專利名稱：馬達控制器和電動助力轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬達控制器和一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置。
背景技術(shù)：
在許多情況下，例如在電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)中使用的傳統(tǒng)馬 達控制器包括異常檢測裝置。當由于供電線路斷開或驅(qū)動電路的接觸損 壞而造成在U、 V和W相的任何一相中發(fā)生電流流動故障時，異常檢 測裝置便檢測到異常。當檢測到這種異常時，迅速停止馬達的操作控制， 從而進行故障保護。
但是，在EPS中，如果暫停馬達的操作控制，則將非常大地改變轉(zhuǎn) 向特性。具體地，駕駛員需要增加轉(zhuǎn)向力以精確地操縱轉(zhuǎn)向盤。在這方 面，例如，日本公開專利公報第2003-26020號公開了一種馬達控制器， 即使在某一相中檢測到電流流動故障，該馬達控制器仍通過使用沒有電 流流動故障的兩相作為電流流動相而持續(xù)地控制馬達的操作。通過這種 方式，輔助力持續(xù)地施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因而防止了由于故障保護而增加 駕駛員的負荷。
但是，參照圖15,如果在上述傳統(tǒng)情況中將正弦電流供應給電流流 動相中的各相，則會引起轉(zhuǎn)矩脈動，從而使轉(zhuǎn)向舒適度下降。圖15示 出了其中U相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障而在V相和W相中正常電流流 動得到保證的示例。
具體地，如圖16所示，如果將傳統(tǒng)的兩相驅(qū)動操作中的馬達電流 的變化表示在d/q坐標系統(tǒng)中，則為馬達轉(zhuǎn)矩的目標控制值的q軸電流 命令值保持固定不變。但是，實際的q軸電流值則根據(jù)正弦波變化。換 句話說，所產(chǎn)生的馬達電流并不符合所要求的轉(zhuǎn)矩。因此，馬達在沒有 實現(xiàn)其滿輸出性能的情況下持續(xù)運轉(zhuǎn)。
此外，如在日本公開專利公報第2006-67731號中所公開的，通過 對d/q坐標系統(tǒng)的電流偏差(主要是q軸電流偏差)與預定閾值進行比
7較，來檢測控制系統(tǒng)的異常，所述異常例如由于驅(qū)動電路故障或者傳感
器的問題而引起的過電流的產(chǎn)生。但是，在上述的兩相驅(qū)動操作中，d-q 坐標系統(tǒng)的電流值各自根據(jù)正弦波變化。因此，無論是否存在異常，都 會引起電流偏差。因此，在兩相驅(qū)動操作中不能檢測到這種異常。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種馬達控制器和一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置， 它們以高精確度檢測異常，同時有效地抑制在任何一相中電流流動發(fā)生故 障時而進行的兩相驅(qū)動操作中的轉(zhuǎn)矩脈動。
為了實現(xiàn)上述目的，并且根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種馬達控 制器，具有信號輸出裝置，其輸出馬達控制信號；和驅(qū)動電路，其基于 馬達控制信號向馬達供應三相驅(qū)動電力。信號輸出裝置包括計算裝置、信 號產(chǎn)生裝置和異常檢測裝置，所述計算裝置計算d/q坐標系統(tǒng)的d軸電流 命令值和q軸電流命令值作為電流命令值，所述信號產(chǎn)生裝置通迚基于d 軸電流命令值和q軸電流命令值而進行d/q坐標系統(tǒng)的電流反饋控制來產(chǎn) 生馬達控制信號，所述異常檢測裝置能夠檢測馬達的任何一相中的故障電 流流動。當檢測到故障電流流動時，信號輸出裝置輸出使用除發(fā)生電流流 動故障的相之外的兩相作為電流流動相的馬達控制信號。為馬達的每個相 電流值設定能夠在馬達的各相中流動的電流的最大值。當發(fā)生電流流動 故障時，計算裝置計算沿以與發(fā)生電流流動故障的相相應的預定轉(zhuǎn)角為
漸近線的正切曲線而變化的d軸電流命令值，并且，計算裝置以這樣的 方式計算d軸電流命令值和q軸電流命令值，使得每個電流流動相的相 電流值在需要基于最大值而對相電流值進行限制的轉(zhuǎn)角范圍中固定于 最大值。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種具有根據(jù)本發(fā)明第一方面的馬 達控制器的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。


圖l是示意性示出電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)的立體圖； 圖2是示出EPS的電氣配置的框圖；圖3是示出用于檢測發(fā)生電流流動故障的相的過程的流程圖4是示出(當U相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作中 d/q軸電流的變化的曲線圖5是示出(當V相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作中 d/q軸電流的變化的曲線圖6是示出(當W相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作 中d/q軸電流的變化的曲線圖7是示出(當U相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作中 相電流的變化的曲線圖8是示出(當V相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作中 相電流的變化的曲線圖9是示出(當W相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時)兩相驅(qū)動操作 