电动助力转向装置的控制装置以及电动助力转向装置的制作方法

文档序号:13985237
电动助力转向装置的控制装置以及电动助力转向装置的制作方法

本发明涉及电动助力转向装置的控制装置以及电动助力转向装置。



背景技术:

电动助力转向装置中采用的是小型、高效的三相同步电动机。但是,三相同步电动机中,通常用霍尔IC等磁性检测元件来检测具有磁铁的转子的旋转位置,并根据其检测结果,对定子侧的电枢线圈依次进行励磁而使转子旋转。在此基础上,通过使用作为精密的旋转位置检测器的旋转变压器、编码器、GMR传感器等,能够实现由正弦波电流进行的驱动,从而谋求转矩波动等的振动、噪音的降低。

当该旋转位置检测器发生故障时,三相同步电动机就会立刻变得无法旋转。这在旋转位置检测器中使用霍尔IC以外的旋转变压器、编码器、GMR传感器的情况下也是一样的。由于这样旋转位置检测器的故障会导致电动助力转向装置中发生失灵、异常运转,因此需要改善。

在专利文献1中,在该旋转位置检测器故障时,将除旋转位置检测器以外的、根据由三相同步电动机的磁铁感应出的感应电压和电流推定位置的旋转位置推定单元作为旋转位置检测器的输出的替代品而使用,由此在旋转位置检测器故障时也能稳定地驱动三相同步电动机。但是,根据该旋转位置推定单元,当三相同步电动机的旋转速度低于额定速度的10%时,感应电压就会埋没在噪声中,因此无法在低速下检测转子的位置。尤其是,电动助力转向是在用于对操舵进行辅助的三相同步电动机的旋转速度为零速或者零速附近的低速下使用的,因此存在专利文献1的旋转位置推定单元无法推定位置这样的技术问题。

作为无法在零速以及低速下推定旋转位置的基于感应电压的旋转位置推定单元的替代品,通过使通常的1个旋转位置检测器增加到2个以上,能够使旋转位置检测器在零速以及低速下的旋转位置精度成为与故障前相同的精度来进行检测。但是,在电动助力转向中,由于搭载空间、成本的制约,难以增加硬件类的旋转位置检测器。

针对这些技术问题,例如如日本专利特开2009-189176号公报(专利文献2)中所述那样,提出以基于虚拟中性点电位的同步电动机的120度通电控制为基础的、低速区域内的软件类的旋转位置推定单元,在感应电压小的低速区域也能控制三相同步电动机。进一步地,像日本专利特开2013-55744号公报(专利文献3)那样,提出了根据三相绕组的中性点电位推定旋转位置的旋转位置推定单元,在感应电压小的低速区域也能以正弦波驱动同步电动机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2010-022196号公报

专利文献2:日本专利特开2009-189176号公报

专利文献3:日本专利特开2013-055744号公报



技术实现要素:

发明要解决的问题

专利文献1所记载的构成在旋转位置检测器故障时通过使用软件类的旋转位置推定单元代替硬件类的旋转位置检测器,能够实现电动助力转向所需要的持续驱动,但存在无法在电动助力转向中频繁地使用的三相同步电动机的动作区域内进行位置推定这样的技术问题。

专利文献2、专利文献3所记载的构成通过利用虚拟中性点电位或者中性点电位推定转子的位置,能够在电动助力转向中频繁地使用的三相同步电动机的动作区域内进行位置推定,但关于与电动助力转向中原本使用的位置检测器的并用、位置检测器故障时的应对没有进行揭示。

本发明的目的在于,提供一种不增大驱动装置的成本地提高三相同步电动机的驱动装置的可靠性的电动助力转向装置。

用于解决技术问题的手段

本发明所涉及的电动助力转向装置的控制装置控制作为操舵的辅助力而使用三相同步电动机的电动助力转向装置,所述电动助力转向装置的控制装置的特征在于,包括:旋转位置推定部,其根据所述三相同步电动机的中性点电位或者虚拟中性点电位,推定所述三相同步电动机的转子的位置;以及指令信号运算部,其根据由所述旋转位置推定部推定的所述转子的位置,运算所述三相同步电动机的指令信号。

发明效果

根据本发明的优选实施方式涉及的电动助力转向装置,能够在电动助力转向中频繁地使用三相同步电动机的零速或者低速的动作区域内,根据中性点电位或者虚拟中性点电位中的某一方的信号推定转子的位置,从而通过驱动三相同步电动机来持续操舵的辅助。

