電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置的製作方法

2023-06-30 23:27:26

本發明涉及一種電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置，該電動助力轉向裝置利用電動機的旋轉力對車輛的轉向機構施加轉向輔助力(輔助力)。

背景技術：

利用電動機的旋轉力對車輛的轉向機構施加轉向輔助力(輔助力)的電動助力轉向裝置，將電動機的驅動力經由減速裝置由齒輪或皮帶等傳送機構，向轉向軸或齒條軸施加轉向輔助力。為了準確地產生轉向輔助力的扭矩，現有的電動助力轉向裝置(EPS)進行電動機電流的反饋控制。反饋控制調整電動機外加電壓，以便使轉向輔助指令值(電流指令值)與電動機電流檢測值之間的差變小。電動機外加電壓的調整一般通過調整PWM(脈衝寬度調製)控制的佔空比(Duty)來進行。

如圖1所示，對電動助力轉向裝置的一般結構進行說明。轉向盤(方向盤)1的柱軸(轉向軸或方向盤軸)2經過減速機構的減速齒輪3、萬向節4a和4b、齒輪齒條機構5、轉向橫拉杆6a和6b，再通過輪轂單元7a和7b，與轉向車輪8L和8R連接。另外，在柱軸2上設有用於檢測出轉向盤1的轉向扭矩的扭矩傳感器10和用於檢測出轉向角θ的轉向角傳感器14，對轉向盤1的轉向力進行輔助的電動機20通過減速機構的減速齒輪(齒輪比n)3與柱軸2連接。電池13對用於控制電動助力轉向裝置的控制單元(ECU)30進行供電，同時，經過點火開關11，點火信號被輸入到控制單元30。控制單元30基於由扭矩傳感器10檢測出的轉向扭矩Th和由車速傳感器12檢測出的車速Vel，進行作為輔助(轉向輔助)指令的電流指令值的運算，根據通過對電流指令值實施補償等而得到的電壓控制指令值Vref，來控制供給電動機20的電流。此外，轉向角傳感器14不是必須的，也可以不設置轉向角傳感器14。

另外，收發車輛的各種信息的CAN(Controller Area Network，控制器區域網路)50被連接到控制單元30，車速Vel也能夠從CAN50處獲得。此外，收發CAN50以外的通信、模擬/數位訊號、電波等的非CAN51也可以被連接到控制單元30。

在現有技術中，在這樣的電動助力轉向裝置中設有用於檢測出來自電動機電源電路的電源電壓VR的VR檢測電路和用於檢測出來自控制用電源電路的控制用電壓Vbat1的檢測電路，並且通過監視上述電源電壓VR的檢測電壓值與上述控制用電壓Vbat1的檢測電壓值之間的相關關係，來檢測出電動機電源電壓VR檢測電路的異常。這種方法是利用電源電壓VR與控制用電壓Vbat1之間的相關關係基本上不會大大地偏離通常的相關關係的方法，作為利用這樣的相關關係的現有技術，例如，專利文獻1(日本特開2009-161156號公報)公開了一種異常檢測手段。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-161156號公報

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

但是，例如，如上述專利文獻1中所公開的那樣，在具有從電池經由二極體到系統電源部的電流路徑的電路結構的情況下，一般而言，因為來自電動機電源電路的電源電壓與來自控制用電源電路的控制用電壓之間的相關關係有可能會大大地偏離通常的相關關係，所以為了防止誤檢測，需要通過緩和診斷閾值來對應。

但是，就這樣在通過緩和診斷閾值來對應的情況下，存在VR檢測電路的異常檢測能力下降的問題。

也就是說，在電動助力轉向裝置的電流控制中，在計算佔空比的時候參照電動機電源電壓VR的檢測值，在電壓低的時候，調整佔空比以便施加電流。因此，當因為電動機電源電壓VR的檢測故障而導致檢測出的電壓低於實際的電壓的時候，有可能會變成過度輔助(過アシスト)。

因此，如上所述，在現有技術中，存在需要提高電動機電源電壓VR的檢測電路的故障檢測能力的技術問題。

因此，本發明是鑑於上述情況而完成的，本發明的目的在於提供一種電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置，其通過使VR檢測電路冗長化，並高精度地實施上述VR檢測電路的異常診斷，從而可以有效地防止如上所述的過度輔助現象的發生。

