CN101990510B - 用于车辆的转向设备 - Google Patents

Abstract

车辆转向设备具有检测电源设备(100，50)的电源电力供应能力的异常的电力异常检测部分(61)，检测车速的车速检测部分(23)，以及基于由转向转矩检测部分(21)检测到的转向转矩来控制电动机的驱动的电动机控制部分(61，30)。当由电力异常检测部分检测到电源设备的电源电力供应能力的异常时，如果由车速检测装置检测到的车速降低，则电动机控制部分加强电动机的输出限制。

Description

用于车辆的转向设备

技术领域

本发明涉及配备有电动机以对转向盘的枢转操作提供转向辅助力的转向设备。

背景技术

电动助力转向设备配备有电动机以对转向盘的枢转操作提供转向辅助力，并通过控制电动机的供电来调节辅助力。这样的电动助力转向设备被供应有来自车载电源设备的源电力。但是，在车载电源设备中发生异常时，电动助力转向设备不能合适地执行对电动机的控制。因此，例如，日本专利申请公开号2003-312510(JP-A-2003-312510)中描述的电动助力转向设备配备有如下配置：将辅助命令值乘以增益，所述增益随着车载电源设备的电源电压接近被视为异常的设定值而逐渐从1减小至0。通过此配置，意图减小车载电源设备的电力消耗并因此更长时间地维持转向辅助功能。

通常，在电动助力转向设备中，将辅助命令值计算为使得转向辅助力随着车速降低而增大。因此，即使具有将辅助命令值乘以与电源异常水平相应的增益的配置，也会在执行静态转向操作的情况下从车载电源设备消耗大量电力。即，为了换取容易和方便的操作，车载电源设备的使用寿命显著地缩短。

发明内容

本发明提供了一种用于车辆的转向设备，其即使在电源设备异常时，也在确保电源设备的最长可能的使用寿命的同时，维持转向辅助。

本发明的第一方面涉及一种车辆转向设备，包括：转向机构，其在转向盘的转向操作时使车轮转向；电动机，其被供应来自电源设备的电源电力并在所述转向盘的所述转向操作时产生进行辅助的辅助力；转向转矩检测装置，其用于检测驾驶员向转向盘输入的转向转矩；以及电动机控制装置，其至少基于由所述转向转矩检测装置检测到的所述转向转矩来控制所述电动机的驱动。此车辆转向设备还包括：电力异常检测装置，其用于检测所述电源设备的电源电力供应能力的异常；以及车速检测装置，其用于检测车速。所述电动机控制装置包括输出限制装置，当由所述电力异常检测装置检测到所述电源设备的所述电源电力供应能力的异常时，如果由所述车速检测装置检测到的所述车速降低，则所述输出限制装置加强所述电动机的输出限制。

在本发明的此方面中，转向转矩检测装置检测向转向盘输入的转向转矩，并且电动机控制装置至少基于检测到的转向转矩来控制电动机的驱动，使得在转向操作时对驾驶员进行辅助。电动机被供应来自电源设备的电源电力。电力异常检测装置检测电源设备的电源电力供应能力的异常。例如，电力异常检测装置检测电源设备的电源供应能力的减弱，或电源电压的降低等。在检测到电源设备的电源电力供应的异常的情况下，输出限制装置基于车速的降低加强电动机的输出限制。即，在车速降低的情况下，提高电动机的输出限制的程度，使得电动机不以较高的输出进行工作。

例如，输出限制装置使低车速期间电动机的输出限制大于高车速期间电动机的输出限制。在此情况下，电动机的输出在低车速期间比在高车速期间受到更大程度的限制。此外，输出限制装置可以使车辆停止期间电动机的输出限制大于车辆行驶期间电动机的输出限制。

在静态转向操作时，电动机的电力消耗变为最大。根据本发明的前述方面，静态转向操作时电动机的输出受到较大的限制，由此电源设备的使用寿命可以得到最有效的延长。另一方面，对于车辆行驶期间的转向操作，车速越高，电动机需要消耗的电力越小。此外，在执行用于避免与其他车辆接触的紧急转向操作等的情况下，考虑到安全性，车速越高，转向辅助的需求变得越强。因此，根据前述方面，在车速较高的情况下，电动机的输出限制较小，由此在紧急转向操作时可以获得转向辅助力，由此实现了较高程度的安全性。

所述输出限制装置存储关系相关信息，所述关系相关信息表示所述电动机的输出上限值与由所述车速检测装置检测到的所述车速的关系。所述关系相关信息被设定为使得，如果所述车速降低，则所述电动机的输出上限值减小。所述输出控制装置执行控制使得，所述电动机的输出不超过基于所述关系相关信息建立的所述输出上限值。

在此构造中，输出限制装置存储被设定为如果车速降低则使电动机的输出上限值减小的关系相关信息，并执行控制使得电动机的输出不超过基于关系相关信息建立的输出上限值，从而当车速降低时加强电动机的输出限制。即，电动机的输出上限值与车速的关系被预先存储为关系相关信息，并且通过使用相对于车速设定的电动机的输出上限值，将电动机的输出控制为不超过输出上限值。因此，可以可靠地执行电动机的输出限制。此外，因为能够以向电动机供应的电力的形式来推定电动机的输出，所以关系相关信息也可以是关于与向电动机供应的电力的上限值与车速的关系。在此情况下，可以提供该信息以得到这样的设定：当车速降低时，向电动机供应的电力的上限值减小。

当在所述车速降低之后所述车辆达到停止时，所述输出限制装置使所述电动机的所述输出上限值从基于在所述车速基本为零的情况下的所述关系相关信息设定的所述输出上限值随着所述车辆停止之后经过的时间而减小。

