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CN105473439A - 马达驱动控制装置和电动助力车 - Google Patents

马达驱动控制装置和电动助力车 Download PDF

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CN105473439A
CN105473439A CN201480046394.2A CN201480046394A CN105473439A CN 105473439 A CN105473439 A CN 105473439A CN 201480046394 A CN201480046394 A CN 201480046394A CN 105473439 A CN105473439 A CN 105473439A
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CN
China
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motor
pedal
torque
motor drive
control device
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CN201480046394.2A
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Inventor
保坂康夫
浅沼和夫
柳冈太一
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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    • G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

能够尽早应对转矩传感器的故障。本马达驱动控制装置具有：控制部，其对马达(105)的驱动进行控制；以及指示部(1201)，其在检测到踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态在踏板旋转为规定转速以上的期间内持续的事件时，使上述控制部抑制马达(105)的驱动。不是根据预定的固定时间而是根据踏板转速来判断踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态是否持续，由此，能够尽早针对转矩传感器(103)的故障进行适当处置。

Description

马达驱动控制装置和电动助力车
技术领域
本发明涉及电动助力车中的马达驱动控制技术。
背景技术
关于电动助力自行车等的电动马达的驱动控制，根据转矩传感器、车速传感器、马达电流传感器等的信号，进行与目的对应的电动马达的驱动控制。以安全性、守法性、助力感、起动性等各种观点进行驱动控制，但是，为了进行适当的驱动控制，前提在于传感器始终输出正确值。
例如如图1的左侧所示，典型情况下，伴随驾驶员的踏板旋转操作，例如转矩传感器的输出以脉动的方式变化。但是，如图1的右侧所示，当转矩传感器产生故障时，有时与驾驶员的踏板操作无关地输出固定值。
这种情况下，当根据转矩传感器的输出来进行马达驱动时，将要进行违反驾驶员意图的助力。
因此，在某个现有技术中，通过如果踏力的变动幅度较小的状态持续固定时间以上则停止马达驱动的手法来应对上述问题。
但是，在该现有技术中，为了避免误判定的风险，以踏板低速旋转时为基准，以某种程度将“固定时间”设定得较长。这是因为，当将固定时间设定为较短时，在该较短的时间内，无法区分由于踏板低速旋转而使踏力的变动较小的状态和如上所述由于故障而使踏力的变动幅度较小的状态。
但是，在转矩传感器出现故障的情况下，优选尽早对故障进行处置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-230751号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的目的在于，根据一个方面，提供用于能够尽早应对转矩传感器的故障的技术。
用于解决课题的手段
本发明的马达驱动控制装置具有：(A)控制部，其对马达的驱动进行控制；以及(B)指示部，其在检测到踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态在踏板旋转为规定转速以上的期间内持续的事件时，使上述控制部抑制马达的驱动。
不是根据固定时间而是根据踏板转速来判断踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态是否持续，由此，能够尽早针对转矩传感器的故障进行适当处置。例如，当设规定转速为“1”时，如果在踏板旋转1周中踏板输入转矩几乎没有变化，则能够判定为产生异常，如果踏板高速旋转，则能够在短时间内检测到异常。另外，在踏板低速旋转的情况下，也不需要如现有技术那样取较大的时间余量，因此，能够尽早检测到异常。
