DE112017003862T5

DE112017003862T5 - Motorsteuerverfahren, Motortreibersystem und elektrisches Servolenksystem

Info

Publication number: DE112017003862T5
Application number: DE112017003862.6T
Authority: DE
Inventors: Ahmad GHADERI
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109565256B; US10673364B2; JP6915617B2; CN109565256A; US20190190422A1; JPWO2018025759A1; WO2018025759A1

Abstract

Bei einem Motorsteuerverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden (A) drei Stromwerte Ia, Ib und Ic eines in einem Motor M fließenden Dreiphasenstroms, die unter Verwendung dreier Stromsensoren I1, I2, I3 detektiert werden, und zwei Rotorwinkel θa, θb des Motors M, die unter Verwendung zweier Positionssensoren θ1, θ2 detektiert werden, erfasst; (B) sechs Berechnungen werden unter Verwendung von zwei der Stromwerte unter den drei Stromwerten Ia, Ib und Ic und eines der Rotorwinkel unter den Rotorwinkeln θa, θb durchgeführt; (C) zumindest ein störungsbehafteter Sensor wird unter den Stromsensoren sowie den Positionssensoren unter Verwendung einer Tabelle, die die Beziehung zwischen dem Muster der Ergebnisse jeder der sechs Berechnungen und dem störungsbehafteten Sensor angibt, festgelegt; (D) als normaler Sensor wird ein Sensor, der nicht der zumindest eine identifizierte störungsbehaftete Sensor ist, ausgewählt; und (E) der Motor M wird unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors gesteuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Motorsteuerverfahren zur Verwendung bei einem Motortreibersystem, ein Motortreibersystem und ein elektrisches Servolenksystem.
STAND DER TECHNIK
In jüngster Zeit wird vielfach ein Elektroantriebssystem für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Ein nicht einschränkendes Beispiel des Elektroantriebssystems ist ein Motortreibersystem, das einen Elektromotor (hiernach als „Motor“ bezeichnet) mittels Vektorsteuerung steuert.
Beispielsweise wird ein Motortreibersystem bei einem elektrischen Servolenksystem für ein Automobil verwendet. Bei dem elektrischen Servolenksystem erzeugt ein Motor Leistung, um das Lenken des Automobils seitens eines Fahrers zu unterstützen. Es ist bezüglich des Motortreibersystems bei dem elektrischen Servolenksystem notwendig, die Zuverlässigkeit zu verbessern (siehe beispielsweise die Nicht-Patent-Literatur 1).
LISTE DER AUFGEFÜHRTEN DOKUMENTE
NICHT-PATENT-LITERATUR
Nicht-Patent-Literatur 1: Basler, Bruno, und Thomas Greiner. „Fault-Tolerant Strategies for Electronic Power Steering Systems under Functional Safety Requirements.“, [online], [am 31. Juli 2016 recherchiert], Internet <URL: https://www.researchgate.net/publication/271318741>
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Manche Stromsensoren und Positionssensoren werden bei der Vektorsteuerung bisher für einen Motor verwendet. Falls einer oder mehrere der Sensoren ausfallen, arbeitet ein Motortreibersystem, das die Sensoren umfasst, eventuell anomal. Somit wird in Betracht gezogen, bei Detektieren der Störung eines Sensors den Motor anzuhalten.
Falls jedoch der Motor bei dem elektrischen Servolenksystem anhält, ist das für einen Fahrer unangenehm, da er ein Automobil ohne die Unterstützung des Motors betreibt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung liefert ein Motorsteuerverfahren, ein Motortreibersystem und ein elektrisches Servolenksystem, die jeweils in der Lage sind, auch dann, wenn eine Sensorstörung auftritt, die Steuerung bezüglich des Ansteuserns eines Motors aufrechtzuerhalten.
LÖSUNGEN DES PROBLEMS
Ein exemplarisches Motorsteuerverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst: (A) Erfassen dreier Stromwerte Ia, Ib und Ic von Dreiphasenströmen, die durch den Motor fließen, wobei die drei Stromwerte Ia, Ib und Ic durch drei Stromsensoren detektiert werden, und zweier Rotorwinkel θa und θb des Motors, wobei die zwei Rotorwinkel θa und θb durch zwei Positionssensoren detektiert werden; (B) Durchführen von sechs Arten einer Berechnung unter Verwendung von zwei der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic und eines der zwei Rotorwinkel θa und θb; (C) Identifizieren zumindest eines ausgefallenen Sensors aus den Stromsensoren sowie den Positionssensoren unter Verwendung einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem ausgefallenen Sensor und einem Muster eines Ergebnisses jeder der sechs Berechnungsarten zeigt; (D) Auswählen, als normalen Sensor, eines Sensors, der nicht der zumindest eine identifizierte ausgefallene Sensor ist; und (E) Steuern des Motors unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors.
Ein exemplarisches Motorsteuersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst: einen Motor; drei Stromsensoren, die dazu konfiguriert sind, jeweils einen Stromwert von Dreiphasenströmen, die durch den Motor fließen, zu detektieren; zwei Positionssensoren, die dazu konfiguriert sind, jeweils einen Rotorwinkel des Motors zu detektieren; und eine Steuerschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Motor zu steuern. Die Steuerschaltung erfasst drei Stromwerte Ia, Ib und Ic von durch den Motor fließenden Dreiphasenströmen, wobei die drei Stromwerte Ia, Ib und Ic durch die drei Stromsensoren detektiert werden, und erfasst zwei Rotorwinkel θa und θb des Motors, wobei die zwei Rotorwinkel θa und θb durch die zwei Positionssensoren detektiert werden. Die Steuerschaltung führt sechs Berechnungsarten unter Verwendung zweier der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic und eines der zwei Rotorwinkel θa und θb durch. Die Steuerschaltung identifiziert zumindest einen ausgefallenen Sensor unter den Stromsensoren sowie den Positionssensoren unter Verwendung einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem ausgefallenen Sensor und einem Muster eines Ergebnisses jeder der sechs Berechnungsarten zeigt. Die Steuerschaltung wählt als normalen Sensor einen anderen Sensor als den zumindest einen identifizierten ausgefallenen Sensor aus. Die Steuerschaltung steuert den Motor unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, sogar dann, wenn eine Sensorstörung auftritt, eine Steuerung bezüglich eines Ansteuerns eines Motors aufrechtzuerhalten.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Hardware-Konfiguration eines Motortreibersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Hardware-Konfiguration eines Inverters bei dem Motortreibersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Hardware-Konfiguration des Motortreibersystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks einer Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
5 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks einer Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
6 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks einer Störungsdetektionseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel.
7 ist eine Tabelle zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Tabelle zur Auswahl eines normalen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
9 ist eine Tabelle zur Identifikation eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
10 ist eine Tabelle zur Auswahl eines normalen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
11 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
12 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Störungsdetektionseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel.
13 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
14 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
15 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Störungsdetektionseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel.
16 ist ein schematisches Diagramm eines Funktionsblocks der Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
17 ist eine Tabelle zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors und einer Auswahl eines normalen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
18 ist eine Tabelle zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors und einer Auswahl eines normalen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
19 ist eine Tabelle zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors und einer Auswahl eines normalen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel.
20 ist ein schematisches Blockdiagramm eines EPS-Systems (EPS = electric power steering, elektrische Servolenkung) gemäß dem Ausführungsbeispiel.
21 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch drei Stromsensoren gemäß einem ersten Fall detektiert werden.
22 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem ersten Fall.
23 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem ersten Fall.
24 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem ersten Fall.
25 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch zwei Positionssensoren gemäß dem ersten Fall detektiert werden.
26 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem ersten Fall.
27 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch die drei Stromsensoren gemäß einem zweiten Fall detektiert werden.
28 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem zweiten Fall.
29 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem zweiten Fall.
30 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem zweiten Fall.
31 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren gemäß dem zweiten Fall detektiert werden.
32 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem zweiten Fall.
33 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch die drei Stromsensoren gemäß einem dritten Fall detektiert werden.
34 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem dritten Fall.
35 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem dritten Fall.
36 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem dritten Fall.
37 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren gemäß dem dritten Fall detektiert werden.
38 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem dritten Fall.
39 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch die drei Stromsensoren gemäß einem vierten Fall detektiert werden.
40 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem vierten Fall.
41 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem vierten Fall.
42 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem vierten Fall.
43 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren gemäß dem vierten Fall detektiert werden.
44 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem vierten Fall.
45 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch die drei Stromsensoren gemäß einem fünften Fall detektiert werden.
46 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem fünften Fall.
47 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem fünften Fall.
48 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem fünften Fall.
49 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren gemäß dem fünften Fall detektiert werden.
50 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem fünften Fall.
51 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Strömen, die durch die drei Stromsensoren gemäß einem sechsten Fall detektiert werden.
52 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Id gemäß dem sechsten Fall.
53 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Stroms Iq gemäß dem sechsten Fall.
54 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel und einem elektrischen Winkel dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem sechsten Fall.
55 ist ein Signalverlaufsdiagramm von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren gemäß dem sechsten Fall detektiert werden.
56 ist ein Signalverlaufsdiagramm eines Drehmoments gemäß dem sechsten Fall.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt nun eine spezifische Beschreibung eines Motorsteuerverfahrens, eines Motortreibersystems und eines elektrischen Servolenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Jedoch wird eine überflüssige spezifische Beschreibung gelegentlich weggelassen, um zu vermeiden, dass die folgende Beschreibung sich mehr als nötig wiederholt, und um das Verständnis eines Fachmanns zu fördern. Beispielsweise wird gelegentlich auf eine spezifische Beschreibung einer hinreichend bekannten Sachlage verzichtet. Außerdem wird auch gelegentlich auf eine sich wiederholende Beschreibung von im Wesentlichen identischen Konfigurationen verzichtet. Ein später zu beschreibendes Motortreibersystem ist hauptsächlich in einem elektrischen Servolenksystem installiert; jedoch ist ein Motortreibersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Ein Motortreibersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist zusätzlich zu einem elektrischen Servolenksystem auch auf ein jegliches andere System anwendbar.
[Konfiguration des Motortreibersystems 1000]
1 veranschaulicht schematisch Hardwareblöcke eines Motortreibersystems 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das Motortreibersystem 1000 umfasst üblicherweise einen Motor M, drei Stromsensoren I1, I2 und I3, zwei Positionssensoren θ1 und θ2, eine Steuerung 100, eine Treiberschaltung (Ansteuerschaltung) 200, einen Inverter (auch als „Inverterschaltung“ bezeichnet) 300, eine Abschalt-Schaltung 400, eine Analog/Digital-Umwandlungsschaltung (hiernach als „AD-Wandler“ bezeichnet) 600, eine Benachrichtigungsvorrichtung 800 und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 900.
Beispielsweise kann das Motortreibersystem 1000 in Modulen als Power-Pack (Stromspeicher) entworfen sein und kann in Form eines Motormoduls hergestellt und vertrieben werden, das einen Motor, einen Sensor, einen Treiber und eine Steuerung umfasst. Hierin ist zu beachten, dass das Motortreibersystem 1000 als exemplarisches System beschrieben wird, das als seinen Bestandteil den Motor M umfasst. Alternativ dazu kann das Motortreibersystem 1000 ein System sein, das als seinen Bestandteil den Motor M ausschließt, wobei das System dazu konfiguriert ist, den Motor M anzusteuern (zu treiben).
