CN115313946A - 电机控制装置及具有电机控制装置的转向系统 - Google Patents

Abstract

公开了电机控制装置及具有电机控制装置的转向系统。具有大容量的主电源(10)和具有小容量的备用电源(20)可通过系统中的电源切换确定单元(25)切换。电机控制装置(300)通过主电源(10)或备用电源(20)驱动电机(80)。驱动控制单元(40)将通过电流检测值相对于电流命令值的反馈控制而计算的驱动信号输出至逆变器电路(70)。在电源切换确定单元(25)从主电源(10)切换为备用电源(20)的情况下，驱动控制单元(40)从使用主电源的正常控制转变为限制电力消耗并且防止备用电源(20)停止的备用控制。

Description

电机控制装置及具有电机控制装置的转向系统

技术领域

本公开内容涉及电机控制装置及具有电机控制装置的转向系统。

背景技术

通常，在被配置成在主电源与备用电源之间切换的系统中，已知使用主电源或备用电源的电力来驱动电机的装置。

例如，在专利文献1中公开的电动助力转向装置中，当使用备用电源驱动电机时，与使用主电源的情况相比，电动助力转向装置使弱磁控制的d轴电流增大并且抑制由于电压降引起的电机转速的降低。

此外，通常已知将从电源流向逆变器电路的电源电流限制为等于或小于上限值的电机控制装置。例如，专利文献2中公开的电机控制装置被应用于IPM电机的驱动。该电机控制装置基于电压命令值、电流检测值和目标电源电流来计算q轴电流限制值，并且还使用从q轴电流限制值转换而来的扭矩电流限制值来限制与电机的扭矩成比例的扭矩电流命令值。

现有技术文献

[专利文献]

专利文献1：JP-2007-326379-A。

专利文献2：JP-2020-127346-A。

发明内容

备用电源是在主电源发生故障时使用的应急子电池。与主电源(例如铅蓄电池)相比，要求备用电源紧凑且便宜。相比之下，备用电源的容量小。因此，在使用备用电源时，如果电源电流瞬时超调并且输出超过输出上限的电力，则备用电源停止并且电机输出功能丧失。例如，在电动助力转向系统中，可能存在这样的困难：当备用电源停止时，对转向辅助电机的驱动停止并且辅助功能丧失。专利文献1和专利文献2没有关于该困难进行任何描述。

本公开内容鉴于这些点而提供，并且其目的在于提供一种电机控制装置，该电机控制装置用于在使用备用电源驱动电机时避免由于备用电源的停止而导致电机输出功能丧失。

在本公开内容的电机控制装置中，系统被配置成能够利用电源切换确定单元在主电源与备用电源之间切换，主电源是具有相对大的容量的DC电源，备用电源是具有相对小的容量的DC电源。该系统通过主电源或备用电源的电力驱动电机。

该电机控制装置包括逆变器电路和驱动控制单元。逆变器电路将来自主电源或备用电源的DC电力转换成AC电力并将其提供给电机。驱动控制单元将通过电流检测值相对于电流命令值的反馈控制而计算的驱动信号输出至逆变器电路。

驱动控制单元包括电流检测值转换单元、电压命令值计算单元和电压命令上限保护单元。电流检测值转换单元对从逆变器电路流向电机的相电流的检测值进行坐标转换，并且计算d轴电流检测值和q轴电流检测值。

电压命令值计算单元计算被施加至逆变器电路的电压命令值或其相关值，即d轴电压命令值和q轴电压命令值，使得d轴电流检测值和q轴电流检测值分别遵循d轴电流命令值和q轴电流命令值。电压命令上限保护单元通过电压命令上限保护值来保护d轴电压命令值和q轴电压命令值的绝对值的上限。

在电源切换确定单元从主电源切换为备用电源的情况下，驱动控制单元从在使用主电源时执行的“正常控制”转变为限制电力消耗并防止备用电源停止的“备用控制”。因此，本公开内容的电机控制装置能够避免由于备用电源的停止而导致电机输出功能丧失。此外，在应用了本公开内容的电机控制装置的系统中，可以用低容量备用电源来实现备用控制，使得可以减小备用电源的尺寸和成本。

此外，本公开内容提供一种转向系统，包括：转向辅助电机，其输出转向辅助扭矩；反作用力电机，其针对驾驶员的转向输出反作用力扭矩；以及转动电机，其使轮胎转动。该电机控制装置控制作为电机的转向辅助电机、反作用力电机和转动电机中的至少一者的驱动。在要求高可靠性的转向系统中，特别有效地展示了电机控制装置的效果。

附图说明

根据以下参照附图所进行的详细描述，本公开内容的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是电动助力转向系统的示意图；

