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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und eine elektrische Servolenkvorrichtung.
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Stand der Technik
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Üblicherweise ist in einem Transportgerät, z. B. einem Kraftfahrzeug, eine elektrische Servolenkvorrichtung eingebaut, die einen Fahrer beim Lenken unterstützt. Eine herkömmliche elektrische Servolenkvorrichtung ist beispielsweise in dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 beschrieben. Die elektrische Servolenkvorrichtung in dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 umfasst eine Mehrzahl von Invertern und mehrere Wicklungssätze, die denselben entsprechen (siehe Anspruch 1, Absatz 0016 usw.). Dann wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, so dass ein Strom, der dem Befehlswert entspricht, von den Invertern zu den mehreren Wicklungssätzen fließen kann. Das heißt, die elektrische Servolenkvorrichtung in dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 bewirkt, dass Mehrsystemantriebsschaltungen einen Motor zur Unterstützung der Lenkkraft eines Fahrers antreiben.
- Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Nr. 5370139
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technische Problemstellung
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In dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 führt ein normaler Leistungswandler der entsprechenden Wicklung weiterhin Strom zu, wenn in einer der Mehrsystemantriebsschaltungen in der elektrischen Servolenkvorrichtung ein anormaler Zustand auftritt. Somit kann die Unterstützung der Lenkkraft des Fahrers fortgesetzt werden (siehe Absatz 0007 usw.).
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In dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 ist der Strombefehlswert, der durch die Motorantriebssteuervorrichtung eingestellt ist, jedoch der Gesamtwert von Strömen, die den zwei Sätzen von Dreiphasenwicklungen durch die zwei Inverter zugeführt werden (siehe Absatz 0017 usw.). Falls ein anormaler Zustand in einem bestimmten System einer Antriebsschaltung auftritt, wird eine Rückkopplungssteuerung folglich basierend auf einem unnormalen Eingangswert durchgeführt, bis die Motorantriebssteuervorrichtung das Auftreten des Ausfalls erkennt und Maßnahmen einleitet. Daher besteht eine Möglichkeit, dass in einem normalen System temporär ein übermäßiger Strom durch den Inverter und die Wicklung fließt und einen unnormalen Lenkvorgang bewirkt.
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Gemäß dem Aufbau in dem
japanischen Patent mit der Nr. 5370139 ist es notwendig, dass Hochleistungskomponenten, die widerstandsfähig gegen eine oben beschrieben Stromüberlastung sind, als die Inverter und die Wicklung eingesetzt werden. Dies ist einer der Faktoren, der verhindert, dass Größe und Kosten der Vorrichtung reduziert sind.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorantriebsvorrichtung zu schaffen, die den Fluss eines übermäßigen Stroms durch einen Inverter oder eine Spulengruppe in einem normalen Steuersystem infolge der nachteiligen Wirkung des ausgefallenen Steuersystems verhindern kann.
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Lösung des Problems
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Eine beispielhafte erste Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, die folgende Merkmale umfasst: eine elektrische Schaltung, die ein erstes bis N-tes Steuersystem umfasst, die einer jeweiligen ersten bis N-ten Spulengruppe, die in dem Motor enthalten sind, einzeln Antriebsströme zuführen, wobei ein n-tes Steuersystem folgende Merkmale umfasst: einen n-ten Inverter, der der n-ten Spulengruppe den Antriebsstrom zuführt; eine n-te Strombefehlswerteinstelleinheit, die einen n-ten Strombefehlswert gemäß einem Eingangssignal von außen einstellt; eine n-te Steuerung, die einer Antriebsschaltung des n-ten Inverters eine Antriebsanweisung basierend auf dem n-ten Strombefehlswert zuführt; und einen n-ten Ausfalldetektor, der einen Ausfall in dem n-ten Inverter oder der n-ten Spulengruppe detektiert, wobei N eine Ganzzahl von zwei oder mehr ist, und n eine beliebige Ganzzahl von 1 bis N ist, wobei ein Betrieb des n-ten Steuersystems gestoppt wird, oder bewirkt wird, dass dieser zurückgeschaltet wird, wenn der n-te Ausfalldetektor den Ausfall detektiert, wobei die elektrische Schaltung eine Hauptrechenvorrichtung und eine Hilfsrechenvorrichtung umfasst, die einen Rechenprozess basierend auf einem voreingestellten Programm durchführen, die Hauptrechenvorrichtung eine Funktion einer N-ten Strombefehlswerteinstelleinheit von der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit, eine Funktion der N-ten Steuerung von der ersten Steuerung und eine Funktion des N-ten Ausfalldetektors von dem ersten Ausfalldetektor ausführt, und falls die Hauptrechenvorrichtung ausfällt, die Hilfsrechenvorrichtung die Funktionen der n-ten Strombefehlswerteinstelleinheit, der n-ten Steuerung und des n-ten Ausfalldetektors in zumindest einem Notfallsteuersystem von dem ersten bis N-ten Steuersystem ausführt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die beispielhafte erste Erfindung der vorliegenden Anmeldung stellt die Strombefehlswerte für die jeweiligen Steuersysteme einzeln ein. Ferner detektiert die vorliegende Erfindung einen Ausfall in den Invertern und in den Spulengruppen in Bezug auf jedes Steuersystem und stoppt nur das ausgefallene Steuersystem oder bewirkt, dass nur das ausgefallene Steuersystem zurückgeschaltet wird. Somit kann der Fluss eines übermäßigen Stroms durch einen Inverter oder eine Spulengruppe in dem normalen Steuersystem infolge der nachteiligen Wirkung des ausgefallenen Steuersystems verhindert werden. Folglich ist es nicht notwendig, Hochleistungskomponenten einzusetzen, und die Größe und Kosten der Motorantriebsvorrichtung können reduziert werden.
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Gemäß der beispielhaften ersten Erfindung der vorliegenden Anmeldung kann der Motor ferner unter Verwendung eines oder mehrerer der Steuersysteme weiterhin angetrieben werden, falls die Hilfsrechenvorrichtung auch bei Ausfall der Hauptrechenvorrichtung normal arbeitet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Servolenkvorrichtung.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung zeigt.
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3 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Rechenvorrichtung.
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss eines ausfallsicheren Prozesses zeigt.
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5 ist ein Flussdiagram, das einen Fluss eines ausfallsicheren Prozesses gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
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6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Rechenvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel.
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7 ist ein Blockdiagramm einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel.
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8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
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9 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Hauptrechenvorrichtung und einer Hilfsrechenvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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10 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Hauptrechenvorrichtung und einer Hilfsrechenvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel.
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11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
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12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Beispiele einer Motorantriebsvorrichtung und einer elektrischen Servolenkvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1. Erstes Ausführungsbeispiel
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1-1. Konfiguration einer elektrischen Servolenkvorrichtung
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1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Servolenkvorrichtung 1, die eine Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst. Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die einen Fahrer beim Lenken eines Transportgerätes, z. B. eines Kraftfahrzeuges, unterstützt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels einen Drehmomentsensor 10, einen Motor 20 und die Motorantriebsvorrichtung 30.
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Der Drehmomentsensor 10 ist an einer Lenkwelle 92 angebracht. Wenn der Fahrer die Lenkwelle 92 durch Betätigen eines Lenkrades 91 dreht, detektiert der Drehmomentsensor 10 das auf die Lenkwelle 92 ausgeübte Drehmoment. Ein Drehmomentsignal, das ein detektiertes Signal des Drehmomentsensors 10 ist, wird von dem Drehmomentsensor 10 an die Motorantriebsvorrichtung 30 ausgegeben. Die Motorantriebsvorrichtung 30 treibt den Motor 20 auf der Basis des Drehmomentsignals an, das von dem Drehmomentsensor 10 eingegeben wird. Es ist zu beachten, dass die Motorantriebsvorrichtung 30 nicht nur auf das Drehmomentsignal, sondern auch auf andere Informationen (z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) auf kombinierte Art und Weise Bezug nehmen kann.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 verwendet eine Leistung, die von einer Leistungsversorgungsquelle 40 erhalten wird, um dem Motor 20 einen Antriebsstrom zuzuführen. Die durch den Motor 20 bewirkte Antriebskraft wird durch ein Getriebe 50 auf Räder 93 übertragen. Demgemäß werden die Lenkwinkel der Räder 93 verändert. Somit verstärkt die elektrische Servolenkvorrichtung 1 das Drehmoment der Lenkwelle 92 durch den Motor 20, um die Lenkwinkel der Räder 93 zu ändern. Folglich kann der Fahrer das Lenkrad 91 mit einer geringen Kraft betätigen.