Beispiele des Motors M können einen Permanentmagnet-Synchronmotor wie beispielsweise einen Oberflächenpermanentmagnet-Synchronmotor (SPMSM - surface permanent magnet synchronous motor) oder einen Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM, interior permanent magnet synchronous motor) und einen Dreiphasen-Wechselstrommotor umfassen. Beispielsweise umfasst der Motor M (nicht veranschaulichte) Dreiphasendrähte (d. h. U-Phase-, V-Phase-, W-Phase-Drähte). Die Dreiphasendrähte sind mit dem Inverter 300 elektrisch verbunden.
Die Steuerung 100 ist eine Steuerschaltung, die den Gesamtbetrieb des Motortreibersystems 1000 steuert. Beispielsweise ist die Steuerung 100 eine Mikrosteuereinheit (MCU, micro control unit). Alternativ dazu kann die Steuerung 100 ein feldprogrammierbares Gatearray (FPGA, field programmable gate array) sein, in das ein CPU-Kern integriert ist.
Beispielsweise steuert die Steuerung 100 das Drehmoment und die Drehzahl des Motors M anhand einer Vektorsteuerung. Die Drehzahl (Einheit: U/min) wird durch die Anzahl von Umdrehungen eines Rotors pro Zeiteinheit (z. B. eine Minute) ausgedrückt. Die Vektorsteuerung ist ein Verfahren zum Zerlegen eines durch einen Motor fließenden Stroms in eine Stromkomponente, die ein Drehmoments erzeugt, und eine Stromkomponente, die einen Magnetfluss erzeugt, und zum unabhängigen Steuern der Stromkomponenten, die zueinander senkrecht sind. Beispielsweise stellt die Steuerung 100 einen Sollstromwert gemäß tatsächlichen Stromwerten, die durch die drei Stromsensoren I1, I2 und I3 gemessen werden, Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemessen werden (d. h. Ausgangssignalen aus den zwei Positionssensoren θ1 und θ2) und anderen ein. Die Steuerung 100 erzeugt ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal, PWM = pulse width modulation) auf der Basis des Sollstromwerts und gibt anschließend das PWM-Signal an die Treiberschaltung 200 aus.
Wenn zumindest einer der drei Stromsensoren I1, I2 und I3 sowie die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 ausfällt, detektiert die Steuerung 100 das Auftreten einer Sensorstörung. Die Steuerung 100 identifiziert anschließend den ausgefallenen Sensor. Ein Verfahren zum Detektieren und Identifizieren des ausgefallenen Sensors wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Wenn die Steuerung 100 den ausgefallenen Sensor identifiziert, dann wählt die Steuerung 100 als normalen Sensor einen Sensor, der sich von dem ausgefallenen Sensor unterscheidet. Die Steuerung 100 führt eine Steuerung dahin gehend durch, den Motor unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors anzusteuern. Außerdem gibt die Steuerung 100 dann, wenn die Steuerung als den ausgefallenen Sensor zumindest einen der drei Stromsensoren I1, I2 und I3 sowie der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 identifiziert, ein Benachrichtigungssignal an die Benachrichtigungsvorrichtung 100 aus. Der Betrieb der Benachrichtigungsvorrichtung 800 wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Beispielsweise ist die Treiberschaltung 200 ein Gate-Treiber. Die Treiberschaltung 200 erzeugt ein Steuersignal zum Steuern des Schaltvorgangs eines Schaltelements in dem Inverter 300, gemäß einem aus der Steuerung 100 auszugebenden PWM-Signal. Es ist zu beachten, dass die Treiberschaltung 200 in die Steuerung 100 integriert sein kann, wie später beschrieben wird.
Beispielsweise wandelt der Inverter 300 eine von einer Gleichstromleistungsquelle (nicht veranschaulicht, beispielsweise eine Batterie) zu liefernde Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um und steuert anschließend den Motor M mit der umgewandelten Wechselstromleistung an. Beispielsweise wandelt der Inverter 300 Wechselstromleistung auf der Basis eines Steuersignals, das von der Treiberschaltung 200 ausgegeben werden soll, in Dreiphasen-Wechselstromleistung von U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Pseudosinuswellen um. Die auf diese Weise umgewandelte Dreiphasen-Wechselstromleistung wird zum Ansteuern des Motors M verwendet.
Beispielsweise umfasst die Abschalt-Schaltung 400 ein Halbleiterschaltelement wie beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET, üblicherweise einen Metalloxid-Halbleiter-FET (MOSFET)) oder einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT, insulated gate bipolar transistor) oder ein mechanisches Relay. Die Abschalt-Schaltung 400 ist elektrisch zwischen den Inverter 300 und den Motor M geschaltet. Wenn die Steuerung 100 ausgefallene Sensoren detektiert, deren Anzahl gleich einer oder mehr als eine vorbestimmte Anzahl ist, dann gibt die Steuerung 100 ein Abschaltsignal zum Anhalten des Motors aus. Die Abschalt-Schaltung 400 unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Inverter 300 und dem Motor M gemäß dem Abschaltsignal, das aus der Steuerung 100 ausgegeben werden soll. Beispielsweise schaltet das Abschaltsignal dann, wenn es aktiviert wird, das Halbleiterschaltelement der Abschalt-Schaltung 400 ab und unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Inverter 300 und dem Motor M. Somit beendet die Abschalt-Schaltung 400 die Leistungsversorgung von dem Inverter 300 an den Motor M.
Die drei Stromsensoren I1, I2 bzw. I3 detektieren Stromwerte von Dreiphasenströmen, die durch den Motor M fließen. Im Einzelnen detektiert der Stromsensor I1 einen Stromwert Ia eines Stroms, der durch den U-Phase-Draht fließt. Der Stromsensor I2 detektiert einen Stromwert Ib eines Stroms, der durch den V-Phase-Draht fließt. Der Stromsensor I3 detektiert einen Stromwert Ic eines Stroms, der durch den W-Phase-Draht fließt. Beispielsweise umfasst jeder Stromsensor einen Nebenschlusswiderstand und eine (nicht veranschaulichte) Stromdetektionsschaltung, die einen durch den Nebenschlusswiderstand fließenden Strom detektiert. Beispielsweise weist der Nebenschlusswiderstand einen Widerstandswert von etwa 0,1 Ω auf.
Der AD-Wandler 600 wandelt mittels Abtastens analoge Signale, die aus den drei Stromsensoren I1, I2 und I3 ausgegeben werden sollen, in digitale Signale um und gibt anschließend die umgewandelten digitalen Signale an die Steuerung 100 aus. Alternativ dazu kann die Steuerung 100 eine derartige AD-Umwandlung durchführen. In dieser Situation geben die drei Stromsensoren I1, I2 und I3 analoge Signale direkt an die Steuerung 100 aus.
Die Positionssensoren (auch als „Winkelsensoren“ bezeichnet) θ1 und θ2 sind an dem Motor M angeordnet, und jeder detektiert einen Rotorwinkel (eine Rotorposition) des Motors M, das heißt einen mechanischen Winkel des Rotors. Beispielsweise umfassen die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 jeweils einen Resolver (einen Koordinatenwandler), einen Drehcodierer oder eine Hall-IC (die ein Hall-Element umfasst). Die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 geben jeweils den mechanischen Winkel des Rotors an die Steuerung 100 aus. Die Steuerung 100 erfasst somit die mechanischen Winkel des Rotors.
Beispielsweise kann das Motortreibersystem 1000 als jeden der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 einen Magnetsensor umfassen, der ein magnetoresistives (MR-)Element, einen Geschwindigkeitssensor oder einen Beschleunigungssensor umfasst. In Fällen, in denen als jeder Positionssensor ein Geschwindigkeitssensor eingesetzt wird, unterzieht die Steuerung 100 ein Drehzahlsignal oder ein Winkelgeschwindigkeitssignal beispielsweise einer Integrationsverarbeitung, um dadurch eine Position des Rotors, das heißt einen Drehwinkel des Rotors, zu erfassen. Eine Winkelgeschwindigkeit (Einheit: rad/s) wird durch einen Drehwinkel des Rotors pro Sekunde ausgedrückt. In Fällen, in denen anstatt jedes Positionssensors ein Beschleunigungssensor verwendet wird, berechnet die Steuerung 100 aus einem Winkelbeschleunigungssignal eine Position des Rotors, das heißt einen Drehwinkel des Rotors. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument kann der Positionssensor einen beliebigen Sensor zusätzlich zu einem Sensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, einen Rotorwinkel zu erfassen. Beispiele des Positionssensors können den Magnetsensor, den Geschwindigkeitssensor und den Beschleunigungssensor umfassen, die alle oben beschrieben wurden. Außerdem beinhaltet der Begriff „erfassen“ beispielsweise ein Empfangen eines mechanischen Winkels eines Rotors von außen und ein Erfassen eines mechanischen Winkels eines Rotors derart, dass die Steuerung 100 den mechanischen Winkel berechnet.
Beispielsweise umfasst die Benachrichtigungsvorrichtung 800 eine lichtemittierende Diode (LED, light emitting diode). Wenn die Steuerung 100 beispielsweise ein Benachrichtigungssignal aktiviert, leuchtet die Benachrichtigungsvorrichtung 800 ansprechend auf diese Aktivierung auf oder blinkt. Beispielsweise kann in Fällen, in denen das Motortreibersystem 1000 in einem Automobil installiert ist, die Benachrichtigungsvorrichtung 800 zusätzlich zu Messvorrichtungen wie Geschwindigkeitsmesser und Tachometer an einer Instrumententafel eines Armaturenbretts angebracht sein. Die Benachrichtigungsvorrichtung 800 ermöglicht es einem Menschen, das Auftreten einer Störung an dem Motortreibersystem zu erkennen. Alternativ dazu kann die Benachrichtigungsvorrichtung 800 einen Lautsprecher umfassen, der dazu konfiguriert ist, einem Menschen einen Alarm mittels Ton zu übermitteln. Als weitere Alternative kann die Benachrichtigungsvorrichtung 800 eine Anzeigevorrichtung umfassen, die dazu konfiguriert ist, einem Menschen einen Alarm in Form zumindest entweder eines Bilds und/oder eines darauf angezeigten Schriftzeichens zu übermitteln. Als weitere Alternative kann die Benachrichtigungsvorrichtung 800 das Licht, den Ton und die Anzeige auf geeignete Weise miteinander kombinieren, um einem Menschen einen Alarm zu übermitteln.
Beispiele des ROM 900 können einen programmierbaren Speicher (z. B. einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM)), einen reprogrammierbaren Speicher (z. B. einen Flash-Speicher) und einen Nur-Lese-Speicher umfassen. Der ROM 900 speichert ein Steuerprogramm, das eine Gruppe von Befehlen umfasst, die bewirken, dass die Steuerung 100 den Motor M steuert. Beispielsweise wird beim Hochfahren des Motortreibersystems 1000 das Steuerprogramm einmalig auf einen (nicht veranschaulichten) Direktzugriffsspeicher (RAM) geladen. Es ist zu beachten, dass der ROM 900 nicht unbedingt als externe Einheit außerhalb der Steuerung 100 angeordnet ist, sondern in die Steuerung 100 integriert sein kann. Beispielsweise kann die Steuerung 100, in die der ROM 900 integriert ist, die oben beschriebene MCU sein.
