，转向转矩限制器20，在上限饱和值+Tmax与下限饱和值-Tmax之间，原样输出作为转矩传感器1的输出值的检测转向转矩T。此外，转向转矩限制器20，在转矩传感器1的检测转向转矩T为上限饱和值+Tmax以上时，输出上限饱和值+Tmax。而且，转向转矩限制器20，在转矩传感器1的检测转向转矩T为下限饱和值-Tmax以下时，输出下限饱和值-Tmax。饱和值+Tmax和-Tmax界定转矩传感器的输出信号为稳定的区域(具有可靠性的区域)的边界。即，转矩传感器1的输出信号在超过上限饱和值+Tmax的区域和低于下限饱和值-Tmax的区间不稳定，不能够与实际的转向转矩对应。换言之，饱和值+Tmax、-Tmax根据转矩传感器1的输出特性而决定。饱和值的绝对值Tmax是第一规定值。

转矩偏差运算部22求取由指示转向转矩设定部21设定的指示转向转矩T^＊与由转矩传感器1检测出的受到转向转矩限制器20的限制处理的转向转矩T(以下，为了区分，称为“被限制的检测转向转矩T”)的偏差(转矩偏差)ΔT(＝T^＊-T)。PI控制部23对该转矩偏差ΔT进行PI运算。即，由转矩偏差运算部22和PI控制部23，构成用于将被限制的检测转向转矩T引导至指示转向转矩T^＊的转矩反馈控制单元。PI控制部23通过对转矩偏差ΔT进行PI运算，运算相对于控制角θC的增加角α。从而，上述转矩反馈控制单元构成运算增加角α的增加角运算单元。

增加角限制器24是对由PI控制部23求得的增加角α施加限制的增加角限制单元。更具体地说，增加角限制器24将增加角α限制为规定的上限值UL(正值)与下限值LL(负值)之间的值(以下，将受到增加角限制器24的限制处理的增加角称为“被限制的增加角α”)。上限值UL和下限值LL基于规定的限制值ωmax(max＞0。例如ωmax＝45度)。该规定的限制角ωmax，例如基于最大转向角速度而决定。最大转向角速度是指，作为方向盘10的转向角速度假设的最大值，例如为800deg/sec左右。

最大转向角速度时的转子50的电角的变化速度(电角下的角速度。最大转子角速度)，如下式(2)所示，为最大转向角速度、减速机构7的减速比、转子50的极对数的积。极对数是指转子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×极对数......(2)

控制角θC的运算期间(运算周期)中的转子50的电角变化量的最大值(转子角变化量最大值)，如下述式(3)所示，是在最大转子角速度上乘以运算周期而得的值。

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×极对数×运算周期......(3)

该转子角变化量最大值是在一运算周期的期间中被允许的控制角θC的最大变化量。于是，使上述转子角变化量最大值为限制值ωmax(＞0)即可。使用该限制值ωmax，被限制的增加角α的上限值UL和下限值LL能够分别以下述式(4)(5)表示。

UL＝+ωmax......(4)

LL＝-ωmax......(5)

增加角限制器24的限制处理后的增加角α，在控制角运算部26的加法器26A中，被相加于控制角θC的前次值θC(n-1)(n是此次运算周期的编号)(Z-1表示信号的前次值)。其中，控制角θC的初始值是预先设定的值(例如零)。

增加角监视部25对被限制的增加角α的绝对值和规定的阈值αth进行比较。然后，当被限制的增加角α的绝对值为阈值αth以上的状态在规定数量的运算周期中持续存在时，增加角监视部25判断为发生了异常，向初始化部29通知异常发生。上述阈值αth可以是与上述规定的限制值ωmax相等的值。在该情况下，上述规定数量的运算周期只要是上述最大转向角速度下的最长操纵继续时间的设想值以上的值即可。由此，在比设想为最大转向角速度下的最长操纵继续时间的时间长的时间中控制角θC持续受到增加角限制器24的限制时，能够判断发生了异常。

控制角运算部26包括加法器26A，其对控制角θC的前次值θC(n-1)加以从增加角限制器24施加的被限制的增加角α。即，控制角运算部26在每次规定运算周期中运算控制角θC。然后，控制角运算部26将前运算周期中的控制角θC作为前次值θC(n-1)，使用其求取作为此运算周期中的控制角θC的此次值θC(n)。

转向转矩监视部27监视被限制的检测转向转矩T是否为饱和值+Tmax或-Tmax，即监视其是否为饱和状态。在被限制的检测转向转矩T为饱和状态的情况下，转向转矩监视部27将此状态视为发生了控制异常，并将该情况通知初始化部29。

