专利名称：电动转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动转向装置。
背景技术：
在电动转向装置(electricpower steering apparatuses, EPS)中，存在以下装置其配备有通过独立于驾驶员执行的转向操作而改变车辆的转向车轮的转向角度来控制车辆的行进路径的自动控制功能。这种自动控制方式的示例包括识别行车道和辅助车辆沿行车道行进的所谓的车道保持辅助控制(参见例如日本专利申请公开No. 2005-343260(JP-A-2005-343260))、辅助将车停放在停车空间内的所谓的停车辅助控制(参见例如日本专利申请公开No. 2004-345468 (JP-A-2004-345468))等。在许多情形下，基于通过车载网络从上级或主控制设备(上级或主E⑶)输入的辅助指令来执行这些自动控制。然而，在通过网络传输辅助指令的构造中，不可避免的是，由于通信协议或规范的不同，辅助指令的传输被延迟，而因此导致响应度下降。因此，在具有诸如倾斜的道路表面、侧风等外部扰乱的环境中，所计算的用于控制转向车轮的转向角度位置的辅助指令值倾向于出现大的波动。结果，特别是在车辆高速行驶时所执行的自动控制中，车辆的行驶轨迹可能被扰乱。
发明内容
本发明提供即使在存在外部扰乱的环境中也能够通过抑制对车辆行驶轨迹的扰舌L来顺利执行自动控制的电动转向装置。本发明的一方面涉及一种电动转向装置，该电动转向装置包括基于由彼此独立设置的两个系统的电动机线圈所产生的磁动势来将辅助力供给转向系统的转向力辅助设备和通过将电力供应给电动机线圈来控制转向力辅助设备的操作的控制装置。该控制装置包括对应于电动机线圈的、彼此独立设置的两个系统的驱动电路。该控制装置包括通过执行电流控制来向第一系统的驱动电路输出控制信号以便生成对应于辅助力的电动机扭矩的第一控制信号输出装置。该控制装置包括通过基于所输入的位置指令执行位置控制来向第二系统的驱动电路输出控制信号以便改变转向车轮的转向角度的第二控制信号输出装置。即，基本上，通过控制转向角度位置来实现诸如车道保持辅助控制等自动控制。然后，位置控制不需要诸如在动力辅助控制(电流控制)中所需的高响应。因此，如在前述构造中通过独立于用于执行动力辅助控制的电流控制(扭矩控制)而执行用于自动控制的位置控制，可优化位置控制的响应度，而不引起动力辅助控制的响应度的下降，并且因此抑制位置指令的波动的影响。因此，即使在存在外部扰乱的环境中，也可在抑制对车辆行进轨迹的扰乱的同时，顺利地执行自动控制。另外，即使在存在外部扰乱的环境中，仍可顺利和同时地执行扭矩控制和位置控制。
在前述的方面中，转向力辅助设备可利用电动机作为驱动源，该电动机包括共同用于电动机线圈的定子和转子。根据这个构造，用于执行动力辅助控制的电流控制(扭矩控制)和用于执行自动控制的位置控制可被同时和独立地执行而不增加该装置的尺寸。在前述的方面中，电动机可以是无刷电动机。根据这个构造，如果电动机具有彼此独立的两个系统的电动机线圈，则由于电动机没有电刷而产生的空间容量变得显著。因此，这个构造可简化作为驱动源的电动机并减小其尺寸。在前述的方面中，控制装置可执行位置控制的位置反馈回路，并且可执行作为位置反馈回路的副回路的、速度控制、电流控制和电压控制的至少一个的反馈回路。根据这个构造，可更顺利地执行自动控制。根据本发明的前述方面，可提供即使在存在外部扰乱的环境中也能够在抑制对车辆的行进轨迹的扰乱的同时顺利地执行自动控制的电动转向装置。
