CN106715242A - 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，该电动助力转向装置将旋转角度检测系统设置成3个系统以便进行异常检测，并且，即使3个旋转角度检测系统中的某一个系统发生了异常，也能够瞬时确定出发生了异常的系统，利用余下的正常的角度检测信号来进行高可靠性的角度检测，继续进行辅助控制。本发明的电动助力转向装置至少基于转向扭矩运算出电流指令值，基于电流指令值并通过逆变器对无刷电动机进行PWM控制，并且，检测出无刷电动机的旋转角度进行电流控制，对转向系统进行辅助控制，其具备3个系统的旋转角度检测系统和角度诊断单元，3个系统的旋转角度检测系统检测出无刷电动机的旋转角度；角度诊断单元通过将从3个系统的旋转角度检测系统输出的各个角度的差的绝对值与阈值进行比较，以便诊断出旋转角度检测系统的正常或异常并进行处理，使用被角度诊断单元诊断为正常的系统的输出角度来继续进行辅助控制。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置基于电流指令值并通过逆变器对无刷电动机进行PWM控制，并且，检测出无刷电动机的旋转角度进行电流控制，对转向系统进行辅助控制。本发明特别是涉及一种高可靠性的电动助力转向装置，该高可靠性的电动助力转向装置通过3个系统的旋转角度检测系统来检测出无刷电动机的旋转角度，并且，诊断出各个系统的正常或异常(包括故障)，在只有1个系统为异常的情况下，使用其他的2个系统的旋转角度检测系统的检测角度来继续进行辅助控制。
背景技术
电动助力转向装置利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)，其将电动机的驱动力经由减速机构并通过诸如齿轮或传送带之类的传送机构向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，电动机外加电压的调整一般通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty)来进行。
参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设置有用于检测出转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10和用于检测出转向角θ的转向角传感器14，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，基于通过对电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的，可以不设置转向角传感器14。
另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)50被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN50处获得。此外，收发CAN50以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN51也可以被连接到控制单元30。
控制单元30主要由CPU(也包含MCU、MPU和类似装置)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对控制单元30的功能和动作进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的(或来自CAN50的)车速Vel被输入到用于运算出电流指令值Iref1的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向扭矩Th和车速Vel并使用辅助图(アシストマップ)等，运算出作为供应给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经由加法单元32A被输入到电流限制单元33中；被限制了最大电流的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中；减法单元32B运算出电流指令值Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(Irefm-Im)；该偏差I被输入到用于进行转向动作的特性改善的PI控制单元35中。在PI控制单元35中经过了特性改善后的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单元36，然后再经由作为驱动单元的逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im；由电动机电流检测器38检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B。逆变器37由作为驱动元件的FET(场效应晶体管)的电桥电路构成。
