专利名称：电动动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括转向辅助马达的电动动力转向装置。
背景技术：
对于使用于电动动力转向装置的转向辅助马达(以下称为“电动马达”)而言,配合车速以及转向转矩而在定子绕组通电流，从而控制电动马达转矩。该电动马达是通过蓄电池等电源来驱动，但上述电源有功率极限。由于该电源的功率极限，电动马达的功率被限制。由此，来自电源的引出电流被抑制在一定电流以下。将其称为“电源功率极限”。公开了以下这样的方法，S卩、在具备空转停止功能的车辆中，为了减轻空转停止中转向时的电源负荷，在空转停止中将电动马达的驱动力限制在规定以下(参照日本特开2005-271640号公报)。由此，发动机的再启动能够变得容易。还公开了以下这样的方法，即、在空转停止中，从输入到转向方向盘的转向量(转向转矩或者转向速度)超过设定转向量的时间点开始，使能够流到电动马达的电流的上限值随着时间的经过逐渐减小(参照日本特开2010-173417号公报)。在日本特开2005-271640号公报所公开的方法中，是在发动机自动停止的时刻逐渐减小电动马达的转速的方法。因此，存在以下这样的课题，即、例如从发动机自动停止经过一定程度的时间后而进行转向操作的情况下，给予驾驶员一种转向方向盘急剧地变重这样的不舒适感。在日本特开2010-173417号公报所公开的方法中，一旦检测出转向转矩超过设定量的状态，则从该时间点起随着时间的经过转向辅助(assist)被限制。因此，存在以下这样的课题，即、例如操作了方向盘后一旦从转向方向盘放开手，若经过不久之后想要再次对方向盘进行转向，则电动马达电流被严格限制，所以驾驶员还是感觉到方向盘忽然地变重这样的不舒适感。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够考虑空转停止状态之后的、转向辅助马达的实际的功率消耗量和车辆的电源负荷的关系，来设定最佳的转向辅助量的电动动力转向装置。本发明的一个方式的电动动力转向装置具有检测空转停止的单元；用于产生转向辅助力的转向辅助马达；驱动转向辅助马达的驱动电路；向驱动电路提供驱动电力的电源；计算或者推算从空转停止开始起的驱动电路的消耗能量的消耗能量运算单元；基于计算出或者推算出的消耗能量，消耗能量越大，将提供给转向辅助马达的电流的指令值限制为越小的电流限制单元；以及基于由电流限制单元限制的电流的指令值来控制驱动电路的马达驱动控制单元。
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚。图I是用于说明本发明的第I实施方式的电动动力转向装置的电气构成和控制功能的框图。图2是用于说明该实施方式的电动马达的构成的示意图。图3是表示该实施方式的EPS消耗能量E和电流限制增益G的对应关系的图。图4(a)是表示空转停止后的EPS消耗功率W的时间变动的图表，图4(b)是表示对EPS消耗功率W进行积分而得到的EPS消耗能量E的时间变动的图表，图4 (c)和图3相同，是表示EPS消耗能量E和电流限制增益G的对应关系的图表。
图5是根据蓄电池的蓄电容量、经时变化，降低图3所示的中间点El、EPS消耗能量的最大值Emax的图表。
