专利名称：电动动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动动力转向装置。
背景技术：
本申请主张于2009年7月31日提出的日本专利申请号2009-179236的优先权， 并在此援引该日本专利申请的说明书、附图以及摘要的全部内容。开发出下述的电动动力转向装置，即利用车速检测器检测车速，并且利用转矩检 测器检测施加于转向轮的操舵转矩，根据检测出的操舵转矩及车速，使确定的驱动电流通 电到操舵辅助用的电机中，进而驱动电机，利用电机的旋转力辅助车辆操舵所需要的力，向 驾驶员提供舒适的操舵感觉。在车辆行驶中有时会因驾驶员的操作失误等对电动动力转向装置的构成部件作 用无法予期的负荷。例如车辆的转向轮碰撞到车道侧面的路沿石时相当于上述情况。一旦 车辆的转向轮碰撞到路沿石，将会对转向轮作用外力，转向轮可能被强制地转向一个方向。 当转向轮被强制地进行转向时，构成转向装置的齿条轴被强制性地沿其轴长方向移动。根 据转向轮与路沿石碰撞的状态不同，齿条轴端的转向拉杆基部有时会高速地碰撞到为防止 齿条轴沿轴长方向移动越过允许移动范围而设置的机械止动件上。当齿条轴端的转向拉杆基部碰撞到上述机械止动件时，由于操舵辅助用电机的旋 转轴的惯性力被作为冲击力施加在转矩传递系的构成部件上，故可能会在用于对电机旋转 进行减速的减速部、转向轴等转矩传递系构成部件上产生较大的冲击力，成为故障的原因。在日本特开平6-8839号公报中，记载了下述构成，S卩当操舵速度达到预先设定 的操舵速度的设定值以上时，离合器脱离，电动机的惯性力不向转向机构传递，故当与路沿 石碰撞时，电动机的惯性力不会附加在转向机构的操舵力上。但是，由于日本特开平6-8839号公报的构成需要离合器机构，故构造复杂且制造 成本也较高。在日本特开2008-24277号公报中，公开了下述的构成，即当由电机转矩检测部 检测出的电机转矩的变化率在用于判断操舵极限位置的阈值以上时，判断为满足占空比限 制条件，将脉宽调制信号的占空比固定为用于抑制传递给转向机构的转向轴及转向轮间的 转矩传递部件的转矩的规定值。根据该构成，能够在向插入到转向轴及转向齿轮间的中间 轴等转矩传递部件传递过大的转矩之前，限制电动机中产生的操舵辅助转矩，无需另外设 置舵角传感器、转矩限制器等，能够抑制轮胎触碰到路沿石时等的达到操舵极限位置时传 递给转矩传递部件的冲击力。在日本特开2008-24277号公报中，记载了下述的构成，即当由电机转矩检测部 检测出的电机转矩的变化率在用于判断操舵极限位置的阈值以上时，将占空比固定为规定 值，抑制在转向轮触碰到路沿石时等的达到操舵极限位置时传递给转矩传递部件的冲击 力。但是，在转向轮触碰到路沿石后达到操舵极限位置时，即便如上所述那样对电流加以限 制，电机以以无负荷旋转速度以上进行旋转，因此无法切实地抑制传递给转矩传递部件的冲击力。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够解决上述课题的电动动力转向装置。本发明的一个方式中的电动动力转向装置具备电机，其对转向机构赋予操舵辅 助力；电流指令值运算部，其对控制上述电机的电流指令值进行运算；电机控制信号生成 部，其根据由上述电流指令值运算部运算得出的电流指令值输出电机控制信号；电机驱动 电路，其根据上述电机控制信号，对上述电机输出驱动电力；异常外力判定部，其对规定值 以上的外力被输入到上述转向机构中的情况进行判定；和电机旋转角速度减速部，在由上 述异常外力判定部判定为输入了异常外力的情况下，该电机旋转角速度减速部输出使上述 电机的旋转角速度减速的减速指令值。当判定为规定值以上的外力被输入到转向机构中时，输出减速指令值，使电机旋 转角速度减速。由此能够抑制向构成转向机构的转矩传递部件传递的冲击力。本发明的上述以及其它的特征和优点能够通过以下参照附图对实施方式进行的 说明而变得明确，对于相同或相当的要素标注相同或相似的符号。
