电动助力转向装置的制作方法

本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过dq轴旋转坐标系对三相无刷电动机的驱动进行矢量控制，并且，基于电动机旋转角(电角度)的函数(dq轴角度或3相角度－死区时间补偿值基准表)来对逆变器的死区时间进行补偿，从而实现了平稳并且没有转向音的辅助控制。

背景技术：

利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)的电动助力转向装置(eps)，将作为致动器的电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制通过调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整pwm(脉冲宽度调制)控制的占空比(dutyratio)来进行电动机外加电压的调整。

参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8l和8r相连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向角θ的转向角传感器14和用于检测出转向盘1的转向扭矩th的扭矩传感器10，用于对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2相连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ecu)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩th和由车速传感器12检测出的车速vs，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14并不是必须的，也可以不设置转向角传感器14，还有，也可以从与电动机20相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角(电动机旋转角)θ。

另外，用于收发车辆的各种信息的can(controllerareanetwork，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速vs也能够从can40处获得。此外，用于收发can40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非can41也可以被连接到控制单元30。

在这样的电动助力转向装置中，尽管控制单元30主要由cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)(也包含mpu(microprocessorunit，微处理器单元)、mcu(microcontrollerunit，微控制器单元)等)来构成，但该cpu内部由程序执行的一般功能例如，如图2的结构所示那样。

参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩th和来自车速传感器12的车速vs被输入到转向辅助指令值运算单元31中。转向辅助指令值运算单元31基于转向扭矩th和车速vs并利用辅助图(assistmap)等来运算出转向辅助指令值iref1。运算出的转向辅助指令值iref1在加法单元32a与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号cm相加，相加后得到的转向辅助指令值iref2在电流限制单元33中被限制了最大值，被限制了最大值的电流指令值irefm被输入到减法单元32b中以便在减法单元32b中对其和电动机电流检测值im进行减法运算。

pi(比例积分)控制单元35对作为在减法单元32b中得到的减法结果的偏差δi(＝irefm－im)进行诸如pi(比例积分)之类的电流控制，经过电流控制后得到的电压控制指令值vref与调制信号(三角波载波)cf一起被输入到pwm控制单元36中以便运算出占空比指令值，通过已经运算出占空比指令值的pwm信号并且经过逆变器37来对电动机20进行pwm驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值im被反馈输入到减法单元32b中。

另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(sat)343与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344中得到的加法结果与收敛性控制值341相加，最后将在加法单元345中得到的加法结果作为补偿信号cm输入到加法单元32a以便实施特性改善。

近年来，作为电动助力转向装置的致动器，三相无刷电动机已经成为了主流，并且，因为电动助力转向装置为车载产品，所以其工作温度范围很广，从故障安全的角度来看，与以家用电器产品为代表的一般工业用逆变器相比，用于驱动电动助力转向装置中的电动机的逆变器需要较长的死区时间(即，一般工业用设备用逆变器的死区时间＜eps用逆变器的死区时间)。一般来说，因为当关断(off)开关元件(例如，fet(field-effecttransistor，场效应晶体管))的时候，存在延迟时间，所以如果同时进行上下桥臂的开关元件的关断/导通(off/on)切换的话，则会发生直流链路短路的状况，为了防止发生这种状况，设置上下桥臂的双方的开关元件处于关断(off)状态的时间(死区时间)。

其结果为，电流波形失真，并且，电流控制的响应性和转向感发生恶化。例如，当转向盘处于在中心(on-center)附近的状态并且缓慢地进行转向的时候，会产生起因于扭矩脉动等的不连续的转向感等。还有，因为在中、高速转向时所发生的电动机的反电动势和绕组之间的干扰电压会作为外部干扰而作用于电流控制，所以会使转向追随性和反向转向时的转向感变差。

“独立地设定作为三相无刷电动机的转子的坐标轴的用来控制扭矩的q轴和用来控制磁场强度的d轴，因为各个轴存在90°的关系，所以通过该矢量对相当于各个轴的电流(d轴电流指令值以及q轴电流指令值)进行控制”的矢量控制方式是已知的。

图3示出了“通过矢量控制方式对三相无刷电动机100进行驱动控制的场合”的结构示例。如图3所示，基于转向扭矩th、车速vs等来运算出两个轴(dq轴坐标系)的转向辅助指令值(iref2(idref以及iqref))，被限制了最大值的两个轴的d轴电流指令值id^*以及q轴电流指令值iq^*分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，由减法单元131d以及减法单元131q求出的电流偏差δid^*以及电流偏差δiq^*分别被输入到pi控制单元120d以及pi控制单元120q中。在pi(proportional-integral，比例积分)控制单元120d以及pi控制单元120q中经过pi控制后得到的电压指令值vd以及电压指令值vq分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中，由减法单元141d以及加法单元141q求出的指令电压δvd以及指令电压δvq被输入到dq轴/3相交流变换单元150中。在dq轴/3相交流变换单元150中被变换成3个相的电压指令值vu^*、vv^*以及vw^*被输入到pwm控制单元160中,通过基于运算出的3个相的占空比指令值(dutyu、dutyv、dutyw)的pwm信号upwm、vpwm以及wpwm，并且，经由“由如图4所示那样的具有上下桥臂的电桥结构来构成”的逆变器(逆变器外加电压vr)161来对电动机100进行驱动。上侧桥臂由作为开关元件的fetq1、fetq3以及fetq5来构成，还有，下侧桥臂由fetq2、fetq4以及fetq6来构成。

