DE602004009017T2

DE602004009017T2 - System zum Handeln bei Fehlern für eine elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE602004009017T2
Application number: DE602004009017T
Authority: DE
Inventors: Thomas James Gallagher; John R. Suriano; Jiang Hong; Joseph P. Whinnery; Sergej Kolomeitsev
Original assignee: Valeo Electrical Systems Inc
Current assignee: Valeo Electrical Systems Inc
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2024-10-30
Also published as: US20050093499A1; DE602004009017D1; US7276873B2; EP1527978A3; EP1527978B1; ATE373593T1; EP1527978A2

Description

Die Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren mit der Bezeichnung „Strom-System für ein Fahrzeug/Electric Power System for a Vehicle", welches gleichzeitig hiermit am 31. Oktober 2003 angemeldet worden ist.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Lenkhilfesysteme in Fahrzeugen und auf Ansätze zur Behandlung von Fehlfunktionen, die in solchen Systemen auftreten können.
Hintergrund der Erfindung
Moderne Elektromotoren, indes äußerst zuverlässig, sind dennoch nicht perfekt. Sie können Fehlfunktionen erfahren, vor allem, nachdem sie lange in Betrieb waren und vor allem, wenn sie während des Betriebs eine missbräuchliche Behandlung erfahren haben.
Wenn ein Elektromotor in einem System zur Lenkkraftunterstützung/Servolenkungssystem in einem Fahrzeug verwendet wird, kann eine Fehlfunktion den Verlust der Leistungs-/Kraftunterstützung, die der Motor ansonsten bereitstellt, bewirken. Die Erfindung stellt Ansätze zum Detektieren von Fehlfunktionen und Maßnahmen zur Fehlerbehebung zur Verfügung.
Druckschrift EP 1 096 658 A2 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Druckschrift mit der Bezeichnung „MULTI-PHASE FAULT TOLERANT BRUSHLESS DC MOTOR DRIVES (XP –001043278– ISBN – CONFERENCE RECORD OF THE IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CON; Bd. 3 von 5, KONF. 35, 8. Oktober 2000)" offenbart mehrere Wege, Fehler zu behandeln, die sich auf die Phasen eines mehrphasigen Motors auswirken, der drei oder mehre Phasen umfasst.
Gegenstand der Erfindung
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist ein System gemäß Anspruch 4.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer Form der Erfindung wird ein Kurzschluss über eine Wicklung in einem Stator eines Motors detektiert, und der Strom zu dieser Wicklung wird unterbrochen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Fahrzeug 3, in dem eine Form der Erfindung installiert ist.
2 ist ein Schaltbild eines Stators in einem dreiphasigen Motor.
3 zeigt ein Relais 60, das dem Stator aus 2 hinzugefügt wurde.
4 zeigt einen Kurzschluss über die Wicklung 36 in dem dreiphasigen Stator und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
5 zeigt einen Kurzschluss zwischen Wicklungen 36 und 33 in dem dreiphasigen Stator und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
6 zeigt einen Kurzschluss zwischen der Wicklung 36 und Masse in dem dreiphasigen Stator und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
7 zeigt Kurzschlüsse in zwei Transistoren 83 oder 89 in einem Stromkreis, der eine Wicklung in einem dreiphasigen Stator ansteuert, und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
8 zeigt offene Stromkreise in zwei Transistoren 93 oder 99 in einem Stromkreis, der eine Wicklung in einem dreiphasigen Stator ansteuert, und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
9 ist ein Schaltbild von den zwei Wicklungen 115 und 120 in einem Zwei-Phasen-Stator.
10 zeigt zwei in einem zweiphasigen Elektromotor verwendete Wicklungen Cx und Cy zusammen mit einer H-Brücke von Transistoren, die Strom an jede Wicklung liefert.
10 zeigt, wie die Transistoren in jedem Quadranten des Motorbetriebs ein- und ausgeschaltet werden. Die Quadranten I, II, III und IV beziehen sich auf die Winkelstellung einer Referenz auf dem Rotor des Motors.
11 zeigt einen Kurzschluss in der Wicklung 120 des zweiphasigen Stators und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
12 zeigt einen Kurzschluss zwischen den Wicklungen 120 und 115 des Zwei-Phasen-Stators und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
13 zeigt einen Kurzschluss zwischen den Wicklungen 120 und Masse des Zwei-Phasen-Stators und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
14 zeigt Kurzschlüsse in Transistoren T5 und T6 in der H-Brücke, die die Wicklungen eines Zwei-Phasen-Stators ansteuern, und eine Reaktion auf die Kurzschlüsse.
15 zeigt offene Schaltkreise, die in Transistoren T2 oder T3 in der H-Brücke auftreten, welche die Wicklungen des Zwei-Phasen-Stators ansteuern, und eine Reaktion auf den Kurzschluss.
