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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung und ein Servolenksystem.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Elektrische Systeme, die in einem Fahrzeug installiert sind, enthalten ein Servolenksystem (im Nachfolgenden bezeichnet als ein „
EPS“), das den Fahrer beim Lenken unterstützt. Das
EPS enthält einen Motor zur Lenkunterstützung. Das
EPS betreibt den Motor zur Lenkunterstützung als Antwort eines Rotationsbetriebs eines Lenkteils, wie beispielsweise einem Lenkrad, und legt Leistung, die durch den Motor erzeugt ist, an einen Lenkmechanismus an, um somit beim Lenken zu unterstützen (s.
WO 2016/051884 Pamphlet).
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In dem EPS wird, wenn ein großes Hilfsdrehmoment durch den Motor angelegt ist, wenn ein Lenksystem nahe an dem maximalen Lenkwinkel (Zahnstangenende) ist, ein großer Schlag zu der Zeit, wenn das Lenksystem den maximalen Lenkwinkel erreicht, erzeugt, (im Nachfolgenden bezeichnet als ein „Endschlag“), so dass ein Schlaggeräusch erzeugt ist. Somit könnte sich der Fahrer unkomfortabel fühlen.
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Gemäß
WO 2016/051884 ist die Kraft des Endschlags durch Limitieren eines Stromsteuerwerts für den Motor in der Nähe des Zahnstangenendes reduziert, um einen großen Schlag zu der Zeit des Endschlags zu verhindern.
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In dem Fall von schweren Fahrzeugen ist, da das Fahrzeuggewicht groß ist, die Lenkaxialkraft während des Lenkens groß, wenn das Fahrzeug stationär ist. Daher sind ein EPS, das ein Hilfsleistungsversorgungssystem enthält, das zusätzlich zu einer Hauptleistungsversorgung für das EPS eine Hilfsleistungsversorgung hat, und ein EPS-System, das ein Hilfsleistungsversorgungssystem enthält, das eine Sicherungsfunktion zusätzlich zu einer Hilfsbatterie für EPS hat, bereitgestellt (s. 5A und 5B).
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In dem EPS-System, das ein Hilfsleistungsversorgungssystem enthält, das eine Sicherungsfunktion hat, ist, wenn eine Reaktionskraft wegen dem Endschlag etc. nicht an einen EPS-Motor 400 angelegt ist, ein Strom von einer Hauptleistungsversorgung 100 für den EPS-Motor 400 durch ein Hilfsleistungsversorgungssystem 200 und einen EPS-Wechselrichter 300, wie in 5A aufgezeigt, angelegt.
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Inzwischen ist, wenn eine Reaktionskraft wegen einem Endschlag etc. an den EPS-Motor 400 angelegt ist, ein regenerativer Strom als regenerative Energie erzeugt. Der regenerative Strom fließt von dem EPS-Motor 400 zu der Hauptleistungsversorgung 100 durch den EPS-Wechselrichter 300 und das Hilfsleistungsversorgungssystem 200, wie in 5B aufgezeigt.
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Die Hauptleistungsversorgung 100 ist normalerweise aus beispielsweise einer Bleibatterie gebildet. Das heißt, wenn der regenerative Strom zu der Hauptleistungsversorgung 100 fließt, kann ein Phänomen auftreten, in welchem ein Verschleiß der Bleibatterie beschleunigt ist. Insbesondere ist, wenn der Fahrer das Lenkteil betreibt, bis ein Endschlag auftritt, eine große regenerative Energie, d. h. ein großer regenerativer Strom, erzeugt. Daher muss dieses Phänomen angegangen werden, um die Verkäuflichkeit des Produktes zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung und ein Servolenksystem bereitzustellen, die in der Lage sind, einen regenerativen Strom eines Motors, der zu einer Hauptleistungsversorgung fließt, zu verhindern und einen Verschleiß der Hauptleistungsversorgung zu reduzieren.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Hilfsleistungsversorgung, die parallel mit einer Hauptleistungsversorgung verbunden ist und einen Gleichstrom an einen Wechselrichter anlegt, der mit einer rotierenden elektrischen Maschine anstatt der Hauptleistungsversorgung verbunden ist; einen Schaltkreis, der einen ersten Schaltkreis, der zwischen der Hauptleistungsversorgung und dem Wechselrichter angeordnet ist, und einen zweiten Schaltkreis, der zwischen der Hilfsleistungsversorgung und dem Wechselrichter angeordnet ist, enthält; und eine Steuereinheit enthält, die zwischen der Hauptleistungsversorgung und der Hilfsleistungsversorgung schaltet, um einen Gleichstrom zu dem Wechselrichter durch Steuerung der Schalteinheit anzulegen; wobei: der erste Schaltkreis eine erste Diode enthält, die einen Parallelschaltkreis zusammen mit einem ersten Wechselschaltelement bildet und in einer Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung verbunden ist; der zweite Schaltkreis eine zweite Diode enthält, die einen Parallelschaltkreis zusammen mit einem zweiten Wechselschaltelement bildet und in einer Rückwärtsrichtung mit der Hilfsleistungsversorgung verbunden ist; und die Steuereinheit konfiguriert ist, wenn ein Zustandsparameter, der einen Zustand eines Betriebsteils, das durch die rotierende elektrische Maschine betrieben ist, anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, nicht anliegt, das erste Wechselschaltelement AN zu schalten und das zweite Wechselschaltelement AUS zu schalten, wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, das erste Wechselschaltelement und das zweite Wechselschaltelement AUS zu schalten.
