ES2217067T3 - Sistema de servodireccion accionado electricamente con funcion de deteccion de fallo. - Google Patents
Sistema de servodireccion accionado electricamente con funcion de deteccion de fallo.Info
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Abstract
Un sistema de dirección asistida activado eléctricamente, que comprende: un motor (4) para incrementar a la fuerza de dirección de un volante de dirección (1), suministrando energía motriz a un mecanismo de dirección (2a) del volante de dirección (1); un circuito (5) de activación del motor, que incluye, al menos, cuatro transistores de efecto de campo (6, 6a-6d) que forman un circuito puente, para activar el motor de acuerdo con un estado EN CONDUCCIÓN / FUERA DE CONDUCCIÓN de cada transistor de efecto de campo (6a, 6d) y; una unidad (7) de control del motor para controlar una operación del motor (4) por medio del circuito (5) de activación del motor en el que la unidad (7) de control del motor incluye un circuito (7) de detección de anormalidades para detectar un fallo de estado EN CONDUCCIÓN de los transistores de efecto de campo (6a-6d), y un fallo de los terminales (4 a, 4b) del motor (4) y; el circuito (7) de detección de anormalidades genera como entrada, un voltaje Vm2 del terminalderecho del motor y un voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor, caracterizado por un circuito (9) de detección de voltaje de fuente de alimentación, un circuito (11) de detección del terminal izquierdo del motor y un circuito (12) de detección del terminal derecho del motor, para detectar un voltaje de alimentación al motor, un voltaje de terminal izquierdo (4a) del motor, y un voltaje de terminal derecho (4b) del motor, respectivamente, en el que el circuito (7) de detección de anormalidades genera como entrada, además, el voltaje de alimentación al motor y realiza una detección de anormalidades utilizando la siguiente lógica de detección en comparación con un voltaje de umbral (V1): Voltaje de alimentación al motor - voltaje (Vm2) del terminal derecho del motor - voltaje (Vm1) del terminal izquierdo del motor > V1.
Description
Sistema de servodirección accionado
eléctricamente con función de detección de fallo.
La presente invención se refiere a un sistema de
dirección asistida, activado eléctricamente, que incrementa la
fuerza de dirección de un volante de dirección, utilizando un motor
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento
US-A-6 094 021, que constituye el
preámbulo de la reivindicación 1, muestra un sistema convencional
de dirección asistida activado eléctricamente, que incluye un
circuito de detección de fallo para detectar un fallo de estado EN
CONDUCCIÓN de los transistores de efecto de campo (FET),
constituyen un circuito de puente (circuito de activación del
motor).
El circuito de detección de fallo incluye
resistencias de valor elevado, conectadas en paralelo con cada FET,
respectivamente, y un circuito de detección de voltaje EN
CONDUCCIÓN entre terminales de salida del circuito puente. Un
voltaje de terminal del motor es detectado por el circuito de
detección de voltaje cuando se para el motor, y el fallo de estado
EN CONDUCCIÓN de los FET se determina basándose en el voltaje
detectado.
Sin embargo, puesto que el circuito de detección
de fallo efectúa la determinación de fallo en un estado en el cual
se aplican a cada FET señales de FUERA DE CONDUCCIÓN,
respectivamente (cuando se para el motor), el circuito de
detección de fallo no puede detectar el fallo de estado EN
CONDUCCIÓN de los FET cuando el motor es activado. Por lo tanto,
cuando no se puede superar el fallo de estado EN CONDUCCIÓN de los
FET en caso de que el fallo se produzca durante el tiempo de
control de activación del motor, el volante de dirección gira por
sí mismo, con lo cual no se garantiza la seguridad.
Por lo tanto, la presente invención tiene como
objeto proporcionar un sistema de dirección asistida activado
eléctricamente, en el cual se puedan detectar un fallo de estado EN
CONDUCCIÓN de los FET y un fallo de los terminales de un motor,
incluso durante el tiempo de control de activación del motor.
Esto se logra mediante el objeto de la
reivindicación 1.
