DE102016010011A1

DE102016010011A1 - Einrichtung und Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102016010011A1
Application number: DE102016010011.7A
Authority: DE
Inventors: Jong Hak JIN
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2017-02-23
Also published as: KR101753476B1; CN106467130B; US9917541B2; US20170054405A1; KR20170023325A; CN106467130A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektromotor-Antriebseinrichtung bereit, die Folgendes aufweist: eine H-Brückenschaltung, die erste und zweite Zweige aufweist, von denen jeder ein Paar von Schaltern hat, die darin angeordnet sind und miteinander in Reihe geschaltet sind, und die dafür konfiguriert ist, einen Antriebsstrom zu einem Elektromotor zuzuführen; einen Stromsensor, der zwischen der H-Brückenschaltung und einer Spannungsquelle angeordnet ist; und einen Controller, der dafür konfiguriert ist, ein erstes Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine erste Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem ersten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem vierten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, ein zweites Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine zweite Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem zweiten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem dritten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, und entsprechend der Charakteristik von wenigstens einem von den ersten und zweiten Erfassungssignalen festzustellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0117622 , die am 21. August 2015 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme darauf für alle Zwecke so aufgenommen wird, als ob sie hier vollständig dargelegt wäre.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zum Antreiben eines Motors bzw. Elektromotors. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Techologie zum Feststellen, ob eine Abnormalität in einer Elektromotor-Antriebsschaltung vorhanden ist, und zum Durchführen eines Sicherheitsalgorithmus.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Lenksystem bezieht sich auf eine Vorrichtung, die die Fortbewegungsrichtung eines Fahrzeugs entsprechend einem Lenken eines Fahrers steuert. Das Lenksystem weist ein Lenkrad, das direkt von dem Fahrer betätigt wird, und eine Lenkeinrichtung auf, die die Lenkkraft des Lenkrads auf die Räder des Fahrzeugs überträgt. Des Weiteren weist ein neueres Lenksystem ferner Hilfskraftlenkvorrichtungen auf, die die Annehmlichkeit beim Fahren bereitstellen, indem sie die Kraft, mit der der Fahrer das Lenkrad betätigt, unterstützen.
Die Hilfskraftlenkvorrichtungen unterstützen die Kraft, die zu den Rädern des Fahrzeugs übertragen wird, indem sie ein Motordremoment erzeugen, das proportional zu der Kraft ist, mit der der Fahrer das Lenkrad betätigt, was es dem Fahrer ermöglicht, die Räder des Fahrzeugs unter Verwendung der Unterstützung des Motordrehmoments leicht zu betätigen.
Die Hilfskraftlenkvorrichtung weist eine Elektromotor-Antriebseinrichtung zum Erzeugen des oben beschriebenen Motordrehmoments auf. Wenn die Elektromotor-Antriebseinrichtung normal arbeitet, kann der Elektromotor so gesteuert zu werden, dass er ein Motordrehmoment proportional zu der Kraft erzeugt, mit der der Fahrer das Lenkrad betätigt, wie dies oben beschrieben ist. Im Gegensatz dazu ist dann, wenn die Elektromotor-Antriebseinrichtung nicht normal arbeitet, die Elektromotor-Antriebseinrichtung selbst wahrscheinlich beschädigt, und sie kann den Elektromotor unnormal betätigen, was bewirkt, dass die Lenkungssteuerung nicht normal durchgeführt wird, oder was bewirkt, dass das Lenksystem in einen blockierten Zustand eintritt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, eine Technologie zum Feststellen, ob eine Abnormalität in einer Elektromotor-Antriebseinrichtung vorhanden ist, bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Technologie zum Durchführen eines Sicherheitsalgorithmus entsprechend einem unnormalen Betrieb einer Elektromotor-Antriebseinrichtung bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektromotor-Antriebseinrichtung bereitgestellt. Die Elektromotor-Antriebseinrichtung weist Folgendes auf: eine H-Brückenschaltung, die erste und zweite Zweige aufweist, von denen jeder ein Paar von Schaltern hat, die darin angeordnet sind und miteinander in Reihe geschaltet sind, und die dafür konfiguriert ist, einen Antriebsstrom zu einem Elektromotor zuzuführen; einen Stromsensor, der zwischen der H-Brückenschaltung und einer Spannungsquelle angeordnet ist; und einen Controller, der dafür konfiguriert ist, ein erstes Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine erste Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem ersten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem vierten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, ein zweites Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine zweite Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem zweiten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem dritten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, und entsprechend der Charakteristik von wenigstens einem von den ersten und zweiten Erfassungssignalen festzustellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors unter Verwendung einer H-Brückenschaltung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Folgendes: einen Gate-Ansteuerungsschritt zum Zuführen von Einschalt-Gate-Signalen zu einem ersten Schalter, der in einem ersten Zweig der H-Brückenschaltung angeordnet ist, und zu einem vierten Schalter, der in einem zweiten Zweig angeordnet ist, für eine erste Zeitperiode und zum Zuführen von Einschalt-Gate-Signalen zu einem zweiten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, und zu einem dritten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, für eine zweite Zeitperiode; einen Stromerfassungsschritt zum Abtasten der Erfassungsspannung, die in einem Shunt bzw. Nebenschlusswiderstand gebildet wird, der zwischen der H-Brückenschaltung und einer Spannungsquelle angeordnet ist, einmal oder mehrere Male für die erste Zeitperiode und für die zweite Zeitperiode; einen Normalitätsfeststellungsschritt zum Feststellen entsprechend der Charakteristik von wenigstens einem von einem ersten Erfassungssignal, das für die erste Zeitperiode abgetastet worden ist, und einem zweiten Erfassungssignal, das für die zweite Zeitperiode abgetastet worden ist, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist; und einen Ausfallsicherheitsschritt zum Zuführen von Gate-Signalen entsprechend dem Ausfallsicherheitsalgorithmus zu den jeweiligen Schaltern, wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich, festzustellen, ob eine Abnormalität in der Elektromotor-Antriebseinrichtung vorhanden ist, und einen Sicherheitsalgorithmus entsprechend dem Feststellungsergebnis durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, ersichtlicher, wobei in den Zeichnungen:
1A die Konfiguration einer Elektromotor-Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
1B die Konfiguration einer Elektromotor-Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform veranschaulicht.
2 ein Blockdiagramm des Controllers von 1A ist.
3 Wellenformen veranschaulicht, die in der Antriebseinrichtung in einem normalen Betriebszustand erzeugt werden.
4 die Konfiguration einer Ausführungsform einer Elektromotor-Antriebseinrichtung veranschaulicht, die unnormal arbeitet.
5 Wellenformen veranschaulicht, die in der Antriebseinrichtung in einem unnormalen Betriebszustand ähnlich zu dem, der in 4 veranschaulicht ist, erzeugt werden.
6 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Beim Hinzufügen von Bezugszeichen zu Elementen in jeder Zeichnung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, wenn dies möglich ist, obwohl sie in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt sind. Des Weiteren wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine ausführliche Beschreibung von bekannten Funktionen und Konfigurationen, die hier integriert sind, weggelassen werden, wenn festgestellt wird, dass diese Beschreibung den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher undeutlich machen könnte.
Außerdem können Begriffe wie etwa ein erster, ein zweiter, A, B, (a), (b) oder dergleichen hier verwendet werden, wenn Komponenten bzw. Bauteile der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Diese Begriffe werden lediglich zur Unterscheidung eines strukturellen Elements von anderen strukturellen Elementen verwendet, und eine Eigenschaft, eine Ordnung, eine Reihenfolge und dergleichen eines entsprechenden strukturellen Elements sind durch den Begriff nicht beschränkt. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn in der Patentspezifikation beschrieben wird, dass eine Komponente bzw. ein Bauteil mit einer anderen Komponente bzw. einem anderen Bauteil „verbunden”, „gekoppelt” oder „zusammengefügt” ist, eine dritte Komponente bzw. ein drittes Bauteil zwischen den ersten und zweiten Komponenten bzw. Bauteilen „angeschlossen” bzw. „verbunden”, „gekoppelt” und damit „zusammengefügt” sein kann, obwohl die erste Komponente bzw. das erste Bauteil direkt mit der zweiten Komponente bzw. dem zweiten Bauteil verbunden, gekoppelt oder zusammengefügt sein kann.
1A veranschaulicht die Konfiguration einer Elektromotor-Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 1A kann die Antriebseinrichtung 100 eine H-Brückenschaltung 110, eine Spannungsquelle 120, einen Stromsensor 130 und einen Controller 140 aufweisen.
Die H-Brückenschaltung 110 kann einen ersten Zweig 111 und einen zweiten Zweig 115 aufweisen. Ein erster Schalter 112 und ein zweiter Schalter 114, die miteinander in Reihe geschaltet sind, können in dem ersten Zweig 111 angeordnet sein. Des Weiteren können ein dritter Schalter 116 und ein vierter Schalter 118, die miteinander in Reihe geschaltet sind, in dem zweiten Zweig 115 angeordnet sein.