考虑到电源设备的使用寿命的延长，理想地在静态转向操作时最大程度地限制电动机的输出。但是，如果当车辆减速以停止时电动机的输出上限值突然减小到最终目标值(例如，零)，则将会对驾驶员引起显著的不舒适。因此，根据前述构造，将从通过关系相关信息设定的用于零车速的电动机的输出上限值随着所述车辆停止之后经过的时间而减小的值设定为电动机的输出上限值。因此，电动机的输出上限值可以减小至最终目标值而不会对驾驶员引起显著的不舒适。例如，电动机的输出上限值可以减小至零。

当所述车辆从停止状态启动时，所述输出限制装置使所述电动机的所述输出上限值随着所述车辆启动之后经过的时间而增大，直到基于所述关系相关信息设定的所述输出上限值。

根据此构造，当车辆从停止状态启动时，电动机的输出上限值随着车辆启动之后经过的时间而增大，并最终增大至基于关系相关信息设定的与车速对应的输出上限值。因此，电动机的输出上限值可以从为车辆停止时设定的小值逐渐增大至根据车速设定的值，由此不会对驾驶员引起显著的不舒适。

所述电动机控制装置可以包括驱动所述电动机的电动机驱动电路，并且，所述输出限制装置可以控制从所述电源设备向所述电动机驱动电路供应的电力的上限，使得所述电动机的输出不超过所述输出上限值。

在此构造中，控制向电动机驱动电路供应的电力的上限，以实现对电动机的输出限制。因此，控制变得简单。

所述电源设备可以包括：主电源，其向包括所述电动机在内的设置在所述车辆中的多个电负载供应电源电力；以及副电源，其与所述主电源和所述电动机并联连接并连接在所述主电源与所述电动机之间，存储由所述主电源输出的电力，并通过利用所存储的电力来在向所述电动机供应电源电力时进行辅助。所述电力异常检测装置可以检测不能从所述主电源向所述电动机供应电源电力的状态。

在此构造中，设置主电源和副电源作为向电动机供应电源电力的电源。因此，如果由于断线等导致失去主电源向电动机供应电源电力的能力，则仍然可以从副电源向电动机供应电源电力。但是，如果在不进行任何改变的情况下通过利用副电源来继续转向辅助控制(电动机的控制)，则当发生其中副电源的电源供电能力失去的状况时，所获得转向辅助突然变无。在该情况下，会对驾驶员引起显著的不舒适。

根据前述结构，在电力异常检测装置检测到不能从主电源向电动机供应电源电力的状态的情况下，当车速降低时，输出限制装置执行电动机的输出限制，由此转向盘的操作变得沉重，因此可以在较早阶段使驾驶员发觉异常。结果，可以预期实现对失效修理的有利安排。

本发明的第二方面提供了一种车辆转向方法，其用于控制电动机的输出，所述电动机被供应来自电源设备的电源电力并在转向盘的转向操作时产生进行辅助的辅助力。所述方法包括以下步骤：检测所述电源设备的电源电力供应能力的异常；并检测车速。控制所述电动机的输出，使得当检测到所述电源设备的电源电力供应能力的异常时，如果检测到的所述车速降低，则加强所述电动机的输出限制。

附图说明

参考附图，根据以下对示例性实施例的描述，本发明的上述及其他目的、特征及优点将变得清楚，其中将使用类似的附图标记来表示类似的元件，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的电动助力转向设备的总体系统构造图；

图2是根据实施例的表示转向辅助控制例程的流程图；

图3是根据实施例的表示辅助对照图的特性图；

图4是根据实施例的表示上线电力设定例程的流程图；并且

图5是根据实施例的表示上限电力设定对照图的特性图。

具体实施方式

此后将参照附图描述根据本发明的实施例的用于车辆的转向设备。图1表示第一实施例的用于车辆的电动助力转向设备的总体构造。

此电动助力转向设备包括作为主要部分的如下部件：根据转向盘11的转向操作使转向路面车轮转向的转向机构10，组装于转向机构10以产生转向辅助转矩的电动机20，驱动电动机20的电动机驱动电路30，将主电源100的输出电压升高并因此向电动机驱动电路30供应源电力的升压电路40，与电源供应电路并联连接在升压电路40与电动机驱动电路30之间的辅助电源50，以及控制电动机20和升压电路40的工作的电子控制单元60。

转向机构10是用于通过转动操作转向盘11来使左右前轮FWL、FWR转向的机构，并包括转向轴12，转向轴12在其上端处连接至转向盘11以与转向盘11一体转动。齿轮13连接至转向轴12的下端以与转向轴一体转动。齿轮13与形成在齿条14上的齿条齿啮合，从而与齿条14一起形成齿条齿轮机构。左右前轮FWL、FWR的转向节(未示出)可转向地经由拉杆15L、15R连接至齿条14的两端。根据齿条14随着转向轴12绕其自身轴线的转动而在齿条14的自身轴线的方向上的位移，左右前轮FWL、FWR向左和向右转向。

用于转向辅助的电动机20组装于齿条14。电动机20的转轴经由滚珠丝杠机构16连接至齿条14，以能够传递机械动力。转轴的旋转向左右前轮FWL、FWR施加转向力，从而在转向操作时辅助驾驶员。丝杠机构16用作减速器和旋转直线运动转换器，即，在将电动机20的旋转的速度降低并将该旋转转换为直线运动的同时将电动机20的运动传递至齿条14。

