CN103879443A - 电动力转向设备 - Google Patents

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Abstract

一种电动力转向设备包括电源继电器（11）、转换器部（14）、平滑电容器（12）、控制电路（15）和电动机驱动电路（13），并且该电动力转向设备连接到作为高压电源的电池（100）和电动机（1）。电池（100）与具有高电压例如288V等的驱动电池连接。降压电路（16）将高电压降低为低电压例如36V等，对低压蓄电装置（17）进行充电，并将驱动电力供应给电动机驱动电路（13）。当发生车辆碰撞时，控制电路（15）通过检测到的加速度的值来检测碰撞，电源改变继电器（18）在平滑电容器（12）的电压降低之后被接通以改变为来自低压蓄电装置（17）的电力源，由此将低电压连接到电动机驱动电路（13）。

Description

电动力转向设备
技术领域
本发明涉及尤其是用于没有任何电击的安全驾驶的电动力转向设备。
背景技术
在车辆中设有通过电动机等来辅助驾驶员的转向操作的电动力转向设备是广为普及的。在诸如日本公开特许公报2008-143483的现有技术中众所周知的是被装配在车辆中的电动力转向设备，该电动力转向设备具有诸如二次电池的电池或者储存高电力的电容器以便驱动例如电动车辆或混合动力车辆的车辆。
在具有现有技术的电动力转向的车辆中，向电动力转向设备发送来自大容量电池的高电力。在发生车辆碰撞的事故的情况下，应当停止向电动力转向设备发送电力以便避免由于高电力而对驾驶员造成任何可能的电击。在该预期的事故中，在没有电动力转向设备的辅助的情况下，驾驶员被迫人工地进行转向操作，由此不可能安全且顺畅地从事故点逃脱。
发明内容
鉴于前面提到的情况，本发明的一个目的是提供一种电动力转向设备，该电动力转向设备避免可能的电击并且通过维持该电动力转向设备的动力辅助来以安全且顺畅的转向操作逃脱。
为了实现上面的和其它的目的，本发明的一个方面提供了一种电动力转向设备，所述电动力转向设备包括：高压电源；电动机，所述电动机生成给予车辆的转向机构的转向辅助力；电动机驱动电路，所述电动机驱动电路包括向所述电动机供应驱动电流的多个开关元件；电动机控制电路，所述电动机控制电路控制所述电动机驱动电路；电源继电器，所述电源继电器开启和关闭所述高压电源和所述电动机驱动电路之间的导通；转换器部，所述转换器部向所述电动机驱动电路供应电力；以及平滑电容器，所述平滑电容器吸收任何电流纹波；其中，所述电动力转向设备包括这样的转换器部，所述转换器部包括：降压电路，所述降压电路将所述高压电源输出的电力的高电压降低为低电压；低压蓄电装置，所述低压蓄电装置通过所述降压电路来被充电；以及开关，所述开关被配置成断开和连接所述低压蓄电装置和所述电动机驱动电路之间的导通；并且在所述车辆的碰撞时，所述电动力转向设备将来自所述低压蓄电装置的电力供应给所述电动机驱动电路。
通过上面的构造，当装配了使用高压电池的电动力转向设备的车辆中发生碰撞时，所述转换器部通过所述降压电路将供应给所述电动机驱动电路的电力源电压从高电压改变为所述低压蓄电装置的低电压。由此，车辆的操作员不受到电击，结果，利用对所述电动力转向设备的操作将当然保持操作员的安全驾驶，由此，车辆能够被移动到安全区域以被安全地救援。
本发明的另一方面提供了一种电动力转向设备，其中，所述控制电路在所述车辆的所述碰撞时、所述电源继电器关断之后通过使用所述降压电路和所述电动机驱动电路来对所述平滑电容器的电压进行放电，并且当供应给所述电动机驱动电路的电压降低为预定的低电压时接通所述开关以改变为来自所述低压蓄电装置的电力源。由此，通过改变为来自所述低压蓄电装置的电力源来继续电动机驱动，使得能够当然维持驾驶员的安全。
