BR112013031478B1

BR112013031478B1 - Dispositivo de comando para aparelhos de direção elétricos

Info

Publication number: BR112013031478B1
Application number: BR112013031478-8A
Authority: BR
Inventors: Kitazume Tetsuya
Original assignee: Nsk Ltd
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2021-06-15
Also published as: CN102985311A; CN102985311B; EP2559608B1; EP2559608A4; JP5327277B2; BR112013031478A2; US9050996B2; EP2559608A1; JP2012254682A; US20130066524A1; WO2012169311A1

Abstract

dispositivo de comando para aparelhos de direção elétricos um objeto da presente invenção é o de proporcionar um aparelho de controle para um aparelho de direção elétrico que suprime o desencontro entre o tempo morto e o valor de compensação de tempo morto, corrigindo o valor de compensação de tempo morto baseando-se na temperatura do elemento de comutação e que reduz a distorção da corrente do motor e a ocorrência de onda de torque e, ao mesmo tempo, reduz a ocorrência de ruído através da realização de uma compensação do tempo morto que corresponde às condições de direção e que obtém bons desempenhos de direção, mesmo em um ambiente de baixa temperatura ou de alta temperatura. a presente invenção inclui uma seção característica de tempo morto que calcula um valor característico de tempo morto; uma seção de determinação de estado de direção que determina um estado de direção, com uma seção de ganho que varia com um ganho de valor característico de tempo morto de acordo com a determinação do estado de direção; uma seção de polaridade que alterna a determinação de métodos de determinação da polaridade de acordo com a determinação do estado de direção e que determina uma polaridade com base em uma corrente detectada por um motor, um valor de corrente de comando ou de uma corrente modelo; um sensor de temperatura, que detecta uma temperatura de um inversor, uma seção de cálculo de valor de correção da temperatura do tempo morto, que calcula um valor de correção da temperatura do tempo morto que corresponde a uma temperatura; e uma seção de processamento de cálculo que calcula e processa o valor de correção da temperatura do tempo morto em relação a um valor de compensação do tempo morto com polaridade com base num resultado da seção de ganho e emite um valor de compensação do tempo morto.

Description

Campo técnico da invenção

A presente invenção se refere a um dispositivo de controle para um aparelho de direção com alimentação elétrica que fornece um sistema de direção de um veículo com força de alimentação gerada por um motor e, em particular, a um dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico que melhora a compensação do tempo morto de um inversor para o acionamento do motor de acordo com o status de direção e da temperatura do inversor.

Antecedentes da invenção

Em um aparelho de direção com alimentação elétrica que energiza um aparelho de direção de um veículo por meio de um rotação binária de um motor de torque, como um auxiliar, aplica-se uma força motriz do motor, tal como o torque auxiliar a um veio de direção ou a um eixo do platô por meio de um mecanismo de transmissão, como engrenagens ou uma correia, através de um mecanismo de redução. Deste modo, e a fim de fornecer uma corrente para o motor de modo que o motor gere um binário desejado, um inversor é usado num circuito de acionamento do motor.

A configuração geral de um aparelho de direção elétrico convencional será descrita com referência à figura 1. Como mostrado na figura 1, um veio de coluna (veio de direção) (2) ligado a um volante (identificador) (1) é ligado a rodas direcionais (8D) e (8R) através de engrenagens de redução (3), juntas universais (4a) e (4b), um mecanismo de cremalheira e pinhão (5) e tirantes (6a) e (6b), através de unidades de encontro (7a) e (7b). Adicionalmente, o eixo da coluna (2) é apresentado com um sensor binário (10) para a detecção de um binário da direção do volante (1) e com um motor (20) para auxiliar a força de direção da direção do volante (1) que é ligado ao eixo da coluna (2) através das engrenagens de redução (3). A energia elétrica é fornecida a uma unidade de controle (100) para controlar o aparelho de direção elétrico a partir de uma bateria (13) e um sinal da chave de ignição é introduzido na unidade de controle (100) por meio de uma chave de ignição (11). A unidade de controle (100) calcula um valor de corrente de comando de um comando auxiliar (direção assistida) com base em um binário T de direção detectado pelo sensor de binário (10) e por uma velocidade V detectada por um sensor de velocidade (12), que controla a corrente fornecida ao motor (20), baseando-se em um valor de tensão de comando e obtido através da realização de compensação e do mesmo modo no que diz respeito ao valor de corrente de comando, numa seção de controle de corrente. Adicionalmente, também é possível se detectar a velocidade V a partir de uma CAN (Controller Area Network) ou semelhantes.

A unidade de controle (100) compreende principalmente um processador (ou um MPU ou um MCU), e as funções gerais realizadas pelos programas da CPU são mostradas na figura 2 .

As funções e o funcionamento da unidade de controle (100) serão descritos com referência à figura 2. Como mostrado na figura 2, o binário de direção T detectado pelo sensor de binário (10) e a velocidade V detectada pelo sensor de velocidade (12) são transmitidos para uma seção de cálculo de valor de corrente de comando (101). A seção de cálculo de valor de corrente de comando (101) decide um valor corrente de comando Irefl, que é o valor desejado da corrente fornecida para o motor (20) com base no binário da direção T e na velocidade V por meio de um mapa auxiliar ou semelhante. O valor real comando Irefl é adicionado em uma seção (102A) e, em seguida, o valor acrescentado é introduzido em uma seção limitante de corrente (103) como valor real comando Iref2. Um valor real de comando Iref3, que se limita a correntes máximas, é introduzido em uma seção de subtração (102B) e um desvio Iref4 (= Iref3 - lm) entre o valor real de comando Iref3 e um valor de corrente do motor lm, que é alimentado de volta, é calculado. O desvio Iref4 é introduzido em uma seção de controle PI (104) que serve como seção de controle real. O valor de tensão de comando E, cuja melhoria característica é realizada na seção de controle PI (104), é adicionado em uma seção de controle PWM (105). Adicionalmente, o motor (20) é conduzido através de um inversor (106) que serve como uma unidade de ponto PWM. O valor da corrente lm do motor (20) é detectado por um detector de corrente do motor (107) e é alimentado de volta para a seção de subtração (102B). Em geral, o inversor (106) usa TEDs como elementos de comutação e é constituído por um circuito de ponte de FET.