转向轴12设置有转向转矩传感器21。转向转矩传感器21输出与由于转向盘11的枢转操作而作用在转向轴12上的转向转矩相应的信号。此后将由转向转矩传感器21输出的信号所检测到的转向转矩值术语化为转向转矩Tx。通过转向转矩Tx的正负符号来区别转向盘11的操作方向。在此实施例中，当转向盘11沿着右手方向转动时引起的转向转矩Tx表示为正值，而当转向盘11沿着左手方向转动时引起的转向转矩Tx表示为负值。因此，当以下讨论转向转矩Tx的大小时，将使用其绝对值的大小。

电动机20设置有转动角传感器22。此转动角传感器22被结合在电动机20内，并输出与电动机20的转子的转动角速度相应的检测信号。来自转动角传感器22的检测信号用于计算电动机20的转动角和转动角速度。此外，电动机20的转角与转向盘11的转向角成比例，并因此也用作转向盘11的转向角。此外，作为电动机20的转动角的时间微分的转动角速度与转向盘11的转向角速度成比例，并因此也用作转向盘11的转向速度。此后，由转动角传感器22的输出信号检测得到的转向盘11的转向角的值将被术语化为转向角θx，并且通过对转向角θx进行微分获得的转向角速度的值被术语化为转向角速度ωx。转向角θx的正号和符号分别表示从转向盘11的中性位置沿着向右方向和向左方向的转向角。在此实施例中，转向盘11的中性位置由“0”表示，并且从中性位置沿着向右方向的转向角由正值表示，而从中性位置沿着向左方向的转向角由负值表示。

电动机驱动电路30是由各由MOSFET形成的六个开关元件31至36组成的三相逆变电路。具体而言，通过将第一开关元件31和第二开关元件32串联连接形成的电路、通过将第三开关元件33和第四开关元件34串联连接形成的电路、以及通过将第五开关元件35和第六开关元件36串联连接形成的电路被并联地互联，从各个串联电路的两个开关元件(31-32，33-34，35-36)之间的线路引出电源供应线37。

电流传感器38设置在从电动机驱动电路30延伸至电动机20的电源供应线37上。此电流传感器38检测(测量)分别对于各相流动的电流，并将与检测到的电流值对应的检测信号输出至电子控制单元60。此后，该测量得到的电流值将被术语化为电动机电流iuvw。此外，此电流传感器38将被术语化为电动机电流传感器38。

对于开关元件31至36中的每个，其栅极连接至电子控制单元60的辅助控制部分61(下文描述)，并且由来自辅助控制部分61的PWM控制信号来控制占空比。由此，将电动机20的驱动电压调节为目标电压。此外，如图中的电路符号所示，构成开关元件31至36的各个MOSFET具有作为其结构一部分的寄生二极管。

接着，将描述电动助力转向设备的电源供应系统。电动助力转向设备的电源设备包括：主电源100，使主电源100的输出电压升高的升压电路40，在升压电路40与电动机驱动电路30之间并与升压电路40和电动机驱动电路30并联连接的副电源50，以及设置在电子控制单元60内并控制通过升压电路40升高的电压的电源控制部分62。

通过将主电池101和交流发电机102并联地互联来构造主电源100，主电池101是具有12V的额定输出电压的通用车载电池，交流发电机102具有14V的额定输出电压并通过发动机的转动来发电。因此，主电源100购车14V系统的车载电源。

主电源100将电源电力供应至电动助力转向设备，以及诸如头灯等的其他车载电负载。电源供应线103连接至主电池101的电源端子(正极端子)，接地线111连接至其接地端子。

电源供应线103分支为控制系统电源线104和驱动系统电源线105。控制系统电源线104用作将电源仅供应至电子控制单元60的电源线。驱动系统电源线105用作将电源供应至电动机驱动电路30和电子控制单元60两者的电源线。

点火开关106连接至控制系统电源线104。电源继电器107连接至驱动系统电源线105。此电源继电器107通过来自电子控制单元60的辅助控制部分61的控制信号而转为接通，以形成用于电动机20的电源供应电路。控制系统电源线104连接至电子控制单元60的电源正极端子，并在其向着点火开关106的负载侧(电子控制单元60侧)延伸的中途部分具有二极管108。二极管108是回流防止元件，其阴极设置在电子控制单元60侧，并且其阳极设置在主电源100侧，并仅允许电流沿着电源供应的方向流动。

连接线109从驱动系统电源线105分支，连接线109在电源继电器107的负载侧连接至控制系统电源线104。连接线109连接至二极管108与控制系统电源线104连接所在的连接位置的电子控制单元60侧。此外，二极管110连接至连接线109。此二极管110被设置为其阴极连接至控制系统电源线104侧，并且其阳极连接至驱动系统电源线105侧。因此，形成了如下电路构造：其中电源电力能够从驱动系统电源线105经由连接线109向控制系统电源线104供应，但是不能从控制系统电源线104向驱动系统电源线105供应。驱动系统电源线105和接地线111连接至升压电路40。此外，接地线111还连接至电子控制单元60的接地端子。

电压传感器51在升压电路40与电源继电器107之间设置在驱动系统电源线105上。电压传感器51被设置用于对不能从主电源100向电动机20供应电源电力的状态进行检测。电压传感器51检测(测量)驱动系统电源线105与接地线111之间的电压，并将检测信号输出至电源控制部分62，并经由电源控制部分62输出至辅助控制部分61。此后，此电压传感器51将被术语化为第一电压传感器51，并且由此检测到的电压值将被术语化为主电源电压v1。

升压电路40由如下部件构成：设置在驱动系统电源线105与接地线111之间的电容器41，在电容器41的负载侧串联连接至驱动系统电源线105的升压线圈42，连接在位于升压线圈42的负载侧的驱动系统电源线105与接地线111之间的第一升压开关元件43，在第一升压开关元件43的连接点的负载侧串联连接至驱动系统电源线105的第二升压开关元件44，以及连接在位于第二升压开关元件44的负载侧的驱动系统电源线105与接地线111之间的电容器45。升压电源线112连接至升压电路40的次级侧。