还有，在电动机20为无刷电动机的情况下，因为需要根据电动机的旋转角度来对电动机线圈进行通电，所以需要使用分解器或磁电阻元件(MR传感器)的旋转传感器21。旋转传感器21的输出信号被输入到角度检测电路22中以便对其进行处理，角度检测电路22检测出旋转角度θ，然后再通过角速度运算单元23来运算出电动机角速度ω。
另外，在加法单元32A对来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM进行加法运算，通过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补偿信号生成单元34先在加法单元344将自对准扭矩(SAT)343与惯性342相加，然后，在加法单元345再将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345得到的加法结果作为补偿信号CM。
在要求这样的电动助力转向装置具有高操作性和高可靠性的情况下，被要求旋转角检测装置具有高精度和高故障可检测性。因此，角度检测装置的双系统化(配置2个系统的角度检测装置)、从传感器模块到ECU的信号传送装置的数字化(因为SENT(Single EdgeNibble Transmission)标准抗噪声性强)的要求变得越来越强。
例如，日本特开2004-194490号公报(专利文献1)公开了一种通过赋予冗余性来提高可靠性的无刷电动机的控制方法。也就是说，在专利文献1所公开的无刷电动机的控制方法中，设置了第一传感器组和第二传感器组，其中，第一传感器组由多个霍尔传感器构成，通过检测到转子磁铁的磁力来检测出转子旋转位置；第二传感器组由多个被配置成霍尔传感器之间只隔开偏移角的霍尔传感器构成，并且，在霍尔传感器正常地工作的时候，使用两个传感器组来进行重叠通电控制；在霍尔传感器发生了故障的情况下，使用不包括故障传感器的传感器组来实施矩形波控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-194490号公报
专利文献2：日本特开2011-244678号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在基于双重化的比较的故障(异常)检测中，当1个系统发生了故障之后，因为缺乏用于使用正常的系统的旋转传感器来继续进行辅助控制的场合的异常检测方法，所以不能实施高可靠性的电动机控制。因此，在电动助力转向装置中，采用当1个系统发生了故障之后就停止辅助控制的方法，这样就存在会给驾驶员带来负担的技术问题。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，其具备这样一种功能，即，将旋转角度检测系统设置成3个系统以便通过3个检测信号的多数决定来进行异常(包括故障)检测，并且，即使3个旋转角度检测系统中的某一个系统发生了异常，也能够瞬时确定出发生了异常的系统，利用余下的正常的角度检测信号来进行高可靠性的角度检测，从而能够继续进行辅助控制。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，基于所述电流指令值并通过逆变器对无刷电动机进行PWM控制，并且，检测出所述无刷电动机的旋转角度进行电流控制，对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备3个系统的旋转角度检测系统和角度诊断单元，所述3个系统的旋转角度检测系统检测出所述无刷电动机的旋转角度；所述角度诊断单元通过将从所述3个系统的旋转角度检测系统输出的各个角度的差的绝对值与阈值进行比较，以便诊断出所述旋转角度检测系统的正常或异常并进行处理，使用被所述角度诊断单元诊断为正常的系统的输出角度来继续进行所述辅助控制。
另外，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述角度诊断单元在各个角度差的绝对值小于所述阈值的时候诊断为正常，在所述各个角度的差的绝对值等于或大于所述阈值的时候诊断为异常；或，当所述各个角度差的绝对值中的所有的值都小于所述阈值的时候，将所述3个系统中的某一个系统的输出角度作为所述旋转角度输出；或，当所述各个角度差的绝对值中的1个值小于所述阈值的时候，使用被诊断为异常的系统以外的正常的2个系统的输出角度来继续进行所述辅助控制；或，对所述正常的2个系统的输出角度继续进行异常诊断；或，当被诊断为所述异常的系统为2个或2个以上的时候，停止所述辅助控制或实施无传感器驱动。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置，将旋转角度检测系统设置成3个系统以便通过3个检测信号的多数决定来进行异常(包括故障)检测，并且，即使3个旋转角度检测系统中的某一个系统发生了异常，也能够瞬时确定出发生了异常的系统，利用余下的正常的角度检测信号来进行高可靠性的角度检测，从而能够继续进行辅助控制。因为即使在某一个系统发生了异常之后，也能够通过余下的2个系统相互进行监视，所以具有即使在某一个系统发生了异常之后也能够减少辅助控制停止的可能性的优点。从而也能够减轻给驾驶员带来的负担。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。
图3是表示本发明的结构示例的结构框图。