具体实施例方式以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。图I是用于说明本发明所涉及的电动动力转向装置的电气构成和控制功能的框图。该电动动力转向装置具备转矩传感器I、电动马达(转向辅助马达)3、电源(蓄电池等)30、旋转角传感器(例如分解器)5、车速传感器7和电动马达控制装置6。上述转矩传感器I检测向转向盘10施加的转向转矩T，转向盘10作为用于操纵车辆的操作部件。上述电动马达3经由减速机构8将转向辅助力赋予车辆的转向机构2。上述电源30驱动电动马达3。上述旋转角传感器5对电动马达3的旋转角(电角度)进行检测。车速传感器7对安装了该电动动力转向装置的车辆的速度进行检测。上述电动马达控制装置6驱动并控制电动马达3。在上述电动马达控制装置6中连接有上述旋转角传感器5、转矩传感器I以及车速传感器7。转矩传感器I设置在转向轴的中途部。转向轴包括与转向盘10相连的输入轴(未图示)、以及与中间轴(未图示)相连的输出轴(未图示)。输入轴和输出轴经由扭杆(未图示)在同一轴线上能够旋转地相互连结。通过旋转转向盘10，扭杆(未图示)扭转，输入轴以及输出轴相对旋转微小角度。通过上述转矩传感器I来检测该相对旋转位移。由此，转矩传感器I检测出基于转向盘10的旋转的转向转矩Th。车速传感器7通过读取车轮的转子的旋转速度，来检测上述车速。电动马达控制装置6根据转矩传感器I检测出的转向转矩以及车速传感器7检测出的车速，通过逆变器驱动电路12驱动电动马达3，从而实现与转向状况以及车速对应的适当的转向辅助。在该实施方式中，电动马达3是三相电动马达,如在图2中示意性地所示,具备作为磁场的转子50、配置在与该转子50对置的定子55的U相、V相以及W相的定子绕组51、52、53。电动马达3也可以是在转子的外部对置地配置定子的内转子型的马达，也可以是在筒状的转子的内部对置地配置定子的外转子型的马达。在各相的定子绕组51、52、53的方向上定义设为U轴、V轴以及W轴的三相固定坐标(UVW坐标系)。另外,定义在转子50的磁极方向作为d轴(磁极轴),在转子50的旋转平面内，在与d轴垂直的方向上作为q轴(转矩轴)的二相旋转坐标系(d_q坐标系)。
d-q坐标系是与转子50 —起旋转的旋转坐标系。在d_q坐标系中，仅q轴电流有助于转子50的转矩产生，所以将d轴电流设为零或者负的值，根据所希望的转矩来控制q轴电流即可。转子50的旋转角0 M是d轴相对于U轴的旋转角。d-q坐标系是按照转子角0 M的实际旋转坐标系。通过使用该转子角0 M，能够进行UVW坐标系和d-q坐标系之间的坐标转换。返回到图1，电动马达控制装置6具有电流检测部13以及多个开关元件，且具备通过上述开关动作来驱动电动马达的逆变器驱动电路12。电流检测部13对流过电动马达3的定子绕组51、52、53(参照图2)的电流进行检测。更具体而言，电流检测部13具有分别检测三相(U相、V相以及W相)的定子绕组51、52、53中的相电流IU、IV、Iff的电流检测器。电动马达控制装置6的、电流检测部13以及逆变器驱动电路12以外的部分是由具备CPU以及存储器(ROM以及RAM等)的微型计算机构成，通过执行规定的程序，从而作为多个功能处理部发挥功能。在该多个功能处理部中包括目标马达转矩生成部20、电流指令值生成部21、校正部22、电流偏差运算器23、PI (比例积分)控制部24、dq/UVW转换部25、PWM(Pulse WidthModulation)控制部26、UVff/dq转换部27、旋转角运算部31、以及逆变器消耗能量运算部37。从车内的CAN总线向逆变器消耗能量运算部37提供表示空转停止中这一情况的信号。旋转角运算部31基于旋转角传感器5的输出信号，对电动马达3的转子50的旋转角(电角度。以下，称为“旋转角9M”。)进行运算。该旋转角0M作为坐标转换用的转换角0 s输出。目标马达转矩生成部20基于由转矩传感器I检测出的转向转矩Th、和由车速传感器7检测出的车速V生成目标马达转矩TM *。具体而言，目标马达转矩生成部20基于目标马达转矩TM*相对于按照车速预先设定的检测转向转矩的关系，生成与检测出的车速以及转向转矩对应的目标马达转矩TM *。空转停止时车速实质为0，或者是0附近，所以生成与车速O、或者0附近对应的目标马达转矩TM' 对检测转向转矩而言，例如是用于向左方向转向的转矩取为正的值，用于向右方向转向的转矩取为负的值。