DE112017001894T5

DE112017001894T5 - Motorantriebsvorrichtung, Fehlerdiagnoseverfahren für die Motorantriebsvorrichtung und elektrische Servolenkvorrichtung, welche die Motorantriebsvorrichtung verwendet

Info

Publication number: DE112017001894T5
Application number: DE112017001894.3T
Authority: DE
Inventors: Tomio SAKASHITA
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN108781052A; KR101976341B1; US20190077441A1; KR20180103176A; WO2017175466A1; US10532764B2; JP6529459B2; JP2017189023A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung ist mit geringem Stromverbrauch bei geringen Kosten betreibbar und kann ohne Verzögerung in Betrieb genommen werden. Die Motorantriebsvorrichtung umfasst Inverterschaltungen, Relaisschaltungen, Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, Vorladeschaltungen und eine Steuereinheit. Die Inverterschaltungen steuern einzeln Spulensätze eines Motors an. Jede Relaisschaltung ist zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Inverterschaltungen vorgesehen. Jeder Kondensator ist zwischen einer entsprechenden der Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Inverterschaltungen vorgesehen. Die Vorladeschaltungen, die einzeln entsprechend den Kondensatoren vorgesehen sind, laden jeweils einen entsprechenden der Kondensatoren auf, bevor die Relaisschaltungen angesteuert werden. Die Steuereinheit steuert die Vorladeschaltungen, sodass die Vorladeschaltungen die Kondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd aufladen, wenn eine Fehlerdiagnose an den Relaisschaltungen durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen, wobei die Motorantriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Treiberschaltungen verschiedener Erregersysteme zum individuellen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen aufweist, und betrifft ein Fehlerdiagnoseverfahren für die Motorantriebsvorrichtung und eine elektrische Servolenkvorrichtung, welche die Motorantriebsvorrichtung verwendet.
STAND DER TECHNIK
Das Patentdokument 1 offenbart ein Fehlerdiagnoseverfahren für ein Stromversorgungsrelais, das heißt ein Halbleiterrelais zum Abschalten einer Stromversorgung, das in einer Motor-Steuereinheit enthalten ist. Bei diesem Fehlerdiagnoseverfahren wird der Stromversorgung-Stabilisierungskondensator in der Inverterschaltung geladen, und das Ein- und Ausschalten des Stromversorgungsrelais wird zum Erfassen eines Kurzschlussfehlers oder eines Trennfehlers darin gesteuert. Das Patentdokument 2 offenbart eine Vorladeschaltung für einen Stromversorgung-Stabilisierungskondensator, der in einer Motorantriebsvorrichtung enthalten ist, und die Vorladeschaltung lädt den Stromversorgung-Stabilisierungskondensator mittels eines Widerstands auf.
DOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1 JP 2012-139021 A
Patentdokument 2 JP 2004-135389 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Hier wird eine sogenannte redundante elektrische Servolenkungs- (EPS-) Architektur in einer EPS-Vorrichtung verwendet, die eine Motorsteuereinheit oder eine Motorantriebsvorrichtung, wie oben beschrieben, verwendet. Die redundante EPS-Architektur, die eine Mehrzahl von Treiberschaltungen zum Antreiben des Motors verwendet, ermöglicht die Überstützungsfortsetzung des Lenkens des Fahrzeugs mit einer reduzierten Lenkunterstützungskraft, selbst nachdem ein Fehler in der Motorsteuerung oder Motorantriebsvorrichtung aufgetreten ist. Eine solche Motorantriebsvorrichtung umfasst einzelne Stromversorgungsrelais und Kondensatoren für die Mehrzahl von Treiberschaltungen. Um somit eine Fehlerdiagnose eines jeden der Stromversorgungsrelais zu ermöglichen, muss die Motorantriebsvorrichtung eine Mehrzahl einzelner Vorladeschaltungen für die Erregersysteme aufweisen.
In einer Motorantriebsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Treiberschaltungen verschiedener Erregersysteme umfasst, erhöht jedoch das gleichzeitige Ansteuern der Mehrzahl von Vorladeschaltungen zum Durchführen einer Fehlerdiagnose an den Stromversorgungsrelais einen den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zugeführten Ladestrom und erhöht den gesamten Stromverbrauch. Darüber hinaus führt das gleichzeitige Aktivieren der Mehrzahl von Vorladeschaltungen zu einem Anstieg des Spitzenstroms, wodurch eine Erhöhung der Nennwerte der Halbleiterelemente in gemeinsamen Schaltungseinheiten, wie z. B. in Funktionseinheiten zum Schutz gegen eine Rückwärtsverbindung der Stromversorgung, erforderlich ist, und kann zu erhöhten Kosten führen.