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1-2. Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung
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Im Folgenden wird die Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 beschrieben, die für die elektrische Servolenkvorrichtung 1 verwendet wird. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Motorantriebsvorrichtung 30 eine elektrische Schaltung, die eine Rechenvorrichtung 31, z. B. einen Microcontroller, umfasst. Die Motorantriebsvorrichtung 30 ist mit dem Drehmomentsensor 10, dem Motor 20 und der Leistungsversorgungsquelle 40 elektrisch verbunden (siehe 1).
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein dreiphasiger synchroner bürstenloser Motor als der Motor 20 der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 eingesetzt. Wenn der Motor 20 angetrieben wird, wird einer Mehrzahl von Spulen 21A und 21B in dem Motor 20 sowohl ein U-Phasen-, ein V-Phasen- als auch ein W-Phasenstrom von der Motorantriebsvorrichtung 30 zugeführt. Demgemäß treten zwischen Statoren, die die Spulen 21A und 21B umfassen, und Rotoren, die Magnete umfassen, sich drehende Magnetfelder auf. Folglich drehen sich die Rotoren in Bezug auf die Statoren des Motors 20.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Motor 20 dieses Ausführungsbeispiels zwei Spulengruppen, die jeweils eine U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenspule umfassen. Hiernach werden die zwei Spulengruppen erste Spulengruppe 22A und zweite Spulengruppe 22B genannt. Die drei Spulen 21A der ersten Spulengruppe 22A sind in Sternschaltung geschaltet, und die drei Spulen 21B der zweiten Spulengruppe 22B sind auch in Sternschaltung geschaltet. Alternativ dazu kann sowohl die erste Spulengruppe 22A als auch die zweite Spulengruppe 22B in Dreieckschaltung geschaltet sein.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 führt der ersten Spulengruppe 22A und der zweiten Spulengruppe 22B die Antriebsströme einzeln zu. Das heißt, die Motorantriebsvorrichtung 30 umfasst ein erstes Steuersystem 60A, das der ersten Spulengruppe 22A den Antriebsstrom zuführt, und ein zweites Steuersystem 60B, das der zweiten Spulengruppe 22B den Antriebsstrom zuführt.
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3 ist ein funktionales Blockdiagramm der Rechenvorrichtung 31. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst das erste Steuersystem 60A eine erste Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, eine erste Rückkopplungssteuerung 62A, eine erste Inverterantriebsschaltung 63A, einen ersten Inverter 64A, einen ersten Stromunterbrecher 65A, eine erste Stromdetektionsschaltung 66A und einen ersten Ausfalldetektor 67A. Jede der Funktionen der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, der ersten Rückkopplungssteuerung 62A und des ersten Ausfalldetektors 67A wird durch eine Zentralverarbeitungseinheit in der Rechenvorrichtung 31 realisiert, die einen Rechenprozess auf der Basis eines voreingestellten Programmes ausführt.
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Das von dem Drehmomentsensor 10 ausgegebene Drehmomentsignal und andere unterschiedliche Signale werden als ein Eingangssignal 71A in die erste Strombefehlswerteinstelleinheit 61A eingegeben. Die erste Strombefehlswerteinstelleinheit 61A stellt dann einen ersten Strombefehlswert 72A gemäß dem Eingangssignal 71A ein. Die Rechenvorrichtung 31 speichert vorläufig Referenzdaten, die Unterstützungskarte genannt werden und die entsprechende Beziehung zwischen dem Eingangssignal 71A und dem ersten Strombefehlswert 72A definieren. Die erste Strombefehlswerteinstelleinheit 61A bestimmt auf der Basis der Unterstützungskarte den ersten Strombefehlswert 72A, der dem Eingangssignal 71A entspricht.
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Die erste Rückkopplungssteuerung 62A stellt der ersten Inverterantriebsschaltung 63A auf der Basis des ersten Strombefehlswertes 72A, der von der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit 61A erhaltenen wird, und eines detektierten Signals 76A der ersten Stromdetektionsschaltung 66A, die später beschrieben wird, eine Antriebsanweisung 73A bereit. Genauer gesagt wird die Antriebsanweisung 73A erzeugt, so dass sich der Stromwert, der durch die erste Stromdetektionsschaltung 66A detektiert wird, einem Stromwert annähern kann, der dem ersten Strombefehlswert 72A entspricht. Die Antriebsanweisung 73A enthält Informationen zu dem Lastverhältnis eines PWM-Signals 74A, das dem ersten Inverter 64A zugeführt wird. Die erzeugte Antriebsanweisung 73A wird als ein elektrisches Signal von der Rechenvorrichtung 31 ausgegeben und der ersten Inverterantriebsschaltung 63A zugeführt.
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Die erste Inverterantriebsschaltung 63A ist eine elektrische Schaltung zum Betreiben des ersten Inverters 64A. Die erste Inverterantriebsschaltung 63A führt den sechs Umschaltelementen 68A des ersten Inverters 64A das PWM-Signal 74A, das eine Pulswelle ist, gemäß der Antriebsanweisung 73A zu, die von der Rechenvorrichtung 31 ausgegeben wird. Das PWM-Signal 74A, das jedem Umschaltelement 68A zugeführt wird, weist ein Lastverhältnis auf, das durch die Antriebsanweisung 73A bestimmt ist.
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Der erste Inverter 64A ist ein Leistungswandler, der einen Antriebsstrom 75A auf der Basis des PWM-Signals 74A erzeugt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der erste Inverter 64A die sechs Umschaltelemente 68A. Beispielsweise wird ein Transistor, z. B. ein FET, als das Umschaltelement 68A eingesetzt. Bei dem Beispiel in 2 sind zwischen einer Leistungsquellenspannung V1 und einer Massespannung V0 drei in Reihe geschaltete Sätze von zwei Umschaltelementen 68A parallel bereitgestellt.
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Je ein Ende der drei Spulen 21A der ersten Spulengruppe 22A ist mit den anderen an einem Neutralpunkt 23A verbunden. Die anderen Enden der drei Spulen 21A sind zwischen den Umschaltelementen 68A auf der positiven Seite und den Umschaltelementen 68A auf der negativen Seite in den drei Sätzen von Umschaltelementen 68A des ersten Inverters 64A verbunden. Wenn die sechs Umschaltelemente 68A gemäß dem PWM-Signal 74A ein- und ausgeschaltet werden, wird den Spulen 21A der Antriebsstrom 75A von dem ersten Inverter 64A in jeweiligen Phasen der ersten Spulengruppe 22A gemäß dem Ein- und Auszustand zugeführt.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der erste Inverter 64A drei erste Nebenschlusswiderstände 69A. Die drei ersten Nebenschlusswiderstände 69A sind zwischen den Umschaltelementen 68A auf der negativen Seite in den drei Sätzen von Umschaltelementen 68A und der Massespannung V0 eingefügt. Wenn der ersten Spulengruppe 22A der Antriebsstrom 75A zugeführt wird, fließt der Strom, der in jeder Phase von der ersten Spulengruppe 22A zu dem ersten Inverter 64A zurückfließt, durch die drei ersten Nebenschlusswiderstände 69A.
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Der erste Stromunterbrecher 65A ist auf dem Weg jedes Dreiphasenstroms zwischen dem ersten Inverter 64A und der ersten Spulengruppe 22A bereitgestellt. Für den ersten Stromunterbrecher 65A können beispielsweise mechanische FETs eingesetzt werden. Der erste Stromunterbrecher 65A kann die Wege von Strömen zwischen einem erregten Zustand und einem unterbrochenen Zustand auf einer Phase-für-Phase-Basis basierend auf dem Signal von der Recheneinheit 31 umschalten.
