电动助力转向装置的制作方法

本发明涉及一种具有冗余系统结构的电动助力转向装置。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置为从各自独立的两个扭矩传感器和两个角度传感器分别运算出转向角的结构，其通过进行各自独立的检测信号彼此之间的比较诊断，并且还进行各个检测信号的个别诊断，以便既不会损害可靠性又能够使诸如辅助之类的功能继续维持下去。

背景技术：

利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助力)的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或皮带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了正确地产生转向辅助力的扭矩，现有的电动助力转向装置(eps)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小，电动机外加电压的调整通常用调整pwm(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty)来进行。

如图1所示，对电动助力转向装置(eps)的一般结构进行说明。转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8l和8r连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向扭矩th的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向角θ的转向角传感器14。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ecu)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩th和由车速传感器12检测出的车速vel，进行作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，由通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制值vref来控制供应给电动机20的电流。

另外，收发车辆的各种信息的can(controllerareanetwork，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速vel也能够从can40处获得。此外，收发can40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非can41也可以被连接到控制单元30。

在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由cpu(也包含mpu、mcu等)构成，该cpu内部由程序执行的一般功能如图2所示。

参照图2对控制单元30的功能和动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩th和来自车速传感器12的车速vel被输入到电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于转向扭矩th和车速vel并利用辅助图(アシストマップ)等来运算出电流指令值iref1。运算出的电流指令值iref1在加法单元32a与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号cm相加；相加后得到的电流指令值iref2在电流限制单元33中被限制了最大值；被限制了最大值的电流指令值irefm被输入到减法单元32b中以便对其和电动机电流检测值im进行减法运算。

pi控制单元35对在减法单元32b得到的减法结果i(＝irefm－im)进行pi控制；经过pi控制后得到的电压控制值vref被输入到pwm控制单元36中，以便使其与载波信号cf同步，从而运算出占空比；由被运算出占空比的pwm信号经过逆变器37对电动机20进行pwm控制。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值im，检测出的电动机电流值im被反馈输入到减法单元32b。

另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(sat)343与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344得到的加法结果与收敛性控制值341相加，最后将在加法单元345得到的加法结果作为补偿信号cm输入到加法单元32a以便进行特性改善。

在具备扭力杆的电动助力转向装置中，需要在复数个位置检测出角度，例如图3所示那样的传感器被安装在柱轴2上，各种检测信号被输出。也就是说，作为角度传感器的霍尔ic传感器21和作为输入一侧的扭矩传感器的20°转子传感器22被安装在柱轴2的转向盘1一侧的输入轴2a上。霍尔ic传感器21输出296°周期的as_is角度θh，as_is角度θh被输入到转向角运算单元40中。没有被安装在扭力杆23上而是被安装在转向盘1一侧的20°转子传感器22输出20°周期的ts_is角度θs1(主)和θs2(副)，ts_is角度θs1被输入到转向角运算单元40中。还有，作为输出一侧的扭矩传感器的的40°转子传感器24被安装在柱轴2的输出轴2b上，40°转子传感器24输出ts_os角度θr1(主)和θr2(副)，ts_os角度θr1被输入到转向角运算单元40中。转向角运算单元40基于as_is角度θh、ts_is角度θs1、ts_os角度θr1和转向角速度ω，运算出绝对值的转向角θab并将其输出。

图4示出了各个传感器的检测信号的信号周期的一个示例，其中，图4(a)示出了作为来自霍尔ic传感器21的检测信号的as_is角度θh的信号周期(296°)，图4(b)示出了作为来自20°转子传感器22的检测信号的ts_is角度θs1的信号周期(20°)，图4(c)示出了作为来自40°转子传感器24的检测信号的ts_os角度θr1的信号周期(40°)。关于这三个传感器的零点调整(0点调整)，在组装时通过校准来调整。

在这样的电动助力转向装置中，因为近年来要求更进一步提高可靠性，所以实施装置和部件的冗余化。作为这样的冗余化装置，例如有日本特开平6-32240号公报(专利文献1)中所公开的检测信号处理方法，该检测信号处理方法被应用在汽车的转向系统中。还有，日本专利第4863953号公报(专利文献2)公开了一种具备被连接到输出端子的第一变换处理部和第二变换处理部的物理量传感器，该第一变换处理部将由第一传感器元件输出的第一信号变换成第一物理量，并且，被配置在第一封装组件内；该第二变换处理部将由第二传感器元件输出的第二信号变换成第二物理量，并且，被配置在第二封装组件内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-32240号公报

