专利名称：电动动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于驾驶员的转向操作来驱动电动机并产生转向辅助转矩的电动动力转向装置。
背景技术：
以往，电动动力转向装置检测出驾驶员施加给方向盘的转向转矩，计算出与所检测出的转向转矩对应的目标转向辅助转矩，对电动机的通电进行控制，以使得获得该目标转向辅助转矩。通常，电动动力转向装置计算与目标转向辅助转矩成比例的目标电流，并且通过电流传感器检测流过电动机的实际电流，并将与目标电流和实际流过的电流之间偏差对应的电压施加给电动机。即，通过反馈控制对电动机进行驱动控制。在电流传感器发生了故障的情况下，无法进行反馈控制。在专利文献I中，提出了 在如上所述的电流传感器故障时也进行转向辅助的电动动力转向装置。该专利文献I所提出的电动动力转向装置在检测出电流传感器的故障时，切换成开环控制(open loop)，以代替反馈控制。即，以将大小与转向转矩成比例的电压施加到电动机的方式设定的占空比控制电动机驱动电路的开关元件。在先技术文献专利文献专利文献I :日本专利文献特开2005-88877号公报。
发明内容
然而，在以如上所述的开环控制驱动电动机的情况下，与反馈控制相比，转向辅助相对于转向操作的追随性极端下降。即，当快速进行转向操作时能够产生的转向辅助极端下降。这是由于在进行开环控制时，对于电动机控制量没有考虑由于在电动机产生的反向电动势所导致的电压的减小。若电动机旋转，则在电动机的线圈产生反向电动势。因此，例如，即使电动机的目标施加电压为5V，若反向电动势为3V，则只能有与作为该差的2V相当的电流流过电动机。在电动机的旋转速度进一步上升使得反向电动势超过施加电压的情况下，能量由于反向电动势和施加电压之间的差返回电动机驱动电路侧(电源侧)，不仅无法进行转向辅助，反而成为转向操作的制动。因此，在电流传感器发生了故障的情况下，转向操作变得费力。本发明是为了应对上述问题而完成的，其目的在于，即使在电流传感器发生了故障的情况下，也能抑制转向辅助的追随性的下降，继续进行良好的转向辅助。为了达到上述的目的，本发明的电动动力转向装置，包括转向转矩检测单元
(21)，所述转向转矩检测单元检测从转向盘输入到转向轴的转向转矩；电动机(20)，所述电动机设置在转向机构上并用于产生转向辅助转矩；电动机驱动电路(40),所述电动机驱动电路使用H桥电路，所述H桥电路具有对所述电动机向正向旋转方向驱动时被接通的正向旋转用开关元件(Q1H、Q2L)和对所述电动机向反向旋转方向驱动时被接通的反向旋转用开关元件(Q2H、QlL);电动机电流检测单元(31)，所述电动机电流检测单元检测流经所述电动机的电动机电流；异常检测单元(91)，所述异常检测单元检测所述电动机电流检测单元的异常；正常时电动机控制单元(70)，在没有被检测出所述电动机电流检测单元的异常的情况下，所述正常时电动机控制单元通过基于目标电流和电动机电流的电流反馈控制来控制所述电动机驱动电路，其中，所述目标电流根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩而被设定，所述电动机电流由所述电动机电流检测单元检测出；以及异常时电动机控制单元(80)，在被检测出所述电动机电流检测单元的异常的情况下，所述异常时电动机控制单元不使用所述电流反馈控制而基于由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩来控制所述电动机驱动电路，所述电动动力转向装置的特征在于，所述异常时电动机控制单元包括断开状态电压检测部(Sll、S12、S52、S53)，所述断开状态电压检测部在所述电动机驱动电路被控制以在所述电动机的端子间不被施加电源电压的状态下检测所述电动机的端子间电压；电流零定时检测部(S13、S36、S40)，所述电流零定时检测部基于由所述断开状态电压检测部检测出的所述电动机的端子间电压来检测出流经所述电动机的电流为零的定时；通电时间设定部(S15、S32)，所述通电时间设定部设定与由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩对应的通电设定时间；开关控制部(S18、S19、S20、S33、S34、S37、S38)，所述开关控制部每当由所述电流零定时检测单元检测出流经所述电动机的电流为零 的定时，就使所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通由所述通电时间设定部设定的通电设定时间。