具体实施方式

概述

电动转向(EPS)是重要的高功率负载。转向系统的电气化已经导致机动车辆的效率的显著提高。取决于车辆类别，电动转向系统可以比液压伺服转向系统消耗的能量少90％以上。由于不需要永久运行的液压泵，因此电气化减少了平均电力需求。EPS系统仅在操作期间消耗能量。这可以使高速公路上的燃油每百公里减少多达0.4升，而城市交通中的燃油每百公里减少多达0.8升。

与常规的液压伺服转向系统相比，EPS系统的其他优点是增加的安全功能、更舒适、以及更少维护(没有液压油系统)。EPS系统允许实现另外的功能。例如，EPS系统可在紧急驾驶情况下辅助驾驶员，诸如在停车和在高速公路上期间的纠正性转向措施。EPS也使自动停车成为可能。在常规的液压伺服转向系统中，液压油需要日常维护。这在EPS系统的情况下不是必需的，这导致减少的维护成本。

本文描述的系统和方法涉及在EPS系统中使用常闭场效应晶体管(FET)电路来代替常规后EPS系统中使用的机械继电器的一个或多个电路。一个或多个电路在包括电力损耗的所有状况下都维持恒定的晶体管偏置。一个或多个电路使用存储电能的超级电容器形式的能量存储装置和电池存储技术。非易失性存储装置还与一个或多个电路结合，以指示系统处于安全模式并且不需要马达驱动控制逆变器的超驰。

在一个实施例中，EPS可以包括由多个电路部件组成的电路。部件包括晶体管、电容器、电阻器、向电路的不同部分供电的一个或多个电源、处理器、非易失性存储器、三相逆变器和三相转向马达。三相转向马达可以包括以三角形连接布置的三个绕组，但是在一些实施例中，它们可以以Y形连接布置。所述电路还可以包括电荷泵。电路可以将三个晶体管中的每个都连接到三相转向马达中的绕组中的一个。当晶体管被激励时，它们可以响应于处理器没有从三相逆变器接收到有效信号而使所有绕组短路。

在另一个实施例中，EPS可以包括由多个电路部件组成的电路。部件包括晶体管、电容器、电阻器、向电路的不同部分供电的一个或多个电源、处理器、非易失性存储器、三相逆变器和三相转向马达。三相转向马达可以包括以三角形连接布置的三个绕组，但是在一些实施例中，它们可以以Y形连接布置。所述电路还可以包括电荷泵。电路可以将两个晶体管中的每个都连接到三相转向马达的绕组中的一个。当晶体管被激励时，它们可以响应于处理器没有从三相逆变器接收到信号而使绕组中的仅两个短路。

说明性实施例

图1描绘了示例性车辆140和动力转向控制模块150，其可以位于示例性车辆140的后轴附近或后轴上。当处理器151停止从转向控制电路153接收信号时，动力转向控制模块150可以负责制动动力转向电子马达170。处理器151可以执行与在整个申请中总体上参考处理器描述的那些功能相同的功能。也就是说，处理器可以执行图3和图4中的框。存储器152存储由处理器151执行以使得转向马达制动电路执行本文公开的动作的指令。当提及由动力转向控制模块150执行的操作时，将理解的是，这包括由处理器151执行指令。

转向控制电路153可在两个实施例中的一个中实现。在第一实施例中，可以至少部分地基于转向马达制动电路200来实现转向控制电路153。在第二实施例中，可以至少部分地基于转向马达制动电路300来实现转向控制电路153。电池154可以是可以为动力转向控制电路153供电的电源，并且电容器155可以是也为动力转向控制电路153供电的电源。在一些实施例中，电池154可以隔离地为动力转向控制电路153供电。在一些实施例中，电容器155可以隔离地为动力转向控制电路153供电。然而，在其他实施例中，电池154和电容器155两者都可以为动力转向控制电路153供电。在第一实施例中，电池154可以被实现为电池235b，并且可以被实现为能量存储装置321。在第二实施例中，电容器155可以被实现为超级电容器235a，并且可以被实现为能量存储装置321。

