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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung
zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum
Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors zur
Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, bei der
ein Lenkdrehmoment, das aufgrund der Betätigung durch einen Fahrer in einer
Lenkwelle erzeugt wird, mit einem Motor unterstützt wird.
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2. Beschreibung des verwandten
Stands der Technik
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16 ist
ein Blockschema, das einen Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors zur Verwendung
in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung zeigt. Der Aufbau
der herkömmlichen
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors wird nachfolgend mit Bezug auf 16 beschrieben.
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In 16 bezeichnet
die Bezugszahl 1 einen Lenkdrehmomentdetektor, der mit
einem an einer Säulenwelle
einer (nicht gezeigten) Lenkung angebrachten Lenkdrehmomentsensor
verbunden ist, und die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Phasenkompensator,
um dessen Phase im Ansprechen auf ein Ausgangssignal vom Lenkdrehmomentdetektor 1 zu
kompensieren.
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Zusätzlich bezeichnet
die Bezugszahl 13 einen mit einem Sensor verbundenen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor,
der mit einem Sensor zur Erfassung der Drehzahl u. dgl. einer (nicht
gezeigten) Fahrzeugwelle verbunden ist, um ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
auszugeben, und Bezugszahl 2 bezeichnet ein Lenkdrehmomentsteuergerät, um ein
erforderliches Lenkdrehmoment im Ansprechen auf sowohl ein Ausgangssignal
des Phasenkompensators 6 als auch ein Ausgangssignal des
Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektors 13 zu bestimmen.
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Die
Bezugszahl 5 bezeichnet eine Motorstrombestimmungseinheit,
um einen Stromwert eines Motors zu bestimmen, welcher Stromwert
erforderlich ist, um den vom Lenkdrehmomentsteuergerät 2 bestimmten Drehmomentwert
zu erzeugen, Bezugszahl 3 bezeichnet einen Stromregler
mit einem Addier-Subtrahierwerk 11, Bezugszahl 7 bezeichnet
einen Motortreiber, Bezugszahl 8 bezeichnet einen Antriebsmotor
der Servolenkungsvorrichtung, und Bezugszahl 9 bezeichnet
einen Motorstromdetektor, um einen Stromwert des Motors 8 zu
erfassen, um eine Gegenkopplung des erfassten Stromwerts an das
Addier-Subtrahierwerk 11 zu
erzielen.
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Als
Nächstes
erfolgt nachstehend eine Beschreibung hinsichtlich des Arbeitsablaufs
der herkömmlichen
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors mit dem vorerwähnten
Aufbau zur Verwendung in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung.
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Zuallererst
kompensiert der Phasenkompensator 6 bei der Erfassung des
Drehmoments eines Lenkrads durch den Lenkdrehmomentdetektor 1 die
Phasenverzögerung
des vom Lenkdrehmomentdetektor 1 erfassten Drehmoments,
um sein Ausgangssignal in das Lenkdrehmomentsteuergerät 2 einzugeben.
Auch das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das vom Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 13 erfasst
wird, wird in das Lenkdrehmomentsteuergerät 2 eingegeben. Dann
bestimmt das Lenkdrehmomentsteuergerät 2 auf der Basis der
beiden Eingangssignale einen Drehmomentwert, der dazu verwendet
wird, das Lenkdrehmoment zu unterstützen, das von einem Fahrer
durch die Betätigung
eines Lenkrads erzeugt wurde.
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Dann
gibt das Lenkdrehmomentsteuergerät 2 den
Hilfskraftdrehmomentwert in die Motorstrombestimmungseinheit 5 ein,
um einen Sollstrom zu bestimmen. Das Addierwerk 10 zählt auf
der Basis des Sollstroms ein Ausgangssignal des Vorwärtsstromsteuergeräts 4 und
ein Ausgangssignal des Stromreglers 3 zusammen. Dann wird
ein Signal, das erhalten wird, indem ein Ausgangssignal des Addierwerks 10 und
einer Batteriespannung in einem Integrator 12 integriert
wird, in den Motortreiber 7 eingegeben, um die Steuerung
so durchzuführen,
dass ein Ausgangsdrehmoment des Motors 8 ein gewünschtes
Drehmoment wird.
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Zusätzlich wird
der durch eine Spule des Motors 8 fließende Strom vom Motorstromdetektor 9 in
Form eines tatsächlichen
Stromwerts erfasst, der über
das Addier-Subtrahierwerk 11 an den Stromregler 3 rückgeführt werden
soll.
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Mit
dem wie vorstehend beschriebenen Aufbau zur Erfassung eines von
der Norm abweichenden Zustands eines Motors wird bislang, wie beispielsweise
in der Druckschrift JP 2001-310750 A beschrieben, ein von der Norm
abweichender Zustand auf der Basis eines Unterschieds zwischen einer
Sollspannung und einer tatsächlich
gemessenen, an den Motoranschlüssen
anliegenden Spannung von der Vorrichtung 15 zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Motorzustands erfasst.
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Zusätzlich wird
mit dem in der Druckschrift JP 8-310416 A beschriebenen Verfahren
ein von der Norm abweichender Zustand eines Motors auf der Basis
eines Unterschieds zwischen einem Sollstrom und einem erfassten
Motorstrom erfasst.
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Hier
besteht jedoch das Problem, dass, wenn eine Störspannung zwischen einer Sollspannung
oder einer an den Motoranschlüssen
anliegenden Spannung und einer tatsächlich an eine Motorspule angelegten Spannung
entsteht, diese Störspannung
nicht direkt erfasst werden kann.
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Weiterhin
ist aus der
DE 195
32 180 A1 eine Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Elektromotors bekannt, die folgendes
umfaßt:
eine Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen des tatsächlichen
Stroms, der durch den Motor geschickt wird; eine Regelungseinrichtung
zur Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Stellbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt; eine Schätzeinrichtung
für eine
von der Norm abweichende Spannung, um auf Basis der Sollspannung
und des tatsächlichen
Stroms einen Schätzwert
für eine
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt; eine die Drehzahl des Elektromotors bestimmende Einrichtung
und eine Beurteilungseinheit für
den von der Norm abweichenden Zustand des Motors. Die Bestimmung
bzw. die Beurteilung, ob der Motor einem Zustand unterliegt, der
von der Norm abweicht oder nicht, wird beim Gegenstand der
DE 195 32 180 A1 auf
Basis der Drehzahl des Motors getroffen, wodurch es insbesondere
bei plötzlichen Änderungen
der Drehzahl beispielsweise aufgrund eines Lastwechsels zu unerwünschten
Fehleinschätzungen
kommen kann.
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Aus
der
US 6,032,756 A ist
eine motorbetriebene Servolenkungseinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche
eine CPU zur Steuerung eines Motors in Abhängigkeit einer Lenkmomentsbestimmungseinheit
sowie eine Begrenzungsvorrichtung zur Begrenzung des Motorbetriebs
beim Auftreten einer Abnormalität
aufweist. Ferner umfaßt
der Gegenstand der
US
6,032,756 A eine Bestimmungseinrichtung zum Messen eines
Stroms, welcher durch den Elektromotor fließt. Ein Grenzwert, welcher
durch die Begrenzungsvorrichtung bestimmt ist, und welcher den Betrieb
des Motors regelt, wird in Abhängigkeit
vom gemessenen Motorstromwert geändert. Der
Gegenstand der
US 6,032,756
A kann ferner eine Filtereinrichtung zum temporären Ändern des
gemessenen Motorstromwertes aufweisen, wobei der Grenzwert, welcher
den Betrieb des Motors regelt, abhängig vom Ausgabewert der Filtereinrichtung
geändert
wird. Des weiteren kann die Charakteristik des Filters in Abhängigkeit
des Motorstroms, welcher bestimmt wurde, geändert werden. Eine derartige
Servolenkungseinheit zeichnet sich jedoch durch einen relativ komplizierten
Aufbau insbesondere aufgrund der notwendigen Rückkoppelungen aus und ist somit
teuer in der Herstellung.
