用于车辆的转向设备 【技术领域】
本发明涉及配备有电动机以对转向盘的枢转操作提供转向辅助力的转向设备。背景技术 电动助力转向设备配备有电动机以对转向盘的枢转操作提供转向辅助力， 并通过 控制电动机的供电来调节辅助力。 这样的电动助力转向设备被供应有来自车载电源设备的 源电力。 但是， 在车载电源设备中发生异常时， 电动助力转向设备不能合适地执行对电动机 的控制。因此， 例如， 日本专利申请公开号 2003-312510(JP-A-2003-312510) 中描述的电动 助力转向设备配备有如下配置 ： 将辅助命令值乘以增益， 所述增益随着车载电源设备的电 源电压接近被视为异常的设定值而逐渐从 1 减小至 0。 通过此配置， 意图减小车载电源设备 的电力消耗并因此更长时间地维持转向辅助功能。
通常， 在电动助力转向设备中， 将辅助命令值计算为使得转向辅助力随着车速降 低而增大。 因此， 即使具有将辅助命令值乘以与电源异常水平相应的增益的配置， 也会在执
行静态转向操作的情况下从车载电源设备消耗大量电力。 即， 为了换取容易和方便的操作， 车载电源设备的使用寿命显著地缩短。 发明内容 本发明提供了一种用于车辆的转向设备， 其即使在电源设备异常时， 也在确保电 源设备的最长可能的使用寿命的同时， 维持转向辅助。
本发明的第一方面涉及一种车辆转向设备， 包括 ： 转向机构， 其在转向盘的转向操 作时使车轮转向 ； 电动机， 其被供应来自电源设备的电源电力并在所述转向盘的所述转向 操作时产生进行辅助的辅助力 ； 转向转矩检测装置， 其用于检测驾驶员向转向盘输入的转 向转矩 ； 以及电动机控制装置， 其至少基于由所述转向转矩检测装置检测到的所述转向转 矩来控制所述电动机的驱动。 此车辆转向设备还包括 ： 电力异常检测装置， 其用于检测所述 电源设备的电源电力供应能力的异常 ； 以及车速检测装置， 其用于检测车速。 所述电动机控 制装置包括输出限制装置， 当由所述电力异常检测装置检测到所述电源设备的所述电源电 力供应能力的异常时， 如果由所述车速检测装置检测到的所述车速降低， 则所述输出限制 装置加强所述电动机的输出限制。
在本发明的此方面中， 转向转矩检测装置检测向转向盘输入的转向转矩， 并且电 动机控制装置至少基于检测到的转向转矩来控制电动机的驱动， 使得在转向操作时对驾驶 员进行辅助。电动机被供应来自电源设备的电源电力。电力异常检测装置检测电源设备的 电源电力供应能力的异常。 例如， 电力异常检测装置检测电源设备的电源供应能力的减弱， 或电源电压的降低等。在检测到电源设备的电源电力供应的异常的情况下， 输出限制装置 基于车速的降低加强电动机的输出限制。 即， 在车速降低的情况下， 提高电动机的输出限制 的程度， 使得电动机不以较高的输出进行工作。
例如， 输出限制装置使低车速期间电动机的输出限制大于高车速期间电动机的输
出限制。 在此情况下， 电动机的输出在低车速期间比在高车速期间受到更大程度的限制。 此 外， 输出限制装置可以使车辆停止期间电动机的输出限制大于车辆行驶期间电动机的输出 限制。
在静态转向操作时， 电动机的电力消耗变为最大。根据本发明的前述方面， 静态 转向操作时电动机的输出受到较大的限制， 由此电源设备的使用寿命可以得到最有效的延 长。另一方面， 对于车辆行驶期间的转向操作， 车速越高， 电动机需要消耗的电力越小。此 外， 在执行用于避免与其他车辆接触的紧急转向操作等的情况下， 考虑到安全性， 车速越 高， 转向辅助的需求变得越强。 因此， 根据前述方面， 在车速较高的情况下， 电动机的输出限 制较小， 由此在紧急转向操作时可以获得转向辅助力， 由此实现了较高程度的安全性。
所述输出限制装置存储关系相关信息， 所述关系相关信息表示所述电动机的输出 上限值与由所述车速检测装置检测到的所述车速的关系。所述关系相关信息被设定为使 得， 如果所述车速降低， 则所述电动机的输出上限值减小。所述输出控制装置执行控制使 得， 所述电动机的输出不超过基于所述关系相关信息建立的所述输出上限值。
在此构造中， 输出限制装置存储被设定为如果车速降低则使电动机的输出上限值 减小的关系相关信息， 并执行控制使得电动机的输出不超过基于关系相关信息建立的输出 上限值， 从而当车速降低时加强电动机的输出限制。 即， 电动机的输出上限值与车速的关系 被预先存储为关系相关信息， 并且通过使用相对于车速设定的电动机的输出上限值， 将电 动机的输出控制为不超过输出上限值。因此， 可以可靠地执行电动机的输出限制。此外， 因 为能够以向电动机供应的电力的形式来推定电动机的输出， 所以关系相关信息也可以是关 于与向电动机供应的电力的上限值与车速的关系。在此情况下， 可以提供该信息以得到这 样的设定 ： 当车速降低时， 向电动机供应的电力的上限值减小。
当在所述车速降低之后所述车辆达到停止时， 所述输出限制装置使所述电动机的 所述输出上限值从基于在所述车速基本为零的情况下的所述关系相关信息设定的所述输 出上限值随着所述车辆停止之后经过的时间而减小。
考虑到电源设备的使用寿命的延长， 理想地在静态转向操作时最大程度地限制电 动机的输出。但是， 如果当车辆减速以停止时电动机的输出上限值突然减小到最终目标值 ( 例如， 零 )， 则将会对驾驶员引起显著的不舒适。因此， 根据前述构造， 将从通过关系相关 信息设定的用于零车速的电动机的输出上限值随着所述车辆停止之后经过的时间而减小 的值设定为电动机的输出上限值。因此， 电动机的输出上限值可以减小至最终目标值而不 会对驾驶员引起显著的不舒适。例如， 电动机的输出上限值可以减小至零。
