CN103347770A - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置，其限制流过电动机继电器的大电流的连续通电时间，控制大电流使其减少，从而不需要使用大容量继电器作为电动机继电器，通过将廉价的小容量电磁式继电器用作电动机继电器，从而能够形成廉价的系统结构。本发明的电动助力转向装置，其根据运算得到的转向辅助指令值生成PWM信号，通过由开关元件构成的电动机驱动电路，对电动机进行PWM驱动，对转向系统进行辅助控制，同时，在电动机驱动电路与所述电动机之间夹插有电动机继电器，该电动助力转向装置设置有：转向状态检测单元，检测方向盘的转向状态，当检测出持久把持方向盘状态时，输出持久把持方向盘信号，当检测出正常转向状态时，输出正常转向信号；以及电动机电流控制单元，根据持久把持方向盘信号或正常转向信号，决定电动机电流控制值，该电动机电流控制值控制流过电动机继电器的电动机电流。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及电动助力转向装置，其能够向车辆的转向系统提供由无刷直流电动机产生的助力，特别是限制大电流的连续通电时间，大电流流过向无刷直流电动机供给电流的电磁式电动机继电器，而且，通过控制流过电动机继电器的上述大电流，使其慢慢减少，从而将扭矩变动抑制在低程度。
另外，本发明涉及电动助力转向装置，其推测向无刷直流电动机供给电流的电磁式电动机继电器的继电器弹簧部温度或继电器线圈部温度，将所推测的温度与规定温度（临界值）进行比较，再根据其比较结果控制（减少或增加）继电器电流。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构给予转向辅助力（助力）的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经减速机利用齿轮或皮带等传动机构，向转向轴或齿条轴给予转向辅助力。现有的电动助力转向装置，为了正确地产生转向辅助力的扭矩，进行电动机电流的反馈控制。反馈控制为调整电动机外加电流以使转向辅助指令值（电流指令值）与电动机电流检测值的差变小，电动机外加电流的调整一般通过PWM（脉冲宽度调制）控制的占空比的调整来进行。
如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明，方向盘1的柱轴（转向轴）2经过减速齿轮3、万向节4a及4b、齿臂机构5、转向横拉杆6a及6b，再通过轮毂单元7a、7b，连接在转向车轮8L、8R上。此外，在柱轴2中，设置有检测方向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对方向盘1的转向力进行辅助的电动机20经过减速齿轮3连接在柱轴2上。在控制电动助力转向装置的控制装置100中，在由电池13提供电力的同时，经过点火开关11，输入点火开关信号。控制装置100，根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Tr和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行辅助（转向辅助）指令的转向辅助指令值的运算，通过向转向辅助指令值实施补偿等的电流控制值E，控制供给电动机20的电流。并且，车速Vel也可以从CAN（ControllerArea Network，控制器局域网）等接收。
控制装置100主要由CPU（或MPU、MCU）构成，该CPU内部由程序执行的一般功能，如图2所示。
参照图2对控制装置100的功能及动作进行如下说明。由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Tr及由车速传感器12检测出的车速Vel被输入到转向辅助指令值运算单元101中，利用辅助图运算转向辅助指令值Iref。运算得到的转向辅助指令值Iref，根据过热保护条件等，在最大输出限制单元102中限制输出，限制了最大输出的电流指令值I被输入到减法单元103。
并且，转向辅助指令值运算单元101中的转向辅助指令值Iref的运算，也可以在转向扭矩T及车速Vel的基础上，进一步利用转向角进行运算。
减法单元103求出电流指令值I与被反馈回来的电动机20的电动机电流i之间的偏差ΔI（=I-i），偏差ΔI被PI等电流控制单元104所控制，被控制的电流控制值E被输入到PWM控制单元105中进行占空比运算，通过运算了占空比的PWM信号PS，经由电动机驱动电路106驱动电动机20。电动机20的电动机电流i在电动机电流检测电路107中被检测，电动机电流i被输入到减法单元103中并被反馈。
在用电流控制值E控制电动机电流，驱动电动机的电动机驱动电路中，下述结构的电动机驱动电路被广泛地使用，即，使用将半导体开关元件（FET）与电动机桥接的电桥电路，用根据电流控制值E所决定的PWM信号的占空比，对半导体开关元件进行开/关（ON/OFF）控制，从而控制电动机电流，最近在电动机中使用无刷直流电动机。下面，简单地说明三相无刷直流电动机的电动机驱动电路。
无刷直流电动机的结构为，在定子上缠绕电机线圈，转子由永磁铁构成，根据永磁铁的旋转位置，控制流过与永磁铁位置相对应的磁极线圈的直流电流的时刻，以使永磁铁的磁场与电机线圈形成的磁场垂直相交。检测永磁铁的旋转位置的旋转传感器被设置在定子上，传感器的检测元件的个数与电动机的相数成比例，若是三相无刷直流电动机则需要三个检测元件。在旋转传感器的检测元件中，可使用亷价的霍尔元件等。
图3为表示驱动三相无刷直流电动机20的电动机驱动电路106的大概结构的连线图。电动机驱动电路106为由6个半导体开关元件SW1~SW6构成的逆变电路，由电池13提供电力，由开关元件SW1及SW2的串联连接（A相）、开关元件SW3及SW4的串联连接（B相）、开关元件SW5及SW6的串联连接（C相）构成。此外，检测电动机20的电角的旋转传感器由三个检测元件（霍尔元件）H1、H2、H3构成，检测元件H1~H3被设置成与各相的中性轴偏移60°相位，各相的相电流值I1、I2、I3根据检测电动机20的电角的检测元件H1、H2、H3的上升和下降被开/关控制。
