CN101331031A - 转向控制装置以及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

电动发电机(IWMR、IWML)组装在前轮(FR、FL)中并驱动前轮(FR、FL)。ECU(36)根据来自转向盘角度传感器(26)的转向盘(22)的操作角(Δθs)以及来自转向角传感器(32)的前轮(FR、FL)的转向角(ΔD)来判定包括转向致动器(28)、拉杆(30)以及转向角传感器(32)的转向设备是否已经发生故障。当ECU(36)判定转向设备已经发生故障时，ECU(36)向用于电动发电机(IWMR、IWML)的转矩命令提供与转向盘(22)的操作角(Δθs)对应的转矩差。

Description

转向控制装置以及电动车辆
技术领域
本发明涉及转向控制装置以及电动车辆，具体涉及一种用于电动车辆的转向控制技术，在该电动车辆中分别利用独立电动机对左右前轮进行驱动。
背景技术
日本专利早期公开号9-117016公开了一种电动车辆，其中分别利用独立电动机对左右前轮进行驱动。在该电动车辆中，分别利用独立电动机对左右前轮进行驱动，并且根据转向盘的转向来改变左右电动机之间的转矩分配。
根据该电动车辆，因为可以通过对左右电动机之间的转矩分配进行改变而获得与动力转向相同的效果，故可以免去对动力转向系统的需求。
另一方面，日本专利早期公开号9-117016并未对防止向前轮提供转向角的转向设备故障的措施进行考虑。即，如果转向设备发生故障，则车辆就不能再行驶。
具体而言，在采用近来倍受关注的线控转向(steer-by-wire)系统的转向设备中，因为转向盘与前轮机械分离，故对转向系统可靠性的改进成为非常重要的问题。
发明内容
为了解决以上问题完成了本发明，且本发明的目的在于提供一种转向控制装置，其能够在现存转向设备发生故障时确保转向功能。
此外，本发明的另一目的在于提供一种电动车辆，其能够在现存转向设备发生故障时确保转向功能。
根据本发明，转向控制装置包括：转向盘；第一和第二电动机；故障判定部分；以及控制部分。第一和第二电动机分别驱动左前轮和右前轮。故障判定部分对根据所述转向盘的操作角向所述前轮提供转向角的转向设备是否已经发生故障进行判定。当所述故障判定部分判定所述转向设备已经发生故障时，所述控制部分在所述第一和第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
在根据本发明的转向控制装置中，当向前轮提供转向角的转向设备已经发生故障时，在第一和第二电动机的输出转矩中产生与转向盘的操作角对应的转矩差。因此，在左右前轮中产生与转向盘的操作角对应的转矩差，并产生根据转矩差的转矩转向。
因此，根据本发明的转向控制装置，即使当转向设备发生故障时，也可确保转向功能。因此，提高了转向系统的可靠性。
优选地，转向设备采用所述转向盘与所述前轮机械分离的线控转向系统。
在该转向控制装置中，当转向设备采用线控转向系统时，无需转向盘与向前轮提供转向角的致动器之间的机械连接机构。
因此，根据该转向控制装置，在享有线控转向系统的优点(例如转向布局自由度的提高以及转向设备的小型化)的同时，也可提高转向系统的可靠性。
优选地，该转向控制装置还包括转向角传感器，其检测所述前轮的转向角。所述故障判定部分根据由所述转向角传感器检测得到的所述转向角以及所述转向盘的所述操作角来判定所述转向设备是否已经发生故障。
此外，根据本发明，一种电动车辆包括：蓄电设备；第一和第二电动机；转向盘；转向设备；故障判定部分；以及控制部分。第一和第二电动机通过接收从所述蓄电设备供应的电力来分别驱动左前轮和右前轮。转向设备根据所述转向盘的操作角来向所述前轮提供转向角。故障判定部分对所述转向设备是否已经故障进行判定。当所述故障判定装置判定所述转向设备已经故障时，所述控制部分在所述第一及第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
在根据本发明的电动车辆中，由第一和第二电动机分别独立地驱动左右前轮。如果向前轮提供转向角的转向设备发生故障，则在第一和第二电动机的输出转矩中产生与转向盘的操作角对应的转矩差。因此，在左右前轮中产生基于转向盘的操作角的转矩差，并产生基于转矩差的转矩转向。
因此，根据本发明的电动车辆，即使当转向设备发生故障时，也可确保转向功能。因此，提高了车辆的可靠性。
