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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Steuersystem für
einen bürstenlosen
Motor, wobei das Steuersystem zum effektiven Steuern des Motors
die Ströme
steuert, die einem bürstenlosen
Gleichstrommotor in Multiphasenwicklungen zugeführt werden.
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Es ist ein Steuersystem für einen
bürstenlosen
Motor vorgeschlagen worden, das in einem Servosystem angewendet
wird. Dieses Steuersystem für den
bürstenlosen
Motor ist so ausgebildet, dass es durch Durchführen einer Phasenwinkel-Schätzmethode
unter Verwendung kostengünstiger
Halleffekt-Sensoren einen Phasenwinkel des bürstenlosen Gleichstrommotors
schätzt.
Das das Steuersystem für
den bürstenlosen
Motor verwendendende Servosystem ist allgemein so angeordnet, dass
dieses beim Generieren einer manipulierenden Kraft dieser Kraft
unter Verwendung eines Motordrehmomentes assistiert, und wird im
Besonderen bei einem Servolenksystem oder einem Fördersystem
eingesetzt. Dieses Servounterstützungssystem
umfasst lastdetektierende Mittel zum Detektieren einer durch einen Operator
generierten Last, und steuert einen Kommandostrom zu dem Motor,
derart, dass die detektierte Last nahe zu einem Sollwert gebracht
wird. Spezifischer wird die assistierende Kraft des Motors erhöht durch
Verstärken
des Kommandostroms, wenn die Last zunimmt. Umgekehrt wird die assistierende
Kraft durch Verringern des Kommandostroms vermindert, wenn die Last
abnimmt.
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Dieses vorgeschlagene Steuersystem
für einen
bürstenlosen
Motor führt
jedoch zu dem folgenden Problem.
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In dem Servohilfssystem, das als
eine assistierende Kraft ein Motordrehmoment einsetzt, wird die
assistierende Kraft des Motors verringert, falls ein Ausgangsdrehmoment
als Folge einer Phasenwinkelverschiebung abgesenkt wird. Daraus
ergibt sich, dass die Last (Drehmomentreaktion) zunimmt und der
Detektionswert der Lastdetektionseinrichtungen ebenfalls steigt.
Deshalb erhöht
die Stromsteuereinrichtung des Servohilfssystems den Kommandostrom.
Wie in den 4A bis 4D gezeigt ist, wird während einer
Periode B Phasenwinkelverschiebung generiert. Die assistierende
Kraft wird entsprechend der Verminderung des Motordrehmomentes vermindert,
als Folge der Phasenwinkelverschiebung, so dass deshalb das von
dem Drehmomentsensor abgegebene Drehmomentsignal steigt und damit
auch der Kommandostrom zunimmt. Danach wird am Beginn einer Periode
C das Positionssignal Ps12 erhalten, und wird ein geschätzter Phasenwinkel
zu dem tatsächlichen
Phasenwinkel korrigiert, der erhalten wird unter Ansprechen auf
die Eingabe des Positionssignals Ps12. Deshalb wird die effektive
Stromzufuhr zu dem Motor erzielt.
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Jedoch wird in diesem korrigierenden
Status der Kommandostrom, der zum Kompensieren der ungenügenden assistierenden
Kraft generiert wird, exzessiv. Das heißt, ein Drehmomentsignal Vt
wird durch den Überschuss
der assistierenden Kraft vermindert. Dies verringert umgekehrt wiederum
den Kommandostrom. Deshalb wird bei diesem Stand der Technik durch
das Korrigieren des geschätzten Phasenwinkels
auf den tatsächlichen
Phasenwinkel ein Überstrom
abgegeben, wenn die Phasenwinkelverschiebung durch die Voreilung
des geschätzten Phasenwinkels
relativ zu dem tatsächlichen
Phasenwinkel generiert wird, und sobald das Positionssignal vorliegt.
Dieser Effekt generiert ein Jagen (hunting) des Drehmomentes, so
dass ein Operator aufgrund der Vorgangsweise ein eigenartiges Gefühl bei der Lenkoperation
verspürt.
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Es ist deshalb ein Gegenstand der
vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuersystem für einen
bürstenlosen
Motor anzugeben, bei welchem die Steuerbarkeit eines Motors verbessert
wird, um ein Jagen (hunting) zu unterdrücken, das verursacht werden
kann durch Überstrom
als Folge einer Phasenwinkelverschiebung während der Schätzung eines
Phasenwinkels des Motors durch Messen einer Änderung und einer Zeit eines
Positionssignals unter Verwendung kostengünstiger Halleffekt-Sensoren.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
besteht in einem Motorsteuersystem für einen bürstenlosen Motor, einem Phasendetektor
und einer Steuereinheit, wobei der bürstenlose Motor Multiphasenwicklungen
aufweist und ein Drehmoment zum Assistieren bei der Operation eines
Eingangsgliedes generiert, wobei der Phasendetektor einen tatsächlichen
Phasenwinkel eines Rotors des bürstenlosen Motors
in vorbestimmten Winkelintervallen detektiert, und die Steuereinheit
mit dem bürstenlosen
Motor und dem Phasendetektor verbunden und so ausgebildet ist, dass
sie auf der Basis des tatsächlichen Phasenwinkels
und einer verstrichenen Zeit ab der Detektion des durch den Phasendetektor
festgestellten, tatsächlichen
Phasenwinkels einen geschätzten Phasenwinkel
berechnet, um einen Kommandostrom zu steuern, der Indikativ ist
für einen
Strom, der dem bürstenlosen
Motor zuzuführen
ist auf der Basis des geschätzten
Phasenwin kels und des tatsächlichen Phasenwinkels,
und ferner zum Ausführen
zumindest einer Rückkehrverarbeitung
für einen
geschätzten
Phasenwinkel zum Rückführen des
geschätzten Phasenwinkels,
und zu einer Stromerniedrigungsverarbeitung zum Absenken des Kommandostroms, falls
der geschätzte
Phasenwinkel relativ zum aktuellen Phasenwinkel voreilt.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen
Motors, der Multiphasenwicklungen hat und ein Drehmoment zum Assistieren
bei der Operation eines Eingangsgliedes generiert, wobei das Verfahren
folgende Schritte umfasst: Detektieren eines tatsächlichen
Phasenwinkels eines Rotors des bürstenlosen
Motors in vorbestimmten Winkelintervallen; Berechnen eines geschätzten Phasenwinkels,
basierend auf dem durch den Phasendetektor detektierten tatsächlichen
Phasenwinkel und auf einer verstrichenen Zeit ab der Detektion durch
den Phasendetektor; Steuern eines Kommandostroms, der indikativ
ist für einen
dem bürstenlosen
Motor zuzuführenden
Strom auf der Basis des geschätzten
Phasenwinkels und des tatsächlichen
Phasenwinkels; Detektieren einer Voreilung des geschätzten Phasenwinkels
relativ zum tatsächlichen
Phasenwinkel; und Ausführen
zumindest eines Verarbeitungsprozesses, entweder zum Zurückführen des
geschätzten
Phasenwinkels oder zum Vermindern des Kommandostroms, sobald der
geschätzte
Phasenwinkel relativ zum tatsächlichen
Phasenwinkel voreilt.
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Weitere Gegenstände und Merkmale dieser Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
Schemaansicht eines Servolenkapparats mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Steuersystems für
einen bürstenlosen
Motor,
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2 ein
Blockdiagramm für
eine Steuereinheit und einen Motortreibschaltkreis der ersten Ausführungsform,
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3 ein
Flussdiagramm, das die Abarbeitung einer Phasenwinkelschätzung und
die Abarbeitung zum Zurückführen eines
geschätzten
Phasenwinkels in der ersten Ausführungsform
verdeutlicht,
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4A bis 4D Zeitdiagramme, die eine
verglichene Operation ohne Ausführung
der Rückführung eines
geschätzten
Phasenwinkels verdeutlicht,
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5A bis 5D Zeitdiagramme zur Verdeutlichung
einer Operation, wie sie erhalten wird durch Ausführen einer
Abarbeitung zum Zurückführen des geschätzten Phasenwinkels
bei der ersten Ausführungsform,
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6 ein
Flussdiagramm, das die Abarbeitung bei einer Phasenwinkelschätzung und
einer Phasenwinkel-Verschiebungsdetektion in einer zweiten Ausführungsform
verdeutlicht,
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7 ein
Flussdiagramm, das die Durchführung
einer Abarbeitung zum Zurückführen eines Stroms
verdeutlicht, in der zweiten Ausführungsform,
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8A bis 8D Zeitdiagramme zur Verdeutlichung
einer Operation, die erzielt wird durch Durchführung einer Stromabsenkung
bei der zweiten Ausführungsform,
Figuren 9A bis 9D Zeitdiagramme zur Verdeutlichung
einer Operation, die erhalten wird durch Ausführen des Absenkens des Stroms
und des Zurückstellens
des Phasenwinkels bei einer dritten Ausführungsform,
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10 Zeitdiagramme
zur Erläuterung
einer Detektionskondition und einer Stromzuführkondition von Halleffekt-Sensoren,
und
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11 Zeitdiagramme
zur Erläuterung
einer Phasenschätzung.
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Ehe mit der Erläuterung von erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Steuersystems für
einen bürstenlosen
Motor begonnen wird, werden ein grundsätzliches Motorsteuerverfahren
und ein grundsätzliches
Phasenwinkel-Schätzverfahren
diskutiert, die auch für die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen
wichtig sind, um das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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Um einen bürstenlosen Gleichstrommotor anzutreiben,
ist es notwendig, einen Phasenwinkel eines Rotors des Motors zu
detektieren, um die den Wicklungen zugeführte Leistung entsprechend
dem Phasenwinkel des Rotors umzuschalten. Eine 120°-Stromzuführmethode
ist hinsichtlich der Steuerung einfach und allgemein bekannt.
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Obwohl diese 120°-Stromzuführmethode ein Verfahren zum
Zuführen
von Strom zu zwei Phasen der drei Phasen eines bürstenlosen Motors ist, gilt
allgemein, dass drei Halleffekt-Sensoren als eine Phasendetektiereinrichtung
an dem bürstenlosen
Motor befestigt sind und dass diese Halleffekt-Sensoren ihre jeweiligen
Signale ändern,
wenn sich der Phasenwinkel eines Rotors des Motors bei 60° Intervallen ändert. Demzufolge
wird das Stromzuführmuster bei
dem 120°-Stromzuführverfahren
entsprechend der Änderungen
der Signale der Halleffekt-Sensoren variiert.
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10 ist
eine erklärende
Ansicht, die eine Signalkondition der Halleffekt-Sensoren und eine Stromzuführkondition
des Steuersystems verdeutlicht. In 10 werden
von den Halleffekt-Sensoren ausgegebene Signale Hs1, Hs2 und Hs3
jeweils zwischen einer Hochpositionsabgabe Hi und einer Niedrigpositionsabgabe
Lo verändert,
entsprechend der Drehposition (Phasenwinkel) des Rotors, und zwar jeweils
bei 180°.
Diese Halleffekt-Sensoren sind in 120° Intervallen um den Rotor gruppiert.
