DE102015221469B4

DE102015221469B4 - Motorsteuerungsgerät

Info

Publication number: DE102015221469B4
Application number: DE102015221469.9A
Authority: DE
Inventors: Go Endoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: JP2016092944A; US20180241339A1; CN105576903A; US20160126877A1; DE102015221469A1; US10608576B2; US9985570B2; CN105576903B; JP6274077B2

Abstract

Motorsteuerungsgerät, das eine Temperatur eines vorbestimmten bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes zu einer Zeit der Bestromung eines Motors (80) schätzt und das den Motor durch Steuerung eines elektrischen Stromes, der durch einen elektrischen Leistungsumrichter (70) bereitgestellt wird, antreibt, wobei das Motorsteuerungsgerät umfasst:eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit (1), dieeinen Stromquadratwert eines dem Motor zugeführten Stromes empfängt oder einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwertes empfängt, undeine primäre Verzögerungsantwort als ein Betrag einer Temperaturänderung ausgibt, die berechnet wird, indem eine Verstärkung und eine Zeitkonstante verwendet werden;einen Sensorwert-Addierer (14), dereinen Sensorwert eines Temperatursensors (96) zu einem Betrag der Temperaturänderung addiert;einen Offset-Addierer (15), der eine Offset-Temperatur zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierer addiert;eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit (2), diedie Verstärkung und die Zeitkonstante der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit festlegt, wobei die Verstärkung und die Zeitkonstante eine Antwortkonstante sind; undeine Offset-Temperatur-Festlegungseinheit (5), die die Offset-Temperatur festlegt,wobei:mindestens die Antwortkonstante oder Offset-Temperatur geändert wird in Abhängigkeit voneiner Versorgungsspannung, die an dem bezüglich eine Temperatur abzuschätzenden Zielelement angelegt wird, odereiner Eingangsspannung, die an dem elektrischen Leistungsumrichter angelegt wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Motorsteuerungsgerät, das eine Überhitzungsschutzfunktion aufweist.
Die JP 4 483 298 B2 zeigt ein Motorsteuerungsgerät, das eine Temperatur eines vorbestimmten, bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelements zu einer Zeit der Bestromung eines Motors schätzt und das den Motor durch Steuerung eines elektrischen Stroms, der durch einen elektrischen Leistungsumrichter bereitgestellt wird, antreibt. Das Motorsteuerungsgerät hat eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeineheit, die einen Stromquadratwert eines dem Motor zugeführten Stromes empfängt oder einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwerts empfängt, und eine primäre Verzögerungsantwort als einen Betrag einer Temperaturänderung ausgibt, die berechnet wird, indem eine Verstärkung und eine Zeitkonstante verwendet werden. Das Motorsteuerungsgerät hat ferner einen Sensorwert-Addierer, der einen Sensorwert eines Temperatursensors zu einem Betrag der Temperaturänderung addiert, einen Offset-Addierer, der eine Offset-Temperatur zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierers addiert, und eine Offset-Temperatur-Festlegungseinheit, die die Offset-Temperatur festlegt.
US 2007 / 0 216 340 A1 zeigt in diesem Zusammenhang ein Motorsteuerungsgerät, das eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit enthält, die die Verstärkung und die Zeitkonstante der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit festlegt, wobei die Verstärkung und die Zeitkonstante eine Antwortkonstante sind.
Ferner wird auf die JP 2009 -177 707 A verwiesen, die ebenso Stand der Technik darstellt.
Insbesondere ausgehend von der JP 4 483 298 B2 und der US 2007 / 0 216 340 A1 ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuerung in Abhängigkeit von der Motortemperatur zu optimieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4.
Das Obengenannte und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung erläutert, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt. Die Figuren zeigen:

1 ist ein Diagramm, das eine schematische Anordnung eines Motorantriebsystems, das in einem Motoransteuerungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Temperaturschätzungs-Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Diagramm, das eine Versorgungsspannungs-Offset-Temperaturcharakteristik durch eine Temperaturfestlegungs-Einheit darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Versorgungs-Spannungsverstärkungs-Charakteristik und eine Versorgungsspannungs-Zeitkonstanten-Charakteristik durch eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit darstellt, wobei das Temperaturabschätzungs-Zielelement ein IC ist;
5 ist ein Diagramm, das eine Versorgungs-Spannungsverstärkungs-Charakteristik und eine Versorgungsspannungs-Zeitkonstanten-Charakteristik durch die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit darstellt, wobei das Temperaturabschätzungs-Zielelement ein MOS ist;
6 ist ein Diagramm, das ein simuliertes Ergebnis darstellt, das durch Vergleich einer geschätzten Temperatur der ersten Ausführungsform mit einem vergleichbaren Beispiel erhalten wird;
7 ist ein Bockdiagramm, das eine Temperaturabschätzungs-Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
8A ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Dreiphasenmodulation, wenn der q-Achsenstrom < 0, darstellt;
8B ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Dreiphasenmodulation, wenn der q-Achsenstrom > 0, darstellt;
9 ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer oberen Flachbettzweiphasenmodulation darstellt;
10 ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer unteren Flachbettzweiphasenmodulation darstellt;
11 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungs-Einheit darstellt, im Fall wenn der q-Axenstrom > 0 ist, gemäß der zweiten Ausführungsform;
12 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungs-Einheit im einem Fall darstellt, bei dem der q-Axenstrom < 0 ist;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Temperaturabschätzungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
14 ist ein Blockdiagramm, das die Details einer Verstärkungs-Festlegungs-Einheit gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Temperaturabschätzungsanordnung gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform zeigt;
16 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungseinheit, die in einer Simulation verwendet werden, darstellt;
17A ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis in einem Fall einer unteren MOS Schätzung gemäß eines Vergleichbeispiels darstellt;
17B ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis in einem Fall einer unteren MOS Schätzung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
18A ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis in einem Fall einer oberen MOS Schätzung gemäß eines Vergleichbeispiels zeigt;
19 ist ein Blockdiagramm, das eine Temperaturschätzungsanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
20 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungseinheit gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
21 ist ein Blockdiagramm, das eine Temperaturschätzungsanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform und gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt;
22 ist ein Blockdiagramm, das die Details einer Verstärkungs-Festlegungseinheit im Fall einer oberen MOS-Schätzung gemäß der fünften Ausführungsform darstellt;
23 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungseinheit im Fall einer unteren MOS-Schätzung darstellt;
24 ist ein Blockdiagramm, das die Details der Verstärkungs-Festlegungseinheit gemäß der sechsten Ausführungsform darstellt; und
25 ist ein Blockdiagramm das eine Temperaturabschätzungsanordnung eines Vergleichbeispiels zeigt.

Ausführungsformen eines Motorsteuerungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert.
(allgemeine Anordnung)
Eine allgemeine Anordnung der entsprechenden Ausführungsformen wird beschrieben. Übrigens bedeutet der Satz „die vorliegende(n) Ausführungsform(en)“ dass alle Ausführungsformen, d.h. eine erste bis zu einer sechsten Ausführungsform, gemeint sind.
Wie in 1 dargestellt ist, bewirkt ein Motorsteuerungsgerät 90 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Schalthandlung des Stromrichters 70, um eine Bestromung des Motors 80 zu steuern. Der Stromrichter 70 ist ein Beispiel eines „elektrischen Leistungsstromrichters“. Ein Ausdruck einer Bestromung bedeutet, dass elektrische Leistung oder Strom zugeführt wird. Der Motor 80 der vorliegenden Ausführungsform ist ein dreiphasiger bürstenloser Motor, der Dreiphasen-Motorwicklungen 81, 82, 83 aufweist. Der Motor 80 wird als Lenkhilfsmotor verwendet, um beispielsweise einen Lenkbetrieb eines Fahrers bei einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeuges zu unterstützen. Eine Rotordrehung des Motors 80, die durch einen Drehwinkelsensor 85 detektiert wird, wird in einem elektrischen Winkel θ konvertiert und an dem Motorsteuergerät 90 eingegeben.
Der Stromrichter 70 hat sechs Schaltelemente 71 bis 76 (d.h. ein Schaltelement 71, ein Schaltelement 72, ein Schaltelement 73, ein Schaltelement 74, ein Schaltelement 75, und ein Schaltelement 76), die zu einem Brückenschaltkreis verbunden sind, wobei der Stromrichter 70 einen Gleichstrom (DC) einer Batterie 91 in einen Dreiphasen-Wechselstrom (AC) durch eine PWM-Steuerung umwandelt und den transformierten Strom dem Motor 80 zuführt.
In der vorliegenden Ausführungsform, werden Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) als die Schaltelemente 71 bis 76 verwendet. Nachfolgend werden die Schaltelemente 71 bis 76 entsprechend als MOSs 71 bis 76 bezeichnet. „Obere Zweigelemente“, die die Schalelemente an einer High-Potentialseite sind, werden als „obere MOSs 71, 72, 73“ bezeichnet. „Untere Zweigelemente“, die die Schaltelemente an einer Low-Potentialseite sind, werden als „untere MOSs 74, 75, 76“ bezeichnet. Im Übrigen kann ein anderer Feldeffekttransistor anstelle des MOSFET oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) in einer andern Ausführungsform verwendet werden.
Der Stromrichter 70 ist an einer positiven Seite der Batterie 91 durch eine Stromleitung Lp angeschlossen. Der Stromrichter 70 ist an einer negativen Seite der Batterie durch die Erdungsleitung Lg angeschlossen. Eine Eingangsseite des Stromrichters 70 ist mit einem Kondensator 92 versehen, um ein Pulsieren der Eingangsspannung zu glätten.
Die Batterie 91 ist eine Fahrzeug-Hilfsmaschinenbatterie, beispielsweise, mit einer Nennspannung von 14 V. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Spannung VB der Batterie 91 eine Eingangsspannung des Stromrichters 70 so wie er ist.
Die Strompfade des Stromrichters 70 der Motorwicklungen 81, 82, 83 weisen Stromsensoren 77, 78, 79 auf, um die Phasenströme Iu, Iv, Iw der entsprechenden Phasen zu detektieren. In einer andern Ausführungsform kann ein Stromsensor zwischen jedem unterem MOSs 74, 75, 76 und der Erdungsleitung Lg angeordnet sein. Die Stromsensoren können in zwei der drei Phasen angeordnet sein, wobei ein Strom der anderen Phase nach demKirchhoffschen Gesetz berechnet werden kann.