在此实施例中，升压开关元件43、44是MOSFET，但是也可以将其他类型的开关元件用作升压开关元件43、44。此外，如图中的电路符号所示，构成升压开关元件43、44的各个MOSFET具有作为其结构的一部分的寄生二极管。

对于升压电路40，由电子控制单元60的电源控制部分62来控制升压。电源控制部分62将预定频率的脉冲信号输出至第一和第二升压开关元件43、44的栅极以使两个开关元件43、44接通和关断，由此从主电源100供应的电源电力的电压得到升高，并且在升压电源线112上产生预定的输出电压。在此情况下，第一和第二升压开关元件43、44被控制使得它们的接通-关断动作彼此相反。升压电路40在工作时在较短的时长内使第一升压开关元件43接通并使第二升压开关元件44关断以使电流流经升压线圈42，使得电力蓄积在升压线圈42中，并紧接着使第一升压开关元件43关断并使第二升压开关元件44接通，使得蓄积在升压线圈42中的电力输出。

通过电容器45使第二升压开关元件44的输出电压平滑。因此，从升压电源线112输出稳定的升压电源电力。在此情况下，可以并联地连接不同频率的多个电容器以提高平滑特性。此外，设置在升压电路40的输入侧的电容器41将噪音去除，否则噪音将向主电源100侧传递。

可以通过对第一和第二升压开关元件43、44的占空比的控制(PWM控制)来在例如20V至50V的范围内控制升压电路40的升压电压(输出电压)。此外，作为升压电路40，可以使用通用的DC-DC变压器。

升压电源线112分支为升压电压驱动线113和充电/放电线114。升压电压驱动线113连接至电动机驱动电路30的电源输入部分。充电/放电线114连接至副电源50的正极端子。

副电源50是存储从升压电路40输入的电力的蓄电设备，并且在电动机驱动电路30需要大量电力时通过向电动机驱动电路30供应电源电力来辅助主电源100。此外，当主电源100失效(失去其供应电源电力的能力)时，使用副电源50来单一地向电动机驱动电路30供应电源电力。因此，通过将多个蓄电单元串联连接使得能够维持与升压电路40的升压电压对应的电压，来构造副电源50。副电源50的接地端子连接至接地线111。作为此副电源，可以例如使用电容器(电双层电容器)。

副电源50还向电子控制单元60供应电源电力。当从主电源100向电子控制单元60的电源电力供应不能良好地进行时，副电源50代替主电源100向电子控制单元60供应电源电力。此外，电子控制单元60具有降压电路(DC/DC变压器，未示出)，该降压电路使从副电源50供应的电源电力的电压降低，并内置在电力接收部分中。利用该降压电路，电子控制单元60将电压调节至合适的电压。

电压传感器52设置在升压电路40的输出侧。电压传感器52检测升压电源线112与接地线111之间的电压，并将与检测值相应的信号输出至电源控制部分62。在此电路构造中，因为升压电源线112和充电/放电线114连接，所以由电压传感器52测量得到的测量值是升压电路40的输出电压(升压电压)和副电源50的输出电压(电源电压)中较高的电压。此后，电压传感器52将被术语化为第二电压传感器52，并且由此检测到的电压值将被术语化为输出电源电压v2。

此外，升压电压驱动线113设置有检测流经电动机驱动电路30的电流的电流传感器54。电流传感器54连接至电子控制单元60的电源控制部分62，并将表示测量到的输出电流i2的信号输出至电源控制部分62。此后，电流传感器54将被术语化为输出电流传感器54。

此外，充电/放电线114设置有检测流经副电源50的电流的电流传感器53。电流传感器53连接至电子控制单元60的电源控制部分62，并将表示测量得到的充电/放电电流isub的信号输出至电源控制部分62。电流传感器53识别电流的方向(即，从升压电路40向副电源50流动的充电电流，以及从副电源50向电动机驱动电路30流动的放电电流)，并测量电流的大小。充电/放电电流isub在作为充电电流流动时由正值表示，并在作为放电电流流动时由负值表示。此后，电流传感器53将被术语化为充电/放电电流传感器53，并且由此检测到的电流值将被术语化为充电/放电电流isub。

电子控制单元60具有作为主要部分的具有内置存储器等的微计算机。电子控制单元60的功能被粗略地划分为辅助控制部分61和电源控制部分62。辅助控制部分61连接至转向转矩传感器21、转动角传感器22、电动机电流传感器38、以及车速传感器23，并接收表示转向转矩Tx、转向角θx、电动机电力iuvw以及车速Vx的传感器信号的输入。辅助控制部分61基于这些传感器信号向电动机驱动电路30输出PWM控制信号以控制电动机20的驱动，并因此在转向操作时辅助驾驶员。

电源控制部分62通过执行升压电路40的升压控制来控制副电源50的充电和放电。电源控制部分62连接至第一电压传感器51、第二电压传感器52、充电/放电电流传感器53、以及输出电流传感器54，并接收表示主电源电压v1、输出电源电压v2、实际充电/放电电流isub、以及输出电流i2的传感器信号的输入。基于这些传感器信号，电源控制部分62将PWM控制信号输出至升压电路40，使得副电源50的荷电状态达到目标荷电状态。升压电路40通过根据输入的PWM控制信号控制第一和第二升压开关元件43、44的占空比，来改变升压电压，即升压电路40的输出电压。此外，当已经检测到主电源100的失效时，电源控制部分62停止升压电路40的电压升压工作。

