CN102407878A - 电动转向装置、故障判断方法及电流估算方法 - Google Patents

电动转向装置、故障判断方法及电流估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动转向装置，该电动转向装置包括：一转矩传感器、一电流侦测器及一电子控制单元，其中该转矩传感器用来侦测施加至一方向盘上的一转矩；该电流侦测器用来测量流入一驱动电机的电流；以及该电子控制单元依据被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流、并比较该估算电流与该测量电流，以判断该转矩传感器或该电流侦测器的故障。本发明还公开一种故障判断方法及电流估算方法。

Description

电动转向装置、故障判断方法及电流估算方法
技术领域
本发明是关于一种电动转向装置。
背景技术
如业内通常所知，车辆包括有一动力转向装置以减少方向盘（把手）的转向力，保护转向安全。有各种类型的动力转向装置，而电动转向装置则是最近正在流行的，其利用电机的旋转力而帮助驾驶员转向操作。
这种电动转向装置能够依据车辆的驾驶情况而允许电子控制单元驱动电机，从而在低速驾驶条件下提供了一种轻盈、舒适的转向感觉，而在高速驾驶条件下提供了一种沉重的转向感觉及极好的方向稳定性。
由于电动转向装置是通过驱动电机而提供转向力，所以重要的是适当地控制流入电机的电流。因此，对于流入电动转向装置的电机的电流进行精确控制的研究是越来越多。
发明内容
因此，本发明已经用来解决出现在现有技术中的以上问题。本发明的一目的在于提供一种电动转向装置、故障判断方法及电流估算方法，其能处理转矩传感器或电流检测器的不正常运作。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电动转向装置包括：一转矩传感器、一电流侦测器及一电子控制单元，其中该转矩传感器用来侦测施加至一方向盘上的一转矩；该电流侦测器用来测量流入一驱动电机的电流；以及该电子控制单元依据被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流、并比较该估算电流与该测量电流，以判断该转矩传感器或该电流侦测器的故障。
为达上述目的，本发明还采用如下技术方案：一种判断电动转向装置的故障的方法包括以下步骤：利用一转矩传感器侦测施加至一方向盘的转矩；利用一电流侦测器测量流入一驱动电机的电流；利用一电子控制单元依据该被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流；以及比较流入该驱动电机的电流的测量值与流入该驱动电机的电流的估算值，以判断该转矩传感器或该电流侦测器的故障。
为达上述目的，本发明还采用如下技术方案：一种借助电子控制单元估算流入驱动电机的电流的方法包括以下步骤：接收来自于一转矩传感器的被施加于一方向盘上的转矩的一侦测值；依据该转矩的该侦测值确定该方向盘的角速度；根据该方向盘的角速度及一减速器的传动比，计算该驱动电机的角速度；以及根据该驱动电机两端的电压、该驱动电机的反电动势常数、该驱动电机的电阻及该驱动电机的角速度估算流入该驱动电机的电流。
如以上所述，本发明能够在测量电流与估算电流间的差值大于一标准值时停止该电动转向装置的运作。
附图说明
本发明的上述及其它目的、特征和优点将从以下的详细描述中并结合附图变得更为明白，其中：
图1和图2表示依据本发明一实施例的一种电动转向装置；
图3是依据本发明该实施例的电动转向装置的一种运作流程图；
图4是一流程图，表示依据本发明一实施例的一种判断电动转向装置的故障的方法；以及
图5是一流程图，表示依据本发明一实施例的一种借助电子控制单元估算流入驱动电机的电流的方法。
具体实施方式
下面，将参考附图以说明本发明的典型实施例。在以下描述中，出现在不同附图中的相同元件将以相同参考数字做标示。进一步地，在本发明的以下描述中，当对所采用的现有功能和构造进行详细描述而会造成本发明的主题相当不清楚时，将会省略对它们的详细描述。
另外，在描述本发明的构件时，在此可以使用像第一、第二、A、B、(a)、(b)或其它类似的术语。但并不是利用这些术语定义一相应构件的本质、次序或顺序，而仅仅是用来使得该相应构件与其它构件区别开来。应当注意的是，如果在说明书中描述一构件是被“连接”、“连结”或“结合”至另一构件，尽管该第一构件可以是被直接连接、连结或结合至该第二构件上，但还可以有一第三构件是被“连接”、“连结”或“结合”于该第一构件与该第二构件之间。