Adicionalmente, um sinal de compensação a partir de uma seção de compensação do CM (110) é incluído em adição à seção (102A), e a compensação do sistema é realizada por meio da adição do sinal de compensação CM, de modo a melhorar a convergência, uma característica de inércia e outras mais. A seção de compensação (110) adiciona um binário de auto-alinhamento (SAT) (113) e uma inércia (112) numa seção de adição (114), que aumenta ainda mais o resultado da adição realizada na seção de adição (114) e a uma convergência (111) numa seção de adição (115) e, em seguida, emite o resultado da adição realizada na seção (115) como adição do sinal de compensação CM.

No caso em que o motor (20) é um motor sem escovas de 3 fases, os detalhes da seção de controle de PWM do inversor (105) e (106) tornam-se uma configuração tal como mostrada na figura 3. Ou seja, a seção de controle PWM (105) compreende uma seção de cálculo (105A) que calcula valores de comando PWM (D1 ~ D6) de três fases de acordo com uma determinada expressão com base no valor de comando de tensão E, seções de tempo morto (105C1 ~ 105C3) que definem um tempo morto em relação aos valores de comando PWM (D4 ~ D6), respectivamente, e uma seção de portão condução (105B) que impulsiona cada portão (FET1 ~ FET3) pelos valores de comando PWM (D1 ~ D3) e, simultaneamente, liga / desliga depois de dirigir cada portão (FET4 ~ FET6) por valores de comando PWM (D4D ~ D6D) nas quais o tempo morto das seções de tempo morto (105C1 ~ 105C3) é definido, respectivamente. O inversor (106) compreende uma ponte de três fases tendo braços superior e inferior, compostos de FET1 e FET4; braços superior e inferior compostos de FET2 e FET5 e de braços superior e inferior compostos de FET3 e FET6, e aciona o motor (20) como sendo LIGADO / DESLIGADO com base nos valores de comando PWM D1 ~ D3 e D4D - D6D.

Aqui, a razão para definir os tempos mortos pelas seções de tempo morto 105C1 ~ 105C3 é como se segue.

Todos os braços superiores e inferiores que compõem o inversor (106), por exemplo FET1 e FET4, alternadamente repetem o comando LIGADO / DESLIGADO, da mesma forma, e os FET2 e FET5 alternadamente repetem o comando LIGADO / DESLIGADO; do mesmo modo que os FET3 e FET6 alternadamente repetem o comando LIGADO / DESLIGADO. No entanto, o FET não é um interruptor ideal e requer um tempo de arranque Ton e um tempo de volta Toff sem executar imediatamente o comando LIGADO / DESLIGADO como indicado pelos sinais de porta. Como um resultado, por exemplo, quando uma instrução - LIGADO para FET1 e uma instrução - DESLIGADO para FET4 são emitidas ao mesmo tempo, e FET1 FET4 se tornam EM ao mesmo tempo este não será um problema para os braços superior e inferior. Portanto, não se gera uma corrente de fluxo rodando de FET1 e FET4 ao mesmo tempo, no caso de se dar um sinal de alimentação para a seção de portão (105B) com um sinal para a seção de portão (105B) após o termo de um determinado tempo chamado tempo morto na seção de tempo morto (105C1) sem dar um sinal desproporcional para a seção de portão (105B) do carro imediatamente dos braços superior e inferior compostos de FET1 e FET4 que pode ser prevenida. Da mesma forma, este mesmo mecanismo é aplicado aos outros conjunto FET2 ~ FET6.

No entanto, a existência do tempo morto acima torna-se uma particularidade que causa problemas para o controle do aparelho de direção elétrico, tais como torque insuficiente e torque por ondulação.

No primeiro caso, o tempo morto, a virada no tempo e no comando de - DESLIGADO serão descritos com referência à figura 4. O valor de comando D1 (D4) a partir da seção de cálculo (105A) mostrada na figura 4(A), é definido como um sinal de LIGADO / DESLIGADO em relação a FET1 e FET4. No entanto, na verdade, um sinal de porta K1, mostrado na Figura 4(B), é dado a FET1 e um sinal de porta K2, mostrado na Figura 4(C), é dado para FET4. Isto é, no que diz respeito a ambos os sinais de porta K1 e K2, um tempo morto é assegurado Td. A tensão nos terminais da composição de FET1 e FET4 é definida como Van e mostrada na Figura 4(D). O mesmo o sinal - LIGADO baseado no K1 sinal de porta é dado e FET1 se liga após o termo do tempo de arranque Ton sem se executar imediatamente. Adicionalmente, mesmo quando o sinal - DESLIGADO é dado, FET1 desliga-se após o decurso do ciclo de tempo - DESLIGADO Toff sem se executar imediatamente. Adicionalmente, o termo "Vdc" é uma tensão de alimentação (tensão da bateria, 13) do inversor (106). Portanto, um tempo de atraso Ttot total é indicado pela seguinte expressão 1 . (Expressão 1 ) Ttot = Td + Ton - Toff

Nos parágrafos a seguir as influências sobre o aparelho de direção elétrico a partir do tempo morto Td serão descritas.

