CN103052557B - 用于安全切断机电转向装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安全切断机电的机动车助力转向装置的方法，在所述机电的机动车助力转向装置中设有用于将伺服马达与控制装置或车载电气系统电分离的安全开关（26、27、28），其中设有下述步骤：a）接收在控制装置（30）中的故障信号；b）将切断信号经由控制线路（31、32、33）发送给所述安全开关（26、27、28）；c）检验在所述安全开关（26、27、28）上的电压；d）判定在每个安全开关（26、27、28）上的切断信号是否导致切断；e）当在一个或多个安全开关（26、27、28）上的切断信号不导致切断时，再接通不能够切断的这些安全开关（26、27、28）；f）重复步骤b）至e），直至成功地切断所有安全开关（26、27、28）。

Description

用于安全切断机电转向装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行机动车的机电转向装置的方法，以及一种实施所述方法的设备。在所述机电的机动车助力转向装置中设有用于将伺服马达与控制装置或车载电气系统电分离的安全开关，所述方法具有下述步骤：a)在所述控制装置中接收故障信号；b)将切断信号经由控制线路发送给所述安全开关。

背景技术

从文献DE 10 2004 030 459 B3中已知用于安全切断机电的机动车助力转向装置的这种类型的方法。在所述方法中，在故障情况下借助于开关或通过电源的短路来切断磁阻马达或串联马达。在此不需要其它方法步骤，因为这样的马达不具有永磁体，并且因此不会产生制动力矩。所述方法不直接适用于永磁激励马达。

机电转向装置通常情况下具有作为伺服马达的永磁激励同步马达。这种结构类型的伺服马达由控制装置经由一组MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)来控制，其中，在三个相绕组的情况下总共设有六个MOSFET。各一个MOSFET将所配设的相绕组切换到车载电压或接地电势上。这在高频率下进行，以至于在相绕组中，时间平均值作用为有效电压。

永磁激励同步马达具有下述特性：在例如在马达中或在操控装置中短路时引起的电气故障的情况下产生制动力矩，以至于这类故障不仅能够导致转向助力装置的失效，而且附加的阻力还阻碍驾驶员的转向运动。这在用于机动车的转向系统中出于安全原因是不可容忍的。

已知的是，为了避免这种状态，分离通向马达的或在马达的星点中的相位馈电部。为此，在部分现有技术中提出机电继电器，然而所述机电继电器在机械上对于在机动车中的使用而言不够坚固，并且是相对昂贵的。

从文献EP 0 857 135 B1中已知一种用于车辆的电动助力转向装置，所述车辆具有经由传动装置与车辆的转向装置连接的电动机，其中，所述电动机是具有连接在星点上的多个相绕组的无电刷马达。在此提出，在马达的至少两个相位中设有转换机构，所述转换机构可在闭合位置和断开位置之间运动，其中在所述闭合位置上在相绕组中能够流动有电流，所述断开位置防止了电流在马达的相应的相绕组中流动。转换机构设置在马达的星点上，以至于在断开所述转换机构时相绕组与星点分离。转换机构包括开关或继电器，所述开关或所述继电器串联地接入在相绕组的端部和马达的驱动电路之间。

例如从文献DE 10 2004 023 713 A1、DE 10 2007 024 659 A1以及EP 2112 051 A1中已知包括作为转换机构的半导体的技术解决方案。最后提及的文献示出分别具有用于控制绕组的六个MOSFET和作为安全开关设置在驱动电路和马达绕组之间的其它MOSFET的多个实施例。在电气故障的情况下，所述安全开关应将在驱动电路和绕组之间的电连接分离。因此绕组不会短路，并且不会产生制动力矩。

为了控制所述安全开关，在EP 2 112 051 A1中提出，测量和监控通过绕组的电流。根据流过设置为安全开关的MOSFET的电流，在损坏的情况下切断MOSFET，更确切地说，只有当小的电流流过相应的MOSFET时或者当电流沿一方向流动并接通寄生二极管时，才切断MOSFET。当两个条件都不满足时，不切断MOSFET。以这种方式将防止MOSFET在可能导致雪崩击穿的状态下被切断。

对于在机动车中使用不利的是，单独测量流过安全开关的电流是耗费的且相应昂贵的，并且对于所说明的在切断之前的检查而言必要的时间使过程变慢。

发明内容

因此本发明的目的是，在具有设置为安全开关的MOSFET的电动助力的机动车转向装置的情况下提出一种可更简单地实现并且在运行时更快速地实施的方法。

所述目的由根据本发明的方法得以实现。

因为在需要时，控制装置首先切断每个单独的MOSFET安全开关，并且然后检验在MOSFET的端子处的电压，所以能够根据所述电压来确定雪崩击穿或如下相应的状态的形成，其中在所述相应的状态下在漏极和源极之间的电压大于最大电池电压，在所述最大电池电压的情况下机电转向装置仍必须输出功率。所述方法能够这样快速地实现，即，如果测量到雪崩击穿或相应的状态，那么在能够发生热损害之前，再次接通相关的MOSFET。如果不发生雪崩击穿，那么MOSFET保持被切断。所述方法的反应时间能够明显更快地导致所期望的切断，因为首先切断，并且然后检查干扰条件的存在，而在现有技术中首先实施检验，并且然后当不存在干扰条件时才切断。