图1和图2表示依据本发明一实施例的一种电动转向装置。
参照图1及图2，依据本发明一实施例的该电动转向装置包括一转矩传感器140，用来侦测施加至一方向盘（未图示）上的转矩；一电流侦测器160，用来测量流入一驱动电机120的电流；以及一电子控制单元150，能够依据被侦测到的转矩估算流入驱动电机120的电流，并比较该估算电流与该测量电流以判断该转矩传感器140或该电流侦测器160的故障。在下面，将更详细地描述依据本发明该实施例的该电动转向装置。
一输入轴110的一端连结至安装于驾驶员座位附近的该方向盘上，且该输入轴110通过一扭力杆连接至一输出轴（未图示）。该驱动电机120被安装成自该输入轴110倾斜一特定角度，以提供一辅助转向力。
一减速器130包括一主动齿轮及一被动齿轮，并被连接至该驱动电机120的一旋转轴的一端及该输出轴的一端，以将该驱动电机120的驱动力传送至该输出轴。
该扭力杆借助该输入轴110与该输出轴的相对旋转而被扭曲，该转矩传感器140位于该输入轴110与该输出轴之间，以侦测该扭力杆的扭曲角度并输出一转矩感应信号。
该电子控制单元150接收来自于该转矩传感器140的转矩感应信号，从而确定施加至该方向盘上的转矩，并依据该转矩确定该驱动电机120的一估算电流。
该电流侦测器160侦测流入该驱动电机120的一电流，并输出一电流侦测信号至该电子控制单元150。该电子控制单元150接收该电流侦测信号，并决定流入该驱动电机120的一测量电流的大小。该电流侦测器160可以包括一霍尔传感器或一分流电阻。
然后，该电子控制单元150能将流入该驱动电机120的该测量电流的大小与通过计算得到的驱动电机120的该估算电流的大小进行比较，且检查该转矩传感器140或该电流侦测器160的故障。
下面，将详细描述计算该驱动电机120的一估算电流的流程。
一估算电流与该驱动电机120的电压之间的关系可以用公式(1)表示：
Vm = Rm x Im + Ke x Wm ... (1)
Vm：该驱动电机两端的电压；
Rm：该驱动电机的电阻；
Im：该驱动电机的估算电流；
Ke：该驱动电机的反电动势常数；
Wm：该驱动电机的角速度。
该驱动电机120的一估算电流可以利用根据公式(1)得到的公式(2)来计算：
Im = (Vm - Ke x Wm) / Rm ... (2)。
然后，由于该驱动电机120两端的电压Vm及该驱动电机120的反电动势常数Ke均为常数，所以流入该驱动电机120的电流能够根据该驱动电机120的角速度Wm来计算。
该驱动电机120的角速度Wm能够通过公式(3)得到：
Wm = Ws x Kg ... (3)
Ws：该方向盘的角速度
Kg：该减速器的传动比。
由于该方向盘的角速度Ws可以通过施加于该方向盘上的转矩计算得到，而该减速器的传动比Kg已经被预先确定，所以该驱动电机120的角速度能够通过公式(3)计算得到。亦即，该电子控制单元150能够根据该方向盘的角速度及该减速器的传动比而确定该驱动电机120的角速度。
依据本发明的该实施例，该电子控制单元150能够通过公式(1)至(3)计算出该驱动电机120的估算电流Im，并能够储存一种依据该驱动电机120的角速度绘制的该驱动电机120的估算电流Im的表格，或者是一种依据施加于该方向盘上的转矩绘制的该驱动电机120的估算电流Im的表格。该电子控制单元150利用储存表就能够依据该角速度Wm或扭矩确定估算电流Im，而不需要计算。
下面，将详细描述依据本发明该实施例的该电动转向装置的运作。
图3是一种流程图，说明了依据本发明该实施例的电动转向装置的一种运作方式。
步骤S200，该电子控制单元150依据来自该电流侦测器160的一电流侦测信号确定该驱动电机120的一测量电流，并通过对应于来自该转矩传感器140的一转矩感应信号的一转矩确定该驱动电机120的一估算电流。
步骤S210，该电子控制单元150将依据来自该电流侦测器160的电流侦测信号所确定的该驱动电机120的测量电流与通过对应于来自该转矩传感器140的转矩感应信号的转矩所确定的该驱动电机120的估算电流进行比较，并判断该测量电流与该估算电流之间差值是否小于一标准值。上面已经描述过如何计算该估算电流，所以在此省略其详细描述。
步骤S220，如果该电子控制单元150确定该测量电流与该估算电流之间差值是小于标准值，则该电子控制单元150将为该驱动电机120供应电流。
步骤S230，如果该电子控制单元150确定该测量电流与该估算电流之间差值是大于标准值，则该电子控制单元150将停止为该驱动电机120供应电流。