16 ist ein Flussdiagramm, das Prozesse darstellt, die von einer Form dieser Erfindung ausgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3, das einen Elektromotor 6 umfasst, und eine Verbindung 9, zwischen dem Motor 6 und den lenkbaren Rädern 12. Solche Verbindungen 9 sind wohlbekannt.
Es wird auch ein Steuerungssystem 15 gezeigt, das Prozesse durchführt, die von der Erfindung verwendet werden. Das Steuerungssystem enthält einen Mikroprozessor 18, der ein oder mehrere Programme 21 ausführt. Ein Fehlerdiagnose-System 24 misst verschiedene Spannungen und Ströme in dem Motor 6 und in zugehörigen Komponenten sowie möglicherweise andere Parameter, wie etwa Motordrehzahl. Das Diagnosesystem 24 schließt dann entweder (1) auf das Vorhandensein bestimmter Fehlfunktionen und überträgt Daten, die auf die Fehlfunktion hinweisen, an die Steuerung 15 oder (2) liefert Daten, die Spannungen, Ströme und Parameter kennzeichnen, an die Steuerung 15, die der Letzteren ermöglichen, auf Fehlfunktionen zu schließen oder (3) eine beliebige Kombination von (1) und (2).
In Reaktion auf die Feststellung von Fehlerfunktionen greift das Steuerungssystem 15 korrigierend ein. Diese Diskussion wird das korrigierende Eingreifen behandeln, das in einem durch einen dreiphasigen Motor angetriebenen System durchgeführt werden kann, und dann das korrigierende Eingreifen, das in einem durch einen dreiphasigen Motor angetriebenen System durchgeführt werden kann.
2 ist ein Schaltbild eines Stators 27 eines dreiphasigen Motors, dessen Stator Spulen/Wicklungen oder Phasen 30, 33 und 36 umfasst. Schalter 39, 42 und 45 steuern die Ströme zu den Phasen. Blöcke T stellen Transistoren dar. Ein bedeutendes Merkmal ist, dass wegen des Kirchhoff'schen Strom-Gesetzes die drei Ströme I1, I2 und I3 in den Wicklungen sich zu null addieren müssen. Daher sind die drei Ströme I1, I2 und I3 nicht unabhängig voneinander: sobald zwei Ströme spezifiziert oder erzeugt sind, bestimmen sie den Dritten.
Wenn der Motor in 2 in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, so bleibt der Sternpunkt N oft urangeschlossen. Das heißt, es führen nur drei Kabel 48, 51 und 54 in das Gehäuse (nicht dargestellt) des Motors. Es führt kein Nulleiterkabel in das Gehäuse.
In manchen Situationen kann ein Relais 60 in 3 bereitgestellt werden. In bestimmten Situationen ist das Relais geöffnet und unterbricht damit den Motorbetrieb. Es werden jetzt verschiedene Situationen diskutiert, in denen diese Unterbrechung vorkommen kann. 4 zeigt die drei Wicklungen 30, 33 und 36, die einzeln drei Magnetfelder (nicht dargestellt) erzeugen, die sich vektoriell addieren um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das sich das Statorfeld nennt, welches in Richtung des Pfeils 63 rotiert.
Der Rotor (nicht dargestellt) des Motors ist mit seinem eigenen Magnetfeld 66 ausgestattet und aufgrund der Gesetze der Physik versucht das Rotorfeld 66 sich mit dem rotierenden Statorfeld auszurichten, wodurch der Rotor rotiert.
Wenn die Wicklung 36 kurzgeschlossen werden sollte, wie zum Beispiel durch eine Verbindung 69 zwischen ihren zwei Enden oder durch eine Verbindung (nicht dargestellt), die eine bedeutende Anzahl von Windungen kurzschließt, dann kann ein unerwünschtes Ereignis innerhalb der Wicklung 36 auftreten. Wenn das rotierende Rotorfeld 66 die jetzt kurzgeschlossene Wicklung 36 kreuzt, erzeugt es einen Kurzschlussstrom IS. Dieser Strom fließt durch den internen Widerstand der Wicklung 36, wobei er Wärme erzeugt und Energie von dem rotierenden Rotorfeld 66 absorbiert. Diese Energieabsorbtion erzeugt eine Unwucht am Rotor. Anders erklärt erzeugt das rotierende Feld des Rotors eine Spannung in der kurzgeschlossenen Wicklung, was einen Strom durch den Kurzschluss, und daher Drehmoment, erzeugt, was ähnlich wie in einem Synchrongenerator der Bewegung entgegenwirkt.
