车辆用转向控制装置、线控转向系统及线控转向系统的控制方法与流程

1.本发明涉及车辆用转向控制装置、线控转向系统及线控转向系统的控制方法。


背景技术：

2.专利文献1所公开的线控转向系统通过将与转舵用电动马达的两个系统对应的第一马达旋转角传感器、第二马达旋转角传感器的各自的检测值、与转舵量传感器的检测值进行比较，来认定哪一个检测值是不恰当的。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2020-001477号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.但是，在具备了能够通过转舵马达的动作对转向轮(例如前轮)进行转向的转向装置的线控转向系统中，在使用无刷马达作为转舵马达的情况下，进行用传感器检测马达轴的旋转角(换言之，转子的旋转位置)并切换流向线圈的电流的闭环控制。
8.因此，存在检测马达轴的旋转角的传感器失灵时，无法进行闭环控制、无法继续对应于方向盘转向角的转舵角的控制的担忧。
9.在这里，如果将检测马达轴的旋转角的传感器等设置为3重，虽然能够确定失灵的传感器、并使用正常的传感器来继续闭环控制，但是会由于传感器数量的增加而造成线控转向系统的成本增加。
10.本发明是鉴于以往的实际情况而完成的，其目的在于提供一种抑制系统成本的增加、并且即使转舵马达的旋转角传感器失灵也能够继续转舵角的控制的车辆用转向控制装置、线控转向系统及线控转向系统的控制方法。
11.用于解决课题的手段
12.根据本发明，在其中一个方式中，在探测到转舵马达的旋转角传感器的异常的情况下，车辆用转向控制装置基于异常被探测之前的马达轴的旋转角、和对方向盘赋予反力转矩的反力发生装置的信息，对所述转舵马达进行开环控制。
13.发明效果
14.根据本发明，抑制系统成本的增大，并且即使转舵马达的旋转角传感器失灵也能够继续转舵角的控制。
附图说明
15.图1是线控转向系统的概略结构图。
16.图2是表示控制转向装置的第一ecu的硬件的图。
17.图3是表示控制发力发生装置的第二ecu的硬件的图。
18.图4是表示第二ecu的控制功能的框图。
19.图5是表示第一ecu的控制功能的框图。
20.图6是表示第二ecu的控制过程的流程图。
21.图7是表示第一ecu的控制过程的流程图。
22.图8是表示第一ecu的控制过程的流程图。
23.图9是表示矩形波驱动方式下的通电模式的图。
24.图10是表示转舵角速度与基准指令有效电流iref的相关的线形图。
25.图11是表示车速与车速系数kspd的相关的线形图。
26.图12是表示实际转舵角与转舵角系数kstr的相关的线形图。
27.图13是表示使电流从u相流向w相时的转子角度的图。
28.图14是表示使电流从v相流向w相时的转子角度的图。
29.图15是表示使电流从v相流向u相时的转子角度的图。
30.图16是表示使电流从w相流向u相时的转子角度的图。
31.图17是表示使电流从w相流向v相时的转子角度的图。
32.图18是表示使电流从u相流向v相时的转子角度的图。
33.图19是表示电流的大小与朝向转子的稳定角而产生的转矩的大小的相关的线形图。
具体实施方式
34.以下基于附图对本发明所涉及的车辆用转向控制装置、线控转向系统、及线控转向系统的控制方法的实施方式进行说明。
35.图1是表示作为汽车等的车辆1所具备的线控转向系统1000的一个方式的结构图。
36.线控转向系统1000是根据方向盘(steering wheel)500的转向角来控制作为车辆1的前轮的转向轮2l、2r的转舵角的转向系统，具备转向装置2000和反力发生装置3000。
37.转向装置2000是能够通过转舵马达100的动作来对转向轮2l、2r进行转向的装置，反力发生装置3000是能够根据反力马达600的动作来向方向盘500赋予反力转矩的装置，转向装置2000与反力发生装置3000在机械上分离。
38.转向装置2000具有：转舵马达100，产生施加给转向轮2l、2r的转舵力；第一ecu(电子控制单元(electronic control unit))，驱动控制转舵马达100；转舵机构300；以及转舵角传感器400，将转舵机构300的位置作为与转向轮2l、2r相关的信息进行检测。
39.转舵机构300是将转舵马达100的输出轴的旋转运动变换为转向拉杆(steering rod)310的直线运动的机构，在本实施方式中，使用齿条(rack)和小齿轮(pinion)。
40.转舵马达100的旋转驱动力经由减速器320传递至小齿轮轴330。
41.另一方面，在转向拉杆310上设置有与设置于小齿轮轴330上的小齿轮331啮合的齿条311。
42.并且，当小齿轮331旋转时，通过转向拉杆310在车辆1的行进方向左右水平移动，转向轮2l、2r的转舵角发生变化。
43.在这里，转舵角传感器400由检测小齿轮331的角度的小齿轮角传感器、或者检测
齿条311的移动量的行程传感器构成。
44.转舵马达100是无刷马达，具有能够检测马达轴的旋转角(转子位置)的转舵马达旋转角传感器101。转舵马达旋转角传感器101例如由霍尔传感器构成。
45.并且，第一ecu 200基于转舵马达旋转角传感器101所检测到的旋转角，进行切换向转舵马达100的线圈的电流的闭环(closed loop)控制，驱动控制转舵马达100。
46.另外，替代齿条和小齿轮，转舵机构300能够设为使用例如滚珠丝杠的机构。
47.反力发生装置3000(换言之，转向输入装置)具有：方向盘500，由车辆1的驾驶者操作；转向轴(steering shaft)510，伴随方向盘500的旋转而旋转；反力马达600，产生对方向盘500赋予的反力转矩；第二ecu 700，驱动控制反力马达600；以及转向角传感器800，检测方向盘500的转向角。
48.反力马达600是无刷马达，具有能够检测马达轴的旋转角(转子位置)的反力马达旋转角传感器601。
49.并且，第二ecu 700基于反力马达旋转角传感器601所检测到的旋转角，进行切换流向反力马达600的线圈的电流的闭环控制，驱动控制转舵马达100。