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Mit der Konfiguration, die oben beschrieben ist, schaltet die Steuereinheit, wenn ein Zustandsparameter, der ein Zustand eines Betriebsteils, das von der rotierenden elektrischen Maschine betrieben ist, repräsentiert, anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine einschränkt, nicht angelegt ist, das erste Wechselschaltelement AN und schaltet das zweite Wechselschaltelement AUS. Mit diesem Steuerungsvorgang ist ein Gleichstrom von der Hauptleistungsvorrichtung an den Wechselrichter durch das erste Wechselschaltelement des ersten Schaltkreises angelegt.
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Wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, schaltet die Steuereinheit das erste Wechselschaltelement und das zweite Wechselschaltelement AUS. Mit diesem Steuervorgang ist, sogar wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung an den Wechselrichter durch die erste Diode des ersten Schaltkreises angelegt.
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Danach fließt, wenn ein regenerativer Strom von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt ist, der regenerative Strom durch den Wechselrichter zu der Hilfsleistungsversorgung durch die zweite Diode des zweiten Schaltkreises. Inzwischen ist der regenerative Strom durch das erste Wechselschaltelement in dem AUS-Zustand und die erste Diode, die in der Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung verbunden ist, blockiert und somit ist verhindert, dass diese zu der Hauptleistungsversorgung durch den ersten Schaltkreis fließt. Dementsprechend ist verhindert, dass der regenerative Strom der rotierenden elektrischen Maschine zu der Hauptleistungsversorgung, die aus einer Bleibatterie gebildet ist, fließt, so dass ein Verschleiß der Bleibatterie, die als Hauptleistungsversorgung dient, reduziert ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung des obigen Aspekts der erste Schaltkreis ein erstes Schaltelement enthalten, das in Serie mit einem zweiten Schaltelement, das als das erste Wechselschaltungselement dient, zwischen der Hauptleistungsversorgung und dem zweiten Schaltelement verbunden ist; das zweite Schaltelement kann ein drittes Schaltelement enthalten, das in Serie mit einem vierten Schaltelement, das als das zweite Wechselschaltelement dient, zwischen dem Wechselrichter und dem vierten Schaltelement verbunden ist; und die Steuereinheit kann konfiguriert sein, wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, nicht angelegt ist, jeweils das erste Schaltelemente und das zweite Schaltelement des ersten Schaltkreises EIN zu schalten und jeweils das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement des zweiten Schaltkreises AUS zu schalten, und wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft die den Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, das erste Schaltelement EIN zu schalten, das zweite Schaltelement AUS zu schalten, das dritte Schaltelement EIN zu schalten und das vierte Schaltelement AUS zu schalten.
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Mit der obigen Konfiguration schaltet die Steuereinheit, wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, nicht angelegt ist, jeweils das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement des ersten Schaltkreises EIN und jeweils das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement des zweiten Schaltkreises AUS. Mit diesem Steuervorgang ist ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung zu dem Wechselrichter durch das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement des ersten Schaltkreises angelegt.
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Wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, schaltet die Steuereinheit das erste Schaltelement AN, schaltet das zweite Schaltelement AUS, schaltet das dritte Schaltelement AN und schaltet das vierte Schaltelement AUS. Mit diesem Steuervorgang ist ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung an den Wechselrichter durch das erste Schaltelement und die erste Diode des ersten Schaltkreises angelegt, sogar wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist.
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Wenn das Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, schaltet die Steuereinheit das dritte Schaltelement AN und schaltet das vierte Schaltelement AUS. Im Nachfolgenden fließt, wenn ein regenerativer Strom von der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt ist, der regenerative Strom durch den Wechselrichter zu der Hilfsleistungsversorgung durch das dritte Schaltelement und die zweite Diode des zweiten Schaltkreises. Inzwischen ist der regenerative Strom durch das erste Wechselschaltelement in dem AUS-Zustand und der ersten Diode, die in der Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung verbunden ist, blockiert und somit wird verhindert, dass dieser zu der Hauptleistungsvorrichtung durch den ersten Schaltkreis fließt. Dementsprechend ist verhindert, dass der regenerative Strom der rotierenden elektrischen Maschine zu der Hauptleistungsversorgung fließt, so dass ein Verschleiß der Hauptleistungsversorgung reduziert ist.