本发明的另一方面提供了一种电动力转向设备，其中，所述控制电路在改变为来自所述低压蓄电装置的电力源之后增大所述电动机的电流限制值。由此，在所述低压蓄电装置工作时能够增大流向所述电动机的电流限制。因此，能够实现转向的顺畅操作。
本发明的又一方面提供了一种电动力转向设备，其中，所述控制电路通过来自被装配在车辆上的加速度传感器的检测信号来检测车辆碰撞，并且关断所述电源继电器以关闭所述高压电源和所述电动机驱动电路之间的所述导通。由此，通过用所述加速度传感器检测车辆碰撞来关断所述高压电源，因此车辆的驾驶员不受到电击，使得车辆能够被移动到安全区域以被安全地救援。
根据本发明的电动力转向设备能够在车辆碰撞时避免可能的电击并且维持所述电动力转向设备的动力辅助以将车辆移动至安全区域。
附图说明
当与附图一起考虑时通过参考下面的优选实施方式的详细描述，本发明的各种其它目的、特点和许多伴随的优点将易于理解并变得更加明白。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的电动力转向设备的示意图；
图2是包括在电动力转向设备中的电动机控制电路的框图；
图3是图2中所示的降压电路的构造图；以及
图4是示出了在车辆碰撞时由电动机控制电路执行的处理的过程的流程图。
具体实施方式
下面将参考图1至图4说明根据本发明的一个实施方式的安装在车辆中的电动力转向设备。
图1是示出了根据本发明的电动力转向设备的所述一个实施方式的简要构造的示意图。电动力转向设备10包括电动机1、减速齿轮机构2、扭矩传感器3、车辆速度传感器4、电动机旋转角传感器5（下文称为旋转角传感器）和电子控制单元6（下文称为ECU）。电动力转向设备10是柱辅助型电动力转向设备。
如图1所示，转向盘101被固定到转向轴102的一端，转向轴102的另一端通过齿条齿轮机构103与齿条轴104啮合。齿条轴104的两端通过拉杆和转向节臂的连接构件105分别连接到转向轮106。当驾驶员旋转转向盘101以旋转转向轴102时，齿条轴104往复运动以改变转向轮106的方向。
电动力转向设备10通过下文解释的方法来辅助转向操作以降低驾驶员的负荷。扭矩传感器3检测通过操作转向盘101而加载到转向轴102的转向扭矩τ。车辆速度传感器4检测车辆速度V。旋转角传感器5检测电动机1的转子的旋转位置θ（电动机旋转角）。旋转角传感器5用解角器（resolver）来构造。
连接到ECU6的是构成转向角检测构件的未示出的转向角传感器以及检测加载到车辆的横向加速度的加速度传感器8。加速度传感器8是压电型或电容型。ECU6根据来自每个传感器的输出信号检测转向角θS和角速度G。
ECU6接收从车载电池（下文称为电池）100供应的电力，并且根据转向扭矩τ、车辆速度V和电动机旋转角θ控制以驱动电动机1。电动机1通过被ECU6旋转地驱动而生成转向辅助力。减速齿轮机构2被安装在电动机1和转向轴102之间。由电动机1生成的转向辅助力用于通过减速齿轮机构2旋转转向轴102。在电动力转向设备10的额定电力与用于作为主电力源来驱动车辆的电池的额定电力具有相同的电力的情况下，电池100是将电力供应给电动车辆或混合电动车辆的驱动电动机的高压电池。
驾驶员对转向轴102的旋转力由添加到转向盘101的转向扭矩τ和电动机1所生成的转向辅动力这二者辅助。电动力转向设备10通过将电动机1所生成的转向辅助力提供给车辆的转向机构来实现转向辅助。
