CN103661574B

CN103661574B - 动力转向装置

Info

Publication number: CN103661574B
Application number: CN201310052135.8A
Authority: CN
Inventors: 吉武敦; 久积巧
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Steering Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: DE102013209590A1; JP5945740B2; US20140074357A1; CN103661574A; JP2014054927A; US8886411B2

Abstract

本发明的动力转向装置，不使用触点熔化检测专用的电路而利用简单的诊断程序来检测相开路继电器的触点熔化。该电动动力转向装置具有：电流检测电路（55），检测变换器（54）中流过的电流；以及相开路继电器（58v、58w），使电动机（M）的3相中的至少2相在可通电的连通状态和不可通电的断路状态之间切换。并且，所述动力转向装置具有异常监视单元（57），其输出矢量控制指令信号（Vd*、Vq*），以将全部所述相开路继电器（58v、58w）设为断路状态，仅使正侧方向的d轴电流通电，并在所述电流检测电路（55）检测到电流值的情况下，判断为所述相开路继电器（58v、58w）发生异常。

Description

动力转向装置

技术领域

本发明涉及动力转向（power steering）装置，尤其涉及在赋予操舵辅助力的电动机中所设置的相开路继电器的异常判定。

背景技术

通常，为了防止由电动机驱动电路的故障导致的电动机烧坏、由电磁制动器导致的电动机的紧急停止，在设置于动力转向装置的电动机中设有使电动机不能通电的相开路继电器。该相开路继电器通过在动力转向装置为正常工作状态时，触点为闭合（ON）状态，但在检测到故障时，使触点开路（OFF），从而使电动机不能通电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009261067号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，为了检测相开路继电器的触点熔化，以往使用触点熔化检测专用的电路来进行诊断。另外，在不使用触点熔化检测专用的电路的情况下，需要进行相当于设置在各相中的相开路继电器或继电器触点数的多次诊断，使诊断程序复杂化。

从以上所示出的那样，在动力转向装置中不使用触点熔化检测专用的电路、利用简单的诊断程序来检测相开路继电器的触点熔化成为问题。

用于解决问题的方案

本发明提供一种动力转向装置，具有：电流检测电路，检测在变换器中流过的电流；以及相开路继电器，使电动机的3相中的至少2相在可通电的连通状态和不可通电的断路状态之间切换，该动力转向装置的特征在于，尤其具有异常监视单元，其输出矢量控制指令信号以将全部所述相开路继电器设为断路状态，仅使正侧方向的d轴电流通电，并在所述电流检测电路检测到电流值的情况下，判断为所述相开路继电器发生异常。

发明的效果

根据本发明，在动力转向装置中，能够不使用触点熔化检测专用的电路而利用简单的诊断程序来检测相开路继电器的触点熔化。

附图说明

图1是表示实施方式1的动力转向装置的概略图。

图2是表示实施方式1的ECU的框图。

图3（a）~（f）是表示实施方式1的电动机的概略图。

图4（a）~（c）是表示在2相设有相开路继电器的电动机的概略图。

图5（a）~（d）是表示在3相设有相开路继电器的电动机的概略图。

图6（a）~（f）是表示在施加了负侧方向的d轴电流的情况下的电动机的概略图。

图7是表示设有实施方式2的3触点继电器的电动机的概略图。

标号说明

SW...方向盘（steering wheel）

W...转向轮

M...电动机（3相无刷电动机）

5…控制装置（ECU）

51...指令信号运算单元

52…2相-3相变换单元

53…PWM控制单元

54…3相变换器

55…电流检测电路

57…异常监视单元

58u、58v、58w、61…相开路继电器

61…3触点继电器

62…中性点

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明的动力转向装置的各实施方式1、2。

[实施方式1]