So ist es möglich,
den Phasenwinkel des Rotors mit 60° zu detektieren. Die vertikalen
Signaländerungen
bei den 60° Intervallen
in 10 werden hier je
als ein Positionssignal Ps bezeichnet. Demzufolge werden die zugeführten Ströme zu der
U-Phase, der V-Phase und der W-Phase geändert durch Umschalten der Ströme, die
zu der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase zugeführt werden,
und zwar zwischen Plus (+), Null (0) und Minus (–), entsprechend zur Eingabe des
Positionssignals Ps, korrespondierend mit dem Phasenwinkel des Rotors,
wie in 10 gezeigt.
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Wenn sich die Strömungsrichtung des Stroms und
der Flux unter einem rechten Winkel schneiden, generiert der Rotor
seine Antriebskraft am effektivsten. Jedoch wird ein Status, bei
dem sich die Strömungsrichtung
des Stroms und der Flux unter einem rechten Winkel schneiden, nur
bei einem einzigen Drehwinkel innerhalb eines 60°-Winkel- Bereichs erzielt, da die 120°-Stromzuführmethode
so ausgelegt ist, dass sie die Stromzuführkondition jeweils bei 60° umschaltet.
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Zum effektiven Betreiben eines bürstenlosen Motors
ist im Vergleich zum 120°-Stromzuführverfahren
ein Sinuswellen-Antriebssteuerverfahren bekannt. Das Sinuswellen-Antriebsvertahren
ist ein Verfahren, bei dem Ströme
zugeführt
werden, die eine Sinuswellen-Charakteristik haben, wie dies durch
strichpunktierte Kettenlinien gezeigt ist. Dieses Verfahren steuert
die Rotation des Rotors effektiv. Weiterhin ist es bekannt, dass
ein Motorsteuersystem gemäß des Standes
der Technik so ausgebildet ist, dass es ein an einem manipulierten
Glied generiertes Reaktionsdrehmoment detektiert, wie an einem Lenkrad,
und dann einen an den Motor abgegebenen Kommandostrom unter Berücksichtigung
des detektierten Drehmomentes variiert, falls in einem Servolenksystem
zum Assistieren des Fahrers beim Erzeugen der Lenkkraft ein Steuerverfahren
eingesetzt wird. Jedoch erfordert es die Sinuswellen-Antriebssteuermethode,
einen Phasenwinkel eines Rotors akkurat zu detektieren, da die Stromzufuhr
zu dem Motor auf der Basis des Phasenwinkels des Rotors gesteuert
wird. Deshalb ist es erforderlich, dass die Sinuswellen-Antriebssteuermethode
einen teuren Positionssensor benutzt zum akkuraten Detektieren des
Phasenwinkels des Rotors.
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Andererseits ist ein Phasenwinkel-Schätzverfahren
bekannt, bei dem kostengünstige
Halleffekt-Sensoren benutzt werden, die den Phasenwinkel in 60° Intervallen
(60°-Schritten) detektieren
können.
Hier wird das Phasenwinkel-Schätzverfahren erläutert für einen
Rotor, der Halleffekt-Sensoren benutzt. Das Positionssignal Ps,
das durch die Halleffekt-Sensoren generiert wird, wird in 60° Intervallen und
wie durch die Bezugszeichen Ps1 bis Ps4 in 11 gezeigt, umgeschaltet. Deshalb ist
es möglich,
die Winkelgeschwindigkeit des Rotors durch Messen einer Periode Δt zwischen
den Umschaltzeiten zu schätzen.
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Winkelgeschwindigkeit
(geschätzter
Wert) ω = 60°/(Umschaltzwischenperiode Δt).
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Das heißt, es ist möglich, die
Winkelgeschwindigkeit des Rotors während der Zwischenumschaltperiode
durch Messen einer Zeitperiode Δt
zwischen dem Generieren eines Positionssignals Ps bis zum Generieren
des nächsten
Positionssignals Ps zu erhalten, da das Positionssignal Ps durch
Umschalten der Signalabgabe der Halleffekt-Sensoren, wie in 11 gezeigt, generiert wird.
Durch Ausführung
einer korrigierenden Verarbeitung wird der geschätzte Phasenwinkel bei der Abgabe
der jeweiligen Positionssignale Ps1, Ps2 und Ps3 zu dem tatsächlichen Phasenwinkel
korrigiert.
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Während
einer Periode, beginnend mit der Eingabe eines Positionssignals
Ps und endend mit der Eingabe eines nächsten Positionssignals Ps, wird
der Phasenwinkel des Rotors auf der Basis der Winkelgeschwindigkeit
geschätzt.
Beispielsweise wird eine vorhergehende Winkelgeschwindigkeit ω1 erhalten
von der Zwischenumschaltperiode zwischen der Eingabe des gegenwärtigen Positionssignals
Ps2 und des nächsten
Positionssignals Ps3, und wird der geschätzte Phasenwinkel nach Empfang
des gegenwärtigen
Positionssignals Ps2 erhalten aus der früheren Winkelgeschwindigkeit ω1 der verstrichenen Zeit.
In 11 ist die Zeit eines
Steuerzyklus 0,25 s und wird somit eine Änderungsquantität für den Phasenwinkel
erhalten durch Multiplizieren der Steuerzykluszeit mit der früheren Winkelgeschwindigkeit ω1, und wird
der geschätzte
Phasenwinkel erhalten durch Addieren der Änderungsquantität zum absoluten
Wert des Phasenwinkels zu dem Zeitpunkt, an dem das Positionssignal
Ps2 erhalten wird.
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Wie in 11 gezeigt,
ist jedoch die Winkelgeschwindigkeit ω nicht konstant. Wenn also
die tatsächliche
Winkelgeschwindigkeit des Rotors vermindert wird, derart, dass die
Umschaltzwischenperiode von einer kürzeren Periode Δt1 zu einer
relativ langen Periode Δt2,
wie in 11 gezeigt, verändert wird,
dann wird zwischen dem geschätzten
Phasenwinkel und dem tatsächlichen
Phasenwinkel eine Phasenverschiebung generiert. Die Phasenverschiebung
führt zu
einer Kondition, bei der der tatsächliche Phasenwinkel noch nicht
den Phasenwinkel erreicht hat, der das nächste Mal beim Generieren des nächsten Positionssignals
Ps3 genommen wird, obwohl der geschätzte Phasenwinkel bereits den
Phasenwinkel erreichte, der das nächste Mal genommen wird.
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Im Gegensatz dazu wird eine Phasenverschiebung
zwischen dem geschätzten
Phasenwinkel und dem tatsächlichen
Phasenwinkel generiert, falls die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit
des Rotors erhöht
wird, derart, dass die Zwischenumschaltperiode von einer Periode Δt2 zu einer
relativen Periode Δt3
wie in 11 gezeigt verändert wird.
Diese Phasenverschiebung führt
zu einer Kondition, bei der der tatsächliche Phasenwinkel bereits
den Phasenwinkel erreichte, der das nächste Mal bei generieren des nächsten Positionssignals
Ps4 genommen wird, obwohl der geschätzte Phasenwinkel noch nicht
den Phasenwinkel erreichte, der das nächste Mal genommen wird.
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Deshalb wird in einem Fall, in welchem
eine Differenz zwischen dem tatsächlichen
Phasenwinkel und dem geschätzten
Phasenwinkel groß wird,
die Stromrichtung relativ zum Flux zu einer weniger effektiven Seite
verschoben und wird deshalb ein ungenügendes Drehmoment generiert.
Besonders, wenn die tatsächliche
Winkelgeschwindigkeit kleiner ist als die geschätzte Winkelgeschwindigkeit,
wie beispielsweise während
einer Periode zwischen den Positionssignalen Ps2 und Ps3, dann gibt
es eine Möglichkeit,
dass die Verschiebung des Phasenwinkels maximal zu 60° wird. Eine
solche Verschiebung des Phasenwinkels verringert das Abgabedrehmoment des
Motors mit der Rate des Kosinus (verschobener Phasenwinkel). Wenn
beispielsweise die Phasenverschiebung 60° beträgt, dann wird das Abgabedrehmoment
nur mehr zur Hälfte
(Kosinus 60° mal
= 1/2 mal) des vollen Abgabedrehmomentes.
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Bezug nehmend auf die 1 bis 4 wird
eine erste Ausführungsform
eines Steuersystems für
einen bürstenlosen
Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung diskutiert. In dieser ersten Ausführungsform ist das Steuersystem
für den
bürstenlosen
Motor bei einem Servolenkapparat verwendet, der von einem durch
einen Motor betriebenen hydraulischen Typus ist.
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In 1 ist
ein Lenkrad 1 über
ein Gelenk 2 mit einer Zahnstange und einem Ritzel 3 verbunden, so
dass eine mit Vorderrädern
(nicht gezeigt) verbundene Spurstange 4 in Querrichtung
bewegt wird (in der Richtung von Xs in 1), wenn der Fahrer mittels des Lenkrades 1 eine
Lenkoperation ausführt. Diese
zwischen dem Lenkrad 1 und der Spurstange 4 vorgesehenen
Glieder transferieren die Lenkkraft des Fahrers auf Vorderräder und
funktionieren als ein manipulierendes Glied.
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Mit der Spurstange 4 ist
ein Hydraulikzylinder 5 verbunden. Der Hydraulikzylinder 5 bringt
auf die Spurstange eine assistierende Kraft auf, und zwar durch
Zuführen
und Ablassen eines Fluids, wie Öl,
zu linken und rechten Kammern 51 und 52, entsprechend
der Operation einer Pumpe 6. Der Betrieb der Pumpe 6 wird
durch die Rotation eines bürstenlosen Gleichstrommotors 7 mit
Dreiphasenwicklungen gesteuert. Die Rotation des Motors 7 wird
von einer Steuereinheit 8 gesteuert. Das heißt, die
durch den Hydrau likzylinder 5 generierte, assistierende
Kraft wird relativ zu der aufgebrachten Lenkkraft durch den Betrieb
des Motors 7 bestimmt.
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Die Steuereinheit 8 erhält von einem
Drehmomentsensor 9 ein Signal Vt, das für das Drehmoment indikativ
ist. Der Drehmomentsensor 9 ist an dem Gelenk 2 angebracht
und detektiert ein im Gelenk 2 generiertes Drehmoment,
wobei das Gelenk 2 als ein Eingabeglied funktioniert. Die
Steuereinheit 8 erhält
auch ein Signal Ss (Hs1, Hs2, Hs3) von einem Positionssensor 71,
das indikativ ist für
eine Phasenposition. Der Positionssensor 71 ist im Motor 7 installiert
und es funktioniert als eine Phasendetektionseinrichtung. Die Steuereinheit
führt eine
Schätzung
eines Phasenwinkels des Motors 7 und eine Stromsteuerung
des Motors 7 aus und funktioniert deshalb als Phasenschätzeinrichtung
und Stromsteuereinrichtung.
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Der Positionssensor 71 umfasst
drei Halleffekt-Sensoren, die jeweils Halleffekt-Sensorsignale Hs1, Hs2 und Hs3 abgeben,
welche zwischen Hochpositionen Hi und Niedrigpositionen Lo bei jeweils 180° Phasenintervallen
geändert
werden und deren Phasen um 120° untereinander
versetzt sind.
