DE102017128005A1

DE102017128005A1 - Detektion und abschwächung von umrichterfehlern bei motoren von lenkungssystemen

Info

Publication number: DE102017128005A1
Application number: DE102017128005.7A
Authority: DE
Inventors: Dennis B. Skellenger
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-05-30
Also published as: US20180148086A1; CN108123656B; CN108123656A; US10071762B2

Abstract

Es werden technische Lösungen beschrieben, um einen Fehler in einem Umrichter zu detektieren, der mit einem Motor eines Servolenkungssystems verbunden ist und um das Servolenkungssystem in Ansprechen auf den Fehler zu betreiben. Ein beispielhaftes System enthält ein Transistorpaar, das selektiv Leistung für eine entsprechende Phasenspule des Motors bereitstellt. Das System enthält ferner ein Detektionsmodul, das einen Widerstandsfehler in dem Transistorpaar detektiert, indem es eine Spannung über einem Messwiderstand des Transistorpaars in Ansprechen auf einen Gatetreiberbefehl, der an das Transistorpaar angelegt wird, überwacht. Das System enthält ferner ein Abschwächungsmodul, das einen Betriebsmodus des Umrichters auf der Grundlage des Widerstandsfehlers wählt. Außerdem enthält das System ein Motorsteuerungsmodul, das den Umrichter in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus steuert.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein das Gebiet der Elektromotorsteuerungen und speziell ein Steuerungssystem für eine Kraftfahrzeugservolenkung.
Typischerweise verwenden Kraftfahrzeuge heutzutage Servolenkungssysteme, etwa elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme). In einem EPS-System werden die Anstrengungen eines Fahrers zum Lenken des Kraftfahrzeugs durch Kraftsysteme unterstützt, die elektrisch betrieben werden. Zum Beispiel stellt das EPS-System eine Lenkungsdrehmomentunterstützung direkt durch einen Elektromotorantrieb bereit. Der Motor selbst kann einen dreiphasigen Permanentmagnet-Synchronmotor oder einen beliebigen anderen Motor umfassen. Der Motor wird aus Leistungsquellen, etwa einer Fahrzeugbatterie, durch die Anwendung eines Umrichtersystems angetrieben. Der Antrieb wird typischerweise durch eine Verarbeitungseinheit mit Sensoren überwacht und gesteuert, um die Betriebsbedingungen des Motors zu detektieren. Beruhend auf einer Fahreranforderung wird die Antriebsunterstützung des EPS aufgerufen. Insbesondere liefert das EPS-System, wenn ein Fahrer eine Lenkungskraft in eine Richtung aufbringt, weiteres Drehmoment in die gleiche Richtung. Das EPS-System stellt eine Dämpfung für das Straßengefühl und Effekte einer Zahnstange/Lenksäule zum Zurückstellen und für andere Merkmale bereit. Mit anderen Worten arbeitet das EPS-System in allen vier Drehmoment-Geschwindigkeits-Quadranten. Im Fall eines Umrichterfehlers jedoch kann das Drehmoment von dem EPS-Motor ein Lenkungsdrehmoment erzeugen, wenn Strom durch kurzgeschlossene Schaltungselemente und Bodydioden fließt, wenn die Gegen-EMK des Motors aufgrund der Motorgeschwindigkeit ansteigt, wodurch die Phasen temporär kurzgeschlossen werden. Beispielsweise könnte ein Fahrer gerade nach links lenken, während der Motorantrieb in fehlerhafter Weise ein Dämpfungsdrehmoment bereitstellt, was zu höheren Anstrengungen führt, was ungewünscht ist.
Der Motor kann durch einen Strommoduscontroller betrieben werden. Zur Strommodusregelung wird der Strom, der in Motoranschlüsse hineinfließt, gemessen und mit einem berechneten Referenzstromsignal verglichen, das einen gewünschten Strom repräsentiert, damit der Motor gewünschte Betriebsbedingungen bewirkt.
Durch die Verwendung derartiger herkömmlicher Techniken bleiben jedoch relativ schwächere Kurzschlüsse, die auf der Grundlage einer Spannung von einem Drain zu einer Source eines Transistors nicht detektiert werden können, unentdeckt. Die schwächeren Kurzschlüsse in den Halbleiterelementen der Umrichterschaltung führen zu Strommessfehlern und einer gegenseitigen Kopplung in den Motorwicklungen, auf welche in einem Stromregelkreis wiederum reagiert werden kann, bevor eine Detektion bewerkstelligt werden und auf eine Vorwärts-Drehmomentsteuerung gewechselt werden kann, wodurch veranlasst wird, dass die Stromrückmeldung falsch ist. Dies wird Bemühungen über manuelle Bedingungen hinaus erzeugen, was ungewünscht ist. Ferner können die vorstehenden Techniken einen offenen bzw. unterbrochenen Halbleiter nicht von einem kurzgeschlossenen Halbleiter unterscheiden. Auch ein offener Halbleiter führt zu unerwünschten Effekten bei der Fahrerunterstützung, die durch das EPS-System bereitgestellt wird, muss aber separat diagnostiziert werden, weil ein offener Halbleiter keinen Durchschlag verursachen wird und der Umrichter immer noch normal gesteuert werden kann.
Es ist folglich wünschenswert, Umrichterfehler zu detektieren und die Ursache der Fehler genauer als herkömmliche Techniken zu erkennen, um den Betrieb der EPS-Systeme zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Hier werden eine oder mehrere Ausführungsformen eines Systems zum Detektieren eines Fehlers in einem Umrichter, der mit einem Motor eines Systems verbunden ist, und zum Betreiben des Systems in Ansprechen auf den Fehler beschrieben. Das Motorsteuerungssystem enthält ein Transistorpaar, das selektiv Leistung an eine entsprechende Phasenspule des Motors des Systems liefert. Das Transistorpaar umfasst einen Transistor an der hohen Spannungsseite bzw. High-Side-Transistor und einen Transistor an der niedrigen Spannungsseite bzw. Low-Side-Transistor, die in Reihe verbunden sind, wobei der High-Side-Transistor mit einer Stromversorgung verbunden ist und der Low-Side-Transistor mit einem Messwiderstand verbunden ist, der dem Transistorpaar zugeordnet ist. Das Motorsteuerungssystem enthält ferner ein Detektionsmodul, das einen Widerstandsfehler in dem Transistorpaar detektiert, indem es eine Spannung über dem Messwiderstand in Ansprechen auf einen Gatetreiberbefehl überwacht, der an das Transistorpaar angelegt wird. Das Motorsteuerungssystem enthält ferner ein Abschwächungsmodul, das einen Betriebsmodus des Umrichters auf der Grundlage des Widerstandsfehlers wählt, und ein Motorsteuerungsmodul, das den Umrichter in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus steuert.
Ferner werden hier eine oder mehrere Ausführungsformen eines Systems zum Betreiben einer Konfiguration mit mehreren Umrichtern beschrieben, welches einen Motor in einem Servolenkungssystem kommutiert. Das System enthält ein Detektionsmodul, das ausgestaltet ist, um einen Widerstandsfehler in einem Transistorpaar zu detektieren, welches Leistung schaltet, die an eine entsprechende Phasenspule eines Motors des Servolenkungssystems geliefert wird. Das Detektionsmodul detektiert den Widerstandsfehler durch Überwachen einer Spannung über einem Messwiderstand, der dem Transistorpaar zugeordnet ist. Das System enthält außerdem ein Abschwächungsmodul, das einen Betriebsmodus von jedem des einen oder der mehreren Umrichter in der Konfiguration mit mehreren Umrichtern in Ansprechen darauf wählt, dass der Widerstandsfehler detektiert wird, und auf der Grundlage eines Typs des detektierten Widerstandsfehlers. Das System enthält ferner ein Motorsteuerungsmodul, das den einen oder die mehreren Umrichter in Übereinstimmung mit jedem jeweiligen gewählten Betriebsmodus steuert.
Des Weiteren werden hier eine oder mehrere Ausführungsformen eines Verfahrens zum Kommutieren eines Motors in einem Servolenkungssystem unter Verwendung eines oder mehrerer Umrichter beschrieben. Das Verfahren umfasst, dass von einem Detektionsmodul ein Widerstandsfehler in einem Transistorpaar detektiert wird, das Leistung schaltet, die für eine zugehörige Phasenspule eines Motors des Servolenkungssystems bereitgestellt wird. Das Detektionsmodul detektiert den Widerstandsfehler durch Überwachen einer Spannung über einem Messwiderstand, der dem Transistorpaar zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von einem Abschwächungsmodul ein Betriebsmodus jedes jeweiligen Umrichters aus dem einen oder den mehreren Umrichtern in Ansprechen darauf gewählt wird, dass der Widerstandsfehler detektiert wird, und auf der Grundlage eines Typs des detektierten Widerstandsfehlers. Das Verfahren umfasst ferner, dass von einem Motorsteuerungsmodul jeder Umrichter aus dem einen oder den mehreren Umrichtern in Übereinstimmung mit dem jeweils gewählten Betriebsmodus gesteuert wird.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden sich aus der folgenden Beschreibung genauer ergeben, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird speziell dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem Lenkungssystem in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen ist.
2 ein beispielhaftes Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems in einer Konfiguration mit einem Umrichter in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
3 ein beispielhaftes Blockdiagramm des Motorsteuerungssystems in einer Konfiguration mit mehreren Umrichtern in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Diagnostizieren einer Widerstandsfehlerbedingung in einem Umrichter in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Ausführen eines Kurzschlusstests zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Bedingung mit einem schwachen Kurzschluss in einem oder mehreren Transistoren in einem Umrichter in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Transistors mit offener Bedingung in einem oder mehreren Paaren von Transistoren in einem Umrichter in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
7 einen Satz von Abschwächungstechniken zum Abschwächen von Effekten eines Widerstandsfehlers im Fall einer Konfiguration eines Motors mit einem Umrichter in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
8 einen Satz von Abschwächungstechniken zum Abschwächen von Effekten eines Widerstandsfehlers im Fall einer Konfiguration eines Motors mit mehreren Umrichtern in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die Begriffe Modul und Teilmodul bezeichnen, so wie sie hier verwendet werden, eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Teilmodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden. Ferner wird zu Verständniszwecken der Begriff „Signal“, der hier genutzt wird, als ein beliebiges elektrisches Signal oder ein beliebiger gespeicherter oder übertragener Wert definiert. Beispielsweise kann ein Signal eine Spannung oder einen Strom umfassen. Des Weiteren kann ein Signal einen beliebigen gespeicherten oder übertragenen Wert umfassen, etwa binäre Werte, skalare Werte oder dergleichen.