例如，当转矩传感器1的输出为饱和值+Tmax以上或-Tmax以下时，转向转矩限制器20也可以将该情况通知转向转矩监视部27。基于该通知，转向转矩监视部27可以判断检测转向转矩T是否为饱和状态。即，转向转矩监视部27可以基于转向转矩限制器20的动作状态，判断检测转向转矩T是否为饱和状态。当然，转向转矩监视部27也可以监视转向转矩限制器20所生成的限制后的检测转向转矩T，也可以监视转向转矩限制器20的限制前的检测转向转矩T。此外，转向转矩监视部27也可以将限制前或限制后的检测转向转矩T与比上限饱和值+Tmax小一定程度的上限恢复阈值+Tth以及比下限饱和值-Tmax大一定程度的下限恢复阈值-Tth进行比较。在该情况下，转向转矩监视部27在检测转向转矩T为上限恢复阈值+Tth以上或下限恢复阈值-Tth以下时，判定检测转向转矩T为饱和状态即可。恢复阈值的绝对值Th是第二规定值。

当增加角监视部25或转向转矩监视部27通知异常的发生时，初始化部29接收该通知并执行初始化处理。在该实施方式中，该初始化处理包括：(a)PI控制部23中的积分值(转矩反馈控制的积分项)的复位(使积分项为零)；(b)PI控制部23进行运算的增加角α的复位(使增加角α为零)；(c)控制角运算部26中的前次值(前运算周期中的控制角θC)的复位(使前次值为零)；和(d)PI控制部33中的积分值(电流反馈控制的积分项)的复位(使积分项为零)。增加角α的复位能够通过重置PI控制部23中的比例项和积分项而实现，在该情况下，PI控制部23的积分项也同时被复位。初始化部29是变更部。通过处理(a)～(d)被复位的参数是用于控制电动机3的参数。

通过进行这样的初始化处理，能够使被限制的增加角α迅速脱离持续受到增加角限制器24的限制处理的状态，能够再次开始控制。由此，能够促进控制角θC向适宜值的收敛。

另外，最为优选进行上述(a)～(d)的复位处理的全部，但优选至少进行(a)的处理，能够使(b)(c)(d)的复位处理中的一个或两个以上与其任意组合。进一步，更优选至少进行(a)和(b)的处理，能够使(c)(d)中的一个或两个与其任意组合。此外，进一步优选至少进行(a)(b)(c)的处理，能够使(d)的处理与其任意组合。

指示电流值生成部31，生成应该流过与作为控制上的旋转角的上述控制角θC对应的作为虚拟旋转坐标系的γδ坐标系的坐标轴(虚拟轴)的电流值，作为指示电流值。具体地说，指示电流值生成部31生成γ轴指示电流值Iγ^＊和δ轴电流值Iδ^＊(以下在对它们进行总称时称为“二相指示电流值Iγδ^＊”)。指示电流值生成部31使γ轴指示电流值Iγ^＊为有效的值，另一方面使δ轴指示电流值Iδ^＊为零。更具体地说，指示电流值生成部31基于被转矩传感器1检测出之后被转向转矩限制器20限制的检测转向转矩T，设定γ轴指示电流值Iγ^＊。

图6表示对被限制的检测转向转矩T的γ轴指示电流值Iγ^＊的设定例。在被限制的检测转向转矩T为零附近的区域设定有不感带NR。γ轴指示电流Iγ^＊设定为，在不感带NR的外侧的区域急剧上升，在规定的转矩以上成为大致一定值。由此，在驾驶者不操作方向盘10时，向电动机3的通电被停止，能够抑制不需要的电力消耗。

电流偏差运算部32运算相对于由指示电流值生成部31生成的γ轴指示电流值Iγ^＊的γ轴检测电流Iγ的偏差Iγ^＊-Iγ，和相对于δ轴指示电流值Iδ^＊(＝0)的δ轴检测电流Iδ的偏差Iδ^＊-Iδ，γ轴检测电流Iγ和δ轴检测电流Iδ从UVW/γδ转换部36被施加于偏差运算部32。

UVW/γδ转换部36将由电流检测部13检测出的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和W相检测电流IW)转换为γδ坐标系的二相检测电流Iγ和Iδ(以下在总称时称为“二相检测电流Iγδ”)。它们被施加于电流偏差运算部32。在UVW/γδ转换部36的坐标变换中，使用由控制角运算部26运算的控制角θC。

PI控制部33，通过对由电流偏差运算部32运算出的电流偏差进行PI运算，生成应该施加于电动机3的二相指示电压Vγδ^＊(γ轴指示电流Vγ^＊和δ轴指示电压Vδ^＊)。该二相指示电压Vγδ^＊被施加于γδ/UVW转换部34。

γδ/UVW转换部34，通过对二相指示电压Vγδ^＊进行坐标转换运算，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^＊和W相指示电压VW^＊构成。该三相指示电压VUVW^＊被施加于PWM控制部35，在γδ/UVW转换部34的坐标转换中，使用由控制角运算部26运算的控制角θC。

