CN103387004B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制装置。电机控制装置（34）具有表示电机(42)的转速与电流的关系的特性信息。电机控制装置（34）基于特性信息，设定作为电机（42）的转速的基准值的转速特性值、以及作为电机（42）的电流的基准值的电流特性值。电机控制装置（34）基于向电机施加的电压的测量值、电流的测量值、电流特性值、电压特性值、转速特性值以及反电动势常数来计算推定转速。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及计算电机的转速的电机控制装置。

背景技术

US6，260，655 B1所公开的电动动力转向装置的控制装置基于由电压传感器测量的电机的电压值、由电流传感器测量的电机的电流值、以及作为电机的电阻的推定值的电阻推定值，来计算电机的转速的推定值。另外，该控制装置在判定为电机的旋转已经停止时，通过用电机的电压值除以电机的电流值来计算电机的推定电阻值。

电机的电阻在电机的旋转中发生变动。另一方面，上述控制装置在电机的旋转中不更新推定电阻值。因此，在电机的旋转中，在电机的转速的计算中使用的推定电阻值的误差有可能变大。因此，电机的转速的推定值所包含的误差也有可能变大。

另外，这里提及了电动动力转向装置的控制装置的课题，而如果是如电动液压式动力转向装置的控制装置等那样的、计算电机的转速的推定值的电机控制装置，也存在上述同样的课题。

发明内容

本发明提供一种能够降低电机的旋转中计算出的转速的误差的电机控制装置。

本发明的一实施例是计算电机的转速的推定值亦即速度推定值的电机控制装置，其要旨在于，具有表示作为所述电机的特性的转速与电流的关系的特性信息，基于所述特性信息，设定作为所述电机的转速的基准值的转速特性值、以及作为所述电机的电流的基准值的电流特性值，基于向所述电机供给的电流的测量值亦即电流值、向所述电机施加的电压的测量值亦即电压值、所述电流特性值、在所述电流值为所述电流特性值时测量出的所述电机的电压的基准值亦即电压特性值、所述转速特性值、以及反电动势常数，来计算所述速度推定值。

附图说明

通过下述参照附图说明的实施例，本发明的上述以及进一步的项目，特征以及优点会更加清楚。其中，图中的符号代表要素。

图1是关于本发明的实施方式的电动液压式动力转向装置的构成图。

图2是表示实施方式的液压控制装置的构成的框图。

图3是表示实施方式的电机的特性信息的映射图。以及

图4是表示由实施方式的电机控制装置执行的转速推定处理的顺序的流程图。

具体实施方式

以下,参照附图来说明本发明的实施方式。

参照图1来说明电动液压式动力转向装置1的整体构成。电动液压式动力转向装置1具有转向轮2、车轮3、转向装置主体10、以及液压辅助装置20。转向装置主体10具有转向轴11、齿条轴12、以及转向横拉杆13。转向轴11的端部连结有转向轮2。齿条轴12与转向轴11的齿轮咬合。转向横拉杆13将齿条轴12的端部和车轮3相互连结。

液压辅助装置20具有车速传感器21、转向角传感器22、扭矩传感器23、液压控制装置30、液压泵41、电机42、储存器43、液压缸44、以及流量控制阀45。

车速传感器21生成根据车辆的行驶速度而变化的信号作为车速信号SS。转向角传感器22生成根据转向轴11的旋转量而变化的信号作为转向角信号θS。扭矩传感器23生成根据转向轴11的扭曲量而变化的信号作为扭矩信号TS。

液压控制装置30基于车速信号SS、转向角信号θS以及扭矩信号TS来控制电机42的转速ω以及流量控制阀45的开度。液压泵41与储存器43以及流量控制阀45连接。液压泵41从储存器43向流量控制阀45送出工作油。电机42产生驱动液压泵41的扭矩。储存器43贮存液压辅助装置20的工作油。

