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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kraftlenksystem
für einen kraftunterstützenden Lenkbetrieb eines
Lenkrads.
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Wie
in der
JP 2003-81099
A offenbart, weist ein herkömmliches elektrisches
Kraftlenksystem für ein Fahrzeug einen Elektromotor, eine
Motoransteuerungseinheit, Leistungsversorgungskabel, eine Fehlererfassungseinheit
und eine elektronische Steuerungseinheit auf. Die Motoransteuerungseinheit
weist mehrere Leistungsschaltvorrichtungen auf und ist durch die
Leistungsversorgungskabel mit dem Elektromotor verbunden. Wenn bei
einer der Leistungsschaltvorrichtungen ein Kurzschlussfehler auftritt,
wird derselbe durch die Fehlererfassungseinheit erfasst, und die
Leistungsversorgung für den Elektromotor durch die Leistungsversorgungskabel
wird abgeschaltet. In diesem Fall bewirkt die elektronische Steuerungseinheit,
dass die Motoransteuerungseinheit durch das Leistungsversorgungskabel
der einen Kurzschlussfehler aufweisenden Leistungsschaltvorrichtung
einen Überstrom zuführt, so dass dieses Leistungsversorgungskabel
durch Wärmeschmelzen unterbrochen wird. Da die einen Kurzschlussfehler aufweisende
Leistungsschaltvorrichtung keinen Kurzschluss bildet, kann das Lenkrad
durch einen Fahrer manuell betrieben werden.
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Gemäß dem
herkömmlichen elektrischen Kraftlenksystem kann das Lenkrad
nicht kraftunterstützt werden, sobald bei einer der Leistungsschaltvorrichtungen
der Kurzschlussfehler auftritt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches
Kraftlenksystem zu schaffen, das ein Lenkrad weiterhin kraftunterstützen kann,
selbst wenn bei einer von mehreren Leistungsschaltvorrichtungen
ein Kurzschlussfehler auftritt.
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Gemäß einem
Aspekt weist ein elektrisches Kraftlenksystem einen bürstenlosen
Motor mit drei oder mehr Phasen, der ein Drehmoment zum Unterstützen
eines Lenk rads erzeugt, eine Leistungsumwandlungseinheit mit einer
Mehrzahl von Leistungsschaltvorrichtungen, die in eine Brückenform
geschaltet sind, die eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung
mit mehreren Phasen, die dem bürstenlosen Motor entsprechen,
umwandelt, um dem bürstenlosen Motor die Wechselstromleistung
zuzuführen, und eine Steuerungseinheit zum Steuern der
Leistungsumwandlungseinheit auf. Wenn eine der Leistungsschaltvorrichtungen
kurzgeschlossen wird, trennt die Steuerungseinheit eine einen Kurzschlussfehler
aufweisende Leistungsschaltvorrichtung von dem bürstenlosen
Motor und fährt fort, die Leistungsumwandlungseinheit zum
Zuführen der Wechselstromleistung zu dem bürstenlosen
Motor zu steuern.
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Die
vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen geliefert
wird, offensichtlicher. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines elektrischen Kraftlenksystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Schaltungsdiagramm einer bei dem elektrischen Kraftlenksystem verwendeten
elektronischen Steuerungseinheit, die unter einer normalen Bedingung
in Betrieb ist; und
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3 ein
Schaltungsdiagramm einer bei dem elektrischen Kraftlenksystem verwendeten
elektronischen Steuerungseinheit, die unter einer abnormalen Bedingung
eines Kurzschlussfehlers in Betrieb ist.
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(Ausführungsbeispiel)
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Zuerst
auf 1 Bezug nehmend, ist ein elektrisches Kraftlenksystem 1 für
ein Fahrzeug geschaffen, das ein Lenkrad 6, eine Lenkwelle 7,
eine Lenkgetriebeeinheit 8, Verbindungsglieder 9 und
Räder 10 aufweist. Das elektrische Kraftlenksystem 1 weist
einen Drehmomentsensor 2, einen bürstenlosen Motor 3,
eine Reduktionsgetriebeeinheit 4 und eine elektronische
Steuerungseinheit 5 auf. Der Drehmomentsensor 2 ist
an der Lenkwelle 7 befestigt und erfasst ein Lenkdrehmoment
des Lenkrads 6.
