專利名稱：電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在轉(zhuǎn)向中通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)而輔助他或她減少驅(qū)動(dòng)器上負(fù)載的電動(dòng)轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)向組件(方向盤、轉(zhuǎn)向裝置)連接的輸入軸，通過小 齒輪、齒條等與轉(zhuǎn)向車輪連接的輸出軸，以及將輸入軸與輸出軸連接 的連接軸，從而扭矩傳感器根據(jù)連接軸產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角檢測輸入到輸入 軸的轉(zhuǎn)向扭矩，以基于所檢測的轉(zhuǎn)向扭矩值控制與輸出軸連接的轉(zhuǎn)向 輔助電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
近年來，在類似這樣的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，開始使用無刷DC電機(jī)。 在無刷DC電機(jī)中，通過PWM (脈寬調(diào)制)控制而使得多個(gè)相電流流 到定子，以便根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)磁場。
而且，為了確保驅(qū)動(dòng)器和車輛的安全，應(yīng)用了失效保護(hù)技術(shù)，其 尤其能預(yù)先防止導(dǎo)致重大事故的方向盤鎖定的發(fā)生。
以下的專利文獻(xiàn)公知地描述了類似這樣的失效保護(hù)技術(shù)。 專利文獻(xiàn)No.l: JP-A-2001-328549 專利文獻(xiàn)No.2: JP-A-2001-260920 專利文獻(xiàn)No.3: JP-A-2001-260919 專利文獻(xiàn)No.4: JP-A-2000-280927
專利文獻(xiàn)No.l公開了一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其通過確定感應(yīng)電機(jī)的 輔助轉(zhuǎn)向力的方向是否與轉(zhuǎn)向力的方向相同，而增強(qiáng)了可靠性和安全
性。
專利文獻(xiàn)N0.2公開了一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其通過精確地確定輸出 到轉(zhuǎn)向輔助感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號的輸出狀態(tài)，而增強(qiáng)可靠性和安全性。
專利文獻(xiàn)No.3公開了一種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其通過精確地確定從轉(zhuǎn)
向輔助感應(yīng)電機(jī)輸出的扭矩的輸出狀態(tài)，而增強(qiáng)可靠性和安全性。
專利文獻(xiàn)No.4公開了一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中為驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)向扭
矩的電動(dòng)機(jī)而計(jì)算在控制信號中的改變程度，并且當(dāng)所計(jì)算的改變程 度已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定水平時(shí)，用來輸出控制信號的控制單元被確定為異 常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，在專利文獻(xiàn)No.l的確定方法中，由于接地故障等而產(chǎn)生的 過電流或潛流不能被檢測為異常。
在專利文獻(xiàn)No.2中，由于注意力都集中在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出電 流的上限，因此除非特定程度或更多的電流流過，才能執(zhí)行異常檢測。
在專利文獻(xiàn)No.3中，由于因中性點(diǎn)的接地故障而恒定流動(dòng)的電流 并不被計(jì)算為輸出扭矩，因此不能檢測這樣的電流。
在專利文獻(xiàn)No.4中，雖然所公開的技術(shù)在已經(jīng)檢測到異常后防止 了錯(cuò)誤的決定，但所公開的技術(shù)與異常檢測方式本身無關(guān)。
在使用無刷DC電機(jī)來給出轉(zhuǎn)向輔助的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，在發(fā)生 諸如電機(jī)電流檢測電路或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的斷路、接地故障等的故障的 情況下，會(huì)引起問題，該故障導(dǎo)致諸如方向盤鎖定等的嚴(yán)重故障。
本發(fā)明考慮到總地解決上述一系列的技術(shù)問題而做出，并且其目 的是提供一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其能檢測諸如電機(jī)電流檢測電路或電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路的斷路、接地故障等的故障。
此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其在發(fā)生諸 如電機(jī)電流檢測電路或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的斷路、接地故障等的故障的情 況下，避免該故障導(dǎo)致諸如鎖定方向盤等的風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重故障。