解決技術問題的手段

為了解決上述技術問題，本發明提供一種電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置，所述電動助力轉向裝置通過至少基於轉向扭矩運算出的電流指令值來驅動電動機，並且經由減速機構控制轉向輔助，其特徵在於：所述電源電壓診斷裝置具備用於檢測出來自控制用電源電路的控制電壓的檢測單元(Vbat1檢測電路)、兩個用於檢測出來自電源電路的電源電壓的檢測電路(VR檢測電路1、VR檢測電路2)以及基於來自所述控制電壓的所述檢測單元的輸出Vbat1和來自所述電源電壓的所述檢測電路(所述VR檢測電路1、所述VR檢測電路2)的各個輸出電壓(VR1、VR2)進行診斷的診斷單元，所述診斷單元監視來自所述控制電壓的所述檢測單元的輸出Vbat1與來自所述電源電壓的所述檢測電路的各個輸出電壓(VR1、VR2)之間的相關關係，進行故障診斷。

還有，本發明的上述技術問題的解決還可以通過下述這樣更有效地實現，即：所述相關關係的監視是通過求出所述輸出電壓VR1與所述輸出電壓VR2的比率並判斷所述比率的大小是否在從診斷閾值A到診斷閾值B的範圍內的故障診斷來進行的；或，當通過所述故障診斷發現了異常的時候，進行VR故障位置判定，通過所述VR故障位置判定，來判定出所述VR檢測電路1和所述VR檢測電路2中的哪一個檢測電路發生了異常；或，所述電源電壓診斷裝置還具備VR選擇單元，在所述故障診斷中，在來自所述電源電壓的所述檢測電路的各個輸出電壓(VR1、VR2)的所述比率(VR1/VR2)不在比所述診斷閾值A大並且比所述診斷閾值B小的範圍(A＜(VR1/VR2)＜B)內的情況下，基於判定閾值C和判定閾值D，當(VR1/Vbat1)＜C或D＜(VR1/Vbat1)的時候，判定出所述VR檢測電路1發生了異常，當(VR2/Vbat1)＜C或D＜(VR2/Vbat1)的時候，判定出所述VR檢測電路2發生了異常，所述VR選擇單元將來自通過基於所述判定閾值C和所述判定閾值D來進行的所述判定而被判定為正常的VR檢測電路的輸出電壓輸入到佔空比控制單元；或，在所述故障診斷中，在所述兩個檢測電路(所述VR檢測電路1、所述VR檢測電路2)均被判定為發生了異常的情況下，緩和所述診斷閾值A、所述診斷閾值B、所述判定閾值C和所述判定閾值D中的至少一個所述診斷閾值和/或至少一個所述判定閾值的值之後，進行第二次的診斷和/或判定，並且基於所述第二次的診斷和/或判定的結果以及所述被緩和了的所述診斷閾值和/或所述判定閾值的值，來限制所述轉向輔助的量。

發明的效果

本發明通過使電源電壓VR的檢測電路冗長化，這樣就可以進行雙系統的檢測電路(VR檢測電路1、VR檢測電路2)的相互比較，從而不會被諸如溫度變化之類的條件變化所左右，並且能夠高精度地檢測出VR電壓檢測的故障。因此，可以施加高可靠性的轉向輔助。

還有，在檢測出雙系統的檢測電路(VR檢測電路1、VR檢測電路2)中的某一個VR檢測電路發生了故障之後，利用與Vbat1的相關關係，來確定在上述雙系統的VR檢測電路中，究竟是哪一個VR檢測電路發生了故障，從而就可以使用被判斷為正常的VR檢測電路的VR檢測值來繼續施加高可靠性的轉向輔助。

