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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Phasentrennung eines Antriebsmotors eines Lenksystems, ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit, ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens und ein Computerprogrammprodukt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Antriebsmotoren von Lenkunterstützungen bekannt, die bei einem Defekt durch Trennschalter von einer sie ansteuernden Endstufe getrennt werden müssen, um eine Blockierung der Lenkung des betreffenden Fahrzeugs zu verhindern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine derartige Phasentrennung sollte in einem Nulldurchgang der Phasenströme erfolgen, um ein leistungsfreies Schalten der Trennschalter zu ermöglichen. Zur Feststellung des Nulldurchgangs der Ströme der betreffenden Endstufe können die Spannungen über den einzelnen Leistungsschaltern gemessen werden. Hierzu werden für die sechs Leistungsschalter einer Endstufe sechs Schaltungen zur Diagnose benötigt, was einen hohen schaltungstechnischen Aufwand darstellt.
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Eine Aufgabe ist daher, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, einen Nulldurchgang der Phasenströme einer Endstufe mit einem möglichst geringen schaltungstechnischen Aufwand festzustellen.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Phasentrennung eines Antriebsmotors eines Lenksystems zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Messen einer Spannung eines Phasenstrangs, Feststellen, ob diese Spannung nicht konstant über eine erste Zeitdauer ist bzw. nicht konstant der Versorgungsspannung oder der Masse über die erste Zeitdauer entspricht, Feststellen eines ersten Zeitpunkts, zu dem diese Spannung vom leitenden Zustand einer Bodydiode eines Leistungsschalters in den nichtleitenden Zustand der Bodydiode wechselt, wobei der Leistungsschalter zum Schalten des Phasenstrangs vorgesehen ist.
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Bei der Bodydiode handelt es sich um die Bodydiode eines Leistungsschalters einer Endstufe, beispielsweise eines Feldeffekttransistors, der getaktet Ub oder Masse auf den entsprechenden Phasenstrang schaltet.
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Durch das Messen der Strangspannungen kann festgestellt werden, ob Bodydioden leitend sind. Falls nein, fließen keine Ströme über die Trennschalter, da nur über die Bodydioden bei ausgeschalteten Leistungsschaltern der Endstufe Strom fließen kann. In diesem Fall liegt eine Stromlücke vor, während der ein leistungsfreies Schalten der Phasenstränge U, V, W durch Trennschalter, also eine Phasentrennung des von der Endstufe angesteuerten Antriebsmotors, vorgenommen werden kann. Die Strangspannungen können beispielsweise durch Spannungsteiler gemessen werden.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit zur Verfügung gestellt, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.
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Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verfügung gestellt.
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Als vierte Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, ferner umfassend den Schritt: Ansteuern eines Trennschalters zur Phasentrennung des Phasenstrangs nach Feststellen des ersten Zeitpunkts.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, ferner umfassend den Schritt: Feststellen eines zweiten Zeitpunkts, zu dem diese Spannung vom nichtleitenden Zustand der Bodydiode in den leitenden Zustand der Bodydiode wechselt.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste Zeitdauer im Bereich zwischen 0 Millisekunden und 100 Millisekunden liegt, bzw. wobei die erste Zeitdauer gleich 20 oder 30 Millisekunden ist.
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Durch das Beobachten der Spannung über eine kurze Zeitdauer, beispielsweise 20 oder 30 Millisekunden, kann sicher bestimmt werden, ob an dem entsprechenden Anschluss ein Kurzschluss mit der Versorgungsspannung Ub oder Masse vorliegt.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den zusätzlichen Schritt: Bestimmen der zweiten Zeitdauer = zweiter Zeitpunkt – erster Zeitpunkt.
