CN104284828A

CN104284828A - 电动助力转向装置

Info

Publication number: CN104284828A
Application number: CN201280073114.8A
Authority: CN
Inventors: 池本克哉; 白木扶
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: EP2848495A1; EP2848495B1; WO2013168279A1; JPWO2013168279A1; CN104284828B; EP2848495A4; JP6198725B2

Abstract

基于转向转矩来对多相电动机(6)进行电动机电流控制的控制单元(1)中所内置的CPU(10)为提供电动机电流而对控制量进行计算，对用于进行电动机电流提供控制的开关元件(T1、T2、T3、T4、T5、T6)计算PWM信号。根据该PWM信号中的占空比，在检测出规定值以上的占空比的情况下，降低电动机电流的反馈的增益。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及减轻驾驶员的转向力的电动助力转向装置，特别涉及电动机电流的反馈控制技术。

背景技术

以往，电动助力转向装置基于转向转矩、车速等信息来驱动电动机，以减轻驾驶员的转向力。因此，为了对电动机进行驱动控制，基本而言，需要检测电动机电流，并进行反馈控制以使其跟随目标电动机电流。并且，在用于提供电动机电流的开关元件的控制中使用PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)控制，以进行电动机电流的断续提供，并进行以下控制，即，为了增大辅助量而提高PWM控制中的导通占空比，另一方面，在需求电流较小的情况下降低导通占空比。

另外，在反馈控制中还能使增益可变，若提高增益则能提高响应性，相反，若降低增益则能抑制振荡。(例如，参照专利文献1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-16435号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献1所公开的技术中，在为了获得更好的转向感并提高安静度而将辅助梯度设为规定值以上的情况下，会减小反馈控制所使用的增益。特别是为了确保低速、停车时的安静度而减小这些增益，从而抑制动作声、振动的发生。然而，在该专利文献1所公开的技术中，在辅助梯度为规定值以上的情况下，换言之，在电动机电流值的相对于转向转矩的变化比例较大的情况下，在目标电动机电流急剧增大时对控制进行变更。

在控制增益变更之中，增益降低会使追随性变差，另一方面，增益提高会引起振荡、噪声、振动，因此必须慎重地进行判断。

如上所述，由于在转向中不仅会产生如上所述的电动机电流的急剧增大，而且还会发生各种现象，因此，需要根据该状况而采取应对措施，其条件判断较为繁琐。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种基于PWM控制中的占空比来变更反馈的增益的电动助力转向装置。

解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的电动助力转向装置包括：转矩传感器，该转矩传感器对方向盘的转向转矩进行检测；电动机，该电动机对方向盘转向力进行辅助；以及控制单元，该控制单元基于所述转矩传感器的信息来对所述电动机的电流进行控制，并输出驱动所述电动机的PWM信号，在所述电动助力转向装置中，所述控制单元包括微机，所述微机包括：控制量计算单元，该控制量计算单元基于所述转矩传感器的信息来计算目标电动机电流值，并对提供给所述电动机的电流进行监控，根据所述目标电动机电流值与通过所述监控而检测出的实际电动机电流值之间的差异，来进行反馈控制，以计算出控制量；以及增益变更单元，该增益变更单元在根据所述控制量而检测出所述PWM信号的占空比为规定值以上的情况下，对所述反馈控制所使用的增益进行变更。

发明效果

本发明所涉及的电动助力转向装置能利用上述结构来简单地对控制增益进行变更，其结果是，获得能抑制噪声、振动的发生的效果。

关于本发明的上述以外的目的、特征、观点及效果，通过参照附图来进行的以下本发明的详细说明可以进一步了解。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动助力转向装置的整体电路的框图。

图2是对实施方式1所涉及的电动助力转向装置的动作进行说明的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明所涉及的电动助力转向装置的优选实施方式进行说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动助力转向装置的整体电路的框图。在图1中，电动助力转向装置100主要由控制单元(以下称为ECU)1、通过点火钥匙等而接通的电源2、车速传感器3、检测方向盘转向力的转矩传感器4、电池5、以及电动机6构成。