在本发明中，电流从电动机驱动电流向电动机流动，从而电动机产生转向辅助转矩。电动机驱动电路由具有正向旋转用开关元件和反向旋转用开关元件的H桥电路来构成。因此，电动机成为带电刷的电动机。例如，用连接电动机的一个通电端子和电源的开关元件、以及连接电动机的另一个通电端子和地的开关元件构成正向旋转用的开关元件，用连接电动机的另一个通电端子和电源的开关元件、以及连接电动机的一个通电端子和地的开关元件构成反向旋转用的开关元件。在电动机驱动电路中，在使电动机正向旋转时正向旋转用的开关元件被接通，在使电动机反向旋转时反向旋转用的开关元件被接通。流经电动机的电流通过该开关元件被接通的时间被调整，作为结果转向辅助转矩被调整。 正常时电动机控制单元通过目标电流和电动机电流的电流反馈控制来控制所述电动机驱动电路，产生恰当的转向辅助转矩，其中，所述目标电流与由转向转矩检测单元检测出的转向转矩对应地设定，所述电动机电流由电动机电流检测单元检测出。在电动机电流检测单元发生了故障的情况下，无法进行这样的电流反馈控制。因此，本发明中具有异常检测单元和异常时电动机控制单元。异常检测单元检测电动机电流检测单元的异常。即，判断电动机电流检测单元有没有异常。在检测出电动机电流检测单元的异常的情况下，异常时电动机控制单元代替正常时电动机控制单元来控制电动机驱动电路。该异常时电动机控制单元为了使转向辅助相对于转向操作的追随性不下降，而具有断开状态检测部、电流零定时检测部、通电时间设定部、以及开关控制部。断开状态电压检测部在电动机驱动电路被控制以在电动机的端子间不被施加电源电压的状态下检测电动机的端子间电压。例如，在使正向旋转用开关元件和反向旋转用开关元件断开的状态下检测电动机的端子间电压。在电动机驱动电路中，由于与各开关元件并联设置有反向导通二极管(仅与通过电源装置施加的电压而电流流动的方向相反方向的电流流动的二极管)，因此即使开关元件断开，在短期间内电流经由反向导通二极管流动。因此，电流零定时检测部基于由断开状态电压检测部检测出的电动机的端子间电压检测出流经所述电动机的电流为零的定时。即，获得判断出流经电动机的电流为零的定时。另一方面，通电时间设定部设定与由转向转矩检测单元检测出的转向转矩对应的通电设定时间。并且，开关控制部每当由电流零定时检测单元检测出流经电动机的电流为零的定时、即每当检测出流经电动机的电流为零时，就使正向旋转用开关元件或反向旋转用开关元件接通由通电时间设定部设定的通电设定时间。因此，在本发明中，由于每当流经电动机的电流为零时，就使正向旋转用开关元件或反向旋转用开关元件接通通电设定时间，因此流经电动机的电流成为三角波形。因此，能够通过通电设定时间来控制流经电动机的电流的平均值。该通电设定时间根据转向转矩来设定。其结果是，能够根据转向转矩控制流经电动机的平均电流。另外，在如上所述地控制的情况下，由于即使电动机的旋转速度变大平均电流的减少程度也小，因此能够抑制转向 辅助的追随性的下降，继续进行良好的转向辅助。本发明的其他特征在于，所述电流零定时检测部检测以下定时中的至少一个定时作为流经所述电动机的电流为零的定时(S12 13、S50、S36、S40)，所述定时包括检测出了所述电动机的端子间电压是能够判定流经所述电动机的电流的方向为正向的正向判定电压电平和能够判定流经所述电动机的电流的方向为负向的负向判定电压电平之间的值的定时；以及检测出了所述电动机的端子间电压从所述正向判定电压电平变化到了所述负向判定电压电平或者所述电动机的端子间电压从所述负向判定电压电平变化到了所述正向判定电压电平的定时。当使正向旋转用开关元件和反向旋转用开关元件为断开状态时，电动机的端子间电压根据电动机的旋转方向有很大不同。若电动机的端子间电压达到正向判定电平，则能够判定电动机中正流过正向的电流，若电动机的端子间电压达到负向判定电平，则能够判定电动机中正流过反向的电流。在这里正向和反向是用于区别电动机中流动的电流方向而使用的用语，将电流方向的哪一个方向设定为正向都可以。利用上述构成，电流零定时检测部检测以下定时中的至少一个定时作为流经所述电动机的电流为零的定时，所述定时包括检测出了电动机的端子间电压是正向判定电压电平和负向判定电压电平之间的值的定时；以及检测出了电动机的端子间电压从正向判定电压电平变化到了负向判定电压电平或者电动机的端子间电压从负向判定电压电平变化到了正向判定电压电平的定时。