50.第一ecu 200和第二ecu 700分别具备微型计算机。第一ecu 200的微型计算机与第二ecu 700的微型计算机经由专用的通信线路相互通信，此外，第一ecu 200和第二ecu 700与控制器局域网(controller area network，can)等车内通信线路连接。
51.在这里，第二ecu 700基于转向角传感器800所检测到的方向盘500的转向角来运算转舵角指令值(换言之，转舵角的目标值)，并向第一ecu 200发送运算后的转舵角指令值。
52.并且，第一ecu 200将从第二ecu 700获取到的转舵角指令值的信息与转舵角传感器400所检测到的转向轮2l、2r的转舵角的信息(换言之，实际转舵角的信息)进行比较，对转舵马达100的通电进行反馈(feedback)控制以使实际转舵角接近转舵角指令值。
53.此外，反力发生装置3000的第二ecu 700基于根据施加在转舵机构300上的外力的估计结果等而生成的目标反力转矩的信息，控制反力马达600的通电，利用反力马达600产生目标反力转矩。
54.在这里，通过第一ecu 200和第二ecu 700，在线控转向系统1000中构成了控制转舵角和转向反力的控制装置1100。
55.图2是表示第一ecu 200的硬件结构的图。
56.在转向装置2000中产生转舵力的转舵马达100是三相无刷马达，具有2组由u相线圈、v相线圈及w相线圈构成的绕组组：第一绕组组100a和第二绕组组100b。
57.并且，第一ecu 200具有：第一驱动控制系统210a，驱动控制第一绕组组100a；以及第二驱动控制系统210b，驱动控制第二绕组组100b，第一ecu 200使转舵马达100的驱动控制系统冗余化。
58.第一驱动控制系统210a具有第一电源电路211a、第一逆变器(inverter)212a、第一前置驱动器213a(第一驱动电路)、作为运算处理装置的第一mcu(微控制单元(micro control unit))214a、以及第一can收发器215a。
59.同样地，第二驱动控制系统210b具有第二电源电路211b、第二逆变器212b、第二前置驱动器213b(第二驱动电路)、作为运算处理装置的第二mcu 214b、以及第二can收发器
215b。
60.第一电源电路211a与第一电池51a连接。
61.并且，第一电源电路211a将来自第一电池51a的输入电源电压变换为多个内部电源电压，多个内部电源电压被供给至第一驱动控制系统210a内的第一前置驱动器213a、第一mcu 214a和第一can收发器215a。
62.另一方面，第二电源电路211b与第二电池51b连接。
63.并且，第二电源电路211b将来自第二电池51b的输入电源电压变换为多个内部电源电压，多个内部电源电压被供给至第二驱动控制系统210b内的第二前置驱动器213b、第二mcu 214b和第二can收发器215b。
64.第一mcu 214a和第二mcu 214b经由通信线路220相互进行信息的发送接收，例如，向其它系统发送本系统中的各种异常信息或本系统中的关于逆变器控制的信息等。
65.此外，第一can收发器215a和第二can收发器215b与作为can(控制器局域网(controller area network))通信方式下的通信线路的车辆can总线52连接。
66.并且，第一ecu 200经由车辆can总线52与包括第二ecu 700的其它电子控制装置通信，第二ecu 700经由车辆can总线52与包括第一ecu 200的其它电子控制装置通信。
67.第一mcu 214a和第二mcu 214b分别获取转舵角传感器400所输出的关于转舵角的信息，此外，经由车辆can总线52从第二ecu 700分别获取方向盘500的转向角的信息等，基于这些信息来控制绕组组100a、100b的通电。
68.并且，第一mcu 214a和第二mcu 214b通过绕组组100a、100b的通电控制，将转向轮2l、2r的转舵角控制在与方向盘500的转向角相对应的目标值。
69.进一步地，转舵马达旋转角传感器101是具有多个传感器的冗余化的传感器，由第一旋转角传感器101a和第二旋转角传感器101b构成。
70.并且，第一mcu 214a和第二mcu 214b基于来自转舵马达旋转角传感器101(第一旋转角传感器101a、第二旋转角传感器101b)的信号，实施切换流向绕组组100a、100b的电流的闭环控制。
71.此外，第一mcu 214a和第二mcu 214b将第一旋转角传感器101a的检测值与第二旋转角传感器101b的检测值进行比较，诊断转舵马达旋转角传感器101的故障的有无。
72.图3是表示第二ecu 700的硬件结构的图。
73.另外，反力发生装置3000中的反力马达600的驱动控制系统也与转向装置2000中的转舵马达100的驱动控制系统同样地被冗余化。
74.反力马达600与转舵马达100同样是三相无刷马达，具有2组由u相线圈、v相线圈及w相线圈构成的绕组组：第一绕组组600a和第二绕组组600b。
75.并且，第二ecu 700具有：第一驱动控制系统710a，驱动控制第一绕组组600a；以及第二驱动控制系统710b，驱动控制第二绕组组600b，第二ecu 700使反力马达600的驱动控制系统冗余化。
76.第一驱动控制系统710a具有第一电源电路711a、第一逆变器712a、第一前置驱动器713a(第一驱动电路)、第一mcu 714a、以及第一can收发器715a。
77.同样地，第二驱动控制系统710b具有第二电源电路711b、第二逆变器712b、第二前置驱动器713b(第二驱动电路)、第二mcu 714b、以及第二can收发器715b。
78.第一电源电路711a与第一电池51a连接。
79.并且，第一电源电路711a将来自第一电池51a的输入电源电压变换为多个内部电源电压，多个内部电源电压被供给至第一驱动控制系统710a内的第一前置驱动器713a、第一mcu 714a和第一can收发器715a。
