CN109383619A - 马达驱动控制设备和转向系统 - Google Patents

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Abstract

提供了马达驱动控制设备和转向系统。该马达驱动控制设备包括：逆变器电路，该逆变器电路被构造成向马达供应用于转向助力的马达驱动电力；马达控制电路，该马达控制电路被构造成根据是否输入控制电力来控制所述逆变器电路的操作；和开关电路，该开关电路被构造成响应于控制信号来控制是否将所述控制电力输入至所述马达控制电路。当在转向系统的内部或外部发生故障时，所述设备和转向系统能够立即停止用于转向助力的马达驱动，由此防止车辆事故。

Description

马达驱动控制设备和转向系统
技术领域
本公开涉及马达驱动控制设备和转向系统。
背景技术
现有技术采用转向系统，该转向系统通过使用辅助电源提供应该由驾驶员施加至方向盘以使车辆转向的转向扭矩的一部分，由此方便转向。
这种转向系统通过直接连接至方向盘的扭矩传感器来感测驾驶员的转向意图，并且通过考虑车辆的当前速度等作为感测结果来控制马达的驱动以提供适当的助力转向力，由此辅助驾驶员的转向力。
有时，当由于不可预料原因而在转向系统的内部或外部发生故障时，转向系统的转向功能可能失效。
为此，用于感测和应对转向系统的内部或外部故障的技术正在发展之中，但是存在的问题在于，用于转向助力的马达驱动并不立即停止。
发明内容
在该背景下，本公开要提供一种马达驱动控制设备和转向系统，当转向系统内部或外部发生故障时，该马达驱动控制设备和转向系统可以立即停止用于转向助力的马达驱动并由此防止车辆事故。
此外，本公开要提供一种马达驱动控制设备和包括该马达驱动控制设备的转向系统，该马达驱动控制设备可以被小型化，并且可以防止由马达驱动控制引起的噪音。
一个实施方式提供了一种马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备包括：逆变器电路，该逆变器电路被构造成向马达供应用于转向助力的马达驱动电力(motor drivingpower)；马达控制电路，该马达控制电路被构造成根据是否输入控制电力(control power)来控制所述逆变器电路的操作；和开关电路，该开关电路被构造成响应于控制信号来控制是否将所述控制电力输入至所述马达控制电路。
另一个实施方式提供了一种转向系统，该转向系统包括：马达，该马达被构造成提供助力转向力；马达驱动电源，该马达驱动电源被构造成供应用于驱动所述马达的马达驱动电力；和马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备被构造成控制所述马达的驱动。
所述转向系统中的马达驱动控制设备可以包括：逆变器电路，该逆变器电路被构造成向所述马达供应用于转向助力的马达驱动电力；马达控制电路，该马达控制电路被构造成根据是否输入控制电力来控制所述逆变器电路的操作；和开关电路，该开关电路被构造成响应于控制信号来控制是否将所述控制电力输入至所述马达控制电路。
附图说明
从如下结合附图给出的详细描述，本公开的上述和其它方面、特征和优点将变得更为清楚，在附图中：
图1是示出根据本公开的实施方式的转向系统的图；
图2是示意性地示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备的图；
图3和图4是示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备根据是否已经发生转向功能故障事件的操作的图；
图5是示意性示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备的另一幅图；
图6是示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备的实现示例的图；
图7是示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备的另一个实现示例的图；以及
图8至图10是示出根据本公开的实施方式的转向系统的实现示例的图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本公开的实施方式。在向每幅图中的元件增加附图标记时，如果可能的话，相同元件将由相同附图标记表示，不过它们可能在不同图中示出。另外，在本公开的如下描述中，当确定结合在本文中的已知功能或构造的详细描述可能使本公开的主题内容相当不清楚时将省略这些描述。
