CN108883787B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

在具备多个电源电路的电动助力转向装置中，多个电源电路具有用于控制单元内的CPU的第2电源电路、以及用于其他的电路部的第1电源电路，第1电源电路的输出电压比第2电源电路要高，根据要求规格将提供给装置的输入电压分割为上位、中间、下位三个电平，在输入电压包含于下位电平的情况下使第1、第2电源电路的输出功能均停止，在输入电压包含于中间电平的情况下使第1电源电路的输出功能停止，在输入电压包含于上位电平的情况下对多个电源电路进行控制以使所有电路动作。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及电动助力转向装置中针对电池电压变动的电源电路的功能。
背景技术
电动助力转向装置利用来自车载电池的电源来向各电路进行电源供给。然而，该车载电池的电压变动较大，尤其是在发动机启动时其电压会急剧下降。
作为现有技术，存在有下述电动助力转向装置，在该电动助力转向装置中设置有用于确保运算电路的动作的升压电路，并将升压电路的最低动作电压设定为与发动机启动时所预测的下降电压相比更低的值(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4816293号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在现有技术中存在如下问题。专利文献1所公开的现有结构中，设定发动机启动时电池电压下降的情况下的预测电压，并将升压电路的最低动作电压设计为比该设定更低的值。由此，即使在发动机启动时，例如CPU这样的运算电路中也不会发生复位，能够使运算电路正常动作。
然而，例如，如专利文献1所记载的那样，对将5V设为电池下降预测电压、将升压电路的最低动作电压设定为3V、将升压电压设定为确保为9V的情况进行研究。该情况下，若考虑进行作为助力转向的基本功能的转向力的辅助控制，则能够利用9V的升压电压确保所搭载的传感器、CPU等小电流驱动元器件正常动作。
然而，例如，在电池电压为6～8V附近这样的情况下，是否能够向进行辅助的电动机提供标准的电流非常成问题。此外，当电池电压长时间停留在升压电路的最低动作电压附近时，升压电路的功耗变大，有可能会使不必要的升压电力动作。并且，长时间停留的电池电压也有可能会妨碍发动机启动。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种电动助力转向装置，即使在电池电压变动的情况下也能够防止不必要的电力消耗。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的电动助力转向装置构成为包括：电动机，该电动机使车辆的转向机构旋转；以及控制单元，该控制单元驱动电动机，并具有作为控制器的CPU和多个电源电路，该电动助力转向装置中，还包括电源控制电路，该电源控制电路基于针对多个电源电路共通地提供的输入电压的读取结果，输出用于单独地使多个电源电路的输出功能停止的停止信号，多个电源电路具有：第1电源电路，该第1电源电路根据输入电压，生成提供给CPU以外的电路部的第1输出电压；以及第2电源电路，该第2电源电路根据输入电压，生成提供给控制单元内的CPU的第2输出电压，第1输出电压是比第2输出电压要高的电压，电源控制电路进行下述控制：关于输入电压的范围，根据要求规格预先设定为至少分割成上位电平、中间电平、下位电平这三个电平的电压范围，根据输入电压的读取结果，对第1电源电路和第2电源电路进行控制，以使得在输入电压包含于下位电平的电压范围的情况下，向第1电源电路和第2电源电路的双方输出停止信号，在输入电压包含于中间电平的电压范围的情况下，向第1电源电路输出停止信号，在输入电压包含于上位电平的电压范围的情况下，不输出停止信号。
发明效果
