马达控制装置、操舵致动器用马达控制装置、操舵致动器系统的制作方法

本发明涉及马达控制装置、操舵致动器用马达控制装置以及操舵致动器系统。

背景技术：

以往，作为大型车辆的操舵系统，存在利用马达来对液压助力转向装置的液压进行控制的电动液压助力转向装置。近年来，期望大型车辆的自动驾驶和自动操舵。因此，操舵致动器系统利用操舵致动器(马达)使电动液压助力转向装置进行动作，由此进行自动操舵。由于需要针对操舵致动器系统的故障提高安全性，因此用于控制操舵致动器(马达)的马达控制装置需要冗余化。并且，马达控制装置检测马达旋转轴的角度而进行控制。作为冗余角度传感器，公知有两个系统的旋转变压器接近配置的角度传感器。(专利文献1)

专利文献1：日本特开2009-210281号公报

操舵致动器系统的马达控制装置从马达旋转轴的角度传感器接受角度信号，执行马达控制。因此，如果角度传感器发生故障，则无法取得角度信号，有可能给马达控制带来障碍，因此需要使角度传感器冗余化。在专利文献1的角度传感器中，两个旋转变压器接近配置，即使彼此非同步地励磁的两个励磁信号发生磁干涉，也能够维持较高的角度检测精度，但由于需要求取对旋转变压器输出进行采样的时机，因此存在为了维持较高的角度检测精度而结构变得复杂这一课题。

技术实现要素：

本发明的一个方式的马达控制装置对具有两个系统的角度传感器的三相马达进行驱动，其中，两个系统的角度传感器由第1角度传感器和第2角度传感器构成。马达控制装置具有控制部，该控制部对两个系统的角度传感器分别输出励磁信号，该两个系统的角度传感器将各自感应出的检测信号输入给该控制部，第1角度传感器的第1励磁信号的频率与第2角度传感器的第2励磁信号的频率不同。

本发明的一个方式的操舵致动器用马达控制装置采用了上述马达控制装置作为使车辆的转向操作自动化的操舵致动器用的马达控制装置。

另外，本发明的一个方式的操舵致动器系统具有上述操舵致动器用马达控制装置。

根据本发明的例示的实施方式，在马达控制装置中，两个系统的角度传感器各自的励磁信号的频率不同，因此即使各自的励磁信号作为噪声而发生干涉，也能够根据各自的检测信号来简单地检测角度。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的包含操舵致动器用马达控制装置的操舵致动器系统的整体结构的图。

图2是示出图1所示的操舵致动器用的马达控制装置的详细结构的图。

图3是示出两个系统的角度传感器的概略结构的图。

图4a是示出第1系统的角度传感器的励磁信号和检测信号的图。

图4b是示出第2系统的角度传感器的励磁信号和检测信号的图。

图5是示出马达控制装置的角度计算的概略流程图的图。

图6a是示出模拟了马达控制装置在不进行滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。

图6b是示出模拟了马达控制装置在进行带通滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。

图6c是示出模拟了马达控制装置在带通滤波之后进行了带阻滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。

标号说明

1：马达控制装置；1a：马达控制装置(第1系统)；1b：马达控制装置(第2系统)；2：方向盘；3：旋转轴；7：齿条轴；8a：旋转阀；8b：动力缸；9、9a、9b：扭矩传感器；10：操舵致动器系统；11a：角度传感器(第1系统)；11b：角度传感器(第2系统)；12a、12b：控制部(cpu)；13a、13b：逆变器控制部；14a、14b：逆变器电路；15、15a、15b：操舵致动器(马达)；16a、16b：滤波器；17a、17b：电源继电器；18a、18b：输入i/f；19a、19b：cani/f；27：can信号线；27a：can-h线；27b：can-l线；31：点火开关(ig-sw)；bt：电池。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的马达控制装置、具有该马达控制装置的操舵致动器用马达控制装置、以及具有该操舵致动器用马达控制装置的操舵致动器系统的实施方式进行详细说明。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略公知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。