PWM控制部35生成分别与U相指示电压VU^＊、V相指示电压VV^＊和W相指示电压VW^＊对应的占空比的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号和W相PWM控制信号，并向驱动电路12供给。

驱动电路12由与U相、V相和W相对应的三相逆变电路构成。构成该逆变电路的功率元件被从PWM控制部34施加的PWM控制信号控制，由此与三相指示电压VUVW^＊相当的电压被施加于电动机3的各相的定子绕组51、52、53。

电流偏差运算部32和PI控制部33构成电流反馈控制单元。通过该电流反馈控制单元的动作，流过电动机3的电动机电流被控制为接近由指示电流值生成部31设定的二相指示电流值Iγδ^＊。

图3是上述电动动力转向装置的控制框图。但是，为了使说明简单，省略转向转矩限制器20和增加角限制器24的功能。

通过对指示转向转矩T^＊和检测转向转矩T的偏差(转矩偏差)ΔT进行PI控制(KP是比例系数、KI是积分系数、1/s是积分运算子)，生成增加角α。通过使该增加角α对控制角θC的前次值θC(n-1)进行相加，求取控制角θC的此次值θC(n)＝θC(n-1)+α。此时，控制角θC与转子50的实际的转子角θM的偏差为负载角θL＝θC-θM。

于是，当向依据控制角θC的γδ坐标系(虚拟旋转坐标系)的γ轴(虚拟轴)依据γ轴指示电流Iγ^＊供给γ轴电流Iγ时，q轴电流Iq＝IγsinθL。该q轴电流Iq有助于转子50的转矩产生。即，将电动机3的转矩常数KT乘以q轴电流Iq(＝IγsinθL)而得的值，作为辅助转矩TA(KT·IγsinθL)，通过减速机构7被传递至转向机构2。将该辅助转矩TA从转向机构2的负载转矩TL减去后的值，是驾驶者应该施加于方向盘10的转向转矩T。通过反馈该转向转矩T，系统以将该转向转矩T引导至指示转向转矩T^＊的方式动作。即，求取能够使检测转向转矩T与指示转向转矩T^＊一致的增加角α，根据其控制控制角θC。

这样在作为控制上的虚拟轴的γ轴流过电流，另一方面，以根据指示转向转矩T^＊与检测转向转矩T的偏差ΔT求得的增加角α更新控制角θC。由此，负载角θL进行变化，因此电动机3产生与该负载角θL对应的转矩。由此，电动机3产生与基于转向角和车速设定的指示转向转矩T^＊对应的转矩，因此与转向角和车速对应的适当的转向助力被施加于转向机构2。即，进行转向辅助控制，使得转向角的绝对值越大则转向转矩越大，并且，车速越大则转向转矩越小。

这样，能够提供一种电动动力转向装置，其能够不使用旋转角传感器而适当地控制电动机3，能够进行适当地转向辅助。由此，能够使结构简单，达到成本的削减。

图7是用于说明增加角限制器24的动作的流程图。增加角限制器24使由PI控制部23求得的增加角α与上限值UL进行比较(步骤S1)，当增加角α超过上限值UL时(步骤S1：是)，将上限值UL代入增加角α(步骤S2)。由此，对控制角θC加以上限值UL(＝+ωmax)。

如果由PI控制部23求得的增加角α为上限值UL以下(步骤S1：否)，增加角限制器24进一步将该增加角α与下限值LL进行比较(步骤S3)。然后，如果该增加角α低于下限值(步骤S3：是)，则将下限值LL代入增加角α(步骤S4)。由此，对控制角θC加以下限值LL(＝-ωmax)。

如果由PI控制部23求得的增加角α为下限值LL以上上限值UL以下(步骤S3：否)，则将该增加角α直接用于向控制角θC的相加。

这样，增加角限制器24能够将增加角α限制于上限值UL与下限值LL之间，因此能够使控制稳定化。更具体地说，即使在电流不足时或控制开始时产生控制不稳定状态(助力不稳定的状态)，也能够促使从该状态向稳定的控制状态转移。

图8是用于说明增加角监视部25、转向转矩监视部27和初始化部29的处理的流程图。增加角监视部25将被限制的增加角α的绝对值与阈值αth进行比较(步骤S11)。在被限制的增加角α的绝对值为阈值αth以上时(步骤S11：是)，增加角监视部25进一步判断|α|≥αth的状态是否持续了规定数量的运算周期(步骤S12)。当该判断结果为肯定时，判断发生了异常，增加角监视部25对初始化部29通知异常的发生。初始化部29接收到该通知，进行上述的初始化处理(从控制异常的恢复处理)(步骤S16)。如果步骤S11或步骤S12中的判断结果为否定的，则处理转移至步骤S13。