Eine denkbare Maßnahme zur Unterdrückung eines Anstiegs der Stromverbrauchs besteht darin, die Widerstandswerte der Widerstände zur Begrenzung der Ladeströme zu erhöhen. Je größer jedoch die Widerstandswerte sind, desto mehr Zeit wird zum Laden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren benötigt, und somit wird umso mehr Zeit zum Starten der Motorantriebsvorrichtung benötigt. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung muss jedoch ihren Motor unmittelbar nach dem Empfang eines Befehls zum Anlassen des Fahrzeugs starten, und das Verzögern des Starts der Motorantriebsvorrichtung führt zu einer Ansprechverzögerung des Lenkvorgangs, was nicht vorteilhaft ist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände konzipiert, und es ist deren Aufgabe, eine Motorantriebsvorrichtung, die mit geringem Stromverbrauch und zu niedrigen Kosten betreibbar ist und ohne Verzögerung gestartet werden kann, ein Fehlerdiagnoseverfahren für die Motorantriebsvorrichtung und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Motorantriebsvorrichtung verwendet.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen: eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum individuellen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen; eine Mehrzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen, die einzeln der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zugeordnet sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl der Relaisschaltungen angesteuert wird; und eine Steuereinheit zum Steuern der Mehrzahl von Vorladeschaltungen, sodass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd auflädt, wenn eine Fehlerdiagnose an der Mehrzahl von Relaisschaltungen durchgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fehlerdiagnoseverfahren für eine Motorantriebsvorrichtung zum Ansteuern Motors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen bereitgestellt, wobei die Motorantriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum individuellen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen; eine Vielzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgungs-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; und eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen umfasst, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl von Relaisschaltungen angesteuert wird. Das Fehlerdiagnoseverfahren umfasst folgende Schritte: Bewirken, dass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd lädt; Ansteuern der Mehrzahl von Relaisschaltungen, nachdem das Laden der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren abgeschlossen wurde; Messen von Spannungen der Mehrzahl von Relaisschaltungen; und Identifizieren eines Fehlers basierend auf den gemessenen Spannungen der Mehrzahl von Relaisschaltungen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitgestellt, die eine Motorantriebsvorrichtung zum Steuern eines Lenkkraftunterstützungsmotors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen verwendet, sodass der Lenkkraftunterstützungsmotor eine Lenkunterstützungskraft gemäß einem Fahrzustand eines Fahrzeugs erzeugt. Die Motorantriebsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum individuellen Antreiben der Mehrzahl von Spulensätzen des Lenkkraftunterstützungsmotors; eine Mehrzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl der Relaisschaltungen angesteuert wird; und eine Steuereinheit zum Steuern der Mehrzahl von Vorladeschaltungen, sodass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd lädt, wenn eine Fehlerdiagnose an der Mehrzahl von Relaisschaltungen durchgeführt wird.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß lädt die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd auf. Dies unterdrückt den Spitzenwert der Summe der Ladeströme und eliminiert somit die Notwendigkeit, die Widerstandswerte der Widerstände zum Begrenzen der Spitzenströme zu erhöhen. Somit kann eine Verzögerung des Startens der Motorantriebsvorrichtung aufgrund einer verlängerten Ladezeit reduziert oder unterbunden werden. Ferner erfordert die vorliegende Erfindung keine Erhöhung der Nennwerte der Elemente, wie z. B. von Funktionseinheiten, zum Schutz gegen eine Rückwärtsverbindung der Stromversorgung, und erhöht die Gesamtkosten nicht.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer EPS-Vorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen von 2 veranschaulicht.
4A zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen des Ladestroms veranschaulicht, der einem Stromversorgung-Stabilisierungskondensator in einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einem einzigen Erregersystem zugeführt wird.
4B zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung des Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einem einzigen Erregersystem veranschaulicht.
5A zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen des den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zugeführten Ladestroms in einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit zwei Erregersystemen veranschaulicht.
5B zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit zwei Erregersystemen veranschaulicht.
5C zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines weiteren Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit zwei Erregersystemen veranschaulicht.
6A zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen des Ladestroms veranschaulicht, der den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeführt wird, wenn die Vorladeschaltungen der beiden Erregersysteme zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden.
6B zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden.
6C zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines anderen Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden.
7A zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen des Ladestroms veranschaulicht, der den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeführt wird, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme abwechselnd angesteuert werden.
7B zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme abwechselnd angesteuert werden.
7C zeigt ein Wellenformdiagramm, das Änderungen der Zwischenanschlussspannung eines anderen Stromversorgung-Stabilisierungskondensators in der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme abwechselnd angesteuert werden.
8, die ein Schaltbild zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Diagnosesteuereinheit.
9, die ein Schaltbild zum Darstellen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen.
10, die ein Schaltbild zum Darstellen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen und der Diagnosesteuereinheit.
11, die ein Schaltbild zum Darstellen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen.
12, die ein Schaltbild zum Darstellen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen und der Diagnosesteuereinheit.

MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 veranschaulicht eine schematische Konfiguration einer EPS-Vorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet. 2 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird die EPS-Vorrichtung kurz beschrieben, und danach wird die Motorantriebsvorrichtung beschrieben, die einen Motor (elektrischen Aktuator) zum Unterstützen der Lenkkraft in dieser EPS-Vorrichtung steuert.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die EPS-Vorrichtung ein Lenkrad 10, einen Lenkmomentsensor 11, einen Lenkwinkelsensor 12, einen Lenkkraftunterstützungsmotor 13, eine Motorantriebsvorrichtung 14 zum Steuern des Motors 13 und dergleichen. Der Lenkmomentsensor 11, der Lenkwinkelsensor 12 und ein Untersetzungsgetriebe 17 sind in einer Lenksäule 16 mit einer Lenkwelle 15 vorgesehen.
Der Lenkmomentsensor 11 misst ein Lenkmoment der Lenkwelle 15, das durch den Lenkvorgang des Fahrers erzeugt wird. Der Lenkwinkelsensor 12 misst einen Lenkwinkel. Basierend auf einem Lenkmomentsignal S1 und einem Lenkwinkelsignal S2, die von den Sensoren 11, 12 bereitgestellt werden, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S3, das die vom Fahrzeug gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen angibt, steuert die Motorantriebsvorrichtung 14 den Antrieb des Motors 13, sodass der Motor 13 eine Lenkunterstützungskraft gemäß dem Fahrzustand des Fahrzeugs erzeugt. Dadurch dreht sich ein Ritzel 18, das an einem Ende der Lenkwelle 15 vorgesehen ist, und eine Zahnstange 19 bewegt sich horizontal und seitwärts in Bezug auf die Fahrzeugfahrtrichtung. Auf diese Weise wird der Lenkvorgang des Fahrers auf Räder (Reifen) 20 übertragen und lenkt das Fahrzeug.
In der in 2 dargestellten Motorantriebsvorrichtung umfasst der Motor 13, der ein bürstenloser Dreiphasen-Motor ist, einen Stator (in den Zeichnungen nicht dargestellt) und einen Rotor 13a. Der Stator umfasst einen ersten Spulensatz 21 einer U-Phasen-Spule 21U, einer V-Phasen-Spule 21V und einer W-Phasen-Spule 21W, und einen zweiten Spulensatz 22 einer U-Phasen-Spule 22U, einer V-Phasen-Spule 22 V und einer W-Phasenspule 22W. Der Rotor 13a, der ein Permanentmagnet-Rotor ist, ist in einem Mittelabschnitt des Stators drehbar angeordnet.