Unter Bezugnahme auf 2 erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels einer Hardware-Konfiguration des Inverters 300. 2 veranschaulicht schematisch die Hardware-Konfiguration des Inverters 300 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Der Inverter 300 umfasst drei Schaltelemente des unteren Arms und drei Schaltelemente des oberen Arms. In 2 entsprechen die Schaltelemente SW_L1, SW_L2 und SW_L3 den Schaltelementen des unteren Arms, und die Schaltelemente SW_H1, SW_H2 und SW_H3 entsprechen den Schaltelementen des oberen Arms. Beispiele jedes Schaltelements können einen FET und einen IGBT umfassen. Jedes Schaltelement umfasst eine Freilaufdiode, die ein Fließen eines regenerativen Stroms zu dem Motor M hin ermöglicht.
Die drei Stromsensoren I1, I2 und I3 können an beliebigen Positionen angeordnet sein, solange sie in der Lage sind, Stromwerte von Dreiphasenströmen, die durch den Motor M fließen, zu detektieren. Bei diesem Beispiel umfasst jeder der Stromsensoren I1, I2 und I3 einen in dem Inverter 300 angeordneten Nebenschlusswiderstand Rs. Die Stromsensoren I1, I2 und I3 detektieren jeweils einen Strom, der durch den U-Phase-, den V-Phase- bzw. den W-Phase-Draht fließt. Bei diesem Beispiel werden die Ströme anhand eines sogenannten Dreiphasennebenschlussverfahrens detektiert. Wie In 2 veranschaulicht ist, können die Nebenschlusswiderstände Rs beispielsweise mit der niederseitigen Seite zwischen niederseitigen Schaltelementen und der Masse elektrisch verbunden sein. Alternativ dazu können die Nebenschlusswiderstände Rs beispielsweise mit der hochseitigen Seite zwischen hochseitigen Schaltelementen und einer Leistungsquelle elektrisch verbunden sein.
Beispielsweise führt die Steuerung 100 unter Verwendung der Vektorsteuerung eine Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung durch, wodurch der Motor M angesteuert wird. Beispielsweise erzeugt die Steuerung 100 ein PWM-Signal für die Dreiphasen-Energieversorgungssteuerung und gibt das PWM-Signal an die Treiberschaltung 200 aus. Die Treiberschaltung 200 erzeugt auf der Basis des PWM-Signals ein Gatesteuersignal zum Steuern des Schaltvorgangs jedes FET in dem Inverter 300 und sendet anschließend das Gatesteuersignal an das Gate jedes FET.
3 veranschaulicht schematisch Hardwareblöcke des Motortreibersystems 1000 gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels. Wie in 3 veranschaulicht ist, umfasst das Motortreibersystem 1000 nicht unbedingt die Treiberschaltung 200. In dieser Situation umfasst die Steuerung 100 Anschlüsse zum direkten Steuern der Schaltvorgänge der jeweiligen FETs in dem Inverter 300. Im Einzelnen erzeugt die Steuerung 100 ein Gatesteuersignal auf der Basis eines PWM-Signals. Die Steuerung 100 gibt das Gatesteuersignal durch jeden Anschluss aus und sendet dadurch das Gatesteuersignal an das Gate jedes FET.
[Identifizierung und Isolation eines ausgefallenen Sensors]
Zuerst erfolgt eine Beschreibung einer Sensorstörung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter der Annahme, dass ein Positionssensor ausfällt. Beispielsweise wird ein Magnetsensor vielfach als Positionssensor in dem Motortreibersystem 1000 für ein elektrisches Servolenksystem (EPS-System; EPS = electric power steering) bei einem Automobil verwendet. Bei dem Ausführungsbeispiel umfasst der Magnetsensor ein MR-Element. Es wird beispielsweise ein Sensormagnet mittels Spritzgießens auf einer Welle eines Motors gebildet. Beispielsweise ist der Magnetsensor auf einer (nicht veranschaulichten) Schaltungsplatine für den Motor angebracht. Wenn sich die Welle dreht, dreht sich auch der Sensormagnet. Deshalb detektiert der Magnetsensor eine Änderung des Magnetflusses, die durch eine Änderung der Position des Magnetpols verursacht wird.
Üblicherweise ist der Sensormagnet fest an der Welle befestigt. Falls jedoch ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil eine starke Erschütterung von außen erfährt (z. B. eine Erschütterung, die verursacht wird, wenn ein Fahrzeug auf einen Randstein auffährt), wird diese Erschütterung auf die Welle übertragen, was zu einem Bruch oder einer Verformung des Sensormagneten führen kann. Alternativ dazu kann diese Erschütterung eine Positionsverschiebung des Sensormagneten bewirken. Aufgrund des Bruchs, der Verformung oder der Positionsverschiebung wird es schwierig, dass der Magnetsensor eine Position eines Rotors präzise detektiert. Gemäß der Verwendung hierin umfasst die Störung des Positionssensors nicht nur eine Störung eines Positionssensors, sondern auch einen Bruch eines Sensormagneten. Außerdem umfasst die Störung des Stromsensors einen Bruch eines Nebenschlusswiderstandes. Wenn an dem Motortreibersystem 1000 eine Sensorstörung auftritt, wird der Motor vorzugsweise ohne Verwendung eines ausgefallenen Sensors kontinuierlich angesteuert.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Algorithmus beim Detektieren, Identifizieren und Isolieren eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel. Der Algorithmus beim Identifizieren und Isolieren eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel kann mit lediglich Hardware wie beispielsweise einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC, application specific integrated circuit) oder einem FPGA implementiert sein oder kann durch Kombination von Hardware mit Software implementiert sein.
4 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Steuerung 100. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument ist nicht jeder Block auf einer Hardware-Basis veranschaulicht, sondern ist in dem Funktionsblockdiagramm auf einer Funktionsblockbasis veranschaulicht. Beispielsweise kann die Software ein Modul sein, das ein Computerprogramm zum Ausführen einer spezifischen Verarbeitung darstellt, die jedem Funktionsblock entspricht.
Beispielsweise umfasst die Steuerung 100 eine Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors 100A und Vektorsteuereinheit 100B. Gemäß der Verwendung hierin wird jeder Funktionsblock der Zweckmäßigkeit der Beschreibung halber als „Einheit“ bezeichnet. Selbstverständlich wird der Begriff „Einheit“ nicht dazu verwendet, jeden Funktionsblock auf Hardware oder Software zu beschränken und als Hardware oder Software zu interpretieren. In der folgenden Beschreibung wird die Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors 100A einfach als Detektions- und Isolationseinheit 100A bezeichnet, je nach Fall.
Die Stromsensoren I1, I2 und I3 detektieren jeweils einen von drei Stromwerten Ia, Ib und Ic von Dreiphasenströmen, die durch den Motor M fließen. Der Positionssensor θ1 detektiert einen Rotorwinkel θa des Motors M und der Positionssensor θ2 detektiert einen Rotorwinkel θb des Motors M. Die Detektions- und Isolationseinheit 100A führt sechs Arten einer Berechnung unter Verwendung von zwei der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic und eines der zwei Rotorwinkel θa und θb durch. Die Detektions- und Isolationseinheit 100A identifiziert anschließend zumindest einen ausgefallenen Sensor unter den Stromsensoren I1, I2 und I3 sowie den Positionssensoren θ1 und θ2 auf der Basis eines Ergebnisses der Berechnung. Beispielsweise identifiziert die Detektions- und Isolationseinheit 100A einen ausgefallenen Sensor unter Verwendung einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen ausgefallenen Sensoren und Ergebnissen von sechs Arten einer Berechnung zeigt, die vorab erhalten werden. Die Detektions- und Isolationseinheit 100A wählt anschließend als normalen Sensor einen Sensor aus, der sich von dem ausgefallenen Sensor unterscheidet, ohne den ausgefallenen Sensor auszuwählen. Diese Verarbeitung wird später im Einzelnen beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel bezieht sich der Begriff „Isolation“ darauf, „einen identifizierten ausgefallenen Sensor nicht auszuwählen“, das heißt, „einen identifizierten ausgefallenen Sensor nicht zu verwenden“.
Die Vektorsteuereinheit 100B führt eine für die Vektorsteuerung benötige typische Berechnung durch. Es ist zu beachten, dass die Vektorsteuerung eine bekannte Technik ist; deshalb erfolgt hier keine spezielle Beschreibung derselben.
5 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Detektions- und Isolationseinheit 100A. Die Detektions- und Isolationseinheit 100A umfasst sechs Störungsdetektionseinheiten FD1, FD2, FD3, FD4, FD5 und FD6 sowie eine Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors 100C. In der folgenden Beschreibung wird die Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors 100C einfach als Identifizierungs- und Isolierungseinheit 100C bezeichnet, je nach Fall.
Jede der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 empfängt zwei der drei Stromwerte la, Ib und Ic, einen der zwei Rotorwinkel θa und θb sowie eine Referenzspannung. Bei diesem Beispiel empfängt die Störungsdetektionseinheit FD1 die Stromwerte Ia und Ib und den Rotorwinkel θa. Die Störungsdetektionseinheit FD2 empfängt die Stromwerte Ia und Ib und den Rotorwinkel θb. Die Störungsdetektionseinheit FD3 empfängt die Stromwerte Ib und Ic und den Rotorwinkel θa. Die Störungsdetektionseinheit FD4 empfängt die Stromwerte Ib und Ic und den Rotorwinkel θb. Die Störungsdetektionseinheit FD5 empfängt die Stromwerte Ic und Ia und den Rotorwinkel θa. Die Störungsdetektionseinheit FD6 empfängt die Stromwerte Ic und la und den Rotorwinkel θb.
6 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke jeder der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6. Die Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 gleichen einander in einer Funktionsblockstruktur, unterscheiden sich jedoch bei einer Kombination eines Stromwertes mit einem zu empfangenden Rotorwinkel voneinander.
Jede der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 umfasst eine Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110, eine Clarke-Transformationseinheit 111, eine Winkelumwandlungseinheit 120, eine Clarke-Transformationseinheit 130, eine Magnetflussberechnungseinheit 140, eine Rotorwinkelberechnungseinheit 141, eine Subtraktionseinheit 143, eine Höchstzulässiger-Rotorwinkel-Einheit 144 und eine Pegelvergleichseinheit 150.
