CN1734923B - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动动力转向装置。其目的在于提供一种能够避免控制装置大型化和可靠性降低，实现与弄错电池极性的连接相对应的保护，防止FET导通故障导致需要的操舵力增大的情况发生的电动动力转向装置。解决的方法是，在具有将电源连接在输入端子之间，另一方面将电动机连接在输出端子之间的电桥电路，通过该电桥电路对上述电动机通电，使电动机动力作用于转向***的电动动力转向装置中，上述电桥电路包含规定数量的，使上述二极管互为相反极性地，将开关元件与二极管并联的电路加以串联构成的桥臂。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及电动动力转向(steering)装置。

背景技术

一直以来，以谋求减轻燃料费等的电动机作为动力的电动动力转向装置相对于以油压作为动力的油压动力转向装置日趋实用化。

这样的电动动力转向装置的控制装置，如图3所示那样，具有由4个MOS型场效应晶体管(以下称FET)Q1～Q4构成的电桥电路，将电池B连接在其输入端子之间，将直流电动机M连接在其输出端子之间，通过对构成对边的FET进行导通驱动或者PWM驱动，向左方向或者右方向驱动。

又，构成电桥电路的FETQ1～Q4中的1个，在产生诸如非驱动状态也导通的故障(以下称“导通故障”)的情况下(图3中Q3产生导通故障的情况)，即使控制装置检测出该导通故障并停止控制，也形成直流电动机M→FETQ3→FETQ4的寄生二极管的构成的闭回路，驾驶者在掌舵时，直流电动机作为发电机工作并且流出发电电流(制动电流)(图3中用实线箭头表示)，因此导致驾驶者掌舵所需要的操舵力比单单停止控制的情况(即手动操舵力)大，存在掌舵感显著恶化的问题。

为了解决该问题，如图4所示那样将电动机继电器RI***电桥电路的输出端子与直流电动机M之间，在控制装置中产生包括导通故障在内的任何异常的情况下，通过断开该电动机继电器R1，防止形成上述闭电路，并防止需要的操舵力变大。

专利文献1：日本特公平7-96387号公报

在构成该电桥电路的FETQ1～Q4中，在结构上存在寄生二极管，因此将电池连接在电桥电路的输入端子之间时，一旦连接极性出错(图3虚线所示)，将产生短路电流通过该寄生二极管流通(图3中用虚线箭头表示)，破坏FETQ1～Q4的问题，为防止该情况发生，如图4所示那样，在输入端子和电池之间***常开电源继电器R2。

专利文献2：日本特许2506269号公报

又，同样为了解决该问题，也建议在电桥电路的各个输入端子间***二接点继电器。

专利文献3：日本特开2001-106098号公报

在上述控制装置中，均需要***继电器。而且为解决上述问题的两个发面，必需***两个继电器。该继电器在正常时必须使电流流过电动机，在电动动力转向装置中，流过数十A的电流，因此必须采用电流容量大的大型继电器，妨碍了控制装置的小型化。

又，将比较大的继电器设置于基板上等情况下，只要其重心偏离(高于)设置面，就有可能发生相对安装了电动动力转向装置的车辆的各种振动(发动机振动以及行驶振动)的抗振性弱，继电器的连接部位断线的情况，并且，继电器的接点可能发生熔敷，在其接点发生熔敷的情况下，将无法防止FET导通故障引起的需要的操舵力增大，且在电池极性误连接时不能够进行保护，对控制装置的可靠性的提高方面也有不良影响。

本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于，提供一种不导致控制装置大型化和可靠性降低，能够防止FET导通故障引起需要的操舵力增大的情况防止，并能够实现电池极性误接的情况下的保护的电动动力转向装置。

发明内容

本发明的电动动力转向装置，具有将电源连接于输入端子之间，另一方面将电动机连接于输出端子之间的电桥电路，通过该电桥电路对上述电动机通电，使电动机动力作用于转向***，在该电动动力转向装置中，上述电桥电路包含规定数量的，使上述二极管的相同极性端相互连接地，将两个以上的开关元件与二极管并联的电路加以串联构成的桥臂。

又，电动机为直流电动机，电桥电路由4个桥臂形成，对相对的桥臂的一方进行导通驱动，对其另一方进行PWM驱动，导通驱动的桥臂是使上述二极管的相同极性端相互连接地，将开关元件和二极管并联的电路加以串联而形成的。