Mit Bezug nun auf die Figuren, in denen die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugs 10, das ein Lenkungssystem 12 enthält. Das Lenkungssystem 12 ist vorgesehen, um das Fahrzeug 10 in eine gewünschte Richtung zu lenken.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Lenkungssystem 12 ein Lenkrad 14, das mit einem Lenkwellensystem 16 gekoppelt ist, welches eine Lenksäule, Zwischenwellen und die notwendigen Gelenke enthält. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Lenkungssystem 12 ein EPS-System, das ferner eine Lenkungsassistenzeinheit 18 enthält, welche mit dem Lenkwellensystem 16 des Lenkungssystems 12 und mit Spurstangen 20, 22 des Fahrzeugs 10 gekoppelt ist. Alternativ kann die Lenkungsassistenzeinheit 18 den oberen Abschnitt des Lenkwellensystems 16 mit dem unteren Abschnitt dieses Systems koppeln. Die Lenkungsassistenzeinheit 18 enthält beispielsweise einen (nicht gezeigten) Lenkungsmechanismus mit einer Zahnstange und einem Ritzel, der durch das Lenkwellensystem 16 mit einem Lenkungsaktormotor 19 und einem Lenkgetriebe gekoppelt sein kann. Der Aktormotor 19 kann ein Permanentmagnet-Synchronmotor, etwa ein dreiphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor sein. Wenn ein Fahrzeugbediener im Betrieb das Lenkrad 14 dreht, stellt der Lenkungsaktormotor 19 die Unterstützung zum Bewegen der Spurstangen 20, 22 bereit, welche wiederum jeweilige Lenkungsachsschenkel 24, 26 bewegt, die jeweils mit Straßenrädern 28, 30 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sind.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug 10 ferner verschiedene Sensoren 31, 32, 33, welche beobachtbare Bedingungen des Lenkungssystems 12 und/oder des Fahrzeugs 10 detektieren und messen. Die Sensoren 31, 32, 33 erzeugen Sensorsignale auf der Grundlage der beobachtbaren Bedingungen. In einem Beispiel ist der Sensor 31 ein Drehmomentsensor, der ein eingegebenes Fahrerlenkraddrehmoment (HWT) erfasst, das von dem Bediener des Fahrzeugs 10 auf das Lenkrad 14 aufgebracht wird. Der Drehmomentsensor erzeugt auf dieser Grundlage ein Fahrerdrehmomentsignal. In einem anderen Beispiel ist der Sensor 32 ein Motorwinkel- und Geschwindigkeitssensor, der einen Drehwinkel sowie eine Drehgeschwindigkeit des Lenkungsaktormotors 19 erfasst. In noch einem weiteren Beispiel ist der Sensor 32 ein Lenkradpositionssensor, der eine Position des Lenkrads 14 erfasst. Der Sensor 33 erzeugt auf dieser Grundlage ein Lenkradpositionssignal.
Ein Steuerungsmodul 40 empfängt das eine oder die mehreren Sensorsignale, die von den Sensoren 31, 32, 33 eingegeben werden, und es kann andere Eingaben empfangen, etwa ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 34. Das Steuerungsmodul 40 erzeugt ein Befehlssignal zum Steuern des Lenkungsaktormotors 19 des Lenkungssystems 12 auf der Grundlage einer oder mehrerer der Eingaben und ferner auf der Grundlage der Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung. Die Systeme und Verfahren zur Lenkungssteuerung der vorliegenden Offenbarung wenden eine Signalaufbereitung an und führen eine Reibungsklassifizierung aus, um ein Oberflächenreibungsniveau 43 als ein Steuerungssignal zu ermitteln, das genutzt werden kann, um Aspekte des Lenkungssystems 12 durch die Lenkungsassistenzeinheit 18 zu steuern. Das Oberflächenreibungsniveau kann außerdem als Alarm an ein ABS 44 und/oder ein ESC-System 46 gesendet werden, der eine Veränderung bei der Oberflächenreibung anzeigt, welche ferner als ein Schlupf im Zentrum (d.h. bei einem geringeren Lenkradwinkel) oder als ein Schlupf außerhalb des Zentrums (d.h. bei einem höheren Lenkradwinkel) klassifiziert werden kann, wie hier weiter beschrieben wird. Eine Kommunikation mit dem ABS 44, dem ESC-System 46 und andern (nicht dargestellten) Systemen kann beispielsweise unter Verwendung eines Controllerbereichsnetzwerkbusses (CAN-Busses) oder eines anderen Fahrzeugnetzwerks, das in der Technik zum Austauschen von Signalen bekannt ist, etwa des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 34, ausgeführt werden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Steuerungsmodul 40 ein Motorsteuerungssystem 42, das den Betrieb des Motors 19 steuert, um einen Fahrzeugbediener beim Lenken des Fahrzeugs 10 zu unterstützen. Die Erfindung wird zwar mit Bezug auf ein Servolenkungssystem beschrieben, jedoch ist festzustellen, dass die Erfindung auf andere Motorsteuerungssysteme angewendet werden kann, bei denen das Detektieren eines Fehlers in einem Umrichter als nützlich erachtet wird, der mit einem Motor verbunden ist. Das Motorsteuerungssystem 42 kann zusammen mit dem Lenkraddrehmomentsensor und dem Positionssensor eine Motorsteuerungsschaltung umfassen, etwa einen Prozessor, einen Speicher, einen oder mehrere Umrichter und sonstige elektronische Schaltungskomponenten.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm des Motorsteuerungssystems 42 in einer Konfiguration mit einem Umrichter. In dem veranschaulichten Beispiel erzeugt die Motorsteuerungsschaltung 42 Kommutierungsimpulse in einer Umrichterschaltung zum Steuern des Betriebs eines dreiphasigen bürstenlosen Elektromotors 19. Die Motorsteuerungsschaltung 42 enthält ein Motorsteuerungsmodul 260, das die Umrichterschaltung 200 auf der Grundlage von Signalen betreibt, die es von einem Abschwächungsmodul 250 und einem Detektionsmodul 240 empfängt. In einem oder mehreren Beispielen weist der Umrichter 200 eine „Y-Konfiguration“ mit Phasenspulen auf, die mit jeweiligen Anschlüssen A, B und C des Motors 19 verbunden sind. Es versteht sich, dass der Motor 19 in anderen Beispielen eine andere Anzahl von Phasen und/oder eine andere Konfiguration aufweisen kann.
Die Umrichterschaltung 200 enthält einen oder mehrere Transistorschalter. In einem oder mehreren Beispielen sind die Transistoren paarweise verbunden, etwa ein Transistorpaar 210, ein Transistorpaar 220 und ein Transistorpaar 230. Jedes Transistorpaar ist mit jeweiligen Phasenspulen des Motors 19 verbunden. Es versteht sich, dass die Umrichterschaltung 200 in anderen Beispielen eine andere Anzahl von Transistorpaaren auf der Grundlage der Anzahl der Phasenspulen des Motors 19 enthält. Jedes Transistorpaar enthält ein Paar Transistoren, etwa Feldeffekttransistoren (FETs), Metalloxid-FETs (MOSFETs), oder beliebige andere Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs). Die hier beschriebenen und veranschaulichten Beispiele verwenden Paare von MOSFETs; jedoch versteht es sich, dass in anderen Implementierungen der Umrichterschaltung 200 andere Halbleiterelemente verwendet werden können. In einem oder mehreren Beispielen erzeugen die Transistoren einen sinusförmigen Ausgabestrom unter Verwendung einer gepulsten DC-Busspannung oder einer Impulsbreitenmodulation (PWM). Die Transistoren können elektronisch so betätigt werden, dass sie als Schalter zum Versorgen des Motors 19 mit Leistung wirken. Durch Anlegen einer positiven Spannung zwischen Gate- und Emitterpunkten des Transistors beispielsweise wird ermöglicht, dass ein Strom von einem Kollektorpunkt zu einem Emitterpunkt des Transistors fließt. Daher koppeln die Transistoren selektiv eine Stromquelle 205, etwa eine Batterie, mit den Phasenspulen, um die Spulen zu erregen und abzuerregen.
In einem oder mehreren Beispielen steuert das Motorsteuerungsmodul 260 Betriebszustände der Transistoren. Zum Beispiel ist das Motorsteuerungsmodul 260 mit Gates der Transistoren gekoppelt, um für die Transistoren Gatetreiberbefehle bereitzustellen. Durch ein Schalten des Stroms in den Phasen des Umrichters 200 erzeugt das Motorsteuerungsmodul 260 die entsprechende Bewegung oder das entsprechende Drehmoment des Motors 19. Dies wird als Kommutierung bezeichnet. Die Kommutierung kann trapezförmig, modifiziert sechsstufig, sinusförmig oder ein beliebiger anderer Typ sein. Mit anderen Worten ist Kommutierung der Prozess des Bereitstellens von Strom in den Umrichter 200 hinein, um die gewünschte Bewegung oder das gewünschte Drehmoment des Motors 19 zu erzeugen. Daher steuert das Motorsteuerungsmodul 260 den Strom im Umrichter 200, um den Motor 19 zu kommutieren.
Die Umrichterschaltung 200 enthält ferner eine Vielzahl von Messwiderständen, wobei jeder Messwiderstand einem jeweiligen Transistorpaar in der Umrichterschaltung 200 entspricht. Der Messwiderstand kann mit dem entsprechenden Transistorpaar in Reihe verbunden sein, um das Überwachen eines Stroms zu ermöglichen, der durch das entsprechende Halbleiterpaar hindurchfließt. Zum Beispiel veranschaulicht 1 Messwiderstände 216, 226 und 236, die den jeweiligen Transistorpaaren 210, 220 und 230 entsprechen.
Jeder Anschluss des Motors 19 ist mit einem entsprechenden Transistorpaar gekoppelt. In einem oder mehreren Beispielen ist jeder Anschluss des Motors 19 mit einem Drain und mit einer Source eines jeweiligen Transistorpaars verbunden. Beispielsweise ist, wie in 1 veranschaulicht ist, ein Anschluss A mit einem Transistorpaar 210 verbunden, ein Anschluss B ist mit einem Transistorpaar 220 verbunden und ein Anschluss C ist mit einem Transistorpaar 230 verbunden. Jedes Transistorpaar enthält einen High-Side-Transistor und einen Low-Side-Transistor. Ein Knoten des High-Side-Transistors ist mit der Stromquelle 205 verbunden. Folglich veranschaulicht 1 die High-Side-Transistoren 212, 222 und 232 der jeweiligen Transistorpaare 210, 220 und 230, welche mit der Stromquelle 205 verbunden sind. Ein Knoten des Low-Side-Transistors jedes Transistorpaars ist mit dem Messwiderstand verbunden, der dem Transistorpaar entspricht. Folglich veranschaulicht 1 die Low-Side-Transistoren 214, 224 und 234 der jeweiligen Transistorpaare 210, 220 und 230, die jeweils mit den Messwiderständen 216, 226 und 236 verbunden sind.
