电动机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置和车辆的制作方法

本发明涉及一种电动机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置和车辆，该电动机控制装置在通过“通过一个共同使用的反接保护fet(反接保护场效应晶体管)被连接到供电电源”的双系统的驱动控制系统(mcu(microcontrollerunit，微控制器单元)、cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)、mpu(microprocessorunit，微处理器单元)、微型计算机等)来对具有双系统绕组的电动机进行驱动控制的情况下，即使在一方的驱动控制系统中发生了异常(包括故障)的场合，通过另一方的正常的驱动控制系统的驱动信号来维持反接保护fet的导通(on)状态，也能够实现小型化和降低成本。

背景技术：

搭载了电动机控制装置，并且，利用电动机的旋转力将转向辅助力(辅助力)赋予给车辆的转向机构的电动助力转向装置(eps)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。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制通过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，一般来说，通过调整pwm(脉冲宽度调制)控制的占空比(dutyratio)来进行电动机外加电压的调整。

参照图1对电动助力转向装置(eps)的一般结构进行说明。如图1所示，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。作为电源的电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元))30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。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，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，通过对运算出的电流指令值实施补偿等后而得到的电压控制值vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的，也可以不设置转向角传感器14。还有，也可以从与电动机20相连接的旋转传感器处获得转向角。

另外，用于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，用于收发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，尽管控制单元30主要由mcu(也包含cpu、mcu等)的控制单元来构成，但在该控制单元中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以及车速vel并使用辅助图(assistmap)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中以便在减法单元32b中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中得到的减法结果δi(＝irefm－im)进行pi(比例积分)控制，经过pi控制后得到的电压控制值vref与调制信号(载波)cf一起被输入到pwm控制单元36中以便运算出占空比，通过已经运算出占空比的pwm信号并且经过逆变器37来对电动机20进行pwm驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值im被反馈输入到减法单元32b中。

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中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中得到的加法结果作为补偿信号cm输入到加法单元32a以便改善电流指令值iref1的特性。

在电动机20为三相无刷电动机的情况下，pwm控制单元36以及逆变器37的详细结构例如为图3所示那样的结构。pwm控制单元36由占空比运算单元36a和栅极驱动单元36b来构成，其中，占空比运算单元36a基于电压控制值vref并按照所规定的式子来运算出三个相的pwm占空比值d1～d6；栅极驱动单元36b通过pwm占空比值d1～d6对作为驱动元件的fet的栅极进行驱动，并且，进行死区时间的补偿并进行导通或关断(on/off)。调制信号(载波)cf被输入到占空比运算单元36a中，占空比运算单元36a与调制信号cf同步后，运算出pwm占空比值d1～d6。另外，逆变器37由fet的三相电桥来构成，其通过按照pwm占空比值d1～d6来导通或关断各个fet，以便对电动机20进行驱动。

此外，用于在辅助控制停止时等为了安全而切断电流供应的电动机释放开关23被插入在逆变器37与电动机20之间。电动机释放开关23由被插入到各个相的带有寄生二极管的fet来构成。

近年来，由于要求实现转向系统的冗余化，所以辅助控制用的电动机也使用具有多系统电动机绕组的电动机。例如，图4示出了星形接线的三相电动机。如图4所示，一个系统由u相绕组uw1、v相绕组vw1以及w相绕组ww1来构成，另一个系统由u相绕组uw2、v相绕组vw2以及w相绕组ww2来构成。通过向绕组uw1～ww1或绕组uw2～ww2施加三相电流，来驱动电动机。还有，图5示出了三角形接线的三相电动机。如图5所示，一个系统由u相绕组uw1、v相绕组vw1以及w相绕组ww1来构成，另一个系统由u相绕组uw2、v相绕组vw2以及w相绕组ww2来构成。通过向绕组uw1～ww1或绕组uw2～ww2施加三相电流来驱动电动机。