当所述车辆从停止状态启动时， 所述输出限制装置使所述电动机的所述输出上限 值随着所述车辆启动之后经过的时间而增大， 直到基于所述关系相关信息设定的所述输出 上限值。
根据此构造， 当车辆从停止状态启动时， 电动机的输出上限值随着车辆启动之后 经过的时间而增大， 并最终增大至基于关系相关信息设定的与车速对应的输出上限值。因 此， 电动机的输出上限值可以从为车辆停止时设定的小值逐渐增大至根据车速设定的值， 由此不会对驾驶员引起显著的不舒适。
所述电动机控制装置可以包括驱动所述电动机的电动机驱动电路， 并且， 所述输 出限制装置可以控制从所述电源设备向所述电动机驱动电路供应的电力的上限， 使得所述电动机的输出不超过所述输出上限值。
在此构造中， 控制向电动机驱动电路供应的电力的上限， 以实现对电动机的输出 限制。因此， 控制变得简单。
所述电源设备可以包括 ： 主电源， 其向包括所述电动机在内的设置在所述车辆中 的多个电负载供应电源电力 ； 以及副电源， 其与所述主电源和所述电动机并联连接并连接 在所述主电源与所述电动机之间， 存储由所述主电源输出的电力， 并通过利用所存储的电 力来在向所述电动机供应电源电力时进行辅助。 所述电力异常检测装置可以检测不能从所 述主电源向所述电动机供应电源电力的状态。
在此构造中， 设置主电源和副电源作为向电动机供应电源电力的电源。 因此， 如果 由于断线等导致失去主电源向电动机供应电源电力的能力， 则仍然可以从副电源向电动机 供应电源电力。但是， 如果在不进行任何改变的情况下通过利用副电源来继续转向辅助控 制 ( 电动机的控制 )， 则当发生其中副电源的电源供电能力失去的状况时， 所获得转向辅助 突然变无。在该情况下， 会对驾驶员引起显著的不舒适。
根据前述结构， 在电力异常检测装置检测到不能从主电源向电动机供应电源电力 的状态的情况下， 当车速降低时， 输出限制装置执行电动机的输出限制， 由此转向盘的操作 变得沉重， 因此可以在较早阶段使驾驶员发觉异常。 结果， 可以预期实现对失效修理的有利 安排。 本发明的第二方面提供了一种车辆转向方法， 其用于控制电动机的输出， 所述电 动机被供应来自电源设备的电源电力并在转向盘的转向操作时产生进行辅助的辅助力。 所 述方法包括以下步骤 ： 检测所述电源设备的电源电力供应能力的异常 ； 并检测车速。控制 所述电动机的输出， 使得当检测到所述电源设备的电源电力供应能力的异常时， 如果检测 到的所述车速降低， 则加强所述电动机的输出限制。
附图说明
参考附图， 根据以下对示例性实施例的描述， 本发明的上述及其他目的、 特征及优 点将变得清楚， 其中将使用类似的附图标记来表示类似的元件， 其中 ：
图 1 是示出根据本发明的实施例的电动助力转向设备的总体系统构造图 ；
图 2 是根据实施例的表示转向辅助控制例程的流程图 ；
图 3 是根据实施例的表示辅助对照图的特性图 ；
图 4 是根据实施例的表示上线电力设定例程的流程图 ； 并且
图 5 是根据实施例的表示上限电力设定对照图的特性图。 具体实施方式
此后将参照附图描述根据本发明的实施例的用于车辆的转向设备。图 1 表示第一 实施例的用于车辆的电动助力转向设备的总体构造。
此电动助力转向设备包括作为主要部分的如下部件 ： 根据转向盘 11 的转向操作 使转向路面车轮转向的转向机构 10， 组装于转向机构 10 以产生转向辅助转矩的电动机 20， 驱动电动机 20 的电动机驱动电路 30， 将主电源 100 的输出电压升高并因此向电动机驱动电 路 30 供应源电力的升压电路 40， 与电源供应电路并联连接在升压电路 40 与电动机驱动电路 30 之间的辅助电源 50， 以及控制电动机 20 和升压电路 40 的工作的电子控制单元 60。
转向机构 10 是用于通过转动操作转向盘 11 来使左右前轮 FWL、 FWR 转向的机构， 并包括转向轴 12， 转向轴 12 在其上端处连接至转向盘 11 以与转向盘 11 一体转动。齿轮 13 连接至转向轴 12 的下端以与转向轴一体转动。齿轮 13 与形成在齿条 14 上的齿条齿啮 合， 从而与齿条 14 一起形成齿条齿轮机构。左右前轮 FWL、 FWR 的转向节 ( 未示出 ) 可转向 地经由拉杆 15L、 15R 连接至齿条 14 的两端。根据齿条 14 随着转向轴 12 绕其自身轴线的 转动而在齿条 14 的自身轴线的方向上的位移， 左右前轮 FWL、 FWR 向左和向右转向。
用于转向辅助的电动机 20 组装于齿条 14。电动机 20 的转轴经由滚珠丝杠机构 16 连接至齿条 14， 以能够传递机械动力。转轴的旋转向左右前轮 FWL、 FWR 施加转向力， 从 而在转向操作时辅助驾驶员。丝杠机构 16 用作减速器和旋转直线运动转换器， 即， 在将电 动机 20 的旋转的速度降低并将该旋转转换为直线运动的同时将电动机 20 的运动传递至齿 条 14。