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Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel können in der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung des obigen Ausführungsbeispiels das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement n-Kanal-MOSFETs sein, die rückwärts in Serie miteinander verbunden sind und das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement können n-Kanal-MOSFETs sein, die rückwärts in Serie miteinander verbunden sind. Mit der obigen Konfiguration können die obigen Effekte leicht durch das erste bis vierte Schaltelement, die aus n-Kanal-MOSFETs gebildet sind, erreicht werden.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung des obigen Aspekts die erste Diode des ersten Schaltkreises eine parasitäre Diode des zweiten Schaltelements sein; und die zweite Diode des zweiten Schaltkreises kann eine parasitäre Diode des vierten Schaltelements sein. Mit der obigen Konfiguration sind die erste Diode und die zweite Diode parasitäre Dioden und daher können diese in dem Schritt der Herstellung des zweiten und vierten Schaltelements gebildet sein.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorlegenden Erfindung ist ein Servolenksystem bereitgestellt mit: der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung des obigen Aspekts; wobei die rotierende elektrische Maschine ein Motor sein kann, der basierend auf einem Lenkdrehmoment, das an ein Lenkteil angelegt ist, angetrieben ist. Mit der obigen Konfiguration kann das Servolenksystem leicht die obigen Effekte erreichen, wenn das Lenkteil an eine Position, die nah an dem Drehlimit ist, gedreht ist.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in dem Servolenksystem des obigen Aspekts der Zustandsparameter mindestens eine Lenkgeschwindigkeit und einen Lenkwinkel enthalten. Mit der obigen Konfiguration kann ein Schalten der Schalteinheit kontrolliert werden, wenn mindestens die Lenkgeschwindigkeit und der Lenkwinkel (Zustandsparameter) anzeigen, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, angelegt ist, d. h. wenn der Zustand ein Vorstufenendschlagbetriebszustand ist, in welchem ein Lenkteil an eine Position, die nah an dem Drehelement ist, gedreht ist, um zu verhindern, dass ein regenerativer Strom der rotierenden elektrischen Maschine zu der Hauptleistungsversorgung fließt.
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Figurenliste
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Die vorangegangenen als auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden von der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, wobei gleiche Bezugszeichen benutzt sind, um gleiche Elemente zu repräsentieren und wobei:
- 1 ein schematisches Schaubild ist, das die Konfiguration eines Servolenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel aufzeigt;
- 2 ein Schaltkreisschaubild ist, welches die Konfiguration eines elektrischen Schaltkreises des Servolenksystems aufzeigt;
- 3 ein Schaltkreisdiagramm ist, das den Fluss eines regenerativen Stroms von einem Wechselrichter zu einer Hilfsleistungsversorgung in einem Vorstufenendschlagbetriebszustand in dem elektrischen Schaltkreis des Servolenksystems aufzeigt;
- 4 eine Zustandsbestimmungsabbildung für einen Lenkwinkel und eine Lenkgeschwindigkeit ist;
- 5A einen Strompfad aufzeigt, wenn ein EPS-System, das ein Hilfsleistungsversorgungssystem aufweist, in einem normalen Betriebszustand ist; und
- 5B einen Strompfad aufzeigt, wenn regenerative Energie in dem EPS-System, das das Hilfsleistungsversorgungssystem enthält, erzeugt ist.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung als ein Servolenksystem ausgeführt. Wie in 1 aufgezeigt, enthält das Servolenksystem (im Nachfolgenden bezeichnet als das „EPS-System“) eine Lenkwelle 13, die ein Ende, an welchem ein Lenkrad 11 befestigt ist, und ein anderes Ende hat, an welchem ein Ritzelzahnrad 12 befestigt ist. Das Lenkrad 11 korrespondiert mit einem Lenkteil. Das Ritzelzahnrad 12 ist mit einer Zahnstange 15, die in einer Zahnstangenwelle 14 gebildet ist, in Eingriff. Das Ritzelzahnrad 12 und die Zahnstange 15 bilden einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus, der eine Rotationsbewegung der Lenkwelle 13 in eine Linearbewegung der Zahnstangenwelle 14 in die longitudinale Richtung konvertiert. Wenn das EPS 10 an dem Fahrzeug montiert ist, ist die Zahnstangenwelle 14 an dem Fahrzeugkörper so befestigt, dass die longitudinale Richtung davon mit der Fahrzeugbreitenrichtung zusammenpasst. Die gegenüberliegenden Enden der Zahnstangenwelle 14 sind jeweils mit einem rechten und linken gelenkten Rad 16 durch Spurstangen 17 verbunden. Die Zahnstangenwelle 14 korrespondiert mit einem Betriebsteil.
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Ein Drehmomentsensor 18 zum Messen eines Lenkdrehmoments TR, das an die Lenkwelle 13 durch das Lenkrad 11 angelegt ist, ist an der Lenkwelle 13 befestigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Drehmomentsensor 18 ein Sensor, der konfiguriert ist, ein Torsionsausmaß einer Torsionsstange, die einen Teil der Lenkwelle 13 bildet, festzustellen und das Lenkdrehmoment TR basierend auf dem Torsionsausmaß zu messen.