阈值αth优选为上述规定的限制值ωmax以下的值，例如，为与限制值ωmax相等的值即可。

在被限制的增加角α的绝对值为阈值αth以上的状态持续时是指，增加角α受到增加角限制器24的限制处理的状态持续的情况。在该情况下，在每个运算周期中控制角θC变化限制值ωmax的值，因此变化量很大。而且，因为控制角θC每次变化一定的限制值ωmax，所以控制角θC成为循环采用有限个的值的状态。特别是，在限制值ωmax为360度的约数(例如45度)的情况下，控制角θC循环地采用少数的值。在这样的状态下，控制角θC可能不能够采用接近用于使检测转向转矩T接近指示转向转矩T^＊的适当的值的值。即，控制角θC越过适当的值而持续变动。

于是，在该实施方式中，在被限制的增加角α的绝对值为阈值αth以上的状态持续时，判断发生上述那样的异常状态，进行初始化处理。通过进行该初始化处理，能够迅速脱离增加角α持续受到增加角限制器24的限制处理的状态，能够再次开始控制。由此，能够促进控制角θC向适当的值的收敛。这样，能够使转向助力从不稳定的状态迅速脱离，因此能够提高转向感。

另一方面，在步骤S11或S12中的判断为否定时，检查表示是否处于响应被限制的检测转向转矩的饱和而开始的恢复处理的过程中的标记(flag)(步骤S13)。该标记，在恢复处理过程时为置位(set)状态，如果不是恢复处理过程则为复位状态。如果标记不为置位，则判断是否由转向转矩监视部27检测出被限制的检测转向转矩T的饱和(步骤S14)。然后，在被限制的检测操转矩T为饱和时(步骤S14：是)，转向转矩监视部27使上述标记为置位(步骤S15)，并对初始化部29通知异常发生。初始化部29接收该通知，进行上述的初始化处理(步骤S16)。由此，进入响应被限制的检测转向转矩T的饱和而进行的初始化处理的恢复处理过程。

由于转矩传感器1的响应性的问题等，即使进行初始化处理，被限制的检测转向转矩T也不会立即脱离饱和状态并收敛于指示转向转矩T^＊。因此，上述恢复处理过程需要一定程度的时间。

在步骤S13中，当上述标记为置位，判断处于上述恢复处理过程时(步骤S13：是)，转向转矩监视部27禁止初始化部29的初始化处理(恢复处理)(步骤S17)。进一步，转向转矩监视部27使检测转向转矩T的绝对值与比上述饱和值Tmax小的恢复阈值Tth(Tth＞0，例如，Tth＝6.5Nm，参照图5)进行比较(步骤S18)。如果检测转向转矩T的绝对值为恢复阈值Tth以下(步骤S18：是)，则转向转矩监视部27使上述标记为复位(步骤S19)。

通过进行这样的动作，当响应被限制的检测转向转矩T的饱和而开始从控制异常的恢复处理(初始化处理)时，被限制的检测转向转矩T的绝对值成为阈值Tth以下，禁止初始化处理(步骤S17)，直至上述标记被复位(步骤S13、S19)。由此，能够避免由转矩传感器1的响应性等引起的反复进行初始化处理的情况，因此能够使控制角θC迅速地收敛于适当的值。即，能够抑制由于重复进行增加角运算的初始化，控制角θC的收敛延迟的情况，因此，能够迅速地产生适当的辅助转矩，能够抑制或防止大力地进行转向操作(转向力的急速增加)。由此，能够提高转向感。

图9是表示转矩传感器1的输出值的时间变化的一个例子的图。即，表示转向转矩限制器20的限制前的检测转向转矩T。在转矩传感器1的输出值达到上限饱和值+Tmax的时间t1，进行初始化处理，例如，使增加角α复位为零。但是，不会通过该初始化处理使转矩传感器1的输出值立即成为比上限饱和值+Tmax小的值。即，转矩传感器1的输出值经过一定程度的时间而减少，在时间t2低于上限饱和值+Tmax，进一步，在之后的时间t3成为恢复阈值Tth以下。如果没有禁止响应被限制的检测转向转矩T的饱和而进行的初始化处理，在时刻t1～t2的期间重复进行初始化处理，不能够得到需要的辅助转矩。对此，在该实施方式中，在时刻t1～t3的期间禁止响应被限制的检测转向转矩T的饱和的初始化处理。由此，能够抑制或防止由转矩传感器1的响应延迟引起的初始化处理的反复进行，使控制角θC迅速地收敛于适当的值，得到需要的辅助转矩。这样，能够改善转向感。

图10是用于说明本发明的第二实施方式的动作的流程图，表示能够代替上述的图8的处理进行应用的处理例。在该图10中，对与图8所示的步骤对应的步骤标注相同参照符号。此外，再次参照上述的图1。

在该实施方式中，在响应被限制的检测转向转矩T的饱和而进行的恢复处理过程中，与被限制的增加角α的绝对值比较的阈值，从作为既定值的第一阈值αth(例如45度)变更为比其小的第二阈值αth1(例如15度)。

