本發(fā)明特別涉及一種使電動機及控制單元采用冗余系統(tǒng)的結構的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術：

在現(xiàn)有的電動轉(zhuǎn)向裝置中，存在如下裝置：對電動機設置2組線圈繞組，包括具有能獨立驅(qū)動該2組繞組的2組逆變器電路的控制單元，協(xié)同控制2組逆變器電路，在異常時僅利用正常動作的組來繼續(xù)電動機驅(qū)動。此外，還已知有除控制單元的逆變器電路以外也設為雙重系統(tǒng)來應對故障的電動助力轉(zhuǎn)向裝置(專利文獻1)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3839358號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術問題

在專利文獻1公開的現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，在通常時(未發(fā)生異常時)，能如規(guī)格那樣以100％驅(qū)動的方式進行電動機驅(qū)動，但在異常時，僅能進行約50％的驅(qū)動，這將無法充分進行現(xiàn)實車輛中的轉(zhuǎn)向。特別是在低速行駛時，力量不足的駕駛員進行的方向盤操作將無法使方向盤旋轉(zhuǎn)，具有難以確保車輛的安全性的問題。

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有裝置的問題而完成，其提供一種即使在異常時也能與正常時同樣地容易進行方向盤操作的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。

解決技術問題的技術方案

本發(fā)明所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置包括使車輛的轉(zhuǎn)向機構旋轉(zhuǎn)的電動式電動機、以及驅(qū)動該電動機的控制單元，所述電動機具有具備相對于單一的轉(zhuǎn)子獨立的2組繞組的定子，所述控制單元由向所述電動機的繞組分別提供控制信號的2組控制系統(tǒng)構成，在所述電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，所述控制單元在所述電動機的1組繞組或所述控制單元內(nèi)的1組系統(tǒng)發(fā)生了異常的情況下，構成為使向異常發(fā)生組提供的供給電流為0，并向另1組繞組提供正常時所需的規(guī)定的供給電流，以驅(qū)動所述電動機，并且在未發(fā)生異常的通常驅(qū)動時，構成為向2組繞組分擔提供供給電流，以驅(qū)動所述電動機。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，在電動機的1組繞組、或控制單元內(nèi)的1個組發(fā)生了異常的情況下，構成為使向異常發(fā)生組的電動機提供的供給電流為0，利用另1個組與通常時同樣地以規(guī)定的所需的供給電流來驅(qū)動電動機，在未發(fā)生異常的通常驅(qū)動時，構成為利用兩方的組來驅(qū)動電動機，因此，即使在異常時，也能與正常時同樣容易地進行方向盤操作。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的主要部分結構的電路圖。

圖2是本發(fā)明實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中使用的電動機的俯視圖。

圖3是說明本發(fā)明實施方式1所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的動作的流程圖。

圖4是表示本發(fā)明實施方式2所涉及的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的主要部分結構的電路圖。

圖5是表示本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中使用的其它電動機的結構的俯視圖(圖5a)，是表示繞組的接線狀態(tài)的圖(圖5b)。

具體實施方式

實施方式1.

下面，基于表示實施方式1的圖1～圖3對本發(fā)明進行說明。

圖1是表示電動助力轉(zhuǎn)向裝置的主要部分結構的電路圖。

圖中，控制單元1對包括3相2組的繞組的電動機2進行驅(qū)動控制，并進行方向盤的轉(zhuǎn)向，由所謂逆變器電路3a、3b、裝載有中央處理裝置(以下稱為cpu)10a、10b的控制電路部4、以及電源繼電器用開關元件5a、5b等構成。此外，從裝載于車輛的電池6提供電源+b、gnd，經(jīng)由點火開關7及電源電路13向控制電路部4提供電源，進一步地，例如裝載于方向盤附近且檢測方向盤的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩傳感器、檢測車輛的行駛速度的速度傳感器等的信息從傳感器8輸入到控制電路部4。

