DE19758128A1

DE19758128A1 - Motor-Steuerungsbaugruppe und Verfahren zu deren Steuerung

Info

Publication number: DE19758128A1
Application number: DE19758128A
Authority: DE
Inventors: Charles F Weber; Gary M Klingler
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: US5757596A; DE19758128B4; GB2321349B; GB2321349A; GB9727540D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Steuerungsbau gruppe mit der Fähigkeit zur Fehlerermittlung, insbesondere eine Motor-Steuerungsbaugruppe und ein Verfahren zum Steuern eines zum Positionieren der Drosselklappe dienenden Motors in einer Drosselklappen-Steuerungseinheit und zur Ermittlung von Motor-Schaltungsfehlern.

Bei einer elektronischen Drossel-Steuerungseinheit eines Fahrzeuges wird üblicherweise ein Motor eingesetzt, bei dem der Gesamtfluß der Motorspulen ein Drehmoment an der Motor welle zum Stellen der Drosselklappe erzeugt. Der durch die Wicklungen des Motors fließende Strom wird durch eine Mikro computer-Steuereinrichtung eingestellt, um das notwendige Drehmoment zu erzeugen. Falls eine der Spulenschaltungen im Motor funktionsunfähig wird, kann das elektromagnetische Feld nicht länger gesteuert werden, die Steuereinrichtung wird ab geschaltet und eine Feder zieht den abgeschalteten Motor in eine Stellung, die der geschlossenen Stellung der Drossel klappe entspricht. In diesem geschlossenen Zustand kann die Drosselklappe nicht länger arbeiten, wodurch das Fahrzeug be triebsunfähig wird.

Aus der US-PS 52 47 217 ist es bekannt, einen derartigen Störzustand zu überwinden, indem zwei Teilwicklungen für jede Phase verwendet werden, wodurch eine Teilwicklung während ei nes betriebsunfähigen Zustandes der anderen Teilwicklung be triebsfähig bleiben kann, so daß ein stetiger Betrieb des Mo tors ermöglicht wird. Aus der o.g. Patentschrift ist ein Sy stem für einen Schrittmotorantrieb bekannt, der einen Zwei phasen-Schrittmotor und zwei Teilwicklungen für jede Phase aufweist. Eine Steuereinrichtung ist an eine Ausgangs- bzw. Endstufe angeschlossen, um den durch die Wicklungen fließen den Strom einzustellen. Für jede Wicklung ist eine zugeord nete Endstufe vorhanden. Der Steuereinrichtung wird ein Rück kopplungssignal zugeleitet, um das Funktionieren der einzel nen Teilwicklungen zu überwachen und um im Falle eines be triebsunfähigen Zustandes einer der Teilwicklungen ein Alarm signal an die Steuereinrichtung zu übertragen. In letzterem Falle steuert die Steuereinrichtung den durch die verblei bende Teilwicklung fließenden Strom derart, daß diese wenig stens teilweise die Funktion der betriebsunfähigen Teilwick lung übernimmt. Dadurch wird eine Redundanz im System er zielt. Ein mögliches Problem dieser Steuerungsvorrichtung be steht darin, daß im Falle fehlerhafter Elektronik ein unkon trolliertes Motordrehmoment auftreten kann.

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motorsteuerungsbaugruppe sowie ein Steuerungsverfahren zu schaffen, bei der bzw. bei dem ein redundanter, stetiger Mo torbetrieb unter Erkennung und Isolierung möglicher Fehler in der Baugruppe und dem Motor ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Motor-Steuerungsbaugruppe mit einem Motor mit wenigstens einer Phase, die wenigstens eine erste und eine zweite unabhängige elektromagnetische Spule aufweist, vorgesehen. Die Motor-Steuerungsbaugruppe weist auch eine Motor-Steuerungseinrichtung auf, die wenig stens ein für ein gefordertes Niveau repräsentatives Steuer signal und Abschalt- bzw. Sperrsignale erzeugt. Die Motor- Steuerungsbaugruppe umfaßt ferner wenigstens ein erstes und ein zweites Ansteuerelement, an welches die jeweiligen Spulen angeschlossen sind, wobei das jeweilige Ansteuerelement das jeweilige Steuersignal zum Einschalten bzw. Erregen der Spu len empfängt und das Sperrsignal zum Sperren und Abschalten bzw. Aberregen einer der Spulen in der jeweiligen Phase unab hängig von der anderen Spule oder den anderen Spulen der je weiligen Phase empfängt.

Weiterhin ist zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ein Verfahren zum Steuern eines Motors vorgesehen, der wenigstens eine Phase mit wenigstens zwei unabhängigen elektromagneti schen Spulen für jede Phase des Motors aufweist. Das Verfah ren weist den Schritt des Ansteuerns jeder Spule unabhängig von jeder anderen Spule basierend auf einem Steuersignal, das Informationen bezüglich des Spulenerregungsgrades und/oder des Ansteuersignals rückführt, des Abfragens einer Störung bzw. eines Fehlers in jeder Spule und des Sperrens bzw. Abschaltens der Spule, wenn in ihr ein Fehler festgestellt wurde, wodurch eine fortgesetzte Motorsteuerung durch die je weils andere Spule oder die jeweils anderen Spulen in einer bestimmten Phase ermöglicht wird, auf.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Fehler ermittelt und isoliert werden können und dadurch ein stetiger Betrieb des Motors ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß jede Spule jeder Phase separat gesteuert wird, wodurch ein stabi lerer Betrieb möglich ist. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß Spulen bzw. Ansteuerelemente, die einen nicht ak zeptablen oder unbekannten Zustand aufweisen, abgeschaltet bzw. gesperrt werden können, um eine ständige Steuerung des zum Motor fließenden Stroms zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Motor-Steuerungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Querschnitts eines Motors;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausfüh rungsform eines Ansteuerelementes;