图4表示作为旋转传感器的检测元件H1~H3的上升和下降的时刻和开关元件SW1~SW6的开/关控制的时刻，在检测元件H1上升时开关元件SW1呈“开”状态，在检测元件H2上升时开关元件SW1变为“关”状态，A相被励磁。从检测元件H1的上升到旋转60°为止，开关元件SW4呈“开”状态，旋转60°以后开关元件SW6呈“开”状态，B相和C相分别被励磁，以使其变为逆极性。像这样，同时两相被励磁，因此能够高效地驱动电动机20。将电动机20反转时，将与检测元件H1~H3的上升和下降相对应的开关元件SW1~SW6的开/关控制的关系逆转即可。
在这种电动机驱动电路106的开关元件SW1~SW6上发生绝缘破坏的情况下，电动机20内流过异常电流，存在电动机20烧坏或电动机20作为电磁制动器动作等问题。因此，在电动机驱动电路106中，插入将电动机端子从开关元件开放的电动机继电器。
但是，如果安装电动机继电器，继电器触点上会附着异物，或被氧化膜覆盖，引起继电器触点的接触不良，即使电动机继电器被励磁，也会有发生所谓继电器触点处于开放状态的故障的情况。此外，电动机电流检测电路发生故障的情况下，无法检测出正确的电动机电流，也无法输出适当的电流控制值，其结果，会发生必要以上的电流流过电动机，而提供过大的转向辅助力，或在电动机上不流过刚好需要的电流，而不能提供充分的转向辅助力的不合适的情况。
为了避免这种故障引起的不测事件，在控制装置中安装初期诊断功能，在启动发动机时，执行初期诊断功能，强制将电动机电流流动，使之确认电动机电流检测电路或电动机继电器的继电器触点的动作（例如，日本特开平8-91239号公报）。
在初期诊断功能中，若发生继电器触点的开放故障，则会产生与电动机电路的连接线或地线出现的情况类似的异常状态，所以由所产生的异常状态推测继电器触点的开放故障的发生。但是，继电器触点的开放故障，多数情况下很难再现，同时很难解析故障。而且，在继电器触点的开放故障的检测中，如果能够确定哪个继电器出现了开放故障，则故障解析能够更迅速地进行，在现有的诊断功能中，无法确定发生继电器触点开放故障的继电器。
另一方面，尽管继电器触点的开放故障的原因之一为绝缘性异物附着在继电器触点上，但由经验可知在冲击电流（继电器触点合上瞬间时流动的电流）流动的状态下，继电器触点合上的使用方式中，不发生继电器触点的开放故障；在继电器触点合上的瞬间电流不流动的使用方式中，继电器触点的开放故障以一定的频率发生。这被推测为，在冲击电流流动的状态下继电器触点合上的使用方式中，附着在触点上的异物被冲击电流除去，与此相对，在继电器触点合上时电流不流动,在合上状态下继电器触点上电流流动的使用方式中，无法通过电流除去异物。因此，可以期待如下效果，即，通过在继电器触点合上的瞬间电流流动的动作，除去附着在触点上的异物，从而也可以抑制继电器触点开放故障的发生。
作为解决这种问题的发明，有在日本特开2010-132206号公报（专利文献2）中所示的发明。即，如图5所示，将A相电动机继电器42及B相电动机继电器44强制励磁的同时，将驱动电动机驱动电路106开关元件的PWM信号PS的占空比，设定为异常诊断用的特定占空比，检测A相电动机电流，判断A相电动机电流的绝对值是否在预先设定的临界值以上，判断A相电动机继电器42的继电器触点42a和B相电动机继电器44的继电器触点44a的正常/异常。当判断为异常时，仅按照预先设定的判断次数重复进行正常/异常的判断，在即使进行了多次判断均被判断为异常的情况下，则确定异常判断，进行失效保护处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-91239号公报
专利文献2：日本特开2010-132206号公报
发明内容
要解决的技术问题
在电动助力转向装置的正常使用条件中，虽然电动机继电器具有承受得住短时间的通电的容量即可，但若因保持方向盘（ステアリングホイ一ル）等，在电动机持久不旋转的状态下把持方向盘，则在电动机继电器中会持久地流过大电流。为了应对这种情况，不得不使用大容量的继电器，但却有价钱贵的问题。
而且，大容量的继电器不仅价钱贵，还有尺寸大的问题。然而，能够安装在电动助力转向装置的继电器的尺寸，需要某种程度的小型化（紧凑）。
本发明为从上述情况做出的发明，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，该装置限制流过与用于电动助力转向装置的无刷直流电动机的线圈相连接的继电器（电动机继电器）的大电流的连续通电时间，此外，通过控制流过电动机继电器的大电流使其缓慢地减少，抑制扭矩的变动在低程度，从而不需要将高价的大容量继电器用作电动机继电器，通过将廉价的小容量电磁式继电器用作电动机继电器，从而使廉价的系统结构成为可能，同时，通过电动助力转向装置的助力慢慢降低，以抑制转向的不适感。
此外，本发明的其他目的为提供一种电动助力转向装置，该装置不使用半导体继电器等高价的元件，通过使用廉价的电磁式继电器，不带来成本的上涨，在推测继电器弹簧部温度或继电器线圈部温度的同时，将所推测的继电器弹簧部温度或继电器线圈部温度与规定温度进行比较，根据其比较结果，控制继电器电流（减少或增加），从而能够提供廉价的系统结构。
解决技术问题的技术手段
本发明涉及一种电动助力转向装置，其根据转向扭矩及车速，运算转向辅助指令值，根据所述转向辅助指令值生成PWM信号，通过由开关元件构成的电动机驱动电路，对电动机进行PWM驱动，将转向系统进行辅助控制，同时，在所述电动机驱动电路与上述电动机之间夹插有电动机继电器。本发明的上述目的通过具备转向状态检测单元和电动机电流控制单元来实现，所述转向状态检测单元，检测方向盘的转向状态，当检测出持久把持方向盘状态时，输出持久把持方向盘信号，当检测出正常转向状态时，输出正常转向信号；所述电动机电流控制单元，根据由上述转向状态检测单元输出的持久把持方向盘信号或正常转向信号，决定电动机电流控制值，其用于控制流过上述电动机继电器的电动机电流。