中相電流的變化的曲線圖IO是示出當(U相中)電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時，在使d軸電 流命令值1(1*和q軸電流命令值^*在電流限制范圍內(nèi)維持固定不變的 情況下所進行的電流反饋控制中的d/q軸電流的變化的曲線圖ll是示出在不存在U相電流流動故障的情況下，在使用U相中 發(fā)生電流流動故障時的d軸電流命令值而進行的電流反饋控制中的相 電流的變化的曲線圖12是示出當(U相中)電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時，在使d軸電 流命令值1(1*和q軸電流命令值19*在電流限制范圍內(nèi)維持固定不變的 情況下所進行的電流反饋控制中的相電流的變化的曲線圖13是示出用于確定是否存在異常以及切換控制模式的過程的流 程圖14是示出用于計算在電流限制范圍中的d軸電流命令值I(F和q 軸電流命令值IqA的過程的流程圖；圖15是示出其中除發(fā)生電流流動故障之外的兩相被用作電流流動 相的傳統(tǒng)兩相驅(qū)動操作的曲線圖；以及圖16是示出在傳統(tǒng)兩相驅(qū)動操作中的d軸電流和q軸電流的變化 的曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將參照附圖描述為電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)的本發(fā)明的實施 方式。如圖1所示，轉(zhuǎn)向盤2固定到轉(zhuǎn)向軸3。轉(zhuǎn)向軸3通過齒輪齒條機 構(gòu)4連接到齒條軸5。轉(zhuǎn)向軸3通過轉(zhuǎn)向而被轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向軸3的轉(zhuǎn)動通 過齒輪齒條機構(gòu)4轉(zhuǎn)換成齒條軸5的線性往復運動。這改變了轉(zhuǎn)向輪6 的轉(zhuǎn)向角。EPS 1具有EPS作動器10和ECU 11。 EPS作動器10是將輔助力 施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以輔助轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向力輔助設備。ECU11是控制EPS作 動器10的操作的控制裝置。EPS作動器10是齒條式EPS作動器并且由與齒條軸5共軸布置的 馬達12或驅(qū)動源供以動力。在EPS作動器10中，馬達12產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn) 矩，該輔助轉(zhuǎn)矩通過滾珠螺旋機構(gòu)(未示出)傳遞給齒條軸5。馬達12 為無刷型馬達并且由從ECU 11供應的三相(U、 V、 W)驅(qū)動電力驅(qū)動。 作為馬達控制器的ECU 11通過調(diào)整由馬達12產(chǎn)生的輔助轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié) 施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輔助力(動力輔助控制)。轉(zhuǎn)矩傳感器14和車速傳感器15連接到ECU 11。 ECU 11基于分別 由轉(zhuǎn)矩傳感器14和車速傳感器15檢測的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩t和車速V操作EPS 作動器10或進行動力輔助控制。下面將說明根據(jù)圖示實施方式的EPS 1的電氣配置。如圖2所示，ECU 11具有微型計算機17和驅(qū)動電路18。微型計算 機17是輸出馬達控制信號的信號輸出裝置。驅(qū)動電路18基于馬達控制 信號向馬達12供應三相電力。驅(qū)動電路18是公知的PWM變換器，其通過并聯(lián)連接與各相相應 的三個基本單元(臂)而構(gòu)成。每個基本單元由一對串聯(lián)連接的開關(guān)元 件形成。由微型計算機17輸出的馬達控制信號限定形成驅(qū)動電路18的 每個開關(guān)元件的接通占空比。當馬達控制信號提供給每個開關(guān)元件的門 接線端時，開關(guān)元件響應于馬達控制信號而被選擇性地接通和斷開。這 會將安裝在車輛中的電源(未示出)的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相(U、 V、 W)驅(qū)動電力。該驅(qū)動電力然后被供應給馬達12。ECU 11具有分別檢測相電流值Iu、 Iv、 Iw的電流傳感器21u、 21v、 21w，以及檢測馬達12的轉(zhuǎn)角6的轉(zhuǎn)角傳感器22。根據(jù)基于這些傳感 器的檢測信號檢測的馬達12的相電流值Iu、 Iv、 Iw和轉(zhuǎn)角6以及根據(jù) 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩t和車速V，微型計算機17向驅(qū)動電路18輸出馬達控制信號。微型計算機17包括用作計算裝置的計算部分23和用作信號產(chǎn)生裝 置的信號產(chǎn)生部分24。計算部分23計算電流命令值作為施加到轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的輔助力的目標控制量。信號產(chǎn)生部分24基于由計算部分23提供的 電流命令值產(chǎn)生馬達控制信號。基于分別由轉(zhuǎn)矩傳感器14和車速傳感器15檢測到的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩t和 車速V，計算部分23計算d軸電流命令值1『和q軸電流命令值Iq*。 計算部分23然后將獲得的d軸電流命令值1(1*和q軸電流命令值^*輸 出到信號產(chǎn)生部分24。