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中图1是电动转向装置(EPS)的示意性结构图；图2是电动机的示意性构造图；图3是EPS的控制框图；图4是EPS的另一控制框图；以及图5是示出本发明一实施例中的电动机控制方式的框图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。如图1所示，在该实施例的电动转向装置(EPS) I中，固定有方向盘2的转向轴3通过齿条齿轮传动机构4连接到齿条轴5。转向操作中所涉及的转向轴3的旋转通过齿条齿轮传动机构4而转换成齿条轴5的沿两个相反方向中的任意一个方向的线性运动。顺便提一下，这个实施例中的转向轴3由连接在一起的柱轴3a、中间轴3b和小齿轮轴3c组成。转向轴3的旋转所引起的齿条轴5的线性运动通过连接到齿条轴5的两端的拉杆6而传输到转向节(未示出)，使得转向车轮7的转向角度(即，车辆的行进方向)被改变。另外，EPSl包括将辅助转向操作的辅助力供给转向系统的、作为转向力辅助设备的EPS致动器和作为控制EPS致动器10的致动的控制装置的E⑶11。在这个实施例中，EPS致动器10被构造为所谓的柱型EPS致动器，该柱型EPS致动器的用作为驱动源的电动机12通过减速机构13以传动的方式连接到柱轴3a。EPS致动器10将电动机12的转动传递到柱轴3a，同时减小旋转速度，由此将电动机扭矩作为辅助力供给转向系统。另一方面，E⑶I连接到扭矩传感器14和车辆速度传感器15。基于从传感器的输出信号检测到的车辆速度V和转向扭矩τ，ECU11计算待供给转向系统的辅助力(目标辅助力)。然后，为了使得EPS致动器10生成目标辅助扭矩，ECUll控制EPS致动器10的致动，即，通过向设置为驱动源的电动机12供应电力来控制供给转向系统的辅助力(动力辅助控制)。下面将描述该实施例的EPS的电气构造。如图2所示，通过将两个独立系统的电动机线圈21A和21B围绕单个定子22缠绕来形成本实施例中的电动机12。具体地，两个系统中的第一系统的电动机线圈21A(21ua、21va和21wa)和第二系统的电动机线圈21B(21ub、21vb和21wb)各自针对相应的一个相(U、V和W)而分别缠绕在定子22的相应一个齿23(23u、23v和23w)上。然后，在齿23 (23u、23v和23w)的径向内侧旋转地支撑转子24。具体地，本实施例中的电动机12具有共同用于两个系统的电动机线圈21A和21B的定子22和转子24。转子24基于围绕齿23 (23u、23v和23w)缠绕的电动机线圈21A和21B所产生的磁动势而转动。于是，本实施例中的ECUl I通过将驱动电力供应给彼此独立的电动机线圈2IA和2IB来控制电动机12的电动机扭矩。如图3所示，本实施例中的E⑶11包括对应于电动机线圈2IA和2IB的、彼此独立地设置的两个驱动电路26A和26B和分别向彼此独立的驱动电路26A和26B输出控制信号Smc_a和Smc_b的微计算机27。具体地，驱动电路26A通过电力线28A(28ua、28va和28wa)连接到第一系统的电动机线圈21A，并且驱动电路26B通过电力线28B(28ub、28vb和28wb)连接到第二系统的电动机线圈21B。另外，微计算机27输出的控制信号Smc_a被输入到驱动电路26A，并且微计算机27输出的控制信号Smc_b被输入到驱动电路26B。顺便提一下,在该实施例中,驱动电路26A和26B中的每一个使用公知的PWM逆变器，该公知的PWM逆变器由三个基本单元(三个臂)组成，该三个基本单元(三个臂)中的每一个包括并联连接的开关元件对，该三个基本单元(三个臂)对应三个相并且并联连接。微计算机27输出的控制信号Smc_a和Smc_b限定了这三个相臂的占空比。该实施例中的E⑶11将驱动电路26A和26B基于控制信号Smc_a和Smc_b所输出的驱动电力供应给相应的彼此独立的电动机线圈21A和21B。将对此进行详细描述。