電動助力轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其通過至少基于轉(zhuǎn)向扭矩運(yùn)算電流指令值，基于電流指令值通過逆變器來對3相電動機(jī)進(jìn)行PWM控制同時(shí)檢測出3相電動機(jī)的電流并反饋，來對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制。本發(fā)明尤其涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其不需要外接電路，可廉價(jià)地用逆變器的下游3分路方式來檢測出3相電動機(jī)的電流。
【背景技術(shù)】
[0002]利用電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加轉(zhuǎn)向輔助力(輔助扭矩)的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，將電動機(jī)的驅(qū)動力經(jīng)減速裝置由齒輪或皮帶等傳送機(jī)構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸施加轉(zhuǎn)向輔助力。為了準(zhǔn)確產(chǎn)生轉(zhuǎn)向輔助力的扭矩，現(xiàn)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)進(jìn)行電動機(jī)電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動機(jī)外加電壓，以便使轉(zhuǎn)向輔助指令值(電流指令值)與電動機(jī)電流檢測值的差變小，電動機(jī)外加電壓的調(diào)整通常用調(diào)整PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制的占空比(Duty)來進(jìn)行。
[0003]如圖1所示，對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。轉(zhuǎn)向盤(方向盤)1的柱軸(轉(zhuǎn)向軸或方向盤軸)2經(jīng)過減速齒輪3、萬向節(jié)4a和4b、齒臂機(jī)構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車輪8L和8R連接。另外，在柱軸2上設(shè)有檢測轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器10和檢測操舵角Θ的舵角傳感器14，對轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行輔助的電動機(jī)20通過減速齒輪3與柱軸2連接。電池13對控制電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元伍⑶)30進(jìn)行供電，同時(shí)，經(jīng)過點(diǎn)火開關(guān)11，點(diǎn)火信號被輸入到控制單元30?？刂茊卧?0基于由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩Th和由車速傳感器12檢測出的車速Vel，進(jìn)行作為輔助(轉(zhuǎn)向輔助)指令的電流指令值的運(yùn)算，通過對電流指令值實(shí)施補(bǔ)償?shù)鹊玫降碾妷嚎刂浦噶钪礦ref，控制供給電動機(jī)20的電流。此外，舵角傳感器14不是必須的，可以不設(shè)置舵角傳感器14。
[0004]另外，收發(fā)車輛的各種信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò))50被連接到控制單元30，車速Vel也能夠從CAN50獲得。此外，收發(fā)CAN50以外的通信、模擬/數(shù)字信號、電波等的非CAN51也可以被連接到控制單元30。
[0005]控制單元30主要由MCU (也包含MPU等)構(gòu)成，該MCU內(nèi)部由程序執(zhí)行的一般功能，如圖2所示。
[0006]參照圖2說明控制單元30的功能和動作。如圖2所示，由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩Th和由車速傳感器12檢測出的(或來自CAN50的)車速Vel被輸入到用于運(yùn)算電流指令值Irefl的電流指令值運(yùn)算單元31中。電流指令值運(yùn)算單元31基于被輸入的轉(zhuǎn)向扭矩Th和車速Vel使用輔助圖等運(yùn)算作為供給電動機(jī)20的電流的控制目標(biāo)值的電流指令值Irefl。電流指令值Irefl經(jīng)過加法單元32A被輸入到電流限制單元33 ;被限制了最大電流的電流指令值Irefm被輸入到減法單元32B ;減法單元32B運(yùn)算電流指令值Irefm與被反饋回來的電動機(jī)電流值Im之間的偏差I(lǐng) (Irefm-1m);該偏差I(lǐng)被輸入到用于進(jìn)行轉(zhuǎn)向動作的特性改善的PI控制單元35中。在PI控制單元35中被進(jìn)行了特性改善的電壓控制指令值Vref被輸入到PWM控制單元36中，再經(jīng)過作為驅(qū)動單元的逆變器37來對電動機(jī)20進(jìn)行PWM驅(qū)動。電動機(jī)20的電流值Im由電動機(jī)電流檢測器38來檢測，檢測出的電動機(jī)電流值Im被反饋到減法單元32B中。在逆變器電路37中作為驅(qū)動元件使用電場效應(yīng)晶體管(FET)，逆變器電路37由FET的電橋電路構(gòu)成。