In Fällen, in denen die jeweiligen Funktionsblöcke als Software in der Steuerung 100 installiert sind, kann die Software beispielsweise mittels eines Kerns der Steuerung 100 ausgeführt werden. Wie oben beschrieben wurde, kann die Steuerung 100 mit einem FPGA implementiert sein. In dieser Situation können alle oder manche der Funktionsblöcke mittels Hardware implementiert sein. Wenn die Verarbeitung außerdem auf eine Dezentralisierungsweise unter einer Verwendung einer Mehrzahl von FPGAs durchgeführt wird, wird die Rechenlast eines spezifischen Computers dezentralisiert. In dieser Situation können alle oder manche der in 5 und 6 veranschaulichten Funktionsblöcke separat in der Mehrzahl von FPGAs installiert sein. Die FPGAs sind beispielsweise durch ein an Board befindliches Steuerbereichsnetz (CAN, control area network) miteinander verbunden, um Daten miteinander auszutauschen.
Die Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110 empfängt zwei der Stromwerte Ia, Ib und Ic und berechnet einen verbleibenden der Stromwerte Ia, Ib und Ic. Gemäß der Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung beträgt eine Summe der Stromwerte der Dreiphasenströme null. Mit anderen Worten besteht eine zu erfüllende Beziehung darin, dass eine Summe der Stromwerte Ia, Ib und Ic null beträgt. Bei dieser Beziehung berechnet die Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110 ausgehend von den zwei Stromwerten den verbleibenden einen Stromwert. Die Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110 erfasst somit die Stromwerte Ia, Ib und Ic. Die Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110 gibt die Stromwerte Ia, Ib und Ic an die Clarke-Transformationseinheit 111 aus.
Die Clarke-Transformationseinheit 111 transformiert die Stromwerte Ia, Ib und Ic, die aus der Dreiphasenstrom-Berechnungseinheit 110 ausgegeben werden, in einen Stromwert Iα auf der α-Achse und einen Stromwert Iβ auf der β-Achse in einem festen αβ-Koordinatensystem anhand einer sogenannten Clarke-Transformation, die beispielsweise bei der Vektorsteuerung zum Einsatz kommt. Das feste αβ-Koordinatensystem ist ein stationäres Koordinatensystem. Die α-Achse erstreckt sich in einer Richtung einer von drei Phasen (z. B. einer U-Phase-Richtung), und die β-Achse erstreckt sich in einer zu der α-Achse senkrechten Richtung. Die Clarke-Transformationseinheit 111 gibt die Stromwerte Iα und Iβ an die Magnetflussberechnungseinheit 140 aus.
Wie bei der Clarke-Transformationseinheit 111 transformiert die Clarke-Transformationseinheit 130 Referenzspannungen Va*, Vb* und Vc* in eine Referenzspannung Vα* auf der α-Achse und eine Referenzspannung Vβ* auf der β-Achse in dem festen aß-Koordinatensystem anhand der Clarke-Transformation. Die Referenzspannungen Va*, Vb* und Vc* stellen jeweils die PWM-Signale zum Steuern der Schaltelemente in dem Inverter 300 dar. Die Clarke-Transformationseinheit 130 gibt die Referenzspannungen Vα* und Vβ* an die Magnetflussberechnungseinheit 140 aus.
Die Magnetflussberechnungseinheit 140 berechnet Magnetflüsse Ψα und Ψβ in dem festen αβ-Koordinatensystem unter Verwendung der Stromwerte Iα und Iβ sowie der Referenzspannungen Vα* und Vβ*. Beispielsweise werden die Magnetflüsse Ψα und Ψβ derart berechnet, dass ein Tiefpassfilter in der Gleichung (1) und in der Gleichung (2) eine Verarbeitung an (Vα* - RIα) und (Vβ* - RIβ) durchführt. In den Gleichungen (1) und (2) stellt LPF (low-pass filter, Tiefpassfilter) die Verarbeitung durch das Tiefpassfilter dar. $Ψα = LPF (V α * - RI α)$
$Ψβ = LPF (V β * - RI β)$
Auch in den Gleichungen (1) und (2) stellt R einen Ankerwiderstand dar. Beispielsweise wird der Ankerwiderstand R für die Magnetflussberechnungseinheit 140 durch den Kern der Steuerung 100 eingestellt. Ein komplexer Magnetfluss Ψ wird durch Gleichung (3) ausgedrückt. $Ψ = {(Ψ α^{2} + Ψ β^{2})}^{1 / 2}$
Die Magnetflussberechnungseinheit 140 gibt die Magnetflüsse Ψα und Ψβ an die Rotorwinkelberechnungseinheit 141 aus.
Die Rotorwinkelberechnungseinheit 141 berechnet einen geschätzten elektrischen Winkel θest unter Verwendung der Magnetflüsse Ψα und Ψβ. Beispielsweise wird der geschätzte elektrische Winkel θest aus der Gleichung (4), der Gleichung (5) und der Gleichung (6) berechnet. $ρ = {tan}^{- 1} (Ψβ / Ψα)$
$δ = {tan}^{- 1} (LqIq / Ψ)$
$θ est = ρ + δ$
In der Gleichung (5) stellt Iq einen Stromwert auf der q-Achse in einem dq-Drehkoordinatensystem dar, und Lq stellt eine Ankerinduktivität auf der q-Achse in dem dq-Drehkoordinatensystem dar. In den Gleichungen 4 bis 6 stellt ρ einen Phasenwinkel dar, und δ stellt einen Lastwinkel dar. Die Rotorwinkelberechnungseinheit 141 gibt den geschätzten elektrischen Winkel θest an die Subtraktionseinheit 143 aus.
Die Winkelumwandlungseinheit 120 wandelt einen der mechanischen Winkel θa und θb des Rotors, die durch den Positionssensor θ1 bzw. θ2 gemessen werden, in einen elektrischen Winkel θe um. Beispielsweise wird der elektrische Winkel θe anhand der Gleichung (7) berechnet. $θ e = (P / 2) \cdot θ m$
In der Gleichung (7) stellt P die Anzahl von Polen dar, und θm stellt den mechanischen Winkel θa oder θb dar. Die Winkelumwandlungseinheit 120 gibt den elektrischen Winkel θe an die Subtraktionseinheit 143 aus.
Die Subtraktionseinheit 143 berechnet einen elektrischen Winkel θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen dem geschätzten elektrischen Winkel θest und dem elektrischen Winkel θe dargestellt wird. Der elektrische Winkel θFehler wird durch die Gleichung (8) ausgedrückt. $θ Fehler = | θ est - θ e |$
Die Subtraktionseinheit 143 gibt den elektrischen Winkel θFehler an die Pegelvergleichseinheit 150 aus.
Die Höchstzulässiger-Rotorwinkel-Einheit 144 behält einen höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax zurück, der einen im Voraus definierten vorbestimmten Wert aufweist, und gibt den höchstzulässigen Rotorwinkel an die Pegelvergleichseinheit 150 aus. Falls keiner der Sensoren, die jeweils die Stromwerte und Rotorwinkel zur Verwendung bei den Berechnungen detektieren, ausfällt, ist der geschätzte elektrische Winkel θest, der unter Verwendung des Werts des durch den Motor M fließenden Stroms berechnet wird, im Idealfall wertgleich dem elektrischen Winkel θe, der unter Verwendung des gemessenen mechanischen Winkels berechnet wird. Mit anderen Worten wird der elektrische Winkel θFehler im Idealfall null. In der Praxis tritt jedoch in gewissem Maß ein Fehler auf. Der elektrische Winkel θFehler kann einen größeren Wert als null aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax angesichts dieses Fehlers auf einen gegebenen Wert eingestellt. Beispielsweise kann der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax auf, jedoch nicht beschränkt auf, vier Grad eingestellt werden. Falls keiner der Sensoren, die jeweils die Stromwerte und Rotorwinkel zur Verwendung bei den Berechnungen detektieren, ausfällt, weist der elektrische Winkel θFehler einen Wert auf, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax.
Die Pegelvergleichseinheit 150 führt einen Pegelvergleich zwischen dem elektrischen Winkel θFehler und dem höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax durch. Die Pegelvergleichseinheit 150 gibt im dem Fall, dass der elektrische Winkel θFehler gleich dem höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax ist oder größer als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax ist, ein Fehlersignal aus, das eine Sensorstörung angibt.
Falls zumindest einer der Sensoren, die jeweils die Stromwerte und Rotorwinkel zur Verwendung bei den Berechnungen detektieren, ausfällt, unterscheidet sich der Wert des geschätzten elektrischen Winkels θest, der unter Verwendung des Werts des durch den Motor M fließenden Stroms berechnet wird, von dem Wert des elektrischen Winkels θe, der unter Verwendung des gemessenen mechanischen Winkels berechnet wird. Mit anderen Worten weist der elektrische Winkel θFehler einen größeren Wert als null auf. Die Pegelvergleichseinheit 150 vergleicht den elektrischen Winkel θFehler mit dem höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax, der einen vorbestimmten Wert aufweist. Wenn der elektrische Winkel θFehler gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert ist (z. B. vier Grad), gibt die Pegelvergleichseinheit 150 das Fehlersignal aus. Beispielsweise ist das Fehlersignal ein digitales Signal. Beispielsweise kann ein Fehlersignalpegel, der eine Sensorstörung angibt, der Zahl „1“ zugewiesen sein, und ein Fehlersignalpegel, der keine Sensorstörung angibt, kann der Zahl „0“ zugewiesen sein. Bei dem Beispiel der Zuweisung ist das Fehlersignal in einer normalen Situation „0“ und wird bei Auftreten einer Sensorstörung zu „1“ aktiviert.
Unter Bezugnahme auf 5 identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C zumindest einen ausgefallenen Sensor unter den Stromsensoren I1, I2 und I3 sowie den Positionssensoren θ1 und θ2 auf der Basis der Ergebnisse der sechs Arten der Berechnung, die durch die sechs Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 durchgeführt werden. Beispielsweise identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C einen ausgefallenen Sensor unter Verwendung einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen ausgefallenen Sensoren und Referenzmustern zeigt, die die Ergebnisse von sechs Arten einer Berechnung umfassen, die vorab erhalten werden.
7 veranschaulicht als Beispiel eine Tabelle 1 zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors. Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C detektiert das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Ausgabe eines Fehlersignals „1“ von jeder der sechs Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6. In der Tabelle 1 stellt „X“ eine Situation dar, bei der eine Störungsdetektionseinheit ein Fehlersignal „1“ ausgibt, und „O“ stellt eine Situation dar, in der eine Störungsdetektionseinheit kein Fehlersignal „1“ ausgibt.
Wenn alle Stromsensoren I1, I2 und I3 sowie die Positionssensoren θ1 und θ2 normal sind, geben die Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 jeweils „O“ aus. Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C detektiert somit, dass keine Sensorstörung auftritt. Gemäß der Verwendung hierin beziehen sich die Referenzmuster auf Muster von (FD1) bis (FD6) in der Spaltenrichtung der Tabelle 1. Gesetzt den Fall, dass ein Referenzmuster „OOOOOO“ gilt, detektiert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C, dass keine Sensorstörung auftritt.
Wenn die Störungsdetektionseinheiten FD2, FD4 und FD6 beispielsweise jeweils „O“ ausgeben, wohingegen die Störungsdetektionseinheiten FD1, FD3 und FD5 jeweils „X“ ausgeben, identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C den Positionssensor θ1 als ausgefallenen Sensor. Mit anderen Worten identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C in dem Fall, dass ein Referenzmuster „XOXOXO“ vorliegt, den Positionssensor θ1 als ausgefallenen Sensor.
