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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Mehrphasenmotors mit mehreren Spulensätzen und betrifft ein Steuerverfahren dafür. Die Steuervorrichtung und das Verfahren werden zum Beispiel für eine elektrische Servolenkungs- (EPS-) Vorrichtung oder für eine Steer-by-Wire-Motorsteuerung verwendet.
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STAND DER TECHNIK
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Um eine übliche herkömmliche Maßnahme zu geben, die auftritt, wenn ein Fehler in einer EPS-Vorrichtung auftritt, wird das unterstützte Lenken gestoppt und zu manueller Lenkung verlagert. Zusammen mit der Zunahme der Fahrzeuggröße wird jedoch eine plötzliche Verschiebung zur manuellen Lenkung als gefährlich betrachtet, und es besteht ein wachsender Bedarf, ein plötzliches Anhalten der Lenkunterstützung während des Fahrens zu verhindern.
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Im Hinblick darauf, auf eine solche Anforderung zu reagieren, kann beispielsweise in der Systemkonfiguration von Patentdokument 1 die Bereitstellung von zwei Systemen für Inverter, die einen Motor antreiben, einen Ausfall eines Systems abdecken. In diesem System, das den Motor mit mehreren Spulensätzen unter Verwendung von Invertern mehrerer Systeme antreibt, interferieren im Falle eines Intersystemkurzschlusses (Kurzschluss zwischen Phasenleitungen oder im Motor usw.) die Ausgangssignale der jeweiligen Systeme miteinander. Dies behindert die gewünschte Steuerung der Stromversorgung des Motors.
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Um den obigen Mangel zu überwinden, offenbart das Patentdokument 2 das Einstellen unterschiedlicher Spannungswerte für eine Mittenspannung eines Pulsweitenmodulations-(PWM-) Signals, das von einem Inverter eines ersten Systems ausgegeben wird, und das von einem Inverter eines zweiten Systems ausgegeben wird, um eine Potentialdifferenz zwischen ihnen bereitzustellen, um zu ermöglichen, dass eine größere Strommenge von dem Inverter des ersten Systems zu dem Inverter des zweiten Systems bei Zwischensystemkurzschluss fließt. Folglich weicht die Summe der Stromerfassungswerte in drei Phasen, die im Grunde „0“ ist, von Null ab, wodurch festgestellt werden kann, dass ein Intersystemkurzschluss aufgetreten ist.
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Eine elektronische Steuereinrichtung sowie ein Ansteuerverfahren für einen Motor mit mehrphasigen Spulensätzen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche ist aus dem Patentdokument 3 bekannt. Dieser Druckschrift zufolge werden zur Detektion eines Intersystemkurzschlusses vor dem Beginn einer Puls-Weiten-Modulation (PWM) die beiden Spulensystem auf unterschiedliche Potentiale gelegt und ein etwaiger Kurzschlussstrom gemessen. Ein während des laufenden Betriebs des Motors auftretender Intersystemkurzschluss kann damit jedoch nicht rechtzeitig erkannt werden.
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Patentdokument 4 offenbart ebenfalls einen Mehrphasenmotor mit mehreren Spulensätzen sowie ein Verfahren, mit dem das Bremsdrehmoment im Falles eines Intersystemkurzschlusses minimiert werden kann.
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Patentdokumente 5, 6 und 7 offenbaren Überwachungsvorrichtungen für Wechselrichter für Mehrphasenmotoren mit mehreren Spulensätzen.
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Patentdokument 8 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Mehrphasenmotor mit mehreren Spulensätzen, welche die Phasenlage eines Soll-Tastverhältnisses und eines PWM-Trägersignals für die beiden Spulensätze so einstellt, dass die Restwelligkeit des Busleitungsstroms möglichst gering ist.
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Patentdokument 9 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Mehrphasenmotor mit nur einem Spulensatz, welche Störungen in einem Wechselrichter durch eine Überwachung des Busleitungsstroms erkennt. Um Störeinflüsse durch die Schaltvorgänge auf den gemessenen Strom zu reduzieren, kann dieser zu einem Mittelzeitpunkt einer Periode eines aktiven Spannungsvektors ermittelt werden.
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REFERENZDOKUMENTENLISTE
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument 1: JP 2011 - 152 027 A
- Patentdokument 2: JP 2014 - 176 229 A
- Patentdokument 3: US 2014 / 0 097 776 A1
- Patentdokument 4: US 2011 / 0 074 333 A1
- Patentdokument 5: DE 10 2014 114 715 A1
- Patentdokument 6: JP 2015 - 177 620 A
- Patentdokument 7: EP 0 588 628 A1
- Patentdokument 8: US 2012 / 0 049 782 A1
- Patentdokument 9: DE 10 2014 116 629 A1
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Ein Kurzschlussstrom, der nicht durch die Motorspulen fließt, hat eine gepulste Wellenform. Dies führt zu dem Problem, dass ein Fehler nicht erkannt werden kann, wenn der Strom nicht in einem Moment erfasst wird, in dem eine Potentialdifferenz zwischen den PWM-Ausgängen auftritt. Zum Beispiel wird in Bezug auf ein Downstream-Shunt-System Strom allgemein für die A/D-Wandlung am Mittelpunkt einer niedrigen Ausgangsperiode erfasst. In diesem Fall tritt keine Potentialdifferenz zwischen den Systemen auf, ein Kurzschlussstrom kann nicht erkannt werden. Somit muss ein Stromwert innerhalb einer kurzen Zeitspanne, in der eine Potentialdifferenz zwischen einem PWM-Impuls des ersten Systems und dem des zweiten Systems erzeugt wird, A/D-gewandelt werden. Dies erhöht die Belastung eines Mikrocomputers (CPU) als eine Steuerung.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände gemacht, und dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren dafür bereitzustellen, die einen Intersystemkurzschluss erfassen können, ohne eine Verarbeitungslast einer Steuerung zu erhöhen.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Zur Lösung der genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine elektronische Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit.
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Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Ansteuerverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 bereit.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Inverterschaltung eines ersten Systems und einer Stromerfassungsschaltung von 1 darstellt.
- 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Inverterschaltung eines zweiten Systems und einer Stromerfassungsschaltung von 1 darstellt.
- 4 ist ein Schaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel der ersten und zweiten Phasenpotential-Erfassungsschaltung von 1 darstellt.
- 5 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, auf die die elektronische Steuervorrichtung von 1 bis 4 angewendet wird.
- 6 ist ein Flussdiagramm, das teilweise ein Steuerverfahren für die elektronische Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 7 ist ein Flussdiagramm, das teilweise ein Steuerverfahren für die elektronische Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 8A ist ein Wellenformdiagramm, das ein Ergebnis eines Vergleichs eines PWM-Signals eines ersten Systems und eines zweiten Systems in einer herkömmlichen Technik darstellt.
- 8B ist ein Wellenformdiagramm, das ein Ergebnis des Vergleichs eines PWM-Signals eines ersten Systems und eines zweiten Systems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung des ersten Systems und der Stromdetektionsschaltung von 1 darstellt.
- 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung des zweiten Systems der Stromerfassungsschaltung von 1 darstellt.