图2描绘了根据本公开的示例性转向马达制动电路200。转向马达制动电路200可以包括一个或多个电阻器、电容器、晶体管、电源、电荷泵、二极管、非易失性存储器、超级电容器和转向马达。电阻器、电容器、晶体管、电源、电荷泵、二极管、非易失性存储器、超级电容器可以以特定方式布置，以在微处理器(例如，μP 207)未能通过三相逆变器(例如，逆变器205)向转向马达215提供有效信号时停止或制动转向马达215。μP 207在功能上与处理器151相同。VB 201是向逆变器205供电的电池电压。从VB 201提供给逆变器205的电力使得逆变器205能够控制转向马达215的绕组215a、215b和215c。转向马达215可以是具有三相的马达。在一些实施例中，转向马达215可以不是三相马达。PS REG 203是电源调节器，其调节从VB 201到逆变器205的电力供应。VB 201可以是直流(DC)电源，并且PSREG 203可以控制或调节施加到逆变器205的电力。例如，PS REG 203可以增加或减少供应给逆变器205的电力，这进而将控制施加到绕组215a、215b和215c的电流和/或电压的幅度、频率和相。这些绕组也可以称为相。可以根据操作员的驾驶调整供应给逆变器205的电力。例如，PS REG 203可以基于转向马达215的电力需求来限制或增加对逆变器205的供电，以响应于驾驶员对车辆的转向。μP 207可以向逆变器205提供控制信号，这可以控制逆变器205的操作。例如，μP 207可以向逆变器205发送一个或多个信号，所述一个或多个信号可以使得逆变器205响应于驾驶员转动车辆的转向柱而改变施加到转向马达215的三相中的任一相的电流或电压的量。逆变器205还可以向μP 207发送信号，以指示它仍然响应于从μP 207发送给它的指令或命令。逆变器205可以向μP 207发送周期性信号，以指示其仍然正常工作。

如果μP 207从逆变器接收到有效信号，并且μP 207在已建立的规范内操作，则其将周期性信号作为脉冲串247或状态信号249发送到晶体管Q8；它还向非易失性存储器(NVM)229写入信号。信号247或249保持晶体管Q8导通，并非NVM 229中的信号启用电荷泵225。在一些实施例中，VBX2 223可以是24伏。所述电压可以高于施加到马达绕组的电压，以便激励晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213。CP 225可由充电到电压Vb的超级电容器(超级电容器235a)供电。超级电容器235a可以是用于保存电池能量的主要电源。如果由超级电容器235a产生的电压低于存储在电池235b中的可用电力，则电池235a将为CP 225供电。电池235b可由VB 233充电。24伏确保晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213将被导通。超级电容器235a可以用电源VB 233充电。VB 233可以是DC电源。

晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213可以使绕组215a、215b和/或215c短路。晶体管Q1209、Q2 211和Q3 213由晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221激励。电阻器R1 237通过用负电压偏置晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221的栅极-源极来导通这些晶体管。因此，晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221导通晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213。当晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213导通时，绕组215a、215b和215c短路，并且转向马达215被禁用，从而允许车辆的车轮(未示出)在车辆的操作员转弯后变直。在一些实施例中，当晶体管Q7 239和Q8 241被激励或导通时，绕组215a、215b和215c不会短路。晶体管Q7 239和Q8 241通常响应于μP 207施加脉冲串247或状态信号249而被激励(导通)。如果脉冲串247或状态信号249被中断，则晶体管Q8，并且因此晶体管Q9将去激励(关断)，并且马达制动晶体管将被激励。

如果操纵系统是激活的，则μP 207响应于Q8 241处的脉冲串247禁用短路FET(即，晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213)。可以至少部分地基于高电平信号249或通过脉冲串247来导通Q8 241。如果μP 207停止发送高电平信号249，而转向马达215是激活的，则短路FET可以导通并且使逆变器205短路，这将进而制动转向马达215。脉冲串247保持电容器C1245充电，并且高电平信号保持晶体管Q8 241导通。如果脉冲串247停止，则电容器C1 245放电，并且晶体管Q8 241关断并且短路FET导通。μP 207将向NVM 229写入高电平信号(数字1)。所述高电平信号使得能量存储装置超级电容器235a和电池235b向CP 225供电。如果信号247或249停止，则NVM 229向短路FET提供电力。