本发明的上述目的，通过以下方式更有效地实现，即，通过上述电动机继电器为电磁式继电器的方式；或是通过在上述转向状态检测单元中，将从检测出把持方向盘状态的时刻起，经过规定时间后的时刻的把持方向盘状态，检测作为上述持久把持方向盘状态的方式；或是通过以下方式，在上述持久把持方向盘信号从上述转向状态检测单元输入到上述电动机电流控制单元时，通过上述电动机电流控制单元，根据与上述持久把持方向盘信号相应的电动机电流控制值来控制上述电动机电流，使其根据规定的减少率，在电动机电流减少时间内减少至最大限度目标值；在上述正常转向信号由上述转向状态检测单元输入到上述电动机电流控制单元时，通过上述电动机电流控制单元，根据与上述正常转向信号相应的电动机电流控制值来控制电动机电流，使减少至上述最大限度目标值的电动机电流增加并复原；或是通过使上述电动机电流控制中的增加率比正常时增大的方式；或是上述电动机为三相无刷直流电动机的方式。
此外，本发明还涉及一种电动助力转向装置，其根据转向扭矩及车速，运算转向辅助指令值，根据上述转向辅助指令值生成PWM信号，通过由开关元件构成的电动机驱动电路，对电动机进行PWM驱动，将转向系统进行辅助控制，同时，在所述电动机驱动电路和上述电动机之间夹插有电动机继电器。本发明的上述目的通过具备温度推测单元、比较单元及电动机电流控制单元来实现，所述温度推测单元，推测上述电动机继电器的继电器弹簧部或继电器线圈部的温度；所述比较单元，将在上述温度推测单元中推测出的温度推测值与规定温度进行比较；所述电动机电流控制单元，根据上述比较单元的比较结果，控制流过上述电动机继电器的电动机电流。
本发明的上述目的通过以下方式更有效地实现，即，通过上述电动机为三相无刷直流电动机，且上述电动机继电器为电磁式继电器的方式；或是通过将上述电动机电流控制中的减少率设为正常时的1/2，将增加率设为2倍的方式；或是通过具备基板温度传感器，其检测安装上述电动机继电器的基板的温度，并将上述基板温度输入到上述温度推测单元的方式；或是通过上述温度推测单元为继电器弹簧部温度推测单元，上述继电器弹簧部温度推测单元由各相电流累计单元、最大值选择单元、继电器弹簧部温度计算单元及加法单元构成，所述各相电流累计单元，累计上述电动机的各相电流检测值，所述最大值选择单元，选择上述各相电流检测值的累计值的最大值，所述继电器弹簧部温度计算单元，根据上述最大值及继电器线圈部温度推测值的相加值，计算继电器弹簧部温度，所述加法单元，将上述基板温度及上述继电器弹簧部温度相加，输出上述继电器弹簧部温度推测值的方式；或是通过上述温度推测单元为继电器线圈部温度推测单元，上述继电器线圈部温度推测单元由各相电流累计单元、最大值选择单元、继电器线圈部温度计算单元及加法单元构成，所述各相电流累计单元，累计上述电动机的各相电流检测值，所述最大值选择单元，选择上述各相电流检测值的累计值的最大值，所述继电器线圈部温度计算单元，根据上述最大值及继电器弹簧部温度推测值的相加值，计算继电器线圈部温度，所述加法单元，将上述基板温度及上述继电器线圈部温度相加，输出上述继电器线圈部温度推测值。
发明效果
根据本发明的电动助力转向装置，限制流过电动机继电器的大电流的连续通电时间，该电动机继电器用于被安装在电动助力转向装置的无刷直流电动机上，此外，通过缓慢控制流过电动机继电器的大电流使其慢慢地减少，能够抑制扭矩变动在低的程度。由此，不需要将高价的大容量继电器用作电动机继电器，可以将廉价的小容量电磁式继电器用作电动助力转向装置的电动机继电器，同时，电动助力转向装置的助力慢慢降低，可以抑制转向的不适感。
另外，根据本发明的电动助力转向装置，对继电器弹簧部或继电器线圈部的温度进行推测，当继电器弹簧部温度推测值或继电器线圈部温度推测值变成临界值的规定温度以上时，控制流过电动机继电器中的电动机电流使其减少。此外，在继电器弹簧部温度推测值或继电器线圈部温度推测值降低，从而变得比规定温度小的情况下，控制电动机电流使其增加并复原。因此具有不使用大容量的继电器而可以使用廉价的小容量电磁式继电器的优点。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要结构图。
图2是表示控制装置的一般结构例的方框图。
图3是表示驱动三相无刷直流电动机的电动机驱动电路的结构例的连线图。
图4是表示旋转传感器的检测元件的上升/下降时刻和开关元件的开/关控制时刻的动作例的时间图。
图5是表示电动机驱动电路系统的一例的连线图。
图6是表示用于本发明的电磁式继电器的结构例的主视图。
图7是表示继电器弹簧部的结构例的部分剖视结构图。
图8是表示根据本发明（第一实施方式）的电动机驱动电路系统的一例的连线图。
图9是表示涉及本发明（第一实施方式）的电动助力转向装置的结构例的方框图。
图10是表示本发明（第一实施方式）的动作例的特性图。
图11是表示本发明（第一实施方式）的动作例的流程图的一部分。
图12是表示根据本发明（第二实施方式）的电动机驱动电路系统的一例的连线图。
图13是表示涉及本发明（第二实施方式）的继电器弹簧部温度推测单元的结构例的方框图。
图14是表示继电器弹簧部温度计算单元的计算例的特性图。
图15是表示继电器线圈部温度计算单元的计算例的特性图。
图16是表示本发明（第二实施方式）的动作例的流程图的一部分。
图17是表示本发明（第二实施方式）的动作例的流程图的一部分。
图18是表示涉及本发明（第三实施方式）的继电器线圈部温度推测单元的结构例的方框图。
图19是表示继电器线圈部温度计算单元的计算例的特性图。
图20是表示继电器弹簧部温度计算单元的计算例的特性图。
图21是表示本发明（第三实施方式）的动作例的流程图的一部分。
图22表示本发明（第三实施方式）的动作例的流程图的一部分。
具体实施方式
在电动助力转向装置中，用调节PWM的占空比（即，以脉冲宽度为100%计，调制结果的通电周期（时间）率），对提供转向辅助力的无刷直流电动机进行控制，电动机驱动电路由开/关控制的半导体开关元件（例如FET）构成。插入将电动机端子从开关元件上开放的电动机继电器，以避免由于开关元件的异常（故障）等，在电动机内流过异常的电流。