[0007]另外，在加法單元32A對來自補(bǔ)償信號生成單元34的補(bǔ)償信號CM進(jìn)行加法運(yùn)算，通過補(bǔ)償信號CM的加法運(yùn)算來進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性補(bǔ)償，以便改善收斂性和慣性特性等。補(bǔ)償信號生成單元34先在加法單元344對自對準(zhǔn)扭矩(SAT) 343和慣性342進(jìn)行加法運(yùn)算，然后，在加法單元345再對該加法運(yùn)算的結(jié)果和收斂性341進(jìn)行加法運(yùn)算，最后，將加法單元345的加法運(yùn)算的結(jié)果作為補(bǔ)償信號CM。
[0008]在電動機(jī)20為三相無刷電動機(jī)的情況下，PWM控制單元36及逆變器37的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。PWM控制單元36由占空比運(yùn)算單元36A和柵極驅(qū)動單元36B構(gòu)成，其中占空比運(yùn)算單元36A將電壓控制指令值Vref按照規(guī)定公式與PWM載波進(jìn)行同步，運(yùn)算三相的PWM占空比值D1?D6 ;柵極驅(qū)動單元36B通過PWM占空比值D1?D6來驅(qū)動作為驅(qū)動元件的FET的柵極，同時(shí)，進(jìn)行死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償并打開或關(guān)閉(0N/0FF)FET的柵極。另外，逆變器37由FET1?FET6的三相電橋(高側(cè)FET1?FET3，低側(cè)FET4?FET6)構(gòu)成，通過基于PWM占空比值D1?D6來打開或關(guān)閉FET的柵極，以便驅(qū)動電動機(jī)20。
[0009]在這樣的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，需要檢測出并反饋電動機(jī)20的各相電流，如圖4所示，存在一種已知的3分路方式的電流檢測電路。也就是說，如圖4所示，在逆變器37的下游側(cè)3相分別插入分路電阻RS1?RS3，測定基于分路電阻RS1?RS3的電壓降(降下電圧)，通過A/D轉(zhuǎn)換器37U?37W將測定出的電壓降轉(zhuǎn)換成數(shù)字值(r 4 9夕;Μ直)并同時(shí)換算為電流值，然后反饋被檢測出的3相的電動機(jī)電流Iu、Iv及Iw。
[0010]在下游3分路的電流檢測方式中，在低側(cè)FET導(dǎo)通(0N)的定時(shí)(夕彳三 > 夕' )，需要通過進(jìn)行同時(shí)采樣來檢測出至少2相的電流。如果可以檢測出2相的電流的話，就能夠基于Iu+Iv+Iw = 0的關(guān)系檢測出剩下的1相的電流。另外，在占空比飽和(最大)時(shí)(低側(cè)FET的導(dǎo)通時(shí)間極小時(shí))的情況下，因?yàn)闆]有電流流動在低側(cè)的分路電阻，所以存在檢測不出那個(gè)相的電流的可能性，因此需要考慮占空比飽和時(shí)的檢測性(検出性)，判斷3相中的在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)變化的占空比飽和的相，檢測出占空比未飽和的至少2相的電流。
[0011]為了滿足上述，實(shí)施以下的方法。
[0012]方法⑴:如圖4所示，在MCU內(nèi)設(shè)置3個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，將3相的電流檢測信號分別連接到別的單元，同時(shí)對占空比未飽和的2相的電流檢測信號進(jìn)行采樣。
[0013]方法⑵:在MCU內(nèi)設(shè)置2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，在MCU外部設(shè)置復(fù)用器(夕寸)，將3相中的占空比未飽和的2相的電流檢測信號輸出到MCU的各個(gè)單元并同時(shí)對其進(jìn)行米樣。
[0014]方法(3):采用帶有采樣保持電路的A/D轉(zhuǎn)換器，對被連接到該A/D轉(zhuǎn)換器的3相的電流檢測信號同時(shí)進(jìn)行采樣/保持并檢測。
[0015]方法(4):在MCU外部設(shè)置采樣保持電路，對通過在規(guī)定的定時(shí)同時(shí)進(jìn)行采樣/保持而得到的3相的電流檢測信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)
[0018]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-110814號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0020]在上述方法(1)中，因?yàn)樾枰O(shè)置3個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，所以存在MCU的成本上升的問題。另外，在上述方法(2)和(4)中，因?yàn)樾枰饨与娐?，所以既存在成本上升的問題又存在部件配置的空間確保的問題。還有，在上述方法(3)中，因?yàn)椴捎脦в胁蓸颖３蛛娐返腁/D轉(zhuǎn)換器，所以既存在A/D轉(zhuǎn)換的精度差，電流檢測精度下降的問題又存在成本高的問題。