尤其是在用于安全切断机电的机动车助力转向装置的方法中，在所述机电的机动车助力转向装置中设有用于将伺服马达与控制装置或车载电气系统电分离的安全开关，设有下述步骤：

a)在控制装置中接收故障信号；

b)将切断信号经由控制线路发送给安全开关；

c)检验在安全开关处的电压；

d)判定在每个安全开关处的切断信号是否导致不发生雪崩击穿或相应的状态的切断；

e)当在一个或多个安全开关处的切断信号导致发生雪崩击穿的切断时，再接通这些切断会导致发生雪崩击穿的安全开关；

f)重复步骤b)至e)，直至成功地切断所有安全开关。

当在短于50μs的持续时间内，尤其在1μs至20μs的持续时间内，并且特别优选在2μs的持续时间内实施步骤b)至e)时，所述方法保护各个安全开关免于过载。

当在步骤e)和步骤f)之间等待时间为500μs至5ms，特别是等待时间为1ms至2ms时，在尽管仍有效地保护安全开关的情况下实现了几乎同时切断。

所述目的也由用于实施所述方法的设备得以实现，在所述设备中，控制装置设计为用于评估在安全开关处的电压并且控制装置与安全开关连接。

所述安全开关尤其能够是MOSFET，并且控制装置能够评估在源极端子或漏极端子处的电压，以便识别不期望的雪崩击穿。

当在安全开关和伺服马达的相绕组之间的电线路上设有用于量取在那里的电压的传感器线路时，获得特别简单的构造。

此外，能够实施根据本发明的方法的电路比现有技术更简单和成本更低。

附图说明

下面借助于附图说明本发明的实施例。附图示出：

图1示出具有用于设置伺服马达的多种可能性的机电的助力转向装置的示意图；

图2示出用于控制永磁激励同步马达的电路作为实施例，所述永磁激励同步马达具有用于控制马达电流的六个MOSFET和设计为MOSFET的三个安全开关。

具体实施方式

术语“雪崩击穿”在说明书和专利权利要求的上下文中不应狭义地理解，而是也代表一种相应的状态，在所述状态下在漏极和源极之间的电压大于最大电池电压，在所述最大电池电压的情况下机电转向装置仍必须输出功率，然而由于限压措施，所述功率不会导致真正意义上的雪崩击穿的构成。尽管如此，在短时间后这样的状态也导致相关的MOSFET的损毁。

在图1中示意性地示出机电助力转向装置，其中，示图图解说明不同的实施例。

为了由驾驶员操纵，转向轴1与方向盘2连接。转向横拉杆3以已知的方式与机动车的转向轮4连接。转向轴1的转动借助于与转向轴1抗扭地连接的小齿轮6造成齿条5的轴向位移。

机电的助力转向装置能够具有转向传动装置侧的马达壳体7、转向小齿轮侧的马达壳体8或转向柱侧的马达壳体9。本发明与转向装置的具体的结构类型无关。马达壳体7、8或9与控制装置10连接，此外，所述控制装置从转矩传感器11经由信号线路12获得转矩信号并且将相应的控制信号经由信号线路13、13’或13”发送给设置在壳体7、8或9中的伺服驱动装置。控制装置10本身获得例如车辆速度的输入信号，以及经由供电线路14获得机动车的运行所需的车载电压。

在壳体7、8或9中设有伺服马达18，所述伺服马达最终根据传感器11的输入信号或由车辆提供的其余输入信号来操控。由现有技术已知这种设计。

在本发明中，伺服马达18是永磁激励同步马达。涉及操控伺服马达18的相绕组的控制装置10构造为逆变器。在下面的图2中详细示出所述电路。

图2示出控制装置10的功率部件的基本电路。供电线路14连接机动车的通常情况下以直流电工作的车载电子设备的正极和负极。第一组20包括用于为三个相绕组u、v和w加载车载电压的三个MOSFET。总计三个其它MOSFET的第二组21设置用于为相绕组u、v和w加载接地电势。为此，两个组20和21为总共三个线路22、23和24馈电。

在包括两个组20和21的逆变器电路之间接入另一组25，所述另一组同样包括三个MOSFET 26、27和28。这三个MOSFET分别串联地接入在组20和21的输出端和相绕组u、v和w的输入端之间，以至于只有当相应地配设的MOSFET导电地接通时，电流才能够流过相绕组。更准确地说，所述组25的三个MOSFET 26、27和28接通为，使得本征二极管相对于相绕组u、v和w指向相同的方向。在所述布线的情况下，马达18的感应电压不驱动电流通过MOSFET 26、27和28。

控制装置30与第三组25的MOSFET 26、27和28连接。为此，控制装置30具有控制线路31、32和33。所述控制线路分别与MOSFET 26、27和28的控制电极(栅极)连接。