連同由計算部分23提供的d軸電流命令值Id* 和q軸電流命令值Iq、信號產(chǎn)生部分24接收由相應的電流傳感器21u、 21v、 21w檢測到的相電流值Iu、 Iv、 Iw以及由轉(zhuǎn)角傳感器22檢測到 的轉(zhuǎn)角6?；谙嚯娏髦礗u、 Iv、 Iw和轉(zhuǎn)角6 (電角度)，信號產(chǎn)生部 分24通過對d-q坐標系統(tǒng)中的電流進行反饋控制而產(chǎn)生馬達控制信號。具體地，在信號產(chǎn)生部分24中，相電流值Iu、 Iv、 Iw和轉(zhuǎn)角6 — 起被輸入到用作三相/兩相轉(zhuǎn)換部分的第一轉(zhuǎn)換部分25。第一轉(zhuǎn)換部分 25將相電流值Iu、 Iv、 Iw轉(zhuǎn)換成d/q坐標系統(tǒng)中的d軸電流值Id和q 軸電流值Iq。由計算部分23輸出的d軸電流命令值If和q軸電流命 令值IqA與d軸電流值Id和q軸電流值Iq中相應的一個一起被分別輸 入到減法器26d和減法器26q。在正?？刂葡拢嬎悴糠?3輸出"0" 作為d軸電流命令值Id* (Id* = 0 )。由減法器26d計算的d軸電流偏差Aid發(fā)送給F/B控制部分27d。 同樣，由減法器26q獲得的q軸電流偏差Alq輸入到F/B控制部分27q。 F/B控制部分27d進行反饋控制，以便使代表實際電流的d軸電流值Id 追從由計算部分23輸出的d軸電流命令值I(P。類似地，F(xiàn)/B控制部分 27q進行反饋控制，以便使代表實際電流的q軸電流值Iq追從由計算 部分23輸出的q軸電流命令值Iq*。具體地，F(xiàn)/B控制部分27d通過將d軸電流偏差Aid乘以預定F/B 增益(PI增益)而獲得d軸電壓命令值Vd*。 F/B控制部分27q通過將 q軸電流偏差Alq乘以預定F/B增益(PI增益)而確定q軸電壓命令 值Vq、分別由F/B控制部分27d和F/B控制部分27q提供的d軸電壓 命令值V(F和q軸電壓命令值Vq力連同轉(zhuǎn)角6被輸入到為兩相/三相轉(zhuǎn) 換部分28的第二轉(zhuǎn)換部分28。第二轉(zhuǎn)換部分28將d軸和q軸電壓命 令值Vd、 Vq論轉(zhuǎn)換成三相電壓命令值Vu*、 Vv*、 Vw*。電壓命令值Vu、 Vv*、 Vw炎輸入到PWM轉(zhuǎn)換部分29。 PWM轉(zhuǎn) 換部分29產(chǎn)生與電壓命令值Vu*、 Vv*、 Vw^目應的負荷命令值au、 cxv、 aw。信號產(chǎn)生部分24產(chǎn)生具有由每個負荷命令值au、 cxv、 cxw 表示的接通占空比的馬達控制信號。微型計算機17輸出馬達控制信號 到形成驅(qū)動電路18的開關(guān)端(的門接線端)。通過這種方式，微型計算 機17控制驅(qū)動電路18的操作或者控制通向馬達12的驅(qū)動電力的供應。[異常發(fā)生時的控制如圖2所示，ECU 11的微型計算機17具有確定部分31，該確定部 分31在EPS1中發(fā)生任何異常時識別異常的類型。ECU 11 (微型計算 機17)以與由確定部分31識別的異常的類型相一致的方式改變馬達12 的控制模式。具體地，確定部分31接收異常信號S一tr，以便檢測EPS作動器10 的機械結(jié)構(gòu)中的異常。響應于異常信號S一tr，確定部分31檢測EPS 1 的機械系統(tǒng)中的異常。確定部分31還接^q軸電流命令值IqS q軸電 流值Iq，相電流值Iu、 Iv、 Iw，馬達12的轉(zhuǎn)動角速度w，以及i相的 負荷命令值ocu、 ocv、 ocw。基于各條件量，確定部分31檢測控制系統(tǒng) 中異常的發(fā)生。更具體地，確定部分31監(jiān)測q軸電流偏差Alq，以整體檢測控制 系統(tǒng)中異常的發(fā)生，包括轉(zhuǎn)矩傳感器14的故障和驅(qū)動電路18的故障。 換句話說，確定部分31將q軸電流偏差Alq與預定閾值進行比較。如 果q軸電流偏差△ Iq在比預定時間長的時間上保持大于或等于閾值，則 確定部分31確定在控制系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)生異常。確定部分31還基于相電流值Iu、 Iv、 Iw，轉(zhuǎn)動角速度o)以及各相 的負荷命令值ocu、 otv、 ocw來檢測發(fā)生電流流動故障的相，所述電流 流動故障由電力線路(包括馬達線圏)斷開或驅(qū)動電路18的失效接觸 引起。這種檢測根據(jù)當X相(X = U、 V、 W)的相電流值Ix小于或等 于預定值Ith (|Ix|￡lth )并且轉(zhuǎn)動角速度o處在確定是否已經(jīng)發(fā)生斷開 情形的目標范圍內(nèi)(lolScoO)時、對應于x相的負荷命令值ax是否持 續(xù)地處于預定范圍之外(0cL0s0c5aHi)來進行。預定范圍((xLoSoc5 (xHi)設定為與閾值coO相應的值的范圍，其中值Ith和目標范圍根據(jù) 該閾值co0限定。在這種情況下，值Ith或相電流值Ix的閾值設定為接近"0"的值。 轉(zhuǎn)動角速度co的閾值oO設定為與馬達的基本速度(最大轉(zhuǎn)數(shù))相應的 值。負荷命令值ot x的閾值a Lo和a Hi分別設定為小于正?？刂浦胸摵?命令值ax的下限值的值和大于正?？刂浦胸摵擅钪祇cx的上限值的 值。具體地，參照圖3的流程圖，確定部分31確定所檢測到的相電流 值Ix的絕對值是否小于或等于值Ith (步驟101 )。如果相電流值Ix的 絕對值小于或等于值Ith (|Ix|5lth，步驟101:是)，則確定部分31確 定轉(zhuǎn)動角速度a)的絕對值是否小于或等于預定的閾值o0 (步驟102 )。 如果轉(zhuǎn)動角速度co小于或等于閾值a)O (|o|^o0，步驟102)，則確定部 分31確定負荷命令值ax是否在預定范圍中(cxLosaxSocHi，步驟 103)。如果負荷命令值ocx在預定范圍之外(步驟103:否)，則確定部 分31確定在X相中電流流動已經(jīng)發(fā)生故障(步驟104)。