更具体地进行说明，当上述的标记为置位(步骤S13：是)时，禁止响应被限制的检测转向转矩T的饱和的初始化处理(恢复处理)(步骤S17)。进一步，增加角监视部25将被限制的增加角α的绝对值与第二阈值αth1进行比较(步骤S21)。在被限制的增加角α的绝对值为阈值αth1以上时(步骤S21：是)，增加角监视部25进一步判断|α|≥αth1的状态是否持续了规定数量的运算周期(步骤S22)。当该判断结果为肯定时，判断发生了异常，增加角监视部25对初始化部29通知异常的发生。初始化部29接收到该通知，进行上述的初始化处理(从控制异常的恢复处理)(步骤S16)。如果步骤S21或步骤S22中的判断结果为否定的，则处理转移至步骤S18。

如果上述标记为复位状态(步骤S13：否)，则与上述第一实施方式时同样动作，在被限制的增加角α存在异常的情况下(步骤S11：是，步骤S12：是)，或者在被限制的检测转向转矩T为饱和状态的情况下(步骤S14：是)，进行初始化处理(步骤S16)。

图11是用于说明该实施方式的动作例的图，图11(a)表示被限制的增加角α的时间变化例，图11(b)表示受到转向转矩限制器20的限制之前的检测转向转矩T(转矩传感器1的输出值)的时间变化例。

在转矩传感器1的输出值变大时，需要大的辅助转矩，因此增加角α也变大。如果在被限制的增加角α达到第一阈值αth之前，在时间t11转矩传感器1的输出值超过饱和值+Tmax，被限制的检测转向转矩T成为饱和状态，则初始化部29使被限制的增加角α为零。但是，如前所述，在转矩传感器1的输出值对初始化动作进行响应之前需要时间。在该期间，响应被限制的检测转向转矩T的饱和的初始化动作被禁止，因此，被限制的增加角α急剧增大，可能陷入控制异常状态。

于是，在该实施方式中，在被限制的增加角α达到第一阈值αth之前的达到较小的值(第二阈值αth1)的时间t12，进行初始化处理。由此，能够避免在转矩传感器1的输出值减少至恢复阈值Tth的时间t13之前的期间，被限制的增加角α的绝对值成为过大的值(在该实施方式中是第一阈值αth，例如αth＝ωmax)而导致控制异常。由此，能够抑制或防止被限制的增加角α在上限值(UL＝+ωmax)或下限值(LL＝-ωmax)与零之间的急剧变化反复进行，因此能够将控制角θC迅速地引导至适当的值，能够抑制或防止大力地进行转向操作。

以上说明了本发明的两个实施方式，但本发明也能够由其它的实施方式实施。例如，指示转向转矩设定部21可以依据图12所示的特性设定指示转向转矩。即，在该特性例中，在转向角范围的两端附近，使指示转向转矩T^＊的绝对值急剧增加。进一步，具体地说，在转向角范围的两端附近，使指示转向转矩T^＊的绝对值与被限制的检测转向转矩T的饱和值Tmax相等。由此，在转向角范围的两端附近，转矩偏差ΔT为零，相应地增加角α为零，因此电动机3不产生转矩。由此，能够实质上禁止超过转向角范围的两端的转向。其中，此处的“转向角范围”是指比方向盘10的机械性操作范围狭的范围。进一步，具体地说，转向角范围基于由于电流不足而产生控制异常的概率高的转向角上限值和转向角下限值被设定。

转向角的绝对值越大，负载转矩越大，相应地需要大的辅助转矩。但是，电动机3能够产生的转矩，存在与γ轴指示电流值Iγ^＊对应的上限值，不能够产生超过它的电动机转矩。如果指示转向转矩T^＊设定得超过电动机转矩上限值，则被限制的检测转向转矩T饱和，进而，转矩偏差ΔT变大，因此增加角α的绝对值达到限制值ωmax。由此，导致控制异常，成为损害转向感的原因。

于是，通过应用图12的指示转向转矩特性，能够将转向角范围限制于电动机控制装置不会产生电流不足的范围中，能够在这样的转向角范围的两端形成虚拟的操作终点(handle end)。这样，能够抑制或防止由电流不足引起的控制异常，因此能够提高转向感。

此外，在上述实施方式中，作为用于控制电动机的参数的变更的一个例子，进行初始化处理(a)～(d)((a)PI控制部23中的积分项的复位，(b)增加角α的复位，(c)控制角θC的前次值的复位，(d)PI控制部33中的积分项的复位)中的至少一个。但是，用于控制电动机的参数并不限于初始化处理(a)～(d)。作为参数的变更，电动机控制装置能够进行PI控制部23、33的增益的变更、增加角限制器24的限制值ωmax的变更(减少)、γ轴指示电流Iγ^＊的变更、控制角θC的修正(例如偏移一定值的修正)等。