[0021]另外，例如在日本特開2007-110814號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，公開了一種手法，其在下游3分路的電流檢測中，即使PWM占空比值變?yōu)?00%附近，也可以正確檢測出電動機(jī)相電流。但是，在專利文獻(xiàn)1所記載的裝置中，沒有關(guān)于電流檢測的手法及A/D轉(zhuǎn)換的定時(shí)(采樣)的記載。
[0022]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其不需要采樣保持電路等外接電路，可以通過依照在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)變化的占空比飽和相(最大相)來同時(shí)對占空比未飽和的2相進(jìn)行采樣，通過2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元來廉價(jià)地檢測出3分路的電流。
[0023]解決技術(shù)問題的手段
[0024]本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其通過至少基于轉(zhuǎn)向扭矩運(yùn)算電流指令值，基于所述電流指令值通過逆變器來對3相電動機(jī)進(jìn)行PWM控制同時(shí)檢測出所述3相電動機(jī)的電流并反饋，來對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制，本發(fā)明的上述目的可以通過下述這樣實(shí)現(xiàn)，即:具備用于檢測所述逆變器的下游3分路的3相電流的電流檢測電路和具有共用信道并輸入來自所述電流檢測電路的3相電流檢測信號的2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元，具有所述3相電流檢測信號中的某一個(gè)信號被輸入到所述共用信道，剩下的2相的電流檢測信號被分別輸入到所述2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元的各另一個(gè)信道的電流檢測系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明的上述目的還可以通過下述這樣更有效地實(shí)現(xiàn)，S卩:還具備用于檢測所述PWM控制的占空比最大相的最大相檢測單元和用于切換所述3相電流檢測信號的對所述2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入的切換單元，基于所述最大相檢測單元的檢測結(jié)果切換所述切換單元，將與所述占空比最大相以外的2相所對應(yīng)的所述3相電流檢測信號中的兩個(gè)信號輸入到所述2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元的各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器并對其進(jìn)行同時(shí)采樣；或，從所述2相的電流檢測值計(jì)算出另一相的電流值并輸出3相的電動機(jī)電流檢測值；或，所述各個(gè)電流檢測電路由將下游分路電阻的電壓降換算為電流值并輸出所述電流檢測信號的運(yùn)算放大器和電阻電路構(gòu)成；或，LPF被分別連接到所述3相電流檢測信號的各個(gè)輸出單元。
[0026]發(fā)明的效果
[0027]在本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，具備用于檢測下游3分路的3相電流的電流檢測電路和輸入來自電流檢測電路的3相電流檢測信號的2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元，3相電流檢測信號中的某一個(gè)信號被輸入到共用信道，剩下的2相的電流檢測信號被分別輸入到2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元的各另一個(gè)信道。因此，根據(jù)本發(fā)明可以用廉價(jià)的構(gòu)成來正確檢測出3相的電動機(jī)電流。
[0028]另外，根據(jù)本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，具有不需要采樣保持電路等外接電路，可以通過依照在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)變化的占空比最大相來同時(shí)對占空比最大相以外的2相通過2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行采樣，來廉價(jià)地檢測出3分路的電流的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1是表示電動助力轉(zhuǎn)向裝置的概要的結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖2是表示電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖3是表示PWM控制單元及逆變器的結(jié)構(gòu)例的接線框圖。
[0032]圖4是表示電流檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的接線框圖。
[0033]圖5是表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)例的接線框圖。
[0034]圖6是表示本發(fā)明的MCU的結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0035]圖7是表示本發(fā)明的