JP2008265740A - パワーステアリングのための保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工場などであやまって電動パワーステアリングを高速で動かした場合に生じるストッパでの衝撃を緩和し、部品の損傷を防止する。
【解決手段】パワステアリングの電気モータの回転数が所定の値を超えた場合、電気モータの中性点開放部を閉じ、制動回路を構成することで、パワステアリングが高速で動かされることを防止し、ストッパ衝突を緩和し、部品の損傷を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明はパワーステアリングのための保護装置、上記のパワーステアリング及びパワーステアリングのための保護方法に関する。

パワーステアリングでは車輪の運動速度が高い場合に問題が起こる。例えば自動車工場でパワーステアリングが切断されているのに、自動車の車輪を回転することによってステアリングが動かされることがよくある。十分に力を働かせれば、ステアリングを速めて、非常に高い舵取り速度を得ることができる。これは正常な運転で現れる舵取り速度をはるかに超えている。車輪と連動するステアリング部材はそれによって高い回転数を得る。

ステアリングが高い舵取り速度でステアリングストップに衝突すると、すべての部材が急激に制止される。ラック及びこれと連動する電気モータの急激な減速によって、ギヤ及び電気モータに非常に高いトルク及び力が生じることがある。このトルク及び力は非常に高いため、部品が損傷する可能性がある。

ストップに到達する速度が高ければ高いほど、損傷の危険が高い。運転中に積極的に干渉して高い回転数を阻止することによりモータを適当に制御して高い回転数を回避することができるが、しかしそれは切断した状態では不可能である。この状態では別の措置を講じないかぎり、損傷の公算が大きい。

さらに電界効果トランジスタによる電気的中性点開放部及び同期モータを備えたステアリングでは、モータが高い回転数で中性点の電界効果トランジスタがアバランシェ動作を起こすほどの電圧を発生することに注意しなければならない。その場合、現場技術者が中性点電界効果トランジスタに送り込むエネルギーの大部分が熱に変換される。その結果、電界効果トランジスタが熱で破壊されることになる。

電動ステアリングのための保護装置が刊行物、ドイツ公開公報DE10013133A1により周知である。この保護装置ではパワーステアリングの電気モータが制動回路に接続され、回転数が所定の値を超えると、制動回路がモータに電気的負荷を掛ける。

この刊行物に記載された保護装置の欠点は、直流モータでしか機能しないことである。ところが大出力の電動ステアリングでは通常、永久磁石励磁同期モータが使用される。安全上の理由から切断状態で中性点が開放されるようになっている。

この刊行物で提案された出力段の貫通接続は、継電器開放では効果がない。開放された中性点は電流を通さず、従ってモータの制動を生じないからである。

通常運転ではこの装置を切断しなければならない。さもなければ系が機能しないからである（例えばカットオフ継電器）。この切断装置自体が不正確になり、このためステアリングのアベイラビリティが低下する。

そこで中性点開放部型同期モータでも使用できる保護装置を提案するという課題が出てくる。

制御装置、中性点開放部型電気モータ及びギヤを有する自動車パワーステアリングのための本発明に基づく保護装置は、電気モータに接続され、同期モータの回転数が所定の値を超えると中性点開放部を閉じる回路を包含する。

こうして本発明に基づく保護装置によれば、モータはモータ回転数が所定の値を超えると中性点開放部を閉じる回路に接続されている。その場合、電子装置が切断されても又は故障の場合でも、所定の回転数の値は少なくとも運転者が車両を依然として安全に操縦できるようなレベルであるように配慮することができる。さらに改良して、回転数の値は運転者がなお少なくとも９０°／ｓでステアリングホイールを回転することができるレベルである。このことは特に出力段の電界効果トランジスタをさらに閉じる場合に重要である。

さらに改良して、モータが発生する電圧に対して閉回路が作り出され、中性点が橋絡される。例えば少なくとも１つのモータ接続端子と中性点の間に電気的結合を作り出すことによって、この回路が形成される。

発生したモータ電圧を平滑にすれば、これを回転数のための基準信号として利用することができる。

発生した電圧は電界効果トランジスタを閉じるために直接利用することができる。

代案として、平滑にした発生電圧を第２の電圧、例えばバッテリー電圧の接続のために利用することができる。

さらに改良して、中性点側で同期モータの位相が巻線に比較して高オームで接続される。これは中性点開放部の手前の抵抗を経て相互に接続するか、又は位相と中性点の間の抵抗を経て相互に接続するか、又は中性点開放部の手前の抵抗を経て接地するか、又は中性点の抵抗を経て接地することにより行うことができる。ところが電界効果トランジスタの寄生ダイオード又はボディーダイオードがあるので、補助抵抗の使用は必ずしも必要でない。