在正常的使用条件下，电动机继电器具有耐受短时间通电的容量即可，但通过把持方向盘等，在电动机持久不旋转的状态下把持方向盘时，在电动机继电器中将持久流过大电流。为了应对这种情况，不得不使用容量大的继电器，但存在高价且体积大的问题。而且，半导体继电器价钱高，不能用在对降低成本要求高的车辆上。
此外，电动机继电器的弹簧部具有容易过热容易过冷的特性，由于在弹簧部流过电动机电流，如果通电马上会变成相当高的温度。因此，需要快速地控制。而且，继电器的触点所接触的部位为点状，因而电阻高，突然发热会达到1000℃以上。相对于此，线圈部虽只有电磁铁驱动的电流，但会受到来自弹簧部的热的影响。而且，因为容量也大，温度慢慢地上升，覆盖耐热温度也不比弹簧高，因此，实际情况是很难将两者很好地保持平衡。
本发明，不使用半导体继电器等高价的开关元件，通过使用体积小且廉价的电磁式继电器，从而不带来成本的上升，在温度推测单元推测继电器弹簧部温度或继电器线圈部温度，同时当推测出的继电器弹簧部温度或继电器线圈部温度达到各临界值（规定温度）以上的情况下，通过限制继电器电流，可以获得便廉价的系统结构。即，由于在电动机继电器中连续地通入大电流时，继电器弹簧部或继电器线圈部会发热，因此本发明对继电器弹簧部或继电器线圈部的温度进行推测，当其推测温度达到规定温度以上时，限制（减少）流过电动机继电器的电流。此外，当继电器弹簧部推测温度或继电器线圈部推测温度小于规定温度时，对流过电动机继电器的电流进行控制使其增加。由此，可以将廉价且小容量的电磁式继电器用作电动机继电器。
以下，参照附图对本发明进行详细说明。
图6表示作为用于本发明的电动助力转向装置中的电磁式继电器的电动机继电器200的结构例，其由继电器线圈部201、继电器弹簧部202及安装用的连接器203构成，所述继电器线圈部201，向电磁铁驱动的线圈中通入电流并励磁；所述继电器弹簧部202，通过继电器线圈部201的励磁或非励磁，对触点210及211进行开/关控制，从而向电动机供给或切断电流，电动机继电器200通过连接器203被安装在基板上。
继电器弹簧部201的细部如图7所示，在继电器线圈部201的导通片201M的下侧表面上设置有半球状的触点210，在底边部分安装有成为弹性导电体的弹簧片202M，同时，在弹簧片202M的上侧表面上，设有半球状的触点211，使其与触点210对置。而且，一旦由图8所示的线圈电流控制单元110给继电器通电，则弹簧片202M就被吸引至图7的上方，通过触点210及211接触，从而使电动机通电。
但是，在电动机助力转向装置的正常的使用条件中，电动机继电器具有能够耐受短时间通电的容量即可，但在通过保持方向盘等，在电动机不旋转的状态下持久把持方向盘时，在电动机继电器中将持久流过大电流。为了应对这种情况，不得不使用容量大的继电器，但存在高价且体积大的问题，因此不能用在对成本要求高的电动助力转向装置中。
本发明（第一实施方式）的电动助力转向装置是为了应对以下情况所作的发明，即，在电动机不旋转的状态下持久把持方向盘的情况下（即，把持方向盘状态持续一定时间以上的情况下）所产生的在电动机继电器中持久流过大电流。电动机继电器中持久流过大电流的情况，例如有如下情况。
（1）在要做U形转向时，在等到没有长时间直线行驶的车的期间中，转完换向装置，把拉杆拉到齿排端（rack end）附近，司机一边把手放在方向盘上（即，一边施加扭矩）一边把持方向盘的情况。
（2）为了想要在不开放的道口或货物车辆多的道口等道口，从与轨道平行的道路向左或右转弯通过，司机一边把手放在方向盘上（即，一边施加扭矩）一边把持方向盘等待的情况。
（3）在成为陡峭上坡道的起始处的十字路口等待右转弯时，把拉杆拉到齿排端附近，司机一边把手放在方向盘上（即，一边施加扭矩），一边把持方向盘的情况。
（4）在回转塔式停车场里，一边把持方向盘进行一定的盘旋，一边向上向下（即，旋转把持方向行驶）的情况。
在电动机不旋转的状态下持久把持方向盘的情况下（本发明中也称为“持久把持方向盘状态”），与打轮时的助力不同，由于几乎不需要助力而不被转向，即电动机不运转，因此若只在电动机的某一相流过大电流，会产生该相的电动机继电器发热增加的问题。
为了解决这种问题，在本发明（第一实施方式）中，在检测出把持方向盘状态持续了规定时间以上的持久把持方向盘状态的情况下（即，限制由于把持方向盘而变成大电流的流过电动机继电器的电动机电流的连续通电时间，在连续通电时间达到由电动机继电器的容量所决定的限制时间的情况下），通过控制流过电动机继电器的电动机电流使其慢慢减少，从而将扭矩变动抑制在低的程度。由此，不使用高价的大容量继电器，通过使用廉价且小容量的电磁式继电器，从而不带来成本的上升，能够形成廉价的系统结构，同时，能够抑制电动机继电器的发热量过度增大，进而，因电动助力转向装置的助力慢慢下降，所以也能够抑制转向的不适感。
即，当把持方向盘状态达到持续规定时间以上的持久把持方向盘状态时，电动机继电器中将持久连续通过大电流，从而使电动机继电器的发热量过度增大。因此，在本发明（第一实施方式）中，在检测出这种持久把持方向盘状态的情况下，为了不给司机带来转向的不适感而减少助力，从而如图10所示的特性那样，控制流过电动机继电器的电动机电流使其慢慢减少。由此，将方向盘转向的时间变成持久，因为使扭矩平滑地变化，所以不产生转向的不适感。
图8将根据本发明（第一实施方式）的电动机驱动电路系统的连线例对照图5表示，将来自电流控制单元104的电流控制值E和来自后述的电动机电流控制单元310的电动机电流控制值ML，输入到PWM控制单元105中，在PWM控制单元105中，生成用于PWM控制电动机20的PWM信号PSM，并输入到电动机驱动电路106中。