Die Spulensätze 21, 22 sind so um den Stator gewickelt, dass sie voneinander isoliert sind und einen Magnetkreis gemeinsam nutzen. Ein Ende der U-Phasen-Spule 21U, der V-Phasen-Spule 21V und der W-Phasen-Spule 21W im Spulensatz 21 sind an einem neutralen Punkt N1 elektrisch miteinander verbunden; mit anderen Worten sind die U-Phasen-Spule 21U, die V-Phasen-Spule 21V und die W-Phasen-Spule 21W sternförmig verbunden. Gleichermaßen sind die einen Enden der U-Phasen-Spule 22U, der V-Phasen-Spule 22V und der W-Phasen-Spule 22W im Spulensatz 22 an einem neutralen Punkt N2 elektrisch miteinander verbunden; mit anderen Worten sind die U-Phasen-Spule 22U, die V-Phasen-Spule 22V und die W-Phasen-Spule 22W sternförmig verbunden. Hierbei sei jedoch angemerkt, dass die Motorantriebsvorrichtung 14 gemäß einem der Ausführungsbeispiele auch für einen Motor mit dreieckgeschalteten Dreiphasenspulen verwendet werden kann.
Im Motor 13 werden die Spulensätze 21, 22 selektiv durch eine Treiberschaltung 23 eines ersten Erregersystems bzw. eine Treiberschaltung 24 eines zweiten Erregersystems angesteuert. Die Treiberschaltung 23 umfasst eine Inverterschaltung 25, eine Relaisschaltung 27 (ein Stromversorgungsrelais 27a, ein Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais 27b und einen Pull-Down-Widerstand 27c), einen Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 29 und dergleichen. Die Treiberschaltung 24 umfasst eine Inverterschaltung 26, eine Relaisschaltung 28 (ein Stromversorgungsrelais 28a, ein Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais 28b und einen Pull-Down-Widerstand 28c), einen Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 30 und dergleichen.
Die Inverterschaltung 25 weist eine Dreiphasen-Brückenschaltung mit drei Paaren von Halbleiterelementen auf. Jedes Paar der Halbleiterelemente treibt die entsprechende der U-Phasen-Spule 21U, der V-Phasen-Spule 21V und der W-Phasen-Spule 21W im ersten Erregersystem des Motors 13 durch die entsprechende der Ansteuerleitungen 25U, 25V, 25W an. In diesem Beispiel sind die Halbleiterelemente N-Kanal-MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL.
Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 1UH, 1UL sind zwischen einer Stromversorgungsleitung 36 und einem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 25U ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 1UH, 1UL verbunden. Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 1VH, 1VL sind zwischen der Stromversorgungsleitung 36 und dem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 25V ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 1VH, 1VL verbunden. Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 1WH, 1WL sind zwischen der Stromversorgungsleitung 36 und dem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 25W ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 1WH, 1WL verbunden. In den MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL sind Dioden D1 bis D6, von denen jede in Vorwärtsrichtung zwischen der Source und dem Drain angeschlossen ist, parasitäre Dioden.
Wie die Inverterschaltung 25 weist die Inverterschaltung 26 eine Dreiphasen-Brückenschaltung mit drei Paaren von Halbleiterelementen auf. Jedes Paar der Halbleiterelemente steuert die entsprechende der U-Phasen-Spule 22U, der V-Phasen-Spule 22V und der W-Phasen-Spule 22W im zweiten Erregersystem des Motors 13 durch die entsprechende der Ansteuerleitungen 26U, 26V, 26W an. In diesem Beispiel sind die Halbleiterelemente N-Kanal-MOSFETs 2UH, 2UL, 2VH, 2VL, 2WH, 2WL.
Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 2UH, 2UL sind zwischen einer Stromversorgungsleitung 37 und dem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 26U ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 2UH, 2UL verbunden. Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 2VH, 2VL sind zwischen der Stromversorgungsleitung 36 und dem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 26V ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 2VH, 2VL verbunden. Die Drain-Source-Pfade der MOSFETs 2WH, 2WL sind zwischen der Stromversorgungsleitung 36 und dem Massepunkt in Reihe geschaltet. Ein Ende der Ansteuerleitung 26W ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der MOSFETs 2WH, 2WL verbunden. In den MOSFETs 2UH, 2UL, 2VH, 2VL, 2WH, 2WL sind Dioden D7 bis D12, von denen jede in der Vorwärtsrichtung zwischen der Source und dem Drain angeschlossen ist, parasitäre Dioden.
Elektrische Energie von einer Gleichstromversorgung 38 (Batteriestrom) wird der Inverterschaltung 25 über die Relaisschaltung 27 und die Stromversorgungsleitung 36 zugeführt, und über die Relaisschaltung 28 und die Stromversorgungsleitung 37 der Inverterschaltung 26 zugeführt. Im ersten Erregersystem umfasst die Relaisschaltung 27 zwei Halbleiterelemente (in diesem Beispiel N-Kanal-MOSFETs) 27a, 27b. Die Strompfade zu den MOSFETs 27a, 27b sind zwischen der Gleichstromversorgung 38 und der Wechselrichterschaltung 25 in Reihe geschaltet. Im zweiten Erregersystem umfasst die Relaisschaltung 28 zwei Halbleiterelemente (in diesem Beispiel N-Kanal-MOSFETs) 28a, 28b. Die Strompfade zu den MOSFETs 28a, 28b sind zwischen der Gleichstromversorgung 38 und der Inverterschaltung 26 in Reihe geschaltet. Wenn eine Anomalie in einem dieser Erregersysteme auftritt, wird eine ausfallsichere Verarbeitung zum Ausschalten der Relaisschaltung dieses anomalen Systems und zum Abstellen der Stromversorgung der stromabwärts mit der Relaisschaltung verbundenen Inverterschaltung durchgeführt.
In der Relaisschaltung 27 sind zwei MOSFETs 27a, 27b so angeordnet, dass die Vorwärtsrichtungen ihrer parasitären Dioden D13, D14 einander entgegengesetzt sind. In der Relaisschaltung 28 sind zwei MOSFETs 28a, 28b so angeordnet, dass die Vorwärtsrichtungen ihrer parasitären Dioden D15, D16 einander entgegengesetzt sind. Dadurch soll die Bildung eines geschlossenen Stromkreises und die daraus resultierende Erzeugung eines Kurzschlussstroms verhindert werden, selbst wenn die Gleichstromversorgung 38 versehentlich mit umgekehrter Polarität mit der Motorantriebsvorrichtung 14 verbunden ist. Die MOSFETs 27a, 28a sind Stromversorgungsrelais. Die MOSFETs 27b, 28b sind Rückwärtsverbindung-Schutzrelais, von denen jedes als funktionale Einheit für den Rückwärtsverbindungsschutz dient. Der Pull-Down-Widerstand 27c entlädt elektrische Ladungen an einem Verbindungspunkt N3 der Strompfade zu den MOSFETs 27a, 27b, wenn eine Fehlerdiagnose an der Relaisschaltung 27 durchgeführt wird. Der Pull-Down-Widerstand 28c entlädt elektrische Ladungen an einem Verbindungspunkt N4 der Strompfade zu den MOSFETs 28a, 28b, wenn eine Fehlerdiagnose an der Relaisschaltung 28 durchgeführt wird.
