电动转向装置及方法与流程

1.本发明涉及电动转向装置及方法，更详细地说，涉及通过包括多个绕组的电机辅助或者生成转向力的电动转向装置及方法。


背景技术：

2.随着汽车技术的发展，现有的机械式、液压式结构的转向装置正被利用电机的电动转向(eps:electric power steering)系统所取代。电动转向系统是在方向盘转动产生扭矩的情况下用电能驱动的电机提供转向辅助动力。在利用电动转向系统的情况下，根据车辆行驶速度通过电子控制适当改变方向盘的转向力，在低速时减轻转向力，在高速时加重转向力，可谋求稳定的高速行驶。
3.另一方面，由于先进驾驶辅助系统(advanced driver assistance systems)、自动驾驶的引入对车辆的各种电子装置的性能和在发生故障时确保安全性提出了更高的要求，电动转向系统也是如此。据此，在电动转向系统正在采用多绕组型电机。例如，两个绕组分别负责电机总输出的50％的双重绕组型电机正在使用于电动转向系统。双重绕组型电机是各个绕组输出总输出的50％，因此即使一个绕组出现问题，正常运行的另一绕组输出总输出的50％持续提供驱动力，从而确保一定程度的安全性。
4.然而，在双重绕组型电机中只用一个绕组保持输出的情况下，相比正常状态输出降低，因此增加驾驶员的转向负担。尤其是，在电机旋转速度增速的情况下，电机还产生反电动势，因此使得电动转向系统无法提供正常的转向辅助动力。从而，正在要求开发可解决所述问题的技术。
5.(专利文献)韩国授权专利第10-1858180号


技术实现要素：

6.技术问题
7.本发明是用于解决上述的现有技术的问题的，提供一种电动转向装置及方法，在包括多个绕组的电机中在一个绕组出现一相开路故障的情况下也可补偿扭矩以使电机输出扭矩的降低最小化。
8.解决问题的手段
9.根据本发明的一方面，提供一种电动转向装置，包括：转向电机，包括分别接收三相电源施加的第一绕组及第二绕组；第一控制部，控制供应于所述第一绕组的电源；第二控制部，控制供应于所述第二绕组的电源；在所述第一绕组的一相及所述第二绕组的一相中的任意一相出现开路故障的情况下，在所述第一控制部及所述第二控制部中控制包括出现开路故障的一相的绕组的控制部执行扭矩补偿控制以用于追加输出补偿扭矩。
10.此时，所述第一控制部及所述第二控制部可基于方向盘的角速度及扭矩中的一种以上的信息控制电源。
11.另外，所述补偿扭矩可与因为一相开路故障导致扭矩减少的减少量相对应。
12.另外，所述扭矩补偿控制可在所述转向电机的整个旋转速度区域执行。
13.另外，所述扭矩补偿控制能够以在出现一相开路故障的绕组的可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行。
14.根据本发明的另一方面，提供一种电动转向方法，包括：开路故障检测步骤，在包括分别接收三相电源施加的第一绕组及第二绕组的转向电机中检测所述第一绕组的一相及所述第二绕组的一相中的任意一相出现的开路故障；及扭矩补偿控制步骤，执行扭矩补偿控制以使包括出现开路故障的一相的绕组追加输出补偿扭矩。
15.此时，在所述扭矩补偿控制步骤中，所述补偿扭矩可与因为一相开路故障导致输出扭矩减少的减少量相对应。
16.另外，所述扭矩补偿控制步骤可在所述转向电机的整个旋转速度区域中执行。
17.另外，在所述扭矩补偿控制步骤中，所述扭矩补偿控制能够以在出现一相开路故障的绕组的可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行。
18.发明的效果
19.根据本发明的实施例，在包括多个绕组的电机中在一个绕组出现一相开路故障的情况下通过与该绕组相对应的控制部执行扭矩补偿控制，进而可将输出扭矩的降低最小化。
附图说明
