CN104670304A - 电动助力转向装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动助力转向装置及其驱动方法。本发明的电动助力转向装置，其特征在于包括：车速传感器，其检测车速；温度传感器，其检测电源组的温度；电流传感器，其检测供给电动助力转向装置的电流供应量；存储部，其存储电源组的温度下对应于车速的热阻值；以及控制部，其把从存储部检测到的电源组的温度下对应于车速的热阻值及供给电动助力转向装置的电流供应量反映到温度预测函数，以计算推测温度，并根据计算出的推测温度驱动电动机。根据本发明的电动助力转向装置及其驱动方法，能够防止电动机超负荷，可通过改善转向性能来提高系统性能。同时，本发明不仅能够节省成本,而且使驾驶员的转向操作更为容易。

Description

电动助力转向装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置及其驱动方法，尤其涉及在驱动电动助力转向装置的电动机时利用电动助力转向装置在车辆行驶状态下的热特性(散热性能)推测电动机的温度，以控制供给电动机的电流量的电动助力转向装置及其驱动方法。
背景技术
电动助力转向装置(Motor Driven Power Steering,MDPS)通过电动机产生助推力，因此由各上位逻辑算出适当的指令值，从性能角度来讲，指令值与从MDPS测量到的转向柱转矩(Column Tourque)有密切关联，而从故障保护(Fail-safe)角度来讲则与过热保护(Over HeatingProtection,以下简称OHP)等保护逻辑有密切关系。
即如图1所示，当电动助力转向装置监测到转向轮被驾驶员转动时，转向性能逻辑算出的指令通过转矩限制逻辑来限制过大转矩，通过电动机控制逻辑算出的指令生成转向转矩。
其中，转矩限制逻辑是当电动助力转向装置处于非正常状态时通过限制电动机的输出，安全地运行电动助力转向装置的保护逻辑。
过热保护(Over Heating Protection,OHP)逻辑是上述转矩限制逻辑中一个代表性的装置，过热保护逻辑的最大目的在于当电源组(电动助力转向装置的电子控制单元+电动机)过热时减少转矩指令，将电流限制到最小程度，防止电源组硬件过热和损坏。
为了节省成本，过热保护逻辑只使用一个温度传感器的情况非常普遍，其以安装在电子控制单元(ECU)的温度传感器为基准，利用由温度推测函数计算出的各部件(电动机、ECU及温度传感器)位置的温度值，当各部件的推测温度达到限制温度时适用故障保护(Fail-safe)逻辑中的过热保护逻辑限制最大电流，或者根据推测温度降低最大电流的大小。
但是由于这种方法只利用一个温度传感器推测温度，因此无法推测各部件的精确温度，尤其是由于电源组(power package)内部的场效应晶体管(FET)部分或电动机部分、电源模块部分等各部件的温度上升特性及倾向各不相同，因此推测温度与实测温度之差引起的过热容易造成部件性能下降，并且还可能因过度适用故障保护(Fail-safe)逻辑而造成系统性能下降。
韩国公开专利公报第10-2012-0019889号(公开日：2012年03月07日，发明名称：电动助力转向系统的电动机过热防止系统及其方法)公开了本发明的背景技术。
发明内容
技术问题
为解决上述的问题，本发明的目的为提供一种在驱动电动助力转向装置的电动机时，通过利用根据车辆行驶状态变化的电动助力转向装置的热特性(散热性能)推测电动机的温度，以控制供给电动机的电流量的电动助力转向装置及其驱动方法。
本发明的另一目的为提供一种在电动助力转向装置的保护逻辑，即过热保护(Over Heating Protection,OHP)逻辑所包含的温度预测函数中适用对应于车速的可变热阻系数，能够推测更加精确的电动机温度的电动助力转向装置及其驱动方法。
技术方案
本发明的电动助力转向装置，其特征在于包括：车速传感器，其检测车速；温度传感器，其检测电源组(power package)的温度；电流传感器，其检测供给电动助力转向装置的电流供应量；存储部，其存储所述电源组的温度下对应于车速的热阻值；以及控制部，其把从所述存储部检测到的所述电源组的温度下对应于所述车速的热阻值及供给所述电动助力转向装置的电流供应量反映到温度预测函数，计算推测温度并根据计算出的所述推测温度驱动电动机。
本发明特征在于，所述控制部在计算出的所述推测温度大于设定温度时控制使得进入故障保护(fail-safe)模式。
本发明特征在于，所述故障保护模式根据所述推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机时限制其电流值。
本发明特征在于，当所述推测温度上升到临界温度以上时不调节所述转矩增益。
本发明特征在于，所述电源组是电动助力转向装置(MDPS)的电子控制单元(ECU)和电动机。
本发明特征在于，所述温度预测函数为
T=Ti+△T=Ti+∫[(电流)2×热阻值]×时间
其中，T是推测温度，Ti是初始温度(或者是存储的电源组的温度)，△T是温度变化值。