如图4所示，本实施例中的微计算机27包括向第一系统的驱动电路26A输出控制信号Smc_a的、作为第一控制信号输出装置的第一控制信号输出部分31A和向第二系统的驱动电路26B输出控制信号Smc_b的、作为第二控制信号输出装置的第二控制信号输出部分31B。在这个实施例中，第一控制信号输出部分31A接收由扭矩传感器14和车辆速度传感器15所检测到的转向扭矩τ和车辆速度V的输入。第一控制信号输出部分31Α基于转向扭矩τ和车辆速度V来计算对应于目标辅助力的电流指令值I*_a。另外，第一控制信号输出部分31A还接收经过第一系统的电动机线圈21A的并且由电流传感器32A所检测到的电流实际值I_a的输入和由电动机解算器33 (参见图3)检测的电动机旋转角度0m。然后，第一控制信号输出部分31A通过执行使得所检测到的实际电流值I_a跟随第一控制信号输出部分31A所计算的电流指令值I*_a的电流反馈控制，来将控制信号出到对应于第一控制信号输出部分31A的第一系统的驱动电路26A。具体地，在本实施例中的第一控制信号输出部分31A中，转向扭矩τ和车辆速度V被输入到辅助控制部分35。辅助控制部分35计算电流指令值I*_a，使得所产生的电动机扭矩越大即辅助力越大，则转向扭矩τ越大并且车辆速度V越慢。此外，电流指令值r_a连同由电流传感器32A所检测到的实际电流值I_a —起被输入到电流控制部分36。然后，电流控制部分36基于电流指令值I*_a和实际电流值I_a之间的电流偏差来执行电流反馈计算。在这个实施例中，电流传感器32A (32ua、32va和32wa)检测经过第一系统的电动机线圈21A的电流的相电流值111_&、1￥_&和Iw_a，作为实际电流值I_a。然后，本实施例中的电流控制部分36通过将相电流值Iu_a、Iv_a和Iw_a转换成d/q坐标系统中的d_轴电流和q-轴电流(d/q转换)来在d/q坐标系统中执行电流反馈计算。即，在本实施例中的辅助控制部分35计算作为电流指令值I*_a的q_轴电流指令值(d-轴电流指令值是“O”)。然后，电流控制部分36通过将经由执行电流反馈计算而在d/q坐标系统中所获得的电压指令值映射在三相交流坐标上(逆d/q变换)来计算对应于电动机线圈21A的每一相的电压指令值V*_a。 然后，在该实施例中的第一控制信号输出部分31A将PWM转换部分基于电压指令值V*_a所产生的控制信号Smc_a输出到相应的第一系统的驱动电路26A。另一方面，第二控制信号输出部分31B接收经由车载网络40 (CAN: Contro 11 erArea Network，控制器区域网络)从上级E⑶输入的(参见图1)、关于方向盘2的位置指令输入，即转向角度指令值Θ 顺便提一下，在该实施例中，转向角度指令值被输入，作为用于自动控制车辆的路径的控制指令，并且更具体地，作为用于通过独立于驾驶员的转向操作而改变转向车轮7的转向角度来执行所谓的车道保持辅助控制的控制指令。另外，在该实施例中的第二控制信号输出部分31Β基于电动机解算器33所检测的电动机旋转角度Θ m来检测方向盘2的实际转向角度，即，转向角度Θ s。然后,第二控制信号输出部分31B通过执行位置反馈控制以使检测作为实际转向角度的转向角度Θ s跟随输入到第二控制信号输出部分31B的转向角度指令值Θ s%来将控制信号Smc_b输出到相应的第二系统的驱动电路26B。具体地，输入到第二控制信号输出部分31B的电动机旋转角度0m通过转向角度计算部分41来转换成为转向角度0S。转向角度Θ s连同转向角度指令值—起被输入到位置控制部分42。然后，位置控制部分42基于转向角度指令值和转向角度θ8之间的位置偏差来执行位置反馈计算。该实施例中的第二控制信号输出部分31B包括速度控制部分43和电流控制部分44，该速度控制部分43和电流控制部分44分别形成速度控制和电流控制(扭矩控制)的反馈回路，作为位置控制部分42所形成的位置反馈回路的副回路。