辅助控制部分61和电源控制部分62彼此收发信息。例如，由电源控制部分62获得的信息(主电源电压v1、输出电源电压v2、充电/放电电流isub、以及输出电流i2)被供应至辅助控制部分61。

通常，在静态转向操作时或者在较低车速的情况下操作转向车把时，电动助力转向设备需要大量电力，这可以由下述的静态辅助控制得到理解。但是，为了预备暂时的大电力消耗而增大主电源100的容量是不优选的。因此，此实施例的电动助力转向设备配备有在暂时大电力消耗时补充电源供应的副电源50，而不是增大主电源100的容量。此外，为了有效地驱动电动机20，构造了包括升压电路40并将升压电力供应至电动机驱动电路30和副电源50的系统。

顺便提及，有时发生电源电力不能从主电源100供应至电动机20的情况。其原因的示例包括电源继电器107的失效、驱动系统电源线105的断线、电源线的不良连接器连接等。在这样的情况下，此实施例的电动助力转向设备通过仅使用副电源50来继续转向辅助控制。但是，因为存在对于能够从副电源50供应的电力量的限制，所以需要通过限制电动机20的输出(辅助力)来有效地利用副电源50保存的电力。但是，如果电动机输出被急剧地限制，则辅助转向力将急剧变化，会让驾驶员受惊或对驾驶员引起不舒适的感觉。因此，在此实施例中，当主电源100异常时，以不会对驾驶员引起不舒适的方式，并通过将安全性考虑在内，来限制电动机输出。

对于静态转向操作或者在低车速情况下的转向操作，如果不考虑舒适性，则对于转向辅助的需求较低。另一方面，对于在高车速情况下的转向操作，如果考虑安全性，则对于转向辅助的需求较高。例如，在为了避免与其他车辆接触等执行紧急转向操作的情况下，转向辅助是有效的。考虑这些因素，此实施例的电动助力转向设备根据主电源100是正常还是异常来切换转向辅助控制。

这里，将描述由电子控制单元60的辅助控制部分61执行的转向辅助控制。图2表示由辅助控制部分61执行的转向辅助控制例程。转向辅助控制例程作为控制程序存储在电子控制单元60的ROM内，并在点火开关106接通时启动，并以预定的短周期重复地执行。

当控制例程启动时，辅助控制部分61首先在步骤S11读取由车速传感器23检测到的车速Vx、由转向转矩传感器21检测到的转向转矩Tx、以及由第一电压传感器检测到的主电源电压v1。

随后在步骤S12，辅助控制部分61参考辅助对照图来计算与车速Vx和转向转矩Tx对应的电动机20的目标电流ias^*。辅助对照图是如图3所示用于基于车速Vx和转向转矩Tx来设定电动机的目标电流ias^*的参考对照图，并被存储在电子控制单元60的存储器中。辅助对照图设定目标电流ias^*，使得目标值随着转向转矩Tx的增大而增大，并根据车速改变转向转矩Tx与目标电流值ias^*之间的关系，并还将目标电流ias^*设定为锁着车速Vx变低而变大的值。此外，如图3所示的辅助对照图表示目标电流值ias^*相对于沿着向右方向的转向转矩Tx的特性。对于其沿着向右方向的特性，仅方向相反，就绝对值而言与如图3所示的特性没有不同。

电动机20的目标电流ias^*对应于电动机20的目标转矩。因此，为了将基于转向角θx、转向速度ωx等的补偿转矩纳入因素，可以将目标转矩ias^*校正对应的量。例如，可以将目标电流ias^*校正为将与如下补偿转矩对应的量纳入因素的目标值：该补偿转矩是转向轴12朝向基准位置的返回力(其与转向角θx成比例地增大)和与抵抗转向轴12的转动的阻抗力对应的反向转矩(其与转向速度ωx成比例地增大)的和值。为了该计算，将由转动角传感器22检测到的电动机20的转动角(与转向盘11的转向角θx对应)输入至辅助控制部分61。此外，通过对转向盘11的转向角θx对时间求微分来得到转向速度ωx。

接着，在步骤S13，辅助控制部分61从电动机电流传感器38读取流经电动机20的电动机电流iuvw。随后在步骤S14，辅助控制部分61反馈电动机电流iuvw，并计算电动机电流iuvw与已经计算得到的目标电流ias^*的偏差Δi，基于偏差Δi计算由PI控制(比例及积分控制)进行的中间命令电压v^*’。

随后在步骤S15，辅助控制部分61判定由第一电压传感器51检测到的主电源电压v1是否低于或等于主电源失效基准电压vref1。主电源失效基准电压vref1是用于判定是否存在主电源100的失效的设定电压，并被预先存储在电子控制单元60的ROM等中。辅助控制部分61执行的步骤S15的处理可以被视为本发明的电力异常检测装置。

如果在步骤S15，结果为“否”，即，判定为主电源100未失效，则处理进行至步骤S16，在步骤S16，辅助控制部分61将在步骤S14中计算得到的中间命令电压V^*’设定为命令电压v^*。

然后，在步骤S17，辅助控制部分61向电动机驱动电路30输出与命令电压v^*相应的PWM控制信号。此后，辅助控制部分61暂时结束控制例程。此控制例程以预定较短的周期重复地执行。因此，通过执行该控制例程，控制电动机驱动电路30的开关元件31至36的占空比，使得获得基于驾驶员转向操作的期望转向辅助力。