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Durch das Bestimmen der zweiten Zeitdauer, kann festgestellt werden, ob die festgestellte Stromlücke (bereits) ausreichend lang ist, damit ein leistungsfreies Schalten der Trennschalter möglich ist. Falls ja, kann beispielsweise die nächste Stromlücke zur Phasentrennung des Antriebsmotors genutzt werden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den zusätzlichen Schritt: Feststellen, ob die zweite Zeitdauer zum leistungsfreien Trennen des Phasenstrangs ausreicht, falls ja: Öffnen des Trennschalters des Phasenstrangs.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Phasentrennung eines Antriebsmotors eines Lenksystems zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: zunächst: Bestimmen der Phasenstränge, bei denen kein Kurzschluss vorliegt, danach: Trennen dieser Phasenstränge entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 6, zum Schluss: falls Highside-Kurzschluss: Trennen des entsprechenden Phasenstrangs oder falls Lowside-Kurzschluss: Trennen des entsprechenden Phasenstrangs nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, die Spannungen an den Phasen eines Antriebsmotors einer Lenkunterstützung zu messen und dadurch die Nulldurchgänge der Phasenströme festzustellen. Hierbei kann auch festgestellt werden, wann die Stromlücken zeitlich lang genug sind, damit ein leistungsfreies Schalten der Trennschalter zur Phasentrennung erfolgen kann. Spannungen an Phasen, deren zugehörige Leistungsschalter kurzgeschlossen sind, sind konstant (beispielsweise identisch der Betriebsspannung oder der Masse). Die anderen Spannungen der Phasen enthalten die Diodenspannung der Bodydioden der intakten Leistungsschalter. Kann an den Strangspannungen festgestellt werden, dass die Diodenspannungen komplett fehlen, so sind die entsprechenden Bodydioden nicht leitend und eine Stromlücke muss vorliegen. Während dieses Zeitfensters können die Trennschalter leistungsfrei geschaltet werden.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 eine Endstufe, die einen Antriebsmotor ansteuert, wobei zwischen Endstufe und Antriebsmotor Trennschalter angeordnet sind,
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2 die Verlustleistungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W,
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3 die Ströme durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W,
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4 die Drain-Source-Spannungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W
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5 die Ansteuerspannungen der Trennschalter,
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6 analog eingelesene und umskalierte Spannungen an den jeweiligen Phasen U, V, W,
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7 EMK-Phasenspannungen U-V, U-W,
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8 EMK-Strangspannungen,
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9 die Ströme durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W,
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10 analog eingelesene und umskalierte Spannungen an den jeweiligen Phasen U, V, W,
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11 die Verlustleistungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W,
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12 die Ströme durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W,
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13 die Drain-Source-Spannungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W
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14 die Ansteuerspannungen der Trennschalter,
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15 analog eingelesene und umskalierte Spannungen an den jeweiligen Phasen U, V, W,
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16 EMK-Phasenspannungen U-V, U-W,
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17 EMK-Strangspannungen,
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18 die Verlustleistungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W,
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19 die Ströme durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W,
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20 Drain-Source-Spannungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W
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21 die Ansteuerspannungen der Trennschalter,
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22 analog eingelesene und umskalierte Spannungen an den jeweiligen Phasen U, V, W,
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23 EMK-Phasenspannungen U-V, U-W,
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24 EMK-Strangspannungen,
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25 die Verlustleistungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W,
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26 die Ströme durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W,
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27 die Drain-Source-Spannungen an den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W
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28 die Ansteuerspannungen der Trennschalter,
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29 analog eingelesene und umskalierte Spannungen an den jeweiligen Phasen U, V, W,
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30 EMK-Phasenspannungen U-V, U-W,
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31 EMK-Strangspannungen,
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32 eine Endstufe, die einen Antriebsmotor ansteuert, wobei zwischen Endstufe und Antriebsmotor Trennschalter angeordnet sind und wobei im Vergleich zur 1 direkt hinter der Endstufe Spannungsteiler zur Messung der Strangspannungen angeordnet sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Schaltung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors 3 eines Lenksystems mit einer Endstufe 1, wobei die Verbindung der Endstufe 1 mit dem Antriebsmotor, also die Phasenstränge U, V, W, durch Trennschalter 2 unterbrochen werden können. Die Leistungsschalter 13 der Endstufe 1 und die Trennschalter 2 können durch Treiber/ICs/CPUs 5 angesteuert/geschaltet werden.
