CN108136915B - 用于运行转向系统中的永励同步电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行永励同步电机的方法，所述同步电机冗余地利用至少两台子电机运行，并且在一台子电机功能丧失的情况下，由另一台子电机最大提供的转矩在过渡阶段中连续地被降低至限制转矩，所述限制转矩小于由所述剩余的子电机最大能够产生的转矩最大值。

Description

用于运行转向系统中的永励同步电机的方法
技术领域
本发明涉及一种运行永励同步电机、尤其转向系统中的伺服马达的方法。
背景技术
已知一种用于通过场定向的调节装置来操纵永励同步电机的方法，其中，将实际电流与理论电流之间的差值作为输入参量输入到调节单元中并且通过脉冲宽度调节装置以及功率输出级从电池电压产生具有三个各个相位的交变电压，其中，每一个相位都被分配有同步电机的一个线束绕组。场定向的调节装置例如在DE 10 2013 222 075 A1中有描述。
在将永励同步电机作为转向系统的伺服马达的应用中，出于安全性的原因，通过将马达的各个相位划分到子电机中，从而实现了冗余的设计，所述子电机不依赖于彼此地被操纵。当一台子电机失效时，由伺服马达所提供的辅助转矩突然减小，这会在转向系统中对驾驶者导致不舒适的触觉效果。
发明内容
本发明基于以下任务：即，以这种方式操纵永励的、被分成子电机的同步电机，使得当一台子电机失效时，确保具有较高的安全性的运行。
根据本发明，该任务通过本发明的特征来解决，根据本发明，提出一种用于运行永励同步电机的方法，尤其转向系统中的伺服马达，所述同步电机具有永磁体和能够通电的线圈，其中，所述同步电机冗余地利用至少两台子电机运行并且所述子电机不依赖于彼此地被操纵，其中，在一台子电机或者分配给所述子电机的单元中存在功能丧失的情况下，待由另一台子电机最大提供的转矩在过渡阶段中连续地被降低至限制转矩，所述限制转矩小于由剩余的子电机最大能够产生的转矩最大值。从属权利要求给出了有利的改进方案。
根据本发明的方法被用于运行永励同步电机，该永励同步电机例如被用作转向系统中的伺服马达。该同步电机有利地在转子侧具有永磁体并且在定子侧具有被加载有相位电流的线圈或绕组。操纵优选地通过场定向的调节装置或者通过场定向的控制装置实现。
该同步电机能以最少两台子电机的形式运行，所述子电机能够不依赖于彼此地分别通过功率输出级操纵。每一个功率输出级通过场定向的调节装置运行。进行两台、必要时多于两台子电机的划分具有以下优点：即，以这种方式实现了对同步电机的冗余设计，从而即使当一台子电机失效时，转矩能够通过剩余的子电机产生。划分为多个子电机优选地通过形成相位电流的一部分来完成，从而例如在两台子电机的情况下，相位电流的第一一部分被分配给第一子电机，而相位电流的第二一部分被分配给第二子电机。每一个一部分优选地包含同样数目的相位。在附加方案或者替代方案中，通过将绕组或线圈分配给各一个子电机来实现对子电机的划分。每个相位都设有功率输出级的实施方式也是可能的。
该方法以具有至少两台子电机的永励同步电机的运行为出发点，所述子电机能够不依赖于彼此地被操纵。由同步电机产生的转矩通过加和每台子电机的单个力矩来组合，其中，每台子电机都输出相同最大的单个力矩。在一台子电机或者分配给该子电机的的单元中，例如逻辑单元或功率输出级中，存在功能丧失的情况下，该子电机不能再为同步电机的总力矩做贡献。由该同步电机所能够输出的转矩最大值相应地降低至剩余的子电机的单个力矩之和。
为了确保具有剩余的子电机的同步电机在长的运行时间段内的运行，有利地使剩余的子电机不以最大功率，而是在最大功率之下的水平运行。因此当一台子电机失效时，由其他子电机所提供的转矩被降低至限制转矩，该限制转矩低于由剩余的子电机所能最大产生的转矩最大值。该限制转矩确保了满足最低安全要求。当另一台子电机失效时，则转矩损失相应地被限制。
为了使尤其在转矩从初始水平降低至限制转矩期间的主观体验不被感知为明显的或打扰的，在一台子电机失效之后使由剩余的子电机所能最大产生的转矩最大值不是突然地，而是连续地被降低至限制转矩。从由剩余的子电机所能产生的最大可能的转矩到限制转矩的连续的过渡防止了同步电机的不舒适的状态切换并且由此防止了例如在该同步电机被用作车辆的转向系统中的伺服马达的情况下的惊吓反应。剩余的子电机的转矩最大值到限制转矩的降低量通常低于所有子电机的转矩最大值在最大要求时到剩余的子电机的转矩最大值的降低量，其中，所述连续的过渡例如不能被车辆的驾驶者觉察或者仅觉察为不明显的降低。
利用根据本发明的方法，即使在一台子电机失效的情况下，也确保最大的舒适。
限制转矩能够被设置为一个限定的、确定的值，该值例如为由剩余的子电机所能产生的转矩最大值的60%或70%。在同步电机被分成两台子电机的情况下，由此剩余的子电机的转矩最大值在一台子电机失效之后变为两台子电机的转矩最大值的30%或35%。
