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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors für eine Hilfskraftlenkung, und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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In Kraftfahrzeugen werden Hilfskraftlenkungen eingesetzt, die den Fahrer beim Lenken unterstützen, indem die von einem Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken durch eine Hydraulikpumpe oder einen Elektromotor verstärkt wird. Dies verringert die zum Lenken erforderliche Kraft, was insbesondere bei der Betätigung des Lenkrads beim Lenken im Stand, beim Rangieren und bei geringen Geschwindigkeiten von Vorteil ist.
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Bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung, die typischerweise nur dann arbeitet, wenn eine Lenkbewegung ausgeführt wird, unterscheidet man grundsätzlich zwischen einer elektromechanischen und einer elektrohydraulischen Hilfskraftlenkung. Bei der elektromechanischen Hilfskraftlenkung ist ein bspw. programmgesteuerter Elektromotor bzw. Elektrostellmotor vorgesehen, der Steuer- und Lenktätigkeiten übernimmt. In vielen Fällen werden dabei permanent erregte Motoren eingesetzt, die über permanent erregte Magnete verfügen.
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Zur Ansteuerung dieser Motoren werden Steuergeräte eingesetzt, die eine Endstufe aufweisen, mit der die zum Betreiben des Motors erforderlichen elektrischen Ströme geschaltet werden. Kommt es zu einem Fehler in der Endstufe, wirkt sich dies unmittelbar auf die Lenkunterstützung aus, was auch zu einer gefährlichen Fahrsituation führen kann, die in jedem Fall zu vermeiden ist.
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Dabei ist insbesondere zu beachten, dass aufgrund der physikalischen Eigenschaften eines permanent erregten Motors diese Motoren bei Fehlern in der Endstufe ein Moment entgegen ihrer Drehrichtung entwickeln, was im folgenden Bremsmoment genannt wird. Dieses ist im wesentlichen proportional zur Drehzahl und zur Magnetfeldstärke der permanent erregten Magnete im Motor. Bei einer Hilfskraftlenkung muss dieses Moment durch den Fahrer zusätzlich aufgebracht werden. Dies ist mit starken Komforteinschränkungen verbunden.
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Zur Reduzierung des Bremsmoments werden häufig Phasenauftrenner oder Sternpunktauftrenner, die elektronisch oder elektromechanisch ausgeprägt sind, im System verbaut. Diese Auftrenner werden üblicherweise durch im Fehlerfall zu betätigende Schalter realisiert, die jedoch hinsichtlich Bauraum und Aufbautechnik nachteilig sind.
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Es wird ein Verfahren zur Reduzierung der Bremsmomente im Fehlerfall vorgestellt, bei dem das Steuergerät aufgrund anderer Anforderungen, wie z. B. Verpolschutz, für wesentlich höhere Ströme als die maximal zulässigen Motorströme ausgelegt ist.
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Das Verfahren dient zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors für eine Hilfskraftlenkung, der über eine Endstufe, die eine Anzahl an Schaltern umfasst, angesteuert wird. Bei Auftreten eines Fehlers wird dieser erfasst und ein Pulsmuster an den Motor angelegt, das bewirkt, dass ein Strom fließt, der über dem Bemessungsstrom des Elektromotors liegt.
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In einer Ausführung des Verfahrens bewirkt das Pulsmuster ein Durchtrennen mindestens einer Bondverbindung. Die Bondverbindung ist nur beispielhaft genannt. Alternativ kann auch eine Sicherung oder eine vergleichbare Einrichtung, die diesen Effekt aufweist, eingesetzt werden. Das Pulsmuster bewirkt einen Strom, der über dem Bemessungsstrom der Bonverbindung liegt, der auf den Bemessungsstrom des Motors ausgelegt ist. Wird anstelle der Bondverbindung bspw. eine Sicherung verwendet, liegt der Strom über dem Bemessungsstrom der Sicherung.
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Nach dem Durchtrennen bzw. Durchbrennen einer ersten Bondverbindung kann auch eine zweite Bondverbindung ggf. mit anderem Pulsmuster durchbrennen.
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In einer weiteren Ausführung bewirkt das Pulsmuster ein Entmagnetisieren von Magneten des Elektromtors.
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Das Pulsmuster kann so gewählt werden, dass der Strom so eingestellt wird, dass ein momentenbildender Stromanteil gleich null ist.