图1是表示本实施方式1的动力转向装置的概略图。图1所示的动力转向装置中，由方向盘SW、转向轴1、小齿轮（pinion）轴2、齿条轴3构成基本的操舵机构。该操舵机构在通过驾驶员对方向盘SW进行旋转操作时，该方向盘SW的操舵扭矩经由转向轴1传递至小齿轮轴2，并且将该小齿轮轴2的旋转运动变换为齿条轴3的直线运动，使连结于齿条轴3的两端的左右的转向轮W转向。即，在齿条轴3上形成有与小齿轮轴2啮合的齿条齿3A，以该齿条齿3A与小齿轮轴2的啮合构成将转向轴1的旋转变换为转向动作的变换机构。

另外，在转向轴1上设有检测转向轴1的旋转角的扭矩传感器TS和转向角传感器4，并构成为基于扭矩传感器TS和转向角传感器4的输出信号通过控制装置（以下，称为ECU）5对电动机（例如，3相无刷电动机：以下，称为三相无刷电动机）M进行电流控制，从3相无刷电动机M对于小齿轮轴2赋予操舵辅助力。

图2是表示所述ECU5的框图。如图2所示，ECU5具有：指令信号运算单元51、2相-3相变换单元52、PWM控制单元53、3相变换器54和异常监视单元57。

所述指令信号运算单元51具有：指令电流运算单元51a、3相-2相变换单元51b和PI控制单元51c。所述指令电流运算单元51a根据车辆的运转状况（扭矩传感器TS、车速传感器、转向角传感器4等的输出信号），计算用于对3相无刷电动机M进行驱动控制的指令电流Id*、Iq*。3相-2相变换单元51b将从电流检测电路55输出的3相的电流检测值Iu、Iv、Iw变换为2相的电流检测值Id、Iq。PI控制单元51c接收指令电流Id*、Iq*和电流检测值Id、Iq之间的偏差，进行比例积分运算，从而运算用于控制3相无刷电动机M的矢量控制指令信号Vd*、Vq*。

2相-3相变换单元52将2相的矢量控制指令信号Vd*、Vq*变换为3相无刷电动机M的U、V、W各相的指令信号Vu*、Vv*、Vw*。

PWM控制单元53根据3相的指令信号Vu*，Vv*、Vw*，向3相无刷电动机M的U、V、W各相输出PWM占空信号Du、Dv、Dw。

3相变换器54由使开关元件（例如，FET）桥式连接得到的开关电路构成，通过基于PWM占空信号Du、Dv、Dw使开关元件进行开关动作，将电源56的直流电压变换为3相的交流电压Vu、Vv、Vw来供给到3相无刷电动机M。由此，3相无刷电动机M被旋转驱动，该3相无刷电动机M产生的扭矩作为操舵辅助力被赋予给小齿轮轴2。

电流检测电路55具有电流传感器55a和电动机电流检测器55b。例如，在电流传感器55a为分流电阻的情况下，检测设置在3相变换器54的输入侧的具有微小电阻值的分流电阻的两端电压，通过电动机电流检测器55b根据所述两端电压导出在3相无刷电动机M中流过的3相的电流检测值Iu、Iv、Iw。导出的3相的电流检测值Iu、Iv、Iw输出到异常监视单元57和3相-2相变换单元51b。

如图3所示，在所述3相无刷电动机M的3相中至少2相设有在通电状态和断路状态之间切换的相开路继电器58v、58w。所述相开路继电器58v、58w在通常时闭合作为通电状态，而在异常时（例如，电流指令异常、电磁制动等）开路作为断路状态，防止对电动机绕组59u、59v、59w通电，使3相无刷电动机M停止。

这里，说明现有的相开路继电器的异常判定方法。图4（a）是表示在U相、V相、W相中的V相、W相的2相设有相开路继电器58v、58w的3相无刷电动机M的概略图。在这样的情况下，如图4（b）所示，在第1次诊断中，从V相施加电压，检测V相与U相之间的电位差。并且，在V相与U相中有电位差的情况下，判断为相开路继电器58v正常地断路，在V相与U相中无电位差的情况下，判断为相开路继电器58v触点熔化。如图4（c）所示，在第2次诊断中，从W相施加电压，检测W相与U相之间的电位差。并且，在W相与U相中有电位差的情况下，判断为相开路继电器58w正常地断路，在无W相与U相之间的电位差的情况下，判断为相开路继电器58w触点熔化。