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Aus
der
JP 2001310750
A ist weiterhin eine elektrische Servo-Lenkvorrichtung
bekannt, welche einen ungewünschten
Zustand durch einen Vergleich einer Motorspannung mit einem vorgegebenen
Sollwert vergleicht. Auch beim Gegenstand der
JP 2001310750 A kann es
zu Fehleinschätzungen
aufgrund von temporären
Spannungsspitzen bzw. Spannungseinbrüchen insbesondere aufgrund
von plötzlichen
Lastwechseln kommen.
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Als
technologischer Hintergrund sei die
DE 199 51 364 A1 benannt, aus der ein elektronisch
kommutierbarer Motor, dessen Erregerwicklungen über Halbleiter-Endstufen mittels
Steuersignalen mit einer Kommutierungsfrequenz nacheinander ansteuerbar
und mit einer Versorgungsgleichspannung verbindbar und von dieser
abschaltbar sind, bekannt ist, wobei die Steuersignale pulsweitenmoduliert
getaktet sind. Der Aufbau des Motors und die elektrische Ansteuerung
der Erregerwicklungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, wobei eine
Steuereinheit entsprechend der Anzahl der Wicklungen Steuersignale
abgibt, die mit der Kommutierungsfrequenz nacheinander den Erregerwicklungen
des Motors zugeordnet werden, um im Stator ein Drehfeld zu erzeugen,
das den Dauermagnet-Rotor in Drehbewegungen versetzt. Dabei wechselt
von Erregerwicklung zu Erregerwicklung der Wicklungssinn, wobei
aus der
DE 199 51
364 A1 bekannt ist, daß unter den
vorgenannten Voraussetzungen das erzeugte Drehfeld die Drehrichtung
des Rotors bestimmt und die Kommutierungsfrequenz die Drehzahl des
Rotors bestimmt. Eine weitergehende Verbindung zum Gegenstand der
vorliegenden Anmeldung, insbesondere eine Verbindung zu Servo-Lenkvorrichtungen,
ist aus der
DE 199 51
364 A1 nicht bekannt.
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Aus
der
DE 195 10 394
A1 ist eine von einem Gleichstrommotor angetriebene Servo-Lenkanlage
für ein
Kraftfahrzeug bekannt, welche unter anderem eine Motorstromdetektiereinrichtung
zum Detektieren eines durch den Gleichstrommotor fließenden Stroms
sowie eine Motorspannungsschätzeinrichtung
zum Schätzen einer
an den Gleichstrommotor angelegten Spannung auf Basis von an einem
Brückenkommutierungskreis angelegten
Versorgungsspannung und von PDM-Steuersignalen hat. Auch beim Gegenstand
der
DE 195 10 394
A1 kann jedoch nicht verhindert werden, daß es aufgrund
von Spannungs- bzw. Stromspitzen zu einer ungewollten Zustandsbestimmung
kommt.
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Aus
der
DE 422 29 14 A1 ist
eine Drehzahlregelung zur präzisen
Motorsteuerung bekannt, welche motorspezifische Größen, beispielsweise
eine Motorspannung, bestimmt, und mit Hilfe dieser Größen die
Motordrehzahl regelt. Für
die Regelung einer Servolenkung jedoch erscheint der Gegenstand
der
DE 422 29 14 A1 nicht
geeignet zu sein.
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Letztendlich
sei noch auf zwei Druckschriften verwiesen, die erst nach Einreichung
der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht
wurden: es sind dies die
DE
101 10 265 C2 und die
DE 101 61 032 A1 . Aus der
DE 101 10 265 C2 ist eine
Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Frequenz einer durch Störspannungen überlagerten
periodischen Spannung mit mindestens einem ersten Anschluß und einem
zweiten Anschluß zur
Aufnahme der periodischen Spannung, mit einer dem ersten Anschluß und dem
zweiten Anschluß nachgeschalteten
Wechselspannungs kopplung mittels eines Kondensators zur Entfernung
des Gleichstromanteils der Spannung, mit einem Komparator, der der
Wechselspannungskopplung nachgeschaltet ist und der einen ersten
Eingangsanschluß,
einen zweiten Eingangsanschluß und
einen Ausgangsanschluß aufweist.
Die Schaltungsanordnung ist derart ausgestaltet, daß der Wechselspannungsanteil
der Spannung dem Komparator über
den ersten Eingangsanschluß und
dazu phasenversetzt über
den zweiten Eingangsanschluß zugeführt wird.
Beim Gegenstand der
DE
101 10 265 C2 werden gefilterte Signale verglichen, eine
Beziehung zu Servolenkungsvorrichtungen kann der besagten Druckschrift
jedoch nicht ohne weiteres entnommen werden.
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Aus
der
DE 101 61 032
A1 letztendlich ist eine Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung
zum Steuern bzw. Regeln eines elektrischen Servo-Lenkmechanismus
bekannt, welcher eine Anomalieerfassungseinheit zum Erfassen von
Anomalie oder Normalität
des elektrischen Servo-Lenkmechanismus für jede Abtastzeit und eine
Störungsentscheidungseinheit
zum Erfassen einer Störung
des elektrischen Servo-Lenkmechanismus, wenn
ein Anomaliezähler
bei jeder durch die Anomalieerfassungseinheit erfaßten Anomalieerfassung
erhöht wird
und wenn der Anomaliezähler
einen Störungsentscheidungswert
erreicht, enthält.
