CN102745227A - 电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动动力转向装置。缓慢进行正常的继电器断开动作以使动作音减小，在检测出异常时高速地进行继电器断开。上述电动动力转向装置包括：用于切断对于电动机驱动单元的供电的安全防护电源继电器及电动机继电器，该电动机驱动单元对用向驾驶员的转向提供辅助转矩的电动机进行驱动；以及继电器驱动电路，该继电器驱动电路具有与继电器的驱动线圈并联连接的开关和二极管，在正常时的继电器断开动作中，使继电器触点通电电流的目标值下降，一边使得继电器断开时的与反电压大小相应的电流朝继电器驱动电路的二极管回流，一边缓慢进行继电器的切断，在检测出异常的情况下，不使继电器驱动电路进行动作，迅速切断继电器。

Description

电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动动力转向装置，特别涉及一种通过使电动机的动力作用于车辆用转向系统从而减小转向力用的电动动力转向装置。
背景技术
例如，如专利文献1所记载的那样，现有的电动动力转向装置包括故障检测单元，该故障检测单元监视电动机驱动单元的PWM信号，根据该PWM信号来判定装置的异常，并产生异常信号。在发生异常的情况下，根据异常信号，切断继电器电路，并停止对于电动机驱动单元的供电。
这样，由于专利文献1的电动动力转向装置包括上述那样的故障检测单元，根据异常信号来切断继电器电路，并停止对于电动机驱动单元的供电，因此能够保护装置不发生对PWM信号产生影响的所有异常。
专利文献1中，在发生异常时，为了停止对于电动机驱动单元的供电，提出了设置在车辆的电源和电动机驱动单元之间的安全防护电源继电器。
专利文献1：日本专利第2506269号公报
近年来，对于车载用电子设备要求静音化。然而，在上述的专利文献1中，存在未实施静音化应对措施的问题。
在近年来的汽车行业中，为了实施静音化应对措施，提出了缓慢进行机械继电器断开动作的方法。然而，该方法中，由于在装置发生异常的情况下，也在向机械继电器通电的状态下，缓慢进行切断，因此会在机械继电器的触点之间发生电弧放电，随之会产生耐触点熔敷能力下降的不良影响。因此，该方法中，由于对有效切断电流容量的限制较大，对于高输出产品的应用受到限制，因此存在不实用的问题。此外，在发生触点熔敷的情况下，可能在发生异常时会无法停止对电动机驱动单元供电，而这是作为电动动力转向装置的机械继电器所希望具有的功能。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种电动动力转向装置，该电动动力转向装置缓慢进行正常的继电器断开动作以减小动作音，在检测出异常时高速进行继电器断开从而维持安全性，由此兼顾安全性和舒适性。
本发明是一种电动动力转向装置，其特征在于，包括：电动机驱动单元，该电动机驱动单元对用于向驾驶员的转向提供辅助转矩的电动机进行驱动；至少一个继电器，该至少一个继电器用于切断对于所述电动机驱动单元的供电；转向力检测单元，该转向力检测单元检测所述驾驶员的转向力；控制单元，该控制单元至少根据所述转向力检测单元的检测结果，生成用于对所述电动机的输出转矩进行控制的电动机控制信号，并将该信号输出到所述电动机驱动单元；故障检测单元，该故障检测单元检测装置的异常；以及继电器缓慢切断单元，该继电器缓慢切断单元具有与设置于所述继电器的驱动线圈并联连接的开关单元、和与所述开关单元串联连接的二极管，所述继电器缓慢切断单元用于：在所述继电器的所述驱动线圈的励磁电压断开时，使所述开关单元导通，并使得与该驱动线圈端产生的反电压大小相应的电流朝所述二极管回流，所述控制单元切断所述继电器时，在所述故障检测单元未检测出装置异常的情况下，所述控制单元使继电器触点通电电流的目标值下降，在使所述继电器缓慢切断单元进行动作之后，切断所述继电器，在所述故障检测单元检测到装置异常的情况下，所述控制单元不使所述继电器缓慢切断单元进行动作，切断所述继电器。