电流检测器162检测出电动机100的3相电动机电流iu、iv以及iw，检测出的3相电动机电流iu、iv以及iw被输入到3相交流/dq轴变换单元130中，在3相交流/dq轴变换单元130中被变换成2个相的反馈电流id以及iq分别被减法输入到减法单元131d以及减法单元131q中，并且，还被输入到d-q解耦控制(decouplingcontrol)单元140中。还有，旋转传感器等被安装在电动机100上，用来对传感器信号进行处理的角度检测单元110输出电动机旋转角θ以及电动机转速(旋转速度)ω。电动机旋转角θ被输入到dq轴/3相交流变换单元150以及3相交流/dq轴变换单元130中。还有，电动机转速ω被输入到d-q解耦控制单元140中。来自d-q解耦控制单元140的2个相的电压vd1^*以及vq1^*分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中，减法单元141d计算出指令电压δvd，加法单元141q计算出指令电压δvq。指令电压δvd以及指令电压δvq被输入到dq轴/3相交流变换单元150中，经由pwm控制单元160以及逆变器161来对电动机100进行驱动。

这样的基于矢量控制方式的电动助力转向装置是用来对驾驶员的转向进行辅助的装置，并且，电动机的声音、振动和扭矩脉动等作为一种力的感觉经由转向盘被传递给驾驶员。作为用来驱动逆变器的功率器件，通常使用fet，在三相电动机的情况下，为了对电动机进行通电，如图4所示那样，针对每个相，需要使用上下桥臂中的被串联起来的fet。尽管交替地重复进行上下桥臂的fet的导通/关断(on/off)，但由于fet不是理想的开关，其不可能按照栅极信号的指令来瞬时进行fet的on/off，所以需要导通时间和关断时间。因此，如果向上侧桥臂的fet发出的导通指令(on指令)和向下侧桥臂的fet发出的关断指令(off指令)同时被输入进来的话，则存在“上侧桥臂的fet和下侧桥臂的fet同时处于导通状态(on状态)，从而上下桥臂发生短路”的问题。因为fet的导通时间和关断时间有所不同，所以在同时向fet发出指令的情况下，在“向上侧桥臂的fet发出了on指令，并且，导通时间短(例如，导通时间为100ns)”的场合，fet就立刻变成on状态，但在“即使向下侧桥臂的fet发出了off指令，但关断时间长(例如，关断时间为400ns)”的场合，fet却不会立刻变成off状态，因此，可能会发生“瞬时上侧桥臂的fet变成on状态，并且，下侧桥臂的fet也变成on状态(例如，在400ns－100ns之间，on－on)”的现象。

因此，通过在经过了作为死区时间的所规定的时间之后，将on信号赋予给栅极驱动电路，这样就不会发生“上侧桥臂的fet和下侧桥臂的fet同时处于on状态”的现象。因为该死区时间为非线性，所以电流波形失真，控制的响应性能发生恶化，发生声音、振动和脉动。在柱轴助力式电动助力转向装置的场合，因为与通过转向盘和钢制的柱轴来进行连接的齿轮箱直接相连接的电动机的配置位置在结构上非常靠近驾驶员，所以与下游助力方式的电动助力转向装置相比，需要特别考虑起因于电动机的声音、振动和脉动等。

作为对逆变器的死区时间进行补偿的方法，在现有技术中，检测出发生死区时间的时刻，添加补偿值，通过电流控制的dq轴上的外部干扰观测器来对死区时间进行补偿。

例如，日本专利第4681453号公报(专利文献1)和日本特开2015-171251号公报(专利文献2)公开了用于对逆变器的死区时间进行补偿的电动助力转向装置。在专利文献1中，具备死区时间补偿电路，该死区时间补偿电路将电流指令值输入到包括电动机和逆变器在内的电流控制环路的参考模型电路中，基于电流指令值来生成模型电流，基于模型电流来对逆变器的死区时间的影响进行补偿。还有，在专利文献2中，具备用于对占空比指令值进行基于死区时间补偿值的补正的死区时间补偿单元，并且，具有基本补偿值运算单元和滤波器单元，其中，该基本补偿值运算单元基于电流指令值来运算出作为死区时间补偿值的基础值的基本补偿值，该滤波器单元对基本补偿值进行与lpf(lowpassfilter，低通滤波器)相对应的滤波处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4681453号公报

专利文献2：日本特开2015-171251号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

专利文献1的装置为这样一种方式，即，计算出基于q轴电流指令值的大小的死区时间补偿量，使用3相电流参考模型，估计出补偿符号。在等于或小于所规定的固定值的情况下，补偿电路的输出值为与模型电流成比例的变化值；在等于或大于所规定的固定值的情况下，补偿电路的输出值为固定值与“与模型电流成比例的变化值”相加后得到的加法值。尽管基于电流指令来输出电压指令，但需要进行“用来决定用于输出所规定的固定值的滞后特性”的调节操作。

还有，因为专利文献2的装置在决定死区时间补偿值的时候，通过q轴电流指令值和“对q轴电流指令值进行了低通滤波器处理后得到的补偿值”来进行死区时间补偿，这样就会产生延迟，所以存在“将被输入到电动机中的最终的电压指令并不是用来操作死区时间补偿值的”的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，该电动助力转向装置不需要调节操作，对逆变器的死区时间进行补偿，并且，改善电流波形的失真，提高电流控制的响应性，能够抑制声音、振动和脉动。