另外，有时抑制上述马达的驱动包含停止马达的驱动。并且，有时报知给驾驶员。
进而，有时上述踏板输入转矩是利用偏置值校正后的值。
另外，能够生成用于使微处理器实施上述处理的程序。该程序例如存储在软盘、CD-ROM等光盘、光磁盘、半导体存储器(例如ROM)、硬盘等计算机可读取的存储介质或存储装置中。另外，处理中途的数据暂时保管在RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)等存储装置中。
发明效果
根据一个方面，能够尽早应对转矩传感器的故障。
附图说明
图1是用于说明现有技术的问题的图。
图2是示出带马达的自行车的外观的图。
图3是马达驱动控制器的功能框图。
图4是运算部的功能框图。
图5是示出运算部的处理流程的图。
图6是示出运算部的处理流程的图。
图7的(a)和(b)是示意地示出本实施方式的动作的图。
图8是在微处理器中实施的情况下的功能框图。
具体实施方式
图2是示出本实施方式中的电动助力车即带马达的自行车的一例的外观图。该带马达的自行车1搭载有马达驱动装置。马达驱动装置具有二次电池101、马达驱动控制器102、转矩传感器103、踏板旋转传感器104、马达105以及操作面板106。
二次电池101例如是供给最大电压(充满电时的电压)为24V的锂离子二次电池，但是，也可以是其它种类的电池，例如锂离子聚合物二次电池、镍氢蓄电池等。
转矩传感器103设置在安装于曲柄轴的齿轮上，检测驾驶员对踏板的踏力，将其检测结果输出到马达驱动控制器102。并且，与转矩传感器103同样，踏板旋转传感器104设置在安装于曲柄轴的齿轮上，将与旋转对应的信号输出到马达驱动控制器102。
马达105例如是公知的三相直流无刷马达，例如装配在带马达的自行车1的前轮上。马达105使前轮旋转，并且，其转子与前轮连结，以使得根据前轮的旋转而使转子旋转。进而，马达105具有霍尔元件等旋转传感器，将转子的旋转信息(即霍尔信号)输出到马达驱动控制器102。
操作面板106例如从用户受理与有无助力有关的指示输入等，将该指示输入输出到马达驱动控制器102。并且，操作面板106将表示变速器的变速比(也称作齿轮比)的信号输出到马达驱动控制器102。
图3示出与这种带马达的自行车1的马达驱动控制器102相关的结构。马达驱动控制器102具有控制器1020和FET(FieldEffectTransistor：场效应晶体管)桥1030。FET桥1030包含进行马达105的U相的开关的高端FET(Suh)和低端FET(Sul)、进行马达105的V相的开关的高端FET(Svh)和低端FET(Svl)、进行马达105的W相的开关的高端FET(Swh)和低端FET(Swl)。该FET桥1030构成互补型开关放大器的一部分。
并且，控制器1020具有运算部1021、踏板旋转输入部1022、车速输入部1024、可变延迟电路1025、马达驱动定时生成部1026、转矩输入部1027以及AD输入部1029。
运算部1021使用来自操作面板106的输入(例如齿轮比、接通/断开等)、来自车速输入部1024的输入、来自踏板旋转输入部1022的输入、来自转矩输入部1027的输入、来自AD输入部1029的输入进行以下所述的运算。然后，对马达驱动定时生成部1026和可变延迟电路1025进行输出。另外，运算部1021具有存储器10211，存储器10211存储运算中使用的各种数据和处理中途的数据等。进而，运算部1021有时通过由处理器执行程序来实现，该情况下，该程序有时记录在存储器10211中。
车速输入部1024根据马达105输出的霍尔信号计算当前车速(也称作马达驱动轮速度)，将其输出到运算部1021。踏板旋转输入部1022对来自踏板旋转传感器104的表示踏板旋转相位角等的信号进行数字化，并将其输出到运算部1021。转矩输入部1027对来自转矩传感器103的相当于踏力的信号进行数字化，并将其输出到运算部1021。AD(Analog-Digital：模拟-数字)输入部1029对来自二次电池101的输出电压进行数字化，并将其输出到运算部1021。并且，存储器10211有时与运算部1021分开设置。
运算部1021将提前角值作为运算结果输出到可变延迟电路1025。可变延迟电路1025根据从运算部1021接收到的提前角值对霍尔信号的相位进行调整，将其输出到马达驱动定时生成部1026。运算部1021例如将相当于PWM的占空比的PWM(PulseWidthModulation：脉宽调制)码作为运算结果输出到马达驱动定时生成部1026。马达驱动定时生成部1026根据来自可变延迟电路1025的调整后的霍尔信号和来自运算部1021的PWM码，生成针对FET桥1030中包含的各FET的开关信号并输出。
另外，马达驱动的基本动作记载于国际公开第2012/086459号小册子等，不是本实施方式的主要部分，因此，这里省略说明。
接着，图4示出进行本实施方式的主要处理的运算部1021的功能框图。运算部1021具有偏置值存储部1204、指示部1201、助力转矩运算部1202以及PWM码生成部1203。助力转矩运算部1202和PWM码生成部1203作为马达的驱动控制部进行动作。