因此，能够容易地检测出电动机电流为零的定时。另外，正向判定电平和反向判定电平能够根据例如施加到电动机驱动电路的电源电压和与开关元件并联设置的反向导通二极管中的电压下降量来计算。本发明的其他特征在于，所述开关控制部使与所述转向转矩的方向对应的旋转方向的所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通由所述通电时间设定部设定的通电设定时间(S17 S20)。在本发明中，每当检测出流经电动机的电流为零的定时时，使与转向转矩的方向对应的旋转方向的正向旋转用开关元件或反向旋转用开关元件接通通电设定时间。例如，若转向转矩为作用到左转向方向的转矩，则每当检测出流经电动机的电流为零的定时时，将使电动机向左转向方向旋转的开关元件(正向旋转用开关元件或反向旋转用开关元件中的一者)接通与转向转矩的大小对应的通电设定时间。因此，通过控制与转向转矩的方向对应的一者的开关元件的通电时间，能够根据转向转矩的大小控制流经电动机的平均电流。本发明的其他特征在于，所述通电时间设定部根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩分别设定所述正向旋转用开关元件的通电设定时间和所述反向旋转用开关元件的通电设定时间(S31 S32)，每当被检测出流经所述电动机的电流为零的定时，所述开关控制部就使所述正向旋转用开关元件和所述反向旋转用开关元件交替地接通所述分别设定的通电设定时间(S33 S40)。在电动机中流过微小的电流的情况下(在转向转矩微小的情况下)，通电设定时间变得非常短。伴随于此，一旦在转向系统产生的振动的周期变短，则有可能在该振动中车辆的其他部件发生共振等的不良情况。因此，在本发明中，通电时间设定部根据转向转矩分 别设定正向旋转用开关元件的通电设定时间和反向旋转用开关元件的通电设定时间。例如，若转向转矩的方向为电动机的正向旋转方向，则将正向旋转用开关兀件的通电设定时间被设定得比反向旋转用开关元件的通电设定时间长，若转向转矩的方向为电动机的反向旋转方向，则将反向旋转用开关元件的通电设定时间被设定得比正向旋转用开关元件的通电设定时间长。开关控制部每当检测出流经电动机的电流为零的定时，就使正向旋转用开关元件和反向旋转用开关元件交替地接通各个分别设定的通电设定时间。因此，正向的电流和反向的电流交替地流经电动机。由此，通过调整正向旋转用开关元件的通电设定时间和反向旋转用开关元件的通电设定时间的比率能够控制平均电流。因此，即便在转向转矩小的情况下，也能够使得三角波形的电动机电流的周期增长，其结果是，能够将在转向系统产生的振动的周期设定得长。由此，能够抑制在转向系统的振动中车辆的其他部件发生共振的不良情况。本发明的其他特征在于，所述电动动力转向装置包括旋转速度估计部(S21)，当通过所述电流零定时检测部检测出流经所述电动机的电流为零的定时时，在使所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通之前，所述旋转速度估计部基于由所述断开状态电压检测部检测出的所述电动机的端子间电压来估计所述电动机的旋转速度；以及通电设定时间修正部(S22、S23)，所述通电设定时间修正部基于由所述旋转速度估计部估计出的所述电动机的旋转速度对所述通电设定时间进行修正，使得所述通电设定时间在所述旋转速度高的情况下比在所述旋转速度低的情况长。在上述的各发明中，能够提高转向辅助相对于转向操作的的追随性，然而，随着电动机旋转速度的增加必要的转向转矩也增加，因此在转向操作中感到不顺畅。因此，在本发明中，当检测出了流经电动机的电流为零的定时时，旋转速度估计部在使正向旋转用开关元件或反向旋转用开关元件接通之前,基于电动机的端子间电压来估计电动机的旋转速度。当没有电流流过电动机时的电动机端子间电压与反向电动势相等。因此，若对电动机的端子间电压除以反向电动势常数，则能够估计电动机的旋转速度。通电设定时间修正部对通电设定时间进行修正使得通电设定时间在被估计出的电动机的旋转速度高的情况比在旋转速度低的情况长。其结果是，根据本发明，即便在电动机的旋转速度高的情况下，也能够降低转向操作的不顺畅感。本发明的其他特征在于，所述通电设定时间设定有上限值，并且，所述电动动力转向装置包括转向位置检测部(S61)，所述转向位置检测部检测转向位置；以及上限值改变部(S62)，所述上限值改变部在由所述转向位置检测部检测出的转向位置接近对能够转向的范围的末端机械地限制的行程末端的情况下，与所述转向位置离开行程末端的情况相t匕，减小所述通电设定时间的上限值。