JPH09501817A - 車両駆動ユニット出力設定要素の操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フルブリッジ出力段を備えた車両駆動ユニット出力設定要素の操作装置であって、直流モータがブリッジ対角点間に配置され、かつ直流モータ内を流れる電流が少なくとも１つの設定値に制限され、一方設定値を超えたときにサイクル操作信号が遮断される前記車両駆動ユニット出力設定要素の操作装置が提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】 車両駆動ユニット出力設定要素の操作装置 従来の技術 本発明は独立請求項の上位概念に記載の車両駆動ユニット出力設定要素の操作 装置に関するものである。 このような装置はドイツ特許公開第３６２５０９１号（米国特許第４９５１１ ８８号）から既知である。そこでは出力設定要素とくに電子式加速ペダルシステ ムの範囲内の絞り弁を操作するために、４つの操作可能なスイッチ要素からなる フルブリッジ回路が設けられ、スイッチ要素は少なくとも１つのパルス形状の操 作信号により操作可能である。この場合、負荷すなわち出力設定要素と結合され ているモータがブリッジ対角点間に配置され、ここでモータを第１の方向すなわ ち出力設定要素の開放方向に操作するために対角方向に対向する２つのスイッチ 要素が閉じられ、第２の回転方向に操作するとき対角方向に対向する他の２つの スイッチ要素がそれぞれ操作される。操作信号が作動レベルを有するこの通電フ ェーズは、操作信号が非作動レベルを有しかつその間いかなるスイッチ要素も操 作されないいわゆるフリーランニングフェーズと対立している。通電フェーズと フリーランニングフェーズとからなる出力制御要素のサイクル操作により負荷内 を流れる平均電流が求められ、この平均電流が復元力に抗して負荷を電子式加速 ペダルシステムにより与えられる位置に保持している。 出力段を短絡から保護するために、フルブリッジの接地接続の範囲内の測定抵 抗によりブリッジ全体および負荷内を流れる電流が測定される。この電流は所定 の最大値と比較され、最大値を超えたとき操作がサイクル比において１％だけ減 少され、一方最大値を下回ったとき再び起動される。最大電流値としてこの場合 、負荷が短絡したとき少なくともブリッジ内を流れる電流値が設定される。しき い値を超えたときに操作を低減することにより、既知の出力段は短絡から保護さ れ、したがって短絡保護タイプとなる。操作をサイクル比で１％低減することに より、短絡したときに、しきい値の上下に大きな電流振動が発生し、この電流振 動が制 御装置の好ましくない挙動を発生させる。 出力設定要素とくに絞り弁を直流モータを用いて操作するとき、設定要素の機 構および電子式制御装置は同調していなければならない。この場合、相反する要 求を満たさなければならない。出力設定要素に対して所定の最大調節時間を保持 しなければならず、一方動きが固い場合または設定要素が凍結している場合、駆 動装置に所定の超過トルクを与えなければならず、直流モータはできるだけ小さ い電流で所定位置に保持されるべきであり、主回路内のピーク負荷はできるだけ 低くすべきであり、また最後に操作すべき出力段が短絡保護に設計されかつ簡単 に組込可能であり、すなわち出力段に要求される最大電流はできるだけ小さくす べきである。 既知の短絡保護出力段においてはこれらの要求が満たされていない。できるだ け短い調節時間を得るために、最大電流を短絡電流まで許容している。これによ り高い超過トルクが発生される。しかしながら使用される直流モータは、操作の 変化のときとくに加速およびブレーキ作動の間に調節過程を行うとき、高い電流 すなわち電流ピークを発生する。これにより自動車の主回路に大きな負荷がかか り、したがって大きな電圧の急落すなわち大きな電圧降下が起こることがある。 さらにきわめて出力の大きいしかも装着困難な出力段が要求され、それに応じて コストが上昇することになる。 したがって、既知の出力段は直流モータを操作するための出力段における相反 する要求を完全に満たしているとはいえない。 電気負荷ないしモータの制御のために出力の弱い出力段が使用された場合、既 知の短絡保護は正常な調節の場合でも負荷の制御ないし直流モータの調節のとき 電流ピークないし電圧ピークにより作動して駆動装置をほぼ停止状態とすること になる。 