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Der
bürstenlose Motor 3 dient zum Erzeugen eines Drehmoments
zum Kraftunterstützen des Lenkrads 6. Genauer
gesagt, der bürstenlose Motor 3 ist ein Dreiphasen-Gleichstrommotor,
der ein im Allgemeinen gleichmäßiges Drehmoment
erzeugt, wenn demselben in Entsprechung zu der Drehposition desselben
eine Dreiphasen-Wechselstromleistung zugeführt wird. Der
bürstenlose Motor 3 ist mit einem Drehungssensor 30 zum
Erfassen der Drehposition des Motors 3 versehen.
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Die
Reduktionsgetriebeeinheit 4 ist zwischen dem Drehmomentsensor 2 und
der Lenkgetriebeeinheit 8, das heißt, hinsichtlich
des Drehmomentsensors 2 bei der Position auf der anderen
Seite als das Lenkrad 6, in Eingriff mit der Lenkwelle 7.
Die Reduktionsgetriebeeinheit 4 dient zum Reduzieren einer Drehung
des bürstenlosen Motors 3 und Übertragen eines
erzeugten Drehmoments zu der Lenkwelle 7 und dadurch Kraftunterstützen
des Lenkrads 6 bei dem Antreiben der Lenkgetriebeeinheit 8 durch
die Lenkwelle 7.
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Die
elektronische Steuerungseinheit 5 dient zum Steuern des
Drehmoments, das durch den bürstenlosen Motor 3 erzeugt
wird, basierend auf einem Erfassungsausgangssignal des Drehmomentsensors 2,
einem Erfassungsausgangssignal des Drehungssensors 30 und
anderen Informationen, wie einer Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeit (Raddrehungsgeschwindigkeit).
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Wie
in 2 detailliert gezeigt, ist die elektronische Steuerungseinheit 5 mit
einer Speicherbatterie 14 verbunden und weist eine Leistungsumwandlungsschaltung 50,
Relais 51 bis 54 und eine Steuerungsschaltung
eines Mikrocomputers 55 auf.
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Die
Leistungsumwandlungsschaltung 50 ist eine Wechselrichterschaltung,
die eine Gleichstromleistung, die von der Batterie 14 zugeführt
wird, in eine Dreiphasen- Wechselstromleistung zum Ansteuern des
bürstenlosen Motors 3 mit der Wechselstromleistung
umwandelt.
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Das
Relais 51 ist zwischen der Batterie 14 und der
Leistungsumwandlungsschaltung 50 verbunden, um diese zwei
Teile zu verbinden und zu trennen. Die Relais 52 bis 54 sind
jeweils zwischen Dreiphasen-Ausgangsanschlüssen der Leistungsumwandlungsschaltung 50 und
Dreiphasen-Anschlüssen des bürstenlosen Motors 3 verbunden,
um diese zwei Teile Phase für Phase zu verbinden und zu
trennen.
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Die
Leistungsumwandlungsschaltung 50 weist MOSFETs 50a bis 50f auf,
die Leistungsschaltvorichtungen sind und in eine Dreiphasen-Brückenform
geschaltet sind. Die Drains der drei MOSFETs 50a bis 50c,
die bei einer Hochpotenzialseite vorgesehen sind, sind durch das
Relais 51 mit dem positiven Anschluss der Batterie 14 verbunden.
Die Sources der drei MOSFETs 50d bis 50f, die
bei einer Niederpotenzialseite vorgesehen sind, sind durch Widerstände 50g bis 50i jeweils
mit dem an Masse gelegten negativen Anschluss der Batterie 14 verbunden. Die
Widerstände 50g bis 50i dienen jeweils
zum Erfassen von Phasenströmen, die in dem bürstenlosen Motor 3 fließen,
so dass die Einschaltzeit der MOSFETs 50a bis 50f basierend
auf den erfassten Phasenströmen rückkopplungsgesteuert
wird.
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Die
Gates der MOSFETs 50a bis 50f sind mit dem Mikrocomputer 55 verbunden,
um ein- und ausgeschaltet zu werden, um eine Leistungszufuhr jeder Phase
des bürstenlosen Motors 3 jeweils durch die Relais 52 bis 54 zu
steuern. Die Verbindungsstellen zwischen den MOSFETs 50a und 50d,
zwischen den MOSFETs 50b und 50e und zwischen
den MOSFETs 50c und 50f sind jeweils durch die
Relais 52 bis 54 mit dem bürstenlosen
Motor 3 verbunden.