另外，在本發明中，即使在上述雙系統的VR檢測電路中的兩個VR檢測電路均被判斷為發生了故障的情況下，可以緩和用於基於兩個VR檢測電路之間的相關關係來檢測出故障的診斷閾值A和/或診斷閾值B的值和/或為了判定出在上述雙系統的VR檢測電路中，究竟是哪一個VR檢測電路發生了故障，在判定與Vbat1的相關關係時使用的判定閾值C和/或判定閾值D的值，並且還可以進行第二次的故障診斷。因此，即使中途故障的檢測能力下降，在本發明中，可以通過進行與上述診斷閾值和/或上述判定閾值的緩和的程度(例如，預先存儲好的上述緩和前後的閾值比率等)相對應的輔助量限制，來防止雙重故障時的過度輔助。

還有，因為上述電源電壓VR還可以用於電源繼電器的初期診斷等，所以還可以提高使用VR檢測值的其他的所有的診斷的可靠性。

附圖說明

圖1是表示電動助力轉向裝置的概要的結構圖。

圖2是本發明的實施方式的結構圖。

圖3是表示由本發明的診斷單元進行的診斷的動作示例的流程圖。

具體實施方式

下面，參照圖2和圖3來說明本發明的實施方式。還有，關於與上述圖1相同的構成部分，使用同樣的附圖標記來進行說明。

圖2是表示本發明的電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置的基本結構示例的圖。還有，本發明的電源電壓診斷裝置基本上被包含在上述控制單元(ECU)30中。

在本實施方式中，如圖2所示，在作為電源的電池(13)與來自電動機電源電路的電動機電源(VR電壓)之間設有故障防護用繼電器(R)，並且，在上述電池(13)與控制用電源(Vbat1電壓)之間設有逆接防止二極體(D1)。另外，上述電動機電源(VR電壓)和上述控制用電源(Vbat1電壓)經由從上述電動機電源以控制用電源的方向為順方向的二極體(D2)被連接在一起。

因為上述二極體(D2)的作用是當通常情況下的二極體(D1)發生了開路故障(open fault)的時候經由二極體(D2)就可以向系統進行供電，所以通過可以繼續進行轉向輔助直到點火開關(11)被關閉為止、以及在電池(13)的電壓因諸如發動機啟動時等而下降的情況下，關閉上述故障防護用繼電器(R)，通過上述二極體(D2)將被積蓄在上述電動機電源(VR電壓)的電解質電容器(C2)中的電荷供給控制用電源(Vbat1電壓)，從而起到延遲上述控制用電源(Vbat1電壓)下降到諸如上述控制單元之類的MCU(Micro Controller Unit，微控制單元)的復位電壓(リセット電圧)的時間的作用。

還有，作為上述電動機電源(VR電壓)的檢測手段，在上述電動機電源(VR電壓)中設有雙系統(兩個系統)的VR檢測電路，即，設有VR檢測電路1(64)和VR檢測電路2(66)。另外，作為上述控制用電源(Vbat1電壓)的檢測手段，在上述控制用電源中設有單系統(一個系統)的檢測電路，即，設有Vbat1檢測電路(62)。

還有，上述VR檢測電路1(64)的輸出電壓VR1和上述VR檢測電路2(66)的輸出電壓VR2均被連接到診斷單元(60)和VR選擇單元(68)。

此外，優選地，上述Vbat1檢測電路和上述VR檢測電路均採用相同的電路結構，或，上述VR檢測電路1和上述VR檢測電路2均採用相同的電路結構。

接下來，上述診斷單元(60)進行上述各個檢測電路的故障診斷，並根據故障診斷的結果，將VR選擇信號輸入到上述VR選擇單元(68)，或，將輔助(停止/限制)信號輸入到上述電流限制單元(33)。

還有，上述VR選擇單元(68)還被連接到佔空比控制單元(36)。通過基於上述診斷單元(60)的診斷結果，VR選擇信號被輸入到上述VR選擇單元(68)，從而上述VR選擇單元(68)選擇VR1和VR2中的某一個輸出，並將其輸入到上述佔空比(Duty)控制單元(36)，還有，在上述診斷單元(60)檢測出VR檢測電路發生了異常等的情況下，另行運算出的VR估計值被輸入到上述VR選擇單元(68)，然後，上述VR選擇單元(68)將該VR估計值輸入到上述佔空比控制單元(36)。

還有，上述電動機電源(VR電壓)被連接到電動機驅動電路(37)，基於由上述佔空比控制單元(36)決定的用於進行電動機外加電壓的調整的佔空比值對上述電動機驅動電路(37)進行控制。