したがって、相反する要求をできるだけ良好に満たしとくに主回路の負荷をで きるだけ小さくし、しかも操作装置のその他の特性とくに必要な調節時間に実質 的に影響を与えない駆動ユニット出力設定要素の操作装置を提供することが本発 明の課題である。 この課題は独立請求項の特徴項に記載の特徴により達成される。 本発明による装置は直流モータを操作するためのフルブリッジ出力段を設定し 、この場合一方で出力段の個々のトランジスタ内を流れる電流が最大短絡電流値 を超えていないかどうかをモニタしかつ短絡の場合に出力段を遮断することによ り短絡保護が形成され、他方でフルブリッジ出力段内を流れる電流が所定の限界 値に制限されかつこの電流を制限するためにパルス形状の操作信号が出力され、 これにより電流の限界値超過が回避される。この場合、この限界値の値は正常運 転における調節過程のときに発生する電流ピークとくに起動電流ピークおよび逆 起動電流ピークより小さい。この結果、フリーランニング状態に限らずすべての 運転状態において負荷内を流れる電流が所定の制限値に制限され、この場合に制 限電流は固有の限界内に保持される。 ドイツ特許公開第３７１８３０９号から、フリーランニングフェーズにおいて 駆動ユニット出力設定要素の操作のためのフルブリッジ出力段が２つの対向スイ ッチ要素を操作することは既知である。 発明の利点 本発明の方法により上記の相反する要求が満たされる。 本発明の装置により、電流制限により調節過程における主回路の負荷ができる だけ小さく保持され、しかも調節時間が本質的に小さくならないので、相反する 要求は相互に最適な方法で結合される。これにより設定要素機構（変速機、リセ ットばね、モータ）は調節時間および保持電流に関して最適とすることができる 。 さらに、出力段自身はそれにモータの最大許容電流が与えられないで所定の電 流制限値に制限されるように設計され、したがって出力が大きいために停止した りすることはなく、またこの結果安くなるということは有利である。 出力段の範囲内およびモータ内において一義的な最大電流しか流れないことに より、出力段および直流モータの範囲内の導線断面積はより小さく選択すること ができ、これは同様にコストを低減させる。 本発明の方法により調節過程における高い電流ピークは回避され、したがって 制御装置の電源内の電圧急落は実質的に回避することができる。したがって主回 路負荷は実質的により低くなる。 さらに直流モータ自身のコストを節約しかつ直流モータを小さく設計すること が可能である。 本発明による装置においては、出力段を簡単に組込可能であることがとくに有 利である。定格の小さい構成部品を使用しかつ構成部品内を流れる電流を制限す ることにより出力損失が低下するので、はじめて構成要素の組込みが可能となる 。この場合構成要素に対する総括冷却手段は設ける必要はない。 本発明による装置は運転の安全性の保証の点においてとくに有利である。エラ ー電流とくに電気負荷内の短絡（＋側の短絡）により発生する短絡電流は負荷内 を流れる電流を制限値に制限することにより回避される。この手段はたとえば負 荷端子の接地側の短絡には保護を与えないので、個々のトランジスタ内を流れる 電流のモニタリングが行われ、これにより短絡電流が発生したエラー状態におい て出力段は安全な状態とされる。応答はたとえばトランジスタ内を流れる電流を 制限することまたは出力段を遮断することからなっている。 その他の利点が以下に記載の実施態様ならびに請求の範囲から明らかである。 図面 以下に本発明を図面に示す実施態様により詳細に説明する。ここで、図１は本 発明による方法が実行される出力設定要素の操作のための制御装置のブロック回 路図を示す。図２は信号経過の関数として本発明による方法の効果を従来の操作 装置との比較で示している。図３は短絡保護出力段の短絡保護の原理図を示す。 実施態様の説明 図１は本発明による方法の実行される出力設定要素の操作のための制御装置の 全体ブロック回路図を示す。ここで計算要素が１０で示され、計算要素１０には 計算要素１０を測定装置１６ないし１８と結合する入力ライン１２ないし１４が 供給されている。さらに計算要素１０は出力ライン２０および２２を有し、出力 ライン２０および２２は操作回路２４に通じている。この場合出力ライン２０は 論理ユニット２５に通じ、論理ユニット２５にはさらにライン２２およびライン ９６が供給されている。論理ユニット２５の４つの出力ライン３２、３４、３６ および３８はフルブリッジ出力段４０のそれぞれのスイッチ要素に通じている。 好ましい実施態様においては論理ユニット２５は、第１の論理回路２６ならび に第２の論理回路４２を含み、第１の論理回路２６にはライン２０が供給されか つその出力ライン２８は論理装置３０に通じ、また第２の論理回路４２にはライ ン２２が供給されかつその出力ライン４４は同様に論理装置３０に通じている。 フルブリッジ回路は第１のスイッチ要素４６を有し、第１のスイッチ要素４６ にはライン３２が付属し、また第１のスイッチ要素４６はライン４８を介して作 動電圧の正極５０と結合され、他方で第１のスイッチ要素４６はライン５２を介 して第２のスイッチ要素５４と結合され、第２のスイッチ要素５４にはライン３ ８が付属しまた第２のスイッチ要素５４はライン５６、測定抵抗５８ならびにラ イン６０を介して作動電圧の負極６２と結合されている。さらにブリッジ回路４ ０は第３のスイッチ要素６４を有し、第３のスイッチ要素６４はライン６６を介 して作動電圧の正極５０と結合され、一方第３のスイッチ要素６４はライン６８ を介して第４のスイッチ要素７０と結合され、第４のスイッチ要素７０はライン ５２、抵抗５８およびライン６０を介して作動電圧の負極６２と結合されている 。この場合スイッチ要素６４にはライン３４が付属しまたスイッチ要素７０には ライン３６が付属している。ライン６８から回路装置２４の接続点７６にライン ７４が通じ、一方ライン５２から回路装置２４の接続点８０にライン７８が通じ ている。接続点７６および８０の間にモータ８２とくに直流モータが挿入され、 モータ８２は機械式結合８４を介して出力設定要素８６とくに絞り弁と結合され ている。フルブリッジ回路内を流れる電流を測定するためにライン６０から比較 器９０にライン８８が通じ、比較器９０の他方の入力にライン９２が接続され、 ライン９２は比較器９０を基準電圧源９４と結合している。出力ライン９６は論 理ユニット２５に通じ、論理ユニット２５において論理回路２６および４２のそ れぞれに通じている。 測定装置１６ないし１８により測定された運転変数、とくに加速ペダル位置、 絞り弁位置、エンジン回転速度、エンジン温度などの関数として計算要素１０が とくに姿勢制御の範囲内で出力設定要素ないしモータ８２を調節するための出力 信号を形成する。出力信号は第１の回転方向に対してはライン２０を介してまた 第２の回転方向に対してはライン２２を介して操作回路２４にパルス形状信号の 形で、好ましい実施態様においてはパルス幅変調信号の形で供給される。この場 合、パルス幅はモータの通電フェーズの期間を決定し、したがって出力設定要素 の設定を決定する。このパルス幅変調信号は対応のラインを介して第１の論理回 路２６および第２の論理回路４２に供給され、そこでライン９６を介して論理回 路に供給される比較器９０の論理出力信号と比較される。このとき論理回路２６ ないし４２は、パルス幅変調信号が反転されかつ反転されたパルス幅信号が論理 ＮＯＲ機能を介して比較器出力信号レベルと結合されるように構成してもよい。 この場合、論理回路は、パルス幅変調信号が高い信号レベルを有ししかも比較器 出力信号レベルが低いときに出力ライン２８ないし４４上に高い信号レベルが発 生し、その他の場合、ライン２８ないし４４上の信号は低いレベルを有するとい う機能を満たさなければならない。この場合上記の態様のほかに他の結合もまた 有利である。 ライン９６上の信号レベルは比較器９０により、測定抵抗５８を介して発生す る電圧を要素９４から得られる基準電圧と比較することにより形成される。この 基準電圧は、電圧値が負荷およびブリッジ内を流れる電流の所定の限界値に対応 するように決定される。測定抵抗５８を介して降下した電圧が基準電圧値を超え ると、このことは電流が所定の限界値を超えたことを示している。比較器９０の 出力信号レベルはこのとき高いレベルに切り換わる。比較器出力が高い信号レベ ルを有したとき、論理回路２６ないし４２は場合により発生するパルス幅変調信 号の高い信号レベルを遮断し、これにより操作は、比較器がその信号レベルを再 び切り換えるまですなわち抵抗５８に発生する電圧が基準値を下回るようになる まで遮断される。 論理装置３０はライン２８ないし４４を介して供給された信号を受け取りかつ 受信信号に対応してフルブリッジ出力段のスイッチ要素を操作するための対応の ラインを選択する。この場合、ライン２８上に正の信号レベルが発生したとき前 進方向の通電が開始され、このとき要素６４および５４はライン３４および３８ を介して閉成され、一方ライン２８上に負の信号レベルが発生したときフリーラ ンニングフェーズが取り入れられかつすべてのスイッチ要素が開放されるかまた は好ましい実施態様においてはスイッチ要素６４および４６がライン３４および ３２を介して閉成され、これにより電流は主回路内を流れないでブリッジ回路内 を自由に流れる（フリーランニング）だけである。それに応じて論理装置３０に よりライン４４上の信号が処理され、この場合、ライン４４上の正の信号レベル はモータの逆方向操作を示し、したがって通電フェーズとするためにスイッチ要 素７０および４６がライン３２および３６を介して閉成される。この場合も同様 にライン４４上の信号レベルが低いときフリーランニングフェーズが取り入れら れかつすべてのスイッチ要素が開放されるかまたは好ましい実施態様においては スイッチ要素６４および４６が閉成され、これにより電流は主回路内に流れなく なる。 その後、測定抵抗５８における電圧降下が所定値を超えたとき、出力段はフリ ーランニングフェーズに移行し、これにより操作を遮断し、したがって最終的に モータ８２内を流れる電流は所定の値に制限される。降下電圧値が所定の値を下 回ると直ちに比較器の出力における信号レベルが切り換わり、これにより出力段 は再び起動されかつパルス幅変調信号の正の信号レベルがその通電動作を再び開 始しかつモータをそれに応じて操作する。 上記の好ましい実施態様のほかに、他の実施態様においては上記の正の論理の 代わりに負の論理を使用してもよく、すなわち通電フェーズがライン２０および ２２および／またはライン３２、３４、３６、３８上の操作信号の低いレベルに より起動され、一方フリーランニングフェーズが高い信号レベルに割り当てられ ているようにしてもよい。さらに比較器９０がヒステリシスを有していてもよい 。 使用される短絡保護の原理が図３に示されている。スイッチ要素４６、５４、 ６４および７０の各々はそれぞれのスイッチ要素内を流れる電流を測定するため の手段を含む（たとえばいわゆる「電流検出ＦＥＴ」の使用による）。個々のス イッチ要素内を流れる電流が短絡保護しきい値を超えたとき、少なくともそのス イッチが遮断される。出力段の短絡保護を行うこの手段は出力段内を流れる電流 の制限とは無関係である。スイッチ要素４６の例において、電流受取り点１０２ を有するトランジスタ１００が示されている。受け取られた電流はライン１０４ を介して比較器１０６に供給される。比較器１０６において電流は設定電流値Ｉ ｍａｘすなわち短絡電流と比較され、受取り電流が限界値を超えたときに出力信 号を発生する。ＮＡＮＤゲート１１０に比較器の出力ライン１０８とスイッチ要 素４６の操作ライン３２とが共に供給される。これにより短絡電流値を超えた短 絡時にトランジスタの操作が遮断される。個々のスイッチ要素内のこの電流制限 と全体ブリッジ内の電流制限との間の協働動作は、エラー電流、とくに電気負荷 内の短絡（＋側の短絡）により発生する短絡電流において、負荷内を流れる電流 が制限値に制限されることにより達成される。この手段はたとえば、短絡時に負 荷端子は接地側には保護されていないので（たとえば操作時におけるトランジス タ６４内の短絡）、電流のモニタリングは個々のトランジスタにより行われ、ト ランジスタは短絡が発生したエラー状態の場合に出力段を安全な状態とする。こ の応答はたとえばトランジスタによる電流の制限であったりまたは出力段の遮断 であったりする。 短絡保護出力段の電流をさらに制限する本発明による方法により調節過程にお いて起動電流ピークおよび逆起動電流ピークの切断が行われるが、これにより調 節時間の実質的な損失は発生しない。 これが図２の信号経過曲線により直流モータ８２を第１の位置から第２の位置 へ制御する例で示されている。この場合それぞれ横軸に時間がプロットされ、縦 軸は図２ａにおいては出力設定要素すなわち絞り弁の位置αがプロットされ、図 ２ｂにおいてはモータ内を流れる電流がプロットされている。この場合、モータ はある位置αにありかつ電流Ｉ１によりこの位置に保持されていると仮定する。 時点Ｔ０において操作信号のステップ形状変化が絞り弁を閉じる方向に行われた とする。この結果電流が急上昇し、これによりもし本発明による方法を用いない 場合には電流は実際には値Ｉ２に到達するであろう（破線で示す）。本発明によ る方法によりこの電流は実線で示すようにたとえば５Ａに制限され、したがって 破線で示した起動ピークは回避される。その後モータが回転を開始し、これによ り電流はモータがその設定速度に到達するまで低下する。時点Ｔ１においてモー タは新しい位置α０に接近するので、モータはブレーキ作動される。この結果逆 電圧が発生し、この逆電圧は本発明による方法を用いない実施態様においては破 線で示す電流ピークＩ３たとえば−１５Ａを形成するであろう。しかしながら本 発明の方法により、この逆起動電流ピークもまたたとえば−５Ａあるいはその他 の値に制限される。その後電流は徐々に前記電流値の範囲内に存在する保持電流 レベルとなる。図２ａから、本発明の方法により得られるモータの調節は破線で 示した本発明の方法を用いない調節曲線からほとんど外れていないことがわかる 。調節時間の実質的な減少は認められない。 絞り弁の制御における上記の実施態様のほかに、本発明による方法はディーゼ ルエンジンの噴射ポンプレバーの操作と組み合わせても使用可能である。 さらに、測定抵抗５８および基準電圧源９４を有する比較器９４は出力段構成 部分２４の外部に設けてもよい。 さらに本発明による電流制限方法は、操作のためのフルブリッジ出力段の他の 回路構成を有する実施態様と共に用いてもよい。短絡対策については明瞭である ので記載されていないが、それが出力段の範囲内で行われていることは当然であ る。 正電流および負電流に対して同じ制限値を与える代わりに２つの制限値を与え ることも有利であり、たとえば絞り弁の閉鎖方向に調節するためにより大きな電 流を許容してもよい。 内燃機関、エンジン温度、巻線温度、周囲温度、絞り弁の位置などの運転変数 の関数として制限値を設定することもまた有利である。とくに有利な実施態様に おいては、たとえば絞り弁が固着したりあるいは凍結したりするような特定の運 転状況において、コンピュータにより図示されていないラインを介して電流制限 を上昇してもよい。 この場合、本発明による電流制限は、時間的な手段において特定の制限値に対 応する電流が負荷および出力段内を流れるように形成されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．出力設定要素（８６）を制御するためにモータ（８２）に電流を供給する 短絡保護されたフルブリッジ出力段（２４）であって、少なくとも１つのパルス 形状信号により操作されるスイッチ要素（４６、５４、６４、７０）を含む前記 フルブリッジ出力段（２４）と、 前記フルブリッジ出力段およびそれに接続されている前記モータ内を流れる電 流が少なくとも１つの設定制限値を超えたときに操作を遮断することによりこの 限界値に制限される前記電流のための電流制限手段と、 を備えた車両駆動ユニット出力設定要素の操作装置。 ２．前記パルス形状操作信号がパルス幅変調信号であることを特徴とする請求 項１の装置。 ３．前記フルブリッジ出力段が前記モータの両回転方向のための通電フェーズ とフリーランニングフェーズとの範囲内で操作されることを特徴とする請求項１ または２の装置。 ４．前記通電フェーズの間に少なくとも１つの設定限界値を超えたときにこの 通電フェーズが遮断されて前記フリーランニングフェーズが導入され、この間す べての前記スイッチ要素が開放されるかまたは２つの対向スイッチ要素が閉成さ れることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つの装置。 ５．少なくとも１つの設定限界値の数値が正常運転において直流モータを調節 するときに見られる電流経過曲線のピーク値の数値より小さいことを特徴とする 請求項１ないし４のいずれか一つの装置。 ６．前記設定限界値が電流の流れ方向および運転変数の関数、またはいずれか の関数として設定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つの装 置。 ７．所定の運転状態において前記設定限界値を上昇すなわちその値を増大する ことが可能な計算要素が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のい ずれか一つの装置。 ８．前記操作の遮断と再起動との間に電流値に関してヒステリシスが設けられ ていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つの装置。 ９．前記出力段の各スイッチ要素内を流れる電流を測定し、それらをしきい値 と比較しかつ少なくとも１つのスイッチ要素のしきい値を超えたときに遮断され る手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つの装 置。 １０．前記フルブリッジ回路が出力段構成部分内に組み込まれかつ電流制限が この出力段の外部スイッチにより設定されることを特徴とする請求項１ないし９ のいずれか一つの装置。