通过例如图6所示那样的双系统的驱动控制系统(mcu、微型计算机等)，来对这样的具有多系统电动机绕组(双系统绕组)的电动机120进行驱动控制。

也就是说，mcu100进行总体控制，逆变器121a经由电动机释放开关122a对具有双系统电动机绕组的电动机120的第1系统绕组#1进行驱动控制，逆变器121b经由电动机释放开关122b对第2系统绕组#2进行驱动控制。mcu100经由栅极驱动单元130对逆变器121a的fet1a～fet6a进行导通或关断(on/off)控制，经由栅极驱动单元140对逆变器121b的fet1b～fet6b进行导通或关断(on/off)控制。还有，电池150对逆变器121a进行供电，并且，电池150还对逆变器121b进行供电。

在这样的双系统控制的电动助力转向装置中，例如，如日本专利第4998836号公报(专利文献1)中所公开那样，因为当电池被反向连接时，过大的电流会流向ecu，所以通过在各个系统中设置反接保护fet，以便防止烧坏ecu。也就是说，专利文献1具有这样的结构，即，设置了双系统的“用来进行电池的反接保护”的反接保护fet，在一个系统的fet驱动电路(预驱动器)发生了故障的情况下，剩下的另一个系统的反接保护fet以及逆变器能够继续工作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4998836号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

然而，专利文献1具有“在一个系统的fet驱动电路发生了故障的情况下，剩下的另一个系统的反接保护fet以及逆变器能够继续工作”的结构，从而需要双系统(两个系统)的反接保护fet，因此存在成本增加的问题。

因此，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机控制装置以及搭载了该电动机控制装置的电动助力转向装置和车辆，该电动机控制装置在通过双系统的驱动控制系统来对具有双系统绕组的电动机进行驱动控制的情况下，即使在某一个驱动控制系统中发生了异常(包括故障)的场合，通过另一个正常的驱动控制系统的驱动信号来导通(on)一个共同使用的反接保护fet，也能够实现小型化和降低成本。

解决技术问题的技术方案

本发明涉及一种具有双系统电动机绕组的电动机的电动机控制装置，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备微控制器单元(mcu)、双系统的逆变器和一个反接保护fet，所述mcu对具有双系统电动机绕组的电动机进行控制，所述双系统的逆变器分别经由双系统的栅极驱动单元来驱动所述双系统电动机绕组，所述反接保护fet被连接在所述双系统的逆变器与供电电源之间，根据来自所述双系统的栅极驱动单元的栅极驱动信号的逻辑或，来导通或关断(on/off)所述反接保护fet。

还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样实现，即：具备微控制器单元(mcu)、双系统的逆变器和一个反接保护fet，所述mcu对具有双系统电动机绕组的电动机进行控制，所述双系统的逆变器分别经由双系统的栅极驱动单元来驱动所述双系统电动机绕组，所述反接保护fet被连接在所述双系统的逆变器与供电电源之间，并且进行电源供给，根据来自所述双系统的栅极驱动单元的栅极驱动电压的逻辑或，来导通或关断(on/off)所述反接保护fet。

另外，通过一种电动助力转向装置，其搭载了上述电动机控制装置，通过至少基于转向扭矩运算出的电流指令值来对所述电动机进行驱动控制，将辅助力赋予给车辆的转向系统；或，一种车辆，其搭载了上述电动助力转向装置，就可以实现本发明的上述目的。

发明的效果

根据本发明的电动机控制装置，因为双系统的逆变器共同使用一个反接保护fet，所以能够实现电动机控制装置的小型化和降低其成本。

还有，通过将上述电动机控制装置搭载在电动助力转向装置中，就能够提供具备了高可靠性的ecu的电动助力转向装置，并且，还可以提供搭载了这样的具备了高可靠性的ecu的电动助力转向装置的车辆。