Ein Temperatursensor 96, wie ein Thermistor, ist auf einem Träger angeordnet, an dem beispielsweise die MOSs 71 bis 76 montiert sind. Ein Sensorwert T_sns des Temperatursensors 96 wird bewertet als eine Temperatur, die einem Kühlkörper zugeordnet ist oder wird bewertet als eine anfängliche Mittelwerttemperatur, die eine Basistemperatur einer Elementtemperatur-Bewertung der MOSs 71 bis 76, die auf denselben Träger angeordnet sind, ist.
Das Motorsteuerungsgerät 90 umfasst ein IC 95, das als ein Mikrocomputer oder als Treiberschaltung (Vortreiber) arbeitet. Das Motorsteuergerät 90 berechnet einen Spannungsbefehlswert auf der Basis eines Drehmomentsignals, das von der externen Einheit eingegeben wird, berechnet die Phasenströme lu, Iv, Iw des Motors 80, und berechnet ein Rückkopplungssignal des elektrische Winkels θ. In diesem Fall werden die Dreiphasenströme Iu, Iv, Iw in dq-Achsenströme Id, Iq unter einer bekannten Vektorsteuerung koordinatenkonvertiert. Das Motorsteuerungsgerät 90 betreibt die entsprechenden MOSs 71 bis 76 des Stromrichters auf der Basis des berechneten Spannungsbefehlswertes durch die PWM-Steuerung.
In der PWM-Steuerung, beispielsweise, um eine Spannungsnutzungsrate zu verbessern, kann das Tastverhältnis einer oder mehreren Phasen durch Dreiphasenmodulation oder Zweiphasenmodulation in einigen Fällen erhöht oder verringert werden. In einer anderen Ausführungsform muss eine Treibersteuerung des Stromrichters nicht auf eine PWM-Steuerung beschränkt sein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung VB der Batterie 91 als eine Betriebsspannungsversorgung des IC 95 verwendet. Daher wird die Batterie 91 aufgeteilt in eine Eingangsspannungsversorgung des Stromrichters 70 und in eine Betriebsspannungsversorgung des IC 95.
Der IC 95 kann in einem Mikrocomputer integriert sein, so dass eine Direktmotor-Treibersteuerung ausgeführt werden kann und eine Mikrocomputer-Überwachung ausgeführt werden kann, ein Sensorstromschaltkreis ausgeführt werden, ein Treiberschaltkreis eines Stromrichters, wie eine Ladungspumpe, ausgeführt werden kann, und ein Treiberschaltkreis, der mit einer anderen Vorrichtung des Fahrzeuges durch ein CAN (Controller Area Network) kommunizieren kann, ausgeführt werden kann. Der CAN ist ein Beispiel eines Netzwerk-Standards, der von einer am Fahrzeug montierten Vorrichtung und von einer zugehörigen Anlage genutzt werden kann.
Übrigens gilt allgemein, wenn die MOSs 71 bis 76, die dem Stromrichter 70 bilden, durch einen Frequenz-Schaltbetrieb bestromt werden, dann können die MOSs 71 bis 76 Wärme erzeugen. Wenn der IC 95 an denselben Träger der MOSs 71 bis 76 angeordnet ist oder in einer Position räumlich nahe zu den MOSs 71 bis 76 angeordnet ist, dann steigt die Temperatur des IC 95 auch mit der Wärmerzeugung der MOSs 71 bis 76. Um eine Fehlfunktion eines Elementes infolge der Wärmeerzeugung zu vermeiden, weist das Motorsteuerungsgerät 90 eine Überhitzungsfunktion zum Begrenzen eines oberen Limits des Strombefehlswertes auf der Basis der bewerteten Temperatur des Elementes auf.
Wenn die Temperatur des Elementes als höher bewertet wird als die aktuelle Temperatur ist, dann kann der Strom zu sehr begrenzt werden. In diesem Fall kann eine Leistung, die ursprünglich durch den Motor 80 ausgeübt werden kann, nicht effektiv angehoben werden. Wenn ein gefordertes Drehmoment unter Berücksichtigung des Stromlimits gesichert werden soll, dann müsste die Auslegung der Komponenten und die Abmessungen des Kühlkörpers erhöht werden. Vorzugsweise in einer elektrischen Servolenkvorrichtung kann ein großer Strom bei einer scharfen Lenkhandlung erforderlich sein, wobei eine starke Einschränkung des Montageraumes vorhanden sein kann.
Die Temperatur des Elementes soll so genau wie möglich eingeschätzt werden. Beispielsweise kann, wenn die in Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 offenbarte Technik miteinander kombiniert wird, eine Temperaturabschätzungs-Anordnung gemäß 25 geschaffen werden. Die Temperaturabschätzungs-Anordnung im Vergleichsbeispiel umfasst eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1, um eine primäre Verzögerungsantwort mit einer Eingabe eines integrierten Wertes eines Stromquadratwertes zu berechnen, und umfasst einen Sensorwert-Addierer 14, der einen Temperatursensorwert T_sns (= anfängliche Temperatur) zu einem Ausgangswert (= der Betrag der Temperaturänderung) der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 addiert.
Wenn man einen externen Faktor annimmt (beispielsweise die Versorgungsspannung), der in einer aktuellen Motorsteuerung angenommen wird, und eine Änderung der Steuerungsbedingung annimmt (Zum Beispiel Tastverhältnis), dann kann eine Temperaturabschätzung im Vergleichsbeispiel nicht mit ausreichender Genauigkeit erreicht werden. Die Temperatur des Elementes kann höher eingeschätzt werden als die tatsächliche Temperatur, so dass die Leistung des Motors infolge der zu hohen Strombegrenzung nicht effektiv gesteigert werden kann.
Ein Motorsteuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert eine Temperaturabschätzungsgenauigkeit mit einer geeigneten Änderung einer Konstanten, die in der Temperaturabschätzungsberechnung verwendet wird, und zwar gemäß einer Änderung in dem externen Faktor, wie der Versorgungsspannung oder der Steuerungsbedingung, wie das Tastverhältnis, wobei das Motorsteuerungsgerät eine zu hohe Strombegrenzung vermeidet.
Ein Steuerungsblockdiagramm von jeder Ausführungsform veranschaulicht nur eine charakteristische Anordnung bezüglich der Temperaturabschätzung. Eine Anordnung einer allgemeinen Motorsteuerung bezogen auf eine Rückkopplungs-Steuerung oder einer PWM-Steuerung ist gut bekannt und wird nicht näher gezeigt oder beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Ein Motorsteuerungsgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 2 bis 6 beschrieben.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst das Motorsteuerungsgerät 90 in der ersten Ausführungsform, die eine Anordnung bezüglich einer Temperaturabschätzung ist, ein primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1, einen Sensorwert-Addierer 14, einen Offset-Addierer 15, eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 und eine Offset-Temperatur-Festlegungseinheit 5. Im Übrigen ist in der ersten Ausführungsform eine Treibersteuerung des Stromrichters 70 nicht auf eine PWM-Steuerung begrenzt.
Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 erhält einen Stromquadratwert (I²) und einen Zeitdurchschnittswert (ΣI² / ΔT) von integrierten Werten. Übrigens kann der Stromquadratwert des Stromes der Bestromung eines Motors einen Stromquadratwert des Stromes, der dem Motor zugeführt wird, bedeuten. Der Strom umfasst Phasenströme Iu, Iv, Iw und dq-Achsenströme Id, Iq. Die Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 berechnet eine primäre Verzögerungsantwort indem eine Übertragungsfunktion „K/(τs + 1)“ für den Eingangs-Stromquadratwert verwendet wird. In diesem Fall ist K eine Verstärkung und τ eine Zeitkonstante. Die Berechnung wird beispielsweise in einem Zeitraum von mehreren zehntel bis mehreren hundert Millisekunden durchgeführt (Die Integrationsoperation wird in einer kürzeren Periode durchgeführt, wenn der integrierte Wert berechnet wird), wobei der Temperaturanstieg vorübergehend geschätzt wird.
Die Kombination der Verstärkung K mit der Zeitkonstante τ bezieht sich auf eine Antwortkonstante. Also bedeutet ein Satz „Antwortkonstante ist geändert“, dass „mindestens die Verstärkung oder die eine Zeitkonstante τ geändert worden ist“.
Ein Energieverbrauch W durch Bestromung wird dargestellt durch „W = I² × R“ (I: Strom, R: Widerstand). Der Energieverbrauch W ist bezüglich Übertragungsbetrag und Übertragungsgeschwindigkeit unterschiedlich und zwar entsprechend einem Wärmewiderstand und einer Wärmekapazität des Elementes oder einer Wärmeabstrahlungseinheit (z.B. ein Kühlkörper). Der Wärmeübertragungsbetrag und die Übertragungsgeschwindigkeit spiegeln sich in der Verstärkung und der Zeitkonstante τ wieder. Die primäre Verzögerungsantwort wird berechnet, wobei der Betrag der Temperaturänderung des Elementes bei t Sekunden nach dem Start der Bestromung vorübergehend geschätzt wird. Auf diese Weise gibt die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 den Betrag der Temperaturänderung ΔT mit einer Eingabe des Stromquadratwertes I² oder des Zeitdurchschnittswertes (ΣI² / Δt) des integrierten Wertes des Stromquadratwertes aus.
Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 ist nicht auf eine einzige Einheit beschränkt, so dass mehrere primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten parallel angeordnet werden können.
Der Sensorwert-Addierer 14 addiert den Sensorwert T_sns, der durch den Temperatursensor 96 zu einem Zeitpunkt des Starts der Bestromung des Motors 80 detektiert wird, zu dem Betrag der Temperaturänderung ΔT, die durch die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 ausgegeben wird. Weil es schwierig ist die anfängliche Temperaturen der mehreren bezüglich der Temperatur abzuschätzenden Zielelemente zu messen, wird der Sensorwert T_sns des Temperatursensors, der an dem selben Träger angeordnet ist, beispielsweise, betrachtet als die anfängliche Temperatur der bezüglich der Temperaturschätzung betreffenden Zielelemente.
Der Offset-Addierer 15 addiert weiterhin eine Offset-Temperatur T_off zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierers 14 und gibt die addierte Temperatur als eine geschätzte Temperatur T_est aus.
Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 umfasst eine Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 und eine Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 legt die Antwortkonstante fest, die die Verstärkung K und die Zeitkonstante τ der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 beinhaltet.
Die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit 5 legt die Offset-Temperatur T_off fest.