图1是电动动力转向装置的概略构成图。
图2是电动动力转向装置的控制框图。
图3是异常外力判定的流程图。
图4是电流指令值运算的流程图。
图5是电机旋转角速度减速的流程图。
图6是d轴电流指令值运算部的框图。
图7是表示增强磁场的方式的说明图。
图8是表示增强磁场的作用的说明图。
图9是表示其他例子的增强磁场的方式的说明图。
具体实施例方式以下、根据附图对将转向柱辅助型的电动动力转向装置(以下、称为EPS)具体化 的本发明的一实施方式进行说明。如图1所示，在EPSl中，固定了转向盘2的转向轴3经由齿轮齿条机构4与齿条 轴5连结。伴随着转向操作的转向轴3的旋转，通过齿轮齿条机构4变换成齿条轴5的往 复直线运动。转向轴3连结转向柱轴8、中间轴9及小齿轮轴10。此外，伴随着该转向轴3 的旋转的齿条轴5的往复直线运动经由连结在该齿条轴5的两端的转向拉杆11传递至未 图示的转向节，由此来改变转向轮12的舵角。EPSl具备以电机21作为驱动源对操舵系赋予用于辅助转向操作的辅助力的作为 操舵力辅助装置的EPS致动器24、和控制EPS致动器24的动作的作为控制部的ECU27。EPS致动器24是转向柱辅助型的EPS致动器，作为其驱动源的电机21经由减速机 构23与转向柱轴8连结。利用减速机构23对该电机21的旋转进行减速后传递给转向柱轴8，由此将该电机转矩作为辅助力赋予给操舵系统。车速传感器25、转矩传感器26及电机旋转角传感器22与E⑶27连接。E⑶27根 据上述各传感器的输出信号检测车速V、操舵转矩τ及电机旋转角θ。此外，转矩传感器26是双解析器型的转矩传感器。E⑶27根据设置在未图示的扭 杆的两端的一对解析器的各输出信号来对操舵转矩τ进行运算。并且ECU27根据所检测 出的各状态量对目标辅助力进行运算，通过对作为其驱动源的电机21供给驱动电力，来控 制EPS致动器24的动作、即赋予给操舵系的辅助力。接着，对本实施方式的EPS的电气构成进行说明。图2是EPS的控制框图。如同图所示，ECU27具有输出电机控制信号的作为电机 控制信号输出部的CPU29、和根据该电机控制信号对作为EPS致动器24的驱动源的电机21 供给三相的驱动电力的电机驱动电路40。电机驱动电路40是将以串联连接的一对开关元件作为基本单位(臂)而与各相 对应的3个臂并联连接而成的PWM逆变器(未图示)。并且CPU29的输出的电机控制信号 是规定构成电机驱动电路40的各开关元件的占空比的信号。电机控制信号被施加在各开 关元件的栅极端子上，各开关元件响应电机控制信号进行接通/断开，由此生成基于电池 28的电源电压的三相的电机驱动电力，向电机21输出。用于检测对电机21通电的各相电流值Iu、Iv、Iw的电流传感器30u、30v、30w、及 用于检测电机21的旋转角θ的电机旋转角传感器22与E⑶27连接。CPU29根据基于上述 各传感器的输出信号检测出的电机21的各相电流值Iu、Iv、Iw及电机旋转角θ、以及上述 操舵转矩τ及车速V，向电机驱动电路40输出电机控制信号。以下所示的各控制块利用CPU29所执行的计算机程序来实现。CPU29通过在规 定的抽样周期检测上述各状态量，根据每一规定周期执行以下的各控制块所示的各运算处 理，由此生成电机控制信号。如图2所示，CPU29具备对控制电机21的电流指令值进行运算的电流指令值运 算部41、生成用于控制上述电机驱动电路40的电机控制信号的电机控制信号生成部44、判 定规定值以上的外力输入到转向机构中的异常外力判定部50。如图2所示，从电机旋转角传感器22向异常外力判定部输入电机旋转角θ。异常 外力判定部通过对所输入的电机旋转角θ进行微分而求出电机旋转角速度ω，并对电机 旋转角速度ω进行微分而求出电机旋转角加速度α。