专利文献2：日本专利第4863953号公报

专利文献3：日本特开2006-76333号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

但是，在专利文献1的检测信号处理方法中，因为在冗余系统中按照函数进行处理并在外部的计算机中进行比较，所以在将该检测信号处理方法应用在电动助力转向装置的情况下，必须确保为了在外部的计算机中进行比较而需要的通信线路。还有，在专利文献2的物理量传感器中，输出端子分别从传感器元件突出，第一变换处理部被配置在第一封装组件内，第二变换处理部被配置在第二封装组件内。所以，装置整体变得大型化，从而不适合用于被要求实现小型化和轻量化的电动助力转向装置。另外，尽管为冗余系统结构，但并没有公开用于使功能继续维持下去的诊断方法和功能限制方法。

本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过冗余系统提高可靠性，其通过进行各自独立的检测信号彼此之间的比较诊断，并且还进行各个检测信号的个别诊断，以便既不会损害可靠性又能够使功能继续维持下去。

解决技术问题的手段

本发明涉及一种电动助力转向装置，其通过至少使用转向扭矩来运算出电流指令值并基于所述电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备至少两个各自独立的扭矩传感器和至少两个各自独立的角度传感器，具有从所述扭矩传感器和所述角度传感器分别运算出转向角并利用运算出的转向角的功能，进行各自独立的信号彼此之间的比较诊断，并且还进行各个个别信号的个别诊断，在通过所述比较诊断而被判定为异常的情况下，不使用所述角度传感器的信号，在被判定为所述个别诊断中的至少一个个别诊断为异常的情况下，将所述角度传感器的信号当作降级后的信号来处理，在被判定为所述个别诊断中的两个或两个以上的个别诊断为异常的情况下，不使用所述角度传感器的信号。

本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：在被判定为所述个别诊断中的至少一个个别诊断为异常的情况下，通过只使用正常一侧的所述角度传感器的信号，即使可靠性有所下降，也要使可以继续维持下去的功能继续维持下去；或，在被判定为所述个别诊断中的至少一个个别诊断为异常的情况下，还进行输出限制；或，所述输出限制为主动回正功能；或，在所述转向角的运算中，使用用于表示车辆的中立位置的校准信号；或，将电动助力转向装置安装在所述车辆上之后，将所述校准信号写入到eeprom中。

发明效果

根据本发明的电动助力转向装置，将扭矩传感器系统和角度传感器系统设置成冗余系统，进行各自独立的检测信号彼此之间的比较诊断，并且还进行各个检测信号的个别诊断，在角度传感器发生了异常(包括故障)的情况下，通过使用两个运算出的转向角中的正常的转向角使功能继续维持下去，以便实施转向角控制(输出限制)，在两个角度传感器均被判定为异常的情况下，使转向角值无效。因此，可以提高可靠性。

还有，在通过扭矩传感器系统的诊断而被判定为异常的情况下，停止辅助，从而确保安全性。

附图说明

图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。

图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。

图3是表示电动助力转向装置和传感器的安装示例以及其检测信号之间的关系的图。

图4是表示各个传感器的信号周期的一个示例的波形图。

图5是表示本发明的传感器以及其检测系统的结构图。

图6是表示本发明的诊断处理单元的结构示例的结构框图。

图7是表示转向角运算单元的结构示例的结构框图。

图8是表示本发明的动作示例的一部分的流程图。

图9是表示本发明的动作示例的一部分的流程图。

具体实施方式

为了提高电动助力转向装置的可靠性，本发明为通过对扭矩传感器系统和角度传感器系统以及转向角运算单元进行多重化后而得到的冗余系统，其为从至少两个各自独立的扭矩传感器和至少两个各自独立的角度传感器(转向角传感器)分别运算出转向角的结构，进行各自独立的信号彼此之间的比较诊断(扭矩传感器比较诊断、转向角比较诊断、角度传感器比较诊断)，并且还进行各个检测信号的个别诊断。

