CN103129606B - 车辆用转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用转向装置，若传感器故障判定部（57）检测出旋转角传感器（21）的故障，则将控制模式从第1控制模式切换成第2控制模式。在第2控制模式时，基于通过旋转角推断部（55）推断出的第2转子角（电角）（θ_SE2），对转舵用马达（3）的实际转子角（机械角）（θ_SM）进行运算。而且，对该实际转子角（θ_SM）进行反馈控制，以使其收敛于将旋转角维持用指令信号重叠于通过目标转子角运算部（41）运算出的目标转子角（θ_SM＊）后的目标转子角（θ_SM1＊）。

Description

车辆用转向装置

技术领域

本发明涉及对为了转向而被操作的操作部件和转向机构不进行机械耦合，而通过转舵用马达来驱动转向机构的车辆用转向装置。

背景技术

提出取消作为操作部件的转向盘和转向机构的机械耦合，通过角度传感器检测转向盘的操作角，且将根据该传感器输出进行控制的转舵用马达的驱动力传递至转向机构的线控转向系统。

由于在线控转向系统中没有转向盘和转向机构的机械连结，所以能够防止车辆碰撞时的转向盘的顶出，且能够使转向机构的构成简单化以及轻型化。另外，转向盘的配置位置的自由度增加，而且，除了转向盘以外，也能够将操作杆或者踏板等作为操作部件使用。

在上述线控转向系统中，由于转向盘和转向机构不进行机械耦合，所以若转舵用马达、用于控制转舵用马达所需的传感器等电气设备发生故障，则不能够进行转向控制。在转舵用马达由无刷马达构成的情况下，控制转舵用马达所需的传感器包含用于检测转舵用马达的旋转角的旋转角传感器。

因此，提出设置多个转舵用马达、传感器等电气设备，在某个电气设备故障时，通过替换该电气设备而使用其他的未故障的电气设备，来避免不能够转向的线控转向系统。然而，在这样的构成中，由于需要设置多个各电气设备，所以成本变高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供即便在用于检测转舵用马达的旋转角的旋转角传感器故障的情况下，也不使用用于检测转舵用马达的旋转角其他的旋转角传感器，就能够进行转向控制的车辆用转向装置。

本发明的一实施方式的车辆用转向装置中，为了转向而被操作的操作部件和转向机构不进行机械耦合，而通过由无刷马达构成的转舵用马达来驱动转向机构。上述车辆用转向装置包括：旋转角传感器，其用于检测上述转舵用马达的转子的旋转角；转子角推断器，其基于上述转舵用马达的感应电压，推定上述转舵用马达的转子的旋转角；目标转子角运算器，其根据转向状况，对上述转舵用马达的转子旋转角的目标值亦即目标转子角（θ_SM ^＊）进行运算；信号重叠器，其用于将使上述转舵用马达继续旋转用的旋转维持用指令信号重叠于通过上述目标转子角运算器运算出的目标转子角；故障检测器，其检测上述旋转角传感器发生故障；切换器，在通过上述故障检测器检测出上述旋转角传感器的故障时，其将控制模式从基于通过上述目标转子角运算器运算出的目标转子角或者由上述信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和上述旋转角传感器的检测值来控制上述转舵用马达的第1控制模式，切换为由上述信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和通过上述转子角推断器推断出的转子旋转角来控制上述转舵用马达的第2控制模式。

在该构成中，在未检测出旋转角传感器的故障时，进行基于第1控制模式的马达控制。换句话说，基于通过目标转子角运算器运算出的目标转子角或者由信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和旋转角传感器的检测值来控制转舵用马达。

另一方面，若检测出旋转角传感器的故障，则进行基于第2控制模式的马达控制。换句话说，基于由信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和通过转子角推断器推断出的转子旋转角来控制转舵用马达。由于转子角推断器基于转舵用马达的感应电压来推断转舵用马达的转子旋转角，所以为了通过转子角推断器来推断转子旋转角，需要转舵用马达旋转。在第2控制模式中，由于能够与通过目标转子角运算部运算出的目标转子角无关地使转舵用马达继续旋转，所以通常能够进行基于转子角推断器的转子旋转角的推断。其结果，即便在旋转角传感器故障的情况下，也能够不使用用于检测转舵用马达的旋转角的其他的旋转角传感器，进行与转向状况对应的转向控制。