此外，运算结果被存储在存储器(未 图示)中。异常外力判定部将电机旋转角速度ω及电机旋转角加速度α的各数值与作为 阈值被预先存储在存储器中的规定值《S、α s进行比较。结果，当电机旋转角速度ω及电机旋转角加速度α的各数值在对应的规定值 cos、α S以上时，异常外力判定部判定为规定值以上的外力被输入到转向机构，将异常外力 判定标志(FLG)设为1。相反地，当电机旋转角速度ω及电机旋转角加速度α中的至少一 个数值小于对应的规定值《s、α s时，判定为没有规定值以上的外力被输入到转向机构， 异常外力判定部将异常外力判定标志(FLG)设为0。其中，上述的异常外力判定部的异常外力判定运算为一个方式，亦可在电机旋转 角速度ω达到对应的规定值cos以上时、或电机旋转角加速度α达到对应的规定值as 以上时，判定为输入了异常外力。
电流指令值运算部41具有对作为赋予给操舵系的辅助力的控制目标值的电流 指令值进行运算的q轴电流指令值运算部43、和对作为赋予给电机21的增强磁场力的控制 目标值的电流指令值进行运算的d轴电流指令值运算部42。q轴电流指令值运算部43，根据由转矩传感器26及车速传感器25检测出的操舵 转矩τ及车速V，对d/q坐标系中的q轴电流指令值Iq*进行运算，并将运算得出的q轴电 流指令值Iq*向电机控制信号生成部44输出。如图6所示，d轴电流指令值运算部42，具有进行增强磁场控制的电机旋转角速度 减速部100、和将d轴电流指令值Id*的值设为0从而不进行增强磁场控制的普通控制部 101。从异常外力判定部50向d轴电流指令值运算部42输入异常外力判定标志(FLG)。d 轴电流指令值运算部42，在输入的异常外力判定标志(FLG)为1时，令电机旋转角速度减速 部100有效，当异常外力判定标志(FLG)为0时，令电机旋转角速度减速部100无效、普通 控制部101有效。电机旋转角速度减速部100，具有图7所示的电机旋转速度/d轴电流指 令值映射关系。与电机旋转速度对应的d轴电流指令值Id*遵照上述映射关系被决定。如图2所示，电机控制信号生成部44具有3相/2相变换部45、减法器46d、46q、 F/B控制部47d、47q、2相/3相变换部48、和PWM变换部49。由电机旋转角传感器22检测出的电机旋转角θ，与由各电流传感器30u、30v、30w 检测出的各相电流值Iu、Iv、Iw —起被输入到3相/2相变换部45中。3相/2相变换部45 根据电机旋转角θ，将各相电流值Iu、Iv、Iw变换成d/q坐标系的d轴电流值Id及q轴电 流值Iq。由d轴电流指令值运算部42运算得出的d轴电流指令值Id*、和由3相/2相变换 部45变换得出的d轴电流值Id被输入到减法器46d中。减法器46d根据输入的d轴电流 指令值Id*及d轴电流值Id对d轴电流偏差Δ Id进行运算。同样地，由q轴电流指令值运算部43运算得出的q轴电流指令值Iq*、和由3相 /2相变换部45变换得出的q轴电流值Iq被输入到减法器46q中，减法器46q根据输入的 q轴电流指令值Iq*及q轴电流值Iq对q轴电流偏差Δ Iq进行运算。从减法器46d向F/B控制部47d输入d轴电流偏差Δ Id,从减法器46q向F/B控 制部47q输入q轴电流偏差Δ Iq。F/B控制部47d、47q进行用于使作为实际电流的d轴电 流值Id及q轴电流值Iq追随于作为控制目标值的d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值 Iq*的反馈控制。具体而言，在F/B控制部47d中，对从减法器46d输入的d轴电流偏差Δ Id乘以 规定的F/B增益(PI增益)，对d轴电压指令值Vd*进行运算。同样地，在F/B控制部47q 中，对从减法器46q输入的q轴电流偏差Δ Iq乘以规定的F/B增益(PI增益)，对q轴电压 指令值Vq*进行运算。