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Die 2 bis 8 zeigen Diagramme, die jeweils unterschiedliche elektrische Signale und Werte desselben Vorgangs darstellen.
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2 zeigt die Verlustleistungen, die über den Trennschaltern der jeweiligen Phasen U, V, W abfallen. Ab dem Zeitpunkt 7 tritt ein Defekt der Endstufe auf, der eine Abschaltung der Ansteuerung des Antriebsmotors und damit eine Phasentrennung des Antriebsmotors notwendig macht. Der Defekt kann beispielsweise ein Kurzschluss eines Leistungsschalters der Endstufe sein. Ab dem Zeitpunkt 6 liegt eine Phasentrennung des Antriebsmotors vor.
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3 zeigt die Ströme, die durch die Trennschalter der jeweiligen Phasen U, V, W fließen. Ab dem Zeitpunkt 6 liegt eine Phasentrennung des Antriebsmotors vor und es fließen keine Ströme mehr durch die Trennschalter. Aus diesem Grund fallen über den Trennschaltern ab dem Zeitpunkt 6 keine Verlustleistungen mehr ab.
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4 zeigt die Spannungen, die über den Trennschaltern abfallen. Bis zum Zeitpunkt 6 sind die Trennschalter geschlossen und es fallen über den Trennschaltern keine (nennenswerten) Spannungen ab.
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5 zeigt die Ansteuerspannungen der Trennschalter, beispielsweise Gatespannungen eines Power-Mosfets. Bis zum Zeitpunkt 6 sind die Trennschalter durchgeschaltet (Spannung > 10 Volt). Ab dem Zeitpunkt 6 sind die Trennschalter ausgeschaltet (Spannung < 2 Volt).
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6 zeigt Spannungen U1, U2, U3 an den jeweiligen Phasen U, V, W, die an den Spannungsteilern 4, 8, 9 eingelesen werden und auf die Werte an den Phasen umskaliert sind (Rückrechnung vom Spannungsteiler). Diese Spannungen U1, U2, U3 werden ausgewertet, um Stromlücken der Phasenströme festzustellen. Hierbei wird zum einen festgestellt, wann eine Stromlücke startet und zum anderen, wie lange diese Stromlücke anhält. Sobald die Stromlücke zeitlich lang andauert, dass ein leistungsloses Schalten der Trennschalter möglich ist, werden die Trennschalter bei Beginn einer weiteren Stromlücke dementsprechend angesteuert und geöffnet.
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Wird die Endstufe nicht mehr angesteuert, d.h. die Leistungsschalter 13 werden nicht mehr getaktet, so kann nur noch über die Bodydioden 12 ein Strom fließen. Kann daher anhand der Strangspannungen U1, U2, U3 erkannt werden, dass sämtliche Bodydioden 12 nicht leitend sind, so muss eine Stromlücke vorliegen. An den Bodydioden fallen im leitenden Zustand die Diodenspannungen von beispielsweise 0,7 Volt ab. Wenn die Bodydioden leiten, dann sind die Potentiale an den Phasen U, V, W entweder um 0,7 Volt höher als die Versorgungsspannung oder um 0,7 Volt kleiner als Masse. Fallen die Spannungen an U, V, W auf das Potential der Versorgungsspannung und kleiner bzw. steigen sie auf das Masse-Potential und grösser, so leitet in diesem Strang keine der Bodydioden mehr. Kann dies für alle Phasenstränge festgestellt werden, so liegt eine Stromlücke vor. Eine Ausnahme sind Phasenstränge, die auf einem konstanten Potential liegen, also eine konstante Spannung aufweisen. Dies ist der Fall, falls ein entsprechender Leistungsschalter kurzgeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird daher zunächst festgestellt, welcher Phasenstrang auf konstantem Potential liegt. Bei diesem Phasenstrang ist ein entsprechender Leistungsschalter kurzgeschlossen. Fallen die anderen Strangspannungen sämtlich um die Diodenspannung der Bodydioden ab und befinden sich alle Strangspannungen im Bereich zwischen Masse und Versorgungsspannung, ist eine Stromlücke festgestellt worden. Die Zeitdauer der Stromlücke wird gemessen. Im Laufe der Zeit nach Abschalten der Endstufe nimmt diese Zeitdauer zu, da sich der Motor nach dem Abschalten der Endstufe im Regelfall immer weiter verlangsamt. Ist die Zeitdauer so groß, dass ein leistungsfreies Schalten der Trennschalter möglich ist, wird der Vorgang der Phasentrennung, eventuell während einer darauffolgenden Stromlücke, durch Schalten der Trennschalter vorgenommen.