Wenn beispielsweise die Störungsdetektionseinheiten FD3 und FD4 jeweils „O“ ausgeben, wohingegen die Störungsdetektionseinheiten FD1, FD2, FD5 und FD6 jeweils „X“ ausgeben, identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C den Stromsensor I1 als ausgefallenen Sensor. Wenn beispielsweise die Störungsdetektionseinheit FD6 „O“ ausgibt, wohingegen die Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD5 jeweils „X“ ausgeben, identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C sowohl den Stromsensor I2 als auch den Positionssensor θ1 als ausgefallenen Sensor.
Wie nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird, gibt in dem Fall, dass zumindest einer der Sensoren, die die Stromwerte bzw. Rotorwinkel zur Verwendung bei den Berechnungen detektieren, ausfällt, jede der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 ein Fehlersignal „1“ aus, das einen Fehler angibt. Mit anderen Worten, wenn ein ausgefallener Sensor vorliegt, ist bezüglich der sechs Arten der Berechnung seitens der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 ein Ergebnis einer Berechnung unter Verwendung eines Stromwerts oder Rotorwinkels, der durch einen ausgefallenen Sensor detektiert wird, anomal. Bezüglich der sechs Arten der Berechnung seitens der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 ist ein Ergebnis einer Berechnung unter Verwendung eines Stromwerts und eines Rotorwinkels, der durch einen anderen Sensor als den ausgefallenen Sensor detektiert wird, normal.
Aus der Tabelle 1 geht hervor, dass ein durch einen ausgefallenen Sensor gemessener Wert für alle Berechnungen unter den sechs Berechnungsarten seitens der Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 verwendet wird, deren Ergebnisse anomal sind, ausgehend. Wenn beispielsweise der Positionssensor θ1 ausfällt, ist jedes der Ergebnisse der Berechnung durch die Störungsdetektionseinheiten FD1, FD3 und FD5 unter Verwendung eines durch den Positionssensor θ1 gemessenen Werts anomal, wohingegen jedes der Ergebnisse der Berechnung durch die Störungsdetektionseinheiten FD2, FD4 und FD6, die nicht den durch den Positionssensor θ1 gemessenen Wert verwenden, normal. Mit anderen Worten identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C als ausgefallenen Sensor einen Sensor, der einen gemessenen Wert detektiert, der für alle Berechnungen unter den sechs Berechnungsarten verwendet wird, deren Ergebnisse anomal sind.
Als Nächstes wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C als normalen Sensor einen Sensor aus, der nicht der zumindest eine identifizierte ausgefallene Sensor ist. 8 veranschaulicht als Beispiel eine Tabelle 2 zur Auswahl eines normalen Sensors. Muster von „O“ und „X“ in der Tabelle 2 sind gleich denen der Tabelle 1.
Wenn die Identifikations- und Isolationseinheit 100C einen der Stromsensoren als ausgefallenen Sensor identifiziert, dann wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C als normalen Sensor den Stromsensor aus, der sich von dem identifizierten ausgefallenen Stromsensor unterscheidet. Gesetzt den Fall, dass beispielsweise ein Referenzmuster „XXOOXX“ vorliegt, identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C den Stromsensor I1 als ausgefallenen Sensor. Diese Situation zeigt gleichzeitig an, dass die Sensoren, die nicht der Stromsensor I1 sind, normal sind. In dieser Situation wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C nicht den Stromsensor I1 aus, sondern wählt die verbleibenden Stromsensoren I2 und I3 aus.
Wenn die Identifikations- und Isolationseinheit 100C einen der Positionssensoren als ausgefallenen Sensor identifiziert, dann wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C als normalen Sensor den Positionssensor aus, der sich von dem identifizierten ausgefallenen Positionssensor unterscheidet. Mit anderen Worten, falls ein Referenzmuster „OXOXOX“ vorliegt, identifiziert die Identifikations- und Isolationseinheit 100C den Positionssensor θ2 als ausgefallenen Sensor. Diese Situation zeigt gleichzeitig an, dass die Sensoren, die nicht der Positionssensor θ2 sind, normal sind. In dieser Situation wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C nicht den Positionssensor θ2 aus, sondern wählt den verbleibenden Positionssensor θ1 aus.
Beispielsweise identifiziert in dem Fall, dass ein Referenzmuster „XXXXXO“ vorliegt, die Identifikations- und Isolationseinheit 100C sowohl den Stromsensor I2 als auch den Positionssensor θ1 als ausgefallenen Sensor. Diese Situation zeigt gleichzeitig an, dass die Sensoren, die nicht der Stromsensor I2 und der Positionssensor θ1 sind, normal sind. In dieser Situation wählt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C nicht den Stromsensor I2 und den Positionssensor θ1, sondern wählt die verbleibenden Stromsensoren I1 und I3 sowie den verbleibenden Positionssensor θ2 aus.
Beim Ansteuern des Motors durch die Dreiphasen-Versorgungssteuerung unter Verwendung der Vektorsteuerung ermöglicht die Verwendung von zwei Stromsensoren und eines Positionssensors eine normale Steuerung des Motors. Deshalb ermöglicht die Verwendung eines Stromsensors und eines Positionssensors, die jeweils ausgewählt sind, eine nachhaltige Steuerung zum Ansteuern des Motors.
Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C erzeugt ein Sensorauswahlsignal, das einen auszuwählenden Sensor angibt, und gibt anschließend das Sensorauswahlsignal an die Vektorsteuereinheit 100B aus (4). Auf der Basis des Sensorauswahlsignals wählt die Vektorsteuereinheit 100B kein Ausgangssignal von einem ausgefallenen Sensor, sondern wählt eine Ausgangssignal von einem Sensor, der sich von dem ausgefallenen Sensor unterscheidet. Die Vektorsteuereinheit 100B bewirkt, dass die Treiberschaltung 200 den Motor M unter Verwendung des Ausgangssignals von dem ausgewählten Sensor ansteuert.
Wenn die Identifikations- und Isolationseinheit 100C zumindest entweder einen Stromsensor und/oder einen Positionssensor als ausgefallenen Sensor identifiziert, dann erzeugt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C ein Benachrichtigungssignal, um einen Menschen aufmerksam zu machen. Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C gibt ein Benachrichtigungssignal an die Benachrichtigungsvorrichtung 800 aus (1). Beispielsweise macht die Benachrichtigungsvorrichtung 800 einen Menschen aufmerksam, indem sie zumindest entweder Licht, Ton und/oder eine Anzeige verwendet, wie oben beschrieben wurde. Die Benachrichtigungsvorrichtung 800 ermöglicht es somit einem Menschen, das Auftreten einer Störung an dem Motortreibersystem, im Einzelnen das Auftreten einer Sensorstörung, zu erkennen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Verwendung von verbleibenden normalen Sensoren sogar bei Auftreten einer Sensorstörung eine nachhaltige Steuerung zum Ansteuern des Motors. Jedoch ist es vorzuziehen, dass der ausgefallene Sensor durch einen normalen Sensor ersetzt wird, ohne so belassen zu werden, wie er ist. Der Betrieb der Benachrichtigungsvorrichtung 800 ermöglicht es einem Menschen, die Notwendigkeit, einen Sensor zu ersetzen, zu erkennen.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Vorgangs, den Motor M anzuhalten, wenn die Identifikations- und Isolationseinheit 100C ausgefallene Sensoren detektiert, deren Anzahl gleich einer oder größer als eine vorbestimmte Anzahl ist.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel werden die verbliebenen normalen Sensoren sogar bei Auftreten einer Sensorstörung zum Beibehalten der Steuerung zum Ansteuern des Motors M verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung hält der Motor M jedoch an, falls zwei der drei Stromsensoren ausfallen oder falls alle zwei Positionssensoren ausfallen.
Als Beispiel veranschaulicht 9 eine Tabelle 3 zur Identifizierung eines ausgefallenen Sensors. 10 veranschaulicht als Beispiel eine Tabelle 4 zur Auswahl eines normalen Sensors. Wenn zwei der Stromsensoren I1, I2 und I3 ausfallen oder wenn beide Positionssensoren θ1 und θ2 ausfallen, geben die Störungsdetektionseinheiten FD1 bis FD6 jeweils „X“ aus. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung hält in dieser Situation der Motor M ohne Auswahl eines Sensors an. Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C erzeugt ein Abschaltsignal und gibt anschließend das Abschaltsignal an die Abschalt-Schaltung 400 aus (1). Auf der Basis des Abschaltsignals unterbricht die Abschalt-Schaltung 400 die elektrische Verbindung zwischen dem Inverter 300 und dem Motor M. Somit hält die Abschalt-Schaltung 400 eine Leistungsversorgung von dem Inverter 300 an den Motor M an. Gleichzeitig erzeugt die Identifikations- und Isolationseinheit 100C ein Benachrichtigungssignal, um einen Menschen aufmerksam zu machen. Die Identifikations- und Isolationseinheit 100C gibt ein Benachrichtigungssignal an die Benachrichtigungsvorrichtung 800 aus (1). Beispielsweise macht die Benachrichtigungsvorrichtung 800 einen Menschen aufmerksam, indem sie zumindest entweder Licht, Ton und/oder eine Anzeige verwendet, wie oben beschrieben wurde. Die Benachrichtigungsvorrichtung 800 ermöglicht es somit einem Menschen, das Auftreten einer Störung an dem Motortreibersystem, im Einzelnen das Anhalten des Motors M, zu erkennen. Das elektrische Servolenksystem ermöglicht es einem Fahrer eines Automobils, zu erkennen, dass der Motor anhält, um eine Lenkunterstützung zu beenden. Beispielsweise zieht der Fahrer das Automobil auf den Seitenstreifen (das Bankett) einer Straße, gemäß der Aufmerksamkeit, die ihm durch die Benachrichtigungsvorrichtung 800 verliehen wurde.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel führt die Detektions- und Isolationseinheit 100A immer eine arithmetische Operation durch, während der Motor M angesteuert wird. Alternativ dazu kann die Steuerung 100 eine arithmetische Einheit umfassen, die dazu konfiguriert ist, eine Sensorstörung zu detektieren, und die Detektions- und Isolationseinheit 100A kann beginnen, auf eine Detektion einer Sensorstörung hin eine arithmetische Operation durchzuführen.
11 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Steuerung 100 gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels. Bei dem in 11 veranschaulichten Beispiel umfasst die Steuerung 100 eine Störungsdetektionseinheit 100D. Um die Beschreibung zu erleichtern, veranschaulicht die 11 nicht die Vektorsteuereinheit 100B (4); jedoch umfasst die Steuerung 100 die Vektorsteuereinheit 100B. 12 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Störungsdetektionseinheit 100D. 13 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Detektions- und Isolationseinheit 100A.
Unter Bezugnahme auf 12 umfasst die Störungsdetektionseinheit 100D eine Subtraktionseinheit 161, eine Schwelleneinheit 162, eine Pegelvergleichseinheit 163, eine Additionseinheit 171, eine Schwelleneinheit 172, eine Pegelvergleichseinheit 173 und eine ODER-Einheit 180.