当快速转动方向盘、转向位置到达行程末端时，通过碰到止动件，电动机的旋转急剧地成为停止状态，因此电动机的反向电动势急剧地消减，由于该影响在电动机中流动的电流快速增加，因此有可能发生电涌。因此，在本发明中，转向位置检测部检测转向位置，在该转向位置接近行程末端的情况下，上限值改变部减小通电设定时间的上限值。由此，在发生碰到止动件之前，将流经电动机的平均电流抑制得小，因此即便发生了碰到止动件也能够抑制电涌。另外，在不发生碰到止动件的情况下，电动机的电流限制变少。其结果是，根据本发明能够兼顾电路保护和确保足够的操作辅助量。另外，转向位置的检测不限于直接 检测转向角，也可以从表示其他车辆状态的参数通过估计来检测出。另外，在上述说明中，为了有助于发明的理解，对于与实施方式对应的发明的构成，将在实施方式中使用的符号用括号括起来添付在后，然而，本发明的各构成要素不限于通过所述符号限定的实施方式。
图I是本发明的实施方式所涉及的电动动力转向装置的简要构成图；图2是辅助E⑶的功能框图；图3是示出正常时电动机控制例程的流程图；图4是示出辅助映射的曲线图；图5是示出异常时电动机控制例程的流程图；图6是示出接通时间设定映射的曲线图；图7是示出其他的接通时间设定映射的曲线图；图8是示出开关指令信号、电动机电压Vm、和电动机电流I的变化的曲线图；图9是示出现有装置的基于开环控制的电动机旋转速度ω和实际电流I之间的关系的曲线图；图10是示出本实施方式中的电动机旋转速度ω和平均电流Iavg之间的关系的曲线图；图11是示出变形例I所涉及的异常时电动机控制例程的流程图；图12是示出变形例I所涉及的接通时间设定映射的曲线图；图13是示出变形例I所涉及的电流方向判断处理(子例程)的流程图；图14是示出变形例I所涉及的开关指令信号、电动机电压Vm、和电动机电流I的变化的曲线图；图15是图14的一部分的放大图；图16是示出变形例2所涉及的异常时电动机控制例程的变形部分的流程图；图17是示出变形例2所涉及的修正系数设定映射的曲线图18是示出变形例3所涉及的开关指令信号和时间计数值的变化的曲线图；图19是示出变形例4所涉及的接通时间设定映射的曲线图；图20是示出变形例5所涉及的异常时电动机控制例程的变形部分的流程图；图21是变形例5所涉及的转向角的估计计算所使用的参数的说明图；图22是示出变形例5所涉及的接通时间上限值映射的曲线图。
具体实施例方式以下，利用
本发明的一个实施方式所涉及的电动动力转向装置。图I示出该实施方式所涉及的车辆的电动动力转向装置I的简要构成。 该电动动力转向装置I作为主要部分包括通过转向盘11的转向操作而使转向轮转向的转向机构IO、被组装在转向机构IO并产生转向辅助转矩的电动机20、根据转向盘11的操作状态控制电动机20的工作的电子控制单元100。以下，将电子控制单元100称作辅助 ECU 100。转向机构10是用于通过转向盘11的旋转操作而使左右前轮FW1、FW2转向的机构，并且具有转向轴12，该转向轴12在其上端以一体旋转的方式连接有转向盘11。转向轴12在其下端以一体旋转的方式连接有小齿轮13。小齿轮13与形成在齿条杆14上的齿部14a的啮合,并与齿条杆14 一起构成齿条和小齿轮机构。齿条杆14的齿部14a被容纳在齿条箱16内，并且齿条杆14的左右两端从齿条箱16露出并与转向横拉杆17连接。在该齿条杆14中的与转向横拉杆17的连接部形成有构成行程末端的止动件18，齿条杆14的左右运动行程通过该止动件18和齿条箱16的端部的抵接被机械地限制。左右的转向横拉杆17的另一端连接在转向节19上，所述转向节19设置在左右前轮FW1、FW22上。通过这样的构成，左右前轮FWl、FW2被根据齿条杆14随着转向轴12的绕轴线的旋转而在轴线方向的移位进行左右转向。电动机20经由减速齿轮25被组装在转向轴12上。电动机20通过其旋转经由减速齿轮25使得转向轴12绕其中心旋转驱动并对转向盘11的转动操作提供辅助力。该电动机20是带电刷的直流电动机。在转向轴12上，在转向盘11和减速齿轮25的中间位置组装有转向转矩传感器21。转向转矩传感器21例如通过分解器等检测出被安装在转向轴12的中间部的扭杆(省略图示)的扭转角度，并基于该扭转角检测出作用到转向轴12的转向转矩tr。转向转矩tr通过正负的值来识别转向盘11的操作方向。