來自傳感器8的信息經(jīng)由控制電路部4的輸入電路12傳送到cpu10a、10b，cpu10a、10b基于輸入的該信息，計算用于使電動機2旋轉(zhuǎn)的電流值，并向驅(qū)動電路11a、11b輸出控制信號。驅(qū)動電路11a、11b分別接收輸入信號，并輸出驅(qū)動逆變器電路3a、3b的各開關元件的控制信號。

在該逆變器電路3a、3b中設置有向電動機2的3相的繞組u1、v1、w1提供輸出電流的上下橋臂用開關元件31u、31v、31w、32u、32v、32w、連接或切斷與電動機2的繞組u1、v1、w1的布線的電動機繼電器用開關元件34u、34v、34w、電流檢測用的分流電阻33u、33v、33w、以及噪聲抑制用電容器30。另外，逆變器電路3a、3b對于各相的繞組(u1、v1、w1)、(u2、v2、w2)具有相同的電路結構，構成為向各相繞組獨立地進行電流供給。

此外，分流電阻33的兩端間的電位差及例如電動機2的繞組端子的電壓等也輸入到輸入電路12。這些信息也輸入到cpu10a、10b，計算與計算出的電流值所對應的檢測值之間的差異，構成為進行所謂的反饋控制，提供所期望的電動機電流，對轉(zhuǎn)向力進行輔助。另外，電源繼電器用開關元件5a、5b的控制信號也被輸出，可利用該電源繼電器用開關元件5a、5b切斷向電動機2的電流供給。同樣，電動機繼電器用開關元件34u、34v、34w也可分別獨立切斷各相的輸出。

然而，cpu10a、10b具有根據(jù)輸入的各種信息來檢測逆變器電路3a、3b、電動機2的繞組u1、v1、w1、u2、v2、w2等的異常的異常檢測功能，在檢測到異常的情況下，根據(jù)該異常，僅將電動機繼電器用開關元件34的規(guī)定的相斷開，來切斷電流供給?；蛘?，也可為了從源頭切斷電池6而將電源繼電器用開關元件5a、5b斷開。此外，在利用cpu10a、10b檢測到異常的情況下，經(jīng)由驅(qū)動電路16向例如燈等通知裝置15供電并使其點亮。另外，電源繼電器用開關元件5a、5b也可分別包含在逆變器電路3a、3b內(nèi)。

另一方面，電動機2為將3相2組的繞組進行三角形接線的無刷電動機，裝載有用于檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)傳感器9a、9b。該旋轉(zhuǎn)傳感器9a、9b也為了確保冗余系統(tǒng)而將2組傳感器裝載于各個繞組，其旋轉(zhuǎn)信息分別傳送到控制電路部4的輸入電路12。另外，電動機2也可以不是3相三角形接線的無刷電動機，而是星形接線的無刷電動機，也可以是2極2對的帶刷電動機。

如上所述，控制單元1構成為分別獨立地使用輸入信息、運算值、檢測值，可獨立地驅(qū)動電動機2。此外，兩cpu10a、10b間連接有通信線14，以能夠收發(fā)數(shù)據(jù)、信息。通過利用該通信線14的信息的收發(fā)，可掌握對方cpu10a、10b的動作狀態(tài)。例如，cpu10a可檢測異常，將已斷開規(guī)定的開關元件這一情況傳送給cpu10b。假設cpu10a、10b自身發(fā)生了異常的情況下，無法再收發(fā)規(guī)定格式的定期的通信信號，由此，一方的cpu也可掌握另一方的異常發(fā)生情況。

接著，利用圖2對電動機2的結構進行說明。

圖2是從輸出軸24觀察電動機2得到的圖。定子20由以圓周狀配置有多個(圖2中為48個)狹縫21的薄板鋼板層疊構成。在該定子20的中心以同心圓狀配置有轉(zhuǎn)子23，在轉(zhuǎn)子23的周圍將永磁體22以n極、s極的順序配置于規(guī)定位置(圖2中為8極)。在轉(zhuǎn)子23的中心延伸出有輸出軸24，在該輸出軸24的前端設置有與方向盤的轉(zhuǎn)向裝置連結的齒輪。因此，通過輸出軸24的旋轉(zhuǎn)，發(fā)揮出對方向盤進行操作的輔助力。因此，需要控制輸出軸24的旋轉(zhuǎn)，以獲得所期望的輔助力，需要構成與其規(guī)格一致的電動機2及控制單元1。