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In 1 repräsentiert
Th das Drehmoment des Lenkrades. θh ist ein Lenkwinkel, Xs ist
ein Zahnstangenhub, Tp ist ein Ritzelzahnraddrehmoment, θp ist ein
Ritzelzahnradwinkel, Fsp ist eine assistierende Reaktionskraft und
Vt ist ein Signal des Drehmomentsensors. Imu, Imv und Imw zeigen
Kommandoströme
für eine
U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase an. Vmu, Vmv und Vmw repräsentieren Motorantriebs-Spannungskommandos
der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase. Tm ist ein Motordrehmoment, θm ist eine
Motorphase, θSm
ist ein geschätzter
Phasenwinkel des Motors 7 und Δθ ist eine geschätzte Phasenänderungsquantität eines
Steuerzyklus. Ppl und Ppr repräsentieren
die Abgabedrücke der
Pumpe für
links und rechts.
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2 zeigt
die Steuereinheit 8 und einen Motorantriebsschaltkreis 72.
Die Steuereinheit 8 umfasst einen Kommandostromrechner 81,
der einen Referenzkommandostrom lmO berechnet, der zunimmt, sobald
das detektierte Drehmoment entsprechend dem Signal des Drehmomentsensors 9 zunimmt.
Die Steuereinheit 8 umfasst ferner einen Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82,
der eine Winkelgeschwindigkeit eines Rotors des Motors 7 auf
der Basis der Eingabe vom Positionssensor 71 schätzt, einen
Phasenschätzer 83, der
eine Phase des Rotors des Motors 7 auf der Basis der Eingabe
vom Positionssensor 71 schätzt, und einen Stromdetektor 84, der
einen Motorantriebs-Kommandostrom detektiert der an den Motor 7 abgegeben
wird. Ein Stromkontroller 85 der Steuereinheit 8 gibt
Steuersignale Imu, Imv und Imw (Kommandostrom Im) an einen Motortreibschaltkreis 72 auf
der Basis der Signale, die von dem Kommandostromrechner 81,
dem Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82,
dem Phasenschätzer 83 und
dem Stromdetektor 84 abgegeben werden.
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Der Motortreibschaltkreis 72 ist
mit dem Motor 7 verbunden und umfasst einen PWM-Generator 73 (Pulsweitenmodulation)
zum Generieren eines PWM-Stromsignals, entsprechend des eingegebenen
Kommandostroms Im. Der Motortreibschaltkreis 72 liefert
die Motortreibkommandoströme
für die
Vektorsteuerung zur U-Phase, V-Phase und W-Phase des Motors 7.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das die Abarbeitung einer Winkelgeschwindigkeitsschätzung zeigt,
die durch den Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82 der Steuereinheit 8 ausgeführt wird,
und die Abarbeitung einer Phasenwinkelschätzung, die durchgeführt wird
durch den Phasenschätzer 83 der
Steuereinheit 8.
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Ehe hier mit der Erläuterung
des Flussdiagramms von 3 begonnen
wird, wird die bei dieser Ausführungsform
eingesetzte Phasenwinkel-Schätzmethode
diskutiert.
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Der Positionssensor 71 ist
in der Lage, die Phase des Rotors des Motors 7 nach jeweils
60° anhand
des Positionssignals Ps zu detektieren, das erhalten wird, basierend
auf dem Umschalten der Halleffekt-Sensorsignale Hs1, Hs2 und Hs3
zwischen Hi und Lo, wie in 10 gezeigt.
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Demzufolge wird ein geschätzter Phasenwinkel θSm mit jeder
Detektion eines Positionssignals Ps auf den Stand des Rotorphasenwinkels
(tatsächlicher
Phasenwinkel) des Motors 7 gebracht. Dieses Updating ist
eine Unterbrechungsverarbeitung, ausgeführt durch jede Abgabe eines
Positionssignals Ps und wird eine Korrekturverarbeitung genannt.
Zum Ausführen
dieser Korrekturverarbeitung korrespondiert die Steuereinheit 8 mit
einer Phasenkorrigiereinrichtung.
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Während
einer Periode zwischen der Abgabe eines Positionssignals Ps(n) bis
zu einer nächsten Abgabe
des nächsten
Positionssignals Ps(n+1), wird das Phasenwinkel-Schätzverfahren
auf der Basis einer Umschaltintervallzeit Δt(n) ausgeführt. Wie in
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11 gezeigt,
wird eine vorhergehende Winkelgeschwindigkeit ω1 durch den Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82 auf
der Basis der vorhergehenden Umschaltintervallzeit Δt1 geschätzt, und wird
der Rotorphasenwinkel des Motors 7 geschätzt auf
der Basis der vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω1 nach Berücksichtigung
der gegenwärtig verstrichenen
Zeit.
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Nachfolgend wird das in 3 gezeigte Flussdiagramm
diskutiert. Die durch das Flussdiagramm in 3 ausgedrückte Abarbeitung ist die Abarbeitung
der Winkelgeschwindigkeitsschätzung,
wie durchgeführt,
und die Abarbeitung der Phasenwinkelschätzung, die ausgeführt wird
bei jeder Eingabe eines Positionssignals Ps(n). In der Erläuterung
des Winkelgeschwindigkeits-Schätzprozesses
repräsentiert
ein absoluter Wert eines Phasenwinkels beim Umschalten einer Größe eines
gelenkten Winkels relativ zu einer Neutralposition (Nullposition).
Dieser wird in 60° Intervallen
detektiert.
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Beim Schritt S101 bestimmt die Steuereinheit 8,
ob die Rotation des Motors 7 eine rechte Drehung ist oder
nicht. Wenn beim Schritt S101 eine positive Feststellung getroffen
wird, dann geht das Programm weiter zum Schritt S102. Ist die Feststellung hingegen
beim Schritt S101 negativ, dann geht das Programm weiter zum Schritt
S107. Obwohl diese erste erfindungsgemäße Ausführungsform so gezeigt und beschrieben
worden ist, dass die Drehrichtung des Motors 7 detektiert
wird, basierend auf dem vom Stromdetektor 84 detektierten
Motortreibkommandostrom, kann sie auch detektiert werden, basierend
auf dem Lenkwinkel θh
des Lenkrades, wie durch einen Lenkwinkelsensor (nicht gezeigt)
detektiert.
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Beim Schritt S102 berechnet die Steuereinheit 8 einen
gegenwärtigen
Wert eines geschätzten Phasenwinkels θSm durch
Addieren einer Phasenveränderungsquantität Δθn zu dem
vorhergehenden Wert des geschätzten
Phasenwinkels θSm
[θSm (gegenwärtig) = θSm (vorhergehend)
+ Δθ]. Weiterhin wird
die Berechnung des geschätzten
Phasenwinkels θSm
unter Bezugnahme auf ein Beispiel diskutiert, das einen Intervall
zwischen den Positionssignalen Ps2 und Ps3 in 11 zeigt. Zu einem Zeitpunkt, an welchem das
Positionssignal Ps2 erhalten wird, werden 60° als ein absoluter Wert der
Motorposition (Rotorposition) genommen. Ausgehend von der Phasenposition
60° wird
eine Phasenveränderungsquantität Δθ erhalten
durch Multiplizieren einer vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω1, basierend
auf der vorhergehenden Umschaltzeitperiode, mit einer Steuerzykluszeit
(hier 0,25 s). Damit wird eine erste Phasenveränderungsquantität Δθ1 erhalten
durch Multiplizieren einer vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω1 mit der
Steuerzykluszeit von 0,25 s (Δθ1 = ω1 × 0,25 s).
Weiterhin wird dann, wenn die nächste
Steuerzykluszeit verstrichen ist, die nächste Phasenveränderungsquantität Δθ2 erhalten
durch Multiplizieren einer vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω1 mit der
Steuerzykluszeit von 0,25 s und der Zahl 2 (Δθ2 = ω1 × 0,25 × 2). Das heißt, dass,
nachdem n-te Steuerzykluszeiten verstrichen sind, die Phasenveränderungsquantität Δθn bei den
n-ten Malen erhalten wird durch Multiplizieren einer jeweils vorhergehenden
Winkelgeschwindigkeit ω1
mit der Steuerzykluszeit 0,25 s und dem Faktor n (Δθn = ω1 × 0,25 × n). Deshalb
wird der geschätzte Phasenwinkel θSm zunächst erhalten
durch Addieren der Phasenveränderungsquantität Δθ1 zu dem absoluten
Wert der Phase (60° in
diesem Fall). Danach wird der nächste
geschätzte
Phasenwinkel θSm
erhalten durch Addieren der Phasenveränderungsquantität Δθn zu dem
vorher geschätzten
Phasenwinkel θSm.
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Beim Schritt S103 bestimmt die Steuereinheit 8,
ob der geschätzte
Phasenwinkel θSm
größer oder
gleich der Summe des absoluten Wertes der Phase beim Umschalten
und 60° ist
oder nicht. Ist die Feststellung beim Schritt S103 negativ, dann
kehrt das Programm zurück
zum Schritt 102, bei welchem der Phasenwinkel θSm berechnet wird. Ist die
Feststellung beim Schritt S103 positiv, d.h. der gesetzte Phasenwinkel θSm hat beim
nächsten
Umschalten des Positionssignals den Phasenwinkel erreicht, dann
geht das Programm weiter zum Schritt S104.
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Das heißt, dass das Programm nach
jeder Ausführung
des Schritts S102 zum Beschaffen des geschätzten Phasenwinkels θSm zum Schritt
103 weitergeht, bei welchem die Steuereinheit 8 bestimmt,
ob der geschätzte
Phasenwinkel θSm
größer ist
als der von dem nächsten
Positionssignal erhaltene Phasenwinkel oder nicht. In 11 ist der nächste detektierte
tatsächliche
Phasenwinkel zum Zeitpunkt des Erhalts des nächsten Positionssignals Ps3
120°. Die
Schritte S102 und S103 werden wiederholt, bis der ge schätzte Phasenwinkel θSm den nächsten Phasenwinkel
zu dem Zeitpunkt erreicht, an welchem das nächste Positionssignal erhalten
wird.
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Beim Schritt S104 folgend auf eine
positive Bestätigung
beim Schritt S103 führt
die Steuereinheit 8 eine Phasenverschiebungsbestimmung
aus, um festzustellen, dass eine Phasenverschiebung aufgetreten
ist und führt
dann die Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels durch. Die Abarbeitung der Rückführung des geschätzten Phasenwinkels
ist eine Abarbeitung mit Subtrahieren der Rückführungsänderungsquantität Δθm von der
Summe des absoluten Phasenwinkelwertes beim Umschalten und 60°. Zum Beispiel
ist die Summe 120° bei
der Schätzung
während
einer Periode von dem absoluten Phasenwert 60° zu dem absoluten Phasenwert
120°. Obwohl
die erste Ausführungsform
so gezeigt und beschrieben worden ist, dass ein Produkt Δθn eines
Wertes erhalten, basierend auf der vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω und der
Steuerzykluszeit als eine Rückführungsveränderungsquantität Δθm, verwendet
wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern kann anstelle
ein vorbestimmter Wert als die Rückführungsveränderungsquantität Δθm eingesetzt
werden.