第一实施方式的要点为，由后述的转向状态检测单元300检测方向盘的转向状态，当检测出的转向状态为把持方向盘状态的情况下，检测出持续规定时间（规定的限制时间）以上的把持方向盘状态作为持久把持方向盘状态，根据表示方向盘的转向状态为持久转向状态的持久把持方向盘信号LH决定电动机电流控制值ML，利用该电动机电流控制值ML控制流过电动机继电器的电动机电流，使其根据规定的减少率，慢慢减少至最大限度目标值。或是，在检测出的转向状态为正常转向状态的情况下，根据表示方向盘的转向状态为正常转向状态的正常转向信号NS决定电动机电流控制值ML，利用该电动机电流控制值ML控制电动机电流，使减少至最大限度目标值的电动机电流迅速增加并复原。
此外，在第一实施方式中，PWM控制单元105将控制了占空比的PWM信号PSM输入到电动机驱动电路106中，从电动机驱动电路106，向无刷直流电动机20供给A相、B相、C相的OF/OFF电流，在A相的供给线中夹插电动机继电器111A（触点111AS），在B相的供给线中夹插电动机继电器111B（触点111BS），通过A相电阻Ra将A相电动机电流检测电路112A与A相连接，通过C相电阻Rc将C相电动机电流检测电路112C与C相连接，检测出的电动机电流（检测出的A相电流IA、检测出的C相电流IC及根据IA+IB+IC=0检测出的B相电流IB），被输入到后述的图9的减法单元103中并被反馈。
此外，尽管在图8中是将电动机继电器安夹插在A相及B相中，但也可以是其他组合。对于电动机电流的检测也同样。
图9表示第一实施方式的电动助力转向装置的结构例，图10为表示第一实施方式动作例的特性图，此外，图11为表示第一实施方式的电动助力转向装置的动作例的部分流程图。参照图9、图10及图11，详细地说明第一实施方式的电动助力转向装置的功能及动作。
第一实施方式的电动助力转向装置具有转向状态检测单元300及电动机电流控制单元310，所述转向状态检测单元300检测方向盘的转向状态，当检测出持久把持方向盘状态时，输出持久把持方向盘信号LH，当检测出正常转向状态时，输出正常转向信号NS；所述电动机电流控制单元310，根据从转向状态检测单元300输出的持久把持方向盘信号LH或正常转向信号NS，决定用于控制流过电动机继电器的电动机电流的电动机电流控制值ML，将所决定的电动机电流控制值ML输出到PWM控制单元105。
在第一实施方式中，将由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Tr及由车速传感器12检测出的车速Vel输入到转向辅助指令值运算单元101，使用辅助图，运算出转向辅助指令值Iref。运算出的转向辅助指令值Iref，根据过热保护条件等，在最大输出限制单元102中被限制输出，被限制了最大输出的电流指令值I被输入到减法单元103。
向转向状态检测单元300输入转向扭矩Tr、车速Vel、来自最大输出限制单元102的电流指令值I，以及被安装在电动机20上的转子位置检测传感器320检测出的电动机旋转速度ω（图11的步骤S1）。转向状态检测单元300，根据这些输入，判断方向盘的转向状态是否为把持方向盘状态（图11的步骤S2），当判断出转向状态为把持方向盘状态的情况下，判断从判断为把持方向盘状态的时刻起，是否经过了规定时间（图11的步骤S3），当判断经过了规定时间的情况下，检测转向状态为持久把持方向盘状态（图11的步骤S4），将持久把持方向盘信号LH输出到电动机电流限制单元310。
接着，当来自转向状态检测单元300的持久把持方向盘信号LH被输入到电动机电流控制单元310时，通过电动机电流控制单元310，将对应持久把持方向盘信号LH的电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中，控制流过电动机继电器的电动机电流，使其根据规定的减少率，慢慢减少至最大限度目标值（图11的步骤S5）。
另一方面，转向状态检测单元300，在判断转向状态不是把持方向盘状态的情况下（图11的步骤S2），判断转向状态是否为正常转向状态（图11的步骤S10），在判断转向状态为正常转向状态的情况下，检测转向状态为正常转向状态（图11的步骤S11），将正常转向信号NS输出到电动机电流控制单元310。
接着，当来自转向状态检测单元300的正常转向信号NS被输入到电动机电流控制单元310时，通过电动机电流控制单元310，将对应正常转向信号NS的电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中，控制电动机电流，使减少至最大限度目标值的电动机电流迅速增加并复原（图11的步骤S12）。
在本第一实施方式中，例如，根据图10的特性，检测出转向状态为持久把持方向盘状态，使电动机电流在电动机电流减少时间内减少至最大限度目标值为止。
此外，在本第一实施方式中，为了使方向盘操作没有不适感，且使电动机电流迅速复原，例如下述表1所示，可以使电动机电流的增加率比正常时还大（例如，设为超过100%/秒的值）。当然，在使电动机电流复原时，可以任意设定电流的增加率。而且，在本第一实施方式中，当检测出持久把持方向盘状态的情况下，例如可以以相对于额定最大电流为10%/sec以下的比率来控制电动机电流，使其慢慢减少。即，电动机电流的减少与增加处理，例如可以根据下述表1进行。此外，为了判断持久把持方向盘状态，作为必要参数的规定时间（表1的判断持续时间），例如可以设为5sec以内。
表1
Figure BDA00002340506200171
接下来，对第二实施方式进行说明，其进行继电器弹簧部的温度推测，当该推测温度达到规定温度T0以上时，限制（减少）流过电动机继电器的电流，当继电器弹簧部推测温度小于规定温度T0时，控制流过电动机继电器的电流，使其增加。
图12将第二实施方式的电动机驱动电路系统的连线例对应于图8表示，将电流控制值E输入到PWM控制单元105中，生成用于PWM控制电动机20的PWM信号PSM，并输入到电动机驱动电路106中。在本第二实施方式中，为了在继电器弹簧部温度推测值RSE变成临界值的规定温度T0以上时，限制（减少）电动机电流，或者为了在继电器弹簧部温度推测值RSE降低，变得比规定温度T0还小时，控制电动机电流使其增加，将电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中。