在定子20的狹縫21配置有多個、例如4個線圈。從該狹縫21延伸出的線圈進行卷繞，在圖2的左半部分示出其狀態(tài)的一部分。如圖1的電路圖所示，呈3相2組的繞組，但第1系統(tǒng)的繞組和第2系統(tǒng)的繞組分別配置于彼此相鄰的狹縫21。

即，若以u1相的線圈來觀察，則示出如下情況：插入到規(guī)定的狹縫21并延伸出的線圈再次插入到越過5個狹縫的第6個狹縫21。同樣，在第1系統(tǒng)u1的相鄰的狹縫21插入有第2系統(tǒng)的u2線圈，在其附近，按照第1系統(tǒng)的v1線圈、第2系統(tǒng)的v2線圈、第1系統(tǒng)的w1線圈、第2系統(tǒng)的w2線圈的順序有規(guī)則地插入。

線圈像以上那樣以分布卷繞的方式卷繞安裝，各自的終端呈三角形接線地進行連接，且線圈的終端部連接到逆變器電路3a、3b的電動機繼電器用開關元件34。該終端在各系統(tǒng)中分別存在3根，各自獨立連接到逆變器電路3a、3b。另外，相對于單一轉(zhuǎn)子，設定子的繞組為2組，但也可采用將定子本身構成為2組串聯(lián)的所謂串聯(lián)型電動機。但是，若為串聯(lián)型，則與1組電動機相比，電動機長度約為2倍的規(guī)模，在裝載于車輛的情況下，裝置整體大型化，變得非常不利。

接著，說明以上的電路結構及電動機構造中的控制動作。

裝置的控制基本按照cpu10的程序來處理，因此，沿著圖3的cpu的流程圖來說明。另外，兩cpu10a、10b基本進行同一處理，因此，對一方的cpu10a進行說明。

若接通點火開關7，則向cpu10a提供電源，開始處理。首先，步驟s1中，將ram存儲器、rom存儲器、輸入輸出端口等初始化。接著，在步驟s2中獲得并存放經(jīng)由輸入電路12而輸入的所有信息。該信息中也包含對方的cpu10b的通信數(shù)據(jù)。

步驟s3中，檢查有無檢測出對方的cpu10b中的異常。對方有無異?？赏ㄟ^解讀與對方cpu10b的通信數(shù)據(jù)來判別。在對方cpu10b中未發(fā)生異常的情況下(n：否)，前進至步驟s4，接著檢查自身有無異常。此處，在本身的cpu10a未檢測到異常的情況下(n)，前進至步驟s5，計算兩cpu10a、10b均未發(fā)生異常的通常的控制量1。

另一方面，在步驟s3中，在對方發(fā)生了異常的情況下(y：是)，前進至步驟s6，與步驟s4同樣，檢查自身有無異常。此處，在本身發(fā)生了異常的情況下(y)，前進至步驟s11，進行自己異常時的處理。在自身沒有異常的情況下(n)，前進至步驟s7，計算對方異常、自己正常的條件下的控制量2。之后，前進至步驟s8。

接著，在步驟s4或步驟s6中判斷為cpu10a自身發(fā)生了異常的情況下，前進至步驟s11，輸出控制信號以停止向驅(qū)動電路11a的輸出。另外，也可基于發(fā)生的異常來分類為多個級別。例如，在電動機2的繞組或逆變器電路3a、3b的開關元件的接地短路或電源短路的情況下，輸出控制信號，以將包含電源繼電器用開關元件5a的所有開關元件斷開。此外，在逆變器電路3a、3b的上下橋臂的開關元件31u、31v、31w中的1個、或電動機繼電器用開關元件34u、34v、34w發(fā)生了開路故障的情況下，也可僅對發(fā)生了該異常的相停止開關元件的驅(qū)動，其它的相如通常那樣輸出控制指令。因此，在步驟11中，設定成除全面停止狀態(tài)的異常時的處理以外，可繼續(xù)處理一部分的控制。另外，在可進行上述那樣的2相驅(qū)動的情況下，還需要控制量的運算處理，因此，有時利用步驟s5、s7處理的情況較有效。

