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Dokumentenidentifikation DE10042338C2 24.12.2003
Titel Motorantrieb-Steuervorrichtung
Anmelder Aisin Seiki K.K., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Sugiyama, Masanori, Nishio, Aichi, JP;
Inagaki, Hiroyuki, Nagoya, Aichi, JP;
Suzuki, Yoshihide, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 29.08.2000
DE-Aktenzeichen 10042338
Offenlegungstag 29.03.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.12.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.2003
IPC-Hauptklasse H02H 9/02
IPC-Nebenklasse H02P 19/02   H02P 6/00   

Beschreibung[de]

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.

Stand der Technik

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.

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 Betriebsartspezifizierendes Signal S5 der Ausgabebestimmungsschaltung (output determining circuit) 17 zu. Das Betriebsartspezifizierende 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 Betriebartspezifizierende 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.

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.


Anspruch[de]
  1. 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.
  2. 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. 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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