CN112585865B - 电源电流控制装置、电动致动器产品以及电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

当通过上限电流值限制电源电流来缓和电源电压的降低时，抑制了上限电流值的设定变得过小或过大。电源电流控制装置具有：电压检测单元(35)，其检测从电源电路施加的电源电压；电流检测单元(36)，其检测从电源电路供给的电源电流；电流限制值计算部(41)，其基于电压检测单元检测出的电源电压与规定的设定电压的差、电流检测单元检测出的电源电流以及表示电源电路的电阻成分的电阻模型来计算电流限制值；电源电流限制部(42)，其基于电流限制值来限制电源电流的大小；变化率限制值计算部(43)，其根据上述的差以及电源电压的变化速度计算出变化率限制值；以及电源电流变化率限制部(44)，其根据变化率限制值来限制电源电流的变化率。

Description

电源电流控制装置、电动致动器产品以及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及对从电源电路向负载供给的电源电流进行限制的电源电流控制装置、使用该电源电流控制装置的电动致动器产品以及电动助力转向装置。
背景技术
提出了以使提供给负载的电源电压不低于规定的下限值的方式限制电源电流的技术。
例如，在向电动助力转向装置那样的负载供给电源的情况下，当由于消耗电力的增大而使电源电压低于下限值时，转向辅助力的赋予停止。因此，为了不使转向辅助力停止，在电源电压降低的情况下，例如即使转向辅助力降低也需要抑制消耗电力。
因此，在下述专利文献1中记载的电动助力转向装置根据电源电压与设定电压的偏差的比例成分以及微分成分来决定电源电流的上限电流值，并以使电源电压成为设定电压的方式进行反馈控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4352268号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，当仅基于电源电压来设定限制电源电流的上限电流值时，上限电流值有时变得过小或者过大。
例如，在已经流动系统允许的最大允许电流并且因此电源电压接近下限值的情况下，几乎不需要将上限电流值设定为小于最大允许电流。另一方面，在尽管电源电流几乎没有流动但电源电压降低的情况下，需要通过设定更小的上限电流值来强烈地限制电源电流。
这样，当简单地根据电源电压的降低而使上限电流值下降时，上限电流值有时变得过小或过大。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，在利用上限电流值限制电源电流来缓和电源电压的降低时，抑制上限电流值的设定变得过小或过大。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的一个方式的电源电流控制装置具有：电压检测单元，其检测从电源电路施加的电源电压；电流检测单元，其检测从电源电路供给的电源电流；电流限制值计算部，其根据由电压检测单元检测出的电源电压与规定的设定电压的差、由电流检测单元检测出的电源电流以及表示电源电路的电阻成分的电阻模型来计算电流限制值；以及电源电流限制部，其根据电流限制值来限制电源电流的大小。
这样，不仅根据电源电压，还根据电源电流的检测值和电源电路的电阻模型来计算电流限制值，由此，能够抑制电流限制值的设定变得过小或过大。
另外，当根据表示电源电路的电阻成分的电阻模型来计算电流限制值时，电流限制值受到电源电路的实际的电阻值与电阻模型之间的误差的影响。并且，电源电路的实际的电阻值有时容易变动。
例如，在使用电池作为电源的情况下，由于经时老化、连接器的接触电阻、线束的劣化、温度上升等，电源电路的电阻值发生变动。
并且，例如在电动助力转向装置的情况下，当电池端子脱落而使电动助力转向装置与发电机直接连接时，由于电源电流的增加，电源电压容易下降，可看作从电动助力转向装置来看的电源电路的内部电阻增加。
当电源电路的实际的电阻值与用于计算电流限制值的电阻模型之间产生误差时，有时会出现电源电流基于电流限制值被过度限制的状态，电源电流和电源电压变得不稳定。
并且，在电动助力转向装置的情况下，由电源电流的急剧减小引起的转向辅助力的骤减而导致转向感的降低。因此，优选电源电流的限制平缓。
因此，本发明的一个方式的电源电流控制装置具有：变化率限制值计算部，其根据电压检测单元检测出的电源电压与规定的设定电压的差、以及电源电压的变化速度来计算变化率限制值；以及电源电流变化率限制部，其根据变化率限制值来限制电源电流的变化率。
根据由于电源电路的实际的电阻值而发生变动的电源电压的变化速度来限制电源电流的变化率，由此，即使在实际的电阻值与电阻模型之间产生误差，也能够抑制电源电流和电源电压变得不稳定。
并且，通过限制电源电流的变化率，能够平稳地开始电动助力转向装置的情况下的转向辅助力的限制。
根据本发明的其他一个方式，提供电动致动器产品，该电动致动器产品具有：上述电源电流控制装置；以及马达，其由被电源电流控制装置控制的电源电流驱动。
根据本发明的又一方式，提供电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过上述电动致动器产品对车辆的转向系统赋予转向辅助力。
发明效果
根据本发明，在利用上限电流值限制电源电流来缓和电源电压的下降时，能够抑制上限电流值的设定变得过小或过大。
附图说明
图1是示出实施方式的电动助力转向装置的一例的概要的结构图。
图2是示出实施方式的控制单元的功能结构的一例的框图。
图3是示出第1实施方式的电流限制部的功能结构的一例的框图。
图4是电源电路的电阻模型的一例的说明图。
图5的(a)和(b)是示出通过电源电流限制部限制了电流电源的情况下的电源电流与电源电压的模拟结果的时序图。
图6是变化率限制值CrLim的计算映射的第1例的说明图。