图2是线控转向系统的示意配置图；

图3是示出应用了电机控制装置的系统的电源配置的框图；

图4是图3的系统中的电源切换确定处理的流程图；

图5是第一实施方式和第二实施方式的驱动控制单元共用的反馈控制单元的框图；

图6是第一实施方式的驱动控制单元中用于IPM电机的电流命令计算单元的框图；

图7是向备用控制的转变处理的流程图；

图8是示出备用电源的充电量和温度与目标允许电力之间的关系的图；

图9是示出备用电源的充电量和温度与上限保护值限制比之间的关系的图；以及

图10是第二实施方式的驱动控制单元中用于SPM电机的电流命令计算单元的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据本公开内容的多个实施方式的电机控制装置。各实施方式的电机控制装置被应用于车辆的转向系统，并且控制转向辅助电机、反作用力电机以及转动电机的驱动。此外，第一实施方式将IPM电机作为驱动目标，并且第二实施方式将SPM电机作为驱动目标。在下面的描述中，第一实施方式和第二实施方式统称为本实施方式。

[转向系统]

参照图1和图2，将电动助力转向系统(在下文中，称为“EPS系统”)和线控转向系统(在下文中，称为“SBW系统”)的示意性配置描述为转向系统。在图1和图2中，仅示出一侧的轮胎99，而未示出相对侧的轮胎。

图1示出了EPS系统901的整体配置，在EPS系统901中转向机构和转动机构机械地耦接。虽然图1示出了齿条辅助型EPS系统，但是这同样适用于柱辅助型EPS系统。在EPS系统901中，转向轴92和齿条97通过中间轴95连接。

当驾驶员操作方向盘91时，转向轴92的旋转运动经由中间轴95传递至小齿轮96。小齿轮96的旋转运动被转换成齿条97的线性运动，并且设置在齿条97两端的拉杆98使转向节臂985往复运动以使轮胎99转动。

EPS系统901包括转向扭矩传感器94、电机控制装置300、转向辅助电机801等。转向扭矩传感器94被设置在转向轴92的中间部分以检测由驾驶员施加的转向扭矩。电机控制装置300包括驱动控制单元40和逆变器电路70。驱动控制单元40基于转向扭矩等计算要输出至逆变器电路70的驱动信号。通过从逆变器电路70提供电力而由转向辅助电机801输出的转向辅助扭矩经由减速齿轮89传递至齿条97。

图2示出了SBW系统902的整体结构，在SBW系统902中，转向机构和转动机构机械地分离。在SBW系统902中，转向轴92和齿条97分离。在转向轴92侧设置有针对驾驶员的转向输出反作用力扭矩的反作用力电机802。由反作用力电机802产生的反作用力扭矩经由减速齿轮79传递至转向轴92。在齿条97侧，设置有使齿条97直线运动以使轮胎99转动的转动电机803。转动电机803的扭矩经由减速齿轮89传递至轮胎99。

针对反作用力电机802和转动电机803各自分别提供包括驱动控制单元40和逆变器电路70的电机控制装置300。反作用力电机802的驱动控制单元40和转动电机803的驱动控制单元40彼此通信，并且计算要输出至相应的逆变器电路70的驱动信号，使得反作用力电机802和转动电机803彼此协作地操作。

在该实施方式中，EPS系统901的转向辅助电机801、SBW系统902的反作用力电机802和转动电机803全部使用三相无刷电机。第一实施方式的电机是IPM电机，即具有凸极性的嵌入式永磁型同步电机。第二实施方式的电机是SPM电机，即表面永磁体型同步电机。电机801、电机802和电机803每个均可以被配置为其中一体地形成有电机控制装置300的机械/电气集成电机。在图3及下文中，电机801、电机802和电机803被统称为“电机80”。

[系统电源配置]

接下来，参照图3，将对应用了电机控制装置300的系统的电源配置进行描述。该系统包括主电源10和备用电源20，主电源10是具有相对大的容量的DC电源，备用电源20是具有相对小的容量的DC电源。备用电源是主电源发生故障时使用的应急子电池。关于电源电压，如在通过引用并入本文的专利文献1(JP-2007-326379-A，对应的美国公开：US2008/0277191A1)中所参考的，主电源10是几百伏的高压电池，并且备用电源20是12伏等的低压电池。可替选地，主电源10和备用电源20两者均可以是约12V的低压电池。

备用电源装置200包括备用电源20、温度传感器23、开关24和电源切换确定单元25。主电源10的正极根据需要经由降压电路12连接至2输入/1输出型开关24的输入端子中的一个。备用电源20的正极连接至开关24的另一输入端子。逆变器电路70的高电位线Lp连接至开关24的输出端子。逆变器电路70的低电位线Lg具有与主电源10和备用电源20的负极相同的电位。