80.第二电源电路711b与第二电池51b连接。
81.并且，第二电源电路711b将来自第二电池51b的输入电源电压变换为多个内部电源电压，多个内部电源电压被供给至第二驱动控制系统710b内的第二前置驱动器713b、第二mcu 714b和第二can收发器715b。
82.第一mcu 714a和第二mcu 714b经由通信线路720相互进行信息的发送接收，例如，向其它系统发送本系统中的各种异常信息或本系统中的关于逆变器控制的信息等。
83.此外，第一can收发器715a和第二can收发器715b与车辆can总线52连接。
84.第一mcu 714a和第二mcu 714b分别获取转向角传感器800所输出的关于方向盘500的转向角的信号，基于关于转向角的信息来运算转舵角指令值，并经由车辆can总线52向转向装置2000的第一ecu 200发送转舵角指令值的信息。
85.此外，第一mcu 714a和第二mcu 714b分别从转向装置2000经由车辆can总线52获取关于转向反力的目标值的信息，并基于获取到的信息来控制绕组组600a、600b的通电，以此控制反力马达600所产生的转向反力。
86.另外，反力马达600具备检测反力马达600的马达轴的旋转角的旋转角传感器(省略图示)，第一mcu 714a和第二mcu 714b基于反力马达600的旋转角的检测值来实施切换向各绕组组600a、600b的电流的、反力马达600的闭环控制。
87.图4是表示第二ecu 700的第一驱动控制系统710a的第一mcu 714a的控制功能的框图。
88.另外，由于第二驱动控制系统710b的第二mcu 714b具有与第一mcu 714a相同的控制功能，因此在图4中省略第二驱动控制系统710b的图示。
89.转向角检测部71获取转向角传感器800所输出的信号，基于获取到的信号来检测方向盘500的转向角。
90.并且，转向角检测部71分别向反力控制部72、转舵角指令值生成部73、转向角信息生成部74发送方向盘500的转向角的信息。
91.反力控制部72根据方向盘500的转向角的信息等来运算目标反力转矩。
92.转舵角指令值生成部73基于方向盘500的转向角的信息和转向齿轮比的设定值来运算转舵角指令值，并向指令转舵角信息发送部75发送运算后的转舵角指令值的信息。
93.指令转舵角信息发送部75向第一ecu 200的第一驱动控制系统210a的第一mcu 214a发送转舵角指令值的信息。
94.此外，转向角信息生成部74生成向第一ecu 200的第一驱动控制系统210a发送的、方向盘500的转向角(或者转向角速度)的信息。
95.并且，转向角信息发送部76将转向角信息生成部74所生成的方向盘500的转向角(或者转向角速度)的信息作为反力发生装置3000的信息，向第一ecu 200的第一驱动控制系统210a的第一mcu 214a发送。
96.另一方面，马达角度检测部77获取检测反力马达600的马达轴的旋转角(转子的旋
转位置、磁极位置)的旋转角传感器120的信号，并检测反力马达600的马达轴的旋转角。
97.此外，电流检测部78分别检测反力马达600的各相(u相、v相、w相)中流过的驱动电流(相电流)。
98.矢量控制部79从反力控制部72获取目标反力转矩的信息，从马达角度检测部77获取反力马达600的马达轴的旋转角的信息，进一步地从电流检测部78获取相电流的信息，通过基于这些信息的矢量控制方式来运算d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq。
99.详细而言，矢量控制部79将三相各自的实际电流变换为d轴实际电流和q轴实际电流，根据与目标反力转矩对应的d轴电流指令值、q轴电流指令值与d轴实际电流、q轴实际电流的偏差，求出d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq。
100.进一步地，矢量控制部79基于反力马达600的马达轴的旋转角，将d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq变换为三相指令电压vu、vv、vw，并向pwm生成部80输出三相指令电压vu、vv、vw。
101.pwm生成部80通过基于三相指令电压vu、vv、vw的pwm(脉宽调制(pulse width modulation))，向前置驱动器713a输出用于对逆变器712a的各开关元件进行接通(on)断开(off)控制的控制脉冲。
102.图5是表示第一ecu 200的第一驱动控制系统210a的第一mcu 214a的控制功能的框图。
103.另外，由于第二mcu 214b具有与第一mcu 214a相同的控制功能，因此在图5中省略第二驱动控制系统210b的图示。
104.指令转舵角信息接收部21从第二ecu 700的第一驱动控制系统710a的指令转舵角信息发送部75获取转舵角指令值的信息。
105.转舵角检测部22获取转舵角传感器400所输出的信号，并检测转向轮2l、2r的转舵角。
106.马达角度检测部23获取检测转舵马达100的马达轴的旋转角(转子的旋转位置、磁极位置)的转舵马达旋转角传感器101(第一旋转角传感器101a及第二旋转角传感器101b)的信号，并检测转舵马达100的马达轴的旋转角。
107.此外，电流检测部24分别检测转舵马达100的各相(u相、v相、w相)中流过的电流(相电流)。
108.反馈控制部25从指令转舵角信息接收部21获取转舵角指令值(目标值)的信息，从转舵角检测部22获取转向轮2l、2r的转舵角(实际转舵角)的信息，从马达角度检测部23获取转舵马达100的马达轴的旋转角的信息。
109.并且，反馈控制部25对用于使实际转舵角接近转舵角指令值(换言之，转舵角的目标值)的目标转舵转矩进行运算。
110.矢量控制部26从反馈控制部25获取目标转舵转矩的信息，从马达角度检测部23获取转舵马达100的马达轴的旋转角的信息，进一步地，从电流检测部24获取相电流的信息，并通过矢量控制方式来运算d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq。
