电动助力转向装置的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种电动助力转向装置的控制装置，其可基于开关元件的温度校正死区时间补偿量，由此抑制死区时间和死区时间补偿值的不一致，抑制电动机电流失真和扭矩波动的产生，根据转向条件进行死区时间补偿，抑制异声干扰的产生，即使在从低温到高温的环境下也能有良好的转向性能。本发明专利技术的电动助力转向装置的控制装置具备：运算死区时间特性值的死区时间特性单元；判定转向状态的转向状态判定单元；根据转向状态的判定来改变死区时间特性值增益的增益单元；根据转向状态的判定切换极性判定方法，并基于电动机的检测电流或电流指令值或模型电流值判定极性的极性判定单元；检测变换器温度的温度传感器；计算与温度相对应的死区时间温度校正值的死区时间温度校正值计算单元；以及，在增益单元的输出中对带极性的死区时间补偿值运算处理死区时间温度校正值，并输出死区时间补偿值的运算处理单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种向车辆的转向系统提供由电动机产生的转向辅助力的电动助力转向装置的控制装置，特别是涉及根据转向状态和变换器温度来改善电动机驱动用变换器的死区时间补偿的电动助力转向装置的控制装置。
技术介绍
利用电动机的旋转力对车辆的动力转向装置施加辅助力的电动助力转向装置,将电动机的驱动力经减速机由齿轮或皮带等传动机构，向转向轴或齿条轴施加辅助力。并且，为了向电动机供给电流来使该电动机产生所希望的扭矩，在电动机驱动电路上使用变换器。在此，如图1所示，对现有的电动助力转向装置的一般结构进行说明，驾驶盘I的柱轴(转向轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构5、转向横拉杆6a、6b,再通过轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连接。此外，在柱轴2上设有检测驾驶盘I的转向扭矩的扭矩传感器10，对驾驶盘I的转向力进行辅助的电动机20经过减速齿轮3与柱轴2连接。从电池13向控制电动助力转向装置的控制装置100供电，同时，经过点火开关11输入点火信号。控制装置100基于由扭矩传感器10检测的转向扭矩T及由车速传感器12检测的车速V，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，在电流控制单元通过对电流指令值施加补偿等的电压指令值E，来控制供给电动机20的电流。另外，车速V也可以从CAN (Controller Area Network,控制器局域网)等处获得。控制装置100主要由CPU(也包含MPU、MCU)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示。参照图2说明控制装置100的功能及动作，由扭矩传感器10检测的转向扭矩T和由车速传感器12检测的车速V被输入到运算电流指令值Irefl的电流指令值运算单元101中。电流指令值运算单元101基于输入的转向扭矩T和车速V，利用辅助图表等决定作为供给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Irefl。电流指令值Irefl经过加法单元102A作为电流指令值Iref2被输入到电流限制单元103，限制了最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法单元102B,运算Iref3和被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差Iref4( = Iref3-1m)，该偏差Iref4被输入到作为电流控制单元的PI控制单元104中。在PI控制单元104改善了特性的电压指令值E被输入到PWM控制单元105中，再经过作为驱动单元的变换器106对电动机20进行PWM驱动。由电动机电流检测器107检测电动机20的电流值Im，该电流值Im被反馈到减法单元102B。变换器106作为开关元件一般使用FET,由FET的电桥电路构成。另外，来自补偿单元110的补偿信号CM在加法单元102A进行加法运算，由补偿信号CM的加法运算可进行系统的补偿、改善收敛性和惯性特性等。