Die Schalter 112, 114, 116 und 118 können jeweils Leistungshalbleiter aufweisen, die einer Einschaltsteuerung unterzogen werden können. Die Schalter 112, 114, 116 und 118 können zum Beispiel Feldeffekttransistoren (FETs), Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs; Insulated Gate Bipolar mode Transistors), etc. aufweisen. Die Schalter 112, 114, 116 und 118 können Dioden enthalten, die mit den Leistungshalbleitern parallel geschaltet sind, um Sperrströme bzw. Rückströme zu erlauben.
Der Antriebsstrom i_m, der von der H-Brückenschaltung 110 erzeugt wird, kann einem Motor bzw. Elektromotor 10 zugeführt werden, dessen eine Seite mit einem Knoten verbunden ist, an dem sich die ersten und zweiten Schalter 112 und 114 miteinander verbinden, und dessen andere Seite mit einem Knoten verbunden ist, an dem sich die dritten und vierten Schalter 116 und 118 miteinander verbinden.
Der Stromsensor 130 kann zwischen der H-Brückenschaltung 110 und der Spannungsquelle 120 angeordnet sein. Der Stromsensor 130 kann von einem Hall-Sensor-Typ oder von einem resistiven Typ sein. Ein Präzisionswiderstand, der Shunt bzw. Nebenschlusswiderstand genannt wird, kann als der Stromsensor 130 verwendet werden.
Der Stromsensor 130 kann mit der positiven oder negativen Elektrode der Spannungsquelle 120 verbunden sein. Die negative Elektrode der Spannungsquelle 120 kann mit der Erde verbunden sein, in welchem Fall auch der Stromsensor 130 mit der Erde verbunden sein kann.
Der Controller 140 kann ein Erfassungssignal bzw. Messsignal von dem Stromsensor 130 erlangen und kann die H-Brückenschaltung 110 unter Verwendung des Erfassungssignals steuern. Eine Erfassungsspannung V_s, die einem Erfassungsstrom i_s entspricht, kann in dem Stromsensor 130 gebildet werden, und der Controller 140 kann den Erfassungsstrom i_s entsprechend der Erfassungsspannung V_s schätzen oder berechnen.
Der Controller 140 kann die Schalter 112, 114, 116 und 118, die in der H-Brückenschaltung 110 angeordnet sind, einschalten oder ausschalten. Um die Schalter 112, 114, 116, und 118 steuern zu können, kann der Controller 140 Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 erzeugen, und er kann die Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 an die Schalter 112, 114, 116 und 118 senden.
Die Schalter 112, 114, 116 und 118 können entsprechend den Gate-Signalen G1, G2, G3 and G4, die von dem Controller 140 erzeugt werden, ein- oder ausgeschaltet werden. Des Weiteren kann der Antriebsstrom i_m, der zu dem Elektromotor 10 fließt, entsprechend dem Einschalten oder dem Ausschalten der Schalter 112, 114, 116 und 118 erzeugt werden.
1B veranschaulicht die Konfiguration einer Elektromotor-Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 1B kann die Antriebseinrichtung (100) eine H-Brückenschaltung 110, eine Spannungsquelle 120, einen Stromsensor 190 und einen Controller 140 aufweisen. Der Stromsensor 190 in 1B kann zwischen der H-Brückenschaltung 110 und der Spannungsquelle 120 angeordnet sein, aber er kann im Gegensatz zu dem Stromsensor 130 in 1A mit der Spannungsquelle 120 an der positiven Elektrode davon und mit der H-Brückenschaltung 110 an der negativen Elektrode davon verbunden sein. Der Stromsensor 190 kann nämlich zwischen der Spannungsquelle 120 und ersten und dritten Schaltern 112 und 116 der H-Brückenschaltung 110 angeschlossen sein. In der Zwischenzeit kann in diesem Fall die Polarität eines Stroms, der von dem Stromsensor erfasst wird, entgegengesetzt zu der in 1A sein.
Im Folgenden wird aus Gründen der leichteren Beschreibung angenommen, dass der Stromsensor 130 so angeschlossen ist, wie dies in 1A veranschaulicht ist. Aber die Konzepte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch identisch auf den Fall angewendet werden, in dem der Stromsensor 190 so angeschlossen ist, wie dies in 1B veranschaulicht ist, was in den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen kann.
2 ist ein Blockdiagramm des Controllers von 1A.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der Controller 140 einen Erfassungsblock 210, einen Analyseblock 220 und einen Gate-Ansteuerungsblock 230 aufweisen.
Der Erfassungsblock 210 kann den Erfassungsstrom i_s unter Verwendung der Erfassungsspannung V_s, die von dem Stromsensor 130 eingegeben wird, schätzen oder berechnen. Der Analyseblock 220 kann unter Verwendung des erlangten Erfassungsstroms i_s feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. Der Gate-Ansteuerungsblock 230 kann Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 zur Steuerung des Einschaltens oder Ausschaltens der Schalter 112, 114, 116 und 118 erzeugen und kann die Schalter 112, 114, 116 und 118 der H-Brückenschaltung 110 entsprechend dem Analyseergebnis des Analyseblocks 220 steuern.