Wie in 3 bis 5 dargestellt ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass jeder Ausgang der betreffenden Festlegungseinheiten 3, 4, 5 mit einem Tiefpassfilter (nachfolgend als LPF bezeichnet) versehen ist, Gemäß dieser Anordnung, wenn die Konstante durch die betreffende Festlegungseinheit 3, 4, 5 verändert wird, ist es möglich, die Steuerung von einer Instabilität infolge der schnellen Änderung in der geschätzten Temperatur T_est fernzuhalten. Solange die Konstante langsam verändert wird, kann eine andere Technik als LPF angewendet werden.
In der ersten Ausführungsform wird die Versorgungsspannung VB der Batterie 91 in die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 und in die Temperatur-Festlegungseinheit 5 eingegeben (angelegt). Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 und die Temperatur-Festlegungseinheit 5 legen die Verstärkung K, die Zeitkonstante τ und die Offset-Temperatur T_off entsprechend der Versorgungsspannung VB fest.
Als ein Beispiel der ersten Ausführungsform, ist angenommen, dass das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Element der IC 95 oder die MOSs 71 bis 76 sind. In einem Anordnungsbeispiel gemäß 2 entspricht die Versorgungsspannung VB für den IC 95. Die Versorgungsspannung VB ist die Stromrichter-Eingangsspannung für die MOSs 71 bis 76.
Ein Fall, bei dem das bezüglich der Temperatur abzuschätzende Zielelement der IC 95 ist, wird anhand der 3 bis 4 erläutert.
Der IC 95 umfasst einen Regler und entspricht einem „spannungsabhängigem Element“, der einen Energieverbrauch hat, der in Abhängigkeit der Versorgungsspannung sich ändert. Der Energieverbrauch, der ein Wärmeerzeugungsfaktor des Elementes ist, wird allgemein durch „I² × R“ oder „I × V (Spannung)“ repräsentiert. Ein Term, der die Spannung „I × V“ umfasst, ist in dem spannungsabhängigen Element wünschenswert. Daher wird mit „I²× R“ als eine Wärme, die durch das MOS empfangen wird, eine Wärmeerzeugung des IC 95 durch „I² × R + K × I' × V = I² × R + T(V)“ repräsentiert. Alternativ wird die Wärmeerzeugung durch „I² × R(V)“ repräsentiert. In diesem Fall betrachtet man, dass der Widerstand eine Funktion ist, die sich in Abhängigkeit der Spannung V ändert. Ein Konzept von (a) entspricht einer Änderung in der Offset-Temperatur T-off, wobei ein Konzept von (b) einer Änderung in der Verstärkung K entspricht.
Ein spezielles Beispiel der Anordnung zum Ändern der Offset-Temperatur T_off wird anhand der 3 erläutert. Die Temperatur-Festlegungseinheit 5 erhöht die Offset-Temperatur T_off, wenn die Versorgungsspannung VB höher ist als ein unterer Grenzwert T_off_min bis zu einem oberen Grenzwert T_off_max, und zwar in einem effektiven Spannungsbereich von einem Minimum-Wert VB_min bis zu einem Maximum-Wert VB_max. Der effektive Spannungsbereich ist ein Spannungsbereich, in dem der IC 95 normalerweise betrieben werden kann. Die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit 5 bewertet, dass die Wärmeerzeugung, die durch den Energieverbrauch verursacht ist, größer ist, wenn die Versorgungsspannung VB höher ist. Die festgelegte Offset-Temperatur T_off wird durch ein LPF 59 ausgegeben.
Ein spezielles Beispiel einer Anordnung, um die Verstärkung und die Zeitkonstante τ zu ändern wird in 4 veranschaulicht. Die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 der Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 setzt die Verstärkung K, so dass sie größer ist, wenn die Versorgungsspannung VB höher ist, und zwar in einem effektiven Spannungsbereich von einem unterem Grenzwert Kmin bis zu einem oberen Grenzwert Kmax. Die Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4 setzt die Zeitkonstante τ, so dass sie kleiner ist, wenn die Versorgungsspannung VB höher ist, und zwar von einem oberen Grenzwert τmax bis zu einem unteren Grenzwert τmin in dem effektiven Spannungsbereich. Die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 bewertet, dass die Wärmeerzeugung des IC größer ist, wobei der Temperaturanstieg höher ist, wenn die Versorgungsspannung höher ist. Die festgelegte Verstärkung K und die Zeitkonstante τ werden durch LPF 39 bzw. LPF 40 ausgegeben.
Ein Fall, bei dem das bezüglich der Temperatur abzuschätzende Zielelement der MOS 71 bis 76 ist, wird anhand der 5 beschrieben.
Es wird angenommen, dass das Drehmoment des Motors 80 gleich ist.
Die Spannungsnutzungsrate wird mehr gesenkt, wenn die Versorgungsspannung VB, die die Eingangsspannung des Stromrichters 70 ist, höher ist. Daher wird das TASTVERHÄLTNIS (ein Ein-Tastverhältnis des oberen MOS) unter der PWM-Steuerung kleiner, wobei die Wärmeerzeugung die Tendenz hat, kleiner zu werden. Wie in 5 veranschaulicht ist, setzt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 der Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 die Verstärkung K, so dass sie kleiner wird, wenn die Versorgungsspannung VB höher wird innerhalb des effektiven Spannungsbereiches. Die Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4 setzt die Zeitkonstante τ, so dass sie höher ist, und zwar innerhalb eines effektiven Spannungsbereiches. Die Verstärkung V und die Zeitkonstante τ werden festgelegt auf der Basis einer gegensätzlichen Charakteristik, als die wenn das bezüglich der Temperatur abzuschätzende Zielelement der IC 95 (4) ist.
(Simmulationsergebnis)
Ein Simulationsergebnis durch Vergleich der Temperaturbestimmungsgenauigkeit zwischen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel wird anhand der 6 näher erläutert.
Es wird angenommen, dass die Versorgungsspannung VB von einer Low-Spannung VL zu einer High-Spannung VH schrittweise geändert wird. In diesem Fall vergleicht die Simulation die geschätzte Temperatur zwischen einem Fall, bei dem die Offset-Temperatur T_off fest ist (entsprechend dem Vergleichsbeispiel) und einem anderen Fall, bei dem die Offset-Temperatur T_off in Abhängigkeit der Versorgungsspannung VB geändert wird (entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung).
6 veranschaulicht eine geschätzte Temperatur T_est' in dem Vergleichsbeispiel (eine zweipunktierte Kettenlinie), eine geschätzte Temperatur T_est (eine gestrichelte Linie) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und eine gemessene Temperatur T_real (eine durchgehende Linie).
Die Versorgungsspannung VB wird bei einer Low-Spannung VL (beispielsweise 12 V) gehalten während einer Zeit t0, und ändert sich schrittweise von der Low-Spannung VL zu einer High-Spannung VH (beispielsweise 14 V) bei der Zeit t0. In dem Vergleichsbeispiel ist, weil die Offset-Temperatur T_off gesetzt wird in der Annahme einer High-Spannung, bei der die Wärmeerzeugung groß ist, die Offset-Temperatur T_off überhöht und zwar zu einem Zeitpunkt einer Low-Spannung vor der Zeit t0. Daher ist in der geschätzten Temperatur T_est' ein Fehler Terr erhöht und zwar an einer höheren Temperaturseite verglichen mit einer gemessenen Temperatur T_real.
Die geschätzte Temperatur T_est gemäß der vorliegenden Erfindung stimmt vor einer Zeit t0 gut mit der gemessenen Temperatur T-real überein. Auch nachdem die Versorgungsspannung VB zu der Zeit t0 geändert worden ist, ändert sich die geschätzte Temperatur T_est, um der gemessenen Temperatur T_real zu folgen, wobei festgestellt worden ist, dass die Temperaturschätzgenauigkeit verbessert ist gegenüber dem Vergleichsbeispiel.
Die Temperaturschätzgenauigkeit ist verbessert, so dass es möglich ist, dass das Motorsteuerungsgerät 90 gemäß der ersten Ausführungsform einen Strom verhindert, der ständig zu sehr begrenzt ist in der Annahme einer Bedingung eines höchsten Temperaturanstieges. Daher kann es möglich sein, die Leistung des Motors 80 anzuheben. Es kann also möglich sein, den Kühlkörper und die MOSs 71 bis 76 herunter zu dimensionieren, während die gleiche Leistung beibehalten wird.
In der zweiten Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform wird angenommen, dass die MOSs 71 bis 76 die bezüglich der Temperatur abzuschätzenden Elemente sind. In den entsprechenden Zeichnungen der zweiten Ausführungsform bis zur sechsten Ausführungsform, sind in Wesentlichen die gleichen Anordnungen der Ausführungsform mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass wiederholte Beschreibung vermieden wird.
In der zweiten Ausführungsform bis zu einer vierten Ausführungsform wird der Stromrichter 70 durch die PWM-Steuerung betrieben, wobei die Modulation zwischen der Dreiphasenmodulation und der Zweiphasenmodulation durch die Spannungsnutzungsrate, die berechnet worden ist gemäß dem geforderten Drehmoment des Motors 80, umgeschaltet wird. In diesem Fall ist „Tastverhältnis“ ein Verhältnis der Ein-Zeit oder der Aus-Zeit der Schaltperiode der entsprechenden MOSs 71 bis 76 in der PWM-Steuerung, wobei „das Ein-Tastverhältnis der oberen MOSs 71, 72, 73 als „TASTVERHÄLTNIS (%)“ bezeichnet wird. Wenn eine Totzeit ignoriert wird, entspricht das Ein-Tastverhältnis der unteren MOSs 74, 75, 76 „100-TASTVERHÄLTNIS (%)“. Es sein bemerkt, dass in einer anderen Ausführungsform ein Tastverhältnis, das die Basis der Steuerung bildet, in geeigneter Weise ausgewählt werden kann.
In dem entsprechenden Steuerungsblockdiagramm der zweiten bis sechsten Ausführungsform, als eine optionale Anordnung, die bei Bedarf gewählt werden kann, wird eine „Motorblockier-Festlegungseinheit“ durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Der Motor blockiert bedeutet ein Zustand, bei dem der Motor 80 sich nicht dreht, obwohl er bestromt wird. Eine Methode einer Detektion eines Bestromungszustandes kann eine Feststellungsmethode sein, bei der der Motor 80 bestromt wird, beispielsweise, wenn eine Quadratsumme eines dq-Achsenstromes oder ein q-Achsenstrom in Wesentlichen nicht 0 ist. In dem Blockierzustand des Motors konzentriert sich der Strom an einer bestimmten Phase, wobei der MOS der Phase eine zu hohe Wärme erzeugen kann. In diesem Fall ist eine genaue Temperatureinschätzung erforderlich.