图7的(a)和(b)是示出通过电源电流限制部限制电流电源并且通过电源电流变化率限制部限制了变化率的情况下的电源电流与电源电压的模拟结果的时序图。
图8的(a)是变化率限制值CrLim的计算映射的第2例的说明图，图8的(b)是增益计算映射的第1例。
图9的(a)是变化率限制值CrLim的计算映射的第3例的说明图，图9的(b)是增益计算映射的第2例。
图10是实施方式的电源电流控制方法的一例的流程图。
图11是示出第2实施方式的电流限制部的功能结构的一例的框图。
图12是示出第3实施方式的电流限制部的功能结构的一例的框图。
图13是示出第4实施方式的电流限制部的功能结构的一例的框图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
另外，以下所示的本发明的实施方式例示了用于将本发明的技术思想具体化的装置和方法，但本发明的技术思想并不是将构成部件的结构、配置等特定为下述内容。本发明的技术思想可以在权利要求书记载的权利要求所规定的技术范围内进行各种变更。
以下，对将本发明的电源电流控制装置应用于电动助力转向装置的例子进行说明，但本发明并不限定于此，能够应用于使用电源的各种电气设备。例如，本发明的电源电流控制装置适用于具有由电源电流驱动的马达的电动致动器产品，能够用于驱动马达的电源电流的控制。
(第1实施方式)
(结构)
图1示出实施方式的电动助力转向装置的结构例。方向盘1的转向轴(柱轴、操纵轴)2经由减速齿轮3、万向联轴器4A和4B、齿轮齿条机构5而与转向车轮的拉杆6连结。在转向轴2上设置有检测方向盘1的转向转矩Th的转矩传感器10，辅助方向盘1的转向力的马达20经由减速齿轮3而与转向轴2连结。
从作为电源的电池1向控制助力转向装置的控制单元(ECU)30供给电力，并且从点火键11输入点火键信号，控制单元30根据由转矩传感器10检测出的转向转矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vh，使用辅助映射等进行辅助指令的转向辅助指令值的运算，根据运算出的转向辅助指令值来控制向马达20供给的电流I。
在这样构成的电动助力转向装置中，利用转矩传感器10检测从方向盘1传递的由驾驶员的方向盘操作产生的转向扭矩Th，通过基于检测出的转向扭矩Th和车速Vh计算出的转向辅助指令值，对马达20进行驱动控制，该驱动作为驾驶员的方向盘操作的辅助力(转向辅助力)而被赋予给转向系统，驾驶员能够以较轻的力进行转向操作。即，根据由方向盘操作输出的转向扭矩Th和车速Vh来计算转向辅助指令值，根据基于该转向辅助指令值如何控制马达20，来决定方向盘操作中的感觉的好坏，从而较大地左右电动助力转向装置的性能。
控制单元30例如可以具有包括处理器和存储装置等周边部件的计算机。处理器例如可以是CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)或MPU(Micro-Processing Unit：微处理单元)。
存储装置可以具有半导体存储装置、磁存储装置以及光学存储装置中的任意一者。存储装置可以包括寄存器、高速缓冲存储器、作为主存储装置使用的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)以及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储器。
另外，也可以由用于执行以下说明的各信息处理的专用硬件形成控制单元30。
例如，控制单元30也可以具有设定在通用的半导体集成电路中的功能性逻辑电路。例如，控制单元30可以具有现场可编程门阵列(FPGA：Field-Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等可编程逻辑器件(PLD：Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)等。
参照图2对实施方式的控制单元30的功能结构的一例进行说明。控制单元30具有基本电流指令值运算部31、马达控制部32、电流限制部33以及马达驱动电路34。
基本电流指令值运算部31、马达控制部32以及电流限制部33的功能例如通过控制单元30的处理器执行存储在存储装置中的计算机程序来实现。
并且，马达驱动电路34例如可以是如下的变换器：该变换器具有通过场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor：场效应晶体管)等开关元件分别形成了上侧臂和下侧臂的桥结构。
基本电流指令值运算部31根据由转矩传感器10检测出的转向转矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vh，使用辅助映射等计算对马达20通电的辅助电流，并运算作为辅助电流的控制目标值的电流指令值。
马达控制部32以使马达20中流过由基本电流指令值运算部31计算出的辅助电流的方式生成马达驱动电路34的控制信号。
由电池14对马达驱动电路34施加电源电压VR，从电池14供给电源电流Ibat。作为电压检测单元的电压传感器35检测施加到马达驱动电路34的施加电压作为电源电压VR。作为电流检测单元的电流传感器36检测流过马达驱动电路34的电源电流Ibat。供给到马达驱动电路34的电源电流Ibat通过由马达控制部32生成的控制信号而进行接通/断开控制，从而作为辅助电流供给到马达20。
电流限制部33根据电压传感器35检测出的电源电压VR和电流传感器36检测出的电源电流Ibat，对从电池14向马达驱动电路34供给的电源电流进行控制。以下，有时将电压传感器35检测出的电源电压VR标记为“电源电压VR的检测值”，将电流传感器36检测出的电源电流Ibat标记为“电源电流Ibat的检测值”。
