電動動力轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過基于PWM(脈寬調(diào)制)的占空比(Duty)指令值由逆變器驅(qū)動控制的電動機(jī)對車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制的電動動力轉(zhuǎn)向裝置，特別是涉及一種電動動力轉(zhuǎn)向裝置，其通過簡易的結(jié)構(gòu)和控制能穩(wěn)定地驅(qū)動逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制的電動動力轉(zhuǎn)向裝置，將電動機(jī)的驅(qū)動力經(jīng)減速機(jī)由齒輪或者皮帶等傳遞機(jī)構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或者齒條軸施加轉(zhuǎn)向輔助力。并且，為了向電動機(jī)供應(yīng)電流來使該電動機(jī)產(chǎn)生所希望的扭矩，在電動機(jī)驅(qū)動電路中使用由FET電橋構(gòu)成的逆變器。
[0003]在此，如圖1所示，對現(xiàn)有的電動動力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，駕駛盤I的柱軸(轉(zhuǎn)向軸)2經(jīng)由減速齒輪3、萬向節(jié)4a和4b、齒臂機(jī)構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車輪8L和8R連接。另外，在柱軸2上設(shè)有檢測駕駛盤I的轉(zhuǎn)向扭矩的扭距傳感器10，對駕駛盤I的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行輔助的電動機(jī)20經(jīng)由減速齒輪3與柱軸2連接。電池13對控制電動動力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ECU) 100進(jìn)行供電，同時，經(jīng)由點(diǎn)火開關(guān)11，點(diǎn)火信號被輸入到控制單元100?？刂茊卧?00基于由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩T和由車速傳感器12檢測出的車速V，進(jìn)行輔助(轉(zhuǎn)向輔助)指令的電流指令值的運(yùn)算，在電流控制單元通過對電流指令值施加補(bǔ)償?shù)鹊玫降碾妷褐噶钪礒，控制供給電動機(jī)20的電流I。此外，車速V也能夠從CAN (Control Ier Area Network，控制器局網(wǎng)絡(luò))等處獲得。
[0004]控制單元100主要由CPU(也包含MPU或MCU)構(gòu)成，該CPU內(nèi)部由程序執(zhí)行的一般功能如圖2所示。
[0005]參照圖2說明控制單元100的功能和動作，由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩T和由車速傳感器12檢測出的車速V被輸入到運(yùn)算電流指令值Irefl的電流指令值運(yùn)算單元101中。電流指令值運(yùn)算單元101基于輸入的轉(zhuǎn)向扭矩T和車速V，利用輔助圖表等決定作為供給電動機(jī)20的電流I的控制目標(biāo)值的電流指令值Irefl。電流指令值Irefl經(jīng)過加法運(yùn)算單元102A作為電流指令值Iref2被輸入到電流限制單元103，限制了最大電流的電流指令值Iref3被輸入到減法運(yùn)算單元102B，運(yùn)算Iref3與被反饋回來的電動機(jī)電流值Im的偏差I(lǐng)s ( = IIref3-1m)，該偏差I(lǐng)s被輸入到進(jìn)行PI控制等的電流控制單元104。在電流控制單元104中改善了特性的電壓指令值E被輸入到PWM控制單元105，再經(jīng)過作為驅(qū)動單元的逆變器106對電動機(jī)20進(jìn)行PWM控制。由逆變器106內(nèi)的電流檢測器106A檢測出電動機(jī)20的電流值Im，該電流值Im被反饋到減法運(yùn)算單元102B。逆變器106作為開關(guān)元件一般使用場效應(yīng)管(FET)，由FET的電橋電路構(gòu)成。
[0006]另外，加法運(yùn)算單元102A進(jìn)行來自補(bǔ)償單元110的補(bǔ)償信號CM的加法運(yùn)算，通過補(bǔ)償信號CM的加法運(yùn)算進(jìn)行系統(tǒng)的補(bǔ)償，改善收斂性和慣性特性等。補(bǔ)償單元110先將自對準(zhǔn)扭矩(SAT) 113和慣性112在加法運(yùn)算單元114進(jìn)行加法運(yùn)算，然后，該加法運(yùn)算結(jié)果再與收斂性111在加法運(yùn)算單元115進(jìn)行加法運(yùn)算，最后，將加法運(yùn)算單元115的加法運(yùn)算結(jié)果作為補(bǔ)償信號CM。