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Die erste Stromdetektionsschaltung 66A ist eine elektrische Schaltung, die die Ströme detektiert, die durch die ersten Nebenschlusswiderstände 69A fließen. Die erste Stromdetektionsschaltung 66A misst die Potentialdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Enden der drei ersten Nebenschlusswiderstände 69A, wodurch das detektierte Signal 76A erzeugt wird, das den Strom (Nebenschlussstrom) angibt, der durch jeden ersten Nebenschlusswiderstand 69A fließt. Das erzeugte detektierte Signal 76A wird von der ersten Stromdetektionsschaltung 66A zu der Rechenvorrichtung 31 übertragen.
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Der erste Ausfalldetektor 67A detektiert ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem ersten Inverter 64A oder der ersten Spulengruppe 22A auf der Basis des detektierten Signals 76A, das von der ersten Stromdetektionsschaltung 66A erhalten wird. Hier wird auf einer Phase-für-Phase-Basis bestimmt, ob die Werte von drei Nebenschlussströmen, die durch das detektierte Signal 76A angegeben werden, Werte in einem akzeptablen Bereich sind. Falls sich ein Nebenschlussstrom außerhalb des akzeptierten Bereiches befindet, wird bestimmt, dass ein Ausfall in der Phase des ersten Inverters 64A oder der ersten Spulengruppe 22A, die dem Nebenschlussstrom entsprechen, auftritt. Ein detektiertes Ergebnis 77A des ersten Ausfalldetektors 67A wird in die erste Rückkopplungssteuerung 62A eingegeben.
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Es ist zu beachten, dass in dem ersten Inverter 64A ein Sensor (nicht gezeigt) bereitgestellt ist, der die Betriebszustände der Umschaltelemente 68A überwacht. Der erste Ausfalldetektor 67A kann nicht nur die Nebenschlussströme, sondern auch ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem ersten Inverter 64A auf der Basis eines detektierten Signals des Sensors in dem ersten Inverter 64A detektieren. Der erste Ausfalldetektor 67A kann ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in der ersten Spulengruppe 22A auf der Basis des Spannungswertes jedes Elementes der ersten Spulengruppe 22A detektieren.
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Das zweite Steuersystem 60B weist eine Konfiguration auf, die der des ersten Steuersystems 60A entspricht. Das heißt, wie in 2 und 3 gezeigt ist, das zweite Steuersystem 60B umfasst eine zweite Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, eine zweite Rückkopplungssteuerung 62B, eine zweite Inverterantriebsschaltung 63B, einen zweiten Inverter 64B, einen zweiten Stromunterbrecher 65B, eine zweite Stromdetektionsschaltung 66B und einen zweiten Ausfalldetektor 67B. Das zweite Steuersystem 60B betreibt jedes dieser Elemente, wodurch der zweiten Spulengruppe 22B ein Antriebsstrom 75B zugeführt wird. Der ausführliche Betrieb jedes Elementes in dem zweiten Steuersystem 60B ist analog zu dem des ersten Steuersystems 60A, das oben beschrieben ist. Folglich ist eine sich wiederholende Beschreibung ausgelassen. In 2 und 3 sind Signalen, die zwischen den Elementen in dem zweiten Steuersystem 60B gesendet und empfangen werden, Bezugszeichen 71B bis 77B zugewiesen, die den Signalen 71A bis 77A zwischen den Elementen des ersten Steuersystems 60A entsprechen.
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1-3. Zur ausfallsicheren Funktion einer Motorantriebsvorrichtung
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 weist eine ausfallsichere Funktion auf, die den Betrieb der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 fortsetzt, während dieselbe verhindert, dass die Vorrichtung aufgrund eines Ausfalls einen Fehlbetrieb bewirkt, falls der erste Inverter 64A, die erste Spulengruppe 22A, der zweite Inverter 64B und/oder die zweite Spulengruppe 22B ausfällt. Die ausfallsichere Funktion wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm aus 4 beschrieben.
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Wie in 4 gezeigt ist, überwacht die Rechenvorrichtung 31 während des Betriebes der Motorantriebsvorrichtung 30 auf sich wiederholende Weise ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem ersten Steuersystem 60A und ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem zweiten Steuersystem 60B (Schritte S11 und S14). Genauer gesagt überwacht der erste Ausfalldetektor 67A in der Rechenvorrichtung 31, ob ein Ausfall in dem ersten Inverter 64A oder der ersten Spulengruppe 22A in dem ersten Steuersystem 60A vorhanden ist oder nicht (Schritt S11). Der erste Ausfalldetektor 67A benachrichtigt dann die erste Rückkopplungssteuerung 62A zu dem detektierten Ergebnis. Der zweite Ausfalldetektor 67B in der Rechenvorrichtung 31 überwacht, ob ein Ausfall in dem zweiten Inverter 64B oder der zweiten Spulengruppe 22B in dem zweiten Steuersystem 60B vorhanden ist oder nicht (Schritt S14). Der zweite Ausfalldetektor 67B benachrichtigt dann die zweite Rückkopplungssteuerung 62B zu dem detektierten Ergebnis.
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Es ist zu beachten, dass die Rechenvorrichtung 31 den Detektionsprozess in dem ersten Ausfalldetektor 67A und den Detektionsprozess in dem zweiten Ausfalldetektor 67B zueinander parallel oder aufeinanderfolgend und abwechselnd ausführen kann. Eine zueinander parallele Ausführung des Detektionsprozesses in dem ersten Ausfalldetektor 67A und des Detektionsprozesses in dem zweiten Ausfalldetektor 67B kann die Prozesszeit reduzieren, die benötigt wird, um einen Ausfall zu detektieren. Andererseits kann eine aufeinanderfolgende und abwechselnde Ausführung des Detektionsprozesses in dem ersten Ausfalldetektor 67A und des Detektionsprozesses in dem zweiten Ausfalldetektor 67B einen Ausfall unter Verwendung einer einfachen Logik detektieren.
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Wenn der erste Ausfalldetektor 67A keinen Ausfall detektiert (nein in Schritt S11), setzt die erste Rückkopplungssteuerung 62A einen Normalbetrieb fort (Schritt S12). Das heißt, die erste Rückkopplungssteuerung 62A stellt der ersten Inverterantriebsschaltung 63A die Antriebsanweisung 73A auf der Basis des ersten Strombefehlswertes 72A und des detektierten Signals 76A der ersten Stromdetektionsschaltung 66A bereit.
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Falls in dem ersten Inverter 64A oder der ersten Spulengruppe 22A ein Ausfall auftritt, detektiert der erste Ausfalldetektor 67A den Ausfall (ja in Schritt S11). Der erste Ausfalldetektor 67A benachrichtigt dann die erste Rückkopplungssteuerung 62A zu dem detektierten Ergebnis, das den Ausfall angibt. Demgemäß stoppt die erste Rückkopplungssteuerung 62A den Betrieb des ersten Steuersystems 60A (Schritt S13).
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In Schritt S13 stoppt die erste Rückkopplungssteuerung 62A beispielsweise die Antriebsanweisung 73A an die erste Inverterantriebsschaltung 63A. Somit wird der Betrieb des ersten Inverters 64A gestoppt, wodurch verhindert wird, dass der ersten Spulengruppe 22A der Antriebsstrom 75A zugeführt wird. Die erste Rückkopplungssteuerung 62A kann den Weg des Antriebsstroms 75A an dem ersten Stromunterbrecher 65A unterbrechen. Wenn der Weg des Antriebsstroms 75A unterbrochen ist, kann verhindert werden, dass eine elektromagnetische Bremsung aufgrund der ersten Spulengruppe 22A auftritt. Folglich kann verhindert werden, dass eine Last auf die Drehung des Motors 20, der durch die gestoppte erste Spulengruppe 22A beeinflusst wird, ausgeübt wird.
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Andererseits detektiert das zweite Steuersystem 60B unabhängig von dem ersten Steuersystem 60A einen Ausfall und bestimmt, den Betrieb zu stoppen. Wenn der zweite Ausfalldetektor 67B keinen Ausfall detektiert (nein in Schritt S14), setzt die zweite Rückkopplungssteuerung 62B einen Normalbetrieb fort (Schritt S15). Das heißt, die zweite Rückkopplungssteuerung 62B stellt der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B die Antriebsanweisung 73B auf der Basis des zweiten Strombefehlswertes 72B und des detektierten Signals 76B der zweiten Stromdetektionsschaltung 66B bereit.