图5是表示在U相、V相、W相的全部相中设有相开路继电器58u、58v、58w的3相无刷电动机M的概略图。在全部3相设有相开路继电器58u、58v、58w的情况下，即使3相中的1相的相开路继电器触点熔化，若能够使其他的2相的相开路继电器正常地断路，则也能够将3相无刷电动机M停止，因此，在3相中的2相的相开路继电器触点熔化的情况下判定为异常。

在相开路继电器的异常判定中，将相开路继电器58u、58v、58w全部设为开路状态，使U相、V相、W相中全部的相不可通电。并且，如图5（b）所示，在第1次诊断中，从U相施加电压，检测U相与V相之间的电位差。并且，在U相与V相中有电位差的情况下，判定为相开路继电器58u、58v中某一个正常地断路，在U相与V相中无电位差的情况下，判断为相开路继电器58u、58v双方触点熔化。如图5（c）所示，在第2次判断中，从V相施加电压，来检测V相与W相之间的电位差。并且，在V相与W相中有电位差的情况下，判定为相开路继电器58v、58w中的其中一个正常地断路，在V相与W相中无电位差的情况下，判定为相开路继电器58v、58w双方触点熔化。如图5（d）所示，在第3次诊断中，从W相施加电压，来检测W相与U相之间的电位差。并且，在W相与U相中有电位差的情况下，判定为相开路继电器58w、58u中的其中一个正常地断路，在W相与U相中无电位差的情况下，判断为相开路继电器58w、58u双方触点熔化。

这样，在不使用触点熔化检测专用的电路的情况下，不得不进行相当于相开路继电器的数或触点的数的诊断，使判断程序复杂化。

因此，在本实施方式1中，提出不使用触点熔化检测专用的电路，利用1次诊断来检测相开路继电器的触点熔化的方法。在此，基于图3来说明本实施方式1的相开路继电器的异常判定方法。在本实施方式1中，如图3（a）、（b）所示，相对V相、W相的电动机绕组59v、59w串联地设有相开路继电器58v、58w。另外，由永久磁铁构成的转子60的N极侧位于U相侧。

并且，在将相开路继电器58v、58w断路的指令信号运算单元51中，生成矢量控制指令信号Vd*、Vq*，以施加正侧方向的d轴（与永久磁铁的磁通平行的方向）电流，并进行相开路继电器58v、58w的触点熔化的判定。

在施加正侧方向的d轴电流时假定电流从U相流向V相、W相，但是在相开路继电器58v、58w被正常地断路的情况下，不对电动机绕组59u、59v、59w施加电流，转子60也不旋转。

另一方面，在W相的相开路继电器58w触点熔化的情况下，在施加正侧方向的d轴电流时，电流不从U相流向V相，但电流从U相流向W相。并且，如图3（c）所示，通过对U相和W相的电动机绕组59u、59w施加电流，由U相的+方向的磁场和W相的-方向的磁场产生合成磁场S极。

如图3（e）所示，转子60向N极与该合成磁场S极方向重叠的方向旋转，在转子60的N极与合成磁场S极的方向重叠的位置静定。这样，在电流从某相向某相流动时转子60旋转，在合成磁场S极与转子60的N极重叠的位置平衡。并且，电流检测电路55检测此时的电流，异常监视单元57将相开路继电器58w触点熔化作为异常来检测。另外，在V相的相间继电器58v触点熔化的情况下，也同样地能够通过施加正侧方向的d轴电流使电流从U相流向V相，将触点熔化作为异常来检测。因此，不使用触点熔化检测专用的电路，利用1次诊断就能够进行全部的相开路继电器的触点熔化的判定。