Die Vorrichtung weist einen an einer Lenkwelle angebrachten Drehmomentsensor
zum Erfassen eines Lenkdrehmomentsignals, eine Anzeigewertberechnungseinheit
zum Berechnen eines Motorstromanzeigewerts auf der Grundlage des durch
den Drehmomentsensor erfaßten
Lenkdrehmomentsignals und einer durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssenor
erfaßten
Fahrzeuggeschwindigkeit auf. Ferner umfaßt der Gegenstand der
DE 101 61 032 A1 eine
Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines in den Elektromotor
fließenden
Stroms sowie eine Antriebssignalberechnungsschaltung zum Berechnen
eines Antriebssignal aus einer Stromabweichung zwischen dem Motorstromanzeigewert
und dem Motorstromerfassungswert und Übertragen des Antriebssignals an
die Motorantriebsschaltung, sowie eine Anomalieerfassungseinrichtung
zum Erfassen, ob der elektrische Servo-Lenkmechanismus für jede Abtastzeit
anomal oder normal ist, und eine Störungsentscheidungseinrichtung
zum Erfassen einer Störung
des elektrischen Servo-Lenkmechanismus, wenn ein Anomaliezähler bei
jeder Erfassung einer durch die Anomalieerfassungseinheit erfaßten Anomalie
erhöht
wird und wenn der Anomaliezähler
einen Störungsentscheidungswert
erreicht. Auch beim Gegenstand der
DE 101 61 032 A1 kann es aufgrund von Spannungs-
bzw. Stromspitzen zu einem verfälschten
Ergebnis der Anomalieerfassungseinrichtung kommen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
des vorstehend Festgestellten, wurde eine Vorrichtung zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach der vorliegenden
Erfindung entwickelt, um die zuvor erwähnten, mit dem Stand der Technik
zusammenhängenden
Probleme zu lösen,
und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Störspannung
(einen von der Norm abweichenden Spannungswert, der beispielsweise
durch den Einfluss einer Störspannung
aufgrund von Bruch, Verschleiß und
Defekten eines Kommutators oder von Bürsten eines Motors verursacht
wird, oder von einem fremden Gegenstand, der ins Innere des Motors
gelangt ist, abgebrochenen Teilen von internen Komponenten oder
Teilen eines Motors o. dgl.) aus einem Unterschied zwischen einer
Sollspannung und einem tatsächlichen
Strom eines Motors zu schätzen,
um dadurch einen von der Norm abweichenden Zustand eines Motors,
der auf den Einfluss einer solchen Störspannung zurückzuführen ist,
ohne zusätzliche
Hardware zu beurteilen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines
von der Norm abweichenden Zustands eines Elektromotors bereitgestellt,
die Folgendes umfasst:
eine Motorstromerfassungseinrichtung
zum Erfassen eines tatsächlichen
Stroms, der durch den Motor geschickt wird;
eine Regelungseinrichtung
zur Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Steuerbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt;
eine Schätzeinrichtung
für von
der Norm abweichende Spannung, um auf der Basis der Sollspannung
und dem tatsächlichen
Strom, einen Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt;
eine die Kommutierungsfrequenz arithmetisch berechnende
Einrichtung, um die Kommutierungsfrequenz auf der Basis einer Drehzahl
des Motors und die Anzahl von Kommutatoren und die Anzahl von Bürsten des
Motors arithmetisch zu berechnen;
eine Filtervorrichtung, um
eine Filterfrequenz entsprechend der Kommutierungsfrequenz zu ändern, um
den Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu filtern, der durch die Schätzeinrichtung
für die
von der Norm abweichende Spannung geschätzt wurde; und
eine Beurteilungseinheit
für den
von der Norm abweichenden Zustand des Motors, um einen von der Norm abweichenden
Zustand des Motors auf der Basis des Vergleichs des durch die Filtervorrichtung
gefilterten Schätzwerts
für die
von der Norm abweichende Spannung mit einem zuvor gespeicherten,
vorbestimmten, von der Norm abweichenden Spannungswert zu beurteilen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Obige
und andere Aufgaben sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
klar. Darin zeigen:
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1 ein
Blockschema, teilweise als Schaltungsschema, das einen Aufbau einer
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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3 eine
graphische Darstellung, die bei der Erklärung der Veränderung
eines variablen Filters der Vorrichtung zum Erfassen eines von der
Norm abweichenden Zustands eines Motors nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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4 ein
Blockschema, das einen Aufbau eines Beurteilungsabschnitts für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand in einer Vorrichtung zum
Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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6 eine
graphische Darstellung, die bei der Erklärung der Korrelation zwischen
einer Frequenz und einem Leistungsspektrum der Vorrichtung zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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7 ein
Blockschema, das einen Aufbau eines Beurteilungsabschnitts für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand in einer Vorrichtung zum
Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
-
9 eine
graphische Darstellung, die bei der Erklärung der zeitmäßigen Veränderung
einer von der Norm abweichenden Spannung der Vorrichtung zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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10 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
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11 eine
graphische Darstellung, die bei der Erklärung der zeitmäßigen Veränderung
einer von der Norm abweichenden Spannung der Vorrichtung zum Erfassen
eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist;
-
12 ein
Blockschema, das einen Aufbau eines Beurteilungsabschnitts für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand in einer Vorrichtung zum
Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach
einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von Nutzen ist;
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14 ein
Blockschema, das einen Aufbau eines Beurteilungsabschnitts für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand in einer Vorrichtung zum
Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors nach
einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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15 ein
Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung
Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Motors nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung von Nutzen ist; und
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16 ein
Blockschema, teilweise als Schaltungsschema, das einen Aufbau einer
herkömmlichen Vorrichtung
zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands eines Motors
zu Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
einen Aufbau, nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, einer Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung.
Da in dem in 1 gezeigten Aufbau ein Teilaufbau
im Hinblick bis zur Bestimmung eines Sollstroms auf der Basis von
Eingangssignalen eines Lenkdrehmoments und einer Fahrzeuggeschwindigkeit,
und ein Teilaufbau im Hinblick auf den Ausgang eines Signals, das
für ein
Drehmoment basierend auf einem Unterschied zwischen dem Sollstrom
und einem Motorerfassungsstrom steht, dieselben sind wie die mit
Bezug auf 16 beschriebenen, unterbleibt
deren Beschreibung der Einfachheit halber.
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Nun
ist in 1 für
den Stromregler 3 beispielsweise die PID-Regelung erkennbar,
die eine proportionale Verstärkung
Kp, eine integrierende Verstärkung Kl und eine differentiale Verstärkung Kd verwendet, die zuvor in einem ROM abgespeichert
werden. Im Übrigen
kann auch nur eine oder können
zwei Arten der oben erwähnten
Verstärkungen
verwendet werden. Zusätzlich
kann ein PID-Regelsystem mit zwei Freiheitsgraden auf der Basis
konfiguriert sein, dass ein Regler in einen Regelkreis eines Motorstroms
oder für
einen Sollstrom Iref des Motorstroms eingesetzt
o. dgl. wird.
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Als
Nächstes
wird eine Batteriespannung Vbatt, die einer
Sollspannung (Motortreibersbefehlspannung) Vref entspricht,
die im Stromregler 3 arithmetisch berechnet wird, in den
Motortreiber 7 eingegeben. Da aber der Einfluss einer Störspannung
Vdist und einer elektromotorischen Gegenspannung
Vb des Motors 8 im Signalpfad vom
Eingang der Sollspannung Vref zum Eingang
der tatsächlichen
Eingangsspannung Vc zum Motortreiber 7 vorhanden
ist, wird in Wirklichkeit der Wert, der durch Subtraktion beider
Spannungswerte (Vdist und Vb)
von der Sollspannung Vref erhalten wird,
die tatsächliche
Eingangsspannung Vc.
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Die
Sollspannung Vref und ein tatsächlicher
Strom Iact, der vom Motorstromdetektor 9 erfasst
wird, werden beide in eine Schätzeinrich tung 16 für von der
Norm abweichende Spannung eingegeben, die wiederum eine geschätzte, von
der Norm abweichende Motorspannung Vf auf
Basis des tatsächlichen
Stroms Iact und der Sollspannung Vref schätzt.
Ein Ausgangssignal der Schätzeinrichtung 16 für von der
Norm abweichende Spannung wird in eine Beurteilungseinheit 15 für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand eingegeben, wodurch ein von
der Norm abweichender Zustand des Motors beurteilt wird.
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Hier
erfolgt die Beschreibung im Hinblick auf Details der zuvor erwähnten Schätzeinrichtung 16 für von der
Norm abweichende Spannung.
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Für die Schätzeinrichtung 16 für von der
Norm abweichende Spannung nach der vorliegenden Erfindung wird ein
Störungsschätzungsbeobachter
eingesetzt. Der wie in Ausdruck (2) gezeigte Störungsschätzungsbeobachter ist, wie später noch
beschrieben wird, so ausgelegt, dass er das Modell des Stromverhaltens des
Motors in Form der Summe der Spulenimpedanzkennlinien und der Störspannung
bildet.