接著，在步驟s12中，對于異常狀態(tài)，使用通信線14來發(fā)送數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)中還包含異常的級別、例如所有開關元件處于斷開狀態(tài)的情況來進行發(fā)送。此外，也可在僅某一相斷開的狀態(tài)下，將此時的控制量與正常時比較的比例等也包含在內(nèi)來進行發(fā)送，但這種異常內(nèi)容的通信也可通過步驟s9及步驟s10來處理。由此，對方連異常的內(nèi)容也可掌握。因此，可根據(jù)對方的異常來修正自己的控制量并輸出。

接著，在步驟s5中，對兩控制單元均未發(fā)生異常的通常時的控制量的運算方法進行說明。

在該步驟s5中，與現(xiàn)有裝置同樣，根據(jù)車速及轉(zhuǎn)矩，計算要求的電流值，并將其分割為1/2。該1/2的電流值為一方的控制單元負責的控制量。而且，根據(jù)分流電阻33的電位差，檢測當前提供的電流，根據(jù)目標值與該檢測值之間的差異，作為控制指令值來輸出。

另一方面，在步驟s7中，由于對方系統(tǒng)發(fā)生了異常，因此，需要將僅自身系統(tǒng)要求的電流值提供作為控制量運算2。或者，若是對方系統(tǒng)僅1相異常而進行2相驅(qū)動的情況，則以提供約2/3的電流值的方式進行計算，輸出由此計算出的控制指令值。此外，若對方系統(tǒng)完全不處于可驅(qū)動電動機的狀態(tài)，則控制成將計算出的控制量全部在自己的系統(tǒng)中輸出。此外，如上述那樣僅1相發(fā)生了異常的情況下，可利用步驟s5或步驟s7來計算2相驅(qū)動用的控制量。即，以與通常是幾乎同樣的步驟進行計算，最后修正成2相驅(qū)動用，從而可求出控制量。

接著，在步驟s8中，基于控制指令值，輸出控制指令，使得能夠驅(qū)動各開關元件。逆變器電路3a、3b的上下開關元件進行pwm(pulsewidthmodulation：脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動，因此，輸出與其相應的控制信號。在步驟s9中，檢查有無異常。具體而言，通過利用分流電阻33檢測驅(qū)動各開關元件而流動的電流的方法，并監(jiān)視電動機2的繞組端子電壓，監(jiān)視規(guī)定電壓對應于開關元件的驅(qū)動而出現(xiàn)的情況，從而可檢測異常。

并且，在經(jīng)過規(guī)定時間后檢測電流值相對于目標電流值的差異也沒有接近的情況下，也存在漏電的可能性，因此能判斷為異常。

如上所述，通過監(jiān)視各部的電壓、電流來檢測異常，從而即使僅1相異常也能檢測出異常。

在檢測出這種異常的情況下，cpu10a將該異常狀態(tài)包含在內(nèi)來進行存儲，在步驟s10中，經(jīng)由通信線14將異常狀態(tài)向?qū)Ψ絚pu10b進行通信。若有其它需要的信息，則包含在該處理中進行發(fā)送是有效的。例如，也可收發(fā)輸入電路12的信息、控制量信息，檢查彼此的控制量運算的正確性。

接著，在步驟s13中，待機至經(jīng)過規(guī)定時間、例如5m秒，若經(jīng)過規(guī)定時間(y)，則返回至步驟s2，再次以同樣的步驟進行處理。