在第三组25的输出侧上，在MOSFET和相绕组u、v和w之间分别在载流线路上连接有传感器线路34、35或36。传感器线路34、35和36为控制装置30提供在MOSFET 26、27和28的源极端子处的电压，所述电压也处于相绕组u、v和w上。

控制装置30经由输入线路37获得用于接通或切断第三组25的信号，因此伺服马达与逆变器电路连接或与其分开，即连接在两个组20和21中或与这两个组分开。

在运行时，第三组25的MOSFET是用于在电气故障的情况下切断伺服马达的安全开关。为此，控制装置30工作，使得首先根据施加在线路37上的接通信号将第三组25经由控制线路31、32和33接通。现在，相绕组u、v和w能够经由第一和第二组20和21操控，以至于根据控制装置10，伺服马达产生相应地作用在转向传动装置上的助力力矩。只有当控制装置10或另一监控电路识别出电气故障时，才经由线路37将切断指令发送给控制装置30，所述电气故障识别过量的伺服辅助或者也识别由于缺少伺服辅助而导致的非期望的电机制动力矩。在这种情况下，第三组的MOSFET经由控制线路31、32和33实际上立即切断。传感器线路34、35和36将在MOSFET 26、27和28的输出端处的电压传输给控制装置30。如果切断成功，那么所述电压是零或者所述电压是正的。如果切断不成功，即构成雪崩击穿，那么在相关的线路上存在高的负电压。这由控制装置30识别，并且相关的MOSFET立即再次接通。在切断指令、识别雪崩击穿和再接通相关的MOSFET之间的优选的时间为约两微秒(μs)。在这种情况下，直至10μs或20μs的时间也是可容忍的。所述时间足够短到排除对第三组25的MOSFET的损坏。

在再接通相关的MOSFET后，所述MOSFET再次导电接通，这不会导致所希望的成功(切断所有三个相绕组)。因此要定期地重复尝试切断所述MOSFET。优选在约1ms至2ms的等待时间后重新切断所述相关的MOSFET。当流过马达的电感的电流下降，使得不再产生雪崩击穿时，MOSFET最终被切断。只要所述电流仍然过高，那么再次经由相应的传感器线路检测雪崩击穿，并且MOSFET在非常短的时间后再接通，以便防止由于过载造成的损害。

在图2中示出的电路在将MOSFET设置在机动车的车载电压和伺服马达的相绕组u、v和w之间这方面在现有技术中已知。借助于传感器线路34、35和36获得关于第三组25的MOSFET的开关状态的信息的控制装置30具有开始所述的优点。相绕组的供电电压的切断极其快速地进行。不成功的切断不会导致相关的MOSFET的损坏。尽管如此，以高频率重复进行的切断尝试仍导致第三组25的所有三个MOSFET的几乎同时切断。所说明的对过载的防护可实现将结构相同或类似的MOSFET使用在第一组20、第二组21和第三组25中，而在所述组25中不要求特殊的高功率器件。

本发明，特别是检验可能不成功的切断和需要时再接通相关的MOSFET的切断方法也能够使用在其它配置中。因此例如能够在第一组20和第二组21前的两个馈电部14中分别设有MOSFET，所述MOSFET由相应地适配的电路30驱动，并且在故障情况下切断。

Claims (9)

1.用于安全切断机电的机动车助力转向装置的方法，在所述机电的机动车助力转向装置中设有用于将伺服马达与控制装置或车载电气系统电分离的安全开关(26、27、28)，所述方法具有下述步骤：

a)在所述控制装置(30)中接收故障信号；

b)将切断信号经由控制线路(31、32、33)发送给所述安全开关(26、27、28)；

其特征在于，此外设有下述步骤：

c)检验在所述安全开关(26、27、28)上的电压；

d)判定在每个安全开关(26、27、28)上的切断信号是否导致不发生雪崩击穿的切断；

e)当在一个或多个安全开关(26、27、28)上的切断信号导致发生雪崩击穿的切断时，再接通这些切断会导致发生雪崩击穿的安全开关(26、27、28)；

f)重复步骤b)至e)，直至成功地以不发生雪崩击穿的方式切断所有安全开关(26、27、28)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在短于50μs的持续时间内实施所述步骤b)至e)。

3.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在1μs至20μs的持续时间内实施所述步骤b)至e)。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在2μs的持续时间内实施所述步骤b)至e)。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤e)和f)之间存在500μs至5ms的等待时间。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤e)和f)之间存在1ms至2ms的等待时间。

7.用于实施根据权利要求1至6之一所述的方法的设备，其特征在于，所述控制装置(30)设计为用于评估在所述安全开关(26、27、28)上的电压，且所述控制装置(30)与所述安全开关(26、27、28)连接。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述安全开关(26、27、28)是MOSFET，并且所述控制装置(30)评估在源极端子和/或漏极端子处的电压。

9.如上述权利要求7或8所述的设备，其特征在于，在所述安全开关(26、27、28)和所述伺服马达(18)的相绕组(u、v、w)之间的电线路上设有用于量取在那里的电压的传感器线路(34、35、36)。