PWM控制单元105，将控制了占空比的PWM信号PSM输入到电动机驱动电路106中，由电动机驱动电路106向无刷直流电动机20供给A相、B相、C相的OF/OFF电流，在A相的供给线中夹插电动机继电器111A，在B相的供给线中夹插电动机继电器111B，通过A相电阻Ra将A相电动机电流检测电路112A与A相连接，通过C相电阻Rc将C相电动机电流检测电路112C与C相连接，将检测出的A相电流IA及C相电流IC输入到后述的继电器弹簧部温度推测单元，同时也输入到B相电流检测电路112B中。B相电流检测电路112B，根据IA+IB+IC=0，检测出B相电流IB=-(IA+IC)，并输入到继电器弹簧部温度推测单元。此外，电动机继电器111A及111B的励磁电流，通过线圈电流控制单元110被开/关控制。
图13表示第二实施方式的继电器弹簧部温度推测单元的结构例，将A相电流检测值IA~C相电流检测值IC输入到各相电流累计单元120，将分别对各相累计的A相电流累计值IAS~C相电流累计值ICS输入到最大值选择单元121中。将在最大值选择单元121中选出的累计值的最大值IMS输入到加法单元122中，将作为基准温度RT的加法单元122的加法结果输入到继电器弹簧部温度计算单元123中。
此外，在基板上安装有热敏电阻等基板温度传感器140，将在基板温度传感器140中检测出的基板温度PT输入到加法单元124及131中，将在继电器弹簧部温度计算单元123中计算出的温度RST在加法单元124中与基板温度PT相加，可以求出继电器弹簧部温度推测值RSE。继电器弹簧部温度推测值RSE，在比较单元125中与规定温度T0进行比较，在继电器弹簧部温度推测值RSE达到规定温度T0以上时，通过电动机电流控制单元150，将电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中，限制（减少）电动机电流。此外，在继电器弹簧部温度推测值RSE达到规定温度T0以上后，继电器弹簧部温度推测值RSE降低，变得比规定温度T0小时，通过来自电动机电流控制单元150的电动机电流控制值ML，使电动机电流增加并复原。
将来自继电器弹簧部温度计算单元123的温度RST输入到继电器线圈部温度计算单元130，计算出的继电器线圈温度RCT在加法单元131中与基板温度PT相加，作为继电器线圈部温度推测值RLT输出，同时，将其输入到加法单元122。
继电器弹簧部温度计算单元123为例如图14所示的特性，继电器线圈部温度计算单元130为例如图15所示的特性。
在上述结构中，参照图16及图17的流程图说明其动作例。
当点火钥匙处于“开”的状态时（步骤S20），虽然正常的诊断或助力控制在运行，但此处仅说明与本第二实施方式相关的动作。在本第二实施方式中，当点火钥匙处于“开”的状态时（步骤S20），A相电动机电流检测电路112A~C相电流检测电路112C检测各相电流并输入（步骤S21），各相电流累计单元120分别对各相进行电动机电流的累计（步骤S22）。将各相的电流累计值IAS~ICS输入到最大选择单元121中，在最大值选择单元121中，从电流累计值IAS~ICS中选出最大值IMS（步骤S23），在加法单元122中与继电器线圈部温度推测值RLT的初始值相加（步骤S24），将作为基准温度RT的加法结果输入到继电器弹簧部温度计算单元123中。
继电器弹簧部温度计算单元123根据图14的特性，计算出继电器弹簧部温度RST（步骤S25），并输入到加法单元124及继电器线圈部温度计算单元130中。基板温度传感器140检测基板温度PT并输入（步骤S26），在加法单元124中，将继电器弹簧部温度RST与基板温度PT相加（步骤S40），将相加得到的继电器弹簧部温度推测值RSE输入到比较单元125中（步骤S41）。比较单元125，将作为临界值的规定温度T0与继电器弹簧部温度推测值RSE进行比较（步骤S42），当继电器弹簧部温度推测值RSE达到规定温度T0以上时，从电动机电流控制单元150输出电动机电流控制值ML，并输入PWM控制单元105中，从而限制（减少）电动机电流（步骤S50）。减少率虽为任意值，但在本例中为正常电流的1/2（50%）。当继电器弹簧部温度推测值RSE小于规定温度T0的情况下，返回上述步骤S21，重复上述动作。
此外，在上述步骤S25中，在计算出继电器弹簧部温度RST时，将继电器弹簧部温度RST输入到继电器线圈部温度计算单元130中，根据图15所示的特性，计算继电器线圈部温度RCT（步骤S30）。将继电器线圈部温度RCT输入到加法单元131中，与基板温度PT相加（步骤S31），将相加的继电器线圈部温度推测值RLT输入到加法单元122中进行相加（步骤S24）。
另一方面，根据上述步骤S50的电动机电流的减少，持续到继电器弹簧部温度推测值RSE小于规定温度T0为止（步骤S51），当通过降低温度继电器弹簧部温度推测值RSE小于规定温度T0时，控制电动机电流使之增加（步骤S52）。为了使方向盘操作没有不适感，且迅速复原，尽管在本例中，设定2倍（200%）的增加率，但增加率可以任意设定。电动机电流的减少与增加处理，例如可以根据下述表2进行。
表2
Figure BDA00002340506200201
此外，即使是点火钥匙处于“关”的状态，到经过规定时间为止返回到上述步骤S21，重复上述动作。规定时间为直至将基板温度传感器和继电器弹簧部的温度稳定到不变的程度为止的时间。
此外，由于突然更换电池或其他部分的异常引起电源变动，为了达到即使CPU停止（复位）时也不产生故障，可以在EEPROM（电可擦可编程只读存储器）中记录温度信息，从该记录信息开始运算，也可以在从异常复原时推测温度的情况下，由预先决定好初始值的温度进行运算。这是为了避免在温度高时引起异常的情况下，若从推测值低处开始流过大电流，会损坏继电器，或者是为了避免由推测值高处开始多余地施加了电流限制，暂时不输出必要的助力（方向盘重）。