上述旋转维持用指令信号可以是交流信号。例如，上述旋转维持用指令信号可以是正弦波信号。在旋转维持用指令信号为正弦波信号等交流信号的情况下，在通过目标转子角运算部运算出的目标转子角例如恒定时，能够使转舵用马达沿正方向以及反方向交替地旋转。

在旋转维持用指令信号为正弦波信号的情况下，上述车辆用转向装置可以包括根据车辆的行驶状态，对旋转维持用指令信号的振幅以及频率中的至少一方进行变更的变更器。另外，上述车辆用转向装置还可以构成为还包括检测车速的车速检测器，上述变更器根据通过上述车速检测器检测出的车速，变更上述旋转维持用指令信号的振幅以及频率中的至少一方。该情况下，变更器例如可以以车速越大旋转维持用指令信号的振幅以及频率越小的方式进行变更。

附图说明

根据以下参照附图对实施例进行的描述可知本发明的上述以及其他特征和优点，其中，对相同的元素标注相同的附图标记，

图1是本发明的一实施方式的车辆用转向装置构成的说明图。

图2是表示ECU的电构成的框图。

图3是用于说明转舵用马达的构成的图。

图4是表示转舵用马达控制部的构成的框图。

图5是表示第2控制模式时的目标转子角θ_SM＊以及最终的目标转子角θ_SM1＊的变化例的时序图。

图6是用于说明感应电压推断部的构成的框图。

图7是表示反作用力马达控制部的构成的框图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1表示线控转向系统的构成。

车辆用转向装置1具备：驾驶员为了转向而操作的操作部件亦即转向盘2；根据转向盘2的旋转操作来驱动的转舵用马达3；将转舵用马达3的驱动力传递至作为转向车轮的前方左右车轮5的转向器齿轮4。在转向盘2和包含转舵用马达3等的转向机构6之间没有将施加至转向盘2的操作转矩机械传递至转向机构6这样的机械耦合，而通过根据转向盘2的操作量（操作角或者操作转矩）来驱动控制转舵用马达3，车轮5被转舵。

转舵用马达3由无刷马达构成。转舵用马达3具有用于检测转舵用马达3的转子的旋转角的分析器等旋转角传感器21。

转向器齿轮4具有将转舵用马达3的输出轴的旋转运动变换为转向拉杆7的直线运动（车辆左右方向的直线运动）的运动变换机构。转向拉杆7的运动经由横拉杆8以及转向臂9被传递至车轮5，车轮5的转舵角发生变化。换句话说，转向机构6由转舵用马达3、转向器齿轮4、转向拉杆7、横拉杆8以及转向臂9构成。转向器齿轮4能够使用公知的部件，只要能够将转舵用马达3的运动传递至车轮5以使转向角变化，就不对构成进行限定。此外，以在转舵用马达3未被驱动的状态下，车轮5能够通过自定位转矩恢复到直进转向位置的方式设定前轮定位。

转向盘2与以能够旋转的方式支承在车体侧的旋转轴10连结。该旋转轴10上设置有产生作用于转向盘2的反作用力转矩（操作反作用力）的反作用力马达19。该反作用力马达19由具有与旋转轴10一体的输出轴的无刷马达等电动马达构成。在该实施方式中，反作用力马达19由无刷马达构成。在反作用力马达19上设置有用于检测反作用力马达19的转子的旋转角（转子角）的分析器等旋转角传感器22。

在车体和旋转轴10之间设置有赋予使转向盘2恢复到直进转向位置的方向的弹力的弹性部件15。该弹性部件15例如能够由向旋转轴10赋予弹力的弹簧构成。在反作用力马达19未向旋转轴10附加转矩时，转向盘2通过弹性部件15的弹力恢复至直进转向位置。

车辆用转向装置1为了检测转向盘2的操作角（旋转角）δh，而具有检测旋转轴10的旋转角的角度传感器11。车辆用转向装置1为了检测驾驶员作用于转向盘2的转向转矩Th，而具有用于检测通过旋转轴10传递的转矩的转矩传感器12。车辆用转向装置1具有检测车速V的速度传感器14。