In einem Zustand, bei dem der Motor 80 normalerweise rotiert, weil die Wärmeerzeugung jeder Phase gemittelt wird, ist ein Bedarf einer Vermeidung einer zu hohen Wärmeerzeugung relativ gering. Die charakteristische Temperaturschätzung gemäß den entsprechenden Ausführungsformen kann nur in einem Zustand abgewendet werden, bei dem der Motor in einem Blockierzustand ist, wobei die Temperaturschätzung immer angewendet werden kann und zwar unabhängig davon, ob der Motor sich im Blockierzustand befindet.
(Zweite Ausführungsform)
Ein Motorsteuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 7 bis 12 erläutert.
Wie in 7 dargestellt ist, umfasst das Motorsteuergerät 90 in der zweiten Ausführungsform, die eine Anordnung bezüglich einer Temperaturschätzung ist, eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1, einen Sensorwert-Addierer 14, einen Offset-Addierer 15, eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 und eine Motorblockier-Feststellungseinheit 6. Die Grundanordnung ist dieselbe in der nachfolgenden dritten bis sechsten Ausführungsform.
Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 gemäß der zweiten Ausführungsform erhält einen Stromquadratwert (Iu², Iv², Iw²,) eines Phasenstroms, der mit der Phase übereinstimmt, die angeschätzt werden soll, oder erhält einen Zeitdurchschnittswert (beispielsweise ΣIu²/Δt) seines integrierten Wertes. Die Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 berechnet eine primäre Verzögerungsantwort, indem eine Übertragungsfunktion „K/(τs + 1)“ für den Eingangs-Stromquadratwert verwendet wird. In diesem Fall ist K eine Verstärkung und τ eine Zeitkonstante. Die Kombination der Verstärkung K mit der Zeitkonstante τ wird als „Antwortkonstante“ bezeichnet. Ein Satz „Zeitkonstante wird geändert“ bedeutet, dass mindestens die Verstärkung K oder die Zeitkonstante τ geändert wird.
Ein Energieverbrauch W durch Bestromung wird dargestellt durch „W = I² × R“ (I: Strom, R: Widerstand). Der Energieverbrauch W ist bezüglich Übertragungsbetrag und Übertragungsgeschwindigkeit unterschiedlich und zwar entsprechend einem Wärmewiderstand und einer Wärmekapazität des Elementes oder einer Wärmeabstrahlungseinheit (ein Kühlkörper). Unter diesen Umständen spiegeln sich der Wärmeübertragungsbetrag und die Übertragungsgeschwindigkeit durch die Verstärkung K und die Konstanten τ wieder, wobei die primäre Verzögerungsantwort berechnet wird, und wobei der Betrag der Temperaturänderung des Elementes bei t Sekunden nach dem die Bestromung beginnt vorübergehend abgeschätzt wird. Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 gibt den Betrag der Temperaturänderung ΔT für jede Phase mit einer Eingabe des Stromquadratwertes oder dem Zeitdurchschnittswert des integrierten Wertes aus.
Der Sensorwert-Addierer 14 addiert den Sensorwert T_sns, der durch den Temperatursensor 96 zu einem Zeitpunkt des Starts der Bestromung des Motors 80 detektiert wird, zu dem Betrag der Temperaturänderung ΔT, die durch die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 ausgegeben wird. Weil es schwierig ist die anfängliche Temperaturen der mehreren bezüglich der Temperatur abzuschätzenden Zielelemente individuell zu messen, wird der Sensorwert T_sns des Temperatursensors 96, beispielsweise, der an dem selben Träger angeordnet ist, betrachtet als eine Temperatur, die dem Kühlkörper entspricht, wobei die Temperatur eine Basistemperatur der Temperaturschätzung des Elementes oder eine anfängliche Temperatur der entsprechenden bezüglich der Temperatur abzuschätzenden Zielelemente ist.
Der Offset-Addierer 15 addiert weiterhin eine Offset-Temperatur T_off zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierers 14 und gibt die addierte Temperatur als eine geschätzte Temperatur T_est aus.
Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 umfasst eine Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 und eine Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4 und legt die Antwortkonstante fest, die die Verstärkung K und die Zeitkonstante τ der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 beinhaltet. In diesem Fall bewirkt jede Zunahme der Verstärkung K und jede Reduktion in der Zeitkonstanten τ eine Zunahme der geschätzten Temperatur T_est. Eine Reduktion der Verstärkung K und eine Zunahme der Zeitkonstanten τ hat die umgekehrte Wirkung. In den folgenden Zeichnungen wird eine Änderungscharakteristik der Verstärkung K zu einem Parameter der Antwortkonstanten als repräsentativ betrachtet. Eine Änderungscharakteristik der Zeitkonstanten τ wird als eine Umkehrung der Charakteristik der Verstärkung K interpretiert.
Wie in 11 und den nachfolgenden Figuren gezeigt ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass jeder Ausgang der Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 und der Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4 mit einem Tiefpassfilter (nachfolgend als „LPF“ bezeichnet) versehen ist. Dementsprechend ist es möglich, wenn die Verstärkung K oder die Zeitkonstante τ verändert wird durch die entsprechenden Festlegungseinheiten 3 und 4, zu verhindern, dass die Steuerung unstabil wird durch eine schnelle Änderung in der geschätzten Temperatur T_est. Solange die Verstärkung K und oder die Zeitkonstante langsam verändert wird, kann eine andere Technik las die LPF abgewendet werden.
In der zweiten Ausführungsform erhält die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 einen elektrischen Winkel θ, einen q-Achsenstrom Iq und einen Modulationsmodus. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 klassifiziert den q-Achsenstrom Iq in positiv und negativ und klassifiziert den Modulationsmodus in die Zweiphasenmodulation und die Dreiphasenmodulation. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 legt die Verstärkung K und die Zeitkonstante τ gemäß dem elektrischen Winkel θ fest.
Die Motorblockier-Feststellungseinheit 6 empfängt eine Motorrotationsgeschwindigkeit N und eine dq-Achsenstrom-Quersumme. Die Motorrotationsgeschwindigkeit N wird berechnet auf der Basis der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Differenzierung des elektrischen Winkels θ mit der Zeit erhalten wird. Alternativ kann die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω als die Rotationsgeschwindigkeit behandelt werden so wie sie ist.
Die Motorblockier-Feststellungseinheit 6 legt einen Zustand fest, in dem der Motor 80 nicht rotiert obwohl der Motor 80 in dem Blockierzustand bestromt wird. Wenn beispielsweise die Motorrotationsgeschwindigkeit N in Wesentlichen 0 ist und die Summe der dq-Achsenströme im Wesentlichen nicht 0 ist, dann legt die Motorblockier-Feststellungseinheit 6 fest, dass der Motor 80 sich im Blockierzustand befindet. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 legt die Verstärkung K und die Zeitkonstante τ fest mindestens wenn der Motor 80 sich in dem Blockierzustand befindet und zwar durch eine Methode, die später beschrieben wird. Wenn der Motor 80 sich nicht im Blockierzustand befindet, dann kann die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 die Verstärkung K und die Zeitkonstante τ als feste Werte setzen, ähnlich wie im Vergleichsbeispiel.
Wellenformen der entsprechenden Phasenspannungsbefehlssignale Du, Dv, Dw in der Dreiphasenmodulation und der Zweiphasenmodulation der PWM-Steuerung sind in 8A bis 10 veranschaulicht.
Wie in 8A bis 8B veranschaulicht ist, ändern sich in der Dreiphasenmodulation die entsprechenden Phasenspannungsbefehlssignale Du, Dv, Dw im Wesentlichen zu einer Sinuswellenform. Die entsprechenden Phasenspannungsbefehlssignale Du, Dv, Dw sind umgedreht in positiv und negativ dazwischen wenn der q-Achsenstrom Iq positiv ist (Iq > 0), wie in 8A gezeigt ist, und wenn der q-Achsenstrom Iq negativ ist (Iq < 0), wie in FIG. B gezeigt ist. Beispielsweise entsprechen in der elektrischen Servolenkvorrichtung der positive und der negative q-Achsenstrom einer Servolenkrichtung.
Wellenformen einer oberen Flachbettzweiphasenmodulation und einer und einer unteren Flachbettzweiphasenmodulation, wenn der q-Achsenstom Iq negativ ist (Iq < 0) ist, ist in 9 bzw. in 10 dargestellt. Die Wellenformen, wenn der Q-Achsenstrom Iq positiv ist (Iq > 0), entsprechen zu Wellenformen von 9 und 10, die kopfüber sind. Die „obere Flachbettzweiphasenmodulation“ und die „untere Flachbettzweiphasenmodulation“ sind beispielweise in der JP 5 045 799 B2 offenbart.
Wie in 9 dargestellt ist, ist die „obere Flachbettzweiphasenmodulation“ ein Modulationsprozess, um einen Wert zu subtrahieren, der durch Subtraktion eines festgelegten oberen Grenzwertes Dmax von dem größten Spannungsbefehlssignal der Phase und von den Spannungsbefehlssignalen aller Phasen erhalten wird, so dass der größte Spannungsbefehlssignal der Spannungsbefehlssignalen Du, Dv, Dw der drei Phasen zum festgelegten oberen Grenzwert Dmax wird.
Wie in 10 dargestellt wird, ist die „untere Flachbettzweiphasenmodulation“ ein Modulationsprozess, um einen Wert zu subtrahieren, der durch Subtraktion eines festgelegten unteren Grenzwertes Dmin von dem kleinsten Spannungsbefehlssignal der Phase und von den Spannungsbefehlssignalen aller Phasen erhalten wird, so dass das kleinste Spannungsbefehlssignal der Spannungsbefehlssignale Du, Dv, Dw der drei Phasen zum festgelegten unteren Grenzwert Dmin wird.
Eine Anordnung der Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 gemäß der zweiten Ausführungsform wird anhand der 11 und 12 erläutert.
Die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 umfasst einen Schalter 31, eine obere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 321 und eine untere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 322, die für jede Phase vorgesehen ist, sowie umfasst ein LPF 39.
Der Schalter 31 schaltet einen Prozess, das die Verstärkung K festlegt, zu einem anderen Prozess gemäß einem Modulationsmodus um. Wenn der Modulationsmodus die Dreiphasenmodulation ist, dann setzt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 die Verstärkung K zu K1 (ein Referenzwert) unabhängig vom elektrischen Winkel θ. Wenn der Modulationsmodus eine obere Flachbettzweiphasenmodulation ist, dann legt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 eine Verstärkung K2 mit Bezug auf die obere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 321 fest. Wenn der Modulationsmodus eine untere Flachbettzweiphasenmodulation ist, dann legt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 eine Verstärkung K2 mit Bezug auf die untere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 322 fest. Die festgelegte Verstärkung K1 oder die festgelegte Verstärkung K2 wird durch die LPF 39 ausgegeben. Übrigens, wenn der Modulationsmodus die Dreiphasenmodulation ist, dann kann die Verstärkung K1 eine Karte für den elektrischen Winkel θ sein und kann nicht ein fester Wert sein. In diesem Fall wird die Verstärkung K1 gesetzt zu beispielsweise einer Karte die an einer Differenz im Energieverbrauch zwischen dem Rotationsstatus und dem Blockierungsstatus angepasst ist.