指示部1201执行如下处理：根据来自踏板旋转输入部1022的踏板旋转输入(例如相位角或转速)、来自转矩输入部1027的踏板输入转矩(这里是传感器值)、偏置值存储部1204中存储的踏板输入转矩的校正用的偏置值，判断是否产生了转矩传感器103的故障等表示异常的事件。指示部1201在判断为产生了表示异常的事件时，将抑制马达驱动的抑制指示或停止马达驱动的停止指示输出到助力转矩运算部1202，在判断为未产生表示异常的事件时，将利用偏置值校正后的踏板输入转矩(以下称作校正后踏板输入转矩)输出到助力转矩运算部1202。另外，有时代替抑制指示或停止指示而输出校正后踏板输入转矩＝“零”。
助力转矩运算部1202根据来自指示部1201的校正后踏板输入转矩(有时为零)和来自车速输入部1024的车速等进行规定的运算。接着，将与PWM的占空比有关的占空码输出到PWM码生成部1203。该助力转矩运算部1202的运算例如是国际公开第2012/086458号小册子等中详细叙述的运算。简单地讲，按照规定的规则将踏板输入转矩转换成相当于占空比的第1占空码。按照规定的规则将车速转换成相当于占空比的第2占空码。通过将这些第1占空码和第2占空码相加，计算应该输出到PWM码生成部1203的占空码。
如上所述，助力转矩运算部1202根据来自指示部1201的停止指示或抑制指示，向PWM码生成部1203输出停止或抑制马达驱动的指示。PWM码生成部1203从助力转矩运算部1202接收到停止或抑制马达驱动的指示后，向马达驱动定时生成部1026等输出用于停止或抑制马达的信号。另外，助力转矩运算部1202也可以直接输出停止或抑制马达的停止指示或抑制指示。
接着，使用图5和图6对本实施方式的运算部1021的处理内容进行说明。
另外，在本实施方式中，基于运算部1021的步骤S1～S25的执行间隔远远短于基于转矩传感器103的测定的时间间隔。
首先，指示部1201从转矩输入部1027取得踏板输入转矩(传感器值)(步骤S1)。然后，指示部1201根据传感器值-偏置值存储部1204中存储的偏置值来计算校正后踏板输入转矩TQN(步骤S3)。
然后，指示部1201判断校正后踏板输入转矩TQN是否超过0(步骤S5)。如果校正后踏板输入转矩TQN为0以下，则处理经由端子B转移到图6的处理。
另一方面，如果校正后踏板输入转矩TQN超过0，则指示部1201根据|TQN-基准转矩TQB|计算转矩的变动ΔTQ(步骤S7)。初始情况下，基准转矩TQB设定为0等。并且，基准转矩TQB将在下面叙述，但是，例如当踏板转速成为旋转阈值以上时，利用此时的校正后踏板输入转矩进行更新。
然后，指示部1201判断转矩的变动ΔTQ是否小于变动阈值(步骤S9)。变动阈值例如决定为|基准转矩TQB|的规定比例(例如10％)。但是，变动阈值也可以是固定值。
如果转矩的变动ΔTQ为变动阈值以上，则指示部1201将故障的判定计数器初始化为0(步骤S10)。然后，处理经由端子A转移到图6的处理。
另一方面，如果转矩的变动ΔTQ小于变动阈值，则指示部1201判断从踏板旋转输入部1022得到的踏板转速(相位角)是否为旋转阈值以上(步骤S11)。例如，使用旋转0.2周作为旋转阈值。输入转矩的范围内的最大踏板频率通常为120rpm左右，旋转0.2周为100ms左右。另一方面，典型情况下，步骤S1～S25的动作周期为10ms以下，因此，在踏板旋转较快的情况下，也能够适当检测到上述旋转阈值程度的踏板转速的变化。
因此，如果踏板转速小于旋转阈值，则处理转移到步骤S15。另一方面，如果踏板转速为旋转阈值以上，则指示部1201使判定计数器加1(步骤S13)。
然后，指示部1201判断判定计数器的值是否成为判定阈值以上(步骤S15)。例如，在以检测旋转1周的旋转为目标的情况下，判定阈值为“5”。如果判定计数器的值为判定阈值以上，则处理经由端子B转移到图6的处理。另一方面，如果判定计数器的值小于判定阈值，则处理经由端子A转移到图6的处理。
转移到图6的处理的说明，在端子B之后，指示部1201将校正后踏板输入转矩清除为零并输出到助力转矩运算部1202，或者向助力转矩运算部1202等输出指示以停止或抑制马达驱动(步骤S19)。在将踏板输入转矩清除为零并输出到助力转矩运算部1202的情况下，助力转矩运算部1202设踏板输入转矩为零，例如根据车速进行规定的运算，将与PWM的占空比有关的占空码输出到PWM码生成部1203。并且，PWM码生成部1203对占空码乘以来自AD输入部1029的电池电压/基准电压(例如24V)而生成PWM码，将其输出到马达驱动定时生成部1026。这样，对马达驱动进行控制。
另外，在抑制马达驱动的情况下，将值非常小的校正后踏板输入转矩输出到助力转矩运算部1202。为了抑制车速量，有时输出负值的校正后踏板输入转矩。然后，处理转移到步骤S21。进而，如上所述，有时强制地停止或抑制马达驱动。