Der Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 29 ist zwischen der Relaisschaltung 27 und der Inverterschaltung 25 vorgesehen. Der Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 30 ist zwischen der Relaisschaltung 28 und der Inverterschaltung 26 vorgesehen. Eine Elektrode des Kondensators 29 ist mit der Stromversorgungsleitung 36 zur Inverterschaltung 25 verbunden, und die andere Elektrode ist geerdet. Eine Elektrode des Kondensators 30 ist mit der Stromversorgungsleitung 37 zur Inverterschaltung 26 verbunden, und die andere Elektrode ist geerdet. Darüber hinaus sind jeweilige Vorladeschaltungen 33, 34 entsprechend den Kondensatoren 29, 30 vorgesehen. Bevor die Relaisschaltungen 27, 28 angesteuert werden, nehmen die Vorladeschaltkreise 33, 34 elektrischen Strom von der Gleichstromversorgung 38 über eine Diode 32 auf und laden die Kondensatoren 29, 30 selektiv auf. Eine Diagnosesteuereinheit 35 steuert die Vorladeschaltungen 33, 34 so, dass der Spitzenwert der Summe ihre Ladeströme einen vorbestimmten Wert, wie z. B. die Gate-Dielektrikum-Durchbruchspannung eines jeden der MOSFETs 27b, 28b, die in den Relaisschaltungen 27, 28 enthalten sind, nicht überschreitet.
Mittels Treiber (in den Zeichnungen nicht dargestellt) steuert eine Hauptsteuereinheit 31 die Inverterschaltungen 25, 26 und die Relaisschaltungen 27, 28 der Treiberschaltungen 23, 24. Die Hauptsteuereinheit 31 umfasst eine Berechnungseinrichtung, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Mikroprozessor, und eine Speichereinrichtung wie z. B. einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM). Basierend auf dem Lenkmomentsignal S1 und dem Lenkwinkelsignal S2 sowie dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S3, das die vom Fahrzeug gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen angibt, berechnet die Hauptsteuereinheit 31 eine Lenkunterstützungskraft, die zur Unterstützung des Lenkvorgangs des Fahrers erforderlich ist (Soll-Lenkunterstützungskraft). Darüber hinaus treibt die Hauptsteuereinheit 31 den Motor 13 durch Steuern der Treiberschaltungen 23, 24 gemäß der Soll-Lenkunterstützungskraft an.
In der folgenden Beschreibung führt die Berechnungseinrichtung verschiedene Berechnungen durch Lesen und Ausführen von Programmen aus, die vorab in der Speichereinrichtung gespeichert wurden. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Alternativ können einige oder alle Berechnungen durch eine Hardwarekonfiguration implementiert werden. Im Normalzustand veranlasst der Hauptcontroller 31 den Motor 13, ein Drehmoment entsprechend der Soll-Lenkunterstützungskraft unter Verwendung eines Gesamtausgangsstroms zu erzeugen, der die Summe der Ausgangsströme der beiden Treiberschaltungen 23, 24 ist. Das Verhältnis des Ausgangsstroms der Treiberschaltung 23 zu dem der Treiberschaltung 24 für den Normalzustand, das vorab in der Speichereinrichtung, wie z. B. einem ROM, gespeichert wurde, ist z. B. 50 % bis 50 % festgelegt.
Gemäß der Soll-Lenkunterstützungskraft berechnet die Hauptsteuereinheit 31 einen dem Motor 13 zuzuführenden Soll-Gesamtausgangsstrom. Zum Beispiel kann eine Datentabelle mit einer zuvor definierten Entsprechung zwischen den Soll-Lenkunterstützungskraftwerten und den Soll-Gesamtausgangsstromwerten im ROM oder dergleichen gespeichert werden. In diesem Fall kann mit Bezug auf die Datentabelle der dem Soll-Lenkunterstützungskraftwert entsprechende Soll-Gesamtausgangsstromwert ausgewählt werden. Basierend auf dem Soll-Gesamtausgangsstrom und dem Ausgangsstromverhältnis zwischen den Inverterschaltungen 25, 26 berechnet die Hauptsteuereinheit 31 einen ersten Soll-Ausgangsstrom für die Inverterschaltung 25 und einen zweiten Soll-Ausgangsstrom für die Inverterschaltung 26.
Die Hauptsteuereinheit 31 erzeugt Steuersignale zum individuellen Ein- und Ausschalten der MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL der Inverterschaltung 25 und der MOSFETs 2UH, 2UL, 2VH, 2VL, 2WH, 2WL der Inverterschaltung 26, z. B. durch eine Pulsbreitenmodulation- (PWM-) Steuerung. Mittels der Treiber (in den Zeichnungen nicht dargestellt) gibt die Hauptsteuereinheit 31 diese Steuersignale einzeln an die Gate-Anschlüsse der MOSFETs aus, wodurch das Drehmoment des Motors 13 gesteuert wird.
Wenn eine Fehlerdiagnose an den Relaisschaltungen 27, 28 durchgeführt wird, lädt die Diagnosesteuereinheit 35 die Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 auf, bevor die Relaisschaltungen 27, 28 angesteuert werden. Die Diagnosesteuereinheit 35, die eine CPU und einen Mikroprozessor umfasst, ist zum Durchführen einer Steuerung konfiguriert, die das Laden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd durch die Vorladeschaltungen 33, 34 bewirkt.