Con mayor detalle, de acuerdo con el asunto
objeto de la reivindicación 1, una unidad de control de motor
incluye un circuito de detección de anormalidades para detectar un
fallo de estado EN CONDUCCIÓN de los transistores de efecto de
campo y un fallo de los terminales de un motor. El circuito de
detección de anormalidades produce como entrada un voltaje de
alimentación al motor, un voltaje del terminal derecho del motor y
un voltaje del terminal izquierdo del motor, y detecta la
anormalidad utilizando la siguiente lógica de detección, en
comparación con un voltaje de umbral V1:
|Voltaje de alimentación al motor - voltaje del
terminal derecho del motor - voltaje del terminal izquierdo del
motor| > V1.
De acuerdo con esta construcción, se pueden
detectar el fallo de estado EN CONDUCCIÓN de los transistores de
efecto de campo y el fallo de los terminales del motor, no
solamente cuando se para el motor sino también cuando está siendo
activado.
De acuerdo con el objeto de la reivindicación 2,
el circuito de detección de anormalidades incluye una pluralidad de
valores de umbral de acuerdo con el voltaje de alimentación al
motor.
El circuito de detección de anormalidades tiene
un valor umbral (V1 > 0) en consideración a un error de
detección debido a las variaciones de la lógica de detección. Sin
embargo, cuando el circuito falla, en el mismo circula una
corriente elevada, de manera que se reduce el voltaje de
alimentación al motor debido a la resistencia del cableado. En este
caso, puesto que se reduce el voltaje de alimentación al motor
propiamente dicho, es probable que la lógica de detección no se
satisfaga, aún cuando falle el circuito. Por lo tanto, se establece
una pluralidad de valores de umbral, de acuerdo con el voltaje de
alimentación al motor.
Los anteriores, así como otros objetos,
características y ventajas de la presente invención serán más
evidentes a partir de la descripción detallada que sigue, realizada
con referencia a los dibujos que se acompañan. En los dibujos:
la figura 1, es una vista esquemática completa
que muestra un sistema de dirección asistida, activado
eléctricamente;
la figura 2 es un diagrama esquemático que
muestra un sistema de control del sistema de dirección asistida,
activado eléctricamente;
la figura 3 es un diagrama de circuito eléctrico,
que muestra un circuito de activación del motor;
la figura 4 es una representación gráfica que
muestra un voltaje de alimentación al motor y voltajes en ambos
terminales del motor, cuando un terminal derecho está en
cortocircuito a masa;
la figura 5 es una representación gráfica que
muestra el voltaje de alimentación al motor y los voltajes en ambos
terminales del motor, cuando un cuarto FET tiene un fallo de estado
EN CONDUCCIÓN;
la figura 6 es una representación gráfica, que
muestra el voltaje de alimentación al motor y el voltaje en ambos
terminales del motor, cuando el terminal derecho del motor está en
cortocircuito a una fuente de alimentación y un segundo FET tiene
un fallo de estado EN CONDUCCIÓN;
la figura 7 es una representación gráfica que
muestra el voltaje de alimentación al motor y los voltajes en ambos
terminales del motor cuando se para el motor; y
la figura 8 es una representación gráfica que
muestra el voltaje de alimentación al motor y los voltajes en ambos
terminales del motor, cuando se para el motor y el terminal derecho
del motor está en cortocircuito a masa.
A continuación, se describirá una realización de
la presente invención con referencia a los dibujos.
Haciendo referencia en primer lugar a la figura
1, un sistema de dirección asistida activado eléctricamente tiene
un volante de dirección 1, un eje de dirección 2 y un mecanismo de
dirección 2 EN CONDUCCIÓN a las ruedas del vehículo. El sistema
también incluye un sensor 3 de par, para detectar un par de
dirección generado por el árbol de dirección 2, un motor 4 para
incrementar una fuerza de dirección del volante de dirección 1
suministrando una energía motriz al mecanismo de dirección 2a, una
unidad de control del motor que comprende un circuito 7 de
activación del motor, un microcomputador (CPU) 7 y un circuito 10
de detección de corriente del motor. La CPU 7 está conectada a un
sensor de par 3 y a un sensor 13 de velocidad del vehículo. El
sensor 3 de par, que detecta el par de dirección T convirtiendo el
par en una señal eléctrica, está compuesto, por ejemplo, por un
potenciómetro. Su voltaje de salida varía de acuerdo con el par de
dirección generado por el árbol de dirección 2.