参照图3，对第1实施方式的电流限制部33的功能结构的一例进行说明。电流限制部33具有减法器40、电流限制值计算部41以及电源电流限制部42。
减法器40计算从电源电压VR的检测值减去规定的下限电压VLo后的差(VR-VLo)。下限电压VLo例如可以是在电动助力转向装置所容许的针对马达驱动电路34的施加电压的最小值上加上规定的余量后的电压。
下限电压VLo由进行电源管理的车辆侧控制单元通过CAN发送而设定，或者在控制单元30内设定。
电流限制值计算部41根据差(VR-VLo)、电源电流Ibat的检测值以及表示向马达驱动电路34供给电源电压VR的电源电路的电阻成分的电阻模型，计算对流过马达驱动电路34的电源电流Ibat的上限进行限制的电流限制值IbatMAX。
以下对电流限制值IbatMAX的计算方法的一例进行说明。以下，将表示向马达驱动电路34供给电源电压VR的电源电路的电阻成分的电阻模型简单表述为“电阻模型”。
图4是电阻模型的一例的说明图。例如，电阻模型具有电池14的内部电阻Rb、连接电池14和线束的连接器的接触电阻Rc1和Rc2、线束电阻Rh1和Rh2、连接线束和电动助力转向装置的接触电阻Rc3和Rc4、以及电动助力转向装置内的电路电阻Rdc。电压Vbat表示由于内部电阻Rb而下降之前的电池14的生成电压。
当将上述电阻Rb、Rc1～Rc4、Rh1、Rh2及Rdc的电阻值的总和表示为Rs时，下式(1)成立。
Vbat＝VR+Rs×Ibat (1)
这里，将作为电源电流Ibat的上限的电流限制值IbatMAX设定为使电源电压VR达到下限电压VLo时的电源电流Ibat。在该情况下，下式(2)成立。
Vbat＝VLo+Rs×IbatMAX (2)
从式(1)和式(2)得到电流限制值IbatMAX的计算式(3)。
IbatMAX＝(VR-VLo)/Rs+Ibat (3)
这里，右边第1项((VR-VLo)/Rs)表示电源电压VR从电压传感器35检测出的当前值到下限电压VLo变动了差(VR-VLo)时的电源电流Ibat的变动量。
在计算式(3)中，在电源电压VR从当前值变动到下限电压VLo时的电源电流Ibat的变动量中，电流传感器36检测出的电源电流Ibat的当前值的和被计算为电流限制值IbatMAX。
因此，电流限制值IbatMAX作为用于使电源电压VR成为下限电压VLo的电源电流的上限来进行计算。
另外，计算式(3)仅考虑了电阻成分，但也可以考虑电源电路内的感应成分和电容成分，使用电源电路的阻抗的模型来计算电流限制值IbatMAX。
另外，在上述说明中，作为电源电压VR，检测了施加在马达驱动电路34中的施加电压，但作为电源电压VR，可以使用在电池14与马达驱动电路34之间的各种中间点处检测的电源电压。例如，在使用电池端子电压作为电源电压VR的情况下，电阻值的总和Rs等于电池14的内阻Rb与连接器的接触电阻Rc1、Rc2的和。
参照图3。电流限制值计算部41将电流限制值IbatMAX输出到电源电流限制部42。电源电流限制部42限制电源电流Ibat，使得流过马达驱动电路34的电源电流Ibat的上限为电流限制值IbatMAX。
例如，电源电流限制部42可以通过限制图2所示的基本电流指令值运算部31运算出的电流指令值的上限来限制电源电流Ibat。
图5的(a)和图5的(b)示出通过电源电流限制部42限制了电源电流Ibat的上限时的电源电流Ibat以及电源电压VR的模拟结果。在本模拟中假设如下的情况：电池14的生成电压Vbat为12[V]，下限电压VLo为9[V]，电源电路的电阻值的总和Rs为0.05[Ω]，在某个时刻(0.01秒)突然流过80[A]的电流。
图5的(a)和图5的(b)示出没有电源电流限制部42的限制的情况下的波形(限制前电源电流)和被电源电流限制部42限制的情况下的波形。
此外，作为被电源电流限制部42限制的情况下的波形，示出了在电阻模型的电阻值Rs与电源电路的实际的电阻值之间没有误差的情况下的波形、以及实际的电阻值相对于电阻模型的电阻值Rs增加并且误差率分别为0.2、0.4、0.6、0.8及1(即20％、40％、60％、80％及100％)的情况下的波形。
以下，将电阻模型的电阻值Rs与电源电路的实际的电阻值之间的误差称为“模型误差”。并且，将模型误差定义为从实际的电阻值中减去电阻模型的电阻值Rs后的差(实际的电阻值-电阻模型的电阻值Rs)。另外，将模型误差率定义为将从实际的电阻值减去电阻模型的电阻值Rs后的差除以电阻模型的电阻值Rs而得的值{(实际的电阻值-电阻模型的电阻值Rs)/电阻模型Rs的电阻值}。
如图5的(a)所示，与在没有电源电流限制部42的限制的情况下流过80[A]的电流相比，在有电源电流限制部42的限制的情况下电流被限制为比80[A]小。
并且，在没有模型误差的情况下，被限制的电源电流立即稳定为电流限制值IbatMAX((12[V]-9[V])/0.05[Ω]＝60[A])，但在有模型误差的情况下限制变得不稳定，产生电源电流Ibat及电源电压VR的振动。特别是，在模型误差率为100％的情况下不收敛。在有模型误差的情况下产生振动是因为反复成为以下的状态(1)～(3)。
(1)当以时刻0.01秒将电源电流Ibat限制为60[A]时，由于实际的电阻比电阻模型大，因此电源电压VR过度降低而变得比理想值低。
(2)之后，随着过度的电压下降，电源电流的限制过度地作用，因此电源电压VR急剧恢复。
(3)随着电源电压VR的急剧恢复，电源电流的限制也急剧减弱，其结果是，电源电流急剧增加，电源电压VR过度降低而变得比理想值低。
参照图3。电流限制部33具有变化率限制值计算部43和电源电流变化率限制部44，通过限制电源电流的增加方向的变化率来防止上述状态(3)中的电源电流的骤增。
变化率限制值计算部43计算与差(VR-VLo)相感应的变化率限制值CrLim。变化率限制值计算部43例如可以使用具有图6所示的特性的变化率限制值CrLim的计算映射来计算变化率限制值CrLim。