图4是表示本发明的诊断控制单元的结构示例的结构框图。
图5是表示本发明的动作示例的一部分的流程图。
图6是表示本发明的动作示例的一部分的流程图。
具体实施方式
本发明为一种高可靠性的电动助力转向装置，该高可靠性的电动助力转向装置通过3个系统的旋转角度检测系统来进行无刷电动机的旋转角度的检测，并且，通过多数决定来诊断各个系统的正常或异常(包括故障)，在只有1个系统发生了异常的情况下，使用其他的2个系统的旋转角度检测系统的输出角度来继续进行辅助控制。将旋转角度检测系统设置成3个系统以便通过3个检测信号的多数决定来进行异常(包括故障)检测，并且，即使3个旋转角度检测系统中的某一个系统发生了异常，也能够瞬时确定出发生了异常的系统，利用余下的正常的角度检测信号来进行高可靠性的角度检测，从而能够继续进行辅助控制。
在本发明中使用的旋转传感器为诸如分解器、MR传感器之类的传感器，并且，以来自各个系统的角度信号是基于SENT通信标准等的数字输出或与角度值相对应的模拟输出为前提。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
与图2相对应的图3示出了本发明的结构示例。如图3所示，诸如分解器、MR传感器之类的旋转传感器101、102、103以3个系统的方式被连接到无刷电动机20，用于对信号进行处理的角度检测电路111、112、113被分别连接到旋转传感器101、102、103，检测旋转角度θa、θb、θc分别从角度检测电路111、112、113被输出。旋转传感器101和角度检测电路111构成a系统的旋转角度检测系统，旋转传感器102和角度检测电路112构成b系统的旋转角度检测系统，旋转传感器103和角度检测电路113构成c系统的旋转角度检测系统，这样整体上就构成了3个系统的旋转角度检测系统。
来自角度检测电路111～113的检测旋转角度θa～θc均被输入到角度诊断单元100中，还有，异常判定用的阈值θth也被输入到角度诊断单元100中。角度诊断单元100基于被输入进来的检测角度θa～θc以及阈值θth来诊断3个系统的旋转角度检测系统的正常或异常(包括故障)，并且，输出旋转角度θ或用于停止辅助控制或者实施无传感器驱动的异常信号AS。
角度诊断单元100例如具有图4所示的结构。如图4所示，检测角度θa被输入到差运算单元121以及123中，检测角度θb被输入到差运算单元121以及122中，检测角度θc被输入到差运算单元122以及123中。绝对值单元131求出由差运算单元121运算出的差d1(＝θa－θb)的绝对值D1(＝|θa－θb|)并将其输入到比较单元141中。还有，绝对值单元132求出由差运算单元122运算出的差d2(＝θb－θc)的绝对值D2(＝|θb－θc|)并将其输入到比较单元142中，绝对值单元133求出由差运算单元123运算出的差d3(＝θc－θa)的绝对值D3(＝|θc－θa|)并将其输入到比较单元143中。所规定的阈值θth被输入到比较单元141～143中，在比较单元141～143中分别进行绝对值D1～D3与阈值θth的比较，在比较单元141～143中通过比较而得到的正常或异常的判定结果DS1～DS3均被输入到判定单元120中。还有，检测旋转角度θa～θc也均被输入到判定单元120中，判定单元120基于判定结果DS1～DS3输出角度θ或输出用于停止辅助控制或者实施无传感器驱动的异常信号AS。
在这样的结构中，参照图5以及图6的流程图对其动作示例进行说明。
为了进行辅助控制，当无刷电动机20被驱动起来的时候，则旋转传感器101～103也同时开始旋转，通过角度检测电路111～113检测出旋转角度θa～θc(步骤S1)，旋转角度θa被输入到角度诊断单元100内的差运算单元121以及123中，检测角度θb被输入到差运算单元121以及122中，检测角度θc被输入到差运算单元122以及123中，实施下述这样的角度诊断(步骤S2)。即，差运算单元121运算出差d1(＝θa－θb)，绝对值单元131求出差d1的绝对值D1(＝|θa－θb|)并将其输入到比较单元141中。还有，差运算单元122运算出差d2(＝θb－θc)，绝对值单元132求出差d2的绝对值D2(＝|θb－θc|)并将其输入到比较单元142中，差运算单元123运算出差d3(＝θc－θa)，绝对值单元133求出差d3的绝对值D3(＝|θc－θa|)并将其输入到比较单元143中。然后，比较单元141～143分别对绝对值D1～D3和阈值θth进行比较，并且将通过比较而得到的判定结果DS1～DS3输入到判定单元120中。在比较单元141～143中进行的比较分别为判定|θa－θb|＜θth是否成立、判定|θb－θc|＜θth是否成立、判定|θc－θa|＜θth是否成立，通过在比较单元141～143中进行的比较而得到的结果分别为判定结果DS1～DS3。
判定单元120基于被输入进来的判定结果DS1～DS3，判定|θa－θb|＜θth、|θb－θc|＜θth、|θc－θa|＜θth中的2个或2个以上是否成立(步骤S3)，在|θa－θb|＜θth、|θb－θc|＜θth、|θc－θa|＜θth中的2个或2个以上成立的情况下，3个系统的旋转角度检测系统均正常(步骤S4)，将3个系统的旋转角度检测系统的检测角度θa～θc中的任意一个检测角度作为旋转角度θ输出(步骤S5)，通过这样，继续进行辅助控制(步骤S6)。