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Hier
ist das Stromverhalten des Motors wie in Ausdruck (2) gezeigt modellhaft
unter der Annahme dargestellt, dass eine allgemeine Schätzstörspannung
Vdist ist, und die dynamischen Kennlinien
der Störspannung Vdist sind in der abgeleiteten Form ausgedrückt, die
durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben ist. dVdist/dt = 0 (1)
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Folglich
wird das Ausdruck (1) enthaltende Modell des Stromverhaltens des
Motors für
die Sollspannung V
ref, das das Störmodell
und den tatsächlichen
Strom I
act ausdrückt, durch Ausdruck (2) ausgedrückt.
worin
R
m ein Widerstandswert des Motors, L
m ein Induktivitätswert des Motors und y ein
Ausgangswert ist.
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Die
Störspannung
Vdist als eine Zustandsgröße in Ausdruck
(2) des Stromverhaltenmodells wird durch den Beobachter
geschätzt.
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Als
Nächstes
wird das Erweiterungssystem des obigen Ausdrucks (2) in ein wahrnehmbares
kanonisches System umgewandelt, das im folgenden Ausdruck (3) gezeigt
ist.
worin
z
1 und z
2 jeweils
Zustandsgrößen, α
1, α
2,
b
1' und
b
2' jeweils
Koeffizienten darstellen, und α
1 = 0, α
2 = R
m/L
m,
b
1' =
0 und b
2' =
1/L
m.
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Hier
werden die Grundformeln des Beobachters für den obigen Ausdruck (3) durch
die folgenden Ausdrücke
(4) und (5) ausgedrückt.
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In
diesem Zusammenhang bedeutet im Ausdruck (4) z ^1, z ^2 eine geschätzte Zustandsgröße und g1 und g2 stellen
Gewichtungskoeffizienten dar und werden jeweils wie folgt ausgedrückt: g1 = λ1 × λ2 g2 = –(Rm/Lm) – (λ1 + λ2),worin λ1 und λ2 jeweils
Pole des Beobachters darstellen.
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Zusätzlich werden
die Werte der Gewichtungskoeffizienten g1 und
g2 vorab bestimmt, so dass der Ausgang des
Störspannungsschätzungsbeobachters
stabil wird.
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Während das
Stromverhalten des Motors unter der Annahme modellhaft nachgebildet
wird, dass die zuvor erwähnten
dynamischen Kennlinien der Störspannung
V
dist die durch Ausdruck (1) gegebene abgeleitete Form
haben, kann der Störspannungsschätzungsbeobachter
unter der Annahme aufgebaut sein, dass die zuvor erwähnten dynamischen
Kennlinien in der Form einer Sinuswelle als Funktion einer Winkelfrequenz ω gegeben
sind, die durch den folgenden Ausdruck (6) gegeben ist.
worin
x
2 eine Zustandsgröße darstellt.
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Zusätzlich kann
der Störspannungsschätzungsbeobachter
unter der Annahme aufgebaut sein, dass die Störspannung Vdist in
Form eines Polynoms (6) als eine Funktion der Zeit t ausgedrückt wird,
worin c1, c2 und
c3 Konstanten sind, die bestimmt werden,
wenn die Wellenform der tatsächlichen
Störspannung
feststeht. Vdist = c1 × t2 + c2 × t + c3 (7)
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Darüber hinaus
kann die Störspannung
geschätzt
werden, indem der Mindestmaßbeobachter
verwendet wird, der erhalten wird, indem der Grad dieser Beobachter
gesenkt wird. Beispielsweise wird die Formel des Beobachters, wenn
das Mindestmaß auf
Ausdruck (4) angewandt wird, auf der Basis der folgenden Ausdrücke (8)
und (9) ausgedrückt. dw/dt = –fL1w + [fL1{(Rm/Lm) – fL1}]Iact
–(fL1/LM)Vref(8) Vdist = –Lm(w + fL1 × Iact) (9)worin
w eine Zwischenzustandsgröße ist,
dw/dt ein Zeitunterschied der Zwischenzustandsgröße w, und –fL1 ein Pol
des Beobachters.
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Ein
Programm wird von einer CPU (einer zentralen Prozessoreinheit) so
ausgedrückt
und arithmetisch berechnet, dass das Ausgangssignal y der Störungsschätzungsbeobachters 16 über verschiedene
Filter 17 verarbeitet wird, und das Ausgangssignal der
verschiedenen Filter 17 wird mit einem zuvor in einem ROM
der Beurteilungseinheit 15 für den von der Norm abweichenden
Motorzustand aufgezeichneten Wert verglichen, um dadurch einen von
der Norm abweichenden Zustand des Motors zu erfassen. Der Ablauf
und die Funktionsweise dieses Programms wird im Folgenden mit Bezug
auf ein in 2 gezeigtes Ablaufdiagramm beschrieben.
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Im
Schritt S110 wird der Motorantriebsbefehlspannungswert, der aus
dem Sollstrom Iref und dem tatsächlichen
Motorstrom Iact über die arithmetische Berechnung
im Stromregler 3 erhalten wurde, d.h. die Sollspannung
Vref, in einem Speicher abgespeichert. Als
Nächstes
wird im Schritt S120 der tatsächliche
Motorstrom Iact, der vom Motorstromdetektor 9 erfasst
wurde, in dem Speicher abgespeichert.
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Im
Schritt S130 werden sowohl die gespeicherte Sollspannung Vref als auch der gespeicherte tatsächliche
Motorstrom Iact in den Störspannungsschätzungsbeobachter
eingegeben. Dann wird im Schritt S140 ein Schätzwert Vf der
von der Norm abweichenden Motorspannung, der einer Spannung entspricht,
die einen von der Norm abweichenden Zustand des Motors darstellt,
auf der Basis des Berechnungsausdrucks des vorstehend im Einzelnen
beschriebenen Störspannungsschätzungsbeobachters
arithmetisch berechnet.
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Im
Schritt S141 wird die Information einer Motordrehzahl ωm ausgelesen. Die Motordrehzahl ωm kann mit einem Sensor wie einem Decodierer
gemessen werden oder kann aus einer elektromotorischen Gegenspannung
geschätzt
werden. Zusätzlich
kann sie auch aus der Lenkgeschwindigkeit des Lenkrads arithmetisch
berechnet werden, welche gemessen oder geschätzt wurde.
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Im
Schritt S142 wird die Anzahl Nb an Bürsten und
die Anzahl Mc an Kommutatoren des Motors
ausgelesen, welche zuvor im ROM abgespeichert wurde.
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Im
Schritt S143 wird eine Kommutierungsfrequenz Fc aus
der Drehzahl ωm des Motors, der Anzahl Nb an
Bürsten
und der Anzahl Mc an Kommutatoren des Motors
arithmetisch berechnet, die alle zuvor von einem Kommutierungsfrequenzoperator 26 ausgelesen
wurden. Die Kommutierungsfrequenz Fc ist
die Frequenz der Spannungsveränderung
aufgrund der Kommutierung während
der Drehung des Motors und wird als eine Funktion der Drehzahl ωm des Motors, der Anzahl Nb an
Bürsten
und der Anzahl Mc an Kommutatoren des Motors
ausgedrückt.
Dann ergibt der Kommutierungsfrequenzoperator Fc =
f(ωm, Nb, Mc).
-
3 ist
eine graphische Darstellung, die bei der Erklärung der Veränderung
eines variablen Filters von Nutzen ist, bei dem sich ein Kerbabschnitt
entsprechend mit der Drehzahl ωm des Motors verändert. Dann wird im Schritt
S144 die Schätzspannung
Vf des von der Norm abweichenden Motorzustands
durch das variable Filter mit der zuvor erwähnten Kommutierungsfrequenz
Fc als Filterfrequenz gefiltert, um eine
von der Norm abweichende Motorspannung Vff zu
erhalten. Das Filterelement 17 kann so ausgelegt sein,
dass es die von der Norm abweichende Schätzspannung über ein Bandpassfilter von
der Schätzspannung
Vf des von der Norm abweichenden Motorzustands
subtrahiert. Auf diese Weise ist es nicht von Bedeutung, welchen
Aufbau das Filter hat, solange es nur dazu dient, die Verstärkung einer
speziellen Frequenz zu reduzieren.