优选地，所述第一电动机设置在所述右前轮的车轮中，并且所述第二电动机设置在所述左前轮的车轮中。
在该电动车辆中，通过设置在前轮的车轮中的所谓轮内电动机来实现各个第一和第二电动机。因此，根据该电动车辆，在享有轮内电动机的各种优点(例如有效地使用了通常被驱动系统(例如变速器或差速齿轮)占据的空间)的同时，也可提高车辆的可靠性。
如上所述，根据本发明，如果向前轮提供转向角的转向设备发生故障，则在用于转矩转向控制的第一和第二电动机的输出转矩中产生基于转向盘操作角的转矩差。因此，即使转向设备发生故障，也可以确保转向功能。因此，即使现存转向设备发生故障，车辆也可继续行驶。
附图说明
图1是功能框图，示出了根据本发明的实施例的电动车辆的整体构造。
图2是前轮的剖视图，其中包括作为轮内电动机的图1所示的电动发电机。
图3是图1所示ECU的功能框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中，相同或相应的元件被赋予相同的标号，并将不再重复对其的详细描述。
图1是功能框图，示出了根据本发明的实施例的电动车辆的整体构造。参考图1，电动车辆100包括蓄电设备B、供电线12、逆变器14R、14L、三相线缆16R、16L、电动发电机IWMR、IWML、减速齿轮18R、18L、前轮FR、FL、后轮RR、RL以及旋转传感器20R、20L。此外，电动车辆100还包括转向盘22、转向盘角度传感器26、转向致动器28、拉杆30、转向角传感器32以及电子控制单元(以下也称为“ECU”)36。
蓄电设备B连接至供电线12。逆变器14R、14L彼此并联地连接至供电线12。电动发电机IWMR、IWML分别经由三相线缆16R、16L连接至逆变器14R、14L。电动发电机IWMR、IWML的输出轴分别经由减速齿轮18R、18L机械地连接至前轮FR、FL的转轴。此外，前轮FR、FL经由未示出的转向节臂及拉杆30机械地连接至转向致动器28。
蓄电设备B是能够充电及放电的直流电源，其例如由诸如镍金属氢化物蓄电池以及锂离子蓄电池之类的的二次蓄电池实现。蓄电设备B通过供电线12向逆变器14R、14L供应直流电。此外，在利用电动发电机IWMR、IWML的再生制动期间，通过逆变器14R、14L对蓄电设备B进行充电。可采用大容量电容器作为蓄电设备B。
逆变器14R根据来自ECU 36的信号PWMR将从蓄电设备B接收的直流电转换为三相交流电，并将转换后的三相交流电输出至电动发电机IWMR。由此驱动电动发电机IWMR产生指定转矩。此外，在车辆的再生制动期间，逆变器14R根据来自ECU 36的信号PWMR，将电动发电机IWMR在从前轮FR接收旋转力时产生的三相交流电转换为直流电，并将转换后的直流电输出至蓄电设备B。
电动发电机IWMR是三相交流电动机，并例如由三相交流同步电动机实现。电动发电机IWMR利用从逆变器14R接收到的三相交流电来产生用于车辆的驱动转矩。此外，在车辆的再生制动期间，电动发电机IWMR产生三相交流电并将该三相交流电输出至逆变器14R。
减速齿轮18R以规定减速比将从电动发电机IWMR输出的转矩及转速传递至前轮FR。如下所述，在前轮FR的车轮中以集成方式设置电动发电机IWMR以及减速齿轮18R。即，电动发电机IWMR与减速齿轮18R形成所谓轮内电动机。
逆变器14L、电动发电机IWML以及减速齿轮18L的构造分别与逆变器14R、电动发电机IWMR及减速齿轮18R类似，将不再重复对其的详细描述。
旋转传感器20R产生根据电动发电机IWMR的转角而改变的信号，并将该信号输出至ECU 36。旋转传感器20L产生根据电动发电机IWML的转角而改变的信号，并将该信号输出至ECU 36。如下所述，实际上通过分别包括在电动发电机IWMR、IWML中的分解器来实现旋转传感器20R、20L。
转向盘22起用于向前轮FR、FL提供转向角(也称为“方向角”)的操作端的作用。转向盘角度传感器26检测转向盘22的操作角Δθs，并将检测得到的操作角Δθs输出至ECU 36。转向致动器28根据来自ECU 36的信号STR向拉杆30施加轴向位移。拉杆30向前轮FR、FL提供基于转向致动器28施加的轴向位移量的转向角。转向角传感器32根据转向致动器28的操作量来检测前轮FR、FL的转向角ΔD，并将检测得到的转向角ΔD输出至ECU 36。