解决技术问题的技术方案

本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，通过增益以及符号对所述3相死区时间基准补偿值进行处理，并且，通过对所述3相死区时间基准补偿值进行3相/dq轴变换来求得dq轴死区时间补偿值，通过使所述dq轴死区时间补偿值与“对所述dq轴电流指令值进行处理后得到的”dq轴电压指令值相加，来进行所述逆变器的死区时间补偿。

还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：通过使“dq轴死区时间基准补偿值与感应逆变器外加电压的电压感应增益相乘后得到的”dq轴死区时间补偿值与所述dq轴电压指令值相加，来进行所述逆变器的死区时间补偿，所述dq轴死区时间基准补偿值，来自具有“将基于电动机旋转角的3相死区时间补偿值变换成2个相的值”的特性的角度－死区时间补偿值基准表。

还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备角度－死区时间补偿值函数单元、逆变器外加电压感应增益运算单元和死区时间补偿值输出单元，所述角度－死区时间补偿值函数单元基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，所述逆变器外加电压感应增益运算单元基于逆变器外加电压来运算出电压感应增益，所述死区时间补偿值输出单元使所述电压感应增益与所述3相死区时间基准补偿值相乘，将相乘后得到的结果变换成dq轴的值并将所述dq轴的值作为dq轴死区时间补偿值，使所述dq轴死区时间补偿值与“对所述dq轴电流指令值进行处理后得到的”dq轴电压指令值相加。

还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电压指令值，将所述dq轴电压指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备角度－死区时间补偿值基准表、逆变器外加电压感应增益运算单元、第1乘法单元、电流指令值感应增益运算单元和第2乘法单元，所述角度－死区时间补偿值基准表具有“将基于电动机旋转角的3相死区时间补偿值变换成2个相的值”的特性，所述逆变器外加电压感应增益运算单元基于逆变器外加电压来运算出电压感应增益，所述第1乘法单元使所述电压感应增益与来自所述角度－死区时间补偿值基准表的dq轴死区时间基准补偿值相乘，所述电流指令值感应增益运算单元运算出“用来根据所述转向辅助指令值来改变补偿量”的电流指令值感应增益，所述第2乘法单元使所述电流指令值感应增益与所述第1乘法单元的输出相乘，通过使所述第2乘法单元的输出与所述dq轴电压指令值相加，来进行死区时间补偿。

还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，通过增益以及符号对所述3相死区时间基准补偿值进行处理，从而求得3相死区时间补偿值，通过使所述3相死区时间补偿值与dq轴空间矢量调制后的3相电压指令值相加，来进行所述逆变器的死区时间补偿。

还有，本发明涉及一种基于矢量控制方式的电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出dq轴的转向辅助指令值，基于所述转向辅助指令值来运算出dq轴电流指令值，将所述dq轴电流指令值变换成3个相的占空比指令值，通过pwm控制的逆变器对三相无刷电动机进行驱动控制，将辅助扭矩赋予给车辆的转向机构，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备空间矢量调制单元、角度－死区时间补偿值函数单元、逆变器外加电压感应增益运算单元、第1乘法单元、电流指令值感应增益运算单元和死区时间补偿值输出单元，所述空间矢量调制单元通过对所述dq轴电流指令值进行空间矢量调制，来获得3相电压指令值，所述角度－死区时间补偿值函数单元基于电动机旋转角来运算出3相死区时间基准补偿值，所述逆变器外加电压感应增益运算单元基于逆变器外加电压来运算出电压感应增益，所述第1乘法单元通过使所述电压感应增益与所述3相死区时间基准补偿值相乘，来求得第一3相死区时间补偿值，所述电流指令值感应增益运算单元运算出“根据所述转向辅助指令值来改变所述第一3相死区时间补偿值的补偿量”的电流指令值感应增益，所述死区时间补偿值输出单元通过使所述电流指令值感应增益与所述第一3相死区时间补偿值相乘，来输出第二死区时间补偿值，通过使所述第二死区时间补偿值与所述3相电压指令值相加，来进行所述逆变器的死区时间补偿。

发明的效果

根据本发明的电动助力转向装置，基于电动机旋转角(电角度)的函数来运算出逆变器的死区时间补偿值，使死区时间补偿值与dq轴上的电压指令值相加(前馈)，来进行补偿。通过这样做，就不需要调节操作，通过对逆变器的死区时间进行补偿，就能够改善电流波形的失真，并且，还能够提高电流控制的响应性。还有，通过转向辅助指令值(iqref)来调整并改变死区时间补偿值的大小以及方向，以便不会发生过度补偿。

因为通过基于电动机旋转角(电角度)的函数的死区时间补偿，就能够使控制变得平稳，所以能够抑制电动机的声音、振动和脉动。另外，本发明在电动机角度与3相电流的相位相匹配的低速以及中速转向的区域具有高补偿精度，还有，即使在3个相的补偿波形不是矩形波的情况下，也可以进行补偿。

附图说明

图1是表示一般的电动助力转向装置的概要的结构图。

图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。

图3是表示矢量控制方式的结构示例的结构框图。

图4是表示一般的逆变器的结构示例的接线图。

图5是表示本发明的结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图6是详细地表示本发明的死区时间补偿单元的结构示例的结构框图。