Em primeiro lugar, uma influência sobre a tensão se dá como se segue. Como mostrado na figura 4, no que diz respeito aos sinais de porta ideais ( D1, D4), os sinais de porta reais K1 e K2 se tomam sinais que são diferentes dos sinais de porta ideais devido à influência do tempo morto Td. Como resultado, apesar da distorção da tensão ocorrer, no caso em que o sentido do motor de corrente lm é positivo (isto é, no caso em que a direção do fluxo de corrente se dá a partir da fonte de alimentação para o motor), que a distorção de tensão ΔV se torna como definida na expressão 2 e, no caso em que o sentido da corrente de motor lm é negativa (isto é, no caso em que a direção do fluxo de corrente se dá a partir do motor para o fornecimento de energia), que a distorção de tensão ΔV se torna como definida na expressão 3. (Expressão 2) - ΔV = - (Ttot / Ts) • ( Vdc / 2) onde " Ts " é um número inverso (Ts = 1/fs) de uma frequência PWM fs no caso dos controladores PWM do inversor (106). (Expressão 3) ΔV = (Ttot / Ts) • (Vdc / 2)

Ao se representar as expressões acima, 2 e 3, em uma expressão, a seguinte expressão 4 pode ser obtida. (Expressão 4) Δ V = -sinal (lm) • (Ttot / Ts) • (Vdc / 2) onde “sinal (lm)” representa a polaridade da corrente do motor lm.

A partir da expressão 4, acima, nota-se que quando a frequência PWM fs é elevada e a tensão de alimentação Vcc é grande, e considerando que a tensão de distorção ΔV é alta, a influência do tempo morto Td fica evidente.

Embora a influência do tempo morto Td em relação à distorção de tensão seja descrita como acima, até mesmo no que diz respeito à corrente ou ao torque, existem influências indesejáveis causadas pelo tempo morto Td. Com relação à distorção real, quando há mudanças de positivo para negativo ou de negativo para positivo, o tempo morto Td provoca um fenômeno de aperto zero (ou seja, um fenômeno em que não há escape para a vizinhança de zero). Isto porque, uma vez que a carga (motor) é de indutância, há uma tendência de que a queda de tensão provocada pelo tempo morto Td mantenha a corrente como zero.

Adicionalmente, a influência do tempo morto Td em relação ao binário aparece como um binário de saída insuficiente e como um aumento do binário de ondulação. Ou seja, a distorção de corrente gera um harmônico de baixa ordem e que se mostra propício para o aumento da ondulação de torque. Adicionalmente, uma vez que a corrente real é afetada pelo tempo morto Td esta torna-se menor do que a corrente ideal e, consequentemente, ocorre uma falta de binário de saída.

A fim de evitar uma tal influência indesejável do tempo morto Td, várias medidas (as chamadas "compensações de tempo morto") são consideradas. O conceito básico consiste em se compensar a distorção de tensão ΔV mostrada na expressão 4 acima. Portanto, a expressão de compensação 4 é corrigida por meio de um valor de correção de tempo morto (tensão), ΔU, mostrado na expressão 5 a seguir. (Expressão 5 ) ΔU = sinal (lm ) ■ ( Ttot / Ts ) (Vdc / 2)

Existe um problema em termos de compensação de tempo morto, já que é impossível detectar com precisão o sinal de polaridade (lm) da corrente lm. Ao se medir a polaridade da corrente lm, os ruídos do controle PWM e o fenômeno de aperto zero descrito acima tornam difícil medir com precisão a polaridade da corrente lm.

Adicionalmente, no aparelho de direção elétrico, em uma corrida em linha reta, no que diz respeito às características da vizinhança de uma posição neutra de direção, uma penalidade de controle como a repetição de uma direção inversa, uma corrente fraca é necessária constantemente. Em particular, uma vez que se trata de um estado de corrida em linha reta, por exemplo na execução em alta velocidade, a vibração da estrada que está sendo transmitida ao volante se dá pequenos elementos instáveis do auxiliar que facilmente transmitem as vibrações. Lista de documentos do estado da técnica Documentos de Patentes Documento de Patente 1 : Pedido de Patente Japonesa Pendente No. 2006 - 199140 Documento de Patente 2 : Pedido de Patente Japonesa Pendente No. H11 -27951 Documento de Patente 3 : Pedido de Patente Japonesa Pendente No. 2009 - 5485

Sumário da invenção

Problemas a serem resolvidos pela invenção

Como um meio para a resolução dos problemas acima descritos, a presente invenção propõe um dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico como o descrito no Pedido de Patente Japonesa pendente No. 2006 - 199140 (Documento de Patente 1). Neste dispositivo de controle, por meio do cálculo do valor de compensação da compensação do tempo morto e do sinal da corrente com base nas condições atuais e de direção e aumentando-se o valor do comando de tensão, de acordo com várias condições de direção e status de carregamento, uma avaliação melhor do valor tempo morto é definida a partir da vista do sentido de direção.

No que diz respeito à fixação de um tempo morto de um inversor, apesar de um valor pré-determinado ser geralmente definido em um processador (tal como um microcomputador), um valor do tempo morto real varia de acordo com uma alteração de temperatura do elemento de comutação (FET). No entanto, no dispositivo de acordo com o Documento de Patente 1, uma vez que a correção do valor de compensação de tempo morto com base nas condições de direção não considera a variação de temperatura do elemento de comutação, no caso em que o tempo morto real alterado com a mudança de temperatura, o tempo morto torna-se discordante com o valor de compensação de tempo morto, assim, existe a possibilidade de que a distorção real ocorra sem ser capaz de se realizar uma compensação adequada e de que a ondulação de torque fique pior. Em particular, fora da vizinhança da posição neutra de direção, apesar de se querer apresentar o tempo morto com o valor de compensação de tempo morto e de se melhorar o senso da direção, quando se utiliza um valor de compensação que é definido a uma temperatura normal, por exemplo sob um ambiente de alta temperatura, existem características em que o valor de compensação torna-se elevado e, assim, existe a possibilidade de que a distorção de corrente ocorra e de que a ondulação de torque ocorra facilmente.

Adicionalmente, apesar do aparelho de controle do inversor descrito no Pedido de Patente Japonesa pendente N H11 - 27951 (Documento de Patente 2) corrigir o valor de compensação de tempo morto com base numa temperatura do termistor, pois o aparelho de controle do inversor não se relaciona com uma potência elétrica aparelho de controle, ele não é considerado completamente na correção do valor de compensação de tempo morto com base nas condições de direção. Assim, a sua aplicação no aparelho de direção elétrico é impossível.