在主电源10正常的情况下，开关24的输入侧连接至主电源10。电源切换确定单元25监测主电源10的电源电压Vbtm，并且在由于主电源10故障而使电源电压Vbtm下降至低于预定阈值的情况下，电源切换确定单元25向开关24输出切换信号以将输入侧连接至备用电源20。如上所述，系统被配置成使得能够通过电源切换确定单元25来切换主电源10和备用电源20。

电机控制装置300包括逆变器电路70和驱动控制单元40，并且使用主电源10或备用电源20的DC电力来驱动电机80。逆变器电路70包括通过桥连接的上臂和下臂的多个开关元件，以及设置在输入部分处的平滑电容器。逆变器电路70将来自主电源10或备用电源20的DC电力转换成AC电力并将其提供给电机80。

驱动控制单元40将通过电流检测值相对于电流命令值的反馈控制而计算的驱动信号输出至逆变器电路70。驱动控制单元40包括微型计算机、预驱动器等，并且具有CPU(未示出)、ROM、RAM、I/O、连接这些配置的总线等。驱动控制单元40通过由CPU执行预先存储的程序来执行软件处理，并且通过专用电子电路的硬件处理来进行控制。

此外，设置电流传感器75和旋转角传感器84，电流传感器75用于检测从逆变器电路70流向电机80的相电流，旋转角传感器84用于检测电机80的电角度θ。电流传感器75可以检测三相电流Iu、Iv和Iw，或者可以检测三相中的两相的电流，并且可以通过基尔霍夫定律计算剩余一相的电流。电流传感器75的布置不限于如附图中所示的逆变器电路70与电机80之间的电力路径，并且可以被布置在逆变器电路70内部。三相电流Iu、Iv、Iw和电角度θ被驱动控制单元40获取。

此外，当电源切换确定单元25从主电源10切换为备用电源20时，电源切换确定单元25通知驱动控制单元40备用状态有效。在下文中，在驱动控制单元40中，将在使用主电源10时执行的控制称为“正常控制”，并且将在使用备用电源20时执行的控制称为“备用控制”。当接收到备用状态的通知时，驱动控制单元40从正常控制转变为备用控制。

在备用控制期间，驱动控制单元40从备用电源装置200获取关于备用电源20的充电量和温度的信息。备用电源20的充电量例如基于从备用电源20流向逆变器电路70的电源电流Ibtbu来确定。例如，通过安装在备用电源20附近的温度传感器23来检测备用电源20的温度。不限于专用温度检测值，也可以转用(divert)外部空气温度或环境温度的检测值。

充电量不限于连续值，并且可以被获取为多阶充电量级别例如“0级、1级、2级和3级”。例如，0级被定义为0％至25％的充电率，并且1级被定义为25％至50％的充电率。温度可以例如基于电源特性的温度相关性被获取为在温度低于预定温度时被启用(turn on)的低温标志。

将参照图4的流程图描述电源切换确定处理。在流程图的描述中，符号“S”指示步骤。在S01中，电源切换确定单元25获取主电源10的电源电压Vbtm。在S02中，确定电源电压Vbtm是否低于阈值Vbtm_th。在S02中为“是”的情况下，在S03中，电源切换确定单元25向开关24输出切换信号以从主电源10切换为备用电源20。此外，在S04中，电源切换确定单元25通知驱动控制单元40备用状态有效。

此处，由于备用电源20的容量小，因此在使用备用电源20并且电源电流由于瞬时过冲而超过输出上限的情况下，备用电源20停止并且电机80的输出功能可能丧失。例如，在EPS系统中，可能存在这样的困难：当备用电源20停止时，转向辅助电机的驱动可能停止并且辅助功能可能丧失。

因此，当使用备用电源20时，本实施方式的电机控制装置300执行备用控制，即“限制电力消耗并且防止备用电源20停止的控制”。换言之，本实施方式中的“备用控制”意指“限制电力消耗并且防止备用电源20停止的控制”。具体地，电机控制装置300限制驱动控制单元40的多个控制块中的电力。

[驱动控制单元]

接下来，将通过将驱动控制单元40划分为其中IPM电机是驱动目标的第一实施方式和其中SPM电机是驱动目标的第二实施方式来按顺序描述驱动控制单元40的详细配置。在IPM电机中，除了作为电机扭矩的磁体扭矩之外，还产生基于d轴电感与q轴电感之差的磁阻。另一方面，普通SPM电机不产生磁阻扭矩。磁阻扭矩在具有凸极性(salient polarity)的内插式SPM电机中异常地产生。在本公开内容中，内插式SPM电机被视为包括在IPM电机中。