本发明的其他目的和特征通过以下所述的实施例而得以明确。

附图说明

图1是第一实施方式中的驱动装置的结构图。

图2是示出基于虚拟中性点电位的旋转位置推定部16A的框图。

图3是应用了基于中性点电位的旋转位置推定部16B的驱动装置的结构图。

图4是第二实施方式中的驱动装置的结构图。

图5是检测位置判定部18的处理。

图6是第三实施方式中的驱动装置的结构图。

图7是示出图6的旋转位置比较单元18的处理构成的流程图。

图8是第四实施方式中的驱动装置的结构图。

图9是第四实施方式中的印刷电路板1的结构。

图10是第五实施方式中的驱动装置的结构图。

图11是第六实施方式中的驱动装置的结构图。

图12是示出旋转位置推定比较部18的结构的框图。

图13是中性点电位的引出线的开路故障下的断线检测的概要。

图14是第七实施方式中的驱动装置的结构图。

图15是示出旋转位置比较部19的结构的框图。

图16是示出图15的旋转位置比较单元19A的处理构成的流程图。

图17是示出电动助力转向装置的结构例的图。

具体实施方式

下面,参照附图对本发明涉及的电力转换装置的实施方式进行说明。另外,在各图中对相同要素标记相同符号,省略重复的说明。

图17是示出电动助力转向装置4的结构的图。驾驶员操作方向盘41时,转矩传感器42对方向盘41的旋转转矩进行检测。转矩传感器42所检测出的转矩被输入到驱动装置3。驱动装置3具有三相同步电动机2和驱动三相同步电动机2的印刷电路板1。印刷电路板1按照转矩传感器42所检测出的转矩来驱动三相同步电动机2。三相同步电动机2根据与该转矩相应的指令,输出用于辅助操舵的转矩。三相同步电动机2的输出转矩经由转向助力机构43辅助操舵力,并向转向机构44输出。然后,通过转向机构44对轮胎45进行转舵。

下面,作为控制电动助力转向装置的控制装置的实施方式,对根据转矩传感器42所检测出的转矩来输出辅助操舵的转矩的驱动装置3、以及构成驱动装置3的印刷电路板1和三相同步电动机2的控制进行说明。在以下的多个实施方式中说明的本发明具有以下特征:将基于虚拟中性点电位或者中性点电位的位置推定单元应用于频繁使用零速以及额定速度10%以下的低速的电动助力转向装置。由此,在零速或者低速的动作区域内也能通过驱动三相同步电动机来持续操舵的辅助。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式涉及的驱动装置3的结构的图。使用图1对作为本实施方式涉及的控制装置的特征性的构成的印刷电路板1的结构进行说明。

本实施方式的印刷电路板1具有:逆变器12、脉冲宽度调制信号输出单元13、虚拟中性点电路14、电流以及电压检测部15、旋转位置推定部16A、以及指令信号运算部17。逆变器12将从直流电源11输入的直流电流转换为三相交流电流,并向三相同步电动机2输出。构成逆变器12的开关元件Sup~Swn根据由脉冲宽度调制信号输出单元13运算出的脉冲宽度调制信号而被控制。

旋转位置推定部16A根据从虚拟中性点电路14输入的虚拟中性点电位Vn0,推定三相同步电动机2的旋转位置信息。旋转位置推定部16A的动作在图2中后述。旋转位置推定部16A的输出信号用符号θ1表示。指令信号运算部17根据旋转位置信息推定值θ1运算脉冲宽度调制信号并输出。输出的所述脉冲宽度调制信号经由脉冲宽度调制信号输出单元13向逆变器12输出。

图2是示出旋转位置推定部16A的结构的框图。旋转位置推定部16A根据虚拟中性点电位Vn0来推定旋转位置推定θ1。另外,在本实施方式中根据虚拟中性点电位进行位置推定,但也可以使用基于中性点电位的位置推定。

旋转位置推定部16A由非通电相电位选择器161、基准电平切换器162、比较器163、通电模式决定器164构成。

非通电相电位选择器161接收到通电模式决定器164输出的模式指令,对虚拟中性点电位进行采样保持。基准电平切换器162按照模式指令设定正侧基准电压和负侧基准电压,比较非通电相电位选择器161与基准电平切换器162,并向通电模式决定器164输入。通过该构成,得到非通电相所需要的电位。通过设为以上构成,能够实现无传感器地进行低速时的位置检测。根据本实施方式的电动助力转向装置的控制装置,能够在电动助力转向装置中频繁地使用的零速以及额定速度10%以下的低速下,进行没有位置检测器的状态下的驱动并输出转矩。

根据旋转位置推定部16A,介绍了根据虚拟中性点电位来运算模式指令并作为位置的方法,但由于该方法是基于120度通电的方法,因此电流波形会变形。因此,如图3所示,也可以设为基于引出三相绕组的中性点而得的中性点电位的位置推定单元即旋转位置推定部16B。

(第二实施方式)

图4是表示第二实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。本实施方式的驱动装置3的特征在于,具有硬件类的位置检测器21和位置检测判定器18。