角度传感器11、转矩传感器12、速度传感器14以及旋转角传感器21、22分别与电子控制单元（ECU：ElectronicControlUnit）30连接。ECU30对转舵用马达3以及反作用力马达19进行控制。

图2是表示ECU30的电构成的框图。

ECU30具备：微型计算机31；被微型计算机31控制，且向转舵用马达3供给电力的驱动电路32；检测流向转舵用马达3的马达电流的电流检测部33；被微型计算机31控制，且向反作用力马达19供给电力的驱动电路34；检测流向反作用力马达19的马达电流的电流检测部35。

微型计算机31具备CPU以及存储器（ROM、RAM、非易失性存储器等），通过执行规定的程序，作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部具备：用于控制转舵用马达3的转舵用马达控制部40；用于控制反作用力马达19的反作用力马达控制部70。

转舵用马达控制部40基于通过速度传感器14检测出的车速V以及通过角度传感器11检测出的操作角δh，经由驱动电路32驱动转舵用马达3，从而进行与转向状况对应的转向控制。

反作用力马达控制部70基于通过速度传感器14检测出的车速V、通过角度传感器11检测出的操作角δh以及通过转矩传感器12检测出的转向转矩Th，经由驱动电路34驱动反作用力马达19，从而进行与转向状况对应的反作用力控制。

转舵用马达3例如是三相无刷马达，如图3图解所示，具备作为磁场的转子100；包含U相、V相以及W相的定子线圈101、102、103的定子105。转舵用马达3可以是将定子对置配置在转子的外部的内转子型的马达，也可以是将定子对置配置在筒状的转子的内部的外转子型的马达。

定义在各相的定子线圈101、102、103的方向获取U轴、V轴以及W轴的三相固定坐标（UVW坐标系）。另外，定义在转子100的磁极方向获取d轴（磁极轴），在转子100的旋转平面内且在与d轴成直角的方向获取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100一起旋转的旋转坐标系。在dq坐标系中，仅q轴电流有助于转子100的转矩产生，所以将d轴电流设为零，根据所希望的转矩控制q轴电流即可。作为转子100的旋转角的转子角（电角）θ-_SE是d轴相对于U轴的旋转角。dq坐标系是基于转子角θ-_SE的实际旋转坐标系。通过使用该转子角θ-_SE，能够进行UVW坐标系和dq坐标系之间的坐标变换。

反作用力马达19例如由三相无刷马达构成，具有与转舵用马达3相同的构造。

图4是表示转舵用马达控制部40的构成的框图。

转舵用马达控制部40包括目标转子角运算部41、加法部42、角度偏差运算部43、PI（比例积分）控制部44、电流指令值生成部45、电流偏差运算部46、PI（比例积分）控制部47、dq／UVW变换部48、PWM（PulseWidthModulation：脉冲宽度调制）控制部49、UVW／dq变换部50、旋转角运算部51、角度切换部52、累计部53、感应电压推断部54、旋转角推断部55、旋转维持用指令信号生成部56以及传感器故障判定部57。

为了控制由3相无刷马达构成的转舵用马达3，需要检测转舵用马达3的转子的旋转角（转子角）。因此，为了检测转舵用马达3的转子角，设置有分析器等旋转角传感器21。若旋转角传感器21故障，则不能够检测转舵用马达3的转子角。

因此，在该实施方式中，防备旋转角传感器21的故障，推断通过转舵用马达3的旋转而产生的感应电压，基于推断出的感应电压来推断转舵用马达3的转子角。因此，设置有感应电压推断部54以及旋转角推断部55。而且，在旋转角传感器21故障的情况下，使用通过旋转角推断部55推断出的转子角，来控制转舵用马达3。

为了推断感应电压，需要转舵用马达3旋转。因此，在该实施方式中，在旋转角传感器21故障的情况下，将用于使转舵用马达3继续旋转的旋转维持用指令信号与转舵用马达3的目标转子角重叠。因此，设置有旋转维持用指令信号生成部56以及加法部42。