Der Erfassungsblock 210 kann eine Abtast-Halte-Schaltung aufweisen und kann den Erfassungsstrom i_s durch das Verarbeiten eines Erfassungssignals schätzen oder berechnen, das von dem Stromsensor 130 an jedem spezifischen Zeitpunkt empfangen wird. Die Schalter 112, 114, 116 und 118 können entsprechend einer Pulsbreitenmodulations-(PBM)-Periode (siehe T von 3) wiederholt eingeschaltet oder ausgeschaltet werden, und der Erfassungsblock 210 kann das Erfassungssignal in Reaktion auf die PBM-Periode (siehe T von 3) verarbeiten.
Der Gate-Ansteuerungsblock 230 kann eine Gate-Ansteuerungsschaltung zum Erzeugen der Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 aufweisen. Des Weiteren kann der Gate-Ansteuerungsblock 230 außerdem eine Schaltung zum Erfassen der Zustände der Schalter 112, 114, 116 und 118 aufweisen. Der Gate-Ansteuerungsblock 230 kann zum Beispiel des Weiteren eine Schaltung zum Erfassen einer Drain-Source-Spannung aufweisen. Die erfassten Zustandswerte der Schalter 112, 114, 116 und 118 können zu dem Analyseblock 220 transferiert werden.
Der Analyseblock 220 kann entsprechend dem Erfassungssignal, das von dem Erfassungsblock 210 empfangen wird, feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist.
Des Weiteren kann der Analyseblock 220 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen entsprechend dem Signal, das von dem Gate-Ansteuerungsblock 230 empfangen wird, feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. Der Gate-Ansteuerungsblock 230 kann zum Beispiel die Zustände der Schalter 112, 114, 116 und 118 erfassen, und der Analyseblock 220 kann auf der Grundlage dieser Zustandswerte feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. Anhand eines spezifischen Beispiels kann der Gate-Ansteuerungsblock 230 die Drain-Source-Spannungen der Schalter 112, 114, 116 und 118 erfassen und kann der Analyseblock 220 auf der Grundlage der Drain-Source-Spannungen feststellen, ob die Schalter 112, 114, 116 und 118 aufhören, korrekt zu arbeiten. Wenn Einschalt-Gate-Signale zu den Schaltern 112, 114, 116 und 118 transferiert werden, müssen die Drain-Source-Spannungen niedrige Spannungen nahe bei 0 V sein, und wenn Ausschalt-Gate-Signale zu den Schaltern 112, 114, 116 und 118 transferiert werden, dann müssen die Drain-Source-Spannungen hohe Spannungen sein. Der Analyseblock 220 kann feststellen, dass ein Defekt in den Schaltern 112, 114, 116 und 118 vorhanden ist, wenn die Drain-Source-Spannungen nicht zu den Gate-Signalen G1, G2, G3 und G4 passen.
In der Zwischenzeit kann der Analyseblock 220 feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist, indem er die Charakteristik des von dem Erfassungsblock 210 empfangenen Erfassungssignals analysiert. Wenn die H-Brückenschaltung 110 unnormal arbeitet, kann die Charakteristik des Erfassungssignals, das ausgehend von dem Erfassungsblock 210 empfangen wird, im Vergleich zu dem, wenn die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet, variieren, und der Analyseblock 220 kann durch das Analysieren der Charakteristik des Erfassungssignals feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist.
3 veranschaulicht Wellenformen, die in der Antriebseinrichtung in einem normalen Betriebszustand erzeugt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 haben die Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 einen Wert von logisch eins (high) und einen Wert von logisch null (low), die entsprechend einer vorbestimmten Pulsbreitenmodulations-(PBM)-Periode T wiederholt werden. In diesem Fall können die Schalter 112, 114, 116 und 118 eingeschaltet werden, wenn die Gate-Signale G1, G2, G3 und G4, die diesen zugeführt werden, einen Wert von logisch eins (high) haben, und können diese ausgeschaltet werden, wenn die Gate-Signale G1, G2, G3 und G4, die diesen zugeführt werden, einen Wert von logisch null (low) haben.
Das erste Gate-Signal G1, das zu dem ersten Schalter 112 zugeführt wird, und das vierte Gate-Signal G4, das zu dem vierten Schalter 118 zugeführt wird, können miteinander synchronisiert sein. Des Weiteren können das zweite Gate-Signal G2, das zu dem zweiten Schalter 114 zugeführt wird, und das dritte Gate-Signal G3, das zu dem dritten Schalter 116 zugeführt wird, miteinander synchronisiert sein.