从F/B控制部47d、47q分别向2相/3相变换部48输入d轴电压指令值Vd*及q 轴电压指令值Vq*，并且输入由电机旋转角传感器22检测出的电机旋转角θ。2相/3相变 换部48根据电机旋转角θ，将d轴电压指令值Vd*及q轴电压指令值Vq*变换为三相的电 压指令值Vu*、Vv*、Vw*。由2相/3相变换部48变换得出的各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*被输入到P丽变换 部49中。PWM变换部49生成与各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*对应的占空指令值，并生成具有各占空指令值所表示的占空比的电机控制信号。即，由各电流传感器30u、30v、30w检测出的各相电流值Iu、Iv、Iw及由电机旋转角 传感器22检测出的电机旋转角θ，与电流指令值运算部41所输出的q轴电流指令值Iq* 及d轴电流指令值Id* —起被输入到电机控制信号生成部44中。电机控制信号生成部44 通过根据该各相电流值Iu、Iv、Iw及电机旋转角θ执行d/q坐标系中的电流反馈控制，生 成电机控制信号。CPU29通过将由电机控制信号生成部44生成的电机控制信号输出到构成电机驱 动电路40的各开关元件的栅极端子中，来控制电机驱动电路40的动作、即向电机21的驱 动电力的供给。 接着，对用于进行图7所示的增强磁场控制的电机旋转速度/d轴电流指令值映射 关系进行说明。映射关系的横轴是电机旋转角速度ω，纵轴是d轴电流指令值Id*。当电机旋转 角速度超过规定值ω0时，向d轴的正方向输出规定的d轴电流指令值Id*。当电机旋转角 速度超过规定值ω O并逐逐渐增加加时，该d轴电流指令值Id*也逐渐增加，从而得到增强 磁场。虽然为了获得增强磁场而增加d轴电流指令值Id*，但由于采用逐渐增加的方式而非 急变，故能够缓解操舵感的急变。另外，在电机旋转角速度增加，超过规定值β · ωΟ(β > 1)时，对d轴电流指令 值Id*进行限制。例如限制值为Y ·ΙΜΑΧ。其中IMAX是可流过E⑶的最大电流值。通过 限制d轴电流指令值，能够抑制因d轴电流而造成的电机发热的情况。在检测出的电机旋转角速度处于从最大电机旋转角速度起开始减速的状态下，使 用与上述相同的映射关系逐渐减小d轴电流指令值。接着，使用图3的流程图对本实施方式的异常外力判定部的处理顺序进行说明。首先，取得电机旋转角θ (步骤S301)。接着，对电机旋转角θ进行微分算出电机 旋转角速度ω (步骤S302)。接着，对电机旋转角速度ω进行微分算出电机旋转角加速度 α (步骤S303)。之后，判定算出的电机旋转角速度ω是否在规定值ω s以上(步骤S304)。 之后，当电机旋转角速度ω在规定值cos以上时(步骤S304 :YES)，判定运算得出的电机 旋转角加速度α是否在规定值α s以上(步骤S305)。当电机旋转角加速度α在规定值α s以上时(步骤S305 :YES)，判定为异常外力， 在异常外力判定标志(FLG:ECU27内的未图示的存储器)中写入1 (步骤S306)，结束该处理。在上述步骤S304中当电机旋转角速度ω小于规定值ω s时(步骤S304 :N0)、或 在上述步骤S305中当电机旋转角加速度α小于规定值α s时(步骤S305 :Ν0)，未判定出 异常外力，在异常外力判定标志(FLG :ECU27内的未图示的存储器)中写入0 (步骤S307)， 结束该处理。接着，使用图4的流程图对本实施方式的d轴电流指令值运算部的处理顺序进行 说明。首先，取得从异常外力判定部输出的异常外力判定标志(FLG)(步骤S401)。接着， 判定异常外力判定标志(FLG)是否为1(步骤S402)。当上述异常外力判定标志(FLG)为1 时(步骤S402 :YES)，取得电机旋转角速度ω (步骤S403)，在电机旋转角速度减速部对基