此外，在上述的实施方式中，增加角监视部25监视被限制的增加角α的绝对值为阈值αth以上的状态的持续进行，但也能够构成为对施加有增加角限制器24的限制的状态的持续时间进行监视。

此外，在上述的实施方式中，说明了不具有旋转角传感器，专由无传感器控制驱动电动机3的结构，但也可以采用具有解算器等旋转角传感器，在该旋转角传感器出故障时进行上述那样的无传感器控制的结构。由此，在旋转角传感器出故障时也能够继续进行电动机3的驱动，能够继续进行转向辅助。

在该情况下，在使用旋转角传感器时，在指示电流值生成部31中，根据转向转矩和车速，依据规定的辅助特性生成δ轴指示电流值Iδ^＊即可。

以上详细叙述的本实施方式的电动机控制装置5包括：以依据作为控制上的旋转角的控制角θC的旋转坐标系(γδ坐标系，虚拟旋转坐标系)的轴电流值(虚拟轴电流值)Iγ^＊驱动电动机3的电流驱动部31～36；通过在每个规定的运算周期将增加角α加于控制角的前次值θC(n-1)而求取控制角的此次值θC(n)的控制角运算部26；用于检测转向转矩的转矩检测部1；依据预先决定的特性设定指示转向转矩T^＊的指示转向转矩设定部21；以及基于上述指示转向转矩T^＊与由上述转矩检测部1检测出的检测转向转矩T的偏差运算上述增加角α的增加角运算单元22、23。

根据该结构，由依据控制角θC的虚拟旋转坐标系(γδ坐标系)的轴电流值(虚拟轴电流值)Iγ^＊驱动电动机3，另一方面，控制角θC通过在每个运算周期加以增加角α而被更新。由此，在更新控制角θC的同时，即在更新γδ坐标系的坐标轴(虚拟轴)的同时，以虚拟轴电流值Iγ^＊驱动电动机3，从而能够产生需要的转矩。这样，能够不使用旋转角传感器地从电动机3产生适当的转矩。

本实施方式的电动机控制装置5进一步包括：在上述检测转向转矩T的绝对值为第一规定值Tmax以上时使控制电动机3的参数(PI控制部23中的积分值、增加角α、控制角的前次值θC(n-1)、或者PI控制部33中的积分值)初始化的初始化部29；以及在上述初始化部29动作之后，禁止上述初始化部29的动作直至上述检测转向转矩T的绝对值成为第一规定值Tmax以下的第二规定值Tth以下的禁止部S17。

从而，在担心检测转向转矩T变大而控制变得不稳定时，能够通过变更电动机控制方式达到控制的稳定化。

即使变更电动机控制方式，到检测转向转矩T变化之前还需要一定程度的响应时间。其原因例如是转矩检测部1的响应性及其它的原因。因此，从变更电动机控制方式直到对应地检测转向转矩T变化的过程中，检测转向转矩T的值可能会满足电动机控制方式的变更条件。

于是，在本实施方式中，在响应检测转向转矩T，电动机控制方式变更之后，禁止初始化部29的电动机控制方式的变更，直至检测转向转矩T的绝对值成为第二规定值Tth以下。由此，能够抑制或防止由检测转向转矩T的响应延迟引起的电动机控制方式的变更。

例如，上述初始化部29优选根据上述检测转向转矩T是否饱和(是否被转向转矩监视器20限制为上限值或下限值)，变更电动机控制方式。例如，如果检测转向转矩T不饱和则采用通常的电动机控制方式，如果检测转向转矩T饱和则变更为与通常的电动机控制方式不同的控制方式。由此，在检测转向转矩T饱和，显现出控制异常的迹象时，能够变更电动机控制方式。结果，能够抑制限入控制异常状态，能够促使从控制异常状态较早地恢复。

具体地说，检测转向转矩的饱和是指，检测转向转矩T的绝对值为第一规定值Tmax以上，被转向转矩限制器20限制至饱和值Tmax。该情况下的饱和值Tmax能够根据转矩检测部1的规格决定。即，根据转矩检测部1的输出信号中具有可靠性的输出信号范围的边界值设定上述饱和值Tmax即可。

上述禁止部S17优选禁止上述初始化部29的动作，直至检测转向转矩T的绝对值成为比上述饱和值Tmax小的第二规定值Tth以下。由此，能够禁止初始化部29的动作，直至响应电动机控制方式的变更，检测转向转矩T的绝对值成为充分小的值。从而，能够抑制或防止由检测转向转矩T的响应延迟引起的电动机控制方式变更。

本实施方式还包括许可部S21、S22，其在上述增加角α的绝对值为规定值αth以上时，即使是在上述禁止部S17的动作中，也允许上述初始化部29的动作。

本实施方式还包括：以规定的限制值UL、LL限制上述增加角α的增加角限制器24；以及许可部S21、S22，其在上述禁止部S17的动作中，在上述增加角α的绝对值成为比上述限制值UL、LL小的规定值(αth1)以上时，允许上述初始化部29的动作。