如果相電流值Ix大于值Ith (|Ix|>Ith,步驟101:否)，轉(zhuǎn)動角速度 w大于閾值o0 (|to|>o0,步驟102:否)或者負荷命令值a x在上述的 預定范圍中((xLoSaxsocHi，步驟103:是)，則確定部分31確定X 相沒有電流流動故障(確定出X相正常運轉(zhuǎn)，步驟105)。也就是說，如果在X相(U、 V、 w相中的任何一相)中已經(jīng)發(fā)生 電流流動故障(斷開)，那么X相的相電流值Ix變?yōu)?0"。相電流值Ix 在除發(fā)生故障之外的以下兩種情況中可以變?yōu)?0"或"接近0的值"。--馬達的轉(zhuǎn)動角速度達到基本速度(最大轉(zhuǎn)數(shù))?！娏髅钪祷緸?0"。因此，確定部分31首先將屬于確定對象的X相的相電流值Ix與預 定值Ith進行比較，以確定相電流值Ix是否為"0"。然后，確定部分 31確定當前情況是否符合除斷開情況之外的其中相電流值Ix變?yōu)?0" 或"接近0"的上述兩種情況中的任何一種。如果當前情況不符合任何 一種情況，則確定部分31確定在X相中存在斷開情形。具體地，如果盡管相電流值Ix不像小于或等于接近0的值Ith的值 那么小但是負荷命令值(X x處于極端水平，則確定部分31確定在X相中 已經(jīng)發(fā)生電流流動故障。在圖示實施方式中，確定部分31通過對U、 V 和W相中的各相進行上述確定來識別其中已經(jīng)發(fā)生電流流動故障的相。雖然在出于圖示目的的圖3的流程圖中將其省略，不過確定部分僅 在電源電壓大于或等于驅(qū)動馬達12所需的規(guī)定電壓時才進行這種確定。 在指定步驟104中，確定部分31根據(jù)電流流動故障已經(jīng)發(fā)生的確定狀 態(tài)是否持續(xù)預定的時間段來最終確定已經(jīng)檢測到異常。ECU 11 (微型計算機17)根據(jù)確定部分31的確定結(jié)果來切換馬達 12的控制模式。具體地，確定部分31輸出包括電流流動故障檢測的確 定結(jié)果作為異常檢測信號SJm。然后，計算部分23計算與異常檢測信 號S一tm相應的電流命令值，并且信號產(chǎn)生部分24產(chǎn)生馬達控制信號。 通過lt種方式，微型計算機17將馬達12的控制模式從一種模式切換到 另一模式。更具體地，ECU11具有三種控制模式。所述控制模式是"正?？?制模式"，用于正常狀態(tài)；"輔助暫停模式"，用于在已經(jīng)發(fā)生異常并因 此而必須停止馬達12時的情況；以及"兩相驅(qū)動模式"，用于在馬達12 的任何一相中已經(jīng)發(fā)生電流流動故障時的情況。如果異常檢測信號 S一tm符合"正?？刂颇Ｊ?，那么計算部分23計算正常狀態(tài)的d軸電流命令值If和q軸電流命令值Iq*。信號產(chǎn)生部分24相應地產(chǎn)生馬達 控制信號。如果異常檢測信號S一tm符合"輔助暫停模式"，那么計算部分23 計算d軸電流命令值IW和q軸電流命令值Iq*，并且信號產(chǎn)生部分24 以使馬達12停止的方式產(chǎn)生馬達控制信號。如果在機械系統(tǒng)或轉(zhuǎn)矩傳 感器14中發(fā)生異常，或者如果在供電系統(tǒng)中引起了例如產(chǎn)生過電流的 異常，則選擇"輔助暫停模式"。進一步地，根據(jù)"輔助暫停模式"，馬 達12可立即停止或者可在通過減小馬達12的輸出而逐漸減小輔助力之 后停止。在后一種情況下，計算部分23逐漸減小q軸電流命令值Iq* 的絕對值。在停用馬達12之后，微型計算機17將形成驅(qū)動電路18的 開關(guān)元件切換到斷開狀態(tài)，并且斷開未圖示的電源繼電器。對應于"兩相驅(qū)動模式"的異常檢測信號S一tm攜帶標識出其中發(fā) 生電流流動故障的相的信息。如果異常檢測信號S一tm對應于"兩相驅(qū) 動模式"，那么信號產(chǎn)生部分24產(chǎn)生馬達控制信號，該控制信號指示使 用除發(fā)生電流流動故障的相之外的兩相作為電流流動相。在"兩相驅(qū)動模式"下，依據(jù)所檢測到的發(fā)生電流流動故障的相， 計算部分23使用下面的表達式(1)到(3 )來計算d軸電流命令值Id*:當在U相中電流流動發(fā)生故障時<formula>formula see original document page 15</formula>當在V相中電流流動發(fā)生故障時 <formula>formula see original document page 15</formula>當在W相中電流流動發(fā)生故障時 <formula>formula see original document page 15</formula>參照圖4到圖6，依據(jù)q軸電流命令值IqA的符號，d軸電流命令值1(1*以預定轉(zhuǎn)角6 A、 6 B作為漸近線而單調(diào)非減(當lq*>0時)或者單 調(diào)非增(當lq*<0時)。更具體地，d軸電流命令值Id^沿正切曲線(正 切tan 6 )或者呈正切曲線變化。
為了便于下面的說明，在從0°到360。的電角度范圍中，與漸近 線相應的兩個轉(zhuǎn)角中較小的一個將稱作轉(zhuǎn)角6A，而較大的一個將稱作 轉(zhuǎn)角6B。如圖4所示，當在U相中已經(jīng)發(fā)生異常并且電流因此而被引 入到為V相和W相的其它兩相中時，轉(zhuǎn)角6A和轉(zhuǎn)角6B分別是"卯 。，，和"270。"。參照圖5，當V相中的電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時，轉(zhuǎn) 角6A是"30。"，轉(zhuǎn)角6B是"210° "。參照圖6，當W相中的電流 流動已經(jīng)發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)角6A是"150° "，轉(zhuǎn)角6B是"330° "。
在使用上述表達式(1)到(3 )計算d軸電流命令值1(1*中，q軸 電流命令值化*是與正常狀態(tài)的q軸電流命令值IqA相同的值，或者是 與馬達轉(zhuǎn)矩的目標值相應的初始值"Iq一as"。