20.图1是本发明的一实施例的电动转向装置的结构图。
21.图2是示出在本发明的一实施例的电动转向装置处于正常状态时的转向电机的输出扭矩的图。
22.图3是示出在本发明的一实施例的电动转向装置中一个绕组出现一相开路故障的状态的图。
23.图4是示出在转向电机的双重绕组中的任意一个绕组出现一相开路故障时不使用该绕组而是只使用正常状态的绕组的情况下的转向电机的输出扭矩的图。
24.图5是示出本发明的一实施例的电动转向装置执行扭矩补偿控制的情况下的转向电机的输出扭矩的图。
25.图6是用于说明根据有无扭矩补偿控制的转向辅助力差异的图。
26.图7是本发明的一实施例的电动转向方法的流程图。
具体实施方式
27.以下，参照附图详细说明本发明的实施例，以使在本发明所属技术领域中具有常规知识的人员可容易实施。本发明可实现为各种不同的形态，不限于在此说明的实施例。为了明确说明本发明，在附图中省略与说明无关的部分，在说明书全文中对于相同或者类似的构件赋予相同的附图标记。
28.在本说明书中，对于“包括”或者“具有”等的用语应该理解为是要指定在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构件、零部件或者这些的组合的存在，并不提前排除一个或者一个以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构件、零部件或者这些的组合的存在或者附加的可能性。
29.图1是本发明的一实施例的电动转向装置的结构图。
30.本发明的一实施例的电动转向装置包括转向电机10，所述转向电机10包括多个绕组，并且所述电动转向装置构成为可进行扭矩补偿控制，以在转向电机10的多个绕组中的任意一个绕组出现一相开路故障的情况下也可将输出扭矩的降低最小化。
31.参照图1，本发明的一实施例的电动转向装置包括：转向电机10、第一控制部20及第二控制部30。
32.转向电机10包括分别接收三相电源施加的第一绕组11及第二绕组12。即，转向电机10由双重绕组电机构成。更详细地说，转向电机10可以是双重三相交流电动机。
33.在本发明的一实施例中，转向电机10是用于辅助驾驶员的转向力，根据方向盘的角速度及扭矩中的任意一种以上可生成转向辅助力。当然，根据本发明的一实施例，转向电机10不限于辅助转向力，在本发明的另一实施例中转向电机10也可以是适用于线控转向(steer-by-wire)的电机。
34.在本发明的一实施例中，转向电机10分为第一绕组11及第二绕组12的两个绕组来控制，通过各个绕组三相电源施加于转向电机10。另外，转向电机10构成为由第一绕组及第二绕组各输出总输出的50％。
35.本发明的一实施例中，通过第一控制部20控制对第一绕组11供应电源，在图1中供应于第一绕组11的三相用a、b及c表示。另外，通过第二控制部30控制对第二绕组12供应电源，在图1中供应于第二绕组12的三相用x、y及z表示。
36.第一控制部20控制供应于第一绕组11的电源。另外，第二控制部30控制供应于第二绕组12的电源。此时，第一控制部20及第二控制部30可基于车辆的方向盘的角速度及扭矩中的一种以上的信息控制电源。
37.第一控制部20及第二控制部30从直流电源接收dc电压来转换为用于驱动转向电机10的ac电压，并且通过内部的多重半导体开关元件s1～s12的开/关动作可控制转向电机10的动作。
38.第一控制部20及第二控制部30也可与转向电机10直接连接，也可通过保护转向电机10的电路部等的单独的结构间接连接。另外，第一控制部20及第二控制部30可意味着车辆的主控制单元(main control unit,mcu)、电子控制单元(electronic control unit,ecu)或者cpu，或者mcu或者cpu的一部分功能。
