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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen
Motor, welcher in einem Fahrzeug montiert ist.
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Eine
Motorsteuervorrichtung für
einen fahrzeugeigenen Motor enthält üblicherweise
einen Mikrocomputer. Der Mikrocomputer berechnet einen Befehlsstromwert,
welcher einem erforderlichem Drehmoment entspricht und steuert eine
Brückenschaltung
von Leistungschaltelementen in einem Pulsbreitenmodulations-Steuermodus,
um den Unterschied zwischen dem Befehlsstromwert und dem Betrag
des erfassten Stroms auf Null zu verringern. In diesem Verfahren
gibt es ein Problem, dass der Mikrocomputer mit einer höheren Wahrscheinlichkeit als
eine Abtastregelvorrichtung (discrete control device) eine Störung erleidet,
falls dieser übermäßig erwärmt wird.
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Der
Mikrocomputer muss andererseits möglicherweise nahe den Leistungsschaltelementen
angeordnet werden, welche auf der gleichen Leiterplatte montiert
sind, um die Vorrichtung kompakt zu halten. Der Mikrocomputer ist
deshalb einer hohen Temperatur der Leistungsschaltelemente ausgesetzt.
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Im
Falle eines elektromotorbetriebenen Lenksystems, welches einen Fahrer
mit einem Hilfsdrehmoment versorgt, wird die an einen Motor zu versorgende
Stromstärke
durch eine CPU (zentrale Recheneinheit) entsprechend einem erforderlichen Lenkmoment
berechnet. Falls die CPU aufgrund einer übermäßig hohen Temperatur eine Störung erleidet,
kann diese ein falsches Hilfsdrehmoment vorsehen.
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Die
JP-A-2002-67988 und die JP-A-2003-335251 offenbaren Elektromotor-Lenkhilfesysteme,
welche das obige Problem durch Anhalten des Motors verhindern können. Der
Motor wird jedoch angehalten, sobald der Computer eine Störung erleidet.
Das Hilfsdrehmoment ist dementsprechend plötzlich nicht mehr vorhanden.
Dies kann einen Fahrer erschrecken oder ihn in einen beträchtlichen Schock
versetzen.
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Es
wurde festgestellt, dass der Temperaturanstieg der Leistungsschaltelemente
in hohem Maße
durch die Batteriespannung beeinflusst wird, wenn die Leistungsschaltelemente
in einem Pulsbreitenmodulations-Steuermodus betrieben werden. Falls
die Batteriespannung zunimmt, wird eine Tastdauer gesteuert, kürzer zu
werden, um die gleiche Stromstärke
beizubehalten, welche während
der Tastdauer durch die Leistungsschaltelemente fließt.
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Die
Joule-Wärme
rI2 wird wird z. B. in dem Leistungsschaltelement
erzeugt, welches einen Einschaltwiderstand r aufweist und eine Stromstärke I in einer
Zeitdauer t passieren lässt.
Wenn das Tastverhältnis
andererseits aufgrund einer Erhöhung
der Batteriespannung halbiert wird (z. B. t/2), beträgt eine Strommenge
pro Zeiteinheit 2I. Während
der Tastdauer t/2 in dem Leistungsschaltelement erzeugte Joule-Wärme beträgt deshalb
r × (2I)2 × ½ = 2rI2. Die Joule-Wärme nimmt somit mit steigender
Batteriewärme
zu.
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Eine übermäßig hohe
Joule-Wärme
kann mit anderen Worten gesteuert bzw. kontrolliert werden, falls
die Batteriespannung rechtzeitig erfasst wird.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der Erfindung eine höchst zuverlässige fahrzeugeigene Motorsteuervorrichtung
vorzusehen, welche das obige Problem durch Steuern der Joule-Wärme, welche in den Leistungsschaltelementen
erzeugt wird, verhindern kann.
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Es
ist deshalb das Ziel der Erfindung, eine höchst zuverlässige fahrzeugeigene Motorsteuervorrichtung
vorzusehen, welche das obige Problem verhindern kann. Entsprechend
einem wesentlichen Merkmal der Erfindung enthält eine Motorsteuervorrichtung
Leistungsschaltelemente, welche auf einer Leiterplatte angeordnet
sind, um Strom von einer Batterie an einen fahrzeugeigenen Motor
bereitzustellen, einen auf derselben Leiterplatte angeordneten Mikrocomputer
zum Steuern der Leistungsschalt-Schaltung
in einem Pulsbreitenmodulations-Steuermodus, sodass eine an den
Motor bereitgestellte Stromstärke
einer voreingestellten Stromstärke
entsprechen kann, in welchem der Mikrocomputer die voreingestellte
Stromstärke
reduziert, wenn die Batteriespannung höher als eine Obergrenze ist.