Gemäß der oberen Flachbettzweiphasenmodulationskarte 321, in einem elektrischen Winkelbereich, bei dem das TASTVERHÄLTNIS an einem oberen Grenzwert Dmax festgelegt ist, steigt die Verstärkung K schrittweise hoch zu einer Verstärkung K2, die größer ist als die Verstärkung K1, zu dem Zeitpunkt der oberen MOS-Schätzung, und steigt schrittweise herunter zu einer Verstärkung K2, die kleiner als die Verstärkung K1 ist, zu dem Zeitpunkt der unteren MOS-Schätzung.
Gemäß der unteren Flachbettzweiphasenmodulationskarte 322, in einem elektrischen Winkelbereich, bei dem das TASTVERHÄLTNIS an einem unteren Grenzwert Dmin festgelegt ist, fällt die Verstärkung K schrittweise herunter zu einer Verstärkung K2, die kleiner ist als die Verstärkung K1, zu dem Zeitpunkt der oberen MOS-Schätzung, und steigt schrittweise hoch zu der Verstärkung K2, die größer als die Verstärkung K1 ist, zu dem Zeitpunkt der unteren MOS-Schätzung.
Die Verstärkung K2 wird als ein Wert gesetzt, der größer ist als K1 in dem elektrischen Winkelbereich, bei dem die Wärmeerzeugung als Maximum betrachtet wird, wenn die Ein-Zeit der Temperaturschätzung des MOS am längsten ist, wobei die Verstärkung K2 als eine Wert gesetzt ist, der kleiner ist als K1 in dem elektrischen Winkelbereich, bei dem die Wärmeerzeugung als Minimum betrachtet wird, wenn die Aus-Zeit der Temperaturschätzung des MOS am längsten ist.
Gemäß dieser Anordnung ist es möglich die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessert, weil die Temperatur für jeden oberen MOS und jedem unteren MOS für jede Phase geschätzt wird und zwar unter Berücksichtigung des Modulationsmodus.
Das Motorsteuerungsgerät 90 in der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, um die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessert. Daher ist es möglich zu verhindern, dass ein Strom ständig zu sehr begrenzt wird und zwar unter der Annahme einer Bedingung eines höchsten Temperaturanstieges. Daher ist es möglich, die Leistung des Motors 80 effektiv zu steigern. Zusätzlich ist es möglich, den Kühlkörper und die MOSs 71 bis 76 herunter zu dimensionieren während dieselbe Leistung beibehalten wird.
Die Effekte werden in der folgenden dritten bis sechsten Ausführungsform deutlich.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 13 bis 18B erläutert.
Wie in 13 dargestellt ist, wird eine Querwertssumme (Id² + Iq²) der dq-Achsenströme zu einer primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 gemäß einer dritten Ausführungsform anstelle des Phasenstromes der zweiten Ausführungsform eingegeben. Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 rechnet eine primäre Verzögerungsantwort, indem eine Übertragungsfunktion „K/(τs + 1)“ für einen integrierten Wert des dq-Achsenstromwertes verwendet wird. Nur der Modulationsmodus wird zu einer Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 gemäß der dritten Ausführungsform eingegeben. Mit anderen Worten, in der dritten Ausführungsform wird die Temperatur eines oberen MOS und eines unteren MOS, nicht für jede Phase aber alle drei Phasen einschließend, geschätzt. Eine Verstärkung K und eine Zeitkonstante τ, die für die primäre Verzögerungsberechnung verwendet werden, hängen nicht von dem positiven und dem negativen q-Achsenstrom und einem elektrischen Winkel θ ab.
Wie in 14 veranschaulicht ist, umfasst die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 gemäß der dritten Ausführungsform einen Schalter 31, eine obere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 331 und eine untere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 332 sowie ein FPF 39.
Der Schalter 31 schaltet eine Setzroutine der Verstärkung K zu einer anderen Routine durch den Modulationsmodus um. Ähnlich zum Fall der zweiten Ausführungsform, bei der der Modulationsmodus eine Dreiphasenmodulation ist, setzt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 die Verstärkung K zu einer Verstärkung K1 (ein Referenzwert) unabhängig vom elektrischen Winkel θ. Wenn der Modulationsmodus die obere Flachbettzweiphasenmodulation ist, dann legt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 eine Verstärkung K2 mit Bezug zu einer oberen Flachbettzweiphasenmodulationskarte 331 fest. Wenn der Modulationsmodus die untere Flachbettzweiphasenmodulation ist, dann legt die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 eine Verstärkung K2 mit Bezug zu einer unteren Flachbettzweiphasenmodulationskarte 332 fest. Die festgelegte Verstärkung K1 oder die Verstärkung K2 wird durch den LPF 39 ausgegeben.
Gemäß der oberen Flachbettzweiphasenmodulationskarte 331 wird die größere Verstärkung K2 als die Verstärkung K1 zu einem Zeitpunkt der oberen MOS-Schätzung festgelegt, wobei die Verstärkung K2, die kleiner als K1 ist, zu einem Zeitpunkt der unteren MOS-Schätzung festgelegt.
Gemäß der unteren Flachbettzweiphasenmodulationskarte 332 wird die kleinere Verstärkung K2 als die Verstärkung K1 zu einem Zeitpunkt der oberen MOS-Schätzung festgelegt, wobei die Verstärkung K2, die größer als K1 ist, zu einem Zeitpunkt der unteren MOS-Schätzung festgelegt.
Es wird angenommen, dass die oberen Dreiphasen-MOS einer MOS-Gruppe zugeordnet sind und die unteren Dreiphasen-MOS als eine andere MOS-Gruppe zugeordnet sind. Wenn die Wärmeerzeugung steigt, wenn die Durchschnitts-Ein-Zeit der bezüglich der Temperatur einzuschätzenden MOS-Gruppe länger ist als die Zeit der Dreiphasenmodulation, dann wird die Verstärkung K2 größer als die Verstärkung K1 gesetzt. Wenn die Wärmeerzeugung fällt, wenn die Durchschnitts-Aus-Zeit der bezüglich der Temperatur einzuschätzenden MOS-Gruppe länger ist als die Zeit der Dreiphasenmodulation, dann wird die Verstärkung K2 kleiner als die Verstärkung K1 gesetzt. Übrigens bedeutet die bezüglich der Temperatur einzuschätzende MOS-Gruppe, dass eine MOS-Gruppe vorhanden ist, bei der die Temperatur geschätzt wird.
Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Temperaturschätzgenauigkeit mit einem geringeren Rechenaufwand zu verbessern, weil die Temperatur für jede obere Gruppe der Dreiphasen-MOS und jede untere Gruppe der Dreiphasen-MOS geschätzt wird, wobei der Modulationsmodus berücksichtigt wird.
(Modifiziertes Beispiel)
In der Anordnung der Temperaturschätzung ist die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit nicht auf eine Einheit beschränkt, sondern es können mehrere primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten verwendet werden. Beispielsweise ist eine Anordnung, bei der zwei primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten für die Temperaturschätzung nach 13 vorhanden sind, in 15 dargestellt. In diesem Beispiel wird der Betrag der Temperaturänderung ΔT1 bzw. ΔT2, der in zwei primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten 11, 12 berechnet wird, für eine Addition zu einem Sensorwert-Addierer 14 eingegeben. Es können drei oder mehr primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten vorhanden sein. In ähnlicher Weise können mehrere primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheiten bei der Temperaturschätzungsanordnung einer anderen Ausführungsform verwendet werden.
(Simulationsergebnis)
Ein Simulationsergebnis, das durch Vergleich der Temperaturschätzgenauigkeit zwischen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel erhalten wird, wird anhand der 16 bis 18B erläutert.
Wenn der Modulationsmodus der PWM-Steuerung von dem Dreiphasenmodulationsmodus zu dem unteren Flachbettzweiphasenmodulationsmodus umschaltet während die Motorrotation stoppt (wenn der Motor blockiert ist), dann vergleicht die Simulation die geschätzten Temperaturen der oberen MOS und der unteren MOS zwischendurch, wenn die Verstärkung K der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 festgesetzt wird (entsprechend einem Fall des Vergleichsbeispiels) und wenn die Verstärkung K gemäß dem Modulationsmodus geändert wird (entspricht einem Fall der drittem Ausführungsform der vorliegenden Erfindung).
Eine Anordnung der Verstärkungs-Festlegungseinheit 3, die bei der Simulation verwendet wird, ist in 16 dargestellt. Bei der Simulation ist der Schalter 31 der Verstärkung K hinter der untere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 332 in der Anordnung nach 14 angeordnet. Die Verstärkung K1 zur Zeit der Dreiphasenmodulation wird verwendet, wenn der Motor nicht blockiert ist. Wie oben beschrieben, wird ein Größenverhältnis zwischen der Verstärkung K2 und der Verstärkung K1 gesetzt, um die Verstärkungskarte umzukehren, wenn die Zeitkonstante τ geändert wird anstelle der Verstärkung.
17A und 17B veranschaulichen die unteren MOS. 18A und 18B veranschaulichen die oberen MOS. 17A und 18A veranschaulichen eine geschätzte Temperatur T_est' (eine Zweipunkt-Kettenlinie) im Vergleichsbeispiel. 17B und 18B veranschaulichen eine geschätzte Temperatur T_est (eine gestrichelte Linie) gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 17A bis 18B wird eine gemessene Temperatur T_real durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
Zu einer Zeit der Dreiphasenmodulation vor einer Zeit tx, stimmen die geschätzten Temperaturen T_est' und T_est mit der gemessenen Temperatur T_real in beiden Vergleichsbeispielen und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überein.