Eine Reaktion auf die Feststellung eines Kurzschlusses 69 ist, den Normalbetrieb aufrecht zu erhalten. Die zwei verbleibenden Wicklungen 30 und 33 stellen eine Art rotierendes Statorfeld bereit, das wirksam den Rotor weiter rotieren lässt, aber in Gegenwart der eben diskutierten Unwucht.
5, linke Seite, stellt eine andere Art Fehler dar, wo ein Kurzschluss 72 zwischen zwei Wicklungen 33 und 36 entsteht. Wieder wird das rotierende Rotorfeld einen Kurzschlussstrom IS erzeugen, der eine Unwucht am Rotor erzeugt. Wenn diese Art Fehler detektiert wird, öffnet ein Steuerungssystem (nicht dargestellt) das Relais 60, wie auf der rechten Seite der Abbildung dargestellt. Jetzt wird der Strom IS unterbrochen, wie auch der Betrieb des Motors. Wenn der Motor in einem Lenkhilfesystem verwendet würde, dann würde natürlich die Kraftunterstützung des Motors beendet sein.
6, linke Seite, zeigt einen Kurzschluss 80 zwischen einer Wicklung 36 und Masse. Dieser Fehler erzeugt einen Kurzschlussstrom IS und eine Unwucht am Rotor, wie oben diskutiert. Wenn außerdem die Kontaktstelle des Kurzschlusses 80 ausreichend nahe dem Punkt P1 ist, dann kann ein Pfad mit geringem oder verschwindendem Widerstand zwischen dem Transistor 83 und Masse bestehen. Wenn Transistor 83 leitet, kann ein starker Strom erzeugt werden, der den Transistor 83 beschädigen kann.
Wenn diese Fehlfunktion detektiert wird, falls das Relais 60 geöffnet ist, wie auf der rechten Seite von 6 dargestellt, fällt der Motor aus, aber der Kurzschlussstrom IS ist nicht unterbrochen.
Alternativ können die Transistoren 42 in 2, die die kurzgeschlossene Wicklung 36 in 6 versorgen, abgeschaltet werden und die anderen zwei Wicklungen 30 und 33 können zur Erzeugung eines rotierenden Statorfeldes verwendet werden, um die Rotation des Motors zu erhalten, indem die Schaltsequenz entsprechend angepasst wird.
7, linke Seite, zeigt Situationen, in denen der Transistor 83 oder der Transistor 89 kurzgeschlossen werden. In beiden Fällen kann ein Kurzschlussstrom IS erzeugt werden, der die oben diskutierte Unwucht verursacht. Wenn ein kurzgeschlossener Transistor detektiert wird, wird Relais 60 geöffnet, wie auf der rechten Seite der Figur dargestellt. Der Motor fällt aus und der Kurzschlussstrom IS ist unterbrochen. Alternativ kann die Schaltsequenz des Wechselrichters/Umformers geändert werden, um die teilweise Erzeugung von Drehmoment zuzulassen, während ein direkter Masseschluss durch den betreffenden Schenkel (leg) des Wechselrichters verhindert wird.
8, linke Seite, zeigt Situationen, in denen Transistor 93 oder Transistor 99 unterbrochen werden. In beiden Fällen bleibt das Relais 60, wie dargestellt, geschlossen und die anderen Phasen werden verwendet, um ein rotierendes Statorfeld zu erzeugen. Da ferner der Transistor 93A in Betrieb sein kann, kann er verwendet werden, um den Strom in Richtung des Pfeils 101 durch die Wicklung 36 zu treiben. Es kann jedoch kein Strom in die entgegengesetzte Richtung fließen, da der Transistor 99 geöffnet ist. Daher ist der Nettoeffekt des Öffnens des Transistors die Erzeugung von Strom in Wicklung 36 in entgegengesetzte Richtung des Pfeils zu verhindern.
9 ist ein Schaltbild von Statorwicklungen 110 eines zweiphasigen Motors. In einer Ausführungsform handelt es sich um einen Synchronstator. Zwei H-Brücken A und B steuern Ströme durch die Wicklungen 115 und 120.
10 zeigt wie die H-Brücken A und B Ströme in den Wicklungen Cx und Cy erzeugen, um ein rotierendes Statorfeld zu erzeugen. Im Quadrant I erzeugt die Wicklung Cx ein Magnetfeld Bx, das nach rechts zeigt, und Wicklung Cy erzeugt ein Magnetfeld By, das nach oben zeigt. Das erzeugte Statorfeld (nicht dargestellt) ist die Vektorsumme von Bx und By.
In Quadrant II erzeugt die Wicklung Cx ein Magnetfeld Bx, das nach links zeigt, und Wicklung Cy erzeugt ein Magnetfeld By, das nach oben zeigt. Das erzeugte Statorfeld (nicht dargestellt) ist die Vektorsumme von Bx und By.