以下，对转舵用马达控制部40的各部进行说明。旋转角运算部51基于旋转角传感器21的输出信号，对转舵用马达3的转子的旋转角（电角。以后称“第1转子角θ_SE1”。）进行运算。感应电压推断部54对通过转舵用马达3的旋转而产生的感应电压进行推断。另外，旋转角推断部55基于通过感应电压推断部54推断出的感应电压，推断转舵用马达3的转子的旋转角（电角。以后称“第2转子角θ_SE2”。）。后面叙述感应电压推断部54以及旋转角推断部55的动作的详细内容。

角度切换部52选择通过旋转角运算部51运算出的第1转子角θ_SE1、和通过旋转角推断部55推断出的第2转子角θ_SE2中的任意一方，作为转子角（电角）θ_SE输出。累计部53通过对从角度切换部52输出的转子角（电角）θ_SE进行累计，来运算转舵用马达3的转子的绝对的旋转角（机械角。以后称“实际转子角θ_SM”）。

传感器故障判定部57判定旋转角传感器21有无故障，根据其判定结果进行转舵用马达3的控制模式的切换。换句话说，传感器故障判定部57作为故障检测器以及切换器发挥功能。例如，传感器故障判定部57通过监视旋转角传感器21的输出信号，能够检测旋转角传感器21的故障、旋转角传感器21的信号线的断线故障、旋转角传感器21的信号线的接地故障。

传感器故障判定部57根据旋转角传感器21有无故障的判定结果，在第1控制模式和第2控制模式之间切换控制模式，生成模式切换指令。根据该模式切换指令，执行基于角度切换部52的切换。

具体而言，传感器故障判定部57在判定为未产生旋转角传感器21的故障的“通常时”的情况下，将控制模式设定为第1控制模式。另一方面，在判断为旋转角传感器21的故障产生的“故障时”的情况下，传感器故障判定部57将控制模式从第1控制模式切换为第2控制模式。

在第1控制模式中，角度切换部52选择第1转子角θ_SE1作为转子角θ_SE输出。另一方面，在第2控制模式中，角度切换部52选择第2转子角θ_SE2作为转子角θ_SE输出。

来自传感器故障判定部57的模式切换指令也被给予旋转维持用指令信号生成部56。旋转维持用指令信号生成部56在第1控制模式时，将旋转维持用指令信号设定为零。旋转维持用指令信号生成部56在来自传感器故障判定部57的模式切换指令指示从第1控制模式向第2控制模式的切换时，响应该指令，生成旋转维持用指令信号（有效值）。

后面叙述旋转维持用指令信号的计算方法。

目标转子角运算部41基于通过速度传感器14检测出的车速V以及通过角度传感器11检测出的操作角δh，对转舵用马达3的转子角（机械角）的目标值亦即目标转子角（机械角）θ_SM＊进行运算。例如，目标转子角运算部41使用规定的传递函数Kδ（V），设定与操作角δh以及车速V对应的目标转子角θ_SM＊。

加法部42通过使通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊加上（重叠）通过旋转维持用指令信号生成部56生成的旋转维持用指令信号，对最终的目标转子角θ_SM1＊（机械角）进行运算。

角度偏差运算部43对通过加法部42运算出的最终的目标转子角θ_SM1＊和通过累计部53运算出的实际转子角θ_SM的偏差进行运算。PI控制部44进行针对通过角度偏差运算部43运算出的角度偏差的PI运算。

电流指令值生成部45基于PI控制部44的运算结果，生成应流过dq坐标系的坐标轴的电流值作为电流指令值。具体而言，电流指令值生成部45生成d轴电流指令值Id＊和q轴电流指令值Iq＊，以下统称它们时称作“二相电流指令值Idq＊”。电流指令值生成部45将q轴电流指令值Iq＊设为有效值，另一方面将d轴电流指令值Id＊设为零。更具体而言，电流指令值生成部45基于PI控制部44的运算结果，生成q轴电流指令值Iq＊。将通过电流指令值生成部45生成的二相电流指令值Idq＊给予电流偏差运算部46。

电流检测部33检测转舵用马达3的U相电流I_U、V相电流I_V以及W相电流I_W、以下统称它们时称作“三相检测电流I_UVW”。将通过电流检测部33检测出的三相检测电流I_UVW给予UVW／dq变换部50。