ECU1以承担控制量的计算的微机(以下称为CPU)10为中心，还包括：5V电源11，该5V电源11利用来自电源2的电力，由12V类电源a生成5V恒定电压b；接口电路12、13，该接口电路12、13将来自车速传感器3、转矩传感器4的信号转换成CPU10所能接收的信号；驱动电路14，该驱动电路14根据来自CPU10的控制量来输出用于向电动机6提供电流的控制信号；以及多个开关元件T1～T6，该多个开关元件T1～T6对向电动机6提供的电流进行提供、切断，还包括电动机端子电压监控电路15，该电动机端子电压监控电路15用于对电动机6的控制状态进行检测；以及电动机电流监控电路16。

CPU10根据车速传感器3、转矩传感器4的信息来对产生要辅助的转向转矩的目标电动机电流进行计算，将该控制量转换成能由开关元件T1～T6进行控制的信号，并将其输出至驱动电路14。驱动电路14基于这些信号，来输出对各开关元件T1～T6进行PWM控制的输出信号。这里，电动机6使用三相无刷电动机，将各相设为u相、v相、w相。

电动机端子Mu、Mv、Mw的电压经电动机端子电压监控电路15的电阻R4、R5分压后被输入至各个模数转换端口ADUu、ADMv、ADMw。另外，将电动机电流经由电流监控电路16输入至各个模数转换端口ADIu、ADIv、ADIw。电流监控电路16通过对连接在开关元件T2、T4、T6的各自的阳极与接地之间的电阻R1、R2、R3的电压进行放大，来对电流进行检测。因此，电流监控电路16中分别插入有放大用的IC即AMP1、以及决定放大率的电阻R6、R7。

另外，电动机6中布设有用于检测转子的旋转位置的旋转传感器7，其信号经由旋转位置检测电路17而被输入至CPU10。作为旋转传感器7可以考虑霍尔元件、旋转变压器等。此外，将用于对作为电动机电流的基础的电池5的线路进行通断的主继电器18配置于开关元件T1、T3、T5的上游，在不需要进行控制时，或者在发生故障时为了进行应对，驱动电路14基于CPU10的控制信号来输出通、断信号。以上是与现有的电动助力转向装置相同的结构。

接着，对控制增益的可变进行说明。由于该一系列的动作、处理都由CPU10来完成，因此，基于图2的流程图来进行说明。

首先，当接通电源2而向CPU10提供5V时，在步骤S1中，对RAM、端口等进行初始化。然后，在步骤S2中，输入各种输入信息、车速、转矩、电动机端子电压、电动机电流等。

接着，在步骤S3中，利用当前的CPU10的动作状况和步骤S2中所输入的信息，来对ECU1的各部分中是否发生故障进行检查，即进行所谓的故障判定。即，通过对作为转矩传感器监控电路而起作用的接口电路13、电动机端子电压监控电路16、电动机电流监控电路17、旋转位置检测电路18等的数据进行监视，来检查有无异常。

在步骤S4中，根据车速V1、转矩Tr来计算目标电动机电流IT。具体而言，例如根据车速V1、转矩Tr的映射来计算目标电动机电流IT。然后，根据与步骤S2中所预先输入的实际的电动机电流Ir之间的差异，利用具有比例项、积分项的PI反馈控制，从而计算出最终的控制量CTLn。此时，比例项、积分项中分别加入有增益Kp、Ki。该步骤S4相当于控制量计算单元。

接着，根据由电动机5的旋转位置检测电路17所获得的旋转位置，将所计算出的控制量CTLn换算成三相各自的占空比Du、Dv、Dw。这里，占空比Du、Dv、Dw表示图1中的开关元件T1～T6的配置于电动机端子Mu、Mv、Mw的上游侧的开关元件T1、T3、T5的导通占空比。另外，在分别与上游侧开关元件T1、T3、T5相对应的下游侧开关元件T2、T4、T6中，为了防止贯通电流而将上游侧开关元件T1、T3、T5的导通占空比进行反转后得到的占空比作为其占空比。在该上游侧开关元件T1、T3、T5的导通占空比较大的情况下，下游侧开关元件T2、T4、T6的导通占空比较小，即导通时间较短，电流检测用的分流电阻R1～R3配置于下游侧开关元件T2、T4、T6的更下游，因此，在时间上难以检测电动机电流。

