-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit mindestens einem Elektromotors vor einem Fehler, der ein Bremsmoment für die Lenkung des Fahrzeugs verursacht, bzw. ein entsprechendes Verfahren zum Schutz eines derartigen Fahrzeuglenksystems.
-
In einem elektromechanischen Fahrzeuglenksystem konnte ein Bremsmoment bei einem Defekt in der Motoransteuerung entstehen, wodurch die Hilfskraftlenkung des Fahrzeugs erschwert wird. Um dieses Bremsmoment zu unterbinden, sind elektrische Verbindungen zwischen dem Elektromotor des Fahrzeuglenksystems und der Motoransteuerung aufzutrennen.
-
Ein bekanntes einfachstes Verfahren zur Auftrennung der oben genannten Verbindungen ist ein Sternpunktrelais. Dabei werden die elektrischen Verbindungen in einem Elektromotor mechanisch voneinander getrennt oder durch Abschaltung bzw. Phasentrennung unterbunden. Als Phasentrener werden MOSFETs z. B. zwischen einer Leistungsstufe und dem Elektromotor vorgesehen. Diese Phasentrenner können in der Regel nicht so robust ausgelegt werden, dass eine Auftrennung zu jedem Zeitpunkt – z. B. bei einer hohen Motordrehzahl – gewährleistet wird. Neben einer zusätzlichen kostspieligen Beschaltung, wie z. B. eine Diode parallel zum MOSFET, kann dieses Verfahren eingesetzt werden, bei dem ein optimaler Abschaltzeitpunkt bestimmt wird, zu dem der MOSFET unbeschadet geöffnet werden kann. Um einen Stromnulldurchgang im Stromverlauf zu ermitteln, wird ein Strom zur Festlegung eines besten Abschaltzeitpunktes für den Elektromotor gemessen. Weitere Bausteine, wie z. B. Maincontroller (μC), Messgeräte und Sensoren, sind aber nötig, um z. B. den Winkel des Elektromotor zu messen, die Stromverläufe zur Ermittlung eines optimalen Abschaltzeitpunktes zu überwachen und die Fehlerart in der Motoransteuerung zu identifizieren.
-
Die
DE 10 2007 019 257 A1 offenbart eine Schutzeinrichtung für eine Hilfskraftlenkung, wobei eine Schaltung vorgesehen ist, die eine Sternpunktauftrennung schließt, wenn die Drehzahl des Elektromotors einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dabei ist der vorgegebene Drehzahlwert mindestens so hoch, dass der Fahrer das Fahrzeug auch bei abgeschalteter Elektronik, bspw. im Fehlerfall, noch sicher lenken kann.
-
Der Erfindung liegt dann die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Fahrzeuglenksystems mit einem Elektromotor besser zu schützen, wenn ein Fehler mit einem Bremsmoment auftritt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Schutz eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Schutz eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
-
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die vorhandene Energie im Elektromotor maßgeblich von der Drehzahl abhängig ist. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Schutz eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit mindestens einem Elektromotors vor einem Fehler, der ein Bremsmoment für die Lenkung des Fahrzeugs verursacht. Die Vorrichtung weist ein erstes Mittel zur Ermittlung eines Istwerts der Drehzahl des Elektromotors und ein zweites Mittel zum Vergleich des Istwerts mit einem vorgespeicherten Schwellwert auf. Wenn der ermittelte Istwert niedriger ist als der Schwellwert, kann die Vorrichtung den Elektromotor unabhängig vom Stromverlauf im Elektromotor abschalten. Somit kann der Elektromotor dann abhängig von der Motordrehzahl abgeschaltet werden, wobei nur die Winkelinformation und die entsprechende Verarbeitung zur Ermittlung der Motordrehzahl notwendig sind. Weitere Bausteine wie Maincontroller werden nicht benötigt, weil die Abschaltung ohne genaue Identifikation des Fehlers erfolgen kann. Zudem kann der Abschaltprozess durch den Vergleich verzögert werden und erst starten, bis ein optimierter Abschaltzeitpunktes des Elektromotors gefunden worden ist, wenn der Elektromotor eine ausreichend niedrige Drehzahl erreicht hat.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens einen elektronischen Schalter, insbesondere einen MOSFET, mit einer robusten Auslegung zur Ansteuerung des Elektromotors auf, um die in der Spule des Elektromotors gespeicherte Energie abzuführen. Durch Kombination der drehzahlgesteuerten Vorrichtung und der robusten Auslegung kann ein günstiger Abschaltzeitpunkt ermittelt werden. Die Energie, die in der Spule des Elektromotors gespeichert ist, ist maßgeblich von der Drehzahl abhängig. Daher kann bei niedriger Drehzahl und einer robusten Auslegung des Schalters (z. B. MOSFET) die Abschaltung bzw. die Phasentrennung ohne Kenntnis des Stromnulldurchgangs erfolgen Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Mittel eine Mitteleinheit (z. B. einen Motorlagesensor) zur Ermittlung einer Winkelinformation des Elektromotors, wie z. B. eines aktuellen Drehwinkels, und einen Differentiator auf, um einen Motordrehzahlwert des Elektromotors auf Basis dessen Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen, die sich durch Ableitung des Drehwinkels ergibt. Ein Differentiator wird in der Regel durch eine Operationsverstärkerschaltung ausgebildet. Dadurch kann die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors in einer Größe quantisiert werden. Außerdem kann die Winkelgeschwindigkeit bzw. der Drehzahlwert zur Optimierung eines Abschaltzeitpunktes des Elektromotors so verwendet werden, um den Abschaltzeitpunkt bis zur Erreichung einer ausreichend niedrigen Drehzahl zu verzögern. Eine niedrige Motordrehzahl stellt sich automatisch ein, weil der Elektromotor durch ein im Fehlerfall erzeugtes Bremsmoment verlangsamt wird. Darüber hinaus, kann ein Elektromotor mit einer niedrigen Drehzahl günstig abgeschaltet werden.