基于d軸電流命令值1(1*和q軸電流命令值Iq*，信號產(chǎn)生部分24 對d/q坐標系統(tǒng)中的電流進行反饋控制。通過這種方式，信號產(chǎn)生部分 24產(chǎn)生馬達控制信號，以便進行使用除發(fā)生電流流動故障的相之外的兩 相作為電流流動相的兩相驅(qū)動操作控制。
也就是說，在兩相驅(qū)動操作中，信號產(chǎn)生部分24基于根據(jù)由表達 式(1)到(3)確定的正切曲線而變化的d軸電流命令值I『進行電流 反饋控制。通過這種方式，在U、 V、 W相的各相中產(chǎn)生如由下面的表 達式(4)到(9)所表示的、根據(jù)以轉(zhuǎn)角6A、 6B作為漸近線的正割 曲線或余割曲線變化的相電流(見圖7到9)。發(fā)生電流流動故障的相的 相電流值是"0"。正割曲線對應于sin6的倒數(shù)(余割cosec 6 )，余 割曲線對應于cos6的倒數(shù)(正割sec 6)。
當在U相中電流流動發(fā)生故障時當在V相中電流流動發(fā)生故障時 —I術(shù)
T宋
當在W相中電流流動發(fā)生故障時 一T宋
<formula>formula see original document page 17</formula>因此，在理論上，除了與轉(zhuǎn)角6A、 6B相應的值之外，在d/q坐標 系統(tǒng)中產(chǎn)生遵從q軸電流命令值IqA的q軸電流值Iq。
換句話說，如果馬達12的轉(zhuǎn)角6不是轉(zhuǎn)角6A、 6B，則在理論上 能夠產(chǎn)生與所要求的轉(zhuǎn)矩相應的q軸電流值Iq。也就是說，q軸電流值 Iq產(chǎn)生為等于q軸電流命令值^*的值，該q軸電流命令值^*為馬達 轉(zhuǎn)矩的目標值。通過這種方式，由兩相驅(qū)動操作而引起的轉(zhuǎn)矩脈動的發(fā) 生在這種操作中得以抑制。此外，在維持改進的轉(zhuǎn)向舒適度的同時，持 續(xù)地施加輔助力。
設定用于能夠在各相的馬達線團12u、 12v、 12w中流動的電流的絕 對值的最大值Ix—max。如果電流反饋控制基于在整個轉(zhuǎn)角范圍上都沿 正切曲線變化的d軸電流命令值1(1*進行，則有可能產(chǎn)生超過最大值 Ix一max的相電流。
因此，在兩相驅(qū)動操作中，計算部分23以這樣的方式計算d軸電 流命令值1(1*和q軸電流命令值Iq*,使得作為電流流動相運轉(zhuǎn)的兩相 的相電流值變?yōu)樾∮诨虻扔谏舷拗?Ix max)并且大于或等于下限值(-Ix一max)。這確保了馬達的最大輸出性能，并且抑制了由于超過最大值 Ix_max的電流流動而引起的驅(qū)動電路的開關(guān)元件或者所述相的馬達線 圏一變熱。因此馬達得以穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。
具體地，如果電流反饋控制基于在整個轉(zhuǎn)角范圍上都沿正切曲線變 化的d軸電流命令值1『進行，則計算部分23首先確定所檢測到的馬達 12的轉(zhuǎn)角6是否在這樣的轉(zhuǎn)角范圍中，即在該范圍中在電流流動相中產(chǎn) 生超過最大值Ix-max的相電流。
更具體地，其中在各相中流動的電流的值必須進行限制的轉(zhuǎn)角范圍 是其中相電流值變?yōu)榇笥诨虻扔谧畲笾礗x—max的范圍(Ix^Ix_max，Ix^ -Ix—max)。換句話說，電流限制范圍是位于與漸近線中的一條相應的 轉(zhuǎn)角6A附近的轉(zhuǎn)角6 1到轉(zhuǎn)角6 2的轉(zhuǎn)角范圍，或者是位于與漸近線 中的另一條相應的轉(zhuǎn)角6B附近的轉(zhuǎn)角6 3到轉(zhuǎn)角6 4的轉(zhuǎn)角范圍。因 此，通過將與最大值Ix-max相應的上限值(+Ix-max)和下限值(-Ix一max )代入上述表達式(4 )到(9 )中來獲得轉(zhuǎn)角6的解，限定電流 限制范圍的四個轉(zhuǎn)角6 1、 6 2、 6 3、 6 4便得以確認。
也就是說，如果發(fā)生電流流動故障的相是U相(當U相中的電流流 動已經(jīng)發(fā)生故障時)，使用表達式(10)、 (11)、 (12)和(13)進行計 算，每個表達式(10)、 (11)、 (12)和(13)是將相電流值的上限值和 下限值代入上述表達式(4)中而獲得。通過這種方式，與漸近線相應 的轉(zhuǎn)角6A、 6B的其中之一得以確定。換句話說，獲得了限定轉(zhuǎn)角6A 附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 1、 6 2。
當在U相中電流流動發(fā)生故障時
如果Iq^),
<formula>formula see original document page 18</formula>如果lq^0,
表達式(10 )到(13 )的解或者轉(zhuǎn)角6 1、 6 2由cos 6的逆函數(shù)(反 余弦)表示。因此，滿足下面的等式cos ( - 6 ) = cos 6 ; cos ( 6 +2tt) =cos 6。因此，使用下面的表達式(14)和(15)計算預定轉(zhuǎn)角 中的其相位與轉(zhuǎn)角6 A的相位偏移2tt的另一轉(zhuǎn)角。也就是說，獲得了 限定轉(zhuǎn)角6B附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 3、 6 4。
04=271—01 …(15)
類似地，如果發(fā)生電流流動故障的相是V相(當V相中的電流流動 已經(jīng)發(fā)生故障時)，則使用表達式(16)、 (17)、 (18)和(19)進行計 算，每個表達式(16)、 (17)、 (18)和(19)是將相電流值的上限值和 下限值代入上述表達式(6)中而獲得。通過這種方式，獲得了與漸近 線相應的轉(zhuǎn)角6A、 6B的其中之一，即限定轉(zhuǎn)角6A附近的電流限制范 圍的轉(zhuǎn)角6 1、 62。
