电动助力转向装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，该电动助力转向装置不需要调节操作，能够理想地对逆变器的死区时间进行补偿，并且，改善电流波形的失真，提高电流控制的响应性，在低速转向时效果更大，能够抑制声音、振动和脉动。本发明专利技术的基于矢量控制方式的电动助力转向装置将至少基于转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换成3相占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其基于3相电动机端子电压来估计出3相检测电压，从基于3相占空比指令值运算出的3相指令电压与3相检测电压之间的差分中估计出起因于逆变器的死区时间的损耗电压，通过将对损耗电压进行补偿后得到的死区时间补偿值反馈到dq轴电流指令值，以便进行死区时间补偿。本发明专利技术也可以设置补偿量改善单元。

Electric Power Steering

The invention provides an electric power steering device based on vector control mode. The electric power steering device does not need adjusting operation, can ideally compensate the dead time of the inverters, and improves the distortion of current waveform and the responsiveness of current control. It has greater effect in low speed steering, and can suppress sound, vibration and pulsation. The electric power steering device based on vector control mode converts the DQ axis current instruction value calculated at least based on steering torque into three-phase duty cycle instruction value. The three-phase brushless motor is driven by a PWM-controlled inverter, and the auxiliary torque is given to the steering mechanism of the vehicle. The three-phase detection voltage is estimated based on the terminal voltage of the three-phase motor. The loss voltage caused by the dead time of the inverter is estimated from the difference between the three-phase instruction voltage calculated by the three-phase duty cycle instruction value and the three-phase detection voltage. The dead time compensation value obtained by compensating the loss voltage is fed back to the DQ axis current instruction value to compensate the dead time. The invention can also set compensation amount improvement unit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动助力转向装置
本专利技术涉及一种电动助力转向装置，其通过dq轴旋转坐标系对三相无刷电动机的驱动进行矢量控制，并且，基于电动机端子电压对逆变器的死区时间进行补偿，尤其在低负载、低速转向状态效果更大，实现了平稳并且没有转向音的辅助控制。
技术介绍
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)的电动助力转向装置(EPS)，将作为致动器的电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制通过调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(dutyratio)来进行电动机外加电压的调整。参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14，也可以从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角(电动机旋转角)θ。另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vs也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。在这样的电动助力转向装置中，尽管控制单元30主要由CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)(也包含MPU(MicroProcessorUnit，微处理器单元)、MCU(MicroControllerUnit，微控制器单元)等)来构成，但该CPU内部由程序执行的一般功能例如具有如图2所示的结构。