- 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Inverterschaltung eines ersten Systems in einer elektronischen Steuervorrichtung und einer Stromerfassungsschaltung davon gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Inverterschaltung eines zweiten Systems in der elektronischen Steuervorrichtung und einer Stromerfassungsschaltung davon gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 13 ist ein Flussdiagramm, das teilweise ein Steuerverfahren für die elektronische Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 14 ist ein Flussdiagramm, das teilweise ein Steuerverfahren für die elektronische Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung des ersten Systems in der elektronischen Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und deren Stromerfassungsschaltung darstellt.
- 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung des zweiten Systems in der elektronischen Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und deren Stromerfassungsschaltung darstellt.
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Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 bis 4 veranschaulichen ein Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist ein schematisches Diagramm einer EPS-Vorrichtung, auf die diese elektronische Steuervorrichtung angewendet wird. Zuerst wird die EPS-Vorrichtung kurz beschrieben. Als nächstes wird eine elektronische Steuervorrichtung zum Steuern eines Mehrphasenmotors beschrieben, der die Lenkkraft in der EPS-Vorrichtung unterstützt.
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Wie in 5 gezeigt, besteht die EPS-Vorrichtung aus einem Lenkrad 10, einem Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 11, einem unterstützenden Mehrphasenmotor 12, einer elektronischen Steuervorrichtung 13 zum Steuern des Mehrphasenmotors 12 und dergleichen. Außerdem sind der Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 11 und ein Reduzierer 16 in einer Lenksäule 15 angeordnet, die eine Lenkwelle 14 aufnimmt.
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Der Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 11 erfasst ein Lenkdrehmoment, das während des Lenkvorgangs des Fahrers auf die Lenkwelle 14 wirkt, und die elektronische Steuervorrichtung steuert das Antreiben des Mehrphasenmotors basierend auf einem Lenkdrehmomentsignal S1, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S2 usw., so dass der Mehrphasenmotor 12 eine Lenkhilfskraft gemäß einem Fahrzustand des Fahrzeugs erzeugen kann. Wenn ein Ritzel 17, das an einem Spitzenende der Lenkwelle 14 vorgesehen ist, dadurch gedreht wird, bewegt sich eine Zahnstangenwelle 18 horizontal nach rechts oder links in einer Fahrtrichtung. Somit wird der Lenkvorgang des Fahrers auf ein Rad (Reifen) 19 übertragen, um das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung zu lenken.
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Als nächstes bezugnehmend auf 1 bis 4 wird die elektronische Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. Wie in 1 gezeigt, enthält der mehrphasige (in diesem Beispiel dreiphasige) Motor 12 erste und zweite Spulensätze (mehrphasige Spulensätze des ersten und des zweiten Systems) 12a, 12b. Der erste Spulensatz 12a umfasst eine U-Phasenspule Ua, eine V-Phasenspule Va und eine W-Phasenspule Wa. Der zweite Spulensatz 12b umfasst eine U-Phasenspule Ub, eine V-Phasenspule Vb und eine W-Phasenspule Wb. Die Spulensätze 12a, 12b können durch eine Antriebsschaltung 21a in einem ersten System der elektronischen Steuervorrichtung 13 und einer Antriebsschaltung 21b in einem zweiten System davon getrennt angesteuert werden. Dreiphasenmotor 12 hat einen Rotor 12d, der mit einem Winkelsensor 12e ausgestattet ist. Ein Signal (Winkeldetektionssignal) S13, das einem Rotationswinkel des Rotors 12d entspricht, der durch den Winkelsensor 12e detektiert wird, wird in einen Mikrocomputer (CPU) 20 eingegeben.
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Die Ansteuerschaltung 21a des ersten Systems besteht aus einer Inverterschaltung 22a, einem Treiber 23a für die Inverterschaltung 22a, einem Kondensator 24a, einem Stromversorgungsrelais (Halbleiterrelais) 25a, einem Treiber 26a für das Stromversorgungsrelais 25a, einer Stromerfassungsschaltung 27a und dergleichen. Ansteuerschaltung 21a wird durch den Mikrocomputer 20 gesteuert. Mikrocomputer 20 kann auch als eine Diagnosevorrichtung zum Erfassen eines Fehlers dienen. In diesem Beispiel sind die Ansteuerleitungen (Stromversorgungswege) 1U, 1V, 1W zwischen der Ansteuerschaltung 21a und der U-Phasenspule Ua, der V-Phasenspule Va und der W-Phasenspule Wa des Dreiphasenmotors 12 mit Phasenrelais 28U, 28V, 28W versehen, die als Stromversorgungs-Abschaltelement dienen.
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Eine Stromversorgungsleitung 37a der Inverterschaltung22a ist mit einer Batterie (Stromversorgung) BA über das Stromversorgungsrelais 25a verbunden. Der Kondensator 24a ist zwischen die Stromversorgungsleitung 37a und einen Massepunkt geschaltet. Der Kondensator 24a unterstützt die Stromversorgung von der Batterie BA zu der Inverterschaltung 22a und beseitigt auch Rauschkomponenten, wie z.B. den Stoßstrom. Als Stromversorgungsrelais 25a wird ein N-Kanal-MOSFET mit einer parasitären Diode Da verwendet.
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Treiber 23a enthält H-seitige Treibereinheiten entsprechend Oberarmschaltelementen (stromaufwärtige Treiberelemente) und L-seitige Treibereinheiten, die Schaltelementen des unteren Arms (stromabwärtige Treiberelemente) entsprechen, die zum Ansteuern von U, V und W -Phasen der Inverterschaltung 22a konfiguriert sind. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen H-seitigen Treibereinheiten sind mit Steueranschlüssen der Oberarmschaltelemente verbunden, und der Mikrocomputer 20 führt eine selektive EIN/AUSSteuerung desselben durch. Außerdem sind Ausgangsanschlüsse der jeweiligen L-seitigen Treibereinheiten mit Steueranschlüssen der Unterarmschaltelemente verbunden, und der Mikrocomputer 20 führt seine selektive EIN/AUS-Steuerung durch. Ferner ist ein Ausgangsanschluss des Treibers 26a mit einem Gate des N-Kanal-MOSFET verbunden, der als ein Stromversorgungsrelais 25a fungiert, und der Mikrocomputer 20 führt eine selektive EIN/AUS-Steuerung desselben durch.
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Ausgänge der Inverterschaltung 22a werden von den Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W der U-Phasenspule Ua, der V-Phasenspule Va und der W-Phasenspule Wa des Spulensatzes 12a durch die Drain- und Source-Bereiche des N-Kanals MOSFETs zugeführt, die als Phasenrelais 28U, 28V, 28W fungieren. Obwohl nicht dargestellt, werden die Phasenrelais 28U, 28V, 28W durch den Mikrocomputer 20 selektiv so gesteuert, dass sie EIN/AUS sind, um Strom zwischen der Inverterschaltung 22a und dem Spulensatz 12a zuzuführen oder die Stromzufuhr dazwischen zu unterbrechen. In den MOSFETs als Phasenrelais 28U, 28V, 28W ist eine parasitäre Diode in einer Vorwärtsrichtung von der Source zu dem Drain gebildet.