基于该特性差异，驱动控制单元40具有特别地与q轴电流命令值的计算有关的不同配置。在下文中，用于IPM电机的驱动控制单元401将被描述为第一实施方式，并且用于SPM电机的驱动控制单元402将被描述为第二实施方式。在第一实施方式的描述中，将对共同事项进行描述。特别地，对于用于IPM电机的控制配置，参考专利文献2(JP-2020-127346-A，对应的美国公开：US2020/0252015A1)的图2、图3、图4等并且通过引用将其并入本文。

(第一实施方式)

首先，将参照图5至图9描述第一实施方式。首先，参照图5，将描述第一实施方式的驱动控制单元401和第二实施方式的驱动控制单元402所共用的控制配置。共用部分主要是与通过矢量控制的电流反馈控制相关的配置，并且除了正常控制的配置之外，还具有本实施方式特有的备用控制的配置。在图5的描述中，驱动控制单元的附图标记被称为“401”。

驱动控制单元401获取通过电流传感器75检测的相电流Iu、Iv和Iw的检测值，以及通过旋转角传感器84检测的电机80的电角度θ。此外，驱动控制单元401从电压传感器等(未示出)获取逆变器输入电压Vin。驱动控制单元401基于这些信息通过反馈控制来驱动逆变器电路70。此外，驱动控制单元401获取备用状态通知信号、备用电源20的充电量以及温度信息。

驱动控制单元401具有三相两相转换单元61、电流偏差计算单元62、电压命令值计算单元63、电压命令上限保护单元67、两相三相转换单元68，以及作为正常控制配置的PWM控制单元69、目标允许电力计算单元41和电流限制值计算单元43。基本上，矢量控制是使用dq轴坐标执行的，“电流”和“电压”意指dq轴电流和dq轴电压。

作为“电流检测值转换单元”的三相两相转换单元61利用电角度θ将通过电流传感器75检测的相电流的检测值Iu、Iv和Iw转换成三相两相坐标，从而计算d轴电流检测值Id_sns和q轴电流检测值Iq_sns。

电流偏差计算单元62计算所输入的d轴电流命令值(附图中为“Id命令值”)和q轴电流命令值(附图中为“Iq命令值”)与从三相两相转换单元61反馈的dq轴电流检测值Id_sns和Iq_sns之间的电流偏差ΔId和ΔIq。此处，由于第一实施方式的驱动控制单元401与第二实施方式的驱动控制单元402之间的Id命令值和Iq命令值的具体符号不同，因此在图5中不使用这些符号。

电压命令值计算单元63执行PI计算以使d轴电流检测值Id_sns和q轴电流检测值Iq_sns分别与d轴电流命令值和q轴电流命令值一致，即，将电流偏差ΔId和ΔIq设置为零。电压命令值计算单元63计算作为逆变器电路70的输出电压的目标值的d轴电压命令值Vd和q轴电压命令值Vq。

此外，本实施方式的电压命令值计算单元63根据式(1.1)和(1.2)利用逆变器输入电压Vin将dq轴电压命令值Vd*和Vq*转换为dq轴占空比命令值Dd*和Dq*。

(式1.1和式1.2)

dq轴占空比命令值Dd*和Dq*是dq轴电压命令值Vd*和Vq*的相关值。在本实施方式中，dq轴占空比命令值Dd*和Dq*包括广义含义，并且被解释为“dq轴电压命令值”。因此，从输入即电流偏差ΔId和ΔIq到输出即dq轴占空比命令值Dd*和Dq*的部分被称为“电压命令值计算单元63”。

电压命令上限保护单元67通过电压命令上限保护值来保护d轴占空比命令值Dd*和q轴占空比命令值Dq*的绝对值的上限，并且输出保护后的dq轴占空比命令值Dd**和Dq**。

例如，电压命令上限保护单元67计算保护后的d轴占空比命令值Dd**，并且然后基于保护后的d轴占空比命令值Dd**通过与饱和保护计算系数相乘来计算保护后的q轴占空比命令值Dq**。此时，电压命令上限保护单元67可以针对保护后的d轴占空比命令值Dd**通过多项式运算来计算q轴占空比命令值Dq**。在多项式运算中，例如，计算通过将第0阶项与第3阶项相加而获得的值。

两相三相转换单元68利用电角度θ通过两相和三相坐标转换将保护后的占空比命令值Dd**和Dq**转换成三相占空比命令值Du*、Dv*和Dw*。PWM控制单元69基于三相占空比命令值Du*、Dv*和Dw*生成作为驱动信号的电压脉冲信号并且控制逆变器电路70。通过根据驱动信号来切换逆变器电路70，与电压命令值对应的输出电压被施加至电机80。

目标允许电力计算单元41计算目标允许电力Pinv_lim，目标允许电力Pinv_lim是要由逆变器电路70输出的逆变器电力的上限允许值。在正常控制期间，输出预定目标允许电力Pinv_lim。稍后将描述备用控制期间的操作。