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausfüh rungsform des Ansteuerelementes

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Motor-Steuerungsbaugruppe aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Motor-Steuerungsbau gruppe 10 dargestellt. Die Motor-Steuerungsbaugruppe 10 wird als Teil einer elektronischen Drossel-Steuerungseinrichtung verwendet. Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch in Zusammenhang mit anderen Motor-Steuerungsanwendungen eingesetzt werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Motor-Steuerungsbau gruppe 10 ein Befehls-Betätigungselement 12 auf, das im dar gestellten Ausführungsbeispiel eine Drosselstellungs-Be fehlseinheit ist, das bzw. die ein für eine Sollstellung re präsentatives Betätigungselement-Signal erzeugt. Das Befehls- Betätigungselement 12 ist mit einer Motor-Steuerungseinrich tung 14 verbunden, die das Betätigungselement-Signal auswer tet, um Steuersignale zu erzeugen, nämlich geforderte Strom pegel und Sperrsignale. Die Motor-Steuerungseinrichtung 14 ist mit einer Mehrzahl von Ansteuerelementen 16 verbunden, die die Steuer- und Sperrsignale empfangen, um ihrerseits einen Motor 18 anzusteuern. Die Ansteuerelemente erzeugen je weils ein Rückkopplungssignal für die Motor-Steuerungsein richtung 14.

Der Motor 18 weist Redundanzfähigkeiten dadurch auf, daß jede Phase zwei elektromagnetische Spulen 20-1, -2 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform weist der Motor 18 drei Phasen A, B, C auf, wobei jede Phase A, B, C zwei elektroma gnetische Spulen umfaßt, die als 20A1, 20A2, 20B1, 20B2, 20C1, 20C2 bezeichnet sind. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Phasenanzahlen verwendet werden, z. B. eine oder zwei. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 18 ein variabler Reluktanzmotor herkömmlicher Konfiguration.

Jede elektromagnetische Spule 20A1, 20A2, 20B1, 20B2, 20C1, 20C2 weist ein separates und unabhängiges Ansteuerelement 16A1, 16A2, 16B1, 16B2, 16C1, 16C2 auf, das mit der jeweili gen Spule verbunden ist. Daher kann die Motor-Steuerungsein richtung 14 jedes Ansteuerelement 16A1, 16A2, 16B1, 16B2, 16C1, 16C2 und die elektromagnetischen Spulen 20A1, 20A2, 20B1, 20B2, 20C1, 20C2 getrennt steuern, basierend auf den Rückkopplungssignalen und den Drossel- oder Positionsanforde rungen. Der Motor 18 weist einen Motor-Stellungssensor 22 auf, der an die Motor-Steuerungseinrichtung 14 angeschlossen ist. Ebenso ist eine Verbrennungsmotor- oder Maschinen-Dros seleinheit 24 vorgesehen, wie sie gemäß dem Stand der Technik allgemein bekannt ist.

In Fig. 2 ist der Querschnitt des variablen Dreiphasen-Reluk tanzmotors 18 dargestellt. Die Motorphase A weist Polpaare P1, P4 um den Stator 19 herum auf, um ein elektromagnetisches Feld zwecks Rotation des Rotors 21 zu erzeugen. Zu den Phasen B und C gehören Polpaare P2, P5 bzw. P3, P6. Im Gegensatz zu üblichen bei Kraftfahrzeugen verwendeten Motortypen kommt der variable Reluktanzmotor 18 ohne Permanentmagnetfeld aus. Dies ist für einen Einsatz bei elektronischen Drosseln vorteil haft, insbesondere im Hinblick auf die von der Drossel-Rück holfeder entwickelte Schließgeschwindigkeit. Bei Einsatz von Permanentmagneten ist ein magnetisch induzierter Rest- Motorwellenwiderstand vorhanden, selbst wenn die Motorschal tung abgeschaltet wird. Um die spezifizierten passiven Dros sel-Rückholzeiten einzuhalten, ist deshalb eine stärkere Rückholfeder erforderlich. Außerdem kann der Restwiderstand sich im Fehlerfalle durch Kurzschluß in der Spule 20 oder im Ansteuerelement 16 erhöhen. Der Rest-Wellenwiderstand des variablen Reluktanzmotors 18 ist sehr niedrig und im wesent lichen durch die Reibung der die Welle aufnehmenden Kugella ger bestimmt.