图1是示出操舵致动器系统10的整体结构的一例的图。操舵致动器系统10是在大型车辆等运输设备中辅助驾驶员的转向操作的装置。操舵致动器系统10具有作为电源供给源的电池bt、作为电子控制单元(electroniccontrolunit：ecu)的马达控制装置1、作为操舵部件的方向盘2、与方向盘连接的旋转轴3、小齿轮6、齿条轴7、对来自未图示的液压源的液压进行调节的旋转阀8a以及利用液压来驱动齿条轴的动力缸8b等。

旋转轴3与设置于其前端的小齿轮6啮合。通过小齿轮6而将旋转轴3的旋转运动转换为齿条轴7的直线运动。另外，从旋转阀8a送出的液压作为用于辅助旋转轴3的旋转的输出而传递给动力缸8b，使动力缸8b的活塞进行动作，从而转换为齿条轴7的直线运动。设置于该齿条轴7的两端的一对车轮5a、5b被操舵为与齿条轴7的位移量对应的角度。

在旋转轴3上同轴地设置有具有操舵致动器用的角度传感器的马达15。马达控制装置1根据角度传感器所取得的马达的旋转轴的角度来求取旋转轴3的操舵角度，以使该操舵角度成为从未图示的adas-ecu(advanceddriver-assistancesystems-electroniccontrolunit：高级驱动器辅助系统电子控制单元)接收的指示操舵角度的方式生成马达驱动信号，并将该信号输出给马达15。无论驾驶员的转向操作如何，都能够通过adas-ecu指示操舵角度而由操舵致动器系统进行自动操舵。

另外，在旋转轴3上设置有检测方向盘2被操作时的操舵扭矩的扭矩传感器9，检测到的操舵扭矩传送给马达控制装置1。马达控制装置1根据扭矩传感器9所取得的操舵扭矩来检测驾驶员的方向盘操舵的干预，生成马达驱动信号的衰减或停止信号，并将该信号输出给电动马达15。通过驾驶员的转向操作干预，能够停止基于操舵致动器系统的自动操舵，进行手动操舵。

接下来，对本实施方式的马达控制装置进行说明。如图2所示，本实施方式的马达控制装置具有冗余结构，该冗余结构由除了规定的部分以外具有相同的结构要素的多个马达控制系统构成。这里，以具有由两个系统构成的冗余结构的马达控制装置为例进行说明，但也可以进一步扩展为由三个系统、四个系统等多个系统构成的冗余结构。

本实施方式的马达控制装置由马达控制装置1a、1b构成，该马达控制装置1a、1b由分别具有控制部(cpu)12a、12b的相互独立的两个系统构成。马达控制装置1a、1b采用具有以下部分的双逆变器结构：电动马达15，其具有两组三相绕组(ua、va、wa)15a和三相绕组(ub、vb、wb)15b；以及两组逆变器电路14a、14b，它们分别向这两组三相绕组提供驱动电流。电动马达15例如是三相无刷dc马达。

在以下的说明中，将包含马达控制装置1a和三相绕组15a的结构部分设为第1系统，将包含马达控制装置1b和三相绕组15b的结构部分设为第2系统。

构成第1系统的马达控制装置1a具有：控制部(cpu)12a，其负责马达控制装置1a整体的控制，例如由微处理器构成；逆变器控制部13a，其根据来自cpu12a的控制信号而生成马达驱动信号，作为fet驱动电路而发挥功能；以及逆变器电路14a，其是向电动马达15的三相绕组(ua、va、wa)15a提供驱动电流的马达驱动部。

构成第2系统的马达控制装置1b与马达控制装置1a同样地具有：控制部(cpu)12b，其负责马达控制装置1b整体的控制；逆变器控制部13b，其根据来自cpu12b的控制信号而生成马达驱动信号，作为fet驱动电路而发挥功能；以及逆变器电路14b，其向电动马达15的三相绕组(ub、vb、wb)15b提供规定的驱动电流。

从外部电池bt经由滤波器16a和电源继电器17a向逆变器电路14a提供马达驱动用的电源，从外部电池bt经由滤波器16b和电源继电器17b向逆变器电路14b提供马达驱动用的电源。另外，滤波器16a、16b也可以分别包含于逆变器电路14a、14b。

滤波器16a、16b由未图示的电解电容器和线圈构成，吸收供给电源所包含的噪声等，使电源电压平滑。电源继电器17a、17b例如由机械式继电器或半导体继电器构成，构成为能够切断来自电池bt的电力。