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pwm控制单元以及逆变器的结构示例的接线图。

图4是表示双系统绕组电动机的绕组结构(星形接线)的示意图。

图5是表示双系统绕组电动机的绕组结构(三角形接线)的示意图。

图6是表示双系统绕组电动机的驱动控制系统的一个示例的电路接线图。

图7是表示本发明的结构示例(第1实施方式)的电路接线图。

图8是表示栅极驱动单元(第1实施方式)的结构示例的结构框图。

图9是表示本发明的结构示例(第2实施方式)的电路接线图。

图10是表示栅极驱动单元(第2实施方式)的结构示例的结构框图。

图11是表示本发明的结构示例(第3实施方式)的电路接线图。

图12是表示栅极驱动单元(第3实施方式)的结构示例的结构框图。

图13是表示本发明的结构示例(第4实施方式)的电路接线图。

图14是表示栅极驱动单元(第4实施方式)的结构示例的结构框图。

图15是表示本发明的结构示例(第5实施方式)的电路接线图。

图16是表示栅极驱动单元的结构示例的结构框图。

图17是表示本发明的结构示例(第6实施方式)的电路接线图。

图18是表示栅极驱动单元的结构示例的结构框图。

图19是表示本发明的结构示例(第7实施方式)的电路接线图。

图20是表示fet驱动单元的电路示例的接线图。

具体实施方式

在本发明中，并不是针对每个逆变器都配置反接保护fet，而是针对所有的逆变器只配置一个共同使用的反接保护fet，通过直接驱动“通过对由双系统的fet栅极驱动单元生成的反接保护fet驱动用的驱动信号进行逻辑或(or)运算后得到”的电源，或者，经由fet驱动单元来进行驱动(on/off)，即使在双系统中的某一个fet驱动系统发生了异常(包括故障)，无法输出反接保护fet的驱动信号的情况下，通过来自另一个fet驱动系统的驱动信号，也能够驱动(on/off)反接保护fet。因此，能够实现电动机控制装置的小型化和降低其成本。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

与图6相对应的图7示出了本发明的第1实施方式。如图7所示，共同使用的反接保护fet160被连接在双系统的逆变器121a以及逆变器121b与作为供电电源的电池150之间，当反接保护fet160处于关断(off)状态的时候，电源经由寄生二极管161从电池150被供应给逆变器121a以及逆变器121b。双系统的栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140分别输出驱动信号(例如，电荷泵电压)sg1以及sg2，对分别经由二极管d1以及二极管d2之后的驱动信号sg1以及sg2进行逻辑或运算(wiredor)，逻辑或运算后得到的信号被输入到反接保护fet160的栅极。还有，来自mcu100的反接保护fet驱动指令fdc被输入到栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140中。栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140基于反接保护fet驱动指令fdc来输出驱动信号sg1以及sg2。

此外，电源从系统电源170被供应给mcu100，根据点火信号ig来启动或断开系统电源170。

栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140例如具有如图8所示那样的结构。如图8所示，栅极驱动单元130由“通过来自mcu100的占空比指令值rv1来对逆变器121a的fet进行on/off(导通或关断)驱动”的栅极驱动电路131和“将驱动电压供应给栅极驱动电路131”的升压电源132来构成，还有，栅极驱动单元140由“通过来自mcu100的占空比指令值rv2来对逆变器121b的fet进行on/off(导通或关断)驱动”的栅极驱动电路141和“将驱动电压供应给栅极驱动电路141”的升压电源142来构成。此外，升压电源132以及升压电源142由升压转换器、电荷泵来构成。

栅极驱动电路131输入来自mcu100的反接保护fet驱动指令fdc，输出驱动信号sg1。还有，栅极驱动电路141输入来自mcu100的反接保护fet驱动指令fdc，输出驱动信号sg2。

在这样的结构中，按照驱动信号sg1以及sg2的逻辑或来对反接保护fet160进行on/off(导通或关断)。反接保护fet160按照下述表1来进行工作。

(表1)

当逆变器121a以及逆变器121b进行驱动操作对具有双系统绕组的电动机120进行通电的时候，反接保护fet160处于关断(off)状态，电流流经寄生二极管161。在反接保护fet160处于关断(off)状态的情况下，因为电流流经反接保护fet160内部的寄生二极管161，所以反接保护fet160的损耗增大，因发热或来自电动机的再生电力、感应负载浪涌(inductiveloadsurge)，会导致超过漏源之间的耐压，从而有可能发生故障。因此，当使逆变器121a以及逆变器121b工作的时候，在通过mcu100使逆变器开始工作之前，导通(on)反接保护fet160。