Die PBM-Periode T kann in eine erste Periode T1 und eine zweite Periode T2 unterteilt sein. Einschalt-Gate-Signale können zu den ersten und vierten Schaltern 112 und 118 für die erste Zeitperiode T1 zugeführt werden, und Einschalt-Gate-Signale können zu den zweiten und dritten Schaltern 114 und 116 für die zweite Zeitperiode T2 zugeführt werden.
In diesem Fall kann der Antriebsstrom i_m, der zu dem Elektromotor 10 fließt, in Bezug auf eine spezifische Größe wiederholt ansteigen und abnehmen.
Wenn der Antriebsstrom i_m in Bezug auf eine spezifische Größe wiederholt ansteigt und abnimmt, kann die Polarität des Erfassungsstroms i_s variieren. Der Erfassungsstrom i_s kann zum Beispiel eine positive Polarität haben, während er die gleiche Größe wie der Antriebsstrom i_m für die erste Zeitperiode T1 hat, und er kann eine negative Polarität entgegengesetzt zu der des Antriebsstroms i_m haben, während er den gleichen absoluten Wert wie der Antriebsstrom i_m für die zweite Zeitperiode T2 hat.
Der Controller 140 kann den Erfassungsstrom i_s an einem Zeitpunkt A in der ersten Zeit T1 abtasten und kann den Erfassungsstrom i_s an einem Zeitpunkt B in der zweiten Zeit T2 abtasten. In diesem Fall kann sich die Polarität des Erfassungsstroms an dem Zeitpunkt A in der ersten Zeit T1 dann, wenn die Antriebseinrichtung 100 normal arbeitet, von der des Erfassungsstroms an dem Zeitpunkt B in der zweiten Zeit T2 unterscheiden.
Der Erfassungsstrom i_s für die erste Zeitperiode T1 kann den gleichen absoluten Wert und die gleiche Polarität haben wie der Antriebsstrom i_m, und der Erfassungsstrom i_s für die zweite Zeitperiode T2 kann den gleichen absoluten Wert wie der Antriebsstrom i_m, aber eine andere Polarität als dieser haben.
Der Controller 140 kann feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist, wenn eine Charakteristik erfasst wird, die sich von der des Erfassungsstroms i_s unterscheidet, die in dem normalen Betriebszustand der H-Brückenschaltung 110 beobachtet wird, wie dies oben beschrieben worden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet, wenn eine Charakteristik identisch zu der des Erfassungsstroms i_s, die in dem normalen Betriebszustand der H-Brückenschaltung 110 beobachtet wird, erfasst wird.
Wenn sich zum Beispiel die Polarität eines ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, von der eines ersten normalen Signals (z. B. der positiven Polarität, die in 3 veranschaulicht ist) unterscheidet, oder wenn sich die Polarität eines zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, von der eines zweiten normalen Signals (z. B. der negativen Polarität, die in 3 veranschaulicht ist) unterscheidet, dann kann der Controller 140 feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, identisch zu der des ersten normalen Signals (z. B. der positiven Polarität, die in 3 veranschaulicht ist) ist oder wenn die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, identisch zu der des zweiten normalen Signals (z. B. der negativen Polarität, die in 3 veranschaulicht ist) ist, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In einem anderen Beispiel kann der Controller 140 dann, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, außerhalb des Bereichs des ersten normalen Signals (z. B. eines spezifischen Bereichs in Bezug auf 10 A, der in 3 veranschaulicht ist) liegt, oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, außerhalb des Bereichs des zweiten normalen Signals (z. B. eines spezifischen Bereichs in Bezug auf –10 A, der in 3 veranschaulicht ist) liegt, feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, in dem Bereich des ersten normalen Signals (z. B. einem spezifischen Bereich in Bezug auf 10 A, der in 3 veranschaulicht ist) liegt, oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, in dem Bereich des zweiten normalen Signals (z. B. einem spezifischen Bereich in Bezug auf –10 A, der in 3 veranschaulicht ist) liegt, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In noch einem anderen Beispiel kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, und die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, identisch zueinander sind, feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, und die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, unterschiedlich zueinander sind, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
4 veranschaulicht die Konfiguration einer Ausführungsform einer Elektromotor-Antriebseinrichtung, die unnormal arbeitet.