ECU 36根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs而产生信号STR以向前轮FR、FL提供转向角，并将产生的信号STR输出至转向致动器28。
此外，ECU 36根据来自旋转传感器20R、20L的信号对电动发电机IWMR、IWML的转速进行计算。然后，ECU 36根据加速器踏板及制动踏板(这里及以下均为未出两者)的操作量、以及电动发电机IWMR、IWML的计算得到的转速等来为电动发电机IWMR、IWML产生转矩命令。
这里，ECU 36根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs以及来自转向角传感器32的前轮FR、FL的转向角ΔD，来对包括转向致动器28、拉杆30以及转向角传感器32的转向设备是否已经发生故障进行判定。然后，当ECU 36判定转向设备已经发生故障时，ECU 36基于转向盘22的操作角Δθs对于电动发电机IWMR、IWML的转矩命令提供转矩差。
随后，ECU 36分别根据用于电动发电机IWMR、IWML的转矩命令来产生用于逆变器14R、14L的信号PWMR、PWML，并将产生的信号PWMR、PWML分别输出至逆变器14R、14L。
在电动车辆100中，采用了转向盘22与前轮FR、FL机械分离的线控转向系统。具体而言，转向盘22的操作角Δθs通过转向盘角度传感器26被转换为电信号，并通过电线(线)被传输至ECU 36。然后，ECU 36根据转向盘22的操作角Δθs产生信号STR，并通过电线将产生的信号STR传输至转向致动器28。
在电动车辆100中，根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs以及来自转向角传感器32的前轮FR、FL的转向角ΔD来对包括转向致动器28、拉杆30以及转向角传感器32的转向设备的故障进行判定。当检测到转向设备的故障时，向用于电动发电机IWMR、IWML的转矩命令提供转矩差。然后，在前轮FR、FL中产生与转向盘22的操作角Δθs对应的转矩差，并根据转矩差产生转矩转向(torque steer)。因此，即使转向设备已经发生故障，也可确保转向盘22的转向功能。
图2是前轮FL的剖视图，其中包括作为轮内电动机的图1所示的电动发电机IWML。与其中包括电动发电机IWMR作为轮内电动机的前轮FR类似，前轮FL的构造在图2中示意性地示出。
参考图2，前轮FL包括轮盘50、轮毂52、制动钳54、电动发电机IWML、减速齿轮18L、旋转传感器20L、轴60、壳体62以及轮胎64。
轮盘50大致为杯状，并通过螺纹件紧固至轮毂52。轮毂52连接至轴60，并以相对于轴60的轴向可旋转的方式被轮毂轴承支撑。制动钳54利用制动垫将制动转子的外周端部夹在其间，以对前轮FL进行制动。
电动发电机IWML、减速齿轮18L以及旋转传感器20L容纳在壳体62中。电动发电机IWML的定子芯稳固地设置在壳体62中，且转子设置在定子芯的内周上。
减速齿轮18L是由太阳轮、小齿轮、齿圈以及行星轮架构成的行星齿轮。太阳轮轴连接至电动发电机IWML的转子，且行星轮架连接至轴60。
通过包括在电动发电机IWML中的分解器来实现旋转传感器20L。旋转传感器20L根据对连接至电动发电机IWML的转子的太阳轮轴的转角的检测，来产生随着电动发电机IWML的转角而改变的信号。替代对太阳轮轴的转角进行检测，也可以直接对电动发电机IWML的转角进行检测。
图3是图1所示ECU 36的功能框图。参考图3，ECU 36包括右侧转矩命令产生部分112、左侧转矩命令产生部分114、故障判定部分116、转矩分配操作部分118以及逆变器控制部分120、122。
右侧转矩命令产生部分112根据加速器踏板及制动踏板的操作量以及基于来自旋转传感器20R的信号计算得到的电动发电机IWMR的转速等，来产生用于电动发电机IWMR的转矩命令TR1。左侧转矩命令产生部分114根据加速器踏板及制动踏板的操作量以及基于来自旋转传感器20L的信号计算得到的电动发电机IWML的转速等，来产生用于电动发电机IWML的转矩命令TR2。