转向轴 12 设置有转向转矩传感器 21。转向转矩传感器 21 输出与由于转向盘 11 的枢转操作而作用在转向轴 12 上的转向转矩相应的信号。此后将由转向转矩传感器 21 输 出的信号所检测到的转向转矩值术语化为转向转矩 Tx。通过转向转矩 Tx 的正负符号来区 别转向盘 11 的操作方向。在此实施例中， 当转向盘 11 沿着右手方向转动时引起的转向转 矩 Tx 表示为正值， 而当转向盘 11 沿着左手方向转动时引起的转向转矩 Tx 表示为负值。因 此， 当以下讨论转向转矩 Tx 的大小时， 将使用其绝对值的大小。 电动机 20 设置有转动角传感器 22。此转动角传感器 22 被结合在电动机 20 内， 并 输出与电动机 20 的转子的转动角速度相应的检测信号。来自转动角传感器 22 的检测信号 用于计算电动机 20 的转动角和转动角速度。此外， 电动机 20 的转角与转向盘 11 的转向角 成比例， 并因此也用作转向盘 11 的转向角。此外， 作为电动机 20 的转动角的时间微分的转 动角速度与转向盘 11 的转向角速度成比例， 并因此也用作转向盘 11 的转向速度。此后， 由 转动角传感器 22 的输出信号检测得到的转向盘 11 的转向角的值将被术语化为转向角 θx， 并且通过对转向角 θx 进行微分获得的转向角速度的值被术语化为转向角速度 ωx。转向 角 θx 的正号和符号分别表示从转向盘 11 的中性位置沿着向右方向和向左方向的转向角。 在此实施例中， 转向盘 11 的中性位置由 “0” 表示， 并且从中性位置沿着向右方向的转向角 由正值表示， 而从中性位置沿着向左方向的转向角由负值表示。
电动机驱动电路 30 是由各由 MOSFET 形成的六个开关元件 31 至 36 组成的三相逆 变电路。具体而言， 通过将第一开关元件 31 和第二开关元件 32 串联连接形成的电路、 通过 将第三开关元件 33 和第四开关元件 34 串联连接形成的电路、 以及通过将第五开关元件 35 和第六开关元件 36 串联连接形成的电路被并联地互联， 从各个串联电路的两个开关元件 (31-32， 33-34， 35-36) 之间的线路引出电源供应线 37。
电流传感器 38 设置在从电动机驱动电路 30 延伸至电动机 20 的电源供应线 37 上。此电流传感器 38 检测 ( 测量 ) 分别对于各相流动的电流， 并将与检测到的电流值对应 的检测信号输出至电子控制单元 60。此后， 该测量得到的电流值将被术语化为电动机电流 iuvw。此外， 此电流传感器 38 将被术语化为电动机电流传感器 38。
对于开关元件 31 至 36 中的每个， 其栅极连接至电子控制单元 60 的辅助控制部分 61( 下文描述 )， 并且由来自辅助控制部分 61 的 PWM 控制信号来控制占空比。由此， 将电动
机 20 的驱动电压调节为目标电压。此外， 如图中的电路符号所示， 构成开关元件 31 至 36 的各个 MOSFET 具有作为其结构一部分的寄生二极管。
接着， 将描述电动助力转向设备的电源供应系统。电动助力转向设备的电源设备 包括 ： 主电源 100， 使主电源 100 的输出电压升高的升压电路 40， 在升压电路 40 与电动机驱 动电路 30 之间并与升压电路 40 和电动机驱动电路 30 并联连接的副电源 50， 以及设置在电 子控制单元 60 内并控制通过升压电路 40 升高的电压的电源控制部分 62。
通过将主电池 101 和交流发电机 102 并联地互联来构造主电源 100， 主电池 101 是 具有 12V 的额定输出电压的通用车载电池， 交流发电机 102 具有 14V 的额定输出电压并通 过发动机的转动来发电。因此， 主电源 100 购车 14V 系统的车载电源。
主电源 100 将电源电力供应至电动助力转向设备， 以及诸如头灯等的其他车载电 负载。电源供应线 103 连接至主电池 101 的电源端子 ( 正极端子 )， 接地线 111 连接至其接 地端子。
电源供应线 103 分支为控制系统电源线 104 和驱动系统电源线 105。控制系统电 源线 104 用作将电源仅供应至电子控制单元 60 的电源线。驱动系统电源线 105 用作将电 源供应至电动机驱动电路 30 和电子控制单元 60 两者的电源线。 点火开关 106 连接至控制系统电源线 104。电源继电器 107 连接至驱动系统电源 线 105。此电源继电器 107 通过来自电子控制单元 60 的辅助控制部分 61 的控制信号而转 为接通， 以形成用于电动机 20 的电源供应电路。控制系统电源线 104 连接至电子控制单元 60 的电源正极端子， 并在其向着点火开关 106 的负载侧 ( 电子控制单元 60 侧 ) 延伸的中途 部分具有二极管 108。 二极管 108 是回流防止元件， 其阴极设置在电子控制单元 60 侧， 并且 其阳极设置在主电源 100 侧， 并仅允许电流沿着电源供应的方向流动。
连接线 109 从驱动系统电源线 105 分支， 连接线 109 在电源继电器 107 的负载侧 连接至控制系统电源线 104。连接线 109 连接至二极管 108 与控制系统电源线 104 连接所 在的连接位置的电子控制单元 60 侧。此外， 二极管 110 连接至连接线 109。此二极管 110 被设置为其阴极连接至控制系统电源线 104 侧， 并且其阳极连接至驱动系统电源线 105 侧。 因此， 形成了如下电路构造 ： 其中电源电力能够从驱动系统电源线 105 经由连接线 109 向控 制系统电源线 104 供应， 但是不能从控制系统电源线 104 向驱动系统电源线 105 供应。驱 动系统电源线 105 和接地线 111 连接至升压电路 40。此外， 接地线 111 还连接至电子控制 单元 60 的接地端子。