Adicionalmente, embora o processo de correção de tempo morto descrito no Pedido de Patente Japonesa pendente No. 2009 - 5485 (documento de patente 3), corrigir um valor definido de tempo morto baseando- se numa temperatura detectada por uma alteração da temperatura de detecção significativa, esta correção de tempo morto é um método para suprimir um aumento de temperatura de um aparelho e muda a largura do tempo morto dependendo de uma mudança de temperatura, com uma corrente de fluxo no momento de um comando LIGADO / DESLIGADO de comutação de braços superior e inferior de um motor que conduz o circuito. Por isso, este método de correção de tempo morto não é um método que considera o ambiente de um veículo e não se mostra uma solução para o problema da ondulação de torque.

A presente invenção foi desenvolvida tendo em conta as circunstâncias 5 acima descritas e um objeto da presente invenção é o de proporcionar um dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico que suprime o desencontro entre o tempo morto real e o valor de compensação de tempo morto, corrigindo o valor de compensação de tempo morto com base na temperatura do elemento de comutação (inversor) e que reduz a distorção da 10 corrente do motor e a ocorrência de uma onda de torque e que, ao mesmo tempo, reduz a ocorrência de ruído através da realização de uma compensação do tempo morto que corresponde às condições de direção e constantemente obtém bons desempenhos de direção, mesmo em um ambiente de baixa temperatura para uma temperatura elevada.

Meios para se resolver os problemas do estado da técnica

A presente invenção se refere a um dispositivo de controle para um aparelho de direção assistida elétrico que controla um motor fornecendo um mecanismo de direção com um volante força auxiliar por meio de um inversor com base em um sinal de comando real calculado com base em um binário 20 gerado numa direção do eixo de direção e um valor de comando de tensão a partir de uma seção de controle de corrente que os introduziu no referido valor de corrente de comando; em que o objetivo acima descrito da presente invenção é conseguido por compreender: uma seção característica de tempo morto que calcula um valor de tempo morto característico com base no referido 25 valor de corrente de comando, uma seção de determinação de estado de direção que determina um estado de direção de um volante, uma seção de variação de ganho varia um ganho do referido valor característico de tempo morto, de acordo com a determinação da referida seção de determinação de estado de direção, uma seção de determinação de polaridade que muda de 30 polaridade e que determina os métodos de acordo com a referida seção de determinação de estado de direção e, simultaneamente, determina uma polaridade com base numa corrente detectada do referido motor, em que o referido valor de corrente de comando, ou um modelo real baseado no referido sinal de comando real, tem um sensor de temperatura que detecta a temperatura do referido conversor, uma seção de cálculo de valor de correção da temperatura do tempo morto que calcula um valor de correção da temperatura do tempo morto que corresponde à referida temperatura e uma seção de processamento de cálculo que calcula e processa o referido tempo morto com valor de correção de temperatura em relação a um valor de compensação do tempo morto com polaridade que é determinado pela referida seção de determinação de polaridade com base na potência da referida seção de ganho e emite um valor de compensação de tempo morto; em que um tempo morto do referido inversor é compensado pela adição do referido valor de compensação de tempo morto para o referido valor de comando de tensão.

Adicionalmente, o objetivo acima descrito da presente invenção é mais eficiente nos casos em que há uma elevada temperatura do referido inversor, diminuindo o referido valor de compensação de tempo morto, e nos casos em que há uma baixa temperatura do referido inversor, aumentando o referido valor de compensação de tempo morto, ou nos casos em que o cálculo do referido valor de correção tempo morto feito pela seção de cálculo da temperatura é composto por um valor limite de correção da temperatura da seção de cálculo que executa o cálculo de um valor limite de correção de temperatura, e quando a referida seção de processamento de cálculo é constituída por um limitador sensível a temperatura, ou nos casos em que o referido valor de correção de tempo morto da seção de cálculo de temperatura é constituído por um valor de correção de subtração da seção de cálculo de temperatura que executa o cálculo de um valor de correção da temperatura de subtração, e quando a referida seção de processamento de cálculo é constituída por uma seção de subtração, ou nos casos em que o referido valor de correção de tempo morto da seção de cálculo de temperatura é constituído por uma seção de ganho de cálculo de correção de temperatura que executa o cálculo de um ganho de correção de temperatura, e em que a referida seção de processamento de cálculo é constituída por uma seção de multiplicação.

Efeitos da invenção

De acordo com um dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico da presente invenção, uma vez que se realiza a compensação do tempo morto em relação ao valor da tensão de comando, por meio de um valor de compensação de tempo morto, e considerando-se a temperatura do inversor como sendo diferente da compensação do tempo morto baseada numa corrente medida incluindo ruídos, é possível proporcionar um dispositivo de controle de alto desempenho para um aparelho de direção elétrico em que as distorções de tensão do motor e a corrente do motor são pequenas e, adicionalmente, independentemente da mudança de temperatura, onde se realiza constante mente a compensação de tempo morto com pequena ondulação de torque.

Adicionalmente, uma vez que se realiza uma compensação do tempo morto que também considera uma alteração da corrente do motor que corresponde a um estado de direção como sendo diferente da compensação do tempo morto com base em apenas um valor fixo, é possível que as distorções de tensão do motor e que a corrente do motor sejam pequenas e é possível efetuar a compensação do tempo morto com uma pequena ondulação do binário em função do estado de direção.