亦即，当该测量电流与该估算电流之间差值大于标准值时，该转矩传感器140与该电流侦测器160极有可能处于不正常的运作。
因此，依据本发明该实施例的电动转向装置能够在该测量电流与该估算电流之间差值大于标准值时，通过停止向该驱动电机120供应电流以处理该转矩传感器140或该电流侦测器160的不正常运作。
图4是一流程图，表示依据本发明一实施例的一种判断电动转向装置的故障的方法。
参照图4，依据本发明该实施例的判断电动转向装置中故障的方法，包括以下步骤：步骤S400，利用一转矩传感器140侦测施加至一方向盘的转矩；步骤S402，利用一电流侦测器160测量流入一驱动电机120的电流；步骤S404，利用一电子控制单元150依据被测测到的转矩估算流入该驱动电机120的电流；以及步骤S406，比较流入该驱动电机120的电流的测量值（测量电流）与流入该驱动电机120的估算值（估算电流），以判断该转矩传感器140或该电流侦测器160的故障。
在步骤S406中，如果流入该驱动电机120的电流的该测量值（测量电流）与该估算值（估算电流）之间差值大于一标准值，则可以确定该转矩传感器140或该电流侦测器160出现故障。
参照图4所示，依据本发明该实施例的判断电动转向装置中故障的方法，还进一步包括以下步骤：步骤S408，执行一控制操作，使得在步骤S406之后当该转矩传感器140或该电流侦测器160被确定出现故障时，能够停止对该驱动电机120供应电流。
图5是一流程图，表示依据本发明一实施例在电动转向装置中借助一电子控制单元150估算流入一驱动电机120的电流的方法。
参照图5所示，依据本发明该实施例在电动转向装置中借助一电子控制单元150估算流入一驱动电机120的电流的方法，包括以下步骤：步骤S500，接收来自一转矩传感器140的施加于一方向盘的转矩的一侦测值；步骤S502，依据该转矩的侦测值确定该方向盘的角速度；步骤S504，依据该方向盘的角速度及一减速器130的传动比以计算该驱动电机120的角速度；以及步骤S506，依据该驱动电机120两端的电压Vm、该驱动电机120的反电动势常数Ke、该驱动电机120的电阻Rm及该驱动电机120的角速度Wm估算流入该驱动电机120的电流。
在步骤S506中，该电子控制单元150能够利用公式(2)计算流入该驱动电机120的电流的一估算值（估算电流）Im。
在步骤S504中，该电子控制单元150能够利用公式(3)计算该驱动电机120角速度Wm。
即使上面描述的本发明一实施例的所有构件是作为一种单独的装置而被耦接，或者是被耦接而作为一种单独的装置操作，本发明不必要局限于这样的一实施例中。也就是，在这些构件中，一个或一个以上的构件可以被选择性耦接而作为一个或一个以上的装置被操作。此外，每一构件可以被当作一个独立的硬件来执行，一些或所有的构件可以实际被选择性地互相结合，因此他们能够被当作一电脑程序执行，具有一个或多个程序模块以执行一些或所有的结合在一个或多个硬件中的功能。形成电脑程序的代码或代码段能够很容易地被本发明所属领域的一般技术人员所想到。这种电脑程序可以通过被储存在电脑可读记忆存储媒介中并能够被电脑读取及执行以实施本发明的各实施例。可以利用一磁性记录媒介、一光学记录媒介、一载波媒介或其它类似的媒介作为存储媒介。
另外，由于术语，例如“包含”、“包括”及“具有”，表示可以存在一个或一个以上的对应的构件，除非它们被具体地描述成为相反的意思，否则它将被解释为能够包括一个或一个以上其它构件。所有的包含一个或一个以上技术的或科技的术语，如果没有别的定义，他们都具有与本领域技术人员所通常理解的相同的意思。一个术语，通常性地使用在字典中被定义的那样，但如果它被清楚地定义于本发明的说明中，则该术语应当被解释为：它具有等于在一有关描述的内容中的含义，而不应当以一种理想的或过分的正式意思被解释。
尽管以上仅为了说明性的目的而描述本发明的较佳实施例，但是熟悉本领域的技术人员应能理解，在不背离本发明的精神和范围内的各种修改、增添和等同替换都是可能的。因此，在本发明中揭示的实施例是想要说明本发明技术思想的范围，而不能用该实施例局限本发明。本发明的范围应当以所附权利要求为基础而做解释，因此被包括在等同于权利要求的范围内的所有的技术思想都属于本发明。

Claims (13)

1.一种电动转向装置，其特征在于： 该电动转向装置包括：
一转矩传感器，用来侦测施加至一方向盘上的一转矩；
一电流侦测器，用来测量流入一驱动电机的电流；以及