剩余的子电机的转矩最大值到限制转矩的转矩降低优选线性地进行。然而，也能够考虑非线性的降低函数。
在过渡阶段中进行的转矩降低过程能够固定地被设置为一个限定的时间段、例如为1秒。有利地，能够限定最小时间段，从而例如在转向系统中的电伺服马达的情况下，执行使驾驶者不能察觉或者几乎不能察觉的直至限制转矩的过渡。
针对要求转矩大于限制转矩的情况，进行降低至限制转矩。由此实现将所要求的转矩规定限度到限制转矩。
与之相反，如果要求转矩小于限制转矩，则有利地将由至少一个功能正常的子电机所提供的转矩必要时设定到低于限制转矩的水平。在这些情况下，不需要规定限度。
如果在要求转矩低于限制转矩的情况下出现错误，则有利地如此设计子电机之间的转矩分配，使得其不会导致输出的转矩在总和上的变化。在此，必要时可以提高子电机的转矩。
有利地，同步电机被分成两台子电机。然而也能够有利地设置多于两台子电机，例如带有例如两个逻辑单元和12个功率输出级的四台子电机，其中，每个逻辑单元控制分别具有三个功率输出级的两台子电机。
根据另一种有利的实施方式，转矩在同步电机的各台子电机之间平均地被分配。这种分配方式适用于正常运行的情况，从而例如在两台正常地发挥功能的子电机的情况下，为每台子电机各分配50%的转矩。然而即使在错误的情况下，即当一台子电机功能丧失时，转矩也能够以平均的方式被分配给剩余正常运行的电机。
根据其他有利的实施方式，永励同步电机的每台子电机具有逻辑单元和有利地一个或者多个功率输出级。逻辑单元能够必要时控制多台子电机。错误或者功能丧失例如会在逻辑单元或功率输出级中出现。
附图说明
由其他的权利要求、附图说明以及附图得知本发明的其他优点和有利的实施方式。其中：
图1示出了车辆中转向系统的示意图，所述转向系统具有被作为永励同步电机实施的电伺服马达，
图2示出了永励同步电机的框图，所述电机以两台子电机的形式运行，其中，每台子电机都被分配有逻辑单元和功率输出级，
图3示出了在完全功能正常的同步电机以及一台子电机失效的情况下的转矩曲线图的图表，
图4示出了与图3相对应的、然而额外地带有绘出的限制转矩的图表。
具体实施方式
在图1示出的车辆的转向系统1包括：转向盘2、转向主轴或转向轴3、转向或传动机构壳体4以及具有转向齿条5的转向杆，通过转向齿条将转向运动传递到车辆的能够转向的车轮6上。变速器壳体4容纳带有转向小齿轮和转向齿条5的转向传动机构8，其中，转向小齿轮与转向轴3不可相对扭转地连接并且与转向齿条5啮合。
驾驶者通过与转向轴3固定连接的转向盘2预设转向角δL，该转向角在传动机构壳体4内的转向传动机构8中被传递到转向杆的转向齿条5上，紧接着在能够转向的车轮6上形成了车轮转向角δV。
为了辅助由驾驶者施加的手动力矩，设置了电伺服马达，通过该伺服马达能够将伺服力矩馈入到转向传动机构8中。电伺服马达被构造为永励同步电机，该永励同步电机在转子侧具有永磁体并且在定子侧具有能够通电的线圈，其通过场定向的调节装置（FOR）来操纵。必要时，伺服马达也能够安放在转向轴上。
有利地，能够在转向系统1中布置用于获取由驾驶者所产生的手动力矩的力矩传感器。用于获取手动力矩的力矩传感器安放在例如处于转向传动机构上方的转向轴上。
图2在框图中示意性地示出了包括操纵单元的永励同步电机7。该同步电机以两台子电机的形式运行，其中，分别利用同步电机的相位的一部分来操纵每台子电机。例如能够设置总共六个相位，其中同步电机中的两台子电机的每一个都利用三个相位运行。
同步电机的每一台子电机都被分配有传感器装置9a，9b、具有场定向的调节装置11a，11b 的逻辑单元10a，10b以及功率输出级12a，12b。每个传感器装置9a，9b包括用于获取同步电机的当前转子位置的转子位置传感器、用于获取例如转向系统中的当前的手动力矩的理论力矩传感器以及用于电压和电流测量的传感器。逻辑单元10a，10b包括与场定向的调节装置11a，11b一起用于每台子电机的操纵逻辑装置。在功率输出级12a，12b中提供了所需的相位电流。
在逻辑单元10a中的理论力矩预设装置13中预设了理论力矩，该理论力矩全部由同步电机产生。由于冗余设置的原因，理论力矩预设装置也能够存在于另一个逻辑单元10b中。将理论力矩向同步电机的两台子电机的分配在理论力矩预设装置内的逻辑单元中进行。相应地，将理论值向相应另一个逻辑单元的传递通过被布置在逻辑单元10a和10b之间的分配器单元14进行。在正常情况下，理论力矩预设装置有利地平均进行向两台子电机的分配。
理论力矩预设装置13接收来自力矩传感器15a的信息，该力矩传感器必要时也能够被集成到传感器装置9a中。
由于冗余设置的原因，在第二台子电机的一侧同样能够布置额外的力矩传感器15b。
被分配给第二子电机的功率输出级12b中的锯齿状云代表功率输出级12b的失效，该失效会导致第二子电机的功能丧失。在这种情况下，仅同步电机中的第一子电机能够输出转矩。