作为用于提高车辆的行驶稳定性和转向性的主动回正功能，在转向盘回正控制等中使用转向角，所以对转向角的可靠性有特别要求。

在比较诊断为ng(异常或故障)的情况下，将转向角值当作无效值来处理，不使用角度传感器的信号。在各个个别诊断中的某一个个别诊断为ng的情况下，将角度传感器的信号当作降级后(劣化后)的信号来处理，通过只使用正常一侧的角度传感器的信号，即使可靠性有所下降，也要使可以继续维持下去的功能继续维持下去，同时实施诸如进行输出限制之类的处理(例如，在限制主动回正功能的输出之后，使主动回正功能继续维持下去。)。但是停止有可能会造成重大现象的功能。在各个个别诊断中的复数个个别诊断为ng(异常或故障)的情况下，与比较诊断一样，也不使用角度传感器的信号。还有，即使在转向角运算不使用扭矩传感器的信号(绝对角传感器)的情况下，只是结构在变化，所以为同等，作为各个个别诊断的例子，有传感器电源的异常、信号异常(通信错误、断线等)等。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

与图3相对应的图5示出了本发明的各种传感器的设置示例和它们的信号处理示例。如图5所示，来自作为角度传感器(转向角传感器)的霍尔ic传感器21的as_is角度被输入到角度传感器电路102和112中，角度传感器电路102输出角度传感器角度θh1(296°周期)，角度传感器电路112输出角度传感器角度θh2(296°周期)。还有，来自作为扭矩传感器的输入一侧的转子传感器22的ts_is角度被输入到扭矩传感器电路101和111中，来自输出一侧的转子传感器24的ts_os角度被输入到扭矩传感器电路101和111中。扭矩传感器电路101输出输入一侧的扭矩传感器角度θs1(20°周期)和输出一侧的扭矩传感器角度θr1(40°周期)，扭矩传感器电路111输出输入一侧的扭矩传感器角度θs2(20°周期)和输出一侧的扭矩传感器角度θr2(40°周期)。

此外，通过另外的电源电路对扭矩传感器电路101和111以及角度传感器电路102和112进行供电。

图6示出了本发明的信号处理电路的结构示例。如图6所示，来自扭矩传感器电路101的扭矩传感器角度θs1和θr1被输入到扭矩传感器诊断单元103中，来自扭矩传感器电路111的扭矩传感器角度θs2和θr2被输入到扭矩传感器诊断单元113中。来自角度传感器电路102的角度传感器角度θh1被输入到角度传感器诊断单元104中，来自角度传感器电路112的角度传感器角度θh2被输入到角度传感器诊断单元114中。在各个诊断单元都没有异常的情况下，被输入进来的信号依照原样(直接)被输出，分别被输入到转向角运算单元100和110。

也就是说，来自扭矩传感器诊断单元103的扭矩传感器角度θs1和θr1被输入到转向角运算单元100中，同时还被输入到扭矩传感器综合诊断单元121中；来自扭矩传感器诊断单元113的扭矩传感器角度θs2和θr2被输入到转向角运算单元110中，同时还被输入到扭矩传感器综合诊断单元121中。还有，来自角度传感器诊断单元104的角度传感器角度θh1被输入到转向角运算单元100中，同时还被输入到角度传感器综合诊断单元122中；来自角度传感器诊断单元114的角度传感器角度θh2被输入到转向角运算单元110中，同时还被输入到角度传感器综合诊断单元122中。

用于校正车辆的中立位置的校准信号cr1被输入到转向角运算单元100中，用于校正车辆的中立位置的校准信号cr2被输入到转向角运算单元110中。将电动助力转向装置(eps)安装在车辆上之后，校准信号cr1和cr2被写入到诸如eeprom之类的存储器中以便被存储起来。转向角运算单元100输出转向角θ1，转向角运算单元110输出转向角θ2，转向角θ1和θ2被输入到转向角诊断单元120。转向角诊断单元120输出诊断结果sd，扭矩传感器综合诊断单元121输出诊断结果td，角度传感器综合诊断单元122输出诊断结果ad。