根据本发明，具有下述结构，即：控制单元至少具备两个以上的电源电路，根据要求规格，将提供给装置的输入电压范围分割为至少三个以上的范围，按照输入电压所属的电压范围，能够控制各个电源电路的输出功能的执行、停止。其结果是，可获得一种电动助力转向装置，即使在电池电压发生了变动的情况下，也能够防止不必要的电力消耗。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的电动助力转向装置整体的电路图。
图2是表示本发明的实施方式1中的电源电路的电路结构的图。
图3是汇总本发明的实施方式1中的各电源电路的动作电压范围的说明图。
图4是汇总本发明的实施方式2中的各电源电路的动作电压范围的说明图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的电动助力转向装置进行详细说明。
实施方式1
图1是本发明的实施方式1中的电动助力转向装置整体的电路图。图1所示的本实施方式1所涉及的电动助力转向装置构成为包括控制单元1、以及三相两组的电动机2。并且，控制单元1主要包括搭载有CPU10的控制电路部4、向电动机2提供电流的逆变器电路3、电源继电器用开关元件5、以及滤波部17。
来自搭载于车辆的电池6的电源+B、GND经由滤波部17连接至控制单元1。此外，通过使点火开关(IG)7成为导通状态，从而将电池6的电源接通至控制电路部4的第1电源电路13、第2电源电路14、第3电源电路15。
并且，例如，将搭载于方向盘附近的检测转向转矩的转矩传感器、检测车辆的行驶速度的速度传感器等的信息从传感器类8输入到控制电路部4。来自传感器类8的信息经由控制电路部4的输入电路12被传递至CPU10。
CPU10根据所输入的信息来运算作为用于使电动机2旋转的控制量的电流值，并进行输出。该输出信号被传递至构成输出电路的驱动电路11、以及逆变器电路3。
驱动电路11接受CPU10的指令信号，输出驱动逆变器电路3的各开关元件的驱动信号。另外，驱动电路11由于仅流过小电流，因此安装于控制电路部4，但也可以配置于逆变器电路3。
逆变器电路3主要构成为包括：用于电动机2的三相绕组(U相、V相、W相)的上下臂用开关元件31、32；连接、切断与电动机绕组的布线的电动机继电器用开关元件34；电流检测用的分流电阻33；以及噪声抑制用电容器30。逆变器电路3对于各相的绕组具有相同的电路结构，独立地向各相绕组进行电流供给。
此外，分流电阻33的两端间的电位差、以及例如电动机绕组端子的电压等也被传递至输入电路12。这些信息还被输入到CPU10。接着，CPU10通过对计算出的电流值与对应的检测值间的差异进行运算，并进行所谓的反馈控制，由此提供所期望的电动机电流，对转向力进行辅助。
并且，从CPU10还输出电源继电器用开关元件5的驱动信号，该电源继电器用开关元件5作为进行电池+B与逆变器电路3的电源连接、电源切断的继电器进行动作。CPU10能够通过控制电源继电器用开关元件5，从而切断对电动机2本身的电流供给。电动机继电器用开关元件34还可以配置在逆变器电路3与电动机2之间，分别对各相进行切断。
此外，出于抑制因逆变器电路3的PWM驱动而导致的噪声释放的目的，将由电容器和线圈构成的滤波部17配置在电池6(+B、GND)的附近。另外，电源继电器用开关元件5由于流过大电流，并伴随发热，因此，可以包含于逆变器电路3。
CPU10具有检测驱动电路11、逆变器电路3、电动机绕组等的异常的异常检测功能。接着，CPU10在检测到异常的情况下，能够根据其异常，仅切断规定的相的电流供给。具体而言，CPU10能够通过对发生了异常的相的上下开关元件31、32、电动机继电器用开关元件34进行截止，从而仅切断规定的相的电流供给。或者，CPU10还能够对电源继电器用开关元件5进行截止，以从根本上切断电源本身。
电动机2是三相绕组进行星形接线的无刷电动机。由于电动机2是无刷电动机，因此搭载有用于检测转子的旋转位置的旋转传感器9。由该旋转传感器9检测出的旋转信息也被传递至控制电路部4的输入电路12。
另外，电动机2即使不是三相星形接线的无刷电动机，也可以是三角形接线，还可以是两极两对的带电刷电动机。并且，绕组规格也可以与现有装置同样地采用分布绕组、集中绕组。此外，电动机2可以是具有两个绕组的两重三相电动机。该情况下，由于是两组三相绕组，因此也需要两组逆变器电路3。