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Falls in dem zweiten Inverter 64B oder der zweiten Spulengruppe 22B ein Ausfall auftritt, detektiert der zweite Ausfalldetektor 67B den Ausfall (ja in Schritt S14). Der zweite Ausfalldetektor 67B benachrichtigt dann die zweite Rückkopplungssteuerung 62B zu dem detektierten Ergebnis, das den Ausfall angibt. Demgemäß stoppt die zweite Rückkopplungssteuerung 62B den Betrieb des zweiten Steuersystems 60B (Schritt S16).
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In Schritt S16 stoppt die zweite Rückkopplungssteuerung 62B beispielsweise die Antriebsanweisung 73B an die zweite Inverterantriebsschaltung 63B. Somit wird der Betrieb des zweiten Inverters 64B gestoppt, wodurch verhindert wird, dass der zweiten Spulengruppe 22B der Antriebsstrom 75B zugeführt wird. Die zweite Rückkopplungssteuerung 62B kann den Weg des Antriebsstroms 75B an dem zweiten Stromunterbrecher 65B unterbrechen. Wenn der Weg des Antriebsstroms 75B unterbrochen ist, kann verhindert werden, dass eine elektromagnetische Bremsung aufgrund der zweiten Spulengruppe 22B auftritt. Folglich kann verhindert werden, dass eine Last auf die Drehung des Motors 20, er durch die gestoppte zweite Spulengruppe 22B beeinflusst wird, ausgeübt wird.
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Wie oben beschrieben ist, stellen bei der Motorantriebsvorrichtung 30 dieses Ausführungsbeispiels das erste Steuersystem 60A und das zweite Steuersystem 60B die jeweiligen Strombefehlswerte 72A und 72B einzeln ein. Ferner detektieren das erste Steuersystem 60A und das zweite Steuersystem 60B einen Ausfall in den Invertern oder den Spulengruppen einzeln und nur das ausgefallene Steuersystem wird gestoppt. Falls ein Ausfall in dem ersten Steuersystem 60A und/oder dem zweiten Steuersystem 60B auftritt, kann folglich der Betrieb der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 durch das andere Steuersystem fortgesetzt werden. Die Rückkopplungswege sind in Bezug auf jedes Steuersystem unabhängig voneinander. Demgemäß wird verhindert, dass ein übermäßiger Strom, der durch das ausgefallene Steuersystem beeinflusst wird, durch den Inverter oder die Spulengruppe in dem normalen Steuersystem fließt. Folglich ist es nicht notwendig, Hochleistungskomponenten zu verwenden, und die Größe und Kosten der Motorantriebsvorrichtung 30 können reduziert werden.
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Genauer gesagt wird in der einzelnen Rechenvorrichtung 31 gemäß diesem Ausführungsbeispiel jede der Funktionen der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, der ersten Rückkopplungssteuerung 62A, des ersten Ausfalldetektors 67A, der zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, der zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und des zweiten Ausfalldetektors 67B ausgeführt. Demgemäß kann der Betrieb der zwei Steuersysteme 60A und 60B realisiert werden, ohne eine Mehrzahl von Rechenvorrichtungen 31 in der Motorantriebsvorrichtung 30 anzuordnen. Somit können Größe und Kosten der Motorantriebsvorrichtung 30 weiter reduziert werden.
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1-4. Modifiziertes Beispiel
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Im Folgenden wird ein modifiziertes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss eines ausfallsicheren Prozesses gemäß einem modifizierten Beispiel beschreibt. Genau wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel überwacht die Rechenvorrichtung 31 bei einem Beispiel in 5 auch ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem ersten Steuersystem 60A und ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in dem zweiten Steuersystem 60B (Schritte S21 und S26) auf eine sich wiederholende Weise.
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Wenn der erste Ausfalldetektor 67A keinen Ausfall detektiert (nein in Schritt S21), setzt die erste Rückkopplungssteuerung 62A den Normalbetrieb fort (Schritt S22). Wenn der zweite Ausfalldetektor 67B keinen Ausfall detektiert (nein in Schritt S26), setzt die zweite Rückkopplungssteuerung 62B den Normalbetrieb fort (Schritt S27).
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Falls in dem ersten Inverter 64A oder der ersten Spulengruppe 22A ein Ausfall auftritt, detektiert der erste Ausfalldetektor 67A den Ausfall (ja in Schritt S21). Bei dem Beispiel in 5 analysiert der erste Ausfalldetektor 67A hier den Zustand des detektierten Ausfalls. Genauer gesagt wird bestimmt, ob eine sogenannte Zweiphasenenergieversorgung, oder Erzeugung eines sich drehenden Magnetfeldes nur durch einen Zweiphasenantriebsstrom 75A in dem Dreiphasenantriebsstrom 75A in dem ersten Steuersystem 60A, möglich ist oder nicht (Schritt S23).
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Wenn bestimmt wird, dass zwei oder mehr Phasen von den drei Phasen ausfallen und eine Zweiphasenenergieversorgung unmöglich ist (nein in Schritt S23), stoppt die erste Rückkopplungssteuerung 62A den Betrieb des ersten Steuersystems 60A (Schritt S24). Wenn bestimmt wird, dass zwei Phasen von den drei Phasen normal arbeiten und eine Zweiphasenenergieversorgung möglich ist (ja in Schritt S23), stellt die erste Rückkopplungssteuerung 62A der ersten Inverterantriebsschaltung 63A eine Antriebsanweisung für eine Zweiphasenenergieversorgung bereit. Folglich wird der zweiten Spulengruppe 22A nur ein Zweiphasenantriebsstrom von dem ersten Inverter 64A zugeführt.
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Wie in 5 gezeigt ist, werden auch in dem zweiten Steuersystem 60B die Prozesse in den Schritten S26 bis S30 ausgeführt, die den Schritten S21 bis S25 in dem ersten Steuersystem 60A entsprechen. Falls das erste Steuersystem 60A oder das zweite Steuersystem 60B ausfällt, kann gemäß einer solchen Konfiguration ein Rückschaltbetrieb durch eine Zweiphasenenergieversorgung durchgeführt werden, selbst ohne in dem ausgefallenen Steuersystem die Funktion der Spulengruppe vollständig zu stoppen. Das heißt, selbst in dem ausgefallenen Steuersystem kann der Betrieb bei zurückgeschalteter Funktion fortgesetzt werden.
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Das heißt, falls nur eine Phase in einem Steuersystem des ersten Steuersystems 60A und des zweiten Steuersystems 60B ausfällt, wird es bei dem Beispiel in 5 ermöglicht, dass der Motor 20 ein Drehmoment nicht nur unter Verwendung von drei Phasen in dem normalen Steuersystem, sondern auch der normalen zwei Phasen in dem ausgefallenen Steuersystem, also insgesamt fünf Phasen, erzeugt. Folglich kann ein höheres Drehmoment erhalten werden, als in dem Fall, in dem nur die drei Phasen in dem normalen Steuersystem verwendet werden. Zu diesem Zeitpunkt können die drei Phasen in dem normalen Steuersystem und die normalen zwei Phasen in dem ausgefallenen Steuersystem unabhängig gesteuert werden. Alternativ dazu können die gesamten fünf Phasen integriert gesteuert werden.
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6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Rechenvorrichtung 31 gemäß einem anderen modifizierten Beispiel. Bei dem Beispiel in 6 sind in der Motorantriebsvorrichtung 30 eine erste Rechenvorrichtung 31A, die ein erstes Steuersystem 60A übernimmt, und eine zweite Rechenvorrichtung 31B, die ein zweites Steuersystem 60B übernimmt, getrennt bereitgestellt. Die erste Rechenvorrichtung 31A führt die Funktionen einer ersten Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, einer ersten Rückkopplungssteuerung 62A und eines ersten Fehlerdetektors 67A in dem ersten Steuersystem 60A aus. Die zweite Rechenvorrichtung 31B führt die Funktionen einer zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, einer zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und eines zweiten Ausfalldetektors 67B in dem zweiten Steuersystem 60B aus.