解決問題的方式
為達(dá)到目的，本發(fā)明具有以下特征。
(1) 一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括
用來檢測施加到轉(zhuǎn)向組件的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩檢測器； 轉(zhuǎn)向輔助無刷DC電機(jī)；
驅(qū)動(dòng)裝置，其用來基于由扭矩檢測器檢測到的轉(zhuǎn)向扭矩，
通過使得多個(gè)電流流動(dòng)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
用來檢測多個(gè)相電流中的每個(gè)的電流檢測器； 用來相加由電流檢測器所檢測的電流值的加法器；和 確定裝置，其用來確定由加法器執(zhí)行的加法結(jié)果是否落在
預(yù)定范圍內(nèi)，并在加法結(jié)果被確定落在預(yù)定范圍外時(shí)確定為異常。
(2) 根據(jù)(1)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中當(dāng)確定為異常時(shí)，停止電 機(jī)的轉(zhuǎn)向輔助。
(3) 根據(jù)(1)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中預(yù)定范圍被限定為在中心 為0的范圍中。
根據(jù)(1)中的本發(fā)明的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于它被構(gòu)建來使每個(gè)電 流檢測器檢測多個(gè)相電流中的每個(gè)，加法器相加由電流檢測器所檢測 的各個(gè)電流值，并且確定裝置確定加法的結(jié)果是否落在預(yù)定范圍外，
并在加法結(jié)果落在預(yù)定范圍外時(shí)確定為異常，因此可以實(shí)現(xiàn)能檢測諸 如電機(jī)電流檢測電路或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的斷路、接地故障等的故障的電 動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
根據(jù)(2)中的本發(fā)明的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于當(dāng)確定為異常時(shí)停止 電機(jī)的轉(zhuǎn)向輔助，因此可以實(shí)現(xiàn)在發(fā)生諸如電機(jī)電流檢測電路或電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路的斷路、接地故障等的故障的情況下，避免該故障導(dǎo)致諸如 鎖定方向盤等的嚴(yán)重故障的風(fēng)險(xiǎn)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。
圖2是顯示無刷DC電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)電流檢測電路的 構(gòu)造實(shí)例的框圖。
圖3是顯示用來在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)中檢測異常 的操作的流程圖。
圖4是顯示無刷DC電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)電流檢測電路的 另一構(gòu)造實(shí)例的框圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將基于顯示實(shí)施例的附圖描述本發(fā)明。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。 在此電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，施加到未示出的轉(zhuǎn)向組件的轉(zhuǎn)向扭矩由扭矩傳 感器(扭矩檢測器)IO檢測，并且所檢測到的轉(zhuǎn)向扭矩值被提供給相 位補(bǔ)償器12。在相位補(bǔ)償器12，用來補(bǔ)償相位的轉(zhuǎn)向扭矩值被提供給 在ECU (控制器)25中的扭矩-電流表16。此外，由車速傳感器11所 檢測的車速值也被提供給扭矩-電流表16。
在扭矩-電流表中，函數(shù)被確定來根據(jù)車速值變化，其中當(dāng)轉(zhuǎn)向扭 矩超出預(yù)定死區(qū)時(shí)，電機(jī)電流的目標(biāo)值隨轉(zhuǎn)向扭矩增加而成比例地增
加，而當(dāng)轉(zhuǎn)向扭矩達(dá)到或超出預(yù)定值時(shí)，目標(biāo)值飽和。函數(shù)被確定以 便電機(jī)電流的目標(biāo)值與轉(zhuǎn)向扭矩值的比率減小并且目標(biāo)值的飽和值隨 車速值增加而減小。由扭矩-電流表16所確定的電機(jī)電流的電流指令值 被提供給減法器21和指令電流方向指定單元19。
電機(jī)電流的電流指令值是指示在電機(jī)控制中的目標(biāo)值的帶符號的 值，其中的正和負(fù)號指示轉(zhuǎn)向輔助的方向。
指令電流方向指定單元19基于為電機(jī)電流給出的電流指令值的
正或負(fù)號而準(zhǔn)備指示轉(zhuǎn)向輔助方向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向指令信號并將它提供給
電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13。
電機(jī)18是用來執(zhí)行轉(zhuǎn)向輔助的無刷DC電機(jī)，它其中包含了用來 檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測器14中，并且由轉(zhuǎn)子位置檢測器14 輸出的轉(zhuǎn)子位置信號被提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13。