在电动助力转向装置中,从位置检测的可靠性的观点出发,设置有检测三相同步电动机2的转子的位置的位置检测器。在本实施方式中,在由位置检测器21检测出的位置为正常信号时,检测位置判定部18使用位置检测器21的输出θ3,在由位置检测器21检测出的位置为异常信号时,检测位置判定部18使用旋转位置推定部18的输出θ1。

若在由位置检测器21检测出的位置信号从正常信号变为异常信号时,若从位置检测器21的输出θ3急剧变化为旋转位置推定部18的输出θ1,则会产生马达的失调、振动、噪音。因此,在判定为位置检测器21的输出θ3与旋转位置推定部18的输出θ1产生了背离、位置检测器故障时,检测位置判定部18如图5所示那样在位置检测器21的位置θ3与旋转位置推定部16的位置θ1大致一致的位置切换位置信号。

通过设为这样的构成,除了位置检测器的位置信息以外还能够使用基于位置推定部的位置信息,能够低成本地构成冗余的电动助力转向装置。此外,能够得到在位置检测器21故障时也使得切换震动较少且不会给驾驶员以不适感的电动助力转向装置。

在位置检测器21的信号为正常信号时,在检测位置判定部18中比较旋转位置推定部16的输出θ1与位置检测器21的输出θ3,并与位置检测器21的信号配合,由此能够调整在旋转位置推定部16中使用的每个三相同步电动机各自的磁饱和特性的个体差。其结果,能够以低成本实现多个三相同步电动机的个体差的调整。

在作为本实施方式的图4中,使用基于虚拟中性点电位的位置推定部16A对旋转位置推定部16进行了说明,但也可以使用基于中性点电位的位置推定部16B。

(第三实施方式)

图6是表示第三实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。本实施方式的驱动装置3与第二实施方式相比,其特征在于,除了位置检测器21之外还具有位置检测器22,将位置检测系统设为冗余结构。

在电动助力转向装置中,从位置检测可靠性的提高的观点出发,常设置有2个以上的检测三相同步电动机2的转子的位置的位置检测器。在本实施方式中,取位置检测器为2个的情况为代表例进行叙述。

在位置检测器为2个的结构中,在一个位置检测器故障了的情况下,难以判断是哪个位置检测器发生了故障。因此,在本实施方式中,除了使用2个位置检测器以外,还使用旋转位置推定部16A,由此,能够判定位置检测器21和位置检测器22中的哪个发生了故障。因此,能够使用正常的位置检测器驱动电动助力转向装置。

图7是示出位置比较单元18的处理构成的流程图。首先,比较位置检测器21与22的输出信号,在一致的情况下采用位置检测器21的信号。在位置检测器21的输出信号θ3与22的输出信号θ4不一致的情况下,与旋转位置推定部16A的输出信号θ1进行比较。在位置检测器21的输出信号θ3与旋转位置推定部16A的输出信号θ1一致的情况下,判断为位置检测器21正常,采用位置检测器21的输出信号θ3。在位置检测器22的输出信号θ4与旋转位置推定部16A的输出信号θ1一致的情况下,判断为位置检测器22正常,采用位置检测器22的输出信号θ4。在位置检测器21的输出信号θ3以及位置检测器22的输出信号θ4都与旋转位置推定部16A的输出信号θ1不一致的情况下,采用旋转位置推定部16A的输出信号θ1。

通过采用这样的构成,即使在2个位置检测器中的1个故障了的情况下,也能够通过旋转位置推定部来确定哪个位置检测器发生了故障。然后,通过使用另一个位置检测器的位置信息,能够以低成本实现使用了位置检测器的持续辅助。

(第四实施方式)

图8是表示第四实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。在本实施方式中,作为旋转位置推定部,尤其对基于虚拟中性点电位14的方法进行说明。

旋转位置推定部16A根据虚拟中性点电位14而被驱动。虚拟中性点电路14如图9所示那样设置在搭载有微电脑的印刷电路板1上。通过设为这样的构成,就不需要三相绕组的中性点电位的引出线,印刷电路板1与三相同步电动机2的连线就变得容易。此外,通过在印刷电路板1上设置虚拟中性点电路14,能够防止布线的噪声导致的误动作、检测电压的纹波的增大。此外,布线长度也变短,能够降低成本。

该虚拟中性点电路14的电阻由三相同步电动机2的绕组电阻的100倍以上的电阻值构成。这样一来,通过使绕组电阻与虚拟中性点电路的电阻之间具有差值,能够与三相绕组的阻抗分离,因此能够高精度地检测由磁饱和导致的虚拟中性点电位的变动,从而提高检测位置推定部16中的位置精度。