图7是表示电流指令值感应增益单元的结构示例的结构框图。

图8是电流指令值感应增益单元内的增益单元的特性图。

图9是表示电流指令值感应增益单元的特性示例的特性图。

图10是表示补偿符号估计单元的动作示例的波形图。

图11是表示逆变器外加电压感应增益单元的结构示例的结构框图。

图12是表示逆变器外加电压感应增益单元的特性示例的特性图。

图13是表示相位调整单元的特性示例的特性图。

图14是表示各相角度－死区时间补偿值函数单元的动作示例的图。

图15是表示空间矢量调制单元的结构示例的结构框图。

图16是表示空间矢量调制单元的动作示例的图。

图17是表示空间矢量调制单元的动作示例的图。

图18是表示空间矢量调制单元的动作示例的时间图。

图19是表示空间矢量调制的效果的波形图。

图20是表示本发明(第1实施方式)的效果的波形图。

图21是表示本发明(第1实施方式)的效果的波形图。

图22是表示本发明的结构示例(第2实施方式)的结构框图。

图23是详细地表示本发明的死区时间补偿单元的结构示例的结构框图。

图24是表示各相角度－死区时间补偿值函数单元的动作示例的图。

图25是表示dq轴角度－死区时间补偿值基准表的输出电压特性的特性图。

图26是表示本发明(第2实施方式)的效果的波形图。

图27是表示本发明(第2实施方式)的效果的波形图。

图28是表示本发明的结构示例(第3实施方式)的结构框图。

图29是详细地表示本发明的死区时间补偿单元的结构示例的结构框图。

图30是表示本发明(第3实施方式)的效果的波形图。

图31是表示本发明(第3实施方式)的效果的波形图。

具体实施方式

本发明为了解决“因ecu的逆变器的死区时间的影响，从而导致产生电流失真、发生扭矩脉动、使转向音恶化等”的问题，将死区时间补偿值设定为与电动机旋转角(电角度)相对应的函数，对dq轴或空间矢量调制后的3相电压指令值进行前馈补偿。预先通过离线计算的方式，使用与电动机旋转角(电角度)相对应的函数，来求得dq轴或3个相的死区时间补偿值。基于dq轴或3个相的死区时间补偿值的输出波形，来创建dq轴角度(3相角度)－死区时间补偿值基准表。通过dq轴角度(3相角度)－死区时间补偿值基准表，对dq轴或3相电压指令值进行前馈死区时间补偿。

通过dq轴或3相指令单元的转向辅助指令值，能够进行适当的死区时间补偿量的调整和补偿方向的估计，并且，通过逆变器外加电压，能够调整成适当的死区时间补偿量。还有，也可以通过实时计算的方式来运算出基于电动机旋转角的死区时间补偿值，在dq轴或3相电压指令值上对与电动机旋转角相对应的死区时间补偿值进行补偿。

在低速转向区域以及中速转向区域，在现有的3相型死区时间补偿中，存在“有时因特定的相电流的幅度而造成补偿偏差，有时因特定的转速而造成补偿偏差”的问题(转向音发生恶化，转向感发生恶化)。在现有的3相型死区时间补偿中，当进行时间调整的时候，需要考虑转速和相电流的幅度的大小，但很难进行“考虑了转速和相电流的幅度的大小”的最适当的调整。还有，在现有的3相型死区时间补偿中，在3个相的补偿波形不是矩形波的情况下，存在“无法准确地进行补偿”的问题。为了解决这样的问题，提出了“在低速转向状态以及中速转向状态具有很大效果”的本发明。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

与图3相对应的图5示出了本发明(第1实施方式)的整体结构。如图5所示，设有“用于运算出dq轴上的死区时间补偿值vd^*以及vq^*”的死区时间补偿单元200。相当于图2的转向辅助指令值iref2的q轴的转向辅助指令值iqref被输入到死区时间补偿单元200中，并且，电动机旋转角θ以及电动机转速ω也被输入到死区时间补偿单元200中。还有，被施加在逆变器161上的逆变器外加电压vr被输入到死区时间补偿单元200中。来自pwm控制单元160内的pwm控制电路(未在图中示出)的pwm信号(upwm、vpwm以及wpwm)被输入到逆变器161中。

被限制了转向辅助指令值idref以及iqref的最大值的d轴电流指令值id^*以及q轴电流指令值iq^*分别被输入到减法单元131d以及减法单元131q中，减法单元131d以及减法单元131q分别运算出d轴电流指令值id^*以及q轴电流指令值iq^*与反馈电流id以及反馈电流iq之间的电流偏差δid^*以及电流偏差δiq^*。运算出的电流偏差δid^*被输入到pi控制单元120d中，还有，运算出的电流偏差δiq^*被输入到pi控制单元120q中。经过pi控制后得到的d轴电压指令值vd以及q轴电压指令值vq分别被输入到加法单元121d以及加法单元121q中，与来自如后所述的死区时间补偿单元200的死区时间补偿值vd^*以及vq^*分别进行加法运算以便进行补偿，这些补偿后的电压值分别被输入到减法单元141d以及加法单元141q中。来自d-q解耦控制单元140的电压vd1^*被输入到减法单元141d中，在减法单元141d中得到的减法结果为电压指令值vd^**，还有，来自d-q解耦控制单元140的电压vq1^*被输入到加法单元141q中，在加法单元141q中得到的加法结果为电压指令值vq^**。对死区时间进行了补偿的电压指令值vd^**以及vq^**从dq轴的2个相被变换成u相、v相以及w相的3个相，然后，被输入到“用于叠加三次谐波”的空间矢量调制单元300中。在空间矢量调制单元300中经过矢量调制后得到的3个相的电压指令值vu^*、vv^*以及vw^*被输入到pwm控制单元160中,与上述相同，经由pwm控制单元160以及逆变器161来对电动机100进行驱动控制。