此外，电动机20的前述反馈控制通过由二相d-q轴坐标系表示的向量系统来执行，在所述二相d-q轴坐标系中，q轴表示电动机20的转动方向，而d轴表示与转动方向正交的方向。因此，辅助控制部分61配备有将由电动机电流传感器38检测到的三相电动机电流iuvw转换为d-q轴坐标系内的值的三相/二相坐标转换器(未示出)。此外，在设定目标电流ias^*时，同样，辅助控制部分61计算在d-q坐标系内的目标电流(Id^*，Iq^*)。在此情况下，引起电动机20产生转矩的q轴电流被设定为根据辅助对照图得到的目标电流ias^*。此外，为了计算与偏差(Id^*-Id，Iq^*-Iq)对应的三相电压命令值(命令电压v^*)，辅助控制部分61配备有二相/三相坐标转换部分(未示出)。利用二相/三相坐标转换部分，辅助控制部分61计算三相命令电压v^*。

在此实施例中，为了方便简单的说明，不是用d-q轴坐标系中的表示，而将目标电流简单地表示为ias^*，并将由电动机电流传感器38检测到的电动机电流表示为iuvw。

将回到对如图2所示的转向辅助控制的说明。如果主电源100正常(S15中的“否”)，则重复前述处(S11至S17)。如果主电源100失效因而主电源电压v1降低到主电源失效基准电压vref1以下，则对步骤S15中的判定的结果变为“是”，并且执行从步骤S18开始的处理。

在步骤S18，辅助控制部分61执行对电动机20的上限电力设定处理。将参照图4详细说明此处理。图4是表示上限电力设定例程的流程图。此上限电力设定例程被结合作为转向辅助控制例程中步骤S16的处理，因此在重复执行转向辅助控制例程所在的每个周期执行。

如果主电源100已经失效，则辅助控制部分61设定电动机20的输出的上限。电动机20的输出可以由转向辅助力和转向速度ωx的乘积表示。电动机20的输出可以被推定为作为电源电力向驱动电动机20的电动机驱动电路30供应的电力。因此，在此实施例中，为了方便地设定电动机20的输出的上限，来设定作为电源电力向电动机驱动电路30供应的电力的上限。

当上限电力设定例程启动时，辅助控制部分61首先在S101中由上限电力设定对照图来计算上限电力Pmax(Vx)。上限电力设定对照图被设置为用于如图5的实线所示根据车速Vx来设定要供应至电动机20的电力的上限值，并被存储在电子控制单元60的存储器中。由此上限电力设定对照图的特性可以理解，在车速Vx的从零到基准车速V0的范围内设定随着车速升高而增大的上限电力Pmax(Vx)。换言之，设定随着车速的降低而减小的上限电力Pmax(Vx)。此外，如果车速Vx超过基准车速V0，则设定固定的上限电力Pmax(Vx)。

电动机20的输出可以被推定为被供应至电动机20的电力。因此，在此上限电力设定对照图中，设定并存储了车速Vx与电动机20的输出上限值之间的关系。此外，对于上限电力Pmax(Vx)的设定，并不一定需要使用对照图。例如，可以通过允许从车速Vx推导上限电力Pmax(Vx)的信息(例如，函数)来设定上限电力Pmax(Vx)。

在根据车速Vx设定上限电力Pmax(Vx)之后，辅助控制部分61在步骤S102判定车速Vx是否为零(Vx＝0)。如果车速Vx为零(S10为“是”)，则处理进行至步骤S103，在步骤S103，辅助控制部分61检查车辆启动计时器计数值m是否为零(m＝0)。如果车辆启动计时器计数值不为零，则辅助控制部分61在步骤S104将车辆启动计时器计数值m清零。此车辆启动计时器计数值m用于对车辆从停止状态(Vx＝0)启动起所经过的时间进行计量。因此，步骤S103、S104的处理是为车辆的出发启动所准备的将计时器计数值重置的处理。

随后在步骤S105，辅助控制部分61判定停止计时器计数值n是否已经达到基准值α。如果停止计时器计数值n尚未达到基准值α，则处理进行至步骤S106，在步骤S106中，辅助控制部分61将停止计时器计数值n增加值1。此停止计时器计数值n用于对车辆停止起经过的时间进行计量。如果停止计时器计数值n已经达到基准值α(S105中的“是”)，则跳过步骤S106的处理。此外，当辅助控制例程启东时，车辆启动计时器计数值m和停止计时器计数值n被设定为值0。

随后，在步骤S107，辅助控制部分61使用以下等式(1)来计算最终上限电力Pmax：

Pmax＝((a-n)/a)·Pmax(Vx)    ...(1)

在步骤S107中计算得到最终上限电力Pmax之后，辅助控制部分61退出上限电力设定例程，并进行到转向辅助控制例程中的步骤S19。以转向辅助控制例程的相同周期执行上限电力设定例程。因此，步骤S105至S107形成了根据从车辆停止起经过的时间来使上限电力Pmax从Pmax(Vx)逐渐减小的处理。

紧接着车辆停止行驶之后，所设定的停止计时器计数值n是值0，并且Pmax(Vx)被直接设定为最终上限电力Pmax。当车辆处于停止状态时，每次重复上限电力设定例程时，使停止计时器计数值n递增。因此，每次最终设定的上限电力Pmax减小了上限电力Pmax(Vx)的1/a。然后，当停止计时器计数值n达到基准值α时，上限电力Pmax达到零。

在图5中，从车辆停止起上限电力Pmax的改变由箭头A表示。如图5所示，随着从车辆停止起的时间经过，上限电力Pmax从紧接着车辆停止之后发生的Pmax(0)减小，并接着最终达到零。可以根据上限电力设定例程的控制周期和基准值α将上限电力Pmax的减小的速率设定在期望值。

将返回至对如图4所示的上限电力设定例程的说明。如果在步骤S102中判定为车速Vx不为零，则辅助控制部分61在步骤S108中检查停止计时器计数值n是否为零(n＝0)。如果停止计时器计数值n不为零，则辅助控制部分61在步骤S109中将停止计时器计数值n清零。因此，步骤S108、S109的处理是为了车辆的停止而准备的重置计时器计数值的处理。