當在V相中電流流動發(fā)生故障時
如果lq1^0，
<formula>formula see original document page 19</formula>(17)
如果lq^0，<formula>formula see original document page 20</formula>19)
表達式(16)到(19)的解或者轉(zhuǎn)角6 1、 62由sin6的逆函數(shù) (反正弦)表示。因此，基于等式sin (Tt - 6 ) =sin6，限定轉(zhuǎn)角6 A附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 1、 6 2與其相位與轉(zhuǎn)角6A的相位偏移 2;t的其它預定轉(zhuǎn)角或者與限定轉(zhuǎn)角6B附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 3、 64之間的關(guān)系滿足下面的表達式(20)和(21)。通過使用表達式 (20)、 (21)進行計算，其它轉(zhuǎn)角63、 64得以確定。
兀-(0'普vf …(")
此外，如果發(fā)生電流流動故障的相是w相(當w相中的電流流
動已經(jīng)發(fā)生故障時)，使用表達式(22)、 (23)、 (24)和(25)進行計 算，每個表達式(22)、 (23)、 (24)和(25)是將相電流值的上限值和 下限值代入上述表達式(9)中而獲得。通過這種方式，獲得了與漸近 線相應的轉(zhuǎn)角6A、 6B的其中之一，即限定轉(zhuǎn)角6B附近的電流限制范 圍的轉(zhuǎn)角6 3、 6 4。
當在W相中電流流動發(fā)生故障時
如果lq*>0，
<formula>formula see original document page 20</formula><formula>formula see original document page 21</formula>
-+…(24)
表達式(23)到(25)的解或者轉(zhuǎn)角6 3、 64由sin6的逆函數(shù) (反正弦)表示。因此，基于等式sin (7t- 6 ) =sin6，限定轉(zhuǎn)角6 B附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 3、 6 4與其相位與轉(zhuǎn)角6B的相位偏移 2tt的其它預定轉(zhuǎn)角或者與限定轉(zhuǎn)角6 A附近的電流限制范圍的轉(zhuǎn)角6 1、 62之間的關(guān)系滿足下面的表達式(26)和(27)。
<formula>formula see original document page 21</formula>(27)
通過使用表達式(26)和(27)進行計算，其它轉(zhuǎn)角6 1、 6 2得 以確定。
通過這種方式，確定部分31計算轉(zhuǎn)角6 1、 6 2、 6 3、 6 4，這些 轉(zhuǎn)角限定位于與兩條漸近線相應的預定轉(zhuǎn)角6 A、 6 B附近的相應電流限 制范圍。如果所檢測到的馬達12的轉(zhuǎn)角6落在電流限制范圍(6 1<6< 6 2， 6 3<6<64)中的任何一個范圍中，確定部分31便以這樣的方式 確定d軸電流命令值1(1*和q軸電流命令值Iq*，使得電流流動相的相 電流值固定在上限值(Ix—max)或下限值(-Ix—max).
具體地，確定部分31使用下面的表達式(28)到(51)且依據(jù)所確 認的發(fā)生電流流動故障的相和q軸電流命令值IqA的符號來計算d軸電流 命令值1(1*和q軸電流命令值Iq*。
當在U相中電流流動發(fā)生故障時如果6 1< 6 <tt/2或者3tt/2< 6 < 6 4
如果tt/2< 6 < 6 2或者6 3< 6 <3tt/2
GOS0 ("*<0)
當在V相中電流流動發(fā)生故障時 如果6 1< 6 W6或者7tt/6< 6 < 6 4
Id*=I
cos0+^^s i n0乂
(28) (23)
(30)
(31)
(32)
(33〉
(34)
(35)
涯
(36)
(37)
(38)
如果tt/6< 6 < 6 2或者6 3< 6 <7tt/6
(33)<formula>formula see original document page 23</formula>(1^0)
(<formula>formula see original document page 23</formula>40)
<formula>formula see original document page 23</formula>(41)
<formula>formula see original document page 23</formula>(42)
<formula>formula see original document page 23</formula>(43)
當在W相中電流流動發(fā)生故障時 如果6 1< 6 <5tt/6或者11tt/6< 6 < 6 4
如果5tt/6< 6 < 6 2或者6 3< 6 <1 1tt/6
<formula>formula see original document page 23</formula>
(48)<formula>formula see original document page 24</formula> …(50)
<formula>formula see original document page 24</formula>(51)
通過這種方式，在確保最大馬達輸出性能以及確保馬達的穩(wěn)定持續(xù) 控制的同時，以改進的精確度檢測控制系統(tǒng)中的異常。