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Zwischen der U-Phasen-Ansteuerleitung 1U und der Batterie BA ist ein Pull-Up-Widerstand 6a angeschlossen, der als eine Potentialanlegeschaltung zum Anlegen und Halten eines Zwischenpotentials an die Ansteuerleitung 1U fungiert. Der Pull-Up-Widerstand 6a ist konfiguriert, um ein Zwischenpotential zwischen einer Spannung der Batterie BA und dem Massepotential an die U-Phasen-Ansteuerleitung 1U anzulegen. In einem typischen hier diskutierten Beispiel ist die U-Phasen-Ansteuerleitung 1U mit dem Pull-Up-Widerstand 6a verbunden, aber sie kann mit der V-Phasen-Ansteuerleitung 1V oder der W-Phasen-Ansteuerleitung 1W verbunden sein. Phasenpotentiale der Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W werden durch eine Phasenpotential-Erfassungsschaltung 4a erfasst, und das Erfassungsergebnis wird in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
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In ähnlicher Weise besteht die Ansteuerschaltung 21b des zweiten Systems aus einer Inverterschaltung 22b, einem Treiber 23b für die Inverterschaltung 22b, einem Kondensator 24b, einem Stromversorgungsrelais (Halbleiterrelais) 25b und einem Treiber 26b für das Stromversorgungsrelais 25b, Stromerfassungsschaltung 27b und dergleichen. Ansteuerschaltung 21b wird durch den Mikrocomputer 20 gesteuert. Ansteuerleitungen (Stromversorgungswege) 2U, 2V, 2W zwischen der Ansteuerschaltung 21b und der U-Phasenspule Ub, der V-Phasenspule Vb und der W-Phasenspule Wb des Dreiphasenmotors 12 sind mit Phasenrelais 29U, 29V, 29W ausgestattet, die als ein Stromversorgungs-Abschaltelement funktionieren.
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Inverterschaltung 22b hat eine Stromversorgungsleitung 37b, die über das Stromversorgungsrelais 25b mit der Batterie BA verbunden ist. Kondensator 24b ist zwischen die Stromversorgungsleitung 37b und den Massepunkt geschaltet. Kondensator 24b unterstützt die Stromversorgung von Batterie BA zur Inverterschaltung 22b und beseitigt Rauschkomponenten, wie z.B. den Stoßstrom. Als Stromversorgungsrelais 25b wird ein N-Kanal-MOSFET mit einer parasitären Diode Db verwendet.
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Treiber 23b umfasst H-seitige Treibereinheiten, die Oberarmschaltelemente (stromaufwärtigen Treiberelementen) zum Treiben der U-, V- und W-Phasen der Inverterschaltung 22b entsprechen, und L-Seitentreibereinheiten, die Schaltelementen des unteren Arms entsprechen (nachgeschaltete Antriebselemente) davon. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen H-seitigen Treibereinheiten sind mit Steueranschlüssen der Oberarmschaltelemente verbunden und werden selektiv gesteuert, um durch den Mikrocomputer 20 EIN/AUS zu sein. Außerdem sind Ausgangsanschlüsse der jeweiligen L-seitigen Treibereinheiten mit Steueranschlüssen der Unterarmschaltelemente verbunden, und der Mikrocomputer 20 führt seine selektive EIN/AUS-Steuerung durch. Ferner ist ein Ausgangsanschluss des Treibers 26b mit einem Gate des N-Kanal-MOSFET verbunden, der als ein Stromversorgungsrelais 25b fungiert, und der Mikrocomputer 20 führt eine selektive EIN/AUS-Steuerung desselben durch.
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Ein Ausgang der Inverterschaltung 22b wird von den Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W der U-Phasenspule Ub, der V-Phasenspule Vb und der W-Phasenspule Wb des Spulensatzes 12b durch die Drain- und Source-Bereiche von N-Kanal-MOSFETs zugeführt, die als Phasenrelais 29U, 29V, 29W fungieren. Obwohl nicht dargestellt, werden die Phasenrelais 29U, 29V, 29W durch den Mikrocomputer 20 ähnlich den Phasenrelais 28U, 28V, 28W selektiv auf EIN/AUS geschaltet, um dadurch Strom zwischen der Inverterschaltung 22b und dem Spulensatz 12b zuzuführen oder die Stromversorgung zu unterbrechen. In den MOSFETs als Phasenrelais 29U, 29V, 29W ist eine parasitäre Diode in einer Vorwärtsrichtung von der Source zu dem Drain gebildet.
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Zwischen der U-Phasen-Ansteuerleitung 2U und der Batterie BA ist ein Pull-Up-Widerstand 6b zum Anlegen und Halten eines Zwischenpotentials an die Ansteuerleitung 2U angeschlossen. Pull-Up-Widerstand 6b legt ein Zwischenpotential zwischen der Spannung der Batterie BA und dem Massepotential an die U-Phasen-Treiberleitung 2U an. In einem typischen hier diskutierten Beispiel ist die U-Phasen-Ansteuerleitung 2U mit dem Pull-Up-Widerstand 6b verbunden, aber sie kann mit der V-Phasen-Ansteuerleitung 2V oder der W-Phasen-Ansteuerleitung 2W verbunden sein. Die Phasenpotentiale der Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W werden durch eine Phasenpotential-Erfassungsschaltung 4b erfasst, und das Erfassungsergebnis wird in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
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Der Mikrocomputer 20 als eine Hauptsteuerung empfängt ein Lenkdrehmomentsignal S1 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S2 von der EPS-Vorrichtung und empfängt auch Erfassungssignale S3 bis S8 der Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b in der elektronischen Steuervorrichtung 13, Signale S9a bis S11a und Signale S9b bis S11b, die Phasenpotentialen entsprechen, die von den Phasenpotential-Erfassungsschaltungen 4a, 4b und dergleichen erfasst werden. Außerdem empfängt der Mikrocomputer 20 ein Winkelerfassungssignal S13 von dem Winkelsensor 12e, der in dem Dreiphasenmotor 12 vorgesehen ist. Mikrocomputer 20 bestimmt basierend auf Signalen S3 bis S8, S9a bis S11a, S9b bis S11b, S12a, S12b usw., ob ein Kurzschlussfehler zwischen den Spulengruppen 12a und 12b oder zwischen den Inverterschaltungen 22a und 22b aufgetreten ist. Dann, wenn kein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, steuert der Mikrocomputer 20 die Ansteuerschaltungen 21a und 21b basierend auf den Signalen S1, S2, S13 usw., um den Dreiphasenmotor 12 anzutreiben, um eine Lenkunterstützungskraft gemäß einem Fahrzustand eines Fahrzeugs zu erzeugen.
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2 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung 22a und der Stromerfassungsschaltung 27a von 1. Inverterschaltung 22a hat eine dreiphasige Brückenschaltungskonfiguration mit drei Sätzen von Schaltelementen zum Ansteuern der U-Phasenspule Ua, der V-Phasenspule Va und der W-Phasenspule Wa des Dreiphasenmotors 12 auf einer Phasenbasis über die Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W. In diesem Beispiel sind die Schaltelemente durch N-Kanal-MOSFETs 31 bis 36 konfiguriert. Die Stromerfassungsschaltung 27a besteht aus Stromerfassungswiderständen 38a bis 40a, die als ein Stromerfassungselement funktionieren, und Puffern 47a bis 49a zum Verstärken von Spannungen (entspricht den Strömen, die durch die Dreiphasen-Brückenschaltung fließen), die durch die Stromerfassungswiderstände 38a bis 40a erfasst werden.