在图6的例子中，当差(VR-VLo)从0变化到规定值V1时，变化率限制值CrLim从0变化到规定值CrLim1，在差(VR-VLo)为规定值V1以上的情况下，变化率限制值CrLim被维持为规定值CrLim1。
参照图3。电源电流变化率限制部44根据变化率限制值计算部43计算出的变化率限制值CrLim来限制电源电流Ibat的变化率。例如，电源电流变化率限制部44对电源电流Ibat的变化进行限制，以使电源电流Ibat的增加方向的变化率(即增加中的电源电流Ibat的变化率)为变化率限制值CrLim以下。
例如，电源电流变化率限制部44可以通过限制图2所示的基本电流指令值运算部31运算出的电流指令值的变化率来限制电源电流Ibat的变化率。
图7的(a)和图7的(b)示出通过电源电流限制部42限制了电源电流Ibat的上限并且通过电源电流变化率限制部44限制了变化率的情况下的电源电流Ibat以及电源电压VR的模拟结果。
模拟条件及各波形的凡例与图5的(a)和图5的(b)相同。
可知通过电源电流变化率限制部44的变化率限制，改善了由模型误差引起的电源电流Ibat和电源电压VR的不稳定的限制，使电源电流Ibat和电源电压VR更加稳定。
但是，没有模型误差的情况下的电源电流Ibat波形与没有进行变化率限制的情况下的波形(参照图5的(a))相比，电源电流Ibat的增加变得缓慢，限制稍微过度。
另一方面，在模型误差率为100％的情况下，在电源电流Ibat和电源电压VR稳定之前花费时间，希望加强变化率限制来缩短收敛时间。
因此，在本发明中，根据模型误差的大小(即，实际的电阻值相对于电阻模型的电阻值Rs的增加量)使电源电流变化率限制部44的变化率限制的强度发生变化，从而改善电源电流变化率限制部44的变化率限制的过度和不足。
例如，电源电路的实际的电阻值越增加，模型误差越大，电源电流变化率限制部44的变化率限制越强。相反，模型误差越小(电阻模型的电阻值Rs与电源电路的实际的电阻值的差(电源电路的实际的电阻值-电阻模型的电阻值Rs)越小)，电源电流变化率限制部44的变化率限制可以越弱。
这里，利用当电源电路的实际的电阻值增加时电源电压VR相对于相同大小的电源电流Ibat的变化的变化量(即电源电压VR的变化速度)变大的性质。
因此，变化率限制值计算部43根据电源电压VR的变化速度来校正变化率限制值CrLim。
在第1实施方式中，作为电源电压VR的变化速度，根据电源电压VR的检测值的微分量来校正变化率限制值CrLim。
参照图3。微分器45计算电源电压VR的检测值的微分值ΔVR。电源电压VR的检测值的减小方向的微分量(-ΔVR)即电源电压VR的检测值的减小率(电源电压VR的负的微分值的大小)越大，变化率限制值计算部43使变化率限制值CrLim越小，由此，模型误差越大，变化率限制越强。
由此，变化率限制值CrLim以如下方式设定：电源电压VR的检测值的减小速度越大，越进一步限制电源电流Ibat的增加方向的变化率。
变化率限制值计算部43可以使用图8的(a)所示的多个计算映射MAP-L和MAP-H来计算变化率限制值CrLim。
多个计算映射MAP-L和MAP-H是将差(VR-VLo)作为参数来指定相对于差(VR-VLo)的变化率限制值CrLim的映射，可用于计算与差(VR-VLo)相感应的变化率限制值CrLim。
在图8的(a)所示的计算映射MAP-L和MAP-H的例子中，差(VR-VLo)越增加，变化率限制值CrLim越增加，在差(VR-VLo)为阈值以上的范围内，变化率限制值CrLim恒定。
多个计算映射MAP-L和MAP-H对相同的差(VR-VLo)分别指定不同的变化率限制值CrLim。因此，通过计算映射MAP-L计算出的变化率限制值CrLim的值的大小与通过计算映射MAP-H计算出的变化率限制值CrLim的值的大小不同。
具体地说，对于相同大小的差(VR-VLo)，通过计算映射MAP-L计算出的值比通过计算映射MAP-H计算出的值小。因此，计算映射MAP-L用于计算限制比较强的变化率限制值CrLim，计算映射MAP-H用于计算限制比较弱的变化率限制值CrLim。
另外，变化率限制值计算部43使用图8的(b)所示的增益计算映射来计算增益G1。
增益G1与电源电压VR的检测值的减小方向的微分量(-ΔVR)即电源电压VR的检测值的减小率(电源电压VR的负的微分值的大小)相感应，在微分量(-ΔVR)为某种程度大的范围内，微分量(-ΔVR)越增加，增益G1越从值“0”逐渐增加到值“1”。
变化率限制值计算部43基于下式(4)根据增益G1来合成计算映射MAP-L和MAP-H的输出，由此使变化率限制值CrLim根据电源电压VR的检测值的微分量而变化。
变化率限制值CrLim＝(MAP-H输出)×(1-G1)+(MAP-L输出)×G1 (4)
取而代之，变化率限制值计算部43也可以使用图9的(a)所示的单一的计算映射MAP和图9的(b)所示的增益计算映射来计算与电源电压VR的检测值的微分量对应地变化的变化率限制值CrLim。
计算映射MAP是以差(VR-VLo)为参数来指定相对于差(VR-VLo)的变化率限制值CrLim的映射，可用于计算与差(VR-VLo)相感应的变化率限制值CrLim。
在图9的(a)所示的计算映射MAP的例子中，差(VR-VLo)越增加，变化率限制值CrLim越增加，在差(VR-VLo)为阈值以上的范围内，变化率限制值CrLim恒定。
变化率限制值计算部43使用图9的(b)所示的增益计算映射来计算增益G2，该增益G2与电源电压VR的检测值的减小方向的微分量(-ΔVR)相感应，在微分量(-ΔVR)为某种程度大的范围内，微分量(-ΔVR)越增加增益G2越从值“1”逐渐减小。
变化率限制值计算部43通过对由计算映射MAP计算出的变化率限制值乘以增益G2，计算与电源电压VR的检测值的微分量对应地变化的变化率限制值CrLim。