In Quadrant III erzeugt die Wicklung Cx ein Magnetfeld Bx, das nach links zeigt, und Wicklung Cy erzeugt ein Magnetfeld By, das nach unten zeigt. Das erzeugte Statorfeld (nicht dargestellt) ist die Vektorsumme von Bx und By.
In Quadrant IV erzeugt die Wicklung Cx ein Magnetfeld Bx, das nach rechts zeigt, und Wicklung Cy erzeugt ein Magnetfeld By, das nach unten zeigt. Das erzeugte Statorfeld (nicht dargestellt) ist die Vektorsumme von Bx und By.
Die Magnetfelder Bx und By sind so koordiniert, dass ihre Vektorsumme ein Statorfeldvektor ist, der mit konstanter Geschwindigkeit rotiert.
11, linke Seite, zeigt einen Kurzschluss 125 über Wicklung 120. Dieser Kurzschluss verursacht eine Unwucht am Rotor, wie oben erörtert. Wenn der Kurzschluss 135 detektiert wird, erhöht die Erfindung den Strom in der anderen Wicklung 115, wie auf der rechten Seite der Abbildung dargestellt. Die Erfinder haben bemerkt, dass, obwohl das von der Wicklung 115 erzeugte Magnetfeld immer parallel zur x-Achse verläuft, wie in 10 dargestellt, dieses Feld dennoch die Rotation des Rotors (nicht dargestellt) aufrechterhalten wird.
In einer Ausführungsform folgt der an die Wicklung 115 angelegte Strom der Funktion I(115) = COS(T), wobei sich COS auf den Kosinus bezieht. Der an die Wicklung 120 angelegte Strom folgt der Funktion I(120) = SIN(T), wobei sich SIN auf den Sinus bezieht. Die sinusförmigen Ströme können durch Techniken der Pulsweitenmodulation, PWM, angelegt werden, wie sie der Stand der Technik kennt.
Die Magnetfelder Bx und By werden nahezu proportional zu den Strömen sein, bei nicht vorhandener Sättigung. Da die Wicklungen 115 und 120 orthogonal sind, addieren sich diese beiden Felder Bx und By zu einem Statorvektor, der um die Mitte des Stators rotiert, bei zunehmender Zeit T.
Unter der Fehlerbedingung aus 11 ist das Feld By vorhanden, aber es oszilliert mit derartiger Phasenverschiebung (im Erzeugungsmodus), dass das resultierende Drehmoment der Rotationsrichtung entgegenwirkt. Das Feld Bx muss erhöht werden, damit es dominiert. Das Feld Bx zeigt entweder in die positive x-Richtung oder in die negative x-Richtung und folgt der Zeitfunktion Bx = kCOS(T), wobei k eine Konstante ist. Wie oben festgestellt, wird der Strom in der Wicklung 115 nach dem Fehler erhöht, so dass das Feld Bx größer ist, als es vorher war.
Obwohl das Feld Bx nicht rotiert, haben die Erfinder festgestellt, dass das Feld Bx selbst die Rotation des Rotors aufrechterhält. Ein Grund kann durch ein Beispiel erklärt werden. Angenommen, dass Bx ursprünglich nach Osten zeigt. Das Rotorfeld lässt den Rotor rotieren in dem Bemühen um Ausrichtung mit Bx. Da die Phase des Stroms Cx mit der Position des Rotors synchronisiert ist, gehen, sobald er den Ausrichtungspunkt erreicht, der Strom Cx und daher das Feld Bx gegen null. In dem Moment, in dem die Ausrichtung im Begriff ist zu erfolgen, treten zwei Ereignisse auf.
Zum einen trägt die Trägheit des rotierenden Rotors den Rotor über den Ausrichtungspunkt mit Bx hinweg. Das zweite Ereignis ist, dass sich die Polarität im Feld Bx um 180 Grad ändert und nun nach Westen zeigt. Der Rotor rotiert weiter und sucht nun die Ausrichtung mit dem nach Westen zeigenden Bx. Die beiden eben beschriebenen Ereignisse wiederholen sich und verursachen eine kontinuierliche Rotation.
Sollte eine Situation entstehen, in der (1) das Rotorfeld mit dem durch die Wicklung Cx erzeugten Feld parallel und (2) der Rotor stationär ist, kann die Bewegung des Rotors durch Bewegung des Steuerrads 130 in 1 in Gang gesetzt werden. Die durch die beiden oben beschriebenen Ereignisse veranlasste Rotation kann stattfinden. Auch ist es unwahrscheinlich, dass das Rotorfeld mit der x-Achse genau parallel sein wird, mit dem Ergebnis, dass das umkehrende Feld der Wicklung Cx wahrscheinlich eine Rotation hervorrufen wird.