具體地，參照圖10，簡單地通過在使d軸電流命令值I(P和q軸電 流命令值Iq論在各個電流限制范圍(6 1<6<6 2， 6 3<6<64)內(nèi)維持固 定不變的情況下進行電流^Jt控制，d軸電流Id并不il^d軸電流命4Ht Id*。圖10示出了當U相中的電流流動已經(jīng)發(fā)生故障時的示例。換句話說， 在正常狀態(tài)(當各相中的正常電流流動都得到保證時)下，相電流如圖11 所示地在馬達的相中流動。因此，d軸電流值Id遵循d軸電流命令值Id、 相比之下，如果任何一相中的電流流動發(fā)生故障并且進行兩相驅(qū)動^Mt ， 則發(fā)生電流流動故障的相的電流值變?yōu)?0"。在這種狀態(tài)下，電流流動相 的相電流值呈現(xiàn)出如圖12所示的波形。因此，d軸電流值Id并不il^d 軸電流命令值1(1*。因此，馬達12的輸出不能夠最大化。
但是，通過基于由表達式(28)到(51)確定的d軸電流命令值Id* 和q軸電流命令(i IqA來進行電流反饋控制，d軸電流值Id和q軸電流值 Iq分別變?yōu)樵谏鲜鲭娏飨拗品秶凶窂膁軸電流命4Ht IcF和q軸電流命 令值4*的值。也就是說，電流流動相的相電流值在電流限制范圍中固定 在上限值(Tx_max)或下限值(-Tx_max)。這確保了馬達的最大輸出性 能。
此外，通過預先將q軸電流命令值^*確定在使得q軸電流值Id能 夠i!A與q軸電流命令值lqw相應的值的范圍中，確保了在電流限制范圍 中基于q軸電流偏差Alq所進行的異常檢測的可靠性。因此，在兩相驅(qū)動 操作中，控制系統(tǒng)中的異常檢測得以以增加的精確度進行。
接下來，將說明用于使用微型計算機進行上述異常檢測以及切換控 制模式的過程、以及用于產(chǎn)生馬達控制信號的過程。
參照圖13，微型計算機17首先確定是否已經(jīng)發(fā)生任何異常(步驟201)。如果確定異常已經(jīng)發(fā)生(步驟201:是)，那么微型計算機17確定 在控制系統(tǒng)中是否已經(jīng)發(fā)生異常(步驟202 )。如果確定異常位于控制系統(tǒng) 中(步驟202:是)，那么微型計算機17確定當前控制模式是否是兩相驅(qū) 動模式(步驟203 )。如果當前驅(qū)動模式不是兩相驅(qū)動模式(步驟203:否)， 那么微型計算機17確定控制系統(tǒng)的異常是否對應于任何一相中的電流流 動故障(步驟204)。如果確定電流流動故障已經(jīng)在任何一相中發(fā)生(步驟 204:是)，那么微型計算機17輸出馬達控制信號，該信號指示使用除發(fā)生 電流流動故障的相之外的其它兩相作為電流流動相(兩相驅(qū)動模式，步驟 205 )o
在步驟205，如已描述，依據(jù)所識別出的發(fā)生電流流動故障的相、 并且根據(jù)所檢測到的轉(zhuǎn)角6是否落在任何一個電流限制范圍(6 1<6<6 2， 6 3<6<64)中，微型計算機17計算d軸電流命令值1『和q軸電流 命令值Iq論。
具體地，如圖14中的流程圖所示，微型計算機17確定所檢測到的 轉(zhuǎn)角6是否在電流限制范圍中(步驟301)。如果轉(zhuǎn)角6在電流限制范圍之 外(步驟301:否)，則微型計算機17使用表達式(1)到(3 )計算d軸 電流命令值Id* (步驟302 )。在這種情況下，微型計算機17計算與正常狀 態(tài)(當相中的正常電流流動得到保證時)的q軸電流命令值Iq^目同的值， 或者與馬達轉(zhuǎn)矩的目標值相應的初始值(Iq* = Iq_as* )。
如果所檢測到的轉(zhuǎn)矩6落在電流限制范圍中(步驟301:是)，那么 微型計算機17使用表達式(28 )到(51)計算d軸電流命令值1『和q軸 電流命令值Iq* (步驟303 )。
相對之下，如果在步驟201中確定不存在異常(步驟201:否)，那 么微型計算機17輸出用于正常狀態(tài)的馬達控制信號(Id* = 0,正?？刂颇?式，步驟206)。如果確定異常發(fā)生在控制系統(tǒng)之外(步驟202:否)、當前 控制模式是兩相驅(qū)動模式(步驟203:是)、或者異常并不是在任何一相中 的電流流動故障(步驟204:否)，那么微型計算機17切換到輔助暫停模 式(步驟207)。微型計算機17然后輸出馬達控制信號，該信號指示停止 馬達12的運轉(zhuǎn)并且斷開電源繼電器。
所述的實施方式具有下面的優(yōu)點。如果存在發(fā)生電流流動故障的任何相，微型計算機17便會計算沿以 預定轉(zhuǎn)角6A、 6B為漸近線的正切曲線變化的d軸電流命令值Id、然后， 微型計算機17基于d軸電流命令值IW進行電流反饋控制，并因此而持續(xù) 地輸出使用除發(fā)生電流流動故障的相之外的兩相作為電流流動相的馬達 控制信號。在兩相驅(qū)動操作中，微型計算機17以這樣的方式計算d軸電 流命令值1(1*和q軸電流命令值Iq* ，使得電流流動相的相電流值在相電流 值>^據(jù)最大值而受到限制的轉(zhuǎn)角范圍或者電流限制范圍(61<6<62, 6 3<6<6 4)中固定于針對各相設定的所述最大值。
通過這種方式，除了在與漸近線相應的預定轉(zhuǎn)角6A、 6B附近的電 流限制范圍(6 1<6<6 2， 6 3<6<6 4)之夕卜，產(chǎn)生了與所要求的轉(zhuǎn)矩(q 軸電流命令值Iq* )相應的馬達電流(q軸電流值Iq )。因此，即使任何一 相中的電流流動發(fā)生故障，轉(zhuǎn)矩脈動的發(fā)生也得到抑制。這樣，在維持改 進的轉(zhuǎn)向舒適度的同時，持續(xù)地施加輔助力。此外，通過在電流限制范圍 中使電流流動相的相電流值維持在固定值即上P艮值(Ix-max)或下限值(-Ix—max)，確保了馬達的最大輸出性能。此外，通過預先確定能夠通過q 軸電流值Iq而得到的q軸電流命4Ht Iq*，確保了在電流限制范圍中基于 q軸電流偏差Aq所進行的異常檢測的可靠性。因此，即使在兩相驅(qū)動操 作中，也能夠以增加的精確度檢測控制系統(tǒng)中的異常。
所述的實施方式可以按下面的形式修改。
雖然在所述的實施方式中本發(fā)明實施為電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS )， 不過本發(fā)明可以實施為除用在EPS之外的其他用途的馬達控制器。