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Ein Lenkwinkelsensor 19 ist in der Nähe eines Seitenabschnitts des Lenkrads 11 der Lenkwelle 13, die mit der Torsionsstange verkoppelt ist, bereitgestellt. Der Lenkwinkelsensor 19 stellt einen Lenkwinkel θ fest, der ein Rotationswinkel des Lenkrades 11 ist (Rotationswinkel des Seitenabschnitts des Lenkrads 11, der mit der Torsionsstange gekoppelt ist).
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Der Lenkwinkelsensor 19 stellt das Ausmaß der Rotation (Rotationswinkel) des Lenkrades 11 von einer neutralen Position (Referenzposition) des Lenkrades 11 jeweils in die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung fest. Das Ausmaß der Rotationsausgabe von dem Lenkwinkelsensor 19 hat z. B. einen positiven Wert, wenn die Richtung der Rotation rechts von der neutralen Position (Lenkwinkel θ = 0) ist und hat z. B. einen negativen Wert, wenn die Richtung der Rotation zu der linken Seite von der neutralen Position ist. Das Ausgabeausmaß der Rotation kann einen negativen Wert haben, wenn die Richtung der Rotation rechts ist, und einen positiven Wert haben, wenn die Richtung der Rotation links ist.
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Ein Motor zum Unterstützen der Lenkung (im Nachfolgenden bezeichnet als ein Hilfsmotor 20) ist mit dem Lenkwinkel 13 durch ein Reduziergetriebe 21 verbunden, das die Rotation des Hilfsmotors 20 mit einer reduzierten Geschwindigkeit an die Lenkwelle 13 überträgt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hilfsmotor 20 ein bürstenloser Dreiphasenmotor. Zusätzlich ist in der vorliegenden Erfindung ein Schneckenradgetriebemechanismus als das Reduziergetriebe 21 benutzt. Der Hilfsmotor 20 korrespondiert mit einer rotierenden elektrischen Maschine.
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Das EPS 10 enthält einen Wechselrichter 22, eine Hauptleistungsversorgung 23, eine Hilfsleistungsversorgung 24 zur Sicherung, eine Schalteinheit 25 und eine elektronische Steuereinheit 26. Die Hauptleistungsversorgung 23 ist eine Bleibatterie. Die Hilfsleistungsversorgung 24 ist ein Lithiumionenkondensator. Der Wechselrichter 22 konvertiert einen Gleichstrom, der von der Hauptleistungsversorgung 23 oder der Hilfsleistungsversorgung 24 ausgegeben ist, in eine dreiphasige Wechselspannung und gibt die dreiphasige Wechselspannung zu den jeweiligen Phasen des Hilfsmotors 20 aus. Im Falle der Verwendung der Hilfsleistungsversorgung 24 zur Sicherheit anstatt der Hauptleistungsversorgung 23 und in dem Fall der Verursachung, dass ein regenerativer Strom von dem Wechselrichter 22 (wie unten beschrieben) zu der Hilfsleistungsversorgung 24 fließt, schaltet die Schalteinheit 25 zwischen der Hauptleistungsversorgung 23 und der Hilfsleistungsversorgung 24, die mit dem Wechselrichter 22 verbunden ist, in Übereinstimmung mit einem Schaltbefehl von der elektronischen Steuereinheit 26.
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Die elektronische Steuereinheit 26 enthält einen arithmetischen Verarbeitungsschaltkreis 27, der ein arithmetisches Verarbeiten zum Steuern des EPS 10 durchführt, und einen Speicher 28, der Programme und Daten zur Steuerung speichert. Der Drehmomentsensor 18 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 29, der eine Reisegeschwindigkeit VS des Fahrzeugs ermittelt, sind mit der elektronischen Steuereinheit 26 verbunden.
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Die elektronische Steuereinheit 26 führt eine Hilfssteuerung der Lenkkraft, die durch den Hilfsmotor 20 in dem EPS 10 angelegt ist, aus. Wenn die elektronische Steuereinheit 26 die Hilfssteuerung der Lenkhilfskraft ausführt, bestimmt diese als Erstes auf Basis des Lenkdrehmoments TR und der Reisegeschwindigkeit VS eine Zielhilfskraft, die einen Zielwert der Lenkhilfskraft repräsentiert. Dann steuert die elektronische Steuereinheit 26 den Wechselrichter 22, um eine Lenkhilfskraft, die der Zielhilfskraft entspricht, zu erzeugen.
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Die Hilfsleistungsversorgung 24, die Schalteinheit 25 und die elektronische Steuereinheit 26 bilden eine Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30. Die elektronische Steuereinheit 26 korrespondiert mit einer Steuereinheit.
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Die Schalteinheit 25 der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 wird beschrieben. Wie in 2 aufgezeigt, enthält die Schalteinheit 25 einen ersten Schaltkreis 31, der zwischen der Hauptleistungsversorgung 23 und einem Eingangsanschluss des Wechselrichters 22 verbunden ist, und einem Seitenschaltkreis 32, der zwischen der Hilfsleistungsversorgung 24 und dem Eingangsanschluss des Wechselrichters 22 verbunden ist. Das heißt, die Hilfsleistungsversorgung 24 ist parallel zu der Hauptleistungsversorgung 23 verbunden.