根据虚拟中性点电位14而被驱动旋转位置推定部16A以120度通电控制而被驱动。因此,电角度的精度只有±30度,在高速旋转下控制周期内的位置误差大,会导致反转矩的产生、失调。因此,在三相同步电动机2的转速比规定的转速、例如3000rpm大的情况下,使电流为0并停止辅助。由此,能够实现动力转向装置的稳定驱动。

(第五实施方式)

图10是表示第五实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。在本实施方式中,作为旋转位置推定部16,特别构成为使用三相同步电动机2的三相绕组的中性点电位的构成。

通过设为这样的构成,与基于虚拟中性点电位的位置推定不同,能够实现正弦波下的驱动,从而能够降低由转矩波动导致的振动、噪音。

(第六实施方式)

图11是表示第六实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。本实施方式的特征在于,使用三相同步电动机2的三相绕组的中性点电位和虚拟中性点电位这两个信号。

图12示出旋转位置推定比较部18的结构。旋转位置推定比较部18由进行基于虚拟中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16A、进行基于中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16B、检测虚拟中性点电位电路的故障和中性点电位的引出线的断线的旋转位置推定比较部18构成。

根据旋转位置推定比较部18,通过比较虚拟中性点电位与中性点电位,检测设置于虚拟中性点电位电路的电阻的开路故障、中性点电位的引出线的开路故障所导致的断线。

使用图13说明中性点电位的引出线的开路故障下的断线检测的概要。在图13中示出了施加在逆变器2的各相的上侧桥臂的电压、和中性点电位Vn以及虚拟中性点电位Vn0的波形。在图13中,中性点电位Vn以虚线表示,虚拟中性点电位Vn0以实线表示。

如图13的上段所示,在中性点电位引出线没有断线的情况下,在逆变器2的上侧桥臂均为ON的期间内,虚拟中性点电位Vn0与中性点电位Vn一致。但是,在中性点电位的引出线因开路故障而断线时,如图13的下段所示,虚拟中性点电位与中性点电位就变得不一致。由此,通过比较中性点电位与虚拟中性点电位,对断线进行检测。

在进行基于虚拟中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16A和进行基于中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16B中的一方的位置推定部故障了的情况下,通过切换至没有故障的另一方的旋转位置推定部,能够持续操舵辅助。通过具有虚拟中性点电位和中性点电位并比较2个电位,能够不设置另外系统的电路地对中性点电位和虚拟中性点电位的引出线的断线进行检测。

(第七实施方式)

图14是表示第七实施方式涉及的驱动装置3的结构的框图。本实施方式的驱动装置的特征在于,除了使用中性点电位和虚拟中性点电位这2个信号之外还使用旋转位置检测部21的信号。

图15示出旋转位置比较部19的结构。旋转位置比较部19由进行基于虚拟中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16A、进行基于中性点电位的位置推定的旋转位置推定部16B、比较旋转位置推定部的输出16A、16B与旋转位置检测器的输出θ3的旋转位置比较单元19构成。

图16示出表示旋转位置比较单元19的处理构成的流程图。在旋转位置比较单元19中,比较位置检测器21的输出与旋转位置推定部16B的输出,并由旋转位置判定部16A的输出判定这2个输出中的哪一个发生了故障。对位置检测器21与旋转位置推定部16B的输出信号θ2进行比较,在一致的情况下采用位置检测器21的信号。在位置检测器21的输出信号θ3与旋转位置推定部16B的输出信号θ2不一致的情况下,与旋转位置推定部16A的输出信号θ1进行比较。在位置检测器21的输出信号θ3与旋转位置推定部16A的输出信号θ1一致的情况下,判断为位置检测器21正常,采用位置检测器21的输出信号θ3。在旋转位置推定部16B的输出信号θ2与旋转位置推定部16A的输出信号θ1一致的情况下,采用旋转位置推定部16B的输出信号θ2。在位置检测器21的输出信号θ3以及旋转位置推定部16B的输出信号θ2都与旋转位置推定部16A的输出信号θ1不一致的情况下,采用旋转位置推定部16A的输出信号θ1。

通过采用这样的构成,在为硬件类的位置检测器为1个的构成的同时,能够以低成本确保3重冗余系统。另外,在本实施方式中介绍了旋转位置检测器为1个的例子,但通过设为2个以上能够谋求进一步的冗余化。

符号说明

1:印刷电路板,11:直流电源,12:逆变器,13:脉冲宽度调制信号输出单元,14:虚拟中性点电路,15:电流检测部、电压检测部,16:旋转位置推定部,161:非通电相电位选择器,162:基准电平切换器,163:比较器,164:通电模式决定器,17:指令信号运算部,18:旋转位置推定比较部,2:三相同步电动机,3:驱动装置,4:电动助力转向装置,41:方向盘,42:转矩传感器,43:转向助力机构,44:转向机构,45:轮胎。

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