[0007]在電動機(jī)20為三相(U、V、W)無刷電動機(jī)的情況下，PWM控制單元105及逆變器106的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。電池13經(jīng)由電源開關(guān)14對PWM控制單元105及逆變器106進(jìn)行供電。PWM控制單元105由占空比運(yùn)算單元105A、高側(cè)FET門驅(qū)動單元105B1、低側(cè)FET門驅(qū)動單元105B2和升壓電源電路105C構(gòu)成，其中占空比運(yùn)算單元105A是將電壓指令值E按照規(guī)定公式運(yùn)算三相的PWM占空比指令值Dl?D6 ;高側(cè)FET門驅(qū)動單元105B1是用PWM占空比指令值Dl?D3來驅(qū)動高側(cè)FETl?FET3各門的開或關(guān)；低側(cè)FET門驅(qū)動單元105B2是用PWM占空比指令值D4?D6來驅(qū)動低側(cè)FET4?FET6各門的開或關(guān)；升壓電源電路105C用于進(jìn)行高側(cè)FET門驅(qū)動單元105B1的電源電壓的升壓。高側(cè)FET門驅(qū)動單元105B1和低側(cè)FET門驅(qū)動單元105B2分別由U相門驅(qū)動單元、V相門驅(qū)動單元和W相門驅(qū)動單元構(gòu)成。另外，逆變器106是由由U相的高側(cè)FETl及低側(cè)FET4構(gòu)成的上下分路、由V相的高側(cè)FET2及低側(cè)FET5構(gòu)成的上下分路、和由W相的高側(cè)FET3及低側(cè)FET6構(gòu)成的上下分路組成的三相橋式結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ETl?FET6通過P麗占空比指令值Dl?D6控制開或關(guān)來驅(qū)動電動機(jī)20。
[0008]在這樣的電動動力轉(zhuǎn)向裝置中，作為升壓電源電路(105C)，例如在日本特開2004-173336號公報(專利文獻(xiàn)I)中，利用電荷泵電路產(chǎn)生升壓電源電壓(升壓電源)，還有，例如在日本特開2005-51926號公報(專利文獻(xiàn)2)中，利用自舉電路產(chǎn)生升壓電源電壓(升壓電源)。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-173336號公報
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-51926號公報
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-220766號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0015]但是，像專利文獻(xiàn)I那樣，在把電荷泵電路的電壓作為高側(cè)FET的驅(qū)動電源的時候，在因為電荷泵電路發(fā)生單一的故障或異常而不能產(chǎn)生升壓電源電壓的情況下，會產(chǎn)生變得不能驅(qū)動所有分路的高側(cè)FET的問題。因為當(dāng)電動動力轉(zhuǎn)向裝置中的電荷泵電路發(fā)生故障(異常)時，會變得不能控制逆變器的開或關(guān)，所以會產(chǎn)生電流不在電動機(jī)中流動，并變成輔助控制停止的狀態(tài)的問題。
[0016]另外，專利文獻(xiàn)2中的自舉電路的結(jié)構(gòu)如下所示，即，通過打開低側(cè)FET，來用電壓給自舉電容器充電；當(dāng)關(guān)閉低側(cè)FET并打開高側(cè)FET時，使用自舉電容器的充電電壓來驅(qū)動高側(cè)FET。因此，如果不在一定的時間里打開低側(cè)FET的話，由于打開高側(cè)FET的時間變長，所以會產(chǎn)生自舉電容器的充電電壓下降，變得不能驅(qū)動高側(cè)FET的問題。具體地說，在通過PWM用20KHz來驅(qū)動EFT的情況下，優(yōu)選高側(cè)FET使用90 %以下的電壓(優(yōu)選低側(cè)FET使用10%以上的電壓)(考慮到控制器的驅(qū)動單元的電阻值及FET的電容器容量的話，最好限制電壓到90%以下。)，會發(fā)生占空比指令值的限制。也就是說，如果限制占空比指令值的話，因為能夠施加到電動動力轉(zhuǎn)向裝置的電動機(jī)的最大電壓從100%變成例如90%，由于最大電壓下降了 10%，所以會產(chǎn)生電動機(jī)輸出下降的問題。