在正常车辆关闭期间，μP 207将首先向NVM 229写入低信号，以禁止电路转向马达制动电路200和存储在超级电容器235a中的能量耗尽。当操作员导通点火开关时，μP 207可以停止发送高电平信号249，以便对短路FET执行诊断检查，从而确保当转向马达215短路时，逆变器205中的晶体管被驱动到转向马达215中。μP 207还可以监测超级电容器235a和电池235b中的能量，以及由CP 225产生的电压。

图3描绘了根据本公开的示例性转向马达制动电路。在正常操作期间，微处理器309经由逆变器305控制转向马达315。微处理器309在功能上与处理器151相同。在故障状况(即，微处理器309故障)期间，可能需要用故障保护电路独立地禁用与转向马达315相关联的马达驱动，以迫使转向马达315制动并且逐渐返回到与齿轮系中的复位弹簧一致的中性位置。

可以跨转向马达315相中的两个(相应地为相315a和315b)放置两个晶体管(Q1333和Q2 335)，以使马达引线和制动转向马达315短路。Q1 333和Q2 335的尺寸被设计为足以压倒3逆变器305中的晶体管。为了保证Q1 333和Q2 335导通，驱动Q1 333和Q2 335中的每个上的栅极的电压都必须大于它们所连接的马达相(相应地为相315a和315b)上的电压(其可以是VB(电池电压))。为了实现此，可以使用称为电荷泵(电荷泵331)的电压倍增器来产生两倍于电池(未示出)产生的电压的电压。由电池产生的电压为V_b 323，并且由电荷泵331产生的电压为V_CP 341＝V_b 323x2。诸如超级电容器(类似于超级电容器335a)的能量源可用于为电荷泵331供电。在一些实施例中，可以使用可再充电电池代替超级电容器。可再充电电池可以类似于电池335b。为了防止所述能量源的静态放电，当车辆没有从启动车辆的电池接收电力时，可以通过Q7329断开能量源。非易失性存储器单元(NVM 319)可用于在微处理器309可能出现故障期间存储微处理器309的启用/清除状态(启用/清除317)，从而电荷泵331继续接收电力。微处理器309可以向监视器模式定时器单元311发送周期性诊断信号。诊断信号指示微处理器309运行正常。这些诊断信号可以偏置R1 343，这进而可以关闭或禁用Q1 333和Q2 335。在微处理器309发生故障并且停止向监视器模式定时器单元311发送这些诊断信号的情况下，Q3 337和Q4 339将被R1 343偏置，这进而导致Q1 333和Q2335被启用或导通。

在一些实施例中，可以使用专用的小型微处理器，其包括微处理器309和监视器模式定时器单元311之间的监视器诊断功能，以及启用/清除功能。在所述实施例中，小微处理器可以与主微处理器通信，以确定Q1 333和Q2 335处于什么状态(即，导通或关断/启用或禁用)。Q1 333和Q2 335可以被称为制动FET。如果晶体管Q5 315关断，则电阻器R1 343形成分压器，其中电阻器连接到晶体管Q3 337和Q4 334以及Vcp 341以形成用于晶体管Q3 337和Q4 334的负栅极到源极电压(Vgs)。负Vgs将激励(导通)P通道FET，诸如晶体管Q3 337和Q4 334。如果晶体管Q5 315导通，则电压Vcp 341被施加到电阻器R1 343，这将使晶体管Q3337和Q4 334关断。