Das Detektionsmodul 240 detektiert Umrichterfehler, welche Fehler in der Umrichterschaltung 200 sind, die ungewünschte Effekte in den Fahrerunterstützungsdrehmomentbefehlen verursachen, welche durch das Lenkungssystem 12 bereitgestellt werden. In Ansprechen auf einen Umrichterfehler, der durch das Detektionsmodul 240 detektiert wird, bestimmt das Abschwächungsmodul 250 einen Betriebsmodus für den Motor 19. Entsprechend justiert das Motorsteuerungsmodul 260 die Kommutierung des Motors 19, beispielsweise durch Verändern der Eingabespannung und/oder des Eingabestroms, die/der mit Hilfe der Umrichterschaltung 200 an den Motor 19 geliefert wird. Zusätzlich oder alternativ erfasst das Detektionsmodul 240 außerdem die Spannung über jedem Transistor, etwa zur Detektion einer Spannung von Drain zu Source zum Detektieren einer Kurzschlussbedingung.
Zum Beispiel detektiert das Detektionsmodul 240 einen Widerstandsfehler in dem einen oder den mehreren Transistorpaaren. Der Widerstandsfehler kann eine Kurzschlussbedingung eines Transistors, eine Bedingung mit einem schwachen Kurzschluss eines Transistors und/oder eine Unterbrechungsbedingung eines Transistors in der Umrichterschaltung 200 umfassen. Wenn das Motorsteuerungsmodul 260 bei einer Bedingung mit kurzgeschlossenem Transistor betrieben wird, ohne dass Korrekturschritte ergriffen werden, kann die Kurzschlussbedingung über der Stromquelle 205 existieren. In einer Bedingung mit kurzgeschlossenem Transistor fließt beispielsweise ein Großteil des Stroms (mehrere hundert Ampere) durch die Transistoren hindurch, was zu einem Folgefehler in einem zweiten Transistor führt. Diese Folgefehler bzw. kaskadierenden Fehler können ferner zu einem Temperaturereignis führen und schließlich eine Sicherung des Transistors öffnen oder eine Batteriesicherung schmelzen lassen. Vom Blickwinkel des EPS-Systems aus führt die Bedingung mit einem kurzgeschlossenen Transistor zu einer Brücke mit mehr Bremsdrehmoment, deren Effekte reduziert werden können, indem dieser erste Kurzschluss detektiert wird und ein oder mehrere der Transistoren ausgeschaltet werden, um einen kaskadierten Kurzschluss zu verhindern. Die Gegen-EMK durch den Motor 19 hindurch weist eine Strecke auf, die die Phasen kurzschließt, wenn Transistoren kurzgeschlossen sind. Wenn diese ferner über der Diodenleitung der internen Bodydioden liegt, während sich der Motor langsam dreht, ist dies möglicherweise kein Problem, wenn jedoch die Motorgeschwindigkeit einmal einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht (beispielsweise 100 RPM, 200 RPM oder einen beliebigen anderen Wert), leiten die Dioden und die Phase wird mit einer anderen Phase kurzgeschlossen, wodurch ein dynamisches Bremsen erzeugt wird. Das Detektieren und die technischen Lösungen hierin reduzieren den Effekt, dass dieses Bremsdrehmoment zu einer größeren Unterstützung für den Motor führt. Das Bremsdrehmoment tritt unabhängig von einer Batterieverbindung auf, da das Bremsdrehmoment eine Funktion des Kurzschlusses der Gegen-EMK und der Bodydioden ist. Selbst wenn die Batterie getrennt wird oder wenn die Sicherung schmilzt, existiert das Bremsdrehmoment weiterhin.
In einem oder mehreren Beispielen detektiert das Detektionsmodul 240 Umrichterfehler in der Umrichterschaltung 200, indem es eine Spannung über jedem der Messwiderstände 216, 226 und 236 misst. Das Detektionsmodul 240 detektiert einen Widerstandsfehler auf der Grundlage der Messwiderstandsspannungen, wie hier beschrieben wird. Das Abschwächungsmodul 250 bestimmt einen Betriebsmodus, um den Betrieb des Motors 19 fortzusetzen, in Abhängigkeit von dem Widerstandsfehler, der durch das Detektionsmodul 240 bereitgestellt wird. Daher wirken das Detektionsmodul 240, das Abschwächungsmodul 250 und das Motorsteuerungsmodul 260 als Steuerung zum Regeln des Stroms und/oder der Spannung in der Umrichterschaltung 200 im Fall eines oder mehrerer Widerstandsfehler.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen, dass das Detektionsmodul 240 eine Bedingung mit einem schwachen Kurzschluss eines Transistors in der Umrichterschaltung 200 detektieren kann. Ein „schwacher Kurzschluss“ oder „ein schwacher Fehler“ eines Transistors ist eine Bedingung, bei der sich der Transistor in der Ausgeschaltet-Bedingung nicht in einem Zustand mit hoher Impedanz befindet. Zum Beispiel führt der schwache Kurzschluss eines Transistors zu einer Bedingung, bei der sich der Transistor in einem Ausgeschaltet-Zustand befindet, jedoch einen Widerstandswert von weniger als 1 Ω von Drain zu Source bereitstellt, aber ein Mehrfaches des Widerstandswerts eines RDSon (Durchschaltwiderstands zwischen Drain und Source), der dem Transistor zugeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen technischen Lösungen zwar unter Verwendung eines Servolenkungssystems beispielhaft beschrieben werden, die technischen Merkmale jedoch durch ein Motorsteuerungssystem implementiert werden können, das einen Betrieb eines Motors in einem beliebigen anderen elektrischen/elektromechanischen System steuert.
Daher ändert sich beispielsweise im Fall eines Fehlers mit schwachem Kurzschluss eines Transistors des ersten Transistorpaars 210 der Widerstandswert von entweder dem High-Side-Transistor 212 oder dem Low-Side-Transistor 214 von dem Zustand mit hoher Impedanz zu einem Zustand mit niedriger Impedanz. Ein derartiger Fehler mit schwachem Kurzschluss eines Transistors des Transistorpaars 210 kann einen schwachen Durchschlagsstrom durch das Transistorpaar 210 hindurch induzieren, der einen Spannungsanstieg über dem entsprechenden Messwiderstand 216 verursacht. Die Stromregelung versucht in Ansprechen darauf den Strom zu regeln, verursacht jedoch weitere Fehler. Dieser Strom kann im Fall einer Schaltung mit Doppelwicklungen, wie etwa einer Konfiguration mit zwei Umrichtern (3) durch die wechselweise Induktivität mit anderen Wicklungen in der Umrichterschaltung 200 gekoppelt werden. Dies ist ein technisches Problem, das die hier beschriebenen technischen Lösungen ansprechen.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen verwenden einen der veranschaulichten Messwiderstände und eines der Transistorpaare als Beispiel zum Beschreiben der technischen Lösungen. Jedoch versteht es sich, dass beliebige und/oder alle Messwiderstände und MOSFET-Paare in anderen Beispielen verwendet werden können, sofern es nicht anders beschrieben ist.
Zum Beispiel überwacht das Detektionsmodul 240 Spannungsmesswerte über dem Messwiderstand 216, um Spannungsanstiege zu detektieren, die durch eine Veränderung beim Transistorstrom von Drain zu Source verursacht werden. Da ein Fehler mit schwachem Kurzschluss in einem Transistor einen plötzlichen Durchschlagstrom verursacht, kann das Detektionsmodul 240 eine derartige Fehlerbedingung in dem Transistorpaar 210 detektieren, indem es die Spannung des entsprechenden Messwiderstands 216 überwacht. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Detektionsmodul 240 Kurzschlüsse von Low- und/oder High-Side-Transistoren bei Werten detektieren, die einen typischen RDS-eingeschaltet-Wert bzw. Drain/Source-Durchschaltwiderstandswert des jeweiligen High-Side-Transistors 212 oder Low-Side-Transistors 214 überschreiten, auf der Grundlage der Spannungsmesswerte, die durch den Messwiderstand 216 bereitgestellt werden. Das Detektionsmodul 240 überwacht analog Spannungen über den anderen Messwiderständen 226 und 236, um eine Bedingung mit schwachem Kurzschluss in den jeweiligen entsprechenden Transistorpaaren 220 und 230 zu detektieren.
Das Detektionsmodul 240 kommuniziert ferner mit dem Motorcontroller 260, um einen speziellen Transistor in dem Transistorpaar zu lokalisieren, der fehlerhaft ist. Wenn sich beispielsweise der Low-Side-Transistor 214 in einem Ausgeschaltet-Zustand (nicht mit Leistung versorgt) befindet, kann der Strom im Messwiderstand 216 in etwa gleich Null sein. Wenn der Low-Side-Transistor 214 kurzgeschlossen ist, ist der Strom größer als Null (von Null verschiedene Spannung) und wird von dem Detektionsmodul 240 detektiert. Ferner wird zum Detektieren, ob der High-Side-Transistor 212 kurzgeschlossen ist, der Messwiderstandsstrom in dem High-Side-Transistor 212 gemessen, wenn sich der Low-Side-Transistor 214 in einem eingeschalteten Zustand (mit Leistung versorgten Zustand) befindet. Ein Durchschlagstrom, der durch den kurzgeschlossenen High-Side-Transistor 212 ermöglicht wird, erzeugt einen Strom, der beträchtlich höher als ein Referenzstrom ist, was von dem Detektionsmodul 240 detektiert wird.