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Beim Schritt S105, folgend auf die
Ausführung
des Schritts S104, bestimmt die Steuereinheit 8, ob der
geschätzte
Phasenwinkel θSm
kleiner oder gleich der Summe des absoluten Phasenwertes beim Umschalten
(hier bei 60°)
und 30° ist,
oder nicht. Die Summe zur Bestimmung beim Schritt S105
ist ein Zwischenwert, der eine Hälfte
des geschätzten
Phasenwinkels während
einer Periode ist, die zwischen dem absoluten Phasenwert 60° und dem
absoluten Phasenwert 120° vorliegt.
Nachfolgend wird dieser Wert als ein Zwischenwert bezeichnet. Falls
die Bestimmung beim Schritt S105 negativ sein sollte, d.h., falls
die Summe nicht kleiner als der Zwischenwert ist, dann kehrt das
Programm zurück
zum Schritt S104. Ist die Bestimmung beim Schritt 105 hingegen positiv,
d.h., die Summe ist kleiner als der Zwischenwert, dann schreitet
das Programm weiter zum Schritt S106.
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Beim Schritt S106 führt die
Steuereinheit 8 eine Abarbeitung zum Festlegen eines geschätzten Phasenwinkels
durch zum Festlegen eines geschätzten
Phasenwinkels θSm
bei der Summe des absoluten Phasenwertes beim Umschalten (60° im oben diskutierten
Beispiel) und 30°,
aus. Spezifischer wird der geschätzte
Phasenwinkel θSm,
der einmal den absoluten Phasenwert erreicht hat (120° im oben
diskutierten Beispiel), der als nächstes zu beschaffen ist, zurückgeführt zu der
Summe (90° in
dem oben diskutierten Beispiel) des absoluten Phasenwertes (60° in dem oben
diskutierten Beispiel) beim Umschalten und 30° durch Ausführen der Abarbeitung der Schritte
S104 bis S106.
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Schließlich wird der geschätzte Phasenwinkel θSm beim
Umschalten (60° in
dem oben diskutierten Beispiel) und bei 30° an der Summe des absoluten
Phasenwertes plus 30° fixiert.
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Die Abarbeitungen vom Schritt S107
bis zum Schritt S111 werden ausgeführt, wenn sich der Phasenwinkel
in der umgekehrten Richtung verändert
(in der Richtung, in der die Phase durch einen negativen Wert repräsentiert
ist), relativ zur Abarbeitung der Schritte S102 bis S106. Der bei
der Abarbeitung der Schritte S107 bis S111 angewandte Algorithmus
ist derselbe wie der bei der Abarbeitung der Schritte S102 und S106.
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Beim Schritt S107 beschafft die Steuereinheit 8 den
neuesten geschätzten
Phasenwinkel θSm durch
Subtrahieren der Phasenveränderungsquantität Δθn von dem
vorhergehenden geschätzten
Phasenwinkel θSm.
Spezifischer wird der geschätzte Phasenwinkel θSm zunächst erhalten
durch Subtrahieren der Phasenveränderungsquantifät Δθ1 von dem
absoluten Wert der Phase. Danach wird der geschätzte Phasenwinkel θSm erhalten
durch Subtrahieren der Phasenwinkel-Veränderungsquantität Δθn von dem
vorhergehenden geschätzten
Phasenwinkel θSm.
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Beim Schritt S108 bestimmt die Steuereinheit 8,
ob ein absoluter Wert des geschätzten
Phasenwinkels θSm
größer oder
gleich ist einem Wert, erhalten durch Subtrahieren von 60° von dem
absoluten Wert des Phasenwinkels beim Umschalten, oder nicht. Ist
die Bestimmung beim Schritt S108 negativ, dann kehrt das Programm
zurück
zum Schritt 107, bei welchem der geschätzte Phasenwinkel θSm erneut
berechnet wird. Ist hingegen die Bestimmung beim Schritt S108 positiv,
dann geht das Programm weiter zum Schritt S109.
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Beim Schritt S109 bestimmt die Steuereinheit 8 die
Phasenverschiebung und führt
sie eine Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels durch. Die Abarbeitung der Rückführung des geschützten Phasenwinkels
ist eine Abarbeitung mit Addieren der Rückführveränderungsquantität Δθm zu einem
Wert erhalten durch Substrahieren von 60° von dem absoluten Phasenwinkel
beim Umschalten. Das Produkt Δθn eines
Wertes erhalten basierend auf der vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω und der
Steuerzykluszeit kann als eine Rückführungsveränderungsquantität Δθm verwendet
werden, wie es ähnlich
ist der Einstellung beim Schritt S107, oder es kann ein vorbestimmter
Wert als eine Rückführungsveränderungsquantität Δθm verwendet werden.
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Beim Schritt S110, folgend auf die
Durchführung
des Schritts S109, bestimmt die Steuereinheit 8, ob der
durch die Ausführung
der Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels geschätzte
Phasenwinkel θSm
größer oder
gleich der Differenz ist, erhalten durch Subtrahieren von 30° von dem
absoluten Phasenwert beim Umschalten, oder nicht. Wenn die Bestimmung
beim Schritt S110 negativ ist, d.h., wenn der geschätzte Phasenwinkel θSm kleiner
als die Differenz ist, dann kehrt das Programm zurück zum Schritt
S109, um den Prozess des Rückführens des
geschätzten
Phasenwinkels zu wiederholen. Wenn die Bestimmung beim Schritt S110
positiv ist, d.h., wenn der geschätzte Phasenwinkel θSm größer oder
gleich der Differenz ist, dann geht das Programm weiter zu Schritt
S111.
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Beim Schritt S111 führt die
Steuereinheit 8 die Abarbeitung der Fixierung des geschätzten Phasenwinkels
zum Fixieren des geschätzten
Phasenwinkels θSm
bei der Differenz durch, die erhalten wurde durch Subtrahieren von
30° von
dem absoluten Phasenwert beim Umschalten.
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Die durch das Flussdiagramm in 3 repräsentiert Abarbeitung wird durchgeführt mit
jeder Eingabe des Positionssignals Ps als eine Unterbrechungsabarbeitung.
Demzufolge wird die Abarbeitung der Rückführung des geschätzten Phasenwinkels
korrespondierend mit den Schritten S104, S105 und S106 oder den
Schritten S109, S110 und S111 durchgeführt, wenn der geschätzte Phasenwinkels θSm relativ
zu dem relativen Phasenwinkel voreilt. Selbst wenn gerade die Abarbeitung
der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels ausgeführt wird,
dann beginnt jedoch die Abarbeitung der Korrektur des Absolutwertes
des nächsten
Phasenwinkels schon, falls das nächste
Positionssignal zu einem Zeitpunkt abgegeben wird, ehe der geschätzte Phasenwinkel
den Zwischenwert erreicht.
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Das heißt, in einem Fall, in welchem
das gegenwärtige
Umschaltintervall Δt2
länger
ist als das vorhergehende Umschaltintervall Δt2, wie in 11 gezeigt, erreicht der geschätzte Phasenwinkel θSm, erhalten
basierend auf der geschätzten
Winkelgeschwindigkeit ω1
den absoluten Phasenwert (120°), ehe
das nächste
Positionssignal Ps3 abgegeben wird. Deshalb wird in dieser Situation
die Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels ausgeführt.
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Wenn andererseits das Umschaltintervall Δt3 kürzer ist
als das vorhergehende Umschaltintervall Δt2, als es zur Zeit ist, nachdem
das Positionssignal Ps3 eingegeben wird, dann eilt die tatsächliche Phase
relativ zum geschätzten
Phasenwinkel θSm voraus,
und wird deshalb das Positionssignal Ps4 bereits abgegeben, ehe
der geschätzte
Phasenwinkel θSm
den nächsten
absoluten Phasenwert erreicht. Demzufolge beginnt der geschätzte Phasenwinkel θSm bei der
nächsten
Unterbrechungs-Abarbeitung bei dem absoluten Phasenwert 180°.
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Nachfolgend wird der Betriebsmodus
der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
diskutiert.
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Die 4A bis 4D zeigen eine vergleichsweise
Operation in einem Fall, bei welchem die Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels nicht ausgeführt
wird. Die 5A bis 5D zeigen eine Operation
in einem Fall, bei welchem die Abarbeitung der Rückführung des geschätzten Phasenwinkels
entsprechend der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform durchgeführt wird.
Diese Operation ist repräsentiert
basierend auf der Annahme, dass das Lenkrad 1 in die Plus-Richtung
(+-Richtung) gedreht wird. In beiden Fällen wird das Lenkrad 1 während einer
Periode A verdreht, und wird deshalb die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit
als Folge einer Fluktuation der Last vermindert. Dann eilt der geschätzte Phasenwinkel
während
einer Periode B relativ zu der tatsächlichen Versetzung wie in 11 in einer Periode zwischen
Ps2 und Ps3 gezeigt, vor. Spezifisch erreicht der geschätzte Phasenwinkel
zu einer Zeit t11 in der Periode B den Wert korrespondierend mit
dem nächsten
detektierten tatsächlichen
Phasenwinkel erhalten zu der Zeit, an der das Positionssignal Ps12
erhalten wird, und wird danach der Wert zur Zeit t11 als der geschätzte Phasenwinkel
verwendet, bis das nächste
Positi onssignal Ps12 beim Stand der Technik, und wie in den 4A bis 4D gezeigt, erhalten wird. Wenn in der
Periode B in den 4A bis 4D zwischen dem tatsächlichen Phasenwinkel
und dem geschätzten
Phasenwinkel eine Phasenverschiebung aufgetreten ist, wird das Drehmoment
des Torsionsstabes erhöht
als Folge der zu geringen assistierenden Kraft und nimmt deshalb
die am Lenkrad 1 aufzubringende Lenkkraft zu. Da weiterhin
der Kommandostrom unter Ansprechen auf die Zunahme des Drehmomentes
des Torsionsstabes ansteigt, nimmt auch das Motordrehmoment zu,
und nimmt die Phasenverschiebung deshalb ab.
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Obwohl der tatsächliche Phasenwinkel zu der
Zeit beschafft wird, wenn das Positionssignal Ps12 erhalten wird,
erreicht der Kommandostrom während
einer Periode C einen exzessiven Wert, d.h., auf den Motor 7 wird
ein Überstrom
aufgebracht, um die assistierende Kraft in exzessiver Weise zu generieren.
Dies vermindert die auf das Lenkrad 1 aufzubringende Last
exzessiv (vermindert das Drehmoment des Torsionsstabes). Deshalb
wird der Stromwert vermindert, um die assistierende Kraft zu unterdrücken. Da
jedoch das Drehmoment während
der Periode C plötzlich
verändert
wird, konvergiert der Kommandostrom, während gleichzeitig ein Hunting oder
Jagen generiert wird (eine Fluktuation). Diese Fluktuation vermittelt
dem Fahrer bei der Lenkoperation ein fremdartiges Gefühl. Weiterhin
gibt es die Möglichkeit,
dass diese Art der Fluktuation kontinuierlich generiert wird, was
das fremdartige Gefühl
bei der Lenkoperation noch verstärkt.