另外，電流限制單元(33)被連接到上述佔空比控制單元(36)。由電流指令值運算單元(未在圖中示出)基於轉向扭矩(Th)和車速(Vel)運算出的電流指令值以及來自診斷單元(60)的輔助(停止/限制)信號被輸入到上述電流限制單元(33)。上述電流限制單元(33)基於被輸入進來的電流指令值等來進行最大電流的限制，並將限制了最大電流的電流指令值等輸入到上述佔空比控制單元(36)。

接下來，參照圖3，對具有如上所述那樣的基本結構的本發明的電動助力轉向裝置的電源電壓診斷裝置的動作進行說明。

在本發明的電源電壓診斷裝置中，如上所述那樣，來自控制用電源電路的控制電壓Vbat1經由Vbat1檢測電路(62)被輸入到上述診斷單元(60)，同樣，來自電動機電源電路的電動機電源電壓VR經由VR檢測電路1(64)和VR檢測電路2(66)分別被輸入到上述診斷單元(60)。

在本發明的電源電壓診斷裝置中，例如，如圖3所示，首先，上述診斷單元(60)進行VR相關診斷(步驟S1)。在上述VR相關診斷中，更具體地說，求出VR1與VR2的比率，並進行該比率的大小是否在從診斷閾值A到診斷閾值B的範圍內的判斷(步驟S2)。

作為結果，如果上述VR1與VR2的比率在比上述診斷閾值A大並且比上述診斷閾值B小的範圍(A＜(VR1/VR2)＜B)內的話，則上述診斷單元(60)判斷上述電源電壓(VR)為正常，接下來，來自上述診斷單元(60)的指示被輸出到VR選擇單元(68)，然後，VR1從上述VR選擇單元(68)被輸出到佔空比控制單元(36)，接下來，上述佔空比控制單元(36)使用VR1來進行佔空比運算(步驟S3)。

另一方面，當上述VR1與VR2的比率小於或等於上述診斷閾值A((VR1/VR2)≦A)的時候，或，當上述VR1與VR2的比率大於或等於上述診斷閾值B(B≦(VR1/VR2))的時候(在這裡，A＜B)，再進行VR故障位置判定(步驟S4)。

上述VR故障位置判定是用來判定VR檢測電路1和VR檢測電路2中的哪一個檢測電路發生了異常的。

然後，在上述VR故障位置判定中，首先，判斷VR檢測電路2(66)是否發生了異常(步驟S5)。上述VR檢測電路2(66)是否發生了異常的判斷是通過判斷VR2與Vbat1的比率(VR2/Vbat1)是否小於判定閾值C(例如，C＝0.8)來進行的，或，是通過判斷VR2與Vbat1的比率(VR2/Vbat1)是否大於判定閾值D(例如，D＝1.2)來進行的。

作為結果，當VR2與Vbat1的比率小於上述判定閾值C((VR2/Vbat1)＜C)的時候，或，當VR2與Vbat1的比率大於上述判定閾值D(D＜(VR2/Vbat1))的時候，被判斷為VR2發生了異常。然後，在此情況下，返回到步驟S3，用來選擇VR1的VR選擇信號從上述診斷單元(60)被輸出到VR選擇單元(68)，然後，VR1從上述VR選擇單元(68)被輸出到佔空比控制單元(36)，接下來，上述佔空比控制單元(36)基於來自VR檢測電路1(64)的VR1來進行佔空比運算。

還有，在通過上述步驟S5被判定為VR2沒有發生異常的情況下，接下來，判斷VR檢測電路1(64)是否發生了異常(步驟S6)。另外，上述VR檢測電路1(64)是否發生了異常的判斷是通過判斷VR1與Vbat1的比率(VR1/Vbat1)是否小於判定閾值C來進行的，或，是通過判斷VR1與Vbat1的比率(VR1/Vbat1)是否大於判定閾值D來進行的。