另外，上述变化率限制值CrLim的计算方法是例示，本发明不限于此。只要电源电压VR的检测值的减小方向的微分量越大，电源电流变化率限制部44的变化率限制能够越强即可，可以用各种方法计算变化率限制值CrLim。
(动作)
接着，参照图10对第1实施方式的致动器控制方法的一例进行说明。
在步骤S1中，电压传感器35检测电源电压VR。
在步骤S2中，电流传感器36检测电源电流Ibat。
在步骤S3中，电流限制值计算部41根据从电源电压VR的检测值减去规定的下限电压VLo而得的差(VR-VLo)、电源电流Ibat的检测值以及表示电源电路的电阻成分的电阻模型，计算电流限制值IbatMAX。
在步骤S4中，变化率限制值计算部43根据差(VR-VLo)和电源电压的变化速度ΔVR来计算变化率限制值CrLim。
在步骤S5中，电源电流限制部42根据电流限制值IbatMAX来限制电源电流Ibat的上限值。
在步骤S6中，电源电流变化率限制部44根据变化率限制值CrLim来限制电源电流Ibat的变化率。
然后，处理结束。
(第1实施方式的效果)
(1)电压传感器35检测从具有电池14的电源电路施加的电源电压VR。电流传感器36检测从电源电路供给的电源电流Ibat。电流限制值计算部41根据电压传感器35检测出的电源电压VR与规定的设定电压VLo的差(VR-VLo)、电流传感器36检测出的电源电流Ibat以及表示电源电路的电阻成分的电阻模型，计算电流限制值IbatMAX。电源电流限制部42根据电流限制值IbatMAX来限制电源电流Ibat的大小。变化率限制值计算部43根据差(VR-VLo)和电源电压VR的变化速度来计算变化率限制值CrLim。电源电流变化率限制部44根据变化率限制值CrLim来限制电源电流Ibat的变化率。
这样，不仅根据电源电压VR，还根据电源电流Ibat的检测值和电源电路的电阻模型来计算电流限制值IbatMAX，由此，能够抑制电流限制值IbatMAX的设定变得过小或过大。
通过限制电源电流Ibat的变化率，即使在电阻模型与实际的电源电路的电阻值之间产生误差，也能够抑制电源电流和电源电压变得不稳定。
另外，由于根据电源电压VR的变化速度来计算变化率限制值CrLim，因此能够改善电源电流变化率限制部44对电源电流Ibat的变化率限制的过度和不足。
(2)变化率限制值计算部43以电源电压VR的减小速度越大越进一步限制电源电流Ibat的增加方向的变化率的方式设定变化率限制值CrLim。例如，微分器45可以计算电压传感器35检测出的电源电压VR的微分值ΔVR，变化率限制值计算部43根据差(VR-VLo)和微分值ΔVR来计算变化率限制值CrLim。由此，能够改善电源电流变化率限制部44对电源电流Ibat的变化率限制的过度和不足。
(第2实施方式)
接着，对第2实施方式的电流限制部33进行说明。电动助力转向装置及控制单元30的结构与参照图1及图2所述的第1实施方式的结构相同。
当电源电压VR的检测值及电源电流Ibat的检测值包含噪声成分时，在电流限制值计算部41计算出的电流限制值IbatMAX及变化率限制值计算部43计算出的变化率限制值CrLim中附加有噪声，电源电流限制部42和电源电流变化率限制部44的限制变得不合适。
因此，第2实施方式的电流限制部33具有使电源电压VR的检测值平滑化的滤波器以及使电源电流Ibat的检测值平滑化的滤波器中的至少一方。
参照图11。第2实施方式的电流限制部33的功能结构具有与图3所示的第1实施方式相同的功能结构，相同的参照标号表示相同的构成要素。
第2实施方式的电流限制部33具有将电源电流Ibat的检测值平滑化的低通滤波器(LPF)60和将电源电压VR的检测值平滑化的低通滤波器61。
关于减法器40、电流限制值计算部41、变化率限制值计算部43以及微分器45的电流限制值IbatMAX和变化率限制值CrLim的计算，除了代替电源电压VR的检测值本身和电源电流Ibat的检测值本身而使用各自的平滑化后的值以外，其余与第1实施方式相同。
在以下说明的第3实施方式和第4实施方式中，也可以设置使电源电流Ibat的检测值平滑化的低通滤波器60和使电源电压VR的检测值平滑化的低通滤波器61。作为使检测值平滑的滤波器，不限于低通滤波器，可以使用平均化处理或其他方法。
(第2实施方式的效果)
电流限制部33具有使电源电流Ibat的检测值平滑化的低通滤波器60和使电源电压VR的检测值平滑化的低通滤波器61中的至少一方。由此，通过电源电压VR的检测值及电源电流Ibat的检测值中包含的噪声成分，向电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX及变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim中附加噪声，能够防止电源电流限制部42和电源电流变化率限制部44的限制变得不合适。
(第3实施方式)
接着，对第3实施方式的电流限制部33进行说明。电动助力转向装置及控制单元30的结构与参照图1及图2所述的第1实施方式的结构相同。
当电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX和变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim振动时，电源电流限制部42和电源电流变化率限制部44的限制变得不稳定。
因此，第3实施方式的电流限制部33具有对由电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX的变化率进行限制的变化率限制器和对由变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim的变化率进行限制的变化率限制器中的至少一方。
并且，电源电压VR的检测值的微分值ΔVR容易因电源电压VR中包含的噪声成分或振动成分而急剧变化。基于微分值ΔVR计算的上述增益G1和G2也同样如此。