在所述的實施方式中，ECU 11或者馬達控制器根據(jù)三種模式操作， 所述三種模式即"正?？刂颇Ｊ?、"輔助暫停模式"和"兩相驅(qū)動模式"。 但是，用于異常發(fā)生時的控制模式不限于這三種模式。也就是說，只要是 在使用除發(fā)生電流流動故障的相之外的兩相作為電流流動相的情況下對 馬達的操作進行，就可以使用任何合適的馬達控制器。此外，可以使用除 所述的實施方式中的方法之夕卜的異常檢測方法。
在兩相驅(qū)動操作中計算的d軸電流命* If不必非得確切地等于 根據(jù)表達式(1)到(3)而獲得的值。但是，如果d軸電流命令值IdM吏 用表達式(1)到(3)確定，那么q軸電流值Iq被產(chǎn)生成最接近于q軸電流命令值Iqw的值。所產(chǎn)生的值越靠近由表達式確定的d軸電流命令值 Id*，所獲得的效果就越顯著。
在所述的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明，控制系統(tǒng)中的異常檢測是基于 q軸電流偏差Alq進行的。但是，只要這種異常檢測是基于d-q坐標系統(tǒng) 的電流偏差進行的，檢測可以基于d/q坐標系統(tǒng)的d軸電流偏差Ald或者 合成向量偏差來進行。
權(quán)利要求
1.一種馬達控制器，包括信號輸出裝置，其輸出馬達控制信號；和驅(qū)動電路，其基于所述馬達控制信號向馬達供應三相驅(qū)動電力，其中，所述信號輸出裝置包括計算裝置、信號產(chǎn)生裝置和異常檢測裝置，所述計算裝置計算d/q坐標系統(tǒng)的d軸電流命令值和q軸電流命令值作為電流命令值，所述信號產(chǎn)生裝置通過基于所述d軸電流命令值和所述q軸電流命令值而進行所述d/q坐標系統(tǒng)的電流反饋控制來產(chǎn)生所述馬達控制信號，所述異常檢測裝置能夠檢測所述馬達的任何一相中的故障電流流動，并且，當檢測到故障電流流動時，所述信號輸出裝置輸出使用除發(fā)生電流流動故障的相之外的兩相作為電流流動相的馬達控制信號，所述馬達控制器的特征在于，為所述馬達的每個相電流值設定能夠在所述馬達的各相中流動的電流的最大值，其中，當發(fā)生電流流動故障時，所述計算裝置計算沿以與發(fā)生電流流動故障的相相應的預定轉(zhuǎn)角作為漸近線的正切曲線而變化的d軸電流命令值，并且，所述計算裝置以這樣的方式計算d軸電流命令值和q軸電流命令值，使得每個所述電流流動相的相電流值在需要基于所述最大值對所述相電流值進行限制的轉(zhuǎn)角范圍中固定于所述最大值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的馬達控制器，其特征在于，當發(fā)生電流 流動故障時，所述計算裝置使用下面的表達式依據(jù)發(fā)生電流流動故障的 相來計算所述d軸電流命令值當U相中發(fā)生電流流動故障時<formula>formula see original document page 2</formula>當V相中發(fā)生電流流動故障時<formula>formula see original document page 2</formula>當W相中發(fā)生電流流動故障時: <formula>formula see original document page 2</formula>其中，6:轉(zhuǎn)角，Id*: d軸電流命令值，Iq*: q軸電流命令值， 并且，在需要對所述相電流進行限制的轉(zhuǎn)角范圍中，所述計算裝置使用 下面的表達式計算d軸電流命令值和q軸電流命令當U相中發(fā)生電流流動故障時如果6 1< 6 <tt/2或者3tt/2< 6 < 6 4Id木--^"一自sln0 (1/<0)(Iq*<0)如果丌/2< 6 < 6 2或者6 3< 6 <3丌/2假設COS誦l02=COS畫lCOS一，T * id^"」一 lei^1max,-"宋求 '^"」("，U/<0) (1^0)("，03=2 Jl-02當V相中發(fā)生電流流動故障時如果0 1< 6 <tt/6或者7 t/6< 6 < 6 4 Id、 Ix一隨(^。os0+&s I(ZF'5k.如果tt/6< 6 < 6 2或者6 3< 6 <7tt/6"來=(-J^"s 1 n0+^"cos0) 假設、當W相中發(fā)生電流流動故障時 如果6 1< 6 <5兀/6或者1 W6< 6 < 6 4<formula>formula see original document page 5</formula>假設<formula>formula see original document page 6</formula>("ho)其中，Id*: d軸電流命令值，Iq*: q軸電流命令值，Ix_max:能 夠流動的電流的最大值。
3.—種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，所述電動助力轉(zhuǎn)向裝置具 有如權(quán)利要求1或2所述的馬達控制器。
全文摘要
本申請涉及一種馬達控制器和一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置。當在任何一相中發(fā)生電流流動故障時，微型計算機17計算沿以預定轉(zhuǎn)角θA、θB為漸近線的正切曲線而變化的d軸電流命令值Id*。微型計算機17通過依據(jù)d軸電流命令值Id*進行電流反饋控制來持續(xù)地輸出使用除發(fā)生電流故障的相之外的兩相作為電流流動相的馬達控制信號。在這種兩相驅(qū)動操作中，微型計算機17以這樣的方式計算d軸電流命令值Id*和q軸電流命令值Iq*，使得電流流動相的相電流值在需要依據(jù)最大值對相電流進行限制的轉(zhuǎn)角限制范圍或者電流限制范圍(θ1＜θ＜θ2，θ3＜θ＜θ4)中固定于為各相設定的能夠流動的電流的各個最大值。
文檔編號H02P6/00GK101314362SQ20081009838
公開日2008年12月3日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者鈴木浩 申請人:株式會社捷太格特