在描述本公开的实施方式的元件时，可能使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”和“(b)”之类的术语。使用这些术语仅仅是为了将一个元件与另一个元件区分开，而不是限制这些元件的实质、顺序、次序、数量等等。应该指出，当一个组件被描述为“连接”、“联接”或“结合”至另一个组件时，即使该组件可以直接“连接”、“联接”或“结合”至另一个部件，也可能还有其它组件“连接”、“联接”或“结合”在这两个组件之间。
图1是示出了根据本公开的实施方式的转向系统10的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的转向系统10是通过使用马达M辅助转向力的系统，并且还可被称为电动助力转向(EPS)设备、马达驱动助力转向(MDPS)设备等等。
参照图1，根据本公开的实施方式的转向系统10可以包括：马达M，该马达M提供助力转向力；马达驱动电源110，该马达驱动电源110供应马达驱动电力Pm以驱动所述马达M；和马达驱动控制设备100，该马达驱动控制设备100控制马达M的驱动等等。
除了用于转向助力的设备(诸如马达M、马达驱动电源110和马达驱动控制设备100)之外，转向系统10还可以包括基本机械转向设备，诸如转向轴、齿条和齿轮箱等。
转向系统10中的马达M可以在转向力传输路径上的各种位置(例如，方向盘—转向轴—齿轮箱—齿条—车轮)处提供助力转向力。
另外，当在转向功能中出现问题时，根据本公开的实施方式的转向系统10可以通过立即停止转向助力的故障安全功能而防止车辆事故。
当感测到转向功能中的故障(问题)时，必须立即且准确地停止转向助力，从而可以正常地执行故障安全功能。
为此，根据本公开的实施方式的转向系统10设置了用于在感测到转向功能中的故障(问题)时立即且准确地停止转向助力的装置。
这里，可以使用一般方法来感测转向功能中的故障，并且可以感测转向角、扭矩、电流等，并且基于感测结果确定在转向功能中是否已经发生故障。
下面将描述用于立即且准确地停止转向助力的转向系统10。
图2是示意性地示出了根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100的图。
参照图2，根据本公开的实施方式的转向系统10可以包括马达驱动控制设备100，该马达驱动控制设备100能够在感测到转向功能中的故障时控制马达驱动以立即且准确地停止转向助力。
参照图2，根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100可以包括：逆变器电路210，该逆变器电路210向马达M供应用于转向助力的马达驱动电力Pm；马达控制电路220，该马达控制电路220根据是否输入控制电力Pc控制所述逆变器电路210的操作；和开关电路230，该开关电路230响应于控制信号Sc控制是否将所述控制电力Pc输入至所述马达控制电路220，等等。
逆变器210用来改变马达M的转速、旋转方向等等。
参照图2，根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100可以进一步包括微控制单元(MCU)，该微控制单元根据是否已经发生转向功能故障事件而向开关电路230输出控制信号Sc。
图2示出了MCU存在于马达驱动控制设备100中，但是在一些情况下MCU可以存在于马达驱动控制设备100外部。
参照图2，马达控制电路220可以在输入控制电力Pc时控制逆变器电路210向马达M供应马达驱动电力Pm，并且可以在控制电力Pc的输入中断时控制逆变器电路210不向马达M供应马达驱动电力Pm。
换言之，马达控制电路220可以在输入控制电力Pc时控制逆变器电路210向马达M供应马达驱动电力Pm，并且可以在不输入控制电力Pc时控制逆变器电路210不向马达M供应马达驱动电力Pm。
也就是说，可以根据是否向马达控制电路220输入控制电力Pc来驱动或不驱动马达M。
当开关电路230响应于控制信号Sc执行开关操作时，向马达控制电路220输入或不输入控制电力Pc。
开关电路230可以实现为诸如晶体管的开关元件，并且可以在马达控制电路220的功耗相当低时被实现为简单的电子开关电路。