39.在图2示出了本发明的一实施例的电动转向装置处于正常状态时的转向电机10的输出扭矩(tq_normal)。
40.参照图2，本发明的一实施例的电动转向装置的转向电机10在低速旋转区域输出6nm的扭矩。如上所述，被转向电机10的第一控制部20控制的第一绕组11及被第二控制部30控制的第二绕组12各输出总输出的50％，因此6nm的输出扭矩意味着第一绕组11及第二绕组12在低速旋转区域各输出3nm的扭矩。
41.另一方面，在图2中可确认到：在转向电机30为高旋转速度的情况下，因为转向电机30的反电动势以临界旋转速度为准扭矩开始减少。
42.在图3示出了在本发明的一实施例的电动转向装置中在一个绕组出现一相开路故障的状态；在图4示出了在转向电机的双重绕组中的任意一个绕组出现一相开路故障时不使用该绕组而是只使用正常状态的绕组的情况下的转向电机的输出扭矩。
43.参照图3及图4，可确认到：在包括双重绕组的转向电机10中第一绕组11出现相开路故障时，诸如对应于图3下端的a部分的一个线圈开路的情况下，不使用第一绕组11，而是只使用正常状态的第二绕组12，在该情况下输出扭矩(tq_phase open)减少至50％。也就是说，转向装置以在通过正常的第二绕组12输出的50％和通过出现故障的第一绕组11输出的0％之和的总输出50％运行。
44.从而，在包括双重绕组的转向电机中任意一个绕组出现一相开路故障时，不使用该绕组而是只使用正常状态的绕组的情况下，转向辅助力减少50％，这使得车辆驾驶员因为转向辅助力减少而感到转向困难。尤其是，转向电机10的旋转速度超出临界旋转速度的情况下，因为反电动势而更加减少转向辅助力，必然增加了驾驶员的转向疲劳感。
45.为了解决上述问题，在本发明的一实施例中，在第一绕组11的一相及第二绕组12的一相中的任意一相出现开路故障的情况下，在第一控制部20及第二控制部30中控制包括出现开路故障的一相的绕组的控制部执行扭矩补偿控制，以用于追加输出补偿扭矩。
46.在此，可通过检测部(未示出)检测第一绕组11及第二绕组12中的多个线圈中每一个是否出现开路故障。检测部可利用驱动器检测包括于转向电机10的第一绕组11及第二绕组12的各个线圈是否出现开路故障。检测部也可与第一控制部20及第二控制部30分开单独配置，也可包括于第一控制部20及第二控制部30。
47.另外，扭矩补偿控制可在转向电机10的整个旋转速度区域中执行。更进一步地，补偿扭矩可与因为一相开路故障导致输出扭矩减少的减少量相对应。
48.另一方面，本发明的一实施例中，扭矩补偿控制能够以在出现一相开路故障的绕组的可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行。在出现一相开路故障的绕组中也产生扭矩。但是，在该情况下，根据转向电机10的转子的位置存在未产生扭矩的区间。以往，在因为上述的理由出现一相开路故障的情况下通常不使用该绕组。然而，在出现一相开放故障的绕组也存在可产生扭矩的区间，因此持续执行对出现一相开路故障的绕组的控制，而且在以在可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行控制的情况下，可进行适当的输出扭矩补偿。
49.当然，除了上述举例的方式以外，也可通过各种方式进行扭矩补偿控制。从而，不得由与本发明的一实施例相关的上述说明限制扭矩补偿控制方式。
50.在图5示出了在本发明的一实施例的电动转向装置执行扭矩补偿控制的情况下的转向电机的输出扭矩。
51.参照图5，为了跟随在转向电机10的第一绕组11及第二绕组12全部是正常的情况下的输出扭矩(tq_normal)，可确认生成与因为一相开路故障导致扭矩减少的减少量相对应的补偿扭矩(tq_扭矩补偿控制)的扭矩补偿控制的结果。如此，根据本发明的一实施例，可获取在不使用出现一相开路故障的绕组而是只使用正常状态的绕组的情况下的输出扭矩(tq_phase open)加上根据扭矩补偿控制生成的补偿扭矩(tq_扭矩补偿控制)的输出扭矩。