接下来，对死区时间补偿单元200进行说明。

死区时间补偿单元200由电流控制延迟模型201、补偿符号估计单元202、乘法单元203、乘法单元204d、乘法单元204q、加法单元221、相位调整单元210、逆变器外加电压感应增益单元220、角度－死区时间补偿值函数单元230u、角度－死区时间补偿值函数单元230v、角度－死区时间补偿值函数单元230w、乘法单元231u、乘法单元231v、乘法单元231w、3相交流/dq轴变换单元240以及电流指令值感应增益单元250来构成。

此外，通过乘法单元231u、乘法单元231v、乘法单元231w以及3相交流/dq轴变换单元240来构成了死区时间补偿值输出单元。还有，通过电流控制延迟模型201、补偿符号估计单元202、电流指令值感应增益单元250以及乘法单元203来构成了电流指令值感应增益运算单元。

图6示出了死区时间补偿单元200的详细结构。下面，参照图6对死区时间补偿单元200进行说明。

如图6所示，q轴转向辅助指令值iqref被输入到电流控制延迟模型201中。因ecu的噪声滤波器等，从而导致发生延迟，直到dq轴的电流指令值id^*以及iq^*被反映在实际电流上。因此，如果直接基于电流指令值iq^*来判定符号的话，则有时会发生时间偏差。为了解决这个问题，在本发明中，通过将整个电流控制的延迟近似为一阶滤波器模型，以便改善相位差。本实施方式的电流控制延迟模型201为“将t作为滤波器时间常数，并且，由下述式1来表示”的一阶滤波器。还有，电流控制延迟模型201也可以为二阶或更高阶的滤波器的模型。

式1

从电流控制延迟模型201输出的电流指令值icm被输入到电流指令值感应增益单元250以及补偿符号估计单元202中。在低电流区域，有时死区时间补偿量会发生过度补偿，电流指令值感应增益单元250具有计算出“用于根据电流指令值icm(转向辅助指令值iqref)的大小来减少补偿量”的增益的功能。还有，通过使用加权平均滤波器来进行降低噪声的处理，以便不会因来自电流指令值icm(转向辅助指令值iqref)的噪声等，而导致“用于减少补偿量”的增益发生振动。

电流指令值感应增益单元250具有如图7所示的结构。如图7所示，绝对值单元251计算出电流指令值icm的绝对值，来自绝对值单元251的绝对值在输入限制单元252中被限制了最大值，被限制了最大值的绝对值的电流指令值经由比例变换单元253被输入到加权平均滤波器254中。在加权平均滤波器254中被降低了噪声的电流指令值iam被加法输入到减法单元255中。减法单元255从电流指令值iam中减去所规定的偏移os。“从电流指令值iam中减去偏移os”的理由是为了防止起因于微小电流指令值的触点抖动(chattering)，将等于或小于偏移os的输入值固定在最小的增益。偏移os为固定值。“在减法单元255中从电流指令值iam中减去偏移os后得到的”电流指令值ias被输入到增益单元256中。增益单元256按照如图8所示那样的增益特性，来输出电流指令值感应增益gc。

从电流指令值感应增益单元250输出的电流指令值感应增益gc例如具有如图9所示那样的针对被输入进来的电流指令值icm的特性。也就是说，电流指令值感应增益gc具有这样一种特性，即，当电流指令值icm等于或小于所规定的电流icm1的时候，电流指令值感应增益gc为固定的增益gcc1；当电流指令值icm大于所规定的电流icm1并且小于所规定的电流icm2(＞所规定的电流icm1)的时候，电流指令值感应增益gc随着电流指令值icm增加而线性(或非线性)地增加；当电流指令值icm等于或大于所规定的电流icm2的时候，电流指令值感应增益gc为固定的增益gcc2并且保持不变。此外，所规定的电流icm1也可以为0。

补偿符号估计单元202针对被输入进来的电流指令值icm，按照如图10的(a)以及图10的(b)所示的滞后特性，来输出正(+1)或负(－1)的补偿符号sn。尽管以“电流指令值icm的零交叉点”为基准来估计出补偿符号sn，但为了抑制触点抖动，补偿符号sn具有滞后特性。估计出的补偿符号sn被输入到乘法单元203中。此外，可以适当地变更滞后特性的正/负阈值。

在简单地基于相电流指令值模型的电流符号来决定死区时间补偿值的符号的情况下，在低负载下会发生触点抖动。当驾驶员在中心稍微向左或向右转动了转向盘的时候，会发生扭矩脉动。为了解决这个问题，在符号判定中，设置了滞后。在除“因超过了设定好的电流值，从而导致符号发生了变化”的场合以外的情况下，通过保持当前的符号，来抑制触点抖动。

来自电流指令值感应增益单元250的电流指令值感应增益gc被输入到乘法单元203中。乘法单元203输出“电流指令值感应增益gc与补偿符号sn相乘后得到的”电流指令值感应增益gcs(＝gc×sn)。电流指令值感应增益gcs被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中。

还有，因为最适当的死区时间补偿量随逆变器外加电压vr而发生变化，所以在本发明中，运算出与逆变器外加电压vr相对应的电压感应增益gv，并且，改变死区时间补偿量。还有，“用于输入逆变器外加电压vr，并且，输出电压感应增益gv”的逆变器外加电压感应增益单元220具有如图11所示的结构。如图11所示，逆变器外加电压vr在输入限制单元221中被限制了正/负最大值，被限制了最大值的逆变器外加电压vr1被输入到逆变器外加电压/死区时间补偿增益变换表222中。逆变器外加电压/死区时间补偿增益变换表222的特性，例如为如图12所示的特性。拐点的逆变器外加电压9.0v以及15.0v和电压感应增益“0.7”以及“1.2”仅仅是一个示例而已，可以对它们进行适当的变更。运算出的电压感应增益gv被输入到乘法单元231u、乘法单元231v以及乘法单元231w中。