Die Elektromotor-Antriebseinrichtung kann in verschiedenen Formen versagen. Das repräsentative Beispiel des Versagens kann der Kurzschluss oder das Öffnen bzw. Offensein der Schalter 112, 114, 116 und 118 sein. 4 veranschaulicht einen Fall, in dem der erste Schalter 112 einen Kurzschluss hat. Wenn ein Kurzschluss in dem ersten Schalter 112 auftritt, wie dies in 4 veranschaulicht ist, kann ein Effekt erhalten werden, in dem ein Widerstand mit einem Leistungshalbleiter parallel geschaltet wird. In diesem Fall kann die Größe des Widerstands sehr klein sein.
Wenn die Schalter 112, 114, 116 und 118 einen Kurzschluss haben, werden das Einschalten und das Ausschalten der Schalter 112, 114, 116 und 118 nicht durch Gate-Signale gesteuert. Dementsprechend kann ein großer Strom in den Schaltern bewirkt werden, die einen Kurzschluss haben.
5 veranschaulicht Wellenformen, die in der Antriebseinrichtung in einem unnormalen Betriebszustand ähnlich zu dem, der in 4 veranschaulicht ist, erzeugt werden.
Wenn normale Gate-Signale G1, G2, G3 und G4 zu den Schaltern 112, 114, 116 und 118 zugeführt werden, während ein Kurzschluss in dem ersten Schalter 112 auftritt, wie dies in 4 veranschaulicht ist, wird der erste Schalter 112 nicht von dem Gate-Signal G1 gesteuert, aber die restlichen Schalter 114, 116 und 118 werden normal durch die Gate-Signale G2, G3 und G4 eingeschaltet oder ausgeschaltet.
Unter Bezugnahme auf 5 werden während der ersten Periode T1 Einschalt-Gate-Signale zu dem ersten Schalter 112 und dem vierten Schalter 118 zugeführt und werden Ausschalt-Gate-Signale zu dem zweiten Schalter 114 und dem dritten Schalter 116 zugeführt. In diesem Fall arbeitet die Antriebseinrichtung 100 identisch wie in einem normalen Betriebszustand, da der erste Schalter 112 nicht durch das erste Gate-Signal G1 gesteuert wird, sondern einen Kurzschluss hat.
Im Gegensatz dazu werden während der zweiten Periode T2 Ausschalt-Gate-Signale zu dem ersten Schalter 112 und dem vierten Schalter 118 zugeführt und werden Einschalt-Gate-Signale zu dem zweiten Schalter 114 und dem dritten Schalter 116 zugeführt. In diesem Fall wird der erste Schalter 112 nicht durch das erste Gate-Signal G1 gesteuert und wird kontinuierlich in dem Kurzschlusszustand gehalten, und ein großer Strom fließt in dem ersten Zweig 111, weil der zweite Schalter 114, der sich in dem ersten Zweig 111 befindet, eingeschaltet wird.
Der Controller 140 kann einen Erfassungsstrom i_s einmal oder mehrere Male für die erste Zeitperiode T1 und für die zweite Zeitperiode T2 innerhalb der PBM-Periode (T) erfassen, um einen unnormalen Betrieb der Antriebseinrichtung 100 zu entdecken.
Wenn sich zum Beispiel die Polarität eines ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, von der eines ersten normalen Signals unterscheidet, oder wenn sich die Polarität eines zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, von der eines zweiten normalen Signals unterscheidet (z. B. wenn das zweite Erfassungssignal eine positive Polarität und nicht eine negative Polarität hat, die eine normale Signalpolarität ist, wie dies in 5 veranschaulicht ist), dann kann der Controller 140 feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, die gleiche wie die des ersten normalen Signals ist, und wenn die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, die gleiche wie die des zweiten normalen Signals ist, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In einem anderen Beispiel kann der Controller 140 dann, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, außerhalb des Bereichs des ersten normalen Signals liegt, oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, außerhalb des Bereichs des zweiten normalen Signals liegt (z. B. wenn das zweite Erfassungssignal außerhalb eines spezifischen Bereichs in Bezug auf –10 A liegt, wie in 5 veranschaulicht ist), feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, in dem Bereich des ersten normalen Signals liegt, und wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, in dem Bereich des zweiten normalen Signals liegt, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In noch einem anderen Beispiel kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, und die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, identisch zueinander sind (z. B. wenn die ersten und zweiten Erfassungssignale alle eine positive Polarität haben, wie dies in 5 veranschaulicht ist), feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist. In einem anderen Aspekt kann der Controller 140 dann, wenn die Polarität des ersten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt A erfasst wird, und die Polarität des zweiten Erfassungssignals, das an dem Zeitpunkt B erfasst wird, unterschiedlich zueinander sind, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 6 kann die Antriebseinrichtung 100 Einschalt-Gate-Signale zu dem ersten Schalter 112, der in dem ersten Zweig 111 der H-Brückenschaltung 110 angeordnet ist, und zu dem vierten Schalter 118, der in dem zweiten Zweig 115 angeordnet ist, für die erste Zeitperiode T1 zuführen und kann sie Einschalt-Gate-Signale zu dem zweiten Schalter 114, der in dem ersten Zweig 111 angeordnet ist, und zu dem dritten Schalter 116, der in dem zweiten Zweig 115 angeordnet ist, für die zweite Zeitperiode T2 zuführen (Schritt S610).