另一方面，在端子A之后，指示部1201将校正后踏板输入转矩输出到助力转矩运算部1202。于是，助力转矩运算部1202根据来自指示部1201的校正后踏板输入转矩和车速等进行规定的运算，将与PWM的占空比有关的占空码输出到PWM码生成部1203。并且，PWM码生成部1203对占空码乘以来自AD输入部1029的电池电压/基准电压(例如24V)而生成PWM码，将其输出到马达驱动定时生成部1026。这样，对马达驱动进行控制(步骤S17)。
然后，指示部1201判断从踏板旋转输入部1022取得的踏板转速是否为旋转阈值以上(步骤S21)。例如，该旋转阈值与步骤S11中的旋转阈值相同，但是也可以不同。如果踏板转速小于旋转阈值，则处理转移到步骤S25。另一方面，如果踏板转速为旋转阈值以上，则指示部1201利用当前的校正后踏板输入转矩对基准转矩TQB进行更新(步骤S23)。然后，处理转移到步骤S25。
然后，指示部1201判断是否指示了处理结束(步骤S25)。然后，在未指示处理结束的情况下，处理经由端子C返回步骤S1。另一方面，在指示了处理结束的情况下，结束处理。
这样，能够检测踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态在踏板旋转为规定转速以上的期间内持续的事件，进而，针对这种事件，能够停止或抑制马达的驱动。
使用图7对基于这种处理流程的动作的一例进行说明。图7的(a)示出校正后踏板输入转矩的时间变化的一例，图7的(b)示出判定计数器的计数值的时间变化的一例。
如图7的(a)所示，当大致经过踏板旋转0.2周后，由于转矩传感器103的故障等，成为校正后踏板输入转矩的变动幅度停留在作为阈值而设定的基准转矩TQB的上下10％以内的状态。
这种情况下，如图7的(b)所示，在踏板旋转0.4周、旋转0.6周、旋转0.8周、旋转1.0周、旋转1.2周的定时，判定计数器逐一向上计数。于是，在踏板旋转1.2周的定时，校正后踏板输入转矩不怎么变动，然后作为踏板旋转1周量的判定计数器值＝“5”。这里，如图7的(a)中示意地示出的那样，例如进行控制以使校正后踏板输入转矩为零。但是，如上所述，也可以停止或抑制马达驱动。
另外，在踏板旋转更慢的情况下，如图7的(b)中用点划线示意地示出的那样，判定计数器的向上计数较慢，因此，使校正后踏板输入转矩为零或者停止或抑制马达驱动的控制动作也变慢。
以上说明了本发明的实施方式，但是，本发明不限于此。例如，如果不使用判定计数器，而是以规定的间隔对从踏板旋转输入部1022取得的踏板旋转的相位角进行累积而得到相当于规定转速的累积相位角，则也可以进行马达驱动的停止或抑制。
进而，关于图5和图6的处理，假设当临时产生转矩传感器103的故障时，输出的踏板输入转矩大致固定的情况。但是，在不符合该假设的情况下，例如，有时最初在步骤S15中判定计数器的值为判定阈值以上的情况下设置标志，例如在步骤S9之前判定是否设置有标志，在设置有标志的情况下，不转移到步骤S10。
并且，马达驱动控制器102的一部分或全部有时由专用电路实现，有时通过由微处理器执行程序来实现上述功能。
进而，上面示出助力转矩运算部1202进行与车速对应的控制的例子，但是，也可以不使用车速来进行助力转矩的计算。
该情况下，如图8所示，马达驱动控制器102利用总线4519连接RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)4501、处理器4503、ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)4507、传感器组4515。在存在用于实施本实施方式中的处理的程序的情况下，操作系统(OS：OperatingSystem)存储在ROM4507中，在由处理器4503执行时，从ROM4507读出到RAM4501。另外，ROM4507还记录有阈值以外的参数，还读出这种参数。处理器4503控制上述传感器组4515，取得测定值。并且，处理中途的数据存储在RAM4501中。另外，处理器4503有时包含ROM4507，进而，有时还包含RAM4501。在本技术的实施方式中，用于实施上述处理的控制程序有时存储在计算机可读取的可移动磁盘中进行发布，通过ROM记录器写入ROM4507中。这种计算机装置通过使上述处理器4503、RAM4501、ROM4507等硬件和程序(根据情况还有OS)有机地协作，实现上述各种功能。
标号说明
1201：指示部；1202：助力转矩运算部；1203：PWM码生成部；1204：偏置值存储部。

Claims (4)

1.一种马达驱动控制装置，该马达驱动控制装置具有：
控制部，其对马达的驱动进行控制；以及
指示部，其在检测到踏板输入转矩的变动小于规定幅度的状态在踏板旋转为规定转速以上的期间内持续的事件时，使所述控制部抑制所述马达的驱动。
2.根据权利要求1所述的马达驱动控制装置，其中，
抑制所述马达的驱动包含停止所述马达的驱动。
3.根据权利要求1或2所述的马达驱动控制装置，其中，
所述踏板输入转矩是利用偏置值校正后的值。
4.一种电动助力车，该电动助力车具有权利要求1～3中的任意一项所述的马达驱动控制装置。
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