本发明的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于包括：控制部接收温度传感器检测到的电源组的温度、车速传感器检测到的车速及电流传感器检测到的供给电动助力转向装置的电流供应量的步骤；参照存储在存储部中的热阻值，把所述电源组的温度下对应于车速的热阻值及从所述电流传感器检测到的电流供应量反映到温度预测函数，计算推测温度的步骤；以及根据算出的所述推测温度驱动电动机的步骤。
本发明特征在于，存储在所述存储部中的所述热阻值随车速的上升且温度的下降而增大。
本发明特征在于，根据算出的所述推测温度驱动电动机的所述步骤还包括,当计算出的所述推测温度大于设定温度时控制使得进入故障保护模式的步骤。
本发明特征在于，所述故障保护模式根据所述推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机时限制其电流值。
本发明特征在于，当所述推测温度上升到临界温度以上时不调节所述转矩增益。
本发明特征在于，所述电源组是电动助力转向装置(MDPS)的电子控制单元(ECU)和电动机。
本发明特征在于，所述温度预测函数为
T=Ti+△T=Ti+∫[(电流)2×热阻值]×时间
其中，T是推测温度，Ti是初始温度(或者是存储的电源组的温度)，△T是温度变化值。
技术效果
根据本发明的电动助力转向装置及其驱动方法，在驱动电动助力转向装置的电动机时，通过利用根据车辆行驶状态变化的电动助力转向装置的热特性(散热性能)推测电动机的温度，控制供给电动机的电流量，从而能够防止电动机超负荷，可通过改善转向性能来提高系统性能。
并且，本发明在电动助力转向装置的保护逻辑，即过热保护(OverHeating Protection,OHP)逻辑所包含的温度预测函数中适用对应于车速的可变热阻系数，推测出更加精确的电动机温度，从而能够提高过热保护性能，并且通过提高最大电流，可以采用小型电动机，所以可节省成本。
并且，本发明能够在车辆高速行驶时最大限度地确保实际电源组(电动助力转向装置的ECU+电动机)的辅助，因此不仅能够提高稳定性、可靠性及转向性能，还能够在行驶过程中获取冷却信息，延长辅助时间，因此能够使驾驶员的转向操作更为容易。
附图说明
图1为简要显示电动助力转向装置的工作逻辑的示意图；
图2为显示电源组的热特性的曲线图；
图3为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的框图；
图4为显示根据本发明一个实施例适用电动助力转向装置之前的推测温度和实测温度的曲线图；
图5为显示根据本发明一个实施例适用电动助力转向装置之后的推测温度和实测温度的曲线图；
图6为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的驱动方法工作流程的流程图。
附图标记说明
10:车速传感器     20:转向角传感器
30:转矩传感器     40:温度传感器
50:电流传感器     60:存储部
70:控制部         80:电动机
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明一个实施例的电动助力转向装置及其驱动方法。为了说明的明确性及便利性而有可能放大显示了附图中部分线条的宽度或构成要素的尺寸。
另外，后述的用语是根据在本发明中的功能而定义的用语，根据不同的使用者、运用者的目的或惯例而可能有所差异。因此所定义的这些用语应以整篇说明书的内容为准。
图2为显示电源组的热特性的曲线图。
如图2所示，在实际车辆环境中当车速上升时空气速度会加快，因此冷却效果更好，此外与地面的摩擦减小，因此摩擦力的传递也随之减小。
因此，当车速上升时空气冷却使比热变化逐渐上升，起到加大热阻的作用。
相反，随着车速的上升，当冷却相同时刻时(No-steering)可确认最低温度逐渐下降。
由以上结果可知，过热保护(Over Heating Protection,OHP)函数的特性随车速发生变化，而热阻最能代表这种特性差异。
因此，本发明说明随车速和周边温度发生改变的热阻进行调节的电动助力转向装置(Motor Driven Power Steering,MDPS)。
其中周边温度表示电动助力转向装置的ECU和电动机安装环境的温度。例如，沙漠与极地温差很大，因此具有基本的温差，而且在行驶时因周边空气的流动而被冷却的特性上也有很大差异。
并且，还可能随电动助力转向装置的安装位置而有所不同，对于安装于电动助力转向系统的齿条齿轮(rack-pinion)附近的机架安装式电动机驱动的电动助力转向装置(R-MDPS)而言，由于离发动机很近，因此发动机过热状态产生热对流，使得电源组(电动助力转向装置的ECU+电动机)的温度特性发生改变。
图3为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的框图。
如图3所示，本发明一个实施例的电动助力转向装置包括车速传感器10、转向角传感器20、转矩传感器30、温度传感器40、电流传感器50、存储部60、控制部70及电动机80。