因此，第3实施方式的电流限制部33具有对由微分器45计算的微分值ΔVR的变化率进行限制的变化率限制器。
参照图12。第3实施方式的电流限制部33的功能结构具有与图3所示的第1实施方式相同的功能结构，相同的参照标号表示相同的构成要素。
第3实施方式的电流限制部33具有：变化率限制器62，其限制由电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX的变化率；变化率限制器63，其限制由变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim的变化率；以及变化率限制器64，其限制由微分器45计算的微分值ΔVR的变化率。
关于变化率限制值计算部43对变化率限制值CrLim的计算，除了代替电源电压VR的检测值的微分值ΔVR本身而使用变化率被变化率限制器64限制后的值以外，其余与第1实施方式相同。也可以配置变化率限制器64以限制基于微分值ΔVR计算的上述增益G1和G2的变化率，来代替针对电源电压VR的检测值的微分值ΔVR的变化率限制。
另外，电源电流限制部42根据变化率被变化率限制器62限制后的电流限制值IbatMAX来限制电源电流Ibat的上限值。电源电流变化率限制部44根据变化率被变化率限制器63限制后的变化率限制值CrLim来限制电源电流Ibat的变化率。
由变化率限制器62限制的变化率的上限的值在电流限制值IbatMAX增加的情况和减小的情况下也可以不同。例如，可以将电流限制值IbatMAX增加的情况下(即缓和限制的方向)的变化率的上限设定得比电流限制值IbatMAX减小的情况下(即加强限制的方向)的变化率的上限小。
同样，由变化率限制器63限制的变化率的上限值也可以在变化率限制值CrLim增加的情况和减小的情况下不同。例如，可以将变化率限制值CrLim增加的情况下的变化率的上限设定得比变化率限制值CrLim减小的情况下的变化率的上限小。
由此，在基于这些限制值IbatMAX和CrLim的限制缓和的情况下防止急剧的缓和，另一方面，在需要根据急剧的电源电压VR的减小而迅速地限制电源电流Ibat的情况下，对限制值IbatMAX和CrLim的变化难以施加限制。
进而，也可以将变化率限制器62构成为在电流限制值IbatMAX减小的情况下不限制电流限制值IbatMAX的变化。同样，也可以将变化率限制器63构成为在变化率限制值CrLim减小的情况下不限制变化率限制值CrLim的变化。
同样，由变化率限制器64限制的变化率的上限的值在微分值ΔVR增加的情况和减小的的情况下也可以不同。例如，可以将最终计算的变化率限制值CrLim增加的情况下(即缓和限制的方向)的微分值ΔVR的变化率的上限设定得比变化率限制值CrLim减小的情况下(即加强限制的方向)的微分值ΔVR的变化率的上限小。
在以下说明的第4实施方式中，可以设置对由电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX的变化率进行限制的变化率限制器62和对由变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim的变化率进行限制的变化率限制器63。
(第3实施方式的效果)
(1)电流限制部33具有对由电流限制值计算部41计算的电流限制值IbatMAX的变化率进行限制的变化率限制器62和对由变化率限制值计算部43计算的变化率限制值CrLim的变化率进行限制的变化率限制器63中的至少一方。
由此，能够抑制由于电流限制值IbatMAX和变化率限制值CrLim的振动而使电源电流限制部42和电源电流变化率限制部44的限制变得不稳定。
(2)电流限制部33具有限制由微分器45计算的微分值ΔVR的变化率的变化率限制器64。由此，能够抑制由电源电压VR中包含的噪声成分或振动成分引起的微分值ΔVR的急剧变化、基于微分值ΔVR计算的上述增益G1和G2的急剧变化。
(第4实施方式)
接着，对第4实施方式的电流限制部33进行说明。电动助力转向装置及控制单元30的结构与参照图1及图2所述的第1实施方式的结构相同。
如上所述，当在电流限制值IbatMAX的计算中使用的电阻模型的电阻值Rs与电源电路的实际的电阻值之间存在模型误差时，电源电流Ibat的限制变得不稳定。
因此，第4实施方式的电流限制部33计算电源电路的电阻成分的推测值Rse，并根据差(VR-VLo)、电源电流Ibat的检测值以及推测值Rse来计算电流限制值。
接着，第4实施方式的电源电流变化率限制部44代替根据电源电压VR的微分值ΔVR而根据推测值Rse与电阻模型的电阻值Rs的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来计算使变化率限制值CrLim变化的增益G1和G2。
如上所述，电源电流变化率限制部44意图根据模型误差的大小(即，实际的电阻值相对于电阻模型的电阻值Rs的增加量)来校正变化率限制值CrLim。因此，通过基于推测值Rse与电阻模型的电阻值Rs的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来计算增益G1和G2，能够进行与电源电路的电阻的增加对应的适当的校正。
参照图13。第4实施方式的电流限制部33的功能结构具有与图3所示的第1实施方式相同的功能结构，相同的参照标号表示相同的构成要素。
第4实施方式的电流限制部33具有计算电源电路的电阻成分的推测值Rse的电阻值推测部65。
电阻值推测部65基于不同时刻的电源电压VR的检测值和电源电流Ibat的检测值来计算电源电路的电阻成分的推测值Rse。
当将某个采样时刻t1的电源电压、电源电流以及电池14的生成电压分别表述为VR1、Ibat1以及Vbat1时，下式(5)成立。
Vbat1＝VR1+Rse×Ibat1 (5)
另外，当将与采样时刻t1不同的采样时刻t2的电源电压、电源电流以及电池14的生成电压分别表述为VR2、Ibat2以及Vbat2时，下式(6)成立。