又，电动机为直流电动机，电桥电路由4个桥臂形成，所有的桥臂是使上述二极管的相同极性端相互连接地，将开关元件和二极管并联的电路加以串联而形成的。

又，电动机为三相电动机，电桥电路由6个桥臂形成，所有的桥臂是使上述二极管的相同极性端相互连接地，将开关元件与二极管并联的电路加以串联而形成的。

而且，电动动力转向装置还包括用于去除噪音用的电容器，其中电容器的一端连接至开关元件与二极管并联电路的串联连接的连接点上。

还有，开关元件为场效应晶体管，并联连接的二极管为上述场效应晶体管的寄生二极管。

附图说明

图1示出本发明的电动动力转向装置的一个实施方式的构成以及动作。

图2是本发明的电动动力转向装置的另一实施方式的主要结构图。

图3示出已有电动动力转向装置中的电桥电路的结构以及动作。

图4示出已有电动动力转向装置中的电桥电路的结构以及动作的图。

符号说明

1.微机，2.转矩传感器，3.车速传感器，4.电流传感器，5.驱动电路，6.电桥电路，M为直流电动机，B为电池，Q1～Q4以及Q11～Q42为MOS型场效应晶体管，C1以及C2为去除噪音用电容器，R1为电动机继电器，R2为电源继电器。

具体实施方式

实施方式1

以下对本发明一实施方式进行说明.图1是本发明的一实施方式的整体结构图.电动动力转向装置是如下所述的装置，即微机1根据作用于掌舵***(未图示)的转矩传感器2检测出的掌舵转矩、车速传感器3测出的车速、电流传感器4测出的流入直流电动机的电流等的输入，计算需要的辅助转矩以及辅助方向，将与该辅助转矩相对应的目标电动机电流以及与辅助方向相对应的电动机驱动方向传送到驱动电路5，驱动电路5通过对构成电桥电路的FETQ11～Q42进行导通驱动或者PWM驱动，驱动直流电动机M，通过减速机(未图示)将该直流电动机M发生的转矩加在掌舵***上以辅助操舵力.

本发明的电动动力转向装置中的电桥电路，如图1所示由8个开关元件以及二极管的并联电路(Q11～Q42)构成，开关元件采用FET，二极管由FET的寄生二极管构成。另外，电桥电路的一个桥臂是将两个FET作为一对(Q11与Q12、Q21与Q22、Q31与Q32、Q41与Q42)而构成，将这一对FET串联连接，使相互间的寄生二极管为相反极性。(以下将这些FET中的Q11、Q21、Q32、Q42称为反向FET，将Q12、Q22、Q31、Q41称为正向FET。

本发明的电动动力转向装置是如上述利用来自驱动电路5的驱动信号对8个FET进行导通驱动或者PWM驱动，使直流电动机M产生右方向以及左方向的转矩(辅助转矩)的装置，下面对该驱动电路5的驱动信号进行说明。

首先，接通车辆的IG开关(未图示)时，即由电池B提供电源，启动微机1。微机1在起动时进行通常熟悉的异常判断，并向起动电路5输出动作命令。接收该动作命令的驱动电路5输出对反向FETQ11、Q21、Q32、Q42全部进行导通驱动的信号。平时输出对该反向FETQ11、Q21、Q32、Q42进行导通驱动的信号，直到IG开关断开或者微机1检测出***中发生某种异常并停止控制为止。微机1还接收转矩传感器2、车速传感器3、电流传感器4等的输出，决定辅助转矩以及辅助方向，并将与这些相对应的目标电动机电流以及电动机驱动方向传送到驱动电路5，驱动电路5据此对形成电桥电路的相对桥臂的正向FET(Q12与Q41或者Q22与Q31)进行导通驱动或者PWM驱动。

本发明的电动动力转向装置如上述那样构成，即使误接电池B的极性，也可以利用反向FETQ11、Q21、Q32、Q42的寄生二极管防止短路电流流动。又，任何1个FET发生导通故障时，例如正向FETQ12发生导通故障时，微机1检测出该正向FETQ12的导通故障，驱动电路5停止向所有8个FET输出驱动信号。因此除发生导通故障的正向FETQ12以外的7个FET全部被截至。如果是这种状态，即使驾驶者掌舵，直流电动机M作为发动机工作，如果是图1中的实线箭头方向，可以利用正向FETQ22的寄生二极管，反之如果是图1中的虚线箭头方向，可以利用反向FETQ21以及正向Q12的寄生二极管，防止制动电流通过，驾驶者掌舵所必要的操舵力将不会超过手动操舵力。

又，本发明的电动动力转向装置如上所述构成，不采用构成控制装置的部件中的作为大型部件的继电器，因此不会导致控制装置的大型化，此外，设置在基板上时，重心相对于基板面较低，对车辆的振动耐受能力高，连接部位断线的可能性极低，还有，无需担心如继电器那样发生接点熔敷，控制装置的可靠性有了飞跃提高。