电压传感器 51 在升压电路 40 与电源继电器 107 之间设置在驱动系统电源线 105 上。电压传感器 51 被设置用于对不能从主电源 100 向电动机 20 供应电源电力的状态进行 检测。电压传感器 51 检测 ( 测量 ) 驱动系统电源线 105 与接地线 111 之间的电压， 并将检 测信号输出至电源控制部分 62， 并经由电源控制部分 62 输出至辅助控制部分 61。此后， 此 电压传感器 51 将被术语化为第一电压传感器 51， 并且由此检测到的电压值将被术语化为 主电源电压 v1。
升压电路 40 由如下部件构成 ： 设置在驱动系统电源线 105 与接地线 111 之间的电 容器 41， 在电容器 41 的负载侧串联连接至驱动系统电源线 105 的升压线圈 42， 连接在位于 升压线圈 42 的负载侧的驱动系统电源线 105 与接地线 111 之间的第一升压开关元件 43， 在 第一升压开关元件 43 的连接点的负载侧串联连接至驱动系统电源线 105 的第二升压开关
元件 44， 以及连接在位于第二升压开关元件 44 的负载侧的驱动系统电源线 105 与接地线 111 之间的电容器 45。升压电源线 112 连接至升压电路 40 的次级侧。
在此实施例中， 升压开关元件 43、 44 是 MOSFET， 但是也可以将其他类型的开关元 件用作升压开关元件 43、 44。此外， 如图中的电路符号所示， 构成升压开关元件 43、 44 的各 个 MOSFET 具有作为其结构的一部分的寄生二极管。
对于升压电路 40， 由电子控制单元 60 的电源控制部分 62 来控制升压。电源控制 部分 62 将预定频率的脉冲信号输出至第一和第二升压开关元件 43、 44 的栅极以使两个开 关元件 43、 44 接通和关断， 由此从主电源 100 供应的电源电力的电压得到升高， 并且在升压 电源线 112 上产生预定的输出电压。在此情况下， 第一和第二升压开关元件 43、 44 被控制 使得它们的接通 - 关断动作彼此相反。升压电路 40 在工作时在较短的时长内使第一升压 开关元件 43 接通并使第二升压开关元件 44 关断以使电流流经升压线圈 42， 使得电力蓄积 在升压线圈 42 中， 并紧接着使第一升压开关元件 43 关断并使第二升压开关元件 44 接通， 使得蓄积在升压线圈 42 中的电力输出。
通过电容器 45 使第二升压开关元件 44 的输出电压平滑。 因此， 从升压电源线 112 输出稳定的升压电源电力。在此情况下， 可以并联地连接不同频率的多个电容器以提高平 滑特性。此外， 设置在升压电路 40 的输入侧的电容器 41 将噪音去除， 否则噪音将向主电源 100 侧传递。
可以通过对第一和第二升压开关元件 43、 44 的占空比的控制 (PWM 控制 ) 来在例 如 20V 至 50V 的范围内控制升压电路 40 的升压电压 ( 输出电压 )。 此外， 作为升压电路 40， 可以使用通用的 DC-DC 变压器。
升压电源线 112 分支为升压电压驱动线 113 和充电 / 放电线 114。升压电压驱动 线 113 连接至电动机驱动电路 30 的电源输入部分。充电 / 放电线 114 连接至副电源 50 的 正极端子。
副电源 50 是存储从升压电路 40 输入的电力的蓄电设备， 并且在电动机驱动电路 30 需要大量电力时通过向电动机驱动电路 30 供应电源电力来辅助主电源 100。此外， 当主 电源 100 失效 ( 失去其供应电源电力的能力 ) 时， 使用副电源 50 来单一地向电动机驱动电 路 30 供应电源电力。因此， 通过将多个蓄电单元串联连接使得能够维持与升压电路 40 的 升压电压对应的电压， 来构造副电源 50。副电源 50 的接地端子连接至接地线 111。作为此 副电源， 可以例如使用电容器 ( 电双层电容器 )。
副电源 50 还向电子控制单元 60 供应电源电力。当从主电源 100 向电子控制单元 60 的电源电力供应不能良好地进行时， 副电源 50 代替主电源 100 向电子控制单元 60 供应 电源电力。 此外， 电子控制单元 60 具有降压电路 (DC/DC 变压器， 未示出 )， 该降压电路使从 副电源 50 供应的电源电力的电压降低， 并内置在电力接收部分中。利用该降压电路， 电子 控制单元 60 将电压调节至合适的电压。
电压传感器 52 设置在升压电路 40 的输出侧。电压传感器 52 检测升压电源线 112 与接地线 111 之间的电压， 并将与检测值相应的信号输出至电源控制部分 62。在此电路构 造中， 因为升压电源线 112 和充电 / 放电线 114 连接， 所以由电压传感器 52 测量得到的测 量值是升压电路 40 的输出电压 ( 升压电压 ) 和副电源 50 的输出电压 ( 电源电压 ) 中较高 的电压。此后， 电压传感器 52 将被术语化为第二电压传感器 52， 并且由此检测到的电压值将被术语化为输出电源电压 v2。
此外， 升压电压驱动线 113 设置有检测流经电动机驱动电路 30 的电流的电流传感 器 54。电流传感器 54 连接至电子控制单元 60 的电源控制部分 62， 并将表示测量到的输出 电流 i2 的信号输出至电源控制部分 62。此后， 电流传感器 54 将被术语化为输出电流传感 器 54。