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Bei dem Beispiel in 6 wird somit eine Rechenvorrichtung für jedes Steuersystem verwendet. Falls eine der ersten Rechenvorrichtung 31A und der zweiten Rechenvorrichtung 31B ausfällt, falls die andere Rechenvorrichtung normal arbeitet, kann demgemäß das Steuersystem, das von der anderen Rechenvorrichtung übernommen wird, normal betrieben werden. Folglich kann der Betrieb fortgesetzt werden, ohne die elektrische Servolenkvorrichtung 1 vollständig zu stoppen.
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7 ist ein Blockdiagramm einer Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß einem anderen modifizierten Beispiel. Gemäß einem Beispiel in 7 sind in der Motorantriebsvorrichtung 30 eine Hauptrechenvorrichtung 31 und eine Hilfsrechenvorrichtung 32 bereitgestellt. Als die Hauptrechenvorrichtung 31 und die Hilfsrechenvorrichtung 32 werden zum Beispiel Microcontroller einschließlich Zentralverarbeitungseinheiten eingesetzt. Die Hauptrechenvorrichtung 31 führt einen Betrieb durch, der dem der Rechenvorrichtung 31 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. Das heißt, die Hauptrechenvorrichtung 31 steuert zu Normalzeiten sowohl das erste Steuersystem 60A als auch das zweite Steuersystem 60B. Falls die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt, steuert die Hilfsrechenvorrichtung 32 nur das zweite Steuersystem 60B im Auftrag der Vorrichtung 31, um Notfallmaßnahmen zu ergreifen.
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Die Hilfsrechenvorrichtung 32 kann Funktionen, die denen der zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, der zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und des zweiten Ausfalldetektors 67B, die oben beschrieben sind, entsprechen, gemäß einem voreingestellten Programm ausführen. Die Hilfsrechenvorrichtung 32 kommuniziert zu Normalzeiten immer mit der Hauptrechenvorrichtung 31 und überprüft, ob die Hauptrechenvorrichtung 31 normal arbeitet oder nicht. Wenn die Hilfsrechenvorrichtung 32 bestimmt, dass die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt, wird der Umschaltschaltung 33 ein Umschaltsignal zugeführt. Demgemäß wird die Verbindung zwischen der Hauptrechenvorrichtung 31 und der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B an der Umschaltschaltung 33 unterbrochen und die Hilfsrechenvorrichtung 32 und die zweite Inverterantriebsschaltung 63B werden miteinander verbunden. Folglich kann der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B die Antriebsanweisung von der Hilfsrechenvorrichtung 32 zugeführt werden.
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Gemäß einer solchen Konfiguration kann der Betrieb der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 ausschließlich durch das zweite Steuersystem 60B fortgesetzt werden, falls die Hilfsrechenvorrichtung 32 auch bei Ausfall der Hauptrechenvorrichtung 31 bei vorhandener Hauptrechenvorrichtung 31 und Hilfsrechenvorrichtung 32 normal arbeitet.
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Bei dem Beispiel in 7 stellt der zweite Stromunterbrecher 65B den Strompfad auf der Basis des Signals von der Hilfsrechenvorrichtung 32 anstatt von der Hauptrechenvorrichtung 31 fließfähig oder nicht fließfähig ein. Gemäß einer solchen Konfiguration besteht keine Möglichkeit, dass der zweite Stromunterbrecher 65B unnormalen eingeschalteten und ausgeschalteten Betrieben von der Hauptrechenvorrichtung 31 ausgesetzt ist, falls die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt. Falls die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt, kann folglich der Stromweg in dem zweiten Steuersystem 60B, der durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 gesteuert wird, auf sichere Weise fließfähig eingestellt werden.
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Falls sowohl die Hauptrechenvorrichtung 31 als auch die Hilfsrechenvorrichtung 32 ausfallen, ist der Fahrer bei dem Beispiel in 7 dazu gezwungen, das Lenkrad 91 ohne Unterstützung durch die elektrische Servolenkvorrichtung 1 zu betätigen. Wenn der erste Stromunterbrecher 65A oder der zweite Stromunterbrecher 65B fließfähig eingestellt ist, eröffnet sich zu diesem Zeitpunkt eine Möglichkeit, dass das Lenkrad 91 aufgrund einer elektromagnetischen Bremsung schwerer wird. Falls sowohl die Hauptrechenvorrichtung 31 als auch die Hilfsrechenvorrichtung 32 ausfallen, können folglich sowohl der erste Stromunterbrecher 65A als auch der zweite Stromunterbrecher 65B in den unterbrochenen Zustand umgeschaltet werden.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst der Motor 20 die zwei Spulengruppen 22A und 22B, und die Motorantriebsvorrichtung 30 umfasst die zwei Steuersysteme 60A und 60B, die denselben entsprechen. Alternativ dazu kann der Motor 20 drei oder mehr Spulengruppen umfassen, und die Motorantriebsvorrichtung 30 kann drei oder mehr Steuersysteme umfassen, die denselben entsprechen.
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Auf eine allgemeinere Weise, bei der angenommen wird, dass N eine Ganzzahl von zwei oder mehr ist, heißt das, dass der Motor 20 die erste bis n-te Spulengruppe umfassen kann. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, dass die Motorantriebsvorrichtung 30 das erste bis N-te Steuersystem umfasst, die den jeweiligen Spulengruppen die Antriebsströme einzeln zuführen. Eine beliebige Ganzzahl von 1 bis N wird als n angenommen. Wie bei jedem Steuersystem bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es lediglich notwendig, dass das n-te Steuersystem des ersten bis N-ten Steuersystems die n-te Strombefehlswerteinstelleinheit, die n-te Rückkopplungssteuerung, die n-te Inverterantriebsschaltung, den n-ten Inverter, den n-ten Stromunterbrecher, die n-te Stromdetektionsschaltung und den n-ten Ausfalldetektor umfasst.
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Die n-te Strombefehlswerteinstelleinheit stellt den Strombefehlswert in dem n-ten Steuersystem ein. Der n-te Ausfalldetektor detektiert einen Ausfall in dem n-ten Inverter oder der n-ten Spulengruppe. Es wird bewirkt, dass nur der Betrieb in dem Steuersystem, in dem ein Ausfall detektiert worden ist, zurückgeschaltet wird. Eine solche Konfiguration kann den Fluss eines übermäßigen Stroms durch den Inverter oder die Spulengruppe in dem normalen Steuersystem infolge der nachteiligen Wirkung des ausgefallenen Steuersystems verhindern. Folglich ist es nicht notwendig, Hochleistungskomponenten zu verwenden, und die Größe und Kosten der Motorantriebsvorrichtung können reduziert werden.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 kann bei einer Vorrichtung außer der Servolenkvorrichtung angewandt werden. Beispielsweise kann ein Motor, der für eine andere Stelle in dem Transportgerät verwendet wird, durch die Motorantriebsvorrichtung 30 angetrieben werden. Ein Motor, der in einem Gerät außer einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, z. B. in einem industriellen Roboter, kann durch die oben beschriebene Motorantriebsvorrichtung 30 angetrieben werden.
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Die ausführliche Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung kann sich von der Konfiguration unterscheiden, die in jedem in der vorliegenden Anmeldung gezeigten Diagramm beschrieben ist. Zum Beispiel kann ein Teil der Funktion der Rechenvorrichtung durch eine elektrische Schaltung realisiert werden. Die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel oder dem modifiziertem Beispiel genannten Elemente können je nach Eignung innerhalb eines Bereiches kombiniert werden, ohne einen Widerspruch zu bewirken.