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Es wird weiterhin eine Anordnung zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors für eine Hilfskraftlenkung, vorgestellt, wobei der Elektromotor über eine Endstufe, die eine Anzahl an Schaltern umfasst, angesteuert ist. Die Anordnung umfasst eine erste Einrichtung zum Erfassen eines Fehlers und eine zweite Einrichtung zum Bereitstellen eines Pulsmusters.
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Eine Hilfskraftlenkung weist einen Elektromotor auf, der über eine Endstufe, die eine Anzahl an Schaltern umfasst, angesteuert ist, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, in dem eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen ist.
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Das vorgestellte Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist, durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
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Das Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
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Dieses Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, einem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden. Der Datenträger kann auch Teil des Mikroprozessors selbst sein (Flash-Speicher).
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Mit dem vorgestellten Verfahren wird eine Reduzierung der Bremsmomente im Fehlerfall erreicht. Es ist zu berücksichtigen, dass das Steuergerät aufgrund anderer Anforderungen, wie bspw. Verpolschutz, für wesentlich höhere Ströme als die maximal zulässigen Motorströme ausgelegt ist. Es ist vorgesehen, dass abhängig vom erfassten bzw. identifizierten Fehlerfall, wie bspw. Kurzschluss oder offene Klemme, ein typischerweise festgelegtes Pulsmuster, das statisch oder über die Zeit veränderlich sein kann, am Motor angelegt wird. Dieses Pulsmuster bewirkt, dass ein Strom fließt, der deutlich über dem Bemessungsstrom des Motors liegt. Dies hat zur Folge, dass der Strom ein für den Fahrer nicht gefährliches Motormoment aufbaut. Dies geschieht durch Wahl des richtigen Stroms, d. h. der momentenbildende Stromanteil bei einer feldorientierten Regelung ist gleich null, oder durch geeignete zeitliche Modulation des Stroms mit momentenbildendem Anteil.
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Die Bestromungsdauer sollte so kurz gewählt sein, dass keine gefährliche Situation für den Fahrer entstehen kann. In einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens hat dies zur Folge, dass die Magnete des Motors zumindest teilweise entmagnetisiert werden.
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Das auf diese Weise reduzierte Bremsmoment ist geringer als das ursprüngliche und so gering, dass die Komforteinschränkungen und Sicherheitseinschränkungen für den Fahrer akzeptabel sind. Es entfällt eine Phasenauftrennung oder Sternpunktauftrennung.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführungsform der vorgestellten Anordnung.
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In 1 ist in einem Schaltbild eine Endstufe 10 dargestellt, die als B6-Brücke ausgebildet ist. Diese Endstufe 10 dient zum Ansteuern eines Elektromotors 12, der in einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dieser Elektromotor 12 ist in diesem Fall als dreiphasiger permanent erregter Motor, bspw. PMSM, BLDC, PMS, ausgebildet. Zur Lenkunterstützung ist der Motor 12 mit einem Lenkrad 14 verbunden. Sobald dieses Lenkrad 14 betätigt wird, wird von dem Motor 12 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein zusätzliches Lenkmoment aufgebracht.
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Die Endstufe 10 weist drei Zweige auf, nämlich einen ersten Zweig 16, einen zweiten Zweig 18 und einen dritten Zweig 20. In dem ersten Zweig 16 sind ein erster Schalter 22 und ein zweiter Schalter 24 vorgesehen. Der zweite Zweig 18 umfasst einen dritten Schalter 26 und einen vierten Schalter 28. In dem dritten Zweig 20 sind ein fünfter Schalter 30 und ein sechster Schalter 32 vorgesehen. Die Schalter 22 bis 32 sind in der Regel als Halbleiterschalter, bspw. MOSFETs, ausgebildet.
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Weiterhin zeigt die Darstellung einen ersten Bereich 40 und einen zweiten Bereich 42, durch die die Leitungen zum Ansteuern des Motors 12 geführt sind.
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Zum Ansteuern des Motors 12 werden nunmehr die Schalter 22 bis 32 bedarfsweise geschlossen und geöffnet, um ein zur Ansteuerung der Motors 12 vorgesehenes Pulsmuster anzulegen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin ein Steuergerät 50, in der eine Anordnung 52 der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass 1 zur Verdeutlichung stark vereinfacht ist. So kann bspw. die Endstufe 10 mit der gesamten Motorsteuerung in dem Steuergerät 50 angeordnet sein.