Nachfolgend wird das Ansteuerelement 16 näher beschrieben, wobei die Konstruktion auf jedes Ansteuerelement 16A1, 16A2, 16B1, 16B2, 16C1, 16C2 übertragbar ist. Das Ansteuerelement 16 weist einen Schalt-Konstantstromverstärker auf, wie in Fig. 3 dargestellt. Das Ansteuerelement 16 ist als Zweiqua drantenverstärker ausgebildet, wobei die jeweilige Spule 20 in einem kontinuierlichen Stromzuführungsmodus betrieben wird. Der gewünschte Strompegel wird durch die Motor-Steue rungseinrichtung 14 in einer Schalt-Steuereinrichtung 26 festgesetzt, die eine geeignete Stabilitäts-Kompensation auf weist und ihrerseits die Motorspule 20 mit einem geeigneten Strompegel-Signal ansteuert. Die Schalt-Steuereinrichtung 26 schließt gleichzeitig obere und untere Schalter SW1, SW2 durch ein Paar UND-Gatter 34, 35, die als Eingangsdaten auch das Sperrsignal empfangen. Wenn die Schalter SW1, SW2 ge schlossen sind, fließt der Motorspulenstrom durch einen Stromsensor 28 und verstärkt sich entsprechend der Ansteuer elementspannung und der Spuleninduktion. Wenn der Spulenstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, werden sowohl der obere als auch der untere Schalter SW1, SW2 geöffnet. Die Schalter bleiben dann bis zum Start des nächsten Zyklus aus. Die Dauer des Zyklus ist im Vergleich zur Änderungsrate des Motorspu lenstroms sehr kurz. Dieses führt zu einem gleichförmigen Spulenstromfluß. Es kann gezeigt werden, daß sich der unge fähre mittlere Stromfluß in der Spule wie folgt bestimmt:

I = V_m/R für I < 0 Gleichung 1
wobei V_m = V_sys(2D-1) Gleichung 2
und D = t_on/T Gleichung 3

wobei I der mittlere Motorspulenstrom, V_sys die Systemspan nung, V_m die mittlere an die Motorspule angelegte Spannung, R der Motorspulenwiderstand, D das Schaltverhältnis (duty cy cle), t_on die Anschaltzeit und T die Zyklusdauer ist.

Da das Ansteuerelement 16 mit einem kontinuierlichem Strom fluß arbeitet, fließt unter normalen Bedingungen ständig Strom durch die Spule 20. Somit ist ständig ein kleiner, sich verändernder Strom in der Motorspule 20 vorhanden, wenn die Motor-Steuerungseinrichtung 14 einen Betrieb mit Minimalstrom festsetzt. Die Überwachung des dynamischen Betriebsverhaltens des Ansteuerelementes 16 ist der Schlüssel zur Fehlerermitt lung, wie nachfolgend beschrieben wird.

Bei dem Ansteuerelement 16 wird eine stromabfragende Rück kopplung verwendet, um den Motorstrom unter Ansprechen auf das Befehlssignal von der Motor-Steuerungseinrichtung 14 zu steuern. Wenn minimaler Strom befohlen wird, bestimmt die Schalt-Steuereinrichtung 26 den minimalen Strom, der die Be dingungen eines kontinuierlichen Stromflusses erfüllt unter Verwendung der vorstehend angegebenen Gleichungen 1 bis 3. Aus den oben angegebenen Gleichungen ist ersichtlich, daß die Schalt-Steuereinrichtung 26 einen Mittelwert von D sucht, der etwas größer als 0,5 ist. Dieser Betriebspunkt wird dann als Basis zur Bestimmung der Güte des Ansteuerelements 16 heran gezogen. Signifikante Abweichungen von diesem Betriebspunkt zeigen eine Störung an, wie weiter unten erläutert wird.

Die Schalter SW1, SW2 können jede übliche Transistorschalter art oder jeder andere gemäß dem Stand der Technik bekannte Schalter sein. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Schalter SW1 und SW2 MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feld effekttransistoren). Der Stromsensor 28 kann jede Strom sensorart sein, wie z. B. Widerstandssensoren oder Stromfüh ler. Insbesondere kann der Schalter SW2 vom Typ eines Lei stungs-FET(Feldeffekttransistors) mit einem inneren Wi derstand sein. Innerhalb dieser integrierten FET-Chip schaltung kann der Strom intern gemessen und nach außen wei tergegeben werden. Diese Information wird an die Schalt- Steuereinrichtung 26 weitergeleitet, die so jede Änderung in der Erregung der Spulen 20 ermitteln kann. Wenn beide Schal ter SW1, SW2 "an" sind, liegt die Spannung V+ an der Spule 20 an. Wenn die Schalter SW1, SW2 offen sind, bleibt in der Mo torspule 20 aufgrund deren Induktivität zunächst ein Strom aufrechterhalten. Dieser Strom fließt über einen Pfad, der durch Dioden D1 und D2 gebildet wird. Wenn die Schalter SW1 und SW2 sehr schnell im Vergleich zu dem Anstiegs- und Ab fallzeiten des Stroms geöffnet bzw. geschlossen werden, fil tert die Motorspule 20 den Schaltstrom heraus, so daß der Strom relativ gleichmäßig bleibt.