作為結果，當VR1與Vbat1的比率小於上述判定閾值C((VR1/Vbat1)＜C)的時候，或，當VR1與Vbat1的比率大於上述判定閾值D(D＜(VR1/Vbat1))的時候，被判定為VR1發生了異常。然後，在此情況下，前進到步驟S7，用來選擇VR2的VR選擇信號從上述診斷單元(60)被輸出到VR選擇單元(68)，然後，VR2從上述VR選擇單元(68)被輸出到佔空比控制單元(36)，接下來，上述佔空比控制單元(36)使用VR2來進行佔空比運算。

另一方面，在被判定為VR1沒有發生異常的情況下，在上述VR故障位置判定中，儘管無法判定VR檢測電路1和VR檢測電路2中的哪一方為故障位置，但由於通過VR相關診斷已經檢測出了故障，所以還是無法確定故障位置。因此，在此情況下，通過將用來停止轉向輔助或限制轉向輔助的量(輔助量)的信號從上述診斷單元(60)輸出到上述電流限制單元(33)(步驟S8)，以便可以一邊限制輔助量，一邊繼續進行轉向輔助本身。

還有，在如上所述那樣限制輔助量的情況下，儘管可以通過基於預先存儲了故障時的特性的存儲器的數據等從電動機端子電壓、PWM的佔空比等估計出電動機電源電壓VR並將其用於佔空比控制，但由於使用這樣的估計值的控制的可靠性低，所以本發明通過限制最大電流並減小輸入扭矩―通電電流的特性增益來進行如上所述那樣的限制了輔助量的轉向輔助。

還有，在本發明中，在如上所述那樣限制輔助量的情況下，緩和上述診斷閾值A、上述診斷閾值B、上述判定閾值C和上述判定閾值D中的一個或多個診斷閾值和/或判定閾值到所規定的程度之後，基於被緩和了的診斷閾值和/或判定閾值再次進行上述診斷和/或判定，然後，還可以將通過再次進行上述診斷和/或判定而得到的新的VR1和/或新的VR2應用在上述電動機電源電壓VR的估計。然後，在此情況下，可以根據上述診斷閾值和/或上述判定閾值的緩和的程度(例如，預先存儲好的上述緩和前後的閾值比率等)來限制輔助量，並進行限制了輔助量的轉向輔助。

另外，在本發明中，緩和上述診斷閾值和/或上述判定閾值是指，對於上述診斷閾值A和上述判定閾值C來說，是指減少它們的值以便使它們被緩和後的值小於它們從前的值(它們被緩和前的值)，還有，對於上述診斷閾值B和上述判定閾值D來說，是指增加它們的值以便使它們被緩和後的值大於它們從前的值(它們被緩和前的值)。

還有，在如上所述那樣緩和了診斷閾值和/或判定閾值的情況下，即使是基於從前的診斷閾值和/或從前的判定閾值檢測出電源電壓VR發生了異常，但由於可以根據基於新的診斷閾值和/或新的判定閾值進行的上述診斷和/或判定的結果來繼續進行轉向輔助，所以能夠繼續減輕駕駛員的轉向操作負擔。另外，在即使是如上所述那樣再次進行了上述診斷和/或判定之後，但仍然被判定為VR1和VR2均發生了異常的情況下，本發明可以採用停止轉向輔助，或，進一步限制輔助量並繼續進行轉向輔助的結構。

如上所述那樣，根據本發明，可以提高電動機驅動電源電壓的異常檢測能力，同時，即使在檢測出異常的情況下，也可以一邊限制輔助量，一邊繼續進行轉向輔助，從而可以減輕駕駛員的負擔。

附圖標記說明

1 轉向盤(方向盤)

2 柱軸(轉向軸或方向盤軸)

4a、4b 萬向節

5 齒輪齒條機構

6a、6b 轉向橫拉杆

7a、7b 輪轂單元

8L、8R 轉向車輪

10 扭矩傳感器

11 點火開關

12 車速傳感器

14 轉向角傳感器

20 電動機

30 控制單元(ECU)

33 電流限制單元

36 佔空比控制單元

37 電動機驅動電路

60 診斷單元

62 Vbat1檢測電路

64 VR檢測電路1

66 VR檢測電路2

68 VR選擇單元

A、B 診斷閾值

C、D 判定閾值

D1、D2 二極體

C1、C2 電解質電容器

R 故障防護用繼電器