由于本发明是一种电动动力转向装置，其特征在于，包括：电动机驱动单元，该电动机驱动单元对用于向驾驶员的转向提供辅助转矩的电动机进行驱动；至少一个继电器，该至少一个继电器用于切断对于所述电动机驱动单元的供电；转向力检测单元，该转向力检测单元检测所述驾驶员的转向力；控制单元，该控制单元至少根据所述转向力检测单元的检测结果，生成用于对所述电动机的输出转矩进行控制的电动机控制信号，并将该信号输出到所述电动机驱动单元；故障检测单元，该故障检测单元检测装置的异常；以及继电器缓慢切断单元，该继电器缓慢切断单元具有与设置于所述继电器的驱动线圈并联连接的开关单元、和与所述开关单元串联连接的二极管，所述继电器缓慢切断单元用于：在所述继电器的所述驱动线圈的励磁电压断开时，使所述开关单元导通，并使得与该驱动线圈端产生的反电压大小相应的电流朝所述二极管回流，所述控制单元切断所述继电器时，在所述故障检测单元未检测出装置异常的情况下，所述控制单元使继电器触点通电电流的目标值下降，在使所述继电器缓慢切断单元进行动作之后，切断所述继电器，在所述故障检测单元检测到装置异常的情况下，所述控制单元不使所述继电器缓慢切断单元进行动作，切断所述继电器，因此可实现一种电动动力转向装置，该电动动力转向装置缓慢进行正常的继电器断开动作以减小动作音，在检测出异常时高速进行继电器断开从而维持安全性，由此兼顾安全性和舒适性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动动力转向装置的结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电动动力转向装置的继电器驱动电路的结构的电路图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的电动动力转向装置的继电器驱动电路的实施例的电路图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的电动动力转向装置的继电器驱动电路在正常时的动作(换流二极管方式)的时序图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电动动力转向装置的继电器驱动电路在检测出异常时的动作(高速切断方式)的时序图。
具体实施方式
实施方式1.
下面，根据附图来说明本发明的实施方式。图1是表示实施方式1所涉及的电动动力转向装置的结构的框图。在图1中，1是电动动力转向装置，36是转矩传感器，37是电动动力转向装置1的电源，11是电动机。转矩传感器36与接口电路35相连接。转矩传感器36和接口电路35构成转向转矩检测单元3(转向力检测单元)。
对电动动力转向装置1的整体动作进行说明。
电动动力转向装置1设置在汽车等车辆上，利用电动机11来辅助产生转向力。
若驾驶员操作设置于车辆上的方向盘(未图示)，则由驾驶员所施加的旋转转矩会使得与方向盘联接的转向轴(未图示)产生扭转。转矩传感器36基于该扭转，检测出该旋转转矩，并经由接口电路35将旋转转矩信号输入到电动动力转向装置1。另外，电动动力转向装置1求出电动机11的旋转角度，并对应于该旋转角度，对电动机11进行通电而使其流过由转矩传感器36检测出的旋转转矩所对应的电流。若电动机11通电，则产生与该电流所对应的辅助转矩，并向转向轴施加辅助力。这样，转向轴进行旋转，并利用转向轴的前端的齿轮的作用，车轴(未图示)朝左右移动。车轴大致与转向轴垂直卡合。另外，在车轴的两端设置有车辆的两个车轮。因而，车辆的两个车轮的转向角随着转向轴的旋转而变化。
下面，对电动动力转向装置1的内部结构进行说明。
在图1中，2是CPU。CPU2由电源电路7驱动。电源电路7由电源37供电。另外，CPU2经由A/D转换器电路6与转向转矩检测单元3相连接。4是直流放大电路，5是电动机驱动单元。CPU2经由A/D转换器电路6及直流放大电路4，与电动机驱动单元5内的逆变器电路33相连接。经由A/D转换器电路6向CPU2输入来自转向转矩检测单元3和直流放大电路4的检测信号。CPU2根据这些检测信号，决定电动机控制信号，并输入到电动机驱动单元5。电动机驱动单元5根据电动机控制信号，经由电动机继电器10向电动机11进行通电。