根据这些结构，监视增加角α，在增加角α的绝对值成为规定值αth、αth1以上时，即使是在禁止部S17的动作中，也变更电动机控制方式。当增加角α的绝对值变大时，运算周期间的控制角变化幅度变大，使控制角θC收敛于与需要的电动机转矩对应的适当的值可能变得困难，可能会成为控制异常状态。例如，当检测转向转矩T成为饱和状态，需要的电动机转矩变大时，增加角α的绝对值变大，可能成为控制异常。在该情况下，通过响应检测转向转矩T变更电动机控制方式，实现从控制异常的恢复，但如前所述，直至检测转向转矩T响应电动机控制方式的变更需要一定程度的时间。在此期间，增加角α的绝对值变大，可能再次限入控制异常状态。于是，监视增加角α，在该增加角α的绝对值成为规定值αth、αth1以上时变更电动机控制方式，从而能够避免成为控制异常状态。

在实施方式中，通过进一步对增加角α添加适当的限制，能够抑制与实际的转子50的旋转相比绝对值过大的增加角α被加于控制角θC。由此，能够适当地抑制电动机3。另一方面，例如，检测转向转矩T饱和，进行初始化部29的电动机控制方式的变更，在禁止电动机控制方式的再次变更的期间中，当增加角α的绝对值达到比上述限制值UL、LL小的规定值αth1时，即使还处于上述禁止过程中，也变更电动机控制方式。由此，能够更可靠地抑制或防止由检测转向转矩T的响应延迟引起的再次成为控制异常状态的情况。

初始化部29可以使上述增加角运算部22、23初始化。根据该结构，通过根据转向转矩使增加角运算部22、23初始化，能够达到控制的稳定化。例如，在检测转向转矩T饱和，于是认为上述增加角α的绝对值成为较大的值而导致控制异常时，通过使增加角运算部22、23初始化，能够促使从控制异常较早地恢复。

更具体地说，上述电动机控制装置5包括设定应该作用于上述电动机3的驱动对象的指示转矩(电动机转矩以外的转矩的指示值)T^＊的指示转矩设定部21。在该情况下，上述增加角运算部22、23包括以使上述检测转矩T接近上述指示转向转矩T^＊的方式运算上述增加角α的反馈控制部22、23。上述反馈控制部22、23进行包括积分控制的反馈控制运算(比例积分控制、比例积分微分控制等)。在该情况下，上述初始化部29使积分值初始化(复位为零)。此外，上述初始化部29在积分值之外还使增加角α初始化(复位为零)。具体地说，通过使比例项和积分项均初始化(复位为零)，能够使增加角α和积分值初始化。

上述电动机3对车辆的转向机构2施加驱动力。在该情况下，上述转矩检测部1对施加于为了对上述车辆进行转向而被操作的操作部件10的转向转矩进行检测。此外，上述指示转向转矩设定部21设定作为转向转矩的目标值的指示转向转矩T^＊。然后，上述增加角运算部22、23根据指示转向转矩T^＊与检测转向转矩T的偏差ΔT运算上述增加角α。

根据该结构，设定指示转向转矩T^＊，根据该指示转向转矩T^＊与检测转向转矩T的偏差ΔT运算上述增加角α。由此，确定增加角α，使得转向转矩成为该指示转向转矩T^＊，并确定与其对应的控制角θC。由此，通过预先适当地决定指示转向转矩T^＊，能够从电动机3产生适当的驱动力，并将其施加于转向机构2。即，依据转子50的磁极方向的旋转坐标系(dq坐标系)的坐标轴与上述虚拟轴的偏差量(负载角θL)被引导至与指示转向转矩T^＊对应的值。结果，能够从电动机3产生适当的转矩，能够向转向机构2施加与驾驶者的转向意图相对应的驱动力。

上述电动机控制装置5还包括检测上述操作部件10的转向角的转向角检测部4，上述指示转矩设定部21根据由上述转向角检测部4检测出的转向角设定指示转向转矩T^＊。根据该结构，根据操作部件的转向角设定指示转向转矩T^＊，因此能够从电动机3产生与转向角对应的适当的转矩，能够将驾驶者施加于操作部件的转向转矩引导至与转向角对应的值。由此，能够得到良好的转向感。

上述指示转矩设定部21根据由检测上述车辆的车速的车速检测部6检测出的该车速设定指示转向转矩T^＊。根据该结构，根据车速设定指示转向转矩T^＊，因此能够进行所谓的车速感应控制。结果，能够实现良好的转向感。例如，通过设定为车速越大即越是高速行驶时，指示转向转矩T^＊越小，能够得到优异的转向感。