接着，对控制单元1的电源电路进行说明。本实施方式1所涉及的电动助力转向装置具备输出电压各不相同的三个电源电路。
第1电源电路13主要是传感器类8的电源，例如为6.5V输出。第2电源电路14主要是CPU10的电源，为5V输出。第3电源电路15是用于逆变器电路3的电源，是比电池电压高10V左右的升压电源。
图1中，分别将第1电源电路13的输出电压设为●，第2电源电路14的输出电压设为○，第3电源电路15的输出电压设为▽来进行示出。此外，第1电源电路13、第2电源电路14、以及第3电源电路15分别经由信号线16a、16b、16c与CPU10相连接。
图2是表示本发明的实施方式1中的电源电路的电路结构的图。各电源电路具有基本相同的功能。因此，使用图2，以第1电源电路13为例来说明具体的功能。
第1电源电路13具有降压、升压两方面的功能。经由IG(7)来自电池6的电源被提供给端子13b。接着，驱动电路13h控制升压、降压用开关元件13c、13g。
降压部由开关元件13c、二极管13d、以及电感器13e构成。并且，升压部由开关元件13g、二极管13f、以及电感器13e构成。
因此，驱动电路13h具备降压用升降压型(Buck)端子、以及升压用的升压(Boost)输出。并且，驱动电路13h还具备用于输出端子13a的电压反馈的Vreg端子、以及连接有起振用的电容器13i的osc端子。
并且，若来自外部的信号从Stop端子输入到驱动电路13h，则驱动电路13h停止输出信号。由此，升降压功能被停止，输出端子13a没有电压输出。
例如，若电池6的电压为8V以上，则第1电源电路13通过降压功能而从输出端子13a输出6.5V的恒压。此外，若电池6的电压变为5～8V，则第1电源电路13的升压功能也进行动作，从而确保6.5V的输出电压。并且，例如，若电池6的电压变为小于4V，则设第1电源电路13的输出端子13完全无法产生电压。
通常情况下，由图2所示的电路构成的第1电源电路13在输入到端子13b的输入电压为4～5V的情况下虽然会进行动作，但也有可能不能输出6.5V固定的电压。即，必然存在无法确保作为第1电源电路13功能的输入电压的区域(以下，将该区域称为不完全区域)。
由此，在不完全区域使用了第1电源电路13的情况下，例如，会导致提供给传感器类8的电源不稳定。其结果是，导致传感器类8在低电压下动作，从传感器类8获得的数据有可能不准确。
因此，在这种不完全区域中，不能使用第1电源电路13。换言之，在这种不完全区域中，也没有必要使第1电源电路13动作，在使其动作的情况下，会造成电流消耗的浪费。
因此，CPU10通过输入电路12对电池6的电压、或者IG7的电压进行监控。接着，若所监控的电压处于不完全区域(例如，5V以下)，则CPU10通过向Stop端子输出控制信号来使第1电源电路13停止。
如上所述，本实施方式1所涉及的电动助力转向装置利用CPU10来监视不完全区域，并在该不完全区域中使电源电路本身的功能停止，削减不必要的消耗电流。
另外，在上述具体例中，对经由CPU10输出Stop信号的情况进行了说明。但是，本发明并不限于这种结构，也可以构成为利用所附加的电路网(电源控制电路)使Stop信号输出，以代替CPU10。
接着，对第2电源电路14进行说明。第2电源电路14也具有与上述第1电源电路13基本相同的升降压功能。但是第2电源电路14的各部的电压与第1电源电路13不同。即，第2电源电路14的输出电压是主要提供给CPU10、输入电路12、及其周边电路等的5V。
因此，由第2电源电路14提供的这个5V也需要具有精度。如上所述，第1电源电路13在输入电压为5V以下的情况下使升压功能停止。由此，第2电源电路14需要设定为比5V更低的电压、例如低至3.5V，以使得能够提供5V。
此外，第2电源电路14设为在输入电压小于3V时作为输出电压无法确保5V。因此，第2电源电路14需要具有在输入电压为3.5V以下时停止输出的Stop功能。
CPU10通常具有A/D转换器等的电压监控功能。因此，若从第2电源电路14提供给CPU10的电压不是准确的固定电压，则无法进行准确的电压监控。