Como se muestra en la figura 2, el circuito 5 de
activación del motor es un circuito puente tipo H, compuesto por
cuatro FET 6 (primer FET 6a, segundo FET 6b, tercer FET 6c, y
cuarto FET 6d) y activa el motor 4 con control por modulación de
anchura de impulsos (PWM) en respuesta a una señal de activación
del motor (señal PWM) aplicada al mismo.
La unidad de control del motor está compuesto por
la CPU 7, un circuito 8 de salida de señal de activación, un
circuito 9 de detección de voltaje fuente de alimentación, el
circuito 10 de detección de corriente del motor, un circuito 11 de
detección de voltaje del terminal izquierdo del motor, un circuito
12 de detección del voltaje del terminal derecho del motor, y
similares.
La CPU 7 calcula un valor de orden de corriente
basado en una señal de par T del sensor 3 de par, y una señal V de
velocidad del sensor 13 de velocidad. También funciona como
circuito de detección de anormalidades para detectar un fallo de
los FET 6 y un fallo de los terminales 4 del motor.
El circuito 8 de salida de la señal de activación
genera, como salida, la señal PWM basándose en el valor de orden de
corriente calculado por la CPU 7. El circuito 9 de detección de
voltaje de fuente de alimentación detecta un voltaje suministrado
al circuito 5 de activación del motor desde una batería 14, y
genera como salida una señal de voltaje que se corresponde al
voltaje a la CPU 7.
El circuito 10 de detección de corriente de motor
detecta una corriente que circula al motor 4, utilizando un voltaje
entre ambos extremos de una resistencia 15 conectada en serie con
el circuito 5 de activación del motor en un lado de voltaje
inferior, y genera como salida una señal de corriente de motor a la
CPU 7.
El circuito 11 de detección de voltaje del
terminal del izquierdo del motor detecta un voltaje de un terminal
izquierdo 4a del motor EN CONDUCCIÓN al circuito 5 de activación
del motor (punto de conexión entre un electrodo de mando del primer
FET 6a y electrodo de drenaje del tercer FET 6c), y genera como
salida una señal de voltaje a la CPU 7. El circuito 12 de detección
de voltaje del terminal derecho del motor, detecta un voltaje de
un terminal derecho 4b del motor conectada al circuito 5 de
activación del motor (punto de conexión entre un electrodo de mando
del segundo FET 6b y un electrodo de drenaje del cuarto FET 6d), y
genera como salida una señal de voltaje a la CPU 7.
El circuito de detección de anormalidades (CPU 7)
descrito genera la entrada del voltaje de alimentación al motor, el
voltaje del terminal izquierdo del motor y el voltaje del terminal
derecho del motor desde el circuito 9 de detección de voltaje de
fuente de alimentación, el circuito 11 de detección de voltaje del
terminal izquierdo del motor y el circuito 12 de detección de
voltaje del terminal derecho del motor, respectivamente. A
continuación, el circuito de detección de anormalidades determina
el fallo de los FET 6a a 6c, y el fallo de los terminales 4a, 4b
del motor 4, utilizando la siguiente lógica de detección, en
comparación con un valor de umbral predeterminado V1:
\newpage
|Voltaje de alimentación al motor - voltaje del
terminal derecho del motor - voltaje del terminal izquierdo del
motor| > V1.
La lógica de detección anterior se determina, a
partir del voltaje VB de alimentación al motor, el voltaje Vm1 del
terminal izquierdo del motor y el voltaje Vm2 del terminal derecho
del motor en el tiempo normal.
Cuando se activa el motor 4, se generan en ambos
terminales del motor 4, los voltajes Vm1, Vm2 que se corresponden
al voltaje de activación del motor, respectivamente, de acuerdo con
VB (voltaje de fuente de alimentación) en una configuración de
circuito que se muestra en la figura 3.