在本说明书中，构成每个电路的元件的晶体管都表示具有三个或更多个端子的有源半导体器件。晶体管包含双极型半导体器件(结型晶体管)和单极型半导体器件(场效应晶体管(FET))，并且不限于具体形式的晶体管。
图3和图4是示出了根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100根据是否已经发生转向功能故障事件的操作的图。
参照图3，例如，当没有发生转向功能故障事件时，MCU可以不输出控制信号Sc或者可以以第一电压电平输出控制信号Sc。
在这种情况下，开关电路230向马达控制电路220输出控制电力Pc。
当输入控制电力Pc时，马达控制电路220可以执行“开”控制，使得逆变器电路210可以向马达M供应马达驱动电力Pm。
因此马达M的马达轴通过所供应的马达驱动电力Pm而旋转，并且可以提供用于正常转向助力的助力转向力。
参照图4，例如，当发生转向功能故障事件时，MCU可以输出控制信号Sc或者可以以第二电压电平输出控制信号Sc。
在这种情况下，开关电路230阻断控制电力Pc，而不向马达控制电路220输出控制电力Pc。
由于不输入控制电力Pc，因此马达电路220可以执行“关”控制，使得逆变器电路210不会向马达M供应马达驱动电力Pm。
由于不供应马达驱动电力Pm，因此马达M不提供用于转向助力的助力转向力。
图5是示意性示出根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100的另一幅图。
参照图5，根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100可以进一步包括反向电压防止电路500，该反向电压防止电路500连接在马达驱动电源110和逆变器电路210之间，并且防止在马达驱动电源110和逆变器电路210之间出现反向电压。
反向电压防止电路500可以包括一个或更多个晶体管，并且可以进一步包括一个或更多个二极管和/或一个或更多个电阻器。
反向电压防止电路500中包括的晶体管可以是大电流p沟道FET或n沟道FET。
由于晶体管的特性，晶体管的电压降比一般二极管的电压降少得多，因此晶体管可以显著提高驱动效率。
上述反向电压防止电路500可以进一步包括至少一个二极管Dr，如图6和图7所示。
另外，根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100可以包括直流链电容器电路(direct current link capacitor circuit)510，该直流链电容器电路510包括电连接在反向电压防止电路500和逆变器电路210之间的一个或更多个电容器C1和C2。
如上所述，当在反向电压防止电路500中使用大电流晶体管时，可以通过对在直流链电容器电路510中的电容器进行充电而确保对涌入电流(inrush current)的耐受性，从而可以去除充电电路和放电电路。
此外，如上所述，当在反向电压防止电路500中使用大电流晶体管时，不使用机械继电器，因此不必构造驱动电路。
图6和图7是示出了根据本公开的实施方式的马达驱动控制设备100的实现示例的图。
图6是示出了在反向电压防止电路500中的大电流晶体管是大电流p沟道FET的情况的实现示例的图，而图7是示出了反向电压防止电路500中的大电流晶体管是大电流n沟道FET的情况的实现示例。
参照图6和图7，马达驱动电源110可以是车载电池，并且由马达驱动电源110供应的马达驱动电力Pm可以是电池电力(battery power)V_BAT。
此外，参照图6和图7，由开关电路230输入至马达控制电路220的电力输入端子PWR的控制电力Pc可以是与马达驱动电力Pm对应的、通过开关电路230输入并传送的电池电力V_BAT。
参照图6和图7，逆变器电路210可以包括用于控制向马达M供应与马达驱动电力Pm对应的电池电力V_BAT的多个晶体管Ta、Tb、Tc和Td。
逆变器电路210中包括的多个晶体管中的每个晶体管都可以在其栅极被驱动时向马达M的每个相施加马达驱动电力Pm。例如，逆变器电路210的每个晶体管可以通过向马达M的每个相顺序地施加马达驱动电力Pm来控制马达M的旋转速度以及是否使马达M旋转。
参照图6和图7，马达控制电路220可以在输入控制电力Pc时通过驱动多个晶体管Ta、Tb、Tc和Td的栅极而控制多个晶体管Ta、Tb、Tc和Td中的每个晶体管的导通/截止。