另一方面，在上述步骤S3中，在被判定为|θa－θb|＜θth、|θb－θc|＜θth、|θc－θa|＜θth中的2个或2个以上没有成立的情况下，首先判定成立的式子是否为1个(步骤S10)。在被判定为成立的式子为1个的情况下(在被判定为是的情况下)，接下来判定是否只有|θa－θb|＜θth成立(步骤S11)，在只有|θa－θb|＜θth成立的情况下，判定系统c发生了异常(步骤S12)，然后使用系统a和系统b的信号，也就是说使用旋转角度θa和旋转角度θb来继续进行辅助控制(步骤S13)。
在上述步骤S11中，在被判定为否的情况下，判定是否只有|θb－θc|＜θth成立(步骤S20)，在只有|θb－θc|＜θth成立的情况下(在被判定为是的情况下)，判定系统a发生了异常(步骤S21)，然后使用系统b和系统c的信号，也就是说使用旋转角度θb和旋转角度θc来继续进行辅助控制(步骤S22)。
还有，在上述步骤S20中，在被判定为否的情况下，判定是否只有|θc－θa|＜θth成立(步骤S23)，在只有|θc－θa|＜θth成立的情况下(在被判定为是的情况下)，判定系统b发生了异常(步骤S24)，然后使用系统c和系统a的信号，也就是说使用旋转角度θc和旋转角度θa来继续进行辅助控制(步骤S25)。此外，上述比较判定的顺序是任意的，能够适当变更比较判定的顺序。
如上所述那样，在被判断为在3个系统中存在异常的系统(发生了异常的系统)的情况下，使用正常的系统中的其中一个系统的旋转角度来继续进行辅助控制，与正常的系统中的另一个系统的检测值互相进行比较以便检测出异常。其结果是，在进一步检测出异常的情况下，也就是说，在上述步骤S10中，在被判定为否的情况下，或者，在上述步骤S23中，在被判定为否的情况下，输出异常信号AS以便停止辅助控制或者实施日本特开2011-244678号公报(专利文献2)所公开那样的无传感器驱动(步骤S30)。
无传感器驱动例如为这样一种驱动方法，即，检测出被施加在驱动对象上的电动机扭矩以外的扭矩，设定要对驱动对象发挥作用的扭矩指令值，运算出应该使检测扭矩与扭矩指令值之间的偏差变成零的加法角，通过这样，对电动机扭矩进行控制，使得成为与扭矩指令值相对应的扭矩被施加到驱动对象的状态。还有，电动机扭矩对应于作为遵循转子的磁极方向的旋转坐标系的坐标轴与假想轴之间的偏移量的负载角。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴或方向盘轴)
10 扭矩传感器
12 车速传感器
14 转向角传感器
20 电动机(无刷电动机)
30 控制单元(ECU)
31 电流指令值运算单元
33 电流限制单元
34 补偿信号生成单元
35 PI控制单元
36 PWM控制单元
37 逆变器
50 CAN
100 角度诊断单元
101～103 旋转传感器
111～113 角度检测电路
120 判定单元
121～123 差运算单元
131～133 绝对值单元
141～143 比较单元

Claims (6)

1.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，基于所述电流指令值并通过逆变器对无刷电动机进行PWM控制，并且，检测出所述无刷电动机的旋转角度进行电流控制，对转向系统进行辅助控制，其特征在于：
具备3个系统的旋转角度检测系统和角度诊断单元，
所述3个系统的旋转角度检测系统检测出所述无刷电动机的旋转角度；
所述角度诊断单元通过将从所述3个系统的旋转角度检测系统输出的各个角度的差的绝对值与阈值进行比较，以便诊断出所述旋转角度检测系统的正常或异常并进行处理，
使用被所述角度诊断单元诊断为正常的系统的输出角度来继续进行所述辅助控制。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述角度诊断单元在各个角度差的绝对值小于所述阈值的时候诊断为正常，在所述各个角度的差的绝对值等于或大于所述阈值的时候诊断为异常。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述各个角度差的绝对值中的所有的值都小于所述阈值的时候，将所述3个系统中的某一个系统的输出角度作为所述旋转角度输出。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述各个角度差的绝对值中的1个值小于所述阈值的时候，使用被诊断为异常的系统以外的正常的2个系统的输出角度来继续进行所述辅助控制。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：对所述正常的2个系统的输出角度继续进行异常诊断。
6.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：当被诊断为所述异常的系统为2个或2个以上的时候，停止所述辅助控制或实施无传感器驱动。
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