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2. Zweites Ausführungsbeispiel
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2-1. Konfiguration und Betrieb einer Motorantriebsvorrichtung
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Im Folgenden wird eine Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. 8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 zeigt. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Motorantriebsvorrichtung 30 in 8 für die elektrische Servolenkvorrichtung 1 verwendet. Hiernach wird hauptsächlich der Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Eine sich wiederholende Beschreibung der zu dem ersten Ausführungsbeispiel gleichen Abschnitte ist ausgelassen.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Motor 20 eine erste Spulengruppe 22A und eine zweite Spulengruppe 22B. Die Motorantriebsvorrichtung 30 umfasst ein erstes Steuersystem 60A, das der ersten Spulengruppe 22A den Antriebsstrom zuführt, und ein zweites Steuersystem 60B, das der zweiten Spulengruppe 22B den Antriebsstrom zuführt. Die Motorantriebsvorrichtung 30 führt den zwei Spulengruppen 22A und 22B die Antriebsströme einzeln unter Verwendung des ersten Steuersystems 60A und des zweiten Steuersystems 60B zu, wodurch der Motor 20 angetrieben wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind bei den elektrischen Schaltungen, die die Motorantriebsvorrichtung 30 ausbilden, eine Hauptrechenvorrichtung 31 und eine Hilfsrechenvorrichtung 32 bereitgestellt. Als die Hauptrechenvorrichtung 31 und die Hilfsrechenvorrichtung 32 werden zum Beispiel Microcontroller einschließlich Zentralverarbeitungseinheiten eingesetzt. Die Hauptrechenvorrichtung 31 führt einen Betrieb durch, der dem der Rechenvorrichtung 31 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. Das heißt, die Hauptrechenvorrichtung 31 steuert zu Normalzeiten sowohl das erste Steuersystem 60A als auch das zweite Steuersystem 60B. Falls die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt, steuert die Hilfsrechenvorrichtung 32 nur das zweite Steuersystem 60B im Auftrag der Vorrichtung 31, um Notfallmaßnahmen zu ergreifen.
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9 ist ein funktionales Blockdiagramm der Hauptrechenvorrichtung 31 und der Hilfsrechenvorrichtung 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie in 8 und 9 gezeigt ist, umfasst das erste Steuersystem 60A eine erste Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, eine erste Rückkopplungssteuerung 62A, eine erste Inverterantriebsschaltung 63A, einen ersten Inverter 64A, einen ersten Stromunterbrecher 65A, eine erste Stromdetektionsschaltung 66A und einen ersten Ausfalldetektor 67A. Jede der Funktionen der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit 61A, der ersten Rückkopplungssteuerung 62A und des ersten Ausfalldetektors 67A wird durch eine Zentralverarbeitungseinheit in der Hauptrechenvorrichtung 31 realisiert, die einen Rechenprozess auf der Basis eines voreingestellten Programmes ausführt. Das erste Steuersystem 60A betreibt jedes dieser Elemente 61A bis 67A, wodurch der ersten Spulengruppe 22A ein Antriebsstrom zugeführt wird.
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Das zweite Steuersystem 60B umfasst eine zweite Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, eine zweite Rückkopplungssteuerung 62B, eine zweite Inverterantriebsschaltung 63B, einen zweiten Inverter 64B, einen zweiten Stromunterbrecher 65B, eine zweite Stromdetektionsschaltung 66B und einen zweiten Ausfalldetektor 67B. Jede der Funktionen der zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, der zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und des zweiten Ausfalldetektors 67B wird durch die Zentralverarbeitungseinheit in der Hauptrechenvorrichtung 31 realisiert, die einen Rechenprozess auf der Basis eines voreingestellten Programmes ausführt. Das zweite Steuersystem 60B betreibt jedes dieser Elemente 61B bis 67B, wodurch der zweiten Spulengruppe 22B ein Antriebsstrom zugeführt wird.
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Der ausführliche Betrieb jedes der Elemente 61A bis 67A und 61B bis 67B in dem ersten Steuersystem 60A und dem zweiten Steuersystem 60B ist analog zu dem des ersten Ausführungsbeispiels. Folglich ist eine sich wiederholende Beschreibung ausgelassen. In 8 und 9 sind Signalen, die zwischen den Elementen in dem ersten Steuersystem 60A und dem zweiten Steuersystem 60B gesendet und empfangen werden, die gleichen Bezugszeichen 71A bis 77A und 71B bis 77B zugewiesen wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 verwendet die Hauptrechenvorrichtung 31 dazu, den Betrieb des ersten Steuersystems 60A und des zweiten Steuersystems 60B auszuführen, wenn die Hauptrechenvorrichtung 31 nicht ausfällt. Das heißt, ein Prozess wird ausgeführt, der dem bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Prozess in 4 entspricht. Die Hauptrechenvorrichtung 31 stellt die Strombefehlswerte 72A und 72B einzeln für die jeweiligen Steuersysteme ein. Ferner detektiert die Hauptrechenvorrichtung 31 einen Ausfall in den Invertern 64A und 64B und/oder den Spulengruppen 22A und 22B in Bezug auf jedes Steuersystem und stoppt nur das ausgefallene Steuersystem oder bewirkt, dass nur das ausgefallene Steuersystem zurückgeschaltet wird. Somit kann der Fluss eines übermäßigen Stroms durch einen Inverter oder eine Spulengruppe in dem normalen Steuersystem infolge der nachteiligen Wirkung des ausgefallenen Steuersystems verhindert werden. Genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist es folglich nicht notwendig, Hochleistungskomponenten zu verwenden, und die Größe und Kosten der Motorantriebsvorrichtung 30 können reduziert werden.
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Gemäß der der Motorantriebsvorrichtung 30 ist es zu beachten, wie in 8 und 9 gezeigt ist, dass, selbst wenn die Hauptrechenvorrichtung 31 normal arbeitet, das detektierte Signal des Sensors in dem zweiten Inverter 64B und der Spannungswert in jedem Element der zweiten Spulengruppe 22B durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 in die Hauptrechenvorrichtung 31 eingegeben werden. Ein Signal zum Umschalten des zweiten Stromunterbrechers 65B wird von der Hauptrechenvorrichtung 31 durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 zu dem zweiten Stromunterbrecher 65B ausgegeben. Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 30 führt die Hauptrechenvorrichtung 31 somit einen Teil einer Informationseingabe und -ausgabe in und aus dem zweiten Steuersystem durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 durch. Eine solche Konfiguration kann die Anzahl von Anschlüssen der Hauptrechenvorrichtung 31 reduzieren. Folglich können zum Beispiel Halbleiterelemente mit der gleichen Anzahl von Anschlüssen als die Hauptrechenvorrichtung 31 und die Hilfsrechenvorrichtung 32 eingesetzt werden. Folglich können die Herstellungskosten der Motorantriebsvorrichtung 30 weiter reduziert werden.
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Wie in 9 gezeigt ist, umfasst die Hilfsrechenvorrichtung 32 unterdessen eine Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit 61b, eine Hilfszweitrückkopplungssteuerung 62b und einen Hilfszweitausfalldetektor 67b. Die Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit 61b, die Hilfszweitrückkopplungssteuerung 62b und der Hilfszweitausfalldetektor 67b weisen die jeweiligen Funktionen auf, die denen der zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, der zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und des zweiten Ausfalldetektors 67B entsprechen. Jede der Funktionen der Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit 61b, der Hilfszweitrückkopplungssteuerung 62b und des Hilfszweitausfalldetektors 67b wird durch die Zentralverarbeitungseinheit in der Hilfsrechenvorrichtung 32 realisiert, die einen Rechenprozess auf der Basis eines voreingestellten Programmes ausführt.
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Die Hilfsrechenvorrichtung 32 umfasst ferner eine Überwachungseinheit 80b, die ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in der Hauptrechenvorrichtung 31 überwacht. Die Funktion der Überwachungseinheit 80b wird auch durch die Zentralverarbeitungseinheit in der Hilfsrechenvorrichtung 32 realisiert, die einen Rechenprozess auf der Basis eines voreingestellten Programmes ausführt. Wenn die Hauptrechenvorrichtung 31 normal arbeitet, steuert die Hilfsrechenvorrichtung 32 weder das erste Steuersystem 60A noch das zweite Steuersystem 60B. Das heißt, die Hilfsrechenvorrichtung 32 gibt weder die Antriebsanweisung 73A an die erste Inverterantriebsschaltung 63A noch die Antriebsanweisung 73B an die zweite Inverterantriebsschaltung 63B aus. Die Überwachungseinheit 80b der Hilfsrechenvorrichtung 32 überwacht jedoch immer ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in der Hauptrechenvorrichtung 31.