参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vs被输入到电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于转向扭矩Th和车速Vs并利用辅助图(assistmap)等来运算出电流指令值Iref1。运算出的电流指令值Iref1在加法单元32A与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号CM相加，相加后得到的电流指令值Iref2在电流限制单元33中被限制了最大值，被限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中以便在减法单元32B中对其和电动机电流检测值Im进行减法运算。PI(Proportional-Integral，比例积分)控制单元35对作为在减法单元32B中得到的减法结果的偏差ΔI(＝Irefm－Im)进行诸如PI之类的电流控制，经过电流控制后得到的电压控制指令值Vref与调制信号(三角波载波)CF一起被输入到PWM控制单元36中以便运算出占空比指令值，通过已经运算出占空比指令值的PWM信号并且经过逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32B中。另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(SAT)343与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344中得到的加法结果与收敛性控制值341相加，最后将在加法单元345中得到的加法结果作为补偿信号CM输入到加法单元32A以便实施特性改善。近年来，作为电动助力转向装置的致动器，三相无刷电动机已经成为了主流，并且，因为电动助力转向装置为车载产品，所以其工作温度范围很广，从故障安全的角度来看，与以家用电器产品为代表的一般工业用逆变器相比，用于驱动电动机的逆变器需要较长的死区时间(工业用设备＜EPS)。一般来说，因为当关断(OFF)开关元件(例如，FET(Field-EffectTransistor，场效应晶体管))的时候，存在延迟时间，所以如果同时进行上下桥臂的开关元件的关断/导通(OFF/ON)切换的话，则会发生直流链路短路的状况，为了防止发生这种状况，设置上下桥臂的双方的开关元件处于关断(OFF)状态的时间(死区时间)。其结果为，电流波形失真，并且，电流控制的响应性和转向感恶化。例如，当转向盘处于在中心(on-center)附近的状态缓慢地进行转向的时候，会产生起因于扭矩脉动等的不连续的转向感等。还有，因为在中、高速转向时所发生的电动机的反电动势和绕组之间的干扰电压会作为外部干扰而作用于电流控制，所以会使转向追随性和反向转向时的转向感变差。“独立地设定作为三相无刷电动机的转子的坐标轴的用来控制扭矩的q轴和用来控制磁场强度的d轴，因为各个轴存在90°的关系，所以通过该矢量对相当于各个轴的电流(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)进行控制”的矢量控制方式是已知的。图3示出了通过矢量控制方式对三相无刷电动机100进行驱动控制的场合的结构示例。如图3所示，由电流指令值运算单元(未在图中示出)基于转向扭矩Th、车速Vs等运算出的两个轴的dq轴坐标系的d轴电流指令值id*以及q轴电流指令值iq*分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，由减法单元131d以及减法单元131q求出的电流偏差Δid*以及Δiq*分别被输入到PI控制单元120d以及PI控制单元120q中。在PI控制单元120d以及PI控制单元120q中经过PI控制后得到的电压指令值vd以及vq分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中，由减法单元141d以及加法单元141q求出的指令电压Δvd以及Δvq被输入到dq轴/3相交流变换单元150中。在dq轴/3相交流变换单元150中被变换成3个相的电压指令值Vu*、Vv*以及Vw*被输入到PWM控制单元160中,通过基于运算出的3个相的占空比指令值(Dutyu、Dutyv、Dutyw)的PWM信号UPWM、VPWM以及WPWM，并且，经由“由如图4所示那样的上下桥臂的电桥结构来构成”的逆变器(逆变器外加电压VR)161来对电动机100进行驱动。上侧桥臂由作为开关元件的FETQ1、Q3以及Q5来构成，下侧桥臂由FETQ2、Q4以及Q6来构成。电流检测器162检测出电动机100的3相电动机电流iu、iv以及iw，检测出的3相电动机电流iu、iv以及iw被输入到3相交流/dq轴变换单元130中，在3相交流/dq轴变换单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其将至少基于转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：基于3相电动机端子电压来估计出3相检测电压，从基于所述占空比指令值运算出的3相补正指令电压与所述3相检测电压之间的差分中估计出起因于所述逆变器的死区时间的损耗电压，通过将对所述损耗电压进行补偿后得到的死区时间补偿值反馈到所述dq轴电流指令值，以便进行所述逆变器的死区时间补偿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 JP 2016-142625;2016.08.04 JP 2016-153711.