Cuando VB = 12V (voltios), por ejemplo, los
voltajes Vm1, Vm2 se generan con valores mayor y menor que 6V,
respectivamente, y viceversa. Como consecuencia, cuando el voltaje
de activación del motor es 2V, aparecen 7V en el terminal de
voltaje superior, y aparecen 5V en el terminal de voltaje
inferior.
Si se utiliza la siguiente lógica en base a ésta
relación, se pueden detectar el fallo de los FET 6 y el fallo de
los terminales 4 a, 4b del motor 4.
|Voltaje de alimentación al
motor - Vm1 - Vm2| = 0 voltios -
(1)
Cuando se para el motor 4, se generan los
voltajes Vm1, Vm2 divididos por las resistencias R1, R2 (valor de
la resistencia de R1 = valor de la resistencia de R2) en ambos
terminales del motor, respectivamente, de acuerdo con el voltaje VB
de fuente de alimentación en una configuración de circuito que se
muestra en la figura 3. Por ejemplo, cuando VB = 12V, los voltajes
Vm1, Vm2 se convierten en 6V en caso de que el valor de la
resistencia del motor se encuentre dentro de sus variaciones.
Si se utiliza la siguiente lógica basada en esta
relación, se pueden detectar el fallo de los FET 6 y el fallo de
los terminales 4a, 4b del motor 4:
|Voltaje de alimentación al
motor - Vm1 - Vm2| = 0
V
El circuito de detección de anormalidades (CPU 7)
funciona como sigue para la detección de anormalidades.
(1) Cuando el terminal derecho 4b del motor está
en cortocircuito a masa (GND):
Como se muestra en la figura 4, puesto que el
voltaje Vm2 en el terminal derecho 4b del motor llega a ser casi
igual al voltaje en GND, con independencia del voltaje de
alimentación al motor, la relación entre el voltaje de alimentación
al motor, el voltaje Vm2 del terminal derecho del motor, y el
voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor, son como sigue:
|2 V - 7 V - 0 V| > 0
V
Por lo tanto, esta relación difiere de la lógica
(1), y se determina que es anormal.
(2) Cuando el cuarto FET 6d tiene el fallo de
estado EN CONDUCCIÓN:
Como se muestra en la figura 5, puesto que los
voltajes Vm1, Vm2 en ambos terminales 4a, 4b del motor 4 se hacen
casi iguales al voltaje en GND, con independencia del voltaje de
alimentación al motor, la relación entre el voltaje de alimentación
al motor, el voltaje Vm2 del terminal derecho del motor y el
voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor, quedan como sigue:
|12 V - 0 V - 0 V| > 0
V
Por lo tanto, esta relación difiere de la lógica
(1), y se determina que es anormal.
(3) Cuando el terminal derecho 4b del motor está
en cortocircuito con la fuente de alimentación del motor:
Como se muestra en la figura 6, puesto que los
voltajes Vm1, Vm2 en ambos terminales 4a, 4b del motor 4 se hacen
casi igual al voltaje en la fuente de alimentación del motor de
acuerdo con el voltaje de alimentación al motor, la relación entre
el voltaje de alimentación al motor, el voltaje Vm2 del terminal
derecho del motor y el voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor
queda como sigue:
|12 V - 12 V - 12 V| > 0
V
Por lo tanto, esta relación difiere de la lógica
1, y se determina que es anormal.
(4) Cuando el segundo FET 6b tiene el fallo de
estado EN CONDUCCIÓN:
Se detecta la relación de la misma manera que se
ha hecho en el caso anterior 3, y se determina que es anormal.
(5) Cuando se para el motor en el tiempo
normal:
Puesto que los voltajes en ambos terminales 4a,
4b del motor 4 quedan como se muestra en la figura 7, la relación
queda como sigue:
|12 V - 6 V - 6 V| = 0
V
Por lo tanto, esta relación satisface la lógica
(1).