Die Subtraktionseinheit 161 berechnet einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem durch den Positionssensor θ1 detektierten Rotorwinkel θa und einem durch den Positionssensor θ2 detektierten Rotorwinkel θb. Wenn beide der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 normal sind, weisen die Rotorwinkel θa und θb einen im Wesentlichen gleichen Wert auf. Deshalb beträgt der Absolutwert der Differenz zwischen dem Rotorwinkel θa und dem Rotorwinkel θb im Wesentlichen null. Wenn zumindest einer der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 ausfällt, unterscheiden sich die Werte der Rotorwinkel θa und θb voneinander. Deshalb ist der Absolutwert der Differenz zwischen dem Rotorwinkel θa und dem Rotorwinkel θb ein anderer Wert als null. Die Subtraktionseinheit 161 gibt an die Pegelvergleichseinheit 163 den Absolutwert der Differenz zwischen dem Rotorwinkel θa und dem Rotorwinkel θb aus. Die Schwelleneinheit 162 behält eine im Voraus eingestellte Schwelle bei und gibt die Schwelle an die Pegelvergleichseinheit 163 aus. Die in der Schwelleneinheit 162 zurückgehaltene Schwelle wird auf einen gegebenen Wert eingestellt. Beispielsweise wird die Schwelle auf vier Grad eingestellt, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die Pegelvergleichseinheit 163 vergleicht die Schwelle mit dem Absolutwert der Differenz zwischen dem Rotorwinkel θa und dem Rotorwinkel θb. Falls der Absolutwert gleich der oder größer als die Schwelle ist, gibt die Pegelvergleichseinheit 163 ein Fehlersignal, das eine Sensorstörung angibt, an die ODER-Schaltung 180 aus. Falls der Absolutwert geringer ist als die Schwelle, gibt die Pegelvergleichseinheit 163 kein Fehlersignal aus.
Die Additionseinheit 171 berechnet eine Summe der Stromwerte Ia, Ib und Ic, die durch die drei Stromsensoren I1, I2 und I3 detektiert werden. Wenn alle drei Stromsensoren I1, I2 und I3 normal sind, beträgt die Summe der durch die drei Stromsensoren detektierten Stromwerte im Wesentlichen null. Im Gegensatz dazu weist dann, wenn zumindest einer der drei Stromsensoren I1, I2 und I3 ausfällt, die Summe der durch die drei Stromsensoren detektierten Stromwerte einen anderen Wert als null auf. Die Additionseinheit 171 gibt an die Pegelvergleichseinheit 173 das arithmetische Ergebnis der Summe der Stromwerte Ia, Ib und Ic aus. Die Schwelleneinheit 172 behält eine im Voraus eingestellte Schwelle zurück und gibt die Schwelle an die Vergleichspegeleinheit 173 aus. Die in der Schwelleneinheit 172 zurückbehaltene Schwelle wird auf einen gegebenen Wert eingestellt.
Die Pegelvergleichseinheit 173 vergleicht die Schwelle mit dem Wert der Summe der Stromwerte. Falls der Wert der Summe gleich der oder größer als die Schwelle ist, gibt die Pegelvergleichseinheit 173 ein Fehlersignal, das eine Sensorstörung angibt, an die ODER-Schaltung 180 aus. Falls der Wert der Summe geringer ist als die Schwelle, gibt die Pegelvergleichseinheit 173 kein Fehlersignal aus.
Wenn die ODER-Einheit 180 ein Fehlersignal von zumindest einer der Pegelvergleichseinheiten 163 und 173 empfängt, dann gibt die ODER-Einheit 180 ein Sensorstörung-Flag an die Detektions- und Isolationseinheit 100A aus. Wenn die Detektions- und Isolationseinheit 100A das Sensorstörung-Flag empfängt, dann führt die Detektions- und Isolationseinheit 100A eine Verarbeitung eines Detektierens, Identifizierens und Isolierens eines ausgefallenen Sensors durch. Die Einzelheiten der durch die Detektions- und Isolationseinheit 100A ausgeführten Verarbeitung wurden oben beschrieben. Wie oben beschrieben wurde, beginnt dann, wenn die Störungsdetektionseinheit 100D ein Auftreten einer Sensorstörung detektiert, die Detektions- und Isolationseinheit 100A, eine arithmetische Operation durchzuführen. Diese Konfiguration ermöglicht eine Verringerung des Leistungsverbrauchs seitens der Steuerung 100.
Die Störungsdetektionseinheit 100D umfasst nicht unbedingt die ODER-Einheit 180. 14 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Steuerung 100. Um die Beschreibung zu vereinfachen, veranschaulicht 11 nicht die Vektorsteuereinheit 100B (4); jedoch umfasst die Steuerung 100 die Vektorsteuereinheit 100B. 15 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Störungsdetektionseinheit 100D. 16 veranschaulicht schematisch Funktionsblöcke der Detektions- und Isolationseinheit 100A.
Bei dem in 15 veranschaulichten Beispiel vergleicht die Pegelvergleichseinheit 163 die Schwelle mit dem Absolutwert der Differenz zwischen dem Rotorwinkel θa und dem Rotorwinkel θb. Falls der Absolutwert gleich der oder größer als die Schwelle ist, gibt die Pegelvergleichseinheit 163 das Positionssensorstörung-Flag an die Detektions- und Isolationseinheit 100A aus. Falls der Absolutwert geringer als die Schwelle ist, gibt die Pegelvergleichseinheit 163 kein Positionssensorstörung-Flag aus. Die Pegelvergleichseinheit 173 vergleicht die Schwelle mit dem Wert der Summe der Stromwerte. Falls der Wert der Summe gleich der oder größer als die Schwelle ist, gibt die Pegelvergleichseinheit 173 das Stromsensorstörung-Flag an die Detektions- und Isolationseinheit 100A aus. Falls der Wert der Summe geringer ist als die Schwelle, gibt die Pegelvergleichseinheit 173 kein Stromsensorstörung-Flag aus.
Wenn die Detektions- und Isolationseinheit 100A zumindest entweder das Positionssensorstörung-Flag und/oder das Stromsensorstörung-Flag empfängt, dann führt die Detektions- und Isolationseinheit 100A eine Verarbeitung eines Detektierens, Identifizierens und Isolierens eines ausgefallenen Sensors durch. Die Einzelheiten der durch die Detektions- und Isolationseinheit 100A ausgeführten Verarbeitung wurden oben beschrieben. Bei diesem Beispiel kann die Detektions- und Isolationseinheit 100A die ODER-Einheit 180 umfassen (12). Wie oben beschrieben wurde, beginnt die Detektions- und Isolationseinheit 100A dann, wenn die Störungsdetektionseinheit 100D ein Auftreten einer Sensorstörung detektiert, eine arithmetische Operation durchzuführen. Diese Konfiguration ermöglicht eine Verringerung des Leistungsverbrauchs seitens der Steuerung 100.
Auch bei diesem Beispiel ermöglicht die arithmetische Operation seitens der Störungsdetektionseinheit 100D eine Identifikation bezüglich dessen, ob ein Stromsensor oder ein Positionssensor ausfällt. Deshalb kann eine Tabelle zur Verwendung bei der Detektions- und Isolationseinheit 100A auf entweder die Störung eines Stromsensors oder die Störung eines Positionssensors beschränkt sein.
Wenn die Detektions- und Isolationseinheit 100A beispielsweise das Positionssensorstörung-Flag empfängt, dann identifiziert und isoliert die Detektions- und Isolationseinheit 100A einen ausgefallenen Positionssensor unter Verwendung einer Tabelle 5 der 17. Wenn die Detektions- und Isolationseinheit 100A das Stromsensorstörung-Flag empfängt, dann identifiziert und isoliert die Detektions- und Isolationseinheit 100A einen ausgefallenen Stromsensor unter Verwendung einer Tabelle 6 der 18. Wenn die Detektions- und Isolationseinheit 100A sowohl das Positionssensorstörung-Flag als auch das Stromsensorstörung-Flag empfängt, dann identifiziert und isoliert die Detektions- und Isolationseinheit 100A einen ausgefallenen Positionssensor und einen ausgefallenen Stromsensor unter Verwendung einer Tabelle 7 der 19. Die Verwendung einer Tabelle, die auf eine spezifische Sensorstörung begrenzt ist, ermöglicht eine Verringerung der Belastung, die eine arithmetische Operation für die Steuerung 100 bedeutet.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines elektrischen Servolenksystems (EPS-Systems). Üblicherweise ist ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil mit einem EPS-System ausgestattet. Das EPS-System erzeugt ein Hilfsdrehmoment, das ein Lenkdrehmoment in einem Lenksystem unterstützt, wobei das Lenkdrehmoment erzeugt wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad dreht. Das Hilfsdrehmoment wird durch einen Hilfsdrehmomentmechanismus erzeugt. Das Hilfsdrehmoment verringert eine Last, die ein Lenkvorgang für den Fahrer bedeutet. Beispielsweise umfasst der Hilfsdrehmomentmechanismus einen Lenkdrehmomentsensor, eine elektrische Automobilsteuereinheit (ECU, electrical control unit), einen Motor, einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus und dergleichen. Der Lenkdrehmomentsensor detektiert ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem. Die ECU erzeugt auf der Basis eines Detektionssignals von dem Lenkdrehmomentsensor ein Treibersignal. Der Motor erzeugt ansprechend auf das Lenkdrehmoment auf der Basis des Treibersignals ein Hilfsdrehmoment. Der Motor überträgt das Hilfsdrehmoment über den Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus an das Lenksystem.
Die ECU umfasst eine Steuerung, eine Leistungsquelle, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, einen AD-Wandler, eine Lasttreiberschaltung, einen ROM und dergleichen. Beispielsweise ist die Steuerung eine Schaltung, die der oben beschriebenen Steuerung 100 entspricht, und die Lasttreiberschaltung ist eine Schaltung, die der oben beschriebenen Treiberschaltung 200 entspricht. Bei dem Automobil dient die ECU als Kern, um ein elektronisches Steuersystem darzustellen.
20 veranschaulicht schematisch eine typische Konfiguration eines EPS-Systems 2000 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Üblicherweise ist ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil mit einem EPS-System ausgestattet. Das EPS-System 2000 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ein Lenksystem 520 und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 540, der ein Hilfsdrehmoment erzeugt. Das EPS-System 2000 erzeugt ein Hilfsdrehmoment, das ein Lenkdrehmoment in einem Lenksystem unterstützt, wobei das Lenkdrehmoment erzeugt wird, wenn der Fahrer ein Lenkrad dreht. Das Hilfsdrehmoment verringert die Belastung des Fahrers bei einem Lenkvorgang.
Beispielsweise umfasst das Lenksystem 520 ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522, Kardangelenke 523A und 523B, eine Rotationswelle 524, einen Zahnstangenmechanismus 525, eine Zahnstange 526, ein linkes und ein rechtes Kugelgelenk 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Gelenke (Achsschenkelgelenke) 528A und 528B, ein linkes und ein rechtes Rad 529A und 529B und dergleichen.