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Bei
diesem Merkmal wird verhindert, dass die Leistungsschalt-Schaltung
eine übermäßige Wärme erzeugt
und der Betrieb des Mikrocomputers kann normal gehalten werden.
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In
der obigen Motorsteuervorrichtung kann der fahrzeugeigene Motor
ein Elektromotor zur Lenkhilfe sein. In diesem Fall enthält der Mikrocomputer vorzugsweise
eine Diagnoseschaltung zum Vorsehen eines Obergrenze-Senkungssignals,
falls die Batteriespannung höher
als ihre Obergrenze ist, eine Lenkhilfestrom-Berechnungsschaltung
zum Berechnen eines Lenkmoments entsprechend einem Kennfeld des
Mikrocomputers und eine Obergrenzestromsteuerschaltung zum Einstellen
einer Obergrenze des Stroms und zum Senken dieser Obergrenze des Stroms
um einen voreingestellten Wert, wenn das Obergrenze-Senkungssignal
von der Diagnoseschaltung gesendet wird.
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Die
obige Motorsteuerschaltung kann ferner einen Drehmomentsensor zum
Ausgeben eines Lenkmomentsignals und Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung
zum Einstellen eines Oberwerts des Drehmoments enthalten. Die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung
gibt den oberen Wert des Drehmoments als ein neues Lenkmomentsignal
aus, falls das Drehmomentsignal den oberen Wert des Drehmoments überschreitet.
Die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung senkt den oberen Wert des Drehmoments
um einen bestimmten Wert, wenn das Obergrenze-Senkungssignal von
der Diagnoseschaltung gesendet wird.
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Weitere
Ziele, Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung
als auch die Funktionen verwandter Teile der vorliegenden Erfindung
sind anhand einem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den
beigefügten
Ansprüchen, sowie
den Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt:
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1 ist
ein Blockdiagramm eines elektrischen Lenkhilfesystems entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches verschiedene Funktionen eines Mikrocomputers
darstellt, welcher in dem elektrischen Steuersystem entsprechend
der bevorzugten Ausführungsform
montiert ist; und
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3 ist
ein Zeitablaufdiagramm, welches den Betrieb verschiedener Abschnitte
des elektrischen Steuersystems entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
darstellt.
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Im
folgenden wird eine fahrzeugeigene Motorsteuervorrichtung entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die fahrzeugeigene Motorsteuervorrichtung wird hier auf einen Elektromotor 13 zur
Lenkhilfe eines EPS (= electric power steering) Steuergeräts 1 eines
elektrischen Lenkhilfesystems angewendet.
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Wie
in 1 gezeigt enthält
das EPS Steuergerät 1 einen
Mikrocomputer 2, einen Stromsensor 3, eine periphere
integrierte Schaltungseinheit 4, ein Motorrelais 5,
ein Leistungsschaltrelais 6, eine Brückenschaltung 7 vom
H-Typ der Leistungsschaltelemente, etc., welche auf einer Schaltleiterplatte 10 montiert
sind. Ein Drehmomentsensor 8, ein Geschwindigkeitssensor 9,
eine Zündschlüsselsignal-Erfassungsschaltung 11,
eine Batterie 12 und ein Elektromotor 13 zur Lenkhilfe
sind jeweils mit dem EPS Steuergerät 1 verbunden.
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Der
Stromsensor 3 erfasst die Stärke des Stroms, welcher durch
die Brückenschaltung 7 der Leistungsschaltelemente
fließt.
Die periphere integrierte Schaltungseinheit 4 ist aus einer
leistungsverstärkenden
bipolaren integrierten Schaltung gebildet. Der Drehmomentsensor 8 ist
in der Lenksäule
des Fahrzeugs montiert, um das Lenkmoment eines Lenkrads zu erfassen.