ステアリングトルクのアシストのために設けられた同期モータを有し、同期モータの中性点が開放されるパワーステアリングは、保護装置、特に同期モータの回転数が所定の値を超えると、切断を閉じる回路を有する上記の種類の保護装置が設けられていることを特徴とする。

上記のパワーステアリングでは、さらに改良して、上記の特徴を有する保護装置が使用される。

本発明に基づく方法は、同期モータを備え、同期モータの中性点が開放されるパワーステアリングの保護のために使用され、同期モータの回転数が所定の値を超えると、保護装置、特に上記の種類の保護装置が開放を閉じることを特徴とする。

この方法をさらに改良して、発生したモータ電圧を出力段側で平滑にする。その際少なくとも１つの位相が使用される。２つ又はすべての位相を使用することもできる。回転数の基準をなし、又は回転数に対する基準信号として利用される平滑電圧の所定のレベルで、中性点が閉鎖される。通常、平滑電圧が直接このために使用され、又は中性点を閉じるように車載回路網電圧を接続するために平滑電圧が利用される。

上記の方法によれば、発生電圧が出力段に印加される電圧に逆らって出力段に電流を通すほど高ければ、中性点の閉鎖の後に又は閉鎖とともにモータが制動される。バッテリーが接続されていれば、これはバッテリー電圧である。さもなければこれは入力コンデンサの電圧である。この電圧は例えばプラスと大地の間の電力用ツェナーダイオードによって制限される。またこの方法では正常運転の場合、保護配線の能動的切断は必要でないことを留意しなければならない。

本発明に基づく方法の別の実施態様では、電界効果トランジスタ、特にローサイド（Low-Side）電界効果トランジスタも短絡される。これはバッテリーが接続されているか否かにかかわりなく機能する。但し正常運転ではこの配線を切断又は遮断しなければならない。但し安全上の理由からこの処置は綿密な考慮を払った上でとるべきである。

こうして本方法によって、同期モータを備えたパワーステアリングの効果的な保護が与えられる。こうして電界効果トランジスタがアバランシェ動作になることを防止することができる。その場合、使用する回路が受動的に動作し、マイクロコントローラが引き続き機能しないことが保証される。さらに改良して、回路は正常運転時に切断する必要がないように設計されている。

本発明はモータの回転数を所定の設定値に制限することを可能にする。この値は、末端ストップへの衝突によって損傷が起こらず、中性点開放部の電界効果トランジスタが事前にアバランシェ動作にならないように、低くなければならない。他方ではステアリング装置の故障の場合に運転者がなお十分な舵取り速度で、例えば＞９０°／ｓで舵取りすることができるように、回転数が高くなければならない。

発明のその他の利点と実施態様は明細書及び添付の図面で明らかである。

上記及び後述の特徴は提示する組合せだけでなく、他の組合せ又は単独でも、本発明の範囲を逸脱しない限り使用できることはもちろんである。

本発明を実施例に基づき図面に概略図で示し、以下で図面を参照しつつ詳しく説明する。

全体を参照番号１０で示した本発明に基づく保護装置の実施形態の回路図を図１に示す。６個の電界効果トランジスタからなる出力段１２、３つの位相１３を備えた永久磁石励磁式同期モータ１４及び３個の電界効果トランジスタからなる中性点開放部１８が示されている。

同期モータのモータ位相１３を中性点により比較的高オームで接続するために中性点開放部１８の電界効果トランジスタにそれぞれ抵抗２０が設けられている。

また整流のための３個のダイオード２２及び発生したモータ電圧の平滑のためのＲＣ素子が出力段１２の側に設けられている。

同期モータ１４の回転数がある値を超えると、直ちに回路１６が中性点開放部１８を閉じる。

さらに図はマイクロプロセッサが働く正常運転時に中性点を開閉する接続端子２４を示す。

モータ位相１３の比較的高オームの接続のための抵抗の代案として、モータ位相１３の比較的高オームの相互接続のために３個の抵抗３０を設けた、中性点開放部１８を有する同期モータ１４を図２に示す。

モータ位相の比較的高オームの接続のための抵抗の別の代案が図３に示されている。この場合は中性点でモータ位相を比較的高オームで接地するための抵抗３２が設けられている。