图4是根据本公开的制动转向马达的示例方法的流程图。方法可在框402处开始，其中动力转向控制电路(例如，动力转向控制电路153)可以向存储器(例如，NVM 229)写入二进制数字(例如，“1”或“0”)。在框404处，方法可以确定其是否仍然从处理器(例如，μP207)接收信号。所述信号可以是诸如脉冲串247的脉冲串，并且接收信号的电路元件是诸如电容器C1 245的电容器。脉冲串247可以保持电容器C1 245充电到某个电势或电压。如果电容器C1 245保持充电，则方法可以返回到框404(是)。当电容器C1 245保持充电时，晶体管Q8 241将导通和/或保持导通。在一些实施例中，恒定的高电平信号代替开关键控脉冲串247信号。

如果电容器C1 245没有从处理器μP 207接收到脉冲串247，则方法可以前进到框406(否)。在框406处，第一电容器(例如，电容器C1 245)可以放电，并且方法可以前进到框408。在框408处，方法可以经由电阻器导通第一多个晶体管。第一多个晶体管可以是晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221。当电容器C1 245放电时，晶体管Q8 241将关断，从而允许电流流向晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221，从而导通晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221。

在框410处，方法可以导通第二多个晶体管。第二多个晶体管可以是晶体管Q1209、Q2 211和Q3 213。在晶体管Q4 217、Q5 219和Q6 221导通之后，晶体管Q1 209、Q2 211和Q3 213(短路FET)也将导通。在框412处，方法可以向转向马达发送短路信号。在晶体管Q1209、Q2 211和Q3 213导通之后，短路FET可以使转向马达215的绕组215a、215b和215c短路。

图5是根据本公开的制动转向马达的示例方法的流程图。方法可在框502处开始，其中动力转向控制电路(例如，动力转向控制电路153)可以向存储器(例如，NVM 319)写入二进制数字(例如，“1”或“0”)。在框504处，方法可以确定其是否仍然从处理器(例如，微处理器309)接收信号。如果动力转向控制电路继续从微处理器309接收信号，则方法可以返回到框504。更具体地说，如果监视器电路311继续从微处理器309接收信号，则方法可以返回到框504。如果监视器电路311继续从微处理器309接收信号，则监视器电路311可以输出高压(例如，5伏)信号以保持晶体管Q6313导通，这进而可以保持晶体管Q5 315导通。当晶体管Q5 315导通时，它向R1 343提供正电压以保持晶体管Q1 333、Q2 335、Q3 337和Q4 339关断。

如果动力转向控制电路没有继续从微处理器309接收信号，则方法可以前进到框506，在框506处，可以关断晶体管Q6 313，晶体管Q6 313可以被关断，这进而可在框508关断晶体管Q5 315。更具体地说，如果监视器电路311没有接收到适当的信号，则晶体管Q6 313可以关断并且晶体管Q6 313可以关断晶体管Q5 315。如果监视器电路311没有接收到OK信号，则在框510处，晶体管Q6 313和Q5 315将关断，并且晶体管Q1 333、Q2 335、Q3 337和Q4339将导通。在晶体管Q1 333、Q2 335、Q3 337和Q4 339导通之后，在框512处，它们可以使转向马达395短路。

在以上公开内容中，已经参考了形成以上公开内容的一部分的附图，所述附图示出了其中可实践本公开的具体实施方式。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其他实现方式，并且可作出结构改变。本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用指示所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可不一定包括所述特定特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确地描述，本领域的技术人员都将结合其他实施例来认识此类特征、结构或特性。

本文所公开的系统、设备、装置和方法的实现方式可以包括或利用专用或通用计算机，所述专用或通用计算机包括计算机硬件，诸如例如一个或多个处理器和系统存储器，如本文所讨论的。本公开的范围内的实现方式还可以包括用于携载或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其他计算机可读介质。此类计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是计算机存储介质(装置)。携载计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为示例而非限制，本公开的实现方式可包括至少两种截然不同的计算机可读介质：计算机存储介质(装置)和传输介质。

计算机存储介质(装置)包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、固态驱动器(SSD)(例如，基于RAM)、快闪存储器、相变存储器(PCM)、其他类型的存储器、其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁性存储装置或者可以用于存储呈计算机可执行指令或数据结构的形式的期望的程序代码手段并可由通用或专用计算机访问的任何其他介质。