对目标马达转矩TM *而言，在从电动马达3应产生用于左方向转向的转向辅助力时，取为正的值，在从电动马达3应产生用于右方向转向的转向辅助力时，取为负的值。由目标马达转矩生成部20生成的目标马达转矩TM I皮赋予给电流指令值生成部21。电流指令值生成部21生成应流到d-q坐标系的坐标轴的电流作为电流指令值。具体而言，生成d轴电流指令值Id *以及q轴电流指令值Iq *。更具体而言，电流指令值生成部21将q轴电流指令值Iq *作为有效值，另一方面，将d轴电流指令值IcT作为零或者负的值(设为负的值是进行弱磁场控制的情况)。电流指令值生成部21，通过将由目标马达转矩生成部20生成的目标马达转矩TM *除以电动马达3的转矩常数KT来求出q轴电流指令值Iq'在本说明书中，有时将该q轴电流指令值Iq*称为“马达电流指令值”。由电流指令值生成部21生成的q轴电流指令值Iq*和d轴电流指令值IcT经由校正部22被赋予给电流偏差运算器23。另一方面，电流检测部13对逆变器驱动电路12中的电动马达3的U相电流IU、V相电流IV、W相电流IW(以下，通称这些时，称为“三相检测电流IUVW”。)进行检测。由电流检测部13检测出的三相检测电流IUVW被赋予给UVW/dq转换部27。UVff/dq转换部27将三相检测电流IUVW坐标转换为二相旋转坐标系(d_q坐标系)上的d轴电流Id以及q轴电流Iq (以下，通称这些时，称为“二相检测电流Idq”。)。在该坐标转换中使用由旋转角运算部31得到的转换角0 S。逆变器消耗能量运算部37基于由UVW/dq转换部27得到的二相检测电流Idq以及从电源30向逆变器驱动电路12提供的电压Vdq，使用下述(I)式，求出逆变器驱动电路12的消耗功率(“EPS消耗功率”)W(单位瓦)。该EPS消耗功率W成为相当于电源30的消耗功率的值。 W = Vdld+Vqlq (I)逆变器消耗能量运算部37从空转停止开始时刻起积分运算EPS消耗功率W，计算出EPS消耗能量E (单位焦耳)。积分范围是从空转停止开始时刻到现在时刻为止。E = / Wdt (2)逆变器消耗能量运算部37计算出与该EPS消耗能量E对应的电流限制增益G，并提供至校正部22。由此，校正部22将马达电流指令值Iq*乘上电流限制增益G，而限制马达电流指令值Iq'在此，EPS消耗能量E和电流限制增益G的对应关系作为图表存储在附属于逆变器消耗能量运算部37的存储器38。在图3中表示该图表的具体例。图3的横轴表示EPS消耗能量E，纵轴表示电流限制增益G。如图3所示，若EPS消耗能量E超过中间点(0和EPS消耗能量E的最大值Emax的中间的点)El，则电流限制增益G从I开始下降,若EPS消耗能量E达到Emax,则电流限制增益G下降到Gm。在此,Gm是与Emax对应的0和I之间的数值(0彡Gm彡I)。其间，电流限制增益G直线状地下降。可是，下降的方式并不限于直线，只要是呈随着EPS消耗能量E的增大，电流限制增益G下降的关系，那么能够采用任意的函数形(二次曲线、指数曲线、正弦波曲线等)。EPS消耗能量E的最大值Emax设定为与电源30的功率极限几乎相等的值。若超过其则会给电源带来过大的负荷，因此通过电流限制增益G，抑制马达电流指令值Iq '校正部22使用该电流限制增益G来校正马达电流指令值Iq'若校正后的马达电流指令值Iq*记为"Iq'"，则Iq * J = Iq * XG *(3)。图4 (a)是表示现在为止所说明的空转停止后的EPS消耗功率W的时间变动的图表。图4(b)是表示对EPS消耗功率W进行积分而得到的EPS消耗能量E的时间变动的图表。图4(c)与图3相同，是表示EPS消耗能量E和电流限制增益G的对应关系的图表。将空转时间点的时刻T设为0，空转停止后，在时刻tl第一次操作方向盘，在时刻t2第二次操作方向盘。