Beispielsweise umfasst der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 einen Lenkdrehmomentsensor 541, eine Automobil-ECU 542, einen Motor 543, einen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 544 und dergleichen. Der Lenkdrehmomentsensor 541 detektiert ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem 520. Die ECU 542 erzeugt ein Treibersignal auf der Basis eines Detektionssignals von dem Lenkdrehmomentsensor 541. Der Motor 543 erzeugt ansprechend auf das Lenkdrehmoment auf der Basis des Treibersignals ein Hilfsdrehmoment. Der Motor 543 überträgt das Hilfsdrehmoment über den Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 544 an das Lenksystem 520.
Beispielsweise umfasst die ECU 542 die oben beschriebene Steuerung 100, die oben beschriebene Treiberschaltung 200 und dergleichen. Bei dem Automobil dient die ECU als Kern zum Bilden eines elektronischen Steuersystems. Bei dem EPS-System 2000 stellen beispielsweise die ECU 542, der Motor 543 und ein Inverter 545 ein Motortreibersystem dar. Das Motortreibersystem 1000 kann auf geeignete Weise als das Motortreibersystem verwendet werden.

Die folgende Beschreibung betrifft ein Ergebnis einer Verifikation unter Verwendung von Matlab/Simulink, das von MathWorks erhältlich ist, bezüglich der Gültigkeit des Algorithmus beim Detektieren, Identifizieren und Isolieren eines ausgefallenen Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel. Diese Überprüfung wurde unter Verwendung eines Modells eines Oberflächenpermanentmagnet-Motors (SPM-Motors) durchgeführt. Die Tabelle 1 zeigt Werte verschiedener Systemparameter bei der Überprüfung. Bei diesem Überprüfungsmodell wird der SPM-Motor durch die Vektorsteuerung gesteuert. Die Tabelle 2 zeigt Variablen zur Verwendung bei der Vektorsteuerung. [Tabelle 1]

Trägheitsmoment	6,9e^-5 [kg•m²]
Reibungskoeffizient	5,1e^-3 [Nm/(rad/s)]
Widerstand (Motor + ECU)	8,50 mΩ + 5,43 mΩ
L_d (nominal)	40,7 µH
L_q (nominal)	38,8 µH
Spannungsbereich	10 bis 16 V
Temperaturbereich	-40°C bis 90°C
Motortyp	Bürstenloser Gleichstrommotor
Anzahl von Polen	8
Anzahl von Schlitzen	12
Maximaler Strom	77 A
Nennspannung	13,5 V
Nenntemperatur	80°C
Maximales Drehmoment	5,96 N•m
Drahtdurchmesser	ϕ1,45 mm
Anzahl der Windungen	11,5

[Tabelle 2]

Referenz Iq	10,32 A/20,65 A
Referenz Id	0 A
Geschwindigkeit	750 U/min

[Störung eines Stromsensors]
Unter Bezugnahme auf 21 bis 26 erfolgt nun eine Beschreibung eines Simulationsergebnisses in dem Fall, dass einer der drei Stromsensoren I1, I2 und I3 ausfällt. Bei der folgenden Beschreibung wird ein Fall, in dem eine derartige Sensorstörung auftritt, als „erster Fall“ bezeichnet.
21 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die drei Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem ersten Fall detektiert werden. In 21 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar, und die horizontale Achse stellt einen Zeitpunkt (s) dar. Bezüglich simulierten Signalverläufen, die in 21 bis 56 veranschaulicht sind, stellt die horizontale Achse einen Zeitpunkt (s) dar. 21 bis 56 veranschaulichen jeweils einen Signalverlauf in einem Zeitraum von 0 Sekunden bis 0,5 Sekunden.
22 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem ersten Fall. 23 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Iq gemäß dem ersten Fall. In 22 und 23 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
24 veranschaulicht einen Signalverlauf eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel θest und einem elektrischen Winkel θe dargestellt wird, der aus einem gemessenen mechanischen Winkel gemäß dem ersten Fall berechnet wird. In 24 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
In 24 stellt „Differenz zwischen Sensor und sensorlos“ den Signalverlauf des elektrischen Winkels θFehler dar. Auch in 24 stellt „höchstzulässige Differenz“ einen höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax dar, der eine Schwelle ist. Die genannten Punkte gelten auch für die 30, 36, 42, 48 und 54.
25 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem ersten Fall detektiert werden. In 25 stellt die vertikale Achse den mechanischen Winkel des Rotors dar.
26 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem ersten Fall, In 26 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem ersten Fall wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Motortreibersystem 1000 und dem Stromsensor I1, der einen Stromwert Ia detektiert, zu einem Zeitpunkt von 0,4 s getrennt. Diese Trennung bedeutet, dass der Stromsensor I1, der den Stromwert Ia detektiert, zum Zeitpunkt von 0,4 s ausfällt. Bei dem in 21 veranschaulichten Beispiel beträgt der Stromwert Ia zum und nach dem Zeitpunkt von 0,4 s null.
Wie in 24 veranschaulicht ist, fällt vor dem Zeitpunkt von 0,4 s, zu dem die Störung auftritt, der elektrische Winkel θFehler in einen Bereich, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Falls die Störung auftritt, übersteigt der elektrische Winkel θFehler den höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax. Wie in 26 veranschaulicht ist, schwankt außerdem das Drehmoment stark.
Bei dem in 24 veranschaulichten Beispiel weist der elektrische Winkel θFehler zu einem Zeitpunkt von 0,25 s einen großen Wert auf. Dieses Phänomen wird durch eine Drehmomentschwankung zum Zeitpunkt von 0,25 s bewirkt und wird nicht als Sensorstörung detektiert. Beispielsweise ermöglichen ein Detektieren, dass die Summe der Stromwerte la, Ib und Ic im Wesentlichen null beträgt, und ein Detektieren, dass die Rotorwinkel θa und θb einen im Wesentlichen gleichen Wert aufweisen, ein Erfassen einer Situation, in der keine Sensorstörung auftritt. Auch bei den später zu beschreibenden Signalverläufen wird desgleichen eine Signalverlaufsschwankung zu einem Zeitpunkt von 0,25 s durch eine Drehmomentschwankung bewirkt, und dieses Phänomen wird nicht als Sensorstörung detektiert.
27 bis 32 veranschaulichen jeweils ein Ergebnis einer Simulation eines, falls einer der drei Stromsensoren I1, I2 und I3 ausfällt, Detekierens, Identifizierens und Isolierens des ausgefallenen Sensors, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors kontinuierlich anzusteuern. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall eines kontinuierlichen Ansteuerns des Motors als „zweiter Fall“ bezeichnet.
27 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem zweiten Fall detektiert wurden. In 27 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar.
28 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem zweiten Fall. 29 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Iq gemäß dem ersten Fall. In 28 und 29 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
30 veranschaulicht einen Signalverlauf eines elektrischen Winkels θFehler, der durch einen Absolutwert einer Differenz zwischen einem geschätzten elektrischen Winkel θest und einem elektrischen Winkel θe dargestellt wird, der ausgehend von einem gemessenen mechanischen Winkel berechnet wird, gemäß dem zweiten Fall. In 30 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
31 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem zweiten Fall detektiert werden. In 31 stellt die vertikale Achse den mechanischen Winkel des Rotors dar.
32 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem zweiten Fall. In 32 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem zweiten Fall, wie auch in dem ersten Fall, wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Motortreibersystem 1000 und dem Stromsensor I1, der einen Stromwert Ia detektiert, zu einem Zeitpunkt von 0,4 s getrennt.
Wie in 30 veranschaulicht ist, ist der elektrische Winkel θFehler zu einem Zeitpunkt von 0,4 s, zu dem die Störung auftritt, größer als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Aus 30 geht hervor, dass ein Detektieren, Identifizieren und Isolieren des ausgefallenen Sensor, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors kontinuierlich anzusteuern, nach dem Zeitpunkt von 0,4 s bewirkt, dass der elektrische Winkel θFehler innerhalb eines kürzeren Zeitraums in einen Bereich fällt, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Auch geht aus 32 hervor, dass das Drehmoment leicht schwankt.
[Störung des Positionssensors]
Unter Bezugnahme auf 33 bis 38 erfolgt eine Beschreibung eines Simulationsergebnisses in dem Fall, dass einer der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 ausfällt. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall, in dem eine derartige Sensorstörung auftritt, als „dritter Fall“ bezeichnet.
33 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem dritten Fall detektiert werden. In 33 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar.
34 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem dritten Fall. 35 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Strom Iq gemäß dem dritten Fall. In 34 und 35 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
36 veranschaulicht einen Signalverlauf eines elektrischen Winkels θFehler gemäß dem dritten Fall. In 36 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
37 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem dritten Fall detektiert werden. In 37 stellt die vertikale Achse den mechanischen Winkel des Rotors dar.
38 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem dritten Fall. In 38 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem dritten Fall wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Motortreibersystem 1000 und dem Positionssensor θ1 zu einem Zeitpunkt von 0,3 s getrennt. Diese Trennung bedeutet, dass der Positionssensor θ1 zu dem Zeitpunkt 0,3 s ausfällt. Bei dem in 37 veranschaulichten Beispiel beträgt der Rotorwinkel des Positionssensors θ1 zum und nach dem Zeitpunkt von 0,3 s null.
Wie in 36 veranschaulicht ist, fällt der elektrische Winkel θFehler vor dem Zeitpunkt von 0,3 s, zu dem die Störung auftritt, in einen Bereich, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Falls die Störung auftritt, überschreitet der elektrische Winkel θFehler den höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax. Wie in 38 veranschaulicht ist, schwankt außerdem das Drehmoment stark.
39 bis 44 veranschaulichen jeweils ein Ergebnis einer Simulation, falls einer der zwei Positionssensoren θ1 und θ2 ausfällt, eines Detektierens, Identifizierens und Isolierens des ausgefallenen Sensors, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors kontinuierlich anzusteuern. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall eines kontinuierlichen Ansteuerns des Motors als „vierter Fall“ bezeichnet.
39 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem vierten Fall detektiert werden. In 39 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar.
40 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem vierten Fall. 41 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Iq gemäß dem ersten Fall. In 40 und 41 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
42 veranschaulicht einen Signalverlauf eines elektrischen Winkels θFehler gemäß dem vierten Fall. In 42 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
43 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem vierten Fall detektiert werden. In 43 stellt die vertikale Achse den mechanischen Winkel des Rotors dar.
44 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem vierten Fall. In 44 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem vierten Fall wird, wie in dem dritten Fall, eine elektrische Verbindung zwischen dem Motortreibersystem 1000 und dem Positionssensor θ1 zu einem Zeitpunkt vom 0,3 s getrennt.
Wie in 42 veranschaulicht ist, ist der elektrische Winkel θFehler zu dem Zeitpunkt von 0,3 s, zu dem die Störung auftritt, größer als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Aus 42 geht hervor, dass das Detektieren, Identifizieren und Isolieren des ausgefallenen Sensors, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors nach dem Zeitpunkt von 0,3 s kontinuierlich anzusteuern, bewirkt, dass der elektrische Winkel θFehler in einem kürzeren Zeitraum in einen Bereich fällt, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Auch geht aus 44 hervor, dass das Drehmoment leicht schwankt.