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Der
Mikrocomputer 55 ist durch einen Leistungsschalter mit
der Batterie 14 verbindbar und ist mit dem Drehmomentsensor 2,
dem Drehungssensor 30 und Radgeschwindigkeitssensoren (nicht
gezeigt) verbunden. Der Mikrocomputer 55 ist programmiert, um
durch Empfangen der Ausgangssignale des Drehmomentsensors 2,
des Dre hungssensors 30 und der Radgeschwindigkeitssensoren
die Leistungsumwandlungsschaltung 50 zu steuern.
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Der
Mikrocomputer 55 ist ferner zum Empfangen von hochpotenzialseitigen
Spannungen (Drain-Spannungen) der MOSFETs 50a bis 50f mit den
Drains der MOSFETs 50a bis 50f verbunden. Der Mikrocomputer 55 ist
programmiert, um einen Kurzschlussfehler jedes MOSFET 50a bis 50f basierend auf
den empfangenen Drain-Spannungen zu erfassen und bei einem Erfassen
eines Kurzschlussfehlers eines der MOSFETs 50a bis 50f ein
entsprechendes der Relais 52 bis 54 zu steuern.
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Der
Mikrocomputer 55 ist ferner mit den Verbindungsstellen
zwischen den MOSFETs 50d bis 50f und den Widerständen 50g bis 50i verbunden,
um jeweils die Phasenströme zu erfassen, die in dem bürstenlosen
Motor 3 fließen.
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Bei
einem Betrieb, wenn die Gleichstromleistung der Batterie 14 der
elektronischen Steuerungsschaltung 5 zugeführt
wird, schaltet der Mikrocomputer 55 alle Relais 51 bis 54 ein,
wie in 2 gezeigt ist, und steuert die MOSFETs 50a bis 50f an,
um sich periodisch ein- und auszuschalten, um den bürstenlosen
Motor 3 durch jeweiliges Zuführen von Dreiphasenströmen
durch die Relais 52 bis 54 auf die bekannte Art
und Weise anzusteuern. In diesem Fall werden die MOSFETs 50a bis 50f basierend
auf dem erfassten Lenkdrehmoment, den erfassten Motorphasenströmen,
der erfassten Motordrehungsposition und der erfassten Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeit ein-
und ausgeschaltet.
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Bei
der Leistungsumwandlungsschaltung 50 wird die Gleichstromleistung
der Batterie 14 in die Dreiphasen-Wechselstromleistung
umgewandelt, die dem bürstenlosen Motor 3 durch
die Relais 52 bis 54 zuzuführen ist,
die durch den Mikrocomputer 55 eingeschaltet (geschlossen)
werden. Der bürstenlose Motor 3 führt
eine Kraftunterstützung des Lenkrads 6 durch,
um dadurch die für einen Fahrer erforderliche Lenkradbetätigungskraft
zu reduzieren.
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Wenn
einer der MOSFETs 50a bis 50f, beispielsweise
der MOSFET 50a, kurzgeschlossen wird und derselbe nicht
ordnungsgemäß funktioniert, erfasst der Mikrocomputer 55 diesen
Kurzschlussfehler des MOSFET 50a durch Überwachen
der Drain-Spannung des MOSFET 50a. Dieser Kurzschlussfehler
kann erfasst werden, wenn sich die Drain-Spannung des MOSFET 50a zu
der Zeit, zu der der niederpotenzialseitige MOSFET eingeschaltet
ist, nicht ändert, während der Mikrocomputer 55 die
Gate-Spannung des MOSFET 50a steuert, um sich abwechselnd
ein- und auszuschalten.
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Wenn
der Kurzschlussfehler des MOSFET 50a erfasst wird, schaltet
der Mikrocomputer 55 das entsprechende der Relais 52 bis 54,
das mit dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET 50a verbunden
ist, das heißt das Relais 52, wie in 3 gezeigt
ist, aus (öffnet dasselbe). Der bürstenlose Motor 3 wird
somit von dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET 50a der
Leistungsumwandlungsschaltung 50 getrennt.
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In
dieser Situation fährt der Mikrocomputer 55 fort,
die Leistungsumwandlungsschaltung 50 auf die gleiche Art
und Weise wie vor dem Auftreten des Kurzschlussfehlers zu steuern.