EPS消耗功率W在时刻tl上升，在一定期间逐渐减少，在时刻t2上升，在一定期间逐渐减少。对EPS消耗功率W进行积分而得到的EPS消耗能量E是每当产生EPS消耗功率W时进行累计。与任意的时间点t的EPS消耗能量E对应的电流限制增益G(t)是如图4(c)那样，能够通过映射求出。如图4(c)所示，到EPS消耗能量E超过中间点El为止,判断为施加给电源30的负担少而不进行电流限制，所以不会给予驾驶员转矩不足等的不舒适感。若EPS消耗能量E超过中间点El，则根据EPS消耗能量E来抑制流向电动马达的驱动电流，能够预先适当地进行抑制。若EPS消耗能量E超过与电源30的功率极限几乎相等的最大值Emax，则从保护电源30的观点来看，不进行转向辅助，使流向电动马达的驱动电流为O。此外，是有刷电动马达的情况下，代替上述⑴式，使用W = VmIm · · · (Ia),(Vm :电动马达电压，Im :电动马达电流)来计算EPS消耗功率W。代替上述(3)式， 使用Im* ! = Im* XG · · · (3a),来计算校正后的马达电流指令值Im'。这样，即使是有刷电动马达，也与无刷电动马达相同，能够通过电动马达电流来限制功率消耗。校正部22向电流偏差运算器23提供该马达电流指令值Iq %。电流偏差运算器23分别运算马达电流指令值Iq '以及d轴电流指令值IcT与UVW/dq转换部27所赋予的二相检测电流Iq、Id之间的偏差。将这些偏差赋予给PI控制部24。PI控制部24进行针对由偏差运算部23运算出的电流偏差的PI运算，从而生成应施加给电动马达3的二相指示电压Vdq * (d轴指示电压VcT以及q轴指示电压Vq * )。将该二相指示电压Vdq *赋予给dq/UVW转换部25。dq/UVW转换部25将二相指示电压Vdq*转换为三相指示电压VUVW'在该坐标转换中使用由旋转角运算部31得到的转换角θ8。三相指示电压VUVW*由U相指示电压VU'V相指示电压VV *以及W相指示电压VW *构成。将该三相指示电压VUVWI武予给PWM控制部26。PWM控制部26生成分别与U相指示电压VU ' V相指示电压VV *以及W相指示电压VW *对应的占空比的U相PWM控制信号、V相P丽控制信号以及W相PWM控制信号，并提供给逆变器驱动电路12。逆变器驱动电路12由与U相、V相以及W相对应的三相转换器电路构成。利用从PWM控制部26赋予的PWM控制信号来控制构成该逆变器电路的功率元件，从而与三相指示电压VUVW *相当的电压被施加到电动马达3的各相的定子绕组51、52、53。在这样的构成中，在空转停止时，若向转向盘10施加转向转矩，则该转向转矩被转矩传感器I检测。而且，与由转矩传感器I检测出的转向转矩以及由车速传感器7检测出的车速(该情况下，车速O)对应的目标马达转矩TM*是由目标马达转矩生成部20生成的。与该目标马达转矩TM*对应的电流指令值Id'Iq*被电流指令值生成部21生成。校正部22将电流限制增益G应用到从电流指令值生成部21获取的马达电流指令值Iq '而得到校正后的马达电流指令值Iq * !并进行输出。该马达电流指令值Id'Iq'与二相检测电流Id、Iq之间的偏差是由电流偏差运算器23来计算的，由PI控制部24进行PI运算以使该偏差接近于零，从PI控制部24输出与该运算结果对应的二相指示电压Vdq *。该二相指示电压Vdq *通过dq/UVW转换部25被转换为三相指示电压VUVW *。通过PWM控制部26的动作，逆变器驱动电路12以与其三相指示电压VUVW *对应的占空比进行动作，从而驱动电动马达3，将与最终的电流指令值Id ' Iq '对应的电动马达转矩(辅助转矩)赋予给转向机构2。这样，能够在空转停止时，进行转向转矩转向辅助。另外，考虑变为空转停止状态之后的、转向辅助马达的实际的功率消耗量与车辆的电源负荷的关系，而能够设定最佳的转向辅助量。