另外，在想根据电动机转速ω来提前或者推迟死区时间补偿时刻的情况下，使相位调整单元210具有“根据电动机转速ω来计算出调整角度”的功能。相位调整单元210在超前角控制的情况下，具有如图13所示的特性。由相位调整单元210计算出的相位调整角δθ被输入到加法单元221中，加法单元221使相位调整角δθ与检测出的电动机旋转角θ相加。作为加法单元221的加法结果的电动机旋转角θm(＝θ+δθ)被输入到角度－死区时间补偿值函数单元230u、角度－死区时间补偿值函数单元230v以及角度－死区时间补偿值函数单元230w中，并且，还被输入到3相交流/dq轴变换单元240中。

在从“检测出电动机电角度，然后运算出占空比指令值”到“运算出的占空比指令值实际上被反映在pwm信号中”的期间，存在数十[μs]～百[μs]的时间延迟。因为电动机在这个期间中一直在旋转，所以在运算时的电动机电角度与反映时的电动机电角度之间产生相位移。为了对该相位移进行补偿，通过根据电动机转速ω来进行超前角控制，以便调整相位。

如图14详细所示那样，角度－死区时间补偿值函数单元230u、角度－死区时间补偿值函数单元230v以及角度－死区时间补偿值函数单元230w针对相位调整后的电动机旋转角θm，在电角度0[deg]～359[deg]的范围内，输出相位彼此相差120[deg]的矩形波的各相死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt。死区时间补偿值角度函数单元230u、死区时间补偿值角度函数单元230v以及死区时间补偿值角度函数单元230w将3个相都需要的死区时间补偿值设定为基于角度的函数，在ecu中进行实时计算，输出3个相的死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt。死区时间基准补偿值的角度函数随ecu的死区时间的特性不同而不同。

死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt分别被输入到乘法单元231u、乘法单元231v以及乘法单元231w中以便使其与电压感应增益gv相乘。与电压感应增益gv相乘后得到的3个相的死区时间补偿值udtc(＝gv·udt)、vdtc(＝gv·vdt)以及wdtc(＝gv·wdt)被输入到3相交流/dq轴变换单元240中。3相交流/dq轴变换单元240以与电动机旋转角θm同步的方式，将3个相的死区时间补偿值udtc、vdtc以及wdtc变换成2个相的dq轴的死区时间补偿值vda^*以及vqa^*。死区时间补偿值vda^*以及vqa^*分别被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中以便使其与电流指令值感应增益gcs相乘。在乘法单元204d中得到的乘法结果为死区时间补偿值vd^*，在乘法单元204q中得到的乘法结果为死区时间补偿值vq^*。死区时间补偿值vd^*以及vq^*分别在加法单元121d以及加法单元121q中与电压指令值vd以及vq相加，相加后得到的加法结果作为电压指令值vd^**以及vq^**被输入到空间矢量调制单元300中。

就这样，第1实施方式具有“将死区时间补偿值设定为与电动机旋转角(电角度)相对应的3个相的函数，通过进行3相/dq轴变换，对dq轴上的电压指令值进行前馈补偿”的结构。在估计死区时间的补偿符号的时候，使用dq轴的转向辅助指令值。还有，根据转向辅助指令值iqref的大小和逆变器外加电压vr的大小来改变补偿量，从而使其具有最适当的大小。

接下来，对空间矢量调制进行说明。

如图15所示，空间矢量调制单元300只要具有“将dq轴空间的2相电压(vd^**、vq^**)变换成3相电压(vua、vva、vwa)，并且，使三次谐波叠加在3相电压(vua、vva、vwa)上”的功能就可以了。例如，空间矢量调制单元300可以使用由本申请人以前提出的日本特开2017-70066号公报和日本专利申请号2015-239898中所记载的空间矢量调制的方法。

也就是说，空间矢量调制具有这样的功能，即，通过基于dq轴空间的电压指令值vd^**以及vq^**、电动机旋转角θ以及扇区号n(#1～#6)来进行如下所述的坐标变换，并且，将“用来对电桥结构的逆变器的fet(上侧桥臂fetq1、fetq3以及fetq5和下侧桥臂fetq2、fetq4以及fetq6)的on/off进行控制，并且，与扇区#1～#6相对应”的开关模式s1～s6供应给电动机，以便对电动机的旋转进行控制。关于坐标变换，在空间矢量调制中，基于下述式2并且通过坐标变换，将电压指令值vd^**以及vq^**变换成α－β坐标系中的电压矢量vα以及vβ。还有，图16示出了被用于这个坐标变换的坐标轴与电动机旋转角θ之间的关系。