-
Im
Schritt S150 wird ein bestimmter Wert ε1, der
vorab im ROM abgespeichert wird, mit dem Absolutwert des von der
Norm abweichenden Motorspannungswerts Vff verglichen.
Falls das Verhältnis
|Vff| ≥ ε1 als Ergebnis
des Vergleichs festgestellt wird, wird im Schritt S160 entschieden,
dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden Zustand befindet.
Wird andererseits das Verhältnis
|Vff| < ε1 festgestellt,
wird im Schritt S170 entschieden, dass sich der Motor in einem Normalzustand
befindet.
-
Darüber hinaus
kehrt der Prozess zur Verarbeitung von Schritt S110 zurück und die
zuvor erwähnten Schritte
werden wiederholt ausgeführt.
Wird im Schritt S160 entschieden, dass sich der Motor in einem von
der Norm abweichenden Zustand befindet, kann der Prozess beendet
werden, ohne zum Schritt S110 zurückzukehren.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird nach der Vorrichtung zum Erfassen eines
von der Norm abweichenden Zustands eines Motors zur Verwendung in
der elektrischen Servolenkungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform
der von der Norm abweichende Spannungswert, der aufgrund von Bruch,
Verschleiß und Defekten
des Kommutators und der Bürsten
des Motors, des fremden Gegenstands, der ins Innere des Motors gelangt
ist, den abgebrochenen Teilen der internen Komponenten oder der
Teile des Motors o. dgl. verursacht wird, geschätzt, wodurch es möglich wird,
den von der Norm abweichenden Zustand des Motors zu beurteilen.
-
Zusätzlich ermöglicht es
das Einsetzen des Kommutierungsfrequenzoperators 26 und
der verschiedenen Filter 17, dass der von der Norm abweichende
Zustand des Motors auf der Basis der Schätzung der von der Norm abweichenden
Spannung mit einer bestimmten Frequenzkomponente beurteilt werden
kann. Beispielsweise kann sogar auch in dem Fall, in dem ein Phänomen beobachtet
wird, bei dem Kommutierungswelligkeiten o. dgl., mit denen der Motor
als im normalen Zustand befindlich beurteilt wird, in der Form der
Störspannung
entsteht, nur der von der Norm abweichende Zustand ohne ein falsches
Urteil zu fällen
erfasst werden.
-
Zweite Ausführungsform
-
Eine
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
-
4 ist
ein Blockschema, das einen Aufbau eines Abschnitts zeigt, der dem
Abschnitt zum Beurteilen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors der zuvor erwähnten
ersten Ausführungsform
entspricht, und 5 ist ein Ablaufdiagramm, das
bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der zweiten Ausführungsform
von Nutzen ist.
-
Da
in 5 die Schritte von Schritt S210 bis S240 dieselben
sind wie diejenigen von Schritt S110 bis Schritt S140 von 2,
unterbleibt deren Beschreibung hier der Einfachheit halber.
-
Im
Schritt S241 wird eine Frequenz Fp mit einem
Spitzenwert der Schätzspannung
Vf des von der Norm abweichenden Motorzustands
wie in 6 arithmetisch von einem Frequenzanalysator 18 berechnet, um
ausgegeben zu werden. Was den Frequenzanalysator 18 betrifft,
kann beispielsweise FFT (Fast Fourier-Transformation) verwendet
werden.
-
Als
Nächstes
wird im Schritt S242 die Drehzahl ωm des
Motors ausgelesen. Dann wird im Schritt S243 die Drehzahl ωm des Motors durch einen Koeffizientenmultiplizierer 19 mit
einem Koeffizienten multipliziert, um in eine zur Drehzahl ωm des Motors proportionale Frequenz Fm umgewandelt zu werden.
-
Dann
wird im Schritt S244 ⊿F = Fp – Fm mittels des Addier-Subtrahierwerks 10d arithmetisch
berechnet. Dann wird im Schritt S250 ein vorbestimmter Wert ε2,
der zuvor im ROM abgespeichert wurde, mit dem Absolutwert eines
Frequenzunterschieds ⊿F zwischen der Spitzenfrequenz Fp der von der Norm abweichenden Motorspannung
und der zur Motordrehzahl proportionalen Frequenz Fm verglichen.
Wird das Verhältnis |⊿F| ≥ ε2 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt 260 entschieden,
dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden Zustand befindet.
Wird andererseits das Verhältnis
|⊶F| < ε2 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S270
entschieden, dass sich der Motor in einem normalen Zustand befindet.
Die nachfolgenden Schritte sind dieselben wie diejenigen der zuvor
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Wie
zuvor beschrieben, wird nach der zweiten Ausführungsform entschieden, wenn
sich die Frequenz Fp der Schätzspannung
des von der Norm abweichenden Motorzustands nahe der zur Motordrehzahl
proportionalen Frequenz Fm befindet, dass
die von der Norm abweichende Motorspannung auf die Kommutationswelligkeit
zurückzuführen ist,
und somit ist es möglich,
die falsche Erfassung des von der Norm abweichenden Zustands zu
verhindern. Wenn andererseits ein Unterschied zwischen der Frequenz
Fp und der Frequenz Fm groß ist, da
die von der Norm abweichende Spannung aufgrund eines anderen Faktors
als der Kommutationswelligkeit entstand, ist es möglich, zu
entscheiden, dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden Zustand
befindet.
-
Dritte Ausführungsform
-
Eine
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf die 7 bis 9 beschrieben.
-
7 ist
ein Blockschema, das einen Aufbau eines Abschnitts zeigt, der dem
Abschnitt zum Beurteilen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors der zuvor erwähnten
ersten Ausführungsform
entspricht, und 8 ist ein Ablaufdiagramm, das
bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der dritten Ausführungsform
von Nutzen ist.
-
Da
in 8 die Schritte von Schritt S310 bis Schritt S340
dieselben sind wie diejenigen von Schritt S110 bis Schritt S140
von 2, unterbleibt deren Beschreibung hier der Einfachheit
halber.
-
In 8 wird
im Schritt S341 ein auszugebender Zeitintervall Tp durch
einen Impulsintervallgeberoperator 20 erhalten, wenn die
Schätzspannung
Vf in der Form eines wie in 9 gezeigten
Impulses erzeugt wird. Im Übrigen
wird als ein Beispiel des Impulsintervallgeberoperators 20 ein
Wavelet-Wandler o. dgl. genannt.
-
Im
Schritt S343 wird die Drehzahl ωm des Motors vom Operator 21 in
eine Periode Tm umgewandelt, die umgekehrt
proportional zur Drehzahl ωm des Motors ist. Dann wird im Schritt S344 ⊿T
= Tp – Tm mittels des Addier-Subtrahierwerks 10d arithmetisch
berechnet. Dann wird im Schritt S350 ein vorbestimmter Wert ε3,
der zuvor im ROM abgespeichert wurde, mit dem Absolutwert ⊿F
verglichen.
-
Wird
das Verhältnis
|⊿T| ≤ ε3 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S360
entschieden, dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden
Zustand befindet. Wird andererseits das Verhältnis |⊿T| > ε3 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S370
entschieden, dass sich der Motor in einem normalen Zustand befindet.
