DE10042338C2 - Motorantrieb-Steuervorrichtung - Google Patents
Motorantrieb-SteuervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Motorantrieb-Steuervorrichtung
und insbesondere eine Motorantrieb-Steuervorrichtung, bei
der eine Motoransteuereinrichtung gegen einen möglichen
Wärmeschaden oder eine mögliche Wärmezerstörung gesichert
ist, während der Rotor eines Motors sich mit einer extrem
geringen Geschwindigkeit dreht oder sich in einem
blockierten bzw. festgebremsten Zustand befindet.
Um beispielsweise einen nachstehend als SR-Motor
bezeichneten geschalteten Reluktanzmotor anzusteuern bzw.
anzutreiben, wird ein Schaltmodul (IP) verwendet. Das
Schaltmodul beinhaltet ein Paar von unterbrechenden bzw.
gleichstromstellenden (chopping) Erregungsschaltungen,
wobei jede davon einen Bipolartransistor mit isolierter
Gateelektrode (IGBT) aufweist und diese bezüglich einer
Phasenspule vorgesehen sind. Weist der SR-Motor drei Phasen
auf, beinhaltet der SR-Motor somit insgesamt 6 (2 × 3)
Unterbrechungsschaltungen (chopping circuits), wobei diese
Unterbrechungsschaltungen in dem Schaltmodul (IPM)
angeordnet sind. Falls der SR-Motor zum Radantrieb an einem
elektrisch angetriebenen Fahrzeug montiert ist, wird der
SR-Motor erregt, wenn das elektrisch angetriebene Fahrzeug
gestartet und verlangsamt wird. Unter diesen Umständen
drehen sich die Räder mit einer sehr geringen
Geschwindigkeit und werden gestoppt, weshalb der SR-Motor
jeweils mit einer sehr geringen Geschwindigkeit gedreht
wird und gestoppt wird. Somit tritt eine Motorblockade sehr
häufig auf.
In dem blockierten bzw. festgebremsten Zustand (locked
condition) wird die elektrische Spule einer bestimmten
Phase in kontinuierlicher Weise erregt, was dazu führen
kann, dass die Temperatur des IGBT über seine
Wärmeprüftemperatur bzw. obere Temperaturgrenze gerät.
Somit muss hinsichtlich der möglichen Motorblockadezustände
eine Schutzkonstruktion erstellt werden, um den
Wärmeschaden (oder die Wärmezerstörung) bzw. eine
Fehlfunktion des Schaltmoduls zu verhindern. Jedoch ist es
zur Fahrzeugbewegung notwendig, den Motor zu erregen.
Aus der Schrift JP 07274569 A ist eine Steuerung für einen
elektrischen Motor bekannt, wobei bei der Drehung
entstehende Schwingungen und Geräusche verringert und eine
Folgeverzögerung eines Stromes vermieden wird, wenn ein
Sollwert geändert wird. Zu diesem Zweck werden zwei
unterschiedliche Bezugsniveaus eingestellt, wobei das
Größenverhältnis dieser Bezugsniveaus mittels eines
ermittelten Stromniveaus unterschieden wird. Entsprechend
dem Sollwert und dem ermittelten Stromniveau werden
Tranistoren geschalten.
Aus der Schrift JP 08172793 A ist eine Takt-Leitungs
Steuervorrichtung bekannt, bei der das Auftreten von
unerwünschten Geräuschen vermieden wird, indem verhindert
wird, dass eine Ladung umgeschaltet wird, während ein
Zulassungs-Bitschalter Signal sich auf einem ersten Niveau
befindet. Dies wird dadurch erreicht, dass eine
Zeitsteuerschaltung Gate-Schaltungen, D-Bauart Flip-Flops
und einen Invertierer aufweist.
Aus der Schrift JP 11136984 A ist eine Leitungssteuerung
für einen geschalteten Reluktanzmotor bekannt. Diese
Steuerung enthält Temperaturfühler für Spulen und einen
Temperaturfühler 6 für den Statorkern. Solange die Spulen
nicht durch Wärme beschädigt werden können, wird der Motor
gesteuert, die Spulen mit einem hohen Wirkungsgrad mit
Strom zu versorgen. Bei einem Zustand großer Wärme, bei dem
die Spulen beschädigt werden können, werden die Spulen so
gesteuert, dass deren Überhitzen unterdrückt wird.
Aus der Schrift EP 0 396 859 B1 ist eine Regeleinrichtung
für einen mehrphasig geschalteten Reluktanzmotor bekannt,
der auf ein Soll-Motordrehzahlsignal zum Ein- und
Ausschalten des Stroms in jeder Wicklungsphase synchron mit
der Rotorposition anspricht.
Aus der Schrift DE 198 24 201 A ist ein
Überhitzungsschutzsystem von Schaltmodulen bekannt, das den
thermischen Ausfall von Schaltungseinrichtungen verhindert,
während ein möglichst großer Strom dem Verbraucher zur
Verfügung steht. Das System umfasst:
Temperaturermittlungseinrichtungen zum Ermitteln der
Temperatur eines Schaltungsmoduls;
Temperaturermittlungseinrichtungen zum Berechnen einer
Temperaturänderungsgeschwindigkeit einer
Schaltungseinrichtung innerhalb des Schaltungsmoduls
entsprechend einem Strom, der durch den Verbraucher
geleitet wird und zur Berechnung eines abgeschätzten Wertes
der internen Temperatur des Schaltungsmoduls auf der Basis
der berechneten Temperaturänderungsgeschwindigkeit und der
ermittelten Temperatur; und Strombegrenzungseinrichtungen
zur Korrektur eines Sollstromwertes einer Stromsteuerung,
die den Strom, der durch die Schaltungseinrichtung geleitet
wird, auf der Basis des abgeschätzten Wertes steuert.
Die Erfinder dieser Erfindung haben eine Motorantrieb-
Steuervorrichtung zur Verhinderung des Wärmeschadens eines
Schaltmoduls vorgeschlagen, welche mit der japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei. 10-337084 veröffentlicht
worden ist. Während die Temperatur eines Schaltmoduls durch
einen Temperatursensor erfasst wird, wird bei dieser
Vorrichtung ein Sollstromwert eingestellt oder korrigiert
auf der Grundlage einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit,
welche mit einem Strom übereinstimmt, der durch das eine
Last darstellende Schaltelement des Moduls fließt. Die
Temperaturänderungsgeschwindigkeit wird höher und geringer,
wenn der durch die Last fließende erfasste Strom jeweils
groß und klein ist. Die Temperatur des
Einzelphasenschaltelements in dem Schaltmodul wird
berechnet oder geschätzt und entsprechend wird der
Motoransteuerstrom festgelegt.
Dabei wird der Temperaturanstieg in dem Schaltmodul auf der
Grundlage einer mit dem Erregungsstromwert
korrespondierenden Temperaturänderungsgeschwindigkeit
(Schätzwert) auf schätzende Weise berechnet. Diese
Schätzung ist so grob, dass der Motor es verfehlt, seine
Leistung vollständig mit der Priorität hinsichtlich einer
Verhinderung einer Wärmezerstörung des Schaltelements
auszugeben. Angesichts der Tatsache, dass im festgebremsten
bzw. blockierten Zustand des Motors ein hohes
Ausgangsdrehmoment erforderlich ist, muss andererseits der
durch die Phasenspule fließende Strom möglichst groß sein.
Während der SR-Motor bzw. der elektrische Motor sich in
gleichmäßiger Weise dreht, bleibt es gemäß den Experimenten
der Erfinder aus, dass der durch die Phasenspule fließende
Strom übermäßig ansteigt, wodurch das Schaltmodul keiner
Wärmezerstörung ausgesetzt wird. Somit ist im
Motorblockadezustand bzw. im festgebremsten Zustand des
Motors eine genauere Innenmodultemperaturschätzung und eine
Phasenspulenerregung (ein fließender Strom durch die
Phasenspule) mit größtmöglichem Pegel in einem gegen eine
thermische Zerstörung sicheren Bereich erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer
verbesserten Motorantrieb-Steuervorrichtung, mittels der
eine thermische Zerstörung eines Leistungsschaltelements
verhindert wird, indem eine präzise thermische Erfassung
eines Abschnitts des Leistungsschaltelements in einem
Schaltmodul erfolgt, welches einer thermischen Belastung
ausgesetzt ist.
Zur Lösung des vorstehenden Aufgabe stellt die Erfindung
gemäß einer ersten Ausgestaltung eine Motorantrieb-
Steuervorrichtung bereit, mit:
einem ein Leistungsschaltelement beinhaltendes Schaltmodul zur Erregung einer elektrischen Spule eines Motors,
einer Erregungsangabeeinrichtung zur Ausstattung des Schaltmoduls zur Erregung der elektrischen Spule mit einem Erregungsangabesignal,
einer Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Sättigungstemperatur des Schaltelements, die durch eine Wärme erzeugt wird, die durch einen aus der kontinuierlichen Erregung der elektrischen Spule resultierenden elektrischen Verlust verursacht wird, wobei die Berechungseinrichtung eine Innentemperatur des Schaltelements auf der Grundlage der berechneten Sättigungstemperatur und einer Zeitkonstanten τ eines Temperaturanstiegs auf Grund der erzeugten Wärme unter einer Annahme berechnet, dass der Temperaturanstieg mit einer Verzögerung erster Ordnung als Reaktion auf den Anstieg eines Wärmeinhalts erfolgt, und
einer Einrichtung zur Reduzierung eines der elektrischen Spule zuzuführenden Stromes gemäß einer Temperaturdifferenz zwischen einer oberen Grenztemperatur des Leistungsschaltelements und der errechneten Innentemperatur des Leistungsschaltelements,
wobei der der elektrischen Spule zuzuführende Strom durch die Erregungsangabeeinrichtung verringert wird, wenn die Temperaturdifferenz gleich oder unter einem vorbestimmten Wert ist, wobei die Stromverminderung mit geringer werdender Temperaturdifferenz zunimmt.
einem ein Leistungsschaltelement beinhaltendes Schaltmodul zur Erregung einer elektrischen Spule eines Motors,
einer Erregungsangabeeinrichtung zur Ausstattung des Schaltmoduls zur Erregung der elektrischen Spule mit einem Erregungsangabesignal,
einer Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Sättigungstemperatur des Schaltelements, die durch eine Wärme erzeugt wird, die durch einen aus der kontinuierlichen Erregung der elektrischen Spule resultierenden elektrischen Verlust verursacht wird, wobei die Berechungseinrichtung eine Innentemperatur des Schaltelements auf der Grundlage der berechneten Sättigungstemperatur und einer Zeitkonstanten τ eines Temperaturanstiegs auf Grund der erzeugten Wärme unter einer Annahme berechnet, dass der Temperaturanstieg mit einer Verzögerung erster Ordnung als Reaktion auf den Anstieg eines Wärmeinhalts erfolgt, und
einer Einrichtung zur Reduzierung eines der elektrischen Spule zuzuführenden Stromes gemäß einer Temperaturdifferenz zwischen einer oberen Grenztemperatur des Leistungsschaltelements und der errechneten Innentemperatur des Leistungsschaltelements,
wobei der der elektrischen Spule zuzuführende Strom durch die Erregungsangabeeinrichtung verringert wird, wenn die Temperaturdifferenz gleich oder unter einem vorbestimmten Wert ist, wobei die Stromverminderung mit geringer werdender Temperaturdifferenz zunimmt.
Die Wärmeerzeugung in dem Modul wird bei einem Übergang in
dem Schaltelement verursacht und eine thermische Zerstörung
tritt dort auf. Die bei dem Übergang verbrauchte
elektrische Leistung bzw. die elektrische Verlustleistung
(Lt) hängt von der Spezifikation des
Leistungsschaltelements und einem Erregungsstromwert und
einem Erregungsspannungswert ab und kann daher in
verfeinerter Weise gemäß der Spezifikation des
Leistungsschaltelements errechnet werden. Wird die durch
den elektrischen Leistungsverlust (Lt) erzeugte Wärme gemäß
dem thermischen Widerstand des Elements in eine Temperatur
gewandelt, stellt eine derartige Temperatur eine
Sättigungstemperatur dar, die erlangt werden kann, wenn die
Erregung fortgesetzt wird, und die in relativ verfeinerter
Weise berechnet wird.
Die Übergangstemperatur Tjmomentan des
Leistungsschaltelements kann auf der Grundlage der
Sättigungstemperatur und einer Zeitkonstanten τ eines
Temperaturanstiegs auf Grund der erzeugten Wärme in
Abhängigkeit davon erlangt werden, dass der
Temperaturanstieg in einer Art einer Verzögerung erster
Ordnung bezüglich einem Wärmemengenanstieg erfolgt. Diese
Berechnungen bzw. Abschätzungen sind hochgenau, wodurch der
Wert der erlangten Übergangstemperatur (Tjmomentan) sehr,
sehr zuverlässig ist.
Andererseits wird die obere Temperaturgrenze (Tjmax) des
Schaltelements zusammen mit dem Modul durch dessen
Hersteller geliefert und ist sehr zuverlässig. Wird durch
die Differenz (Abweichung = Tjmax - Tjmomentan) zwischen
der erfassten Innentemperatur (Tjmomentan) und der oberen
Temperaturgrenze (Tjmax) der Wert Abweichung gleich oder
geringer als ein vorbestimmter Wert (K3), wird das
Verminderungsmaß bzw. der Verminderungsgrad des durch die
elektrische Spule fließenden Stromes größer, während die
Differenz geringer wird, woraus resultiert, dass die
thermische Zerstörung des Leistungsschaltelements
zusätzlich dazu verhindert werden kann, dass die
Übergangstemperatur (Tjmomentan) unterhalb bzw. unter der
oberen Temperaturgrenze (Tjmax) gehalten wird und ein
relativ hoher Strom durch die elektrische Spule fließen
kann, der ein größtmögliches Drehmoment erzeugen kann.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist die
Vorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung zusätzlich
ausgestattet mit einer Erfassungseinrichtung (1d, 11) zur
Erfassung einer Drehzahl des Motors (1). Eine derartige
Antrieb-Steuervorrichtung arbeitet wie nachstehend
angeführt: die Einrichtung (11) zur Berechnung des
elektrischen Leistungsverlustes (Lt) und die Einrichtung
zur Berechnung der Übergangstemperatur (Tjmomentan) führen
Berechnungen nur durch, wenn die Motordrehzahl geringer als
der Motorblockade-Beurteilungsschwellenwert (10 Upm) ist.
Die Stromreduzierungseinrichtung (11) reduziert den Strom
nur, wenn die Motordrehzahl geringer als der Motorblockade-
Beurteilungsschwellenwert (10 Upm) ist.
Befindet sich der Motor nicht in seinem blockierten bzw.
festgebremsten Zustand, ist ein großes Ausgangsdrehmoment
nicht erforderlich, woraus resultiert, dass der
Sollstromwert gering ist und der Motorstrom nicht übermäßig
groß wird, wodurch kein Strom durch das Schaltelement in
dem Modul fließt, der die Übergangstemperatur nicht
geringer als die obere Temperaturgrenze (Tjmax) werden
lässt. Somit ist das normal betriebene Schaltelement sicher
gegen die thermische Zerstörung, das heißt, dass die
Erfassung der Übergangstemperatur (Tjmomentan) unnötig ist.
Angesichts dieser Umstände befinden sich die vorstehenden
drei Einrichtungen somit zur Reduzierung der jeweiligen
Aufgaben im Ruhezustand.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird die
Stromreduzierungseinrichtung (11) zur Stromreduzierung nach
einer Proportionalsteuerung (Schritt 90 in Fig. 3 und
Schritte 65 und 66 in Fig. 2) betrieben, welche auf der
Differenz (Abweichung = Tjmax - Tjmomentan) zwischen der
Übergangstemperatur (Tjmomentan) und der oberen
Temperaturgrenze (Tjmax) beruht. Immer wenn der Motor sich
in einem blockierten Zustand befindet, wird entsprechend
die Übergangstemperatur (Tjmomentan) automatisch unterhalb
bzw. unter der oberen Temperaturgrenze (Tjmax) gehalten und
kann ein relativ hoher Strom durch die elektrische Spule
fließen, welche ein größtmöglichstes Drehmoment erzeugen
kann. Somit kann ein idealer Motorantrieb bzw. eine ideale
Motoransteuerung realisiert werden, die auch dann passend
ist, wenn der Motor sich in seinem blockierten Zustand
befindet.
Die Aufgabe, die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung eines
bevorzugten, beispielhaften Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der angefügten Zeichnung ersichtlich. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Motorantrieb-
Steuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer
Programmroutine für eine Erregungssteuerfunktion einer CPU
11,
Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer
Programmroutine von Schritt 67 zur Berechnung eines Wertes
Kt zur Drehmomentbegrenzung,
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung,
wie ein Solldrehmoment sich über die Zeit hinweg ändert,
das eine Vervielfachung des Wertes Kt mit einem
erforderlichen Drehmoment darstellt, und
Fig. 5 eine Zeitverlaufsdarstellung zur Veranschaulichung
eines Beispiels eines Verlaufs eines Erregerstroms, der zum
Antrieb eines in Fig. 1 veranschaulichten SR-Motors 1
angewiesen bzw. befohlen wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in
Fig. 1 veranschaulicht. Ein Gerät gemäß Fig. 1 bildet einen
wesentlichen bzw. einen Hauptabschnitt einer elektrischen
Motorantriebseinheit bzw. Motoransteuereinheit eines
hybrid-elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, an dem eine
Innenbrennkraftmaschine und ein geschalteter (nachstehend
abgekürzt als SR-Motor bezeichneter) Reluktanzmotor zum
Radantrieb des hybrid-elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
angebracht sind. Gemäß diesem Beispiel bzw. gemäß der
veranschaulichten Struktur ist ein einziger SR-Motor 1 als
eine elektrische Antriebsquelle vorgesehen, der durch eine
Zentraleinheit bzw. CPU 11 einer elektrischen
Steuereinrichtung gesteuert wird. Zustandssignale eines
Schalthebelschalters, eines Bremsenschalters, eines
Beschleunigungseinrichtungsschalters und eines
Beschleunigungseinrichtungssensorschalters und ein
Anforderungssignal eines
Beschleunigungseinrichtungsöffnungssensors werden jeweils
in die CPU 11 über eine (nicht dargestellte) Eingangs-
/Ausgangsschnittstelle der Systemsteuereinrichtung
eingespeist. Auf der Grundlage einer Information aus diesen
Signalen steuert die CPU 11 den SR-Motor 1.
Der SR-Motor 1 beinhaltet für seinen Antrieb drei
Phasenspulen 1a, 1b und 1c und einen Winkelsensor 1d zur
Erfassung einer Winkelposition eines (nicht dargestellten)
Rotors des SR-Motors 1. Die Phasenspulen 1a, 1b und 1c sind
jeweils mit Motoransteuereinrichtungen 18, 19, 20
verbunden. Ein Stromsensor 2 ist an einer die Phasenspule
1a und die Motoransteuereinrichtung 18 verbindenden Leitung
angeordnet. Ein Stromsensor 3 ist an einer die Phasenspule
1b und die Motoransteuereinrichtung 19 verbindenden Leitung
angeordnet. Ein Stromsensor 4 ist an einer die Phasenspule
1c und die Motoransteuerung 20 verbindenden Leitung
angeordnet. Diese Stromsensoren 2, 3 und 4 geben als
Stromsignale Spannungen an drei Vergleichsschaltungen 16
und drei Integrierschaltungen 5 aus, welche zu durch die
jeweiligen Phasenspulen 1a, 1b und 1c fließenden, aktuellen
bzw. tatsächlichen Strömen in einem Verhältnis stehen.
Diese Stromsignale werden hinsichtlich eines Rauschens mit
kurzen Glättungszeitkonstanten verarbeitet und sind
äquivalent zu dem Wesen nach momentanen Werten. Die
Integrierschaltungen 5 erzeugen Analogspannungen, die
zeitserielle Mittelwerte der Ströme der Phasenspulen
ausdrücken, und führen dieselben zu einem Analog/Digital-
bzw. A/D-Wandlungsport der CPU 11 zu. Die
Glättungszeitkonstanten der Integrierschaltungen 5 sind
groß.
Die CPU 11 führt Erregungsbefehle (Sollströme)
Stromsteuereinrichtungen C1 bis inklusive C3 zu bzw. gibt
sie an die Stromsteuereinrichtungen C1 bis inklusive C3
aus. Die Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3 steuern
mittels der Motoransteuerungen 18, 19 und 20 jeweils durch
die Spule 1a der ersten Phase bzw. die Erste-Phase-Spule,
die Spule 1b der zweiten Phase bzw. die Zweite-Phase-Spule
und die Spule 1c der dritten Phase bzw. die Dritte-Phase-
Spule verlaufende oder fließende Ströme.
Die Stromsteuereinrichtung C1 beinhaltet eine
Stromwellenformerzeugungsschaltung bzw.
Stromverlaufserzeugungsschaltung 15, eine
Vergleichsschaltung 16 und eine Ausgabebestimmungsschaltung
17. Die Stromsteuereinrichtungen C2 und C3 sind
hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion zu der
Stromsteuereinrichtung C1 identisch.
Eine fahrzeugseitig angebrachte Batterie PB, die eine
Gleichstrom-Energieversorgung bzw. DC-Energieversorgung zum
Antrieb des elektrischen Motors darstellt, weist ein
Spannungsausgangssignal von etwa 288 Volt auf. Die Spannung
der Batterie PB wird an Motorantriebsversorgungsleitungen
angelegt, wenn ein Antriebsenergieversorgungsrelais PR
angeschaltet wird. Ein Kondensator Cap und ein Widerstand
Res sind zur Absorption von Welligkeiten an die
Versorgungsleitungen angeschlossen. Da der
Motorantriebsstrom mehrere hundert Ampere beträgt, weist
der Kondensator Cap eine Kapazität von etwa 8100 µF auf.
Jedoch ist der Widerstandswert des Widerstands Res groß, um
den elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren. Die
Entladungszeitkonstante der Parallelschaltung aus dem
Kondensator Cap und dem Widerstand Res ist beträchtlich
hoch. Wird somit das Antriebsenergieversorgungsrelais PR
ausgeschaltet, während alle die Motoransteuereinrichtungen
18, 19 und 20 abgeschaltet sind, wird die Spannung des
Kondensators Cap (die
Motorantriebsenergieversorgungsleitungsspannung) für eine
große Zeitdauer aufrechterhalten bzw. auf einem hohem Wert
gehalten. Um diese Spannung in einer kurzen Zeitdauer
abzubauen, wie es im weiteren detailliert beschrieben wird,
gibt, nachdem das Antriebsenergieversorgungsrelais PR
angeschaltet ist, die CPU 11 der Systemsteuereinrichtung
einen Erregungsbefehl an die Stromsteuereinrichtungen C1,
C2 und C3 aus, wodurch die Motoransteuerungen 18, 19 und 20
jeweils leitend werden, woraus resultiert, dass die
statische elektrische Ladung des Kondensators Cap in die
Phasenspulen 1a, 1b und 1c des SR-Motors 1 entladen bzw.
abgeführt wird.
Zusätzlich zu der vorstehend angeführten
Antriebsenergieversorgungsschaltung sind ebenso eine
Steuerenergieversorgungsbatterie CB und eine
Steuerenergieversorgungsschaltung 14 vorgesehen. Die
Steuerenergieversorgungsschaltung 14 beinhaltet zwei
Konstantspannungsschaltungen. Eine der
Konstantspannungsschaltungen, die einen extrem geringen
Energieverbrauch aufweist, ist direkt mit der Batterie CB
verbunden und führt immer eine konstante Spannung zu der
CPU 11. Die weitere Konstantspannungsschaltung, die einen
relativ großen Energieverbrauch aufweist, ist mit der
Batterie CB verbunden, wenn eine Steuerenergieversorgung CR
angeschaltet ist, um eine Steuerspannung den
Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3, (einer
Steuerspannungsleitung) der Motoransteuereinrichtungen 18,
19, und 20 sowie verschiedenen Erfassungseinrichtungen und
Erfassungsschaltungen bereitzustellen.
Eine Betriebsspannung wird immer bzw. wird kontinuierlich
der CPU 11 zugeführt, unabhängig davon, ob das
Steuerenergieversorgungsrelais CR angeschaltet oder
abgeschaltet ist. Ändert sich ein
Fahrzeugenergieversorgungsschaltsignal VSs, das zum
Ausdruck bringt, ob ein an dem Fahrzeug angebrachter
Zündungsschalter VSC angeschaltet oder abgeschaltet ist,
von einem geringen Pegel L, welcher angibt, dass der
Zündungsschalter VSC ausgeschaltet ist, zu einem hohen
Pegel H, welcher angibt, dass der Zündungsschalter VSC
angeschaltet ist, bewirkt die CPU 11, dass das
Steuerenergieversorgungsrelais CR und das
Antriebsenergieversorgungsrelais PR angeschaltet werden.
Ändert sich das Fahrzeugenergieversorgungsschaltsignal VSs
von einem hohen Pegel H (VSC angeschaltet) zu einem
niedrigen Pegel L (VSC abgeschaltet), schaltet die CPU 11
das Antriebsenergieversorgungsrelais PR ab, liest eine
Ausgangsspannung einer Isolierspannungswandlerschaltung VCT
nach ihrer Digitalwandlung und gibt einen Erregungsbefehl
an die Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3 zur Erregung
der jeweiligen Phasenspulen 1a, 1b und 1c aus, falls eine
Ausgangsspannung der Isolierspannungswandlerschaltung VCT
gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wird die
Ausgangsspannung der Isolierspannungswandlerschaltung VCT
geringer als der vorbestimmte Wert, weist die CPU 11 die
Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3 an, die Erregung
einer jeden der Phasenspulen 1a, 1b und 1c zu beenden und
schaltet das Steuerenergieversorgungsrelais CR ab.
Die Isolierspannungswandlerschaltung VCT beinhaltet eine
Sägezahnverlauf-Erzeugungsschaltung, eine Spannungsteiler-
Widerstandsschaltung zur Unterteilung der Spannung des
Kondensators Cap, eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen
einer auf diese Weise erlangten Teilspannung mit einem
Sägezahnverlauf bzw. einer Sägezahnwelle und zum Wandeln
der Teilspannung in ein Pulsbreitenmodulations-Impulssignal
bzw. ein PBM-Impulssignal (mit einem Einschaltverhältnis),
einen Photokoppler zum Übertragen des PBM-Impulses in
isolierter Weise und eine
Impulsbreite-Spannung-Wandlungsschaltung zur Wandlung des
resultierenden PBM-Impulses in eine analoge Spannung. Die
Isolierspannungswandlerschaltung VCT führt eine durch die
Impuls-Spannung-Wandlungsschaltung erzeugte analoge
Spannung zu einem A/D-Wandlungseingangsport der CPU 11.
Während das Antriebsenergieversorgungsrelais PR
angeschaltet ist, liest die CPU 11 nach einer A/D-Wandlung
die ausgegebene, analoge Spannung der
Isolierspannungswandlerschaltung VCT, immer wenn eine
Energieversorgungsinformation erforderlich ist oder in
einem vorbestimmten Zyklus. Ist das Relais PR abgeschaltet,
fährt die CPU 1 damit fort, die ausgegebene analoge
Spannung der Isolierspannungswandlerschaltung VCT nach
einer A/D-Wandlung zu lesen, und weist die
Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3 an, den SR-Motor zu
erregen, bis die gelesene Spannung unter einen
eingestellten Wert fällt.
Während eines Dauerantriebs des elektrischen Motors 1
(während das Antriebsenergieversorgungsrelais PR
angeschaltet ist), ermittelt die CPU 11 der
Systemsteuereinrichtung unter Rechnereinsatz bzw. berechnet
aufeinanderfolgend eine erforderliche Richtung, eine
Antriebsgeschwindigkeit und ein Antriebsdrehmoment des SR-
Motors 1 auf der Grundlage einer Information, die von dem
Schalthebel, dem Bremsschalter, dem
Beschleunigungseinrichtungsschalter und dem
Beschleunigungseinrichtungsöffnungssensor eingegeben wird.
Auf der Grundlage der Ergebnisse derartiger Berechnungen
steuert die CPU 11 die Ströme, die durch die jeweiligen
Phasenspulen 1a, 1b und 1c des SR-Motors 1 zu fließen
haben.
Der Winkelsensor 1d gibt ein 11-Bit-Binärsignal aus, das
einen absoluten Winkel von 0° bis 360° angibt. Der
Winkelsensor 1d weist eine minimale Auflösung des erfassten
Winkels von 0,5° auf. Auf der Grundlage der wertniedrigsten
2 Bits des von dem Winkelsensor 1d ausgegebenen Signals
erfasst die CPU 11 die Richtung (Richtung im Uhrzeigersinn
CW oder im Gegenuhrzeigersinn CCW) des Rotors des SR-Motors
1. Die CPU 11 erzeugt ein Richtungserfassungssignal S11 mit
einem Wert H(1) bzw. einem Wert L(0), wenn die Drehrichtung
des Rotors jeweils CW bzw. CCW entspricht, und hält das
resultierende Richtungserfassungssignal S11 in einem (nicht
dargestellten) Register (resister) und führt das
resultierende Richtungserfassungssignal S11 den
Ausgabebestimmungsschaltungen 17 zu.
Ein Ende der Spule 1a der ersten Phase ist mit einer
Leitung höheren Potentials einer Energieversorgung über
einen Schalttransistor (IGBT) 18a verbunden, während das
weitere Ende der Spule 1a der ersten Phase mit einer
Leitung geringeren Potentials der Energieversorgung über
einen Schalttransistor (IGBT) 18b verbunden ist. Darüber
hinaus ist eine Diode zwischen der Leitung geringeren
Potentials und einem Emitteranschluss des Schalttransistors
18a eingefügt, während eine weitere Diode zwischen der
Leitung höheren Potentials und einem Emitteranschluss des
Schalttransistors 18b eingefügt ist. Sind somit die beiden
Transistoren 18a und 18b angeschaltet bzw. werden leitend,
fließt Strom durch die Phasenspule 1a. Ist einer oder sind
beide der Schalttransistoren 18a und 18b abgeschaltet bzw.
werden nicht leitend, kann die Erregung der Phasenspule 1a
beendet werden.
Auf der Grundlage einer von dem Schalthebel, dem
Bremsschalter, dem Beschleunigungseinrichtungsschalter und
dem Beschleunigungseinrichtungsöffnungssensor eingegebenen
Information führt die CPU 11 ein Betriebsart
spezifizierendes Signal S5 der Ausgabebestimmungsschaltung
(output determining circuit) 17 zu. Das Betriebsart
spezifizierende Signal S5 ist auf einen Wert H eingestellt,
der anzeigt, dass ein weiches Unterbrechen bzw.
Gleichstromstellen (soft chopping) möglich ist, wenn die
durch die CPU 11 bestimmte erforderliche Drehrichtung des
SR-Motors 1 mit einer durch die CPU 11 erfassten aktuellen
Drehrichtung des
SR-Motors 1 übereinstimmt, das heißt, wenn der Rotator bzw.
die Dreheinrichtung sich mit einer Richtung dreht, die mit
der gewünschten bzw. bestimmten Richtung übereinstimmt.
Dreht sich dem gegenüber der Rotator bzw. die
Dreheinrichtung in einer der gewünschten Richtung
entgegengesetzten Richtung, wird das Betriebart
spezifizierende Signal S5 so eingestellt, dass es einen
Wert L aufweist, der angibt, dass ein weiches Unterbrechen
bzw. Gleichstromstellen gesperrt ist und ein hartes
Unterbrechen bzw. Gleichstromstellen (hard chopping)
gewünscht bzw. bestimmt ist.
Die Ausgabebestimmungsschaltung 17 vergleicht eine von der
Wellenformerzeugungsschaltung 15 ausgegebene erste
Referenzspannung Vr1 mit der von dem Stromsensor 2
ausgegebenen Spannung eines Stromsignals und gibt das
Ergebnis eines derartigen Vergleichs als ein binäres Signal
S71 an eine Gate-Ansteuereinrichtung zur Weiterleitung an
den Transistor 18a aus. Die Ausgabebestimmungsschaltung 17
vergleicht ebenso eine von der
Wellenformerzeugungsschaltung 15 ausgegebene zweite
Referenzspannung Vr2 mit der von dem Stromsensor 2
ausgegebenen Spannung eines Stromsignals und gibt das
Ergebnis eines derartigen Vergleichs als ein binäres Signal
S72 an eine Gate-Ansteuereinrichtung zur Weiterleitung an
den Transistor 18b aus. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist immer eine Formel Vr1 < Vr2 festgesetzt.
Gibt das von der Wellenformerzeugungsschaltung 15
ausgegebene Signal S5 den Wert H an, wenn die Spule 1a der
ersten Phase bestimmt ist, erregt zu werden, wird die
Zustandsbeziehung zwischen den Schalttransistoren 18a und
18b in Abhängigkeit von einem Größenverhältnis zwischen der
Spannung Vs6 eines Stromsignals des Stromsensors 2, der
ersten Referenzspannung Vr1 und der zweiten
Referenzspannung Vr2 so eingestellt, dass es eines der
nachstehenden drei Zustände aufweist.
Eine wechselweise Wiederholung der Fälle und wird als
hartes Unterbrechen bzw. Gleichstromstellen bezeichnet,
während eine wechselweise Wiederholung der Fälle und
als weiches Unterbrechen bzw. Gleichstromstellen bezeichnet
wird. Obwohl gleichartig zu dem Fall 2 sollten bei dem
vorstehenden Fall Vr1 < Vs6 ≦ Vr2 die Transistoren 18a und
18b jeweils im Prinzip ausgeschaltet sein. Da die
Drehrichtung des elektrischen Motors 1 entgegengerichtet zu
der gewünschten bzw. spezifizierten Richtung ist, erfolgt
zur Verhinderung eines Transistorsschadens eine
dahingehende Änderung, dass der Transistor 18a bzw. 18b
jeweils an- bzw. abgeschaltet wird.
Wie vorstehend angeführt, gibt es folgende Zustände: Im
ersten Zustand sind beide Transistoren 18a und 18b
anzuschalten, im zweiten Zustand sind beide Transistoren
18a und 18b abzuschalten und im dritten Zustand ist jeweils
einer der Transistoren 18a und 18b einzuschalten und der
weitere der Transistoren 18a und 18b abzuschalten, wobei
das Vorhandensein eines dieser Zustände davon abhängt, ob
der Pegel der Spannung Vs6 des Stromsignals des
Stromsensors 2 geringer als Vr1 ist, zwischen Vr1 und Vr2
liegt oder größer als Vr2 ist, und ob die Drehrichtung des
Rotors des SR-Motors 1 mit der gewünschten Richtung bzw.
Sollrichtung identisch ist oder nicht.
Befindet sich das Erregungsangabesignal S5 auf einem
niedrigen Pegel L, der anzeigt, dass die Spule 1a der
ersten Phase angeordneterweise nicht erregt werden soll,
werden die beiden Transistoren 18a und 18b abgeschaltet
bzw. werden nicht leitend, unabhängig von den Zuständen der
jeweiligen Signale S71 und S72, die von der
Vergleichsschaltung 16 ausgegeben werden.
Sind die beiden Transistoren 18a und 18b angeschaltet,
hängt die Anstiegskennlinie bzw. Anstiegsgeschwindigkeit
eines durch die Phasenspule 1a fließenden Stromes von der
Zeitkonstanten der Schaltung ab und kann nicht durch
Steuerung weiterer Faktoren geändert werden. Jedoch
angesichts der Tatsache, dass die Abfallkennlinie bzw.
Abfallgeschwindigkeit eines Stromes differiert, wenn eine
Stromunterbrechung sich dahingehend unterscheidet, dass die
beiden Transistoren 18a und 18b abgeschaltet sind, bzw.
dass der Transistor 18a abgeschaltet ist, während der
Transistor 18b angeschaltet bleibt, kann eine
Abfallgeschwindigkeit eines Stromes eingestellt werden. Das
heißt, wenn die beiden Transistoren 18a und 18b
abgeschaltet sind, wird die Stromabfallgeschwindigkeit
höher, während die Stromabfallgeschwindigkeit geringer
wird, wenn der Transistor 18a abgeschaltet ist, während der
Transistor 18b angeschaltet bleibt.
Falls fast keine Änderung hinsichtlich der Sollströme Vr1
und Vr2 auftritt, tritt, selbst wenn die
Stromverringerungsgeschwindigkeit gering ist, ein Anstieg
der Abweichung zwischen dem Referenzspannungspegel Vr1 und
dem aktuell fließenden Strompegel Vs6 nicht auf, womit die
Beziehung Vs6 < Vr2 aufrechterhalten bleibt. Somit besteht
zu diesem Zeitpunkt eine geringe Stromvariation. Wird
darüber hinaus zumindest einer der Sollströme Vr1 und Vr2
geändert, wenn beispielsweise die zu erregende Phasenspule
gewechselt wird, tritt ein Zustand gemäß Vs6 < Vr2 auf,
falls die Stromanstiegsgeschwindigkeit gering ist. Dabei
sind die beiden Transistoren 18a und 18b abgeschaltet, was
die Stromabfallgeschwindigkeit erhöht, woraus resultiert,
dass der Strom sich als Reaktion auf die Sollströme Vr1 und
Vr2 schnell ändert. Tritt keine Änderung hinsichtlich des
Sollstroms auf, wird die Abweichung zwischen der
Referenzspannung Vr1 und dem Strompegel Vs6 geringer, was
die Stromabfallsgeschwindigkeit wieder verringert. Somit
kann eine Stromverzögerung als Reaktion auf die Änderung
eines Sollwerts verhindert werden. Darüber hinaus ist die
Stromänderungsgeschwindigkeit im Falle einer geringen
Änderung des Sollwerts gering, wodurch eine Einschränkung
oder Unterdrückung von Schwingungen und Rauschen ermöglicht
wird.
Im Falle eines Schaltens einer Stromabfallsgeschwindigkeit
unter Verwendung vorstehend angeführter Signale S71 und
S72, die von der Ausgabebestimmungsschaltung 17 ausgegeben
werden, wird der tatsächliche Schaltzeitpunkt einer
Verzögerung von dem passenden bzw. richtigen
Schaltzeitpunkt unterworfen. Obwohl es im einzelnen ideal
ist, die Stromabfallgeschwindigkeit in dem Augenblick einer
abrupten Verringerung des Sollwertes zu erhöhen, tritt eine
Verzögerung infolge der Tatsache auf, dass das Signal S72
nicht den Wert L annimmt, solange als die Stromabweichung
praktisch geringer ist. Ändert sich der Sollwert sehr rasch
bzw. schnell, besteht daher die Möglichkeit, dass ein Strom
als Reaktion auf den Sollwert lediglich mit der
automatischen Stromänderungsgeschwindigkeit unter
Verwendung der Signale S71 und S72 in unzufriedenstellender
Weise nachfolgt.
Angesichts dieser Umstände ermöglicht, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, eine Steuerung des
Erregungsangabesignals S5, die Stromabfallgeschwindigkeit
ohne Berücksichtigung bzw. unabhängig von der Höhe eines
Stromes Vs6 zu erhöhen. Das heißt, wenn das Signal S5 auf
den unteren Pegel L gebracht wird, werden die beiden
Transistoren 18a und 18b gleichzeitig abgeschaltet bzw.
werden nichtleitend, wodurch die Abfallgeschwindigkeit des
Stromes erhöht wird.
Die Stromwellenformerzeugungsschaltung 15 gibt zwei Arten
von Referenzspannungen Vr1 und Vr2 und das
Phasenspulenerregungsangabesignal S5 aus. Die
Referenzspannung Vr1, die Referenzspannung Vr2 und das
Phasenspulenerregungsangabesignal S5 werden jeweils auf der
Grundlage einer in einem (nicht dargestellten) Speicher 15b
gespeicherten Information, einer in einem (nicht
dargestellten) Speicher 15a gespeicherten Information und
einer in einem (nicht dargestellten) Speicher 15c
gespeicherten Information erzeugt bzw. hervorgebracht. Aus
dem Speicher 15a gelesene
8-Bit-Daten werden an einem in der Schaltung 15
ausgebildeten (nicht dargestellten) Digital/Analog-Wandler
15g in eine Analogspannung gewandelt, wobei aus dem
resultierenden Signal nach Durchlaufen eines (nicht
dargestellten) Verstärkers 15g die Referenzspannung Vr2
wird. In gleichartiger Weise werden
8-Bit-Daten ebenso durch Durchlaufen eines D/A-Wandlers in
eine analoge Spannung gewandelt, wobei die auf diese Weise
erlangte analoge Spannung nach Durchlauf eines Verstärkers
zu der Referenzspannung Vr1 wird. Von dem Speicher 15c
ausgegebene 1-Bit-Daten werden als das
Phasenspulenerregungsangabesignal S5 verwendet.
Ein jeder der vorstehend angeführten, nicht dargestellten
Speicher 15a, 15b und 15c weist eine Vielzahl von Adressen
auf, die den Winkelpositionen (in 1-Grad-Einheiten) des
Rotors R des SR-Motors 1 entsprechen. Eine
Adressdecodiereinrichtung der
Stromwellenformerzeugungsschaltung 15 erzeugt auf der
Grundlage eines durch den Winkelsensor 1d erfassten
Winkelpositionssignals eine Adresseninformation. Diese
Adresseninformation wird gleichzeitig
Adresseneingabeanschlüssen der jeweiligen Speicher 15a, 15b
und 15c zugeführt. Dreht sich der Rotor R des SR-Motors 1,
geben somit die Speicher 15a, 15b und 15c Daten von den
jeweiligen Adressen aus, die der gegenwärtigen
Winkelposition des Rotors R entsprechen. Folglich variieren
die Referenzspannungen Vr1 und Vr2 sowie das
Phasenspulenerregungsangabesignal S5 mit der sich ändernden
Lage des sich drehenden Rotors R.
Aufgrund der Tatsache, dass ein Strom mit dem
veranschaulichten Verlauf gemäß Fig. 5 durch die
Phasenspulen 1a, 1b und 1c fließt, ist in der Praxis eine
Erregungsinformation als ein Kennfeld bzw. eine Zuordnung
(map) in jedem der Speicher 15a, 15b und 15c gespeichert.
Das heißt, in einer jeden Adresse von mit jeweiligen
Winkelpositionen verknüpften Adressen (alle 0,5° gemäß
diesem Ausführungsbeispiel) wird ein Sollwert eines Stroms
gehalten, der an der Position einzustellen ist. Da jeweils
eine Information in dem Speicher 15a und eine Information
in dem Speicher 15b den Referenzspannungen Vr2 und Vr1
entsprechen, ist der Speichers 15a hinsichtlich des Inhalt
geringfügig unterschiedlich zu dem des Speichers 15b. Da
wie vorstehend beschrieben vorgesehen ist, dass der Pegel
des durch die Phasenspule 1a fließenden Stroms sich ändert,
um der variablen Referenzspannung Vr1 nachzufolgen, kann
durch eine Speicherung des Verlaufs des Stroms, der durch
die Phasenspule 1a fließen soll, als Referenzspannungen Vr1
und Vr2 in den jeweiligen Speichern 15a und 15b ermöglicht
werden, dass der Strom durch die Phasenspulen gemäß der
Darstellung in Fig. 5 fließt.
Wie es in diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5
veranschaulicht ist, sollte jedoch, immer wenn der Rotor R
sich durch einen Winkel von 30 Grad dreht, ein Schalten zur
Erregung/Entregung einer jeden der Phasenspulen 1a, 1b und
1c ausgeführt werden, wobei eine Registrierung der
veranschaulichten Verläufe gemäß Fig. 5 in den Speichern
15a und 15b ermöglicht, dass das Schalten zur
Erregung/Entregung unter Verwendung der Signale S71 und S72
alle 30 Grad auf automatische Weise ausgeführt wird. Das
heißt, die CPU 11 selbst ist für die Durchführung des
Schaltens zur Erregung/Entregung einer jeden Phasenspule
nicht erforderlich.
Obwohl ebenso hinsichtlich des Speichers 15c ein Großteil
von Adressen als Information "1" gemäß einen hohen Pegel H
des Phasenspulenerregungsangabesignals S5 hält, halten
einige Adressen eine Information "0" (eine zwingende
Unterbrechungsinformation) gemäß Winkeln, bei welchen die
Sollströme Vr1 und Vr2 in drastischer Weise abnehmen. Das
heißt, befindet sich der Rotor an einer Winkelposition wie
beispielsweise an einer Anfangsstelle des abfallenden
Verlaufs des Sollstroms, an der die Abnahmesteigerung sehr
steil ist und es vorhersehbar ist, dass eine Erhöhung der
Stromänderungsgeschwindigkeit wünschenswert ist, wird, ohne
das automatische Schalten unter Verwendung des Signals S72
abzuwarten, die Stromänderungsgeschwindigkeit zwangsweise
erhöht, indem das Signals S5 auf der Grundlage einer in dem
Speicher 15c gespeicherten Information auf einen geringen
Pegel L gebracht wird. Somit kann eine Zeitverzögerung auf
ein Schalten der Stromänderungsgeschwindigkeit hin
verhindert werden, wodurch die Nachfolgefähigkeit des
Stroms zu dem Sollwert verbessert wird.
In die Speicher 15a, 15b und 15c kann geschrieben werden
und aus ihnen kann gelesen werden. Die Speicher 15a, 15b
und 15c sind über jeweilige Signalleitungen an die CPU 11
angeschlossen, wobei die CPU 11 bei Bedarf manchmal die
Inhalte der Speicher 15a, 15b und 15c aktualisieren kann.
Gemäß Fig. 2 ist ein Flussdiagramm veranschaulicht, das den
Gesamtbetrieb der CPU 11 darstellt. Wird die
Energieversorgung angeschaltet, das heißt, wird der CPU 11
von der Batterie CB und der Energieversorgungsschaltung 14
eine Betriebsspannung zugeführt, erfolgt in Schritt 51 eine
Initialisierung, das heißt, die innenliegenden Speicher der
CPU 11 werden initialisiert und Einstellungen bezüglich
eines innenliegenden Zeitgebers und einer Betriebsart für
eine Unterbrechung und dergleichen werden durchgeführt.
Danach erfolgt eine Systemdiagnose und schreitet die
Programmroutine zu dem nächsten Schritt voran, falls keine
abnormalen Zustände aufgefunden werden.
In Schritt 52 werden über die Eingangsschnittstelle 12
Zustände der von dem Schalthebel, dem Bremsschalter, dem
Zündungsschlüsselschalter VSC, dem Beschleunigungsschalter,
dem Beschleunigungsöffnungssensor ausgegebenen Signale und
die Antriebsspannung Vp (die ausgegebene analoge Spannung
der Isolierspannungswandlungsschaltung VCT) jeweils zur
Speicherung in den innenliegenden Speichern bzw.
Innenspeichern gelesen.
In Schritt 53 wird überprüft, ob der
Zündungsschlüsselschalter VSC angeschaltet (H) ist oder
nicht. Wird das Ergebnis als zutreffend bzw. positiv (ja)
befunden, wird in Schritt 54 überprüft, ob der
angeschaltete Zustand aus dem zuletzt durchgeführten
Schalten aus einem abgeschalteten Zustand resultiert, wobei
Bezug auf die in einem Register Fvsc (resister)
gespeicherten Daten genommen wird, welche den Wert "1" und
den Wert "0" darstellen, wenn der Zündungsschlüsselschalter
VSC jeweils angeschaltet und abgeschaltet worden ist. Wird
in Schritt 53 als Ergebnis zutreffend festgestellt, was
bedeutet, dass der eingeschaltete Zustand des
Zündungsschlüsselschalters VSC einem neu hergestellten
Zustand entspricht, erfolgt in Schritt 55 eine
Zustandsüberprüfung. Wird in Schritt 56 ein Normalzustand
festgestellt, wird das Steuerenergieversorgungsrelais CR
angeschaltet (Schritt 57), wird das
Antriebsenergieversorgungsrelais PR angeschaltet (Schritt
58), wird in dem Register Fvsc ein Wert "1" gespeichert
(Schritt 59) und wird die Abschlusslampe angeschaltet bzw.
erleuchtet (Schritt 60).
Nachfolgend wird ein erforderlicher Drehmomentwert
berechnet (Schritt 61). In diesem Schritt wird auf der
Grundlage der in Schritt 52 erfassten Zustände zur
Bestimmung des erforderlichen Drehmomentwerts die
erforderliche Drehrichtung (festgelegte Richtung) des SR-
Motors 1 bestimmt. Nimmt beispielsweise die
Beschleunigungseinrichtungsöffnung zu, was durch den
Beschleunigungseinrichtungsöffnungssensor erfasst wird,
wird ebenso das Sollantriebsdrehmoment erhöht. Darüber
hinaus wird dabei ein Drehmomentänderungszustandsmerker
bzw. ein Drehmomentänderungsflag eingestellt, das die
Solldrehmomentänderung anzeigt. In Schritt 62 wird die
Antriebsspannung Vp (die ausgegebene analoge Spannung der
Isolierspannungswandlungsschaltung VCT) gelesen, wird die
Drehzahl des SR-Motors 1 berechnet, werden eine
Erfassungstemperatur T0 des an einem Schaltelementmodul IPM
angebrachten Temperatursensors TS und der Motorstrom (die
Spannung der Integrierschaltung 5) gelesen. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ändern sich die Bit-Daten, das heißt,
die Winkelerfassungsdaten (11 Bits) des Winkelsensors 1d
mit einer Drehung des SR-Motors 1. In Folge der Tatsache,
dass ihr Zyklus im umgekehrten Verhältnis zu der Drehung
des SR-Motors 1 steht, erfasst die CPU 11 die
Zyklusänderung der unteren bzw. geringwertigen Bits der
Daten mittels einer Unterbrechungsprozedur und berechnet
die Drehzahl des SR-Motors 1 auf der Grundlage des
resultierenden Zyklusses.
Nachfolgend wird in den Schritten 63, 64 und 67 ein
Drehmomentkorrekturkoeffizient Kt berechnet, wie es im
weiteren beschrieben wird. Der resultierende bzw.
berechnete Drehmomentkorrekturkoeffizient Kt wird mit dem
in Schritt 61 berechneten erforderlichen Drehmomentwert
multipliziert, um einen Drehmomentsollwert in Schritt 65 zu
erlangen. Danach wird in Schritt 66 eine Erregungszuordnung
bzw. ein Erregungskennfeld (energization map) erzeugt bzw.
gebildet, welche(s) ein Stromverlaufsmuster gemäß Fig. 5
angibt, so dass der Drehmomentsollwert und die
Motordrehzahl korrelieren. Die Daten der Speicher 15a, 15b
und 15c werden aktualisiert. Dem momentanen Drehwinkel
zugeordnete Daten werden als Sollstromwert an die
Vergleichsschaltung 16 ausgegeben.
Solange ein Antrieb des SR-Motors 1 erforderlich ist,
werden die Schritte von Schritt 52 bis Schritt 66 zyklisch
wiederholt ausgeführt.
Wird das Signal Vss, das einen
angeschalteten/abgeschalteten Zustand bzw. einen Ein/Aus-
Zustand des Zündungsschlüsselschalters VSC angibt und das
in Schritt 52 gelesen wird, auf den Wert L (aus)
geschaltet, schreitet die Programmroutine von Schritt 53 zu
Schritt 68 voran. Auf Grund einer Angabe des Ergebnisses
von Schritt 68, dass die Daten in dem Register Fvsc dem
Wert "1" (das heißt, das Antriebsenergieversorgungsrelais
PR ist angeschaltet) entsprechen, wird das
Antriebsenergieversorgungsrelais PR abgeschaltet (Schritt
69). Ferner wird überprüft, ob die Antriebsspannung Vp (die
ausgegebene analoge Spannung der
Isolierspannungswandlungsschaltung VCT) geringer als 1 Volt
ist (Schritt 70). Wird als Ergebnis falsch bzw. nicht
zutreffend festgestellt, wird ausgeführt, dass der SR-Motor
1 im Wesentlichen nicht angetrieben wird, und wird der
Sollstrom für jede Phasenspule berechnet und wird der
Wellenformerzeugungsschaltung zur Entladung des
Kondensators Cap zugeführt (Schritt 75).
Wird die Spannung an dem vorstehend angeführten Kondensator
Cap geringer als 1 Volt, was aus der vorstehend angeführten
Motorerregung resultiert, speichert die CPU 11 Daten des
Sollstroms von 0 Ampere in einem jeden Phasenregister und
gibt diese an einen jeden der Steuereinrichtungen C1, C2
und C3 aus, um eine Beendigung der Erregung anzuzeigen
(Schritt 72). Danach wird das
Steuerenergieversorgungsrelais CR abgeschaltet (Schritt
73), wird das Register Fvsc gelöscht (Schritt 74). Danach
gelangt die Programmroutine in einen Wartezustand, in dem
durch die Schritte 52, 53, 68 und 52 zirkuliert wird, bis
der Zündungsschlüsselschalter VSC angeschaltet wird.
Nachstehend wird ausführlich beschrieben, wie der
vorstehend angeführte Drehmomentkorrekturkoeffizient Kt
berechnet wird (Schritte 63, 64 und 67). Zunächst wird
überprüft, ob der SR-Motor 1 sich in einem blockierten bzw.
festgebremsten Zustand (locked condition) (die Drehzahl des
SR-Motors 1 ist gleich oder geringer als 10 Upm bzw.
Umdrehungen pro Minute) befindet (Schritt 63). Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist der Schwellenwert mit 10 Upm
festgelegt. Befindet sich der SR-Motor 1 nicht im
festgebremsten bzw. blockierten Zustand, ist das
Schaltelement des Schaltmoduls nicht von einem Hitzeschaden
betroffen, wird der in Schritt 61 erlangte erforderliche
Drehmomentwert unverändert als der Drehmomentsollwert
verwendet (Schritt 64 und 65).
Wird für den SR-Motor 1 festgestellt, dass er sich in einem
festgebremsten bzw. blockierten Zustand befindet, schreitet
die Programmroutine zu Schritt 67 zur "Berechnung des Werts
Kt zur Drehmomentbegrenzung" voran, bei dem der
Korrekturkoeffizient Kt zur Verhinderung eines thermischen
Schadens des Schaltelements des Schaltmoduls und zur
Bestimmung des möglichst nahe bei dem in Schritt 61
berechneten erforderlichen Drehmomentwert liegenden
Drehmomentsollwert berechnet wird. Die Details sind in Fig.
3 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird in Schritt 67 zur
"Berechnung des Werts Kt zur Drehmomentbegrenzung" zunächst
ein Gleichstromansteuerungs- bzw. Unterbrechungsverlust
(Chopping loss) Qchop(W) eines Bipolartransistors mit
isolierter Gateelektrode (IGBT) wie nachstehend angeführt
berechnet (Schritt 81), welcher als Schaltelement einer der
Ansteuereinrichtungen 18, 19 und 20 für die jeweiligen
Phasenspulen wirkt.
Qchop = Strom I [A] × Spannung V [V] × Koeffizient Kc,
wobei Kc einen auf der Grundlage einer
Unterbrechungsfrequenz (chopping frequency), einer
Stromanstiegsgeschwindigkeit und einer
Stromabfallgeschwindigkeit berechneten
Unterbrechungskoeffizienten darstellt.
Daraufhin wird in Schritt 82 ein Betriebsverlust bzw. ein
Verlust im eingeschalteten Zustand (On-loss) des
Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (IGBT) wie
nachstehend berechnet, welcher dessen Verlust darstellt,
wenn er erregt bzw. stromführend ist.
Qein = Vceo × Strom I [A] + Rein × I2 [A],
wobei Vceo eine Durchlaßspannung bzw. eine Spannung im
eingeschalteten Zustand (on-voltage) zwischen einem
Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss des IGBT
darstellt, wenn 0 Ampere Strom fließt, und
wobei Rein einen Durchlaßwiderstand bzw. einen Widerstand
im eingeschalteten Zustand (on-resistor) des IGBT
darstellt.
Daraufhin wird in Schritt 83 eine nachstehende Berechnung
eines gesamten elektrischen Leistungsverlusts Lt [W] bei
einer der Ansteuereinrichtungen 18, 19 und 20 durchgeführt,
die für die zu erregende Phasenspule vorgesehen ist.
Lt = (Qchop + Qein + Dverlust × 2) × Sicherheitsfaktor,
wobei Dverlust einem Diodenverlust entspricht.
Eine Abschätzung einer Momentantemperatur Tjmomentan [°C]
erfolgt auf der Grundlage der nachstehenden Formeln in
Schritt 84.
Tjziel = Lt × Wärmewiderstand [°C/W],
wobei Tjziel der Sättigungstemperatur [°C] des
Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (IGBT)
darstellt.
Tjmomentan = (Tjziel - Tjmometan0) × (1 - e-t/ τ) + To,
wobei Tjmomentan0 den letzten Wert von Tjmomentan,
τ eine experimentell erlangte Zeitkonstante eines Temperaturanstiegs,
T0 eine durch den Temperatursensor erfasste Temperatur darstellt.
τ eine experimentell erlangte Zeitkonstante eines Temperaturanstiegs,
T0 eine durch den Temperatursensor erfasste Temperatur darstellt.
Nachfolgend wird in Schritt 85 eine Temperaturdifferenz als
Temperaturspielraum bzw. Temperaturabweichung wie
nachstehend berechnet.
Abweichung = Tjmax - Tjmomentan
wobei Tjmomentan die Momentanübergangstemperatur,
Tjmax die obere Temperaturgrenze des IGBT darstellt.
Ist die Temperaturdifferenz Abweichung größer als ein
vorbestimmter Wert K3, was angibt, dass die
Temperaturabweichung größer ist, wird der
Drehmomentkorrekturkoeffizient auf den Wert K1
(bzw. Kt = 1) festgelegt (Schritte 86 und 87). Ist die
Temperaturdifferenz Abweichung gleich oder geringer als 0,
wodurch beurteilt wird, dass die momentane
Übergangstemperatur Tjmomentan gleich oder größer als die
obere Temperaturgrenze des IGBT ist, wird der
Drehmomentkorrekturkoeffizient Kt auf den Wert 0 festgelegt
(Beendigung der Erregung) (Schritte 88 und 89). Ist die
Temperaturdifferenz Abweichung größer als 0 und nicht
größer als der vorbestimmte Wert K3, wird der Koeffizient
Kt durch die Formel Kt = Abweichung × K4 (K4: Koeffizient)
berechnet, und wenn der resultierende Wert Kt größer als 1
ist, wird der Wert Kt auf den Wert 1 zurückgesetzt
(Schritte 90 bis 92). Das heißt, in der
Proportionalsteuerbetriebsart bzw. P-Steuerbetriebsweise
wird der Korrekturkoeffizient Kt mit größer als 0 und nicht
größer als 1 festgelegt, wobei die Differenz Abweichung als
ein Abweichungswert betrachtet wird.
Gemäß den vorstehenden Schritten wird durch das
Multiplizieren des in Schritt 61 berechneten erforderlichen
Drehmomentwerts mit dem Koeffizienten Kt (0 ≦ Kt ≦ 1) der
Solldrehmomentwert gebildet. Eine derartige Bestimmung des
Korrekturkoeffizienten erfolgt so, dass ein möglichst
ausreichendes Motorausgangsdrehmoment erzielt wird, während
die Verhinderung eines thermischen Schadens des
Schaltelements des Moduls sichergestellt wird. Eine
derartige Steuerung ermöglicht die Erlangung des
Drehmoments, auch wenn das Schaltelement des Schaltmoduls
IPM nahe an seine Temperaturgrenze gelangt, und den Schutz
des Schaltelements.
Gemäß Fig. 4 wird gezeigt, wie der Solldrehmomentwert (= Kt
× erforderlicher Drehmomentwert) sich über die Zeit hinweg
für den Fall ändert, dass der erforderliche Drehmomentwert
sich konstant auf einem höheren Pegel befindet und der
Motor sich mit einer geringeren Geschwindigkeit als 10 Upm
dreht, während er mit einem hohen Strom auf kontinuierliche
Weise erregt wird. Mittels der Proportionalsteuerung wird,
wobei die Beziehung Kt = Abweichung × K4 auf eine
Feststellung von Abweichung = Tjmax - Tjmomentan hin
hergestellt wird, der Wert Kt geringer als 1 (Kt < 1),
verringert sich der Koeffizient Kt wie bzw. während der
Wert Abweichung abnimmt, was dazu führt, dass der
Solldrehmomentwert abnimmt, auch wenn der erforderliche
Drehmomentwert sich nicht ändert, wodurch der
Temperaturanstieg hinsichtlich des Schaltelements des
Moduls verhindert wird.
Anstelle der vorstehenden Temperaturschätzung auf der
Grundlage einer jeweiligen Erfassung eines durch die
Phasenspulen 1a, 1b und 1c des elektrischen Motors 1
fließenden Stroms mit den Stromsensoren 2, 3 und 4 kann
eine Ersatztemperaturschätzung auf der Grundlage von
Erregungsangabeströmen erfolgen, welche jeweils von den
Stromsteuereinrichtungen C1, C2 und C3 zu den Phasenspulen
1a, 1b und 1c zu führen sind. In einer derartigen
Ausführung ist als der vorstehende Strom I (A) der
Stromsollwert verfügbar, der der Vergleichsschaltung 16 in
Schritt 66 zu geführt wird.
Die Erfindung wurde mit Bezugnahme auf ein spezielles
Ausführungsbeispiel dargestellt bzw. beschrieben, jedoch
sollte die Erfindung in keiner Weise auf die Details der
dargestellten Strukturen beschränkt sein, sondern können
Änderungen und Modifikationen ohne ein Abweichen von den
Schutzbereich der angefügten Patentansprüche erfolgen.
Bereitgestellt wird eine Motorantrieb-Steuervorrichtung,
bei der eine Phasenspulenerregung mit größtmöglichem Pegel
und eine Verhinderung einer thermischen Zerstörung des
Leistungsschaltelements durch eine präzisere thermische
Erfassung eines Abschnitts des Leistungsschaltelements in
einem Schaltmodul vereinbar sind. Ein elektrischer
Leistungsverlust Lt bei dem Schaltelement wird zur
Berechnung einer Sättigungstemperatur Tjziel verwendet. Auf
der Grundlage der Sättigungstemperatur Tjziel und einer
Zeitkonstanten τ eines Temperaturanstiegs wird eine
momentane Übergangstemperatur Tjmomentan berechnet. Ein
Differenzwert Abweichung zwischen der momentanen
Übergangstemperatur Tjmomentan und einem oberen
Temperaturwert Tjmax wird berechnet. Auf einen
Motorblockadezustand hin wird ein Koeffizient Kt berechnet,
womit erfüllt wird: Solldrehmoment = erforderliches
Drehmoment × Kt. Dabei wird der Koeffizient Kt proportional
bzw. in einem Verhältnis zu der Abweichung zur Berechnung
des Solldrehmoments bestimmt. Gilt Abweichung ≧ 3, wird der
Koeffizient Kt immer auf den Wert 1 festgelegt, auch wenn
der Koeffizient Kt über dem Wert 1 liegt. Gilt
Abweichung ≦ 0, wird der Koeffizient Kt auf den Wert 0
festgelegt.
Claims (3)
1. Motorantrieb-Steuervorrichtung, mit:
einem ein Leistungsschaltelement (18a, 18b) beinhaltendes Schaltmodul (IPM) zur Erregung einer elektrischen Spule (1a, 1b, 1c) eines Motors (1),
einer Erregungsangabeeinrichtung (11, C1, C2, C3) zur Versorgung des Schaltmoduls zur Erregung der elektrischen Spule (1a, 1b, 1c) mit einem Erregungsangabesignal,
einer Berechnungseinrichtung (11) zur Berechnung einer Sättigungstemperatur des Schaltelements, die durch eine Wärme erzeugt wird, die durch einen aus der kontinuierlichen Erregung der elektrischen Spule resultierenden elektrischen Verlust verursacht wird, und
einer Einrichtung (11) zur Reduzierung des der elektrischen Spule zuzuführenden Stromes gemäß einer Temperaturdifferenz zwischen einer oberen Grenztemperatur des Leistungsschaltelements und der errechneten Innentemperatur des Leistungsschaltelements,
wobei der der elektrischen Spule zuzuführende Strom durch die Erregungsangabeeinrichtung (11, C1, C2, C3) verringert wird, wenn die Temperaturdifferenz gleich oder unter einem vorbestimmten Wert ist, wobei die Stromreduzierung mit abnehmender Temperaturdifferenz zunimmt,
dadurch gekennzeichnet dass
die Berechungseinrichtung eine Innentemperatur des Schaltelements auf der Grundlage der berechneten Sättigungstemperatur und einer Zeitkonstanten τ eines Temperaturanstiegs auf Grund der erzeugten Wärme unter der Annahme berechnet, dass der Temperaturanstieg mit einer Verzögerung erster Ordnung als Reaktion auf den Anstieg eines Wärmeinhalts erfolgt.
einem ein Leistungsschaltelement (18a, 18b) beinhaltendes Schaltmodul (IPM) zur Erregung einer elektrischen Spule (1a, 1b, 1c) eines Motors (1),
einer Erregungsangabeeinrichtung (11, C1, C2, C3) zur Versorgung des Schaltmoduls zur Erregung der elektrischen Spule (1a, 1b, 1c) mit einem Erregungsangabesignal,
einer Berechnungseinrichtung (11) zur Berechnung einer Sättigungstemperatur des Schaltelements, die durch eine Wärme erzeugt wird, die durch einen aus der kontinuierlichen Erregung der elektrischen Spule resultierenden elektrischen Verlust verursacht wird, und
einer Einrichtung (11) zur Reduzierung des der elektrischen Spule zuzuführenden Stromes gemäß einer Temperaturdifferenz zwischen einer oberen Grenztemperatur des Leistungsschaltelements und der errechneten Innentemperatur des Leistungsschaltelements,
wobei der der elektrischen Spule zuzuführende Strom durch die Erregungsangabeeinrichtung (11, C1, C2, C3) verringert wird, wenn die Temperaturdifferenz gleich oder unter einem vorbestimmten Wert ist, wobei die Stromreduzierung mit abnehmender Temperaturdifferenz zunimmt,
dadurch gekennzeichnet dass
die Berechungseinrichtung eine Innentemperatur des Schaltelements auf der Grundlage der berechneten Sättigungstemperatur und einer Zeitkonstanten τ eines Temperaturanstiegs auf Grund der erzeugten Wärme unter der Annahme berechnet, dass der Temperaturanstieg mit einer Verzögerung erster Ordnung als Reaktion auf den Anstieg eines Wärmeinhalts erfolgt.
2. Motorantrieb-Steuervorrichtung nach Anspruch 1,
ferner mit einer Erfassungseinrichtung (1d, 11) zur
Erfassung einer Drehzahl des Motors (1), wobei, nur wenn
die Motordrehzahl geringer als der Motorblockade-
Beurteilungsschwellenwert ist, die Einrichtung (11) zur
Berechnung der Sättigungstemperatur den elektrischen
Verlust auf der Grundlage der Spezifikation des
Leistungsschaltelements (18a, 18b) und eines
Erregungsstromwerts und eines Erregungsspannungswerts
berechnet, und die Innentemperatur des
Leistungsschaltelements berechnet, wobei die
Stromreduzierungseinrichtung (11) den Strom nur reduziert,
wenn die Motordrehzahl geringer als der Motorblockade-
Beurteilungsschwellenwert ist.
3. Motorantrieb-Steuervorrichtung nach Anspruch 2,
wobei die Stromreduzierungseinrichtung (11) den Strom nach
einer Proportionalsteuerung (65, 66; 90) reduziert, welche
auf der Differenz zwischen der Innentemperatur und der
oberen Temperaturgrenze beruht.
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