111.详细而言，矢量控制部26根据与目标转舵转矩对应的d轴电流指令值、q轴电流指令值与变换三相的实际电流而求出的d轴实际电流、q轴实际电流的偏差，求出d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq。
112.进一步地，矢量控制部26基于转舵马达100的马达轴的旋转角的信息，将d轴电压指令值vd和q轴电压指令值vq变换为三相指令电压vu、vv、vw，并输出三相指令电压vu、vv、vw。
113.pwm生成部28通过基于三相指令电压vu、vv、vw的pwm，向前置驱动器213a输出用于对逆变器212a的各开关元件进行接通断开控制的控制指令。
114.在这里，配置于pwm生成部28的前段的驱动信号切换部27根据转舵马达旋转角传感器101有无异常而选择来自矢量控制部26的指令电压、以及来自故障时电压波形生成部29的指令电压的其中一方，并向pwm生成部28输出所选择的指令电压。
115.如后述的那样，故障时电压波形生成部29在转舵马达旋转角传感器101异常时，基于在异常被探测之前转舵马达旋转角传感器101所检测到的马达旋转角、以及反力发生装置3000的信息(详细而言，转向角或者转向角速度)，生成基于开环控制的电压波形。
116.如果转舵马达旋转角传感器101正常，则驱动信号切换部27向pwm生成部28输出矢量控制部26所生成的基于闭环控制的指令电压，如果转舵马达旋转角传感器101异常，则驱动信号切换部27向pwm生成部28输出故障时电压波形生成部29所生成的基于开环控制的指令电压。
117.换言之，驱动信号切换部27根据转舵马达旋转角传感器101有无异常来切换闭环控制和开环控制。
118.故障诊断部30从马达角度检测部23获取马达旋转角检测值的信息，即第一旋转角传感器101a的旋转角检测值和第二旋转角传感器101b的旋转角检测值。
119.并且，故障诊断部30对第一旋转角传感器101a的旋转角检测值和第二旋转角传感器101b的旋转角检测值进行比较，如果两者一致则判断为转舵马达旋转角传感器101正常，如果两者不一致则判断为转舵马达旋转角传感器101故障，并向反馈控制部25和故障时电压波形生成部29发送诊断结果的信息。
120.转向角信息接收部32从反力发生装置3000的第一mcu 714a的转向角信息发送部76获取方向盘500的转向角(或者转向角速度)的信息。
121.并且，马达旋转速度设定部31基于转向角信息接收部32所获取到的方向盘500的转向角(或者转向角速度)的信息、换言之反力发生装置3000的信息，设定转舵马达100的旋转速度的指令值(目标值)。
122.故障时电压波形生成部29获取马达旋转速度设定部31所设定的旋转速度指令值、故障诊断部30中的转舵马达旋转角传感器101的诊断结果(转舵马达旋转角传感器101有无异常)、以及反馈控制部25的控制信息等。
123.并且，在转舵马达旋转角传感器101中发生异常而无法执行闭环控制时，故障时电压波形生成部29生成开环控制转舵马达100的电压波形并输出至驱动信号切换部27。
124.图6是表示反力发生装置3000的第二ecu 700中的控制过程、即反力马达600的控制过程的流程图。
125.另外，图6的流程图所示的控制过程在第一驱动控制系统710a的第一mcu 714a和第二驱动控制系统710b的第二mcu 714b中被并行执行。
126.在步骤s751中，第二ecu 700根据车辆1的驾驶、作为停止的主开关的点火开关的接通(on)操作而启动。
127.并且，第二ecu 700在步骤s752中根据转向角传感器800的输出而检测方向盘500的转向角，并在步骤s753中根据旋转角传感器120的输出而检测反力马达600的马达轴的旋转角，进一步地，在步骤s754中检测反力马达600的马达电流(详细而言，各相电流)。
128.接下来，第二ecu 700在步骤s755中运算方向盘500的转向角速度，在步骤s756中运算转向反力(反力转矩)的指令值，进一步地，在步骤s757中根据方向盘500的转向角的信息而运算转向轮2l、2r的转舵角指令值。
129.接下来，第二ecu 700在步骤s758中向转向装置2000的第一ecu 200发送转舵角指令值的信息，此外，在步骤s759中向转向装置2000的第一ecu 200发送方向盘500的转向角速度的信息。
130.在这里，能够设为第二ecu 700向第一ecu 200发送方向盘500的转向角的信息，并且在第一ecu200中进行转向角速度的运算的结构。
131.此外，在步骤s760中，第二ecu 700通过矢量控制，根据转向反力的指令值以及反力马达600的马达轴的旋转角来运算各相的电压指令值。
132.接下来，第二ecu 700在步骤s761中基于各相的电压指令值来决定逆变器712a、712b的pwm控制中的占空比(duty ratio)，并在下一个步骤s762中输出对逆变器712a、712b的开关元件进行接通断开的脉冲信号，驱动反力马达600。
133.第二ecu 700在步骤s763中判别点火开关的接通断开。
134.并且，如果点火开关接通，则第二ecu 700返回步骤s752，并反复执行步骤s752至步骤s762的控制过程，如果点火开关断开，则使控制过程结束。
135.图7和图8是表示转向装置2000的第一ecu 200中的控制过程、即转舵马达100的控制过程的流程图。
136.另外，图7和图8的流程图所示的控制过程在第一驱动控制系统210a的第一mcu 214a和第二驱动控制系统210b的第二mcu 214b中被并行执行。
137.在步骤s251中，第一ecu 200根据点火开关的接通操作而启动。
138.并且，第一ecu 200在步骤s252中从第二ecu 700获取转舵角指令值的信息，并在下一个步骤s253中从第二ecu 700获取转向角速度(或者转向角)的信息。
139.此外，第一ecu 200在步骤s254中基于转舵马达旋转角传感器101的输出而检测转舵马达100的马达轴的旋转角θmot，并在步骤s255中检测转舵马达100的马达电流(各相电流)。