液压缸44具有活塞51、第1液压室52以及第2液压室53。液压缸44在内部空间插入有齿条轴12。活塞51与齿条轴12一体形成。活塞51将液压缸44的内部空间划分成第1液压室52以及第2液压室53。第1液压室52以及第2液压室53与流量控制阀45连接。

流量控制阀45与作为工作油的供给源的液压泵41连接。流量控制阀45与作为工作油的供给目的地以及排出源的第1液压室52以及第2液压室53连接。流量控制阀45与作为来自第1液压室52或者第2液压室53的工作油的排出目的地的储存器43连接。流量控制阀45控制工作油的流量、供给目的地以及排出源。

参照图1来说明电动液压式动力转向装置1的动作。液压控制装置30计算流量控制阀45的开度。液压控制装置30基于向齿条轴12赋予的力F的方向(以下为辅助方向)，从第1液压室52以及第2液压室53中决定工作油的供给目的地以及排出源。液压控制装置30生成表示流量控制阀45的开度、工作油的供给目的地以及排出源的控制信号CS。液压控制装置30在选择左方向作为辅助方向时，生成表示第1液压室52作为工作油的供给目的地、且表示第2液压室53作为工作油的排出源的控制信号CS。液压控制装置30在选择了右方向作为辅助方向时，生成表示第2液压室53作为工作油的供给目的地、且表示第1液压室52作为工作油的排出源的控制信号CS。

在向第1液压室52供给工作油，且从第2液压室53排出工作油时，活塞51将左方向的力F赋予给齿条轴12。在向第2液压室53供给工作油，且从第1液压室52排出工作油时，活塞51将右方向的力F赋予给齿条轴12。

齿条轴12利用从转向轴11赋予的力以及从活塞51赋予的力F，向与转向轮2的旋转方向对应的方向移动。

参照图2来说明液压控制装置30的构成。液压控制装置30具有驱动回路31、电压传感器32、电流传感器33以及电机控制装置34。

驱动回路31根据电机控制装置34的控制，来控制从电源(省略图示)向电机42施加的电压V。电压传感器32生成根据从驱动回路31向电机42施加的电压V而变化的电压信号VS。电流传感器33生成根据从驱动回路31向电机42供给的电流I而变化的电流信号IS。电机控制装置34基于车速信号SS、转向角信号θS、扭矩信号TS、电压信号VS以及电流信号IS，来控制驱动回路31以及流量控制阀45。

对电机42以及流量控制阀45的控制进行说明。电机控制装置34基于车速信号SS、转向角信号θS以及扭矩信号TS，来判断向齿条轴12赋予的力F以及转向轮2的旋转方向。电机控制装置34基于转向轮2的旋转方向来判断辅助方向。

电机控制装置34基于力F来计算从液压泵41送出的工作油的流量。电机控制装置34基于从液压泵41送出的工作油的流量，来计算电机42的转速ω的目标值作为目标转速ωS。

电机控制装置34基于电压信号VS以及电流信号IS，来识别电机42的电压V的测量值VC以及电流I的测量值IC。电机控制装置34基于电流I的测量值IC、电压V的测量值VC以及电机42的特性值，来计算推定转速ωM。另外，推定转速ωM相当于速度推定值。

电机控制装置34基于推定转速ωM以及目标转速ωS的差值，来计算向电机42施加的电压V的目标值VT。电机控制装置34生成使从驱动回路31向电机42施加的电压V成为目标值VT的驱动信号KS。

电机控制装置34基于工作油的流量或者扭矩来计算流量控制阀45的开度。电机控制装置34基于辅助方向来决定工作油的供给目的地以及排出源。电机控制装置34生成表示流量控制阀45的开度、工作油的供给目的地、以及排出源的控制信号CS。

对电机控制装置34进行的推定转速ωM的计算处理进行说明。下述数式(1)表示用于计算电机42的推定转速ωM的数式。另外，在以下的各数式中，“R”表示电机42的电阻，“K”表示电机42的反电动势常数。