Breve Descrição dos Desenhos

Nos desenhos anexos : A Figura 1 é um diagrama que ilustra um exemplo de configuração de um aparelho de direção elétrico geral; A Figura 2 é um diagrama de blocos, mostrando um exemplo de uma unidade de controle; A Figura 3 é um diagrama de fiação mostrando um exemplo de configuração de uma seção de controle PWM e um inversor;

A Figura 4 mostra gráficos de tempo que ilustram as relações entre um tempo morto, uma volta no tempo e uma volta fora do tempo; A Figura 5 mostra um diagrama de características de baixa temperatura e um diagrama característico de temperatura elevada que ilustram exemplos de variação de temperatura de uma zona morta de um elemento de comutação; A Figura 6 é um diagrama característico que mostra um exemplo da variação de temperatura entre a largura de uma banda morta de um elemento de comutação;

A Figura 7 mostra diagramas característicos (no caso em que a compensação é suficiente, no caso em que a compensação é insuficiente e no caso em que a compensação é alta demais) que ilustram as características no ponto de cruzamento de zero de corrente provocado por uma compensação de tempo morto;

A Figura 8 é um diagrama de blocos, mostrando um exemplo de configuração da presente invenção; A Figura 9 é um diagrama de blocos, mostrando um exemplo de configuração (uma primeira forma de realização) de uma seção de compensação do tempo morto; A Figura 10 é um diagrama característico, mostrando um exemplo de características tempo morto;

A Figura 11 é um diagrama característico, mostrando um exemplo característico de um valor limite de correção da seção de cálculo de temperatura; A Figura 12 é um diagrama característico que mostra um exemplo típico de um limitador sensível a temperatura; A Figura 13 é um diagrama que ilustra a determinação de viragem / retorno de um volante;

A Figura 14 é um diagrama de blocos, mostrando um exemplo de configuração (segunda modalidade) da seção de compensação do tempo morto; A Figura 15 é um diagrama característico, mostrando um exemplo característico de um valor de correção de subtração da seção de cálculo de temperatura; A Figura 16 é um diagrama característico, mostrando um exemplo de variações do valor de compensação com a temperatura;

A Figura 17 é um diagrama de blocos, mostrando um exemplo de configuração (a terceira forma de realização) da seção de compensação do tempo morto; A Figura 18 é um diagrama característico que mostra um exemplo típico de uma seção de cálculo de ganho de correção da temperatura; e A Figura 19 é um diagrama característico, mostrando um exemplo de variações do valor de compensação com a temperatura.

Modo de Realização da Invenção

Um tempo morto que é dado para prevenir uma corrente de fluxo através de um inversor formado por elementos de comutação (tais como FET, IGBT, triacs e semelhantes), é gerado como uma característica de distorção (a zona morta DB) de uma corrente de saída com relação a um valor de comando direito no momento zero de Amperes transversal, por exemplo, como mostrado na Figura 5(A). No entanto, quando esta banda morta DB é definida como uma banda morta, no caso de uma temperatura baixa (por exemplo, 0°C), como mostrado na Figura 5(A), no caso em que as alterações de temperatura levam a uma temperatura elevada (por exemplo, 40 °C), a banda morta torna-se estreita, como mostrado na figura 5(B) (DB zona morta’ (< DB)). Em geral, devido às características dos elementos de comutação, a largura de banda morta se alarga quando a temperatura torna-se menor, e a largura de banda morta se estreita quando a temperatura se torna mais elevada. Uma característica de temperatura entre a largura de banda morta é mostrada na Figura 6, no caso de FETs configurando o inversor. Isto é, quando o termo "t" representa a temperatura do inversor (FET), "C" representa um coeficiente de temperatura, e DBO representa a largura de banda morta, a 0 °C, e a largura de banda morta real DB pode ser representada pela expressão 6 a seguir. (Expressão 6) DB = - C • t + DBO

Aqui, a compensação do tempo morto é aplicada a uma tensão de compensação com um tempo zero de Amperes transversal, e elimina as distorções características (DB, DB’) da corrente de saída, que são mostradas na Figura 5(A) e na figura 5(B). Ou seja, definindo-se a largura da banda morta real DB expressa na Expressão 6 como o valor de compensação de tempo morto é possível se obter uma característica sem a distorção de corrente mostrada na figura 7(B). No entanto, quando a correção do valor de compensação de tempo morto é feita pelas condições de direção única, uma vez que a largura de banda morta real DB varia com a temperatura, no momento da queda de temperatura, como mostrado na Figura 7(A), a compensação fica insuficiente e, por outro lado, no momento da subida da temperatura, como mostrado na Figura 7(C), a compensação torna-se excessiva.

A presente invenção realiza o cálculo do valor de compensação de tempo morto de acordo com a temperatura do inversor e com o status da direção na medida em que o volante é movido, retornando a uma posição ou sendo liberado e, simultaneamente, realiza a compensação de tempo morto em relação ao valor da tensão de comando do inversor que aciona o motor. Como resultado, mesmo que a temperatura varie de - 40 ~ 80 °C, é possível que as distorções de tensão do motor e que a corrente do motor sejam constantemente pequenas e que seja possível realizar uma compensação de tempo morto de alto desempenho com pequena ondulação de binário.

A seguir, formas de realização da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos .

A Figura 8 mostra um exemplo de configuração da presente invenção correspondente à Figura 2. Como mostrado na Figura 8, a presente invenção é apresentada com uma seção de compensação do tempo morto (200), que calcula um valor de compensação do tempo morto ΔU e compensa uma banda morta, que aparece em uma corrente real do inversor (106) e, ao mesmo tempo, é dotada de um sensor de temperatura (300), que detecta uma temperatura t do inversor (106). Adicionalmente, um sensor de rotação (301), tal como um resolvedor, é ligado ao motor (20) e a presente invenção também é apresentada com uma seção de detecção de ângulo de rotação (302) para a detecção de um ângulo de rotação θ a partir de um sinal do sensor de rotação de 301 ° e uma seção de detecção de velocidade angular de saída (303) para detectar uma velocidade angular w do motor do ângulo de rotação θ. O torque de direção T, a velocidade V, o ângulo de rotação θ, a velocidade angular ÜJ, O valor real de comando Iref2 e a temperatura t são, respectivamente, inseridos na seção de compensação de tempo morto (200). A seção de compensação de tempo morto (200) calcula o valor de compensação de tempo morto ΔU e o valor de compensação de tempo morto calculado ΔU é adicionado ao valor de comando de tensão E em uma seção própria (201). O valor da tensão de comando E' (= E + ΔU), que é obtido por meio da adição na seção de adição (201), é introduzido na seção de controle de PWM (105) e controlado por PWM, que aciona o motor (20) pelo inversor (106). Do mesmo modo que a entrada para a seção de compensação de tempo morto (200), é possível usar o valor de comando de tensão E na colocação do valor real de comando Iref2.