電機(jī)電流檢測電路(電流檢測器)17對分別流到U相勵(lì)磁線圈 (field coil)和V相勵(lì)磁線圈的電流進(jìn)行檢測并求和，并將和提供給在 ECU 25中的減法器21。此外，流到U相勵(lì)磁線圈、V相勵(lì)磁線圈和 W相勵(lì)磁線圈的電流被檢測來提供給控制單元20。
減法器21計(jì)算在電流指令值和由電機(jī)電流檢測電路17檢測并求 和的電流值間的差，并將所計(jì)算的差提供給電流PI控制單元22。電流 PI控制單元22基于所給出的差計(jì)算為PI控制而強(qiáng)制給電機(jī)18的電壓 值并將其提供給PWM調(diào)制器單元24。
PWM調(diào)制器單元24對給定的電壓值進(jìn)行脈寬調(diào)制并將脈寬調(diào)制 的電壓值提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13作為PWM值指令信號。
控制單元20通過相加對其給定的U相、V相和W相電流值而檢
測電機(jī)18的異常，并確定所加的值是否落在預(yù)定范圍外。此外，當(dāng)它
檢測到異常時(shí)，控制單元20切斷繼電器驅(qū)動(dòng)電路15以便切斷(開路) 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13和板載電池P間的繼電器觸點(diǎn)15a、在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路13和U相勵(lì)磁線圈間的繼電器觸點(diǎn)15b和在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13和V 相勵(lì)磁線圈間的繼電器觸點(diǎn)15c。
從相加U相、V相和W相電流值所得的和理論上為O，構(gòu)成用來做 出確定所加值是否正常的基礎(chǔ)的預(yù)定范圍被確定在中心為0的范圍內(nèi)。
此外，ECU25的扭矩-電流表16、減法器21、指令電流方向指定 單元19、控制單元20、電流PI控制單元22和PWM調(diào)制器單元24都 由微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
圖2是顯示無刷DC電機(jī)18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13和電機(jī)電流檢測電 路17的構(gòu)造實(shí)例的框圖。無刷DC電機(jī)18包括星形連接線圈A、 B、 C的定子18a (定子)、依靠線圈A、 B、 C產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn) 子18b (轉(zhuǎn)子)和檢測轉(zhuǎn)子18b的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的轉(zhuǎn)子位置檢測器14。
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13中，板載電池P的電源電壓連接到開關(guān)電路 8a的正極端。在開關(guān)電路8a中，串聯(lián)的晶體管Ql、 Q2和反向串聯(lián)的 二極管D1、 D2并聯(lián)在正極端和接地端之間。此外，串聯(lián)的晶體管Q3、 Q4和反向串聯(lián)的二極管D3、 D4并聯(lián)，串聯(lián)的晶體管Q5、 Q6和反向 串聯(lián)的二極管D5、 D6并聯(lián)。
電流傳感器17a、 17b、 17c分別安裝在接地端側(cè)的晶體管Q2、 Q4、 Q6和接地端之間，電流傳感器17a、 17b、 17c的各個(gè)檢測值被提供給 電機(jī)電流檢測電路17作為U相、V相和W相電流值。
星形連接的線圈A的另一端U通過繼電器觸點(diǎn)15a連接到晶體管 Ql、 Q2的公共連接節(jié)點(diǎn)和二極管D1、 D2的公共連接節(jié)點(diǎn)，而星形連
接的線圈B的另一端V通過繼電器觸點(diǎn)15c連接到晶體管Q3、 Q4的 公共連接節(jié)點(diǎn)和二極管D3、 D4的公共連接節(jié)點(diǎn)。此外，星形連接的線 圈C的另一端W連接到晶體管Q5、 Q6的公共連接節(jié)點(diǎn)和二極管D5、 D6的公共連接節(jié)點(diǎn)。
由轉(zhuǎn)子位置檢測器14檢測的轉(zhuǎn)子18b的轉(zhuǎn)動(dòng)位置被告知給門控制 電路8b作為轉(zhuǎn)子位置信號。PWM值指令信號和轉(zhuǎn)動(dòng)方向指令值分別 從ECU 25的PWM調(diào)制器單元24和指令電流方向指定單元19提供給 門控制電路8b。門控制電路8b響應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向指令信號和轉(zhuǎn)動(dòng)位置信號 而接通/切斷晶體管Ql至Q6的各個(gè)柵極，并以U-V、U-W、 V-W、 V-U、 W-U、W-V、U-V的方式對調(diào)流到定子18a的電流路徑以產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)磁場。
轉(zhuǎn)子18b是永磁體并受轉(zhuǎn)動(dòng)磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)。門控制電路8b 根據(jù)電流指令值PWM (脈寬調(diào)制)控制晶體管Ql至A6的接通/切斷， 從而控制無刷電機(jī)18的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩的增加和減小。
二極管D1至D6是續(xù)流(free-wheeling) 二極管，其保護(hù)了晶體 管Q1至Q6并維持流到定子18a的電流。