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In der Anordnung 52 ist eine erste Einrichtung 54 bereitgestellt, mit dem ein Fehler in der Endstufe 10 erfasst werden kann. Es ist weiterhin eine zweite Einrichtung 56 vorgesehen, mit der im Fehlerfall ein Pulsmuster bereitgestellt werden kann, das an den Motor 12 angelegt wird. Dieses Pulsmuster bewirkt einen Stromfluss, der ein Durchtrennen der Bondverbindungen 46 und/oder ein Entmagnetisieren der Magnete des Motors 12 bewirken kann. Alternativ zu der hier gezeigten Bondverbindung 46 kann auch bspw. eine Sicherung eingesetzt werden.
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Kommt es zu einem Fehler, der darin bestehen kann, dass einer der Schalter 22 bis 32 kurzgeschlossen ist oder dass aufgrund einer offenen Klemme einer der Schalter 22 bis 32 nicht mehr wirksam geschlossen werden kann, so muss auf diesen Fehler reagiert werden, da in diesem Fall die Unterstützung der Lenkung durch den Motor 12 nicht aufrechterhalten werden kann. Bei bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass mittels weiterer Schalter in dem ersten Bereich 40 oder in dem zweiten Bereich 42 die Leitungen unterbrochen werden. Dies führt zu einem Abschalten der Unterstützung durch den Motor 12, gefährliche Fahrsituationen können vermieden werden. Bei einem Trennen in dem ersten Bereich 40 wird eine Phasentrennung erreicht. Die Anordnung der in diesem ersten Bereich 40 vorgesehenen Schalter wird auch als Phasentrenner bezeichnet. Alternativ oder ergänzend können bei bekannten Verfahren auch in dem zweiten Bereich 42 Schalter vorgesehen sein, mit denen eine Trennung im Sternpunkt erreicht werden kann. Diese bezeichnet man auch als Sternpunkttrenner.
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Bei dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, dass bei Erfassen eines Fehlers mittels der ersten Einrichtung 54 eine wirksame Maßnahme ergriffen wird. Hierzu kann bspw. die Spannung in den Zweigen 16, 18 und 20 gegen Masse und die sogenannte Zwischenkreisspannung gemessen werden. Zusätzlich werden über Strommess-Sensoren in den Zweigen 16, 18 und 20 die Ströme sensiert. Aus diesen Informationen lässt sich durch einen Vergleich Soll-Pulsmuster und gemessenes Pulsmuster auf Fehler rückschließen.
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Diese Maßnahme besteht bspw. darin, dass ein Pulsmuster durch die zweite Einrichtung 56 erzeugt und an den Motor 12 angelegt wird und somit ein Strom eingeprägt wird, der dazu führt, dass bspw. Bondverbindungen 46, die in dem ersten Bereich 40 vorgesehen sind, durchbrennen und damit die Verbindung zu dem Motor 12 unterbrochen wird. Dabei kann vorgegeben werden, welche der drei Verbindungen zu dem Motor 12 durchtrennt wird bzw. werden. Insbesondere wird abhängig vom identifizierten Fehlerfall, nämlich Kurzschluss oder offene Klemme, ein Pulsmuster, das statisch oder über die Zeit veränderlich ist, angelegt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Pulsmuster einen Stromfluss bewirkt, der deutlich über dem Bemessungsstrom des Motors liegt.
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Dieser Stromfluss baut jedoch kein für den Fahrer gefährliches Bremsmoment auf. Dies geschieht bspw. dadurch, dass dieser Stromfluss geeignet gewählt wird, was dazu führt, dass der momentenbildende Stromanteil gleich null ist. Alternativ erfolgt eine zeitliche Modulation des Stroms mit momentenbildendem Anteil. Noch eine Möglichkeit sieht vor, dass die Bestromungsdauer so kurz ist, dass keine gefährliche Situation für den Fahrer entstehen kann.
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Der bewirkte Stromfluss kann auch dazu führen, dass die Magnete des Motors 12 mindestens teilweise entmagnetisiert werden. Dies kann auch bewirken, dass der Motor 12 kurz in eine Rastposition geführt wird und anschließend die Bondverbindungen getrennt werden. Das auf diese Weise verringerte Bremsmoment ist niedriger als das ursprünglich erzeugte Bremsmoment und zwar so niedrig, dass die Komfort- und Sicherheitseinschränkungen für den Fahrer annehmbar sind.
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Im Gegensatz zu Verfahren gemäß dem Stand der Technik entfällt eine Phasenauftrennung oder Sternpunktauftrennung, was hinsichtlich Bauraum und Aufbautechnik vorteilhaft ist.