在这样的状况下，无法检测出三相中的一相的电动机电流。然而，在三相无刷电动机中存在流过各开关元件的电流的总和为零这一原则，利用该原则，根据能检测出的两相来推测出无法检测出的一相。从而能够进行也将该推测值包含在内的电流反馈控制。因此，需要对能否检测进行判断，而为了简化该判断，设为若在规定占空比以上则无法进行检测。该规定值可通过实验来预先决定，其具有一定的余量。

因此，在步骤S6中，对根据三相的各占空比Du、Dv、Dw所计算出的最大占空比Dy是否为规定值A以上进行检查。若最大占空比Dy小于规定值A，则设为通常的增益。在步骤S7中，设比例项增益Kp＝B，积分项增益Ki＝C。另一方面，在最大占空比Dy为规定值A以上的情况下，在步骤S8中，变更为比例项Kp＝D，积分项Ki＝E。这里，D＜B，E＜C，例如进行70～30％的增益降低。此外，步骤S6～S8相当于增益变更单元。

在步骤S9中，基于所计算出的三相的各占空比Du、Dv、Dw来对驱动电路14输出信号。在步骤S10中，为了周期性地进行各处理，CPU10待机至经过规定时间，若经过规定时间，则返回步骤S2，继续周期性地进行同样的处理。

如上所述，实施方式1所涉及的电动助力转向装置能够根据PWM控制的占空比来进行降低、恢复、通过非常简单的判断来完成所述电流反馈增益的变更，并能同时进行三相、二相的切换。另外，当占空比较大时，由于在电动机转矩最大附近进行控制，因此，也是动作声、振动比较大的区域。因此，还能期待该增益降低处理起到抑制上述情况的发生的效果。此外，由于在步骤S8中进行了增益变更，因此，在CPU10的下一次的步骤S4处理中，该增益变更会体现出效果。

实施方式2.

接下来，对本发明的实施方式2所涉及的电动助力转向装置进行说明。实施方式2所涉及的电动助力转向装置的整体电路与实施方式1相同，省略其说明。

在实施方式1中，在图2的流程图的步骤S8中，变更增益常数以使得增益降低，但若CPU10以例如10msec为周期对各过程进行周期性的处理，则在10msec后增益会瞬间急剧减小。因此，也存在控制的连续性发生中断的可能性。此外，控制量也会急剧减小，下一次的过程中也存在占空比再次下降为小于规定值A的可能性。因此，希望在每隔10msec的处理周期进行使增益逐渐下降的递减处理。

另外，能通过求出增益值的移动平均来防止出现较大的阶梯状下降。在利用如上所述的方法来使增益下降递减的情况下，需要将其时间常数设得比电动机电流的转矩时间常数要小。

另外，若CPU10的控制周期、PWM的周期、反馈控制周期都相同则不存在问题，但需要考虑这些周期因CPU10的动作、作为ECU1的动作状况等而不同的情况。在这种情况下，可以考虑控制性能、声音、振动、以及CPU10的软件的构建，从CPU10的控制周期、PWM的周期、反馈控制周期这三者中选择一个。

在选择CPU10的控制周期的情况下，进行如图2的流程图所示的处理，软件构建较为简单。在选择PWM的周期的情况下，由于在占空比变换时考虑增益下降来进行变换，因此，利用不同于图2的子进程来进行变换。另一方面，在选择反馈控制周期的情况下，只要在计算控制量时附加增益下降即可，但成为不同于图2的子进程处理。无论哪种情况，都只要进行与其系统相适应的选择即可。

通过像这样使增益值递减，能防止噪音的产生，确保控制的连续性，从而能抑制噪声、振动。

实施方式3.