3 zeigt einen Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen 33, 34 von 2 veranschaulicht. Die Vorladeschaltung 33 umfasst einen NPN-Transistor Q1, einen PNP-Transistor Q2 und Widerstände R1 bis R5. Das eine Ende des Widerstands R1 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss der Diagnosesteuereinheit 35 verbunden und das andere Ende ist mit der Basis des NPN-Transistors Q1 verbunden. Der Widerstand R2 ist zwischen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors Q1 angeschlossen. Der Emitter des NPN-Transistors Q1 ist geerdet, und der Kollektor des NPN-Transistors Q1 ist mit dem einen Ende des Widerstands R3 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R3 ist mit der Basis des PNP-Transistors Q2 verbunden. Der Widerstand R4 ist zwischen die Basis und den Emitter des PNP-Transistors Q2 angeschlossen. Der Emitter des PNP-Transistors Q2 ist mit der Anode der Diode 32 verbunden, und der Kollektor des PNP-Transistors Q2 ist über den Widerstand R5 mit der Stromversorgungsleitung 36 verbunden.
Die Widerstände R1, R2 erzeugen eine Spannung zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des NPN-Transistors Q1. Die Widerstände R3, R4 erzeugen eine Spannung zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des PNP-Transistors Q2. Der Widerstand R5, der im Ladepfad zum Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 29 vorgesehen ist, begrenzt dessen Ladestrom.
Die Vorladeschaltung 34 weist die gleiche Schaltungskonfiguration wie die Vorladeschaltung 33 auf. Die Vorladeschaltung 34 umfasst einen NPN-Transistor Q3, einen PNP-Transistor Q4 und Widerstände R6 bis R10. Ein Ende des Widerstands R6 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss der Diagnosesteuereinheit 35 verbunden, und das andere Ende ist mit der Basis des NPN-Transistors Q3 verbunden. Der Widerstand R7 ist zwischen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors Q3 angeschlossen. Der Emitter des NPN-Transistors Q3 ist geerdet, und der Kollektor des NPN-Transistors Q3 ist mit dem einen Ende des Widerstands R8 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R8 ist mit der Basis des PNP-Transistors Q4 verbunden. Der Widerstand R9 ist zwischen der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors Q4 angeschlossen. Der Emitter des PNP-Transistors Q4 ist mit der Anode der Diode 32 verbunden, und der Kollektor des PNP-Transistors Q4 ist über den Widerstand R10 mit der Stromversorgungsleitung 37 verbunden.
Die Widerstände R6, R7 erzeugen eine Spannung zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des NPN-Transistors Q3. Die Widerstände R8, R9 erzeugen eine Spannung zum Steuern des Ein- und Ausschaltens des PNP-Transistors Q4. Der Widerstand R10, der im Ladepfad zum Stromversorgung-Stabilisierungskondensator 30 vorgesehen ist, begrenzt dessen Ladestrom.
Als Nächstes wird der Betrieb der Motorantriebsvorrichtung mit der obigen Konfiguration beschrieben, wenn eine Fehlerdiagnose an den Relaisschaltungen 27, 28 durchgeführt wird. Bevor die Hauptsteuereinheit 31 die Relaisschaltungen 27, 28 ansteuert, bewirkt die Diagnosesteuereinheit 35, dass die Vorladeschaltungen 33, 34 die Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 laden. Zum Laden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 gibt die Diagnosesteuereinheit 35 insbesondere zuerst ein Ansteuersignal CS1 für den NPN-Transistor Q1 vom ersten Ausgangsanschluss aus. Wenn das Ansteuersignal CS1 der Basis des NPN-Transistors Q1 zugeführt wird, schaltet der NPN-Transistor Q1 ein und der PNP-Transistor Q2 schaltet ein. Demzufolge beginnt das Laden des Stromversorgung-Stabilisierungskondensators 29 durch die Gleichstromversorgung 38 über die Diode 32, den Emitter und den Kollektor des PNP-Transistors Q2, den Widerstand R5 und die Stromversorgungsleitung 36.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit ΔT1 gibt die Diagnosesteuereinheit 35 ein Ansteuersignal CS2 für den NPN-Transistor Q3 vom zweiten Ausgangsanschluss aus. Wenn das Ansteuersignal CS2 der Basis des NPN-Transistors Q3 zugeführt wird, schaltet der NPN-Transistor Q3 ein und der PNP-Transistor Q4 schaltet ein. Demzufolge beginnt das Laden des Stromversorgung-Stabilisierungskondensators 30 durch die Gleichstromversorgung 38 über die Diode 32, den Emitter und den Kollektor des PNP-Transistors Q4, den Widerstand R10 und die Stromversorgungsleitung 37.
Die Zwischenanschlussspannung (Ladespannung) des Stromversorgung-Stabilisierungskondensators 29 steigt allmählich an und erreicht nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit eine Spannung Vcharge1. Außerdem steigt die Zwischenanschlussspannung des Stromversorgung-Stabilisierungskondensators 30 allmählich an und erreicht nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit eine Spannung Vcharge2. Hierbei erreicht der Stromversorgungs-Stabilisierungskondensator 30 die Spannung Vcharge2 kurz nachdem der Stromversorgungs-Stabilisierungskondensator 29 die Spannung Vcharge1 erreicht hat. Wenn die Zwischenanschlussspannungen der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 entsprechend auf Vcharge1, Vcharge2 ansteigen, stoppt die Diagnosesteuereinheit 35 die Ausgabe der Ansteuersignale CS1, CS2 und beendet das Laden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30. Auf diese Weise steuert die Diagnosesteuereinheit 35 die Vorladeschaltungen 33, 34 zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten an.
Nachdem das Laden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 abgeschlossen ist, steuert die Hauptsteuereinheit 31 das Ein- und Ausschalten der MOSFETs 27a, 27b, 28a, 28b der Relaisschaltungen 27, 28, und misst die Spannung am Verbindungspunkt N3 der Strompfade zu den MOSFETs 27a, 27b und die Spannung am Verbindungspunkt N4 der Strompfade zu den MOSFETs 28a, 28b. Basierend auf den gemessenen Spannungen erfasst die Hauptsteuereinheit 31 einen Kurzschlussfehler oder einen Unterbrechungsfehler. Zum Beispiel bedeutet die Tatsache, dass die Spannung am Verbindungspunkt N3 auf Vcharge1 ansteigt, während der MOSFET 27b ausgeschaltet ist, dass ein Kurzschlussfehler im MOSFET 27b aufgetreten ist. Die Tatsache, dass die Spannung am Verbindungspunkt N4 auf Vcharge2 ansteigt, während der MOSFET 28b ausgeschaltet ist, bedeutet, dass ein Kurzschlussfehler im MOSFET 28b aufgetreten ist. Die Tatsache, dass die Spannung am Verbindungspunkt N3 nicht auf Vcharge1 ansteigt, während der MOSFET 27b eingeschaltet ist, bedeutet, dass ein Unterbrechungsfehler im MOSFET 27b aufgetreten ist. Die Tatsache, dass die Spannung am Verbindungspunkt N4 nicht auf Vcharge2 ansteigt, während der MOSFET 28b eingeschaltet ist, bedeutet, dass ein Unterbrechungsfehler im MOSFET 28b aufgetreten ist.
