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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 2002 - 67 988 A und die
JP 2003 - 335 251 A 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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Die
DE 199 44 194 A1 offenbart einen elektronisch kommutierbaren Motor, dessen Endstufen über eine elektronische Steuereinheit mittels PWM-Steuersignalen ansteuerbar und von einer Versorgungsspannung speisbar sind. Eine Begrenzung auf eine maximale Belastung mit Überlastungsschutz wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass in Abhängigkeit von der Größe der Versorgungsspannung und des vorgegebenen Sollwertes für die PWM-Steuersignale zumindest ab der Überschreitung der Nennspannung des Motors die Pulsweite der PWM Steuersignale für die Endstufen auf Weite reduzierbar sind, die eine Überlastung des Motors und der elektronischen Bauteile durch Begrenzung der Motorleistung verhindern.
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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 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 2 I. 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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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
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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 eines Teilaspekts 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:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Lenkhilfesystems entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ist ein Blockdiagramm, welches verschiedene Funktionen eines Mikrocomputers darstellt, welcher in dem elektrischen Steuersystem entsprechend der bevorzugten Ausführungsform montiert ist; und
- 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.