电源电路7如图1所示，具有继电器驱动电路8(继电器缓慢切断单元)、安全防护电源继电器9、熔断器电路30、按键开关31、和恒压电路32。
另外，电动机驱动单元5具有逆变器电路33、和接口电路34。
另外，如图1所示，电动动力转向装置1中具有故障检测电路12，以作为发生异常时的异常检测单元。在故障检测电路12检测出异常的情况下，CPU2切断继电器驱动电路8，停止从电源37向电动机驱动单元5的供电。
另外，安全防护电源继电器9设置在电源37和电动机驱动单元5之间，以用于停止对于电动机驱动单元5的逆变器电路33的供电。
而且，在电动机11发生制动模式的情况下，为了保护其不受到制动模式的影响，在电动机11和电动机驱动单元5的逆变器电路33之间具有电动机继电器10。
图2是表示实施方式1所涉及的继电器驱动电路8的一个示例(以下设为继电器驱动电路8a)的图。此外，在图2中，在所有标号的最后都附加有a，各结构相当于除去a之后的相同编号的图1所示的结构。即，例如，CPU2a相当于图1的CPU2。此外，在图2中，13a是开关SW-1，16a是二极管。开关SW-1(13a)与二极管16a串联连接，并且与安全防护电源继电器9a和电动机继电器10a分别并联连接。另外，14a是开关SW-2，15a是稳压二极管。开关SW-2(14a)和稳压二极管15a并联连接。这样，继电器驱动电路8a由开关SW-1(13a)、二极管16a、开关SW-2(14a)、和稳压二极管15a构成。开关SW-1(13a)和开关SW-2(14a)以来自CPU2a的驱动信号为触发信号，控制导通和断开动作。
继电器驱动电路8a包括与设置于安全防护电源继电器9a和电动机继电器10中的驱动线圈并联连接的开关SW-1(13a)、和与开关SW-1(13a)串联连接的二极管16a，该继电器驱动电路8a用于：在安全防护电源继电器9a和电动机继电器10a的驱动线圈的励磁电压断开时，使开关SW-1(13a)导通，使得与驱动线圈端产生的反电压大小相应的电流朝二极管16a回流，缓慢进行继电器断开动作。在正常时的继电器断开动作时，进行继电器驱动电路8a的上述动作，但在检测出异常时的继电器断开动作时，不进行继电器驱动电路8a的上述动作。
在正常的继电器断开动作时，首先，使设置于逆变器电路33的FET全部断开，使安全防护电源继电器9a和电动机继电器10a的触点中的继电器触点电流下降。由此，继电器触点通电电流的目标电流值下降。因此，能够在继电器触点之间不产生电弧的状态下，利用CPU2a使SW-1(13a)导通，使SW-2(14a)断开。由此，安全防护电源继电器9a的驱动线圈和电动机继电器10a的驱动线圈分别励磁断开。由此，在各驱动线圈端产生反电压。由于SW-1(13a)导通，因此与所产生的反电压大小相应的电流朝二极管16a回流。由此，继电器线圈励磁电流缓慢衰减，安全防护电源继电器9a和电动机继电器10a缓慢切断。
此外，图2的开关SW-1(13a)和开关SW-2(14a)例如可使用双极型晶体管等半导体开关元件容易构成。
图3是利用具体的继电器驱动电路来构成图2的结构的实施例。此外，在图3中，虽然在所有标号的最后都附加有b，但各结构相当于具有除去b之后的相同编号的图1和图2所示的结构。在图3中，图2的开关SW-1(13a)由开关用晶体管-1(18b)构成。另外，图2的开关SW-2(14a)由开关用晶体管-2(17b)构成。开关用晶体管-1(18b)和开关用晶体管-2(17b)以来自CPU2b的驱动信号为触发信号，控制导通和断开动作。在图3的结构中，由于对开关SW-1(13a)和开关SW-2(14a)使用了晶体管即半导体开关元件，因此不会产生伴随着本电路动作的新的动作音。
图4是表示图3的继电器驱动电路的动作的图。在图4中，表示继电器驱动电路的正常的继电器断开动作的情况。若继电器驱动电路8b断开，则如上所述，由于在安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的驱动线圈端产生反电压，因此使得与反电压大小相应的电流朝二极管16b回流，使继电器驱动电流缓慢衰减。
在图4中，晶体管-1导通/断开动作18c表示图3的开关用晶体管-1(18b)的导通/断开动作的时序图。
