本发明涉及根据电流指令值对电动机进行驱动控制，并通过电动机对车辆的转向机构施加辅助力的电动助力转向装置的控制方法以及控制装置，本发明尤其涉及能够通过较少的运算量将在对电动机进行驱动控制时执行的二相的电流指令值或者电压指令值转换为三相的电流指令值或者电压指令值的电动助力转向装置的控制方法以及控制装置。
背景技术：
通过电动机的旋转力对车辆的转向系统进行辅助控制的电动助力转向装置(eps)借助电动机的驱动力经由减速机通过齿轮或者皮带等传递机构向转向轴或者齿条轴施加转向辅助力(辅助力)。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，该以往的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机施加电压，使得转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之差变小，一般情况下，通过调整pwm(脉冲宽度调制)控制的占空比来进行电动机施加电压的调整。
当将电动助力转向装置的一般结构在图1中示出并进行说明时，方向盘1的柱轴(转向轴、方向轴)2经由减速齿轮3、万向接头4a和4b、小齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a、6b，再经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8l、8r连结。此外，在柱轴2上设置有检测方向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10以及检测转向角θ的转向角传感器14，辅助方向盘1的转向力的电动机20经由减速齿轮3与柱轴2连结。控制电动助力转向装置的控制单元(ecu)30从电池13供给电力并且经由点火开关11输入点火开关信号。控制单元30根据扭矩传感器10所检测到的转向扭矩ts和车速传感器12所检测到的车速vs来进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，通过对电流指令值实施补偿等的电压控制指令值vref来控制供给到eps用电动机20的电流。
另外，转向角传感器14不是必须的，也可以不配设，此外，也能够从与电动机20连结的旋转变压器等旋转位置传感器取得转向角。
控制单元30连接有发送或接收车辆的各种信息的can(controllerareanetwork：控制器局域网络)40，车速vs也能够从can40接收。此外，控制单元30也能够连接有发送或接收can40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非can41。
控制单元30主要由mcu(也包含cpu、mpu等)构成，但在该mcu内部通过程序执行的一般功能如图2所示。
参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明，扭矩传感器10所检测到的转向扭矩ts以及车速传感器12所检测到的(或者来自can40的)车速vs被输入到运算电流指令值iref1的电流指令值运算部31。电流指令值运算部31根据所输入的转向扭矩ts以及车速vs并使用辅助图等来运算供给到电动机20的作为电流的控制目标值的电流指令值iref1。电流指令值iref1经由加法部32a输入到电流限制部33，被限制了最大电流的电流指令值irefm被输入到减法部32b，减法部32b运算电流指令值irefm与被反馈的电动机电流值im的偏差i(irefm-im)，并将该偏差i输入到用于改善转向动作的特性的pi(比例积分)控制部35。通过pi控制部35而改善了特性的电压控制指令值vref被输入到pwm控制部36，进而经由作为驱动部的逆变器37对电动机20进行pwm驱动。通过电动机电流检测器38检测电动机20的电流值im并反馈到减法部32b。逆变器37使用fet(场效应晶体管)作为驱动元件，由fet的电桥电路构成。
在加法部32a中对来自补偿信号生成部34的补偿信号cm进行相加，通过补偿信号cm的加法进行转向系统统系的特性补偿，来改善收敛性和惯性特性等。补偿信号生成部34通过加法部34-4将自动对准扭矩(sat)34-3与惯性34-二相加，进而通过加法部34-5将其加法结果与收敛性34-1相加，并将加法部34-5的加法结果作为补偿信号cm。