还有，因为转向角运算单元100和110具有同样的结构，所以在这里参照图7对转向角运算单元100的结构示例进行说明。

如图7所示，角度传感器角度θh1被减法输入到减法单元132中，扭矩传感器角度θr1被输入到角度差运算单元131、游标(副尺，vernier)运算单元133和相对转向角运算单元135中。由角度差运算单元131运算出的角度差θa(＝θs1－θr1)被加法输入到减法单元132中，在减法单元132中通过减法处理得到的角度as_os(＝θa－θh1)被输入到游标运算单元133中。由游标运算单元133运算出的转向角θbr(传感器基准的绝对转向角(センサ基準の絶対舵角))被输入到初始转向角运算单元134中，由初始转向角运算单元134运算出的转向角初始值θint被输出。转向角初始值θint被输入到加法单元136中，由相对转向角运算单元135运算出的相对转向角rel_os也被输入到加法单元136中。通过在加法单元136中进行的加法运算而得到的操舵转向角θb(＝θint+rel_os)被输入到绝对值化单元137中，绝对值转向角θc被加法输入到减法单元138中。校准信号cr1被减法输入到减法单元138中，转向角运算单元100输出校正后的转向角θ1。

因为来自绝对值化单元137的绝对转向角θc成为eps柱(传感器)上的转向角位置，所以在将eps柱(epsコラム)安装在车辆上使用的情况下，需要校正车辆上(车辆的中立位置)的转向角零点(转向角0点)。通过使用校准信号cr1来校正绝对转向角θc以便使车辆的中立位置与转向角零点变为一致，然后，输出转向角θ1。

另外，游标运算为这样一种运算，即，其利用周期不同的传感器信号(例如，40°周期、296°周期)之间的相位差，来求出被安装在输出轴一侧的转子传感器24的周期位置「0～36」(从转向角0°起为第几次的旋转？(舵角0°から何回転目か))。通过游标运算能够正确地判定转子传感器24位于转向角范围「0～1480°」的哪个位置。

因为各个传感器的信号彼此之间各自独立，所以各个检测信号的个别诊断(扭矩传感器#1(转子传感器22、扭矩传感器电路101)以及扭矩传感器#2(转子传感器24、扭矩传感器电路111)的诊断、角度传感器#1(霍尔ic传感器21、角度传感器电路102)以及角度传感器#2(霍尔ic传感器21、角度传感器电路112)的诊断)均为能够各自独立地进行的诊断。通过未接收状态、crc错误、帧错误等来判定在通过通信来接收来自扭矩传感器的信号的情况下的通信异常。还有，将对传感器进行供电的电源的错误、对电源进行a/d变换但变换后的值在范围之外的现象等判定为异常(包括故障)。

为了检测出传感器值的偏移/增益故障等，比较诊断(扭矩传感器综合诊断、角度传感器综合诊断、转向角诊断)例如如下所示那样进行。

(1)扭矩传感器综合诊断

将|从扭矩传感器#1中求得的扭矩值－从扭矩传感器#2中求得的扭矩值|＞所规定的值(例如，1nm)的场合判定为异常。

(2)转向角诊断

将|从扭矩传感器#1以及角度传感器#1中求得的转向角－从扭矩传感器#2以及角度传感器#2中求得的转向角|＞所规定的值(例如，5°)的场合判定为异常。

(3)角度传感器综合诊断

将|从角度传感器#1中求得的角度值－从角度传感器#2中求得的角度值|＞所规定的值(例如，5°)的场合判定为异常。

在上述诊断中，通过角度传感器#1以及#2的诊断，能够确定在哪一个传感器发生了异常(包括故障)。在这种情况下，通过使用来自其余的传感器的数据来运算出转向角，以便能够继续进行控制。但是变得无法实施检测覆盖高的比较校验(検出カバレッジの高い比較チェック)。因此可靠性会有所下降，所以对功能设置了限制。作为功能的限制，例如可以考虑将限制增益与主动回正功能(一种通过使用转向角以便使转向盘回正变得平滑的功能)的输出相乘以便抑制输出。通过这样做，尽管转向盘回正的平滑性会有所下降，但是具有既不用停止功能又能够确保舒适性的优点。

还有，在比较诊断为异常的情况下，因为不能判别在哪一个传感器发生了异常(或故障)，所以停止与转向角有关的功能，继续进行辅助。尽管通过扭矩传感器#1以及#2的诊断也能够判别在哪一个传感器发生了异常或故障，但由于停止了电动助力转向装置(eps)的辅助，所以除外。