Genauer gesagt, durch den Mikrocomputer 55 werden zwei
Phasen, die die MOSFETs 50b und 50c aufweisen,
gesteuert. Obwohl wegen des ausgeschalteten Relais 52 ein Phasenstrom
nicht von der Leistungsumwandlungsschaltung 50 dem bürstenlosen
Motor 3 zugeführt wird, werden die zwei anderen
Phasenströme durch die Relais 53 und 54,
die nicht ausgeschaltet sind, weiterhin dem bürstenlosen
Motor 3 zugeführt. Als ein Resultat fährt
der bürstenlose Motor 3 fort, ein wenn auch reduziertes
und schwankenderes Drehmoment zu erzeugen und eine Kraftunterstützung
bei dem Lenkbetrieb zu leisten.
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In
dem Fall eines Kurzschlussfehlers des MOSFET 50d schaltet
der Mikrocomputer 55 das Relais 52 aus und fährt
fort, zwei andere Phasen, die die MOSFETs 50e und 50f aufweisen,
auf eine ähnliche Art und Weise zu steuern. Ferner wird
in dem Fall eines Kurzschlussfehlers entweder eines der MOSFETs 50b und 50e oder
eines der MOSFETs 50c und 50f entweder das Relais 53 oder 54,
das mit dem den Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden
ist, ausgeschaltet, und die verbleibenden zwei Phasen werden auf
eine ähnliche Art und Weise wie im Vorhergehenden beschrieben
kontinuierlich gesteuert. Da der bürstenlose Motor 3 somit
mit zwei Phasenströmen angesteuert wird, selbst wenn bei
einer Phase der Kurzschlussfehler auftritt, kann der Lenkbetrieb
kontinuierlich kraftunterstützt werden.
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Gemäß dem
vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der bürstenlose
Motor 3, wenn bei einem der MOSFETs 50a bis 50f ein
Kurzschlussfehler auftritt, mit der Zweiphasen-Wechselstromleistung angesteuert,
während derselbe von einem solchen einen Kurzschlussfehler
aufweisenden MOSFET getrennt ist. Der bürstenlose Motor 3 kann
somit das Lenkrad 6 weiterhin kraftunterstützen,
obwohl die Unterstützungskraft reduziert und schwankender
ist.
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Ferner
sind die Relais 52 bis 54 für jeweilige Phasen
zwischen der Leistungsumwandlungsschaltung 50 und dem bürstenlosen
Motor 3 vorgesehen, um diese zwei Teile Phase für
Phase zu verbinden und zu trennen. Als ein Resultat wird, wenn einer
der MOSFETs 50a bis 50f aufgrund eines Kurzschließens
versagt, die Verbindung zwischen dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden
MOSFET und dem bürstenlosen Motor 3 durch ein
entsprechendes der Relais 52 bis 54, das mit dem
den Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden ist, sicher
abgeschaltet.
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Der
Mikrocomputer 55 ist programmiert, um basierend auf der Änderung
der Drain-Spannungen der MOSFETs 50a bis 50f,
die in drei Phasen in Brücke geschaltet sind, den Kurzschlussfehler
zu erfassen. Die Drain-Spannung jedes MOSFET sollte sich in einer
zeitgesteuerten Beziehung zu dem Ein- und Ausschalten des MOSFET ändern.
Der Kurzschlussfehler kann daher durch Vergleichen der überwachten
Drain-Spannung mit der Anweisung zum Ein- und Ausschalten des entsprechenden
MOSFET durch den Mikrocomputer 55 sicher erfasst werden.
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Bei
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann der bürstenlose
Motor 3 ein beliebiger anderer bürstenloser Mehrphasen-Gleichstrommotor mit
mehr als drei Phasen sein, und die Leistungsumwandlungsschaltung 50 kann
eine beliebige andere Schaltung sein, die eine Mehrphasen-Wechselstromleistung
mit mehr als drei Phasen zuführt. Der bürstenlose
Motor 3 braucht kein Gleichstrommotor zu sein und kann
ein beliebiger bürstenloser Motor sein, solange derselbe
betreibbar ist, um ein Drehmoment mit einer Mehrphasen-Wechselstromleistung
mit drei oder mehr Phasen zu erzeugen. Der Mikrocomputer 55 kann
durch eine analoge festverdrahtete Schaltung ersetzt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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