接下来，对本发明的实施方式3所涉及的电动助力转向装置进行说明。实施方式3所涉及的电动助力转向装置的整体电路与实施方式1相同，省略其说明。

在实施方式1中，在图2的步骤S6中，对最大占空比Dy与规定值A进行了比较，但该比较不是进行一次，而是与不同的规定值A1、A2、A3(A1＞A2＞A3)进行多次比较，每次都使增益下降。另外，若目标电动机电流IT与实际电动机电流Ir之间的偏差在规定值以内，则还能进一步使增益下降。在实际电动机电流Ir接近于目标电动机电流IT的情况下，由于即使使增益下降响应性也不会发生恶化，也不会发生振荡，因此，从安静度、振动抑制的两方面来看也能进一步降低增益。

这样，通过追加增益下降的条件，分多次来进行增益下降，能力图实现安静度的提高和振动的抑制，而无需牺牲控制的连续性。

实施方式4.

接下来，对本发明的实施方式4所涉及的电动助力转向装置进行说明。实施方式4所涉及的电动助力转向装置的整体电路与实施方式1相同，省略其说明。

在上述所说明的实施方式1至3中，将根据控制开关元件T1～T6的三相的各占空比Du、Dv、Dw所计算出的最大占空比Dy的值与规定值A相比较来进行判断，但实际的占空比Dy也有可能会在每个控制周期发生较大的变动。因此，如实施方式2中所说明的那样，即使在增益需要规定时间来进行递减的情况下，也存在反复发生增益下降的实施、不实施这样的振荡的可能性。因此，对于实施增益下降的规定值A，将进行不实施的判断的规定值F作为不同的值来附加迟滞。另外，也可以是使用占空比Dyf并将该Dyf与规定值A进行比较这样的方法，所述占空比Dyf通过对最大占空比Dy进行滤波以对占空比值的急剧变动进行抑制而获得。

这样，通过对规定值附加迟滞，或利用经过滤波的占空比，能防止如上所述的振荡，能在增益下降、恢复的过程中实现更流畅的过渡控制。

以上对本发明的实施方式1至实施方式4所涉及的电动助力转向装置进行了说明，但本发明可以在其发明范围内对各个实施方式进行组合，或对各个实施方式进行适当的变形或省略。

标号说明

1 控制单元(ECU)

2 电源

3 车速传感器

4 转矩传感器

5 电池

6 电动机

7 旋转传感器

10 微机(CPU)

11 5V电源

12、13 接口电路

14 驱动电路

15 电动机端子电压监控电路

16 电动机电流监控电路

17 旋转位置检测电路

18 主继电器

100 电动助力转向装置

Claims

1.一种电动助力转向装置，包括：转矩传感器，该转矩传感器对方向盘的转向转矩进行检测；电动机，该电动机对方向盘转向力进行辅助；以及控制单元，该控制单元基于所述转矩传感器的信息来对所述电动机的电流进行控制，并输出驱动所述电动机的PWM信号，所述电动助力转向装置的特征在于，

所述控制单元包括微机，

所述微机包括：

控制量计算单元，该控制量计算单元基于所述转矩传感器的信息来计算目标电动机电流值，并对提供给所述电动机的电流进行监控，根据所述目标电动机电流值与通过所述监控而检测出的实际电动机电流值之间的差异，来进行反馈控制，以计算出控制量；以及

增益变更单元，该增益变更单元在根据所述控制量而检测出所述PWM信号的占空比为规定值以上的情况下，对所述反馈控制所使用的增益进行变更。

2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述增益变更单元在规定时间内将所述增益降低至预先决定的值。

3.如权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，

在规定时间内使所述增益降低至预先决定的值的情况下，基于控制周期来执行所述降低，使得以比产生对所述电动机的电流的转矩的时间常数要小的时间常数来进行降低。

4.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述电动机具有多相绕组，在所述占空比为规定值以上的情况下，所述微机中止对一部分绕组中的电动机电流的监控，通过监控剩余绕组中的电动机电流来进行反馈控制。

5.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述增益变更单元将所述规定值设为多个规定值，按照各规定值逐渐增大反馈的增益降低。

6.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

在所述占空比为规定值以上、所述目标电动机电流值与所述电动机所检测出的实际电流值之间的偏差在规定值以内的情况下，所述增益变更单元使所述增益进一步降低。

7.如权利要求1至6的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述增益在所述电动机电流值的比例项及积分项两项上都发生变更。