Die Antriebseinrichtung 100 kann die Erfassungsspannung V_s, die in dem Shunt r_s gebildet wird, der zwischen der H-Brückenschaltung 110 und der Spannungsquelle 120 angeordnet ist, einmal oder mehrere Male für die erste Zeitperiode T1 und für die zweite Zeitperiode T2 abtasten (Schritt S620).
Die Antriebseinrichtung 100 stellt entsprechend der Charakteristik des ersten Erfassungssignals, das für die erste Zeitperiode T1 abgetastet worden ist, und der Charakteristik des zweiten Erfassungssignals, das für die zweite Zeitperiode T2 abgetastet worden ist, fest, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (Schritt S630), und wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (Schritt S630-A), dann führt die Antriebseinrichtung 100 Gate-Signale entsprechend einem Ausfallsicherheitsalgorithmus zu den jeweiligen Schaltern zu (Schritt S650). In diesem Fall führt die Antriebseinrichtung 100 dann, wenn festgestellt wird, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet (Schritt S630-N), normale Gate-Signale zu den jeweiligen Schaltern zu (Schritt S640).
In dem Schritt des Feststellens, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (Schritt S630), kann die Antriebseinrichtung 100 dann, wenn sich die Polarität des ersten Erfassungssignals von der des ersten normalen Signals unterscheidet oder wenn sich die Polarität des zweiten Erfassungssignals von der des zweiten normalen Signals unterscheidet, feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist.
In dem Schritt des Feststellens, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (Schritt 630), kann die Antriebseinrichtung 100 dann, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs des ersten normalen Signals liegt oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs des zweiten normalen Signals liegt, feststellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist.
In dem Schritt des Feststellens, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (S630), kann die Antriebseinrichtung 100 dann, wenn die ersten und zweiten Erfassungssignale unterschiedliche Polaritäten haben, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In dem Schritt des Feststellens, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung 110 vorhanden ist (Schritt S630), kann die Antriebseinrichtung 100 dann, wenn die Größen der ersten und zweiten Erfassungssignale in einem normalen Signalbereich liegen, feststellen, dass die H-Brückenschaltung 110 normal arbeitet.
In der Zwischenzeit kann die Antriebseinrichtung 100 in dem Schritt des Durchführens des Ausfallsicherheitsalgorithmus (Schritt S650) Ausschalt-Gate-Signale an die Schalter 112, 114, 116 und 118 senden, um den Betrieb der H-Brückenschaltung 110 zu stoppen.
Da außerdem Begriffe wie etwa „enthalten” bzw. „einschließen”, „aufweisen” und „haben” bedeuten, dass eine oder mehrere entsprechende Komponenten bzw. ein oder mehrere entsprechende Bauteile existieren können, es sei denn, dies wird ausdrücklich anders beschrieben, sollen diese so ausgelegt werden, dass ein(e) oder mehrere Komponenten bzw. Bauteile eingeschlossen sein können. Alle Begriffe, die technisch, wissenschaftlich oder anderweitig sind, stimmen mit den Bedeutungen überein, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet verstanden werden, es sei denn, sie sind ausdrücklich anders definiert. Allgemeine Begriffe, wie sie in Wörterbüchern zu finden sind, sollen in dem Kontext der relevanten technischen Schriften nicht zu ideal oder zu unpraktisch interpretiert werden, es sei denn, die vorliegende Erfindung definiert diese ausdrücklich so.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dass von dem Schutzumfang und dem Gedanken der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abgewichen wird. Deshalb sind die Ausführungsformen, die in der vorliegenden Erfindung offenbart sind, dazu gedacht, den Schutzumfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die Ausführungsform beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll auf der Basis der beigefügten Ansprüche in einer solchen Art und Weise ausgelegt werden, dass alle technischen Ideen, die in dem Schutzumfang enthalten sind und äquivalent zu den Ansprüchen sind, zu der vorliegenden Erfindung gehören.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2015-0117622 [0001]

Claims