考虑到这一点，可以采用下述结构，即：利用作为附加电路的电压监控电路(未图示)直接对来自第2电源电路14的5V的输出电压进行监控，例如，在输出电压为4.7V以下的情况下，传输对CPU10进行复位、或者通知电源异常的异常信号。
图1中，记载有两根第2电源电路14与CPU10之间的信号线16b，这两根信号线16b正是为此而设置。从CPU10输入至第2电源电路14的信号线16b相当于从CPU10输出的Stop用的控制信号，从第2电源电路14内的附加电路输入至CPU10的信号线16b相当于从附加电路输出的表示5V固定电压降的异常信号。
最后，对第3电源电路15进行说明。第3电源电路15主要是逆变器电路3的开关元件31、32、34用的升压电路。因此，第3电源电路15中不需要降压功能。由第3电源电路15进行升压后的输出电压15a为电池电压+10V。
第3电源电路15的输出电压不需要第1电源电路13、第2电源电路14那种程度的准确的电压，可以为约10V。其理由是因为第3电源电路15的输出电压是用于驱动开关元件的电压，若将开关元件设为FET，则如果是比漏极电压要高的10V左右，则能够将FET充分地进行驱动。
将本实施方式1中的电动助力转向装置的正常的动作范围设为电池电压10V以上。该情况下，若电池电压为10V以上，则各电源电路自不必说，所有的电路均正常动作，需要向电动机2提供所希望的电流。
另一方面，在电池电压小于10V时，例如，在8V以上且小于10V的电压范围内，可以不向电动机2提供标准电流，或者采用控制停止这样的规格。并且，若是小于8V的较低电压，则采用设为控制中断的规格。
首先，考虑将控制中断的电压设为小于8V、电池电压小于8V的情况。在该情况下，并不意味着使第3电源电路15的升压功能动作。在该情况下使升压功能动作时，不只消耗电流是浪费的，电源电路本身的消耗电流也具有电池电压越是下降该消耗电流越是增加的趋势，发热也变多。
因此，在电池电压小于8V的情况下，CPU10或未图示的附加电路根据电压监控的结果输出停止第3电源电路15的Stop信号。
此外，在电池电压为8～10V的情况下，CPU10不输出Stop信号。但是，CPU10也可以变更为限制提供给电动机2的标准电流这样的控制。
基于上述内容，图3汇总示出了对于从电池6提供给各电源电路的输入电压，系统、电路如何进行动作的情况。图3是汇总了本发明的实施方式1中的各电源电路的动作电压范围的说明图。
图3的纵轴表示分别提供给第1电源电路13、第2电源电路14、第3电源电路15的输入电压，相当于电池电压、或IG电压。
若输入电压在10V以上，则所有电路、所有功能均正常动作。并且，在输入电压为10V以上的情况下，第1电源电路13输出6.5V，第2电源电路14输出5.0V，第3电源电路15输出电池电压+10V。
即使输入电压在8V～10V的范围内，电源电路也均正常动作。但是存在有对提供给电动机2的标准电流施加限制的范围。
在输入电压为5V～8V的范围时，仅第1电源电路13和第2电源电路14正常动作，第3电源电路15停止输出。作为电动助力转向装置，电动机电流供给控制停止，但CPU10、传感器类8处于动作状态。
这种状态即为仅驱动部停止、中断的状态。因此，相当于进行待机的状态，以使得在电源电压再次上升的情况下，能够立刻开始控制。
在输入电压为3.5V～5V的范围时，仅第2电源电路14正常动作。并且，在输入电压为3V以下的范围时，所有功能、所有电路均为停止状态。
在输入电压为3V～3.5V的范围时，第2电源电路14进行动作，但可认为是不知是否能够输出5V固定的恒压的不稳定状态。在该范围内，如上所述，可设置其他电路，以对第2电源电路14的输出电压进行监控，例如，在输出电压变为4.7V以下的时刻，停止CPU10。
若具备这种其他电路，则如果输出电压超过4.7V，那么使CPU10正常动作，如果小于4.7V，那么可使CPU10停止。其结果是，在输入电压为3V～3.5V的范围时，CPU10的动作并非不稳定。
如上所述，根据实施方式1，具有下述结构，即：在具备多个电源电路的控制单元中，能够根据分别提供给多个电源电路的电压，在不必要的区域中使电源电路的输出功能停止。通过具备这种结构，能够削减电源电路中不必要的消耗电流，并且还能够抑制电源电路本身的发热。