Vbat2＝VR2+Rse×Ibat2 (6)
当假设电池14的生成电压几乎不变化而Vbat1≒Vbat2时，从式(5)和式(6)得到电阻成分的推测值Rse的计算式(7)。
Rse＝-(VR1-VR2)/(Ibat1-Ibat2) (7)
即，电阻值推测部65将在采样时刻t1和t2检测出的电源电压VR1和VR2的差(VR2-VR1)除以在采样时刻t1和t2检测出的电源电流Ibat1和Ibat2的差(Ibat1-Ibat2)而得的比计算为电阻成分的推测值Rse。
另外，为了维持推测值Rse的精度，电阻值推测部65也可以仅在电源电压VR1和VR2的差(VR2-VR1)及电源电流Ibat1和Ibat2的差(Ibat1-Ibat2)超过了规定的阈值的情况下采用推测值Rse的计算结果。另外，计算式(7)以Vbat1和Vbat2大致相等为前提，因此优选采样时刻t1和t2的时间间隔不太大。
电阻值推测部65将计算出的推测值Rse向电流限制值计算部41和变化率限制值计算部43输出。
电流限制值计算部41将上述的计算式(3)的Rs替换为推测值Rse来计算电流限制值IbatMAX。
变化率限制值计算部43根据推测值Rse与电阻模型的电阻值Rs的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来使变化率限制值CrLim变化，代替根据电源电压VR的微分值ΔVR使变化率限制值CrLim变化。
即，变化率限制值计算部43基于差(VR-VLo)、电阻模型的电阻值Rs与推测值Rse的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来计算变化率限制值CrLim。
这里，如果电源电路的电阻值增加，则电源电压VR相对于相同大小的电流变化的变化速度增加，此时的电源电压VR的变化速度的增加量与电阻值的增加量成比例。因此，基于差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来计算变化率限制值CrLim可以说是与基于电源电压VR的变化速度计算变化率限制值CrLim等价。
变化率限制值计算部43可以以使与电阻模型的电阻值Rs相比推测值Rse越大而变化率限制值CrLim越小的方式使变化率限制值CrLim变化。
例如，可以代替电源电压VR的检测值的减小方向的微分量(-ΔVR)，而将图8的(b)和图9的(b)的增益计算映射变更为与差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)相感应的增益G1和G2的映射。
另外，与如第1实施方式那样根据电源电压VR的微分量(-ΔVR)来校正变化率限制值CrLim的情况相比，根据推测值Rse与电阻模型的电阻值Rs的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来校正变化率限制值CrLim的方式在纠正因电阻值的增加带来的影响这一点上能够进行更适当的校正。
另一方面，根据电源电压VR的微分量(-ΔVR)的校正具有以下优点。
即，即使假设没有模型误差，在电源电流限制部42和电源电流变化率限制部44的响应性不足的情况下也不能立即按照电流限制值IbatMAX和变化率限制值CrLim来限制电源电流Ibat。因此，通过根据电源电压VR的微分量(-ΔVR)来加强电源电流Ibat的变化率限制，能够预先防止因响应性不足而引起的电源电流Ibat的限制的延迟。
因此，变化率限制值计算部43也可以从与电源电压VR的微分量(-ΔVR)相感应的增益G1或G2以及与差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)相感应的增益G1或G2中选择使变化率限制值CrLim进一步下降的增益来使用。由此，变化率限制值计算部43能够起到对电阻增加的校正效果和预防电源电流的限制的响应不足的效果这两者。
另外，这样，在并用基于电源电压VR的微分量(-ΔVR)的变化率限制值CrLim的校正和基于差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)的变化率限制值CrLim的校正的情况下，也可以具有对微分器45计算的微分值ΔVR的变化率进行限制的变化率限制器64。
(第4实施方式的效果)
(1)电阻值推测部65计算电源电路的电阻成分的推测值Rse。电流限制值计算部41基于差(VR-VLo)、电源电流Ibat的检测值以及推测值Rse来计算电流限制值IbatMAX。
由此，能够抑制由于模型误差导致电源电流Ibat的限制变得不稳定。
(2)变化率限制值计算部43基于差(VR-VLo)、电阻模型的电阻值Rs与推测值Rse的差(Rse-Rs)或比(Rse/Rs)来计算变化率限制值CrLim。由此，能够根据电源电路的电阻的增加来更适当地校正变化率限制值CrLim。
(变形例)
(1)检测电源电流Ibat的电流检测单元不限于电流传感器36。电流检测单元例如也可以根据通过其他传感器得到的值来推测电源电流Ibat。
例如，在用于电动助力转向装置等的马达驱动电路的情况下，能量收支由下式(8)表示。
在上式(8)中，VR是对变换器施加的变换器施加电压即电源电压，Ibat是从电池经由变换器流过马达的电池电流即电源电流，Kt是马达的转矩常数，Iq是q轴电流，Id是d轴电流，R是马达的每1相的电阻值，Ploss是由铁损或摩擦等引起的损失功率。
由于上式(8)的右边相当于消耗功率，因此通过将上式(8)的右边除以电源电压VR，可以推测电源电流Ibat。
(2)检测电源电压VR的电压检测单元不限于电压传感器35。电压检测单元例如也可以基于通过其他传感器得到的值来推测电源电压VR。
参照图4。考虑如下情况：作为电源电压VR，以使例如输入到电动助力转向装置的输入电压Vi(即，接触电阻Rc3的位置与接触电阻Rc4的位置之间的施加电压)为下限电压VLo以上的方式，对电源电流Ibat进行限制。