UVW／dq变换部50包括UVW／αβ变换部50A和αβ／dq变换部50B。UVW／αβ变换部50A将通过电流检测部33检测出的UVW坐标系的三相检测电流I_UVW变换为作为二相固定坐标系的αβ坐标系的二相检测电流Iα以及Iβ、以下统称它们时称作“二相检测电流Iαβ”。如图3所示，αβ坐标系是以转子100的旋转中心为原点，在转子100的旋转平面内规定了α轴以及与其正交的β轴（在图3的例子中与U轴同轴）的固定坐标系。αβ／dq变换部50B将二相检测电流Iαβ变换为dq坐标系的二相检测电流Id以及I_q、以下统称时称作“二相检测电流Idq”。将它们给予电流偏差运算部46。αβ／dq变换部50B中的坐标变换使用利用角度切换部52选择出的转子角θ_SE。

电流偏差运算部46对通过电流指令值生成部45生成的二相电流指令值Idq＊和从αβ／dq变换部50B被给予的二相检测电流Idq的偏差进行运算。电流偏差运算部46对d轴检测电流Id相对于d轴电流指令值Id＊的偏差以及q轴检测电流Iq相对于q轴电流指令值Iq＊的偏差进行运算。将这些偏差给予PI控制部47。

PI控制部47通过进行针对通过电流偏差运算部46运算出的电流偏差的PI运算，生成应施加至转舵用马达3的二相电压指令值Vdq＊（d轴电压指令值Vd＊以及q轴电压指令值Vq＊）。该二相电压指令值Vdq＊被给予dq／UVW变换部48。

dq／UVW变换部48包括dq／αβ变换部48A和αβ／UVW变换部48B。dq／αβ变换部48A将二相电压指令值Vdq＊变换为αβ坐标系的二相电压指令值Vαβ＊。在该坐标变换使用利用角度切换部52选择出的转子角θ_SE。二相电压指令值Vαβ＊由α轴电压指令值Vα＊以及β轴电压指令值Vβ＊构成。

αβ／UVW变换部48B通过针对二相电压指令值Vαβ＊进行坐标变换运算，生成三相电压指令值V_UVW＊。三相电压指令值V_UVW＊由U相电压指令值V_U＊、V相电压指令值V_V＊以及W相电压指令值V_W＊构成。该三相电压指令值V_UVW＊被给予PWM控制部49。

PWM控制部49生成分别与U相电压指令值V_U＊、V相电压指令值V_V＊以及W相电压指令值V_W＊对应的占空比的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号以及W相PWM控制信号，并供给至驱动电路32。

驱动电路32由与U相、V相以及W相对应的三相变频器电路构成。构成该变频器电路的功率器件被从PWM控制部49给予的PWM控制信号控制，从而将与三相电压指令值V_UVW＊相当的电压施加至转舵用马达3的各相的定子线圈101、102、103。

角度偏差运算部43以及PI控制部44构成角度反馈控制器。通过该角度反馈控制器的动作对转舵用马达3的实际转子角θ_SM进行控制使得其接近目标转子角θ_SM1＊。电流偏差运算部46以及PI控制部47构成电流反馈控制器。通过该电流反馈控制器的动作对流向转舵用马达3的马达电流进行控制，使得其接近通过电流指令值生成部45生成的二相电流指令值Idq＊。

对旋转维持用指令信号生成部56的动作进行说明。在该实施方式中，在旋转维持用指令信号生成部56中生成的旋转维持用指令信号是正弦波信号，通过以下式（1）表示。

旋转维持用指令信号＝K（V）·sin（2π·α（V）·t）（1）

K（V）是用于设定旋转维持用指令信号的振幅的振幅控制值。α（V）是用于设定旋转维持用指令信号的频率的频率控制值。t是时间。

若将通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角设为θ_SM＊，则通过加法部42运算出的最终的目标转子角θ_SM1＊通过下式（2）表示。