一电子控制单元，依据被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流，并比较该估算电流与该测量电流，以判断该转矩传感器或该电流侦测器的故障。
2. 如权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于：该电子控制单元根据该驱动电机的角速度、该驱动电机两端的电压、该驱动电机的反电动势常数、以及该驱动电机的电阻计算该估算电流。
3. 如权利要求2所述的电动转向装置，其特征在于：该电子控制单元根据该被侦测到的转矩确定该方向盘的角速度，并检查一减速器的传动比以传送该驱动电机的一驱动力至一输出轴上，该输出轴通过一扭力杆连接至一输入轴，且该输入轴连接至该方向盘；并且该电子控制单元根据该方向盘的角速度与该减速器的传动比确定该驱动电机的角速度。
4. 如权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于：该电子控制单元储存一种根据施加于该方向盘上的转矩绘制的该驱动电机的估算电流的表格或者一种依据该驱动电机的角速度绘制的该驱动电机的估算电流的表格，并依据该被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流。
5. 如权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于：如果该估算电流与该测量电流之间差值大于一标准值，该电子控制单元就确定该该转矩传感器或该电流侦测器出现故障。
6. 如权利要求5所述的电动转向装置，其特征在于：当确定该转矩传感器或该电流侦测器发生故障时，该电子控制单元执行一控制操作，以停止对该驱动电机供应电流。
7. 如权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于：该电流侦测器利用一霍尔传感器或一分流电阻测量流入该驱动电机的电流。
8. 一种判断电动转向装置中的故障的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
利用一转矩传感器侦测施加至一方向盘的转矩；
利用一电流侦测器测量流入一驱动电机的电流；
利用一电子控制单元依据该被侦测到的转矩估算流入该驱动电机的电流；以及
比较流入该驱动电机的电流的测量值与流入该驱动电机的电流的估算值，以判断该转矩传感器或该电流侦测器的故障。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于：在判断故障的所述步骤中，当流入该驱动电机的电流的测量值与流入该驱动电机的电流的估算值之间的差值大于一标准值时，就确定该转矩传感器或该电流侦测器发生故障。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：执行一控制操作，使得在所述的判断故障的步骤之后当该转矩传感器或该电流侦测器被确定为出现故障时，能停止对该驱动电机供应电流。
11. 一种利用一电子控制单元估算流入一驱动电机的电流的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
接收来自于一转矩传感器的被施加于一方向盘上的转矩的一侦测值；
依据该转矩的该侦测值确定该方向盘的角速度；
根据该方向盘的角速度及一减速器的传动比，计算该驱动电机的角速度；以及
根据该驱动电机两端的电压、该驱动电机的反电动势常数、该驱动电机的电阻及该驱动电机的角速度估算流入该驱动电机的电流。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于：在估算流入该驱动电机的电流的所述步骤中，该电子控制单元利用下面公式计算流入该驱动电机的电流的一估算值：
Im = (Vm - Ke x Wm) / Rm
其中Im表示该估算值，Vm为该驱动电机两端的电压，Ke为该驱动电机的反电动势常数，Wm为该驱动电机的角速度，以及Rm为该驱动电机的电阻。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于：在计算该驱动电机的角速度的所述步骤中，该电子控制单元利用下面公式计算该驱动电机的角速度：
Wm = Ws x Kg
其中Wm为该驱动电机的角速度，Ws为该方向盘的角速度，以及Kg为该减速器的传动比。
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