8于增强磁场控制的d轴电流指令值Id*进行运算(步骤S404)。 接着，将d轴电流指令值Id*向电机控制信号生成部44输出(步骤S405)，结束该处理。在上述步骤402中，当上述异常外力判定标志(FLG)为1以外时(步骤S402 NO)，执行普通控制(Id* = 0)而不进行依据电机旋转角速度减速部的增强磁场控制(步骤 S406)。接着，将d轴电流指令值Id*向电机控制信号生成部44输出(步骤S405)，结束该处理。接着，使用图5的流程图对本实施方式的电机旋转角速度减速部的增强磁场控制 的处理顺序进行说明。首先，取得电机旋转角速度ω (步骤S501)。接着，判定电机旋转角速度ω是否 在增加中(步骤S502)。该是否在增加中例如可通过比较前次的电机旋转角速度和本次的 电机旋转角速度来进行判定。当电机旋转角速度ω在增加中时(步骤S502 :YES)，判定电 机旋转角速度ω是否在ω0以上(步骤S503)。当电机旋转角速度在ω O以上时(步骤 S503 :YES)，判定电机旋转角速度是否在β · ωΟ以上(步骤S504)。当电机旋转角速度在β · ω O以上时(步骤S504 =YES)，将d轴电流指令值Id*设 定为限制电流值(例如Y · IMAX)(步骤S505)，结束该处理。在上述步骤504中，当电机旋转角速度小于β · ωΟ时(步骤S504 :Ν0)，逐渐增 加d轴电流指令值Id* (步骤S506)，进而结束该处理。另外在上述步骤503中，当电机旋转 角速度小于ω O时(步骤S503 =NO)，将d轴电流指令值Id*设为O (步骤S507)，结束该处理。在上述步骤502中，当电机旋转角速度ω不在增加中时(步骤S502 :Ν0)，判定电 机旋转角速度ω是否在β · ωΟ以上(步骤S508)。当电机旋转角速度ω在β · ω O以上时(步骤S508 =YES)，将d轴电流指令值Id* 设定为限制电流值、例如Y · IMAX(步骤S509)，结束该处理。另外，当电机旋转角速度ω小于β · ωΟ时(步骤S508 :Ν0)，判定电机旋转角 速度ω是否在ω O以上(步骤S510)。当电机旋转角速度ω在ω O以上时(步骤S510 YES)，逐渐减小d轴电流指令值Id*(步骤S511)，结束该处理。另外，当电机旋转角速度ω 小于ωΟ时(步骤S510 :Ν0)，将d轴电流指令值Id*设为0(步骤S512)，结束该处理。接着，使用图8对增强磁场控制的效果进行说明。图8中，横轴表示电机转矩(T)，纵轴表示电机旋转角速度(ω)。并且，实线表示 在无增强磁场控制时的电机特性即电机特性1，点划线表示有增强磁场控制时的电机特性 即电机特性2。例如，在电机以小于ωΟ的电机旋转角速度ω进行旋转的过程中(电机特性1) 转向轮与路沿石发生碰撞，异常外力判定部判定为输入了异常外力。此后，当电机旋转角速度达到ωΟ后，电机旋转角速度减速部发挥作用，电机特性 从电机特性1变化成电机特性2 (有增强磁场控制)。结果，电机特性保持电机特性1 (无 增强磁场控制)不变时应上升到ω 1的电机旋转角速度，通过将电机特性变化成电机特性 2 (有增强磁场控制)，上升停滞在ω2。即、电机旋转角速度减小了(ω1-ω2)的量。通过 减小电机旋转角速度，能够抑制对转矩传递部件作用的冲击力。
此外，本实施方式亦可按照以下方式进行变更。·在本实施方式中，虽然在检测出的电机旋转角速度处于从最大电机旋转角速度 起开始减速的状态下，使用与上述相同的映射关系来逐渐减小d轴电流指令值，但亦可如 图9所示那样，在与电机旋转角速度的减速的同时，逐渐减小d轴电流指令值。·在本实施方式中，虽然构成为使电机旋转角速度减速部包含在d轴电流指令值 运算部中，但亦可以电机控制信号生成部来构成电机旋转角速度减速部。·在本实施方式中，虽然将本发明具体化为转向柱辅助EPS，但亦可将本发明应用 在齿条辅助EPS、小齿轮辅助EPS中。