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Andererseits wird in den 5A bis 5D, die die Operation bei der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung repräsentieren,
dann, wenn der geschätzte
Phasenwinkel θSm
die Summe des absoluten Phasenwertes beim Umschalten und 60° erreicht
(θSm ≥ absoluten
Phasenwert beim Umschalten + 60°),
und falls das nächste
Positionssignal Ps12 noch nicht generiert worden ist, das Programm von 3 weitergeführt in der
Reihenfolge mit den Schritten S101, S102, S103 und S104, um die
Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels auszuführen,
wenn das Lenkrad in der Plus-Richtung gedreht wird. Dabei wird durch
die Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels der geschätzte
Phasenwinkel θSm
vermindert. Diese Abnahme des geschätzten Phasenwinkels θSm wird
beendet zu einem Zeitpunkt, an welchem der geschätzte Phasenwinkel θSm einen
Wert erreicht, wie erhalten durch Addieren des absoluten Phasenwertes
beim Umschalten zu 30° (θSm ≤ dem absoluten Phasenwert
beim Umschalten + 30°).
Dieser als Zwischenwert bezeichnete Wert wird aufrecht gehalten,
bis das nächste
Positionssignal eingegeben wird.
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Mit der Ausbildung entsprechend der
ersten Ausführungsform
nähert
sich während
der Periode B der geschätzte
Phasenwinkel θSm
dem durch eine gestrichelte Linie gezeigten tatsächlichen Phasenwinkel, da der
geschätzte
Phasenwinkel θSm
zu dem Zwischenwert zurückgeführt wird,
und überkreuzt sich
dieser dann mit dem tatsächlichen
Phasenwinkel, bis er schließlich
einen Wert einnimmt, der kleiner ist als der tatsächliche
Phasenwinkel.
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Obwohl in dem Zeitdiagramm in den 5A bis 5D der geschätzte Phasenwinkel θSm durch
die Durchführung
der Abarbeitung der Rückführung des geschätzten Phasenwinkels
zu dem Zwischenwert zurückgeführt wird,
hängt diese
Rückführung von dem
Timing beim Beschaffen des tatsächlichen
Phasenwinkels ab, korrespondierend mit dem nächsten Positionssignal Ps12.
Falls das Positionssignal Ps12 erhalten wird, ehe der geschätzte Phasenwinkel θSm zu dem
Zwischenwert zurückgeführt worden
ist, wird die Abarbeitung der Rückführung des
geschätzten Phasenwinkels
beendet, ehe der geschätzte
Phasenwinkel θSm
zu dem Zwischenwert zurückgeführt ist.
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Bei der durch die Zeitdiagramme der 5A bis 5D gezeigte Operation wird der geschätzte Phasenwinkel θSm zu dem
Zwischenwert vermindert, der kleiner ist als der tatsächliche
Phasenwinkel, und wird er dann an dem Zwischenwert gehalten. Während dieser
Periode wird der geschätzte
Phasenwinkel θSm
immer nach dem Überkreuzen
mit einem Punkt zu dem Zwischenwert zurückgeführt, an welchem Punkt eine
gute Drehmomenteffizienz sichergestellt ist. Weiterhin kann der
Zwischenwert das Drehmoment generieren, korrespondierend mit dem bei
dem konventionellen Verfahren der 120° Leistungszufuhr generierten,
relativ zum Motorphasenwinkel des nächsten Umschalttimings. Das
heißt,
der Zwischenwert, welcher ein Wert ist, erhalten durch Rückführen des
absoluten Wertes bestimmt bei der Eingabe des nächsten Positionssignals Ps12
bei 30°, hat
einen maximalen Verschiebungswinkel 30° auch dann, falls er relativ
zum tatsächlichen
Phasenwinkel maximal zu der Plus-Seite oder zu der Minus-Seite verschoben
ist. Demzufolge stellt das Abgabedrehmoment cos30° ≈00,87) des
Drehmomentes sicher, auch dann, wenn die maximale Phasenversetzung generiert
ist. Dies ist augenscheinlich effektiver als verglichen mit einem
cos60° (=
1/2), d.h. nur der Hälfte
des vollen Drehmoments im Falle der maximalen Phasenverschiebung
beim Stand der Technik.
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Deshalb ermöglicht es die Ausbildung der ersten
Ausführungsform,
das mit dem Drehmoment des Torsionsstabes korrespondierende Drehmomentsignal
Vt klein zu setzen und auch den Kommandostrom klein zu setzen, im
Vergleich mit der Ausbildung beim Stand der Technik gemäß den 4A bis 4D, dahingehend, dass der geschätzte Phasenwinkel θSm bei dem
absoluten Phasenwert zu der Zeit gehalten ist, wenn das , nächste Positionssignal
Ps12 abgegeben wird. Als Konsequenz verhindert die Ausbildung der
zweiten Ausführungsform
das Generieren von Überstrom.
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Dann, wie dies in den 5A bis 5D während
der Periode C gezeigt wird, wird die erhöhte Quantität des Kommandostroms zum Ergänzen der Minderung
der assistierenden Kraft als ein Überstrom angesehen und wird
deshalb dieser Kommandostrom vermindert, und zwar zu dem Zeitpunkt,
an dem unter Ansprechen auf die Abgabe des Positionssignals Ps12
der tatsächliche
Phasenwinkel erhalten wird. Diese verminderte Quantität des Kommandostroms
ist jedoch kleiner als die beim Stand der Technik in den 4A bis 4D. Demzufolge wird bei der ersten Ausführungsform
das Drehmoment des Torsionsstabes rasch konvergiert im Vergleich
mit dem beim Stand der Technik in den 4A bis 4D. Dieses Betriebsverhalten
der ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung unterdrückt das
Generieren der beim Stand der Technik generierten Drehmomentfluktuation.
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Unter Bezugnahme auf die 6 bis 8D wird eine zweite Ausführungsform
eines Steuersystemsfür
den bürstenlosen
Motor gemäß der vorliegenden Erfindung
diskutiert. Die zweite Ausführungsform
ist spezifisch ausgebildet zum Durchführen eines Stromverminderungsprozesses.
Die grundsätzliche Ausbildung
der zweiten Ausführungsform
ist dieselbe wie die der ersten Ausführungsform in den 1 und 2, so dass ein spezielle Erläuterung
hierfür
weggelassen wird.
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In der zweiten Ausführungsform
wird die Abarbeitung bei der Schätzung
des Phasenwinkels, basierend auf einem Flussdiagramm wie in 6 gezeigt, ausgeführt. Das
Flussdiagramm zeigt eine Abarbeitung der Schätzung einer Motorwinkelgeschwindig keit,
die durch einen Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82 der Steuereinheit 8 durchgeführt wird, und
die Abarbeitung einer Phasenwinkelschätzung, die durch den Phasenschätzer 83 der
Steuereinheit 8 durchgeführt wird. Die Abarbeitung bei
der Phasenwinkelschätzung,
wie in der zweiten Ausführungsform
verwendet, ist jedenfalls dieselbe wie die, die in der ersten Ausführungsform
erfolgt, welches Verfahren unter Bezug auf die 11 erläutert worden ist. Deshalb wird
die Erläuterung
der Phasenwinkelschätzung
hier weggelassen.
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Das Flussdiagramm von 6 ist im Vergleich mit dem
Flussdiagramm von 3 der
ersten Ausführungsform
vereinfacht. Spezifischer sind die Schritte S101, S102, S103, S107
und S108 in 6 vollständig dieselben
wie die in der 3, und
ist nur ein Schritt S120 neu hinzugeführt anstelle der Schritte S104,
S105, S106, S109, S110 und S111, wie sie bei der ersten Ausführungsform
vorgesehen sind. Deshalb wird nur der Schritt S120 erklärt.
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Folgend auf eine positive Feststellung
bei dem Schritt S103 oder S108 geht das Programm weiter zum Schritt
S120, bei welchem die Steuereinheit 8 festlegt, dass der
geschätzte
Phasenwinkel θSm relativ
zu dem tatsächlichen
Phasenwinkel voreilt, und zwischen dem geschätzten Phasenwinkel θSm und dem
tatsächlichen
Phasenwinkel eine Phasenverschiebung generiert wird. Das heißt, das
Programm geht weiter zum Schritt 120, wenn das nächste Positionssignal Ps nicht
erhalten wird, obwohl der geschätzte
Phasenwinkel θSm
bereits den Phasenwinkel erreicht, der zu der Zeit des nächsten Positionssignals
Ps erhalten wird. Dieser Schritt S120 zum Ausführen der Bestimmung der Phasenverschiebung funktioniert
als eine Phasenverschiebungs-Detektionseinrichtung.
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Die Vorgangsweise, die in dem Flussdiagramm
von 6 gezeigt ist, wird
abgearbeitet, wenn jedes Positionssignal Ps eingegeben ist. Wenn demzufolge
der geschätzte
Phasenwinkel θSm
relativ zu der tatsächlichen
Phase voreilt, dann wird beim Schritt S120 der Prozess der Phasenverschiebungsbestimmung
ausgeführt.
Umgekehrt wird das nächste
Positionssignal Ps eingegeben, ehe der geschätzte Phasenwinkel θSm den absoluten
Wert der Phase zu einer Zeit erreicht, an welcher das Positionssignal Ps
eingegeben wird, um den geschätzten
Phasenwinkel θSm
auf den tatsächlichen
Phasenwinkel zu korrigieren (Korrekturprozess), falls der tatsächliche Phasenwinkel
relativ zu dem geschätzten
Phasenwinkel θSm
voreilen sollte.
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Nachfolgend wird die Vorgangsweise
beim Vermindern des Stroms unter Bezug auf ein Flussdiagramm von 7 diskutiert.
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Beim Schritt S201 liest die Steuereinheit 8 das
Drehmomentsignal Vt. Beim Schritt S202 berechnet die Steuereinheit 8 basierend
auf dem Drehmomentsignal Vt einen Referenzkommandostrom 1m0.
Die Abarbeitung bei den Schritten S201 und S202 wird insbesondere
in einem Kommandostromrechner 81 der Steuereinheit 8 ausgeführt.
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Beim Schritt S203 bestimmt die Steuereinheit 8,
ob die Phasenverschiebung auftritt, oder nicht. Wenn die Feststellung
beim Schritt S203 positiv ist, d.h., wenn die Phasenverschiebung
auftritt, dann geht das Programm weiter zum Schritt S204. Wenn die
Feststellung beim Schritt S203 negativ ist, d.h., wenn keine Phasenverschiebung
auftritt, dann geht das Programm weiter zum Schritt 209. Die Bestimmung
der Phasenverschiebung beim Schritt S203 wird auf der Basis des
Bestimmungsresultats des in 6 gezeigten
Schritts S120 durchgeführt.
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Beim Schritt S204 bestimmt die Steuereinheit 8,
ob die Drehrichtung des Motors 7 aufrechtgehalten ist,
oder nicht (unverändert).
Falls die Bestimmung beim Schritt S204 positiv ausfällt, d.h.,
wenn die Drehrichtung des Motors 7 nicht geändert ist, dann
geht das Programm weiter zum Schritt S205. Wenn die Feststellung
beim Schritt S204 negativ ist, d.h., wenn die Drehrichtung des Motors 7 geändert ist,
dann geht das Programm weiter zum Schritt S209. Das heißt, wenn
die Drehrichtung des Motors 7 als ein Resultat einer Änderung
der Lenkrichtung geändert
ist, wird es unnötig,
die Abarbeitung der Stromverminderung basierend auf dem detektierten Drehmoment
durchzuführen.