进一步，在上述的实施方式中，说明了在电动动力转向装置中应用本发明的例子，但本发明也能够用于电动泵式油压动力转向装置用的电动机的控制，在动力转向装置以外，也能够应用于线控转向(steer bywire，SBW)系统、可变齿轮比(VGR)转向系统等其它的车辆用转向装置所具有的无刷电动机的控制。当然，并不限于车辆用转向装置，在其它用途的电动机的控制中也能够应用本发明的电动机控制装置。

此外，在权利要求的范围所记载的事项的范围内能够进行各种设计变更。

Claims (20)

1.一种电动机控制装置，其用于控制具有转子和与该转子相对的定子的电动机，且不使用旋转角传感器而对电动机进行控制，该电动机控制装置包括：

电流驱动部，其以依据作为虚拟的旋转角的控制角的旋转坐标系的轴电流值驱动所述电动机；

增加角运算部，其运算应该加到所述控制角的增加角；

控制角运算部，其在每个规定的运算周期中，通过将所述增加角加于控制角的前次值而求取控制角的此次值；

转矩检测部，其用于检测施加于被电动机驱动的驱动对象的电动机转矩以外的转矩；

变更部，其根据所述转矩检测部的检测转矩变更控制所述电动机的参数；以及

禁止部，其在所述检测转矩的绝对值成为规定值以下之前，禁止所述变更部的动作。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，还包括：

指示转矩设定部，其依据预先决定的特性设定指示转矩，

其中，所述增加角运算部基于所述指示转矩和所述检测转矩的偏差运算所述增加角。

3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其中，

所述变更部，在所述检测转矩的绝对值是所述规定值以上的第一值以上时变更所述参数。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制装置，其中

所述增加角运算部进行比例积分控制，

所述变更部使作为所述参数的所述比例积分控制中的积分项变更为零。

5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其中

所述变更部使作为所述参数的所述增加角变更为零。

6.如权利要求5所述的电动机控制装置，其中

所述变更部通过使所述比例积分控制中的比例项和积分项变更为零，使所述增加角变更为零。

7.如权利要求5或6所述的电动机控制装置，其中

所述变更部使作为所述参数的所述控制角的前次值变更为零。

8.如权利要求7所述的电动机控制装置，

还包括比例积分控制部，其控制所述轴电流值，其中，

所述变更部使作为所述参数的所述比例积分控制部中的积分项变更为零。

9.如权利要求1所述的电动机控制装置，

还包括允许部，其在所述增加角的绝对值为阈值以上时，即使是在所述禁止部的动作中，也允许所述变更部的动作。

10.如权利要求9所述的电动机控制装置，

还包括增加角限制部，其以规定的限制值限制所述增加角的绝对值，其中，

所述限制值为所述阈值以上。

11.一种用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其不使用旋转角传感器而对电动机进行控制，该车辆用转向装置具有：包括转子和与该转子相对的定子的电动机；以及被所述电动机施加驱动力的车辆的转向机构，该电动机控制装置包括：

电流驱动部，其以依据作为虚拟的旋转角的控制角的旋转坐标系的轴电流值驱动所述电动机；

增加角运算部，其运算应该加到所述控制角的增加角；

控制角运算部，其在每个规定的运算周期中，通过将所述增加角加于控制角的前次值而求取控制角的此次值；

转矩检测部，其用于检测施加于操作部件的转向转矩；

变更部，其根据所述转矩检测部的检测转向转矩变更控制所述电动机的参数；以及

禁止部，其在所述检测转向转矩的绝对值成为规定值以下之前，禁止所述变更部的动作。

12.如权利要求11所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，还包括：

指示转矩设定部，其依据预先决定的特性设定指示转向转矩，

其中，所述增加角运算部基于所述指示转向转矩和所述检测转向转矩的偏差运算所述增加角。

13.如权利要求12所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其中，

所述变更部，在所述检测转矩的绝对值是所述规定值以上的第一值以上时变更所述参数。

14.如权利要求11至13中任一项所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其中

所述增加角运算部进行比例积分控制，

所述变更部使作为所述参数的所述比例积分控制中的积分项变更为零。

15.如权利要求14所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其中

所述变更部使作为所述参数的所述增加角变更为零。

16.如权利要求15所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其中

所述变更部通过使所述比例积分控制中的比例项和积分项变更为零，使所述增加角变更为零。

17.如权利要求15或16所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，其中

所述变更部使作为所述参数的所述控制角的前次值变更为零。

18.如权利要求17所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，

还包括比例积分控制部，其控制所述轴电流值，其中

所述变更部使作为所述参数的所述比例积分控制部中的积分项变更为零。

19.如权利要求11所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，

还包括允许部，其在所述增加角的绝对值为阈值以上时，即使是在所述禁止部的动作中，也允许所述变更部的动作。

20.如权利要求19所述的用于车辆用转向装置的电动机控制装置，

还包括增加角限制部，其以规定的限制值限制所述增加角的绝对值，其中，

所述限制值为所述阈值以上。

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