多个晶体管Ta、Tb、Tc和Td中的每个晶体管都具有由马达控制电路220控制的栅极节点(它可以被称为栅极驱动器)、第一节点(例如，源极节点或漏极节点)和第二节点(例如，漏极节点或源极节点)。
晶体管Ta和Tc以及晶体管Tb和Td可以分别是以相反方式导通和截止的上拉晶体管和下拉晶体管。
换言之，晶体管Ta和Tc可以是上拉晶体管，晶体管Tb和Td可以是下拉晶体管。
晶体管Ta和Tc中的每个的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)可以电连接至晶体管Tb和Td中的每个的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)。
换言之，晶体管Ta的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)可以电连接至晶体管Tb的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)。
即，晶体管Ta的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)和晶体管Tb的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)相连的点P1可以电连接至马达M的输入节点IN1。
晶体管Tc的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)可以电连接至晶体管Td的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)。
即，晶体管Tc的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)和晶体管Td的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)相连的点P2可以电连接至马达M的输入节点IN2。
与马达驱动电力Pm对应的电池电力V-BAT可以被施加至晶体管Ta和Tc中的每个的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)。
不能驱动马达M的电压(例如，地电压GND)可以施加至晶体管Tb和Td中的每个的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)。
作为晶体管操作的示例，当马达控制电路220输出用于开启晶体管Ta的开启电平电压和用于使晶体管Tb截止的截止电平电压时，晶体管Ta开启，而晶体管Tb截止。
因而，通过输入至栅极节点(控制节点)的开启电平电压而开启的晶体管Ta向第二节点(例如，漏极节点或源极节点)输出被输入至第一节点(例如，源极节点或漏极节点)的电池电力V_BAT。
马达M可以由于经由晶体管Ta的第二节点(例如，漏极节点或源极节点)而被供应与马达驱动电力Pm对应的电池电力V_BAT而被驱动。
作为晶体管操作的另一个示例，当马达控制电路220输出用于开启晶体管Tb的开启电平电压和用于使晶体管Ta截止的截止电平电压时，晶体管Tb开启，而晶体管Ta截止。
因而，通过输入至栅极节点(控制节点)的开启电平电压而开启的晶体管Tb向第一节点(例如，源极节点或漏极节点)输出电连接至第二节点(例如，漏极节点或源极节点)的地电压GND。
马达M经由晶体管Tb的第一节点(例如，源极节点或漏极节点)被供应地电压GND而不是与马达驱动电力Pm对应的电池电力V_BAT，因此马达不能被驱动。
参照图6和图7，开关电路230可以包括：第一开关元件S1，该第一开关元件S1在开启时向马达控制电路220输入电池电力V_BAT，该电池电力V_BAT可以是与控制电力Pc对应的马达驱动电力Pm；第二开关元件S2，该第二开关元件S2响应于控制信号Sc控制第一开关元件S1的开/关，所述控制信号Sc是从MCU输出的MCU控制信号MCU_CTR等。
另外，开关电路230可以另外包括至少一个二极管Ds。
当没有感测到转向功能故障时，上述开关电路230可以通过控制信号Sc开启，该控制信号Sc是施加至第二开关元件S2的栅极节点的MCU控制信号MCU_CTR。
因而，通过开启的第二开关元件S2向第一开关元件S1的栅极节点施加地电压GND。
当第一开关元件S1是P型晶体管时，第一开关元件S1通过施加至第一开关元件S1的栅极节点的地电压GND而开启。