$\mathrm{\ω}M=\frac{1}{K}(VC-R\·IC)---\left(1\right)$

下述数式(2)表示用于计算电阻R的数式。数式(2)由对上述数式(1)进行变形而被导出。

$R=\frac{VC-K\·\mathrm{\ω}M}{IC}---\left(2\right)$

电机控制装置34将规定的定时的测量值IC、测量值VC以及推定转速ωM分别作为上述特性值的电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD进行存储。下述数式(3)表示在上述数式(2)中使用了电流特性值ID、电压特性值VD、以及转速特性值ωD的数式。

$R=\frac{VD-K\·\mathrm{\ω}D}{ID}---\left(3\right)$

下述数式(4)表示用于计算推定转速ωM的数式。数式(4)是通过将上述数式(3)代入上述数式(1)而被导出的。

$\mathrm{\ω}M=\frac{1}{K}(VC-\frac{IC}{ID}VD)+\mathrm{\ω}D\frac{IC}{ID}---\left(4\right)$

参照图3来说明基于电机控制装置34的电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD的存储处理。电机控制装置34存储有规定向电机42供给的电流I和转速ω的对应关系(以下为特性信息(图3))的数式。如图3所示，电流I以及转速ω具有反比的对应关系。规定特性信息的数式由对上述数式(2)进行变形而得到的下述数式(5)所示。

$IC=\frac{VC-K\·\mathrm{\ω}M}{R}---\left(5\right)$

电机控制装置34并行地进行使电机42的转速ω成为目标转速ωS的控制、和对电机42以超过规定值的转速ω旋转的情况进行抑制的控制。因此，电机控制装置34基于测量值IC来判断电机42的转速ω是否为规定的最大转速特性值ωMAX。

电机控制装置34向上述数式(5)代入最大转速特性值ωMAX、测量值VC以及电阻R的规定的初始值(以下为初始电阻RS)，由此计算与最大转速特性值ωMAX对应的下限电流特性值IMIN。

电机控制装置34将测量值IC为下限电流特性值IMIN的时刻判定为作为上述规定的定时的第1更新定时。电机控制装置34在第1更新定时时，将电流特性值ID更新为下限电流特性值IMIN，将电压特性值VD更新为测量值VC的值，将转速特性值ωD更新为最大转速特性值ωMAX。另外，在第1更新定时被更新的电压特性值VD相当于下限电压特性值。

电机控制装置34并行地进行使电机42的转速ω成为目标转速ωS的控制、和对电机42的转速ω成为小于规定值的情况进行抑制的控制。因此，电机控制装置34基于测量值IC来判断电机42的转速ω是否为规定的最小转速特性值ωMIN。

电机控制装置34向上述数式(5)代入最小转速特性值ωMIN、测量值VC以及初始电阻RS，由此计算与最小转速特性值ωMIN对应的电流的上限电流特性值IMAX。

电机控制装置34将电流I为上限电流特性值IMAX的时刻判定为作为上述规定的定时的第2更新定时。电机控制装置34在第2更新定时时，将电流特性值ID更新为上限电流特性值IMAX，将电压特性值VD更新为测量值VC，将转速特性值ωD更新为最小转速特性值ωMIN。另外，在第2更新定时更新的电压特性值VD相当于上限电压特性值。

对推定转速ωM所包含的误差进行说明。推定转速ωM具有推定误差ΔωM。转速特性值ωD具有误差ΔωD。因此，上述数式(4)若使用推定误差ΔωM以及误差ΔωD，则变形为下述数式(6)所示。

$\mathrm{\ω}M+\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}M=\frac{1}{K}(VC-\frac{IC}{ID}VD)+(\mathrm{\ω}M+\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}M)\frac{IC}{ID}---\left(6\right)$

最小转速特性值ωMIN以及最大转速特性值ωMAX作为将上限电流特性值IMAX、以及下限电流特性值IMIN的电流I供给至电机42时的转速ω的实际测量值存储于电机控制装置34。即，在第1更新定时或者第2更新定时更新电流特性值ID、电压特性值VD、以及转速特性值ωD的处理是将其分别更新为与测量出转速ω的实际测量值时的值接近的值。