12, linke Seite, zeigt einen Kurzschluss 140 zwischen den Wicklungen 115 und 120. Dieser Kurzschluss sorgt für verschiedene Strompfade, abhängig davon, welche Transistoren zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt geschlossen sind. Wenn diese Art Fehler detektiert wird, werden alle Phasen abgeschaltet, wie auf der rechten Seite der Figur dargestellt. Das heißt, alle Transistoren in den H-Brücken A und B sind offen, das heißt abgeschaltet.
Es wird bemerkt, dass in einer Ausführungsform eine Snubber-Diode, wie etwa Diode 145, parallel zu jedem Transistor vorgesehen werden kann oder der Transistor kann eine inhärente integrierte Diode mit gleicher elektrischer Ausrichtung haben. Diese Dioden stellen einen möglichen Strompfad zwischen den zwei Phasen bereit, wie etwa Pfad 150, abhängig von der Polarität der von den Wicklungen 115 und 120 erzeugten Spannung.
In einer Form der Erfindung werden diese möglichen Strompfade durch die Erfindung nicht unterbrochen. In dieser Form muss der Strom zurück durch die Batterie fließen, um den Kreislauf zu schließen. Da es nicht wahrscheinlich ist, dass die in den Wicklungen induzierte Spannung ausreichend ist, damit dies passiert, haben diese Dioden wenig Auswirkung auf den Motorbetrieb. In einer anderen Ausführungsform werden die Dioden tatsächlich aus dem Stromkreis entfernt, wie durch das Öffnen eines Schalters am Punkt 155 oder 156 oder an beiden.
13 zeigt einen Kurzschluss 160 in der Wicklung 120 auf Masse führend. Dieser Fehler wird einen Kurzschlussstrom I5 verursachen, abhängig davon, welche Transistoren zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt geschlossen sind, mit der sich daraus ergebenden, oben diskutierten Unwucht am Rotor. Wenn außerdem die Stelle des Kontaktpunktes des Kurzschlusses 160 ausreichend nahe zu Punkt P2 liegt, dann kann ein Pfad mit geringem oder verschwindendem Widerstand zwischen dem Transistor T3 und Masse bestehen. Wenn Transistor T3 leitet, kann ein starker Strom erzeugt werden, der den Transistor beschädigen kann. Eine ähnliche Bemerkung gilt für den Transistor T1, wenn der Kontaktpunkt des Kurzschlusses 160 ausreichend nahe zu Punkt P3 liegt.
Wenn der Kurzschluss 160 detektiert wird, unterbricht die Erfindung die betroffene Phasenwicklung 120 während Quadranten, in denen gefährliche Ströme auftreten können. Mehr als ein Ansatz ist möglich. In diesem besonderen Beispiel können die Transistoren unterhalb der Transistoren T1 und T3 ständig offen bleiben, um fließende Ströme zu vermeiden. Transistoren T1 und T3 funktionieren normal: der Motor funktioniert mit reduzierter Leistung und größerer Drehmomentwelligkeit. Natürlich wird, wenn der Kurzschluss so positioniert ist, dass der Transistor T1 oder T3 einem Massefehler ausgesetzt ist, dieser Transistor abgeschaltet.
Das Fehlererkennungs-System kann tatsächlich die relative Nähe des Kontaktpunktes des Kurzschlusses 160 zu den Punkten P2 oder P3 detektieren. Wenn zum Beispiel entdeckt wird, dass der Strom, der durch den Transistor T1 geführt wird, viel größer ist, als der durch T3, dann kann gefolgert werden, dass der Kontaktpunkt näher zu P3 liegt. Daher kann der Transistor T1 geöffnet sein, aber Transistor T3 bleibt in Betrieb. Daher würde in 10 die Leitung von Wicklung Cy in den Quadranten III und IV mit einem durch T3 und den Kurzschluss geleiteten Strom erfolgen können, aber nicht die in den Quadranten I und II gezeigten, so dass ein direkter Kurzschluss von Schalter T1 nicht stattfindet.
14, linke Seite, zeigt den Transistor T5 als kurzgeschlossen. In 10 wird dargestellt, dass unter dieser Bedingung die Wicklung Cx (entspricht Wicklung 115 in 14) kein Magnetfeld Bx der Quadranten II oder III erzeugen kann, weil der Transistor T5 oben links, der die Wicklung Cx in jedem dieser Quadranten versorgt, nun kurzgeschlossen ist. Die linke Seite von Wicklung Cx kann nicht geerdet werden.
Die Wicklung Cx kann jedoch immer noch versorgt werden unter Verwendung des Transistors T8 in 14, in den Quadranten I und IV in 10, und der Betrieb in diesen Quadranten bleibt wie normal bestehen. So ist der Betrieb in den zwei Quadranten, wo der kurzgeschlossene Transistor geöffnet werden muss, unterbrochen. Erneut formuliert, ist die betroffene Wicklung, in diesem Beispiel Wicklung 115, für 180 Grad jeder Rotation außer Betrieb.