式2

还有，在d－q坐标系中的目标电压矢量与α－β坐标系中的目标电压矢量之间存在如下述式3那样的关系，另外，目标电压矢量v的绝对值被保存起来。

式3

在空间矢量控制的开关模式中，根据fet(q1～q6)的开关模式s1～s6，并且，通过如图17的空间矢量图所示的8种离散基准电压矢量v0～v7(相位彼此相差π/3[rad]的非零电压矢量v1～v6和零电压矢量v0以及v7)，来定义逆变器的输出电压。还有，对这些基准输出电压矢量v0～v7的选择和它们的发生时间进行控制。另外，通过使用相邻的基准输出电压矢量所夹的6个区域，就能够将空间矢量划分为6个扇区#1～#6，目标电压矢量v属于扇区#1～#6中的某一个扇区，可以分配扇区号。基于目标电压矢量v的α－β坐标系中的旋转角γ，就能够求出“作为vα以及vβ的合成矢量的目标电压矢量v到底存在于在α－β空间中被分成正六边形的如图17所示那样的扇区中的哪一个扇区”。还有，旋转角γ作为电动机的旋转角θ与“通过d－q坐标系中的电压指令值vd^**与电压指令值vq^**之间的关系来获得”的相位δ的和，是通过γ＝θ+δ来决定的。

图18示出了“为了通过基于空间矢量控制的逆变器的开关模式s1、s3、s5的数字控制来使目标电压矢量v从逆变器输出，决定针对fet的on/off信号s1～s6(开关模式)中的开关脉冲宽度和该时刻”的基本时间图。还有，空间矢量调制在每个规定的采样周期ts，在采样周期ts内进行运算等，并且，在下一个采样周期ts将该运算结果变换成开关模式s1～s6中的开关脉冲宽度和该时刻并将它们输出。

空间矢量调制生成与基于目标电压矢量v求出的扇区号相对应的开关模式s1～s6。图18示出了在扇区号#1(n＝1)的场合的逆变器的fet的开关模式s1～s6的一个示例。信号s1、s3以及s5表示与上侧桥臂相对应的fetq1、fetq3以及fetq5的栅极信号。横轴表示时间，ts为“与开关周期相对应，被划分为8个时间段，由t0/4、t1/2、t2/2、t0/4、t0/4、t0/4、t2/2、t1/2以及t0/4来构成”的周期。还有，时间段t1以及t2分别为依存于扇区号n以及旋转角γ的时间。

在没有空间矢量调制的情况下，“将本发明的死区时间补偿应用在dq轴上，只对死区时间补偿值进行了dq轴/3相变换”的死区时间补偿值波形(u相波形)成为像图19的虚线那样的去除了三次谐波分量的波形。v相以及w相也是同样的。通过应用空间矢量调制来替代dq轴/3相变换，这样就能够使三次谐波叠加在3相信号上，从而能够弥补因3相变换而失去的三次谐波分量，就能够生成像图19的实线那样的理想的死区时间补偿波形。

图20以及图21是表示本发明的效果的模拟结果，图20示出了没有死区时间的补偿的场合的u相电流、d轴电流以及q轴电流。通过应用本实施方式的死区时间补偿，就能够确认“在低速以及中速转向的转向操作状态，如图21所示，相电流以及dq轴电流的波形失真得到了改善(dq轴电流波形中的脉动很小，相电流波形接近正弦波)”，可以看到“转向时的扭矩脉动和转向音均得到了改善”。

此外，在图20以及图21中，代表性地仅示出了u相电流。

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。

与图5相对应的图22示出了本发明(第2实施方式)的整体结构。如图22所示，设有“用于运算出dq轴上的死区时间补偿值vd^*以及vq^*”的死区时间补偿单元200a。图23示出了死区时间补偿单元200a的详细结构，下面，参照图23对死区时间补偿单元200a进行说明。

在死区时间补偿单元200a中设有具有与第1实施方式相同的结构并且执行与第1实施方式相同的动作的电流控制延迟模型201、补偿符号估计单元202、相位调整单元210、逆变器外加电压感应表220、加法单元221、乘法单元203、乘法单元204d以及乘法单元204q。还有，在第2实施方式中，设有“输入来自加法单元221的电动机旋转角θm，并且，输出d轴的死区时间基准补偿值vda”的d轴角度－死区时间补偿值基准表260d和“输入来自加法单元221的电动机旋转角θm，并且，输出q轴的死区时间基准补偿值vqa”的q轴角度－死区时间补偿值基准表260q。死区时间基准补偿值vda以及vqa分别被输入到乘法单元205d以及乘法单元205q中，以便使其与来自逆变器外加电压感应增益单元220的电压感应增益gv相乘。与电压感应增益gv相乘后得到的死区时间补偿值vdb以及vqb分别被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中。电流指令值感应增益gcs被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中。乘法单元204d将死区时间基准补偿值vdb与电流指令值感应增益gcs相乘后得到的结果作为死区时间补偿值vd^*来输出，还有，乘法单元204q将死区时间基准补偿值vqb与电流指令值感应增益gcs相乘后得到的结果作为死区时间补偿值vq^*来输出。

如图24详细所示那样，dq轴角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q通过离线计算的方式计算出3个相都需要的作为角度的函数的死区时间补偿值，然后，将其变换成dq轴上的死区时间补偿值。也就是说，如在第1实施方式中所述那样，角度－死区时间补偿值函数单元230u、角度－死区时间补偿值函数单元230v以及角度－死区时间补偿值函数单元230w针对相位调整后的电动机旋转角θm，在电角度0[deg]～359[deg]的范围内，输出相位彼此相差120[deg]的矩形波的各相死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt。死区时间补偿值角度函数单元230u、死区时间补偿值角度函数单元230v以及死区时间补偿值角度函数单元230w通过离线计算的方式计算出3个相都需要的死区时间补偿值，并将其作为基于角度的函数，输出死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt。死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt的角度函数随ecu的死区时间的特性不同而不同。