因而，第一开关元件S1向节点Nb输出被施加至节点Na的电池电力V_BAT，使得开关电路230可以向马达控制电路220的电力输入端子PWR输入与控制电力Pc对应的电池电力V_BAT。
因此，逆变器电路210执行适当的操作，从而使得马达M可以执行用于转向助力的操作。
当感测到转向功能故障时，第二开关元件S2可以通过作为施加至栅极节点的MCU控制信号MCU_CTR的控制信号而关闭。
在这种情况下，地电压GND不施加至第一开关元件S1的栅极节点。
当第一开关元件S1是P型晶体管时，第一开关元件S1不开启，而是关闭。
因而，第一开关元件S1不能将施加至节点Na的电池电力V_BAT输出至节点Nb，使得开关电路230不会向马达控制电路220的电力输入端子PWR输入与控制电力Pc对应的电池电力V_BAT。
因此，逆变器电路210不执行适当的控制，从而使得马达M不执行用于转向助力的操作。
另外，为了阻断与马达驱动电力Pm对应的电池电力V_BAT，不向电池线路提供机械继电器，并且使用电子元件来阻断施加至栅极驱动器(该栅极驱动器为马达控制电路220)的控制电力。这样，可以减小马达驱动控制设备100的尺寸，并且防止由开关操作产生的噪音。
参照图6和图7，马达驱动控制设备100可以进一步包括位于开关电路230、反向电压防止电路500等中的至少一个电阻器，并且可以进一步包括位于输入和输出各种信号的点处的至少一个电阻器。
另外，上述开关电路230可以由一个开关元件构成。例如，开关电路230可以由在通过控制信号Sc开启时向马达控制电路220输入与控制电力Pc对应的马达驱动电力Pm的开关元件构成。这里，开关元件指示集成了第一开关元件S1和第二开关元件S2的上述功能的一个元件。
例如，MCU控制信号MCU_CRT可以直接施加至在开关电路230中构造的开关元件的栅极节点，并且开关元件可以通过作为所施加的MCU控制信号MCU_CRT的控制信号Sc而开启。
当开关元件开启时，该开关元件向节点Nb输出施加至节点Na的电池电力V_BAR，使得开关电路230可以向马达控制电路220的电力输入端子PWR输入与控制电力Pc对应的电池电力V_BAT。
换言之，开关电路230可以由被直接施加控制信号Sc的两个开关元件或一个开关元件构成。
根据本公开的实施方式的上述转向系统10可以应用于各种类型的转向系统。
下面将简要描述一些应用示例。
图8至图10是示出了根据本公开的转向系统10的实现示例的图。
参照图8至图10，机械转向设备可以包括方向盘810、转向轴820、齿轮箱830、齿条840等等。
这里，转向轴820可以包括连接方向盘810的转向柱(未示出)、连接至所述转向柱并且通过齿轮箱830将力(转向力)传输至齿条840的中间轴(未示出)等。齿轮箱830可以包括小齿轮(未示出)。
参照图8，根据本公开的实施方式的转向系统10可以是转向柱(C型)EPS系统，在该转向柱(C型)EPS系统中马达M连接至转向轴820并且向转向轴820提供助力转向力。
图8所示的马达驱动控制设备100可以控制向转向轴820提供助力转向力的马达M的驱动。
参照图9，根据本公开的实施方式的转向系统10可以包括齿条(R型)EPS系统，在该齿条(R型)EPS系统中马达M连接至齿条840并且向齿条840提供助力转向力。
图9所示的马达驱动控制设备100可以控制向齿条840提供助力转向力的马达M的驱动。
参照图10，根据本公开的实施方式的转向系统10可以是小齿轮(P型)EPS系统，在该小齿轮(P型)EPS系统中马达M连接至齿轮箱830中的小齿轮，并且向小齿轮提供助力转向力。
图10所示的马达驱动控制设备可以控制向齿轮箱830中的小齿轮提供助力转向力的马达M的驱动。
根据本公开的上述实施方式的转向系统10中的马达驱动控制设备100可以实现为电子控制单元(ECU)。
如上所述，本公开的上述实施方式可以提供马达驱动控制设备100和转向系统10，以在转向系统10的内部或外部发生故障时立即停止用于转向助力的马达驱动并由此防止车辆事故。
此外，本公开的实施方式可以提供可以被小型化并且可以防止由马达驱动控制产生噪音的马达驱动控制设备100以及包括该马达驱动控制设备100的转向系统10。