A seguir, um exemplo de configuração (uma primeira forma de realização) da seção de compensação do tempo morto (200) será descrito com referência à figura 9 .

O valor real de comando Iref2 da seção (102A) é introduzido em uma seção de determinação de estado de direção (210) e, simultaneamente, inserido em uma seção característica de tempo morto (a seção de cálculo) (211). Uma vez que o valor característico Dt da seção característica de tempo morto (a seção de cálculo) (211) é obtido este é inserido em uma seção de ganho (212). A seção característica tempo morto (a seção de cálculo) (211) gera o valor característico de tempo morto Dt tendo uma característica de tempo morto como mostrada na figura 10 no que diz respeito ao valor de corrente de comando Iref2. Adicionalmente, uma seção de determinação de polaridade (213) determina a polaridade do sinal de entrada com características de histerese e a corrente de motor detectada IM, o sinal de comando real Iref2 ou uma corrente de modelo baseada no sinal de comando real Irefl são introduzidos na seção de determinação de polaridade (213). Com base em um sinal ST1 de estado de direção obtido a partir da seção de determinação de estado de direção (210), que determina a seção de polaridade (213), muda-se a largura de histerese. Ao se converter o valor real de comando Irefl, pela função de transferência da Expressão 7 mostrada a seguir, a corrente de modelo pode ser obtida. (Expressão 7) MR (s) = 1/ (1+Tcs) onde Tc = 1 / ( 2π • fc ) e "fc" é uma frequência de corte da malha de controle real.

A função de atraso linear representada pela expressão 7, acima, é uma função do modelo do circuito de controle de corrente que é derivada a partir de uma função de transferência 1 / ( R + S ■ L ) e representa o motor (20) com base na seção de controle PI (104), na seção de controle PWM (105), no inversor (106) e no detector de corrente do motor (107).

Aqui, a corrente real do motor lm inclui ruídos consideráveis, e isso faz com que seja difícil de se realizar uma determinação de polaridade na proximidade de corrente zero. Portanto, se a corrente de modelo de motor (20) gerada com base no sinal de comando real Irefl, sem ruídos, esta se dá através de um circuito de retardo linear não utilizando a corrente de motor lm real, e, em seguida, a determinação da polaridade com base no modelo real torna-se mais eficaz.

A seção de determinação de status de direção (210) compreende a função de determinação da liberação de um volante e da determinação de uma função de uma virada / retorno e a velocidade angular ou do motor, o torque de direção T, a velocidade V, o ângulo θ de rotação do motor e o valor real comando Iref2 são, respectivamente, introduzidos na seção de determinação de estado de direção (210). Quando a seção de determinação de estado de direção (210) determina que o volante seja liberado, o sinal ST1 de estado de direção é introduzido na seção de determinação de polaridade (213). Por outro lado, quando a seção de determinação de estado de direção (210) determina que o volante seja virado ou retornado, o sinal de status de direção ST2 é introduzido na seção de ganho (212). O sinal de polaridade (Pi) determinado pela seção determinação de polaridade (213), é introduzido numa seção de multiplicação (214) e, em seguida, multiplicado por um valor característico de ganho de tempo morto ajustado Dta a partir da seção de ganho (212). Um valor característico de tempo morto com polaridade Dtb que é o "sinal (Pi) ■ Dta", resultado da multiplicação realizada na seção de multiplicação (214), é inserido em um limitador sensível à temperatura (216) como uma seção de processamento de cálculo que gera a compensação do tempo morto valorizada ΔU. A temperatura t do sensor de temperatura (300) é inserida em um valor limite na seção de cálculo de correção de temperatura (215) como valor de correção de temperatura da seção de cálculo de tempo morto e calcula um valor limite de correção de temperatura tr como um valor de correção de temperatura de tempo morto por uma característica tal como mostrada na Figura 11.0 limite de valor de correção de temperatura calculado tr é feito entrar no limitador (216) sensível à temperatura e, em seguida, o limitador (216) sensível à temperatura emite o valor de compensação de tempo morto ΔU, que é obtido através da limitação de um topo e de uma base do valor característico de tempo morto Dtb com polaridade de acordo com uma característica mostrada na Figura 12 .

Adicionalmente, a determinação de liberação do volante em função da seção de determinação de estado da direção (210) emite o sinal de estado direção ST1 ao determinar a liberação do volante (com as mãos de um motorista ao volante) faz com que o volante não gire e a direção assistida não é realizada com base na velocidade V, na velocidade angular OJ do motor e no valor real de comando Iref2. Por outro lado, a transformação / volta pela determinação em função da seção de determinação de estado da direção (210) determina uma viragem quando a velocidade angular UJ do motor e o binário de direção T se encontram no mesmo sentido, que determina um retorno no caso em que a velocidade angular do motor w e o binário da direção T tenham direções diferentes, como mostrado na Figura 13, com base na velocidade angular w do motor e no binário de direção T e, em seguida, emite o sinal ST2 de estado de direção.

Numa configuração como esta, o funcionamento será descrito a seguir. A corrente Im detectada no motor (20), o sinal de comando real Iref2 ou o modelo real baseado no sinal de comando real Irefl são introduzidos na seção de determinação de polaridade (213) com o sinal ST1 de estado de direção, e a sua polaridade é determinada. O sinal (Pi), que é a saída da seção de determinação de polaridade (213), é transmitido sob a forma de (1) ou (-1), como se mostra na Expressão 8 a seguir.