补偿单元110将自位扭矩(SAT) 113和惯性112在加法单元114进行加法运算，该加法运算结果再与收敛性111在加法单元115进行加法运算，将加法单元115的加法运算结果作为补偿信号CM。电动机20为三相无刷电动机的情况下，PWM控制单元105和变换器106的详细结构如图3所示。PWM控制单元105是由占空比运算单元105A、死区时间单元105C1 105C3和门驱动单元105B构成，其中占空比运算单元105A是将电压指令值E按照规定公式运算三相的PWM占空比指令值Dl D6 ;死区时间单元105C1 105C3针对PWM占空比指令值D4 D6设定死区时间；门驱动单元105B是由PWM占空比指令值Dl D3驱动FETl FET3各门，同时，用设定了来自死区时间单元105C1 105C3的死区时间的PWM占空比指令值D4d D6d来驱动FET4 FET6各门的开或关，变换器106是由FETl及FET4构成的上下分路、FET2及FET5构成的上下分路和FET3及FET6构成的上下分路组成的三相桥式结构，由PWM占空比指令值Dl D3及D4d D6d控制开或关来驱动电动机20。在此，死区时间单元105C1 105C3对死区时间进行设定的理由如下。构成变换器106的各上下分路，例如FETl及FET4反复交替进行导通、断开，同样 FET2及FET5反复交替进行导通、断开，FET3及FET6也反复交替进行导通、断开。但是，FET不是理想的开关，不能按照门信号的指示瞬时进行导通、断开，需要导通时间Ton以及断开时间Toff。因此，例如同时向FETl发出导通的指示和向FET4发出断开的指示时，FETl及FET4同时导通，会有上下分路短路的问题。因此，为了避免FETl以及FET4同时导通产生通过电流，向门驱动单元105B发出断开信号的情况下，不立即向门驱动单元105B发出导通信号，在死区时间单元105C1经过被称为死区时间的规定时间后，向门驱动单元105B发出导通信号，以此来防止FETl及FET4上下短路。这种做法也同样适用于其余的FET2 FET6。可是，对于电动助力转向装置的控制来说，该死区时间的存在成为引发扭矩不足和扭矩波动问题的原因。首先，参照图4对死区时间、导通时间以及断开时间进行说明。图4(A)所示的从占空比运算单元105A发出的占空比指令值D1(D4)作为对FETl和FET4的导通、断开信号。可是，实际上，供给FETl的是如图4(B)所示的门信号K1，供给FET4的是如图4(C)所示的门信号K2。即，门信号Kl和K2中，均可确保死区时间Td。由FETl及FET4构成的端子电压为如图4(D)所示的Van。即便给予基于门信号Kl的导通信号，FETl也不会立即导通，需要经过导通时间Ton后，才导通；即使给予断开信号，FETl也不会立即断开，需要经过断开时间Toff后，才断开。并且，Vdc为变换器106的电源电压(电池13的电压)。因此，总延迟时间Ttot如下述公式I所示。(公式I)Ttot = Td+Ton-Toff下面，说明死区时间Td对电动助力转向装置的影响。首先，对电压的影响有如下几种。如图4所示，相对于理想的门信号(D1、D4)，实际的门信号Kl及K2由于死区时间Td的影响而与门信号不同。因此产生电压失真，但该失真电压△ V在电动机电流Im的流向为正的情况下(在电流流向从电源流向电动机的情况下)为下述公式2，在电动机电流Im的流向为负的情况下(在电流流向从电动机流向电源的情况下)为下述公式3。(公式2)- Δ V = - (Ttot/Ts) · (Vdc/2)这里，Ts为对逆变器106进行了 PWM控制的情况下的PWM频率fs的倒数，Ts =l/fs0(公式3)AV= (Ttot/Ts) · (Vdc/2)将上述公式2及公式3用一个公式表示时，如下述公式4所示。(公式4)AV = -sign (Im) · (Ttot/Ts) · (Vdc/2)这里，sign (Im)表示电动机电流Im的极性。由上述公式4可推导出，PWM频率fs越高、电源电压Vdc越大时，失真电压AV越明显表现出死区时间Td的影响。 虽然对死区时间Td带给电压失真的影响进行了说明，即使对电流或扭矩，也存在死区时间Td带来的不利影响。关于电流失真，当电流由正向负，或由负向正变化时，会发生由死区时间Td引起的电流靠近零附近的现象(归零现象)。这是因为负荷(电动机)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：北爪徹也，
申请(专利权)人：日本精工株式会社，
类型：
国别省市：