另外，同样地，在图4中，晶体管-2导通/断开动作17c表示图3的开关用晶体管-2(17b)的导通/断开动作的时序图。
另外，在图4中，继电器线圈励磁电流20c表示使图3的安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的驱动线圈通电的电流的时序图。
而且，在图4中，继电器触点通电电流19c表示使继电器触点通电的电流的时序图。
另外，在图4中，继电器触点开闭状态21c表示继电器触点的开闭状态的时序图。
另外，在图4中，t1、t2、t3、t4、t5表示成为各触发信号的动作进行的时刻。
如图4所示，直到时刻t1为止，继电器触点通电电流19c为通电状态。在时刻t1～t2之间，使继电器触点通电电流19c的目标值下降，利用图1所示的电动机驱动单元5的逆变器电路33的PWM控制，使继电器触点通电电流19c逐渐减小，在时刻t2成为不通电状态。在时刻t2的时间点，图3的开关用晶体管-2(17b)导通，开关用晶体管-1(18b)断开。
接着，在时刻t3，使图3的开关用晶体管-1(18b)导通。另一方面，图3的开关用晶体管-2(17b)保持导通不变。由此，在使安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b进行继电器断开时，形成使得与驱动线圈两端产生的反电压大小相应的电流朝二极管16b回流的通电路径。
接着，在时刻t4，使图3的开关用晶体管-2(17b)断开。由此，图3的安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的励磁电压断开。因此，在时刻t4～t6之间，继电器线圈励磁电流20c衰减。另一方面，由于图3的开关用晶体管-1(18b)保持导通不变，因此与驱动线圈两端产生的反电压大小相应的电流朝二极管16b回流。利用该回流，时刻t4～t6之间的继电器线圈励磁电流20c的衰减变得缓慢。
此外，示出如下情况：在时刻t5，由于继电器线圈励磁电流20c成为保持继电器导通状态所需的预定的电流值以下，因此继电器触点开闭状态21c从闭合状态变成断开状态。
接着，在图3中，对电动动力转向装置发生异常的情况进行说明。
在发生异常的情况下，不降低使安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的触点通电的继电器触点通电电流19c的目标值，CPU2b不使开关用晶体管-1(18b)导通，使开关用晶体管-2(17b)断开。由此，安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的驱动线圈励磁断开。由此，反电压被吸收直到稳压二极管15b的稳压电压为止，而不使得与驱动线圈端产生的反电压大小相应的电流朝二极管16b回流。因此，反电压被吸收直到二极管16b的正向电压为止，与正常时的继电器断开动作的情况相比，安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的恢复时间变短。
图5是表示图3的示例的断开动作中发生异常时的动作的图。
首先，在图5中，晶体管-1导通/断开动作(18d)表示图3的开关用晶体管-1(18b)的导通/断开动作的时序图。
另外，同样地，在图5中，晶体管-2导通/断开动作(17d)表示图3的开关用晶体管-2(17b)的导通/断开动作的时序图。
另外，在图5中，继电器线圈励磁电流20d表示使图3的安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b的驱动线圈通电的励磁电流的时序图。
而且，在图5中，继电器触点通电电流19d表示使继电器触点通电的电流的时序图。
另外，在图5中，继电器触点开闭状态21d表示继电器触点的开闭状态的时序图。
另外，在图5中，t7、t8、t9表示成为各触发信号的动作进行的时刻。