在这样的结构和功能中，参照图8和图9所示的流程图来说明其动作示例。

转向角运算单元100基于扭矩传感器角度θs1、θr1和角度传感器角度θh1以及校准信号cr1如上所述那样地运算出转向角θ1，转向角运算单元110基于扭矩传感器角度θs2、θr2和角度传感器角度θh2以及校准信号cr2如上所述那样地运算出转向角θ2。

作为诊断动作，首先，扭矩传感器诊断单元103单独地进行转子传感器22和扭矩传感器电路101的诊断(步骤s1)，扭矩传感器诊断单元113单独地进行转子传感器24和扭矩传感器电路111的诊断(步骤s2)，扭矩传感器综合诊断单元121进行扭矩传感器(转子传感器22以及扭矩传感器电路101、转子传感器24以及扭矩传感器电路111)的比较诊断(步骤s3)。另外，扭矩传感器的个别诊断的顺序是任意的。

然后，判定扭矩传感器的个别诊断和比较诊断中的某一个是否为异常(步骤s4)，在判定扭矩传感器的个别诊断和比较诊断中的某一个为异常的情况下，停止辅助(步骤s5)。

在上述步骤s4中进行的异常有无判定(有没有异常的判定)中，在被判定为没有异常的情况下，角度传感器诊断单元104单独地进行作为角度传感器的霍尔ic传感器21和角度传感器电路102的诊断(步骤s10)，角度传感器诊断单元114单独地进行作为角度传感器的霍尔ic传感器21和角度传感器电路112的诊断(步骤s11)，判定角度传感器的个别诊断中的某一个是否为异常(步骤s12)。另外，角度传感器的个别诊断的顺序是任意的。作为异常有无的判定(有没有异常的判定)的结果，在被判定为没有异常的情况下，角度传感器综合诊断单元123进行作为角度传感器的霍尔ic传感器21以及角度传感器电路102、作为角度传感器的霍尔ic传感器21以及角度传感器电路112的比较诊断(步骤s13)，然后，转向角诊断单元120进行转向角诊断(步骤s14)。

在角度传感器综合诊断(步骤s13)和转向角诊断(步骤s14)中，在被判定为双方都没有异常，双方均为正常的情况下(步骤s15)，将转向角运算单元100运算出的转向角θ1设为转向角值(步骤s16)，将转向角控制设定成有效(步骤s17)。

在上述步骤s12中，在被判定为角度传感器的个别诊断中的某一个为异常的情况下，首先，判定角度传感器#1(霍尔ic传感器21、角度传感器电路102)是否为异常(步骤s20)，在判定角度传感器#1没有异常的情况下，将转向角运算单元100运算出的转向角θ1设为转向角值(步骤s21)，限制转向角控制(步骤s22)。在判定角度传感器#1有异常的的情况下，判定角度传感器#2(霍尔ic传感器21、角度传感器电路112)是否为异常(步骤s30)，在判定角度传感器#2没有异常的情况下，将转向角运算单元110运算出的转向角θ2设为转向角值(步骤s31)，限制转向角控制(步骤s22)。

在上述步骤s15中，在被判定为角度传感器综合诊断和转向角诊断中的某一个为异常的情况下，使转向角值无效(步骤s32)，将转向角控制设定成无效(步骤s33)。还有，在上述步骤s30中，在被判定为角度传感器#2有异常的的情况下，使转向角值无效(步骤s32)，将转向角控制设定成无效(步骤s33)。

此外，尽管在上述实施方式中作为角度传感器(转向角传感器)使用了霍尔ic传感器，但在本发明中，也可以将其他的传感器用作角度传感器(转向角传感器)。

附图标记说明

1转向盘

2柱轴(转向轴或方向盘轴)

10扭矩传感器

12车速传感器

13电池

14转向角传感器

20电动机

21霍尔ic传感器(角度传感器、转向角传感器)

22、24转子传感器(扭矩传感器)

23扭力杆

30控制单元(ecu)

31电流指令值运算单元

35pi控制单元

36pwm控制单元

100、110转向角运算单元

101、111扭矩传感器

102、112角度传感器

103、113扭矩传感器诊断单元

104、114角度传感器诊断单元

105、115校准信号生成单元

120转向角诊断单元

121扭矩传感器综合诊断单元

122角度传感器综合诊断单元

131角度差运算单元

133游标运算单元

135相对转向角运算单元