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Die
bipolare integrierte Schaltung enthält eine Verstärkungsschaltung 41,
einen Treiber 42, eine Verstärkerschaltung 43,
einen Gate-Treiber 44, einen Treiber etc., in welcher:
die Verstärkungsschaltung 41 das
Lenkmomentsignal St des Drehmomentsensors 8 verstärkt und
dieses an dem Mikrocomputer 2 sendet; der Treiber 42 ein
Relaissteuersignal Sr verstärkt,
welches an eine Relaisspule des Leistungsschaltrelais 6 bereitgestellt
werden soll, wodurch das Relais 6 angesteuert wird; der
Verstärker 43 das
Ausgabesignal des Stromsensors 3 verstärkt, welches an den Mikrocomputer 2 gesendet
werden soll; der Gate-Treiber 44 ein Motorsteuersignal ((PWM
Signal), puls width modulation signal = Pulsbreitenmodulationssignal)
verstärkt,
welches von dem Mikrocomputer 2 gesendet wird und das verstärkte Signal
an die jeweiligen Leistungsschaltelemente der Brückenschaltung 7 sendet;
und der Treiber 45 eine Relaisspule des Motorrelais 5 mit
Strom versorgt.
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Der
Mikrocomputer 2 wird durch die Batterie 12 über das
Leistungsschaltrelais 6 mit Leistung versorgt. Der Mikrocomputer 2 enthält eine
Mehrzahl von analog/digital Wandlern zum Umwandeln von Analogsignalen,
welche ein Batteriespannungsignal Sva, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
Sve, ein Lenkmomentsignal St, welches von dem Verstärker 41 gesendet
wird, ein Zündspannungssignal
Sig der Zündungserfassungsschaltung 11 und
ein Stromsignal Si, welches von dem Verstärker 43 gesendet wird, enthalten,
in digitale Signale umwandeln, um einen Betrag eines Motorstroms
zu berechnen, welcher einem Lenkhilfe-Drehmoment entspricht. Die
CPU (= zentrale Recheneinheit) des Mikrocomputers 2 berechnet
einen Befehlswert eines Hilfsstroms (= assisting current), welcher
dem Lenkmomentsignal St entspricht, und sieht ein Pulsbreitenmodulations-Signal vor,
welches ein Tastverhältnis
des Stroms, welcher durch die Brückenschaltung 7 fließt, aufweist,
sodass der Unterschied zwischen dem Befehlswert und dem Stromsignal
Si auf Null verringert werden kann. Der Gate-Treiber 44 verstärkt den
Strom des Pulsbreitenmodulations-Signals, um dasselbe als Motorstrom
an den Elektromotor 13 zur Lenkhilfe durch die Schaltelemente
der Brückenschaltung 7 bereitzustellen.
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Der
Mikrocomputer 2 führt
verschiedene Unterprogramme durch, welche durch die Schaltungen 21, 22, 23, 24, 25 und 26,
wie in 2 gezeigt, dargestellt werden.
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Das
analoge Lenkmoment-Signal, welches von dem Drehmomentsensor 8 gesendet
wird, wird durch einen der analog/digital-Wandler, welcher in dem
Mikrocomputer 2 enthalten ist, in ein digitales Lenkmoment-Signal
St umgewandelt. Anschließend wird
die Obergrenze des Lenkmoment-Signals St durch eine Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 gesetzt
und die Phasenverzögerung
des Lenkmoment-Signals St durch eine Phasenkorrekturschaltung 22 korrigiert.
Im Anschluss wird ein Lenkhilfe-Stromwert,
welcher dem Lenkmoment-Signal St entspricht, durch eine Schaltung 23 zum
Berechnen eines Lenkhilfe-Stroms vorgesehen. Die Obergrenze des
Lenkhilfe-Stromwertes
wird durch eine Obergrenzestromsteuerschaltung 24 gesetzt,
welcher an eine Stromsteuerschaltung 25 gesendet werden
soll.
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Der
Motorstrom wird andererseits durch den Stromsensor 3 erfasst
und in ein digitales Signal Si umgewandelt, welches in die Stromsteuerschaltung 25 eingegeben
bzw. zugeführt
wird. Der durch den Stromsensor 3 erfasste Motorstrom wird
durch einen der analog/digital-Wandler des Computers in ein digitales
Signal umgewandelt, welches an die Stromsteuerschaltung 25 gesendet
werden soll. Das Zündspannungssignal
Sig und das Batteriespannungssignal Sva werden über eine Stomtrennungsschaltung (nicht
gezeigt) und einen der analog/digital-Wandler des Computers an den
Mikrocomputer 2 gesendet, um durch eine Diagnoseschaltung 26 geprüft zu werden,
ob jedes der Signale höher
als eine Obergrenze ist oder nicht. Das Ergebnis der Prüfungen wird
anschließend
in einem logischen Produkt durch die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 ausgegeben.