在图5的继电器断开动作中，利用图1的电动机驱动单元5的逆变器电路的PWM控制，不使继电器触点通电电流19d逐渐减小。因而，在继电器触点通电电流19d的通电状态下，在时刻t7，使图3的开关用晶体管-1(18b)保持断开不变，使图3的开关用晶体管-2(17b)断开。由此，图5的继电器线圈励磁电流20d在时刻t7～t9之间衰减。这里，比较图4和图5。图5的继电器线圈励磁电流20d衰减的时间、即时刻t7～t9的期间比图4的继电器线圈励磁电流20c衰减的时间、即时刻t4～t6的期间要短。
另外，在图5中，示出如下情况：在时刻t8，继电器线圈励磁电流20d成为保持继电器导通状态所需的电流值以下，继电器触点开闭状态21d从闭合状态变成断开状态。
如上所述，在发生异常时，由于在保持使继电器触点通电电流19d通电的状态下，切断继电器触点，因此使继电器恢复时间缩短，确保高速切断性能。
如以上所说明的那样，本发明所涉及的电动动力转向装置中，正常的继电器断开动作为：使继电器触点通电电流的目标值下降，在使继电器驱动电路8进行动作之后，使安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b进行继电器断开，通过缓慢进行继电器断开，从而能减小继电器的触点打开时的动作音。
另外，本发明所涉及的电动动力转向装置中，在检测出异常时，不使继电器驱动电路8进行动作，使安全防护电源继电器9b和电动机继电器10b进行继电器断开，因此通过缩短继电器恢复时间，从而能缩短继电器触点之间产生的电弧放电时间。由此，能防止继电器触点熔敷，能可靠地保护其不受到制动模式的影响，安全性进一步提高。
因而，能够实现静音和舒适性优异、安全性进一步提高、可靠性高的电动动力转向装置。
标号说明
1电动动力转向装置，2 CPU，3转向转矩检测单元，4直流放大电路，5电动机驱动单元，6A/D转换器，7电源电路，8继电器驱动电路，9安全防护电源继电器，10电动机继电器，11电动机，12故障检测电路，13开关SW-1，14开关SW-2，15a、15b  稳压二极管，16a、16b  二极管，17b  开关用晶体管-2，17c、17d  晶体管-2导通/断开动作，18b  开关用晶体管-1，18c、18d  晶体管-1导通/断开动作，19c、19d  继电器触点通电电流，20c、20d  继电器线圈励磁电流，21c、21d  继电器触点开闭状态，37电源。

Claims (4)

1.一种电动动力转向装置，其特征在于，包括：
电动机驱动单元，该电动机驱动单元对用于向驾驶员的转向提供辅助转矩的电动机进行驱动；
至少一个继电器，该至少一个继电器用于切断对于所述电动机驱动单元的供电；
转向力检测单元，该转向力检测单元检测所述驾驶员的转向力；
控制单元，该控制单元至少根据所述转向力检测单元的检测结果，生成用于对所述电动机的输出转矩进行控制的电动机控制信号，并将该信号输出到所述电动机驱动单元；
故障检测单元，该故障检测单元检测装置的异常；以及
继电器缓慢切断单元，该继电器缓慢切断单元具有与设置于所述继电器的驱动线圈并联连接的开关单元、和与所述开关单元串联连接的二极管，
所述继电器缓慢切断单元用于：在所述继电器的所述驱动线圈的励磁电压断开时，使所述开关单元导通，并使得与该驱动线圈端产生的反电压大小相应的电流朝所述二极管回流，
在所述故障检测单元未检测出装置异常的情况下，所述控制单元使继电器触点通电电流的目标值下降，在使所述继电器缓慢切断单元进行动作之后，切断所述继电器，
在所述故障检测单元检测到装置异常的情况下，所述控制单元不使所述继电器缓慢切断单元进行动作，切断所述继电器。
2.如权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述继电器缓慢切断单元的所述开关单元由半导体开关元件构成。
3.如权利要求1或2所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述继电器设置在所述电动机驱动单元和其电源之间。
4.如权利要求1或2所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述电动机驱动单元包含逆变器电路，
所述继电器设置在所述逆变器电路和所述电动机之间。
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