图2是包括在电动力转向设备10中的电动机控制电路的框图。电动机控制电路包括电源继电器11、转换器部14、平滑电容器12、控制电路15和电动机驱动电路13。电动机驱动电路13被安装在ECU6内，并且连接到高电压的电池100和电动机1。电池100的电压是足以对人体危险的例如100伏以上。此外，通过DC/DC转换器等从电池100生成作为控制电路15的电力源的控制电压+B。该电压是例如12V。
如图2所示，电动机1是具有包括U相线、V相线和W相线的三相线的三相无刷电动机。电源继电器11位于ECU6之外，并且电源继电器11是改变为将平滑电容器12和电动机驱动电路13连接到或不连接到电池100的电力开关。当电动力转向设备10在工作时电源继电器11处于接通阶段或导通状态，当电动力转向设备10不在工作时电源继电器11处于关断阶段或非导通状态。电源继电器11被构造成与高压电池100相邻地定位以防止碰撞造成的电池100的线的破损和到车体的任何可能的短路。
电动机驱动电路13包括作为开关元件的未示出的六个MOS-FET。这六个MOS-FET被分成三个组，每组有两个MOS-FET，其中每一个串联连接。每组有两个MOS-FET的这三个组在电源线19和地线20之间彼此并联连接。MOS-FET的每个连接点与电动机1的U相线、V相线和W相线中的每一个的一端连接。U相线、V相线和W相线中的每一个的另一端连接到是中性点的公共连接点。
控制电路15控制包括在电动机驱动电路13中的六个MOS-FET。具体地，向控制电路15输入转向扭矩τ、车辆速度V和电动机旋转角θ。基于这些输入数据，控制电路15确定U相线、V相线和W相线的三相驱动电路的目标电流的目标值，并输出与由电流传感器检测到的每个相的电流的目标值一致的PWM信号。PWM信号被供应给包括在电动机驱动电路13中的六个MOS-FET中的每一个的栅极端子。
平滑电容器12被安装在电源线19和地线20之间。平滑电容器12寄存电荷，并且在从电池100流入电动机驱动电路13的电流的量不足的情况下对所存储的电荷进行放电。因此，平滑电容器12吸收电流纹波，并且起到对驱动电动机1的电力电压进行平滑的电容器的作用。
在本发明的动力转向设备1的实施方式中，在电源继电器11处于关断状态之后，如图3所示，通过包括开关元件Q1、电抗器L1的电路以及电动机驱动电路13中的MOS-FET的降压电路16对存储在平滑电容器12中的电荷进行放电。在此情况下，开关元件Q1借助于降压传输通过开关操作对低压蓄电装置17进行充电，并且阻止电流向电动机1流动。
转换器部14包括降压电路16、低压蓄电装置17和电源改变继电器或开关18。降压电路16通过电源继电器11将电池100的高电压正常地降低为低电压，并且对低压蓄电装置17进行充电。低压蓄电装置17是电容器等辅助电源。
向控制电路15输入由如图1所示那样被装配在车辆上的加速度传感器8检测到的加速度G的信号。通过加速度G的值来检测车辆的碰撞。电池100输出用于驱动电动车辆或混合动力车辆的驱动电动机的大于100伏的例如288伏的高电压。电池100是镍氢电池或锂离子电池等驱动电池。降压电路16将288伏高电压降低为36伏低电压。电源改变继电器18被改变为接通阶段，由此向电动机驱动电路13供应驱动电力。电源改变继电器18不改变为接通阶段，直到电源线19和地线20之间的两个相对端的电压都低于预定的电压时为止，即使车辆碰撞被检测到。电源改变继电器18被定义为接通从低压蓄电装置17到电动机驱动电路13的电压流的开关。
如上所述，在正常阶段中，电动机驱动电路13直接连接到来自电池100的高电压，然而，在异常阶段中，当控制电路15通过从加速度传感器8输出的加速度G的值检测到车辆的碰撞时，电动机驱动电路13通过被切换到降压电路16中的直流电压VL来连接到低压蓄电装置17。由于碰撞时的加速度远大于在正常阶段中快速启动或快速加速时的加速度，所以碰撞时的加速度容易被来自加速度传感器8的信号检测到。
