CN108367774A - 线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法 - Google Patents

线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明获得一种在不使用备用离合器的情况下确保了安全性的线控转向方式的电动助力转向装置。该线控转向方式的电动助力转向装置包括：具有驾驶员进行操作的方向盘的转向输入机构；对所述方向盘施加转向反作用力的反作用力电动机；输出转向力的转向电动机；不与所述转向输入机构机械性连接、并利用所述转向电动机的转向力对转向轮进行转向的转向机构；以及进行所述转向电动机及所述反作用力电动机的驱动控制的驱动控制装置，所述转向电动机及所述反作用力电动机中的至少一个由各绕组被双重化、并利用两个逆变器分别单独驱动双重化的所述绕组的双逆变器方式的双绕组电动机构成。

Description

线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法。
背景技术
在现有的线控转向方式的电动助力转向装置中，设有装置故障时用于机械性连结转向输入机构的方向盘与对转向轮进行转向的转向机构的备用离合器(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-29284号公报(图1等)
发明内容
发明所要解决的技术问题
在如上述专利文献1所示的、现有的线控转向方式的电动助力转向装置中，设有装置故障时用于机械性连结转向输入机构的方向盘与对转向轮进行转向的转向机构的备用离合器。因此，具有装置变得大型化等问题。
本发明的目的在于解除上述问题，获得一种在不使用备用离合器的情况下确保了安全性的线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法。
解决技术问题的技术方案
本发明的线控转向方式的电动助力转向装置等包括：转向输入机构，该转向输入机构具有驾驶员进行操作的方向盘；反作用力电动机，该反作用力电动机对所述方向盘施加转向反作用力；反作用力电动机，该反作用力电动机输出转向力；转向机构，该转向机构不与所述转向输入机构机械性连接，并利用所述转向电动机的转向力对转向轮进行转向；以及驱动控制装置，该驱动控制装置进行所述转向电动机及所述反作用力电动机的驱动控制，所述转向电动机及所述反作用力电动机中的至少一个由双逆变器方式的双绕组电动机构成，该双逆变器方式的双绕组电动机中，各绕组被双重化，并利用两个逆变器分别单独驱动双重化的所述绕组。
发明效果
根据本发明，能在不使用备用离合器的情况下确保线控转向方式的电动助力转向装置的安全性。
附图说明
图1是表示本发明的线控转向方式的电动助力转向装置的整体结构的图。
图2是本发明的线控转向方式的电动助力转向装置中的双逆变器方式的三相双绕组电动机的控制系统的结构图。
图3是图2的驱动控制装置的微机的一个示例的功能框图。
图4是表示图2的驱动控制装置的微机的硬件结构的一个示例的图。
图5是表示图2的驱动控制装置的微机在双逆变器方式的三相双绕组电动机故障时的控制动作的一个示例的动作流程图。
图6是表示本发明的线控转向方式的电动助力转向装置的电动机与驱动控制装置的结构例的图。
具体实施方式
在本发明的线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法中，能在不使用备用离合器的情况下确保装置的安全性，因此，例如小型、轻量、低成本，且组装工时较少，布局的限制较少。
下面，依照实施方式并利用附图对本发明的线控转向方式的电动助力转向装置及其控制方法进行说明。另外，各图中，相同或相应部分以同一标号来表示，此外省略重复的说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的线控转向方式的电动助力转向装置的整体结构的图。
图1中，驾驶员操作的方向盘4连结有转向轴5。转向轴5上安装有检测驾驶员的转向角的转向角传感器6、对驾驶员的转向施加转向反作用力的、并行设置的两个反作用力电动机7a、7b。由上述方向盘4、转向轴5、转向角传感器6构成转向输入机构2。转向轮即前轮8a、8b的转向节臂9a、9b连接有连接杆(tie rod)10a、10b，该连接杆10a、10b与齿轮轴11连结。齿轮轴11的动作经由连接杆10a、10b与转向节臂9a、9b传递到前轮8a、8b，从而前轮8a、8b发生转向。齿轮轴11上安装有转向电动机12a、12b。并行设置的两个转向电动机12a、12b的输出成为使齿轮轴11进行动作的动力。上述齿轮轴11周边的转向节臂9a、9b、连接杆10a、10b、齿轮轴11构成转向机构3。
转向输入机构2不与转向机构3机械性连结。通过由驱动控制装置100基于来自转向角传感器6等的输入信号来适当地控制转向电动机12a、12b、反作用力电动机7a、7b，从而形成根据驾驶员的操作进行转向的结构、即所谓的线控转向方式的电动助力转向装置1。