Das Detektionsmodul 240 enthält mehrere Operationsverstärker (op-amp) zum Detektieren der Bedingung mit schwachem Kurzschluss. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist jeder op-amp in dem Detektionsmodul 240 mit einem jeweiligen Messwiderstand der Umrichterschaltung 200 verbunden. Daher enthält das Detektionsmodul so viele op-amps, wie es Messwiderstände in der Umrichterschaltung 200 gibt, und wiederum so viele Transistorpaare es in der Umrichterschaltung gibt. In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Detektionsmodul 240 ferner eine digitale Signalverarbeitungsschaltung, welche die Ausgabe jedes op-amp analysiert, um die Umrichterfehlerbedingung wie hier beschrieben zu bestimmen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen steuert das Motorsteuerungsmodul 260 selektiv jeden Transistor der Transistorpaare 210, 220 und 230. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur das Transistorpaar 210 so gezeigt, dass es von dem Motorsteuerungsmodul 260 gesteuert wird. Das Detektionsmodul 240 kommuniziert mit dem Motorsteuerungsmodul 260. Im Fall eines schwachen Kurzschlusses eines Transistors schaltet das Motorsteuerungsmodul 260 Gates des entsprechenden kurzgeschlossenen Transistorpaars aus, um den Fehler zu lokalisieren und/oder abzuschwächen. Folglich verbessern die hier beschriebenen technischen Lösungen die Kommutierung, indem sie die Zeit zum Entfernen von Leistung von den Transistoren mit schwachem Kurzschluss verringern. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sind in dem Fall anwendbar, in dem das Lenkungssystem 12 mehrere Umrichter statt des einen Umrichters, der in 2 beispielhaft veranschaulicht ist, verwendet.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Motorsteuerungssystem 42, bei welchem der Motor 19 unter Verwendung von dualen Umrichtern mit Leistung versorgt wird, welches die Umrichterschaltung 200 und eine zweite Umrichterschaltung 300 umfasst. In diesem Beispiel ist der Motor 19 ein sechsphasiger Motor oder ein Motor mit zwei dreiphasigen Sätzen, wobei Anschlüsse A, B und C mit der Umrichterschaltung 200 verbunden sind und Anschlüsse D, E und F mit der zweiten Umrichterschaltung 300 verbunden sind. Die Konfiguration mit dualen Umrichtern (und mehreren anderen Umrichtern) ist mit zumindest einem anderen technischen Problem des induzierten Stroms konfrontiert. Zum Beispiel induziert ein Fehler im Anschluss A aufgrund eines Transistorkurzschlusses einen Strom im Anschluss D. Analog induziert ein Fehler im Anschluss B einen Strom im Anschluss E, und ein Fehler im Anschluss C induziert einen Strom im Anschluss F. Der induzierte Strom im zweiten Umrichter 300 kann einen Strom erzeugen, der durch den Stromrückkopplungskreis geregelt wird. Wenn der Widerstandswert des Transistorkurzschlusses höher als eine herkömmliche Durchschlagsspannung von Drain zu Source ist, die die Detektierung detektieren kann, verursacht der ausgebreitete Fehler, dass der Drehmomentbefehl am zweiten Umrichter in einem Fehlerzustand ist, bis der Transistorfehler Wärme im Transistor erzeugt. Diese Wärme im Transistor verursacht einen weiteren Fehler, bis der Widerstand niedrig genug ist, damit der Kurzschluss detektiert werden kann. Mit anderen Worten ist die Stromregelung in dem fehlerhaften Umrichter durch den kurzgeschlossenen MOSFET direkt betroffen, während auch die Stromregelung des sekundären Umrichters durch induzierte Ströme in den zweiten Phasensätzen betroffen ist. Dieses Verhalten in einem System mit zwei Umrichtern und dualen Phasen ist unerwünscht, und es ist das mindestens eine andere technische Problem, auf das die hier beschriebenen technischen Lösungen eingehen.
Das Detektionsmodul 240, das Abschwächungsmodul 250 und das Motorsteuerungsmodul 260, die hier beschrieben sind, überwachen und steuern die Umrichterschaltung 200. Zudem überwachen und steuern das Detektionsmodul 240, das Abschwächungsmodul 250 und das Motorsteuerungsmodul 260 auf analoge Weise die zweite Umrichterschaltung 300. Alternativ kann ein separater Satz von Modulen der zweiten Umrichterschaltung 300 zugeordnet sein. Die Module für die Umrichterschaltung 200 und für die Umrichterschaltung 300 können eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, digitalen Signalprozessoren oder Gatetreibervorrichtungen enthalten. Beispielsweise enthalten die Module Signalmikroprozessoren mit dualen Gatetreibern/Umrichtern, duale Mikroprozessoren, welche separate Controller sind, die miteinander kommunizieren, oder eine beliebige andere Kombination daraus. In einem oder mehreren Beispielen treibt jeweils ein separater Satz von Modulen für die zwei Umrichterschaltungen 200 und 300 einen Phasensatz. Alternativ können mehrere Controller Phasensätze des gleichen Motors betreiben.
Der zweite Umrichter 300 ähnelt dem Umrichter 200. In dem veranschaulichten Beispiel weist auch die Umrichterschaltung 300 drei Transistorpaare 310, 320 und 330 auf, die jeweils einem jeweiligen Messwiderstand 316, 326 und 336 entsprechen. Die Transistorpaare 310, 320 und 330 enthalten jeweils entsprechende High-Side-Transistoren 312, 322 und 332. Die Transistorpaare 310, 320 und 330 enthalten jeweils entsprechende Low-Side-Transistoren 314, 324 und 334. Das Detektionsmodul 240 detektiert die Spannungen über jedem der Messwiderstände in der zweiten Umrichterschaltung 300 auf analoge Weise zu derjenigen, die im Fall der Umrichterschaltung 200 beschrieben ist. Das Motorsteuerungsmodul 260 steuert den Betriebsmodus der zweiten Umrichterschaltung 300 in Ansprechen auf die Fehlerbedingungen, die durch das Detektionsmodul 240 detektiert werden, wie hier beschrieben ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen, welche die Konfiguration mit zwei Umrichtern (oder mehr Umrichtern) umfassen, wie sie in 3 veranschaulicht ist, schaltet das Motorsteuerungsmodul 260 in Ansprechen auf die Detektion einer Fehlerbedingung in einem der Umrichter, den fehlerhaften Umrichter aus und fährt mit der Verwendung eines anderen Umrichters aus den verfügbaren Umrichtern fort. Wenn beispielsweise im Fall von 3 das Detektionsmodul 240 die Bedingung mit schwachem Kurzschluss oder die Unterbrechungsbedingung in der Umrichterschaltung 200 detektiert, schaltet das Motorsteuerungsmodul 260 die Umrichterschaltung 200 aus und fährt mit dem Verwenden der Umrichterschaltung 300 zum Steuern des Betriebs des Motors 19 fort. Folglich deaktiviert das Motorsteuerungsmodul 260 den Umrichter mit dem fehlerhaften Transistor und betreibt den Motor 19 in einer Konfiguration mit einem Umrichter in einer Vorwärts-Drehmomentsteuerung durch eine Kommutierung unter Verwenden des Umrichters, der den Fehler nicht aufweist. Zudem erkennt das Motorsteuerungsmodul 260 unter Verwendung des Abschwächungsmoduls 250 und des Detektionsmoduls 240 die Ursache der Bedingung mit schwachem Kurzschluss oder der Unterbrechungsbedingung in der fehlerhaften Umrichterschaltung 200.
Im Modus mit Vorwärts-Drehmomentsteuerung werden die Motorparameter geschätzt und zusammen mit einer Messung verwendet, um die Spannung vorherzusagen, die am Motor benötigt wird, um das korrekte Drehmoment zu erzielen, wobei der Vorteil darin besteht, dass keine Stromerfassungsfehler die Spannung beeinflussen, die vorhergesagt und an die Motorphasen gesendet wird. Zum Beispiel werden im Modus mit Vorwärts-Drehmomentsteuerung Parameter wie etwa Temperaturen und andere Sensoreingaben zur Vorwärtssteuerung verwendet, um die Motorparameter vorherzusagen und die korrekte Spannung zum Erzielen des Unterstützungsdrehmoments anzulegen. Daher wird keine Rückmeldung verwendet, um eine anzulegende PWM zu bestimmen und die korrekte Spannung zu erzielen. Im Strommodus werden die Phasenströme durch eine Direktmessung eingelesen und direkt verarbeitet, um Drehmoment für den Motor zu steuern. Daher verwendet der Strommodus ein Spannungssignal, das auf einem Strom beruht, um eine Phasenstromrückmeldung direkt oder indirekt zu verwenden, um das Drehmoment in einer Regelung zu regeln.
Wenn beispielsweise der High-Side-Transistor 212 des Transistorpaars 210 auf eingeschaltet befohlen wird und die Low-Side-Transistoren 224 und 234 der Transistorpaare 220 bzw. 230 auf eingeschaltet befohlen werden, führt ein Unterbrechungsfehler des unteren Transistors 224 des Transistorpaars 220 zu einer von Null verschiedenen Spannung über dem Messwiderstand 226. Entsprechend löst das Detektionsmodul 240 aufgrund der Diskrepanz zwischen gemessenen Spannungen der Messwiderstände 226 und 236 eine Fehlerbedingung aus. Das Motorsteuerungsmodul 260 antwortet darauf, indem es den Umrichter 200 deaktiviert, der sich in einer Fehlerbedingung befindet. Ferner fährt das Motorsteuerungsmodul 260 fort, den zweiten Umrichter 300 zu betreiben, nachdem von der Stromregelung zur Vorwärts-Drehmomentsteuerung umgeschaltet wurde. Es versteht sich, dass die hier beschriebene Fehlerdetektionssequenz auf jeden Umrichter und auf jeden oberen Transistor und dessen jeweilige untere Transistoren der verbleibenden Phasen anwendbar ist. Der Umrichter, der den Transistor mit der Fehlerbedingung enthält, kann als fehlerhafter Umrichter bezeichnet werden.
In einem Betrieb mit Vorwärts-Drehmomentsteuerung antwortet das Motorsteuerungsmodul 260, indem es Leistung von dem fehlerhaften Umrichter 200 entfernt und einen Betrieb mit dem zweiten Umrichter 300 zulässt. Darüber hinaus kann das Motorsteuerungsmodul 260 Steuerungsmethodiken erkennen und verändern, um einen Betrieb mit geringerer Leistung aufrechtzuerhalten, um dazu beizutragen, ein bestimmtes Niveau an Drehmoment zu erzielen. Da der Transistor kurzgeschlossen ist, ist auch die „Phasenspule“ mit Leistung oder mit Masse kurzgeschlossen. Folglich kann die angelegte Leistung nicht gestoppt werden. Entsprechend ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen in einem derartigen Fall eine Fehlerabschwächung, indem sie Informationen des fehlerhaften Umrichters verwenden, um zum Bestimmen einer neuen Kommutierungstechnik beizutragen, die ein bestimmtes Drehmomentniveau bereitstellen wird. Daher ermöglichen die technischen Lösungen in Ansprechen auf die Detektion des kurzgeschlossenen oder unterbrochenen Transistors, dass der Motor anders kommutiert wird, wobei der Transistor berücksichtigt wird, der kurzgeschlossen oder unterbrochen ist. Folglich kann das Motorsteuerungsmodul 260 eine spezielle Phasenspule des Umrichters 200 (oder 300) deaktivieren. Es versteht sich, dass die Vorwärts-Drehmomentsteuerung des Betriebs, die hier beschrieben ist, auf jeden Umrichter in einem System mit zwei Umrichtern angewendet werden kann.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Diagnose einer Widerstandsfehlerbedingung in einem Umrichter, der einen Motor in dem Lenkungssystem 12 kommutiert, unter Verwendung der hier beschriebenen technischen Lösungen. Die Beschreibung verwendet hier als Veranschaulichung das Prüfen der Umrichterschaltung 200, jedoch versteht es sich, dass in anderen Beispielen und Iterationen das Verfahren auf analoge Weise mit anderen Umrichterschaltungen ebenfalls funktioniert. Das Verfahren umfasst, dass geprüft wird, ob die Summe der Ströme in der einen oder den mehreren Phasenspulen der Umrichterschaltung mit einer vorbestimmten Bedingung übereinstimmt, etwa ungefähr 0 (Null), wie bei 405 gezeigt ist. Beispielsweise umfasst das Verfahren, dass bestimmt wird, ob iA + iB + iC = 0, wobei iA, iB und iC Stromwerte in den Phasenspulen repräsentieren, die mit den Anschlüssen A, B bzw. C (2) verbunden sind.