又，图1中，将去除噪音用的电容器C1、C2连接在一对FET的连接点a-c之间以及b-d之间。通过这样的连接，即使在误接电池B的极性的情况下，也可以无需利用反向FET的寄生二极管向电容器C1、C2施加反向电压而能够保护该电容器。而且，该电容器的连接，即使不是图1的连接，也可以例如像点a-地之间及点b-地之间、或者点c-电池之间及点d-电池之间那样连接，其要点是，如果是可以防止利用反向FET的寄生二极管向电容器施加反向电压的连接，就可以起到同样的效果。

又，上述的实施方式中，在对反向FETQ11、Q21、Q32、Q42进行控制期间，经常采取使其导通的方式，例如，也可以在对应直流电动机M的驱动方向对FETQ12以及Q41进行驱动时，对反向FETQ11与Q42进行导通驱动，对正向FETQ22与Q31进行驱动时，对反向FETQ21和Q32进行导通驱动，此外，也可以将构成电桥电路的桥臂的正向FET及反向FET配对(Q11与Q12、Q21与Q22、Q31与Q32、Q41与Q42)同时驱动.这种情况下，在FETQ11与Q12、FETQ41与Q42导通时，进行互补性驱动使Q21与Q22、Q31与Q32截至.

实施方式2

下面对本发明的电动动力转向装置的其他实施方式进行说明。采用电桥电路对直流电动机进行可逆旋转驱动时，通常所知有对相对的桥臂的双方进行进行PWM驱动的驱动方法以及对相对的桥臂的一方进行导通驱动、对另一方进行PWM驱动的方法。下面对采用后者的驱动方法时的FET的导通故障的发生状态进行说明。

下面就例如在图3中对高电位侧FET(Q1或Q2)进行导通驱动，对低电位侧FET(Q3或Q4)进行PWM驱动的情况进行说明，在点A(直流电动机M的一个的端子)中引发接地故障的状态下，一旦对应该旋转驱动直流电动机M的高电位侧FETQ1进行导通驱动以及对低电位侧FETQ4进行PWM驱动，有时会产生短路电路流入FETQ1，FETQ1受到破坏而引发导通故障的情况。另一方面，在点B(直流电动机M的另一个端子)中产生短路故障的状态下，一旦对应该旋转驱动直流电动机M的高电位侧FETQ1进行导通驱动，以及对低电位侧FETQ4进行PWM驱动，短路电路将流入FETQ4，这时，FETQ4被PWM驱动，通过FETQ4的电流受该PWM信号的负荷(duty)控制，因而FETQ4不至于受到破坏。

相反，图3中，就对高电位侧FET(Q1或Q2)进行PWM驱动，对低电位侧FET(Q3或Q4)进行导通驱动的情况进行说明，在点A中引发接地故障的状态下，一旦对应该旋转驱动直流电动机M的高电位侧FETQ1进行PWM驱动并对低电位侧FETQ4进行导通驱动，短路电路将流入FETQ1，这时，FETQ1受PWM驱动，通过FETQ1的电流受该PWM信号的负荷(duty)控制，因而FETQ1不至于受到破坏。另一方面，在点B产生短路故障的状态下，一旦对应该旋转驱动直流电动机M的高电位侧FETQ1进行PWM驱动，并对低电位侧FETQ4进行导通驱动，有时会产生短路电路流入FETQ4，FETQ4受到破坏而引发导通故障的情况。

如上所述，在采用对电桥电路的相对的桥臂的一方进行导通驱动、对另一方进行PWM驱动的方法的情况下，产生导通故障的是导通驱动一侧的桥臂，在PWM驱动的一侧发生导通故障的可能性极低。

本发明的电动动力转向装置的其他实施方式的电桥电路如图2所示那样，高电位侧桥臂与已有的电桥电路一样由单一的FET(Q1以及Q2)构成。另一方面，低电位侧桥臂由正向(Q31以及Q41)与反向FET(Q32以及Q42)分别成对(Q31与Q32成对、Q41与Q42成对)构成，将这对FET串联使相互间的寄生二极管为相反极性。该电桥电路6中，对高位侧桥臂的FET(Q1或者Q2)进行PWM驱动，对低电位侧桥臂的正向FET(Q31或者Q41)进行导通驱动。又，反向FETQ32以及Q42经常在控制装置动作期间被导通驱动。

在这样的电桥电路6中，低电位侧桥臂由2个为一对的FET构成，构成低电位侧桥臂的FET(Q31、Q32、Q41、Q42)中，即使任何1个发生导通故障，也可以利用正常FET防止形成包含直流电动机M的闭回路，因此可以通过驾驶者的操舵使直流电动机M旋转，作为发动机工作，防止操舵所需要的操舵力增大。又，对PWM驱动的高电位侧桥臂，如上述那样，由于产生导通故障的可能性极低，因此现实中无需设置反向FET以备导通故障发生。

又，在这样的电桥电路6中，即使误接电池B的极性，也可以利用反向FETQ32以及Q42的寄生二极管防止短路电流通过.即该实施方式的电动动力转向装置可以相对上述的实施方式1降低使用的FET的数量而在实质性上不导致可靠性降低，并且可以进一步小型化以及低成本.