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In MOSFETs 31, 32 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 37a und einem Ende des Stromerfassungswiderstands 38a verbunden, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 1U verbunden. In MOSFETs 33, 34 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 37a und einem Ende des Stromerfassungswiderstands 39a verbunden, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 1V verbunden. In MOSFETs 35 und 36 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 37a und einem Ende des Stromerfassungswiderstands 40a verbunden, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 1W verbunden.
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Die anderen Enden der Stromerfassungswiderstände 38a bis 40a sind mit einem negativen Anschluss der Stromversorgung verbunden und somit geerdet, und von den Stromerfassungswiderständen 38a bis 40a erfasste Spannungen werden in die Puffer 47a bis 49a eingegeben. Ausgaben der Puffer 47a bis 49a werden in den Mikrocomputer 20 als Erkennungssignale S3 bis S5 eingegeben (U-Phasen-Stromerfassungswert Uai, V-Phasen-Stromerfassungswert Vai und W-Phasen-Stromerfassungswert Wai), die den durch die Inverterschaltung fließenden Strömen 22a entsprechen.
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Man beachte, dass die Dioden D1 bis D6, die in Vorwärtsrichtung zwischen der Source und dem Drain in den MOSFETs 31 bis 36 verbunden sind, parasitäre Dioden sind.
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3 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltung 22b und der Stromerfassungsschaltung 27b von 1. Inverterschaltung 22b hat die gleiche Schaltungskonfiguration wie die Inverterschaltung 22a, d.h. sie hat eine Dreiphasen-Brückenschaltungskonfiguration mit drei Sätzen von Schaltelementen zum Ansteuern der U-Phasenspule Ub, der V-Phasenspule Vb und der W-Phasenspule Wb von Dreiphasenmotor 12 über Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W. Ähnlich wie oben sind die Schaltelemente durch N-Kanal-MOSFETs 41 bis 46 konfiguriert. Außerdem besteht die Stromerfassungsschaltung 27b aus Stromerfassungswiderständen 38b bis 40b und Puffern 47b bis 49b zum Verstärken von Spannungen (entsprechend den durch die Dreiphasen-Brückenschaltung fließenden Strömen), die durch Stromerfassungswiderstände 38b bis 40b ähnlich der Stromerfassungsschaltung 27a erfasst werden.
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In MOSFETs 41, 42 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 37b und einem Ende des Stromerfassungswiderstands 38b verbunden, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 2U verbunden. In MOSFETs 43, 44 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen die Stromversorgungsleitung 37b und ein Ende des Stromerfassungswiderstands 39b geschaltet, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 2V verbunden. In MOSFETs 45, 46 sind Drain- und Source-Bereiche in Reihe zwischen die Stromversorgungsleitung 37b und ein Ende des Stromerfassungswiderstands 40b geschaltet, und ihr gemeinsamer Knoten ist mit einem Ende der Treiberleitung 2W verbunden.
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Die anderen Enden der Stromerfassungswiderstände 38b bis 40b sind geerdet, und Spannungen, die durch Stromerfassungswiderstände 38b bis 40b erfasst werden, werden jeweils an die Puffer 47b bis 49b angelegt. Ausgaben der Puffer 47b bis 49b werden in den Mikrocomputer 20 als Erkennungssignale S6 bis S8 (U-Phasen-Stromerfassungswert Ubi, V-Phasen-Stromerfassungswert Vbi und W-Phasen-Stromerfassungswert Wbi) eingegeben, die den durch die Inverterschaltung fließenden Strömen 22b entsprechen.
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Dioden D7 bis D12, die in der Vorwärtsrichtung zwischen der Source und der Drain in MOSFET 41 bis 46 verbunden sind, sind parasitäre Dioden.
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4 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der Phasenpotential-Erfassungsschaltung 4a, 4b von 1. Phasenstrom-Erfassungsschaltungen 4a, 4b erfassen Potentiale der Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W und der Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W von den Inverterschaltungen 22a, 22b jeweils zu den Spulengruppen 12a, 12b auf einer Phasenbasis. Die Phasenstrom-Erfassungsschaltung 4a besteht aus Widerständen R1, R2, Widerständen R3, R4 und Widerständen R5, R6, die zwischen den Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W bzw. dem Massepunkt in Reihe geschaltet sind. Phasenstrom-Erfassungsschaltung 4b besteht aus Widerständen R7, R8, Widerständen R9, R10 und Widerständen R11, R12, die zwischen den Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W und dem Massepunkt in Reihe geschaltet sind.
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Dann werden die Potentiale an den Knoten zwischen den Widerständen R1 und R2, den Widerständen R3 und R4 und den Widerständen R5 und R6 in den Mikrocomputer 20 als Signale S9a bis S11a eingegeben, entsprechend den Erfassungspotentialen der U-Phasen-Spule Ua, der V-Phasen-Spule Va und der W-Phasen-Spule Wa des Spulensatzes 12a. Außerdem werden die Potentiale an den Knoten zwischen den Widerständen R7 und R8, den Widerständen R9 und R10 und den Widerständen R11 und R12 in den Mikrocomputer 20 als Signale S9b bis S11b eingegeben, entsprechend den Erfassungspotentialen der U-Phasen-Spule Ub, der V-Phasen-Spule Vb und der W-Phasen-Spule Wb des Spulensatzes 12b.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme von 6 und 7 eine Fehlerdiagnoseoperation der elektronischen Steuervorrichtung in 1 bis 4 beschrieben. Die Fehlerdiagnoseoperation wird zu vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise in Millisekunden) während der Steuerung des Dreiphasenmotors 12 gestartet und ausgeführt. Diese Diagnoseoperation wird nachstehend beschrieben. Das heißt, eine Phase eines Trägers in dem ersten System wird in Bezug auf diejenige in dem zweiten System invertiert, um ein PWM-Signal (invertierter Steuersignalimpuls) zum Ansteuern der Inverterschaltung 22a zu erzeugen. Mit anderen Worten, die Träger des ersten und zweiten Systems sind außer Phase. Wenn unter dieser Bedingung alle Phasen auf der Stromerfassungsseite als Zielsystem auf einem niedrigen Pegel sind, während alle Phasen in dem anderen System auf einem hohen Pegel sind, wird eine Stromerfassung (A/D-Umwandlung eines erfassten Stromwerts) ausgeführt.
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Herkömmlicherweise muss eine A/D-Umwandlung eines Stromwerts innerhalb der Perioden △t1 und △t2 ausgeführt werden, in denen eine Potentialdifferenz zwischen PWM-Signalen des ersten und des zweiten Systems auftritt, wie in 6 dargestellt. Dies verursacht eine Erhöhung der Last einer Steuerung. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 8B dargestellt, wird eine Phase des Trägers in dem ersten System invertiert. Damit entspricht ein Mittelpunkt t0 in der hohen Periode aller Phasen im ersten System einem Mittelpunkt t0 in der niedrigen Periode aller Phasen im zweiten System. Zu diesem Zeitpunkt muss Strom von dem zweiten System in das erste System fließen. Da der Zeitpunkt für die A/D-Umwandlung des erfassten Stroms, der häufig zur Steuerung verwendet wird, mit dem Mittelpunkt t0 übereinstimmt, kann, wenn die Stromerfassung zum gleichen Zeitpunkt ausgeführt wird, die Summe der Stromwerte in drei Phasen geprüft werden ob das System normal ist oder ausgefallen ist. Durch diese Diagnoseoperation kann ein Intersystemkurzschluss detektiert werden, ohne eine Verarbeitungslast des Mikrocomputers 20 zu erhöhen.