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Der erste Schaltkreis 31 enthält ein erstes Schaltelement FET1 und ein zweites Schaltelement FET2, die umgekehrt in Serie durch Verbinden derer Quellelektroden miteinander verbunden sind. Insbesondere sind das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 Verstärkungs- (normalerweise aus) n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs). In einem alternativen Ausführungsbeispiel können Senkelektroden der Schaltelemente FET1 und FET2 miteinander verbunden sein. Das zweite Schaltelement FET2 korrespondiert mit einem ersten Wechselschaltelement.
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Das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 enthalten jeweils parasitäre Dioden D1 und D2, die jeweils parallel zwischen einer Quelle und einer Senke verbunden sind. Die parasitären Dioden D1 und D2 sind angeordnet, um in gegenüberliegenden Richtungen verbunden zu sein. Das heißt, die parasitäre Diode D2 ist in der Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung 23 verbunden. Die parasitäre Diode D2 korrespondiert mit einer ersten Diode. Das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 sind gesteuert, um durch die elektronische Steuereinheit 26 AN/AUS geschaltet zu werden.
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Der zweite Schaltkreis 32 enthält ein drittes Schaltelement FET3 und ein viertes Schaltelement FET4, die umgekehrt in Serie durch Verbinden derer Quellelektroden zueinander verbunden sind. Insbesondere sind das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 Verstärkungs- (normalerweise aus) n-Kanal-MOSFETs. Es ist zu beachten, dass Senkelektroden der Schaltelemente FET3 und FET4 miteinander verbunden sein können. Das vierte Schaltelement FET4 korrespondiert mit einem zweiten Wechselschaltelement.
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Das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 enthalten jeweils parasitäre Dioden D3 und D4, die parallel jeweils zwischen einer Quelle und einer Senke verbunden sind. Die parasitären Dioden D3 und D4 sind angeordnet, um in gegenüberliegenden Richtungen verbunden zu sein. Das heißt, die parasitäre Diode D4 ist in der Rückwärtsrichtung mit der Hilfsleistungsversorgung 24 verbunden. Die parasitäre Diode D4 korrespondiert mit einer zweiten Diode. Das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 sind gesteuert, um durch die elektronische Steuereinheit 26 AN/AUS geschaltet zu werden.
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Wenn die Hauptleistungsversorgung 23 benutzbar ist, d. h. in einem normalen Zustand, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 zuerst das Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 AN und schaltet das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 AUS. Inzwischen schaltet die elektronische Steuereinheit 26, da die Hilfsleistungsversorgung 24 einer Sicherungsleistungsversorgung für die Hauptleistungsversorgung 23 ist, wenn die Hauptleistungsversorgung 23 nicht nutzbar ist, das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 AUS und schaltet das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 EIN.
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Im Folgenden wird der Betrieb der EPS 10, die die Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 enthält, mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
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Die elektronische Steuereinheit 26 überwacht immer die Spannung der Hauptleistungsversorgung 23 durch einen Spannungssensor (nicht aufgezeigt). Wenn die Spannung der Hauptleistungsversorgung 23 eine Spannung hat, die von dem Wechselrichter 22 benötigt wird, stellt die elektronische Steuereinheit 26 fest, dass die Hauptleistungsversorgung 23 in einem normalen Zustand ist. Der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist beschrieben, vorausgesetzt, dass die Hauptleistungsversorgung 23 in einem normalen Zustand ist.
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Wenn eine Zündung (nicht aufgezeigt) AN geschaltet ist, sind das Lenkdrehmoment TR, der Lenkwinkel θ und die Reisegeschwindigkeit VS an die elektronische Steuereinheit 26 jeweils von dem Drehmomentsensor 18, dem Lenkwinkelsensor 19 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 29 eingegeben.
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Die elektronische Steuereinheit 26 berechnet eine Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| basierend auf dem Eingabelenkwinkel θ. Dann bezieht sich die elektronische Steuereinheit 26 auf eine Zustandsbestimmungsabbildung (s. 4), welche vorher in dem Speicher gespeichert ist und hält fest, in welchem unter einem normalen Operationsbereich und einem Warnsteuerbereich der Lenkwinkel θ und die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| gelegen sind. Der Lenkwinkel θ und die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| korrespondieren mit einem Zustandsparameter.
