[发明专利]一种电动机控制装置及使用该电动机控制装置的电动助力转向装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置及电动助力转向装置。所述电动机控制装置由控制运算算出用于控制电动机电流的各相Duty指令值，形成对应各相Duty指令值的PWM波形，利用PWM控制变换器将指令电流(电压)提供给电动机，从而进行驱动。所述电动助力转向装置使用所述电动机控制装置将电动机产生的辅助扭矩赋予车辆的转向结构。本发明尤其涉及如下所述的电动机控制装置及使用该电动机控制装置的电动助力转向装置：电动机控制装置在PWM控制变换器的电源输入侧或电源输出侧(接地侧)设置单一电流检测器(单一电流传感器)进行PWM控制的同时，还具有使各相Duty指令值的差(各相Duty差)保持不变而统一增减的Duty移位功能和改变各相PWM信号输出位置的PWM输出位置改变功能，使仅一相PWM信号或二相PWM信号同时为ON的时刻(PWM信号为ON时刻)发生在PWM周期的固定位置，检测电动机电流，由于上述结构，在实现小型化、轻量化及低成本的基础上使能够检测电流的Duty范围最大。

背景技术

利用电动机的旋转力对汽车、车辆的转向装置施加辅助负荷(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递机构，向转向轴或齿条轴施加辅助负荷。为了准确地产生辅助扭矩(转向辅助力)，现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制是调整电动机施加电压以使电流指令值与电动机电流检测值的差减小。电动机施加电压的调整一般是通过调整PWM(脉宽调制)控制的占空比(duty ratio)来进行的。

在此，参考图1来说明电动助力转向装置的一般结构。转向盘1的柱轴2经减速齿轮3、万向节4a以及4b、齿臂机构5与转向车轮的转向横拉杆6连接。在柱轴2上设有检测转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20经由减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对控制电动助力转向装置的控制单元30进行电力供给，同时，控制单元30经由点火开关11输入点火信号。控制单元30根据扭矩传感器10检测出的转向扭矩值T和车速传感器12检测出的车速V计算辅助指令的电动机电流Im，将计算出的电动机电流Im提供给电动机20。

控制单元30主要由CPU(包括MPU、MCU)构成，图2示出了该CPU内部由程序执行的一般功能。

参考图2对控制单元30的功能及动作进行说明。扭矩传感器10检测出的转向扭矩T在相位补偿单元31中进行相位补偿，然后输入到转向辅助指令值运算单元32中，车速传感器12检测出的车速V也输入到转向辅助指令值运算单元32中。转向辅助指令值运算单元32根据输入的转向扭矩T及车速V、参考辅助图表(assist map)确定供应给电动机20的电流的控制目标值，即辅助转向指令值I。辅助转向指令值I被输入到减法单元30A中的同时，还被输入到用于提高响应速度的前馈系统的微分补偿单元34中。减法单元30A的偏差(I-i)被输入到比例运算单元35中的同时，还被输入到用于改善反馈系统的特性的积分运算单元36中，该比例输出被输入到加法单元30B中。微分补偿单元34及积分运算单元36的输出也被输入到加法单元30B中，在加法单元30B中进行的加法计算结果，即电流控制值E，作为电动机驱动信号输入到电动机驱动电路37中。在电动机驱动电路37中，由电池13经过点火开关11及保险丝33进行电力供给、电动机20的电动机电流值i在被电动机电流检测电路38中被检测，并输入到减法单元30A后被反馈。

参考图3说明电动机驱动电路37的一般结构例。电动机驱动电路37由PWM控制单元37A和变换器37B构成。PWM控制单元37A由占空比运算单元371和栅极驱动单元372构成。所述占空比运算单元371，对于电流控制值E按照规定式运算三相的PWM信号的Duty指令值D1～D6。所述栅极驱动单元372，利用PWM信号的Duty指令值D1～D6驱动作为开关元件的FET的栅极，补偿死区时间后进行导通或截止(ON/OFF)。变换器37B由FET三相桥式构成，通过PWM信号的Duty指令值D1～D6执行ON/OFF操作，从而驱动电动机20。

在如上所述的电动机驱动装置中，通过变换器驱动多相无刷电动机时，需要在掌握转子的位置，即掌握电动机相位的基础上，对应电动机相位依次切换与各相的通电状态。电动机相位一般是通过霍尔元件、分解器等转子位置传感器检测转子位置，根据检测出的转子位置而进行变换器(FET)开关的电动机驱动装置已被实际应用。另外还有人提出如下所述的电动机驱动装置：已知流过电动机各线圈层的电流值和电动机相位之间的关系式，测量各线圈相的电流值，由该电流值检测电动机相位。