140.接下来，第一ecu 200在步骤s256中实施转舵马达旋转角传感器101的故障诊断。
141.在这里，转舵马达旋转角传感器101被冗余化，由第一旋转角传感器101a和第二旋转角传感器101b构成。
142.因此，作为转舵马达旋转角传感器101的故障诊断，第一ecu 200对第一旋转角传感器101a的检测结果和第二旋转角传感器101b的检测结果进行比较，如果两者一致则判断为转舵马达旋转角传感器101正常，如果两者不一致则判断为转舵马达旋转角传感器101故障。
143.另外，转舵马达旋转角传感器101的诊断方法不限于比较两个传感器的输出，第一ecu 200例如能够通过传感器内部的诊断或通信不良的探测等来探测转舵马达旋转角传感器101的异常。
144.第一ecu 200在下一个步骤s257中判别转舵马达旋转角传感器101的故障诊断结果。
145.当探测到转舵马达旋转角传感器101正常时，第一ecu 200进入步骤s258以后，基于转舵马达旋转角传感器101所检测到的马达旋转角，通过切换向线圈的电流的闭环控制来执行驱动转舵马达100的通常控制。
146.在步骤s258中，第一ecu 200例如基于转舵角指令值的信息与实际转舵角的信息的偏差来实施运算转舵转矩(转舵马达100的产生转矩)的目标值(马达转矩指令值)的、转舵角的反馈控制。
147.接下来，在步骤s259中，第一ecu 200基于转舵马达旋转角传感器101的最新的检测值而对保存在存储器(memory)中的正常时马达角度θnorm进行更新。
148.即，转舵马达旋转角传感器101正常时，正常时马达角度θnorm被依次更新为与转舵马达旋转角传感器101的检测值一致的值。
149.并且，转舵马达旋转角传感器101从正常变为异常时，正常时马达角度θnorm变为表示转舵马达旋转角传感器101的异常被探测之前的转舵马达100的马达轴的旋转角检测值。
150.另外，在步骤s259中的正常时马达角度θnorm的更新处理中，第一ecu200能够基于构成转舵马达旋转角传感器101的多个传感器、即第一旋转角传感器101a和第二旋转角传感器101b各自的检测结果的平均值，来更新正常时马达角度θnorm。
151.第一ecu 200通过基于平均值来更新正常时马达角度θnorm，即使两个旋转角传感器101a、101b的输出的采样定时存在偏差等，也能够高精度地更新正常时马达角度θnorm。
152.接下来，在步骤s260中，第一ecu 200根据马达旋转角θmot(机械角)来运算电角度θmot_e。
153.然后，第一ecu 200从步骤s260进入步骤s272，通过矢量控制方式来运算用于产生转舵转矩的目标值(马达转矩指令值)的三相指令电压vu、vv、vw。
154.详细而言，第一ecu 200根据转舵转矩的目标值设定d轴、q轴指令电流，此外，基于电角度θmot_e将3相的电流检测值变换为d轴、q轴实际电流，并基于d轴指令电流、q轴指令电流与d轴实际电流、q轴实际电流的偏差来运算d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq，进一步地，基于电角度θmot_e将d轴电压指令值vd、q轴电压指令值vq变换为3相指令电压vu、vv、vw。
155.即，第一ecu 200为了能够实际得到用于使转舵角与指令值一致的转舵转矩的目标值，基于3相的电流检测值来执行变更3相指令电压vu、vv、vw的马达电流反馈控制。
156.接下来，在步骤s273中，第一ecu 200通过基于3相指令电压vu、vv、vw的pwm，决定对逆变器712a的各开关元件进行接通断开控制的占空比。
157.然后，在下一个步骤s274中，第一ecu 200基于电角度θmot_e和占空比，输出对逆变器712a的各开关元件进行接通断开控制的pwm信号。
158.在这里，作为转舵马达100的驱动方法，第一ecu 200能够采用公知的矩形波驱动方式(换言之，120度通电方式或者120度相位矩形波驱动方式)和正弦波驱动方式(换言之，120度相位正弦波驱动方式)的任意一种。
159.在正弦波驱动方式的情况下，由于平滑地进行马达驱动，能够抑制来自转向装置
2000的振动、确保车辆1的静谧性。另一方面，在矩形波驱动方式的情况下，由于能够最大限度利用电源电压，因此能够输出较大的驱动转矩、提高转舵角的控制性。
160.图9表示矩形波驱动方式中的逆变器的各开关元件的开关定时。
161.在矩形波驱动方式中，逆变器(三相桥式电路)的6个开关元件中，各开关元件以这样的通电模式被开关：第一相高侧(high side)(上臂)为断开、低侧(low side)(下臂)为接通，第二相低侧为断开、高侧为接通，第三相高侧和低侧均为断开。
162.并且，无论哪一相，如果仅在120
°
的期间接通高侧或者低侧，则在60
°
的期间将高侧和低侧均被控制为断开。
163.另一方面，正弦波驱动方式是对3相(u相、v相、w相)的各绕组流过120
°
相位差的正弦波形状的电流的驱动方式。
164.在这里，通过采用在正弦波驱动方式的施加电压波形上加上三次高次谐波的方法(参照日本特开2018-064313号公报)，能够最大化马达施加电压。
165.第一ecu 200在下一个步骤s275中判别点火开关的接通断开，如果点火开关接通，则返回步骤s252并反复执行转舵马达100的控制过程，如果点火开关断开，则使转舵马达100的控制过程结束。
166.另一方面，在步骤s257中，如果第一ecu 200探测到转舵马达旋转角传感器101的异常，则进入步骤s261以后。
167.如后述的那样，在步骤s261以后，第一ecu 200切换为不使用转舵马达旋转角传感器101的检测输出而控制通电的开环控制，继续转舵马达100的控制。
168.因此，第一ecu 200在转舵马达旋转角传感器101失灵时也能够继续转舵角的控制。