Die Motor-Steuerungseinrichtung 14 kann den jeweiligen Zu stand der Spule 20 und des jeweiligen Ansteuerelementes 16 ermitteln. Die Ansteuerelemente 16 sind Zweiquadrantenver stärker, die Plus- und Minusspannungen an die fast anlegen können. Der Strom bleibt jedoch positiv. Die Schalt-Steuer einrichtungen 26 arbeiten mit einem geschlossenen Regelkreis, bei dem der Strom in der Motorspule 20 abgefragt wird, wäh rend der obere und der untere Schalter SW1, SW2 dynamisch wiederholt an- und abgeschaltet werden. Die Motorspulen 20 führen ständig Strom, selbst bei ihrem vorgegebenen Minimal wert. Dieser vorgegebene Minimalwert wird als der Vorspan nungs- bzw. stabilisierter Ruhestrom bezeichnet. Dieser ist einige hundertmal kleiner als der Vollaststrom. Bei der Schaltung mit geschlossenem Regelkreis wird angestrebt, mit dem Schaltverhältnis D die Gleichung 1 zu erfüllen. An dem vorgegebenen Punkt für den Ruhestrom stellt die Schalt- Steuereinrichtung 26 dynamisch einen mittleren Wert D für das Schaltverhältnis von nahezu 0,5 ein, da dieses Schaltverhält nis zu einer niedrigen an der Motorspule 20 anliegenden Span nung führt. Da das Ansteuerelement 16 vollständig dynamisch ist und alle Teile des Ansteuerelementes 16 aktiv sind, kann durch die Schaltverhältnis-Rückkopplung eine Schaltungsstö rung ermittelt werden. Diese Information wird zur Steuerungs einrichtung 14 geleitet, wo die Überwachung durchgeführt wird. Die Empfindlichkeit, ein fehlerhaftes Ansteuerelement bzw. eine fehlerhafte Spule zu ermitteln, wird durch die Ver stärkung der Schalt-Steuereinrichtung 26 beeinflußt, wobei höhere Verstärkungen eingesetzt werden können, um die Feh lerermittlung zu verbessern. Ein Fehler oder eine Störung werden dann ermittelt, wenn das Schaltverhältnis nicht inner halb der Grenzen liegt.

Durch einen An/Aus-Zustandsdetektor 36 wird der Zustand der Schalter SW1, SW2 zur Schaltverhältnis-Rückkopplung ermit telt. Diese Information wird vom Ansteuerelement 16 zur Mo tor-Steuerungseinrichtung 14 geleitet, in der das dynamische Betriebsverhalten des Ansteuerelementes 16 und der jeweiligen Motorspule 20 bewertet wird. In einer ersten Ausführungsform wechselt das Schaltverhältnis-Rückkopplungssignal entspre chend den Schalterzuständen von einem logischen 1-Pegel (5 Volt) zu einem logischen 0-Pegel (0 Volt). Diese Spannung wird durch einen RC-Filter (LPF) 30 (Fig. 1) tiefpaßgefil tert, so daß der Mittelwert von D von der Motor-Steuerungs einrichtung 14 mittels eines internen (nicht dargestellten) Analog-Digital-Wandlers leicht ausgelesen werden kann. In ei ner zweiten Ausführungsform wird in ähnlicher Weise der Strompegel abgefragt.

Die Motor-Steuerungseinrichtung 14 kann jeden allgemein be kannten Mikrocomputer oder Prozessor aufweisen. Die Motor- Steuerungseinrichtung 14 liest die befohlene Drosselstellung von dem Befehls-Betätigungselement 12 und legt dementspre chend die Motorspulenströme fest. Die Werte werden ausge wählt, um die Drossel 24 zu bewegen und dadurch die Differenz des Stellungsbefehlssignals des Betätigungselementes gegen über dem gemessenen Stellungsrückkopplungssignal zu minimie ren. Außerdem überprüft die Motor-Steuerungseinrichtung 14 die Unversehrtheit des Ansteuerelementes 16 und der Motor spule 20, um zu ermitteln, ob normale oder fehlerhafte Bedin gungen vorhanden sind. Falls ein Fehler festgestellt wird, werden das Ansteuerelement 16 und die jeweilige Spule 20 ge sperrt bzw. abgeschaltet und die verbleibenden Motorspulen paare werden einzeln in einem Modus für ein reduziertes Motordrehmoment betrieben. Somit wird z. B. das Ansteu erelement 16A1 und die Ansteuerelemente 16B1, 16C1 und die Spulen 20B1, 20C1, etc. gesperrt, falls ein Fehler entweder im Ansteuerelement 16A1 oder in der Spule 20A1 ermittelt wird. In der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind zwei von der Motor-Steuerungseinrichtung 14 aus verlaufende Sperrleitungen vorgesehen, die zwei Sätze von Ansteuerelementen/Spulen A1, B1, C1 und A2, B2, C2 ge trennt steuern. Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfin dung, daß auch getrennte Sperrleitungen für jedes Ansteuer element 16 vorgesehen sein können, um deren getrennte Sperrung durch die Motor-Steuerungseinrichtung 14 zu ermögli chen.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei verschiedene Ausführungsfor men zur Gewinnung des Rückkopplungssignals in dem Ansteuer element 16 dargestellt. In Fig. 3 wird die Rückkopplung aus dem Spannungspegel zwischen dem Schalter SW1 und der Motor spule 20 erzeugt. In der zweiten Ausführungsform (Fig. 4) wird die Rückkopplung aus dem logischen Status am Ausgang der Schalt-Steuereinrichtung 26 erzeugt. Mit beiden Verfahren zur Rückkopplungsabtastung werden Schaltverhältnis- Informationen gewonnen, anhand derer ermittelt werden kann, ob ein Fehler in dem jeweiligen Paar aus Ansteuerelement 16 und Spule 20 aufgetreten ist. Gemeinsame Bauteile werden in den Fig. 3 und 4 mit gemeinsamen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei bei der zweiten Ausführungsform mit einem Strich versehene Be zugszeichen verwendet werden.

Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm des Ablaufs in der Steuerungs einrichtung 14 zum Ermitteln von Störungen dar. Die Motor- Steuerungseinrichtung 14 liest die befohlene Drosselstellung im Block 100. Weiterhin legt die Motor-Steuerungseinrichtung 14 die Motorspulenströme in Block 102 fest und leitet diese Information zu den jeweiligen Ansteuerelementen 16 weiter. Danach überwacht die Motor-Steuerungseinrichtung 14 in Block 103 den Motorsteuerungssensor 22, um das Befehlssignal stän dig auf den neuesten Stand zu bringen. Die Motor-Steuerungs einrichtung 14 überwacht in Block 104 weiterhin das Rück kopplungssignal, entweder als Spannungs- oder als Strom signal, abhängig von der Ausführungsform.

Wenn sich ein Ansteuerelement 16 im Ruhe- bzw. Leerlaufmodus befindet (mittleres Schaltverhältnis nahe 50%), vergleicht die Motor-Steuerungseinrichtung 14 in Block 106 die relative Einschaltdauer (duty cycle) jedes Ansteuerelementes 16 mit einer oberen vorgegebenen Grenze, um zu ermitteln, ob die obere vorgegebene Grenze überschritten wird. Falls ja, werden die relevanten Ansteuerelemente 16 und Spulen 20 in dem Satz mit dem fehlerhaften Ansteuerelement/der fehlerhaften Spule im Block 108 gesperrt bzw. abgeschaltet. Wenn sich ein An steuerelement 16 im Ruhemodus befindet, vergleicht die Motor- Steuerungseinrichtung 14 in Block 110 das Schaltverhältnis jedes Ansteuerelementes 16 weiterhin mit einer unteren vorge gebenen Grenze, um zu bestimmen, ob die untere vorgegebene Grenze überschritten und außerhalb des Bereiches ist. Wenn ja, werden die relevanten Ansteuerelemente 16 und Spulen 20 in dem Satz mit dem fehlerhaften Ansteuerelement/der fehler haften Spule in Block 112 gesperrt bzw. abgeschaltet. Schließlich vergleicht die Motor-Steuerungseinrichtung 14 in Block 114 das Schaltverhältnis der ersten und der zweiten Spulen in jeweils einer Phase A, B, C, wenn beide Spulen nicht im Ruhezustand sind. Wenn eine Abweichung zwischen den Spulen in jeweils einer Phase eine vorgegebene Grenze über schreitet, werden sodann die beiden der Phase zugeordneten Ansteuerelemente 16 in den Ruhemodus in Block 118 befohlen, und das fehlerhafte Ansteuerelement 16 wird durch Rückkehr zum Block 106 ermittelt. Andernfalls, wenn keine Fehler er mittelt wurden, kehrt das Programm in Block 116 zum Start zu rück.

Durch den oben beschriebenen Algorithmus der Motorsteuerung 14 wird eine Vielzahl Fehler verursachender Zustände ermit telt. Im Falle des Abfragens der Spannung gemäß der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform werden folgende Zustände ermittelt:

(1) Wenn eine Motorspule 20 unterbrochen ist, verhindert dies ein Ansteigen des Stroms in dem Stromsensor 28 des jewei ligen Ansteuerelementes 16. Die Schalt-Steuereinrichtung 26 stellt das Schaltverhältnis in diesem Falle auf einen maximalen Pegel ein, um den Strom bei offener bzw. ausge schalteter Last zu steuern (was natürlich nicht gelingt). Das führt dazu, daß sich das Schaltverhältnis nicht in nerhalb der Grenzen befindet, was von der Steuerungsein richtung 14 registriert wird, worauf das Ansteuerelement 16 über die oberen und unteren Schalter SW1, SW2 abge schaltet wird.
(2) Im Falle einer kurzgeschlossenen Motorspule 20 steigt der Strom nahezu augenblicklich an. Im Normalbetrieb begrenzt die Induktivität der Motorspule die Rate des Stroman stiegs im Ansteuerelement 16. Diese Anstiegszeit ist viel länger als die Schaltdauer des Ansteuerelementes 16. Bei kurzgeschlossener Motorspule 20 steuert die Schalt- Steuereinrichtung 26 das Schaltverhältnis zum Minimum, um den Strom auf dem vorgegebenen Wert zu halten. In diesem Falle ist das ermittelte Schaltverhältnis viel niedriger als das normalerweise erwartete. Das ermittelte Schalt verhältnis liegt damit nicht innerhalb der Grenzen. Das ermittelte Schaltverhältnis wird zu der Steuerungsein richtung 14 zurückgeleitet, wo der Fehler registriert und das Ansteuerelement 16 über die oberen und unteren Schal ter SW1, SW2 abgeschaltet wird.
(3) In dem Falle, daß der obere Schalter SW1 kurzgeschlossen ist, wechselt das Ansteuerelement 16 von einem Zweiqua drantensteuergerät zu einem Einquadrantensteuergerät. In diesem Falle funktioniert die Schalt-Steuereinrichtung 26 grundsätzlich weiter, jedoch wird das Ansteuerelement- Schaltverhältnis D so gesteuert, daß Gleichung 1 gemäß V_m = V_sys(D) (Gleichung 4) erfüllt wird. In diesem Falle ist der zum Erfüllen der Gleichung 1 erforderliche Wert D viel kleiner als im Falle von Gleichung 2. Die resultie rende Schaltverhältnis-Rückkopplung von der Spannungsab frage ist maximal bzw. liegt nicht innerhalb der Grenzen. Das Schaltverhältnis-Rückkopplungssignal wird zu der Mo tor-Steuerungseinrichtung 14 zurückgeleitet, wo der Feh ler registriert und das Ansteuerelement 16 über den unte ren Schalter SW2 abgeschaltet wird.
(4) Im Falle, daß der obere Schalter SW1 unterbrochen ist, fließt kein Strom in die Motorspule 20 und die Schalt- Steuereinrichtung 26 steuert das Schaltverhältnis zu ei nem großen oder maximalen Wert. Da die Spannungsabfrage am Ausgang des Schalters SW1 verwendet wird, um das Schaltverhältnis an die Steuerungseinrichtung 14 weiter zuleiten, ist das weitergeleitete Schaltverhältnis Null und somit außerhalb der Grenzen.
(5) Im Falle, daß der untere Schalter SW2 kurzgeschlossen ist, wechselt das Ansteuerelement 16 von einem Zweiqua drantensteuergerät zu einem Einquadrantensteuergerät. In diesem Falle funktioniert die Schalt-Steuereinrichtung 26 grundsätzlich weiter. Jedoch versucht das Verstärker- Schaltverhältnis D die Gleichung 1 gemäß Gleichung 4 zu erfüllen. Hier ist der zum Erfüllen der Gleichung 1 notwendige Wert D viel kleiner als im Falle von Gleichung 2. Das ermittelte Schaltverhältnis liegt somit nicht innerhalb der Grenzen. Der Fehler wird von der Steuerungseinrichtung 14 registriert und das Ansteuerele ment 16 über den oberen Schalter SW1 abgeschaltet.
(6) Wenn der untere Schalter SW2 unterbrochen ist, fließt kein Strom in die Motorspule 20, was wie bei Fall (1) er kannt wird.
(7) Der Stromsensor 28 kann in einer derartigen Weise ausfal len, daß dieser einen geringeren Strom als die tatsächli che Stromstärke oder einen Strom von Null anzeigt, obwohl Ströme vorhanden sind. In dem einfachen Beispiel, bei dem das Sensorelement als Reihenwiderstand ausgebildet ist, würde dies geschehen, wenn der Widerstand kurzgeschlossen würde. Die Fehlererkennung erfolgt analog zu Fall (1).
(8) Der Stromsensor 28 kann in einer derartigen Weise ausfal len, daß das Stromsensorelement anzeigt, daß der Strom viel größer als die tatsächliche Stromstärke ist. In dem einfachen Beispiel, indem der Sensor als Reihenwiderstand ausgebildet ist, würde dies geschehen, wenn der Wider stand unendlich wäre. Dies ist auf Fall (2) zurückzufüh ren.
(9) Wenn die obere Diode D1 kurzgeschlossen ist, ist dies ebenfalls dem Fall (2) analog.
(10) Wenn die obere Diode D1 unterbrochen ist, ändert sich Gleichung 2 entsprechend dem Durchschlags- oder Klemm spannungsvermögen des unteren Schalters SW2. In der Pra xis wird dadurch der untere Schalter in der Regel über beansprucht und entweder unterbrochen oder kurzgeschlos sen betriebsunfähig werden, wofür die Fälle (1) oder (4) gelten. Ansonsten funktioniert die Rückkopplungs- Steuereinrichtung grundsätzlich weiter; jedoch wird das Verstärker-Schaltverhältnis D gemäß Gleichung 1 in Ver bindung mit Gleichung 5 eingestellt:
wobei V_m = DV_sys-(1-D)V_brkdn Gleichung 5
Dabei wird die Durchschlagsspannung des Schalters mit V_brkdn bezeichnet. Durch Auslegung ist V_brkdn so ge wählt, daß sie viel größer als V_sys ist; und somit ist der zum Erfüllen der Gleichung 1 erforderliche Wert von V viel größer als im Falle von Gleichung 2. Das resul tierende Schaltverhältnis liegt somit nicht innerhalb der Grenze und wird von der Steuerungseinrichtung 14 als Fehler registriert, weshalb das Ansteuerelement 16 über die oberen und unteren Schalter SW1, SW2 abgeschaltet wird.
(11) Wenn die untere Diode D2 kurzgeschlossen ist, kann keine Spannung an die Spule 20 angelegt werden und die Schalt- Steuereinrichtung 26 stellt das Schaltverhältnis auf einen großen oder maximalen Wert ein, um einen Strom aufzubauen. Es ist wünschenswert, daß der Schalter SW1 ein Strombegrenzungsmerkmal aufweist. Da jedoch die Spannungsabfrage am Ausgang von SW1 verwendet wird, um das Schaltverhältnis an die Steuerungseinrichtung 14 weiterzuleiten, ist das weitergeleitete Schaltverhältnis Null und somit außerhalb der Grenzen.
(12) Im Fall, daß die untere Diode D2 unterbrochen ist, än dert sich Gleichung 2 gemäß dem Durchschlags- oder Klemmspannungsvermögen des oberen Schalters SW1. Der obere Schalter SW1 kann dadurch überbeansprucht und ent weder unterbrochen oder kurzgeschlossen betriebsunfähig werden, wofür dann die Fälle (1) oder (3) gelten würden. Ansonsten würde die Schalt-Steuereinrichtung 26 grund sätzlich weiter funktionieren, jedoch bestimmt sich das Schaltverhältnis D gemäß Gleichung 1 in Verbindung mit Gleichung 5, wie bei Fall 10 näher erläutert.
(13) Wenn die Schalt-Steuereinrichtung 26 fehlerhaft ist, versucht die Schalt-Steuereinrichtung 26 nicht länger, Gleichung 1 zu erfüllen. In diesem Fall ist das Schalt verhältnis Eins oder Null. Das ermittelte Schaltverhält nis liegt somit nicht innerhalb der Grenzen und wird zu der Steuerungseinrichtung 14 zurückgeleitet, wo der Feh ler registriert und das Ansteuerelement 16 über die obe ren und unteren Schalter SW1 und SW2 abgeschaltet wird.
(14) Unter üblichen Bedingungen (d. h. nicht unter Ruhebedin gungen) fließen Ströme durch die Motorspulen 20, die ein Stellen der Drossel in die befohlene Stellung bewirken sollen. In diesem Fall ist es nicht praktikabel, Arbeitsbereichs- bzw. Betriebsgrenzen für die Größe des Schaltverhältnis-Rückkopplungswertes vorzugeben, da der Wert von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist, wie dem Strombefehlswert, der Systemspannung und der Motorgeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen kann das an die Motorspulen angelegte Schaltverhältnis durch die die Gleichung 1 zu erfüllen versuchende Schalter-Steuer einrichtung 26 dennoch überwacht werden. Hierzu wird der Wert D mit dem entsprechenden Wechsel- bzw. Aus weichspulenpartner derselben Motorphase verglichen. Die Steuerungseinrichtung 14 vergleicht die abgeglichenen Schaltverhältnisse der beiden Phasenhälften. Falls ein Ungleichgewicht die vorgegebene Grenze überschreitet, werden sodann beide Ansteuerelemente 16 in den Ruhe- bzw. Leerlaufmodus befohlen und das fehlerhafte Ansteu erelement 16 wird gemäß den Fällen 1 bis 13 ermittelt.

In der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5, bei der der Strom überwacht wird, sind die Fälle (1'), (5'), (6'), (7'), (8'), (9'), (10'), (12')-(14') analog der ersten Ausführungsform. Die Unterschiede werden nachfolgend angegeben:

(3) Dieser Fall ist ähnlich der ersten Ausführungsform, wobei jedoch das resultierende Schaltverhältnis zurück zu der Motor-Steuerungseinrichtung 14 geleitet wird und dieses minimal bzw. außerhalb der Grenze ist.
(4) Wenn der obere Schalter unterbrochen ist, fließt kein Strom in die Motorspule, was analog zu Fall (1') erkannt wird.
(11) In der bevorzugten Ausführungsform soll der obere Schal ter SW1 ein Strombegrenzungsmerkmal enthalten. Dieser Fall verhält sich - aus der Motorspulen-Perspektive - analog zu Fall (1), da sich keine Spannung über der Mo torspule aufbauen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Verfahren zum Steuern des Motors 18 mit wenigstens zwei unabhängigen elek tromagnetischen Spulen 20 für jede Phase A, B, C die Schritte des Steuerns jeder Spule 20 unabhängig von jeder anderen Spule 20, basierend auf einem Steuersignal, das Information hinsichtlich des Spulen-Erregungsniveaus und/oder des Ansteu ersignals zurückleitet, des Abfragens einer Störung bzw. ei nes Fehlers in jeder Spule und des Abschaltens bzw. Sperrens der Spule, wenn in dieser ein Fehler festgestellt wurde, und Ermöglichen einer stetigen Motorsteuerung durch die andere Spule in einer bestimmten Phase A, B, C, auf. Weiterhin ist der Schritt des Sperrens bzw. Abschaltens einer der Spulen in jeder Phase vorgesehen, wenn ein Fehler in irgendeiner der Spulen 20 in irgendeiner der Phasen A, B, C festgestellt wird.

Claims

1. Motor-Steuerungsbaugruppe mit
einem Motor (18) mit wenigstens einer ersten Phase (A), die wenigstens eine erste und eine zweite unabhängige elektromagnetische Spule (20A1, 20A2) aufweist;
einer Motor-Steuerungseinrichtung (14), die wenigstens ein für ein gefordertes Niveau repräsentatives Steuersi gnal und Sperrsignale erzeugt, wenn ein Fehler in einer der Spulen (20A1, 20A2) ermittelt ist;
wenigstens einem ersten und einem zweiten Ansteuerelement (16A1, 16A2), an welches die jeweiligen Spulen (20A1, 20A2) angeschlossen sind, wobei das jeweilige Ansteuer element das jeweilige Steuersignal empfängt und die Spu len (20A1, 20A2) erregt und das Sperrsignal zum Sperren und Aberregen einer der Spulen (20A1, 20A2) in der jeweiligen Phase (A) empfängt, unabhängig von der anderen Spule oder den anderen Spulen (20A2, 20A1) der jeweiligen Phase, wenn ein Fehler ermittelt ist.

2. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ansteuerelemente (16A1, 16A2) eine von den anderen Ansteuerelementen (16A2, 16A1) jeweils unabhängige Rückkopplungsschaltung aufweisen, die an die Motor-Steuerungseinrichtung (14) angeschlossen ist, um ein für das jeweilige Spulen-Ansteuerniveau repräsenta tives Rückkopplungssignal zu erzeugen.

3. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ansteuerelement (16A1, 16A2) eine Schalt-Steuereinrichtung (26) aufweist, um das Steuersignal zu empfangen und um die den Spulen (20A1, 20A2) zugeführte Leistung durch ein Leistungssignal zu steuern.

4. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Motor-Steuerungseinrichtung (14) unter Programmsteuerung arbeitet, um die Rückkopplungssi gnale zu empfangen und das Sperrsignal unter vorgegebenen Bedingungen zu erzeugen.

5. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuerelement (16A1, 16A2) einen Stromsensor (28) aufweist, um ein Stromrück kopplungssignal der Schalt-Steuereinrichtung (26) zuzu leiten, die das Stromrückkopplungssignal empfängt und das Leistungssignal modifiziert, um das Steuersignal mög lichst genau zu approximieren.

6. Motor-Steuerungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (18) eine zweite und dritte Phase (B, C) aufweist, die jeweils aus unab hängigen ersten und zweiten elektromagnetischen Spulen (20B1, 20B2, 20C1, 20C2) zusammengesetzt sind.

7. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß ferner dritte, vierte, fünfte und sech ste Ansteuerelemente (16B1, 16B2, 16C1, 16C2) vorgesehen sind, eines für jede der elektromagnetischen Spulen (20B1, 20B2, 20C1, 20C2) der zweiten bzw. dritten Phase (B, C), um das Steuersignal zu empfangen und jeweils eine der Spulen (20B1, 20B2, 20C1, 20C2) zu erregen und um das Sperrsignal zum Sperren der jeweiligen Spule (20B1, 20B2, 20C1, 20C2) zu empfangen, wobei eine der Spulen (20) je der Phase (A, B, C) das Sperrsignal empfängt, wenn ein Fehler festgestellt ist, so daß der Motor (18) mit drei Phasen (A, B, C) mit einer Spule (20) pro Phase (A, B, C) arbeitet.

8. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein variabler Dreiphasen- Reluktanzmotor (18) ist.

9. Motor-Steuerungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (18) ein Dros selventil steuert und das Steuersignal ein Drosselstel lungsbefehlssignal darstellt.

10. Motor-Steuerungsbaugruppe mit
einem variablen Reluktanzmotor (18) mit drei Phasen (A, B, C), die jeweils aus unabhängigen ersten und zweiten elektromagnetischen Spulen (20) zusammengesetzt sind;
einer Motor-Steuerungseinrichtung (14), die ein Steuersi gnal erzeugt, das ein gefordertes Niveau für den Betrieb der Spulen (20) repräsentiert; und
sechs Ansteuerelementen (16), jeweils einem für jede der elektromagnetischen Spulen (20), um das Steuersignal zu empfangen und jeweils eine der elektromagnetischen Spulen (20) zu erregen.

11. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ansteuerelement (16) eine Rückkopp lungsschaltung aufweist, um den Schaltungs- und Spulenbe trieb abzufragen und ein Rückkopplungssignal der Motor- Steuerungseinrichtung (14) zuzuleiten und dadurch die Er zeugung eines Sperrsignals zu ermöglichen, wobei das An steuerelement (16), das das Sperrsignal empfängt, eine der Spulen (20) unabhängig von der anderen der Spulen (20) sperrt und aberregt.

12. Motor-Steuerungsbaugruppe nach Anspruch 10 oder 11, da durch gekennzeichnet, daß der Motor (18) ein Drosselven til steuert und das Steuersignal ein Drosselstellungsbe fehlssignal darstellt.

13. Verfahren zum Steuern eines Motors, der wenigstens eine Phase (A, B, C) und wenigstens zwei unabhängige elektro magnetische Spulen (20) für jede Phase (A, B, C) des Motors (18) aufweist, mit den folgenden Schritten:
Ansteuern jeder Spule (20) unabhängig von der anderen Spule (20) basierend auf einem angeforderten Signal;
Abfragen von Informationen bezüglich des Spulenerregungs niveaus;
Ermitteln eines Fehlers in einer der Spulen (20) basie rend auf den abgefragten Informationen und
Sperren einer Spule (20), wenn ein Fehler festgestellt ist, wodurch eine stetige Motorsteuerung durch die je weils andere Spule oder die anderen Spulen (20) ermög licht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfragen von Informationen das Abfragen des Schalt verhältnisses des Ansteuersignals für die Spule (20) und das Verwenden der Informationen des Schaltverhältnisses zur Ermittlung von Fehlern umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichen des Schaltverhältnisses mit einem vorge gebenen Maximum, und falls dieses größer ist, ein Erzeu gen des Sperrsignals vorgesehen ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich net, daß ein Vergleichen des Schaltverhältnisses mit ei nem vorgegebenen Minimum, und falls dieses kleiner ist, ein Erzeugen des Sperrsignals vorgesehen ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Vergleichen der Schaltverhältnisse der Spulen (20) innerhalb derselben Phase (A, B, C) vor gesehen ist, um Fehlerzustände zu ermitteln.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Motor (18) mit drei Phasen (A, B, C) vorgesehen ist, wobei jede Phase (A, B, C) erste und zweite Spulen (20-1, -2) aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Sperren einer der Spulen (20) in jeder Phase (A, B, C) vorgesehen ist, wenn ein Fehler in irgendeiner der Spulen (20) der Phasen (A, B, C) festgestellt ist.