以上那樣的cpu10a的處理動作在cpu10b中也同樣執(zhí)行，形成雙重冗余系統(tǒng)。

因而，在沒有異常的通常狀態(tài)下，各控制單元每個負責1/2來進行電動機2的控制，但在一方發(fā)生異常的情況下，即使是最差的情況，正常的cpu也可繼續(xù)進行100％的控制，因此，不會陷入駕駛員難以轉(zhuǎn)向的狀況。此外，可附加不僅對自己系統(tǒng)的異常對于對方系統(tǒng)的異常也進行通知的功能，發(fā)生異常時向駕駛員的通知變得可靠，也可知道哪一側(cè)的電動機2異常。該通知可通過例如基于步驟s9或步驟s11的異常時的輸出，在步驟s10或步驟s12中進行來實現(xiàn)。

此外，即使在未發(fā)生異常的通常時，例如在一方的控制單元的溫度高于另一方的情況下，也可像1/3比2/3那樣進行不平衡的控制。一方經(jīng)由通信線14向另一方發(fā)送求助的信息來通知對方，從而這種狀況變得可能。此外，在自己也暴露于高溫時，兩者均處于高負荷狀態(tài)，因此，也可能彼此降低目標值，預防故障的發(fā)生。此外，控制量的分擔比例無論如何變更在邏輯上都是可能的，但僅設為2、3階段的階梯式，這在控制規(guī)格的簡化、及cpu的程序的簡化、乃至cpu本身異常時的應對方面是有利的。例如，也可設為正常側(cè)為50、65％、100％，異常側(cè)為50％、35％、0％的3階等級。

另外，在上述實施例中，將步驟s10、s12的通信1、通信2獨立設置于2處，但這是考慮發(fā)生了異常這一情況而使輸出系統(tǒng)獨立，也可匯總為1個。此外，將步驟s9的異常檢測單元配置在輸出步驟s8之后，但例如也可設置在步驟s2與步驟s3之間。此外，例如也可在逆變器電路3a、3b預先裝載作為溫度檢測單元的熱敏電阻，將該溫度檢測單元的檢測溫度輸入到兩cpu10a、10b，掌握溫度差，并輸出控制量，使得溫度較低一方的控制量多于較高一方的控制量。此處，裝載多個溫度檢測單元是不現(xiàn)實的，因此，在設置場所以外，也可采用基于其值、或者基于供給電流來推測溫度的方法。特別是在裝載于車輛的情況下，有時會因其裝載場所、朝向而產(chǎn)生散熱性的差異，因此，優(yōu)選盡可能在發(fā)熱最多、逆變器電路3a、3b或電動機2的繞組附近設置溫度檢測單元。

此外，電動機2的驅(qū)動采用將第1系統(tǒng)和第2系統(tǒng)如圖2所示那樣錯開電氣角30度來配置的構造，第1系統(tǒng)和第2系統(tǒng)需要將控制指令的輸出沿著其結構錯開輸出。由此，獲得可利用30度相位差控制來降低噪聲、振動的效果。

此外，各控制單元中的尤其是開關元件需要考慮100％驅(qū)動的情況來充分確保其散熱性。具體而言，需要考慮元件本身的電流容量及散熱用散熱器構造來進行設計。此外，在電動機中，也需要設計線圈、磁體規(guī)格、各部件的規(guī)模，使得僅以1組的3相就能夠輸出相對于所期望的轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)矩。

實施方式2.

接下來，利用圖4，對本發(fā)明的實施方式2進行說明。

實施方式1中，利用2個cpu10a、10b構成控制單元1，但實施方式2中，利用單一的cpu10來構成cpu10a、10b。其它結構與實施方式1相同，標注相同標號，省略其說明。

通過這樣采用單一的cpu10，不使用通信線14就能掌握逆變器電路3a、3b、電動機2的繞組、驅(qū)動電路11a、11b的狀態(tài)，可簡化其處理工序。因此，具有可迅速產(chǎn)生來自控制單元1的輸出從而可避免方向盤操作的延遲的效果。