169.此外，第一ecu 200通过在转舵马达旋转角传感器101失灵时从闭环控制切换为开环控制，因此使构成转舵马达旋转角传感器101的传感器不会多重化至3重化以上而能够继续转舵角的控制，能够抑制线控转向系统的成本增加。
170.在这里，如后面详细说明的那样，作为开环控制，第一ecu 200根据条件分开使用自控式(日文：自制形)开环控制和他控式(日文：他制形)开环控制。
171.自控式开环控制(自控控制)是利用永磁铁的旋转来检测未通电的线圈中产生的感应电压，并基于检测到的感应电压进行位置检测、实施通电切换的运行模式。
172.此外，他控式开环控制(他控控制)是与磁极位置无关地以前馈(feed forward)方式施加周期电压的开环控制方法。
173.在这里，在自控式开环控制中，当马达旋转停止而不再产生感应电压时，转舵马达100的马达轴的旋转位置变得不明，此外，马达旋转速度变得越低则感应电压变得越低，旋转位置(旋转角)的估计精度下降。
174.另一方面，在他控式开环控制中，能够将马达从停止状态旋转驱动。
175.因此，第一ecu 200在马达旋转速度为从零(马达停止状态)至规定速度的低速域中以他控式开环控制来控制转舵马达100，在马达旋转速度为所述规定速度以上的高速域中以自控式开环控制来控制转舵马达100。
176.以下对步骤s261以后的开环控制进行详细说明。
177.在步骤s261中，第一ecu 200对探测转舵马达旋转角传感器101的异常之后是否是
初次进入步骤s261、换言之是否是转舵马达旋转角传感器101的异常探测后的首次进行判断。
178.然后，在是异常探测后的首次的情况下，第一ecu 200进入步骤s262，将正常时马达角度θnorm、即转舵马达旋转角传感器101的异常被探测之前的旋转角检测值(换言之，在转舵马达旋转角传感器101的正常状态下最后检测到的旋转角)设定为故障时马达角θop的初始值。
179.另外，在转舵马达旋转角传感器101变为异常时，代替转舵马达旋转角传感器101的检测值，故障时马达角θop是表示转舵马达100的马达轴的旋转位置的信息，第一ecu 200在他控式开环控制中基于故障时马达角θop来切换向线圈的通电。
180.另一方面，虽然进入了步骤s261，但在并非异常探测后的首次而是第二次以后的情况下，第一ecu 200绕过步骤s262而进入步骤s263。
181.在步骤s263中，第一ecu 200基于方向盘500的转向角速度的信息，对作为开环控制(详细而言，他控式开环控制)中的旋转速度指令值的马达旋转速度ωop
(n)
进行运算。
182.即，第一ecu 200以使转舵马达100的旋转速度与转向角速度成比例的方式实施他控式开环控制。
183.接下来，在步骤s264中，第一ecu 200基于马达旋转速度ωop
(n)
，对以被探测到异常之前转舵马达旋转角传感器101所检测到的马达轴的旋转角作为初始值的故障时马达角θop进行更新运算。
184.在步骤s265中，第一ecu 200判断马达旋转速度ωop
(n-1)
是否为设定旋转速度ωth以上。
185.设定旋转速度ωth是基于能够基于马达感应电压而无传感器(sensor-less)地估计磁极位置的旋转速度域的下限而被设定的旋转速度，如果是该设定旋转速度ωth以上的旋转速度域，则表示产生了能够以足够的精度来进行磁极位置(转子旋转位置)的估计的大小的马达感应电压。
186.在马达旋转速度ωop
(n-1)
为设定旋转速度ωth以上、且能够基于马达感应电压而无传感器地估计磁极位置的旋转速度条件成立的情况下，第一ecu 200进入步骤s269以后，并实施自控式开环控制。
187.另一方面，在马达旋转速度ωop
(n-1)
小于设定旋转速度ωth、且能够基于马达感应电压而无传感器地估计磁极位置的旋转速度条件不成立的情况下，第一ecu 200进入步骤s266以后，并基于故障时马达角θop的信息来实施切换向线圈的电流的他控式开环控制。
188.在这里，第一ecu 200基于方向盘500的转向角速度的信息来设定马达旋转速度ωop
(n)
，因此在转向角速度小于规定的转向角速度的情况下以他控式开环控制来控制转舵马达100，在转向角速度为所述规定的转向角速度以上的情况下以自控式开环控制来控制转舵马达100。
189.在马达旋转速度ωop
(n-1)
小于设定旋转速度ωth而实施他控式开环控制的情况下，第一ecu 200首先在步骤s266中根据故障时马达角θop来运算马达电角度θop_e。
190.接下来，在步骤s267中，第一ecu 200根据基于马达旋转速度ωop
(n)
的转舵角速度、车辆1的车速、以及实际转舵角，来运算他控式开环控制时的转舵马达100的目标指令有效电流icmd。
191.在这里，第一ecu 200基于转舵角速度来运算基准指令有效电流iref，此外，基于车速来运算车速系数kspd，进一步地，基于实际转舵角来运算转舵角系数kstr。
192.然后，第一ecu 200基于基准指令有效电流iref、车速系数kspd以及转舵角系数kstr(换言之，基于转舵角速度、车速及实际转舵角)，按照下式运算目标指令有效电流icmd(驱动电流的指令值)。
193.icmd＝iref
×
kspd
×
kstr
194.图10是表示转舵角速度与基准指令有效电流iref的相关的图，基准指令有效电流iref被设定为转舵角速度越快、马达转矩的要求越高则越大的电流。
195.图11是表示车速与车速系数kspd的相关的图，由于车速越低则转舵负荷越高，因此车速系数kspd被设定为车速越低则使目标指令有效电流icmd越高。
196.此外，图12是表示实际转舵角与转舵角系数kstr的相关的图，由于实际转舵角越大则转舵负荷越高，因此转舵角系数kstr被设定为实际转舵角越大则使目标指令有效电流icmd越高。
197.按照上述的方式来设定目标指令有效电流icmd，能够改善跟随性并且不失调地控制转舵马达100。
198.另外，第一ecu 200能够基于转舵角速度、车速、实际转舵角中的至少1个来可变地设定目标指令有效电流icmd。
199.接下来，在步骤s268中，第一ecu 200运算指令电压值以使实际电流值接近目标指令有效电流icmd(指令电流值)。