另外，虽然也能够适用施加负侧方向的d轴电流的方法，但是与施加负侧方向的d轴电流的方法相比较，通过施加正侧方向的d轴电流，存在以下所示的效果。例如，如图6（a）、（b）所示，在d轴位于U相侧、V相的相开路继电器58v被正常地断路、W相的相开路继电器58w触点熔化的情况下，如图6（c）、（d）所示，当施加负侧方向的d轴电流时，虽然从V相向U相，电流通过相开路继电器58v被断路，但是从W相向U相，电流流动。通过电流从W相流向U相，合成磁场S极的方向变化，转子60旋转。由于转子60旋转，过渡性地产生d轴电流，但是如图6（e）所示，转子60在故障部位介于其间的U相-W相间的电位差为零的位置（-d轴指令电压在U相与W相之间的中间位置）静定，由于不产生电流，所以有时在电流检测中无法检测故障。因此，在施加负侧方向的d轴电流的情况下，需要代替电流检测的异常检测而通过检测转子60的旋转来进行异常检测。

对此，在施加了正侧方向的d轴电流的情况下，在有触点熔化的相开路继电器时，由于电流一定经由该相流动，所以利用电流检测的异常检测能够切实地检测相开路继电器的触点熔化。

另外，由于与d轴正交的q轴是有助于扭矩的成分，所以通过施加q轴电流使转子60产生扭矩。但是，即使施加d轴电流，也是有助于磁铁磁通的成分，不产生扭矩。即，在触点熔化的诊断时，方向盘SW伴随3相无刷电动机M的转子60的旋转而旋转时，驾驶员感到不舒服，因此尽量不要使方向盘SW旋转。由于本实施方式1不施加有助于扭矩的成分的q轴电流而施加d轴电流，所以正常时（在相开路继电器58v、58w无触点熔化的情况下）相开路继电器的异常判定时方向盘SW不会旋转，仅异常时（相开路继电器58v、58w中至少任一方产生触点熔化的情况下）通过对电动机绕组施加电流，直到转子60旋转至静定为止，因此方向盘SW旋转。其结果，能够将由相开路继电器的异常判定引起的驾驶员的不舒服抑制到最小限度。另外，在异常时方向盘SW些许旋转，也能够作为对驾驶员的异常的信息。

另外，即使所述电流检测电路55中相开路继电器无触点熔化，也会由于电子元件、组装的误差等而检测到微小电流，所以在利用电流检测电路55检测到的电流值为预定值以上的值时，判断为相开路继电器触点熔化来检测异常。由此，能够提高触点熔化的检测精度。

由于在电流指令异常、电磁制动器等的异常时对电动机绕组59u、59v、59w通电很危险，所以该相开路继电器58v、58w在该异常时必须为断路状态。因此，所述异常监视单元57在车辆的辅助开关被切换为接通状态、动力转向装置被供给电力时，进行相开路继电器58v、58w是否触点熔化的异常判定，防止在异常时相开路继电器58v、58w未变为断路状态。这样，通过在车辆的行驶前实施相开路继电器的异常判定，能够提高安全性。

另外，所述异常监视单元57也可以在点火开关（ignition switch）被断开后的预定时间内实施相开路继电器的异常判断。在该情况下，ECU5需要具备即使点火开关被断开后也可供给预定时间电力的自保持功能。并且，在点火开关被断开后的异常判定中检测到相开路继电器的异常的情况下，在点火开关再度变为接通状态时，通知驾驶员相开路继电器发生异常。这样，在车辆的行驶后实施相开路继电器的异常判断，在行驶前通知驾驶员相开路继电器发生异常，能够提高安全性。

另外，所述ECU5在所述异常监视单元57检测到相开路继电器的异常的情况下，中止对3相无刷电动机M的驱动控制。这样，在检测到触点熔化的异常的情况下，通过中止操舵辅助，能够防止自转向等的异常动作。