以下將參考圖3描述檢測電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)異常的操作的流程 圖，圖3解釋了該操作。
如果在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13或包括電流傳感器17a、 17b、 17c的電機(jī) 電流檢測電路17中發(fā)生斷路故障或接地故障，則U相、V相和W相 電流的電流值中的任意一個(gè)都會(huì)顯示O或大電流值。
ECU 25的控制單元20首先從電機(jī)電流檢測電路17讀取U相、V 相和W相電流的各個(gè)電流值(S2)并相加所讀取的各個(gè)電流值(S4)。 隨后，控制單元20確定所加的值是否落在中心為O的預(yù)定范圍外，如 果它沒有落在預(yù)定范圍外，則處理返回(S6否)。
如果所加的值落在預(yù)定范圍外(S6是)，確定檢測到電機(jī)異常，
則控制單元20切斷繼電器驅(qū)動(dòng)電路15以便切斷(開路)繼電器觸點(diǎn) 15a、 15b、 15c從而停止將電力提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13并打開電機(jī)18 的閉合電路以停止轉(zhuǎn)向輔助(S10)，并且處理返回。通過打開電機(jī)18 的閉合電路，防止依靠轉(zhuǎn)子18b的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生反電動(dòng)勢，并防止方向 盤的轉(zhuǎn)向感覺因反電動(dòng)勢而變得很重。
圖4是顯示無刷DC電機(jī)18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13和電機(jī)電流檢測電 路17的另一構(gòu)造實(shí)例的框圖。
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13和電機(jī)電流檢測電路17中，替換了電流傳感 器17a，電流傳感器17d安裝在二極管Dl、 D2的公共連接節(jié)點(diǎn)和繼電 器觸點(diǎn)15b之間，替換了電流傳感器17b，電流傳感器17e安裝在二極 管D3、 D4的公共連接節(jié)點(diǎn)和繼電器觸點(diǎn)15c之間。此外，替換了電流 傳感器17c,電流傳感器17f安裝在二極管D5、 D6的公共連接節(jié)點(diǎn)和 線圈C的另一端W之間。
電流傳感器17d、 17e、 17f的各個(gè)檢測值被提供給電機(jī)電流檢測 電路17作為取U相、V相和W相電流的各個(gè)電流值。由于其他的構(gòu) 造和操作都類似于在圖2中所示的無刷DC電機(jī)18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路13 和電機(jī)電流檢測電路17的構(gòu)造和操作，因此在此省略對其的描述。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，由于在流到電機(jī)的三相電流的總值的平衡(即， 無論瞬時(shí)電流的總和是否為零)破壞時(shí)能檢測到異常，以便檢測到不 會(huì)作為輸出扭矩出現(xiàn)或在特定相中發(fā)生的潛流異常，因此在過電流流 入前就能檢測到異常以停止電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
要注意的是，本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用到例如在專利文獻(xiàn)4中所描 述的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括扭矩檢測器，用來檢測施加到轉(zhuǎn)向組件的轉(zhuǎn)向扭矩；轉(zhuǎn)向輔助無刷DC電機(jī)；驅(qū)動(dòng)裝置，用來基于由所述扭矩檢測器檢測到的轉(zhuǎn)向扭矩，通過使得多個(gè)電流流動(dòng)而驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)；電流檢測器，用來檢測多個(gè)相電流中的每一個(gè)；加法器裝置，用來相加由所述電流檢測器所檢測的電流值；以及確定裝置，用來確定由所述加法器裝置執(zhí)行的加法結(jié)果是否落在預(yù)定范圍內(nèi)，并在所述加法結(jié)果被確定落在所述預(yù)定范圍外時(shí)確定為異常。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中當(dāng)確定為異常時(shí)， 停止所述電機(jī)的轉(zhuǎn)向輔助。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所述預(yù)定范圍被限 定為在中心為0的范圍中。
全文摘要
一種電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括用來檢測施加到轉(zhuǎn)向組件的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩檢測器和轉(zhuǎn)向輔助無刷DC電機(jī)；從而使得多個(gè)相電流基于由扭矩檢測器檢測到的轉(zhuǎn)向扭矩流到無刷DC電機(jī)以便給出轉(zhuǎn)向輔助。提供了用來檢測多個(gè)相電流中的每個(gè)的電流檢測器，用來相加由電流檢測器所檢測的電流值的加法器，和確定裝置，其用來確定由加法器執(zhí)行的加法結(jié)果是否落在預(yù)定范圍外，從而被設(shè)計(jì)用于在確定設(shè)備確定加法結(jié)果落在預(yù)定范圍外時(shí)確定為異常。
文檔編號B62D5/04GK101193787SQ20068002025
公開日2008年6月4日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者酒卷正彥, 長瀨茂樹 申請人:株式會(huì)社捷太格特