例如，将转向盘11向左方向转向时的转向转矩tr用正值表示，将转向盘11向右方向转向时的转向转矩tr用负值表示。另外，在本实施方式中，虽然通过分解器检测出扭杆的扭转角度，然而，也可以通过编码器等其他的旋转角度传感器来检测。接下来，利用图2说明辅助E⑶100。辅助E⑶100包括计算电动机20的目标控制量并输出与所计算出的目标控制量对应的开关驱动信号的电子控制电路50、以及按照从电子控制电路50输出的开关驱动信号对电动机20进行通电的电动机驱动电路40。电子控制电路50包括具有由CPU、ROM、RAM等构成的运算电路和输入输出接口的微型计算机60 (以下称作微机60)、以及放大从微机60输出的开关控制信号并将其提供给电动机驱动电路40的开关驱动电路30。
从电源装置200对辅助E⑶100提供电力。该电源装置200由未图示的电池和通过引擎的旋转而发电的电动发电机构成。该电源装置200的额定输出电压例如被设定为12V。另外，在图中，虽然只示出了作为从电源装置200至电动机驱动电路40的电力供应线的电源线210，但电子控制电路50的工作电源也是从电源装置200供应。电动机驱动电路40设置在电源线210和接地线220之间，并由H桥电路构成，所述H桥电路是将并联连接了开关元件QlH和开关元件Q2H的上桥臂电路45H与并联连接了开关元件QlL和开关元件Q2L的下桥臂电路45L串联连接，并从该上桥臂电路45H和下桥臂电路45L的连接部A1、A2引出用于对电动机20进行电力供应的通电线47a、47b的电路。因此，电动机20的一个通电端子20a经由开关元件QlH连接在电源线210，并经由开关元件QlL连接在接地线220。另外，电动机20的另一个通电端子20b经由开关元件Q2H连接在电源线210，并经由开关元件Q2L连接在接地线220。作为设置在电动机驱动电路40的开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2L使用MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)。开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2L以在各源极-漏极之间施加电源电压的方式设置在上下的桥臂电路45H、45L中，并且，各栅极与电子控制电路50的开关驱动电路30连接。另外，在图中如用电路符号表示的那样，在MOS-FET中，在结构上寄生有二极管。将该二极管称作寄生二极管。各开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2L的寄生二极管是阻断从电源线210到接地线220的电流的流动、并只允许从接地线220朝向电源线210的电流通过的反向导通二极管。另外，电动机驱动电路40也可以是将与寄生二极管不同的其他的反向导通二极管(电流阻断方向与寄生二极管相同并且相对于电源电压方向只在反向导通的二极管)与开关元件Q1H、Q2L、Q2H、QlL并联连接的构成。微机60经由开关驱动电路30对电动机驱动电路40的各开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2L的栅极输出独立的驱动信号。通过该驱动信号，各开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2被切换成接通状态或断开状态。在电动机驱动电路40中，若在开关元件Q2H和开关元件QlL被维持为断开的状态下开关元件QlH和开关元件Q2L接通，则电流向图中的(+)方向流动。由此，电动机20产生正向旋转方向的转矩。另外，若在开关元件QlH和开关元件Q2L被维持为断开的状态下开关元件Q2H和开关元件QlL接通，则电流向图中的(-)方向流动。由此，电动机20产生反向旋转方向的转矩。因此，开关元件QlH和开关元件Q2L相当于本发明的正向旋转用开关元件，开关元件Q2H和开关元件QlL相当于本发明的反向旋转用开关元件。辅助E⑶100具有检测出流过电动机20的电流的电流传感器31。该电流传感器31设置在连接下桥臂电路45L和地的接地线220上。电流传感器31例如在接地线220设置分流电阻(省略图示)，通过放大器(省略图示)对该分流电阻两端的电压进行放大，并将放大的电压通过A/D转换器(省略图示)转换成数字信号提供给微机60。以下，将通过电流传感器31检测出的流过电动机20的电流的值称作电动机实际电流Im。