接着对第三实施方式进行说明，其进行继电器线圈部的温度推测，在该推测温度达到规定温度T1以上时，限制（减少）流过电动机继电器中的电流，当继电器线圈部推测温度变得小于规定温度T1时，控制流过电动机继电器的电流使其增加。
这种情况下的电动机驱动电路系统的连线例与第二实施方式的图12完全相同，将电流控制值E输入到PWM控制单元105中，生成用于PWM控制电动机20的PWM信号PSM，并输入到电动机驱动电路106中。在本第三实施方式中，为了在继电器线圈部温度推测值RLT达到临界值的规定温度T1以上时，限制（减少）电动机电流，或者为了在继电器线圈部温度推测值RLT降低，变得比规定温度T1还要小时，控制电动机电流使其增加，从而将电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中。
此外，与第二实施方式完全相同，将在PWM控制单元105中控制了占空比的PWM信号PSM输入到电动机驱动电路106中，从电动机驱动电路106向无刷直流电动机20供给A相~C相的OF/OFF电流，在A相的供给线中夹插电动机继电器111A，在B相的供给线中夹插电动机继电器111B，通过A相电阻Ra将A相电动机电流检测电路112A与A相连接，通过C相电阻Rc将C相电动机电流检测电路112C与C相连接，将检测出的A相电流IA及C相电流IC输入到后述的继电器线圈部温度推测单元，同时，输入到B相电流检测电路112B中。而且，电动机继电器111A及111B的励磁电流，通过线圈电流控制单元110被开/关控制。
图18表示本第三实施方式的继电器线圈部温度推测单元的结构例，将A相电流检测值IA~C相电流检测值IC输入到各相电流累计单元120中，将分别对各相累计的A相电流累计值IAS~C相电流累计值ICS输入到最大值选择单元121中。将在最大值选择单元121中选出的累计值的最大值IMS输入到加法单元122中，将作为基准温度RT的加法单元122的加法结果输入到继电器线圈部温度计算单元130中。
此外，在基板上安装有热敏电阻等基板温度传感器140，将在基板温度传感器140中检测出的基板温度PT输入到加法单元124及131中，将在继电器线圈部温度计算单元130A中计算出的温度RCT在加法单元131中与基板温度PT相加，求出继电器线圈部温度推测值RLT。继电器线圈部温度推测值RLT在比较单元125中与规定温度T1进行比较，当继电器线圈部温度推测值RLT达到规定温度T1以上时，通过电动机电流控制单元150，将电动机电流控制值ML输入到PWM控制单元105中，限制（减少）电动机电流。而且，继电器线圈部温度推测值RLT达到规定温度T1以上后，在继电器线圈部温度推测值RLT降低，变得比规定温度T1小时，通过来自电动机电流控制单元150的电动机电流控制值ML，使电动机电流增加并复原。
将来自继电器线圈部温度计算单元130A的温度RCT输入到继电器弹簧部温度计算单元123A中，将计算出的继电器弹簧部温度RST在加法单元124中与基板温度PT相加，并作为继电器弹簧部温度推测值RSE输出，同时，输入到加法单元122中。
继电器线圈部温度计算单元130A为例如图19所示的特性，继电器弹簧部温度计算单元123A为图20所示的特性。
在这种结构中，将其动作例参照图21及图22的流程图进行说明。
当点火钥匙处于“开”的状态时（步骤S60），虽然正常的诊断或助力在运行，但此处仅说明与本第三实施方式相关的动作。在本第三实施方式中，当点火钥匙处于“开”的状态时（步骤S60），A相电动机电流检测电路112A~C相电流检测电路112C检测各相电流并输入（步骤S61），各相电流累计单元120分别对各相进行电动机电流的累计（步骤S62）。将各相的电流累计值IAS~ICS输入到最大值选择单元121中，在最大值选择单元121中，从电流累计值IAS~ICS中选出最大值IMS（步骤S63），在加法单元122中与继电器弹簧部温度推测值RSE的初始值相加（步骤S64），将作为基准温度RT的加法结果输入到继电器线圈部温度计算单元130A中。
继电器线圈部温度计算单元130A根据图19的特性，算出继电器线圈部温度RCT（步骤S65），并输入到加法单元131及继电器弹簧部温度计算单元123A中。基板温度传感器140检测基板温度PT并输入（步骤S66），在加法单元131中，将继电器线圈部温度RCT及基板温度PT相加（步骤S70），将相加得到的继电器线圈部温度推测值RLT输入到比较单元125中（步骤S71）。比较单元125将作为临界值的规定温度T1与继电器线圈部温度推测值RLT进行比较（步骤S72），当继电器线圈部温度推测值RLT达到规定温度T1以上时，从电动机电流控制单元150输出电流控制值ML，并输入到PWM控制单元105，从而限制（减少）电动机电流（步骤S73）。减少率虽为任意值，但在本例中设为正常电流的1/2（50%）。当继电器线圈部温度推测值RLT小于规定温度T1的情况下，返回上述步骤S61，重复上述动作。
此外，在上述步骤S65中，在计算出继电器线圈部温度RCT时，将继电器线圈部温度RCT输入到继电器弹簧部温度计算单元123A中，根据图20所示的特性，计算出继电器弹簧部温度RST（步骤S80）。将继电器弹簧部温度RST输入到加法单元124中，与基板温度PT相加（步骤S81），将相加的继电器弹簧部温度推测值RSE输入到加法单元122中进行相加（步骤S64）。
另一方面，根据上述步骤S73的电动机电流的减少，持续到继电器线圈部温度推测值RLT小于规定温度T1为止（步骤S74），通过温度降低继电器线圈部温度推测值RLT变成小于规定温度T1时，控制电动机电流使其增加（步骤S75）。为了迅速复原，本例中设为2倍（200%）的增加率，但增加率可以任意设定。电动机电流的减少与增加处理，例如可以根据上述的表2进行。
而且，即使点火钥匙处于“关”的状态，到经过规定时间为止返回上述步骤S61，重复上述动作。规定时间为直至基板温度传感器和继电器弹簧部的温度稳定至不变的程度为止的时间。