此外， 充电 / 放电线 114 设置有检测流经副电源 50 的电流的电流传感器 53。电 流传感器 53 连接至电子控制单元 60 的电源控制部分 62， 并将表示测量得到的充电 / 放电 电流 isub 的信号输出至电源控制部分 62。电流传感器 53 识别电流的方向 ( 即， 从升压电 路 40 向副电源 50 流动的充电电流， 以及从副电源 50 向电动机驱动电路 30 流动的放电电 流 )， 并测量电流的大小。 充电 / 放电电流 isub 在作为充电电流流动时由正值表示， 并在作 为放电电流流动时由负值表示。此后， 电流传感器 53 将被术语化为充电 / 放电电流传感器 53， 并且由此检测到的电流值将被术语化为充电 / 放电电流 isub。
电子控制单元 60 具有作为主要部分的具有内置存储器等的微计算机。电子控制 单元 60 的功能被粗略地划分为辅助控制部分 61 和电源控制部分 62。辅助控制部分 61 连 接至转向转矩传感器 21、 转动角传感器 22、 电动机电流传感器 38、 以及车速传感器 23， 并接 收表示转向转矩 Tx、 转向角 θx、 电动机电力 iuvw 以及车速 Vx 的传感器信号的输入。辅助 控制部分 61 基于这些传感器信号向电动机驱动电路 30 输出 PWM 控制信号以控制电动机 20 的驱动， 并因此在转向操作时辅助驾驶员。 电源控制部分 62 通过执行升压电路 40 的升压控制来控制副电源 50 的充电和放 电。电源控制部分 62 连接至第一电压传感器 51、 第二电压传感器 52、 充电 / 放电电流传感 器 53、 以及输出电流传感器 54， 并接收表示主电源电压 v1、 输出电源电压 v2、 实际充电 / 放 电电流 isub、 以及输出电流 i2 的传感器信号的输入。基于这些传感器信号， 电源控制部分 62 将 PWM 控制信号输出至升压电路 40， 使得副电源 50 的荷电状态达到目标荷电状态。升 压电路 40 通过根据输入的 PWM 控制信号控制第一和第二升压开关元件 43、 44 的占空比， 来 改变升压电压， 即升压电路 40 的输出电压。此外， 当已经检测到主电源 100 的失效时， 电源 控制部分 62 停止升压电路 40 的电压升压工作。
辅助控制部分 61 和电源控制部分 62 彼此收发信息。例如， 由电源控制部分 62 获 得的信息 ( 主电源电压 v1、 输出电源电压 v2、 充电 / 放电电流 isub、 以及输出电流 i2) 被供 应至辅助控制部分 61。
通常， 在静态转向操作时或者在较低车速的情况下操作转向车把时， 电动助力转 向设备需要大量电力， 这可以由下述的静态辅助控制得到理解。 但是， 为了预备暂时的大电 力消耗而增大主电源 100 的容量是不优选的。因此， 此实施例的电动助力转向设备配备有 在暂时大电力消耗时补充电源供应的副电源 50， 而不是增大主电源 100 的容量。 此外， 为了 有效地驱动电动机 20， 构造了包括升压电路 40 并将升压电力供应至电动机驱动电路 30 和 副电源 50 的系统。
顺便提及， 有时发生电源电力不能从主电源 100 供应至电动机 20 的情况。其原因 的示例包括电源继电器 107 的失效、 驱动系统电源线 105 的断线、 电源线的不良连接器连接 等。在这样的情况下， 此实施例的电动助力转向设备通过仅使用副电源 50 来继续转向辅助 控制。但是， 因为存在对于能够从副电源 50 供应的电力量的限制， 所以需要通过限制电动
机 20 的输出 ( 辅助力 ) 来有效地利用副电源 50 保存的电力。 但是， 如果电动机输出被急剧 地限制， 则辅助转向力将急剧变化， 会让驾驶员受惊或对驾驶员引起不舒适的感觉。因此， 在此实施例中， 当主电源 100 异常时， 以不会对驾驶员引起不舒适的方式， 并通过将安全性 考虑在内， 来限制电动机输出。
对于静态转向操作或者在低车速情况下的转向操作， 如果不考虑舒适性， 则对于 转向辅助的需求较低。另一方面， 对于在高车速情况下的转向操作， 如果考虑安全性， 则对 于转向辅助的需求较高。 例如， 在为了避免与其他车辆接触等执行紧急转向操作的情况下， 转向辅助是有效的。考虑这些因素， 此实施例的电动助力转向设备根据主电源 100 是正常 还是异常来切换转向辅助控制。
这里， 将描述由电子控制单元 60 的辅助控制部分 61 执行的转向辅助控制。图 2 表示由辅助控制部分 61 执行的转向辅助控制例程。转向辅助控制例程作为控制程序存储 在电子控制单元 60 的 ROM 内， 并在点火开关 106 接通时启动， 并以预定的短周期重复地执 行。
当控制例程启动时， 辅助控制部分 61 首先在步骤 S11 读取由车速传感器 23 检测 到的车速 Vx、 由转向转矩传感器 21 检测到的转向转矩 Tx、 以及由第一电压传感器检测到的 主电源电压 v1。 随后在步骤 S12， 辅助控制部分 61 参考辅助对照图来计算与车速 Vx 和转向转矩 Tx 对应的电动机 20 的目标电流 ias*。辅助对照图是如图 3 所示用于基于车速 Vx 和转向转 矩 Tx 来设定电动机的目标电流 ias* 的参考对照图， 并被存储在电子控制单元 60 的存储器 * 中。辅助对照图设定目标电流 ias ， 使得目标值随着转向转矩 Tx 的增大而增大， 并根据车 * * 速改变转向转矩 Tx 与目标电流值 ias 之间的关系， 并还将目标电流 ias 设定为锁着车速 Vx 变低而变大的值。此外， 如图 3 所示的辅助对照图表示目标电流值 ias* 相对于沿着向右 方向的转向转矩 Tx 的特性。对于其沿着向右方向的特性， 仅方向相反， 就绝对值而言与如 图 3 所示的特性没有不同。