θ_SM1＊＝θ_SM＊＋K（V）·sin（2π·α（V）·t）（2）

在作为通常时的控制模式的第1控制模式时，旋转维持用指令信号生成部56将振幅控制值K（V）设定为零。因此，在第1控制模式时，旋转维持用指令信号成为零，所以最终的目标转子角θ_SM1＊与通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊相等。

在作为故障时的控制模式的第2控制模式时，旋转维持用指令信号生成部56将振幅控制值K（V）设定为与车速V对应的有效值，将频率控制值α（V）设定为与车速V对应的有效值。旋转维持用指令信号为了使转舵用马达3继续旋转而与目标转子角θ_SM＊重叠，但为了不使驾驶员产生不协调感，将振幅控制值K（V）的值设定为微小的值（例如，3π／20＜K（V）＜16π／20）。另外，将频率控制值α（V）例如设定为0.3＜α（V）＜2.0的范围内的值。

将振幅控制值K（V）以及频率控制值α（V）设定为车速V越大其值越小。车速V越大，旋转维持用指令信号的振幅越小，且旋转维持用指令信号越缓慢变化。因此，在车速V大时，基于旋转维持用指令信号的车轮5的转舵角变化变小，确保转向的稳定性。在第2控制模式时，最终的目标转子角θ_SM1＊成为对通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊重叠向上述那样计算出的旋转维持用指令信号后的值。

图5是表示第2控制模式时的目标转子角θ_SM＊以及最终的目标转子角θ_SM1＊的变化例的时序图。如图5所示，即便在通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊不变化的状态，例如保舵状态，最终的目标转子角θ_SM1＊也周期性地变化，所以沿正转方向以及反转方向交替地旋转驱动转舵用马达3。因此，即便在驾驶员不旋转转向盘2的情况下，也能够通过感应电压推断部54以及旋转角推断部55推断转舵用马达3的转子角。

图6是用于说明感应电压推断部54的构成的框图。感应电压推断部54基于二相检测电流Iαβ和二相电压指令值Vαβ＊，推断转舵用马达3的感应电压。感应电压推断部54具有基于作为转舵用马达3的数学模型的马达模型，作为将转舵用马达3的感应电压推断为干扰的干扰观测器的方式。马达模型例如能够表示成（R＋pL）－1。这里，R是电枢线圈电阻，L是αβ轴电感，p是微分运算符。能够考虑向转舵用马达3施加二相电压指令值Vαβ＊和感应电压Eαβ（α轴感应电压Eα以及β轴感应电压Eβ）。

感应电压推断部54能够由将二相检测电流Iαβ作为输入来推断马达电压的反演马达模型（马达模型的反演模型）61，和求出通过该反演马达模型61而推断出的马达电压和二相电压指令值Vαβ＊的偏差的电压偏差运算部62构成。电压偏差运算部62求出针对二相电压指令值Vαβ＊的干扰，由图6可知，该干扰成为与感应电压Eαβ相当的推断值E^αβ（以后将α轴感应电压推断值E^α以及β轴感应电压推断值E^β统称“推断感应电压E^αβ”。）。将反演马达模型61例如表示成R＋pL。

能够以以下式（3）表示感应电压Eαβ。其中，K_E是感应电压常量，θ_SE是转子角，ω是转子旋转角速度。

$E_{\mathrm{\α\β}}=\left[\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{\α}}\\ E_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{-K}_E\mathrm{\ω}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{SE}}\\ K_E\mathrm{\ω}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{SE}}\end{array}\right]---\left(3\right)$

因此，若求出推断感应电压E^αβ，则按照以下式（4），求出推断旋转角θ_SE2。通过旋转角推断部55进行该运算。

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{SE}2}={\tan }^{-1}\frac{-{\hat{E}}_{\mathrm{\α}}}{{\hat{E}}_{\mathrm{\β}}}---\left(4\right)$

在第1控制模式时，基于根据旋转角传感器21的输出信号而运算出的第1转子角（电角）θ_SE1（＝θ_SE），运算转舵用马达3的实际转子角（机械角）θ_SM。而且，以该实际转子角θ_SM收敛于通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊（＝θ_SM1＊）的方式进行反馈控制。另外，使用基于旋转角传感器21的输出信号而运算出的第1转子角θ_SE1（＝θ_SE），进行dq／αβ变换部48A以及αβ／dq变换部50B中的坐标变换。换句话说，在第1控制模式中，使用旋转角传感器21的检测值和通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊（＝θ_SM1＊）来控制转舵用马达3，从而进行与转向状况对应的转向控制。