图3是示出了图2中的降压电路的构造图。降压电路16包括电抗器L1、用于电力的半导体开关元件Q1、Q2（下文称为开关元件Q1、Q2）和平滑电容器C1、C2（下文称为电容器C1、C2）。开关元件Q1、Q2串联连接在电源线19和地线20之间。开关元件Q1、Q2的接通或关断由来自ECU6的开关控制信号来控制。在本发明的该实施方式中，开关元件Q1、Q2中的每一个与MOS-FET等一起使用。在开关元件Q1、Q2的内部，形成有反并联连接的寄生二极管。电抗器L1的一端连接到开关元件Q1和Q2的连接，且电容器C1连接在电源线19和地线20之间，且电容器C2连接在电抗器L1的另一端和地线20之间。
响应于从图2所示的ECU6供应给开关元件Q1、Q2的每个栅极端子的开关控制信号，可替选地配备了一个时间段和另一个时间段，一个时间段是仅开关元件Q1处于接通阶段的时段，另一个时间段是开关元件Q1、Q2二者都处于关断阶段的时段。降压电路16基于响应于接通阶段期间的占空比的下降比、在正常阶段中从由电池100供应的直流电压VH减小为直流电压VL，从而给低压蓄电装置17充电。
图4是示出了由电动机控制电路执行的车辆碰撞时的处理的过程的流程图。在本发明的该实施方式中，控制电路15执行图4示出的流程图中的步骤S401至步骤S407处的每个处理。在每个时间段执行在流程图中示出的每个处理。如图4所示，在步骤S401中，向ECU6中的控制电路15的未示出的CPU输入由加速度传感器8检测到的加速度G。
在步骤S402中，判断检测到的加速度G是否大于预定值。在其中检测到的加速度G大于预定值的步骤S402的“是”中，判定发生了车辆碰撞，去往步骤S403，执行从高电压驱动到低电压驱动的改变处理。在其中检测到的加速度G低于预定值的步骤S402的“否”中，处理结束，跳出流程图。
在步骤S404中，CPU判断电池100的直流电压VH是否小于预定值。在其中电池100的直流电压VH高于预定值的步骤S404的“否”中，通过电动机驱动电路13对平滑电容器12的电压进行放电。在其中电池100的直流电压VH小于预定值的步骤S404的“是”中，在步骤S406中转换器部14中的电源改变继电器18被接通以将电源线19改变为直流电压VL一侧以便实现电力的降级。由此，低压蓄电装置17可用来将低电压输入到电动机驱动电路13。
在步骤S407中，在改变为低电压驱动之后，CPU将电动机1的每个相电流的电流限制值增大到高于高电压驱动时的预设值，并结束处理。由此，可以设定三相驱动电流的大的目标值，以由此输出生成较大的电动机扭矩的电流命令值。
下文说明根据本发明的电动力转向设备10的工作和结果。
通过上述构造，当装配了使用高电压电池100的电动力转向设备10的车辆发生碰撞时，包括电动机控制电路的ECU6中的控制电路15将供应给电动机驱动电路13的电力源电压从电池100中的高电压改变为由低压蓄电装置17供应的降压电路16的输出的低电压。低压蓄电装置17在正常工作中通过降压电路16充电，然而电源改变继电器18在电源继电器11由于车辆停止而被关断之后接通，由此改变为从低压蓄电装置17到电动机驱动电路13的电力源。控制电路15中的CPU通过来自加速度传感器8的检测信号的加速度G来检测车辆碰撞，由此可以将电动机1改变为低电压驱动。而且，还可以增大电动机1的每个相电流中的电流限制的量，由此增大了辅助力。