另外，电流传感器31也可以将放大电压信号的功能和转换成数字信号的功能设置在微机60侦U。另外，辅助ECU 100具有检测出电动机20的端子间的电压的电压传感器32。电压传感器32通过A/D转换器(省略图示)将电动机20的端子间的电压转换成数字信号并提供给微机60。以下，将通过电压传感器32检测出的电压的值称作电动机电压Vm。电动机电压Vm相当于上桥臂电路45H和下桥臂电路45L的一个连接部Al相对于地的电位Vl与另一个连接部A2相对于地的电位V2的差(V1-V2)。另外，电压传感器32也可以将电压信号转换成数字信号的功能设置在微机60侦U。另外，辅助E⑶100具有检测提供给电动机驱动电路40的电源电压、即电源装置200的输出电压的电压传感器33。该电压传感器33通过A/D转换器(省略图示)将电源线210的电压转换成数字信号并提供给微机60。以下，将通过电压传感器33检测出的电压的值称作电源电压Vb。另外，电压传感器33也可以将电压信号转换成数字信号的功能设置在微机60侧。辅助E⑶100与车速传感器34连接。车速传感器34将表示车速vx的检测信号输出给辅助E⑶100。接下来，对微机60的控制处理进行说明。当着眼于功能时，微机60包括正常时电动机控制部70、异常时电动机控制部80、异常检测部91、以及控制切换部92。在各功能部中的处理通过以预定的周期反复执行存储在微机60中的控制程序来进行。 正常时电动机控制部70是在电流传感器31中没有检测出异常时、即通常时进行电动机20的驱动控制的模块。以下，对正常时电动机控制部70的处理进行说明。图3表示通过正常时电动机控制部70执行的正常时电动机控制例程。一旦启动该控制例程，则正常时电动机控制部70首先在步骤S71中读入通过车速传感器22检测出的车速vx和通过转向转矩传感器21检测出的转向转矩tr。接下来，正常时电动机控制部70在步骤S72中参照图4所示的辅助y映射计算出根据输入的车速vx和转向转矩tr设定的目标辅助转矩t'辅助映射是按照每个代表性的多个车速vx设定了转向转矩tr和目标辅助转矩之间的关系的相关联数据。辅助映射具有目标辅助转矩随着转向转矩tr变大而增加、并且目标辅助转矩随着车速降低而增加的特性。另外，图4是当向左方向转向时的辅助映射，当向右方向转向时的辅助映射成为相对于向左方向转向时的图转向转矩tr和目标辅助转矩的符号分别设为相反(即为负)的图。接下来，正常时电动机控制部70在步骤S73中计算产生目标辅助转矩所需要的目标电流Γ。目标电流Γ通过将目标辅助转矩余以转矩常数来求出。接下来，正常时电动机控制部70在步骤S74中计算出从目标电流Γ减去通过电流传感器31检测出的电动机实际电流Im而得的偏差ΛΙ，并通过使用了该偏差ΛΙ的PI控制(比例积分控制)计算目标指令电压使得电动机实际电流Im追随目标电流Γ。例如通过下式计算目标指令电压V'V* = Kp · Δ I+Ki · / Δ I dt在这里，Kp是PI控制中比例项的控制增益，Ki是PI控制中的积分项的控制增益。接下来，正常时电动机控制部70在步骤S75中将与目标指令电压V*对应的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制信号输出给控制切换部92。一旦输出PWM控制信号，则正常时电动机控制部70暂时结束正常时电动机控制例程。然后，以预定的周期重复上述处理。在从异常检测部91输出的异常判定信号Ffail为“O”的情况下，控制切换部92将正常时电动机控制部70输出的PWM控制信号直接输出给开关驱动电路30，在从异常检测部91输出的异常判定信号Ffail为“I”的情况下，控制切换部92将异常时电动机控制部80输出的控制信号直接输出给开关驱动电路30。开关驱动电路30将输入的控制信号放大并输出给电动机驱动电路40。由此，在从异常检测部91输出的异常判定信号Ffail为“O”的情况下，与目标指令电压V*对应的占空比的脉冲信号序列被作为PWM控制信号而输出到电动机驱动电路40。通过该PWM控制信号，控制各开关元件Q1H、Q2H、Q1L、Q2L的占空比，并将电动机20的驱动电压调整到目标指令电压V'由此，在电动机20中以向转向操作方向旋转的方向流过目标电流Γ。其结果是，电动机20输出与目标辅助转矩相等的转矩，辅助驾驶员的转向操作。异常检测部91输入由电流传感器31检测出的电动机实际电流Im和由正常时电动机控制部70计算出的目标电流Γ，并在电动机实际电流Im和目标电流Γ在预定的期间相差很大的情况下判定为电流传感器31发生了故障。