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In der Diagnoseoperation werden die MOSFETs 31, 33, 35 als Oberarmschaltelemente aller Phasen in der Inverterschaltung 22a des ersten Systems eingeschaltet, um ein hohes Potential an den ersten Spulensatz 12a anzulegen, und die MOSFETs 42, 44, 46 als Unterarmschaltelemente aller Phasen in der Inverterschaltung 22b des zweiten Systems, um den zweiten Spulensatz 12b auf ein niedriges Potential zu steuern. In diesem Zustand werden Werte von Strömen, die durch Strompfade der MOSFETs 42, 44, 46 als Unterarmschaltelemente der Inverterschaltung 22b des zweiten Systems fließen, durch die Stromerfassungsschaltung 27b detektiert. Wenn die Summe der Werte in drei Phasen ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, wird bestimmt, dass ein Stromversorgungsfehler zwischen dem ersten und dem zweiten System aufgetreten ist.
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Außerdem wird die gleiche Diagnoseoperation wie die Inverterschaltung 22a des ersten Systems auch an der Inverterschaltung 22b des zweiten Systems ausgeführt.
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Andererseits wird während des normalen Betriebs Strom von der Treiberschaltung 21a des ersten Systems und der Treiberschaltung 21b des zweiten Systems an den Dreiphasenmotor 12 geliefert, und der Motor wird mit dem zusätzlichen Strom von zwei betrieben Systeme insgesamt. In dem normalen Unterstützungszustand mit Ansteuerschaltungen 21a, 21b des ersten und des zweiten Systems gibt der Mikrocomputer 20 ein PWM-Signal an die Treiber 23a, 23b aus. Außerdem werden Signale zum Einschalten der Stromversorgungsrelais 25a, 25b an die Treiber 26a, 26b ausgegeben. Jeder H-seitige Treiber und jeder L-seitige Treiber in den Treibern 23a, 23b liefern Treibersignale basierend auf PWM-Signalen an die Gates der MOSFETs 31 bis 36 und 41 bis 46 der Inverterschaltungen 22a, 22b des ersten und des zweiten Systems basierend auf der PWM Signale, um die Gates selektiv auf EIN/AUS zu steuern.
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Dann wird der Dreiphasenmotor 12 in drei Phasen durch die Ansteuerschaltung 21a über die Ansteuerleitungen 1U, 1V, 1W angesteuert. Darüber hinaus wird der Motor in drei Phasen durch die Ansteuerschaltung 21b über die Ansteuerleitungen 2U, 2V, 2W angesteuert. Zu dieser Zeit wird das Tastverhältnis des PWM-Signals basierend auf dem Lenkdrehmomentsignal S1, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S2 und dergleichen variiert, um ein Ausgangsdrehmoment des Dreiphasenmotors 12 zu steuern, wodurch eine Unterstützungskraft geändert wird.
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Außerdem wird die folgende Bestimmungsprozedur ausgeführt, um eine solche Situation zu vermeiden, dass, wenn ein Fehler gleichzeitig in dem ersten und dem zweiten System detektiert wird, die zwei Systeme den Betrieb stoppen. Zuerst, wie in 6 gezeigt, wird bestimmt, ob der Betrieb des ersten Systems gestoppt ist (Schritt ST1). Wenn die Operation gestoppt wird, wird ein Zählwert C1a eines Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST2). Wenn die Operation nicht gestoppt wird, wird bestimmt, ob der Betrieb des zweiten Systems gestoppt ist (Schritt ST3).
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Wenn in Schritt ST3 bestimmt wird, dass der Betrieb des zweiten Systems gestoppt ist, wird ein Zählwert C2b eines Stoppübergangszählers C2 des zweiten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST4). Wenn die Operation nicht gestoppt wird, wird bestimmt, ob der Zählwert C2b des Stoppübergangszählers C2 des zweiten Systems 0 oder 5 ist (Schritt ST5).
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Wenn in Schritt ST5 bestimmt wird, dass der Zählwert C2b 0 oder 5 ist, wird bestimmt, ob die Summe aus dem U-Phasen-Stromerfassungswert Uai, dem V-Phasen-Stromerfassungswert Vai und dem W-Phasen-Stromerfassungswert Wai in der Stromerfassungsschaltung 27a des ersten Systems gleich 5A (5 Ampere) oder weniger ist, das heißt, „Uai + Vai + Wai“ ≤ 5A (Schritt ST6). Dann, wenn „Uai + Vai + Wai“ ≤ 5A ist, wird ein Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems gelöscht (Schritt ST7). Wenn „Uai + Vai + Wai > 5A“ ist, wird ein Zählwert C3a des Abnormalitätszählers C3 des ersten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST8). Nachdem der Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems in Schritt ST7 gelöscht wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt ST12 von 7 fort, um zu bestimmen, ob der Zählwert C1a des Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems gleich 0 oder 5 ist.
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In Schritt ST9 erfüllt der Zählwert C3a des Abnormalitätszählers C3 des ersten Systems „C3a ≥ 5“. Wenn „C3a ≥ 5“ ist, wird der Betrieb des ersten Systems gestoppt (Schritt ST10). Der Betrieb des ersten Systems wird gestoppt, indem beispielsweise die MOSFETs 31 bis 36 der Inverterschaltung 22a ausgeschaltet werden, um den Ausgang der Inverterschaltung 22a auf eine hohe Impedanz zu steuern. Wenn „C3a<5“ ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt ST12 fort.
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Wenn in Schritt ST5 oben bestimmt wird, dass der Zählwert C2b nicht 0 oder 5 ist, wird der Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems gelöscht und die Verarbeitung schreitet zu Schritt ST13 von 7 voran (Schritt ST11).
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In Schritt ST12 wird bestimmt, ob der Zählwert C1a des Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems 0 oder 5 ist. Wenn bestimmt wird, dass der Zählwert C1a gleich 0 oder 5 ist, wird bestimmt, ob die Summe des U-Phasen-Stromerfassungswerts Ubi, des V-Phasen-Stromerfassungswerts Vbi und des W-Phasen-Stromerfassungswerts Wbi in der Stromerfassungsschaltung 27b des zweiten Systems gleich 5A (5 Ampere) oder weniger ist, d.h. „Ubi + Vbi + Wbi ≤ 5A“ (Schritt ST13). Dann, wenn „Ubi + Vbi + Wbi ≤ 5A“ wird der Abnormalitätszähler C4 des zweiten Systems gelöscht und die Verarbeitung wird beendet (Schritt ST14).