由此，即使将高电压用于电动力转向设备的车辆发生了碰撞，操作员也不会受到电击，因为改变为来自低电压驱动的电力源，并且驾驶员通过电动力转向设备10的辅助而不停止转向辅助就能够顺畅地操作转向盘。结果，当然防止电击并且保持操作员的安全驾驶，由此，车辆能够被移动到安全区域以被安全地救援。
根据本发明的电动力转向设备能够实现在车辆碰撞中防止电击、维持动力辅助并且安全地救援车辆。
尽管参考优选实施方式详细地描述了本发明，但对于本领域的普通技术人员明显的是，本发明并不限于这些实施方式，本发明可以在要求保护的范围内以各种其它实施方式实现。
尽管在本发明的上述实施方式中由被装配在车辆上的加速度传感器8来检测车辆碰撞，然而也可以通过气袋的工作或者其它碰撞检测信号来检测车辆碰撞。
尽管在本发明的上述实施方式中在电源继电器11被关断之后控制电路15中的CPU通过检测直流电力VH来改变为低压蓄电装置17，然而电力的降级也可以通过其它方法来检测。例如，通过由电力传感器检测平滑电容器12的两端的电力或者通过检测被装配在ECU6的输入部中的电力滤波电路中的滤波线圈的两端的电力，能够检测电源线19和地线20之间的电动机驱动电力的电力降级。
尽管在本发明的上述实施方式中通过使用通常的机械继电器来将电源继电器11和电源改变继电器18控制为接通或关断，然而其也可以通过使用多个MOS-FET作为双向关闭的半导体开关来控制。
尽管在本发明的上述实施方式中控制电路15中的CPU在车辆的碰撞时从高电力电池100的高电压改变为低压蓄电装置17的低电压，然而其也可以改变为低压辅助电池的低电压。其可以通过并行地检测电池100的电力电压供应的停止以检测碰撞来被改变为直流电力VL。
在本发明的上述实施方式中可以使用降压电路16的平滑电容器C2作为低压蓄电装置17。
尽管在本发明的上述实施方式中说明了柱辅助型的电动力转向设备，然而也可以装配小齿轮辅助型或齿条辅助型电动力转向设备。

Claims (4)

1.一种电动力转向设备，包括：
高压电源；
电动机，所述电动机生成给予车辆的转向机构的转向辅助力；
电动机驱动电路，所述电动机驱动电路包括向所述电动机供应驱动电流的多个开关元件；
电动机控制电路，所述电动机控制电路控制所述电动机驱动电路；
电源继电器，所述电源继电器开启和关闭所述高压电源和所述电动机驱动电路之间的导通；
转换器部，所述转换器部向所述电动机驱动电路供应电力；以及
平滑电容器，所述平滑电容器吸收任何电流纹波；其中，
所述电动力转向设备包括这样的转换器部，所述转换器部包括：降压电路，所述降压电路将所述高压电源输出的电力的高电压降低为低电压；低压蓄电装置，所述低压蓄电装置通过所述降压电路来被充电；以及开关，所述开关被配置成断开和连接所述低压蓄电装置和所述电动机驱动电路之间的导通；并且
在所述车辆的碰撞时，所述电动力转向设备将来自所述低压蓄电装置的电力供应给所述电动机驱动电路。
2.根据权利要求1所述的电动力转向设备，其中，所述控制电路在所述车辆的所述碰撞时、所述电源继电器关断之后通过使用所述降压电路和所述电动机驱动电路来对所述平滑电容器的电压进行放电，并且当供应给所述电动机驱动电路的电压降低为预定的低电压时接通所述开关以改变为来自所述低压蓄电装置的电力源。
3.根据权利要求2所述的电动力转向设备，其中，所述控制电路在改变为来自所述低压蓄电装置的所述电力源之后增大所述电动机的电流限制值。
4.根据权利要求3所述的电动力转向设备，其中，所述控制电路通过来自被装配在所述车辆上的加速度传感器的检测信号来检测所述车辆的所述碰撞，并且关断所述电源继电器以关闭所述高压电源和所述电动机驱动电路之间的所述导通。
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