DE102008034326A1

DE102008034326A1 - Elektrisches Kraftlenksystem

Info

Publication number: DE102008034326A1
Application number: DE102008034326A
Authority: DE
Inventors: Akio Kariya Yasuda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2009-02-05
Also published as: JP2009035155A

Abstract

Ein elektrisches Kraftlenksystem (1) weist einen bürstenlosen Dreiphasenmotor (3) und eine elektronische Steuerungseinheit (5) auf, die eine Leistungsumwandlungsschaltung (50) mit MOSFETs (50a bis 50f), Relais (52 bis 54) und einen Mikrocomputer (55) hat. Wenn bei einem der MOSFETs (50a bis 50f) ein Kurzschlussfehler auftritt, wird eines der Relais (52 bis 54), das mit dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden ist, ausgeschaltet, um den einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET von dem bürstenlosen Motor (3) zu trennen, während dem bürstenlosen Motor (3) von der Leistungsumwandlungsschaltung (50) kontinuierlich eine Zweiphasen-Wechselstromleistung zugeführt wird. Der bürstenlose Motor (3) wird somit befähigt, bei dem Lenkbetrieb eine Kraftunterstützung zu leisten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kraftlenksystem für einen kraftunterstützenden Lenkbetrieb eines Lenkrads.
Wie in der JP 2003-81099 A offenbart, weist ein herkömmliches elektrisches Kraftlenksystem für ein Fahrzeug einen Elektromotor, eine Motoransteuerungseinheit, Leistungsversorgungskabel, eine Fehlererfassungseinheit und eine elektronische Steuerungseinheit auf. Die Motoransteuerungseinheit weist mehrere Leistungsschaltvorrichtungen auf und ist durch die Leistungsversorgungskabel mit dem Elektromotor verbunden. Wenn bei einer der Leistungsschaltvorrichtungen ein Kurzschlussfehler auftritt, wird derselbe durch die Fehlererfassungseinheit erfasst, und die Leistungsversorgung für den Elektromotor durch die Leistungsversorgungskabel wird abgeschaltet. In diesem Fall bewirkt die elektronische Steuerungseinheit, dass die Motoransteuerungseinheit durch das Leistungsversorgungskabel der einen Kurzschlussfehler aufweisenden Leistungsschaltvorrichtung einen Überstrom zuführt, so dass dieses Leistungsversorgungskabel durch Wärmeschmelzen unterbrochen wird. Da die einen Kurzschlussfehler aufweisende Leistungsschaltvorrichtung keinen Kurzschluss bildet, kann das Lenkrad durch einen Fahrer manuell betrieben werden.
Gemäß dem herkömmlichen elektrischen Kraftlenksystem kann das Lenkrad nicht kraftunterstützt werden, sobald bei einer der Leistungsschaltvorrichtungen der Kurzschlussfehler auftritt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Kraftlenksystem zu schaffen, das ein Lenkrad weiterhin kraftunterstützen kann, selbst wenn bei einer von mehreren Leistungsschaltvorrichtungen ein Kurzschlussfehler auftritt.
Gemäß einem Aspekt weist ein elektrisches Kraftlenksystem einen bürstenlosen Motor mit drei oder mehr Phasen, der ein Drehmoment zum Unterstützen eines Lenk rads erzeugt, eine Leistungsumwandlungseinheit mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltvorrichtungen, die in eine Brückenform geschaltet sind, die eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung mit mehreren Phasen, die dem bürstenlosen Motor entsprechen, umwandelt, um dem bürstenlosen Motor die Wechselstromleistung zuzuführen, und eine Steuerungseinheit zum Steuern der Leistungsumwandlungseinheit auf. Wenn eine der Leistungsschaltvorrichtungen kurzgeschlossen wird, trennt die Steuerungseinheit eine einen Kurzschlussfehler aufweisende Leistungsschaltvorrichtung von dem bürstenlosen Motor und fährt fort, die Leistungsumwandlungseinheit zum Zuführen der Wechselstromleistung zu dem bürstenlosen Motor zu steuern.