Deshalb schreitet das Programm weiter zum Schritt S209. Wenn weiterhin die
Drehrichtung des Motors 7 geändert ist als Folge der nicht
ausreichenden assistierenden Kraft, dann geht das Programm auch
weiter zum Schritt S209. Falls die Abarbeitung der Verminderung
des Stroms ausgeführt
wird, bei einer Kondition mit nicht ausreichender assistierender
Kraft, wird die Minderung der assistierenden Kraft weiter verstärkt. Deshalb
macht bei dieser Kondition mit einer Minderung der assistierenden
Kraft die Steuereinheit 8 beim Schritt S204 eine negative
Feststellung.
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Die Feststellung der Änderung
der Drehrichtung wird ausgeführt
auf der Basis des Positionssignals Ps. Wenn unter Bezugnahme auf 11 der Motor 7 so
rotiert, dass sich der absolute Wert der vorbestimmten winkelbezogenen
Position von Ps1 zu Ps2 ändert,
bestimmt, sobald das nächste
Positionssignal Ps3 eingegeben wird folgend auf das Positionssignal
Ps2, die Steuereinheit 8, dass sich der Motor 7 dreht,
ohne die Drehrichtung zu ändern.
Andererseits stellt die Steuereinheit 8 fest, dass sich
die Drehrichtung des Motors 7 geändert hat, wenn das Positionssignal
Ps2 erneut abgegeben wird, nachdem das zweite Positionssignal Ps2
abgegeben worden war. Bei dieser Ausführungsform führt die
Steuereinheit 8 die Feststellung der Drehrichtungsänderung
des Motors 7 zu der Zeit fest, an der das Positionssignal
Ps erneut oder mehrfach auftritt.
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Beim Schritt S205 stellt die Steuereinheit 8 fest,
ob eine vergrößerte Quantität des absoluten Werts
des Drehmomentsignals Vt kleiner ist als ein voreingestellter Wert ΔVtlim, oder
nicht, und zwar ab dem Start des Stromverminderungsprozesses, der beim
Schritt S208 ausgeführt
wurde. Falls die Feststellung beim Schritt S205 positiv ist, d.h.,
wenn die erhöhte
Quantität
|Vt – VtST|
des absoluten Wertes des Drehmomentsignals Vt kleiner ist als der
voreingestellte Wert ΔVtlim,
wobei VtST ein Drehmomentsignal beim jeweiligen Startpunkt des geschätzten Phasenwinkelpunkts
ist, dann geht das Programm weiter zum Schritt S206. Ist hingegen
die Feststellung beim Schritt S205 negativ, d.h., die erhöhte Quantität des absoluten
Wertes des Drehmomentsignals Vt wird größer als ein voreingestellter
Wert ΔVtlim,
dann geht das Programm weiter zum Schritt S209. Das heißt, der
Schritt S205 wird ausgeführt, um
zu verhindern, dass durch den Stromverminderungsprozess eine Minderung
der assistierenden Kraft generiert wird. Nachdem der Stromverminderungsprozess
gestartet ist, wird die erhöhte
Quantität des
absoluten Wertes des detektierten Drehmomentes größer als
der voreingestellte Wert ΔVtlim,
und wird der Stromverminderungsprozess ausgesetzt, um zu verhindern,
dass die Minderung der assistierenden Kraft generiert wird.
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Beim Schritt S206 folgend auf die
positive Bestätigung
beim Schritt S205 bestimmt die Steuereinheit 8, ob ein Änderungsstatus
des absoluten Wertes des Drehmomentsignals Vt sich von einem abnehmenden
Status zu einem zunehmenden Status geändert hat, oder nicht. Das
heißt,
die Steuereinheit 8 überprüft, ob der Änderungsstatus
mit einer Änderung
von einem Verhältnis
Vt(n – 1) < Vt(n – 2) zu
einem Verhältnis
Vtn > Vt(n – 1) korrespondiert
oder mit einer Änderung
von einem Verhältnis
Vt(n – 1) ≥ Vt(n – 2) zu
ei nem Verhältnis
Vt(n) < Vt(n – 1). Falls
die Feststellung beim Schritt S206 positiv ist, d.h., wenn sich
der Änderungsstatus
von dem abnehmenden Status zu dem zunehmenden Status geändert hat, dann
geht das Programm weiter zum Schritt S209. Ist hingegen die Feststellung
beim Schritt S206 negativ, d.h., wenn sich der Änderungsstatus nicht von dem abnehmenden
Status zu dem zunehmenden Status geändert hat, darin geht das Programm
weiter zum Schritt S207, um den Stromverminderungsprozess durchzuführen.
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Beim Schritt S207 führt die
Steuereinheit 8 die Berechnung eines Stromverminderungsverhältnisses
K durch. Spezifischer wird ein Stromverminderungsverhältnis K
auf einem Wert Kid (K = Kid) gesetzt. Obwohl der Wert Kid ein vorbestimmter
fixierter Wert ist, kann er alternativ bestimmt werden unter Berücksichtigung
des absoluten Wertes des Drehmomentsignals Vt und eines Stromwertes
wie durch den Stromdetektor 84 festgestellt. Weiterhin
kann der Wert Kid bestimmt werden auf der Basis einer Zeitdauer,
die ab der Phasenbestimmung beim Schritt S120 verstrichen ist.
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Beim Schritt S208 führt die
Steuereinheit 8 den Stromverminderungsprozess zum Produzieren eines
Kommandostroms Im aus, der kleiner ist als ein Referenzkommandostrom
Im0, und zwar durch Multiplizieren des Stromverminderungsverhältnisses
K mit dem Referenzkommandostrom Im0 (Im = K × Im0). Nach der Durchführung des
Schritts S208 kehrt das Programm zurück zum Schritt S205.
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Andererseits führt die Steuereinheit 8 beim Schritt
S209 einen Kommandostrom-Einstellprozess durch, bei welchem der
Kommandostromrechner 81 der Steuereinheit 8 als
Kommandostrom Im den Referenzkommandostrom Im0 verwendet.
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Nachfolgend wird der Operationsablauf
für die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung diskutiert.
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Falls keine Phasenverschiebung aufgetreten ist,
bei der der geschätzte
Phasenwinkel θSm
relativ zu der tatsächlichen
Phase voreilt, d.h., wenn der geschätzte Phasenwinkel θSm relativ
zu dem tatsächlichen
Phasenwinkel verzögert
ist oder nacheilt, oder wenn der geschätzte Phasenwinkel θSm mit dem
tatsächlichen
Phasenwinkel korrespondiert, dann wird der Korrekturprozess für den absoluten
Wert ausgeführt
als eine Unterbre chungsroutine, ehe das durch das Flussdiagramm
von 6 repräsentierte
Programm zum Schritt S120 weitergeht, wobei die Phasenverschiebungsbestimmung
nicht gemacht wird. Demzufolge wird bei dem in 7 gezeigten Stromverminderungsprozess
das Programm in der Reihenfolge der Schritte S201, S202, S203 und
S209 abgearbeitet, so dass die normale Servoassistiersteuerung durchgeführt wird.
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Nachfolgend wird eine Operation diskutiert für einen
Fall, bei dem die Phasenverschiebung aufgetreten ist, indem der
geschätzte
Phasenwinkel θSm
relativ zum tatsächlichen
Phasenwinkel voreilt, und zwar unter Bezug auf ein Zeitdiagramm,
das in den 8A bis 8D gezeigt ist. Bei dieser
Operation wird angenommen, dass das Lenkrad in Richtung nach rechts
verdreht wird. Wenn das Lenkrad während einer Periode A in den 8A bis 8D verdreht wird, und falls während einer
Periode B die Phasenverschiebung aufgetreten ist, derart, dass der
durch eine durchgehende Linie gezeigte geschätzte Phasenwinkel θSm relativ
zu der durch eine gestrichelte Linie gezeigten tatsächlichen
Phase voreilt, dann wird aufgrund der Minderung der assistierenden
Kraft das Drehmomentsignal Vt erhöht. Unter Ansprechen auf die
Zunahme des Drehmomentsignals Vt erhöht die Stromberechnungssektion 81 der
Steuereinheit 8 den Kommandostrom Im.
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Falls während der Periode B die Phasenverschiebung
aufgetreten ist, erreicht zum Zeitpunkt t1 in 8B der geschätzte Phasenwinkel θSm einen Wert,
der erzielt wird durch Addieren von 60° zu dem absoluten Wert des Phasenwinkels
bei der Umschaltung (einem Moment, an dem das Positionssignal Ps1
eingegeben wird). Deshalb schreitet der in 6 gezeigte Phasenwinkel-Schätzprozess
in der Reihenfolge der Schritte S101, S102, S103 und S120 weiter
und führt
die Steuereinheit 8 die Phasenverschiebungsbestimmung durch.
Dann bestimmt die Steuereinheit zu einem Zeitpunkt, an welchem das nächste Positionssignal
Ps2 angegeben wird, d.h. am Beginn einer Periode C in den 8A bis 8D, dass eine Verdrehung des Lenkrades 1 nach
rechts fortgesetzt wurde und keine entgegengesetzte Lenkraddrehung
durchgeführt
ist, und geht das Programm in 7 in
der Reihenfolge der Schritte S203, S204 und S205 weiter. Weiterhin
ist zu dieser Zeit eine Änderungsquantität des Drehmomentsignals
Vt kleiner als der Grenzwert Vtlim und der Änderungsstatus des Drehmomentes
wird nicht von abnehmend zu zunehmend verändert. Deshalb schreitet das
in 7 gezeigte Programm
in der Reihenfolge der Schritte S205, S206 und S207 fort, so dass
der Stromverminderungsprozess durchgeführt wird, nachdem das Stromverminderungsverhältnis K
berechnet ist.
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Durch die Durchführung des Stromverminderungsprozesses
wird der Kommandostrom Im bei einem Wert gesetzt, der durch eine
durchgehende Linie gezeigt ist, und der kleiner ist als ein Wert
bestimmt basierend auf dem Drehmomentsignal Vt, durch eine gestrichelte
Linie gezeigt, und zwar während
der Periode C in 8D.
Durch diese Einstellung des Kommandostroms Im nimmt das durch eine kontinuierliche
Linie gezeigte Drehmomentsignal Vt, das Indikativ ist für eine Reaktionskraft
des Lenkrades 1, einen Wert nahe bei einem Sollwert an,
verglichen mit dem Drehmomentsignal in dem Fall, dass der Stromverminderungsprozess
nicht durchgeführt wird,
was in 8A durch die
gestrichelte Linie gezeigt ist.
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Der Stromverminderungsprozess wird
zum Zeitpunkt t2 beendet, wenn sich der Änderungsstatus des absoluten
Wertes des Drehmomentsignals Vt von abnehmend zu zunehmend verändert, weil
dann die Steuereinheit 8 beim Schritt S206 die positive Feststellung
trifft, so dass dann das Programm in 7 vom
Schritt S206 zum Schritt S209 geht.