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Das Zustandsbestimmungsabbildung, das in 4 aufgezeigt ist, enthält den Normalbetriebsbereich A, den Warnsteuerbereich B und einen Regenerativstromerzeugungsbereich θ. Die Grenzbedingungen zwischen dem Normalbetriebsbereich A und dem Warnsteuerbereich B sind durch eine Funktion |dθ/dt| = f(θ) definiert.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Grenzbedingungen durch eine gerade Linie definiert, die einen Punkt (Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit) = (0, S), der einen Scheitelpunkt repräsentiert, mit einem Punkt (Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit) = (linker maximaler Lenkwinkel +θ_Max, 0) verbindet, und einer geraden Linie, die den Scheitelpunkt mit einem Punkt (Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit) = (rechter maximaler Lenkwinkel -θ_Max, 0) verbindet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Grenzbedingungen durch gerade Linien definiert. Jedoch sind die Grenzbedingungen nicht auf gerade Linien limitiert und können durch eine nach oben offene oder nach unten offene quadratische Kurve, die sich von dem Scheitelpunkt zu Enden (maximaler Lenkwinkel, 0) erstreckt, definiert sein. Der Lenkwinkel und die Lenkgeschwindigkeit, mit welchen die Funktion verbunden ist und der Lenkwinkel und die Lenkgeschwindigkeit in dem Warnsteuerbereich B sind die Zustandsparameter, die die Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen erfüllen und anzeigen, dass eine Reaktionskraft, die eine Rotation des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, angelegt ist. Der Lenkwinkel und die Lenkgeschwindigkeit in dem Normalbetriebsbereich A sind die Zustandsparameter, die nicht Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen erfüllen und anzeigen, dass eine Reaktionskraft, die die Rotation des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, nicht angelegt ist.
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Der Normalbetriebsbereich A ist ein Bereich, der Kombinationen eines Lenkwinkels und einer Lenkgeschwindigkeit enthält, mit welchen das Lenksystem, das die Zahnstangenwelle 14 enthält, d. h., der Lenkwinkel θ, weder den rechten noch den linken maximalen Lenkwinkeln (- θ_Max, + θ_Max) erreicht, und es gibt keinerlei Risiko eines Endschlags.
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Der Warnsteuerbereich B ist ein Bereich, der Kombinationen eines Lenkwinkels und einer Lenkgeschwindigkeit enthält, mit welchen es kein Risiko eines Endschlags durch das Lenksystem, das die Zahnstangenwelle 14 enthält, gibt. Auf diese Weise stellt die elektronische Steuereinheit 26 fest, ob der Zustand der Zahnstangenwelle 14 in dem Normalbetriebsbereich A, der mit dem normalen Betriebszustand korrespondiert, oder in dem Warnsteuerbereich B ist, der mit einem Vorstufenendschlagbetriebszustand korrespondiert, der einer Ausgabe eines regenerativen Stroms durch den Hilfsmotor 20 als Reaktion auf eine Reaktionskraft, die eine Rotation des Hilfsmotors 20 einschränkt, vorausgeht.
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Der Regenerativstromerzeugungsbereich C ist ein Bereich, wo der Lenkwinkel θ größer als oder gleich dem rechten und linken maximalen Lenkwinkel (-θ_Max, +θ_Max) ist und ist nicht relevant zu der Lenkgeschwindigkeit. In diesem Bereich tritt Endschlag auf und ein regenerativer Strom ist von dem Hilfsmotor 20 erzeugt.
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Wenn die elektronische Steuereinheit 26 feststellt, dass der Zustandsparameter in den Normalbetriebsbereich A ist, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 jeweils das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 des ersten Schaltkreises 31 AN und schaltet jeweils das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 des zweiten Schaltkreises 32 AUS.
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Wie in 2 aufgezeigt, ist mit diesem Steuervorgang ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung 23 zu dem Wechselrichter 22 durch das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 des ersten Schaltkreises 31 zugeführt.
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Wenn die elektronische Steuereinheit 26 feststellt, dass der Zustandsparameter in dem Warnsteuerbereich B ist, schaltet die elektronische Steuereinheit das erste Schaltelement FET1 AN, schaltet das zweite Schaltelement FET2 AUS, schaltet das dritte Schaltelement FET3 AN und schaltet das vierte Schaltelement FET4 AUS.
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Wie in 3 aufgezeigt, ist mit diesem Steuervorgang ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung 23 zu dem Wechselrichter 22 durch das erste Schaltelement FET1 und die parasitäre Diode D2 von dem ersten Schaltkreis 31 zugeführt, sogar wenn der Zustandsparameter in dem Warnsteuerbereich B ist.
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Wenn der Zustandsparameter in dem Warnsteuerbereich B ist, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 das dritte Schaltelement FET3 zusätzlich AN und schaltet das vierte Schaltelement FET4 AUS.
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Im Nachfolgenden fließt der regenerative Strom durch den Wechselrichter 22, wenn ein regenerativer Strom von dem Hilfsmotor 20 erzeugt ist, und fließt dann zu der Hilfsleistungsversorgung 24 durch das dritte Schaltelement FET3 und die parasitäre Diode D4 des zweiten Schaltkreises 32. Inzwischen ist der regenerative Strom durch das zweite Schaltelement FET2 in dem AUS-Zustand und der parasitären Diode D2, die in der Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung 23 verbunden ist, blockiert und somit ist verhindert, dass dieser zu der Hauptleistungsversorgung 23 durch den ersten Schaltkreis 31 fließt.