S卩，位置控制部分42通过执行位置反馈计算来计算转向角速度指令值ω s*,并且速度控制部分43基于转向角速度·指令值ω。和实际转向角速度cos之间的速度偏差来计算电流指令值I*_b。此外，电流控制部分44基于电流指令值r_b和电流传感器32B所检测的实际电流值I_b之间的电流偏差通过执行电流反馈计算来计算电压指令值V*_b。顺便提一下，电流传感器32B (32ub、32vb和32wb)所执行的电流检测方式(三相电流值Iu_b、Iv_b和Iw_b的检测)和电流控制部分44所执行的电流反馈计算方式在本质上分别与第一系统的电流传感器32A所执行的电流检测方式和电流控制部分36所执行的电流反馈计算方式相同。然后，在该实施例中的第二控制信号输出部分3IB将PWM转换部分45基于电压指令值V*_b所生成的控制信号Smc_b输出到相应的第二系统的驱动电路26B。
该实施例中的微计算机27以前述方式将控制信号Smc_a和Smc_b分别输出给彼此独立的两个系统的驱动电路26A和26B。然后，如图5所示，该实施例中的ECUll同时并且彼此独立地执行用于执行动力辅助控制的电流控制(扭矩控制)和用于执行自动控制的位置控制。在图5的框图中，“Tm”是电动机扭矩，并且“Tl”是负载扭矩，并且“Ke”是反电动势电压常数。此外，“I/ (L*S+R)”是电动机阻抗(其中，R是电枢绕组线阻抗，L是电感，并且S是微分算子)。根据该实施例，可获得如下的操作和效果。(I)E⑶11包括对应于彼此独立的两个系统的电动机线圈21A和21B所提供的两个驱动电路26A和26B和将两个系统的独立的控制信号Smc_a和Smc_b输出到驱动电路26A和26B的微计算机27。微计算机27包括通过执行电流控制将控制信号Smc_a输出到第一系统的驱动电路26A以便产生对应于辅助力的电动机扭矩的第一控制信号输出部分31A。此外，微计算机27还包括第二控制信号输出部分31B，第二控制信号输出部分31B基于经由车载网络40从上级ECU输入的转向角度指令值Θ s*通过执行位置控制来将控制信号Smc_b输出到第二系统的驱动电路26B，以便改变转向车轮的转向角度。S卩，基本上，诸如车道保持辅助控制等自动控制通过控制转向角度位置来实现。在位置控制中，不需要诸如在动力辅助控制(电流控制)中所需要的高响应。因此，如在前述的构造中，通过独立于用于执行动力辅助控制的电流控制(扭矩控制)而执行用于执行自动控制的位置控制，可优化位置控制的响应，而不引起动力辅助控制中的响应度的下降，因此抑制了位置指令(转向角度指令值Θ#)的改变所引起的影响。因此，即使在存在外部扰乱的环境中，也可抑制对行进轨迹的扰乱并且顺利地执行自动控制。(2) EPS致动器10使用电动机12作为驱动源，该电动机12具有对于两个系统的电动机线圈21A和21B所共有的定子22和转子24。因此，用于执行动力辅助控制的电流控制(扭矩控制)和用于执行自动控制的位置控制可被同时并且彼此独立地执行，而不增加该装置的尺寸。(3)第二控制信号输出部分31B包括速度控制部分43和电流控制部分44，该速度控制部分43和电流控制部分44形成作为位置控制部分42所形成的位置反馈回路的副回路的、速度控制和电流控制(扭矩控制)的反馈回路。因此，可更顺利地执行自动控制。顺便提一下，前述的实施例可进行如下修改或改变。(a)虽然在前述实施例中，本发明被实施为所谓的柱型EPS1，本发明还可被应用到所谓的小齿轮型或齿条辅助类型EPS。(b)在该实施例中，EPS致动器10使用电动机12作为驱动源，所述电动机12具有对于两个系统的电动机线圈21A和21B所共有的定子22和转子24。然而，这种结构不是限制性的，即，每一电动机线圈可具有其自己的定子或其自己的转子。