另外，即使在利用單一的cpu10來構成的情況下，通過獨立設置軟件的結構，并且也分別存放其控制指令值等運算結果值，從而可形成冗余系統(tǒng)。此外，通過將cpu10的輸出端口分離成不同端口，從而即使在一方的端口變得異常的情況下，也可利用另一方的端口來繼續(xù)向驅(qū)動電路11a、11b的輸出。此外，通過將cpu10單一化而集中，從而與實施方式1相比，可縮小規(guī)模，此外，通過省去通信線14，可防止因噪聲等導致通信錯誤的產(chǎn)生，可強化可靠性。

圖5表示與圖2中的電動機2不同的電動機2的結構，由于星形接線的繞組為2組，因此，成為3相2組。圖5a是電動機的俯視圖，圖5b是繞組的接線圖。

對于電動機2的線圈卷繞組裝方法，與實施方式1大為不同，如圖5a所示，電動機2的定子20由10極12狹縫構成，對于繞組u1、v1、w1、u2、v2、w2，第1系統(tǒng)和第2系統(tǒng)分別集合進行卷繞組裝。此處，示出了第1系統(tǒng)插入到圖中左側(cè)的每6個狹縫、第2系統(tǒng)插入到右側(cè)的每6個狹縫的情況。此外，各繞組為包圍1個齒部的多個集中繞組。

通過這樣配置繞組，無需實施方式1所示的30度相位差控制、繞組的系統(tǒng)間干擾對策，其結果是，無需獲取2個系統(tǒng)的cpu的嚴格同步。此外，將定子20整體一分為二，分別分配給各系統(tǒng)的繞組，但也可采用一分為四且各系統(tǒng)使用相鄰的每3個狹縫的卷繞組裝方式。此外，也可以是三角形接線。

如上述那樣，電動機2、控制單元1構成為可分別獨立控制至最大規(guī)格界限，因此，即使在發(fā)生了異常的情況下，也可僅利用單方的控制系統(tǒng)來發(fā)揮所期望的輔助力。

因而，駕駛員可繼續(xù)安全地駕駛。

此外，在未發(fā)生異常的通常時，使用各系統(tǒng)所具有的能力的約一半，與現(xiàn)有裝置相比，不會因例如溫度、負載而將最大額定值抑制得較低，可具有余量地繼續(xù)控制。

此外，逆變器電路3a、3b中的開關元件進行pwm控制，在異常時和通常時，其調(diào)制率大幅變化，在通常時，將調(diào)制率抑制得較小來進行控制，因此，即使具有2組逆變器電路，異常時、通常時的調(diào)制率也不怎么變化。這是由于，將兩逆變器電路的最大電流供給量總計后的量相當于現(xiàn)有裝置的電流供給量。

如以上那樣，設計成即使僅是一方的控制系統(tǒng)，也可提供100％的電流供給，構成為在通常時，2個控制系統(tǒng)根據(jù)各自的動作狀態(tài)來分擔驅(qū)動電動機，并且，在一方的控制系統(tǒng)發(fā)生了異常的情況下，僅利用另一方的正常側(cè)控制系統(tǒng)來進行100％的驅(qū)動，從而可繼續(xù)控制對駕駛員的轉(zhuǎn)向操作的輔助力，可實現(xiàn)更安全的駕駛。

另外，由于假設了駕駛員未注意到異常的情況，因此，構成為在異常時，經(jīng)由驅(qū)動電路16使通知裝置15動作，向駕駛員通知異常狀態(tài)，這也是有效的。

另外，本發(fā)明在其發(fā)明范圍內(nèi)可對各實施方式進行適當變形、省略。

標號說明

1：控制單元

2：電動機

3a、3b：逆變器電路

4：控制電路部

5a、5b：電源用繼電器

8：傳感器

9a、9b：旋轉(zhuǎn)傳感器

10、10a，10b：中央處理裝置(cpu)

11a、11b：驅(qū)動電路

12：輸入電路

13：電源電路

14：通信線

20：定子

21：狹縫

22：磁體

23：轉(zhuǎn)子

24：輸出軸