Im Fall, dass die Summe mit der Prüfung nicht übereinstimmt, nimmt das Detektionsmodul 240 an, dass eine Umrichterfehlerbedingung vorliegt, und fährt mit dem Erkennen der Ursache der Fehlerbedingung fort, wie weiter beschrieben wird. Alternativ umfasst das Verfahren im Fall, dass die Summe der Ströme übereinstimmt, das Prüfen einer Spannung von Drain zu Source jedes Transistors in der Umrichterschaltung 200, wie bei 410 gezeigt ist. Wenn kein Spannungsfehler vorliegt, wird der Betrieb des Motors 19 fortgesetzt, wie bei 420 gezeigt ist. Wenn alternativ ein Spannungsfehler detektiert wird, fährt das Detektionsmodul 240 fort, die Ursache in Übereinstimmung mit den technischen Lösungen hierin zu bestimmen, wie weiter beschrieben wird. Zum Beispiel wird der Spannungsfehler detektiert, wenn das System einen harten Kurzschluss aufweist. Mit anderen Worten wird ein Transistor mit einem Kurzschluss mit geringem Widerstand angesteuert und in Ansprechen darauf ein Abschwächungsmodus gewählt. In einem oder mehreren Beispielen kann die Stromdetektion alleine verwendet werden, um sowohl einen schwachen Kurzschluss auch einen harten Kurzschluss zu detektieren. Alternativ können sowohl die Strom- als auch die Spannungsdetektion verwendet werden, um den schwachen Kurzschluss und den harten Kurzschluss zu detektieren. Ferner kann es bei einem oder mehreren Beispielen sein, dass die Stromdiagnose nicht verwendet wird, wenn das EPS-System bereits in einem Modus mit Vorwärts-Drehmomentsteuerung betrieben wird.
Daher erkennt das Detektionsmodul 240 in Ansprechen darauf, dass eine Stromfehlerbedingung des Umrichters und/oder eine Spannungsfehlerbedingung des Umrichters detektiert wird, die Ursache, wie weiter beschrieben wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird der Umrichter 200 mit der Fehlerbedingung ausgeschaltet, wie bei 430 gezeigt ist. Ferner wird, wenn ein weiterer Umrichter 300 verfügbar ist, etwa in der Konfiguration mit zwei Umrichtern, der andere Umrichter 300 für die Vorwärts-Drehmomentsteuerung eingerichtet, um die Fahrerdrehmomentunterstützung bereitzustellen, wie bei 430 gezeigt ist. Des Weiteren führt die Kombination aus dem Detektionsmodul 240, dem Abschwächungsmodul 250 und dem Motorsteuerungsmodul 260 einen Transistorkurzschlusstest aus, um das Vorhandensein einer Bedingung mit schwachem Kurzschluss in dem einen oder den mehreren Transistoren in dem Umrichter 200 zu bestimmen, wie bei 440 gezeigt ist. Ferner führt die Kombination einen Transistorunterbrechungstest aus, um das Vorhandensein einer Unterbrechungsbedingung in dem einen oder den mehreren Transistoren in dem Umrichter 200 zu bestimmen, wie bei 450 gezeigt ist. Auf der Grundlage der Ergebnisse des Kurzschlusstests und des Unterbrechungstests führt das Abschwächungsmodul 250 ein oder mehrere Abschwächungsverfahren zur Kommutierung des Stroms aus, wie bei 460 gezeigt ist.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausführen des Kurzschlusstests, um das Vorhandensein einer Bedingung mit schwachem Kurzschluss in dem einen oder den mehreren Transistoren in einem Umrichter zu bestimmen. In einer oder mehreren Ausführungsformen führt die Kombination aus dem Detektionsmodul 240, dem Abschwächungsmodul 250 und dem Motorsteuerungsmodul 260 den Kurzschlusstest des Transistors durch. Zu Beginn umfasst das Verfahren, dass alle Transistoren in dem Umrichter 200 ausgeschaltet werden, wie bei 502 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Reihenfolge jeder Transistor in dem Umrichter eingeschaltet wird und auf eine Kurzschlussbedingung für einen Transistor hin überprüft wird, die einen harten Kurzschluss und/oder einen schwachen Kurzschluss umfasst. In dem Beispiel hierin wird die Umrichterschaltung 200 mit drei Phasen und entsprechend drei Transistorpaaren 210, 220 und 230 verwendet. Jedoch versteht es sich, dass der Transistorkurzschlusstest hier bei anderen Umrichtern mit einer anderen Anzahl von Phasen (Transistorpaaren) ebenfalls verwendet werden kann.
Das Verfahren umfasst ferner, dass der High-Side-Transistor 212 des Transistorpaars 210 eingeschaltet wird, wie bei 506 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 216 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 508 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der Low-Side-Transistor 214 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 510 gezeigt ist. Folglich wird der Low-Side-Transistor 214 beruhend auf dem Strom in dem Messwiderstand 216, wenn der High-Side-Transistor 212 eingeschaltet ist, als mögliche Ursache erkannt.
Das Detektionsmodul 240 fährt mit dem Prüfen der anderen Transistorpaare 220 und 230 auf analoge Weise fort. Entsprechend umfasst das Verfahren, dass der High-Side-Transistor 222 des Transistorpaars 220 eingeschaltet wird, wie bei 512 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 226 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 514 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der Low-Side-Transistor 224 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 516 gezeigt ist.
Das Verfahren umfasst ferner, dass der High-Side-Transistor 232 des Transistorpaars 230 eingeschaltet wird, wie bei 518 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 236 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 520 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der Low-Side-Transistor 234 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 522 gezeigt ist.
Das Verfahren geht weiter, indem es die Low-Side-Transistoren 214, 224 und 234 im Umrichter 200 einschaltet. Beispielsweise umfasst das Verfahren, dass der Low-Side-Transistor 214 des Transistorpaars 210 eingeschaltet wird, wie bei 524 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 216 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 526 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der High-Side-Transistor 212 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 528 gezeigt ist. Daher ermöglicht das Verfahren, dass ein schwacher Kurzschluss in dem High-Side-Transistor detektiert wird, indem der Low-Side-Transistor eingeschaltet wird.
Das Verfahren fährt mit dem Überprüfen auf schwache Kurzschlüsse in den High-Side-Transistoren in den anderen Transistorpaaren fort. Beispielsweise umfasst das Verfahren, dass der Low-Side-Transistor 224 des Transistorpaars 220 eingeschaltet wird, wie bei 530 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 226 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 532 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der High-Side-Transistor 222 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 534 gezeigt ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass der Low-Side-Transistor 234 des Transistorpaars 230 eingeschaltet wird, wie bei 536 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass von dem Detektionsmodul 240 geprüft wird, ob der Strom über den entsprechenden Messwiderstand 236 hinweg größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, etwa 50 Ampere, wie bei 538 gezeigt ist. Wenn dies zutrifft, umfasst das Verfahren, dass berichtet wird, dass der High-Side-Transistor 232 einen schwachen Kurzschluss aufweist, wie bei 540 gezeigt ist.
Das Verfahren umfasst ferner, dass alle Transistoren in dem Umrichter 200 ausgeschaltet werden, welche während des Verfahrens eingeschaltet wurden, wie bei 542 gezeigt ist. Folglich ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen das Bestimmen eines schwachen Kurzschlusses in dem einen oder den mehreren Transistorpaaren und das Erkennen des exakten Transistors, der sich in der Fehlerbedingung befindet. Es wird angemerkt, dass die Sequenz des Prüfens der Transistorpaare, die hier beschrieben ist, nur ein Beispiel ist, und dass in anderen Ausführungsformen die Transistorpaare in einer anderen Reihenfolge geprüft werden können.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren eines Transistors mit Unterbrechungsbedingung in einem oder mehreren Paaren von Transistoren in einem Umrichter. In einer oder mehreren Ausführungsformen führt die Kombination aus dem Detektionsmodul 240, dem Abschwächungsmodul 250 und dem Motorsteuerungsmodul 260 den Transistorunterbrechungstest aus. Zu Beginn werden beim Starten alle Transistoren in dem Umrichter 200 ausgeschaltet, wie bei 602 und 604 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass jeder Transistor in dem Umrichter in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Sequenz eingeschaltet wird und auf eine Unterbrechungsbedingung hin geprüft wird. In dem Beispiel hierin wird die Umrichterschaltung 200 mit drei Phasen und entsprechend drei Transistorpaaren 210, 220 und 230 verwendet. Jedoch versteht es sich, dass der Transistorunterbrechungstest hierin in anderen Umrichtern mit einer anderen Anzahl von Phasen (Transistorpaaren) ebenfalls verwendet werden kann.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Verfahren, dass der High-Side-Transistor 212, der Low-Side-Transistor 224 und der Low-Side-Transistor 234 eingeschaltet werden, wie bei 606 gezeigt ist. Folglich werden ein High-Side-Transistor eines ersten Transistorpaars und Low-Side-Transistoren der zweiten und dritten (der anderen) Transistorpaare eingeschaltet. Das Detektionsmodul 240 wird dann verwendet, um die jeweiligen Stromwerte über die Messwiderstände hinweg zu prüfen, die dem zweiten und dritten Transistorpaar entsprechen, in diesem Fall den Messwiderstand 226 und den Messwiderstand 236. Wenn die beiden Stromwerte unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegen (wie etwa im Wesentlichen Null), wird berichtet, dass der High-Side-Transistor 212 des ersten Transistorpaars 210 unterbrochen ist, wie bei 608 und 610 gezeigt ist. Daher wird beispielsweise der Widerstandsfehler als die Unterbrechungsbedingung in dem High-Side-Transistor 212 beim Detektieren erkannt, dass die Spannung am zweiten Messwiderstand (über dem Messwiderstand 226) und/oder die Spannung am dritten Messwiderstand (über dem Messwiderstand 236) im Wesentlichen gleich einer Nullspannung ist/sind.