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen geliefert wird, offensichtlicher. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines elektrischen Kraftlenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schaltungsdiagramm einer bei dem elektrischen Kraftlenksystem verwendeten elektronischen Steuerungseinheit, die unter einer normalen Bedingung in Betrieb ist; und
3 ein Schaltungsdiagramm einer bei dem elektrischen Kraftlenksystem verwendeten elektronischen Steuerungseinheit, die unter einer abnormalen Bedingung eines Kurzschlussfehlers in Betrieb ist.
(Ausführungsbeispiel)
Zuerst auf 1 Bezug nehmend, ist ein elektrisches Kraftlenksystem 1 für ein Fahrzeug geschaffen, das ein Lenkrad 6, eine Lenkwelle 7, eine Lenkgetriebeeinheit 8, Verbindungsglieder 9 und Räder 10 aufweist. Das elektrische Kraftlenksystem 1 weist einen Drehmomentsensor 2, einen bürstenlosen Motor 3, eine Reduktionsgetriebeeinheit 4 und eine elektronische Steuerungseinheit 5 auf. Der Drehmomentsensor 2 ist an der Lenkwelle 7 befestigt und erfasst ein Lenkdrehmoment des Lenkrads 6.
Der bürstenlose Motor 3 dient zum Erzeugen eines Drehmoments zum Kraftunterstützen des Lenkrads 6. Genauer gesagt, der bürstenlose Motor 3 ist ein Dreiphasen-Gleichstrommotor, der ein im Allgemeinen gleichmäßiges Drehmoment erzeugt, wenn demselben in Entsprechung zu der Drehposition desselben eine Dreiphasen-Wechselstromleistung zugeführt wird. Der bürstenlose Motor 3 ist mit einem Drehungssensor 30 zum Erfassen der Drehposition des Motors 3 versehen.
Die Reduktionsgetriebeeinheit 4 ist zwischen dem Drehmomentsensor 2 und der Lenkgetriebeeinheit 8, das heißt, hinsichtlich des Drehmomentsensors 2 bei der Position auf der anderen Seite als das Lenkrad 6, in Eingriff mit der Lenkwelle 7. Die Reduktionsgetriebeeinheit 4 dient zum Reduzieren einer Drehung des bürstenlosen Motors 3 und Übertragen eines erzeugten Drehmoments zu der Lenkwelle 7 und dadurch Kraftunterstützen des Lenkrads 6 bei dem Antreiben der Lenkgetriebeeinheit 8 durch die Lenkwelle 7.
Die elektronische Steuerungseinheit 5 dient zum Steuern des Drehmoments, das durch den bürstenlosen Motor 3 erzeugt wird, basierend auf einem Erfassungsausgangssignal des Drehmomentsensors 2, einem Erfassungsausgangssignal des Drehungssensors 30 und anderen Informationen, wie einer Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeit (Raddrehungsgeschwindigkeit).
Wie in 2 detailliert gezeigt, ist die elektronische Steuerungseinheit 5 mit einer Speicherbatterie 14 verbunden und weist eine Leistungsumwandlungsschaltung 50, Relais 51 bis 54 und eine Steuerungsschaltung eines Mikrocomputers 55 auf.
Die Leistungsumwandlungsschaltung 50 ist eine Wechselrichterschaltung, die eine Gleichstromleistung, die von der Batterie 14 zugeführt wird, in eine Dreiphasen- Wechselstromleistung zum Ansteuern des bürstenlosen Motors 3 mit der Wechselstromleistung umwandelt.
Das Relais 51 ist zwischen der Batterie 14 und der Leistungsumwandlungsschaltung 50 verbunden, um diese zwei Teile zu verbinden und zu trennen. Die Relais 52 bis 54 sind jeweils zwischen Dreiphasen-Ausgangsanschlüssen der Leistungsumwandlungsschaltung 50 und Dreiphasen-Anschlüssen des bürstenlosen Motors 3 verbunden, um diese zwei Teile Phase für Phase zu verbinden und zu trennen.