图3示出了转矩T随着时间t变化的曲线。该转矩曲线被分成三个子区段：即，位于时间点0和时间点t1之间的T1、位于时间点t1和t2之间的T2以及位于时间点t2和t3之间的T3。所示出的具有子区段T1、T2和T3的转矩曲线示出了同步电机的当前最大能输出的转矩。第一转矩区段T1位于100%并且相应地分成每台子电机的50%的最大功率或转矩输出。在时间点t1第二功率输出级12b（图2）失效，相应地，最大能输出的转矩降低至50%，即能够由仍然功能正常的第一子电机最大产生的转矩。然而，由于安全性的原因，最大待输出的转矩被降低至30%，该转矩表示由剩余的第一子电机所能产生的转矩最大值。
在由第一子电机转矩最大值的50%到第一子电机的30%的转矩曲线中的过渡T2线性地进行。在其期间执行了时间点t1至t2之间的过渡T2的时间段例如为1秒。从剩余的第一子电机的转矩最大值的50%到表示限制转矩的30%的连续过渡防止了不舒适的状态切换以及对驾驶者的刺激。
在时间点t3，限制转矩T3下降到值0。在时间点t3的锯齿状云代表另一个失效，该失效涉及剩余的、第一台子电机。
根据图4中的图表，在具有区段T1、T2和T3的转矩曲线基础上，也绘出了要求转矩TA，该转矩表示实际上需要的、要求的转矩。在根据图4的实施例中，TA处于低于限制转矩T3的水平并且由此能够完全由仍然剩余的、完好无损的第一子电机来提供。仅当所要求的转矩超过了限制转矩T3时，才对所要求的转矩进行限制。
附图标记列表
1 转向系统
2 转向盘
3 转向轴
4 传动机构壳体
5 转向齿条
6 前车轮
7 永励同步电机
8 转向传动机构
9a 传感器装置
9b 传感器装置
10a 逻辑单元
10b 逻辑单元
11a 场定向的调节装置
11b 场定向的调节装置
12a 功率输出级
12b 功率输出级
13 理论力矩预设装置
14 分配器单元
15a 力矩传感器
15b 力矩传感器。

Claims (14)

1.一种用于运行转向系统（1）中的永励同步电机（7）的方法，所述同步电机具有永磁体和能够通电的线圈，其中，所述同步电机冗余地利用至少两台子电机运行并且所述子电机不依赖于彼此地被操纵，其中，在一台子电机或者分配给所述子电机的单元中存在功能丧失的情况下，待由另一台子电机最大提供的转矩在过渡阶段中连续地被降低至限制转矩，所述限制转矩小于由剩余的子电机最大能够产生的转矩最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述永励同步电机是指一种伺服马达。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
由所述至少另一台子电机所提供的转矩降低至所述限制转矩在所述过渡阶段中线性地进行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
由所述至少另一台子电机所提供的转矩降低至所述限制转矩在所述过渡阶段中在限定的最小时间段内被执行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
由所述至少另一台子电机所提供的转矩被适配到要求转矩的水平上，只要所述要求转矩低于所述限制转矩。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述同步电机被分成两台或者四台子电机。
7.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
转矩在所述同步电机的所述子电机之间平均地分配。
8.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述限制转矩为所有子电机的所述最大转矩的30%或35%。
9.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
由所述至少另一台子电机所提供的转矩降低至所述限制转矩在所述过渡阶段中在1秒内被执行。
10.一种永励同步电机（7），该永励同步电机位于转向系统（1）中，用于执行权利要求1至9中任一项所述的方法，所述永励同步电机具有用于一台或多台子电机的一个或者多个逻辑单元。
11.根据权利要求10所述的永励同步电机（7），
其特征在于，所述永励同步电机是指一种伺服马达。
12.根据权利要求10或11所述的永励同步电机（7），
其特征在于，
理论力矩通过分配器单元在所述子电机之间被分配。
13.根据权利要求10或11所述的永励同步电机（7），
其特征在于，
每一台子电机都通过一个或者多个功率输出级操纵。
14.一种转向系统，其具有作为伺服马达的、根据权利要求10至13中任一项所述的永励同步电机（7）。
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