另一方面，在第2控制模式时，基于通过旋转角推断部55推断出的第2转子角（电角）θ_SE2（＝θ_SE），对转舵用马达3的实际转子角（机械角）θ_SM进行运算。而且，对该实际转子角θ_SM以收敛于旋转角维持用指令信号重叠于通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊后的目标转子角θ_SM1＊的方式进行反馈控制。另外，使用通过旋转角推断部55推断出的第2转子角θ_SE2（＝θ_SE），进行dq／αβ变换部48A以及αβ／dq变换部50B中的坐标变换。

在第2控制模式中，使用通过旋转角推断部55推断出的转子角θ_SE2、和旋转角维持用指令信号重叠于通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊后的目标转子角θ_SM1＊，控制转舵用马达3。因此，能够与通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊无关地使转舵用马达3继续旋转，所以总是能够进行基于感应电压推断部54以及旋转角推断部55的转子角θ_SE2的推断。其结果，即便在旋转角传感器21故障的情况下，也不使用用于检测转舵用马达3的转子角的其他的旋转角传感器，就能够进行与转向状况对应的适当的转向控制。另外，旋转角维持用指令信号是正弦波信号，且其振幅微小，所以能够抑制驾驶员有不协调感。

图7是表示反作用力马达控制部70的构成的框图。

反作用力马达控制部70包括：目标反作用力转矩运算部71、电流指令值生成部72、电流偏差运算部73、PI（比例积分）控制部74、dq／UVW变换部75、PWM控制部76、UVW／dq变换部77、旋转角运算部78。

旋转角运算部78基于旋转角传感器22的输出信号，对反作用力马达19的转子的旋转角（电角。以下称“转子角θFE”。）进行运算。

目标反作用力转矩运算部71基于通过速度传感器14检测出的车速V、通过角度传感器11检测出的操作角δh以及通过转矩传感器12检测出的转向转矩Th，对目标反作用力转矩TF＊进行运算。例如，目标反作用力转矩运算部71基于转向角δh以及车速V而求出目标反作用力转矩基本值，通过使该目标反作用力转矩基本值乘以与转向转矩Th对应的增益，对目标反作用力转矩TF＊进行运算。

电流指令值生成部72基于通过目标反作用力转矩运算部71运算出的目标反作用力转矩TF＊，生成应流过dq坐标系的坐标轴的电流值作为电流指令值。具体而言，电流指令值生成部72生成d轴电流指令值id＊以及q轴电流指令值iq＊（以下将它们统称时称为“二相电流指令值idq＊”。）。电流指令值生成部72将q轴电流指令值iq＊设为有效值，另一方面，将d轴电流指令值id＊设为零。电流指令值生成部72基于通过目标反作用力转矩运算部71运算出的目标反作用力转矩TF＊，生成q轴电流指令值iq＊。将通过电流指令值生成部72生成的二相电流指令值idq＊给予电流偏差运算部73。

电流检测部35检测反作用力马达19的U相电流iU、V相电流iV以及W相电流iW（以下将它们统称时称为“三相检测电流iUVW”。）。将通过电流检测部35检测出的三相检测电流iUVW给予UVW／dq变换部77。

UVW／dq变换部77将通过电流检测部35检测出的UVW坐标系的三相检测电流iUVW（U相电流iU、V相电流iV以及W相电流iW）变换为dq坐标系的二相检测电流id以及iq（以下统称时称为“二相检测电流idq”。）。将它们给予电流偏差运算部73。UVW／dq变换部77中的坐标变换使用通过旋转角运算部78运算出的转子角θFE。

电流偏差运算部73对通过电流指令值生成部72生成的二相电流指令值idq＊和从UVW／dq变换部77给予的二相检测电流idq的偏差进行运算。电流偏差运算部73运算d轴检测电流id相对d轴电流指令值id＊的偏差以及q轴检测电流iq相对q轴电流指令值iq＊的偏差。将这些偏差给予PI控制部74。