故障判定部分116根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs以及来自转向角传感器32的前轮FR、FL的转向角ΔD，来对包括转向致动器28、拉杆30以及转向角传感器32的转向设备是否已经发生故障进行判定。
例如，故障判定部分116利用转向盘22的操作角与前轮FR、FL的转向角之间的关系式或者预先设定的映射图，来对与来自转向角传感器32的转向角ΔD对应的转向盘22的操作角进行计算，并且如果计算得到的操作角与由转向盘角度传感器26检测得到的操作角Δθs之间的差大于预先设定的阈值，则故障判定部分116就判定转向设备已经发生故障。或者，故障判定部分116可对与来自转向盘角度传感器26的操作角Δθs对应的前轮FR、FL的转向角进行计算，并且如果计算得到的转向角与由转向角传感器32检测得到的转向角ΔD之间的差大于预先设定的阈值，则故障判定部分116可判定转向设备已经发生故障。
当故障判定部分116判定转向设备正常时，故障判定部分116根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs来产生用于向前轮FR、FL提供转向角的信号STR，并向转向致动器28输出产生的信号STR。此外，故障判定部分116使信号CTL处于非作用状态，并将该信号输出至转矩分配操作部分118。
另一方面，当故障判定部分116判定转向设备已经发生故障时，故障判定部分116在不将信号STR输出至转向致动器28的情况下使信号CTL处于作用状态，并将信号CTL输出至转矩分配操作部分118。
当来自故障判定部分116的信号CTL处于作用状态时，转矩分配操作部分118计算电动发电机IWMR、IWML之间的转矩分配，以向电动发电机IWMR，IWML的输出转矩提供与来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs对应的转矩差。
具体而言，对于加速器踏板的每一个加速器位置以及电动发电机IWMR、IWML的转速(或车速)，转矩分配操作部分118预先具有(作为映射图或表达式)与转向盘22的操作角相关的用于电动发电机IWMR，IWML的转矩升高/下降率。然后，利用该映射图或表达式，转矩分配操作部分118根据来自转向盘角度传感器26的转向盘22的操作角Δθs并根据加速器踏板的加速器位置以及电动发电机IWMR、IWML的转速(或车速)，来对用于电动发电机IWMR、IWML的各自转矩升高/下降率R1、R2分别进行计算。对于转矩增大的电动发电机，转矩升高/下降率R1、R2是大于1的值，而对于转矩减小的电动发电机，转矩升高/下降率R1、R2是小于1的值。
在使来自故障判定部分116的信号CTL处于非作用状态时，转矩分配操作部分118将用于电动发电机IWMR、IWML的转矩升高/下降率R1、R2两者均设定为1。
逆变器控制部分120根据右侧转矩命令TRR(通过将来自右侧转矩命令产生部分112的转矩命令TR1与来自转矩分配操作部分118的用于电动发电机IWMR的转矩升高/下降率R1相乘而获得)产生用于驱动逆变器14R的PWM(脉宽调制)信号，并将产生的PWM信号作为信号PWMR输出至逆变器14R。
逆变器控制部分122根据左侧转矩命令TRL(通过将来自左侧转矩命令产生部分114的转矩命令TR2与来自转矩分配操作部分118的用于电动发电机IWML的转矩升高/下降率R2相乘而获得)产生用于驱动逆变器14L的PWM信号，并将产生的PWM信号作为信号PWML输出至逆变器14L。
因此，根据ECU 36，当故障判定部分116判定转向设备已经发生故障时，转矩分配操作部分118根据转向盘22的操作角Δθs来对电动发电机IWMR，IWML之间的转矩分配进行计算。然后，根据计算得到的转矩分配对来自右侧转矩命令产生部分112以及左侧转矩命令产生部分114的转矩命令TR1、TR2进行校正。由此，向电动发电机IWMR，IWML的输出转矩提供与转向盘22的操作角Δθs对应的转矩差，并且实现基于转向盘22的操作的转矩转向控制。
如上所述，在本实施例中，即使在包括转向致动器28、拉杆30以及转向角传感器32的转向设备发生故障时，也可以利用根据转向盘22的操作角Δθs向电动发电机IWMR，IWML提供的转矩差来实现转矩转向控制。因此，根据本实施例，即使在转向设备发生故障时，也可确保转向功能。因此，提高了转向系统及电动车辆100的可靠性。