在这样的电动助力转向装置中，作为电动机，一般使用耐久性和保守性优异、噪音或噪声也较少的无刷电动机。在使用无刷电动机的情况下，大多通过由d轴和q轴定义的dq旋转坐标系来实现电动机的电流控制。在dq旋转坐标系下的电动机的电流控制中，例如在三相的无刷电动机的情况下，执行从dq旋转坐标系向由u相、v相以及w相定义的uvw固定坐标系的转换。例如，在为了最大限度地利用电源电压而对三相电压指令值进行校正的日本特许第3480843号公报(专利文献1)所记载的装置中，进行将三相检测电流转换为d轴和q轴检测电流的dq坐标转换以及将三相电压指令值转换为d轴和q轴电压指令值的dq坐标逆转换。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3480843号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所公开的装置中，在进行dq坐标转换以及dq坐标逆转换的运算中，使用花费处理负荷的三角函数以及平方根。因而，在通过微型计算机等执行这些运算的情况下，需要较多的运算时间，当按照电路等的逻辑设计而进行对应的情况下，成本增加，难以灵活地对应于设计变更等。
本发明是鉴于上述那样的情况而完成的，本发明的目的在于提供通过使得从二相的指令值(电流指令值或者电压指令值)转换为三相的指令值的运算简化，降低运算量的负荷，从而能够搭载于微型计算机等的电动助力转向装置的控制方法以及控制装置，其中，该二相的指令值是在对搭载于电动助力转向装置的电动机，尤其是三相无刷电动机进行驱动控制时执行的。
用于解决课题的手段
本发明涉及根据电流指令值对电动机进行驱动控制，并通过所述电动机对车辆的转向机构施加辅助力的电动助力转向装置的控制方法，本发明的上述目的通过如下方法来达成：具有将根据所述电流指令值运算的二相的指令值转换为三相的指令值的转换步骤，在所述转换步骤中，将对于由所述二相的指令值构成的向量的区域分割为6个扇区，通过对每个所述扇区预先定义的简化的运算方法将所述二相的指令值转换为所述三相的指令值，通过所述三相的指令值驱动所述电动机。
此外，本发明涉及根据电流指令值对电动机进行驱动控制，并通过所述电动机对车辆的转向机构施加辅助力的电动助力转向装置的控制装置，本发明的上述目的通过如下方法来达成：具有将根据所述电流指令值运算的二相的指令值转换为三相的指令值的转换部，所述转换部将与由所述二相的指令值构成的向量对应的区域分割为6个扇区，通过对每个所述扇区预先定义的简化的运算方法将所述二相的指令值转换为所述三相的指令值，通过所述三相的指令值驱动所述电动机。
本发明的上述目的通过如下方法而更有效地达成：所述各扇区绕着原点以等角度划分，或者在所述转换步骤中，通过比较所述二相的指令值的符号和所述二相的指令值的大小来确定所述向量所处的扇区，通过在所述确定的扇区中定义的所述运算方法将所述二相的指令值转换为所述三相的指令值，或者所述二相的指令值是与α轴和β轴的固定坐标对应的数据，所述三相的指令值是与u相、v相以及w相对应的数据，或者在所述运算方法中，通过共用将所述二相的指令值中的与所述β轴对应的数据的绝对值除以3的平方根而得的数据，使运算简化。
发明效果
根据本发明的电动助力转向装置的控制方法以及控制装置，通过以扇区单位定义的空间向量调制的简单运算方法进行三相无刷电动机等的驱动控制中的从二相的指令值向三相的指令值的转换，由此，能够减少三角函数等的处理负荷所花费的运算，改善运算量负荷。
附图说明
图1是示出电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是示出电动助力转向装置的控制单元(ecu)的结构例的框图。
图3是示出dq旋转坐标系与αβ固定坐标系的关系的图。
图4是示出αβ固定坐标系与uvw固定坐标系的关系的图。
图5是用于说明从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的以往的转换式的导出的图。
图6是示出用于确定扇区的α轴电压指令值与β轴电压指令值的符号的关系的图。
图7是用于说明用于确定扇区的α轴电压指令值与β轴电压指令值的比较的图。
图8是用于说明从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的本发明中的转换式的导出的图。
图9是用于说明从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的本发明中的转换式的导出的图。
图10是示出本发明的结构例(第1实施方式)的框图。
图11是示出本发明的动作例(第1实施方式)的流程图。