PI控制部74进行针对通过电流偏差运算部73运算出的电流偏差的PI运算，从而生成应施加至反作用力马达19的二相电压指令值vdq＊（d轴电压指令值vd＊以及q轴电压指令值vq＊）。将该二相电压指令值vdq＊给予dq／UVW变换部75。

dq／UVW变换部75将二相电压指令值vdq＊变换为三相电压指令值vUVW＊。该坐标变换使用通过旋转角运算部78运算出的转子角θFE。

三相电压指令值vUVW＊由U相电压指令值vU＊、V相电压指令值vV＊以及W相电压指令值vW＊构成。将该三相电压指令值vUVW＊给予PWM控制部76。

PWM控制部76生成分别与U相电压指令值vU＊、V相电压指令值vV＊以及W相电压指令值vW＊对应的占空比的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号以及W相PWM控制信号，供给至驱动电路34。

驱动电路34由与U相、V相以及W相对应的三相变频器电路构成。构成该变频器电路的功率器件被从PWM控制部76给予的PWM控制信号控制，从而将与三相电压指令值vUVW＊相当的电压施加至反作用力马达19的各相的定子线圈。

电流偏差运算部73以及PI控制部74构成电流反馈控制器。通过该电流反馈控制器的动作对流向反作用力马达19的马达电流进行控制，以使其接近通过电流指令值生成部72生成的二相电流指令值idq＊。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但也能够以其他的方式实施该发明。例如，在上述的实施方式中，在通过传感器故障判定部57未检测出传感器故障时，旋转维持用指令信号生成部56将振幅控制值K（V）设定为零，但即便在旋转维持用指令信号生成部56未检测出传感器故障时，也与检测出上述的传感器故障时相同，可以将振幅控制值K（V）设定为零以外的有效值。此时，即便在第1控制模式中，根据车速V计算出的旋转角维持用指令信号重叠于通过目标转子角运算部41运算出的目标转子角θ_SM＊后的目标转子角θ_SM1＊成为最终的目标转子角。

另外，在上述的实施方式中，根据车速变更振幅控制值K（V）以及频率控制值α（V），但还可以根据路面状况、行驶场所等进行变更。另外，旋转维持用指令信号还可以是正弦波信号以外的交流信号（三角波交流信号、梯形波交流信号等）。另外，PI控制部44、47、74也可以是进行PID（比例积分微分）控制的PID控制部。

Claims (4)

1.一种车辆用转向装置，该车辆用转向装置是为了转向而被操作的操作部件和转向机构不进行机械耦合，而通过由无刷马达构成的转舵用马达来驱动转向机构的车辆用转向装置，其特征在于，包括：

旋转角传感器，其用于检测所述转舵用马达的转子的旋转角；

转子角推断器，其基于所述转舵用马达的感应电压，推定所述转舵用马达的转子的旋转角；

目标转子角运算器，其根据转向状况，对所述转舵用马达的转子旋转角的目标值亦即目标转子角进行运算；

信号重叠器，其用于将使所述转舵用马达继续旋转用的旋转维持用指令信号重叠于通过所述目标转子角运算器运算出的目标转子角；

故障检测器，其检测所述旋转角传感器发生故障；

变更器，该变更器根据车辆的行驶状态，变更所述旋转维持用指令信号的振幅以及频率中的至少一方；以及

切换器，

其中，在通过所述故障检测器检测出所述旋转角传感器的故障时，所述切换器将控制模式从基于通过所述目标转子角运算器运算出的目标转子角或者由所述信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和所述旋转角传感器的检测值来控制所述转舵用马达的第1控制模式，切换为基于由所述信号重叠器重叠旋转维持用指令信号后的目标转子角和通过所述转子角推断器推断出的转子旋转角来控制所述转舵用马达的第2控制模式。

2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于，

所述旋转维持用指令信号是交流信号。

3.根据权利要求2所述的车辆用转向装置，其特征在于，

所述旋转维持用指令信号是正弦波信号。

4.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于，还包括：

检测车速的车速检测器，

所述变更器根据通过所述车速检测器检测出的车速，变更所述旋转维持用指令信号的振幅以及频率中的至少一方。