电动机 20 的目标电流 ias* 对应于电动机 20 的目标转矩。因此， 为了将基于转向 * 角 θx、 转向速度 ωx 等的补偿转矩纳入因素， 可以将目标转矩 ias 校正对应的量。例如， * 可以将目标电流 ias 校正为将与如下补偿转矩对应的量纳入因素的目标值 ： 该补偿转矩是 转向轴 12 朝向基准位置的返回力 ( 其与转向角 θx 成比例地增大 ) 和与抵抗转向轴 12 的 转动的阻抗力对应的反向转矩 ( 其与转向速度 ωx 成比例地增大 ) 的和值。为了该计算， 将由转动角传感器 22 检测到的电动机 20 的转动角 ( 与转向盘 11 的转向角 θx 对应 ) 输 入至辅助控制部分 61。 此外， 通过对转向盘 11 的转向角 θx 对时间求微分来得到转向速度 ωx。
接着， 在步骤 S13， 辅助控制部分 61 从电动机电流传感器 38 读取流经电动机 20 的 电动机电流 iuvw。随后在步骤 S14， 辅助控制部分 61 反馈电动机电流 iuvw， 并计算电动机 * 电流 iuvw 与已经计算得到的目标电流 ias 的偏差 Δi， 基于偏差 Δi 计算由 PI 控制 ( 比 * 例及积分控制 ) 进行的中间命令电压 v ’ 。
随后在步骤 S15， 辅助控制部分 61 判定由第一电压传感器 51 检测到的主电源电压 v1 是否低于或等于主电源失效基准电压 vref1。主电源失效基准电压 vref1 是用于判定是 否存在主电源 100 的失效的设定电压， 并被预先存储在电子控制单元 60 的 ROM 等中。辅助
控制部分 61 执行的步骤 S15 的处理可以被视为本发明的电力异常检测装置。
如果在步骤 S15， 结果为 “否” ， 即， 判定为主电源 100 未失效， 则处理进行至步骤 S16， 在步骤 S16， 辅助控制部分 61 将在步骤 S14 中计算得到的中间命令电压 V*’ 设定为命 * 令电压 v 。
然后， 在步骤 S17， 辅助控制部分 61 向电动机驱动电路 30 输出与命令电压 v* 相应 的 PWM 控制信号。此后， 辅助控制部分 61 暂时结束控制例程。此控制例程以预定较短的周 期重复地执行。因此， 通过执行该控制例程， 控制电动机驱动电路 30 的开关元件 31 至 36 的占空比， 使得获得基于驾驶员转向操作的期望转向辅助力。
此外， 电动机 20 的前述反馈控制通过由二相 d-q 轴坐标系表示的向量系统来执 行， 在所述二相 d-q 轴坐标系中， q 轴表示电动机 20 的转动方向， 而 d 轴表示与转动方向正 交的方向。 因此， 辅助控制部分 61 配备有将由电动机电流传感器 38 检测到的三相电动机电 流 iuvw 转换为 d-q 轴坐标系内的值的三相 / 二相坐标转换器 ( 未示出 )。此外， 在设定目 * * * 标电流 ias 时， 同样， 辅助控制部分 61 计算在 d-q 坐标系内的目标电流 (Id ， Iq )。在此情 况下， 引起电动机 20 产生转矩的 q 轴电流被设定为根据辅助对照图得到的目标电流 ias*。 此外， 为了计算与偏差 (Id*-Id， Iq*-Iq) 对应的三相电压命令值 ( 命令电压 v*)， 辅助控制部 分 61 配备有二相 / 三相坐标转换部分 ( 未示出 )。利用二相 / 三相坐标转换部分， 辅助控 * 制部分 61 计算三相命令电压 v 。 在此实施例中， 为了方便简单的说明， 不是用 d-q 轴坐标系中的表示， 而将目标电 * 流简单地表示为 ias ， 并将由电动机电流传感器 38 检测到的电动机电流表示为 iuvw。
将回到对如图 2 所示的转向辅助控制的说明。如果主电源 100 正常 (S15 中的 “否” )， 则重复前述处 (S11 至 S17)。如果主电源 100 失效因而主电源电压 v1 降低到主电 源失效基准电压 vref1 以下， 则对步骤 S15 中的判定的结果变为 “是” ， 并且执行从步骤 S18 开始的处理。
在步骤 S18， 辅助控制部分 61 执行对电动机 20 的上限电力设定处理。将参照图 4 详细说明此处理。图 4 是表示上限电力设定例程的流程图。此上限电力设定例程被结合作 为转向辅助控制例程中步骤 S16 的处理， 因此在重复执行转向辅助控制例程所在的每个周 期执行。
如果主电源 100 已经失效， 则辅助控制部分 61 设定电动机 20 的输出的上限。电 动机 20 的输出可以由转向辅助力和转向速度 ωx 的乘积表示。电动机 20 的输出可以被推 定为作为电源电力向驱动电动机 20 的电动机驱动电路 30 供应的电力。因此， 在此实施例 中， 为了方便地设定电动机 20 的输出的上限， 来设定作为电源电力向电动机驱动电路 30 供 应的电力的上限。
当上限电力设定例程启动时， 辅助控制部分 61 首先在 S101 中由上限电力设定对 照图来计算上限电力 Pmax(Vx)。 上限电力设定对照图被设置为用于如图 5 的实线所示根据 车速 Vx 来设定要供应至电动机 20 的电力的上限值， 并被存储在电子控制单元 60 的存储器 中。由此上限电力设定对照图的特性可以理解， 在车速 Vx 的从零到基准车速 V0 的范围内 设定随着车速升高而增大的上限电力 Pmax(Vx)。换言之， 设定随着车速的降低而减小的上 限电力 Pmax(Vx)。此外， 如果车速 Vx 超过基准车速 V0， 则设定固定的上限电力 Pmax(Vx)。