尤其是在多个电源电路中，通过将CPU用的电源电路设定为即使在最低的电压下也能进行动作。从而能够利用CPU来负责其他电源电路的控制。通过采用这种设定，能够削减附加电路。
实施方式2
本实施方式2中，说明各电源电路的最低动作电压与之前的实施方式1不同的情况。另外，本实施方式2中的电动助力转向装置的电路结构与之前的实施方式1的图1相同。
图4是汇总本发明的实施方式2中的各电源电路的动作电压范围的说明图。图4的纵轴表示分别提供给第1电源电路13、第2电源电路14、第3电源电路15的输入电压，相当于电池电压、或IG电压。
第3电源电路15如图4所示那样，在输入电压为8V以上的范围时，需要正常进行动作。因此，第3电源电路15本身至少在小于8V的例如6V以上时进行动作，以产生标准的输出电压。但是，CPU10或附加电路为了确保稳定的动作而进行控制，以使得在电池电压小于8V的时刻，停止第3电源电路15的输出。
第1电源电路13的输出电压13a主要提供给传感器类8。因此，第1电源电压13的最低动作电压设定为比发动机启动时所预测的电池电压要低，例如3V。关于其他的功能，与之前的实施方式1中的第1电源电路13相同，本实施方式2中的第1电源电路13中，若来自外部的信号被输入到Stop端子，则第1电源电路13成为不输出输出电压13a的状态。
例如，在实际的产品规格中，存在电池电压到3V为止、不需要保证传感器类8的性能的情况。在这种情况下，到电池电压3V为止无需使第1电源电路13动作，在使第1电源电路13动作的情况下会导致功耗的浪费。因此，CPU10通过输入电路12对电池电压、或者IG7电压进行监控。接着，若所监控的电压值处于不需要动作的区域、例如6V以下，则CPU10向Stop端子输出控制信号，使第1电源电路13停止。
另外，第2电源电路14到3V为止都需要输出标准的输出电压14a。即，该第2电源电路14输出与其他的电源电路相比为最低的最低电压。第2电源电路14与其他电源电路相比，消耗电流最少。因此，第2电源电路14即使最低动作电压较低，与其他电源电路相比消耗不必要电流的情况也较少。
并且，CPU10由该第2电源电路14提供电压。因此，CPU10只要由第2电源电路14提供标准的输出电压14a，就不会因电源电压的变动而发生输出错误的控制指令、或者进行了错误的异常判定等情况。
如上所述，根据实施方式2，具有下述结构，即：利用CPU10来监视输入到多个电源电路的输入电压是否在动作保证外的区域。并且，CPU在输入电压在动作保证外的区域的情况下，能够使电源电路本身的功能停止，削减不必要的消耗电流。
实际的产品中所要求的动作保证电压多种多样。对此，本实施方式2中的电动助力转向装置通过根据产品规格来对由CPU所得到的监视电压进行设定变更，从而能够灵活地应对各种产品规格。其结果是，能够根据产品规格，针对每个电源电路适当地分割停止输出功能的电平，能够削减因电源电路而产生的不必要的消耗电流。
另外，在上述实施方式2中，对经由CPU10输出Stop信号的情况进行了说明。但是，本发明并不限于这种结构，也可以构成为利用所附加的电路网(电源控制电路)使Stop信号输出，以代替CPU10。
另外，在上述实施方式1、2中，对具有第1到第3这三个电源电路的情况进行了说明，但本发明并不限于这种结构。也可以采用使用分为CPU用的电源和CPU以外的电路用的电源这两个电源电路的结构，或者进一步进行细分而使用四个以上的电源电路的结构，能够获得相同的效果。
并且，动作电压范围的分割方法也不限于图3、图4的分割，可以根据要求规格，利用适当的电压范围来实施电平划分。
例如，对于使用第1和第2这两个电源电路的情况，在将动作电压范围分割为上位电平、中间电平、下位电平这三个的情况下，可按下述方式单独地对两个电源电路进行控制。
·在输入电压为下位电平的情况下，对第1电源电路和第2电源电路的双方输出停止信号，使输出功能停止。
·在输入电压为中间电平的情况下，对第1电源电路输出停止信号，使输出功能停止。
·在输入电压为上位电平的情况下，不输出停止信号，任意电源电路均继续正常运转。

Claims (8)

1.一种电动助力转向装置，包括：
电动机，该电动机使车辆的转向机构旋转；以及