在这种情况下，电阻值的总和Rs被定义为电池14的内部电阻Rb、连接电池14和线束的连接器的接触电阻Rc1和Rc2、以及线束电阻Rh1和Rh2的总和(Rb+Rc1+Rc2+Rh1+Rh2)。
该输入电压Vi除了直接由传感器检测之外，还可以用以下的方法来推测。
在马达驱动电路34的施加电压(这里表述为“施加电压Va”)已知的情况下，在产生待推测为电源电压VR的输入电压Vi的位置与产生施加电压Va的位置之间存在的电阻的总和Ro是连接线束和电动助力转向装置的接触电阻Rc3、Rc4及电动助力转向装置内的电路电阻Rdc的总和(Ro＝(Rc3+Rc4+Rdc))。
因此，只要检测或推测出电源电流Ibat，就能够通过下式(9)来推测输入电压Vi。
Vin＝Va+Ro×Ibat (9)
相反，在输入到电动助力转向装置的输入电压Vi已知，将马达驱动电路34的施加电压Va推测为电源电压VR的情况下，能够通过下式(10)来推测。
Va＝Vin-Ro×Ibat (10)
这样，根据存在于可通过传感器等检测电压的位置与产生待推测的电压的位置之间的电阻值和电源电流Ibat，将电源电路上的任意点的电压推测为电源电压VR，由此，能够使用该推测值来限制电源电流Ibat，以使任意点的电压成为电源电压VLo以上。
这里记载的所有例子和条件性的用语是为了帮助读者理解本发明和为了技术的进展而由发明人赋予的概念，意图说明的目的，应当理解为并不限于具体记载的上述例子和条件、以及表示本发明的优越性和劣等性的本说明书中涉及的示例性结构。虽然对于本发明的实施例进行了详细说明，但应该理解为能够在不脱离本发明的主旨和范围的情况下对其进行各种变更、置换和修改。
标号说明
1：方向盘；2：转向轴；3：减速齿轮；4A、4B：万向联轴器；5：齿轮齿条机构；6：拉杆；10：转矩传感器；11：点火键；12：车速传感器；14：电池；20：马达；30：控制单元；31：基本电流指令值运算部；32：马达控制部；33：电流限制部；34：马达驱动电路；35：电压传感器；36：电流传感器；40：减法器；41：电流限制值计算部；42：电源电流限制部；43：变化率限制值计算部；44：电源电流变化率限制部；45：微分器；60、61：低通滤波器；62、63、64：变化率限制器；65：电阻值推测部。

Claims (10)

1.一种电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有：
电压检测单元，其检测从电源电路施加的电源电压；
电流检测单元，其检测从所述电源电路供给的电源电流；
电流限制值计算部，其根据所述电压检测单元检测出的所述电源电压与规定的设定电压的差、所述电流检测单元检测出的所述电源电流以及表示所述电源电路的电阻成分的电阻模型来计算电流限制值；
电源电流限制部，其根据所述电流限制值来限制所述电源电流的大小；
变化率限制值计算部，其根据所述差及所述电源电压的变化速度来计算变化率限制值；以及
电源电流变化率限制部，其根据所述变化率限制值来限制所述电源电流的变化率。
2.根据权利要求1所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述变化率限制值计算部以所述电源电压的减小速度越大越进一步限制所述电源电流的增加方向的变化率的方式设定所述变化率限制值。
3.根据权利要求1或2所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有微分器，该微分器计算所述电压检测单元检测出的所述电源电压的微分值，
所述变化率限制值计算部根据所述差和所述微分值来计算所述变化率限制值。
4.根据权利要求3所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有对所述微分器计算出的所述微分值的变化率进行限制的变化率限制器或对所述变化率限制值的计算中使用的、参照所述微分值的变量的变化率进行限制的变化率限制器。
5.根据权利要求1、2、4中的任意一项所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有电阻值推测部，该电阻值推测部计算所述电源电路的电阻成分的推测值，
所述电流限制值计算部根据所述差、由所述电流检测单元检测出的电源电流以及所述推测值来计算所述电流限制值。
6.根据权利要求1或2所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有电阻值推测部，该电阻值推测部计算所述电源电路的电阻成分的推测值，
所述变化率限制值计算部根据所述差、所述电阻模型的电阻值与所述推测值的差或比来计算所述变化率限制值。
7.根据权利要求1、2、4中的任意一项所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有使所述电压检测单元检测的所述电源电压的检测值平滑化的滤波器和使所述电流检测单元检测的所述电源电流的检测值平滑化的滤波器中的至少一方。
8.根据权利要求1、2、4中的任意一项所述的电源电流控制装置，其特征在于，
所述电源电流控制装置具有对所述电流限制值计算部计算出的所述电流限制值的变化率进行限制的变化率限制器和对所述变化率限制值计算部计算出的所述变化率限制值的变化率进行限制的变化率限制器中的至少一方。
9.一种电动致动器产品，其特征在于，
所述电动致动器产品具有：
权利要求1、2、4中的任意一项所述的电源电流控制装置；以及
马达，其由被所述电源电流控制装置控制的电源电流驱动。
10.一种电动助力转向装置，其特征在于，
所述电动助力转向装置通过权利要求9所述的电动致动器产品对车辆的转向系统赋予转向辅助力。
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