图12是示出本发明的结构例(第2实施方式)的框图。
具体实施方式
在本发明中，为了减少从用于对电动机进行驱动控制的二相的指令值向三相的指令值的转换的运算量负荷而将用于转换的运算简化。从二相的指令值向三相的指令值的转换通过空间向量调制来执行，通过减少了三角函数等的处理负荷所花费的运算的简单运算方法来进行该空间向量调制。由于简单运算方法以扇区单位进行定义，因此，在转换时，需要确定扇区，但该扇区的确定也通过不花费处理负荷的方法来进行。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以电流指令值为对象的情况或者以电压指令值为对象的情况中的任意情况下都能够执行上述从二相向三相的转换，但在本实施方式中，以电压指令值为对象。
在说明本实施方式时，首先，对以往的运算方法进行说明。
通常情况下，设定与旋转坐标系即d轴和q轴对应的电压指令值(d轴电压指令值、q轴电压指令值)作为辅助(转向辅助)指令即二相的电压指令值。旋转坐标系是与在电动机内旋转的转子一起旋转的坐标系，在本坐标系中，转子上的二相的电流被视作停止，由于被视作静止的电流能够作为直流来进行处理，因此，作为目标值的电压指令值的设定变得容易。
在使用三相的电动机作为电动机的情况下，需要将二相的旋转坐标系的d轴电压指令值以及q轴电压指令值转换为三相的固定坐标系的电压指令值，但大多不是直接转换，而是按照进行从二相的旋转坐标系向二相的固定坐标系的转换，然后进行从二相的固定坐标系向三相的固定坐标系的转换这2个阶段来执行。
在从二相的旋转坐标系向二相的固定坐标系的转换中，d轴电压指令值以及q轴电压指令值被转换为与作为固定坐标系的α轴和β轴对应的电压指令值(α轴电压指令值、β轴电压指令值)。在该转换中，需要转子的旋转角(电角)，转子的旋转角能够从与电动机连结的旋转变压器等旋转位置传感器取得。而且，例如，在由d轴和q轴定义的dq旋转坐标系与由α轴和β轴定义的αβ固定坐标系具有图3所示的关系的情况下，使用d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq以及旋转角θe根据下述式1来计算α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ。
[式1]
vα＝vd·cos(θe)-vq·sin(θe)
vβ＝vd·sin(θe)+vq·cos(θe)
在从二相的固定坐标系向三相的固定坐标系的转换中，α轴电压指令值以及β轴电压指令值通过空间向量调制(空间向量转换)而转换为与三相电动机的u相、v相以及w相对应的电压指令值(u相电压指令值、v相电压指令值、w相电压指令值)。由于相位彼此错开120度((2/3)π弧度)的正弦波交流流过u相、v相以及w相，因此，在空间向量调制中，先准备与u相、v相以及w相对应的错开120度的3个轴。各轴记作v100、v010以及v001、v100与u相对应，v010与v相对应，v001与w相对应。而且，使各轴以原点为中心沿相反方向延长，当将到达v010与v001的中间的v100的延长线作为v011、将到达v001与v100的中间的v010的延长线作为v101、将到达v100与v010的中间的v001的延长线作为v110时，如图4所示，形成了绕着原点以60度((1/3)π弧度)的间隔划分的6个象限(扇区)。对于6个扇区，将被v100以及v110划分的扇区作为扇区0，从扇区0起逆时针依次为扇区1、扇区2、扇区3、扇区4以及扇区5。而且，使αβ固定坐标系的α轴与v100一致，使β轴与v110和v010所成的角的二等分线一致。
这样，使用由u相、v相以及w相定义的uvw固定坐标系，α根据轴电压指令值以及β轴电压指令值计算u相电压指令值、v相电压指令值以及w相电压指令值(以下，将它们3个总称为“相电压指令值”)。即，当将以α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ为要素的向量(以下，作为“指令值向量”)配置于uvw固定坐标系时，指令值向量的大小eamp以及指定值向量与α轴(＝v100)所成的角度(以下，作为“α角度”)ephase通过下述式2来计算。
[式2]
ephase＝arctan(vβ/vα)
这里，arctan()是反正切函数。而且，使用eamp以及ephase通过下述表1所示的转换式与指令值向量所处的扇区对应地计算u相电压指令值vu、v相电压指令值vv以及w相电压指令值vw。
[表1]