在未进行空转停止的通常的行驶时，校正部22不应用电流限制增益G，而是将从电流指令值生成部21获取的马达电流指令值Iq *直接地输出。即、电动马达控制装置6基于转矩传感器I检测出的转向转矩以及车速传感器7检测出的车速来设定目标电流值，通 过逆变器驱动电路12来驱动电动马达3，以使电动马达3的马达电流与目标电流值一致，从而实现与转向状况以及车速对应的适当的转向辅助。接下来，对应用了本发明的其他的实施方式所涉及的电动马达控制装置的电动动力转向装置进行说明。在上述实施方式中，将EPS消耗能量E的最大值Emax设为与电源30的功率极限几乎相等的值，将最大值Emax作为恒定值。可是，电源30具体是蓄电池的情况下，因经时变化等，蓄电池的蓄电容量会降低。于是，也可以根据该蓄电池的蓄电容量，设定EPS消耗能量E的最大值Emax。具体而言，蓄电池的蓄电容量小的时候，降低最大值Emax的值，蓄电池的蓄电容量大的时候，提高最大值Emax的值。基于蓄电池的劣化的容量变化，例如能够对无负荷时、或者恒定负荷时的蓄电池的电压进行测定，使用该电压值来进行评价。图I的从电源30至逆变器消耗能量运算部37的线表示蓄电池的电压的测定路径。图5是表示根据蓄电池的蓄电容量、经时变化使如图3所示的中间点El、EPS消耗能量的最大值Emax如箭头那样地下降的情况的图表。下降后的中间点利用El'，下降后的EPS消耗能量的最大值利用Emaxi来表示。与Emax对应的电流增益利用GMi来表示(O ( GM' ( I)。以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明的实施并不限于上述的方式，在本发明的范围内能够实施各种的变更。
权利要求
1.一种电动动力转向装置，其特征在于，具有 检测空转停止的单元； 转向辅助马达，其用于产生转向辅助力； 驱动电路，其驱动所述转向辅助马达； 电源，其向所述驱动电路提供驱动电力； 消耗能量运算单元，其计算或者推算从空转停止开始起的所述驱动电路的消耗能量；电流限制单元，其基于计算出或者推算出的所述消耗能量，所述消耗能量越大，将提供给所述转向辅助马达的电流的指令值限制为越小；以及 马达驱动控制单元，其基于由所述电流限制单元限制的电流的指令值来控制所述驱动电路。
2.根据权利要求I所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述消耗能量运算单元通过累计所述驱动电路的消耗功率，来计算或者推算所述驱动电路的消耗能量。
3.根据权利要求I或2所述的电动动力转向装置，其特征在于， 对所述消耗能量设定最大值，若超过该最大值则所述电流限制单元使电流的指令值实际成为O。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的电动动力转向装置，其特征在于， 根据所述电源的蓄电容量来设定所述消耗能量的最大值。
5.根据权利要求4所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述电源的蓄电容量是基于负荷的状况、时间的经过而发生变化的，通过测定所述电源的电压来决定所述电源的蓄电容量。
全文摘要
本发明提供一种电动动力转向装置。成为空转停止状态后，利用逆变器消耗能量运算部推算转向辅助马达的实际的功率消耗量，该消耗能量越大，将提供给转向辅助马达的电流的指令值限制为越小。逆变器消耗能量运算部通过累计逆变器驱动电路的消耗功率，来计算逆变器驱动电路(12)的消耗能量。
文档编号B62D137/00GK102642557SQ20121003304
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月14日 优先权日2011年2月16日
发明者泉谷圭亮 申请人:株式会社捷太格特