权利要求
一种电动动力转向装置，其特征在于，具备电机，其对转向机构赋予操舵辅助力；电流指令值运算部，其对控制所述电机的电流指令值进行运算；电机控制信号生成部，其根据由所述电流指令值运算部运算得出的电流指令值，输出电机控制信号；电机驱动电路，其根据所述电机控制信号，对所述电机输出驱动电力；异常外力判定部，其对规定值以上的外力被输入到所述转向机构中的情况进行判定；和电机旋转角速度减速部，在由所述异常外力判定部判定为输入了异常外力的情况下，该电机旋转角速度减速部输出使所述电机的旋转角速度减速的减速指令值。
2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于所述异常外力判定部，根据所述电机的电机旋转角速度及电机旋转角加速度中的某一 方、或双方，判定异常外力的输入。
3.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于当所述电机旋转角加速度在规定的阈值以上时，所述异常外力判定部判定为输入了异 常外力。
4.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于当所述电机旋转角速度在规定的阈值以上时，所述异常外力判定部判定为输入了异常 外力。
5.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于当所述电机旋转角速度达到无负荷旋转速度以上时，所述电机旋转角速度减速部输出 所述减速指令值。
6.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于所述电机旋转角速度减速部在所述电机旋转角速度增加的同时，逐渐增加所述减速指 令值。
7.根据权利要求6所述的电动动力转向装置，其特征在于当所述电机旋转角速度达到规定值时，所述电机旋转角速度减速部对所述减速指令值 设定阈值。
8.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于所述电机旋转角速度减速部以下述情况为条件将所述减速指令值的输出设为0， 该情况为通过输出所述减速指令值，电机旋转角速度在达到最高速度后减速而再次成 为无负荷旋转速度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于所述电流指令值运算部具有d轴电流指令值运算部，该d轴电流指令值运算部对作为 电流指令值的d/q坐标系的d轴电流指令值进行运算，所述d轴电流指令值运算部具有所述电机旋转角速度减速部，该电机旋转角速度减速 部输出增强所述电机的磁场的减速指令值。
10.根据权利要求9所述的电动动力转向装置，其特征在于所述d轴电流指令值运算部具有进行所述增强磁场控制的电机旋转角速度减速部、和不进行所述增强磁场控制的普通控制部，根据由所述异常外力判定部判定的异常外力的输 入，对电机旋转角速度减速部、和普通控制部进行切换 。
全文摘要
本发明提供一种电动动力转向装置，当操舵辅助用电机的电机旋转角速度(ω)及电机旋转角加速度(α)分别在所对应的规定值ωs、αs以上时，异常外力判定部判定为规定值以上的外力被输入到了转向机构中，将异常外力判定标志(FLG)设为1。d轴电流指令值运算部，在输入的异常外力判定标志(FLG)为1时，令电机旋转角速度减速部有效，并根据电机旋转速度/d轴电流指令值映射关系进行增强磁场控制。
文档编号B62D119/00GK101987633SQ20101023839
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年7月31日
发明者柴田由之, 森丰 申请人:株式会社捷太格特