车速传感器10在车辆行驶时检测并提供车速。
转向角传感器20检测并提供驾驶员操作方向盘(未示出)时所产生的转向角。
转矩传感器30检测并提供方向盘的转向柱转矩。
温度传感器40检测并提供电源组(电动助力转向装置的ECU+电动机)的温度。
电流传感器50检测并提供供给电动助力转向装置的电流供应量。
存储部60存储电源组的温度下对应于车速的热阻值。
此时，存储到存储部60的热阻值随车速的上升及温度的下降而增大。
其原因正如关于电源组的热特性的上述说明，在实际车辆环境中当车速上升时空气冷却使比热变化逐渐上升，从而热阻增大，而随着车速的上升，当冷却相同时刻时最低温度逐渐下降，因此热阻随着车速的上升及温度的下降而增大。
控制部70从车速传感器10、转向角传感器20、转矩传感器30分别接收车速、转向角及转向柱转矩，根据车辆的行驶速度调节电动机80的驱动力，在驾驶员操作方向盘时提供辅助转矩，辅助使得在低速行驶时可以省力地转向，高速行驶时可以费力地转向，从而可以确保行驶稳定性。
并且，控制部70在利用从转向角传感器20接收到的传感器值计算转向角时，以车辆启动后随即设定的初始转向角为基准计算转向角，生成辅助转矩。
并且，控制部70在电动助力转向装置的过热保护(Over HeatingProtection,OHP)逻辑推测电源组的温度时，在温度预测函数中反映存储在存储部60的电源组的温度下对应于所述车速的热阻值及电流传感器50检测的供给电动助力转向装置的电流供应量，计算推测温度，并根据算出的推测温度驱动电动机80。
其中，温度预测函数是过热保护(Over Heating Protection,OHP)逻辑所包括的函数，为了得到温度预测函数而建立仿真模型并输入试验的温度数据，以算出温度传递函数的参数，其中温度传递函数的参数可以是热阻与温度容量等。
其中，温度预测函数可以为
T=Ti+△T=Ti+∫[(电流)2×热阻值]×时间
其中，T是推测温度，Ti是初始温度(或存储的电源组的温度)，△T是温度变化值。
控制部70在计算出的推测温度低于设定温度时正常驱动电动助力转向装置，当超过设定温度时则控制使得进入故障保护(Fail-safe)模式。
其中，故障保护模式是根据推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机80时限制电流值的模式，具体来讲，当推测温度上升到限制温度以上时不反映转矩增益值。
图4为显示本发明一个实施例的适用电动助力转向装置之前的推测温度和实测温度的曲线图，图5为显示本发明一个实施例的适用电动助力转向装置之后的推测温度和实测温度的曲线图。
其中，图4的A曲线是实测温度，B曲线是推测温度，图5的C曲线是实测温度，D曲线是推测温度。
为了在实际车辆上比较本发明一个实施例的适用电动助力转向装置之前(图4)与适用后(图5)温度特性是否与实际相近，进行了如下试验。
首先，利用高温腔室在100度的环境下对电源组加热十分钟，然后把电源组安装到发电机(dynamo)，并为假设成行驶状态而通过风扇利用空气加以冷却。
此时，使电源以最高负荷运转后停止，用设置在预测地点的热电偶和温度预测函数的结果值比较了图4与图5的电源组散热温度特性。
由比较结果可知，图4的A曲线与B曲线具有温度差，精确度不足，图5的C曲线与D曲线几乎没有温度差，因此如图5所示，当适用本发明一个实施例的电动助力转向装置，并使用所述温度对应于车速的热阻值时精确度明显上升。
如上所述，本发明一个实施例的电动助力转向装置在驱动电动助力转向装置的电动机时，利用电动助力转向装置在车辆行驶状态下的热特性(散热性能)推测电动机的温度，以控制供给电动机的电流量，从而能够防止电动机超负荷，可通过改善转向性能来提高系统性能。
并且，在电动助力转向装置的保护逻辑，即过热保护(Over HeatingProtection,OHP)逻辑所包含的温度预测函数中适用对应于车速的可变热阻系数，可以推测出更加精确的电动机温度，从而能够提高过热保护性能，并且通过提高最大电流，可以采用小型电动机，所以可节省成本。
并且，能够在车辆高速行驶时可以最大限度地确保实际电源组(电动助力转向装置的ECU+电动机)的辅助，因此不仅能够提高稳定性、可靠性及转向性能，还能够在行驶过程中获取冷却信息，延长辅助时间，因此能够使驾驶员的转向操作更为容易。
图6为显示本发明一个实施例的电动助力转向装置的驱动方法工作流程的流程图，以下参照图6说明本发明的具体工作流程。
在步骤S10中，控制部70接收温度传感器40检测到的电源组的温度、车速传感器10检测到的车速及电流传感器50检测到的供给电动助力转向装置的电流供应量。
然后在步骤S20、S30中，参照存储在存储部60的热阻值，把检测到的电源组的温度下对应于车速的热阻值及电流传感器50检测到的电流供应量反映到温度预测函数中，计算推测温度。
此时，存储到存储部60的热阻值是随车速的上升及温度的下降而增大的值。
其原因正如关于电源组的热特性的上述说明，在实际车辆环境中当车速上升时空气冷却使比热变化逐渐上升，从而热阻增大，而随着车速的上升，当冷却相同时刻时最低温度逐渐下降，因此热阻随着车速的上升及温度的下降而增大。