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Beim Schritt S209 wird ein Prozess
durchgeführt
unter Verwendung eines Kommandostroms Im0, der basierend auf dem
Drehmomentsignal Vt im Kommandostromrechner 81 als der
Kommandostrom Im berechnet wird. Das heißt, durch Beenden des Stromverminderungsprozesses
zu der Zeit, an der das Drehmomentsignal Vt erneut zunimmt, wird
die Konvergenz des Kommandostroms Im zu dem Sollwert sicher erzielt.
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Es wird deshalb durch Ausführen des
Stromverminderungsprozesses und durch passendes Beenden des Stromverminderungsprozesses
möglich, den
Drehmomentwert Vt zu dem Sollwert zu konvergieren. Es wird also
möglich,
ein Jagen oder Aufschaukeln der Reaktionskraft als Folge der exzessiven
assistierenden Kraft wie durch die diesbezügliche Korrekturmethode generiert,
zu verhindern, und zwar durch eine Korrekturmethode, die auf die
Phasenverschiebung und den absoluten Wert des Lenkwinkels bezogen
ist, und es kann deshalb der Fahrer die Lenkoperation durchführen, ohne
dabei ein fremdartiges Gefühl
zu haben.
-
Ferner wird, wenn der Stromverminderungsprozess
durchgeführt
wird, der Kommandostrom Im vermindert, bis er kleiner ist als der
Wert, der mit dem durch den Drehmoment sensor 9 detektierten
Drehmomentsignal Vt korrespondiert, und wird deshalb die assistierende
Kraft verringert. Diese Abnahme der assistierenden Kraft unterdrückt eine
exzessive assistierende Kraft zu dem tatsächlichen Phasenwinkel. Weiterhin
wird, sobald die Verminderung der assistierenden Kraft durch den
Stromverminderungsprozess generiert wird, der Stromverminderungsprozess
beendet, und wird deshalb das Problem der Verminderung der assistierenden
Kraft gelöst.
-
Spezifischer geht in dem Fall, in
dem das Drehmoment nach dem Starten des Stromverminderungsprozesses
zunimmt, und falls die Zunahme des Drehmomentsignals Vt größer ist
als der gesetzte Wert ΔVtlim,
das Programm in 7 in
der Reihenfolge der Schritte S201, S202, S203, S204, S205 und S209
weiter. Deshalb kehrt das Programm dann zu der normalen assistierenden
Steuerung zurück.
Ferner geht das Programm in dem Fall, dass der Motor 7 als
Folge der Verminderung des Drehmomentes umgekehrt gedreht wird,
in 7 in der Reihenfolge der
Schritte S201, S202, S203, S204 und S209 weiter. Dadurch kehrt die
Routine auch zu der normalen assistierenden Steuerung zurück.
-
Unter Bezugnahme auf die 9A bis 9D wird eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Steuersystems
für den
bürstenlosen
Motor diskutiert. Die dritte Ausführungsform ist auch ausgebildet
zur Verwendung bei einem Servolenkapparat eines Typs, der motorbetrieben
und hydraulisch ist.
-
Diese dritte Ausführungsform ist spezifisch ausgebildet,
um sowohl den Rückführungsprozess für den geschätzten Phasenwinkel
als auch den Stromverminderungsprozess durchzuführen. Ferner wird hier der
Rückführungsprozess
für den
geschätzten
Phasenwinkel durchgeführt,
wenn die Phasenverschiebung aufgetreten ist, und wenn die Phasenschätzung durchgeführt wird.
Die grundsätzliche Ausbildung
der dritten Ausführungsform
ist im Wesentlichen dieselbe wie der der ersten Ausführungsform
in den 1 und 2, und wird deshalb nicht
mehr im Detail erläutert.
-
In der dritten Ausführungsform
wird der Rückführungsprozess
für den
geschätzten
Phasenwinkel auf der Basis des Flussdiagramms, wie in 3 der ersten Ausführungsform
gezeigt, durchgeführt,
und wird der Stromverminderungsprozess auf der Basis des Flussdiagramms,
wie in 7 für die zweite
Ausführungsform
gezeigt, durchgeführt.
Der Prozess der Schätzung
des Phasenwinkels wird bei der dritten Ausführungsform basierend auf einem Flussdiagramm,
wie in 3 der ersten
Ausführungsform
gezeigt, durchgeführt.
Das Flussdiagramm zeigt den Prozess der Schätzung der Winkelgeschwindigkeit
des Motors, wie durchgeführt
durch den Winkelgeschwindigkeitsschätzer 82 der Steuereinheit 8,
während
der Phasenwinkel-Schätzprozess durch
den Phasenschätzen 83 der
Steuereinheit 8 ausgeführt
wird. Der in der dritten Ausführungsform durchgeführte Prozess
der Phasenwinkelschätzung ist
ebenfalls derselbe wie er bei der ersten Ausführungsform verwendet wird,
wobei dieser Prozess unter Bezugnahme auf die 11 schon erläutert wurde: Deshalb wird eine
ausführliche
Erläuterung
dieses Prozesses der Phasenwinkelschätzung nachfolgend unterlassen.
-
In der Folge wird der Operationsablauf
bei der dritten Ausführungsform
diskutiert.
-
Die 9A bis 9D sind ein Zeitdiagramm und
zeigen eine Operation in einem Fall, in welchem sowohl der Rückführungsprozess
für den
geschätzten
Phasenwinkel als auch der Stromverminderungsprozess durchgeführt werden.
Bei dieser Operation wird angenommen, dass das Lenkrad 1 in
der rechten Richtung gedreht wird (Plus-Richtung).
-
Wie in den 9A bis 9D gezeigt,
ist während
der Periode B, d.h. der Periode zwischen Ps2 und Ps3 in 11, die Voreilung des geschätzten Phasenwinkels
relativ zu dem tatsächlichen
Phasenwinkel aufgetreten, als Ergebnis davon, dass die tatsächliche
Winkelgeschwindigkeit vermindert ist als Folge einer Fluktuation
der Last, die durch die Lenkoperation während der Periode A generiert
worden ist.
-
Wenn zum Zeitpunkt t11 der geschätzte Phasenwinkel θSm die Summe
(korrespondierend mit dem nächsten
detektierten tatsächlichen
Phasenwinkel beim nächsten
Umschalten) des absoluten Phasenwerts beim Schalten und 60° erreicht
als Folge der Phasenverschiebung zwischen der tatsächlichen Phase
und dem geschätzten
Phasenwinkel während der
Periode B, und falls dann das nächste
Positionssignal Ps12 noch nicht generiert worden ist, dann schreitet
das Programm von 3 in
der Reihenfolge der Schritte S101, S102, S103 und S104 fort (in dem
Fall der umgekehrten Richtung schreitet das Programm in der Reihenfolge
der Schritte S101, S105, S106 und S107 fort), um den Rückführprozess für den geschätzten Phasenwinkel
durchzuführen. Durch
die Ausführung
des Rückführprozesses
für den
geschätzten
Phasenwinkel wird der ge schätzte Phasenwinkel θSm verringert.
Diese Abnahme des geschätzten
Phasenwinkels θSm
wird zu der Zeit beendet, an der der geschätzte Phasenwinkel θSm den Zwischenwert
erreicht, der die Summe des absoluten Phasenwertes beim Umschalten
und 30° ist,
und wird er dann an diesem Zwischenwert gehalten.
-
Als Resultat der Rückführung des
geschätzten
Phasenwinkels θSm
zu dem Zwischenwert, wird der geschätzte und durch die kontinuierliche
Linie gezeigte Phasenwinkel θSm
variiert, so dass er zunächst
die tatsächliche
und durch die gestrichelte Linie gezeigte Phase erreicht, dann die
gestrichelte Linie überkreuzt,
und schließlich
einen Wert einnimmt, der kleiner ist als die tatsächliche
Phase während
der in 9B gezeigten
Periode B. Weiterhin erreicht, wenn der geschätzte Phasenwinkel θSm mit maximalem
Ausmaß durch
die Ausführung
des Rückführprozesses
für den
geschätzten
Phasenwinkel zurückgeführt ist,
der geschätzte
Phasenwinkel θSm den
Zwischenwert von 30°.
-
Wie oben diskutiert, kreuzt der geschätzte Phasenwinkel θSm stets
den tatsächlichen
Phasenwinkel und erreicht der geschätzte Phasenwinkel dann als
Maximum den Zwischenwert, obwohl der geschätzte Phasenwinkel θSm schließlich einen Wert
einnimmt, der kleiner ist als der tatsächliche Phasenwinkel wie in
der in den 9A bis 9D gezeigten Operation. Weiterhin
kann mit dem Zwischenwert ein Drehmoment generiert werden, das korrespondiert
mit dem, das durch die konventionelle 120° Leistungszuführmethode
generiert wird, und zwar relativ zu dem Motorphasenwinkel des nächsten Umschalttimings.
Das heißt,
der Zwischenwert, der ein Wert ist, erhalten durch Rückführen des
absoluten Wertes wie bestimmt bei der Eingabe des nächsten Positionssignals
Ps12 bei 30°,
hat einen maximalen Verschiebungswinkel 30° auch dann, falls er maximal
zur Plus-Seite oder zur Minus-Seite relativ zur tatsächlichen
Phase verschoben worden ist. Demzufolge sichert das Ausgangsdrehmoment cos30° (≈0,87) des
Drehmomentes, auch wenn die maximale Phasenverschiebung generiert
ist. Dies ist offensichtlich effektiver als verglichen mit dem cos60° (=1/2) des
Drehmomentes im Falle der maximalen Phasenverschiebung beim Stand
der Technik.
-
Deshalb ermöglicht es die Ausbildung der dritten
Ausführungsform,
das Drehmomentsignal Vt klein einzustellen, und auch den Kommandostrom klein
einzustellen, verglichen mit der Ausbildung bei der zweiten Ausführungsform,
dadurch, dass der geschätz te
Phasenwinkel θSm
zu der Zeit an dem absoluten Phasenwert gehalten wird, wenn das
nächste Positionssignal
Ps12 abgegeben wird. Aufgrund dessen verhindert die Ausbildung der
dritten Ausführungsform
das Generieren von Überstrom.
-
Dann wird, wie dies während der
Periode C in den 9A bis 9D gezeigt ist, zu der Zeit,
an der das Positionssignal Ps12 abgegeben wird und der tatsächliche
Phasenwinkel erhalten wird, der Rückführungsprozess für den geschätzten Phasenwinkel beendet,
und wird der Stromverminderungsprozess begonnen.
-
Hierfür ist die dritte Ausführungsform
so ausgebildet, dass sie beim Schritt S207 zum Berechnen des Stromverminderungsverhältnisses
K eine Verschiebungsquantität
zwischen dem tatsächlichen Phasenwinkel
und dem geschätzten
Phasenwinkel θSm
berechnet und dann auf der Basis der berechneten Verschiebungsquantität das Stromverminderungsverhältnis K
errechnet.
-
Bei der Durchführung des Stromverminderungsprozesses
während
der Periode C ist es möglich,
das durch die weitere radiale Reaktionskraft generierte Jagen oder
Aufschaukeln zu verhindern, und ist es deshalb möglich, zu vermeiden, dass der
Fahrer bei dieser Operation ein fremdartiges Gefühl verspürt.