(6) Cuando se para el motor y el terminal derecho
4b del motor está en cortocircuito a GND (fallo de estado EN
CONDUCCIÓN del cuarto FET 6d):
Como se muestra en la figura 8, puesto que los
voltajes Vm1, Vm2 en ambos terminales 4a, 4b del motor 4 se hacen
casi iguales al voltaje en GND, con independencia del voltaje de
alimentación al motor, la relación entre el voltaje de alimentación
al motor, el voltaje Vm2 del terminal derecho del motor y el
voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor queda como sigue:
|12 V - 0 V - 0 V| > 0
V
Por lo tanto, esta relación difiere de la lógica
(1), y se determina que es anormal.
El sistema de dirección asistida activado
eléctricamente de acuerdo con la presente invención puede realizar
la determinación de anormalidades usando el circuito de detección
de anormalidades, no solamente cuando el motor 4 está parado, sino
también cuando el motor 4 está siendo activado, con lo cual se
detecta con seguridad el fallo de estado EN CONDUCCIÓN de los FET 6
y el fallo de los terminales 4a, 4b del motor 4.
Además, cuando se detecta continuamente el estado
de anormalidad durante un tiempo predeterminado, se puede evitar
que la manipulación del volante de dirección se vea afectada
adversamente debido a la anormalidad de los FET 6 o de los
terminales 4a, 4b del motor, parando el sistema, con lo cual se
garantiza la seguridad.
El circuito de detección de anormalidades tiene
un valor de umbral (V1 > 0) en consideración del error de
detección debido a variaciones de la lógica de detección. Sin
embargo, cuando falla el circuito, por él circula una corriente
elevada, de manera que se reduce el voltaje de alimentación al motor
debido a la resistencia del cableado. En este caso, puesto que se
reduce el propio voltaje de alimentación al motor, es posible que
no se satisfaga la lógica de detección, aún cuando falle el
circuito. Por lo tanto, se pueden establecer valores de umbral de
acuerdo con el voltaje de alimentación al motor.
Claims (2)
1. Un sistema de dirección asistida activado
eléctricamente, que comprende:
un motor (4) para incrementar a la fuerza de
dirección de un volante de dirección (1), suministrando energía
motriz a un mecanismo de dirección (2a) del volante de dirección
(1);
un circuito (5) de activación del motor, que
incluye, al menos, cuatro transistores de efecto de campo (6,
6a-6d) que forman un circuito puente, para activar
el motor de acuerdo con un estado EN CONDUCCIÓN / FUERA DE
CONDUCCIÓN de cada transistor de efecto de campo (6a, 6d) y;
una unidad (7) de control del motor para
controlar una operación del motor (4) por medio del circuito (5) de
activación del motor en el que
la unidad (7) de control del motor incluye un
circuito (7) de detección de anormalidades para detectar un fallo
de estado EN CONDUCCIÓN de los transistores de efecto de campo
(6a-6d), y un fallo de los terminales (4 a, 4b) del
motor (4) y;
el circuito (7) de detección de anormalidades
genera como entrada, un voltaje Vm2 del terminal derecho del motor
y un voltaje Vm1 del terminal izquierdo del motor,
caracterizado por
un circuito (9) de detección de voltaje de fuente
de alimentación, un circuito (11) de detección del terminal
izquierdo del motor y un circuito (12) de detección del terminal
derecho del motor, para detectar un voltaje de alimentación al
motor, un voltaje de terminal izquierdo (4a) del motor, y un
voltaje de terminal derecho (4b) del motor, respectivamente, en el
que
el circuito (7) de detección de anormalidades
genera como entrada, además, el voltaje de alimentación al motor y
realiza una detección de anormalidades utilizando la siguiente
lógica de detección en comparación con un voltaje de umbral
(V1):
|Voltaje de alimentación al motor - voltaje (Vm2)
del terminal derecho del motor - voltaje (Vm1) del terminal
izquierdo del motor| > V1.
2. El sistema de dirección asistida activado
eléctricamente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el
circuito (7) de detección de anormalidades incluye una pluralidad
de valores de umbral de acuerdo con el voltaje de alimentación al
motor.
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