本文所公开的装置、系统以及方法的实现方式可以通过计算机网络进行通信。“网络”被限定为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子装置之间传输电子数据的一个或多个数据链路。当通过网络或另一种通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的任何组合)向计算机传递或提供信息时，计算机适当地将连接视作为传输介质。传输介质可包括网络和/或数据链路，所述网络和/或数据链路可用于携载呈计算机可执行指令或数据结构的形式的期望的程序代码手段并可由通用或专用计算机访问。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

计算机可执行指令包括例如当在处理器处执行时使得通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行特定功能或功能组的指令和数据。计算机可执行指令可为例如二进制代码、中间格式指令(诸如汇编语言)或甚至源代码。尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本主题，但是应理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于上面描述的所述特征或动作。而是，所描述的特征和动作是作为实现权利要求的示例性形式而公开的。

本领域技术人员将理解，本公开可在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境中实践，所述计算机系统配置包括内置式车辆计算机、个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费型电子器件、网络PC、小型计算机、大型计算机、移动电话、PDA、平板计算机、寻呼机、路由器、交换机、各种存储装置等。本公开还可在分布式系统环境中实践，其中通过网络链接(通过硬连线数据链路、无线数据链路或者通过硬连线数据链路与无线数据链路的任何组合)的本地和远程计算机系统两者都执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储装置两者中。

此外，在适当的情况下，本文所描述的功能可在以下各项中的一者或多者中执行：硬件、软件、固件、数字部件或模拟部件。例如，一个或多个专用集成电路(ASIC)可被编程为执行本文描述的系统和程序中的一者或多者。贯穿说明书和权利要求使用某些术语来指代特定系统部件。如本领域的技术人员应明白，可用不同的名称来指代部件。本文件不旨在区分名称不同但功能相同的部件。

应注意，上文讨论的传感器实施例可包括计算机硬件、软件、固件或它们的任何组合以执行其功能的至少一部分。例如，传感器可包括被配置为在一个或多个处理器中执行的计算机代码，并且可包括由计算机代码控制的硬件逻辑/电路。本文提供这些示例性装置是出于说明目的而不意图进行限制。如相关领域的技术人员将知道的，本公开的实施例可在另外的类型的装置中实施。

本公开的至少一些实施例针对包括存储在任何计算机可用介质上的此类逻辑(例如，呈软件的形式)的计算机程序产品。此类软件当在一个或多个数据处理装置中执行时使得装置如本文所描述的那样操作。

尽管已经在上文描述了本公开的各个实施例，但是应理解，这些实施例仅通过示例而非限制的方式呈现。相关领域的技术人员将明白，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出形式和细节上的各种变化。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一者的限制，而是应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。出于说明和描述目的已呈现了以上描述。前述描述不意图是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。此外，应注意，前述替代实现方式中的任一者或全部可以按照任何期望的组合来使用，以形成本公开的附加的混合实现方式。例如，相对于特定装置或部件描述的任何功能可通过另一个装置或部件来执行。此外，尽管已经描述了特定装置特性，但是本公开的实施例可涉及许多其他装置特性。此外，尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了实施例，但是应理解，本公开不一定受限于所描述的特定特征或动作。而是，将特定特征和动作公开为实施实施例的说明性形式。除非另有明确规定或在使用时在背景内以其他方式理解，否则诸如尤其是“能”、“可以”、“可能”或“可”等条件语言一般意图表达某些实施例可以包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施例可不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言一般并不意图暗示一个或多个实施例无论如何都需要各特征、元件和/或步骤。

根据一个实施例，第一晶体管响应于脉冲串信号而被激励。

根据一个实施例，第一晶体管响应于恒定的高电平信号而导通。

根据一个实施例，本发明的特征还在于超级电容器，所述超级电容器向第二多个晶体管施加电压。

根据一个实施例，本发明的特征还在于电池，所述电池向第二多个晶体管施加电压。

根据一个实施例，第二多个晶体管包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，并且转向马达包括第一相、第二相和第三相，并且第一晶体管连接到第一相，第二晶体管连接到第二相，并且第三晶体管连接到第三相。