200.然后，第一ecu 200从步骤s268进入步骤s273，基于指令电压值来运算对逆变器212a、212b的开关元件进行接通断开驱动时的占空比。
201.进一步地，在步骤s274中，第一ecu 200基于马达电角度θop_e而取得同步，并根据占空比输出使逆变器212a、212b的开关元件接通断开的pwm信号(换言之，门信号)。
202.另外，在步骤s267、步骤s268中的他控式开环控制中，在转舵角指令值与实际转舵角的差的绝对值在规定值以下的情况下，第一ecu 200结束反馈控制，将流过转舵马达100的电流降低至规定的电流值。
203.图13至图18表示矩形波驱动方式下的通电相与转子的稳定角的相关。
204.例如，如图13所示，当电流从u相流向w相的状态继续时，则转子稳定在30
°
的位置上，反之，如图16所示，当电流从w相流向u相的状态继续时，则转子稳定在210
°
的位置上。
205.此外，图19是表示电流大小与朝向转子稳定角而产生的转矩大小的相关的线形图。
206.例如，在使恒定电流从u相流向w相的情况下，当转子的位置从作为稳定角的30
°
的位置上偏离，则产生朝向30
°
的位置的转矩，转子旋转到作为稳定角的30
°
的位置并稳定。
207.在这里，流过线圈的电流越大，则朝向30
°
的位置的转矩越大。
208.因此，在步骤s267、步骤s268中的他控式开环控制中，在转舵角指令值与实际转舵角的差的绝对值在规定值以下时，第一ecu 200使流入转舵马达100的电流降低至能够保持转子位置的规定电流值，并使电流继续流入相同的2相。
209.由此，转舵角指令值与实际转舵角大致一致，在不需要变更转舵角时(换言之，保持恒定的转舵角时)能够抑制功耗。
210.接下来，对步骤s269以后的自控式开环控制进行说明。
211.另外，在步骤s269以后的自控式开环控制中，第一ecu 200替代转舵马达旋转角传感器101的检测输出而使用基于马达感应电压的马达旋转角的估计值来切换向线圈的通电。
212.在步骤s269中，第一ecu 200基于感应电压来运算马达电角度θemf_e。
213.详细而言，由于在3相中未通电的相的端子上基于永磁铁的旋转而出现感应电压，因此第一ecu 200通过检测感应电压的零交叉点来检测马达的位置。
214.接下来，在步骤s270中，第一ecu 200根据基于马达旋转速度ωop
(n)
而更新后的故障时马达角θop、以及由感应电压而估计出的马达电角度θemf_e，运算用于跟踪与方向盘500的转向角速度对应的马达旋转速度ωop
(n-1)
的转舵角偏差，并运算转舵转矩的目标值以使转舵角偏差接近零。
215.此外，在步骤s271中，第一ecu 200将电角度θmot_e的值更新为基于感应电压的马达电角度θemf_e的值。
216.接下来，第一ecu 200进入步骤s272，如上所述，通过矢量控制方式来运算用于产生转舵转矩的目标值(马达转矩指令值)的3相指令电压vu、vv、vw。
217.另外，在自控式开环控制中，第一ecu 200能够基于转舵角指令值的信息与实际转舵角的信息的偏差来运算转舵转矩的目标值。
218.即，在自控式开环控制中，虽然马达轴的旋转角的检测方法与闭环控制不同，但第一ecu 200能够采用与闭环控制相同的控制方法作为施加电压的控制方法。
219.此外，在开环控制(他控式开环控制和/或自控式开环控制)中，第一ecu 200能够基于转舵角指令值的信息与实际转舵角的信息的偏差来求出转舵马达100的旋转速度指令值，并根据旋转速度指令值来设定电压指令值，进而基于电压指令值来对转舵马达100施加电压。
220.在这里，在所涉及的开环控制中，转舵角指令值的信息与实际转舵角的信息的偏差的绝对值越大，则第一ecu 200将转舵马达100的旋转速度指令值的绝对值设定得越大。
221.在这种情况下，由于根据转舵角指令值的信息与实际转舵角的信息的偏差来被设定旋转速度指令值，因此能够维持规定的应答性。
222.在上述实施方式中已说明的各技术思想在不产生矛盾的范围内能够适当地组合使用。
223.此外，虽然参照优选的实施方式对本发明的内容进行了具体说明，但基于本发明的基本技术思想和启示，显而易见地，只要是本领域技术人员就能够采取各种各样的变形方式。
224.例如，线控转向系统1000能够具有兼具第一ecu 200的控制功能和第二ecu 700的控制功能的1个电子控制装置。
225.此外，第一ecu 200能够直接获取反力发生装置3000所具备的转向角传感器800的检测输出信号。
226.此外，转舵马达旋转角传感器101能够非冗余化地由1个传感器构成，此外，还能够设为具有3个以上传感器的冗余化的结构。
227.此外，第一ecu 200和/或第二ecu 700的控制系统能够非冗余化地由1个控制系统
构成，此外，还能够设为具有3个以上的控制系统而成的冗余化的系统。
228.标号说明
229.1：车辆
230.2l、2r：转向轮
231.100：转舵马达
232.101：转舵马达旋转角传感器
233.200：第一ecu(车辆用转向控制装置)
234.500：方向盘
235.1000：线控转向系统
236.1100：控制装置
237.2000：转向装置
238.3000：反力发生装置

技术特征：