Es wird angenommen, dass der Modulationsmodus von der Dreiphasenmodulation zu der Zweiphasenmodulation zu der Zeit tx sich ändert. In diesem Fall, steigt die gemessene Temperatur T_real der unteren MOS (17A und 17B) im Vergleich zu der steigenden Kurve der Dreiphasenmodulation, weil die Ein-Zeit der unteren MOS der Phase, bei der sich der Strom durch Blockieren konzentriert, länger wird als die in der Dreiphasenmodulation, so dass die Wärmeerzeugung steigt. Im Gegensatz dazu ist gemessene Temperatur T_real der oberen MOS (18A und 18B) geringer im Vergleich zu der steigenden Kurve der Dreiphasenmodulation, weil die Aus-Zeit der entsprechenden oberen MOS kürzer wird als die in der Dreiphasenmodulation, so dass die Wärmeerzeugung fällt.
Im Vergleichsbeispiel, bei dem die Verstärkung K unabhängig von dem Modulationsmodus festgelegt wird, weicht die geschätzte Temperatur T_real von der gemessenen Temperatur T_est' ab und zwar in beiden, den untere MOS und den oberen MOS. In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verstärkung K gemäß dem Modulationsmodus geändert wird, hat man herausgefunden, dass die geschätzte Temperatur T_est sich ändert um der gemessenen Temperatur T-_real zu folgen, so dass die Temperaturschätzgenauigkeit verbessert ist.
(Vierte Ausführungsform)
In einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nur die Unterschiede gegenüber der dritten Ausführungsform anhand der 19 und 20 erläutert.
Wie in 19 dargstellt ist, die ähnlich zu der dritten Ausführungsform ist, empfängt eine primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1, gemäß der viertem Ausführungsform, eine Querwertsumme (Id² + Iq²) eines dq-Achsenstroms. Eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 gemäß der vierten Ausführungsform empfängt einen Modulationsmodus und das TASTVERHÄLTNIS. Die vierte Ausführungsform führt die Temperaturschätzung durch, wobei eine Änderung des TASTVERHÄLTNISSES in Betracht gezogen wird und zwar zusätzlich zu der „Temperaturschätzung der oberen Dreiphasen-MOS-Gruppe und der unteren Dreiphasen-MOS-Gruppe gemäß dem Modulationsmodus“ gemäß der dritten Ausführungsform.
Wie in 20 dargestellt wird, umfasst eine Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 gemäß der vierten Ausführungsform einen Schalter 31, eine obere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 341, eine untere Flachbettzweiphasenmodulationskarte 342 und ein LPF 39.
Gemäß der oberen Flachbettzweiphasenmodulationskarte 341 wird zu einer Zeit der oberen MOS-Schätzung die Verstärkung K2 größer als die Verstärkung K1 festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS steigt. Die Verstärkung K2, die kleiner als die Verstärkung K1 ist, wird festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS fällt. Zu einer Zeit der unteren MOS-Schätzung wird die Verstärkung K2 kleiner als die Verstärkung K1 festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS steigt. Die Verstärkung K2, die größer als die Verstärkung K1 ist, wird festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS fällt.
Gemäß der unteren Flachbettzweiphasenmodulationskarte 342 wird zu einer Zeit der unteren MOS-Schätzung die Verstärkung K2 kleiner als die Verstärkung K1 festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS steigt. Die Verstärkung K2, die größer als die Verstärkung K1 ist, wird festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS fällt. Zu einer Zeit der unteren MOS-Schätzung wird die Verstärkung K2 größer als die Verstärkung K1 festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS steigt. Die Verstärkung K2 kleiner als die Verstärkung K1 wird festgelegt, wenn das TASTVERHÄLTNIS fällt.
In diesem Beispiel, wenn das TASTVERHÄLTNIS zu dem oberen Grenzwert Dmax oder zu dem unteren Grenzwert Dmin festgelegt wird, wobei das TASTVERHÄLTNIS konstant bleibt, kann die Verstärkung steigen oder fallen, oder es kann „K2 = K1“ gesetzt werden.
Beispielsweise zu der Zeit oberen MOS-Schätzung der oberen Flachbettzweiphasenmodulation oder zu einer Zeit einer unteren MOS-Schätzung in der unteren Flachbettzweiphasenmodulation, wenn das TASTVERHÄLTNIS steigt, wird die Verstärkung K2 größer als die Verstärkung K1 gesetzt, weil die Wärmeerzeugung zukünftig größer wird. Wenn das TASTVERHÄLTNIS fällt, dann wird die Verstärkung K2 kleiner als die Verstärkung K1 gesetzt, weil die Wärmeerzeugung zukünftig klein wird. Zu der Zeit der unteren MOS-Schätzung in der oberen oder zu einer Zeit einer oberen MOS-Schätzung in der unteren Flachbettzweiphasenmodulation wird die Verstärkung umgekehrt.
Gemäß dieser Anordnung, wie mit der dritten Ausführungsform verglichen werden kann, ist es möglich die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessern, weil die Temperatur für jede Gruppe, also die oberen Dreiphasen-MOS und die unteren Dreiphasen-MOS geschätzt wird, wobei die Änderung des TASTVERHÄLTNISSES in Betracht gezogen wird.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 21 bis 23 erläutert. In der fünften Ausführungsform, wird berücksichtigt eine Differenz in der Wärmeerzeugung infolge einer Differenz in einem Wärmewiderstand oder einer Wärmekapazität der Hardware für jede Phase in dem Dreiphasen-Stromrichter 70, genauer gesagt infolge einer Differenz (Variation) in dem Wärmewiderstand oder der Wärmekapazität bezogen zu der Wärmeabstrahlung einer Verbindung der MOS mit einem Kühlkörper.
Wie in 21 dargestellt ist, empfängt eine primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 gemäß der fünften Ausführungsform eine Querwertsumme (Id² + Iq²) eines dq-Achsenstroms. Die primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 berechnet eine primäre Verzögerungsantwort unter Verwendung einer Übertragungsfunktion „K/(τs + 1)“ für eine Eingangs-dq-Achsen-Stromquadratwertsumme. In der fünften Ausführungsform empfängt eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 einen elektrischen Winkel θ und den q-Achsenstrom Iq.
In der fünften Ausführungsform wird eine Differenz im Wärmewiderstand oder der Wärmekapazität bei einem elektrischen Winkel θ, bei dem eine Stromamplitude jeder Phase Maximal ist, berücksichtigt und zwar bei dem betreffenden positiven und negativen q-Achsenstrom der oberen Gruppe der Dreiphasen-MOS oder der der unteren Gruppe der Dreiphasen-MOS, damit die Temperatur geschätzt werden kann.
Eine detaillierte Anordnung der Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 gemäß der fünften Ausführungsform wird anhand der 22 und 23 erläutert.
Eine Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 umfasst einen Schalter 31, eine obere MOS-Schätzkarte 351, eine untere MOS-Schätzkarte 352 und ein LPF 39. Die obere MOS-Schätzkarte 351 und die untere MOS-Schätzkarte 352 definieren eine Beziehung der Verstärkung K zu einem elektrischen Winkel θ.
In jeder Karte werden, d.h. der oberen MOS-Schätzkarte 351 und der unteren MOS-Schätzkarte 352, zwei Kopfüber stehende Karten je nach Fall, bei dem ein q-Achsenstrom positiv ist (iq > 0) ist und bei dem ein q-Achsenstrom negativ ist (iq < 0), eingesetzt.
Beispielsweise, wenn der q-Achsenstrom Iq positiv ist, wird angenommen, dass der Wärmewiderstand, der sich auf die Wärmeabstrahlung der Verbindung des MOS zu dem Kühlkörper bezieht, größer wird, in der Reihenfolge U-Phase, W-Phase, U-Phase, V-Phase in den oberen MOS im Beispiel der 22, und in der Reihenfolge W-Phase, V-Phase, U-Phase, U-Phase in den unteren MOS im Beispiel der 23. In den MOS der Phase, die den kleinsten Wärmewiderstand hat, ist es relativ unwahrscheinlich, dass die Temperatur bei einem Winkel θ steigt, bei dem die Stromamplitude Maximal ist. In der oberen MOS-Schätzkarte 351 und der unteren MOS-Schätzkarte 352 wird die Verstärkung K geändert, so dass die Temperatur leicht ansteigen kann.
Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, obwohl eine Differenz in der Wärmeerzeugung vorhanden ist, die durch eine Differenz im Wärmewiderstand oder der Wärmekapazität, die sich auf eine Wärmeabstrahlung der Verbindung des MOS in jeder Phase zu dem Kühlkörper bezieht, entsteht, die Temperatur für jede Gruppe zu schätzen, d.h. der oberen Dreiphasen MOS-Gruppe und der unteren Dreiphasen MOS-Gruppe, während die Differenz in der Wärmeerzeugung in Betracht gezogen wird.
(sechste Ausführungsform)
In der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nur Unterschiede gegenüber der fünften Ausführungsform anhand der 24 erläutert. Die Anordnung der Temperaturschätzung gemäß der sechsten Ausführungsform ist identisch zu der in der fünften Ausführungsform, die in 21 gezeigt ist.
Wie in 24 veranschaulicht ist, umfasst die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3 gemäß der fünften Ausführungsform einen Schalter 31, eine obere und eine untere, aufgeteilte MOS-Schätzkarte 36 und ein LPF 39. In der oberen und untere, aufgeteilte MOS-Schätzkarte 36, werden zwei Kopfüber stehende Karten je nach Fall, bei dem ein q-Achsenstrom positiv ist (iq > 0) ist und bei dem ein q-Achsenstrom negativ ist (iq < 0), eingesetzt.
Die obere und eine untere, aufgeteilte MOS-Schätzkarte 36 integriert die obere MOS-Schätzkarte 351 und die untere MOS-Schätzkarte 352 der fünften Ausführungsform in einem Teil, wobei die technische Bedeutung der Karten der in der fünften Ausführungsform entspricht. In der sechsten Ausführungsform, weil die Verstärkung K für die Temperaturschätzung der sechs MOS durch eine Karte festgelegt werden kann, ist es möglich den Rechenaufwand zu verringern.
(andere Ausführungsformen)
Die erste Ausführungsform, die die Offset-Temperatur oder Antwortkonstante gemäß der Versorgungsspannung ändert, kann in einem DC-Bürstenmotor verwendet werden. In diesem Fall entspricht eine H-Brücke dem „elektrischen Leistungsumrichter“.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der mehrphasige bürstenlose Motor nicht auf einen dreiphasigen bürstenlosen Motor beschränkt, sondern es kann ein bürstenloser Motor mit vier Phasen oder mehr als vier Phasen verwendet werden.
Als eine Betriebsspannungsversorgung des IC 95 kann eine geeignete Spannungsversorgung, die unterschiedlich zur Batterie 91, welche die eine Spannungs-Versorgungsquelle des Stromrichters 70 ist, ist, verwendet werden. Wenn die Temperatur des IC 95 geschätzt wird, dann ändert die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit 5 die Offset-Temperatur T_off gemäß einer Spannung der eingesetzten Spannungsversorgung.