逆变器电路14a是由与电动马达15的三相绕组(ua、va、wa)15a分别对应的半导体开关元件(fet)构成的fet桥电路。同样地，逆变器电路14b是由与电动马达15的三相绕组(ub、vb、wb)15b分别对应的半导体开关元件(fet)构成的fet桥电路。

另外，这些开关元件(fet)也被称为功率元件，例如使用mosfet(metal-oxidesemiconductorfield-effecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件。

点火开关(ig-sw)31的一端与电池bt连接，另一端与ig电压检测部24a、24b连接。ig电压检测部24a、24b对点火(ig)电压值进行ad转换，将转换后的数字电压值作为ig电压的实际电压值输入给cpu12a、12b。另外，ig电压检测部也可以内置于cpu中。

电源部20a、20b将电池bt所提供的电池电压+b转换为规定的电压(例如，逻辑电平的电压)，并将其提供为控制部(cpu)12a、12b、逆变器控制部13a、13b等的动作电源。

在电源部20a、20b与电池bt之间的路径上具有与点火开关(ig-sw)31的动作联动的开关21a、21b。在点火开关(ig-sw)31断开时，开关21a、21b也断开，在点火开关(ig-sw)31接通时，开关21a、21b也接通。通过具有开关21a、21b，能够在点火开关(ig-sw)31断开时减少马达控制装置1a、1b的暗电流。通过减少暗电流，能够防止电池耗尽。

马达控制装置1a、1b的cpu12a、12b构成为能够进行实时的相互通信。另外，马达控制装置1a、1b经由与授受车辆的各种信息的车载网络(can)连接的can信号线(can通信总线)27h、27l和cani/f19a、19b而与其他控制单元(ecu)之间进行基于can协议的数据通信。

can信号线27h、27l是由构成第1系统的can-h线27ha、can-l线27la以及构成第2系统的can-h线27hb、can-l线27lb构成的各自为双线式的通信线。

在电动马达15上搭载有检测马达的转子的旋转位置的角度传感器(旋转变压器)11a、11b。来自角度传感器(旋转变压器)11a的输出信号作为旋转信息经由输入i/f18a发送给cpu12a，来自角度传感器(旋转变压器)11b的输出信号经由输入i/f18b发送给cpu12b。

通过进行具有电源部20a、20b、cpu12a、12b、逆变器电路14a、14b等的第1系统1a、第2系统1b的冗余化，能够提供高可靠性的针对故障的安全性高的马达控制装置。

图3是示出两个系统的角度传感器(旋转变压器)11a、11b的概略结构的图。针对一个旋转变压器转子而组装有两个系统的励磁线圈和检测线圈，成为冗余结构。为了区别彼此的励磁信号，对各个系统输入不同的励磁信号，对第1系统的角度传感器输入例如10khz的励磁信号，对第2系统的角度传感器输入例如5khz的励磁信号。

由于采用冗余设计的角度传感器(旋转变压器)11a、11b分别接近配置，因此第1系统的励磁信号有时成为引起第2系统的检测线圈感应的噪声，另外，有时第2系统的励磁信号成为引起第1系统的检测线圈感应的噪声。

图4a是示出第1系统的角度传感器(旋转变压器)的励磁信号与检测信号的关系的图。在第1系统中，相对于第1励磁信号r1_a，存在正弦波s2_a和余弦波s1_a作为第1检测信号。第1检测信号中的正弦波s2_a混有由第2系统的第2励磁信号r1_b感应出的信号作为噪声，正弦波被破坏。

图4b是示出第2系统的角度传感器(旋转变压器)的励磁信号与检测信号的关系的图。在第2系统中，相对于第2励磁信号r1_b，存在正弦波s2_b和余弦波s1_b作为第2检测信号。第2检测信号中的正弦波s2_b混有由第1系统的第1励磁信号r1_a感应出的信号作为噪声，正弦波被破坏。

由于旋转变压器的检测信号来自转子角度的正弦波和余弦波的值，因此信号的振幅率与转子角度的正切值一致。因此，转子角度θ能够通过将正弦信号的振幅vs除以余弦信号的振幅vc的反正切三角函数来求取。