Die Leistungsumwandlungsschaltung 50 weist MOSFETs 50a bis 50f auf, die Leistungsschaltvorichtungen sind und in eine Dreiphasen-Brückenform geschaltet sind. Die Drains der drei MOSFETs 50a bis 50c, die bei einer Hochpotenzialseite vorgesehen sind, sind durch das Relais 51 mit dem positiven Anschluss der Batterie 14 verbunden. Die Sources der drei MOSFETs 50d bis 50f, die bei einer Niederpotenzialseite vorgesehen sind, sind durch Widerstände 50g bis 50i jeweils mit dem an Masse gelegten negativen Anschluss der Batterie 14 verbunden. Die Widerstände 50g bis 50i dienen jeweils zum Erfassen von Phasenströmen, die in dem bürstenlosen Motor 3 fließen, so dass die Einschaltzeit der MOSFETs 50a bis 50f basierend auf den erfassten Phasenströmen rückkopplungsgesteuert wird.
Die Gates der MOSFETs 50a bis 50f sind mit dem Mikrocomputer 55 verbunden, um ein- und ausgeschaltet zu werden, um eine Leistungszufuhr jeder Phase des bürstenlosen Motors 3 jeweils durch die Relais 52 bis 54 zu steuern. Die Verbindungsstellen zwischen den MOSFETs 50a und 50d, zwischen den MOSFETs 50b und 50e und zwischen den MOSFETs 50c und 50f sind jeweils durch die Relais 52 bis 54 mit dem bürstenlosen Motor 3 verbunden.
Der Mikrocomputer 55 ist durch einen Leistungsschalter mit der Batterie 14 verbindbar und ist mit dem Drehmomentsensor 2, dem Drehungssensor 30 und Radgeschwindigkeitssensoren (nicht gezeigt) verbunden. Der Mikrocomputer 55 ist programmiert, um durch Empfangen der Ausgangssignale des Drehmomentsensors 2, des Dre hungssensors 30 und der Radgeschwindigkeitssensoren die Leistungsumwandlungsschaltung 50 zu steuern.
Der Mikrocomputer 55 ist ferner zum Empfangen von hochpotenzialseitigen Spannungen (Drain-Spannungen) der MOSFETs 50a bis 50f mit den Drains der MOSFETs 50a bis 50f verbunden. Der Mikrocomputer 55 ist programmiert, um einen Kurzschlussfehler jedes MOSFET 50a bis 50f basierend auf den empfangenen Drain-Spannungen zu erfassen und bei einem Erfassen eines Kurzschlussfehlers eines der MOSFETs 50a bis 50f ein entsprechendes der Relais 52 bis 54 zu steuern.
Der Mikrocomputer 55 ist ferner mit den Verbindungsstellen zwischen den MOSFETs 50d bis 50f und den Widerständen 50g bis 50i verbunden, um jeweils die Phasenströme zu erfassen, die in dem bürstenlosen Motor 3 fließen.
Bei einem Betrieb, wenn die Gleichstromleistung der Batterie 14 der elektronischen Steuerungsschaltung 5 zugeführt wird, schaltet der Mikrocomputer 55 alle Relais 51 bis 54 ein, wie in 2 gezeigt ist, und steuert die MOSFETs 50a bis 50f an, um sich periodisch ein- und auszuschalten, um den bürstenlosen Motor 3 durch jeweiliges Zuführen von Dreiphasenströmen durch die Relais 52 bis 54 auf die bekannte Art und Weise anzusteuern. In diesem Fall werden die MOSFETs 50a bis 50f basierend auf dem erfassten Lenkdrehmoment, den erfassten Motorphasenströmen, der erfassten Motordrehungsposition und der erfassten Fahrzeug-Fahrtgeschwindigkeit ein- und ausgeschaltet.