In einer anderen Ausführungsform kann der gesamte Betrieb der Transistoren T5 und T8 in diesem Fehlerzustand unterbrochen werden.
14, rechte Seite, zeigt den Transistor T6 als kurzgeschlossen. 10 zeigt, dass unter dieser Bedingung die Wicklung Cx (entspricht Wicklung 115 in 14) nicht das Magnetfeld Bx in den Quadranten I oder IV erzeugen kann, weil der Transistor T6, unten links, in jedem dieser Quadranten nun kurzgeschlossen ist. Die linke Seite von Wicklung Cx kann nicht nach 12 Volt gezogen werden.
Die Wicklung Cx kann jedoch immer noch durch den Transistor T7 in 14 versorgt werden, in Quadranten II und III in 10, und der Betrieb in diesen Quadranten bleibt wie normal bestehen. Daher ist wiederum der Betrieb in den zwei Quadranten, wo der kurzgeschlossene Transistor geöffnet werden muss, beendet. Erneut formuliert, ist die betroffene Wicklung, in diesem Beispiel Wicklung 115, für 180 Grad jeder Rotation außer Betrieb. In einer anderen Ausführungsform kann der gesamte Betrieb der Transistoren T6 und T7 in diesem Fehlerzustand beendet werden.
15, linke Seite, zeigt den Transistor T3 als unterbrochen. 10 zeigt, dass unter dieser Bedingung die Wicklung Cy (entspricht Wicklung 120 in 15) kein Magnetfeld By in den Quadranten III oder IV erzeugen kann, weil der Transistor T6 oben rechts in jedem dieser Quadranten nun unterbrochen ist. Die rechte Seite von Wicklung Cy kann nicht an 12 Volt angeschlossen werden.
Die Wicklung Cy kann jedoch immer noch durch den Spiegelbild-Transistor T1 in 15, in Quadranten I und II in 10, versorgt werden, und der Betrieb in diesen Quadranten bleibt wie normal bestehen.
15, rechte Seite, zeigt den Transistor T2 unterbrochen. 10 zeigt, dass unter dieser Bedingung die Wicklung Cy (entspricht Wicklung 120 in 15) kein Magnetfeld By in den Quadranten III oder IV erzeugen kann. Die linke Seite von Wicklung Cy kann nicht geerdet werden.
Die Wicklung Cy kann jedoch immer noch durch den Spiegelbild-Transistor T4 in 14, in Quadranten I und II in 10, versorgt werden, und der Betrieb in diesen Quadranten bleibt wie normal bestehen.
Es wird natürlich erkannt, dass sich die vorausgehende Diskussion der 14 und 15 nur auf Fehler in vier Transistoren konzentriert. Die Diskussion ist auf alle acht Transistoren in den H-Brücken A und B anzuwenden.
16 ist ein Flussdiagramm, das Prozesse darstellt, die von einer Form dieser Erfindung unter der Verwendung der in 1 dargestellten Hardware und Software durchgeführt werden. Block 200 in 16 zeigt an, dass Fehlerdaten von einem Überwachungssystem 24 erhalten werden, das ausgewählte Spannungen, Ströme und andere Parameter in dem Stromkreis in 9 und an anderen Stellen misst. Entweder das Überwachungssystem 24 oder die Erfindung benutzt die Fehlerdaten, um auf das Vorhandensein von Fehlern, wie etwa die oben diskutierten Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Überbrückungen zu schließen.
Block 205 fragt ab, ob ein Kurzschluss über eine Phase detektiert ist, wie der in 11, linke Seite. Wenn ja, wird der JA(YES)-Zweig in 16 genommen, wobei der Strom zur anderen Phase erhöht, und der Strom zur kurzgeschlossenen Phase unterbrochen wird. Wenn nicht, wird vom Abfrage-Block 205 der NEIN(NO)-Zweig genommen, und der Abfrage-Block 215 wird erreicht, in dem eine Abfrage stattfindet, ob ein Phasenkurzschluss, wie in 12, detektiert ist. Wenn ja, wird der JA(YES)-Zweig genommen und Block 220 schaltet alle Phasen ab. Wenn nicht, wird der NEIN(NO)-Zweig genommen, und der Abfrage-Block 225 wird erreicht.
Block 225 fragt ab, ob ein Phase-Masseschluss detektiert ist, so wie in 13. Wenn ja, wird der NEIN(NO)-Zweig in 16 genommen, und der Block 230 wird erreicht, in dem die betroffene Phase in den richtigen Quadranten, wie oben diskutiert, abgeschaltet wird.