在表1中，两端轴是指构成各扇区的2个轴。此外，由于将u相电压指令值vu、v相电压指令值vv以及w相电压指令值vw全部加起来为零，因此，在各扇区中，转换式未表示出的相的电流指令值通过使用其他的二相的电流指令值并根据下述式3的关系式来计算。
[式3]
vu+vv+vw＝0
表1的各转换式例如在指令值向量处于扇区0的情况下通过图5所示的关系来导出(省略详细的说明)。
在本实施方式中，将从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的转换中的运算，即表1所示的转换式简化。
在从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的转换中，如上述那样，首先，进行指令值向量所处的扇区的确定，但在该确定中，也降低了运算量负荷。即，指令值向量所处的扇区能够根据指令值向量的α角度ephase来确定，但为了计算ephase而必须如上述式2那样使用花费了处理负荷的反正切函数。因此，在本实施方式中，通过作为指令值向量的要素的α轴电压指令值vα和β轴电压指令值vβ的符号和两指令值的大小的比较来确定所处的扇区。即，如图6所示，根据α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ的符号确定了指令值向量位于被α轴和β轴划分的4个象限内的哪个象限。由于4个各象限包含2个扇区，因此，如图7所示，通过比较√3vα的绝对值与vβ的绝对值而确定了指令值向量位于哪个扇区。当整理这2个条件时，能够通过下述表2所示的条件来确定指令值向量所处的扇区。
[表2]
例如，当
另外，也可以不比较
在从αβ固定坐标系向uvw固定坐标系的转换中，为了使运算公共化而使用在下述式4中计算的变量x。
[式4]
当使用该变量x时，由于β轴电压指令值vβ由下述式5表示，因此，扇区0中的w相电压指令值vw为vw＝2x。
[式5]
vβ＝eamp·sin(ephase)
由图8所示的关系可知，扇区0中的u相电压指令值vu为vu＝|vα|-x。同样地，导出扇区2、扇区3以及扇区5中的相电压指令值。
在图9所示的关系中，由于左下的三角形为正三角形，因此，v相电压指令值vv为
根据以上内容，使用变量x如下述表3那样将表1所示的转换式简化。
[表3]
这样，在本实施方式中，通过利用了表3所示的作为公共变量的x的简单的运算来进行从作为二相的指令值的α轴电压指令值以及β轴电压指令值向作为三相的指令值的u相电压指令值、v相电压指令值以及w相电压指令值的转换，扇区的确定也通过表2所示的α轴电压指令值以及β轴电压指令值的符号以及大小的比较来进行，由此，能够减少运算量。
图10示出本发明的结构例(第1实施方式)，是图1所示的结构中的控制单元(ecu)30内的功能结构的一部分。由于电流指令值运算部31与图2所示的结构中的电流指令值运算部31相同，因此，省略说明。
电动机角速度运算部50根据从与电动机连结的旋转位置传感器(未图示)等取得的转子的旋转角(电角)θe计算电动机角速度ωe。
dq轴电流指令值计算部60输入有从电流指令值运算部31输出的电流指令值iref1以及通过电动机角速度运算部50计算的电动机角速度ωe并计算d轴电流指令值idref以及q轴电流指令值iqref。d轴电流指令值idref以及q轴电流指令值iqref例如通过日本专利第5282376号公报所记载的由d-q轴电流指令值计算部执行的方法等来计算。此时，在需要与电动机的机械角对应的电动机角速度的情况下，根据与电角对应的电动机角速度ωe来计算。
三相/二相转换部70使用旋转角θe将电动机电流检测器等所检测到的各相的电动机电流检测值，即u相中的电动机电流检测值(以下，作为“u相电流检测值”)iud、v相中的电动机电流检测值(以下，作为“v相电流检测值”)ivd以及w相中的电动机电流检测值(以下，作为“w相电流检测值”)iwd转换为d轴电流检测值id以及q轴电流检测值iq。
减法部120计算d轴电流指令值idref与d轴电流检测值id的偏差δid(idref-id)。减法部121计算q轴电流指令值iqref与q轴电流检测值iq的偏差δiq(iqref-iq)。
pi控制部80输入有偏差δid并输出特性改善后的d轴电压指令值vd。同样地，pi控制部90输入有偏差δiq并输出特性改善后的q轴电压指令值vq。