[实施方式2]

接着，说明实施方式2的动力转向装置。在实施方式1中，通过检测对3相无刷电动机M施加的电流来判定相开路继电器的触点熔化，但是在本实施方式2中，通过检测3相无刷电动机M的中性点电压来判定相开路继电器的触点熔化。由于其他的结构与实施方式1同样，所以在此省略说明。

如图7所示，在本实施方式2中，使3相无刷电动机M的U相、V相、W相星形联结，并设有使该U相、V相、W相的全部3相在可通电的连通状态和不可通电的断路状态之间切换的3触点继电器61。

如上所述，在全部3相设有相开路继电器（或触点）的情况下，即使1个相的触点为熔敷状态，通过断开其他2个相的触点也能够将3相无刷电动机M停止。因此，在本实施方式2中，在3相中的2相以上的触点熔化的情况下判定为触点熔化。

将U相、V相、W相的全部3相的触点开路，施加正侧方向的d轴电流。由此，在3相中的2相以上的触点熔化的情况下，该2相间的电动机绕组被施加电流。例如，在U相和V相的触点熔化的情况下，电流从U相经由U相的电动机绕组59u、中性点62、V相的电动机绕组59v流向V相，中性点电压上升。U相、W相或V相、W相的触点熔化的情况也同样，中性点电压上升。因此，通过设置电压检测电路，并由该电压检测电路来检测中性点电压，能够判定是否3相中的2相以上的触点熔化。

以上，虽然仅对本发明所记载的具体实施例进行了详细地说明，但是对于本领域技术人员来说，可以明白能够在本发明的技术思想的范围内进行各种变形和修正，这种变形和修正理应属于权利要求的范围。

例如，在实施方式1中，虽然仅说明了指令信号运算单元51的特定的结构，但是只要是能够计算d、q轴的指令值的结构则其他结构也能够适用。

如以上所示，采用本实施方式2的动力转向装置，具有与实施方式1同样的作用效果。

这里，作为根据上述的各实施方式所掌握的技术思想，有关权利要求的范围所记载的以外的内容及其效果，记载如下。

（1）如技术方案1记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在所述电流检测电路检测的电流值为预定值以上时，判断为所述相开路继电器发生异常。

根据（1）记载的技术思想，即使在相开路继电器没有异常的情况下，也会存在由于电子元件、装配的误差等而检测出微小电流的情况，因此，通过在所检测到的电流值为预定值以上时判断为相开路继电器发生异常，能够提高检测精度。

（2）根据技术方案1记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在车辆的辅助开关被切换为接通状态、动力转向装置被供给电力时，实施相开路继电器的异常判断。

根据（2）记载的技术思想，通过在车辆的行驶前实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（3）如技术方案1记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置具有即使在点火装置开关被断开后也供给预定时间电力的自保持功能，

所述异常监视单元在点火开关被断开后的所述预定时间内实施所述相开路继电器的异常判断。

根据（3）记载的技术思想，通过在车辆的行驶后实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（4）如（3）记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在所述预定时间内的所述异常判断中检测到所述相开路继电器的异常的情况下，在点火开关再度成为接通状态时，通知驾驶员相开路继电器发生异常。

根据（4）记载的技术思想，通过在行驶前通知驾驶员相开路继电器发生异常，能够提高安全性。

（5）如技术方案1记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置在通过所述异常监视单元检测到所述相开路继电器的异常的情况下，中止对所述电动机的驱动控制。

根据（5）记载的技术思想，在检测到相开路继电器的异常的情况下，通过中止操舵辅助，能够防止自转向等的异常动作。

（6）如技术方案2记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在将车辆的辅助开关切换为接通状态、动力转向装置被供给电力时，实施所述相开路继电器的异常判断。

根据（6）记载的技术思想，通过在车辆的行驶前实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（7）如技术方案2记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置具有即使在点火开关被断开后也可供给预定时间电力的自保持功能，