随后在步骤S110，辅助控制部分61判定车辆计时器计数值m是否已经达到基准值b。如果车辆启动计时器计数值m尚未达到基准值b，则辅助控制部分61在步骤S111使车辆启动计时器计数值m递增1。如果车辆启动计时器计数值m已经达到基准值b(S110中的“是”)，则跳过步骤S111的处理。

随后在步骤S112，辅助控制部分61通过使用以下等式(2)来计算最终上限电力Pmax：

Pmax＝(m/b)·Pmax(Vx)    ...(2)

在步骤S112中计算得到最终上限电力Pmax之后，辅助控制部分61退出上限电力设定例程，并进行到转向辅助控制例程中的步骤S19。因此，步骤S110至S112的处理是随着车辆出发启动之后经过的时间而逐渐地使上限电力Pmax从零增大至上限电力Pmax(Vx)的处理。

紧接着车辆开始行驶之后，所设定的车辆启动计时器计数值m是值0，并且上限电力Pmax被设定为零。然后，当车辆正在行驶时，每次重复上限电力设定例程就使车辆启动计时器计数值m递增。因此，上限电力Pmax与上限电力Pmax(Vx)的比例每次增大1/b。然后，当车辆启动计时器计数值m达到基准值b时，上限电力Pmax变为等于上限电力Pmax(Vx)。

在图5中，在车辆出发启动之后上限电力Pmax的改变由箭头B表示。如图5所示，随着出发启动起经过的时间，上限电力Pmax从零增大，并最终达到上限电力Pmax(Vx)。可以根据上限电力设定例程的控制周期和基准值b将上限电力Pmax的增大的速率设定在期望值。

在通过上限电力设定例程设定上限电力Pmax之后，辅助控制部分61进行至转向辅助控制例程中的步骤S19。在步骤S19，辅助控制部分61读取由第二电压传感器52检测到的输出电源电压v2和由输出电流传感器54检测到的输出电流i2。

随后在步骤S20，辅助控制部分61根据输出电源电压v2和输出电流i2的乘积来计算由20消耗的电力(被术语化为实际电力Px)。

随后在步骤S21，辅助控制部分61判定实际电力Px是否大于上限电力Pmax。作为上限电力Pmax，使用在步骤S18中设定的值。如果实际电力Px不大于上限电力Pmax(S21中的“否”)，则处理进行至步骤S16，在步骤S16，辅助控制部分61将在步骤S14中先前计算得到的中间命令电压v^*’设定为命令电压v^*。另一方面，如果实际电力Px大于上限电力Pmax(S21中的“是”)，处理进行至步骤S22，在步骤S22，辅助控制部分61计算实际电力Px与上限电力Pmax之间的偏差ΔP，并基于偏差ΔP通过PI控制(比例及积分控制)来计算命令电压v^*。即，辅助控制部分61反馈实际电力Px，并计算命令电压v^*使得实际电力Px与上限电力Pmax之间的偏差ΔP变为零。在此情况下，施加限制使得命令电压v^*不会降低至低于中间命令电压v^*’，并且实际电力Px不会超过上限电力Pmax。

根据前述实施例的电动助力转向设备，在主电源100失效的情况下，可以通过有效地利用副电源50的电力来继续转向辅助控制。即，当车辆正在行驶时，该设备执行控制以在对电动机20的输出施加上限限制的同时获得转向辅助力。当车辆处于停止状态时，该设备执行控制使得不产生转向辅助力。以此方式，可以实现副电源50的更长使用寿命。

在静态转向操作时，电动机20的电力消耗变得最大。因此，在静态转向操作时停止转向辅助的情况下，副电源50的使用寿命可以最有效地得到延长。另一方面，对于车辆行驶期间的转向操作，车速变得越高则使电动机20的电力消耗越小。此外，在车辆的行驶期间，考虑到安全性例如，在为了避免与其他车辆接触而执行紧急转向操作的情况下等，车速变得越高，则转向辅助的需求越强。

因此，在此实施例中，在异常时，例如当主电源100失效等时，通过如图5的对照图所示随着车速Vx升高而增大电动机20的上限电力Pmax，来确保安全性，并且通过随着车速Vx降低而减小电动机20的上限电力Pmax来约束副电源50的电力消耗。因此，可以保持安全性与副电源50的使用寿命之间的良好平衡。

此外，在紧接着车辆停止之后，不停止转向辅助，而是在车辆停止轴逐渐减小电动机20的上限电力Pmax。最终，停止转向辅助。因此，转向辅助特性不会急剧地改变。因此，该设备不会使驾驶员受惊，或不会对驾驶员引起显著不舒适的感觉。

此外，即使当车辆要启动时，电动机20的上限电力Pmax也从零逐渐增大至上限电力Pmax(Vx)，由此转向辅助特性不会急剧地改变，因此不会使驾驶员受惊，或不会对驾驶员引起显著不舒适的感觉。

此外，在主电源100失效的情况下，因为由于对电动机20的输出的限制导致转向盘的操作变得较沉重，所以能够使此异常被驾驶员发觉。因此，驾驶员可以在检测到主电源100失效之后的较早阶段应对该失效，例如，请求修理等。例如，即使主电源100失效，也可以通过像过去一直使用副电源50那样使用副电源50来继续转向辅助控制。在此情况下，副电源50的供应电力的能力可能会损失，转向辅助的提供急剧地中断，提高了对驾驶员引起显著不舒适感觉的可能性。另一方面，在此实施例中，通过从检测到主电源100的失效时起限制电动机20的输出，来基本防止对驾驶员引起这种不舒适感受的事件。