Elektromotor-Antriebseinrichtung mit: einer H-Brückenschaltung, die erste und zweite Zweige aufweist, von denen jeder ein Paar von Schaltern hat, die darin angeordnet sind und miteinander in Reihe geschaltet sind, und die dafür konfiguriert ist, einen Antriebsstrom zu einem Elektromotor zuzuführen; einem Stromsensor, der zwischen der H-Brückenschaltung und einer Spannungsquelle angeordnet ist; und einem Controller, der dafür konfiguriert ist, ein erstes Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine erste Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem ersten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem vierten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, ein zweites Erfassungssignal von dem Stromsensor für eine zweite Zeitperiode zu erlangen, während der ein Einschaltsignal zu dem zweiten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, oder zu dem dritten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, zugeführt wird, und dafür konfiguriert ist, entsprechend der Charakteristik von wenigstens einem von den ersten und zweiten Erfassungssignalen festzustellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, festzustellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, wenn sich die Polarität des ersten Erfassungssignals von der eines ersten normalen Signals unterscheidet oder wenn sich die Polarität des zweiten Erfassungssignals von der eines zweiten normalen Signals unterscheidet.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, festzustellen, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs eines ersten normalen Signals liegt oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs eines zweiten normalen Signals liegt.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, festzustellen, dass die H-Brückenschaltung normal arbeitet, wenn die ersten und zweiten Erfassungssignale unterschiedliche Polaritäten haben.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, festzustellen, dass die H-Brückenschaltung normal arbeitet, wenn die Größen der ersten und zweiten Erfassungssignale in dem Bereich eines normalen Signals liegen.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, Gate-Signale zur Steuerung des Einschaltens und Ausschaltens der Schalter zu erzeugen, die in der H-Brückenschaltung angeordnet sind, und Ausschalt-Gate-Signale zu den Schaltern zu senden, wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.
Elektromotor-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromsensor ein Shunt bzw. Nebenschlusswiderstand ist und der Controller Folgendes aufweist: einen Erfassungsblock, der dafür konfiguriert ist, die ersten und zweiten Erfassungssignale unter Verwendung einer Abtast-Halte-Schaltung zu erfassen; einen Feststellungsblock, der dafür konfiguriert ist, entsprechend den Charakteristiken der ersten und zweiten Erfassungssignale festzustellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist; und einen Gate-Ansteuerungsblock, der dafür konfiguriert ist, entsprechend dem Feststellungsergebnis in Bezug darauf, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, das Einschalten und Ausschalten der Schalter zu steuern, die in der H-Brückenschaltung angeordnet sind.
Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors unter Verwendung einer H-Brückenschaltung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: einen Gate-Ansteuerungsschritt zum Zuführen von Einschalt-Gate-Signalen zu einem ersten Schalter, der in einem ersten Zweig der H-Brückenschaltung angeordnet ist, und zu einem vierten Schalter, der in einem zweiten Zweig angeordnet ist, für eine erste Zeitperiode und zum Zuführen von Einschalt-Gate-Signalen zu einem zweiten Schalter, der in dem ersten Zweig angeordnet ist, und einem dritten Schalter, der in dem zweiten Zweig angeordnet ist, für eine zweite Zeitperiode; einen Stromerfassungsschritt zum Abtasten der Erfassungsspannung, die in einem Shunt bzw. Nebenschlusswiderstand gebildet wird, der zwischen der H-Brückenschaltung und einer Spannungsquelle angeschlossen ist, einmal oder mehrere Male für die erste Zeitperiode und für die zweite Zeitperiode; einen Normalitätsfeststellungsschritt zum Feststellen, ob eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, entsprechend der Charakteristik von wenigstens einem von einem ersten Erfassungssignal, das für die erste Zeitperiode abgetastet worden ist, und einem zweiten Erfassungssignal, das für die zweite Zeitperiode abgetastet worden ist; und einen Ausfallsicherheitsschritt zum Zuführen von Gate-Signalen entsprechend dem Ausfallsicherheitsalgorithmus zu den jeweiligen Schaltern, wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Normalitätsfeststellungsschritt festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, wenn sich die Polarität des ersten Erfassungssignals von der eines ersten normalen Signals unterscheidet oder wenn sich die Polarität des zweiten Erfassungssignals von der eines zweiten normalen Signals unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Normalitätsfeststellungsschritt festgestellt wird, dass eine Abnormalität in der H-Brückenschaltung vorhanden ist, wenn die Größe des ersten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs eines ersten normalen Signals liegt oder wenn die Größe des zweiten Erfassungssignals außerhalb des Bereichs eines zweiten normalen Signals liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Normalitätsfeststellungsschritt festgestellt wird, dass die H-Brückenschaltung normal arbeitet, wenn die ersten und zweiten Erfassungssignale unterschiedliche Polaritäten haben.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Normalitätsfeststellungsschritt festgestellt wird, dass die H-Brückenschaltung normal arbeitet, wenn die Größen der ersten und zweiten Erfassungssignale in dem Bereich eines normalen Signals liegen.