转向电动机12a、转向电动机12b、反作用力电动机7a、反作用力电动机7b分别由双逆变器方式的三相双绕组电动机构成，该双逆变器方式的三相双绕组电动机具有各绕组双重化后的两组三相绕组及分别单独驱动两组的各三相绕组的两个逆变器。上述转向电动机12a、转向电动机12b、反作用力电动机7a、反作用力电动机7b构成为即使在发生故障时也不会完全失去作为电动机的功能。
接着，对双逆变器方式的三相双绕组电动机的控制系统的结构进行说明。
图2是本发明的线控转向方式的电动助力转向装置中的双逆变器方式的三相双绕组电动机的控制系统的结构图。
控制驱动装置100具有例如由微机100aa构成的控制部100a。驱动控制装置100的微机100aa根据
来自转向角传感器6的转向角信号SA、
来自外部的输入驱动指令IDC、以及
来自电流检测器100c的反馈信号FB(为了检测电动机的故障而将该电流检测器100c设置于三相双绕组电动机(7a、7b、12a、12b)，对相电流及驱动电流进行检测)，
例如将用于驱动控制三相双绕组电动机(7a、7b、12a、12b)的输出驱动指令ODC1、ODC2输出至三相双绕组电动机(7a、7b、12a、12b)各自的逆变器驱动电路210c。
转向电动机12a、转向电动机12b、反作用力电动机7a、反作用力电动机7b例如分别是双逆变器方式的三相双绕组电动机，且分别如图2所示包括：
双重化绕组的第一系统的三相绕组19与第二系统的三相绕组20；
两个逆变器电路210a、210b；以及
包含第一FET驱动电路210ca及第二FET驱动电路210cb的逆变器驱动电路210c。
并且，第一FET驱动电路210ca与第一系统的逆变器电路210a构成一个逆变器，第二FET驱动电路210cb与第二系统的逆变器电路210b构成另一个逆变器。
逆变器电路210a、210b中，并联电容器203、构成开关电路204的串联连接的两个开关部205、分流电阻206以各逆变器电路的各相共通的方式经由公共的电抗器202串联连接在电源侧端子与接地之间，而电源侧端子连接到作为电源的电池201。各开关部205由开关元件205a构成，该开关元件205a例如由MOS-FET构成，在FET的内部具有寄生二极管205b。串联连接的开关部205之间的连接点分别与三相绕组19、20的各绕组相连接。此外，为了根据绕组电流来检测故障，在连接至绕组的连接线上设置电流检测器100c，将反馈信号FB输出至驱动控制装置100。另外，可以对各相分别设置电流检测器100c，也可以在流过三相绕组的所有相电流的连接线上以三相共通的方式设置一个电流检测器100c。也可以采用如下结构：故障检测不设置专用的电流检测器100c，而使用电动机的电流反馈控制用的电流检测器即分流电阻206的输出。
逆变器驱动电路210c的第一FET驱动电路210ca及第二FET驱动电路210cb根据来自驱动控制装置100的微机100aa的输出驱动指令ODC1、ODC2，输出用于对三相双绕组电动机(7a、7b、12a、12b)的逆变器电路210a、210b的各开关部205的各开关元件205a进行导通、截止控制的开关信号。
第一系统的三相绕组19的连接端子U1、V1、W1连接到由微机100aa及第一FET驱动电路210ca控制的第一系统的逆变器电路210a。同样地，第二系统的三相绕组20的连接端子U2、V2、W2连接到由微机100aa及第二FET驱动电路210cb控制的第二系统的逆变器电路210b。
图3示出构成驱动控制装置100的控制部100a的微机100aa的一个示例的功能框图。微机100aa包括故障检测部301、驱动指令生成部302及存储部M。
此外，图4示出微机100aa的硬件结构的一个示例。微机100aa由与外部进行信号的输入输出的接口I/F、执行由图3所示的各功能框示出的功能的程序、保存处理所需的各种数据的存储器M、及执行保存于存储器M的程序的CPU构成。图3的存储部M表示存储器M。
图5示出双逆变器方式的三相双绕组电动机故障时微机100aa所进行的控制动作的一个示例的动作流程图，以下对动作进行说明。以转向电动机12a的第二系统的三相绕组20发生了故障的情况为例进行说明。微机100aa的故障检测部301将来自电流检测器100c的反馈信号FB的值与预先设定的正常区域的值进行比较，来检测故障。例如，在来自三相双绕组电动机的第二系统的三相绕组20的反馈信号FB的值超过了正常区域的值或小于正常区域的值的情况下，检测第二系统的三相绕组20的故障(步骤S1)。在例如根据来自外部的输入驱动指令IDC而设定了“若发生了故障则使电动机的故障系统的驱动停止”这一指令的情况下(步骤S2)，驱动指令生成部302输出使第二FET驱动电路210cd的驱动停止的输出驱动指令ODC2。由此，第二系统的三相绕组20的驱动电流成为0(步骤S3)。
因此，转向电动机12a的由第二系统(其中该第二系统由第二FET驱动电路210cb、第二系统的逆变器电路210b构成)生成的转矩成为0，电动机整体的输出转矩成为正常时的二分之一，但并不完全失去功能，能继续进行转向。