控制单元，该控制单元驱动所述电动机，并具有CPU和多个电源电路，该电动助力转向装置的特征在于，
还包括电源控制电路，该电源控制电路基于针对所述多个电源电路共通地提供的输入电压的读取结果，输出用于单独地使所述多个电源电路的输出功能停止的停止信号，
所述多个电源电路具有：
第1电源电路，该第1电源电路根据输入电压，生成提供给所述CPU以外的电路部的第1输出电压；以及
第2电源电路，该第2电源电路根据所述输入电压，生成提供给所述控制单元内的CPU的第2输出电压，
所述第1输出电压是比所述第2输出电压要高的电压，
所述电源控制电路进行下述控制：
关于所述输入电压的范围，根据要求规格预先设定至少分割为上位电平、中间电平、下位电平这三个电平的电压范围，
根据所述输入电压的读取结果，对所述第1电源电路和所述第2电源电路进行控制，以使得在所述输入电压包含于所述下位电平的电压范围的情况下，向所述第1电源电路和所述第2电源电路双方输出所述停止信号，在所述输入电压包含于所述中间电平的电压范围的情况下，向所述第1电源电路输出所述停止信号，在所述输入电压包含于所述上位电平的电压范围的情况下，不输出所述停止信号。
2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1电源电路根据所述输入电压，生成提供给所述电动机的驱动部及所述CPU以外的电路部的第1输出电压，
所述多个电源电路还包括第3电源电路，该第3电源电路根据所述输入电压，生成提供给所述电动机的所述驱动部的第3输出电压，
所述第3输出电压是比所述第1输出电压和所述第2输出电压要高的电压，
所述电源控制电路进行下述控制：
关于所述输入电压的范围，根据所述要求规格预先设定为将所述上位电平分割成第1上位电平、以及电平比所述第1上位电平要高的第2上位电平的2个电压范围，
根据所述输入电压的读取结果，对所述第1电源电路、所述第2电源电路、以及所述第3电源电路进行控制，以使得在所述输入电压包含于所述下位电平的电压范围的情况下，向所述第1电源电路、所述第2电源电路、以及所述第3电源电路的全部输出所述停止信号，在所述输入电压包含于所述中间电平的电压范围的情况下，向所述第1电源电路和所述第3电源电路的双方输出所述停止信号，在所述输入电压包含于所述上位电平内的所述第1上位电平的电压范围的情况下，向所述所述第3电源电路输出所述停止信号，在所述输入电压包含于所述上位电平内的所述第2上位电平的电压范围的情况下，不输出所述停止信号。
3.如权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述电源控制电路组装在所述CPU内。
4.如权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第3电源电路具有输出比所述输入电压要高的电压的升压功能。
5.如权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第3电源电路具有输出比所述输入电压要高的电压的升压功能。
6.如权利要求1至5的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1电源电路和所述第2电源电路具有输出比所述输入电压要高的电压和比所述输入电压要低的电压的升降压功能。
7.如权利要求1至5的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1电源电路和所述第2电源电路的最低动作电压被设定为比下降预测电压要低的电压范围，所述下降预测电压根据所述输入电压的供给源即电池电压的下降来预测得到。
8.如权利要求1至5的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
还具备电压监控电路，该电压监控电路对提供给所述CPU的所述第2输出电压进行监控，在所述第2输出电压小于预先设定的允许最小值的情况下，向所述CPU输出复位信号，或者输出通知电源异常的异常信号。
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