図４にやはり中性点開放部１８を有する同期モータ１４が示されている。この構成では中性点でモータ位相を大地４２に接続するためにダイオード４０が設けられている。但しこれは中性点の閉鎖のためにバッテリー電圧が接続される場合にのみ適切である。

平滑電圧を直接使用する代わりに、バッテリー電圧Ｕ＿Ｂが使用されることを図５に示す。さらに中性点開放部のための電界効果トランジスタの代わりに継電器５０が設けられている。代案としてただ１つのモータ位相の電圧を使用することができる。

全体を参照符号６０で表す図１の保護回路１６の改良型を図６に示す。この構成ではモータ６２及び中性点電界効果トランジスタ６４の区域に補助部品が設けられていない。その場合発生したモータ電圧の回路を閉じるために、中性点電界効果トランジスタのボディーダイオードが利用される。モータ出力と中性点の間に保護回路６０を接続することによって、これが可能になる。

図示の構成ではただ１つのモータ位相が利用される。代案として他の２つの位相を同じくダイオードにより回路６０に接続することができる。

また中性点の開閉のための接続端子６６が図で明らかである。

保護回路の別の２つの変型を図７に示す。図６の保護回路６０のように、回路７０及び７２でもモータ及び中性点電界効果トランジスタの区域に補助部品が設けられていない。その場合発生したモータ電圧の回路を閉じるために、中性点電界効果トランジスタのボディーダイオードが利用される。保護回路７０及び７２はそれぞれモータ出力と中性点の間に接続されているから、これを行うことができる。

保護回路７０はプッシュプル型出力を備えた比較器７４を使用する。保護回路７２はオープンコレクタ型出力を備えた比較器を使用する。

保護回路７０及び７２ではそれぞれただ１つのモータ位相が利用される。代案として他の２つの位相を同じくダイオードにより回路７０又は７２に接続することができる。

本発明に基づく保護装置の一実施形態の回路図である。 図１の部分図について代替構成を示す図である。 図２の別の代案を示す図である。 図２のもう一つの代案を示す図である。 バッテリー電圧により中性点を閉じるための代替回路を有する図２の別の代案を示す図である。 発電するモータのための電流回路が保護配線によって生じる図２の別の代案を示す図である。 図６の代案を示す図である。

符号の説明

１０ 保護装置
１２ 出力段
１３ 位相
１４ 永久磁石励磁式同期モータ
１６ 回路
１８ 中性点開放部
２０ 抵抗
３０ 抵抗
４０ ダイオード
５０ 継電器
６０ 保護回路
６２ モータ
６４ 中性点電界効果トランジスタ
７０ 保護回路
７２ 保護回路

Claims (13)

1. 中性点開放部型電気モータを有する自動車パワーステアリングのための、電気モータに接続した回路を備えた保護装置において、電気モータの回転数が所定の値を超えると、回路が中性点開放部を閉じることを特徴とする保護装置。
2. さらに出力段の電界効果トランジスタを閉じる請求項１に記載の保護装置。
3. 電子装置が切断されても自動車がなお安全に操縦されるように、所定の回転数が選定されている請求項1又は２に記載の保護装置。
4. ステアリングホイールを少なくとも９０°／ｓで回転できるように、所定の回転数が選定されている請求項３に記載の保護装置。
5. 電気モータが発生する電圧に対して閉路が生じるように、回路が設計されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の保護装置。
6. モータ電圧が平滑にされ、回転数に対する基準信号として利用される請求項５に記載の保護装置。
7. 発生した電圧が中性点の電界効果トランジスタを閉じるために利用される請求項４又は５に記載の保護装置。
8. 発生した電圧が第２の電圧の接続のために利用される請求項４又は５に記載の保護装置。
9. 電流回路は電気モータ及び出力段の抵抗に比して高オームを有する請求項４ないし８のいずれか１つに記載の保護装置。
10. 少なくとも２つのモータ位相を電気モータと中性点開放部の間で抵抗により相互に短絡することによって、電流回路が構成されている請求項４ないし９のいずれか１つに記載の保護装置。
11. 回路を閉じるために中性点電界効果トランジスタのボディーダイオードを使用した請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の保護装置。
12. 平滑電圧がバッテリー電圧の接続のために利用される請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の保護装置。
13. 電気モータの回転数が所定の値を超えると、回路が中性点開放部を閉じる保護装置、特に請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の保護装置によるパワーステアリングの保護方法。

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