此外，在例如根据来自外部的输入驱动指令IDC而设定了“若发生了故障则使电动机的故障系统的驱动停止，且进行补偿控制”这一指令的情况下(步骤S4)，驱动指令生成部302输出使第二FET驱动电路210cb的驱动停止的输出驱动指令ODC2，并将第二系统的三相绕组20的驱动电流设为0。此外，与此同时，驱动指令生成部302输出输出驱动指令ODC1，以使正常的第一系统的三相绕组19的驱动电流增加到正常时的两倍。由此，由第一系统生成的转矩翻倍(步骤S5)。利用由第一系统生成的转矩来对本该由第二系统生成的那一部分转矩进行补偿，从而还能使电动机整体的输出转矩与正常时相同。
此外，在例如根据来自外部的输入驱动指令IDC而设定了“利用并行设置电动机进行补偿控制”这一指令的情况下(步骤S6)，驱动指令生成部302根据故障系统所检测到的驱动电流，向用于转向电动机12b的逆变器驱动电路210c的第一FET驱动电路210ca及第二FET驱动电路210cb分别输出输出驱动指令ODC1、输出驱动指令ODC2，以使得例如未发生故障的并行设置的正常的转向电动机12b的输出增加对发生了故障的转向电动机12a中降低的输出进行补偿的量。由此，转向电动机12b中的第一系统的三相绕组19、第二系统的三相绕组20的驱动电流增加对转向电动机12a中降低的输出进行补偿的量(步骤S7)。通过以上所述的控制，也能使作为装置整体的输出与正常时相同。
另外，上述示例中，根据来自外部的输入驱动指令IDC决定故障发生时的控制方式的设定条件，但也可以例如根据预先保存在存储部M即存储器M中的故障发生时的控制方式来进行控制。
采用以上结构的本发明的线控转向方式的电动助力转向装置即使在电动机故障时也能维持其功能，因此无需设置于现有装置中的装置故障时机械性连结转向输入机构与转向机构的备用离合器，小型、轻量、低成本，且组装工时较少，布局的限制较少。
另外，上述示例中，以转向电动机为两个、反作用力电动机为两个、所有电动机均应用双逆变器方式的三相双绕组电动机的结构进行了说明，但可以根据所需的安全性适当选择各电动机的个数及哪些电动机采用双逆变器方式的三相双绕组电动机。
例如，具有图6的(a)至(o)所示的结构。图6中，
以7表示的反作用力电动机采用现有的单逆变器方式的三相单绕组电动机，
以7a、7b来表示的反作用力电动机采用本发明的双逆变器方式的三相双绕组电动机，
以12表示的转向电动机采用现有的单逆变器方式的三相单绕组电动机，
以12a、12b来表示的转向电动机采用本发明的双逆变器方式的三相双绕组电动机，
以100来表示驱动控制装置。
(a)示出由“双”转向电动机12a与“双”反作用力电动机7a构成的、一个转向电动机与一个反作用力电动机组成的结构例。
(b)示出由“双”转向电动机12a与两个“单”反作用力电动机7构成的、一个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(c)示出由“双”转向电动机12a、“单”反作用力电动机7及“双”反作用力电动机7a构成的、一个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(d)示出由“双”转向电动机12a与两个“双”反作用力电动机7a、7b构成的、一个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(e)示出由两个“单”转向电动机12与“双”反作用力电动机7a构成的、两个转向电动机与一个反作用力电动机组成的结构例。
(f)示出由两个“单”转向电动机12、“双”反作用力电动机7a及“单”反作用力电动机7构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(g)示出由两个“单”转向电动机12与两个“双”反作用力电动机7a、7b构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(h)示出由“双”转向电动机12a、“单”转向电动机12及“双”反作用力电动机7a构成的、两个转向电动机与一个反作用力电动机组成的结构例。
(i)示出由“双”转向电动机12a、“单”转向电动机12、两个“单”反作用力电动机7构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(j)示出由“双”转向电动机12a、“单”转向电动机12、“双”反作用力电动机7a、及“单”反作用力电动机7构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(k)示出由“双”转向电动机12a、“单”转向电动机12、及两个“双”反作用力电动机7a、7b构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(l)示出由两个“双”转向电动机12a、12b与“双”反作用力电动机7a构成的、两个转向电动机与一个反作用力电动机组成的结构例。
(m)示出由两个“双”转向电动机12a、12b与两个“单”反作用力电动机7构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(n)示出由两个“双”转向电动机12a、12b、“双”反作用力电动机7a及“单”反作用力电动机7构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