Die nachfolgenden Schritte sind dieselben wie diejenigen der zuvor
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird nach der dritten Ausführungsform,
wenn beispielsweise die von der Norm abweichende Motorspannung in
Form eines Impulses etc. erzeugt wird, die von der Norm abweichende Motorspannung
im Wesentlichen mit der Motordrehzahl verglichen, wodurch es möglich ist
zu entscheiden, ob der betreffende Zustand je nach der Motordrehzahl
der von der Norm abweichende Zustand ist oder nicht, und es ist
auch möglich,
die Zusammensetzung des Kontaktzustands zwischen der Bürste und
dem Kommutator zu erfassen, wodurch der von der Norm abweichende
Zustand verursacht wird.
-
Vierte Ausführungsform
-
Eine
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
nach einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben.
-
10 ist
ein Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung der Funktionsweise der
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors nach der vierten Ausführungsform von Nutzen ist.
Da in 10 die Schritte von Schritt
S410 bis Schritt S440 dieselben sind wie diejenigen von Schritt
S110 bis Schritt S140 von 2, unterbleibt
deren Beschreibung hier der Einfachheit halber.
-
In 10 wird
im Schritt S440b die Gleichstromkomponente der von der Norm abweichenden
Schätzspannung
Vf durch ein Hochpassfilter entfernt, oder
indem ein Mittelwert davon arithmetisch berechnet wird, und der
sich ergebenden Spannung wird Vf_AC zugewiesen.
-
Die
Schritte von Schritt S441 bis Schritt S445 zeigen das Verfahren
der arithmetischen Berechnung des Impulsentstehungsintervalls T
p. Zuerst findet im Schritt S441 die Entscheidung über die
Impulserzeugung auf der Basis der folgenden Beurteilungsformel (10)
statt.
worin
V
th ein Spannungswert ist, der zuvor im
ROM abgespeichert wurde, und ΔV
f/Δt
ist ein Differentialwert der von der Norm abweichenden Schätzspannung
geteilt durch Zeit. Im Übrigen
zeigt
11 die zeitmäßige Veränderung der von der Norm abweichenden
Spannung, die von der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors erfasst wird.
-
Zusätzlich kann
der folgende Ausdruck (11) anstelle des Ausdrucks (10) verwendet
werden.
-
-
Wird
die obige Beurteilungsformel erfüllt,
dann wird entschieden, dass der von der Norm abweichende Motorimpuls
erzeugt wird.
-
Wenn
im Schritt S442 die Information der Anfangserzeugungszeit t1 nicht gespeichert wird, dann wird im Schritt
S443 die Impulsgeberzeit t in Form von T1 = t eingestellt und ihre
Information im ROM gespeichert, und dann kehrt der Prozess zu Schritt
S440 zurück.
-
Dann
wird im Schritt S441, wenn entschieden wird, dass Ausdruck (10)
oder (11) erfüllt
ist, die Zeit t zu dieser Zeit diesmal in Form von T2 = t eingestellt
und ihre Information im Schritt S444 im ROM abgespeichert.
-
Als
Nächstes
wird im Schritt S445 der Impulsgeberzeitintervall Tp =
T2 – T1
arithmetisch berechnet. Da die nachfolgenden Schritte dieselben
sind wie diejenigen während
und nach dem in 8 gezeigten Schritt S342, unterbleibt
deren Beschreibung hier der Einfachheit halber.
-
Wie
zuvor beschrieben ist es nach der vierten Ausführungsform möglich, dieselben
Resultate wie diejenigen der zuvor erwähnten dritten Ausführungsform
zu bieten.
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Fünfte Ausführungsform
-
Eine
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
nach einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben.
-
12 ist
ein Blockschema, das einen Aufbau eines Abschnitts zeigt, der dem
Abschnitt zum Beurteilen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors der zuvor erwähnten
ersten Ausführungsform entspricht,
und 13 ist ein Ablaufdiagramm, das bei der Erklärung der
Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Motors nach der fünften
Ausführungsform
von Nutzen ist. Da im Übrigen
in 13 die Schritte von Schritt S510 bis Schritt S540
dieselben sind wie diejenigen von Schritt S110 bis Schritt S140
von 2, unterbleibt deren Beschreibung hier der Einfachheit
halber.
-
In 13 wird
im Schritt S541 eine Schwingungskomponente der Schätzspannung
Vf durch eine Schwingungskomponentenbeseitigungseinheit 22 beseitigt,
so dass nur eine Gleichstromkomponente Vf_DC zurückbleibt.
Was die Schwingungskomponentenbeseitigungseinheit 22 anbelangt,
kann ein Tiefpassfilter mit einem beliebigen Grad verwendet werden,
oder es kann ein Verfahren zum arithmetischen Berechnen eines Mittelwerts
der Schätzspannung
Vf eingesetzt werden.
-
Als
Nächstes
wird im Schritt S542 die Sollspannung Vref oder
die Spannung Vt, die an den Motoranschlüssen entstanden
ist, ausgelesen. Dann wird im Schritt S543 der im Schritt S542 ausgelesene
Spannungswert durch eine Schwingungskomponentenbeseitigungseinheit 23 gefiltert,
so dass nur eine Gleichstromkomponente Vr_DC zurückbleibt.
-
Dann
wird im Schritt S544 mittels des Addier-Substrahierwerks 10d ⊿V
= Tf_DC – Vr_DC arithmetisch
berechnet. Im Schritt S550 wird dann ein zuvor im ROM abgespeicherter
vorbestimmter Wert ε5 mit dem Absolutwert von ⊿V verglichen.
-
Wird
das Verhältnis
|⊿V| ≥ ε5 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S560
entschieden, dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden
Zustand befindet. Wird andererseits das Verhältnis |⊿V| < ε5 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S570
entschieden, dass sich der Motor in einem normalen Zustand befindet.
Die nachfolgenden Schritte sind dieselben wie diejenigen der zuvor
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Wie
zuvor beschrieben ist es nach der fünften Ausführungsform möglich, den
Kontaktzustand zwischen der Bürste
und dem Kommutator zu erfassen, und den Zustand, in dem der Bürstenspannungsabfall aufgrund
von Verschleiß der
Bürste
o. dgl. ansteigt.
-
Sechste Ausführungsform
-
Eine
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
nach einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf die 14 und 15 beschrieben.
-
14 ist
ein Blockschema, das einen Aufbau eines Abschnitts zeigt, der dem
Abschnitt zum Beurteilen eines von der Norm abweichenden Motorzustands
der zuvor erwähnten
ersten Ausführungsform
entspricht, und 15 ist ein Ablaufdiagramm, das
bei der Erklärung
der Funktionsweise der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm
abweichenden Zustands eines Motors nach der sechsten Ausführungsform
von Nutzen ist. Da im Übrigen
in 15 die Schritte von Schritt S610 bis Schritt S640
dieselben sind wie diejenigen von Schritt S110 bis Schritt S140
von 2, unterbleibt deren Beschreibung hier der Einfachheit
halber.
-
In 15 wird
im Schritt S641 eine Gleichstromkomponente Vf_DC der
von der Norm abweichenden Schätzspannung
Vf des Motors durch eine Schwingungskomponentenbeseitigungseinheit 22 arithmetisch
berechnet. Im Schritt S642 wird die Gleichstromkomponente Vf_DC einen vorbestimmten Zeitintervall von
Ts1 bis Te1 lang
durch einen Integrator 24 integriert.
-
Zusätzlich wird
im Schritt S643 der durch die Integration der Gleichstromkomponente
Vf_DC erhaltene Wert, d.h. ΣVf_DC, in einer Speichervorrichtung 25 gespeichert,
um zu einer Schwellenspannung ΣVth zu werden, die in der Beurteilung des
von der Norm abweichenden Motorzustands verwendet wird.