Wenn alternativ nur der Strom über den Messwiderstand 226 hinweg, der dem zweiten Transistorpaar 220 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 224 des zweiten Transistorpaars 220 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 612 und 614 gezeigt ist. Alternativ jedoch wird, wenn nur der Strom über den Messwiderstand 236 hinweg, der dem dritten Transistorpaar 230 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 234 des dritten Transistorpaars 230 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 616 und 618 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst, dass alle Transistoren im Umrichter 200 ausgeschaltet werden, wie bei 620 gezeigt ist.
Das Verfahren fährt fort, indem es das Testen der verbleibenden Transistoren in dem Umrichter 200 ermöglicht. Beispielsweise umfasst das Verfahren, dass der High-Side-Transistor 222, der Low-Side-Transistor 214 und der Low-Side-Transistor 234 eingeschaltet werden, wie bei 622 gezeigt ist. Folglich werden ein High-Side-Transistor des zweiten Transistorpaars und Low-Side-Transistoren der ersten und dritten (der anderen) Transistorpaare eingeschaltet. Das Detektionsmodul 240 wird dann verwendet, um die jeweiligen Stromwerte über die Messwiderstände hinweg, die dem ersten und dritten Transistorpaar entsprechen, zu prüfen, in diesem Fall der Messwiderstand 216 und der Messwiderstand 236. Wenn die beiden Stromwerte unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegen, wird berichtet, dass der High-Side-Transistor 222 des zweiten Transistorpaars 220 unterbrochen ist, wie bei 624 und 626 gezeigt ist. Wenn alternativ nur der Strom über den Messwiderstand 216 hinweg, der dem ersten Transistorpaar 210 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 214 des ersten Transistorpaars 210 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 628 und 630 gezeigt ist. Alternativ jedoch wird, wenn nur der Strom über den Messwiderstand 236 hinweg, der dem dritten Transistorpaar 230 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 234 des dritten Transistorpaars 230 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 632 und 634 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst, dass alle Transistoren in dem Umrichter 200 ausgeschaltet werden, wie bei 636 gezeigt ist.
Das Verfahren fährt fort, indem es ermöglicht, dass die verbleibenden Transistoren in dem Umrichter 200 getestet werden. Zum Beispiel umfasst das Verfahren, dass der High-Side-Transistor 232, der Low-Side-Transistor 214 und der Low-Side-Transistor 224 eingeschaltet werden, wie bei 638 gezeigt ist. Folglich werden ein High-Side-Transistor des dritten Transistorpaars 230 und Low-Side-Transistoren der ersten und zweiten (der anderen) Transistorpaare 210 und 220 eingeschaltet. Das Detektionsmodul 240 wird dann verwendet, um die jeweiligen Stromwerte über die Messwiderstände hinweg, die dem ersten und zweiten Transistorpaar entsprechen, zu überprüfen, in diesem Fall der Messwiderstand 216 und der Messwiderstand 226. Wenn die beiden Stromwerte unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegen, wird berichtet, dass der High-Side-Transistor 232 des dritten Transistorpaars 230 unterbrochen ist, wie bei 640 und 642 gezeigt ist. Wenn alternativ nur der Strom über den Messwiderstand 216 hinweg, der dem ersten Transistorpaar 210 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 214 des ersten Transistorpaars 210 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 644 und 646 gezeigt ist. Alternativ jedoch wird, wenn nur der Strom über den Messwiderstand 226 hinweg, der dem zweiten Transistorpaar 220 entspricht, unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, berichtet, dass sich der Low-Side-Transistor 224 des zweiten Transistorpaars 220 in einer Unterbrechungsbedingung befindet, wie bei 648 und 650 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst, dass alle Transistoren in dem Umrichter 200 ausgeschaltet werden, wie bei 652 gezeigt ist. Sobald der Unterbrechungsbedingungstransistortest abgeschlossen ist, umfasst das Verfahren, dass zu der Abschwächungsauswahloperation zurückgesprungen wird, wie vorstehend (4) beschrieben ist, was bei 654 gezeigt ist.
Folglich wird/werden unter Verwendung des Transistorunterbrechungstests der oder die Transistoren, die aufgrund einer Unterbrechungsbedingung ausfallen, genau erkannt.
Nach dem Erkennen der Ursache des Widerstandsfehlers einer Phasenspule erzeugt das Detektionsmodul 240 eine Widerstandsfehlerkennung und sendet diese an das Abschwächungsmodul 250. Die Widerstandsfehlerkennung zeigt eine spezielle Phasenspule (oder ein Transistorpaar) und einen speziellen Transistor in der Phasenspule, der den Widerstandsfehler aufweist, an. Zudem sendet das Detektionsmodul 240 eine Widerstandsfehlertypkennung an das Abschwächungsmodul 250. Die Widerstandsfehlertypkennung zeigt den Typ des Widerstandsfehlers an, eine Bedingung mit schwachem Kurzschluss, eine Unterbrechungsbedingung, eine Kurzschlussbedingung und so weiter. Das Abschwächungsmodul 250 wählt die geeignete Abschwächungstechnik auf der Grundlage der Widerstandsfehlerkennung und der Widerstandsfehlertypkennung aus.
7 und 8 veranschaulichen verschiedene Beispiele für Abschwächungstechniken, aus denen das Abschwächungsmodul 250 in Ansprechen auf die Fehlerbedingung wählen kann, die in dem/den Umrichtern des Motors 19 detektiert wurden. Zum Beispiel führt das Abschwächungsmodul 250 auf der Grundlage der Ergebnisse des Kurzschlusstests und des Unterbrechungstests ein oder mehrere Abschwächungsverfahren aus, um den Strom zu kommutieren, wie bei 460 (4) gezeigt ist. Speziell veranschaulicht 7 einen Satz von Abschwächungstechniken zum Abschwächen der Effekte im Falle einer Konfiguration mit einem Umrichter, während 8 einen Satz von Abschwächungstechniken in einem Verfahren mit mehreren Umrichtern veranschaulicht. Obwohl 8 das Szenario für einen dualen Umrichter veranschaulicht, versteht es sich, dass ähnliche Abschwächungstechniken im Falle von zusätzlichen Umrichtern verwendet werden können. Ferner wird angemerkt, dass die hier beschriebenen Verfahren 3-phasige Umrichter verwenden, jedoch sind die Verfahren analog auf Umrichter mit einer anderen Anzahl von Phasen anwendbar.
Mit Bezug auf 7 verändert das Motorsteuerungsmodul 260 im Fall der Konfiguration mit einem Umrichter in einer oder mehreren Ausführungsformen in Ansprechen auf das Ergreifen des Abschwächungsschritts (460 in 4) den Umrichter 200, der sich in einer Fehlerbedingung befindet, aus einem Stromregelungsmodus in einen Vorwärts-Drehmomentmodus, wie bei 705 und 710 gezeigt ist. In einem oder mehreren Beispielen wird die Abschwächungstechnik auf der Grundlage dessen gewählt, welcher spezielle Transistor/welche speziellen Transistoren des Paars einen Fehler aufweist/aufweisen. Im Fall, dass der detektierte Fehler ein schwacher Kurzschluss ist, kann das Motorsteuerungsmodul 260 den Umrichter 200 ausschalten, wie bei 725 und 730 gezeigt ist. Alternativ kann das Motorsteuerungsmodul 260 wählen, die Phase (d.h., das Transistorpaar) zu trennen, welche die Bedingung mit dem schwachen Kurzschluss aufweist, und es fährt ferner mit dem Kommutieren unter Verwendung der verbleibenden Phasen in einem Drehmomentverstärkungsmodus fort, wie bei 735 gezeigt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Phase getrennt werden, indem ein Relais geöffnet wird, das der Phase oder der Transistorvorrichtung zugeordnet ist und in den Figuren nicht gezeigt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen verstärkt das Motorsteuerungsmodul 260 in dem Drehmomentverstärkungsmodus das Fahrerdrehmoment unter Verwendung eines modifizierten Drehmomentbefehls, indem es den Basisspannungsbefehl selbst verändert, der für den Drehmomentunterstützungsbefehl verwendet wird.
Alternativ wählt das Abschwächungsmodul 250 einen FET-Fehler-Abschwächungsmodus. Wenn die Motorphasenspule mit einem der Stromquellenanschlüsse kurzgeschlossen ist, bedeutet dies, dass die kurzgeschlossene Phasenspannung entweder die Batteriespannung oder Masse ist. In diesem Fall verschiebt das Motorsteuerungssystem 42 in dem FET-Fehler-Abschwächungsmodus eine Phasenspulenanschlussspannungsreferenz, so dass eine Spannung, die an den kurzgeschlossenen (fehlerhaften) Phasenspulenanschluss angelegt wird, gleich einer Spannung ist, die an dem fehlerhaften Phasenspulenanschluss bei einer Kurzschlussbedingung erhalten würde. Ferner werden die FETs so geschaltet, dass die Durchschnittsspannung über den drei Phasenspulen gleich modifizierten Spannungen ist. Es sei erwähnt, dass es, obwohl die vorstehenden Schritte ein Fahrerunterstützungsdrehmoment während einer Fehlerbedingung bereitstellen, auch bestimmte Motorpositionen gibt, bei denen eine Phasenspulenanschlussspannung an einen Maximalwert oder einen Minimalwert geklemmt ist und daher eine gewünschte Spannung nicht an den Motor 19 angelegt werden kann, um eine gewünschte Drehmomentantwort zu erhalten. Jedoch kann das Motorsteuerungssystem 42 einen Spannungsphasenwinkel so modifizieren, dass eine an eine Phasenspule angelegte Spannung bei diesen bestimmten Motorpositionen derart ist, dass die Amplitude der Phasenspulenspannung nach einem Verändern der Referenzspannung innerhalb des festgeklemmten Spannungsbereichs liegt.