Wenn nicht, wird der NEIN(NO)-Zweig genommen, der zum Abfrage-Block 235 führt. Wenn der Masseschluss nahe der Mitte der Phase ist, können oben erörterten Maßnahmen getroffen werden. Im Fall des Blocks 225 ist der Kurzschluss wahrscheinlich an oder in der Nähe eines der Enden der Phase.
Block 235 fragt ab, ob ein FET kurzgeschlossen ist, wie in 14 gezeigt. Wenn ja, wird der JA(YES)-Zweig genommen, und der Block 240 wird erreicht, wobei die zur Verfügung stehenden Phasen in den zur Verfügung stehenden Quadranten versorgt werden. Wenn nicht, wird der NEIN(NO)-Zweig genommen, und der Abfrage-Block 245 wird erreicht.
Block 245 fragt ab, ob eine FET geöffnet ist, wie in 15 gezeigt. Wenn ja, wird der JA(YES)-Zweig genommen, und der Block 250 wird erreicht, wobei die zur Verfügung stehenden Phasen in den zur Verfügung stehenden Quadranten versorgt werden. Wenn nicht, wird der NEIN(NO)-Zweig genommen, und die Logik führt zurück zu Block 200.
Zusätzliche Betrachtungen

1. Ein Zwei-Phasen-Motor ist nicht nur ein Motor, der zwei Phasen hat, sondern der nicht mehr als zwei Drehmoment erzeugende Phasen hat. Manche Motoren haben Statorwicklungen, die Kommutierung und andere Funktionen, die weitgehend ohne Bezug zum Antrieb des Rotor sind, unterstützen. Das Vorhandensein solcher Wicklungen in einem zweiphasigen System verändert nicht die Zwei-Phasen-Natur des Motors. Aus anderer Perspektive verwendet ein Zwei-Phasen-Motor zwei räumlich orthogonale Wicklungen, um das rotierende Statorfeld zu erzeugen.
2. Ein Vorteil des hierin beschriebenen zweiphasigen Systems ist, dass das Relais 60 in 3–9 eliminiert wird. Diese Eliminierung bietet mehrere Vorteile. Zum einen werden die Kosten für dieses Relais eliminiert und diese Kosten sind nicht unbedeutend, da das Relais ein Starkstrom-Gerät ist, das mit Strömen im Bereich von 100 Ampere umgeht. Ein zweiter Vorteil ist, dass es beim Relais als mechanisches Gerät inhärente Zuverlässigkeitsfragen aufwirft. Ein Dritter ist, dass die Umgebung, in der das Relais sich befindet, eigene Zuverlässigkeitsfragen aufwirft: aus praktischen Gründen muss sich das Relais, um externe Verdrahtung zu reduzieren, innerhalb des Motors befinden. Die inneren Temperaturen des Motors können jedoch mehr als 125C erreichen. Relais, die für diese Temperaturen eingestuft sind, sind schwer zu finden und teuer, falls sie gefunden werden. Ein vierter Vorteil ist, dass das Relais eingeschaltet ist, wann immer der Motor in Betrieb ist, und so Strom verbraucht. Es könnte in Betracht gezogen werden, ein Ruhekontaktrelais zu verwenden, aber Erwägungen der Ausfallsicherheit schließen diese Verwendung aus.
3. Das durch die Wicklung 115 erzeugte Magnetfeld in 9 induziert keine bedeutende Spannung in der Wicklung 120, wenn überhaupt eine. Ähnlicherweise induziert das durch die Wicklung 120 erzeugte Magnetfeld in 9 keine bedeutende Spannung in der Wicklung 115, wenn überhaupt eine. Der Grund ist, dass die Felder (außer Streufeldern) orthogonal zu den Ebenen der Windungen in den Wicklungen liegen. Als eine Folge gibt es keine gegenseitige Kopplung der Wicklungen, anders im dreiphasigen Fall, wo Kopplung stattfindet. Zahlreiche Substitutionen und Veränderungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Was durch die Patenturkunde gesichert werden soll, ist die Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines zweiphasigen elektrischen Motors (6) in einem System umfassend einen zweiphasigen elektrischen Motor, der zwei Phasenwicklungen A und B in einem Stator vom Synchrontyp enthält, eine H-Brücke A, welche vier Schalttransistoren enthält und Strom an die Phasenwicklung A abgibt, eine H-Brücke B, welche vier Schalttransistoren enthält und Strom an Phasenwicklung B abgibt, und ein Steuersystem (15), welches das Ein- und Ausschalten von Paaren von Transistoren in den H-Brücken A und B steuert, so dass das resultierende, von den Phasenwicklungen erzeugte Statorfeld zu vier möglichen Quadranten gehören kann, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren umfasst: a) Detektieren eines Fehlers in dem Motor, der einem Kurzschluss (160) zwischen Masse und einer der Phasenwicklungen entspricht; b) Abschalten der besagten der Phasenwicklungen während ausgewählten Quadranten des Betriebs durch – Detektieren der relativen Nähe des Kontaktpunkts des Kurzschlusses zu einem von zwei Verbindungspunkten (P2, P3) der entsprechenden Wicklungen; – Offenhalten von Transistoren, die mit den besagten der zwei Verbindungspunkte (P2, P3) verbunden sind, selbst wenn diese Quadranten entsprechen, wo sie normalerweise geschlossen sein sollten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: a) Detektieren eines Fehlers in dem Motor aus eine Gruppe von möglichen Fehlern einschließlich eines Kurzschlusses über eine der Phasenwicklungen A und B, einen Kurzschluss zwischen den zwei Phasenwicklungen, einen Kurzschluss in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B und eine Unterbrechung in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B; und b) Vornehmen der folgenden Aktionen in Abhängigkeit des detektierten Fehlers: i) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss über einer Phasenwicklung anzeigen, dann Erhöhen des Stroms zu der anderen Phasenwicklung; ii) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss zwischen den zwei Phasenwicklungen anzeigen, dann Abschalten aller Phasen; iii) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B anzeigen, dann Abgeben von Leistung zu der Phasenwicklung lediglich in ausgewählten Quadranten des Betriebs; und iv) falls die Fehlerdaten eine Unterbrechung in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B anzeigen, dann Abgeben von Leistung zu der Phasenwicklung lediglich in ausgewählten Quadranten des Betriebs.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der elektrische Motor in einem Fahrzeug befindlich ist und Kraftunterstützung für ein Lenksystem bereitstellt.
System umfassend einen zweiphasigen elektrischen Motor, der zwei Phasenwicklungen A und B in einem Starttor vom Synchrontyp enthält, eine H-Brücke A, welche vier Schalttransistoren enthält und Strom an Phasenwicklung A abgibt, eine H-Brücke B, welche vier Schalttransistoren enthält und Strom an Phasenwicklung B abgibt, und ein Steuersystem (15), welches das Ein- und Ausschalten von Paaren von Transistoren in H-Brücken A und B steuert, so dass das resultierende, von den Phasenwicklungen erzeugte Statorfeld zu vier möglichen Quadranten gehören kann, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin umfasst: a) ein Fehlerüberwachungssystem (24) zum Detektieren eines Fehlers in dem Motor, der einem Kurzschluss (160) zwischen der Masse und einer der Phasenwicklungen entspricht und b) Mittel (18, 21) zum Abschalten der besagten Phasenwicklung während ausgewählten Quadranten des Betriebs durch – Detektieren der relativen Nähe des Kontaktpunkts des Kurzschlusses zu einem von zwei Verbindungspunkten (P2, P3) der entsprechenden Wicklungen; – Offenhalten der Transistoren, die mit dem Besagten von den zwei Verbindungspunkten (P2, P3) verbunden sind, selbst wenn diese Quadranten entsprechen, wo sie normalerweise geschlossen sein sollten.
System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerüberwachungssystem (24) weiterhin ausgelegt ist zum Detektieren eines Fehlers in dem Motor aus einer Gruppe von möglichen Fehlern einschließlich eines Kurzschlusses über einer der Phasenwicklungen A und B, eines Kurzschlusses zwischen den zwei Phasenwicklungen, eines Kurzschlusses in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B und einer Unterbrechung in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B; und dadurch, dass die Mittel (18, 21) zum Untersuchen des detektierten Fehlers und Ausführen der folgenden Aktionen in Abhängigkeit des detektierten Fehlers ausgelegt sind: i) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss über einer Phasenwicklung anzeigen, dann Erhöhen des Stroms in der anderen Phasenwicklung ii) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss zwischen den zwei Phasenwicklungen anzeigen, dann Abschalten aller Phasen; iii) falls die Fehlerdaten einen Kurzschluss in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B anzeigen, dann Abgeben von Leistung an die Phasenwicklung lediglich in ausgewählten Quadranten des Betriebs; und iv) falls die Fehlerdaten eine Unterbrechung in einem der vier Transistoren in H-Brücke A oder H-Brücke B anzeigen, dann Abgeben von Leistungen an die Phasenwicklungen lediglich in ausgewählten Quadranten des Betriebs.
System gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, wobei der Motor in einem Fahrzeug enthalten ist, und weiterhin umfassend: eine Verbindung zwischen dem Motor und lenkbaren Rädern des Fahrzeugs, welche den Motor in die Lage versetzt, Kraft zum Lenken der Räder bereitzustellen.
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Mittel einen Mikroprozessor (18) und ein Programm (21), welches auf dem Mikroprozessor.