Conforme descrito acima, devido aos ruídos ou semelhantes, é muito difícil se medir a corrente real do motor e a corrente real do inversor, e determinar a polaridade com precisão. No entanto, ao se utilizar a corrente de modelo e a determinação da sua polaridade, a detecção da polaridade se torna fácil. (Expressão 8) sinal (Pi) = (+1) ou (-1)

Adicionalmente, a seção de determinação de polaridade (213) é uma determinação de polaridade que considera a histerese e define uma largura de histerese na determinação de polaridade de acordo com o sinal ST1 de estado de condução ao se determinar a libertação do volante (com as mãos de um motorista fora do volante), como se segue. (Expressão 9) Durante lançamento do volante (ST1 = 1): a largura de histerese é grande

Durante direção do volante (ST1 = 0): a largura da histerese é pequena

No caso em que a deflexão do comando real excede a largura de histerese da compensação de tempo morto, a direção de saída dos interruptores de compensação de tempo morto passa de positivo para negativo ou de negativo para positivo, e isso faz com que as vibrações auto-animadas por um circuito fechado, incluindo o controle de torque, de modo a tornar-se um som barulhento. Este é um problema que pode ocorrer em uma situação tal que o valor de comando varia centrado em torno de quase zero Amperes devido a perturbações. Uma vez que o valor de comando torna-se igual ou superior a um determinado valor, no estado de condução, o estado de direção não provoca vibrações auto-animadas. Sendo assim, no estado de liberação em que a determinação do valor corrente de comando é difícil, a fim de eliminar a sensibilidade para uma variação no valor de comando, aumenta-se a largura de histerese. Em contraste, a direção estado provoca um atraso do ganho de tempo morto e gera a ondulação de torque, diminuindo a largura de histerese durante a direção do volante.

Adicionalmente, a determinação de liberação do volante da função dentro da seção de determinação de estado de direção (210), introduz a velocidade V, a velocidade angular w do motor e o valor real de comando Iref2, e gera um sinal de estado de determinação ST = 1 quando a Expressão 10, mostrada a seguir, se mantém. (Expressão 10) 0 < velocidade V < α dado valor, e motor de velocidade angular w < β dado valor, e | valor real comando Iref2 | < y dado valor, e torque de direção T < dado valor T0, ou ângulo de rotação 9 < 90 dado valor

Adicionalmente, o valor dado α é uma velocidade em que os sons causados por vibrações auto-animadas podem ser ignorados, os dados de valor β são um valor pequeno em que os ruídos não são detectados e o dado de valor y é um valor pequeno em que os ruídos não são detectados.

Adicionalmente, o valor característico tempo morto Dt obtido da seção característica de tempo morto (211) é introduzido na seção de ganho (212) e este ganho é ajustado de acordo com o sinal ST2 de estado de direção da manobra / retorno da função determinante na seção de determinação de estado de direção (210). A determinação da viragem / retorno é determinada como se mostra na Figura 13, uma vez que é necessária uma correção durante a viragem, em que o ganho da seção de ganho (212) é ajustado para "1" de acordo com o sinal ST2 de estado de direção e, uma vez que o correção não é necessária durante o retorno, o ganho da seção de ganho (212) é definido como ”0" ou um pequeno valor de acordo com o sinal ST2 estado de direção.

Desta forma, os valores característicos de tempo morto Dta que são ajustados por ganho de acordo com o sinal ST2 de estado direção da função que determina o retorno de viragem é feito de acordo com a polaridade (positiva ou negativa) a partir da seção de determinação de polaridade atribuída (213) na seção de multiplicação (214) e transmitidos para o limitador (216) sensível à temperatura. Em seguida, o limitador sensível à temperatura (216) envia o valor de compensação de tempo morto ΔU baseado na característica mostrada na Figura 12 em conformidade com o valor limite da temperatura de correção de tr a partir do valor de correção da temperatura limite calculada na seção (215). O valor de compensação de tempo morto ΔU, calculado de tal maneira, é adicionado ao valor E de comando de tensão, que é a saída da seção de controle PI (104) mostrada na figura 2, na seção de ganho (201). A finalidade de se adicionar o valor de compensação de tempo morto ΔU, sensível à temperatura, ao valor do comando de tensão E, é a de se adicionar o valor de compensação ΔU para melhorar a tensão e as distorções atuais e a ondulação de torque que são causadas pelo tempo morto para impedir um encurtamento do braço superior / inferior para um controle básico indicado pelo valor de comando de tensão E, de modo a efetuar seu controle.

Em seguida, um outro exemplo de configuração (segunda variante) da seção de compensação do tempo morto (200) será descrita com referência à Figura 14, que corresponde à Figura 9. No que diz respeito às configurações que são as mesmas como mostradas Figura 9, os numerais de referência são idênticos e apresentados sem maiores explicações.

Esta forma de realização apresenta um valor de correção de temperatura por subtração como calculado na seção (220), que calcula o valor da temperatura de correção por subtração ts como o valor de correção da temperatura do tempo morto de acordo com a temperatura t a partir do sensor de temperatura (300) como o valor de correção da temperatura do tempo morto a partir da seção de cálculo, e simultaneamente é fornecido com uma seção de subtração (221) que subtrai o valor ts de subtração de correção de temperatura do tempo morto valor característico Dtb com a polaridade da seção de multiplicação (214) como a seção de processamento de cálculo. A seção de subtração (221) subtrai a temperatura ts do valor de correção do tempo morto por subtração característico Dtb com a polaridade e gera um valor de compensação de tempo morto ΔU1 sensível à temperatura. A relação entre a temperatura t e o valor ts de correção de temperatura por subtração no valor de subtração obtido da seção de cálculo de correção de temperatura (220) é uma linha sólida ou uma linha tracejada mostrada na Figura 15. Subtraindo-se os valores de subtração de correção de temperatura ts a partir do valor característico de tempo morto Dtb com a polaridade na seção de subtração (221), é possível efetuar uma correção de temperatura mostrado na Figura 16. Uma linha contínua da Figurai6 é uma característica da presente invenção e uma linha tracejada da Figura 16 é uma característica do caso de não se realizar a correção da temperatura.