电动机 20 的输出可以被推定为被供应至电动机 20 的电力。因此， 在此上限电力
设定对照图中， 设定并存储了车速 Vx 与电动机 20 的输出上限值之间的关系。此外， 对于上 限电力 Pmax(Vx) 的设定， 并不一定需要使用对照图。例如， 可以通过允许从车速 Vx 推导上 限电力 Pmax(Vx) 的信息 ( 例如， 函数 ) 来设定上限电力 Pmax(Vx)。
在根据车速 Vx 设定上限电力 Pmax(Vx) 之后， 辅助控制部分 61 在步骤 S102 判定 车速 Vx 是否为零 (Vx ＝ 0)。如果车速 Vx 为零 (S10 为 “是” )， 则处理进行至步骤 S103， 在 步骤 S103， 辅助控制部分 61 检查车辆启动计时器计数值 m 是否为零 (m ＝ 0)。如果车辆启 动计时器计数值不为零， 则辅助控制部分 61 在步骤 S104 将车辆启动计时器计数值 m 清零。 此车辆启动计时器计数值 m 用于对车辆从停止状态 (Vx ＝ 0) 启动起所经过的时间进行计 量。因此， 步骤 S103、 S104 的处理是为车辆的出发启动所准备的将计时器计数值重置的处 理。
随后在步骤 S105， 辅助控制部分 61 判定停止计时器计数值 n 是否已经达到基准值 α。 如果停止计时器计数值 n 尚未达到基准值 α， 则处理进行至步骤 S106， 在步骤 S106 中， 辅助控制部分 61 将停止计时器计数值 n 增加值 1。此停止计时器计数值 n 用于对车辆停止 起经过的时间进行计量。如果停止计时器计数值 n 已经达到基准值 α(S105 中的 “是” )， 则跳过步骤 S106 的处理。此外， 当辅助控制例程启东时， 车辆启动计时器计数值 m 和停止 计时器计数值 n 被设定为值 0。
随后， 在步骤 S107， 辅助控制部分 61 使用以下等式 (1) 来计算最终上限电力 Pmax ：
Pmax ＝ ((a-n)/a)·Pmax(Vx) ...(1)
在步骤 S107 中计算得到最终上限电力 Pmax 之后， 辅助控制部分 61 退出上限电力 设定例程， 并进行到转向辅助控制例程中的步骤 S19。 以转向辅助控制例程的相同周期执行 上限电力设定例程。因此， 步骤 S105 至 S107 形成了根据从车辆停止起经过的时间来使上 限电力 Pmax 从 Pmax(Vx) 逐渐减小的处理。
紧接着车辆停止行驶之后， 所设定的停止计时器计数值 n 是值 0， 并且 Pmax(Vx) 被 直接设定为最终上限电力 Pmax。 当车辆处于停止状态时， 每次重复上限电力设定例程时， 使 停止计时器计数值 n 递增。 因此， 每次最终设定的上限电力 Pmax 减小了上限电力 Pmax(Vx) 的 1/a。然后， 当停止计时器计数值 n 达到基准值 α 时， 上限电力 Pmax 达到零。
在图 5 中， 从车辆停止起上限电力 Pmax 的改变由箭头 A 表示。如图 5 所示， 随着 从车辆停止起的时间经过， 上限电力 Pmax 从紧接着车辆停止之后发生的 Pmax(0) 减小， 并 接着最终达到零。可以根据上限电力设定例程的控制周期和基准值 α 将上限电力 Pmax 的 减小的速率设定在期望值。
将返回至对如图 4 所示的上限电力设定例程的说明。如果在步骤 S102 中判定为 车速 Vx 不为零， 则辅助控制部分 61 在步骤 S108 中检查停止计时器计数值 n 是否为零 (n ＝ 0)。如果停止计时器计数值 n 不为零， 则辅助控制部分 61 在步骤 S109 中将停止计时器 计数值 n 清零。因此， 步骤 S108、 S109 的处理是为了车辆的停止而准备的重置计时器计数 值的处理。
随后在步骤 S110， 辅助控制部分 61 判定车辆计时器计数值 m 是否已经达到基准值 b。如果车辆启动计时器计数值 m 尚未达到基准值 b， 则辅助控制部分 61 在步骤 S111 使车 辆启动计时器计数值 m 递增 1。如果车辆启动计时器计数值 m 已经达到基准值 b(S110 中的“是” )， 则跳过步骤 S111 的处理。
随后在步骤 S112， 辅助控制部分 61 通过使用以下等式 (2) 来计算最终上限电力 Pmax ：
Pmax ＝ (m/b)·Pmax(Vx) ...(2)
在步骤 S112 中计算得到最终上限电力 Pmax 之后， 辅助控制部分 61 退出上限电力 设定例程， 并进行到转向辅助控制例程中的步骤 S19。因此， 步骤 S110 至 S112 的处理是随 着车辆出发启动之后经过的时间而逐渐地使上限电力 Pmax 从零增大至上限电力 Pmax(Vx) 的处理。
紧接着车辆开始行驶之后， 所设定的车辆启动计时器计数值 m 是值 0， 并且上限 电力 Pmax 被设定为零。然后， 当车辆正在行驶时， 每次重复上限电力设定例程就使车辆启 动计时器计数值 m 递增。因此， 上限电力 Pmax 与上限电力 Pmax(Vx) 的比例每次增大 1/ b。然后， 当车辆启动计时器计数值 m 达到基准值 b 时， 上限电力 Pmax 变为等于上限电力 Pmax(Vx)。
在图 5 中， 在车辆出发启动之后上限电力 Pmax 的改变由箭头 B 表示。 如图 5 所示， 随着出发启动起经过的时间， 上限电力 Pmax 从零增大， 并最终达到上限电力 Pmax(Vx)。可 以根据上限电力设定例程的控制周期和基准值 b 将上限电力 Pmax 的增大的速率设定在期 望值。