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Ähnlich
wie bei der zweiten Ausführungsform wird
der Stromverminderungsprozess zu dem Zeitpunkt t12 beendet, wenn
der Änderungsstatus
des Drehmomentsignals Vt sich von der Abnahme zu der Zunahme ändert.
-
Mit der erfindungsgemäß derart
ausgebildeten dritten Ausführungsform
wird es möglich,
eine Verschiebungsquantität
zwischen dem tatsächlichen Phasenwinkel
und dem geschätzten
Phasenwinkel zu unterdrücken
durch Verwenden der Halleffekt-Sensoren beim Detektieren des Phasenwinkels bei
60° als
Phasendetektiereinrichtung, und durch Ausführen des Rückführprozesses für den geschätzten Phasenwinkel.
Weiterhin wird es zusätzlich
durch Durchführen
des Stromverminderungsprozesses möglich, die exzessive Assistierung
zu verhindern. Das heißt,
die dritte, erfindungsgemäße Ausführungsform
ermöglicht
die effektive Durchführung
der Operation und gleichzeitig eine kostengünstige Produktion des Systems,
und eine Verbesserung der Drehmoment-Steuerungsquali tät durch
Unterdrücken
der Fluktuation des Drehmomentes bei der Steuerung des Servolenkapparates.
-
Obwohl die Erfindung vorstehend unter
Bezug auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden ist, soll die Erfindung nicht auf die
oben beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt sein. Modifikationen und Variationen bei den vorbeschriebenen
Ausführungsformen
sind im Lichte der vorstehenden Offenbarungen für Fachleute auf diesem Gebiet
möglich.
Beispielsweise kann dieses Steuersystem für bürstenlose Motoren auch für andere
Apparate verwendet werden, wie für
einen Förderapparat
zum Fördern
von Objekten, insoweit, als der eingesetzte Apparat es erfordert,
den Strom für einen
Motor zu steuern, während
eine Motorphase unter Verwendung von Halleffekt-Sensoren detektiert wird, und zum Steuern
der Größe des Kommandostroms
basierend auf dem detektierten Drehmoment eines operativen Gliedes,
obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben worden sind, als ob das Steuersystem für den bürstenlosen
Motor gemäß der Erfindung
nur für einen
Servolenkapparat adaptiert wäre.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf den Einsatz von menschlicher Kraft
beschränkt,
sondern es kann eine Anordnung vorgesehen sein, bei der die Kraft
einer anderen Leistungsquelle als die Hauptmanipulierkraft eingesetzt
wird, obwohl die gezeigten und beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen
davon ausgingen,udass die auf das Eingabeglied ausgeübte Hauptmanipulierkraft
die Manipulierkraft eines Fahrers ist.
-
Weiterhin kann die Abtriebskraft
des Motors 7 direkt oder über ein Geschwindigkeitsreduziersystem
indirekt an das Eingabeglied abgegeben werden, obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen so
beschrieben und gezeigt sind, dass der bürstenlose Motor 7 mit
Dreiphasenwicklungen als eine Antriebsquelle für eine Pumpe verwendet wird
und die assistierende Kraft durch den Hydraulikzylinder 5 generiert
wird. Weiterhin ist der bürstenlose
Motor 7 nicht auf einen Dreiphasenwicklungstyp beschränkt, sondern
kann er ein anderer Multiphasentyp sein.
-
Obwohl die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, als ob
der Phasenrückführungsprozess
ausgeführt wird
zum Rückführen des
geschätzten
Phasenwinkels zu dem Zwischenwert, welcher ein Wert ist, erhalten
durch Zurückführen des
absoluten Phasenwertes, erhalten zu der Zeit, wenn das nächste Po sitionssignal
bei 30° abgegeben
wird, braucht weiterhin die zurückgeführte Quantität nicht
darauf beschränkt
zu sein, und kann stattdessen ein Wert verwendet werden, der näher an dem
absoluten Phasenwert liegt als verglichen mit dem Zwischenwert. Die
Winkelintervalle brauchen nicht auf 60° beschränkt zu sein, obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen
so gezeigt und beschrieben sind, dass die Phase des Rotors jeweils
nach 60° mittels
der Halleffekt-Sensoren detektiert wird.
-
Obwohl die dritte Ausführungsform
so gezeigt und beschrieben wurde, dass die Rückführungsänderungsquantität Δθm so ermittelt
wird, dass das Produkt Δθn eines
Werts erhalten, basierend auf der vorhergehenden Winkelgeschwindigkeit ω und die
Steuerzykluszeit benutzt wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und
kann vielmehr ein vorbestimmter Wert als die Rückführungsänderungsquantität Δθm eingesetzt
werden.
-
Diese Anmeldung basiert auf früheren JP-Patentanmeldungen
2002-179631 und 2002-182654.
Die gesamten Offenbarungsinhalte dieser JP-Patentanmeldungen 2002-179631 mit einem
Anmeldedatum 20.06.2002 und 2002-182654 mit einem Anmeldedatum 24.06.2002
werden hiermit durch Rückbeziehung
inkorporiert.
-
Obwohl die Erfindung obenstehend
unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben worden ist, soll die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt
sein. Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
sind im Lichte der obigen Erläuterungen
für Fachleute
auf diesem Gebiet offensichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung
wird durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
2
- 71
- Positionssensor
- 9
- Drehmomentsensor
- 81
- Kommandostromrechner
- 85
- Stromkontrollen
- 84
- Stromdetektor
- 82
- Winkelgeschwindigkeitsschätzer
- 83
- Phasenschätzer
-
3
-
- S101 Dreht der Motor nach rechts?
- Ja
- Nein
- S102, S107 (vorhergehender Wert)
- S103 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten +60°
- S108 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten –60°
- S104 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten +60°
- S109 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten –60°
- S105 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten +30°
- S110 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten –30°
- S106 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten +30°
- S111 Absolutwert des Phasenwinkels beim Umschalten –30°
- Ende
-
Blatt in 4A–4D
-
- Periode A
- Periode B
- Periode C
- Periode D
-
4A
-
- Drehmomentsignal Vt (Drehmoment Torsionsstab)
- Aimed Value Sollwert
- Zunahme des Drehmoment des Torsionsstabs als Folge
- einer Minderung der Assistenz
-
4B
-
- Geschätzter
Phasenwinkel
- Aufrechterhalten (des absoluten Phasenwerts
- beim Umschalten +60°)
- Tatsächlicher
Phasenwinkel (schleppend)
- Umschalten bei 60°
-
4C
-
- Umschalttiming des Phasenpositionssignals
- Umschalten bei 60°
- Überstrom
-
4D
-
-
5A
-
- Periode A
- Periode B
- Periode C
- Periode D
-
5A
-
- Drehmomentsignal Vt (Drehmoment Torsionsstab)
- Operation ohne Erfindung
- Sollwert
- Zurückführen mit
umgekehrtem Gradienten von ω
- Rückführen der
Phase verringert die Phasenverschiebung und verhindert eine Verminderung
der Assistenz
-
5B
-
- Geschätzter
Phasenwinkel
- Tatsächlicher
Phasenwinkel
- Einhalten (absoluten Phasenwinkel beim Umschalten +30°)
-
5C
-
- Umschalttiming des Phasenpositionssignals
- Umschalten bei 60°,
Umschalten bei 60°
-
5D
-
- Kommandostrom
- Sollwert
- Verhindern eines Überstroms
- Operation ohne Erfindung
-
6
-
- S101 Ist Drehrichtung des Motors nach rechts?
- S102 (vorhergehender Wert)
- S107 (vorhergehender Wert)
- S103 absoluter Wert des Phasenwinkels beim Umschalten +60°
- S108 absoluter Wert des Phasenwinkels beim Umschalten –60°
- S120 Bestimme Phasenverschiebung
-
Ende
-
7
-
- S201 Lese Vt
- S202 Berechne Im0
- S203 Tritt Phasenverschiebung auf?
- S204 Keine Umkehr der Drehrichtung des Motors?
- S206 Ändert
sich der Absolutwert des Drehmomentsignals von einer Abnahme zu
einer Zunahme?
- Ende
-
Blatt in 8A–8D
-
- Periode A
- Periode B
- Periode C
- Periode D
-
8A
-
- Drehmomentsignal Vt (Drehmoment Torsionsstab)
- Stromabsenkung verhindert exzessive Assistenz
- Angestrebter Wert
- Zunahme des Drehmomentes des Torsionsstabes als Folge einer
Verminderung der Assistenz
- Operation ohne Erfindung
-
8B
-
- Geschätzter
Phasenwinkel
- Aufrechterhaltung (Phasenabsolutwert beim Umschalten +60°)
- Tatsächlicher
Phasenwinkel
-
8C
-
- Umschalttiming des Phasenpositionssignals
- Umschalten bei jeweils 60°
- Umschalten bei jeweils 60°
-
8D
-
- Kommandostrom Im
- Beginnen der Stromabsenkung beim Umschalten des Phasenpositionssignals,
wenn eine umgekehrte Phasenverschiebung generiert ist,
- Nichtausführung
einer Stromabsenkung
- Angestrebter Wert
- Beenden der Stromabsenkung, sobald eine Änderung des Drehmomentes des
Torsionsstabes von einer Abnahme zu einer Zunahme auftritt
-
Blatt in 9A–9D
-
- Periode A
- Periode B
- Periode C
- Periode D
-
9A
-
- Drehmomentsignal Vt (Drehmoment Torsionsstab)
- Fluktuation des Drehmomentes wird weiter unterdrückt durch
Ausführen
sowohl der Phasenzurückführung als
auch der Stromabsenkung
- Angestrebter Wert
- Ausführen
nur des Prozesses der Phasenrückführung
- Phasenrückführungsprozess
- Rückführen mit
umgekehrtem Gradienten von ω
-
9B
-
- Geschätzter
Phasenwinkel
- Tatsächlicher
Phasenwinkel
- Berechne Phasenverschiebung zwischen der tatsächlichen
Phase und der geschätzten
Phase
-
9C
-
- Umschalttiming des Phasenpositionssignals
- Umschalten bei jeweils 60°
-
9D
-
- Kommandostrom Im
- Ausführen
des Stromverminderungsprozesses
- Nichtausführen
des Stromverminderungsprozesses
- Angestrebter Wert
-
10
-
- Drehwinkel (Phasenposition)
- Phasenpositionssignal Hs1
- Phasenpositionssignal Hs2
- Phasenpositionssignal Hs3
- Strom für
U-Phase
- Strom für
V-Phase
- Strom für
W-Phase
- (Stromwellenform –––: 120°, ––– –––: inuswelle)
-
11
-
- Phasenpositionssignal Hs1
- Phasenpositionssignal Hs2
- Phasenpositionssignal Hs3
- Umschaltintervallzeit
- Winkelgeschwindigkeitsschätzung
- Phasenschätzung ändert sich
zu (Phasenabsolutwert beim Umschalten +60°),
- erwarte nächste
Unterbrechung (während
Abnahme)
- Steuerzykluszeit
- Wenn die nächste
Umschaltung auftritt, ehe die geschätzte Phase den nächsten Pha
senabsolutwert erreicht, dann springt die geschätzte Phase zur Phase bei der
nächsten
- Umschaltung
- Steuerzykluszeit