-
Als
Nächstes
wird im Schritt S644 die Gleichstromkomponente Vf_DC eine
Zeitspanne von Ts2 bis Te2 lang
integriert, für
die die Verhältnisse
Te1 ≤ Ts2 ≤ Te2 und Te1 – Ts1 = Te2 – Ts2 vom Integrator 24 festgelegt
werden, um ΣVf_DC zu erhalten.
-
Dann
wird im Schritt S645 ⊿(ΣVf_DC) = ΣVf_DC – ΣVth arithmetisch berechnet. Im Schritt S650
wird dann ein zuvor im ROM abgespeicherter vorbestimmter Wert ε6 mit
dem Absolutwert von ⊿(ΣVf_DC) verglichen.
-
Wird
das Verhältnis
|⊿(ΣVf_DC)| ≥ ε6 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S660 entschieden,
dass sich der Motor in einem von der Norm abweichenden Zustand befindet.
Wird andererseits das Verhältnis
|⊿(ΣVf_DC)| < ε6 als
Ergebnis des Vergleichs festgestellt, dann wird im Schritt S670
entschieden, dass sich der Motor in einem normalen Zustand befindet.
Die nachfolgenden Schritte sind dieselben wie diejenigen der zuvor
erwähnten
ersten Ausführungsform.
-
Da
wie zuvor beschrieben nach der sechsten Ausführungsform der Zustand der
früheren
Schätzspannung
gespeichert und mit der aktuellen Schätzspannung verglichen werden
kann, ist es möglich,
die Veränderung
im Bürstenspannungsabfall
aufgrund der Langzeitveränderung
des Verschleißes
der Bürste
o. dgl. zu erfassen.
-
Obwohl
im Übrigen
in jeder der zuvor erwähnten
ersten bis sechsten Ausführungsform
die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Motors zur Verwendung in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung
beschrieben wurde, soll die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein. Das
heißt,
die Vorrichtung kann in ähnlicher
Weise einen von der Norm abweichenden Zustand im Inneren des Motors
beurteilen, solange sie einen Elektromotor verwendet.
-
Die
Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden Zustands
eines Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung umfasst: eine
Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines tatsächlichen Stroms,
der durch den Motor geschickt wird; eine Regelungseinrichtung zur
Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Steuerbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt; eine Schätzeinrichtung
für von
der Norm abweichende Spannung, um auf der Basis der Sollspannung
und dem tatsächlichen
Strom, einen Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt; eine die Kommutierungsfrequenz arithmetisch berechnende
Einrichtung, um eine Kommutierungsfrequenz auf der Basis einer Drehzahl
des Motors und die Anzahl von Kommutatoren und die Anzahl von Bürsten des
Motors arithmetisch zu berechnen; eine Filtervorrichtung, um eine
Filterfrequenz entsprechend der Kommutierungsfrequenz zu ändern, um
den Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu filtern, der durch die Schätzeinrichtung
für die
von der Norm abweichende Spannung geschätzt wurde; und eine Beurteilungseinheit
für den
von der Norm abweichenden Zustand des Motors, um einen von der Norm
abweichenden Zustand des Motors auf der Basis des Vergleichs des
durch die Filtervorrichtung gefilterten Schätzwerts für die von der Norm abweichende
Spannung mit einem zuvor gespeicherten, vorbestimmten, von der Norm
abweichenden Spannungswert zu beurteilen. In der Folge ist es möglich, den
von der Norm abweichenden Spannungswert, der beispielsweise durch
den Einfluss einer Störspannung
aufgrund von Bruch, Verschleiß und
Defekten eines Kommutatoren oder Bürsten eines Motors oder von
einem fremden Gegenstand, der ins Innere des Motors gelangt ist,
abgebrochenen Teilen von internen Komponenten oder Teilen eines
Motors o. dgl. verursacht wird, zu schätzen, wodurch der von der Norm
abweichende Zustand eines Motors, der auf den Einfluss einer solchen
Störspannung
zurückzuführen ist,
beurteilt werden kann.
-
Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Motors eine Filtervorrichtung, um eine Filterfrequenz
entsprechend der Kommutierungsfrequenz zu ändern, um den Schätzwert für die von
der Norm abweichende Spannung zu filtern, die durch die Schätzeinrichtung
für die
von der Norm abweichende Spannung geschätzt wurde, und die Beurteilungseinheit
für den
von der Norm abweichenden Zustand des Motors beurteilt auf der Basis
des Vergleichs des durch die Filtervorrichtung gefilterten Schätzwerts
für die
von der Norm abweichende Spannung mit einem zuvor gespeicherten,
vorbestimmten, von der Norm abweichenden Spannungswert einen von
der Norm abweichenden Zustand des Motors, wodurch selbst wenn eine
nicht mit einem von der Norm abweichenden Zustand des Motors zusammenhängende Kommutationswelligkeit
in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors entsteht, der von der Norm abweichende
Zustand nach Beseitigung dieser Komponente durch die Filtervorrichtung
beurteilt werden kann, wobei verhindert werden kann, dass die Spannungsveränderung
aufgrund einer Kommutationswellligkeit fälschlicherweise als der von
der Norm abweichende Zustand beurteilt wird.
-
Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung: eine
Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines tatsächlichen
Stroms, der durch den Motor geschickt wird; eine Regelungseinrichtung
zur Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Steuerbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt; eine Schätzeinrichtung
für von
der Norm abweichende Spannung, um auf der Basis der Sollspannung
und dem tatsächlichen
Strom, einen Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt; eine Frequenzanalyseeinrichtung, um eine Frequenzanalyse im
Hinblick auf den Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung durchzuführen, um Information einer
Spitzenfrequenz auf der Basis des Ergebnisses der Frequenzanalyse
auszugeben; und eine Beurteilungseinheit für den von der Norm abweichenden
Motorzustand, um einen von der Norm abweichenden Zustand des Motors
auf der Basis der Abweichung der Spitzenfrequenz von der Drehfrequenz
des Motors zu beurteilen, die einer Drehzahl des Motors entspricht.
Folglich wird, wenn eine Kommutationswelligkeit unabhängig vom
von der Norm abweichenden Zustand des Motors entsprechend der Drehzahl
des Motors auftritt, diese Komponente zur Beurteilung des von der
Norm abweichenden Zustands durch die Filtervorrichtung beseitigt, wodurch
verhindert werden kann, dass die Spannungsveränderung aufgrund der Kommutationswelligkeit fälschlicherweise
als der von der Norm abweichende Zustand beurteilt wird.
-
Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung: eine
Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines tatsächlichen
Stroms, der durch den Motor geschickt wird; eine Regelungseinrichtung
zur Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Steuerbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt; eine Schätzeinrichtung
für von
der Norm abweichende Spannung, um auf der Basis der Sollspannung
und dem tatsächlichen
Strom, einen Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt; eine arithmetische Zeitintervallberechnungseinheit, um
Intervalle der Entstehung der von der Norm abweichenden Spannungen
auf der Basis des Schätzwerts
für von
der Norm abweichende Spannung arithmetisch zu berechnen; und eine
Beurteilungseinheit für
den von der Norm abweichenden Zustand des Motors, um einen von der
Norm abweichenden Zustand des Motors auf der Basis der Zeitintervalle
der Entstehung der durch die arithmetische Zeitintervallberechnungseinheit
berechneten, von der Norm abweichenden Spannungen und die Drehfrequenz
des Motors beurteilt, die der Drehzahl des Motors entspricht. In
der Folge wird beispielsweise ein Entstehungsintervall hinsichtlich
der Impulsform des periodisch erzeugten Schätzwerts für von der Norm abweichende
Spannung ermittelt, und dieser wird mit der Drehzahl des Motors
verglichen, wodurch es möglich
ist, den Fall als den von der Norm abweichenden Zustand zu beurteilen,
in dem der Spannungsschätzwert
mit einer Periode erzeugt wird, die proportional zur Drehzahl des
Motors ist.