电流限制值计算单元43获得作为d轴电压命令值的保护前d轴占空比命令值Dd*、作为q轴电压命令值的q轴占空比命令值Dq*、d轴电流检测值Id_sns、目标允许电力Pinv_lim以及逆变器输入电压Vin。关于q轴电流检测值Iq_sns的信息可能不是必需的，因此它由虚线指示。基于这些信息，电流限制值计算单元43计算q轴电流限制值Iq_lim，使得逆变器电力等于或小于目标允许电力Pinv。

由使用式(1.1)和式(1.2)的式(2)表示逆变器电力Pinv。

(式2)

此处，式(2)中的d轴电流Id为检测值Id_sns，并且q轴电流Iq为q轴电流限制值Iq_lim，从而获得式(3)。通过重新排列式(3)，获得关于q轴电流限制值Iq_lim的式(4)。

(式3和式4)

接下来，将描述本实施方式特有的备用控制配置。目标允许电力计算单元41获取备用电源20的充电量和温度。目标允许电力计算单元41可以获取充电量作为多阶充电量级别，或者可以获取温度作为在温度等于或低于预定温度时被启用的低温标志。

当目标允许电力计算单元41接收到备用状态的通知时，其切换为备用控制并且将目标允许电力Pinv_lim设置成比正常控制下的值小的值。此外，在进行备用控制时，目标允许电力计算单元41根据备用电源20的充电量或温度可变地设置目标允许电力Pinv_lim。稍后将参照图8描述具体设置方法。

此外，在目标允许电力计算单元41的输出侧设置有用于抑制备用控制开始时目标允许电力Pinv_lim的突然变化的滤波器(附图中为“LPF”)42。

此外，驱动控制单元401具有上限保护值限制比计算单元65。上限保护值限制比计算单元65获取备用电源20的备用状态的通知、充电量以及温度。上限保护值限制比计算单元65可以获取充电量作为多阶充电量级别，或者可以获取温度作为在温度等于或低于预定温度时被启用的低温标志。

上限保护值限制比计算单元65计算上限保护值限制比α，上限保护值限制比α是“备用控制期间的电压命令上限保护值相对于正常控制期间的电压命令上限保护值的限制比”。在正常控制时，上限保护值限制比计算单元65将上限保护值限制比α设置为1。

当接收到备用状态的通知时，上限保护值限制比计算单元65切换为备用控制，并且将上限保护值限制比α设置为大于0且小于1的值，即，比正常控制中的值小的值。此外，在备用控制期间，上限保护值限制比计算单元65根据备用电源20的充电量或温度可变地设置上限保护值限制比α。稍后将参照图9描述具体设置方法。

此外，在上限保护值限制比计算单元65的输出侧设置有用于抑制备用控制开始时上限保护值限制比α的突然变化的滤波器(附图中为“LPF”)66。

由上限保护值限制比计算单元65设置的上限保护值限制比α被输入至电压命令上限保护单元67。在备用控制期间，电压命令上限保护单元67通过将电压命令上限保护值乘以限制因子α来保护d轴占空比命令值Dd*和q轴占空比命令值Dq*的绝对值的上限，并且输出保护后的dq轴占空比命令值Dd**和Dq**。这样直接限制电力消耗。

随后，参照图6，将描述第一实施方式的驱动控制单元401中用于IPM电机的电流命令计算单元的配置。驱动控制单元401包括作为正常控制配置的扭矩电流转换单元44、扭矩电流命令值限制单元56、弱磁控制计算单元52以及dq轴电流转换单元570。在产生取决于d轴电流Id和q轴电流Iq两者的磁阻扭矩的IPM电机中，使用与电机80的扭矩成比例的扭矩电流是有效的。关于扭矩电流转换单元44、扭矩电流命令值限制单元56以及dq轴电流转换单元570的细节，参照专利文献2。

扭矩电流转换单元44利用d轴电流检测值Id_sns将q轴电流限制值Iq_lim转换成扭矩电流限制值Itrq_lim。扭矩电流限制值Itrq_lim是反映目标允许电力Pinv_lim的值。因此，在备用控制期间目标允许电力Pinv_lim受到限制的情况下，扭矩电流限制值Itrq_lim也受到限制。可以在扭矩电流转换单元44之后设置滤波器。

扭矩电流命令值限制单元56将从电机所需的扭矩命令值转换而来的扭矩电流命令值Itrq*与扭矩电流限制值Itrq_lim进行比较，并输出较小值作为扭矩电流命令值Itrq**。即，当“Itrq*<Itrq_lim”时，扭矩电流命令值限制单元56按原样输出所输入的扭矩电流命令值Itrq*。另一方面，当“Itrq*≥Itrq_lim”时，扭矩电流命令值限制单元56输出扭矩电流限制值Itrq_lim。