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Wie in 8 gezeigt ist, umfasst die Motorantriebsvorrichtung 30 die Umschaltschaltung 33. Als die Umschaltschaltung 33 wird beispielsweise ein Logik-IC (Integrated Circuit, integrierte Schaltung) eingesetzt. Die Umschaltschaltung 33 verbindet die Hauptrechenvorrichtung 31 und die Hilfsrechenvorrichtung 32 mit der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B auf eine abwechselnde Weise auf der Basis eines Umschaltsignales 78b, das von der Überwachungseinheit 80b der Hilfsrechenvorrichtung 32 ausgegeben wird. Das heißt, die Umschaltschaltung 33 schaltet die zweite Inverterantriebsschaltung 63B, die mit dem zweiten Inverter 64B verbunden ist, auf der Basis des Umschaltsignales 78b zwischen einem ersten Zustand, in dem die Antriebsanweisung 73B, die von der Hauptrechenvorrichtung 31 ausgegeben wird, eingegeben wird, und einem zweiten Zustand um, in dem eine Antriebsanweisung 73b, die von der Hilfsrechenvorrichtung 32 ausgegeben wird, eingegeben wird.
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Wenn die Überwachungseinheit 80b der Hilfsrechenvorrichtung 32 einen Ausfall in der Hauptrechenvorrichtung 31 detektiert, gibt diese Einheit durch das Umschalten von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand das Umschaltsignal 78b zur Anweisung an die Umschaltschaltung 33 aus. Auf einen Empfang des Umschaltsignales 78b hin unterbricht die Umschaltschaltung 33 die Verbindung zwischen der Hauptrechenvorrichtung 31 und der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B und verbindet die Hilfsrechenvorrichtung 32 mit der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B. Folglich können die Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit 61b, die Hilfszweitrückkopplungssteuerung 62b und der Hilfszweitausfalldetektor 67b in der Hilfsrechenvorrichtung 32 jede der Funktionen der zweiten Strombefehlswerteinstelleinheit 61B, der zweiten Rückkopplungssteuerung 62B und des zweiten Ausfalldetektors 67B in der Hauptrechenvorrichtung 31 im Auftrag derselben durchführen. Die Motorantriebsvorrichtung 30 verwendet die Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit 61b, die Hilfszweitrückkopplungssteuerung 62b, die zweite Inverterantriebsschaltung 63B, den zweiten Inverter 64B, den zweiten Stromunterbrecher 65B, die zweite Stromdetektionsschaltung 66B und die Hilfsrechenvorrichtung 32, um das zweite Steuersystem 60B im Notfall zu betreiben.
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Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 30 dieses Ausführungsbeispiels wird somit das zweite Steuersystem 60B des ersten Steuersystems 60A und des zweiten Steuersystems 60B als das Notfallsteuersystem eingestellt, das im Notfall unter Verwendung der Hilfsrechenvorrichtung 32 einen Betrieb durchführt, wenn die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt. Folglich wird das zweite Steuersystem 60B verwendet, das als das Notfallsteuersystem dient, um den Motor 20 weiterhin anzutreiben, falls die Hilfsrechenvorrichtung 32 auch bei Ausfall der Hauptrechenvorrichtung 31 normal arbeitet.
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Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 30 überwacht genauer gesagt die Hilfsrechenvorrichtung 32 anstelle der Hauptrechenvorrichtung 31 selbst den Ausfall in der Hauptrechenvorrichtung 31. Folglich kann der Ausfall in der Hauptrechenvorrichtung 31 genau detektiert werden. In der Motorantriebsvorrichtung 30 ist neben der Hauptrechenvorrichtung 31 und der Hilfsrechenvorrichtung 32 die Umschaltschaltung 33 getrennt bereitgestellt. Folglich kann ein Umschalten von der Hauptrechenvorrichtung 31 zu der Hilfsrechenvorrichtung 32 sicherer durch die Logikschaltung durchgeführt werden. Ferner führt die Umschaltschaltung 33 den Umschaltvorgang auf der Basis des Umschaltsignales 78b von der Hilfsrechenvorrichtung 32 ohne Ausfall anstelle des Signales von der ausgefallenen Hauptrechenvorrichtung 31 durch. Folglich kann die Umschaltschaltung 33 sicherer umgeschaltet werden.
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Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 30 weist die Hilfsrechenvorrichtung 32 eine höhere Priorität als die Hauptrechenvorrichtung 31 auf, um ein zweites Steuersystem zu steuern. Das heißt, wenn Signale sowohl von der Hauptrechenvorrichtung 31 als auch der Hilfsrechenvorrichtung 32 eingegeben werden, setzt die Umschaltschaltung 33 das Signal der Hilfsrechenvorrichtung 32 mit einer höheren Priorität ein, führt die Umschaltoperation durch und führt dem zweiten Inverter 64B die Antriebsanweisung zu. Selbst wenn ein unnormales Signal von der Hauptrechenvorrichtung 31 zu der Umschaltschaltung 33 eingegeben wird, falls die Hauptrechenvorrichtung 31 ausfällt, unterbricht die Umschaltschaltung 33 somit dieses Signal. Folglich kann der zweite Inverter 64B auf der Basis des Signals normal gesteuert werden, das von der normalen Hilfsrechenvorrichtung 32 eingegeben wird.
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2-2. Modifiziertes Beispiel
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Im Folgenden wird ein modifiziertes Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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10 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Hauptrechenvorrichtung 31 und einer Hilfsrechenvorrichtung 32 gemäß einem modifizierten Beispiel. Bei dem Beispiel in 10 sind anstelle der Überwachungseinheit 80b der Hilfsrechenvorrichtung 32 eine erste Leistungsquellenschaltung 311 und eine erste Überwachungsschaltung 312 außerhalb der Hauptrechenvorrichtung 31 bereitgestellt. Die erste Leistungsquellenschaltung 311 führt der Hauptrechenvorrichtung 31 und der ersten Überwachungsschaltung 312 eine Leistung zu. Die erste Überwachungsschaltung 312 überwacht ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in der Hauptrechenvorrichtung 31. Die Motorantriebsvorrichtung 30 in 10 umfasst ferner eine zweite Leistungsquellenschaltung 321 und eine zweite Überwachungsschaltung 322 außerhalb der Hilfsrechenvorrichtung 32. Die zweite Leistungsquellenschaltung 321 führt der Hilfsrechenvorrichtung 32 und der zweiten Überwachungsschaltung 322 eine Leistung zu. Die zweite Überwachungsschaltung 322 überwacht ein Vorhandensein oder ein Nichtvorhandensein eines Ausfalls in der Hilfsrechenvorrichtung 32.
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Gemäß der Motorantriebsvorrichtung 30 in 10 sind die Hauptrechenvorrichtung 31 und die Hilfsrechenvorrichtung 32 somit einzeln mit den jeweiligen Leistungsquellenschaltungen 311 und 321 versehen. Falls eine der zwei Leistungsquellenschaltungen 311 und 321 ausfällt, die andere Leistungsquellenschaltung jedoch normal arbeitet, kann der Motor 20 folglich weiterhin unter Verwendung der Rechenvorrichtung angetrieben werden, der eine Leistung von der Leistungsquellenschaltung zugeführt wird.
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11 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß einem anderen modifizierten Beispiel zeigt. Bei dem Beispiel in 11 ist bei den elektrischen Schaltungen, die die Motorantriebsvorrichtung 30 ausbilden, ein einzelnes Halbleiterelement 34 bereitgestellt, das eine Hauptrechenvorrichtung 31 und eine Hilfsrechenvorrichtung 32 umfasst. Eine solche Implementation der Hauptrechenvorrichtung 31 und der Hilfsrechenvorrichtung 32 in dem Halbleiterelement 34, das ein einziges Gehäuse ist, kann die Größe der Motorantriebsvorrichtung 30 weiter reduzieren.
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12 ist ein Blockdiagramm, dass die Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß einem anderen modifizierten Beispiel zeigt. In 12 ist eine Veranschaulichung der Detektionsschaltung ausgelassen, um die Zeichnung zu vereinfachen. Bei dem Beispiel in 12 sind bei den elektrischen Schaltungen, die die Motorantriebsvorrichtung 30 ausbilden, zwei Umschaltschaltungen 33A und 33B bereitgestellt. Die Hauptrechenvorrichtung 31 ist mit der ersten Inverterantriebsschaltung 63A und der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B durch zwei Umschaltschaltungen 33A beziehungsweise 33B verbunden. Die Hilfsrechenvorrichtung 32 ist auch mit der ersten Inverterantriebsschaltung 63A und der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B durch die Umschaltschaltungen 33A beziehungsweise 33B verbunden.