Folglich ermöglicht das Motorsteuerungssystem 42 das Erzeugen des Drehmomentunterstützungsbefehls durch den Motor 19 unter Verwendung der Phase, die sich in der Fehlerbedingung mit schwachem Kurzschluss befindet, unter Verwendung des FET-Abschwächungsmodus, wie bei 740 gezeigt ist. Alternativ trennt das Abschwächungsmodul 250 in einer oder mehreren Ausführungsformen die Phase, die sich in einer Fehlerbedingung befindet, und führt anschließend die FET-Fehlerabschwächung aus, indem es den Motor 19 unter Verwendung der verbleibenden Phasen kommutiert (d.h. ohne die Phase, die sich in einer Fehlerbedingung befindet), wie bei 745 gezeigt ist.
Alternativ schaltet das Abschwächungsmodul 250 im Fall, dass der detektierte Fehler eine Unterbrechungsbedingung ist, den Umrichter 200 aus, wie bei 750 und 755 gezeigt ist. Alternativ kommutiert das Abschwächungsmodul den Umrichter 200 in einem Modus mit 5 FETs, wie bei 760 gezeigt ist. Es wird angemerkt, dass der Modus mit 5 FETs für das in 2 veranschaulichte Beispiel eines Umrichters 200 mit 3 Phasen und 6 Polen spezifisch ist. Im Fall, dass der Umrichter 200 eine andere Anzahl von Polen aufweist, sagen wir P, kommutiert das Motorsteuerungsmodul 260 den Umrichter 200 unter Verwendung eines Modus mit P-1 FETs. Das Motorsteuerungsmodul 260 kommutiert in einem FET-Fehlerabschwächungsmodus, wie bei 765 gezeigt ist. In einem oder mehreren Beispielen kommutiert das Abschwächungsmodul 250 den Umrichter 200 in einem Fehlerabschwächungsmodus, wie bei 765 gezeigt ist. Wie vorstehend beschrieben ist, ermöglicht der Fehlerabschwächungsmodus in einem oder mehreren Beispielen, dass das Lenkungssystem 12 den Fahrerunterstützungsdrehmomentbefehl verstärkt. Alternativ arbeitet das Lenkungssystem 12 in dem Fehlerabschwächungsmodus mit nur den verbleibenden Komponenten, ohne eine zusätzliche Verstärkung für den Fahrerunterstützungsdrehmomentbefehl zu verwenden.
Mit Bezug nun auf 8 schaltet das Motorsteuerungsmodul 260 im Fall der Konfiguration mit dualen Umrichtern zu Beginn den Umrichter 200 in den Vorwärts-Drehmomentmodus, wie bei 805 und 810 gezeigt ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass die Fehlerbedingung aus den vier Möglichkeiten in diesem Fall bestimmt wird - schwacher Kurzschluss im ersten Umrichter 200; Unterbrechungsbedingung im ersten Umrichter 200, schwacher Kurzschluss in beiden; dem ersten Umrichter 200 und dem zweiten Umrichter 300; und eine Unterbrechungsbedingung in beiden, dem ersten Umrichter 200 und dem zweiten Umrichter 300. Folglich schaltet das Abschwächungsmodul 250 in Ansprechen darauf, dass die Fehlerbedingung der schwache Kurzschluss nur im ersten Umrichter 200 ist, beide aus, den ersten Umrichter 200 und den zweiten Umrichter 300, wie bei 825 und 830 gezeigt ist.
Alternativ hält das Abschwächungsmodul 250 den fehlerhaften Umrichter 200 in einem ausgeschalteten Modus und initialisiert den zweiten Umrichter 300 zum Kommutieren, wie bei 835 gezeigt ist. Bei noch einem anderen Beispiel verwendet das Abschwächungsmodul 250 den Umrichter 200 in dem FET-Fehler-Abschwächungsmodus und den Umrichter 300 im regulären Betriebsmodus, wie bei 840 gezeigt ist. Der FET-Fehler-Abschwächungsmodus ist hier beschrieben.
Alternativ trennt das Abschwächungsmodul 260 in einem anderen Beispiel alle Phasen in dem fehlerhaften Umrichter 200 und betreibt den zweiten Umrichter 300 in einem regulären Betriebsmodus, wie bei 845 gezeigt ist. Im regulären Betriebsmodus wird eine vorbestimmte Standardkommutierung verwendet, um den Drehmomentbefehl für den Motor 19 unter Verwendung vorbestimmter Referenzspannungen an jeder Phasenspule zu erzeugen.
In einem anderen Beispiel trennt das Abschwächungsmodul 250 nur diejenigen Phasen des Umrichters 200, welche eine Fehlerbedingung aufweisen, und behält daher nur die Verbindung zu den Phasen ohne Fehlerbedingung, wie bei 850 gezeigt ist. Die Phase kann unter Verwendung eines oder mehrerer Relais, Sicherungen oder beliebiger anderer derartiger Komponenten getrennt werden. Anschließend fährt das Abschwächungsmodul 250 damit fort, den fehlerhaften Umrichter 200 in einem regulären Betriebsmodus mit nur den verbundenen Phasen zu betreiben, zusammen mit dem zweiten Umrichter 300 in einem regulären Betriebsmodus. In noch einem weiteren Beispiel führt das Abschwächungsmodul 250 nach dem Trennen der fehlerhaften Phasen den Umrichter 200 in dem FET-Fehler-Abschwächungsmodus aus, und der zweite Umrichter 300 fährt mit dem regulären Betriebsmodus fort, wie bei 855 gezeigt ist.
Im Fall, dass beide Umrichter, der Umrichter 200 und der Umrichter 300 einen schwachen Kurzschluss aufweisen, schaltet das Abschwächungsmodul 250 in einem Beispiel die beiden Umrichter aus, wie bei 860 und 862 gezeigt ist. Alternativ führt das Abschwächungsmodul 250 die beiden Umrichter in einem FET-Fehler-Abschwächungsmodus aus (ohne irgendeine Phase zu trennen), wie bei 864 gezeigt ist. Bei noch einem anderen Beispiel trennt das Abschwächungsmodul 250 die fehlerhaften Phasen in beiden Umrichtern und verwendet einen regulären Betriebsmodus bei beiden Umrichtern, wie bei 866 gezeigt ist. Bei noch einem anderen Beispiel trennt das Abschwächungsmodul die fehlerhaften Phasen in beiden Umrichtern und kommutiert den Strom in beiden Umrichtern in einem FET-Fehler-Abschwächungsmodus, wie bei 868 gezeigt ist.
Im Fall, dass einer der Umrichter eine Unterbrechungsbedingung aufweist und der andere Umrichter fehlerfrei ist, wählt das Abschwächungsmodul 250, wie bei 870 gezeigt ist, eine hier beschriebene Abschwächungstechnik. Beispielsweise wird angenommen, dass der Umrichter 200 die Unterbrechungsbedingung aufweist und der zweite Umrichter 300 ohne Fehler arbeitet. In einem Beispiel schaltet das Abschwächungsmodul 250 die beiden Umrichter aus, wie bei 872 gezeigt ist. Alternativ schaltet das Abschwächungsmodul nur den Umrichter 200 aus und fährt fort, den zweiten Umrichter 300 zur Kommutierung zu betreiben und damit den Drehmomentbefehl zu erzeugen, wie bei 874 gezeigt ist. Alternativ verwendet das Abschwächungsmodul 250 den Umrichter 200 in einem Modus mit 5 FETs, indem es den Transistor trennt, der sich in der Unterbrechungsbedingung befindet, und es verwendet den zweiten Umrichter 300 in einem regulären Betriebsmodus, wie bei 876 gezeigt ist. Wie vorstehend beschrieben ist der Modus mit „5 FETs“ spezifisch für das Beispiel mit 3 Phasen und 6 Polen von 2, und im Allgemeinen werden P-1 Phasen verwendet. Alternativ verwendet das Abschwächungsmodul 250 den Umrichter 200 in einem FET-Fehler-Abschwächungsmodus und fährt mit dem Verwenden des zweiten Umrichters 300 in einem regulären Betriebsmodus fort, wie bei 878 gezeigt ist.
In einem anderen Fall können beide Umrichter mindestens eine Vorrichtung aufweisen, die sich in einem Unterbrechungszustand befindet, wie bei 880 gezeigt ist. In einem derartigen Fall schaltet das Abschwächungsmodul 250 in einem Beispiel die beiden Umrichter aus, wie bei 882 gezeigt ist. Alternativ ermöglicht das Abschwächungsmodul 250 eine Kommutierung durch beide Umrichter in dem Modus mit 5 FETs, wie bei 884 gezeigt ist. Alternativ jedoch betreibt das Abschwächungsmodul 250 beide Umrichter in einem FET-Fehler-Abschwächungsmodus, wie bei 886 gezeigt ist.
Folglich ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen das Verwenden von Low-Side-Messwiderständen, um „schwächere“ Transistor- und Phasenkurzschlüsse in einem Umrichter zu detektieren, der einen Motor betreibt, welcher einen Fahrerunterstützungsdrehmomentbefehl in Servolenkungssystemen erzeugt. Beispielsweise ermöglicht das Detektieren eines Stroms durch einen Low-Side-Messwiderstand, wenn ein unterer Transistor aktiviert ist, das Detektieren eines Durchschlags eines High-Side-Transistors (oder oberen Transistors). Ferner ermöglicht das Detektieren von von Null verschiedenen Werten des Stroms, wenn der Low-Side-Transistor auf unterbrochen befohlen wird, das Detektieren eines Durchschlagfehlers des Low-Side-Transistors (oder unteren Transistors). In einem oder mehreren Beispielen wird, nachdem ein Gatetreiber einen harten Kurzschluss oder eine Unterbrechung detektiert, der Strom untersucht, indem der komplementäre Transistor des fehlerhaften Transistors eingeschaltet wird und die Spannung an dem entsprechenden Low-Side-Messwiderstand geprüft wird. Folglich wird eine Unterbrechungsbedingung gegenüber einer Kurzschlussbedingung detektiert. Beruhend auf der erkannten Bedingung wählt ein Abschwächungsmodul einen Kommutierungsbetriebsmodus, um das Fahrerunterstützungsdrehmoment zu optimieren, das von dem Servolenkungssystem erzeugt wird.