Durch Steuern des Ein- und Ausschaltens der MOSFETs 27a, 28a und MOSFETs 27b, 28b in verschiedenen Kombinationen und unter Berücksichtigung der Unterschiede zwischen der Spannung VB der Gleichstromversorgung 38 und den Zwischenanschlussspannungen Vcharge1, Vcharge2, kann die Hauptsteuereinheit 31 auch einen Kurzschlussfehler und einen Unterbrechungsfehler in den MOSFETs 27a, 28a erfassen. Anstatt die Vorladeschaltungen 33, 34 zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten zu steuern, kann die Diagnosesteuereinheit 35 abwechselnd das Ansteuersignal CS1 für den NPN-Transistor Q1 vom ersten Ausgangsanschluss und das Ansteuersignal CS2 für den NPN-Transistor Q3 vom zweiten Ausgang alternativ ausgeben, sodass die Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 abwechselnd für Zeitspannen einer vorbestimmten Zeit ΔT2 geladen werden.
4A und 4B, 5A bis 5C, 6A bis 6C und 7A bis 7C zeigen Diagramme zum Vergleich zwischen herkömmlichen Motorantriebsvorrichtungen und der erfindungsgemäßen Motorantriebsvorrichtung, und veranschaulichen Änderungen der Ladeströme, die den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zugeführt wurden, und Änderungen deren Zwischenanschlussspannungen in den Motorantriebsvorrichtungen. 4A und 4B zeigen Diagramme, die von einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einem einzigen Erregersystem erhalten werden. 5A bis 5C zeigen Diagramme, die von einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit zwei Erregersystemen erhalten werden. 6A bis 6C zeigen Diagramme, die von der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten angesteuert werden. 7A bis 7C sind Diagramme, die von der Motorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme abwechselnd angesteuert werden.
In einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einem einzigen Erregersystem hängt der Spitzenstrom Ipeak, wie in 3 dargestellt, von der Spannung VB der Gleichstromversorgung 38 und dem Widerstandswert R des Ladepfads (Ipeak = VB/R) ab, und die Zwischenanschlussspannung Vcharge steigt, wie in 4B dargestellt, während des Ladens an. Bei einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit zwei Erregersystemen steigen die Zwischenanschlussspannungen Vcharge1 und Vcharge2 der zwei Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 während des Ladens, wie in 5B und 5C dargestellt, gleichzeitig an. Somit beträgt in diesem Fall, wie in 5A dargestellt, der Spitzenstrom Ipeak 2 × (VB/R).
Wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme hingegen zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten in der erfindungsgemäßen Motorantriebsvorrichtung angesteuert werden, steigen die Zwischenanschlussspannungen Vcharge1, Vcharge2 der zwei Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren mit einer gegenseitigen Zeitverzögerung ΔT1 während des Ladens an, wie dies in den 6B und 6C dargestellt ist. Wie in 6A dargestellt, treten dadurch zwei Stromspitzen mit der gegenseitigen Zeitverzögerung ΔT1 auf, und der Spitzenstrom Ipeak beträgt VB/R wie bei der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit dem einzigen Erregersystem. Wenn die Vorladeschaltungen der zwei Erregersysteme in der erfindungsgemäßen Motorantriebsvorrichtung abwechselnd angesteuert werden, steigen die Zwischenanschlussspannungen Vcharge1, Vcharge2 der zwei Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren abwechselnd während des Ladens mit einer gegenseitigen Zeitverzögerung ΔT2 an, wie dies in den 7B und 7C dargestellt ist. Wie in 7A dargestellt, beträgt der Spitzenstrom Ipeak somit VB/R wie bei der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung mit einem einzigen Erregersystem.
Wenn, wie oben beschrieben, eine Fehlerdiagnose an einer Mehrzahl von Relaisschaltungen durchgeführt wird, steuert die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen entweder zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd an. Dadurch kann die Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung die Vorladeschaltungen so steuern, dass der Spitzenwert der Summe der Ladeströme der Vorladeschaltungen einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Dies beseitigt die Notwendigkeit, die Widerstandswerte der Widerstände zum Begrenzen der Spitzenströme zu erhöhen, und beseitigt zudem die Notwendigkeit, die Nennwerte der Elemente, wie z. B von Funktionseinheiten zum Schutz gegen eine Rückwärtsverbindung der Stromversorgung zu erhöhen, wodurch der Kostenstieg unterbunden wird. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung das Niederhalten des Gesamtstromverbrauchs und der Kosten, ohne das Starten der Motorantriebsvorrichtung zu verzögern.
Hierbei sei angemerkt, dass die 3 dargestellten Widerstände R5, R10 den gleichen Widerstand aufweisen können, und die Vorladeschaltungen 33, 34 zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd angesteuert werden können. Alternativ können die Widerstände R5, R10 voneinander verschiedene Widerstände zum Bereitstellen unterschiedlicher Ladeströme für die Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren aufweisen. Wenn die Widerstände R5, R10 voneinander verschiedene Widerstände aufweisen, kann der Spitzenwert der Summe der Ladeströme unterdrückt werden, selbst wenn die Vorladeschaltung 33, 34 gleichzeitig angesteuert wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
8 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8 veranschaulicht insbesondere ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Diagnosesteuereinheit. Bei der in 8 dargestellten Schaltung werden Vorladeschaltungen 33, 34, welche die in 3 dargestellten Schaltungskonfigurationen aufweisen, durch eine Diagnosesteuereinheit 35-1 bzw. eine Diagnosesteuereinheit 35-2 gesteuert. Abgesehen von diesen weist die in 8 dargestellte Schaltung im Wesentlichen die gleiche Schaltung wie die in 3 dargestellte Schaltung auf, und daher sind die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten vergeben, und deren detaillierte Beschreibung entfällt. Es ist ersichtlich, dass die Konfiguration, bei der die Vorladeschaltungen 33, 34 einzeln durch die Diagnosesteuereinheiten 35-1 und 35-2 gesteuert werden, im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in 3 dargestellte Schaltung bereitstellt.