[0017]在由于上述電荷泵電路發(fā)生單一的故障而不能產(chǎn)生升壓電源電壓的情況下，為了防止變得不能驅(qū)動所有分路的高側(cè)FET的問題的發(fā)生，例如，如日本特開2009-220766號公報(專利文獻(xiàn)3)所示，即，通過將電荷泵電路設(shè)置為雙系統(tǒng)，并把這兩個電荷泵電路所產(chǎn)生的電壓中的高的電壓當(dāng)作升壓電源電壓使用，即使兩個電荷泵電路中有一個電路發(fā)生了單一的故障，也可以確保升壓電源電壓并繼續(xù)進(jìn)行輔助控制。
[0018]但是，因為專利文獻(xiàn)3中記載的裝置設(shè)置電荷泵電路為雙系統(tǒng)，所以會產(chǎn)生成本提高和電路規(guī)模變大的問題。另外，由于在電動動力轉(zhuǎn)向裝置中，同樣的方式的故障發(fā)生的可能性很高，所以存在設(shè)置電荷泵電路為雙系統(tǒng)的技術(shù)效果較小的問題。
[0019]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種電動動力轉(zhuǎn)向裝置，其通過其通過簡易的結(jié)構(gòu)和控制能穩(wěn)定地驅(qū)動逆變器的FET。
[0020]解決技術(shù)問題的手段
[0021]本發(fā)明涉及一種電動動力轉(zhuǎn)向裝置，其基于PWM的各相占空比指令值經(jīng)由由FET電橋構(gòu)成的逆變器來驅(qū)動控制電動機(jī)，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制，本發(fā)明的上述目的可以通過下述這樣實現(xiàn)，即:具備產(chǎn)生用來驅(qū)動所述FET電橋的高側(cè)FET的升壓電源電壓的電荷泵電路及自舉電路，由所述電荷泵電路及自舉電路產(chǎn)生的電壓中的高的電壓被作為所述升壓電源電壓。
[0022]另外，本發(fā)明的上述目的還可以通過下述這樣更有效地實現(xiàn)，即:判定所述電荷泵電路的故障，當(dāng)判定發(fā)生了所述故障時，使用由所述自舉電路產(chǎn)生的電壓來驅(qū)動所述FET電橋的高側(cè)FET，繼續(xù)進(jìn)行所述輔助控制；或，
[0023]基于系統(tǒng)電壓和所述電荷泵電路的輸出電壓進(jìn)行所述電荷泵電路的故障的判定；或，
[0024]當(dāng)判定發(fā)生了所述電荷泵電路的故障時，限制所述高側(cè)FET的各相占空比指令值。
[0025]發(fā)明的效果
[0026]本發(fā)明的電動動力轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置電荷泵電路和自舉電路作為高側(cè)FET門驅(qū)動單元的升壓電源電路，并把電荷泵電路及自舉電路產(chǎn)生的電壓中的高的電壓當(dāng)作升壓電源電壓使用。另外，即使在因為電荷泵電路和自舉電路中有一個電路發(fā)生了故障等而變得不能產(chǎn)生高側(cè)FET門驅(qū)動單元的電源電壓的情況下，也可以通過沒有發(fā)生故障的另一個電路連續(xù)供給升壓電源電壓。因此，可以防止由單一故障造成不能驅(qū)動FET的問題的發(fā)生，并可以穩(wěn)定地繼續(xù)進(jìn)行電動動力轉(zhuǎn)向裝置的輔助控制。
[0027]此外，本發(fā)明的電動動力轉(zhuǎn)向裝置判定電荷泵電路的故障(包括異常)，當(dāng)判定發(fā)生了電荷泵電路的故障時，限制占空比指令值的最大值。因此，可以防止由占空比指令值變大而造成不能通過自舉電路產(chǎn)生電壓并不能驅(qū)動高側(cè)FET的不良狀況的發(fā)生，同時，可以防止輔助變動。
【附圖說明】
[0028]圖1是表示一般的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)示例圖。
[0029]圖2是表示控制單元的一個示例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0030]圖3是表示PWM控制單元及逆變器的結(jié)構(gòu)例的接線圖。
[0031]圖4是表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)例的接線圖。
[0032]圖5是表示占空比控制單元的動作例的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明設(shè)置電荷泵電路(charge pump circuit)和自舉電路(bootstrapcircuit)兩個電路作為升壓電源電路，并把由電荷泵電路及自舉電路產(chǎn)生的電壓中的高的電壓當(dāng)作升壓電源電壓使用