所述异常监视单元在点火开关被断开后的所述预定时间内实施相开路继电器的异常判断。

根据（7）记载的技术思想，通过在车辆行驶后实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（8）如（7）记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在所述预定时间内的所述异常判断中检测到所述相开路继电器的异常的情况下，在点火开关再度成为接通状态时，通知驾驶员相开路继电器发生异常。

根据（8）记载的技术思想，通过在行驶前通知驾驶员相开路继电器发生异常，能够提高安全性。

（9）如技术方案2记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置在通过所述异常监视单元检测到所述相开路继电器的异常的情况下，中止对所述电动机的驱动控制。

根据（9）记载的技术思想，在检测到装置的异常的情况下，通过中止操舵辅助，能够防止自转向等的异常动作。

（10）如技术方案3记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在所述电压检测电路检测的值为预定值以上时，判断为所述相开路继电器发生异常。

根据（10）记载的技术思想，即使在相开路继电器没有异常的情况下，也会存在由于电子元件、装配的误差等而检测到微小电压的情况，因此，通过在所检测到的电压检测值为预定值以上时判断为相开路继电器的异常，能够提高检测精度。

（11）如技术方案3记载的动力转向装置，其特征在于，在所述动力转向装置中，所述异常监视单元在车辆的辅助开关被切换至接通状态、动力转向装置被供给电力时，实施相开路继电器的异常判断。

根据（11）记载的技术思想，通过在车辆的行驶前实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（12）如技术方案3记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置具有即使点火开关被断开后也可供给预定时间电力的自保持功能，

所述异常监视单元在点火装置开关被断开后的所述预定时间内实施相开路继电器的异常判断。

根据（12）记载的技术思想，通过在车辆的行驶后实施相开路继电器的异常判断，能够提高安全性。

（13）如（12）记载的动力转向装置，其特征在于，所述异常监视单元在所述预定时间内的所述异常判断中检测到所述相开路继电器的异常的情况下，在点火装置开关再度为接通状态时，通知驾驶员相开路继电器发生异常。

根据（13）记载的技术思想，通过在行驶前通知驾驶员相开路继电器发生异常，能够提高安全性。

（14）如技术方案3记载的动力转向装置，其特征在于，所述控制装置在通过所述异常监视单元检测到所述相开路继电器的异常的情况下，中止所述电动机的驱动控制。

根据（14）记载的技术思想，在检测到相开路继电器的异常的情况下，通过中止操舵辅助，能够防止自转向等的异常动作。

Claims

1.一种动力转向装置，其特征在于，具有：

操舵机构，使转向轮伴随方向盘的操舵操作而转向；

电动机，对所述操舵机构赋予操舵力；

控制装置，对所述电动机进行驱动控制；

指令信号运算单元，设置在所述控制装置中，根据车辆的运转状况，运算用于对所述电动机进行驱动控制的矢量控制指令信号；

2相-3相变换单元，设置在所述控制装置中，将所述矢量控制指令信号变换为对所述电动机的各相的指令信号即3相指令信号；

PWM控制单元，设置在所述控制装置中，根据所述3相指令信号，向所述电动机的U、V、W各相输出PWM占空信号；

变换器，设置在所述控制装置中，由被所述PWM占空信号驱动控制的开关电路构成，对所述电动机进行驱动控制；

相开路继电器，使所述电动机的3相中的至少2相在可通电的连通状态和不可通电的断路状态之间切换；以及

异常监视单元，输出矢量控制指令信号以将全部所述相开路继电器设为断路状态，仅使负侧方向的d轴电流通电，并在检测到所述电动机的旋转的情况下，判断为所述相开路继电器发生异常。

2.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，还具有：

电流检测电路，检测所述变换器中流过的电流。

3.如权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，还具有：

电压检测电路，检测所述电动机的星形联结的中性点的电压。