52.在图5中可确认到扭矩补偿控制在转向电机10的整个旋转速度区域执行。通过如此的控制，在包括于转向电机10的双重绕组中的任意一个绕组出现开路故障时，除了转向电机10的旋转速度超出临界旋转速度而产生反电动势的情况，在转向电机30的旋转速度为低速的情况下也可获取补偿扭矩。据此，在转向电机10的整个旋转速度区间驾驶员可接收
到与所有绕组正常的情况几乎相同的转向感。
53.图6是用于说明根据有无扭矩补偿控制的转向辅助力差异的图。
54.在图6中车辆v1、v2具有通过包括双重绕组的转向电机10提供转向辅助力的电动转向系统。此时，假设包括于转向电机10的双重绕组中的任意一个绕组出现开路故障并且驾驶员以预定的力操作方向盘。在如此的假设下，可确认到：相比于不使用出现一相开路故障的绕组而是只使用正常状态的绕组的车辆v1，根据本发明的一实施例进行扭矩补偿控制的车辆v2提供更大的转向辅助力并且可稳定避开障碍物。
55.图7是本发明的一实施例的电动转向方法的流程图。
56.本发明的一实施例的电动转向方法在转向电机的多个绕组中的任意一个绕组出现一相开路故障的情况下也可补偿转向电机的输出扭以使输出扭矩的降低能够最小化。
57.另外，本发明的一实施例的电动转向方法可通过本发明的一实施例的电动转向装置执行。在本发明的一实施例的电动转向方法中，转向电机10可包括分别接收三相电源施加的第一绕组11及第二绕组12。更详细地说，转向电机10可以是双重三相交流电动机。
58.参照图7，本发明的一实施例的电动转向方法包括开路故障检测步骤s10和扭矩补偿控制步骤s20。
59.开路故障检测步骤s10是在包括分别接收三相电源施加的第一绕组11及第二绕组12的转向电机10中检测第一绕组11的一相及第二绕组12的一相中的任意一相出现的开路故障的步骤。此时，通过第一控制部20控制对第一绕组11供应电源，通过第二控制部30控制对第二绕组12供应电源。
60.在开路故障检测步骤s10中，可通过检测部(未示出)检测包括于第一绕组11及第二绕组12的多个线圈中每一个是否出现开路故障。如上所述，检测部也可与第一控制部20及第二控制部30分开单独配置，也可包括于第一控制部20及第二控制部30。
61.扭矩补偿控制步骤s20是执行扭矩补偿控制以使包括出现开路故障的一相的绕组追加输出补偿扭矩的步骤。此时，补偿扭矩可与因为一相开路故障导致输出扭矩减少的减少量相对应。
62.另外，在扭矩补偿控制步骤s20中，扭矩补偿控制可在转向电机10的整个旋转速度区域执行。通过如此的控制，在包括于转向电机10的双重绕组中的任意一个绕组出现开路故障时，不仅是在转向电机10的旋转速度超出临界旋转速度而产生反电动势的情况，在转向电机10的旋转速度为低速的情况下也可获取补偿扭矩。据此，在转向电机10的整个旋转速度区间驾驶员可接收与所有绕组正常的情况几乎相同的转向感。
63.另外，在扭矩补偿控制步骤s20中，扭矩补偿控制能够以在出现一相开路故障的绕组的可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行。如上所述，出现一相开路故障的绕组也存在可产生扭矩的区间，因此持续执行控制出现一相开路故障的绕组，且以在可产生扭矩的区间增加最大扭矩的方式执行控制的情况下，可实现适当的输出扭矩补偿。
64.对于本发明的一实施例进行了说明，但是本发明的思想不限于在本说明书提出的实施例，而是理解本发明的思想的所属技术领域的技术人员在相同的思想范围内通过构件的附件、改变、删除、增加等可容易提出其他实施例，而且这也包括在本发明的思想范围内。