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Wenn andererseits „Ubi + Vbi + Wbi > 5A“ ist, wird der Zählwert C4b des Abnormalitätszählers C4 des zweiten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST15). In Schritt ST16 wird bestimmt, ob der Zählwert C4b des Abnormalitätszählers C4 des zweiten Systems „C4b ≥ 5“ erfüllt. Wenn „C4b ≥ 5“ ist, wird der Betrieb des zweiten Systems gestoppt und die Verarbeitung wird beendet (Schritt ST17). Wenn „C4b < 5“ ist, wird die Verarbeitung zu diesem Zeitpunkt beendet. Der Betrieb des zweiten Systems wird gestoppt, indem beispielsweise die MOSFETs 41 bis 46 der Inverterschaltung 22b ausgeschaltet werden, um den Ausgang der Inverterschaltung 22b auf eine hohe Impedanz zu steuern.
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Wenn in Schritt ST12 oben bestimmt wird, dass der Zählwert C1a nicht gleich 0 oder 5 ist, wird der Abnormalitätszähler C4 des zweiten Systems gelöscht, und die Verarbeitung wird beendet (Schritt ST18).
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Wenn der Betrieb des ersten Systems in Schritt ST10 gestoppt wird, schaltet der Mikrocomputer 20 alle MOSFETs 31 bis 36 der Inverterschaltung 22A aus, um die Ausgabe mit einer hohen Impedanz zu halten, und führt dann eine Motorsteueroperation mit der Treiberschaltung 21b des zweiten Systems aus. Alternativ schaltet sie die Phasenrelais 28U, 28V, 28W aus, so dass kein Ansteuerungsstrom von der Inverterschaltung 22a an den Spulensatz 12a geliefert wird.
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Wenn im Gegensatz dazu in Schritt ST17 festgestellt wird, dass der Betrieb des zweiten Systems gestoppt ist, schaltet der Mikrocomputer alle MOSFETs 41 bis 46 der Inverterschaltung 22b aus, um die Ausgabe mit einer hohen Impedanz zu halten, und führt dann eine Motorsteueroperation mit der Ansteuerschaltung 21a des ersten Systems aus. Alternativ schaltet sie die Phasenrelais 29U, 29V, 29W aus, so dass der Spulengruppe 12b kein Treiberstrom von der Inverterschaltung 22b zugeführt wird.
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Die Lenkunterstützungskraft, die entweder von der Treiberschaltung 21a oder der Treiberschaltung 21b erzeugt wird, wird auf die Hälfte der von beiden erzeugten reduziert. Da die Unterstützungsoperation fortgesetzt werden kann, kann jedoch die Verschlechterung der Sicherheit, die durch den plötzlichen Abbruch der Unterstützungsoperation verursacht wird, unterdrückt werden.
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Es sei angemerkt, dass, wenn bestimmt wird, dass ein Stromversorgungsfehler aufgetreten ist, eine Stromversorgungsfehlerbestimmung, die basierend auf einem Stromwert in dem anderen System ausgeführt wird, für eine vorbestimmte Zeitdauer gestoppt wird. Insbesondere kann eine Diagnose für eine vorbestimmte Zeitdauer gestoppt werden, indem die MOSFETs 31, 33, 35 als Oberarmschaltelemente aller Phasen in der Inverterschaltung 22a des zweiten Systems eingeschaltet werden, um ein hohes Potential unter Kontrolle zu halten, und indem MOSFETs 42, 44, 46 als Unterarmschaltelemente aller Phasen im ersten System eingeschaltet werden, um ein niedriges Potential unter Kontrolle zu halten. Hier gibt die vorbestimmte Periode die Zeit an, bis die Gegen-Inverterschaltung (die andere Inverterschaltung) den Betrieb stoppt und die Stromzufuhr gestoppt wird. Mit anderen Worten, wenn ein Fehler des anderen Systems bestätigt wird, wartet der Mikrocomputer die vorbestimmte Zeitspanne vor der Bestätigung über einen Ausfall des eigenen Systems. Nachdem die Stromversorgung unterbrochen wurde, kann der Mikrocomputer bestätigen, ob das eigene System ausgefallen ist.
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Diese Verarbeitung dient zur A/D-Wandlung von Stromwerten, die an Mittelpunkten von niedrigen Ausgaben des ersten und des zweiten Systems erfasst werden. Somit fließt im Falle eines Intergate-Kurzschlusses zu gewissen Zeitpunkten Strom in beide Richtungen, und es wird festgestellt, dass in den jeweiligen Systemen ein Fehler aufgetreten ist. Um eine solche Situation zu vermeiden, wird das andere System in einen Standby-Zustand versetzt, anstatt zu erkennen, dass ein System ausgefallen ist. Dann werden die aktuellen Werte des ersten und zweiten Systems erfasst. Wenn ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, fließt Strom von dem ersten System zu dem zweiten System und auch von dem zweiten System zu dem ersten System. Somit wird nur dann, wenn eine Anomalie auf beiden Seiten gefunden wurde, festgestellt, dass ein Intergate-Kurzschluss aufgetreten ist, und eines der beiden Systeme wird gestoppt.
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9 und 10 veranschaulichen ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltungen 22a, 22b der ersten und zweiten Systeme und der Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b, die in 2 und 3 dargestellt sind. 2 und 3 zeigen ein stromabwärtiges Shunt-System, in dem Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b zwischen den Inverterschaltungen 22a, 22b bzw. dem Massepunkt vorgesehen sind. Im Gegensatz dazu zeigen 9 und 10 ein vorgeschaltetes Shunt-System, in dem Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b zwischen den Stromversorgungsleitungen 37a, 37b (positive Anschlüsse der Stromversorgung) bzw. den Inverterschaltungen 22a, 22b vorgesehen sind. Die andere Grundkonfiguration ist die gleiche wie die von 2 und 3 und daher sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird hier weggelassen. In dem vorgeschalteten Shunt-System von 9 und 10 ist nur der Zeitpunkt für die Stromerfassung zwischen dem stromaufwärtigen Shunt-System und dem stromabwärtigen Shunt-System umgekehrt, d.h. im Wesentlichen wird derselbe Vorgang durchgeführt, und im Wesentlichen können die gleichen Betriebseffekte erhalten werden.
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Wie oben beschrieben, wird mit der elektronischen Steuerungsvorrichtung und dem Steuerverfahren davon gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Phase des Trägers des ersten Systems invertiert, um ein PWM-Signal zum Ansteuern der Inverterschaltung zu erzeugen, wodurch ein abnormaler Strom, der durch einen Intersystemkurzschluss verursacht wird, zuverlässig detektiert werden kann. Da der Zeitpunkt der Stromerfassung und die anschließende A/D-Umwandlung für die Stromversorgungssteuerung gleich der A/D-Umwandlung (Wert im Mittelpunkt der niedrigen Ausgabeperiode) sein kann, kann eine Zunahme der Verarbeitungslast des Mikrocomputers minimiert werden. Wenn des Weiteren die Ausgabe eines Systems, das eine Anomalie in der Summe von detektierten Strömen in drei Phasen zeigt, auf eine hohe Impedanz eingestellt ist, tritt kein Stromzufluss zu und kein Ausfluss aus dem ausgefallenen System auf, selbst im Falle eines Intersystemkurzschlusses die Stromversorgungssteuerung des verbleibenden Systems wird nicht behindert, wodurch ein Motorsteuerbetrieb fortgesetzt werden kann.