Eine Anordnung, bei der die Offset-Temperatur T_off geändert wird, kann geschaffen werden, um die Verstärkung Ks zu multiplizieren mit einem Temperatursensorwert T-_sns, der an dem Sensorwert-Addierer 14 eingegeben wird, wie durch die gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist.
Bei einer Anordnung, die einen Hochsteller zwischen der Batterie und dem elektrischen Leistungs-Stromrichter aufweist, wenn eine Temperatur des Schaltelementes geschätzt wird, kann es vorteilhaft sein, dass eine hochgesetzte Spannung als die „Eingangsspannung, die dem elektrischen Leistungsumrichter zugegeben wird“, verwendet wird. In diesem Fall kann ein Sensorwert eines Spannungssensors am Eingang des elektrischen Leistungs-Stromrichters vorgesehen sein oder es kann ein Befehlswert an dem Hochsteller-Komparator verwendet werden.
In den charakteristischen Diagrammen der 3 bis 5 gemäß der ersten Ausführungsform werden die Abhängigkeit der Offtet-Temperatur T_off, der Verstärkung K und der Zeitkostenten τ von der Versorgungsspannung VB durch eine gerade nach oben steigenden Linie oder durch eine nach unten fallenden Linie (eine Lineare Funktion) dargestellt. Diese Abhängigkeiten sind nicht auf eine gerade Linie beschränkt (eine lineare Funktion), können jedoch schrittweise eine Kurvenform, wie eine quadratische Funktion oder eine Kombination beider Formen, haben.
In 11 und 12 der zweiten Ausführungsform wird zu einer Zeit der oberen/unteren Flachbettzweiphasenmodulation und in dem elektrischen Winkelbereich, bei dem das TASTVERHÄLTNIS der oberen MOS oder der unteren MOS an dem oberen Grenzwert Dmax oder den unteren Grenzwert Dmin festgelegt wird, die Verstärkung K2 schrittweise verändert vergleichbar mit dem anderen elektrischen Winkelbereich. In anderen Worten wird die Verstärkung K2 nur geändert in dem „festen Bereich“, bei dem der Einfluss der Wärmeerzeugung besonders groß ist, wobei die Änderung des TASTVERHÄLTNISSES in dem anderen Winkelbereich ignoriert wird. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, die Verstärkung K2 mit einem Minimum an Rechenaufwand effektiv zu ändern.
Wenn eine Spanne für die Rechenkapazität vorhanden ist, dann kann die Verstärkung geändert werden, um einer Änderung im TASTVERHÄLTNIS zu folgen und zwar auch in dem elektrischen Winkelbereich außerhalb des „festen Bereiches“. Beispielsweise kann eine Karte einer mehrstufigen Schrittform, eine trapezartige Form oder eine Sinusform erzeugt werden und zwar gemäß dem elektrischen Winkel, der vergleichbar ist mit der zweistufigen schrittartigen Karte, die in 11 und 12 dargestellt ist.
In der zweiten bis sechsten Ausführungsform kann die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit 2 die Antwortkonstante der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit 1 entsprechend verschiedener Eingangsinformation ändern und zwar auch in dem normalen Motordrehzustand ohne Bereitstellung der Motorblockier-Festlegungseinheit 6, die durch eine gestrichelte Linie in den Zeichnungen dargestellt ist.
Die Verstärkungs-Festlegungseinheit 3, die Zeitkonstanten-Festlegungseinheit 4 und die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit 5 der betreffenden Ausführungsformen, beispielsweise, müssen die LPFs 39, 49, 59, die durch eine gestrichelte Linie in den Zeichnungen dargestellt sind, nicht versorgen, wenn eine plötzliche Änderung in der Antwortkonstanten und in der Offset-Temperatur keine Ausgabe ist.
Der Stromrichter 70 entspricht einem Beispiel des elektrischen Leistungsumrichters. Die MOSs 71 bis 76 entsprechen einem Beispiel des bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes. Der IC 95 entspricht einem Beispiel des spannungsabhängigen Elementes und des bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Elementes.
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Motorsteuerungsgerät, welches einen Motor antreibt durch Steuerung des elektrischen Stromes, der durch einen elektrischen Leistungsumrichter bereitgestellt wird und welches eine Temperatur eines bestimmten bezüglich des der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes schätzt und zwar während einer Zeit der Bestromung des Motors. Beispielsweise entspricht ein Schaltelement, das in dem elektrischen Leistungsumrichter vorhanden ist, oder ein IC zur Ausführung einer Steuerungsoperation, eines bestimmten bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes. Der elektrische Leistungsumrichter ist beispielsweise ein Stromrichter für einen mehrphasigen bürstenlosen Motor. Eine H-Brückenschaltung für einen Bürstenmotor.
Ein Motorsteuerungsgerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit, einen Sensorwert-Addierer, einen Offset-Addierer, eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit und eine Offset-Temperatur-Festlegungseinheit.
Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit empfängt (i) einen Stromquadratwert bezüglich der Bestromung des Motors oder (ii) einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwertes. Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit gibt eine primäre Verzögerungsantwort aus, die berechnet wird, indem eine Verstärkung und eine Zeitkonstante, wie „der Betrag der Temperaturänderung“, verwendet werden.
Der Sensorwert-Addierer addiert einen Sensorwert eines Temperatursensors zu einem Betrag der Temperaturänderung. Der Temperatursensor ist montiert auf dem selben Träger, der beispielsweise ein bezüglich der Temperatur einzuschätzendes Zielelement umfasst, und detektiert eine Temperatur, die einem Kühlkörper zugeordnet ist und die eine Basistemperatur des bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes ist, und detektiert eine anfängliche Temperatur des bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes zu der Zeit der Bestromung bei Motorstart.
Der Offset-Addierer addiert eine Offset-Temperatur zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierers.
Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit legt eine Verstärkung der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit und eine Antwortkonstante der Zeitkonstanten fest.
Die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit legt die Offset-Temperatur fest.
Das Motorsteuerungsgerät ändert mindestens die Antwortkonstante oder die Offset-Temperatur in Abhängigkeit einer „Versorgungsspannung“, die an dem bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes angelegt wird, oder in Abhängigkeit einer „Eingangsspannung“, die an dem elektrischen Leistungsumrichter angelegt wird. Beispielsweise sind bei einer Schaltungsanordnung, die sich die gleiche Batterie für eine IC-Arbeits-Versorgungsspannung für das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Zielelement und für eine Eingangsspannungsversorgung des Stromrichters teilt, beide Spannungen der Batteriespannung zugeordnet, also die „Versorgungsspannung“ und die „Eingangsspannung“.
Es bedeutet „Antwortkonstante geändert wird“, dass mindestens die Verstärkung oder die Zeitkonstante geändert wird. Mit anderen Worten kann die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit nur die Verstärkung oder nur die Zeitkonstante ändern, oder die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit kann nur die Offset-Temperatur ändern.
Speziell wenn das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Zielelement für eine Temperaturschätzung eines Schaltelementes des Spannungsabhängigen Elementes verwendet wird (beispielsweise IC), wobei das Element einen Energieververauch, der von der Versorgungsspannung abhängt, dann ändert die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit die Offset-Temperatur in Abhängigkeit der Versorgungsspannung, die an dem spannungsabhängigen Element angelegt wird.
Wenn alternativ das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Zielelement für eine Temperaturschätzung eines Schaltelementes des spannungsabhängigen Elementes verwendet wird oder des elektrischen Leistungsumrichters verwendet wird, dann ändert die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante in Abhängigkeit einer Eingangsspannung, die an dem elektrischen Leistungsumrichter angelegt wird.
Dementsprechend ist es möglich, die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessern. Mit einer Verbesserung der Temperaturschätzgenauigkeit ist es möglich, immer zu verhindern, dass eine zu hohe Begrenzung des Stromes bewirkt wird und zwar in der Annahme, dass eine Bedingung der höchsten Temperatursteigerung vorhanden ist.
Daher ist es möglich, die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessern. Mit einer Verbesserung der Temperaturschätzgenauigkeit ist es möglich, immer eine zu hohe Strombegrenzung zu vermeiden unter der Annahme einer Bedingung eines höchsten Temperaturanstieges. Daher ist es möglich, die Leistung des Motors effektiv beizubehalten. Es ist möglich, den Kühlkörper und die Schaltelemente herunter zu dimensionieren während die gleiche Leistung erhalten wird.
Ein Motorsteuerungsgerät gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird an einem mehrphasigen Motor angewendet, wobei das Motorsteuerungsgerät eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit, einen Sensorwert-Addierer und eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit umfasst.
Die primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit erhält einen Stromquadratwert eines Stromes, um den Motor zu bestromen oder erhält einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwertes, und gibt eine primäre Verzögerungsantwort aus, die berechnet wird, indem eine Verstärkung und eine Zeitkonstante als „der Betrag der Temperaturänderung“ verwendet werden.
Der Sensorwert-Addierer addiert einen Sensorwert eines Temperatursensors zu einem Betrag der Temperaturänderung. Der Sensorwert-Addierer ist an
Dem selben Träger montiert, der beispielweise ein bezüglich der Temperatur einzuschätzendes Zielelement umfasst, und detektiert eine anfängliche Temperatur des bezüglich der Temperatur einzuschätzendes Zielelementes zu der Zeit der Bestromung bei Motorstart.
Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit legt eine Verstärkung und der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit und eine Antwortkonstante der Zeitkonstante fest.
Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit ändert die Antwortkonstante in Abhängigkeit einer Änderung der Wärmeerzeugung, die geschätzt wird in dem bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelements oder in Abhängigkeit einer Differenz in der Wärmeerzeugung zwischen den Phasen, die für das bezüglich der Temperatur einzuschätzendes Zielelement bei mehreren Phasen vorgesehen sind. Es bedeutet „Antwortkonstante wird geändert“, dass mindestens die Verstärkung oder die Zeitkonstante geändert wird.