-
Weiterhin wird ein Verfahren zum Schutz eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit mindestens einem Elektromotors vor einem Fehler angegeben, wobei der Fehler ein Bremsmoment für die Lenkung des Fahrzeugs verursacht. Ein Istwert der Drehzahl des Elektromotors wird ermittelt, ein Schwellwert wird zum Vergleich mit dem Istwert vorgesehen, und der Elektromotor ist unabhängig vom Stromverlauf abschaltbar, wenn der ermittelte Istwert niedriger als der Schwellwert ist.
-
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen des Ausführungsbeispiels anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigt:
-
1: ein Blockschaltbild eines Systems zum Abschalten eines Elektromotors.
-
Die 1 Zeigt eine Vorrichtung 1, die zum Schutz eines Elektromotors 2, insbesondere eines Elektromotors eines elektromechanischen Lenksystems, vor einem Fehler vorgesehen ist, wenn der Fehler ein Bremsmoment für den Elektromotor 2 verursacht. Dabei wird ein ODER-Logikeingangstor 9 als eine Vorstufe der Vorrichtung 1 angeschlossen. Verschiedene Abschalt- bzw. Phasentrennbefehle bei auftretenden Fehlern, wie z. B. bei Unterspannung, im Maincontroller oder Überwachungsrechner, können durch den ODER-Logikeingangstor 9 in ein gemeinsames Fehlersignal 10 zum Abschalten des Elektromotors 2 umgewandelt werden.
-
Die Vorrichtung 1 hat ein erstes Mittel 3 zur Ermittlung eines Istwerts der Drehzahl des Elektromotors 2, wobei dieses Mittel 3 einen Motorlagesensor 7 zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors 2 und einen Differentiator 8 aufweist. Mittels des Differentiators 8 ist ein aktueller Motordrehzahlwert des Elektromotors 2 auf Basis dessen Winkelgeschwindigkeit bestimmbar. Die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors 2 kann somit in einer Größe quantisiert und zur Optimierung eines Abschaltzeitpunktes des Elektromotors 2 so verwendet werden, den Abschaltzeitpunkt zu verzögern, wenn eine ausreichend niedrige Motordrehzahl erreicht worden ist.
-
Die Verzögerung kann durch eine Verzögerungsschaltung 6 (z. B. RC-Glied) realisiert werden. Die Vorrichtung 1 weist ein zweites Mittel 4 zum Vergleich des ermittelten Istwerts der Drehzahl mit einem vorgespeicherten Schwellwert auf. In dem Fall, dass der ermittelte Istwert niedriger als der Schwellwert ist, wird die Vorrichtung 1 den Elektromotor 2 abschalten. D. h., der Elektromotor 2 kann bei Kenntnisnahme des Fehlersignals 10 durch Erreichung einer niedrigen Motordrehzahl verzögert abgeschaltet werden. Die Abschaltung des Elektromotors 2 erfolgt dann unabhängig vom Stromverlauf in sich, sondern abhängig von dessen Motordrehzahl. Die vorhandene Energie im Elektromotor 2 hängt maßgeblich von der Motordrehzahl ab. Eine niedrige Motordrehzahl stellt sich somit automatisch ein, denn der Elektromotor 2 wird durch ein im Fehlerfall erzeugtes Bremsmoment verlangsamt. Günstig abzuschalten ist der Elektromotor 2 in Betrieb mit einer niedrigen Drehzahl. Deswegen sind nur die Winkelinformation und die entsprechende Verarbeitung zur Ermittlung der Motordrehzahl notwendig. Weitere Bausteine wie Maincontroller (μC) werden ebenfalls nicht benötigt, wodurch die Abschaltung des Elektrotors 2 ohne genaue Identifikation des Fehlers erfolgen kann.
-
Bei Abschaltung des Elektromotors 2 kann Energie durch einen Schalter fließen, welche in der Spule des Elektromotors 2 gespeichert ist. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin mindestens einen elektronischen Schalter 5 – in diesem Ausführungsbeispiel ein MOSFET – auf, wobei er den Elektromotor 2 unter einem Befehl 11 aus der Verzögerungsschaltung 6 abschalten kann 12, wenn ein optimierter Abschaltzeitpunkt für den Elektromotor 2 gefunden wurde. Der Schalter 5 ist mit einer robusten Auslegung zur Ansteuerung des Elektromotors 2 ausgebildet, um die in der Spule des Elektromotors 2 gespeicherte und die beim Abschaltvorgang entstehende Energie abzuführen.
-
Der Elektromotor 2 ist normalerweise möglichst im Stromnulldurchgang auszuschalten, weil die Spannung darin einen Minimumwert hat, wodurch der Elektromotor 2 vor einer thermischen Überlastung geschützt werden kann. Durch Kombination der drehzahlgesteuerten Vorrichtung 1 und der robusten Auslegung des MOSFETs 5 wird ein günstiger Abschaltzeitpunkt gefunden. Daher kann bei einer niedrigen Motordrehzahl und einer robusten Auslegung des MOSFETs 5 die Abschaltung bzw. die Stromphasentrennung ohne Kenntnis des Stromnulldurchgangs erfolgen.
-
Durch die oben dargestellte Vorrichtung 1 kann die Abschaltung bzw. Stromphasenauftrennung des Elektromotors 2 verbessert werden, wenn ein Fehler in der Motoransteuerung, z. B. dem defekten MOSFET-Schalter, vorliegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007019257 A1 [0004]