Bei der Leistungsumwandlungsschaltung 50 wird die Gleichstromleistung der Batterie 14 in die Dreiphasen-Wechselstromleistung umgewandelt, die dem bürstenlosen Motor 3 durch die Relais 52 bis 54 zuzuführen ist, die durch den Mikrocomputer 55 eingeschaltet (geschlossen) werden. Der bürstenlose Motor 3 führt eine Kraftunterstützung des Lenkrads 6 durch, um dadurch die für einen Fahrer erforderliche Lenkradbetätigungskraft zu reduzieren.
Wenn einer der MOSFETs 50a bis 50f, beispielsweise der MOSFET 50a, kurzgeschlossen wird und derselbe nicht ordnungsgemäß funktioniert, erfasst der Mikrocomputer 55 diesen Kurzschlussfehler des MOSFET 50a durch Überwachen der Drain-Spannung des MOSFET 50a. Dieser Kurzschlussfehler kann erfasst werden, wenn sich die Drain-Spannung des MOSFET 50a zu der Zeit, zu der der niederpotenzialseitige MOSFET eingeschaltet ist, nicht ändert, während der Mikrocomputer 55 die Gate-Spannung des MOSFET 50a steuert, um sich abwechselnd ein- und auszuschalten.
Wenn der Kurzschlussfehler des MOSFET 50a erfasst wird, schaltet der Mikrocomputer 55 das entsprechende der Relais 52 bis 54, das mit dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET 50a verbunden ist, das heißt das Relais 52, wie in 3 gezeigt ist, aus (öffnet dasselbe). Der bürstenlose Motor 3 wird somit von dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET 50a der Leistungsumwandlungsschaltung 50 getrennt.
In dieser Situation fährt der Mikrocomputer 55 fort, die Leistungsumwandlungsschaltung 50 auf die gleiche Art und Weise wie vor dem Auftreten des Kurzschlussfehlers zu steuern. Genauer gesagt, durch den Mikrocomputer 55 werden zwei Phasen, die die MOSFETs 50b und 50c aufweisen, gesteuert. Obwohl wegen des ausgeschalteten Relais 52 ein Phasenstrom nicht von der Leistungsumwandlungsschaltung 50 dem bürstenlosen Motor 3 zugeführt wird, werden die zwei anderen Phasenströme durch die Relais 53 und 54, die nicht ausgeschaltet sind, weiterhin dem bürstenlosen Motor 3 zugeführt. Als ein Resultat fährt der bürstenlose Motor 3 fort, ein wenn auch reduziertes und schwankenderes Drehmoment zu erzeugen und eine Kraftunterstützung bei dem Lenkbetrieb zu leisten.
In dem Fall eines Kurzschlussfehlers des MOSFET 50d schaltet der Mikrocomputer 55 das Relais 52 aus und fährt fort, zwei andere Phasen, die die MOSFETs 50e und 50f aufweisen, auf eine ähnliche Art und Weise zu steuern. Ferner wird in dem Fall eines Kurzschlussfehlers entweder eines der MOSFETs 50b und 50e oder eines der MOSFETs 50c und 50f entweder das Relais 53 oder 54, das mit dem den Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden ist, ausgeschaltet, und die verbleibenden zwei Phasen werden auf eine ähnliche Art und Weise wie im Vorhergehenden beschrieben kontinuierlich gesteuert. Da der bürstenlose Motor 3 somit mit zwei Phasenströmen angesteuert wird, selbst wenn bei einer Phase der Kurzschlussfehler auftritt, kann der Lenkbetrieb kontinuierlich kraftunterstützt werden.
Gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der bürstenlose Motor 3, wenn bei einem der MOSFETs 50a bis 50f ein Kurzschlussfehler auftritt, mit der Zweiphasen-Wechselstromleistung angesteuert, während derselbe von einem solchen einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET getrennt ist. Der bürstenlose Motor 3 kann somit das Lenkrad 6 weiterhin kraftunterstützen, obwohl die Unterstützungskraft reduziert und schwankender ist.