弱磁控制计算单元52根据电机80的旋转速度以及相对于最大施加电压的饱和度来计算用于弱磁控制的d轴电流命令值Id_wf*。通过执行在电机高速旋转时使负的d轴电流的绝对值增大的弱磁控制，可以防止电流由于反电动势而变得难以在电机绕组中流动。

dq轴电流转换单元570获取经限制的扭矩电流命令值Itrq**和经限制的d轴电流命令值Id_wf*，并将它们转换成d轴电流命令值Id*和q轴电流命令值Iq*。d轴电流命令值Id*和q轴电流命令值Iq*作为反馈控制命令值输入至电流偏差计算单元62。对目标允许电力Pinv_lim的限制通过对扭矩电流命令值Itrq*的限制反映到对dq轴电流命令值Id*和Iq*的限制。因此，电力消耗被限制。

此外，驱动控制单元401具有作为备用控制配置的弱磁控制执行确定单元51和d轴电流零点设置确定单元53。弱磁控制执行确定单元51确定是否执行弱磁控制。在执行使d轴电流命令值Id*的绝对值增大的弱磁控制的情况下，电力消耗增大。因此，在备用状态下，通过不执行弱磁控制来进一步限制电力消耗。

此处，在专利文献1的电动助力转向装置中，当使用备用电源时优先确保转向操作性，并且反过来使d轴电流的绝对值增大。这是由于在对什么赋予最高优先级的观点上存在差异。首先，在紧急情况下执行的备用控制可能不满足所有要求。即使确保了转向操作性，如果系统停止这也是无意义的。针对这一点，在本实施方式中，向避免使备用电源20停机给予最高优先级。

d轴电流零点设置确定单元53确定是否将d轴电流命令值Id*设置为0A(零安培，以下同样适用)。即使在不执行弱磁控制的情况下，d轴电流命令值Id*的绝对值也仅是被减小并且不总是为0A。因此，在备用状态下，d轴电流零点设置确定单元53强制启用用于设置“Id*＝0A”的有效标志。这进一步限制了电力消耗。

如上所述，第一实施方式的驱动控制单元401在目标允许电力计算单元41、上限保护值限制比计算单元65、弱磁控制执行确定单元51和d轴电流零点设置确定单元53中，通过在备用控制期间多重执行多个电力限制来完全限制电力消耗。因此，可以避免由于备用电源20的停止而导致电机输出功能丧失。具体地，在EPS系统901中，可以避免由于转向辅助电机801的驱动停止而导致转向辅助功能故障。在SBW系统902中，能够避免由于反作用力电机802的驱动停止而导致反作用力呈现功能故障以及避免由于转动电机803的驱动停止而导致转向功能故障。因此，提高了车辆的转向系统的可靠性。

另外，在应用了本实施方式的电机控制装置300的系统中，能够利用小容量的备用电源20来实现备用控制，使得能够减小备用电源20的尺寸和成本。

接下来，将参照图7的流程图以及图8和图9描述驱动控制单元401中向备用控制的转变处理。在S10中，确定是否设置了备用状态，即，是否接收到备用状态通知信号。在S10中为是的情况下，在第一实施方式中执行四项S11、S12、S13和S15作为备用控制。在稍后描述的第二实施方式中，执行除S15外的三项。这些执行的顺序可以是任何顺序。

在S11中，目标允许电力计算单元41根据备用电源20的充电量和温度可变地设置目标允许电力Pinv_lim。如图8所示，充电量越小，目标允许电力Pinv_lim被设置得越低。此外，在温度T2低于正常温度T1的情况下，目标允许电力Pinv_lim被设置得较低。

在S12中，上限保护值限制比计算单元65根据备用电源20的充电量和温度将上限保护值限制比α可变地设置在“0<α<1”的范围内。如图9所示，充电量越小，上限保护值限制比α被设置得越低。此外，在温度T2低于正常温度T1的情况下，上限保护值限制比α被设置得较低。

在图8和图9中，可以通过使用多阶充电量级别来逐步改变目标允许电力Pinv_lim和上限保护值限制比α。此外，用于充电量的映射图可以在低温标志关闭时与低温标志启用时之间进行切换。通过将输出值限制为离散值的数值，减小了计算负荷。

在S13中，弱磁控制执行确定单元51确定不执行弱磁控制。在S14中，确定驱动目标是否是IPM电机。在第一实施方式的情况下，在S14中确定为“是”，并且在S15中d轴电流零点设置确定单元53启用有效标志，用于设置“Id*＝0A”。

另一方面，在S10中为否的情况下，作为正常控制执行S21和S22。S21和S22的执行顺序可以是任何顺序。在S21中，目标允许电力计算单元41将目标允许电力Pinv_lim设置为正常控制时的值。在S22中，上限保护值限制比计算单元65将上限保护值限制比α设置为1。