Die „Änderung in der Wärmeerzeugung, die bei dem bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelement geschätzt wird“ entspricht beispielsweise einer Änderung in der Ein-Zeit des Schaltelementes. Die Wärmeerzeugung wird umso größer je größer die Ein-Zeit ist, selbst wenn ein Stromwert gleich ist. In der „Differenz in der Wärmeerzeugung der Phasen des mehrphasigen, bezüglich der Temperatur einzuschätzenden Zielelementes“ erfolgt eine Differenz (Variation) in dem Wärmewiderstand oder der Wärmekapazität der Wärmeabstrahlung durch eine Verbindung des Schaltelementes jeder Phase zu einem Kühlkörper aufgrund eines Hardware-Faktors, wie der Kühlkörperform oder der Wärmeabstrahlungsstruktur, die dem Schaltelement jeder Phase entspricht, wobei eine Wärmeerzeugungsdifferenz vorhanden ist. Die Wärmeerzeugungscharakteristik ist unterschiedlich, wenn eine Bedingung der Hardware, die die eine Wärmeabstrahlung beeinflusst, unterschiedlich ist, selbst wenn der Betreib des Schaltelementes jeder Phase der gleiche ist.
In einem ersten Beispiel der zweiten Ausführungsform wird das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Zielelement verwendet für eine Temperaturschätzung eines oberen Zweigelementes, das ein Schaltelement an einer High-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist, der einer PWM-Steuerung unterworfen ist, oder eines unteren Zweigelementes, das ein Schaltelement an einer Low-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit ändert die Antwortkonstante auf der Basis eines „Tastverhältnisses“ der ein Verhältnis einer Ein-Zeit oder einer Aus-Zeit einer Schaltperiode des oberen Zweigelementes oder des unteren Zweigelementes ist.
Weil das Schaltelement länger in der Ein-Zeit ist, steigt die Verstärkung entweder stärker an oder es wird ein erhöhter Temperaturanstieg mit einer Reduktion der Zeitkonstanten erwartet. Daher ist es möglich die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessern.
In einem zweiten Beispiel der zweiten Ausführungsform wird das bezüglich der Temperatur einzuschätzende Zielelement verwendet für eine Schätzung eines oberen Zweigelementes, das ein Schaltelement an einer High-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist, oder eines unteren Zweigelementes, das ein Schaltelement an einer Low-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist. Die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit ändert die Antwortkonstante auf der Basis einer „Differenz in der Wärmeerzeugung, die durch eine Differenz in dem Wärmewiderstand oder der Wärmekapazität der Hardware verursacht wird“ in Abhängigkeit der Bestromung jeder Phase.
Es ist möglich die Temperaturschätzgenauigkeit zu verbessern bei einem groß erwarteten Temperaturanstieg mit einer Erhöhung der Verstärkung oder einer Reduktion der Zeitkonstanten für das Schaltelement der Phase, dessen Temperatur in gleicher Weise erhöht werden soll, bei welcher der Wärmewiderstand der Hardware, genauer gesagt der Wärmewiderstand der Wärmeabstrahlung der Verbindung des Schaltelementes mit dem Kühlkörper, groß ist.
Mit einer Verbesserung der Temperaturschätzgenauigkeit ist es möglich, einen Strom zu vermeiden, der immer zu sehr begrenzt wird, weil angenommen wird, dass eine Bedingung eines heftigsten Temperaturanstieges vorhanden ist. Daher ist es möglich die Leistung des Motors effektiv zu verbessern. Es ist möglich, den Kühlkörper und das Schaltelement herunter zu dimensionieren während die gleiche Leistung beibehalten wird.
Während die Ausgestaltungen, die Anordnungen und die Betriebsmodi des Motorsteuerungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben sind, versteht sich von selbst, dass die Beschreibung nicht auf diese Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Beschreibung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Maßnahmen abdecken. Weiterhin sollen die verschiedenen Kombinationen und Anordnungen, andere Kombinationen und Anordnungen, die weniger oder nur ein einziges Element umfassen, innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung sein.

Claims

Motorsteuerungsgerät, das eine Temperatur eines vorbestimmten bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes zu einer Zeit der Bestromung eines Motors (80) schätzt und das den Motor durch Steuerung eines elektrischen Stromes, der durch einen elektrischen Leistungsumrichter (70) bereitgestellt wird, antreibt, wobei das Motorsteuerungsgerät umfasst: eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit (1), die einen Stromquadratwert eines dem Motor zugeführten Stromes empfängt oder einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwertes empfängt, und eine primäre Verzögerungsantwort als ein Betrag einer Temperaturänderung ausgibt, die berechnet wird, indem eine Verstärkung und eine Zeitkonstante verwendet werden; einen Sensorwert-Addierer (14), der einen Sensorwert eines Temperatursensors (96) zu einem Betrag der Temperaturänderung addiert; einen Offset-Addierer (15), der eine Offset-Temperatur zu einem Ausgang des Sensorwert-Addierer addiert; eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit (2), die die Verstärkung und die Zeitkonstante der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit festlegt, wobei die Verstärkung und die Zeitkonstante eine Antwortkonstante sind; und eine Offset-Temperatur-Festlegungseinheit (5), die die Offset-Temperatur festlegt, wobei: mindestens die Antwortkonstante oder Offset-Temperatur geändert wird in Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung, die an dem bezüglich eine Temperatur abzuschätzenden Zielelement angelegt wird, oder einer Eingangsspannung, die an dem elektrischen Leistungsumrichter angelegt wird.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1, bei dem: das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement ein spannungsabhängiges Element (95) ist, bei dem der Energieverbrauch sich in Abhängigkeit der Versorgungsspannung ändert; die Temperatur des spannungsabhängigen Elementes geschätzt wird; und die Offset-Temperatur-Festlegungseinheit die Offset-Temperatur in Abhängigkeit der an dem spannungsabhängigen Element angelegten Versorgungsspannung ändert.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem: das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement ein Schaltelement (71, 72, 73, 74, 75, 76) des elektrischen Leistungsumrichters ist, oder ein spannungsabhängiges Element (95) ist, bei dem sich ein Energieverbrauch in Abhängigkeit der Versorgungsspannung ändert; die Temperatur des bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes geschätzt wird; und die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante in Abhängigkeit der an dem elektrischen Leistungsumrichter anliegenden Eingangsspannung ändert.
Motorsteuerungsgerät, das eine Temperatur eines vorbestimmten bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes (71, 72, 73, 74, 75, 76) zu einer Zeit der Bestromung eines Motors (80) schätzt und dem mehrere Phasen aufweisenden Motor durch Steuerung einer elektrischen Spannungsversorgung durch einen elektrischen Leistungsumrichter (70) antreibt, wobei das Motorsteuerungsgerät umfasst: eine primäre Verzögerungs-Arithmetikeinheit (1), die einen Stromquadratwert eines an dem Motor zugeführten Stromes empfängt oder einen Zeitdurchschnitt eines integrierten Wertes des Stromquadratwert empfängt, und eine primäre Verzögerungsantwort, als ein Betrag einer Temperaturänderung, ausgibt, wobei die primäre Verzögerungsantwort durch Verwendung der Verstärkung und einer Zeitkonstanten berechnet wird, einen Sensorwert-Addierer (14), der einen Sensorwert eines Temperatursensors (96) zu dem Betrag der Temperaturänderung addiert; und eine Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit (2), die die Verstärkung und die Zeitkonstante der primären Verzögerungs-Arithmetikeinheit festlegt, wobei die Verstärkung und die Zeitkonstante eine Antwortkonstante sind, wobei: die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante ändert in Abhängigkeit einer Änderung der Wärmeerzeugung für das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement, oder einer Differenz der Wärmeerzeugung zwischen Phasen, die für das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement in den mehreren Phasen bestimmt sind.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 4, bei dem: das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement ist ein oberes Zweigelement (71, 72, 73), das ein Schaltelement an einer High-Potentialseite des durch eine PWM-Steuerung gesteuerten elektrischen Leistungsumrichters ist, oder ein unteres Zweigelement (74, 75, 76), das ein Schaltelement an einer Low-Potentialseite des durch eine PWM-Steuerung gesteuerten elektrischen Leistungsumrichters ist, die Temperatur des bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes geschätzt wird; die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante in Anhängigkeit eines Tastverhältnisses ändert; und das Tastverhältnis ein Verhältnis einer Ein-Zeit oder einer Aus-Zeit zu einer Schaltperiode des oberen Zweigelementes oder des unteren Zweigelementes ist.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 5, bei dem: die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante in Abhängigkeit eines Modulationsmodus der PWM-Steuerung des elektrischen Leistungsumrichters ändert.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 6, bei dem: der Motor ein dreiphasiger Motor ist; und die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit einen Prozess schaltet, der die Antwortkonstante in Abhängigkeit eines Modulationsmodus der PWM-Steuerung festlegt, wobei der Modulationsmodus ist (i) eine Dreiphasen-Modulation, (ii) eine obere Flachbettzweiphasenmodulation, oder (iii) eine untere Flachbettzweiphasenmodulation.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 7, bei dem: die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante, die verwendet wird für eine Temperaturschätzung eines oberen Zweigelementes in jeder der Phasen und die Antwortkonstante, die verwendet wird für eine Temperaturschätzung eines unteren Zweigelementes in jeder der Phasen, in Abhängigkeit eines elektrischen Winkels des Motors in jeder der Phasen festlegt.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 4, bei dem: das bezüglich einer Temperatur abzuschätzende Zielelement ist ein oberes Zweigelement (71, 72, 73), das ein Schaltelement an einer High-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist, oder ein unteres Zweigelement (74, 75, 76), das ein Schaltelement an einer Low-Potentialseite des elektrischen Leistungsumrichters ist; die Temperatur des bezüglich einer Temperatur abzuschätzenden Zielelementes geschätzt wird; und die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante ändert und zwar in Abhängigkeit einer Differenz in der Wärmeerzeugung, die durch eine Differenz in einem Wärmewiderstand oder einer Wärmekapazität von Hardware, die Elektrizität zu jeder der Phasen liefert, entsteht.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 9, bei dem: die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit festlegt, die Antwortkonstante, die bei einer Temperaturschätzung des oberen Zweigelementes in jeder der Phasen verwendet wird, und die Antwortkonstante, die bei einer Temperaturschätzung des unteren Zweigelementes in jeder der Phasen verwendet wird, und zwar in Abhängigkeit des elektrischen Winkels des Motors.
Motorsteuerungsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, der weiterhin umfasst: eine Motorblockier-Feststellungseinheit (6), die feststellt, ob sich der Motor in einem Blockierzustand befindet, wobei ein q-Achsenstrom, der einen Drehmoment in dem Motor erzeugt, zugeführt wird, und wobei eine Rotation des Motors gestoppt ist, wobei dann, wenn die Motorblockier-Feststellungseinheit feststellt, dass der Motor sich im Blockierzustand befindet, die Antwort-Konstanten-Festlegungseinheit die Antwortkonstante in Abhängigkeit einer festgelegten Eingangsinformation ändert.