Ferner sind die Relais 52 bis 54 für jeweilige Phasen zwischen der Leistungsumwandlungsschaltung 50 und dem bürstenlosen Motor 3 vorgesehen, um diese zwei Teile Phase für Phase zu verbinden und zu trennen. Als ein Resultat wird, wenn einer der MOSFETs 50a bis 50f aufgrund eines Kurzschließens versagt, die Verbindung zwischen dem einen Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET und dem bürstenlosen Motor 3 durch ein entsprechendes der Relais 52 bis 54, das mit dem den Kurzschlussfehler aufweisenden MOSFET verbunden ist, sicher abgeschaltet.
Der Mikrocomputer 55 ist programmiert, um basierend auf der Änderung der Drain-Spannungen der MOSFETs 50a bis 50f, die in drei Phasen in Brücke geschaltet sind, den Kurzschlussfehler zu erfassen. Die Drain-Spannung jedes MOSFET sollte sich in einer zeitgesteuerten Beziehung zu dem Ein- und Ausschalten des MOSFET ändern. Der Kurzschlussfehler kann daher durch Vergleichen der überwachten Drain-Spannung mit der Anweisung zum Ein- und Ausschalten des entsprechenden MOSFET durch den Mikrocomputer 55 sicher erfasst werden.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann der bürstenlose Motor 3 ein beliebiger anderer bürstenloser Mehrphasen-Gleichstrommotor mit mehr als drei Phasen sein, und die Leistungsumwandlungsschaltung 50 kann eine beliebige andere Schaltung sein, die eine Mehrphasen-Wechselstromleistung mit mehr als drei Phasen zuführt. Der bürstenlose Motor 3 braucht kein Gleichstrommotor zu sein und kann ein beliebiger bürstenloser Motor sein, solange derselbe betreibbar ist, um ein Drehmoment mit einer Mehrphasen-Wechselstromleistung mit drei oder mehr Phasen zu erzeugen. Der Mikrocomputer 55 kann durch eine analoge festverdrahtete Schaltung ersetzt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-81099 A [0002]

Claims

Elektrisches Kraftlenksystem mit: einem, bürstenlosen Motor (3), der drei oder mehr Phasen hat und ein Drehmoment zum Unterstützen eines Lenkrads (6) erzeugt; einer Leistungsumwandlungseinrichtung (50), die mehrere Leistungsschaltvorrichtungen (50a bis 50f) hat, die in eine Brückenform geschaltet sind, und eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung mit mehreren Phasen, die dem bürstenlosen Motor entsprechen, umwandelt, um die Wechselstromleistung dem bürstenlosen Motor zuzuführen; und einer Steuerungseinrichtung (55) zum Steuern der Leistungsumwandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (55), wenn eine der Leistungsschaltvorrichtungen kurzgeschlossen wird, eine einen Kurzschlussfehler aufweisende Leistungsschaltvorrichtung von dem bürstenlosen Motor trennt und fortfährt, die Leistungsumwandlungseinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen der Wechselstromleistung zu dem bürstenlosen Motor zu steuern.
Elektrisches Kraftlenksystem nach Anspruch 1, ferner mit: einer Trennungseinrichtung (52 bis 54), die zwischen der Leistungsumwandlungseinrichtung und dem bürstenlosen Motor vorgesehen ist, zum Trennen der Leistungsumwandlungseinrichtung von dem bürstenlosen Motor Phase für Phase, wobei die Steuerungseinrichtung (55) die Trennungseinrichtung steuert, um lediglich die einen Kurzschlussfehler aufweisende Leistungsschaltvorrichtung von dem bürstenlosen Motor zu trennen.
Elektrisches Kraftlenksystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerungseinrichtung (55) einen Kurzschlussfehler jeder Leistungsschaltvorrichtung basierend auf einer Spannung, die auf einer Hochpotenzialseite jeder Leistungsschaltvorrichtung ausgebildet wird, erfasst.
Elektrisches Kraftlenksystem nach Anspruch 2, bei dem die Trennungseinrichtung (52 bis 54) mehrere Phasenschalter (52 bis 54) aufweist, die zwischen die Leistungsschaltvorrichtungen und den bürstenlosen Motor geschaltet und durch die Steuerungseinrichtung steuerbar sind.