Drittes Ausführungsbeispiel
9 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 veranschaulicht insbesondere ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen. Bei der in 9 dargestellten Schaltung dient ein Regler 39 als erste und zweite Vorladeschaltungen 33, 34 von 2, und die Diagnosesteuereinheit 35 steuert den Regler 39. Unter Verwendung der elektrischen Energie von der Gleichstromversorgung 38 erzeugt der Regler 39 eine vorbestimmte Spannung und einen Strom zum Laden der Stromversorgungs-Stabilisierungskondensatoren 29, 30. Wenn eine Fehlerdiagnose an den Relaisschaltungen 27, 28 durchgeführt wird, werden die Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 entweder zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten (mit der vorbestimmten gegenseitigen Zeitverzögerung ΔT1) oder abwechselnd für Zeitspannen ΔT2 geladen. Es ist offensichtlich, dass eine solche Konfiguration im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in 3 dargestellte Schaltung bereitstellt.
Viertes Ausführungsbeispiel
10 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 10 zeigt insbesondere ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen und der Diagnosesteuereinheit. Bei der in 10 dargestellten Schaltung, die zwei Regler 39-1, 39-2 umfasst, steuert eine Diagnose-Steuereinheit 35-1 einen Regler 39-1 und eine Diagnose-Steuereinheit 35-2einen Regler 39-2. Abgesehen von diesen, weist die in 10 dargestellte Schaltung im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die in 9 dargestellte Schaltung auf. Daher sind dieselben Bezugszeichen für die gleichen Komponenten vergeben, und deren detaillierte Beschreibung entfällt. Es ist offensichtlich, dass die in 10 dargestellte Konfiguration im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in 9 dargestellte Schaltung bereitstellt.
Fünftes Ausführungsbeispiel
11 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 11 zeigt insbesondere ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen. Bei der in 11 dargestellten Schaltung, die zudem zwei Schalter (in diesem Beispiel N-Kanal-MOSFETs 40-1, 40-2) umfasst, steuert die Diagnosesteuereinheit 35 das Ein- und Ausschalten der MOSFETs 40-1, 40-2. Wenn eine Fehlerdiagnose an den Relaisschaltungen 27, 28 durchgeführt wird, werden die Stromversorgungs-Stabilisierungskondensatoren 29, 30 entweder zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten (mit der vorbestimmten gegenseitigen Zeitverzögerung ΔT1) oder abwechselnd für Zeitspannen ΔT2 geladen. Es ist offensichtlich, dass die Einschaltwiderstände der MOSFETs 40-1, 40-2 einer derartigen Konfiguration das Bereitstellen der im Wesentlichen gleichen vorteilhaften Effekte wie der in 3 dargestellten Schaltung ermöglicht.
Sechstes Ausführungsbeispiel
12 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einen sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 12 veranschaulicht insbesondere noch ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Vorladeschaltungen und der Diagnosesteuereinheit. Bei der in 12 dargestellten Schaltung, welche die zwei Diagnosesteuereinheiten 35-1, 35-2 umfasst, steuert die Diagnosesteuereinheit 35-1 den MOSFET 40-1 und die Diagnosesteuereinheit 35-2 steuert den MOSFET 40-2. Abgesehen von diesen, weist die in 12 dargestellte Schaltung im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die in 12 dargestellte Schaltung auf, und daher sind dieselben Bezugszeichen für die gleichen Komponenten vergeben, und deren detaillierte Beschreibung entfällt. Es ist offensichtlich, dass die in 12 dargestellte Konfiguration im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in 11 dargestellte Schaltung bereitstellt.
Hierbei sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsbeispiele beschränkt ist und diverse Modifikationen erfolgen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Modifikation 1
Obwohl der erste und der zweite Spulensatz durch Treiberschaltungen zweier Erregersysteme in den obigen ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen angesteuert werden, ist es z. B. offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch auf eine Motorantriebsvorrichtung mit drei oder mehr Erregersystemen und unter Verwendung der Treiberschaltungen der drei oder mehr Erregersysteme zum Antreiben eines Motors mit drei oder mehr Spulensätzen angewendet werden kann.
Modifikation 2
Obwohl die Motorantriebsvorrichtung in den obigen Ausführungsbeispielen auf eine EPS-Vorrichtung angewendet wird, ist dies lediglich veranschaulichend und die erfindungsgemäße Motorantriebsvorrichtung kann auch auf diverse andere Vorrichtungen oder Systeme angewendet werden, die jeweils einen Motor aufweisen, der durch Treiberschaltungen einer Mehrzahl von Erregersystemen angetrieben wird.
Modifikation 3
Obwohl die Motorantriebsvorrichtung in den obigen Ausführungsbeispielen eine oder zwei Steuereinheiten umfasst, die in den obigen Ausführungsbeispielen der Fehlerdiagnose zugeordnet sind, ist dies lediglich veranschaulichend, und es ist offensichtlich, dass die Hauptsteuereinheit zudem zum Steuern der Vorladeschaltungen, eines oder mehrerer Regler, oder Schalter konfiguriert sein kann.