因此，电机控制装置34通过在第1更新定时或者第2更新定时更新电流特性值ID、电压特性值VD、以及转速特性值ωD，能够使误差ΔωD为最小。

下述数式(7)表示用于计算推定误差ΔωM的数式。数式(7)通过将上述数式(4)代入上述数式(6)的左边并进行整理而导出。

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}M=\frac{IC}{ID}\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}D---\left(7\right)$

如上述数式(7)所示，推定误差ΔωM与误差ΔωD成正比。因此，电机控制装置34通过使误差ΔωD为最小，能够使推定转速ωM的推定误差ΔωM为规定的最小值。

参照图4来说明电机控制装置34的转速计算处理。在步骤S11中，电机控制装置34将测量值VC、初始电阻RS、以及最大转速特性值ωMAX代入上述数式(5)，由此计算与最大转速特性值ωMAX对应的下限电流特性值IMIN。

在步骤S12中，电机控制装置34判定测量值IC是否是下限电流特性值IMIN。在步骤S12中进行了否定判定的情况下，电机控制装置34进入步骤S13的处理。在步骤S12中进行了肯定判定的情况下，电机控制装置34进入步骤S17的处理。

在步骤S13中，电机控制装置34将测量值VC、初始电阻RS以及最小转速特性值ωMIN代入上述数式(5)，由此计算上限电流特性值IMAX。

在步骤S14中，电机控制装置34判定测量值IC是否是上限电流特性值IMAX。在步骤S14中进行了肯定判定的情况下，电机控制装置34进入步骤S15的处理。在步骤S14中进行了否定判定的情况下，电机控制装置34进入步骤S19的处理。

在步骤S15中，电机控制装置34将电流特性值ID从在该时间点设定的值更新为上限电流特性值IMAX。在步骤S16中，电机控制装置34将转速特性值ωD从在该时间点设定的值更新为最小转速特性值ωMIN的值。

在步骤S17中，电机控制装置34将电流特性值ID从在该时间点设定的值更新为下限电流特性值IMIN。在步骤S18中，电机控制装置34将转速特性值ωD从在该时间点设定的值更新为最大转速特性值ωMAX。

在步骤S19中，电机控制装置34将电压特性值VD从在该时间点设定的值更新为测量值VC。在步骤S20中，电机控制装置34将测量值VC、测量值IC、电流特性值ID、电压特性值VD、转速特性值ωD以及反电动势常数K代入上述数式(4)，由此计算推定转速ωM。

本实施方式的电机控制装置34实现以下的效果。电机控制装置34在电机42的工作过程中，在规定的定时更新电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD。电机控制装置34基于电流特性值ID、电压特性值VD、转速特性值ωD、测量值IC、测量值VC以及反电动势常数K来计算推定转速ωM。电机42的电阻R在电机42的工作过程中发生变动。电机42的电阻R基于电流特性值ID、电压特性值VD、转速特性值ωD以及反电动势常数K，根据上述数式(3)而被算出。根据上述构成，电机控制装置34在电机42的工作过程中更新电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD。因此，电机控制装置34能够通过考虑电阻R的变动来将推定误差ΔωM设为较小的数值，从而来计算推定转速ωM。

本发明包含上述实施方式以外的实施方式。以下示出了作为本发明的其他实施方式的上述实施方式的变形例。另外，以下的各变形例也可以相互组合。

实施方式的电机控制装置34在测量值IC为下限电流特性值IMIN或者上限电流特性值IMAX时，更新电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD。另一方面，变形例的电机控制装置34在特性曲线上的测量值IC为下限电流特性值IMIN和上限电流特性值IMAX之间的判定电流IMID时，更新电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD。作为判定电流IMID，使用预先在映射图上被预先规定的值。总而言之，只要是特性曲线上的电流值，就能够不限于下限电流特性值IMIN以及上限电流特性值IMAX而用作用于判定更新定时的电流值。