(第二实施方式)

参照图10，将描述第二实施方式的驱动控制单元402中用于SPM电机的电流命令计算单元的配置。在图10中，与图6中基本相同的配置由相同的附图标记表示并且将省略对其的描述。关于驱动控制单元402中的反馈控制单元的配置，与第一实施方式共同地参照图5。

在用于SPM的驱动控制单元402中，由电流限制值计算单元43计算的q轴电流限制值Iq_lim被输入至q轴电流限制单元59。q轴电流限制单元59将限制前的q轴电流命令值Iq*与q轴电流限制值Iq_lim进行比较，将较小的值设置为限制后的q轴电流命令值Iq**并将其输出至电流偏差计算单元62。

关于d轴电流命令值，如第一实施方式的驱动控制单元401中那样设置弱磁控制执行确定单元51和弱磁控制计算单元52。由弱磁控制计算单元52计算的用于弱磁控制的d轴电流命令值Id_wf*被输入至电流偏差计算单元62。

关于第二实施方式中的备用状态下的控制的转变，图8中的S11、S12和S13与第一实施方式中的相同。在SPM电机为驱动目标的第二实施方式中，由于在S14中确定为“否”，因此跳过S15。在第二实施方式中，通过如第一实施方式那样限制备用控制期间的电力消耗，可以避免由于备用电源20的停止而导致电机输出功能丧失。

(其他实施方式)

(A)在图7的流程图中，在备用控制期间，执行第一实施方式中的4项和第二实施方式中的3项的电力限制。不限于此，可以仅执行包括目标允许电力Pinv_lim和上限保护值限制比α中的至少之一的一个或更多个步骤。通过执行电力限制的至少一部分，可以避免由于备用电源20的停止而导致电机输出功能丧失。

(B)在进行备用控制时，目标允许电力计算单元41可以仅使用备用电源20的充电量或温度的信息来可变地设置目标允许电力Pinv_lim。可替选地，在备用控制期间，目标允许电力计算单元41可以将目标允许电力Pinv_lim设置为比正常控制时的值小的固定值。

类似地，在备用控制期间，上限保护值限制比计算单元65可以仅使用与备用电源20的充电量和温度中的任一者有关的信息来可变地设置上限保护值限制比α。可替选地，在备用控制期间，上限保护值限制比计算单元65可以将上限保护值限制比α设置为大于0且小于1(大于零且小于一)的固定值。

(C)在不考虑备用控制开始时电力限制的突然变化的影响的情况下，可以不在目标允许电力计算单元41的输出侧设置滤波器42，或者可以不在上限保护值限制比计算单元65的输出侧设置滤波器66。

(D)在图3所示的配置示例中，备用电源装置200向电机控制装置300的驱动控制单元40通知备用状态、充电量和温度。可替选地，涉及各种信息的确定和通知的功能布置可以不限于这些特征。可以基于由电机控制装置300检测的电流和电压值来确定向备用控制的转变。例如，可以在电机控制装置300的内部设置电源切换确定单元25。在这种情况下，电机控制装置300监测主电源10的电压Vbtm，并且在电压跌落时从主电源10切换为备用电源20。

(E)备用控制时备用电源20的充电量可以不限于电源电流Ibtbu，并且可以基于备用电源20的电池容量来确定。在这种情况下，充电量备用电源装置200在备用控制开始之后连续地检测电池容量、将其转换为充电量并通知电机控制装置300的驱动控制单元40。驱动控制单元40相应地设置目标允许电力Pinv_lim和上限保护值限制比α。

(F)本实施方式的电机控制装置可以不限于EPS或SBW的转向系统，并且可以应用于被配置成能够在主电源10与备用电源20之间切换的任何电机驱动系统。

本公开内容中描述的控制器和方法可以由通过对被编程以执行计算机程序中所体现的一个或更多个特定功能的存储器和处理器进行配置而创建的专用计算机来实现。可替选地，本公开内容中描述的控制器和方法可以由通过对由一个或更多个专用硬件逻辑电路提供的处理器进行配置而创建的专用计算机来实现。可替选地，本公开内容中描述的控制器和方法可以由一个或更多个专用计算机来实现，所述专用计算机通过对被编程以执行一个或更多个特定功能的存储器和处理器与由一个或更多个硬件逻辑电路提供的处理器的组合进行配置而创建。计算机程序可以作为由计算机执行的指令存储在有形的非暂态计算机可读介质中。

注意，本申请中的流程图或流程图的处理包括多个部分(也称为步骤)，所述多个部分中的每个部分被表示为例如S1。此外，每个部分可以被划分成若干子部分，而若干部分可以被组合成单个部分。此外，每个这样配置的部分也可以被称为设备、模块或装置。