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其将至少基于转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：基于3相电动机端子电压来估计出3相检测电压，从基于所述占空比指令值运算出的3相补正指令电压与所述3相检测电压之间的差分中估计出起因于所述逆变器的死区时间的损耗电压，通过将对所述损耗电压进行补偿后得到的死区时间补偿值反馈到所述dq轴电流指令值，以便进行所述逆变器的死区时间补偿。2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：通过对用来检测出所述3相检测电压的电路进行建模，并且，将通过所述建模得到的模型作为电压检测延迟模型追加到3相指令电压，以便对所述3相检测电压进行相位调整。3.根据权利要求1或2所述的电动助力转向装置，其特征在于，具有通过逆变器外加电压来限制所述死区时间补偿值的补偿量的上限，并且，从诸如反电动势之类的外部干扰中抽出起因于所述死区时间的损耗电压的功能。4.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其将至少基于转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换成3相占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：具备中点电压估计单元、3相检测电压计算单元、3相指令电压运算单元、3相损耗电压运算单元和死区时间补偿输出单元，所述中点电压估计单元基于3相电动机端子电压、电动机旋转角、电动机转速以及逆变器外加电压来估计出中点电压，所述3相检测电压计算单元基于所述中点电压以及所述3相电动机端子电压来计算出3相检测电压，所述3相指令电压运算单元基于所述3相占空比指令值以及所述逆变器外加电压来运算出3相指令电压，所述3相损耗电压运算单元从所述3相检测电压与所述3相指令电压之间的差分中估计出起因于所述逆变器的死区时间的损耗电压，所述死区时间补偿输出单元通过使由所述3相损耗电压运算单元运算出的3相损耗电压感应所述逆变器外加电压，并且，使其与所述电动机旋转角同步，来运算出dq轴死区时间补偿值，通过将所述dq轴死区时间补偿值反馈到所述dq轴电流指令值，以便进行所述逆变器的死区时间补偿。5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述3相指令电压运算单元的后一级设有用来改善相位差的电压检测延迟模型，基于来自所述电压检测延迟模型的3相补正指令电压来计算出所述差分。6.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3相占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：具备第一3相交流/dq轴变换单元、3相指令电压运算单元、第二3相交流/dq轴变换单元、损耗电压运算单元和死区时间补偿输出单元，所述第一3相交流/dq轴变换单元以与电动机旋转角以及电动机转速同步的方式将检测出的3相电动机端子电压变换成dq轴检测电压，所述3相指令电压运算单元基于所述3相占空比指令值以及逆变器外加电压来运算出3相指令电压，所述第二3相交流/dq轴变换单元将所述3相指令电压变换成dq轴指令电压，所述损耗电压运算单元基于所述dq轴检测电压与所述dq轴指令电压之间的差分来运算出起因于所述逆变器的死区时间的dq轴损耗电压，所述死区时间补偿输出单元通过使所规定的增益与所述dq轴损耗电压相乘，并且，使乘法结果感应所述逆变器外加电压，来运算出限制了最大值的dq轴死区时间补偿值，通过将所述dq轴死区时间补偿值反馈到所述dq轴电流指令值，以便进行所述逆变器的死区时间补偿。7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述第二3相交流/dq轴变换单元的后一级设有用来改善相位差的电压检测延迟模型，基于来自所述电压检测延迟模型的dq轴补正指令电压来计算出所述差分。8.根据权利要求6或7所述的电动助力转向装置，其特征在于：设有用于生成用来针对所述dq轴损耗电压进行基于电动机旋转角、所述q轴转向辅助指令值以及所述逆变器外加电压的改善的死区时间补偿量的补偿量改善单元，通过所述死区时间补偿量对所述dq轴损耗电压进行补正。9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述补偿量改善单元由dq轴死区时间补偿理想模型、减法单元和增益单元来构成，所述dq轴死区时间补偿理想模型输出基于所述电动机旋转角的dq轴理想死区时间补偿值，所述减法单元求出所述dq轴损耗电压与所述dq轴理想死区时间补偿值之间的偏差，所述增益单元通过使所述偏差与增益相乘，来输出所述死区时间补偿量。10.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述增益单元的所述增益感应所述q轴转向辅助指令值。11.一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3相占空比指令值，通过PWM控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，其特征在于：具备3相交流/dq轴变换单元、电压比率补正运算单元、损耗电压运算单元和死区时间补偿输出单元，所述3相交流/dq轴变换单元以与电动机旋转角同步的方式将检测出的3相电动机端子电压变换成dq轴检测电压，所述电压比率补正运算单元基于所述d...

【专利技术属性】
技术研发人员：高濑博明，皆木亮，泽田英树，菅原孝义，
申请(专利权)人：日本精工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP