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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors und insbesondere auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen
Hilfsmotors in einem elektrischen Servolenksystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Motorsteuersysteme
für elektrische
Servolenksysteme sind typischerweise mit verschiedenen Schaltungen
und Steuervorrichtungen ausgestattet zum Überwachen und Detektieren von
anormalen Zuständen
in dem Elektromotor, der überwacht
wird. Zum Beispiel kann es wünschenswert
sein, zu detektieren, wenn der Elektromotor nicht richtig kommutiert
bzw. umschaltet, oder wenn der Motor oder die Antriebsschaltung überhitzt
ist.
U.S. Patent Nr. 5,257,828 und
U.S. Patent Nr. 5,517,415 ,
beide von Miller et al. und übertragen
an TRW Inc., offenbaren Ansätze
zum Detektieren von ungewöhnlichen
Zuständen
in einem elektrischen Servolenksystem und zur Steuerung des elektrischen
Hilfsmotors demgemäß.
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U.S. Patent Nr. 5,726,545 offenbart
ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Stroms in einem Servomotor,
der die dq-Umwandlung zur Umwandlung von Drei-Phasen-Strom in eine
Zwei-Phasen-dq-Referenz-Koordinate verwendet.
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U.S. Patent Nr. 5,670,854 von
Matsuura et al. offenbart ein Steuersystem für einen Induktionsmotor in
einem elektrischen Servolenksystem, wo der Induktionsmotor keine
Dauermagneten umfasst. Das Patent von Matsuura et al. offenbart
des Weiteren den Gebrauch der dq-Umwandlung in dem Steuerprozess
für den
elektrischen Hilfsmotor.
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U.S. Patent Nr. 5,355,315 offenbart
in einer elektrischen Servolenkvorrichtung eine Signalverarbeitungsschaltung
für einen
Drehmomentsensor zum Detektieren eines Lenkdrehmoments und eine
Steuerschaltung zur Steuerung des Antriebs eines elektrischen Servomotors
auf der Basis des Ergebnisses der Signalverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung.
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U.S. Patent Nr. 5,475,289 offenbart
in einer Steueranordnung für
ein elektrisches Servolenksystem, das einen Motor mit variabler
Reluktanz besitzt, das Abfühlen
der Motorposition und das Abfühlen des
angelegten Lenkdrehmoments. Eine Steuervorrichtung bestimmt einen
erwünschten
Motor-Drehmoment-Hilfswert ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment.
Eine Vielzahl von Nachschlagetabellen ist vorgesehen, die eine Vielzahl
von Motorstromwerten versus Motorpositionswerten darin gespeichert
besitzt. Die gespeicherten Motorstromwerte stehen in funktionellem
Bezug zu den Motorpositionswerten. Die Steuervorrichtung wählt eine
erste und zweite Drehmoment-Nachschlagetabelle aus der Vielzahl
von Nachschlagetabellen aus. Die erste Nachschlagetabelle entspricht
einem Drehmomentwert, der geringer ist als der erwünschte Motor-Drehmoment-Hilfswert.
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Die
zweite Nachschlagetabelle entspricht einem Drehmomentwert, der größer als
der erwünschte
Motor-Drehmoment-Hilfswert ist. Ein erster Motorstromwert wird durch
Interpolieren zwischen zwei Stromwerten entsprechend ihrer zwei
Motorpositionen gebildet, die in der ersten Nachschlagtabelle, die der
abgefühlten
Motorposition am nächsten
ist, gespeichert ist. Ein zweiter Motorstromwert wird durch Interpolieren
bestimmt, zwischen zwei Stromwerten entsprechend ihrer zwei Motorpositionen,
die in der zweiten Nachschlagtabelle gespeichert sind, die der abgefühlten Motorposition
am nächsten
ist. Ein endgültiger
Motorstromwert wird bestimmt durch Interpolieren zwischen den ersten
und zweiten, bestimmten Motorstromwerten. Ein Motorsteuersignal
wird ansprechend auf den bestimmten, finalen Motorstromwert vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Hilfsmotors
wie in Anspruch 1 beansprucht, vorgesehen. Bevor zugte Ausführungsbeispiele
des Verfahrens werden in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart. Ebenso ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Wechselstrom-Elektrohilfsmotors
mit einer Vielzahl von Phasen gemäß Anspruch 4 vorgesehen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einer Vorrichtung
zur Steuerung eines elektrischen Servolenksystems. Ein erster Satz von
Motorsteuerwerten wird ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment
bestimmt. Der Elektromotor wird ansprechend auf diesen ersten Satz
der Motorsteuerwerte erregt. Wenn der Motor erregt wird, besitzt
er Motorbetriebswerte. Die Motorsteuerwerte werden aus den Motorbetriebswerten
bestimmt. Ein zweiter Satz von Motorsteuerwerten wird ansprechend
auf das angelegte Lenkdrehmoment bestimmt. Der Motor wird abgeschaltet,
wenn die bestimmten Motorsteuerwerte aus den Motorbetriebswerten
widersprüchlich
sind zu dem bestimmten zweiten Satz der Motorsteuerwerte, und zwar
ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel werden
Motorstromsteuerwerte ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment
bestimmt. Eine dq-Steuervorrichtung
wandelt die bestimmten Stromsteuerwerte in Dreiphasen-Antriebssignale um,
die an den Motor angelegt werden. Die dq-Werte werden aus den überwachten
Motorstrom- und -positionswerten bestimmt. Die dq-Werte werden ansprechend
auf das angelegte Lenkdrehmoment bestimmt. Die dq-Werte, ansprechend
auf das angelegte Lenkdrehmoment, werden mit den dq-Werten, ansprechend
auf den überwachten
Motorstrom und die Position, verglichen. Der Motor wird abgeschaltet,
wenn der Vergleich einen Widerspruch anzeigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden Fachleuten des Gebietes, auf das sich die vorliegende
Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, worin zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Systems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm, das den Betrieb einer ersten Steuervorrichtung des
Systems der 1 darstellt, gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Flussdiagramm, das den Betrieb einer zweiten Steuervorrichtung des
Systems der 1 darstellt, gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein
Flussdiagramm, das den Betrieb der ersten Steuervorrichtung des
Systems der 1 gemäß einem alternativen, bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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1 stellt
ein elektrisches Fahrzeugservolenksystem 10 dar, das ein
Fahrzeuglenkrad 12 umfasst, das mit einer Antriebswelle 14 verbunden
ist. Die Antriebswelle 14 ist betriebsmäßig mit einer Ritzelwelle 18 durch
eine Torsionsstange (nicht gezeigt) verbunden. Die Torsionsstange
verdreht sich ansprechend auf das Drehmoment, das an das Fahrzeuglenkrad 12 angelegt
wird, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle 14 und
einer Abtriebswelle 18 in einer bekannten Weise zuzulassen.
Ein Drehmomentsensor 16 ist betriebsmäßig mit der Antriebswelle 14 und
der Abtriebswelle 18 verbunden, um das angelegte Lenkdrehmoment
abzufühlen.
Die Abtriebswelle 18 ist betriebsmäßig mit den lenkbaren Rädern verbunden,
die schematisch bei Block 20 dargestellt sind.
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Lenkhilfe
wird durch Erregen eines Elektromotors 22 vorgesehen. Vorzugsweise
ist der Elektromotor 22 ein Mehrphasen-Motor, wie zum Beispiel ein
dreiphasiger („PMAC” = permanent
magnet alternating current) Motor mit einem Dauermagnetwechselstrom
mit einer bekannten Konfiguration mit den Phasen A, B und C. Der
PMAC-Motor 22 umfasst eine Vielzahl von Statorpolen, die
in einer im Allgemeinen kreisförmigen
Anordnung um einen Rotor herum angeordnet sind. Jeder der Statorpole
umfasst eine Vielzahl von leitfähigen
Wicklungen, die die Phasen A, B und C bilden. Der Rotor ist drehbar
in dem Statorgehäuse
angeordnet, um sich um eine Mittelachse herum zu drehen. Der Rotor
umfasst ebenfalls eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Polen, die
in einer im Allgemeinen kreisförmigen
Anordnung mit Dauermagneten an jedem Pol angeordnet sind. Wenn die
Statorwicklungen durch geeignete Wechselstromsignale erregt werden,
erzeugen die erregten Statorpole ein elektrisches Feld, das die
Drehung des Rotors bewirkt.
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Der
Elektromotor 22 kann betriebsmäßig mit einem Zahnstangen-
und Ritzelgetriebesatz des Fahrzeugs verbunden sein. Alternativ
kann der Motor 22 betriebsmäßig mit der Lenksäule verbunden
sein, wie zum Beispiel mit dem Ritzel oder der Abtriebswelle 18.
Vorteilhafter Weise kann das System 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung entweder mit einem Zahnstangenantrieb, einem Ritzelantrieb,
einem Säulenantrieb
oder irgendeiner Bauart eines elektrischen Servolenksystems verwendet
werden. Das System 10 kann ebenfalls für den Gebrauch mit einem elektrisch
betriebenen, hydraulischen Lenksystem angepasst sein.
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Um
den Betrieb des Motors 22 zu steuern umfasst das System
den Drehmomentsensor 16, der den Betrag des Lenkdrehmoments,
der an das Lenkrad 12 angelegt wird, abfühlt. Der
Drehmomentsensor 16 kann ein Induktions-Drehmomentsensor, ein optischer Drehmomentsensor,
ein Widerstands-Drehmomentsensor
oder irgendeine andere bekannte Bauart eines Drehmomentsensors sein. Der
Drehmomentsensor 16 liefert ein Signal 24 an eine
Hauptsteuervorrichtung 26, das eine Anzeige für die Größe des angelegten
Lenkdrehmoments bildet.
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Die
Steuervorrichtung 26 ist vorzugsweise eine Mikroprozessor
oder Mikrocomputer, der programmiert ist, um den elektrischen Hilfsmotor 22 ansprechend
auf eines oder mehrere Eingangssignale zu steuern, die das Drehmomentsensorsignal 24 umfassen.
Andere Fahrzeugparameter 28, wie zum Beispiel von einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einer Softstart-Steuerschaltung
und/oder andere wünschenswerte
Fahrzeugzustandsparameter liefern ein Signal (Signale) 30 an
die Steuervorrichtung 26, die eine Anzeige für die abgefühlten Parameter bilden.
Die Steuervorrichtung 26 umfasst ebenfalls einen Speicher,
der eine Nachschlagtabelle 29 besitzt.
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Die
Steuervorrichtung 26 empfängt elektrische Leistung von
einer Leistungsliefervorrichtung, wie zum Beispiel der Fahrzeugbatterie 32,
die geeignet gefiltert und instand gehalten wird auf einem erwünschten
Spannungsniveau durch einen Spannungsregulator 34.
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Ein
Motorpositionssensor 36 ist betriebsmäßig mit dem elektrischen Hilfsmotor 22 durch
die Verbindung 38 verbunden. Der Motorpositionssensor 36 überwacht
die relative Position des Rotors und des Stators des Motors 22 und
sieht ein Motorpositionssignal 40 an die Steuervorrichtung 26 vor.
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Die
Steuervorrichtung 26 bestimmt einen Strombefehlswert ansprechend
auf das angelegte Eingangsdrehmomentsignal 24, das Motorpositionssignal 40 und
das Signal 30. Genau gesagt ist die Steuervorrichtung 26 vorprogrammiert,
um ein Niveau des Motorstroms zu bestimmen, und zwar geeigneter
Weise aus Werten, die in der Nachschlagtabelle 29 gespeichert
sind, und zwar gemäß dem Eingabedrehmomentsignal 24,
dem Eingabepositionssignal 40 und anderen Parametersignalen 30.
Das bestimmte Niveau des Motorstroms erregt den elektrischen Hilfsmotor 22,
um eine geeigneten Betrag an Lenkhilfe vorzusehen.
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Eine
Motorsteueranordnung für
ein elektrisches Hilfslenksystem ist in
U.S. Patent Nr. 5,475,289 nach McLaughlin
et al. offenbart, das an die TRW Inc. übertragen ist. Das McLaughlin
et al. Patent offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ab-
bzw. Herleiten des Strombefehlswertes durch Interpolation mit Stromprofilkurven,
die im geeigneten Speicher gespeichert sind. Die Interpolation,
die durch die Steuervorrichtung
26 ausgeführt wird,
ist ähnlich
zu dem im McLaughlin et al. Patent offenbarten und kann linear oder
nichtlinear sein. Die Steuervorrichtung
26 interpoliert
zwischen den Stromprofilkurven, um ein Motorstrombefehlssignal
42 für jede der
Vielzahl der Motorphasen
22 abzuleiten.
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Das
Motorstrombefehlssignal 42 wird an eine Antriebsschaltung 44 geliefert,
die wiederum eine geeignete Menge elektrischen Stroms an jede der
Vielzahl der Phasen des Motors 22 vorsieht. Die Antriebsschaltung 44 ist
elektrisch durch die elektrische Verbindung 45 mit einer
Leistungsliefervorrichtung verbunden, geeigneter Weise einer Batterie 32 oder
einem Spannungsregulator. Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung 26 eine
pulsbreitenmodulierende Schaltung, die das Ausgangssignal 42 in
der Form einer Vielzahl von pulsbreitenmodulierten Signalen vorsieht.
Die pulsbreitenmodulierten Signale werden an eine Anordnung von
Schalteinrichtungen, vorzugsweise FETs, vorgesehen, die die Antriebsschaltung 44 aufweist.
Demgemäß werden
die FETs der Antriebsschaltung 44 durch das Strombefehlssignal 42 pulsbreitenmoduliert,
um einen erwünschten Wechselstrom
an jede der Phasen des elektrischen Motors 22 zu einem
Niveau vorzusehen, das mit dem angelegten Lenkdrehmoment übereinstimmt.
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Die
Steuervorrichtung 26 ist ebenfalls programmiert um geeignete
Diagnosen auszuführen, um
einen korrekten Betrieb des Systems 10 und insbesondere
des elektrischen Hilfsmotors 22 und der Antriebsschaltung 44 sicherzustellen.
Um solche Diagnosen auszuführen,
umfasst das System 10 einen Temperatursensor 46,
der betriebsmäßig durch
eine Verbindung schematisch bei 48 dargestellt mit der Antriebsschaltung 44 verbunden
ist. Der Temperatursensor 46 sieht ein Temperatursensorsignal 50 an
die Hauptsteuervorrichtung 26 vor, das eine Anzeige für die Temperatur
der Antriebsschaltung 44 bildet.
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Die
Temperaturabfühl-
und -diagnosefunktion umfasst vorzugsweise die in
U.S. Patent Nr. 5,257,828 von Miller
et al. offenbarten, die an TRW übertragen
wurden. Das System
10 kann ebenfalls eine Blockier- bzw.
Stall-Detektionsfunktion
umfassen, durch die die Steuervorrichtung
26 einen Motorstillstandzustand
in dem elektrischen Hilfsmotor
22 wahrnimmt. Der Blockierzustand
kann zum Beispiel durch kollektives Überwachen des angelegten Drehmomentsignals
24 in
Kombination mit Abfühlen der
Kommutation des Motors durch ein Signal
47 von dem Motor
22 zu
der Hauptsteuervorrichtung
26 detektiert werden. Ein Beispiel
eines geeigneten Blockierdetektionsbetriebs ist in
U.S. Patent Nr. 5,517,415 ebenso von
Miller et al. offenbart, das an TRW Inc. übertragen wurde. Die Blockierdetektionsfunktion
umfasst ebenfalls einen temperaturabhängigen Betrieb, wodurch die
Systemverstärkung
als eine Funktion der Temperatur gesteuert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das System 10 ebenfalls eine sekundäre oder
Aufsehersteuervorrichtung 54. Die sekundäre Steuerung 54 arbeitet,
um den korrekten Betrieb des elektrischen Hilfsmotors 22 ansprechend
auf das angelegte Drehmomentsignal 24 zu verifizieren.
Dies sieht wiederum eine Systemkontrolle an den Steuerprozess vor,
die durch die Hauptsteuervorrichtung 26 ausgeführt wird.
Die sekundäre
Steuerung 54 ist elektrisch mit einer Leistungsliefervorrichtung,
wie zum Beispiel dem Spannungsregulator 34 verbunden.
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Die
sekundäre
Steuerung 54, wie die Hauptsteuerung 26, empfängt ein
Drehmomentsensorsignal 24 und das Motorpositionssensorsignal 40 als Eingangsgrößen. Diese
Eingangssignale ermöglichen
es, dass die sekundäre
Steuerung 54 einen Motorspannungs- oder einen Motorstromwert
bestimmt. Der Motorspannungs- oder -stromwert entspricht einer jeweiligen
Motorspannung oder einem jeweiligen Motorstrom, die die jeweilige
Menge an Hilfslenkkraft vorsehen, die dem abgefühlten Eingangsdrehmoment entsprechen.
Demgemäß kann die
sekundäre Steuervorrichtung 54 den
bestimmten Wert mit der tatsächlichen
Motorspannung oder dem tatsächlichen
Motorstrom vergleichen, um zu bestimmen, ob ein anormaler Zustand
besteht.
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Die
sekundäre
Steuervorrichtung 54 empfängt ebenfalls ein Signal 56,
das eine Anzeige für
einen überwachten
Wert der tatsächlichen
Spannung und/oder des Stroms von jeder der Vielzahl von Phasen A,
B und C des elektrischen Hilfsmotors 22 bildet. In dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der 1 umfasst das System eine Spannungs- oder Stromüberwachungseinrichtung 58,
die elektrisch mit einem Spannungs- oder Stromzustand von jeder
Phase A, B und C des elektrischen Hilfsmotors 22 verbunden ist
und diese überwacht.
Die Überwachungseinrichtung 58 sieht
das Spannungs- oder das Stromsignal 56 zu der sekundären Steuervorrichtung 54 vor.
Vorzugsweise sieht die Überwachungseinrichtung 58 Signale
vor, die eine Anzeige des tatsächlichen,
augenblicklichen Spannungswertes für jede der Vielzahl von Phasen
A, B und C des elektrischen Hilfsmotors 22 bilden. Die Überwachungseinrichtung 58 könnte ebenfalls
mit dem elektrischen Motor 22 verbunden sein.
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Ansprechend
auf das angelegte Drehmoment und die Motorpositionssignale 24 bzw. 40 bestimmt
die sekundäre
Steuervorrichtung 54 eine dq-Vektormenge, die eine zweidimensionale
Darstellung der Motorspannung oder des Motorstroms ist, und zwar
gemäß dem angelegten
Eingangsdrehmoment und der Motorposition. Die sekundäre Steuervorrichtung 54 wandelt
den dq-Spannungs-
oder -stromvektor in eine Dreiphasenspannung oder -strom um, abhängig davon
ob die Überwachungseinrichtung 58 konfiguriert
ist, um Spannungs- oder Stromwerte vorzusehen. Wenn die konvertierten Phasenwerte
mit den überwachten
Phasenwerten von der Überwachungseinrichtung 58 übereinstimmen,
ist der Betrieb des elektrischen Hilfsmotors, der unter der Steuerung
der Steuervorrichtung 26 fortläuft, nicht unterbrochen. Jedoch,
wenn die konvertierten Phasenwerte von den überwachten Phasenwerten um
einen vorbestimmten Betrag abweichen, bestimmt die sekundäre Steuervorrichtung
das Auftreten einer Abnormalität
und sieht ein Signal 60 vor, um den elektrischen Hilfsmotor 22 zu
deaktivieren.
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Vorzugsweise
ist ein Leistungsrelais 62 elektrisch mit zwei oder mehr
Phasen des elektrischen Hilfsmotors 22 verbunden und spricht
auf die sekundäre Steuervorrichtung 54 an.
Demgemäß öffnet sich das
Leistungsrelais 62 beim Empfang des Deaktivierungsbefehlssignals 60,
um den elektrischen Hilfsmotor von seiner Leistungsliefervorrichtung 32 zu trennen,
wodurch die Lenkhilfe entfernt wird. Das Fahrzeug kann immer noch
manuell gelenkt werden.
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Wie
oben festgestellt, nutzt die Hauptsteuervorrichtung 26 vorzugsweise
eine Nachschlagtabelle 29, um die Stromantriebssignale
ansprechend auf Eingangsparameter zu bestimmen, um den elektrischen
Hilfsmotor 22 zu steuern. Notwendige Eingangsparameter
umfassen das angelegte Drehmomentsignal 24 und das Motorpositionssignal 40.
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Bezugnehmend
auf 2 beginnt der Prozess in der Hauptsteuervorrichtung 26 bei
Schritt 100. In Schritt 100 wird das angelegte
Eingangsdrehmoment durch die Hauptsteuervorrichtung 26 durch das
Drehmomentsensorsignal 24 überwacht. Als nächstes überwacht
die Hauptsteuervorrichtung 26 bei Schritt 102 die
relative Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors 22 durch
das Motorpositionssignal 40.
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Der
Prozess schreitet zu Schritt
104 voran. Bei Schritt
104 wird
ein Motorstromwert ansprechend auf das Motordrehmomentsignal
24 und
das Motorpositionssignal
40 bestimmt, vorzugsweise aus
der Nachschlagtabelle
29 in der Hauptsteuervorrichtung
26.
Der tatsächliche
Steuerwert wird zur glatten Steuerung interpoliert. Statt des Gebrauchs
einer Nachschlagtabelle, ähnlich
der, die in
U.S. Patent Nr. 5,475,289 offenbart
ist, kann die Steuervorrichtung
26 alternativ die entsprechenden
Stromwerte durch bekannte Motorsteueralgorithmen mathematisch berechnen.
Die Stromwerte entsprechen der Strommenge, die an den elektrischen
Hilfsmotor
22 durch die Antriebsschaltung
44 angelegt
wurde, um den erwünschten
Betrag an Lenkhilfe zu erreichen.
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Der
Prozess schreitet zu Schritt 106 voran, in dem die Hauptsteuervorrichtung 26 das
Stromantriebssignal 42 ausgibt, das zu der Antriebsschaltung 44 vorgesehen
wird. Das Phasenstromantriebssignal 42 ist vorzugsweise
eine Vielzahl von pulsbreitenmodulierten Signalen zum Durchlassen
(gating) der indi viduellen FETs, die die Antriebsschaltung 44 bilden. Die
pulsbreitenmodulierten Antriebssignale 42 lassen die FETs
so durch, dass ein erwünschtes
Wechselstromsignal für
jede der Motorphasen vorgesehen wird. Vorzugsweise sieht die Antriebsschaltung 42 Wechselstromsignale
zu jeder Phase des dreiphasigen Elektromotors 22 vor, wobei
jedes Signal um 120° verschoben
wird. Demgemäß werden
die FETs der Antriebsschaltung 44 durch die Hauptsteuervorrichtung 26 gesteuert,
um einen geeigneten Wechselstrom-Eingangsstrom
an jede der Phasen A, B und C vorzusehen, und zwar gemäß dem angelegten Eingangsdrehmoment
oder irgendwelchen anderen erwünschten
Fahrzeugparameter.
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Der
Prozess schreitet dann zu Schritt 108 voran, wobei die
Hauptsteuervorrichtung 26 Diagnosen ausführt. Die
Diagnosen können
zum Beispiel Temperaturabfühlen
der FETs in der Antriebsschaltung 44, Blockierwahrnehmung
des elektrischen Hilfsmotors 22 durch Signal 47 ebenso
wie andere bekannte diagnostischen Funktionen umfassen. Solche Diagnosen
können
ebenfalls das Überwachen einer
Kommunikationsverbindung 66 zwischen der sekundären Steuervorrichtung 54 und
der Hauptsteuerung 26 umfassen. Relevante Daten können über die
Kommunikationsverbindung 66 ausgetauscht werden, um zu
ermöglichen,
dass die Hauptsteuerung 26 ein mögliches Versagen der Aufsehervorrichtung
diagnostiziert. Die sekundäre
Steuervorrichtung 54 kann ebenfalls den Betrieb der Hauptsteuervorrichtung 26 überwachen,
um das Bestehen eines anormalen Zustandes in der Hauptsteuervorrichtung
zu bestimmen. Beim Vervollständigen
der erwünschten
Diagnosen kehrt der Prozess zu Schritt 100 zurück.
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In 3 beginnt
der Steuerprozess der sekundären
Steuervorrichtung 54 bei Schritt 120 dadurch dass
die sekundäre
Steuervorrichtung das angelegte Eingangsdrehmomentsignal 24 überwacht.
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Als
nächstes
schreitet der Prozess zu Schritt 124 voran, wobei die sekundäre Steuervorrichtung 54 die
relative Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors 22 überwacht.
Die Motorpositionsdaten werden durch das Motorpositionssignal 40 von dem
Motorpositionssensor 36 vorgesehen.
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Der
Prozess schreitet dann zu Schritt 126 voran, wobei die
sekundäre
Steuervorrichtung 54 einen dq-Vektor als eine Funktion
des angelegten Lenkrehmoments und der Motorposition bestimmt. Es
ist bekannt, dass das Motordrehmoment mathematisch als ein Vektorübertragungsprodukt
des Rotorflusses und der magnetischen Antriebskraft des Stators („MMF” = magneto-motive
force) bestimmt werden kann. Die dq-Vektor-Steueranalyse ist eine
zweidimensionale Darstellung eines Motorstroms oder einer Motorspannung
entsprechend dem Wert des angelegten Drehmoments, das durch das
angelegte Drehmomentsignal 24 angezeigt wird. Der dq-Vektor kann
entweder als Spannungs- oder als Stromvektor dargestellt sein und
besitzt je eine d-Achsen-Komponente
und eine q-Achsen-Komponente in den rotierenden Koordinaten. Die
d-Achse bezieht sich auf die direkte oder permanente Flussverbindung,
die mit den Rotormagneten des elektrischen Hilfsmotors 22 assoziiert
sind, d.h. dem Rotorfluss. Die q-Achse bezieht sich auf die Stator-MMF,
die den Rotorfluss bei 90° leitet,
d.h. sie steht in Quadratur mit der d-Achse.
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Weil
die relative Position des Rotors und des Stators bekannt ist, werden
die individuellen d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten der Motorspannung
oder des Motorstroms durch dq-Wandlung als einer Funktion des angelegten
Drehmomentwertes und des Motorpositionswertes bestimmt.
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Der
bestimmte dq-Vektorwert ist eine zweidimensionale Vektorrepräsentation
des Motorstroms oder der Motorspannung entsprechend der Dreiphasenstrom-
oder -spannungswerte, wie sie durch die Hauptsteuervorrichtung 26 bestimmt
wurden. Die Genauigkeit der dq-Wandlung wird durch das Erhalten
eines Motorpositionswertes mit relativ hoher Auflösung von
dem Motorpositionssensor 36 verbessert. Demgemäß kann der
Motorpositionssensor eine Vielzahl von Abfühleinrichtungen umfassen, die
konfiguriert sind, um die erwünschte
Hochauflösungsanzeige
der Motorposition vorzusehen.
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Der
Prozess schreitet zu Schritt 128 voran, wo die sekundäre Steuervorrichtung 54 den
dq-Vektorwert in einen dreiphasigen Spannungswert umwandelt durch
Anlegen einer geeigneten dq-Wandlung an den zuvor bestimmten dq-Vektorwert. Vorausgesetzt
dass die Hauptsteuervorrichtung und die sekundäre Steuerung richtig arbeiten,
sollten die umgewandelten dreiphasigen Spannungs- oder Stromwerte
mit den tatsächlichen
Spannungs- oder Stromwerten des elektrischen Hilfsmotors 22 übereinstimmen.
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Der
Prozess schreitet zu Schritt 130 voran. In Schritt 130 überwacht
die sekundäre
Steuervorrichtung 54 die Phasenspannungsströme von jeder
Phase A, B und C des elektrischen Hilfsmotors 22. Die umgewandelten
Phasenspannungswerte und die überwachte
Phasenspannungs- oder -stromwerte werden in geeigneter Weise normalisiert
zu einem erwünschten
Spannungsniveau, passend gemäß dem Spannungsniveau
von dem Spannungsregulator 34.
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Der
Prozess schreitet zu Schritt 132 voran, wo die sekundäre Steuervorrichtung 54 die
umgewandelten Phasenspannungswerte und die überwachten Phasenspannungs-
oder -stromwerte vergleicht. Die Bestimmung wird vorgenommen, um
zu bestätigen
dass der elektrische Hilfsmotor 22 mit einem Niveau arbeitet,
das dem angelegten Lenkdrehmoment entspricht. Dies wiederum bestätigt ebenso, ob
der Elektromotor 22 und die Antriebsschaltung 44 richtig
auf die Strombefehlssignale 42 von der Hauptsteuervorrichtung 26 ansprechen.
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Der
Prozess schreitet dann zu Schritt 134 voran, wo bestimmt
wird, ob die umgewandelten Phasenspannungswerte mit den überwachten
Phasenspannungswerten des elektrischen Hilfsmotors 22 übereinstimmen,
d.h. ob sie sich innerhalb einer vorbestimmten Betrags liegen. Wenn
die Bestimmung bestätigend
ist, kehrt der Prozess zu Schritt 120 zurück, wo sich
der Prozess wiederholt. Andererseits, wenn die Bestimmung negativ
ist, wie zum Beispiel wenn die umgewandelten Phasenwerte von den überwachten
Phasenwerten um einen vorbestimmten Betrag abweichen, dann schreitet
der Prozess zu Schritt 136 voran.