虽然已经参考其实施方式描述了本公开内容，但是应当理解，本公开内容不限于这些实施方式和构造。本公开内容旨在覆盖各种修改和等同布置。此外，虽然公开了各种组合和配置，但是包括更多、更少或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开内容的精神和范围内。

Claims (12)

1.一种电机控制装置，其在被配置成能够利用电源切换确定单元在作为具有大容量的直流电源的主电源与作为具有小容量的直流电源的备用电源之间切换的系统中，通过所述主电源或所述备用电源的电力驱动电机，所述电机控制装置包括：

逆变器电路以及驱动控制单元，所述逆变器电路将来自所述主电源或所述备用电源的直流电力转换成交流电力并提供给所述电机，所述驱动控制单元输出通过电流检测值相对于电流命令值的反馈控制而获得的驱动信号，

其中，所述驱动控制单元包括：

电流检测值转换单元，其对从所述逆变器电路流向所述电机的相电流的检测值进行坐标转换，并且计算d轴电流检测值和q轴电流检测值；

电压命令值计算单元，其计算要施加至所述逆变器电路的电压命令值或者作为所述电压命令值的相关值的d轴电压命令值和q轴电压命令值，使得所述d轴电流检测值和所述q轴电流检测值分别遵循d轴电流命令值和q轴电流命令值；以及

电压命令上限保护单元，其通过电压命令上限保护值来保护所述d轴电压命令值和所述q轴电压命令值中的每一个的绝对值的上限；并且

在所述电源切换确定单元从所述主电源切换为所述备用电源的情况下，所述驱动控制单元从在使用所述主电源时执行的正常控制转变为通过限制电力消耗来防止所述备用电源停止的备用控制。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中：

所述驱动控制单元还包括：

目标允许电力计算单元，其计算目标允许电力，所述目标允许电力是由所述逆变器电路输出的逆变器电力的上限允许值；以及

电流限制值计算单元，其计算q轴电流限制值，使得根据所述d轴电压命令值、所述q轴电压命令值、所述d轴电流检测值和所述q轴电流检测值计算的逆变器电力等于或小于所述目标允许电力；并且

所述目标允许电力计算单元将所述备用控制期间的目标允许电力设置成比所述正常控制期间的目标允许电力小。

3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中：

所述驱动控制单元还包括：

上限保护值限制比计算单元，其计算上限保护值限制比，所述上限保护值限制比是所述备用控制下的电压命令上限保护值相对于所述正常控制下的电压命令上限保护值的限制比；并且

在所述备用控制期间，所述上限保护值限制比计算单元将所述上限保护值限制比设置成大于零且小于一。

4.根据权利要求2所述的电机控制装置，其中：

在所述备用控制期间，所述目标允许电力计算单元根据所述备用电源的充电量或温度可变地设置所述目标允许电力。

5.根据权利要求3所述的电机控制装置，其中：

在所述备用控制期间，所述上限保护值限制比计算单元根据所述备用电源的充电量或温度可变地设置所述上限保护值限制比。

6.根据权利要求4所述的电机控制装置，其中：

基于从所述备用电源流向所述逆变器电路的电源电流确定所述备用电源的充电量。

7.根据权利要求2所述的电机控制装置，还包括：

滤波器，其抑制所述备用控制开始时所述目标允许电力的突然变化，并且被设置在所述目标允许电力计算单元的输出侧。

8.根据权利要求3所述的电机控制装置，还包括：

滤波器，其抑制所述备用控制开始时所述上限保护值限制比的突然变化，并且被设置在所述上限保护值限制比计算单元的输出侧。

9.根据权利要求2所述的电机控制装置，其中：

所述驱动控制单元还包括弱磁控制执行确定单元，所述弱磁控制执行确定单元确定弱磁控制的执行或不执行；并且

所述弱磁控制执行确定单元在所述备用控制期间不执行所述弱磁控制。

10.根据权利要求2所述的电机控制装置，其中：

所述电机为IPM电机；

所述驱动控制单元还包括d轴电流零点设置确定单元，所述d轴电流零点设置确定单元确定是否将所述d轴电流命令值设置为零；并且

所述d轴电流零点设置确定单元在所述备用控制期间将所述d轴电流命令值设置为零。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电机控制装置，其中：

所述电源切换确定单元基于所述主电源的电源电压从所述主电源切换为所述备用电源。

12.一种转向系统，包括：

转向辅助电机、反作用力电机或者转动电机，所述转向辅助电机输出转向辅助扭矩，所述反作用力电机针对驾驶员的转向操作输出反作用力扭矩，所述转动电机使车辆的轮胎转动；以及

根据权利要求1至11中任一项所述的电机控制装置，其控制作为所述电机的所述转向辅助电机、所述反作用力电机或所述转动电机中的至少一者的驱动。

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