αβ坐标转换部100输入有d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq以及旋转角θe，并使用式1计算α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ。在计算时，为了减少运算量，可以首先求出sin(θe)以及cos(θe)，并将这些值共用而计算α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ。
转换部110输入有αβ坐标转换部100所计算出的α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ，并将它们转换为u相电压指令值vu、v相电压指令值vv以及w相电压指令值vw。在转换部110中，首先，对根据α轴电压指令值vα计算的
计算出的相电压指令值(u相电压指令值vu、v相电压指令值vv、w相电压指令值vw)相当于图2所示的结构中的pi控制部35输出的电压控制指令值vref，并被用于电动机的pwm驱动。
在这样的结构中，参照图11的流程图对其动作例进行说明。
当动作开始时，扭矩传感器等所检测到的转向扭矩ts以及车速传感器等所检测到的车速vs被输入到电流指令值运算部31，旋转位置传感器等所检测到的旋转角θe被输入到电动机角速度运算部50(步骤s10)。旋转角θe也被输入到三相/二相转换部70以及αβ坐标转换部100。
电流指令值运算部31根据转向扭矩ts以及车速vs并使用辅助图等来运算电流指令值iref1(步骤s20)。电动机角速度运算部50根据旋转角θe来计算电动机角速度ωe(步骤s30)。另外，电流指令值iref1的运算和电动机角速度ωe的计算的顺序可以相反。
电流指令值iref1以及电动机角速度ωe被输入到dq轴电流指令值计算部60。dq轴电流指令值计算部60根据电流指令值iref1以及电动机角速度ωe来计算d轴电流指令值idref以及q轴电流指令值iqref(步骤s40)。
三相/二相转换部70输入有旋转角θe和电动机电流检测器等所检测到的u相电流检测值iud、v相电流检测值ivd以及w相电流检测值iwd(步骤s50)，并通过三相/二相转换将它们转换为d轴电流检测值id以及q轴电流检测值iq(步骤s60)。
减法部120相加输入有d轴电流指令值idref，相减输入有d轴电流检测值id，并计算偏差δid，减法部121相加输入有q轴电流指令值iqref，相减输入有q轴电流检测值iq，并计算偏差δiq(步骤s70)。
偏差δid以及δiq分别被输入到pi控制部80以及90，并通过pi控制而分别生成d轴电压指令值vd以及q轴电压指令值vq(步骤s80)。
d轴电压指令值vd以及q轴电压指令值vq与旋转角θe一起被输入到αβ坐标转换部100。αβ坐标转换部100根据d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq以及旋转角θe并使用式1来计算α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ，并输出到转换部110(步骤s90)。
转换部110根据α轴电压指令值vα以及β轴电压指令值vβ来计算
u相电压指令值vu、v相电压指令值vv以及w相电压指令值vw用于电动机的pwm驱动。
另外，用于从αβ固定坐标系转换为uvw固定坐标系的简化的转换式不限于表3中记载的式子，例如，扇区1中的v相电压指令值vv的转换式可以是vv＝x-vα。
接下来，对本发明的其他的结构例进行说明。
图12示出本发明的其他的结构例(第2实施方式)，在第2实施方式中，图10所示的第1实施方式中的αβ坐标转换部100以及转换部110与转换部111综合。因而，转换部111输入有d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq以及旋转角θe，输出u相电压指令值vu、v相电压指令值vv以及w相电压指令值vw。其他的结构与第1实施方式相同。
在转换部111中，可以是，在从αβ坐标转换部100执行的dq旋转坐标系转换为αβ固定坐标系之后，从转换部110执行的αβ固定坐标系转换为uvw固定坐标系，但也可以将双方的转换综合，例如，通过下述式6来计算变量x。
[式6]
通过将双方的转换综合，能够增加运算的简化的变形。
标号说明
1：方向盘；2：柱轴(转向轴、方向盘轴)；10：扭矩传感器；12：车速传感器；14：转向角传感器；20：电动机；30：控制单元(ecu)；31：电流指令值运算部；50：电动机角速度运算部；60：dq轴电流指令值计算部；70：三相/二相转换部；80、90：pi控制部；100：αβ坐标转换部；110、111：转换部。