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In
Schritt 136 sieht die sekundäre Steuervorrichtung 54 ein
Signal 60 an das Leistungsrelais 62 vor, so dass
der elektrische Hilfsmotor 22 deaktiviert wird. Beim Empfang
des Signals 60 deaktiviert das Leistungsrelais 62 den
elektrischen Hilfsmotor 22 durch Trennung des Motors 22 von
der Leistungsversorgungsvorrichtung 32.
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Wahrend
die oben beschriebene Hauptsteuervorrichtung 26 vorzugsweise
eine Nachschlagtabelle verwendet, um das dreiphasige Strombefehlssignal 42 zu
bestimmen, wird erkannt werden, dass alternativ das Strombefehlssignal
durch den Gebrauch einer dq-Vektorwandlung bestimmt werden kann,
wie in 4 dargestellt und oben bezugnehmend auf die sekundäre Steuervorrichtung 54 beschrieben.
Während
die Hauptsteuervorrichtung die dq-Vektorwandlung verwendet, könnte die
sekundäre
Steuervorrichtung entweder die dq-Wandlung, wie oben beschrieben,
verwenden oder sie könnte
konfiguriert sein, um eine Nachschlagtabelle zu umfassen, um die
Phasenspannungs- oder -stromwerte zu bestimmen. Die sekundäre Steuervorrichtung 54 würde dann
den richtigen Betrieb des elektrischen Motors 22 wie oben beschrieben
bestätigen.
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Die
sekundäre
Steuervorrichtung 54 kann ebenfalls konfiguriert sein,
um mit der Hauptsteuervorrichtung 26 über die Kommunikationsverbindung 66 zu
kommunizieren. Solche Kommunikation könnte verwendet werden, um einen
inkrementellen Zuwachs oder Verminderung in dem Strombefehlssignal 42 ansprechend
auf die Ergebnisse des Vergleichs, der durch die sekundäre Steuervorrichtung 54 ausgeführt wird,
zu bewirken.
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Des
Weiteren wird verstanden werden, dass die überwachten dreiphasigen Spannungs-
oder Stromwerte von der überwachenden
Einrichtung 58 in dq-Achsenkomponenten
transformiert werden könnten,
anstatt dass die sekundäre
Steuervorrichtung 54 die dq-Vektorwerte in dreiphasige
Spannungs- oder Stromwerte vor Schritt 134 transformiert. Die
Werte der so überwachten
dq-Achsenkomponenten
werden dann mit den entsprechenden Werten der bestimmten dq-Vektoren
verglichen, um zu bestimmen, ob diese Werte im Wesentlichen übereinstimmen.
Wenn die Werte nicht übereinstimmen
(z.B. sie unterscheiden sich um mehr als ein vorbestimmter Betrag),
dann deaktiviert die sekundäre
Steuerung 54 den elektrischen Hilfsmotor 22 durch
Aktivierung des Leistungsrelais 62, wie oben beschrieben.
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Es
sollte ebenfalls erkannt werden, dass die Funktionen, die durch
die zwei Steuervorrichtungen 26, 54 ausgeführt werden,
durch Gebrauch einer einzelnen Steuervorrichtung erreicht werden
könnten.
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Ein
Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Hilfsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung weist Folgendes auf: das Bestimmen eines ersten Satzes
von Motorsteuerwerten ansprechend auf angelegte Lenkdrehmoment,
Erregen des Elektromotors ansprechend auf den ersten Satz der Motorsteuerwerte,
wobei der Motor bei Erregung Betriebswerten besitzt, Bestimmen eines
Motorsteuerwertes aus den Motorbetriebswerten, Bestimmen eines zweiten
Satzes von Motorsteuerwerten ansprechend auf angelegtes Lenkdrehmoment
und Deaktivieren des Motors, wenn die bestimmten Motorsteuerwerte aus
den Motorbetriebswerten inkonsistent mit dem bestimmten zweiten
Satz der Motorsteuerwerte ansprechend auf das angelegte Lenkdrehmoment
sind. Inkonsistentes Verhalten bedeutet, dass die Vorzeichen der
bestimmten Werte nicht gleich sind oder dass die bestimmten Werte
um einen vorbestimmten Betrag abweichen.