死区时间基准补偿值udt、vdt以及wdt被输入到3相交流/dq轴变换单元261中，然后，在3相交流/dq轴变换单元261中被变换成具有如图24所示那样的输出波形的dq轴死区时间补偿值dtd以及dtq。根据图24的dq轴输出波形，来生成基于角度(θm)输入的角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q。如图25的(a)所示那样，死区时间补偿值基准表260d具有“针对电动机旋转角θm呈锯齿波形”的输出电压特性(d轴死区时间基准补偿值)。还有，如图25的(b)所示那样，死区时间补偿值基准表260q具有“针对电动机旋转角θm，呈还加上了偏移电压的波纹状波形”的输出电压特性(q轴死区时间基准补偿值)。

来自角度－死区时间补偿值基准表260d以及260q的死区时间基准补偿值vda以及vqa分别被输入到乘法单元205d以及乘法单元205q中以便使其与电压感应增益gv相乘。与电压感应增益gv相乘后得到的dq轴的死区时间补偿值vda^*以及vqa^*分别被输入到乘法单元204d以及乘法单元204q中以便使其与电流指令值感应增益gcs相乘。来自乘法单元204d以及乘法单元204q的死区时间补偿值vd^*以及vq^*分别在加法单元121d以及加法单元121q中与电压指令值vd以及vq相加，相加后得到的加法结果作为电压指令值vd^**以及vq^**被输入到空间矢量调制单元300中。

就这样，本发明具有“通过与电动机旋转角(电角度)相对应的函数的角度－死区时间补偿值基准表来计算出死区时间补偿值，并且，通过直接将死区时间补偿值加在dq轴上的电压指令值上，以便对dq轴上的电压指令值进行前馈补偿”的结构。在估计死区时间的补偿符号的时候，使用转向辅助指令值(iqref)。还有，根据转向辅助指令值的大小和逆变器外加电压的大小来改变补偿量，从而使其具有最适当的大小。

图26以及图27是以u相为例表示了第2实施方式的效果的基于模拟了实际车辆的台架试验装置的结果，图26示出了没有死区时间的补偿的场合的u相电流、d轴电流以及q轴电流。通过提供本发明的死区时间补偿，就能够确认“在低速以及中速转向的转向操作状态，如图27所示，相电流以及dq轴电流的波形失真得到了改善(dq轴电流波形中的脉动很小，相电流波形接近正弦波)”，可以看到“转向时的扭矩脉动和转向音均得到了改善”。

接下来，与图5相对应的图28示出了本发明的第3实施方式。图29示出了死区时间补偿单元200b的详细结构。在第3实施方式中，死区时间补偿单元200b运算出3个相的死区时间补偿值vum、vvm以及vwm，通过使死区时间补偿值vum、vvm以及vwm与来自空间矢量调制单元300的3个相的电压指令值vu^*、vv^*以及vw^*相加以便进行死区时间补偿。

在第3实施方式中，设有“由乘法单元271u、乘法单元271v以及乘法单元271w来构成”的补偿值调整单元270，还有，来自乘法单元231u、乘法单元231v以及乘法单元231w的死区时间补偿值udtc、vdtc以及wdtc分别被输入到乘法单元271u、乘法单元271v以及乘法单元271w中以便使其与电流指令值感应增益gcs相乘。乘法单元271u、乘法单元271v以及乘法单元271w将死区时间补偿值udtc、vdtc以及wdtc与电流指令值感应增益gcs相乘后得到的乘法结果，作为死区时间补偿值vum、vvm以及vwm来输出。死区时间补偿值vum、vvm以及vwm分别在加法单元310u、加法单元310v以及加法单元310w中与空间矢量调制后的3个相的电压指令值vu^*、vv^*以及vw^*相加。作为在加法单元310u、加法单元310v以及加法单元310w中得到的加法结果的电压指令值vuc^*、vvc^*以及vwc^*被输入到pwm控制单元160中。

就这样，本发明具有“将死区时间补偿值设定为与电动机旋转角(电角度)相对应的3个相的函数，直接对3个相的电压指令值进行前馈补偿”的结构。在估计死区时间的补偿符号的时候，使用dq轴的转向辅助指令值。还有，根据转向辅助指令值的大小和逆变器外加电压的大小来改变补偿量，从而使其具有最适当的大小。

图30以及图31是以u相为例表示了本发明的效果的模拟结果，图30示出了没有死区时间的补偿的场合的u相电流、d轴电流以及q轴电流。通过应用本发明的死区时间补偿，就能够确认“在低速以及中速转向的转向操作状态，如图31所示，相电流以及dq轴电流的波形失真得到了改善(dq轴电流波形中的脉动很小，相电流波形接近正弦波)”，可以看到“转向时的扭矩脉动和转向音均得到了改善”。

附图标记说明

1转向盘(方向盘)

2柱轴(转向轴或方向盘轴)

10扭矩传感器

12车速传感器

13电池

20、100电动机

30控制单元(ecu)

31转向辅助指令值运算单元

35、203、204pi控制单元

36、160pwm控制单元

37、161逆变器

110角度检测单元

1303相交流/dq轴变换单元

140d-q解耦控制单元

200、200a、200b死区时间补偿单元

201电流控制延迟模型

202补偿符号估计单元

210相位调整单元

220逆变器外加电压感应增益单元

230u、230v、230w角度－死区时间补偿值函数单元

2403相交流/dq轴变换单元

250电流指令值感应增益单元

270补偿值调整单元

300空间矢量调制单元

3012相/3相变换单元

302三次谐波叠加单元