<式子1>

θ＝tan^-1(sinθ/cosθ)＝tan^-1(vs/vc)

图5示出了马达控制装置的角度计算的概略流程图。在本实施例中，作为噪声去除滤波，在带通滤波(bpf)之后实施带阻滤波(bsf)。

假设输入了10khz作为第1励磁信号。首先，在步骤st1中，实施10khz的带通滤波作为第1检测信号。接着，在步骤st2中，对带通滤波后的第1检测信号实施5khz的带阻滤波。这是为了去除由第2励磁信号的5khz感应出的噪声成分。接着，在步骤st3中，根据带阻滤波后的第1检测信号，通过式子1来求取第1角度传感器的旋转角度。

同样地，假设输入了5khz作为第2激励信号。首先，在步骤st1中，实施5khz的带通滤波作为第2检测信号。接着，在步骤st2中，对带通滤波后的第2检测信号实施10khz的带阻滤波。这是为了去除由第1励磁信号的10khz感应出的噪声信号。接着，在步骤st3中，根据带阻滤波后的第2检测信号，通过式子1来求取第2角度传感器的旋转角度。

公知带通滤波bpf能够通过下式来实施。

<式子2>

在式子2中，ω0是峰值增益角频率，q是尖锐度。

例如，在想要使10khz频带通过作为检测信号的情况下，假设峰值增益频率fp为10khz，则通过使用ω0＝(2πfp)＝62831.853，q＝10，ω0²＝3947841751.4136这些值，能够实施带通滤波bpf。

例如，在想要使5khz频带通过作为检测信号的情况下，假设峰值增益频率fp为5khz，则通过使用ω0＝(2πfp)＝31415.9265，q＝10，ω0²＝986960437.8534这些值，能够实施带通滤波bpf。

公知带阻滤波bsf能够通过下式来实施。

<式子3>

在式子3中，ω0是截止角频率，q是尖锐度。

例如，在想要切断10khz频带作为检测信号的情况下，假设截止频率fc为10khz，则通过使用ω0＝(2πfc)＝62831.853，q＝10，ω0²＝3947841751.4136这些值，能够实现带阻滤波bsp。

例如，在想要切断5khz频带作为检测信号的情况下，假设截止频率fc为5khz，则通过使用ω0＝(2πfc)＝31415.9265，q＝10，ω0²＝986960437.8534这些值，能够实施带阻滤波bsp。

另外，带通滤波器和带阻滤波器也可以由硬件电路构成，但由于滤波器特性根据电容器等电路部件的温度特性或部件偏差而改变，因此由软件构成的情况下的效果好。

图6a是示出模拟了马达控制装置在不进行滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。图6b是示出模拟了马达控制装置在进行了带通滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。图6c是示出模拟了马达控制装置在带通滤波后进行了带阻滤波处理的情况下的角度计算误差的结果的图。这里，不对第1检测信号进行滤波而进行角度计算的情况下的误差相对于理想角度处于大约+2dege～-4dege的范围，而使用带通滤波bpf后的第1检测信号来进行角度计算的情况下的误差为大约±0.2dege。进一步地，使用对带通滤波bpf后的第1检测信号实施了带阻滤波bsf而取得的第1检测信号来进行角度计算的情况下的误差为±0.01dege，能够确认通过实施带通滤波bpf和带阻滤波bsf而提高了角度计算的精度的效果。通过对检测信号进行适当的滤波处理，能够提高角度计算精度。

作为操舵致动器系统用马达控制装置，为了进行自动操舵，操舵角度的精度越高越好，因此角度误差不到±1dege是有效的。由此，能够提高操舵致动器用马达控制装置的控制精度。

而且，利用具有该操舵致动器用马达控制装置的操舵致动器系统，能够提供能够实现高精度控制的操舵致动器系统，能够提供可实现高精度控制的自动操舵系统。

另外，操舵致动器系统10采用了具有马达控制装置1的结构，但不限于此。马达控制装置1也可以是对车辆等中的其他部件进行控制的控制装置。

另外，在本实施方式中，第1系统1a和第2系统1b可以构成于一个电路板内，也可以构成于不同电路板内。