1.一种线控转向系统的车辆用转向控制装置，所述线控转向系统具有：反力发生装置，能够通过反力马达的动作向方向盘赋予反力转矩；转向装置，与所述反力发生装置在机械上分离，能够通过转舵马达的动作对转向轮进行转向；以及转舵马达旋转角传感器，能够检测所述转舵马达的马达轴的旋转角，在探测到所述转舵马达旋转角传感器的异常的情况下，所述车辆用转向控制装置基于所述转舵马达旋转角传感器的异常被探测之前的所述转舵马达的马达轴的旋转角、以及所述反力发生装置的信息，对所述转舵马达进行开环控制。2.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，所述开环控制是自控式开环控制或者他控式开环控制。3.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其中，所述反力发生装置能够检测所述方向盘的转向角速度，所述车辆用转向控制装置在所述转向角速度小于规定的转向角速度的情况下进行所述他控式开环控制，在所述转向角速度为所述规定的转向角速度以上的情况下进行所述自控式开环控制。4.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其中，所述反力发生装置能够检测所述方向盘的转向角速度，所述车辆用转向控制装置以使所述转舵马达的旋转速度与所述转向角速度成比例的方式来进行控制。5.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置能够检测所述转向轮的实际转舵角，所述反力发生装置能够检测所述方向盘的转向角，所述车辆用转向控制装置由所述转向角求出转舵角指令值，根据所述转舵角指令值与所述实际转舵角的差来求出所述转舵马达的旋转速度并进行控制。6.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其特征在于，所述转舵马达的驱动方法是120度相位的正弦波驱动方式。7.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其特征在于，所述转舵马达的驱动方法是120度相位的矩形波驱动方式。8.根据权利要求2所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置能够检测所述转向轮的实际转舵角，所述车辆用转向控制装置基于车速、所述实际转舵角、以及转舵角速度中的至少一个来控制所述转舵马达的驱动电流。9.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置能够检测所述转向轮的实际转舵角，所述反力发生装置能够检测所述方向盘的转向角，所述车辆用转向控制装置由所述转向角求出转舵角指令值，在所述转舵角指令值与所述实际转舵角的差的绝对值为规定值以下的情况下，结束转舵角的反馈控制，使流过所述转舵马达的电流值降低至规定的电流值。
10.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，所述反力发生装置和所述车辆用转向控制装置分别被冗余化。11.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转舵马达旋转角传感器具有多个马达旋转角传感器，该马达旋转角传感器分别检测作为所述马达轴的旋转角的马达旋转角。12.根据权利要求11所述的车辆用转向控制装置，其中，所述车辆用转向控制装置通过比较多个所述马达旋转角传感器的值来探测所述转舵马达旋转角传感器的异常。13.根据权利要求11所述的车辆用转向控制装置，其中，所述车辆用转向控制装置使用多个所述马达旋转角传感器的值的平均值来作为所述转舵马达旋转角传感器的异常被探测之前的所述转舵马达的马达轴的旋转角。14.根据权利要求1所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置具有能够检测所述转向轮的实际转舵角的转舵角传感器，所述反力发生装置具有能够检测所述方向盘的转向角的转向角传感器，所述车辆用转向控制装置根据所述转向角求出转舵角指令值，并对所述转舵马达进行反馈控制，以使所述实际转舵角接近所述转舵角指令值。15.根据权利要求14所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置根据基于所述转舵马达的动作的齿条的移动量来对所述转向轮进行转向，所述转舵角传感器是检测所述齿条的移动量的行程传感器。16.根据权利要求14所述的车辆用转向控制装置，其中，所述转向装置根据与被所述转舵马达旋转驱动的小齿轮啮合的齿条的移动量来对所述转向轮进行转向，所述转舵角传感器是检测所述小齿轮的角度的小齿轮角传感器。17.一种线控转向系统，具有：反力发生装置，能够通过反力马达的动作向方向盘赋予反力转矩；转向装置，与所述反力发生装置在机械上分离，能够通过转舵马达的动作对转向轮进行转向；以及车辆用转向控制装置，能够控制所述转向装置和所述反力发生装置，所述转向装置具有能够检测所述转舵马达的马达轴的旋转角的转舵马达旋转角传感器，所述车辆用转向控制装置在探测到所述转舵马达旋转角传感器的异常的情况下，基于所述转舵马达旋转角传感器的异常被探测之前的所述转舵马达的马达轴的旋转角、以及所述反力发生装置的信息，对所述转舵马达进行开环控制。18.一种线控转向系统的控制方法，所述线控转向系统具有：反力发生装置，能够通过反力马达的动作向方向盘赋予反力转矩；以及转向装置，与所述反力发生装置在机械上分离，能够通过转舵马达的动作对转向轮进行转向，
所述转向装置具有能够检测所述转舵马达的马达轴的旋转角的转舵马达旋转角传感器，所述控制方法具有：判断所述转舵马达旋转角传感器中是否存在异常的步骤；在所述转舵马达旋转角传感器中无异常的情况下，基于所述转舵马达旋转角传感器的值来对所述转舵马达进行闭环控制的步骤；以及在所述转舵马达旋转角传感器中存在异常的情况下，基于所述转舵马达旋转角传感器的异常被探测之前的所述转舵马达的马达轴的旋转角、以及所述反力发生装置的信息，对所述转舵马达进行开环控制的步骤。

技术总结
本发明所涉及的车辆用转向控制装置、线控转向系统、以及线控转向系统的控制方法在探测到转舵马达的旋转角传感器的异常的情况下，基于在所述旋转角传感器的异常被探测之前的马达轴的旋转角、以及对方向盘赋予反力转矩的反力发生装置的信息，对所述转舵马达进行开环控制。由此，抑制系统成本的增大，且即使转舵马达的旋转角传感器失灵也能够继续转舵角的控制。的旋转角传感器失灵也能够继续转舵角的控制。的旋转角传感器失灵也能够继续转舵角的控制。


技术研发人员：木村诚
受保护的技术使用者：日立安斯泰莫株式会社
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2023/9/7