已经仅为了例示目的描述了本公开的上述实施方式，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以对这些实施方式进行各种修改和改变。因此，本公开的这些实施方式并不是为了限制本公开的技术构思，而是为了举例说明这些技术构思，并且本公开的技术构思的范围不受这些实施方式的限制。本公开的范围应该基于所附权利要求以包含在与权利要求等同的范围内的所有技术构思都属于本公开的方式进行解释。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月8日提交的韩国专利申请No.10-2017-0100410的优先权，出于所有目的，在此通过引用将该申请结合在本文中，就如同在本文中进行阐述一样。

Claims (15)

1.一种马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备包括：
逆变器电路，该逆变器电路被构造成向马达供应用于转向助力的马达驱动电力；
马达控制电路，该马达控制电路被构造成根据是否输入控制电力来控制所述逆变器电路的操作；以及
开关电路，该开关电路被构造成响应于控制信号来控制是否将所述控制电力输入至所述马达控制电路。
2.根据权利要求1所述的马达驱动控制设备，其中，所述马达控制电路在输入所述控制电力时控制所述逆变器电路向所述马达供应所述马达驱动电力，并且在所述控制电力的输入中断时控制所述逆变器电路不向所述马达供应所述马达驱动电力。
3.根据权利要求1所述的马达驱动控制设备，其中，所述逆变器电路包括被构造成控制向所述马达供应所述马达驱动电力的多个晶体管，并且
在输入所述控制电力时，所述马达控制电路通过驱动所述多个晶体管的栅极而控制所述多个晶体管中的每一个晶体管的导通/截止。
4.根据权利要求3所述的马达驱动控制设备，其中，所述多个晶体管中的每一个晶体管在其栅极被驱动时向所述马达的每一个相施加所述马达驱动电力。
5.根据权利要求1所述的马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备进一步包括反向电压防止电路，该反向电压防止电路被构造成连接在被构造成供应所述马达驱动电力的马达驱动电源和所述逆变器电路之间，并且防止在所述马达驱动电源和所述逆变器电路之间出现反向电压。
6.根据权利要求5所述的马达驱动控制设备，其中，所述反向电压防止电路包括p沟道场效应晶体管。
7.根据权利要求5所述的马达驱动控制设备，其中，所述反向电压防止电路包括n沟道场效应晶体管。
8.根据权利要求5所述的马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备进一步包括直流链电容器电路，该直流链电容器电路包括电连接在所述反向电压防止电路和所述逆变器电路之间的至少一个电容器。
9.根据权利要求1所述的马达驱动控制设备，其中，所述马达驱动电力是电池电力。
10.根据权利要求1所述的马达驱动控制设备，其中，所述控制电力是所述马达驱动电力。
11.根据权利要求10所述的马达驱动控制设备，其中，所述开关电路包括：
第一开关元件，该第一开关元件被构造成在开启时向所述马达控制电路输入与所述控制电力对应的马达驱动电力；以及
第二开关元件，该第二开关元件被构造成响应于所述控制信号控制所述第一开关元件的开/关。
12.根据权利要求11所述的马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备进一步包括微控制单元，该微控制单元被构造成根据是否已经发生转向功能故障事件而向所述开关电路输出所述控制信号。
13.根据权利要求10所述的马达驱动控制设备，其中，所述开关电路包括开关元件，该开关元件被构造成在通过所述控制信号被开启时向所述马达控制电路输入与所述控制电力对应的马达驱动电力。
14.一种转向系统，该转向系统包括：
马达，该马达被构造成提供助力转向力；
马达驱动电源，该马达驱动电源被构造成供应用于驱动所述马达的马达驱动电力；以及
马达驱动控制设备，该马达驱动控制设备被构造成控制所述马达的驱动，
其中，所述马达驱动控制设备包括：
逆变器电路，该逆变器电路被构造成向所述马达供应所述马达驱动电力；
马达控制电路，该马达控制电路被构造成根据是否输入控制电力来控制所述逆变器电路的操作；以及
开关电路，该开关电路被构造成响应于控制信号来控制是否将所述控制电力输入至所述马达控制电路。
15.根据权利要求14所述的转向系统，该转向系统进一步包括位于所述马达驱动控制设备的内部或外部的微控制单元，该微控制单元被构造成根据是否已经发生转向功能故障事件而向所述开关电路输出所述控制信号。
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