在步骤S40中比较在步骤S30中计算出的推测温度与设定温度，当推测温度低于设定温度时在步骤S50中正常驱动电动助力转向装置，当推测温度大于设定温度时在步骤S60中控制使得进入故障保护(fail-safe)模式。
其中，故障保护模式是根据推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机80时限制电流值的模式，具体来讲当推测温度上升到限制温度以上时不反映转矩增益值。
如上所述，根据本发明的电动助力转向装置及其驱动方法，在驱动电动助力转向装置的电动机时利用电动助力转向装置在车辆行驶状态下的热特性(散热性能)推测电动机的温度，以控制供给电动机的电流量，从而能够防止电动机超负荷，可通过改善转向性能来提高系统性能。
并且，本发明在电动助力转向装置的保护逻辑，即过热保护(OverHeating Protection,OHP)逻辑所包含的温度预测函数中适用对应于车速的可变热阻系数，能够推测出更加精确的电动机温度，从而能够提高过热保护性能，并且通过提高最大电流，可以采用小型电动机，所以可节省成本。
并且，本发明能够在车辆高速行驶时最大限度地确保实际电源组(电动助力转向装置的ECU+电动机)的辅助，因此不仅能够提高稳定性、可靠性及转向性能，还能够在行驶过程中获取冷却信息，辅助时间延长，因此能够使驾驶员容易转向。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
车速传感器，其检测车速；
温度传感器，其检测电源组的温度；
电流传感器，其检测供给电动助力转向装置的电流供应量；
存储部，其存储所述电源组的温度下对应于车速的热阻值；以及
控制部，其把从所述存储部检测到的所述电源组的温度下对应于所述车速的热阻值及供给所述电动助力转向装置的电流供应量反映到温度预测函数，计算推测温度并根据计算出的所述推测温度驱动电动机。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述控制部在计算出的所述推测温度大于设定温度时控制使得进入故障保护模式。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述故障保护模式根据所述推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机时限制其电流值。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：
当所述推测温度上升到临界温度以上时不调节所述转矩增益。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
所述温度预测函数为
T=Ti+△T=Ti+∫[(电流)2×热阻值]×时间
其中，T是推测温度，Ti是初始温度(或者是存储的电源组的温度)，△T是温度变化值。
6.一种电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于，包括：
控制部接收温度传感器检测到的电源组的温度、车速传感器检测到的车速及电流传感器检测到的供给电动助力转向装置的电流供应量的步骤；
参照存储在存储部中的热阻值，把所述电源组的温度下对应于车速的热值及从所述电流传感器检测到的电流供应量反映到温度预测函数，计算推测温度的步骤；以及
根据算出的所述推测温度驱动电动机的步骤。
7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
存储在所述存储部中的所述热阻值随车速的上升且温度的下降而增大。
8.根据权利要求6所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
根据算出的所述推测温度驱动电动机的所述步骤包括,当计算出的所述推测温度大于设定温度时控制使得进入故障保护模式的步骤。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
所述故障保护模式根据所述推测温度调节转矩增益，从而在驱动电动机时限制其电流值。
10.根据权利要求9所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
当所述推测温度上升到临界温度以上时不调节所述转矩增益。
11.根据权利要求6所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
所述电源组是电动助力转向装置的电子控制单元和电动机。
12.根据权利要求6所述的电动助力转向装置的驱动方法，其特征在于：
所述温度预测函数为
T=Ti+△T=Ti+∫[(电流)2×热阻值]×时间
其中，T是推测温度，Ti是初始温度(或者是存储的电源组的温度)，△T是温度变化值。
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