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Dementsprechend ist verhindert, dass der regenerative Strom des Hilfsmotors 20 zu der Hauptleistungsversorgung 23, die aus einer Bleibatterie gebildet ist, fließt, so dass ein Verschleiß der Bleibatterie, die als die Hauptleistungsversorgung 23 dient, reduziert ist.
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Wenn die elektronische Steuereinheit 26 feststellt, dass der Zustandsparameter in dem Regenerativstromerzeugungsbereich C ist, steuert die elektronische Steuereinheit 26 den Hilfsmotor 20, um die Lenkhilfskraft zu reduzieren.
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Das folgende Ausführungsbeispiel hat die folgenden Effekte.
- (1) In der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält der erste Schaltkreis 31 die parasitäre Diode D2 (erste Diode), die einen Parallelschaltkreis zusammen mit dem zweiten Schaltelement FET2 (erstes Wechselschaltelement) bildet und in einer Vorwärtsrichtung mit der Hauptleistungsversorgung 23 verbunden ist. Der zweite Schaltkreis 32 enthält die parasitäre Diode D4 (zweite Diode), die einen Parallelschaltkreis zusammen mit dem vierten Schaltelement FET4 (zweites Wechselschaltelement) bildet und in einer Rückwärtsrichtung mit der Hilfsleistungsversorgung 24 verbunden ist.
Wenn der Lenkwinkel θ und die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| (Zustandsparameter), die einen Zustand der Zahnstangenwelle 14 (Betriebsteil), die von dem Hilfsmotor 20 (rotierende elektrische Maschine) betrieben ist, repräsentieren, anzeigen, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, nicht anliegt, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 (Steuereinheit) das zweite Schaltelement FET2 (erstes Wechselschaltelement) AN. Zusätzlich schaltet die elektronische Steuereinheit 26 das vierte Schaltelement FET4 (zweites Wechselschaltelement) AUS. Wenn der Lenkwinkel θ und die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| (Zustandsparameter) anzeigen, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinträchtigt, anliegt, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 (Steuereinheit) das zweite Schaltelement FET2 (erstes Wechselschaltelement) und das vierte Schaltelement FET4 (zweites Wechselschaltelement) AUS. Dementsprechend ist verhindert, dass der regenerative Strom des Hilfsmotors 20 (rotierende elektrische Maschine) zu der Hauptleistungsversorgung 23 fließt, so dass ein Verschleiß der Hauptleistungsversorgung 23 reduziert werden kann.
- (2) In der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält der erste Schaltkreis 31 das erste Schaltelement FET1, das in Serie mit dem zweiten Schaltelement FET2 zwischen der Hauptleistungsversorgung 23 und dem zweiten Schaltelement FET2 verbunden ist. Der zweite Schaltkreis 32 enthält das dritte Schaltelement FET3, das in Serie mit dem vierten Schaltelement FET4 zwischen dem Wechselrichter 22 und dem vierten Schaltelement FET4 verbunden ist. Wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb des Hilfsmotors 20 einschränkt, nicht anliegt, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 (Steuereinheit) jeweils das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 AN und schaltet jeweils das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 AUS.
Wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, anliegt, schaltet die elektronische Steuereinheit 26 das erste Schaltelement FET1 AN, schaltet das zweite Schaltelement FET2 AUS; schaltet das dritte Schaltelement FET3 AN und schaltet das vierte Schaltelement FET4 AUS.
Mit der obigen Konfiguration ist ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung 23 zu dem Wechselrichter 22 durch das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 des ersten Schaltkreises zugeführt, wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, nicht angelegt ist. Zusätzlich ist ein Gleichstrom von der Hauptleistungsversorgung 23 zu dem Wechselrichter 22 durch das erste Schaltelement FET1 und die parasitäre Diode D2 (erste Diode) des ersten Schaltkreises 31 zugeführt, sogar wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die den Betrieb des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, angelegt ist.
Zusätzlich schaltet die elektronische Steuereinheit 26 (Steuereinheit) das dritte Schaltelement FET3 AN und schaltet das vierte Schaltelement FET4 AUS, wenn der Zustandsparameter anzeigt, dass eine Reaktionskraft, die einen Betrieb des Hilfsmotors 20 beeinträchtigt, angelegt ist. Daher fließt der regenerative Strom, wenn ein regenerativer Strom von dem Hilfsmotor 20 (rotierende elektrische Maschine) erzeugt ist, durch den Wechselrichter 22 und fließt dann zu der Hilfsleistungsversorgung 24 durch das dritte Schaltelement FET 3 und die parasitäre Diode D4 (zweite Diode) des zweiten Schaltkreises 32. Dementsprechend ist verhindert, dass der regenerative Strom des Hilfsmotors 20 (rotierende elektrische Maschine) zu der Hauptleistungsversorgung 23 fließt, so dass Verschleiß der Hauptleistungsversorgung 23 reduziert werden kann.