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Falls ein eingeschränkter Ausfall auftritt, bei dem nur ein Anschluss zum Ausgeben einer Antriebsanweisung an die Inverterantriebsschaltung in der Hauptrechenvorrichtung 31 befestigt ist, werden die zwei Umschaltschaltungen 33A und 33B gemäß dem Umschaltsignal von der Hauptrechenvorrichtung 31 und der Hilfsrechenvorrichtung 32 zu der Hilfsrechenvorrichtung 32 umgeschaltet. Somit steuert die Hilfsrechenvorrichtung 32 sowohl das erste Steuersystem 60A als auch das zweite Steuersystem 60B. Das heißt, bei dem Beispiel in 12 dienen sowohl das erste Steuersystem 60A als auch das zweite Steuersystem 60B als Notfallsteuersysteme.
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Bei dem Beispiel in 12 führt die Umschaltschaltung 33A, die mit der ersten Inverterantriebsschaltung 63A verbunden ist, den Umschaltvorgang auf der Basis des Umschaltsignals von der Hauptrechenvorrichtung 31 durch. Unterdessen führt die Umschaltschaltung 33B, die mit der zweiten Inverterantriebsschaltung 63B verbunden ist, den Umschaltvorgang auf der Basis des Umschaltsignals von der Hilfsrechenvorrichtung 32 durch. Somit kann eine solche Konfiguration, die zwei oder mehr Umschaltschaltungen durch unterschiedliche Rechenvorrichtungen steuert, normalerweise zumindest eine Umschaltschaltung durch eine normale Rechenvorrichtung umschalten, selbst wenn eine der Rechenvorrichtungen ausfällt. Folglich kann zumindest ein Steuersystem durch die normale Rechenvorrichtung gesteuert werden.
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Bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel umfasst der Motor 20 die zwei Spulengruppen 22A und 22B, und die Motorantriebsvorrichtung 30 umfasst die zwei Steuersysteme 60A und 60B, die denselben entsprechen. Alternativ dazu kann der Motor 20 drei oder mehr Spulengruppen umfassen, und die Motorantriebsvorrichtung 30 kann drei oder mehr Steuersysteme umfassen, die denselben entsprechen.
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Auf eine allgemeinere Weise, bei der angenommen wird, dass N eine Ganzzahl von zwei oder mehr ist, heißt das, dass der Motor 20 die erste bis n-te Spulengruppe umfassen kann. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, dass die Motorantriebsvorrichtung 30 das erste bis N-te Steuersystem umfasst, die den jeweiligen Spulengruppen die Antriebsströme einzeln zuführen. In Normalzeiten führt die Hauptrechenvorrichtung die Funktion der N-ten Strombefehlswerteinstelleinheit von der ersten Strombefehlswerteinstelleinheit, die Funktion der N-ten Steuerung von der ersten Steuerung und die Funktion des N-ten Ausfalldetektors von dem ersten Ausfalldetektor aus. Eine beliebige Ganzzahl von 1 bis N wird als n angenommen. Es ist lediglich notwendig, dass, falls die Hauptrechenvorrichtung ausfällt, die Hilfsrechenvorrichtung die Funktionen der n-ten Strombefehlswerteinstelleinheit, der n-ten Steuerung und des n-ten Ausfalldetektors in zumindest einem Notfallsteuersystem von dem ersten bis N-ten Steuersystem ausführt.
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Wie bei dem Beispiel in 12 gezeigt ist, sind zwei oder mehr Notfallsteuersysteme von dem ersten bis N-ten Steuersystem bereitgestellt. In diesem Fall können die elektrischen Schaltungen, die die Motorantriebsvorrichtung ausbilden, zwei oder mehr Umschaltschaltungen umfassen, die zwei oder mehr Notfallsteuersystemen entsprechen. Falls die Hauptrechenvorrichtung ausfällt, kann somit der Betrieb des Motors unter Verwendung der zwei oder mehr Steuersysteme fortgesetzt werden.
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Bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Teil einer Informationseingabe und -ausgabe in und aus dem zweiten Steuersystem durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 durchgeführt. Außerdem kann jedoch auch ein Teil einer Informationseingabe und -ausgabe in und aus dem ersten Steuersystem durch die Hilfsrechenvorrichtung 32 durchgeführt werden. Eine solche Konfiguration kann die Anzahl von Anschlüssen der Hilfsrechenvorrichtung 32 weiter reduzieren. Die Größe der Motorantriebsvorrichtung 30 kann dadurch reduziert werden, dass die Anzahl von Anschlüssen der Hilfsrechenvorrichtung 32 dahin gehend reduziert wird, kleiner zu sein als die Anzahl von Anschlüssen der Hauptrechenvorrichtung 31.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 kann bei einer Vorrichtung außer der Servolenkvorrichtung angewandt werden. Beispielsweise kann ein Motor, der für eine andere Stelle in dem Transportgerät verwendet wird, durch die Motorantriebsvorrichtung 30 angetrieben werden. Ein Motor, der in einem Gerät außer einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, z. B. in einem industriellen Roboter, kann durch die oben beschriebene Motorantriebsvorrichtung 30 angetrieben werden.
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Die ausführliche Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung kann sich von der Konfiguration unterscheiden, die in jedem in der vorliegenden Anmeldung gezeigten Diagramm beschrieben ist. Zum Beispiel kann ein Teil der Funktion der Rechenvorrichtung durch eine elektrische Schaltung realisiert werden. Die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel oder dem modifiziertem Beispiel genannten Elemente können je nach Eignung innerhalb eines Bereiches kombiniert werden, ohne einen Widerspruch zu bewirken.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann für die Motorantriebsvorrichtung und die elektrische Servolenkvorrichtung verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Servolenkvorrichtung
- 10
- Drehmomentsensor
- 20
- Motor
- 21A, 21B
- Spule
- 22A
- Erste Spulengruppe
- 22B
- Zweite Spulengruppe
- 23A
- Neutralpunkt
- 30
- Motorantriebsvorrichtung
- 31
- Rechenvorrichtung, Hauptrechenvorrichtung
- 31A
- Erste Rechenvorrichtung
- 31B
- Zweite Rechenvorrichtung
- 32
- Hilfsrechenvorrichtung
- 33
- Umschaltschaltung
- 33A
- Umschaltschaltung
- 33B
- Umschaltschaltung
- 34
- Halbleiterelement
- 40
- Leistungsversorgungsquelle
- 50
- Getriebe
- 60A
- Erstes Steuersystem
- 60B
- Zweites Steuersystem
- 61A
- Erste Strombefehlswerteinstelleinheit
- 61B
- Zweite Strombefehlswerteinstelleinheit
- 61b
- Hilfszweitstrombefehlswerteinstelleinheit
- 62A
- Erste Rückkopplungssteuerung
- 62B
- Zweite Rückkopplungssteuerung
- 62b
- Hilfszweitrückkopplungssteuerung
- 63A
- Erste Inverterantriebsschaltung
- 63B
- Zweite Inverterantriebsschaltung
- 64A
- Erster Inverter
- 64B
- Zweiter Inverter
- 65A
- Erster Stromunterbrecher
- 65B
- Zweiter Stromunterbrecher
- 66A
- Erste Stromdetektionsschaltung
- 66B
- Zweite Stromdetektionsschaltung
- 67A
- Erster Ausfalldetektor
- 67B
- Zweiter Ausfalldetektor
- 67b
- Hilfszweitausfalldetektor
- 68A
- Umschaltelement
- 69A
- Nebenschlusswiderstand
- 71A, 71B
- Eingangssignal
- 72A, 72B
- Strombefehlswert
- 73A, 73B
- Antriebsanweisung
- 74A, 74B
- PWM-Signal
- 75A, 75B
- Antriebsstrom
- 76A, 76B
- Detektiertes Signal
- 77A, 77B
- Detektiertes Ergebnis
- 80b
- Überwachungseinheit
- 91
- Lenkrad
- 92
- Lenkwelle
- 93
- Rad
- 311
- Erste Leistungsquellenschaltung
- 312
- Erste Überwachungsschaltung
- 321
- Zweite Leistungsquellenschaltung
- 322
- Zweite Überwachungsschaltung
- V0
- Massespannung
- V1
- Leistungsquellenspannung