例如，计算电动机实际电流Im和目标电流Γ之间的偏差(I Im-ΓΙ )，在该偏差大于预先设定的基准值的连续时间超过预先设 定的基准时间的情况下，判定电流传感器31发生了故障。异常检测部91在没有检测出电流传感器31的故障的情况下将异常判断信号Ffail设定为“0”，并在检测出电流传感器31的故障的情况下将异常判断信号Ffail设定为“I”。异常检测部91将所设定的异常判断信号Ffail输出给正常时电动机控制部70、异常时电动机控制部80、以及控制切换部92。正常时电动机控制部70在异常判断信号Ffail为“O”的情况下继续其动作，并在异常判断信号Ffail为“I”的情况下停止其动作。另外，异常时电动机控制部80在异常判断信号Ffail为“I”的情况下继续其动作，并在异常判断信号Ffail为“O”的情况下停止其动作异常时电动机控制部80是在电流传感器31发生了故障的情况下应急地进行电动机20的驱动控制的模块。在驱动电动机20时，异常时电动机控制部80在使电动机20正向旋转的情况下，通过输出到开关驱动电路30的开关控制信号，将开关元件Q2H、QlL维持为断开状态，并使开关元件Q1H、Q2L接通/断开(重复交替地切换接通状态和断开状态)，在使电动机20反向旋转的情况下，将开关元件Q1H、Q2L维持为断开状态，并使开关元件Q2H、QlL接通/断开。异常时电动机控制部80将当使开关元件Q1H、Q2L或开关元件Q2H、QlL接通/断开时的一次接通时间设定为与转向转矩tr对应的时间。异常时电动机控制部80将使开关元件Q1H、Q2L或开关元件Q2H、Q1L接通的定时设定在流经电动机20的电流为零的时间点上。因此，异常时电动机控制部80控制使开关元件Q1H、Q2L或开关元件Q2H、Q1L接通的定时(电流=零)和I次接通时间。通过进行如上所述的控制，在电动机20流过三角波形的电流，并能够将其平均电流调整为与转向转矩tr对应的期望的值。以下，将流经电动机20的电流称作电动机电流
Io首先，对当电流传感器31发生了故障时检测出电动机电流成为零的方法进行说明。在使开关元件Q2H、QlL维持为断开状态、并同时使开关元件Q1H、Q2L接通的情况下，连接部Al的电位Vl变得与电源电压Vb几乎相等(VI 4 Vb)，连接部A2的电位V2几乎为零(VI NO)。相反地，在使开关元件Q1H、Q2L维持为断开状态、并同时使开关元件Q2H、QlL接通的情况下，连接部Al的电位Vl几乎为零(VI 40)，连接部A2的电位V2变得与电源电压Vb几乎相等(V2 h Vb)。另外，在使所有的开关元件Q1H、Q2L、Q2H、QlL同时断开的情况下，根据电动机电流I的方向来确定电位V1、V2。即，在电流向图2的⑴方向流动的情况下，电流经由开关元件QlL的寄生二极管和开关元件Q2H的寄生二极管流动。因此，当将在寄生二极管中的电压降低量设定为Vr时，电位VI、电位V2可以用下式表示。
权利要求
1.一种电动动力转向装置，包括 转向转矩检测单元，所述转向转矩检测单元检测从转向盘输入到转向轴的转向转矩； 电动机，所述电动机设置在转向机构上并用于产生转向辅助转矩； 电动机驱动电路，所述电动机驱动电路使用H桥电路，所述H桥电路具有对所述电动机向正向旋转方向驱动时被接通的正向旋转用开关元件和对所述电动机向反向旋转方向驱动时被接通的反向旋转用开关元件； 电动机电流检测单元，所述电动机电流检测单元检测流经所述电动机的电动机电流； 异常检测单元，所述异常检测单元检测所述电动机电流检测单元的异常； 正常时电动机控制单元，在没有被检测出所述电动机电流检测单元的异常的情况下，所述正常时电动机控制单元通过基于目标电流和电动机电流的电流反馈控制来控制所述电动机驱动电路，其中，所述目标电流根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩而被设定，所述电动机电流由所述电动机电流检测单元检测出；以及 异常时电动机控制单元，在被检测出所述电动机电流检测单元的异常的情况下，所述异常时电动机控制单元不使用所述电流反馈控制而基于由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩来控制所述电动机驱动电路， 所述电动动力转向装置的特征在于， 所述异常时电动机控制单元包括 