此外，在本实施例中，为了执行对电动机20的输出限制，通过使用向电动机驱动电路30供应的电力，即直流输出电源电压v2和输出电流i2的乘积(v2×i2)，来计算实际电力Px。因此，计算非常简单。此外，因为限制电动机20的输出的控制被结合在转向辅助控制中，并通过电动机驱动电路30的PWM控制来执行，所以此实施例不需要任何用于限制电动机输出的专用控制电路。因此，此实施例不会引起成本升高。

虽然以上已经解释了本发明的一些实施例，但是应该理解，本发明不限于所解释的实施例的细节，而是可以在不偏离本发明的实旨和范围的情况下，以本领域的技术人员可以进行的各种改变、修改或改进来实施。

例如，虽然以上实施例配备有作为电源设备的主电源100和副电源50，但是副电源50可以省略。在此情况下，只要通过检测主电源100的异常(例如，电源电压的降低等)来执行前述转向辅助控制即可。

此外，本实施例中的电动机驱动电路30、以及电子控制单元60的辅助控制部分61可以被视为本发明中的电动机控制装置。此外，转向辅助控制例程中的步骤S18至步骤S22的处理可以被视为本发明中的输出限制装置。

Claims (11)

1.一种车辆转向设备，包括：转向机构(10)，其在转向盘(11)的转向操作时使车轮(FWL，FWR)转向；电动机(20)，其被供应来自电源设备的电源电力，并产生对所述转向盘的所述转向操作提供辅助的辅助力；转向转矩检测装置，其用于检测驾驶员向所述转向盘输入的转向转矩；以及电动机控制装置，其至少基于由所述转向转矩检测装置检测到的所述转向转矩来控制所述电动机的驱动，所述车辆转向设备的特征在于包括：

电力异常检测装置，其用于检测所述电源设备的电源电力供应能力的异常；以及

车速检测装置，其用于检测车速，

其中，所述电动机控制装置包括输出限制装置，当由所述电力异常检测装置检测到所述电源设备的所述电源电力供应能力的异常时，随着由所述车速检测装置检测到的所述车速降低，所述输出限制装置用于加强所述电动机的输出限制。

2.根据权利要求1所述的车辆转向设备，其中，所述输出限制装置存储关系相关信息，所述关系相关信息表示所述电动机的输出上限值与由所述车速检测装置检测到的所述车速的关系，并且所述关系相关信息被设定为使得，如果所述车速降低，则所述电动机的输出上限值减小，并且所述电动机控制装置控制所述电动机的输出不超过基于所述关系相关信息建立的所述输出上限值。

3.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其中，当在所述车速降低之后所述车辆达到停止时，所述输出限制装置随着所述车辆停止之后时间的经过，使所述电动机的所述输出上限值从基于在所述车速基本为零的情况下的所述关系相关信息设定的所述输出上限值减小。

4.根据权利要求2所述的车辆转向设备，其中，当所述车辆从停止状态启动时，所述输出限制装置随着所述车辆启动之后时间的经过，使所述电动机的所述输出上限值逐步增大至基于所述关系相关信息设定的所述输 出上限值。

5.根据权利要求3所述的车辆转向设备，其中，当所述车辆从停止状态启动时，所述输出限制装置随着所述车辆启动之后时间的经过，使所述电动机的所述输出上限值逐步增大至基于所述关系相关信息设定的所述输出上限值。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的车辆转向设备，其中，所述电动机控制装置包括驱动所述电动机的电动机驱动电路，并且

其中，所述输出限制装置控制从所述电源设备向所述电动机驱动电路供应的电力的上限，使得所述电动机的输出不超过所述输出上限值。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆转向设备，还包括检测所述电源设备的电压的电压传感器，

其中，所述电力异常检测装置通过将由所述电压传感器检测到的所述电压与预设电源失效基准电压进行比较来对所述电源设备的所述电源电力供应能力的异常进行检测。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆转向设备，其中，所述电源设备包括：主电源，其向包括所述电动机在内的设置在所述车辆中的多个电负载供应电源电力；以及副电源，其与所述主电源和所述电动机并联连接并连接在所述主电源与所述电动机之间，存储由所述主电源输出的电力，并通过利用所存储的电力来对向所述电动机供应电源电力提供辅助，并且

其中，所述电力异常检测装置检测不能够从所述主电源向所述电动机供应电源电力的状态。

9.根据权利要求8所述的车辆转向设备，还包括用于检测所述主电源的电压的电压传感器，

其中，所述电力异常检测装置通过将由所述电压传感器检测到的所述电压与预设电源失效基准电压进行比较来对所述电源设备的所述电源电力供应能力的异常进行检测。

10.根据权利要求2至5中任一项所述的车辆转向设备，其中：

所述电动机控制装置基于检测到的所述转向转矩来计算所述电动机的 命令电压，并通过利用所述命令电压来控制所述电动机；并且

如果所述电动机的输出超过所述输出上限值，则所述输出限制装置通过基于所述电动机的输出与所述输出上限值之间的差异重新计算所述命令电压来执行控制，使得所述电动机的输出不超过所述输出上限值。

11.一种车辆转向方法，其用于控制电动机(20)的输出，所述电动机被供应来自电源设备的电源电力，并产生对用于车辆的转向盘(11)的转向操作提供辅助的辅助力，所述车辆转向方法的特征在于包括以下步骤：

检测所述电源设备的电源电力供应能力的异常；

检测车速，

控制所述电动机的输出，使得当检测到所述电源设备的所述电源电力供应能力的异常时，随着检测到的所述车速降低，加强所述电动机的输出限制。 

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