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Dementsprechend ist es möglich, eine elektronische Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren dafür bereitzustellen, die einen Intersystemkurzschluss erfassen können, ohne eine Verarbeitungslast an einer Steuerung zu erhöhen.
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(Zweite Ausführungsform)
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11 und 12 veranschaulichen eine elektronische Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen 11 und 12 Schaltbilder, die Konfigurationsbeispiele von Inverterschaltungen 22a, 22b des ersten und des zweiten Systems in 1 darstellen und Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b davon. In der zweiten Ausführungsform ist die Stromerfassungsschaltung 27a aus dem Stromerfassungswiderstand 38a, dem Puffer 47a und der Spitzenhalteschaltung 50a konfiguriert, und die Spitzenhalteschaltung 27b ist aus dem Stromerfassungswiderstand 38b, dem Puffer 47b und der Spitzenhalteschaltung 50b konfiguriert.
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Insbesondere, wie in 11 gezeigt, hat die Inverterschaltung 22a des ersten Systems die gleiche Konfiguration wie in 2, und der Stromerfassungswiderstand 38a ist zwischen der Inverterschaltung 22a und dem Massepunkt verbunden. Eine durch den Stromerfassungswiderstand 38a erfasste Spannung wird in den Puffer 47a eingegeben. Der Ausgang des Puffers 47a wird in den Mikrocomputer 20 als Detektionssignal S3 entsprechend dem in der Inverterschaltung 22a fließenden Strom eingegeben und auch in die Spitzenhalteschaltung 50a eingegeben, und ein Spitzenwert wird als Detektionssignal S4 in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
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Wie in 12 hat die Inverterschaltung 22b des zweiten Systems die gleiche Konfiguration wie in 11, und der Stromerfassungswiderstand 38b ist zwischen der Inverterschaltung 22b und dem Massepunkt verbunden. Eine durch den Stromerfassungswiderstand 38b erfasste Spannung wird in den Puffer 47b eingegeben. Der Ausgang des Puffers 47b wird in den Mikrocomputer 20 als Detektionssignal S5 entsprechend dem in der Inverterschaltung 22b fließenden Strom eingegeben und auch in die Spitzenwerthalteschaltung 50b eingegeben, und ein Spitzenwert wird als Detektionssignal S6 in den Mikrocomputer 20 eingegeben.
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Als nächstes wird eine Fehlerdiagnoseoperation der elektronischen Steuervorrichtung beschrieben, die in 11 und 12 wird unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme von 13 und 14 gezeigt ist. Die Fehlerdiagnoseoperation basierend auf dem Steuerungsverfahren der zweiten Ausführungsform wird in vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise in Millisekunden) während der Steuerung des Dreiphasenmotors ähnlich der ersten Ausführungsform gestartet und ausgeführt.
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Bei dem Diagnosevorgang werden die MOSFETs 31, 33, 35 als Oberarmschaltelemente aller Phasen in der Inverterschaltung 22a des ersten Systems eingeschaltet, um ein hohes Potential an den ersten Spulensatz 12a anzulegen, und die MOSFETs 42, 44, 46 als Unterarmschaltelemente aller Phasen in der Inverterschaltung 22b des zweiten Systems werden eingeschaltet, um den zweiten Spulensatz 12b auf ein niedriges Potential zu steuern. In diesem Zustand erfasst die Stromerfassungsschaltung 27b Werte von Strömen, die durch Strompfade der MOSFETs 41, 43, 45 als Oberarmschaltelemente der Inverterschaltung 22b des zweiten Systems und der MOSFETs 42, 44, 46 als deren Unterarmschaltelemente fließen. Wenn dann ein 1N-Shunt-Strom-Erfassungswert ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, wird bestimmt, dass ein Stromversorgungsfehler zwischen dem ersten und dem zweiten System aufgetreten ist.
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Zuerst wird bestimmt, ob der Betrieb des ersten Systems gestoppt ist (Schritt ST21). Wenn die Operation gestoppt wird, wird der Zählwert C1a des Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST22) oder andernfalls wird festgestellt, ob der Betrieb des zweiten Systems gestoppt ist (Schritt ST23).
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Wenn in Schritt ST23 festgestellt wird, dass die Operation gestoppt ist, wird der Zählwert C2b des Stoppübergangszählers C2 des zweiten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST24), oder es wird anderweitig bestimmt, ob der Zählwert C2b des Stoppübergangszählers C2 des zweiten Systems gleich 0 oder 5 ist (Schritt ST25).
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Wenn in Schritt ST25 bestimmt wird, dass der Zählwert C2b gleich 0 oder 5 ist, wird bestimmt, ob ein Stromerfassungswert (1 N-Nebenschlussstrom-Erfassungswert) in der Stromerfassungsschaltung 27a des ersten Systems gleich 100A (100 Ampere) oder ist weniger ist (Schritt ST26). Dann, wenn der Wert gleich 100A oder weniger ist, wird der Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems gelöscht (Schritt ST27), wohingegen, wenn der Wert nicht gleich 100A oder weniger ist, der Zählwert C3a des Abnormalitätszählers C3 des ersten Systems um „+1“ inkrementiert wird (Schritt ST28). Nachdem der Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems im Schritt ST27 gelöscht wurde, geht die Verarbeitung zum Schritt ST32 von 14 über, um zu bestimmen, ob der Zählwert C1a des Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems gleich 0 oder 5 ist.
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In Schritt ST29 wird bestimmt, ob der Zählwert C3a des Abnormalitätszählers C3 des ersten Systems „C3a ≥ 5“ erfüllt, und wenn „C3a ≥ 5“, wird der Betrieb des ersten Systems gestoppt (Schritt ST30). Wenn „C3a ≥ 5“ nicht erfüllt ist, geht die Verarbeitung zum Schritt ST32 über.
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Wenn in Schritt ST25 bestimmt wird, dass der Zählwert C2b nicht gleich 0 oder 5 ist, wird der Abnormalitätszähler C3 des ersten Systems gelöscht, und die Verarbeitung geht zu Schritt ST33 von 14 über (Schritt ST31).
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In Schritt ST32 wird bestimmt, ob der Zählwert C1a des Stoppübergangszählers C1 des ersten Systems gleich 0 oder 5 ist, und wenn bestimmt wird, dass der Zählwert C1a gleich 0 oder 5 ist, wird bestimmt, ob ein Stromerfassungswert (1 N-Shunt-Stromerfassungswert) in der Stromerfassungsschaltung 27b des zweiten Systems gleich 100A (100 Ampere) oder weniger ist (Schritt ST33). Dann, wenn der Wert gleich 100A oder weniger ist, wird der Abnormalitätszähler C4 des zweiten Systems gelöscht und die Verarbeitung wird beendet (Schritt ST34).
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Wenn andererseits der Wert nicht gleich 100A oder weniger ist, wird der Zählwert C4b des Abnormalitätszählers C4 des zweiten Systems um „+1“ erhöht (Schritt ST35). In Schritt ST36 wird bestimmt, ob der Zählwert C4b des Abnormalitätszählers C4 des zweiten Systems „C4b ≥ 5“ erfüllt. Wenn „C4b ≥ 5“ ist, wird der Betrieb des zweiten Systems gestoppt und dann wird die Verarbeitung beendet (Schritt ST37). Wenn „C4b < 5“ ist, wird die Verarbeitung zu diesem Zeitpunkt beendet.