In einer Konfiguration mit einem Umrichter beispielsweise kann die Abschwächungstechnik, die in Ansprechen auf eine Bedingung mit einem schwachen Kurzschluss gewählt wird, eine umfassen von dem Ausschalten des Umrichters mit dem Widerstandsfehler, dem Betreiben des Umrichters in einem Transistorabschwächungskommutierungsmodus, dem Trennen der Phase, welche den Transistor mit dem Widerstandsfehler enthält und dem Betreiben des Umrichters in einem regulären Modus, und dem Trennen der Phase, die den Transistor mit dem Widerstandsfehler enthält und dem Betreiben des Umrichters in einem Transistorabschwächungskommutierungsmodus. Beispielsweise kann in einer Konfiguration mit einem Umrichter die Abschwächungstechnik, die in Ansprechen auf eine Unterbrechungsbedingung gewählt wird, eine umfassen von dem Ausschalten des Umrichters mit dem Widerstandsfehler, dem Betreiben des Umrichters in einem Transistorabschwächungskommutierungsmodus und dem Trennen des Transistors, der den Widerstandsfehler aufweist und dem Betreiben des Umrichters in einem regulären Betriebsmodus mit den verbleibenden Transistoren (z.B. 5 von 6 Transistoren in 1).
Ferner kann die Abschwächungstechnik in der Konfiguration mit mehreren Umrichtern umfassen, dass alle Umrichter ausgeschaltet werden. Alternativ kann die Abschwächungstechnik im Fall, dass einer der Umrichter fehlerhaft wird, umfassen, dass der Motor in einer Konfiguration mit einem Umrichter betrieben wird, wobei einer der nicht fehlerhaften Umrichter in einer Vorwärts-Drehmomentsteuerung in einer der Kombinationen der vorstehend beschriebenen Abschwächungstechniken mit einem Umrichter betrieben wird. Wenn alternativ alle Umrichter gleichzeitig einen Widerstandsfehler aufweisen, kann die Abschwächungstechnik umfassen, dass eine Kombination der vorstehend beschriebenen Abschwächungstechniken für einen Umrichter bei jedem Umrichter verwendet wird.
Die Ausführungsformen der hier beschriebenen technischen Lösungen verbessern EPS-Systeme, bei welchen ein PID-Regelkreis Strommesswerte verwenden kann, um Fehler zu korrigieren, die im Betrieb auftreten (das heißt in einem Betriebsmodus), wobei typischerweise Diagnosen auf Spannungsmessungen zwischen Drain und Source der Transistoren in dem Umrichter beruhen. Wenn eine Durchschlagsbedingung mit hohem Strom existiert, dann wird die Spannung über dem MOSFET höher sein. Im Fall von schwächeren Transistorkurzschlüssen sind diese Spannungsmesswerte nicht hoch genug, um einen Kurzschluss von einem Normalbetrieb zu unterscheiden. Durch Detektieren dieser Bedingung ermöglichen die hier beschriebenen technischen Lösungen das Verhindern, dass mehrere Transistoren kaskadenförmig zu zusätzlichen Fehlern führen, die zu einem höheren Bremsdrehmoment führen. Mit anderen Worten wird, wenn ein kurzgeschlossener Transistor auftritt, die Bedingung detektiert, bevor ein komplementärer Transistor thermisch ausfällt. Ferner ermöglichen die technischen Lösungen, dass ein Induktionsfehler bei einem Wicklungssatz bei Systemen mit dualen Wicklungen verhindert wird, was in EPS-Systemen mit einem Übergang zu einer Vorwärts-Drehmomentsteuerung erleichtert wird.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt bei einem beliebigen möglichen technischen Detailniveau der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien enthalten, die darin computerlesbare Programmanweisungen aufweisen, um zu veranlassen, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen ausführt.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen sind hier mit Bezug auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme und Kombinationen aus Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen implementiert werden können.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb von möglichen Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. Diesbezüglich kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt von Anweisungen repräsentieren, welches/welcher ein oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Implementieren der logischen Funktionen umfassen. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken beschriebenen Funktionen abweichend von der Reihenfolge auftreten, die in den Figuren beschrieben ist. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die aufeinanderfolgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es soll außerdem erwähnt werden, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammveranschaulichungen und Kombinationen aus Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammveranschaulichungen durch spezialisierte hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, welche die beschriebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen von spezieller Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Außerdem ist festzustellen, dass alle Module, Einheiten, Komponenten, Server, Computer, Endgeräte oder Vorrichtungen, die hier beispielhaft beschrieben sind, welche Anweisungen ausführen, computerlesbare Medien enthalten oder anderweitig darauf Zugriff haben können, wie etwa Speichermedien, Computerspeichermedien oder Datenspeichervorrichtungen (austauschbar und/oder nicht austauschbar), wie zum Beispiel magnetische Platten, optische Platten oder Bänder. Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, austauschbare und nicht austauschbare Medien umfassen, die mit einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zum Speichern von Informationen implementiert sind, etwa von computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten. Derartige Computerspeichermedien können Teil der Vorrichtung sein oder dafür zugänglich oder damit verbindbar sein. Jede Anwendung oder jedes Modul, die/das hier beschrieben ist, kann unter Verwendung computerlesbarer/ausführbarer Anweisungen implementiert werden, die durch diese computerlesbaren Medien gespeichert oder anderweitig vorgehalten werden können.
Obwohl die technischen Lösungen im Detail in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es leicht zu verstehen, dass die technischen Lösungen nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind. Stattdessen können die technischen Lösungen modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Veränderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier im Vorstehenden nicht beschrieben sind, welche aber mit dem Geist und Umfang der technischen Lösungen übereinstimmen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben wurden, ist es außerdem zu verstehen, dass Aspekte der technischen Lösungen nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Folglich dürfen die technischen Lösungen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die vorstehende Beschreibung begrenzt sind.

Claims

Motorsteuerungssystem zum Detektieren eines Fehlers in einem Umrichter, der mit einem Motor verbunden ist, und zum Betreiben eines Systems in Ansprechen auf den Fehler, wobei das Motorsteuerungssystem umfasst: ein Transistorpaar, das betrieben werden kann, um selektiv Leistung für eine entsprechende Phasenspule des Motors des Systems bereitzustellen, wobei das Transistorpaar umfasst: einen High-Side-Transistor und einen Low-Side-Transistor, die in Reihe verbunden sind, wobei der High-Side-Transistor mit einer Stromversorgung verbunden ist und der Low-Side-Transistor mit einem Messwiderstand verbunden ist, welcher dem Transistorpaar zugeordnet ist; ein Detektionsmodul, das einen Widerstandsfehler in dem Transistorpaar detektiert, indem es eine Spannung über dem Messwiderstand in Ansprechen auf einen Gatetreiberbefehl überwacht, der an das Transistorpaar angelegt wird; ein Abschwächungsmodul, das einen Betriebsmodus des Umrichters auf der Grundlage des Widerstandsfehlers auswählt; und ein Motorsteuerungsmodul, das den Umrichter in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus steuert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsfehler eine Kurzschlussbedingung eines Transistors in dem Transistorpaar ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei das Detektionsmodul erkennt, welcher Transistor des Transistorpaars die Bedingung mit schwachem Kurzschluss aufweist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler die Bedingung mit schwachem Kurzschluss ist, das Ausschalten des Umrichters wählt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler die Bedingung mit schwachem Kurzschluss ist, einen Transistorabschwächungskommutierungsmodus als den Betriebsmodus des Umrichters wählt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler die Bedingung mit schwachem Kurzschluss ist, das Trennen der entsprechenden Phasenspule wählt, die mit dem Transistorpaar verbunden ist, welches den Transistor enthält, der den Widerstandsfehler aufweist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 6, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler die Bedingung mit schwachem Kurzschluss ist, ferner einen Transistorabschwächungskommutierungsmodus als den Betriebsmodus des Umrichters wählt, nachdem die entsprechende Phasenspule getrennt wurde, die mit dem Transistorpaar verbunden ist, das den Transistor enthält, der den Widerstandsfehler aufweist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Widerstandsfehler eine Unterbrechungsbedingung eines Transistors in dem Transistorpaar ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 8, wobei das Detektionsmodul erkennt, welcher Transistor des Transistorpaars die Unterbrechungsbedingung aufweist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 9, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler die Unterbrechungsbedingung ist, das Ausschalten des Umrichters wählt.
System zum Betreiben einer Konfiguration mit mehreren Umrichtern, die einen Motor in einem Servolenkungssystem kommutiert, wobei das System umfasst: ein Detektionsmodul, das ausgestaltet ist, um einen Widerstandsfehler in einem Transistorpaar zu detektieren, das Leistung schaltet, die für eine entsprechende Phasenspule eines Motors des Servolenkungssystems bereitgestellt wird, wobei das Detektionsmodul den Widerstandsfehler durch Überwachen einer Spannung über einem Messwiderstand detektiert, der dem Transistorpaar zugeordnet ist; ein Abschwächungsmodul, das einen Betriebsmodus jedes des einen oder der mehreren Umrichter in der Konfiguration mit mehreren Umrichtern in Ansprechen darauf wählt, dass der Widerstandsfehler detektiert wird, und beruhend auf einem Typ des detektierten Widerstandsfehlers; und ein Motorsteuerungsmodul, das den einen oder die mehreren Umrichter in Übereinstimmung mit jedem jeweiligen gewählten Betriebsmodus steuert.
System nach Anspruch 11, wobei das Transistorpaar umfasst: einen High-Side-Transistor und einen Low-Side-Transistor, die in Reihe verbunden sind, wobei der High-Side-Transistor mit einer Stromversorgung verbunden ist und der Low-Side-Transistor mit dem Messwiderstand verbunden ist, der dem Transistorpaar zugeordnet ist;
System nach Anspruch 11, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler eine Unterbrechungsbedingung in dem Transistorpaar ist, welches sich in einem ersten Umrichter der Konfiguration mit mehreren Umrichtern befindet, das Ausschalten des ersten Umrichters wählt und mit dem Kommutieren des Motors unter Verwendung eines zweiten Umrichters der Konfiguration mit mehreren Umrichtern fortfährt.
System nach Anspruch 11, wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler eine Unterbrechungsbedingung in dem Transistorpaar ist, welches sich in einem ersten Umrichter der Konfiguration mit mehreren Umrichtern befindet, das Ausschalten des ersten Umrichters wählt und mit dem Kommutieren des Motors unter Verwendung eines zweiten Umrichters der Konfiguration mit mehreren Umrichtern fortfährt.
System nach Anspruch 12, wobei das Detektionsmodul in Ansprechen darauf, dass der Widerstandsfehler eine Unterbrechungsbedingung in dem Transistorpaar ist, welches sich in einem ersten Umrichter der Konfiguration mit mehreren Umrichtern befindet, erkennt, welcher Transistor des Transistorpaars die Unterbrechungsbedingung aufweist, und wobei das Abschwächungsmodul in Ansprechen auf das Erkennen eines Transistors mit Unterbrechungsbedingung wählt, das Kommutieren des Motors unter Verwendung des ersten Umrichters fortzusetzen, nachdem der Transistor mit Unterbrechungsbedingung des Transistorpaars getrennt wurde.