另外，上述实施方式中，构成以直流电动机为对象，能构成电桥电路的4个桥臂、合计8个FET形成的电桥电路，但是当然，即使是其他电动机也可以起到同样的效果，关于如直流无电刷电动机等三相电动机那样采用三相(6个桥臂)的电桥电路的装置，在采用电动机继电器的情况下，各相都需要电动机继电器，因此设置的继电器数量增多，从而导致控制装置大型化以及可靠性降低。然而，如果依据本发明，利用该发明的6个桥臂、12个FET形成电桥电路，则对于直流电动机不必像上述那样要所有的继电器，因此不会导致控制装置大型化以及可靠性降低，在控制装置的小型化及可靠性的提高上有更好的效果。

还有，在上述的实施方式中虽然由FET构成，但是当然即使是用将晶体管、IGBT和二极管并联连接的装置也可以得到同样的效果，通过采用FET作为开关元件并利用其构造上产生的寄生二极管，无需另外并联连接二极管，在电路安装上，起到设置所需空间小且也省去连接的功夫的效果。

如上所述，本发明的电动动力转向装置具有在将电源连接在输入端子之间，另一方面将电动机连接在输出端子之间的电桥电路，通过该电桥电路对上述电动机通电并使电动机动力作用于动力转向***，在该电动动力转向装置中，上述电桥电路包含规定数量的，使上述二极管互为相反极性地将开关元件与二极管的并联电路加以串联连接而构成的桥臂，是一种能够防止FET导通故障导致需要的操舵力增大而又不导致控制装置大型化及可靠性降低，而且能够实现与误接电池相对应的保护效果的装置。

又是电动机为直流电动机，电桥电路由4个桥臂形成，对相对的桥臂的一方进行导通驱动，对另一方进行PWM驱动，导通驱动的桥臂使上述二极管互为相反极性地将开关元件和二极管并联的电路加以串联而形成的装置，而且是一种有减少使用的FET数量而不导致实质上的可靠性降低，而且可以进一步小型化并降低成本的效果的装置。

而且，是将噪音去除用电容器的至少一端连接在使上述二极管互为相反极性地将开关元件与二极管并联的电路加以串联连接的连接点上的装置，而且是具有即使在误接电池极性的情况下也可以保护该电容，不在该电容器上施加反向电压的效果的装置。

又是开关元件采用场效应晶体管、并联二极管采用上述场效应晶体管的寄生二极管的装置，而且是一种通过利用场效应晶体管的构造上产生的寄生二极管，无需另外并联连接二极管，具有在电路安装时设置所需要的空间小且省去连接功夫的效果的装置。

Claims (7)

1.一种电动动力转向装置，其特征在于，具有：

转向***；

电桥电路；

连接于电桥电路的输入端子之间的电源；以及

连接于电桥电路的输出端子之间的电动机，其中：

通过该电桥电路对上述电动机通电，使电动机动力作用于转向***，并且，

上述电桥电路包含规定数量的桥臂，所述桥臂是将两个以上由开关元件与二极管并联而成的电路加以串联而构成，其中所述二极管的相同极性端相互连接。

2.根据权利要求1记载的电动动力转向装置，其特征在于，

电动机为直流电动机，电桥电路由4个桥臂形成，对处于对角的桥臂之一进行导通驱动，对另一桥臂进行PWM驱动。

3.根据权利要求1记载的电动动力转向装置，其特征在于，

电动机为直流电动机，电桥电路由4个桥臂形成。

4.根据权利要求1记载的电动动力转向装置，其特征在于，

电动机为三相电动机，电桥电路由6个桥臂形成。

5.根据权利要求1～4的任意一项所记载的电动动力转向装置，其特征在于，还包括用于去除噪音用的电容器，其中电容器的一端连接至开关元件与二极管并联电路的串联连接的连接点上。

6.根据权利要求1～4的任意一项所记载的电动动力转向装置，其特征在于，

开关元件为场效应晶体管，并联连接的二极管为上述场效应晶体管的寄生二极管。

7.根据权利要求5的电动动力转向装置，其特征在于，

开关元件为场效应晶体管，并联连接的二极管为上述场效应晶体管的寄生二极管。

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