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Wenn in Schritt ST32 bestimmt wird, dass der Zählwert C1a nicht gleich 0 oder 5 ist, wird der Abnormalitätszähler C4 des zweiten Systems gelöscht und die Verarbeitung wird beendet (Schritt ST38).
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Wenn der Betrieb des ersten Systems in Schritt ST30 gestoppt wird, schaltet der Mikrocomputer 20 alle MOSFETs 31 bis 36 der Inverterschaltung 22a aus und hält die Ausgabe mit einer hohen Impedanz und führt in diesem Zustand die Motorsteueroperation mit der Treiberschaltung 21b des zweiten Systems aus. Alternativ schaltet er die Phasenrelais 28U, 28V, 28W aus, um keinen Treiberstrom von der Inverterschaltung 22a zum Spulensatz 12a zu liefern.
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Wenn im Gegensatz dazu in Schritt ST37 festgestellt wird, dass der Betrieb des zweiten Systems gestoppt ist, schaltet der Mikrocomputer alle MOSFETs 41 bis 46 der Inverterschaltung 22b aus und hält die Ausgabe mit einer hohen Impedanz und führt in diesem Zustand eine Motorsteueroperation mit der Ansteuerschaltung 21a des ersten Systems aus. Alternativ schaltet er die Phasenrelais 29U, 29V, 29W aus, um keinen Treiberstrom von der Inverterschaltung 22b an den Spulensatz 12b zu liefern.
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Die Lenkunterstützungskraft, die entweder von der Treiberschaltung 21a oder der Treiberschaltung 21b erzeugt wird, wird auf die Hälfte der von beiden erzeugten reduziert. Da die Unterstützungsoperation fortgesetzt werden kann, kann jedoch die Verschlechterung der Sicherheit, die durch den plötzlichen Abbruch der Unterstützungsoperation verursacht wird, unterdrückt werden.
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15 und 16 zeigen ein anderes Konfigurationsbeispiel der Inverterschaltungen 22a, 22b der ersten und zweiten Systeme und der Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b, die jeweils gezeigt sind in 11 bzw. 12. 11 und 12 zeigen ein stromabwärtiges Shunt-System, in dem Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b zwischen den Inverterschaltungen 22a, 22b bzw. dem Massepunkt vorgesehen sind. Im Gegensatz dazu zeigen 15 und 16 ein vorgeschaltetes Shunt-System, in dem Stromerfassungsschaltungen 27a, 27b zwischen den Stromversorgungsleitungen 37a, 37b bzw. den Inverterschaltungen 22a, 22b vorgesehen sind. Die andere Grundkonfiguration ist die gleiche wie in 11 und 12 und somit sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung wird hier weggelassen. In dem vorgeschalteten Shunt-System von 15 und 16 ist nur der Zeitpunkt für die Stromerfassung zwischen dem stromaufwärtigen Shunt-System und dem stromabwärtigen Shunt-System umgekehrt, d.h. es wird grundsätzlich der gleiche Vorgang durchgeführt und es können im Wesentlichen die gleichen Betriebseffekte erzielt werden.
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Wie oben beschrieben, kann das Steuerverfahren für die elektronische Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch im Wesentlichen die gleichen Betriebseffekte wie in der ersten Ausführungsform bereitstellen.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen innerhalb des Kerns der Erfindung umfasst.
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(Modifiziertes Beispiel 1)
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In dem obigen Beispiel wird die elektronische Steuervorrichtung auf die EPS-Vorrichtung angewendet. Es kann jedoch auch auf andere Arten von Vorrichtungen oder Systemen zum Ansteuern eines Mehrphasenmotors mit Inverterschaltungen der zwei Systeme (oder mehrerer Systeme) angewendet werden, wie zum Beispiel einer Steer-by-Wire-Vorrichtung sowie der EPS-Vorrichtung.
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(Modifiziertes Beispiel 2)
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Darüber hinaus werden in dem obigen Beispiel die Inverterschaltungen der zwei Systeme durch einen Mikrocomputer gesteuert. Es ist jedoch auch möglich, die Steuerung unter Verwendung eines Mikrocomputers auszuführen, der für jede Inverterschaltung bestimmt ist.
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(Modifiziertes Beispiel 3)
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In dem obigen Beispiel hat die elektronische Steuervorrichtung das Phasenrelais zwischen jeder Inverterschaltung und den Spulen des Motors. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf eine elektronische Steuervorrichtung anwendbar, die kein Phasenrelais aufweist. Außerdem ist in dem obigen Beispiel ein Halbleiterelement für das Phasenrelais in jeder Phase vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf eine solche Konfiguration anwendbar, bei der ein Phasenrelais zwei Halbleiterelemente mit entgegengesetzt ausgebildeten parasitären Dioden aufweist.
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(Modifiziertes Beispiel 4)
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In dem obigen Beispiel wird auch der Träger für das Oberarmschaltelement in der Inverterschaltung des ersten Systems invertiert, und ein Mittenwert des invertierten Steuersignalimpulses wird auf einen Wert im Mittelpunkt der Niedrigpotentialperiode aller Phasen in der Inverterschaltung des zweiten Systems angenähert. Es ist jedoch möglich, andere Maßnahmen zu ergreifen, die die obige Bedingung erfüllen, anstatt einen Träger zu ändern. Zum Beispiel können im Wesentlichen die gleichen Betriebseffekte erreicht werden, indem beispielsweise die Spulensätze 12a und 12b des Dreiphasenmotors 12 im Wesentlichen um 180 Grad phasenverschoben eingestellt werden. Wenn die Spulen im Wesentlichen um 180 Grad phasenverschoben sind, sind die Spannungsphasen einander entgegengesetzt. Wenn somit die Spannung (Amplitude der Spannung) des ersten Systems zunimmt, nimmt die des zweiten Systems ab, wodurch ein Zeitpunkt der Stromerfassung erweitert wird.
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(Modifiziertes Beispiel 5)
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Auch in dem obigen Beispiel wird der Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) als das Schaltelement in jeder Inverterschaltung verwendet. Die vorliegende Erfindung ist in ähnlicher Weise auch auf andere Halbleiterelemente anwendbar, wie beispielsweise Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).
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Bezugszeichenliste
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- 1U, 1V, 1W, 2U, 2V, 2W
- Ansteuerleitung
- 4a, 4b
- Phasenpotential-Erfassungsschaltung
- 6a, 6b
- Pull-Up-Widerstand
- 12
- Dreiphasenmotor (Mehrphasenmotor)
- 12a, 12b
- Spulensatz
- 13
- elektronische Steuervorrichtung
- 20
- Mikrocomputer (Steuerung)
- 21a, 21b
- Antriebsschaltung
- 22a, 22b
- Inverterschaltung
- 23a, 23b
- Treiber
- 25a, 25b
- Stromversorgungsrelais
- 27a, 27b
- Stromerfassungsschaltung
- 28U, 28V, 28W, 29U, 29V, 29W
- Phasenrelais
- 31 bis 36, 41 bis 46
- MOSFET