Adicionalmente, um outro exemplo de configuração (a terceira forma de realização) da seção de compensação do tempo morto (200) será descrito com referência à Figura 17 que corresponde à Figura 9. No que diz respeito às configurações, que são as mesmas como mostradas na Figura 9, os numerais de referência são idênticos e apresentados sem maiores explicações.

Esta realização é fornecida com um ganho de correção pela seção de cálculo de temperatura (230), que calcula um ganho de correção de temperatura tg como o valor de compensação de tempo morto em de acordo com a temperatura T do sensor de temperatura (300) como o valor de compensação de tempo morto de seção de cálculo de temperatura e, simultaneamente, é proporcionada com uma seção de multiplicação (231), que multiplica o valor de tempo morto característico Dtb com a seção de polaridade por multiplicação (214) pela temperatura corrigida por ganho tg como obtida pela seção de processamento de cálculo. A seção de multiplicação (231) multiplica o tempo morto valor característico Dtb com a polaridade obtida pela temperatura corrigida por ganho tg e gera um valor de compensação de tempo morto ΔU2 sensível à temperatura. A Figurai8 mostra uma relação entre a temperatura tea temperatura corrigida por ganho tg obtida na seção de cálculo de correção da temperatura (230). Ao multiplicar o tempo morto valor característico Dtb com a polaridade da temperatura corrigida por ganho tg na seção de multiplicação (231), é possível realizar uma correção de temperatura mostrada na Figurai9. Uma linha contínua da Figura19 é uma característica da presente invenção, e uma linha tracejada da Figura 19 é uma característica de não se realizar a correção da temperatura.

Adicionalmente, embora a descrição acima se refira a um motor trifásico, da mesma forma é possível se aplicar a presente invenção a outros motores, tais como um motor de duas fases.

Explicação dos numerais de referencia 1 volante 2 Eixo de coluna (eixo de direção ) 10 Sensor de binário 12 sensor de velocidade 20 motor 100 unidade de controle 110 seção de compensação 200 seção de compensação de tempo morto 210 seção de determinação de status de direção 211 seção característica de tempo morto (seção de cálculo) 212 seção de ganho 213 seção de determinação de polaridade 215 seção de cálculo de valores-limite de correção de temperatura 216 limitador sensível à temperatura 220 seção de cálculo de valor de correção de temperatura por subtração 230 seção de cálculo de valor de correção de temperatura por ganho 300 sensor de temperatura 301 sensor de rotação 302 seção de determinação de ângulo de rotação 303 seção de detecção de velocidade angular

Claims

1. Dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico que controla um motor (20) fornecendo um mecanismo de direção com uma força auxiliar de direção por meio de um inversor (106) baseado em um valor de comando de corrente calculado com base em um torque de direção gerado em um eixo de direção e um valor de comando de tensão de uma seção de controle de corrente introduzindo o referido valor de comando de corrente, o referido dispositivo de controle para o aparelho de direção elétrico é caracterizado por compreender uma seção característica de tempo morto (211) que calcula um valor característico de tempo morto com base no referido valor de comando de corrente; uma seção de determinação de estado de direção (210) que determina um estado de direção de um volante; uma seção de determinação de estado de direção (210) que determina um estado de direção de um volante; uma seção de ganho (212), que varia um ganho do referido valor de característica de tempo morto de acordo com uma determinação da referida seção de determinação de estado de direção (210); uma seção de determinação de polaridade (213) que alterna métodos de determinação de polaridade de acordo com a referida determinação da referida seção de determinação de estado de direcionamento (210) e, simultaneamente, determina uma polaridade com base em uma corrente detectada do referido motor, o referido valor de comando de corrente ou um modelo de corrente com base no referido valor de comando de corrente; um sensor de temperatura (300) que detecta uma temperatura do referido inversor (106); uma seção de cálculo do valor de correção de temperatura de tempo morto que calcula um valor de correção de temperatura de tempo morto correspondente à referida temperatura; e uma seção de processamento de cálculo que calcula e processa o referido valor de correção de temperatura de tempo morto em relação a um valor de compensação de tempo morto com polaridade que é determinada pela referida seção de determinação de polaridade (213) com base em uma saída da referida seção de ganho (212) e emite um valor compensação de tempo morto, em que um tempo morto do referido inversor (106) é compensado pela adição do referido valor de compensação do tempo morto ao referido valor de comando de tensão.

2. Dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cada momento em que há uma temperatura elevada do referido inversor (106) diminui- se o referido valor de compensação de tempo morto, e em cada vez em que há uma baixa temperatura do referido inversor (106), aumenta-se o referido valor de compensação de tempo morto. .

3. Dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida seção de cálculo do valor de correção de temperatura de tempo morto é composta por uma seção de cálculo de valor limite de correção de temperatura (215) que realiza o cálculo de um valor limite de correção de temperatura, e a referida seção de processamento de cálculo é composta por um limitador sensível à temperatura (216).

4. Dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida seção de cálculo do valor de correção de temperatura de tempo morto é composta de uma seção de cálculo de valor de subtração de correção de temperatura (220) que realiza o cálculo de um valor de subtração de correção de temperatura, e a referida seção de processamento de cálculo é composta por uma seção de subtração (221).

5. Dispositivo de controle para um aparelho de direção elétrico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida seção de cálculo do valor de correção de temperatura de tempo morto é composta de uma seção de cálculo de ganho de correção de temperatura (230) que executa o cálculo de um ganho de correção de temperatura, e a referida seção de processamento de cálculo é composta por uma seção de multiplicação (231).