[Störungen des Stromsensors und Positionssensors]
Unter Bezugnahme auf 45 bis 50 erfolgt eine Beschreibung eines Simulationsergebnisses in dem Fall, dass sowohl ein Stromsensor als auch ein Positionssensor ausfällt. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall, in dem eine derartige Sensorstörung auftritt, als „fünfter Fall“ bezeichnet.
45 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem fünften Fall detektiert werden. In 45 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar.
46 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem fünften Fall. 47 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Iq gemäß dem fünften Fall. In den 46 und 47 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
48 veranschaulicht einen elektrischen Winkel θFehler gemäß dem fünften Fall. In 48 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
49 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem fünften Fall detektiert werden. In 49 stellt die vertikale Achse die mechanischen Winkel des Rotors dar.
50 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem fünften Fall. In 50 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem fünften Fall fällt zuerst der Positionssensor θ1 zu einem Zeitpunkt von 0,3 s aus. Bei dem in 49 veranschaulichten Beispiel beträgt der Rotorwinkel des Positionssensors θ1 zum und nach dem Zeitpunkt von 0,3 s null. Als Nächstes fällt der Stromsensor I1 zu einem Zeitpunkt von 0,4 s aus. Bei dem in 45 veranschaulichten Beispiel beträgt der Stromwert Ia zu und nach dem Zeitpunkt von 0,4 s null.
Wie in 48 veranschaulicht ist, fällt der elektrische Winkel θFehler vor dem Zeitpunkt von 0,3 s, zu dem der Positionssensor θ1 ausfällt, in einen Bereich, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Falls die Störung auftritt, übersteigt der elektrische Winkel θFehler den höchstzulässigen Rotorwinkel Fehlermax. Wie in 50 veranschaulicht ist, schwankt außerdem das Drehmoment stark.
51 bis 56 veranschaulichen jeweils ein Ergebnis einer Simulation, falls sowohl ein Stromsensor als auch ein Positionssensor ausfallen, eines Detektierens, Identifizierens und Isolierens der ausgefallenen Sensoren, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als der ausgefallenen Sensoren kontinuierlich anzusteuern. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall eines kontinuierlichen Ansteuerns des Motors als „sechster Fall“ bezeichnet.
51 veranschaulicht Signalverläufe von Strömen, die durch die Stromsensoren I1, I2 und I3 gemäß dem sechsten Fall detektiert werden. In 51 stellt die vertikale Achse die Ströme (A) dar.
52 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Id gemäß dem sechsten Fall. 53 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Stroms Iq gemäß dem ersten Fall. In 52 und 53 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar.
54 veranschaulicht einen Signalverlauf eines elektrischen Winkels θFehler gemäß dem sechsten Fall. In 54 stellt die vertikale Achse den elektrischen Winkel dar.
55 veranschaulicht Signalverläufe von Rotorwinkeln, die durch die zwei Positionssensoren θ1 und θ2 gemäß dem sechsten Fall detektiert werden. In 55 stellt die vertikale Achse die mechanischen Winkel des Rotors dar.
56 veranschaulicht einen Signalverlauf eines Drehmoments gemäß dem sechsten Fall. In 56 stellt die vertikale Achse das Drehmoment (N•m) dar.
In dem sechsten Fall fällt zuerst, wie bei dem fünften Fall, der Positionssensor θ1 zu einem Zeitpunkt von 0,3 s aus. Als Nächstes fällt der Stromsensor I1 zu einem Zeitpunkt von 0,4 s aus.
Wie in 54 veranschaulicht ist, ist der elektrische Winkel θFehler zu dem Zeitpunkt von 0,3 s, zu dem der Positionssensor θ1 ausfällt, größer als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Aus 54 geht hervor, dass das Detektieren, Identifizieren und Isolieren des ausgefallenen Sensors, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors kontinuierlich anzusteuern, nach dem Zeitpunkt von 0,3 s bewirkt, dass der elektrische Winkel θFehler in einem kürzeren Zeitraum in einen Bereich fällt, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Außerdem ist der elektrische Winkel θFehler zu dem Zeitpunkt von 0,4 s, zu dem der Stromsensor I1 ausfällt, größer als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Aus 54 geht außerdem hervor, dass das Detektieren, Identifizieren und Isolieren des ausgefallenen Sensors, um den Motor unter Verwendung eines anderen Sensors als des ausgefallenen Sensors kontinuierlich anzusteuern, nach dem Zeitpunkt von 0,4 s bewirkt, dass der elektrische Winkel θFehler in einem kürzeren Zeitraum in einen Bereich fällt, der kleiner ist als der höchstzulässige Rotorwinkel Fehlermax. Aus 56 geht außerdem hervor, dass das Drehmoment leicht schwankt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist auf geeignete Weise auf ein Motortreibersystem für einen Shift-by-Wire-Motor, einen Steer-by-Wire-Motor, einen Brake-by-Wire-Motor, einen Fahrmotor und dergleichen anwendbar, die jeweils eine Fähigkeit erfordern, eine Sensorstörung zu detektieren. Beispielsweise ist ein Motortreibersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in einem selbstfahrenden Auto installierbar, das Niveaus 0 bis 4 (Automatisierungsstandards) erfüllt, die von der japanischen Regierung und der US-Bundesbehörde für Straßen- und Fahrzeugsicherheit (National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA) des Transportministeriums der Vereinigten Staaten vorgeschrieben sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist vielfach auf eine Vielzahl von Vorrichtungen anwendbar, die mit diversen Motoren ausgestattet sind, beispielsweise auf einen Staubsauger, einen Trockner, einen Deckenlüfter, eine Waschmaschine, einen Kühlschrank und ein elektrisches Servolenksystem.
Bezugszeichenliste
100: Steuerung (Steuerschaltung), 100A: Einheit zur Detektion und Isolation eines ausgefallenen Sensors, 100B: Vektorsteuereinheit, 200: Treiberschaltung, 300: Inverter, 400: Abschalt-Schaltung, 600: AD-Wandler, 800: Benachrichtigungsvorrichtung, 900: ROM, 1000: Motortreibersystem, I1, I2, I3: Stromsensor, θ1, θ2: Positionssensor, 2000: EPS-System

Claims

Ein Verfahren zum Steuern eines Motors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (A) Erfassen dreier Stromwerte Ia, Ib und Ic von Dreiphasenströmen, die durch den Motor fließen, wobei die drei Stromwerte Ia, Ib und Ic durch drei Stromsensoren detektiert werden, und zweier Rotorwinkel θa und θb des Motors, wobei die zwei Rotorwinkel θa und θb durch zwei Positionssensoren detektiert werden; (B) Durchführen von sechs Arten einer Berechnung unter Verwendung von zwei der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic und eines der zwei Rotorwinkel θa und θb; (C) Identifizieren zumindest eines ausgefallenen Sensors aus den Stromsensoren sowie den Positionssensoren unter Verwendung einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem ausgefallenen Sensor und einem Muster eines Ergebnisses jeder der sechs Berechnungsarten zeigt; (D) Auswählen, als normalen Sensor, eines Sensors, der nicht der zumindest eine identifizierte ausgefallene Sensor ist; und (E) Steuern des Motors unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem dann, wenn der ausgefallene Sensor vorliegt, ein Ergebnis einer Berechnung unter Verwendung eines Stromwerts oder eines Rotorwinkels, der durch den ausgefallenen Sensor detektiert wird, unter den sechs Berechnungsarten anomal ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem ein Ergebnis einer Berechnung unter Verwendung eines Stromwerts und eines Rotorwinkels, die durch andere Sensoren als den ausgefallenen Sensor detektiert werden, unter den sechs Berechnungsarten normal ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Identifizierungsschritt (C) (c1) ein Identifizieren, als ausgefallenen Sensor, eines Sensors, der einen Stromwert oder einen Rotorwinkel detektiert, der für alle anomalen Berechnungsergebnisse unter den sechs Berechnungsarten verwendet wird, umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jeder der zwei Rotorwinkel θa und θb, die durch die zwei Positionssensoren detektiert werden, ein mechanischer Winkel ist, und jede der sechs Berechnungsarten (B) Folgendes umfasst: Berechnen eines elektrischen Winkels θest unter Verwendung zweier der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic; Umwandeln eines der zwei Rotorwinkel θa und θb in einen elektrischen Winkel θe; und Ausgeben eines Fehlersignals, das ein anomales Ergebnis angibt, wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem elektrischen Winkel θest und dem elektrischen Winkel θe gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in dem Fall, dass einer der Stromsensoren als ausgefallener Sensor identifiziert wird, der Auswählschritt (D) ein (d1) Auswählen, als normalen Sensor, eines Stromsensors, der sich von dem als ausgefallener Sensor identifizierten Stromsensor unterscheidet, umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in dem Fall, dass einer der Positionssensoren als ausgefallener Sensor identifiziert wird, der Auswählschritt (D) ein (d2) Auswählen, als normalen Sensor, eines Positionssensors, der sich von dem als ausgefallener Sensor identifizierten Positionssensor unterscheidet, umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ein Erzeugen eines Benachrichtigungssignals aufweist, um die Aufmerksamkeit eines Menschen zu gewinnen, falls zumindest einer der Stromsensoren sowie der Positionssensoren als ausgefallener Sensor identifiziert wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ein Anhalten des Motors aufweist, falls zwei der drei Stromsensoren jeweils als ausgefallener Sensor identifiziert werden.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ein Anhalten des Motors aufweist, falls alle Positionssensoren jeweils als ausgefallener Sensor identifiziert werden.
Ein Motorsteuersystem, das folgende Merkmale aufweist: einen Motor; drei Stromsensoren, die dazu konfiguriert sind, jeweils einen Stromwert von Dreiphasenströmen, die durch den Motor fließen, zu detektieren; zwei Positionssensoren, die dazu konfiguriert sind, jeweils einen Rotorwinkel des Motors zu detektieren; und eine Steuerschaltung, die dazu konfiguriert ist, den Motor zu steuern, wobei die Steuerschaltung die drei Stromwerte Ia, Ib und Ic der durch den Motor fließenden Dreiphasenströme erfasst, wobei die drei Stromwerte Ia, Ib und Ic durch die drei Stromsensoren detektiert werden, und die zwei Rotorwinkel θa und θb des Motors erfasst, wobei die zwei Rotorwinkel θa und θb durch zwei Positionssensoren detektiert werden, die Steuerschaltung sechs Berechnungsarten unter Verwendung zweier der drei Stromwerte Ia, Ib und Ic und eines der zwei Rotorwinkel θa und θb durchführt, die Steuerschaltung zumindest einen ausgefallenen Sensor unter den Stromsensoren sowie den Positionssensoren unter Verwendung einer Tabelle identifiziert, die eine Beziehung zwischen einem ausgefallenen Sensor und einem Muster eines Ergebnisses jeder der sechs Berechnungsarten zeigt, die Steuerschaltung als normalen Sensor einen anderen Sensor als den zumindest einen identifizierten ausgefallenen Sensor auswählt, und die Steuerschaltung den Motor unter Verwendung des ausgewählten normalen Sensors steuert.
Ein elektrisches Servolenksystem, das folgendes Merkmal aufweist: das Motorsteuersystem gemäß Anspruch 11.