Bezugszeichenliste

13: Lenkkraftunterstützungsmotor (Motor)
14: Motorantriebsvorrichtung
21, 22: Spulensatz
23, 24: Treiberschaltung
25, 26: Inverterschaltung
27, 28: Relaisschaltung
29, 30: Stromversorgung-Stabilitätskondensator
31: Hauptsteuereinheit (Steuereinheit)
33, 34: Vorladeschaltung
35, 35-1, 35-2: Diagnosesteuereinheit
36, 37: Stromversorgungsleitung
38: Gleichstromversorgung
39, 39-1, 39-2: Regler
40-1, 40-2: Schalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012139021 A [0002]
JP 2004135389 A [0002]

Claims

Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen, wobei die Motorantriebsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum individuellen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen; eine Mehrzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl von Relaisschaltungen angesteuert wird; und eine Steuereinheit zum Steuern der Mehrzahl von Vorladeschaltungen, sodass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd auflädt, wenn eine Fehlerdiagnose an der Mehrzahl von Relaisschaltungen durchgeführt wird.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Mehrzahl von Diagnosesteuereinheiten umfasst, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Vorladeschaltungen vorgesehen sind.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner die Mehrzahl von Inverterschaltungen und die Mehrzahl von Relaisschaltungen steuert.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Mehrzahl von Vorladeschaltungen so steuert, dass ein Spitzenwert einer Summe von Ladeströmen der Vorladeschaltungen einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jede der Mehrzahl von Relaisschaltungen einen MOSFET umfasst, und der vorbestimmte Wert gleich oder kleiner als eine Gate-Dielektrikum-Durchbruchspannung des MOSFET ist.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Vorladeschaltungen Ladepfade von der Stromversorgung zu den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren aufweist, wobei die Ladepfade voneinander verschiedene Widerstandswerte aufweisen.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Vorladeschaltungen einen Regler zum Erzeugen einer vorbestimmten Spannung und eines vorbestimmten Stroms unter Verwendung von elektrischer Energie aus der Stromversorgung umfasst.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Mehrzahl von Vorladeschaltungen einen Schalter umfasst, der in einem Ladepfad von der Stromversorgung zu einem entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen ist, und die Steuereinheit das Ein- und Ausschalten der Schalter steuert.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Mehrzahl von Relaisschaltungen ein Stromversorgungsrelais, ein Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais, das mit dem Stromversorgungsrelais in Reihe geschaltet ist, und einen Pull-Down-Widerstand umfasst, der eine elektrische Ladung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsrelais und dem Rückwärtsschaltung-Abschaltrelais entlädt, wenn eine Fehlerdiagnose am Relaiskreis durchgeführt wird.
Fehlerdiagnoseverfahren für eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motor mit einer Mehrzahl von Spulensätzen, wobei die Motorantriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum individuellen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen; eine Mehrzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; und eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen umfasst, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl von Relaisschaltungen angesteuert wird, wobei das Fehlerdiagnoseverfahren folgende Schritte umfasst: Bewirken, dass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd lädt; Ansteuern der Mehrzahl von Relaisschaltungen, nachdem das Laden der Mehrzahl von Stromversorgungs-Stabilisierungskondensatoren abgeschlossen wurde; Messen von Spannungen der Mehrzahl von Relaisschaltungen; und Identifizieren eines Fehlers basierend auf den gemessenen Spannungen der Mehrzahl von Relaisschaltungen.
Fehlerdiagnoseverfahren für die Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei jede der Mehrzahl von Relaisschaltungen ein Stromversorgungsrelais, ein Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais, das mit dem Stromversorgungsrelais in Reihe geschaltet ist, und einen Pull-Down-Widerstand zum Entladen einer elektrischen Ladung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsrelais und den Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais umfasst, und im Schritt des Identifizierens eines Fehlers ein Kurzschlussfehler oder ein Unterbrechungsfehler basierend auf einer Messung einer Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsrelais und dem Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais erfasst wird.
Elektrische Servolenkvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung zum Steuern eines Lenkkraftunterstützungsmotors mit einer Mehrzahl von Spulensätzen verwendet, so dass der Lenkkraftunterstützungsmotor eine Lenkunterstützungskraft gemäß einem Fahrzustand eines Fahrzeugs erzeugt, wobei die Motorantriebsvorrichtung umfasst: eine Mehrzahl von Inverterschaltungen zum einzelnen Ansteuern der Mehrzahl von Spulensätzen des Lenkkraftunterstützungsmotors; eine Mehrzahl von Relaisschaltungen, die jeweils zwischen einer Stromversorgung und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Mehrzahl von Relaisschaltungen und einer entsprechenden der Mehrzahl von Inverterschaltungen vorgesehen sind; eine Mehrzahl von Vorladeschaltungen, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen sind, wobei jede Vorladeschaltung einen entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren auflädt, bevor die Mehrzahl von Relaisschaltungen angesteuert wird; und eine Steuereinheit zum Steuern der Mehrzahl von Vorladeschaltungen, sodass die Mehrzahl von Vorladeschaltungen die Mehrzahl von Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten oder abwechselnd auflädt, wenn eine Fehlerdiagnose an der Mehrzahl von Relaisschaltungen durchgeführt wird.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit eine Mehrzahl von Diagnosesteuereinheiten umfasst, die einzeln entsprechend der Mehrzahl von Vorladeschaltungen vorgesehen sind.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit ferner die Mehrzahl von Inverterschaltungen und die Mehrzahl von Relaisschaltungen steuert.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit die Mehrzahl von Vorladeschaltungen so steuert, dass ein Spitzenwert einer Summe von Ladeströmen der Vorladeschaltungen einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei jede der Mehrzahl von Relaisschaltungen einen MOSFET umfasst, und der vorbestimmte Wert gleich oder kleiner als eine Gate-Dielektrikum-Durchbruchspannung des MOSFET ist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Mehrzahl von Vorladeschaltungen Ladepfade von der Stromversorgung zu den Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren aufweist, wobei die Ladepfade voneinander verschiedene Widerstandswerte aufweisen.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Mehrzahl von Vorladeschaltungen einen Regler zum Erzeugen einer vorbestimmten Spannung und eines vorbestimmten Stroms unter Verwendung von elektrischer Energie aus der Stromversorgung aufweist.
Elektrische Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei jede der Mehrzahl von Vorladeschaltungen einen Schalter umfasst, der in einem Ladepfad von der Stromversorgung zu einem entsprechenden der Stromversorgung-Stabilisierungskondensatoren vorgesehen ist, und die Steuereinheit das Ein- und Ausschalten der Schalter steuert.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 12, wobei jede der Mehrzahl von Relaisschaltungen ein Stromversorgungsrelais, ein Rückwärtsrichtung-Abschaltrelais, das mit dem Stromversorgungsrelais in Reihe geschaltet ist, und einen Pull-Down-Widerstand umfasst, der eine elektrische Ladung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromversorgungsrelais und dem Rückwärtsverbindung-Abschaltrelais entlädt, wenn eine Fehlerdiagnose an der Relaisschaltung durchgeführt wird.