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Die
Phasenkorrekturschaltung 22, die Schaltung 23 zum
Berechnen des Lenkhilfestroms und die Stromsteuerschaltung 25,
welche in dem Mikrocomputer 2 als Unterprogramme ausgebildet
sind, werden nachstehend weiter beschrieben. Die Vorgänge bzw.
der Betrieb der Phasenkorrekturschaltung 22, der Schaltung 23 zur
Berechnung des Lenkhilfe-Stroms und die Stromsteuerschaltung 25 sind
gebräuchliche
und bekannte Unterprogramme: die Phasenkorrekturschaltung 22 arbeitet
als ein Unterprogramm, um die Verzögerung der Steuerung durch den
Mikrocomputer 2 zu korrigieren, die Schaltung 23 zum
Berechnen des Lenkhilfe-Stroms arbeitet als ein Unterprogramm zum
Berechnen des Lenkmoments St, welches dem Befehlswert des Hilfsstroms
entspricht, entsprechend einem in dem Mikrocomputer 2 eingebauten
Kennfeld (map); und die Stromsteuerschaltung 25 berechnet
den Unterschied zwischen dem Befehlswert des Hilfsstroms und dem
Motorstrom und führt
eine PI Steuerung entsprechend dem Unterschied aus, um ein Pulsbreitenmodulations-Tastverhältnis zu
erhalten, mit welchem eine Pulsbreitenmodulations-Rückführungssteuerung
der Brückenschaltung 7 ausgeführt wird.
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Die
Obergrenze des Lenkhilfestroms wird durch die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 die
Obergrenzestromsteuerschaltung 24 und die Diagnoseschaltung 26 gesteuert.
Die Diagnoseschaltung 26 vergleicht das Zündspannungssignal Sig
mit seiner Obergrenze und vergleicht ebenfalls das Batteriespannungssignal
Sva mit seiner Obergrenze. Falls sowohl das Zündspannungssignal als auch
das Batteriespannungssignal größer oder gleich
ihrer Obergrenzen sind, sendet die Diagnoseschaltung 26 ein
Obergrenze-Senkungssignal Sd an jeweils die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 und
Obergrenzestromsteuerschaltung 24. Falls eines der Lenkmomentsignale
St einen voreingestellten oberen Wert des Drehmoments überschreitet, gibt
die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 diesen voreingestellten
oberen Wert als ein neues Lenkmomentsignal St aus. Wenn die Diagnoseschaltung 26 ein
Obergrenze-Senkungssignal Sd an die Obergrenze-Drehmomentsteuerschaltung 21 sendet,
senkt die Drehmomentsteuerschaltung 21 den voreingestellten
oberen Wert des Drehmoments um einen bestimmten Wert. Falls der
Befehlswert des Hilfestroms einen voreingestellten oberen Stromwert überschreitet,
gibt die Obergrenzestromsteuerschaltung 24 diesen voreingestellten
oberen Stromwert als ein Befehlssignal des Hilfestroms aus und senkt
diese voreingestellte Obergrenze des Stroms um einen voreingestellten
Wert, wenn das Obergrenzen-Senkungssignal Sd von der Diagnoseschaltung 26 gesendet
wird. Die voreingestellte Obergrenze des Stroms kann wieder höher eingestellt
werden, wenn das Zündspannungssignal
und das Batteriespannungssignal um voreingestellte Werte (Δ Sig, Δ Sva) anschließend geringer
als ihre Obergrenzen sind.
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Falls
somit sowohl die Batteriespannung als auch die Zündspannung übermäßig zunehmen, werden die Joule
Wärme der
Leistungsschaltelemente und des Motorstroms wie in 3 gezeigt
geeigneterweise gesteuert, sodass der Mikrocomputer vor Überhitzen
aufgrund der Schaltelemente geschützt wird. Selbst wenn der Mikrocomputer
durch die Leistungsschaltelemente erwärmt wird, sind das Lenkmoment
und der Befehlswert des Hilfestroms begrenzt, sodass ein elektrisches
Lenkhilfesystem betrieben werden kann, ohne einem Fahrer ein schlechtes
Gefühl
zu geben oder diesen in einen beträchtlichen Schock zu versetzen.
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In
der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde
die Erfindung mit Bezug auf ihre spezifischen Ausführungsformen
offenbart. Es ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen
und Änderungen
der spezifischen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne
von dem Umfang der Erfindung, wie in den begleitenden Ansprüchen dargelegt
ist, abzuweichen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung sollte
daher in einem darstellenden und nicht beschränkendem Sinn gesehen werden.