即使在当双系统的逆变器121a以及逆变器121b正在工作，一个fet驱动系统发生了异常，无法输出驱动信号(sg1、sg2)的情况下，但由于已经获得了驱动信号sg1以及sg2的逻辑或，所以能够在通过来自另一个fet驱动系统的驱动信号来导通了(on)反接保护fet160的状态，使逆变器121a以及逆变器121b工作。

通过上述结构，即使在一个fet驱动系统发生了异常，无法输出驱动信号的情况下，通过来自另一个fet驱动系统的驱动信号，也能够驱动反接保护fet160。因此，在一个fet驱动系统发生了异常，通过另一个fet驱动系统以及逆变器来驱动电动机120的情况下，能够维持反接保护fet的导通(on)状态。

尽管在上述第1实施方式中，如图7以及图8所示那样，反接保护fet驱动指令fdc是从mcu100中输出的，但也可以如图9以及图10所示那样，从系统电源170中输出反接保护fet驱动指令fdc(第2实施方式)。

还有，尽管在上述第1实施方式以及第2实施方式中，反接保护fet驱动指令fdc为一个系统，但也可以采用如图11以及图12所示那样的“从mcu100中输出双系统的反接保护fet驱动指令fdc(fdca、fdcb)”的结构(第3实施方式)，或者，采用如图13以及图14所示那样的“从系统电源170中输出双系统的反接保护fet驱动指令fdc(fdca、fdcb)”的结构(第4实施方式)。也就是说，在如图11以及图12所示的第3实施方式中，mcu100生成第1系统的反接保护fet驱动指令fdca并将其输入到栅极驱动单元130中，并且，还生成第2系统的反接保护fet驱动指令fdcb并将其输入到栅极驱动单元140中。还有，fet驱动信号sg1以及sg2的逻辑或被输入到反接保护fet160的栅极。还有，在如图13以及图14所示的第4实施方式中，系统电源170生成第1系统的反接保护fet驱动指令fdca并将其输入到栅极驱动单元130中，并且，还生成第2系统的反接保护fet驱动指令fdcb并将其输入到栅极驱动单元140中。还有，fet驱动信号sg1以及sg2的逻辑或被输入到反接保护fet160的栅极。就这样，在正常的情况下，同时对双系统的反接保护fet驱动指令fdca以及fdcb进行on/off，在第3实施方式以及第4实施方式中，反接保护fet160都是按照下述表2来进行工作的。

(表2)

在第1实施方式以及第2实施方式中，因为反接保护fet驱动指令fdc仅仅为一个系统，所以在发生了异常，从而导致反接保护fet驱动指令fdc变成“h→l”的情况下，反接保护fet160就会变成关断(off)状态。然而，在第3实施方式以及第4实施方式中，因为反接保护fet驱动指令为相互独立的两个系统(双系统)的反接保护fet驱动指令fdca以及fdcb，所以即使在一个系统发生了异常，从而导致“h→l”的输出的情况下，也能够导通(on)反接保护fet160。

图15示出了本发明的第5实施方式。如图15所示，共同使用的反接保护fet160被连接在双系统的逆变器121a以及逆变器121b与作为供电电源的电池150之间，当反接保护fet160处于关断(off)状态的时候，电源经由寄生二极管161从电池150被供应给逆变器121a以及逆变器121b。fet驱动单元170对反接保护fet160进行on/off(导通或关断)，来自系统电源180的反接保护fet驱动指令fdc被输入到fet驱动单元170中，并且，双系统的栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140分别输出栅极驱动电压(例如，电荷泵电压)sg1以及sg2，对分别经由二极管d1以及二极管d2之后的栅极驱动电压sg1以及sg2进行逻辑或运算(wiredor)，逻辑或运算后得到的信号被输入到fet驱动单元170。还有，fet驱动单元170由诸如晶体管之类的半导体元件来构成。

栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140例如具有如图16所示那样的结构。如图16所示，栅极驱动单元130由“通过来自mcu100的占空比指令值rv1来对逆变器121a的fet进行on/off(导通或关断)驱动”的栅极驱动电路131和“将驱动电压供应给栅极驱动电路131并且输出栅极驱动电压sg1”的升压电源132来构成，还有，栅极驱动单元140由“通过来自mcu100的占空比指令值rv2来对逆变器121b的fet进行on/off(导通或关断)驱动”的栅极驱动电路141和“将驱动电压供应给栅极驱动电路141并且输出栅极驱动电压sg2”的升压电源142来构成。此外，升压电源132以及升压电源142由升压转换器、电荷泵来构成。

在这样的结构中，fet驱动单元170对反接保护fet160进行on/off(导通或关断)，来自系统电源180的反接保护fet驱动指令fdc和来自双系统的栅极驱动单元130以及栅极驱动单元140的栅极驱动电压sg1以及sg2的逻辑或被输入到fet驱动单元170中。反接保护fet160按照下述表3来进行工作。

(表3)

当逆变器121a以及逆变器121b进行工作对具有双系统绕组的电动机120进行通电的时候，电流流经反接保护fet160的寄生二极管161。在反接保护fet160处于关断(off)状态的情况下，因为电流流经反接保护fet160内部的寄生二极管161，所以反接保护fet160的损耗增大，因发热从而有可能发生故障。因此，当使逆变器121a以及逆变器121b工作的时候，通过在逆变器开始工作之前，导通(on)反接保护fet160，以便减少损耗。在这种情况下，系统电源180输出反接保护fet驱动指令fdc(“h”)。

即使在当双系统的逆变器121a以及逆变器121b正在进行驱动操作，一个fet驱动系统发生了异常，无法输出栅极驱动电压(sg1、sg2)的情况下，也能够在通过来自另一个fet驱动系统的栅极驱动电压来导通了(on)反接保护fet160的状态，使逆变器121a以及逆变器121b工作。

通过上述结构，即使在一个fet驱动系统发生了异常，无法输出栅极驱动电压的情况下，因为栅极驱动电压sg1以及sg2的逻辑或已经被输入到fet驱动单元170中，所以通过来自另一个fet驱动系统的栅极驱动电压，也能够驱动反接保护fet160。因此，在一个fet驱动系统发生了异常，通过另一个fet驱动系统以及逆变器来驱动电动机120的情况下，能够维持反接保护fet的导通(on)状态，从而能够减少反接保护fet160的损耗。

与图15相对应的图17以及与图16相对应的图18示出了本发明的第6实施方式。还有，在第6实施方式中，mcu100输出反接保护fet驱动指令fdc，并将其输入到fet驱动单元170中。

尽管在上述第5实施方式中，如图15以及图16所示那样，在第6实施方式中，如图17以及图18所示那样，基于反接保护fet驱动指令fdc并且经由fet驱动单元170来驱动反接保护fet160，但也可以采用如图19所示那样的“系统电源180或mcu100不生成反接保护fet驱动指令fdc”的结构(第7实施方式)。也就是说，在如图19所示的第7实施方式中，删除了fet驱动单元170，只将栅极驱动电压sg1以及sg2的逻辑或输入到反接保护fet160的栅极。还有，当栅极驱动电压sg1以及sg2被生成的时候，根据其逻辑或来导通(on)反接保护fet160，当双系统的fet驱动系统停止，栅极驱动电压为off时候，反接保护fet160处于关断(off)状态。在这种情况下，启动或停止fet驱动系统，并且，对反接保护fet160进行on/off(导通或关断)。

此外，fet1a～fet6a、fet1b～fet6b、u1～w1、u2～w2以及反接保护fet160的fet均由n沟道型mos－fet来构成。还有，例如如图20所示那样，可以通过“使用了晶体管q1和q2”的模拟开关来构成fet驱动单元170。

此外，fet1a～fet6a、fet1b～fet6b、u1～w1、u2～w2以及反接保护fet160的fet均由n沟道型mos－fet来构成。

附图标记说明

1转向盘(方向盘)

2柱轴(转向轴或方向盘轴)

10扭矩传感器

12车速传感器

13、150电池

20、120电动机

23、122a、122b电动机释放开关

30控制单元(ecu)

31电流指令值运算单元

37、121a、121b逆变器

100mcu

130、140栅极驱动单元

160反接保护fet

161寄生二极管

170、180系统电源