[发明专利]电动动力转向装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过基于PWM(脉宽调制)的占空比(Duty)指令值由逆变器驱动控制的电动机对车辆的转向系统进行辅助控制的电动动力转向装置，特别是涉及一种电动动力转向装置，其通过简易的结构和控制能稳定地驱动逆变器。

背景技术

利用电动机的旋转力对车辆的转向系统进行辅助控制的电动动力转向装置，将电动机的驱动力经减速机由齿轮或者皮带等传递机构，向转向轴或者齿条轴施加转向辅助力。并且，为了向电动机供应电流来使该电动机产生所希望的扭矩，在电动机驱动电路中使用由FET电桥构成的逆变器。

在此，如图1所示，对现有的电动动力转向装置的一般结构进行说明，驾驶盘1的柱轴(转向轴)2经由减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构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上设有检测驾驶盘1的转向扭矩的扭距传感器10，对驾驶盘1的转向力进行辅助的电动机20经由减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对控制电动动力转向装置的控制单元(ECU)100进行供电，同时，经由点火开关11，点火信号被输入到控制单元100。控制单元100基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T和由车速传感器12检测出的车速V，进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，在电流控制单元通过对电流指令值施加补偿等得到的电压指令值E，控制供给电动机20的电流I。此外，车速V也能够从CAN(Controller Area Network，控制器局网络)等处获得。

控制单元100主要由CPU(也包含MPU或MCU)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示。

参照图2说明控制单元100的功能和动作，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T和由车速传感器12检测出的车速V被输入到运算电流指令值Iref1的电流指令值运算单元101中。电流指令值运算单元101基于输入的转向扭矩T和车速V，利用辅助图表等决定作为供给电动机20的电流I的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经过加法运算单元102A作为电流指令值Iref2被输入到电流限制单元103，限制了最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法运算单元102B，运算Iref3与被反馈回来的电动机电流值Im的偏差Is(＝IIref3-Im)，该偏差Is被输入到进行PI控制等的电流控制单元104。在电流控制单元104中改善了特性的电压指令值E被输入到PWM控制单元105，再经过作为驱动单元的逆变器106对电动机20进行PWM控制。由逆变器106内的电流检测器106A检测出电动机20的电流值Im，该电流值Im被反馈到减法运算单元102B。逆变器106作为开关元件一般使用场效应管(FET)，由FET的电桥电路构成。

另外，加法运算单元102A进行来自补偿单元110的补偿信号CM的加法运算，通过补偿信号CM的加法运算进行系统的补偿，改善收敛性和惯性特性等。补偿单元110先将自对准扭矩(SAT)113和惯性112在加法运算单元114进行加法运算，然后，该加法运算结果再与收敛性111在加法运算单元115进行加法运算，最后，将加法运算单元115的加法运算结果作为补偿信号CM。

在电动机20为三相(U、V、W)无刷电动机的情况下，PWM控制单元105及逆变器106的详细结构如图3所示。电池13经由电源开关14对PWM控制单元105及逆变器106进行供电。PWM控制单元105由占空比运算单元105A、高侧FET门驱动单元105B1、低侧FET门驱动单元105B2和升压电源电路105C构成，其中占空比运算单元105A是将电压指令值E按照规定公式运算三相的PWM占空比指令值D1～D6；高侧FET门驱动单元105B1是用PWM占空比指令值D1～D3来驱动高侧FET1～FET3各门的开或关；低侧FET门驱动单元105B2是用PWM占空比指令值D4～D6来驱动低侧FET4～FET6各门的开或关；升压电源电路105C用于进行高侧FET门驱动单元105B1的电源电压的升压。高侧FET门驱动单元105B1和低侧FET门驱动单元105B2分别由U相门驱动单元、V相门驱动单元和W相门驱动单元构成。另外，逆变器106是由由U相的高侧FET1及低侧FET4构成的上下分路、由V相的高侧FET2及低侧FET5构成的上下分路、和由W相的高侧FET3及低侧FET6构成的上下分路组成的三相桥式结构，FET1～FET6通过PWM占空比指令值D1～D6控制开或关来驱动电动机20。