-
Darüber hinaus
umfasst nach der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors der vorliegenden Erfindung die arithmetische
Zeitintervallberechnungseinheit: eine Gleichstromkomponentenbeseitigungseinrichtung,
um eine Gleichstromkomponente des Schätzwerts für von der Norm abweichende
Spannung zu beseitigen, der von der Schätzeinrichtung für von der
Norm abweichende Spannung geschätzt
wurde; eine Beurteilungseinheit für die Entstehung von von der
Norm abweichender Spannung, um die Entstehung der von der Norm abweichenden
Spannung auf der Basis des Schätzwerts
für von
der Norm abweichende Spannung, aus dem die Gleichstromkomponente
durch die Gleichstromkomponentenbeseitigungseinrichtung entfernt
wurde, und eines zuvor gespeicherten, vorbestimmten, von der Norm abweichenden
Spannungswerts zu beurteilen; und eine Speichereinrichtung, um darin
Information der Zeitintervalle des Entstehens der von der Norm abweichenden
Spannung abzuspeichern, die von der Beurteilungseinheit für die Entstehung
von von der Norm abweichender Spannung beurteilt wird, und die Beurteilungseinheit
für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand beurteilt einen von der Norm
abweichenden Zustand des Motors auf der Basis der Zeitintervalle
der Entstehung der von der Norm abweichenden Spannungen, deren Information
in der Speichereinrichtung abgespeichert ist, und der Drehfrequenz
des Motors, die der Drehzahl des Motors entspricht. In der Folge
wird beispielsweise ein Entstehungsintervall hinsichtlich der Impulsform
des periodisch erzeugten Schätzwerts
für von
der Norm abweichende Spannung ermittelt, und dieser wird mit der
Drehzahl des Motors verglichen, wodurch es möglich ist, den Fall als den
von der Norm abweichenden Zustand zu beurteilen, in dem der Spannungsschätzwert mit
einer Periode erzeugt wird, die proportional zur Drehzahl des Motors
ist.
-
Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung: eine
Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines tatsächlichen
Stroms, der durch den Motor geschickt wird; eine Regelungseinrichtung
zur Regelung eines Sollspannungswerts, die dem Motor einen Steuerbefehl
entsprechend der Abweichung des tatsächlichen Stroms von einem eingegebenen
Sollstrom erteilt; eine Schätzeinrichtung
für von
der Norm abweichende Spannung, um auf der Basis der Sollspannung
und dem tatsächlichen
Strom, einen Schätzwert
für die
von der Norm abweichende Spannung zu schätzen, der einer Spannung entspricht,
die einen im Motor verursachten, von der Norm abweichenden Zustand
darstellt; eine erste Schwingungskomponentenbeseitigungseinrichtung, um
eine Schwingungskomponente des Schätzwerts für von der Norm abweichende
Spannung zu beseitigen, der von der Schätzeinrichtung für von der
Norm abweichende Spannung geschätzt
wurde; eine zweite Schwingungskomponentenbeseitigungseinrichtung,
um eine Schwingungskomponente der Sollspannung oder einer überwachten
Motorspannung zu beseitigen; und eine Beurteilungseinheit für einen
von der Norm abweichenden Motorzustand, um einen von der Norm abweichenden
Zustand des Motors auf der Basis des Schätzwerts für von der Norm abweichende
Spannung, von dem die Schwingungskomponente durch die erste Schwingungskomponentenbeseitigungseinrichtung
beseitigt wurde, und der Sollspannung oder überwachten Motorspannung zu
beurteilen, aus der die Schwingungskomponente durch die zweite Schwingungskomponentenbeseitigungseinrichtung
beseitigt wurde. In der Folge werden die Schwingungskomponenten
beseitigt und es findet ein Vergleich zwischen dem Schätzwert für von der
Norm abweichende Spannung und dem Sollspannungs- oder tatsächlichen
Motorspannungswert im Hinblick auf die Gleichstromkomponente statt,
wodurch es möglich
ist, einen Zustand zu erfassen, bei dem ein Bürstenspannungsabfall u. dgl.,
beispielsweise aufgrund einer zeitbedingten Veränderung des Motors, erhöht ist.
-
Darüber hinaus
beurteilt nach der Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors der vorliegenden Erfindung die Beurteilungseinheit
für den
von der Norm abweichenden Motorzustands einen von der Norm abweichenden
Zustand des Motors auf der Basis eines voreingestellten Spannungswerts
anstelle der Sollspannung oder überwachten
Motorspannung, aus der die Schwingungskomponente durch die zweite
Schwingungskomponentenbeseitigungseinrichtung beseitigt wurde. In
der Folge findet ein Vergleich zwischen dem Schätzwert für von der Norm abweichende
Spannung und der Sollspannung oder dem tatsächlichen Motorspannungswert
im Hinblick auf die Gleichstromkomponente statt, wodurch es möglich ist,
einen Zustand zu erfassen, bei dem ein Bürstenspannungsabfall u. dgl.,
beispielsweise aufgrund einer zeitbedingten Veränderung des Motors, erhöht ist.
-
Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines von der Norm abweichenden
Zustands eines Elektromotors der vorliegenden Erfindung: eine arithmetische
Berechnungseinrichtung, um die Abweichung der Sollspannung oder
der überwachten
Motorspannung, aus der die Schwingungskomponente aus dem Schätzwert für von der
Norm abweichende Spannung, aus dem die Schwingungskomponente entfernt wurde,
arithmetisch zu berechnen; eine kumulative arithmetische Berechnungseinrichtung,
um die kumulative Abweichung arithmetisch zu berechnen, die erhalten
wurde, indem die von der arithmetischen Berechnungseinrichtung arithmetisch
berechnete Abweichung zu vorbestimmten Zeitintervallen kumuliert
wird; und eine Speichereinrichtung, um darin die vorhergehende kumulative
Abweichung zu speichern, die durch die kumulative arithmetische
Berechnungseinrichtung erhalten wird, und die Beurteilungseinheit
für den
von der Norm abweichenden Motorzustand beurteilt einen von der Norm
abweichenden Zustand des Motors auf der Basis der Abweichung der
aktuellen kumulativen Abweichung, die durch die kumulative arithmetische
Berechnungseinrichtung aus der vorhergehenden, in der Speichereinrichtung
gespeicherten kumulativen Abweichung erhalten wurde. In der Folge
wird der kumulative Wert zu einer bestimmten Zeit in der Vergangenheit
gespeichert, und dieser wird mit dem aktuellen kumulativen Wert
verglichen, wodurch es möglich
ist, den von der Norm abweichenden Zustand zu erfassen, der beispielsweise
auf eine zeitbedingte Änderung
des Motors zurückzuführen ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug auf die bevorzugten
Ausführungsformen und
deren im Einzelnen genannte Modifikationen aufgezeigt und beschrieben
wurde, werden den Fachleuten selbstverständlich verschiedene Änderungen
und weitere Modifizierungen klar sein, ohne dass dabei der Rahmen
und der wahre Aussagegehalt der Erfindung verlassen würde. Der
Rahmen der Erfindung ist deshalb einzig und allein durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