- (3) In der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 n-Kanal-MOSFETs, die in Serie umgekehrt miteinander verbunden sind und das dritte Schaltelement FET3 und das Vierte Schaltelement FET4 sind n-Kanal-MOSFETs, die in Serie umgekehrt miteinander verbunden sind. Dementsprechend können die Effekte von (2) leicht durch das erste bis vierte Schaltelement, die aus n-Kanal-MOSFETs gebildet sind, erreicht werden.
- (4) In der Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die erste Diode des ersten Schaltkreises 31 die parasitäre Diode D2 des zweiten Schaltelementes FET2 und die zweite Diode des zweiten Schaltkreises 32 ist die parasitäre Diode D4 des vierten Schaltelements FET4. Somit sind die erste und die vierte Diode parasitäre Dioden und können daher in dem Herstellungsschritt des zweiten Schaltelements FET2 und des vierten Schaltelements FET4 gebildet werden.
- (5) Das EPS 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält die Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30, wobei der Hilfsmotor 20, der basierend auf dem Lenkdrehmoment TR, das an das Lenkrad 11 (Lenkteil) angelegt ist, betrieben ist, eine rotierende elektrische Maschine ist. Dementsprechend kann das EPS 10 leicht die obigen Effekte erzielen, wenn das Lenkrad 11 (Lenkteil) an eine Position nahe an dem Drehlimit gedreht ist.
- (6) In dem EPS 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält der Zustandsparameter die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| und den Lenkwinkel θ.
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Somit bedeutet es, wenn die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| und der Lenkwinkel θ (Zustandsparameter) die Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen erfüllen, dass der Zustand ein Vorstufenendschlagzustand ist, in welchem das Lenkrad 11 (Lenkteil) an eine Position nahe an dem Drehlimit gedreht ist. In diesem Fall kann das Schalten der Schalteinheit 25 gesteuert sein, um zu verhindern, dass ein regenerativer Strom des Hilfsmotors 20 (rotierende elektrische Maschine) zu der Hauptleistungsversorgung 23, die aus einer Bleibatterie gebildet ist, fließt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht limitiert auf die Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben sind. Das obige Ausführungsbeispiel kann modifiziert werden, wie unten beschrieben. Das erste Schaltelement bis zu dem vierten Schaltelement des obigen Ausführungsbeispiels sind n-Kanal-MOSFETs. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf limitiert. Die Schaltelemente können andere Arten von Halbleitervorrichtungen sein, sowie Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs).
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Die Reihenfolge, in welcher das erste Schaltelement FET1 und das zweite Schaltelement FET2 mit der Hauptleistungsversorgung verbunden sind, kann umgekehrt sein. Die Reihenfolge, in welcher das dritte Schaltelement FET3 und das vierte Schaltelement FET4 mit dem Wechselrichter 22 verbunden sind, kann umgekehrt sein.
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Die Hauptleistungsversorgung 23 kann eine andere Leistungsversorgung als eine Bleibatterie sein. Die Hilfsleistungsversorgung 24 kann eine andere Leistungsversorgung als ein Lithiumionenkondensator sein, solang die Leistungsversorgung aufladbar und entladbar ist.
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In der Konfiguration des obigen Ausführungsbeispiels kann das erste Schaltelement FET1 und die parasitäre Diode D1 weggelassen werden. In der Konfiguration des obigen Ausführungsbeispiels kann das dritte Schaltelement FET3 und die parasitäre Diode D3 weggelassen werden.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel können Dioden anstatt der parasitären Dioden benutzt werden. In dem obigen Ausführungsbeispiel enthält der Zustandsparameter zwei Parameter, nämlich die Lenkgeschwindigkeit |dθ/dt| und den Lenkwinkel θ. Jedoch sind die Zustandsparameter nicht auf diese zwei Parameter limitiert. Zusätzlich kann der gelenkte Winkel der gelenkten Räder 16 als Zustandsparameter hinzugefügt werden. In dem Fall, in dem eine Hilfssteuerung basierend auf Vektorsteuerung durchgeführt ist, kann das Ausmaß einer Änderung eines q-Achsenstroms als ein Zustandsparameter hinzugefügt werden.
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In dem EPS 10 des obigen Ausführungsbeispiels ist ein Vorstufenendschlagbetriebszustand basierend auf den Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen ermittelt. Jedoch sind die Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen nicht limitiert auf Bedingungen zum Feststellen des Vorstufenendschlagbetriebszustands. Zum Beispiel können die Regenerativstromerzeugungszeichenbedingungen Bedingungen sein zum Bestimmen des Zustands direkt bevor ein regenerativer Strom erzeugt ist, in dem Fall, in dem z. B. das gelenkte Rad 16 einen Bordstein trifft. In diesem Fall können die Lenkgeschwindigkeit und der Lenkwinkel des Hilfsmotors 20 und der Treiberstrom des Motors als der Zustandsparameter genutzt werden.
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Im obigen Ausführungsbeispiel ist die Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 in dem EPS 10 benutzt. Jedoch muss die Hilfsleistungsversorgungsvorrichtung 30 nicht in Kombination mit dem EPS 10 benutzt werden und kann in Kombination mit anderen Geräten benutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/051884 [0002, 0004]