此外，由于突然更换电池或其他部分的异常引起电源变动，为了达到即使CPU停止（复位）时也不产生故障，可以在EEPROM中记录温度信息，通过该记录信息开始运算，也可以在从异常复原时推测温度的情况下，由预先决定好初始值的温度进行运算。这是为了避免当温度高时引起异常的情况下，若从推测值低处开始流过大电流，会损坏继电器，或者是为了避免由推测值高处开始多余地施加了电流限制，暂时不出现必要的助力（方向盘重）。
此外，虽然在上述各实施方式中，对三相无刷直流电动机进行了说明，但同样适用于其他相数。
附图标记说明
1.方向盘（steering wheel）；10．扭矩传感器；12．车速传感器；13．电池；20．电动机（无刷直流电动机）；100．控制装置；101.转向辅助指令值运算单元；102．最大输出限制单元；104．电流控制单元；105．PWM控制单元；106．电动机驱动电路；107．电动机电流检测电路；110．线圈电流控制单元；111A、111B．电动机继电器；112A.A相电动机电流检测电路；112C.C相电动机电流检测电路；120.各相电流累计单元；121．最大值选择单元；123、123A.继电器弹簧部温度计算单元；130、130A.继电器线圈部温度计算单元；140．基板温度传感器；150、310.电动机电流控制单元；200.电磁式继电器（电动机继电器）；201.继电器线圈部；202.继电器弹簧部；203.连接器；210、211.触点；300.转向状态检测单元；320.转子位置检测传感器

Claims (12)

1.一种电动助力转向装置，其根据转向扭矩及车速，运算转向辅助指令值，根据所述转向辅助指令值生成PWM信号，通过由开关元件构成的电动机驱动电路，对电动机进行PWM驱动，辅助控制转向系统，同时，在所述电动机驱动电路和所述电动机之间夹插有电动机继电器，其特征在于，该电动助力转向装置具有：
转向状态检测单元，检测方向盘的转向状态，当检测出持久把持方向盘状态时，输出持久把持方向盘信号；当检测出正常转向状态时，输出正常转向信号；以及
电动机电流控制单元，根据由所述转向状态检测单元输出的持久把持方向盘信号或正常转向信号，决定电动机电流控制值，其用于控制流过所述电动机继电器的电动机电流。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述电动机继电器为电磁式继电器。
3.根据权利要求1或2所述的电动助力转向装置，其特征在于，在所述转向状态检测单元中，将从检测出是把持方向盘状态的时刻起，经过规定时间后的时刻的转向状态，作为所述持久把持方向盘状态检测。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，一旦将所述持久把持方向盘信号由所述转向状态检测单元输入到所述电动机电流控制单元，则通过所述电动机电流控制单元，根据与所述持久把持方向盘信号相应的电动机电流控制值来控制所述电动机电流，使其根据规定的减少率，在电动机电流减少时间内，减少至最大限度目标值；
一旦将所述正常转向信号由所述转向状态检测单元输入到所述电动机电流控制单元时，则通过所述电动机电流控制单元，根据与所述正常转向信号相应的电动机电流控制值来控制电动机电流，使减少至所述最大限度目标值的电动机电流增加并复原。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于，使所述电动机电流的控制中的增加率比正常时大。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述电动机为三相无刷直流电动机。
7.一种电动助力转向装置，其根据转向扭矩和车速，运算转向辅助指令值，根据所述转向辅助指令值生成PWM信号，通过由开关元件构成的电动机驱动电路，对电动机进行PWM驱动，辅助控制转向系统，同时，在所述电动机驱动电路和所述电动机之间夹插有电动机继电器，其特征在于，该电动助力转向装置具有：
温度推测单元，推测所述电动机继电器的继电器弹簧部或继电器线圈部的温度；
比较单元，将在所述温度推测单元中推测出的温度推测值与规定温度进行比较；
电动机电流控制单元，根据所述比较单元的比较结果，控制流过所述电动机继电器的电动机电流。
8.根据权利要求7所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述电动机为三相无刷直流电动机，所述电动机继电器为电磁式继电器。
9.根据权利要求7或8所述的电动助力转向装置，其特征在于，将所述电动机电流的控制中的减少率设为正常时的1/2，将增加率设为2倍。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，具备基板温度传感器，其检测安装所述电动机继电器的基板的温度，并将所述基板温度输入到所述温度推测单元。
11.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述温度推测单元为继电器弹簧部温度推测单元，所述继电器弹簧部温度推测单元由以下单元构成：
各相电流累计单元，累计所述电动机的各相电流检测值；
最大值选择单元，选择所述各相电流检测值的累计值的最大值；
继电器弹簧部温度计算单元，根据所述最大值及继电器线圈部温度推测值的相加值，计算继电器弹簧部温度；以及
加法单元，将所述基板温度及所述继电器弹簧部温度相加，输出所述继电器弹簧部温度推测值。
12.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述温度推测单元为继电器线圈部温度推测单元，所述继电器线圈部温度推测单元由以下单元构成：
各相电流累计单元，累计所述电动机的各相电流检测值；
最大值选择单元，选择所述各相电流检测值的累计值的最大值；
继电器线圈部温度计算单元，根据所述最大值及继电器弹簧部温度推测值的相加值，计算继电器线圈部温度；以及
加法单元，将所述基板温度及所述继电器线圈部温度相加，输出所述继电器线圈部温度推测值。
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