实施方式的电机控制装置34在电机42的旋转中不计算电阻R。另一方面，变形例的电机控制装置将电流特性值ID、电压特性值VD、转速特性值ωD以及反电动势常数K代入上述数式(3)，由此在电机42的旋转中计算电阻R。

实施方式的电机控制装置34控制液压泵41的电机42。另一方面，变形例的电机控制装置控制电动动力转向装置的电机以及对在车辆的怠速停止时使变速箱油循环的泵进行驱动的电机等、其他装置中的电机。

实施方式的电机控制装置34存储规定特性信息的数式。另一方面，变形例的电机控制装置34基于该数式，储存分别对应表示电流特性值ID、电压特性值VD、以及转速特性值ωD的特性信息映射图。

实施方式的电机控制装置34基于上限电流特性值IMAX以及下限电流特性值IMIN这2个电流特性值来判定第1更新定时以及第2更新定时。另一方面，变形例的电机控制装置34基于任意一方的电流特性值或者3个以上的电流特性值来判定规定的定时，由此更新电流特性值ID、电压特性值VD以及转速特性值ωD。

Claims (7)

1.一种电机控制装置，其是计算电机的转速的推定值亦即速度推定值的电机控制装置，其特征在于，

具有表示作为所述电机的特性的转速与电流的关系的特性信息，

基于所述特性信息，来设定作为所述电机的转速的基准值的转速特性值、以及作为所述电机的电流的基准值的电流特性值，

基于向所述电机供给的电流的测量值亦即电流值、向所述电机施加的电压的测量值亦即电压值、所述电流特性值、在所述电流值为所述电流特性值时测量出的所述电机的电压的基准值亦即电压特性值、所述转速特性值、以及反电动势常数，来计算所述速度推定值。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具有表示所述电机的转速与电流的关系的映射图作为所述特性信息，在所述映射图上具有在所述电机的控制中向所述电机供给的电流的上限值，将所述电流的上限值设定为所述电流特性值，将与该电流特性值对应的转速设定为所述转速特性值。

3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具有表示所述电机的转速与电流的关系的映射图作为所述特性信息，在所述映射图上具有在所述电机的控制中向所述电机供给的电流的下限值，将所述电流的下限值设定为所述电流特性值，将与该电流特性值对应的转速设定为所述转速特性值。

4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具有表示所述电机的转速与电流的关系的映射图作为所述特性信息，在所述映射图上具有在所述电机的控制中向所述电机供给的电流的上限值以及下限值，将所述电流的上限值设定为作为所述电流特性值的上限电流特性值，将所述电流的下限值设定为作为所述电流特性值的下限电流特性值，将与所述上限电流特性值对应的转速设定为作为所述转速特性值的最小转速特性值，将与所述下限电流特性值对应的转速设定为作为所述转速特性值的最大转速特性值。

5.根据权利要求4所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置基于所述电流值、所述电压值、所述上限电流特性值、作为在所述电流值为所述上限电流特性值时测量出的所述电压特性值的上限电压特性值、所述最小转速特性值、以及所述反电动势常数，来计算所述速度推定值，

所述电机控制装置基于所述电流值、所述电压值、所述下限电流特性值、作为在所述电流值为所述下限电流特性值时测量出的所述电压特性值的下限电压特性值、所述最大转速特性值、以及所述反电动势常数，来计算所述速度推定值。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置将所述电流值（IC）、所述电压值（VC）、所述电流特性值（ID）、所述电压特性值（VD）、所述转速特性值（ωD）、以及反电动势常数（K）代入下述数式，由此计算所述速度推定值（ωM）

$\mathrm{\ωM}=\frac{1}{K}(\mathrm{VC}-\frac{\mathrm{IC}}{\mathrm{ID}}\mathrm{VD})+\mathrm{\ωD}\frac{\mathrm{IC}}{\mathrm{ID}}.$

7.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置基于所述电流特性值、所述电压特性值、所述转速特性值、以及所述反电动势常数，来计算所述电机的电阻的推定值亦即电阻推定值。