此外，当电动车辆100中的转向设备采用线控转向系统时，在享有线控转向系统的优点(例如转向布局自由度的提高以及转向设备的小型化)的同时，电可提高转向系统的可靠性。
此外，当利用轮内电动机驱动系统来驱动电动车辆100时，可以实现对通常被驱动系统占据的空间的有效利用，并且可以享有轮内电动机驱动系统带来的其他各种优点。
在上述实施例中，已经描述了转向设备采用线控转向系统的示例，但是，也可将本发明应用于油压转向设备或电动转向设备。具体而言，即使油压动力转向设备中的油压系统或者电动转向设备中的电动机已经发生故障，也可通过在电动发电机IWMR、IWML的输出转矩中产生与转向盘22的操作角Δθs对应的转矩差来确保转向功能。
此外，在上述实施例中，由轮内电动机来驱动电动车辆100，但是，本发明的应用并不必然限于轮内电动机驱动系统。可将本发明应用于其中左右前轮被独立电动机驱动的电动车辆，并且尽管轮内电动机驱动很合适，但本发明还可应用于其中驱动左右前轮的电动机被安装在车体上的车载(on-board)型电动车辆。
根据本发明的电动车辆还包括还具有作为动力源的内燃机的混合动力车辆。此外，根据本发明的电动车辆还包括代替或附加于蓄电设备B而具有作为直流电源的燃料电池的燃料电池车辆。
应当理解，这里揭示的实施例在各个方面均为示例性质而非限制性质。本发明的范围由各项权利要求而非以上描述界定，并且意在包括落在与各项权利要求相等同的范围和含义内的任何修改。

Claims (9)

1.一种转向控制装置，包括：
转向盘；
第一和第二电动机，其分别驱动左前轮和右前轮；
故障判定装置，其用于对根据所述转向盘的操作角向所述前轮提供转向角的转向设备是否已经发生故障进行判定；以及
控制装置，当所述故障判定装置判定所述转向设备已经发生故障时，所述控制装置用于在所述第一和第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中
所述转向设备采用所述转向盘与所述前轮机械分离的线控转向系统。
3.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，还包括转向角传感器，其检测所述前轮的转向角，其中
所述故障判定装置根据由所述转向角传感器检测得到的所述转向角以及所述转向盘的所述操作角来判定所述转向设备是否已经发生故障。
4.一种转向控制装置，包括：
转向盘；
第一和第二电动机，其分别驱动左前轮和右前轮；以及
控制单元，其对根据所述转向盘的操作角向所述前轮提供转向角的转向设备是否已经发生故障进行判定，并且当判定所述转向设备已经发生故障时在所述第一和第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
5.根据权利要求4所述的转向控制装置，其中
所述转向设备采用所述转向盘与所述前轮机械分离的线控转向系统。
6.根据权利要求4或5所述的转向控制装置，还包括转向角传感器，其检测所述前轮的转向角，其中
所述控制单元根据由所述转向角传感器检测得到的所述转向角以及所述转向盘的所述操作角来判定所述转向设备是否已经发生故障。
7.一种电动车辆，包括：
蓄电设备；
第一和第二电动机，其通过接收从所述蓄电设备供应的电力来分别驱动左前轮和右前轮；
转向盘；
转向设备，其根据所述转向盘的操作角来向所述前轮提供转向角；
故障判定装置，其用于对所述转向设备是否已经发生故障进行判定；以及
控制装置，当所述故障判定装置判定所述转向设备已经发生故障时，所述控制装置用于在所述第一和第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
8.一种电动车辆，包括：
蓄电设备；
第一和第二电动机，其通过接收从所述蓄电设备供应的电力来分别驱动左前轮和右前轮；
转向盘；
转向设备，其根据所述转向盘的操作角来向所述前轮提供转向角；以及
控制单元，其对所述转向设备是否已经发生故障进行判定，并且在判定所述转向设备已经发生故障时在所述第一和第二电动机的输出转矩中产生与所述转向盘的所述操作角对应的转矩差。
9.根据权利要求7或8所述的电动车辆，其中
所述第一电动机设置在所述右前轮的车轮中，并且
所述第二电动机设置在所述左前轮的车轮中。
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