断开状态电压检测部，所述断开状态电压检测部在所述电动机驱动电路被控制以在所述电动机的端子间不被施加电源电压的状态下检测所述电动机的端子间电压； 电流零定时检测部，所述电流零定时检测部基于由所述断开状态电压检测部检测出的所述电动机的端子间电压来检测出流经所述电动机的电流为零的定时； 通电时间设定部，所述通电时间设定部设定与由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩对应的通电设定时间；以及 开关控制部，所述开关控制部每当由所述电流零定时检测单元检测出流经所述电动机的电流为零的定时，就使所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通由所述通电时间设定部设定的通电设定时间。
2.如权利要求I所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述电流零定时检测部检测以下定时中的至少一个定时作为流经所述电动机的电流为零的定时， 所述定时包括 检测出了所述电动机的端子间电压是能够判定流经所述电动机的电流的方向为正向的正向判定电压电平和能够判定流经所述电动机的电流的方向为负向的负向判定电压电平之间的值的定时；以及 检测出了所述电动机的端子间电压从所述正向判定电压电平变化到了所述负向判定电压电平或者所述电动机的端子间电压从所述负向判定电压电平变化到了所述正向判定电压电平的定时。
3.如权利要求I或2所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述开关控制部使与所述转向转矩的方向对应的旋转方向的所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通由所述通电时间设定部设定的通电设定时间。
4.如权利要求I或2所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述通电时间设定部根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩分别设定所述正向旋转用开关元件的通电设定时间和所述反向旋转用开关元件的通电设定时间， 每当被检测出流经所述电动机的电流为零的定时，所述开关控制部就使所述正向旋转用开关元件和所述反向旋转用开关元件交替地接通所述分别设定的通电设定时间。
5.如权利要求I至4中任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述电动动力转向装置包括 旋转速度估计部，当通过所述电流零定时检测部检测出流经所述电动机的电流为零的定时时，在使所述正向旋转用开关元件或所述反向旋转用开关元件接通之前，所述旋转速度估计部基于由所述断开状态电压检测部检测出的所述电动机的端子间电压来估计所述电动机的旋转速度；以及 通电设定时间修正部，所述通电设定时间修正部基于由所述旋转速度估计部估计出的所述电动机的旋转速度对所述通电设定时间进行修正，使得所述通电设定时间在所述旋转速度高的情况下比在所述旋转速度低的情况长。
6.如权利要求I至5中的任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述通电设定时间设定有上限值， 并且，所述电动动力转向装置包括 转向位置检测部，所述转向位置检测部检测转向位置；以及 上限值改变部，所述上限值改变部在由所述转向位置检测部检测出的转向位置接近对能够转向的范围的末端机械地限制的行程末端的情况下，与所述转向位置离开行程末端的情况相比，减小所述通电设定时间的上限值。
全文摘要
在电流传感器发生了故障的情况下，异常时电动机控制部代替正常时的电动机控制部来对电动机进行驱动控制。异常时电动机控制部在使所有开关元件断开的状态下检测电动机电流I为零的定时(S11～S13)。并且，每当电动机电流I为零，就设定与转向转矩|tr|对应的接通时间T0(S14～S15)，使与转向转矩的方向对应的开关元件以接通时间T0接通(S17～S20)。由此，使得与转向转矩|tr|对应的平均电流Iavg流过电动机20，抑制转向辅助追随性的降低。
文档编号B62D119/00GK102781763SQ20118000470
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者青木健一郎 申请人:丰田自动车株式会社