此外，本发明还适于使用两个电动机作为驱动源的结构。(C)另外，每一系统的电动机线圈可布置成具有线圈的相位彼此偏离的关系。此夕卜，本发明还不仅可被实施为EPS，而且还可被实施为电动机控制系统，该电动机控制系统对配备有彼此独立提供的两个系统的电动机线圈的电动机进行控制。(d)虽然在前述的实施例中，所使用的电动机12是独立的两个系统的电动机线圈21A和21B被缠绕在相同的定子22上的无刷电动机，本发明还可在包括具有两个系统的电动机线圈的电枢转子的有刷电动机中实施。(e)在前述的实施例中，E⑶11具有对应于电动机线圈21A和21B的、独立提供的两个驱动电路26A和26B。然而，每一系统配备有备用驱动电路等的构造和每一系统中的驱动电路的数目没有特别限制。(f)在前述的实施例中，速度控制和电流控制(扭矩控制)的反馈回路被提供作为位置反馈回路的副回路。然而，该副回路可被适当地改变，例如，可忽略速度反馈回路和电流反馈回路中的至少一个或可增加电压反馈回路。(g)在前述的实施例中，车道保持辅助控制作为自动控制来执行。然而，这不是限制性的。自动控制方式可以是任何方式，只要该控制通过关于转向角度(电动机旋转角度)的位置控制而实现，例如，自动控制可是停车辅助控制、控制转向车轮的转向角度以便控制车辆的姿势的控制等。(h)虽然在前述的实施例中，基于电动机解算器33所检测到的电动机旋转角度0m来检测方向盘2的实际转向角度，S卩，转向角度Θ s，但还允许采用通过使用转向传感器来直接检测转向角度Θs的结构。
权利要求
1.一种电动转向装置，该电动转向装置包括基于由彼此独立地设置的两个系统的电动机线圈所产生的磁动势来将辅助力供给转向系统的转向力辅助设备和通过将电力供应到所述电动机线圈来控制所述转向力辅助设备的操作的控制装置，所述电动转向装置的特征在于: 所述控制装置包括对应于所述电动机线圈、彼此独立提供的第一系统的驱动电路和第~■系统的驱动电路； 所述控制装置包括通过执行电流控制来将控制信号输出到所述第一系统的驱动电路以便生成对应于所述辅助力的电动机扭矩的第一控制信号输出装置；以及 所述控制装置包括通过基于所输入的位置指令执行位置控制来将控制信号输出到所述第二系统的驱动电路以便改变转向车轮的转向角度的第二控制信号输出装置。
2.根据权利要求1所述的电动转向装置，其中，所述转向力辅助设备使用电动机作为驱动源，所述电动机包括共同用于所述电动机线圈的定子和转子。
3.根据权利要求1或2 所述的电动转向装置，其中，所述电动机是无刷电动机。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电动转向装置，其中，所述控制装置执行所述位置控制的位置反馈回路，并且执行作为所述位置反馈回路的副回路的、速度控制、电流控制和电压控制中的至少一个的反馈回路。
全文摘要
一种ECU包括对应于两个彼此独立的系统的电动机线圈所设置的两个驱动电路(26A，26B)和将两个独立系统的控制信号(Smc_a，Smc_b)输出到驱动电路(26A，26B)的微计算机27。微计算机27包括通过执行电流控制来将控制信号(Smc_a)输出到第一系统的驱动电路(26A)以便产生对应于辅助力的电动机扭矩的第一控制信号输出部分(31A)。微计算机(27)还包括第二控制信号输出部分(31B)，第二控制信号输出部分(31B)基于经由车载网络从上级ECU输入的转向角度指令值(θs*)通过执行位置控制来将控制信号(Smc_b)输出到第二系统的驱动电路(26B)以便改变转向车轮的转向角度。
文档编号B62D5/04GK103079933SQ201180042566
公开日2013年5月1日 申请日期2011年9月6日 优先权日2010年9月7日
发明者铃木浩 申请人:株式会社捷太格特