(o)示出上述实施方式的由两个“双”转向电动机12a、12b与两个“双”反作用力电动机7a、7b构成的、两个转向电动机与两个反作用力电动机组成的结构例。
因此，在微机100aa的控制所进行的例如图5的步骤S6中，利用输入驱动指令IDC设定有“利用并行设置电动机进行补偿控制”这一指令的情况下，可以进行控制以对例如未发生故障的、并行设置的、正常的现有单逆变器方式的三相单绕组电动机即转向电动机12的驱动电流进行调整。这在反作用力电动机的情况下也相同。
此外，上述实施方式中，作为驱动控制装置将微机设为一个，但也可以采用对各个系统分别设置一个的结构，并且电动机并不限定于三相方式，也能将本发明应用于设置有其他的多相方式的电动机的电动助力转向装置中。
工业上的利用
本发明能应用于各种类型车辆的线控转向方式的电动助力转向装置。

Claims (12)

1.一种线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，包括：
转向输入机构，该转向输入机构具有驾驶员进行操作的方向盘；
反作用力电动机，该反作用力电动机对所述方向盘施加转向反作用力；
转向电动机，该转向电动机输出转向力；
转向机构，该转向机构不与所述转向输入机构机械性连接，并利用所述转向电动机的转向力对转向轮进行转向；以及
驱动控制装置，该驱动控制装置进行所述转向电动机及所述反作用力电动机的驱动控制，
所述转向电动机及所述反作用力电动机中的至少一个由双逆变器方式的双绕组电动机构成，该双逆变器方式的双绕组电动机中，各绕组被双重化，并利用两个逆变器分别单独驱动双重化的所述绕组。
2.如权利要求1所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
所述双逆变器方式的双绕组电动机是包含两组三相绕组及分别单独驱动所述两组三相绕组的两个逆变器的双逆变器方式的三相双绕组电动机。
3.如权利要求2所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
所述转向电动机由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成。
4.如权利要求3所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述转向电动机。
5.如权利要求2所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
所述反作用力电动机由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成。
6.如权利要求5所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述反作用力电动机。
7.如权利要求2所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
所述转向电动机及所述反作用力电动机分别由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成。
8.如权利要求7所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述转向电动机。
9.如权利要求7所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述反作用力电动机。
10.如权利要求7所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述转向电动机，
并行设置有两个由所述双逆变器方式的三相双绕组电动机构成的所述反作用力电动机。
11.如权利要求1至10的任一项所述的线控转向方式的电动助力转向装置，其特征在于，
若从所述双逆变器方式的三相双绕组电动机接收表示故障的反馈信号，则所述驱动控制装置根据设定条件控制到如下绕组的驱动电流：所述三相双绕组电动机的两个系统的绕组中发生了故障的系统的绕组、或所述三相双绕组电动机的两个系统的绕组中未发生故障的系统的绕组、或在具有并行设置的电动机的情况下所并行设置的电动机的绕组。
12.一种线控转向方式的电动助力转向装置的控制方法，其特征在于，
对转向输入机构的由驾驶员进行操作的方向盘施加转向反作用力的反作用力电动机及对不与所述转向输入机构机械性连接的转向机构输出与转向角相对应的转向力的转向电动机中的至少一个由双逆变器方式的双绕组电动机构成，该双逆变器方式的双绕组电动机中，各绕组被双重化，并利用两个逆变器分别单独驱动双重化的所述绕组，
在所述双逆变器方式的双绕组电动机发生了故障时，根据设定条件控制到如下绕组的驱动电流：所述双绕组电动机的两个系统的绕组中发生了故障的系统的绕组、或所述双绕组电动机的两个系统的绕组中未发生故障的系统的绕组、或在具有并行设置的电动机的情况下所并行设置的电动机的绕组。
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