在通过上限电力设定例程设定上限电力 Pmax 之后， 辅助控制部分 61 进行至转向 辅助控制例程中的步骤 S19。在步骤 S19， 辅助控制部分 61 读取由第二电压传感器 52 检测 到的输出电源电压 v2 和由输出电流传感器 54 检测到的输出电流 i2。
随后在步骤 S20， 辅助控制部分 61 根据输出电源电压 v2 和输出电流 i2 的乘积来 计算由 20 消耗的电力 ( 被术语化为实际电力 Px)。
随后在步骤 S21， 辅助控制部分 61 判定实际电力 Px 是否大于上限电力 Pmax。 作为 上限电力 Pmax， 使用在步骤 S18 中设定的值。如果实际电力 Px 不大于上限电力 Pmax(S21 中的 “否” )， 则处理进行至步骤 S16， 在步骤 S16， 辅助控制部分 61 将在步骤 S14 中先前计 * * 算得到的中间命令电压 v ’ 设定为命令电压 v 。另一方面， 如果实际电力 Px 大于上限电力 Pmax(S21 中的 “是” )， 处理进行至步骤 S22， 在步骤 S22， 辅助控制部分 61 计算实际电力 Px 与上限电力 Pmax 之间的偏差 ΔP， 并基于偏差 ΔP 通过 PI 控制 ( 比例及积分控制 ) 来计算 * 命令电压 v 。即， 辅助控制部分 61 反馈实际电力 Px， 并计算命令电压 v* 使得实际电力 Px 与上限电力 Pmax 之间的偏差 ΔP 变为零。在此情况下， 施加限制使得命令电压 v* 不会降 低至低于中间命令电压 v*’ ， 并且实际电力 Px 不会超过上限电力 Pmax。
根据前述实施例的电动助力转向设备， 在主电源 100 失效的情况下， 可以通过有 效地利用副电源 50 的电力来继续转向辅助控制。即， 当车辆正在行驶时， 该设备执行控制 以在对电动机 20 的输出施加上限限制的同时获得转向辅助力。当车辆处于停止状态时， 该 设备执行控制使得不产生转向辅助力。以此方式， 可以实现副电源 50 的更长使用寿命。
在静态转向操作时， 电动机 20 的电力消耗变得最大。因此， 在静态转向操作时停 止转向辅助的情况下， 副电源 50 的使用寿命可以最有效地得到延长。另一方面， 对于车辆 行驶期间的转向操作， 车速变得越高则使电动机 20 的电力消耗越小。此外， 在车辆的行驶 期间， 考虑到安全性例如， 在为了避免与其他车辆接触而执行紧急转向操作的情况下等， 车速变得越高， 则转向辅助的需求越强。
因此， 在此实施例中， 在异常时， 例如当主电源 100 失效等时， 通过如图 5 的对照图 所示随着车速 Vx 升高而增大电动机 20 的上限电力 Pmax， 来确保安全性， 并且通过随着车 速 Vx 降低而减小电动机 20 的上限电力 Pmax 来约束副电源 50 的电力消耗。因此， 可以保 持安全性与副电源 50 的使用寿命之间的良好平衡。
此外， 在紧接着车辆停止之后， 不停止转向辅助， 而是在车辆停止轴逐渐减小电动 机 20 的上限电力 Pmax。最终， 停止转向辅助。因此， 转向辅助特性不会急剧地改变。因此， 该设备不会使驾驶员受惊， 或不会对驾驶员引起显著不舒适的感觉。
此外， 即使当车辆要启动时， 电动机 20 的上限电力 Pmax 也从零逐渐增大至上限电 力 Pmax(Vx)， 由此转向辅助特性不会急剧地改变， 因此不会使驾驶员受惊， 或不会对驾驶员 引起显著不舒适的感觉。
此外， 在主电源 100 失效的情况下， 因为由于对电动机 20 的输出的限制导致转向 盘的操作变得较沉重， 所以能够使此异常被驾驶员发觉。 因此， 驾驶员可以在检测到主电源 100 失效之后的较早阶段应对该失效， 例如， 请求修理等。例如， 即使主电源 100 失效， 也可 以通过像过去一直使用副电源 50 那样使用副电源 50 来继续转向辅助控制。在此情况下， 副电源 50 的供应电力的能力可能会损失， 转向辅助的提供急剧地中断， 提高了对驾驶员引 起显著不舒适感觉的可能性。另一方面， 在此实施例中， 通过从检测到主电源 100 的失效时 起限制电动机 20 的输出， 来基本防止对驾驶员引起这种不舒适感受的事件。 此外， 在本实施例中， 为了执行对电动机 20 的输出限制， 通过使用向电动机驱动 电路 30 供应的电力， 即直流输出电源电压 v2 和输出电流 i2 的乘积 (v2×i2)， 来计算实际 电力 Px。因此， 计算非常简单。此外， 因为限制电动机 20 的输出的控制被结合在转向辅助 控制中， 并通过电动机驱动电路 30 的 PWM 控制来执行， 所以此实施例不需要任何用于限制 电动机输出的专用控制电路。因此， 此实施例不会引起成本升高。
虽然以上已经解释了本发明的一些实施例， 但是应该理解， 本发明不限于所解释 的实施例的细节， 而是可以在不偏离本发明的实旨和范围的情况下， 以本领域的技术人员 可以进行的各种改变、 修改或改进来实施。
例如， 虽然以上实施例配备有作为电源设备的主电源 100 和副电源 50， 但是副电 源 50 可以省略。在此情况下， 只要通过检测主电源 100 的异常 ( 例如， 电源电压的降低等 ) 来执行前述转向辅助控制即可。
此外， 本实施例中的电动机驱动电路 30、 以及电子控制单元 60 的辅助控制部分 61 可以被视为本发明中的电动机控制装置。 此外， 转向辅助控制例程中的步骤 S18 至步骤 S22 的处理可以被视为本发明中的输出限制装置。