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7 zeigt die EMK-Phasenspannungen U-V, U-W.
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8 zeigt die EMK-Strangspannungen, die sich durch die im Antriebsmotor gespeicherte Energie erzeugt werden.
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9 und 10 zeigen die Ströme durch die Trennschalter und die Spannungen U1, U2, U3 an den Spannungsteilern, wobei zwei erste Spannungen U1, U2, U3 einen sich verändernden Spannungsverlauf aufweisen und eine zweite Spannung U1, U2, U3 konstant auf Masse oder Versorgungsspannung liegt. Fallen die ersten beiden Spannungen U1, U2, U3 um die Diodenspannung einer entsprechenden Bodydiode eines Power-Mosfets eines Leistungsschalters ab, beispielsweise um 0,7 Volt, so beginnt eine Stromlücke (Zeitpunkt 10). Sobald wieder mindestens eine Bodydiode leitet, endet die Stromlücke (Zeitpunkt 11).
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11 bis 17 zeigen zusammengehörende Diagramme elektrischer Werte, wobei ab dem Zeitpunkt 15 ein Defekt der Endstufe vorliegt. Zum Zeitpunkt 14 werden die Trennschalter schnell geöffnet, wobei zu diesem Zeitpunkt 14 noch Ströme durch die Phasen U, V, W fließen (siehe 12). Dementsprechend ergibt sich am Trennschalter zum Zeitpunkt 14 kurzzeitig eine hohe Drain-Source-Spannung (siehe 13) und als Folge eine hohe Verlustleistung (siehe 11). Die Trennschalter müssen für diese Drain-Source-Spannungen und Verlustleistungen ausgelegt sein, damit sie nicht zerstört werden. Dies schränkt die Auswahl an verwendbaren Trennschaltern ein und stellt daher einen Kostennachteil dar.
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18 bis 24 zeigen zusammenhängende Diagramme elektrischer Werte. Es ist eine Situation gezeigt, bei der ab dem Zeitpunkt 17 ein Kurzschluss eines Lowside-Leistungsschalters auftritt. Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 22 und 23 sind die Spannungen U1, U2, U3, die nicht konstant auf Masse sind, im Bereich zwischen Masse und Versorgungsspannung (siehe 22, Spannungen kleiner als 0 Volt sind in der Darstellung abgeschnitten), sodass die Bodydioden nicht leitend sind. In diesem Zeitraum kann daher kein Strom durch die Phasen U, V, W fließen (siehe 19). In einem derartigen Zeitraum werden die Trennschalter geöffnet und es ergibt sich im Gegensatz zu der Situation der 11 keine hohe Abschaltspannung bei der Drain-Source-Spannung (siehe 20) und keine bzw. eine geringe Verlustleistung über einem oder mehreren Trennschaltern während der Phasentrennung (siehe 18). Ein leistungsfreies Schalten wird ermöglicht.
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Die 25 bis 31 zeigen einen Vorgang, bei dem zum Zeitpunkt 19 ein Highside-Leistungsschalter der Endstufe einen Kurzschluss aufweist. Ab diesem Zeitpunkt 19 ist daher der Antriebsmotor von den Phasensträngen U, V, W zu trennen. Hierzu werden nach Stromlücken gesucht. Diese beginnen zum Zeitpunkt 24 und enden zum Zeitpunkt 25. Sind diese Stromlücken lang genug, werden die Trennschalter geöffnet (Zeitpunkt 18).
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32 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Schaltung der 1 mit einer Endstufe, die einen Antriebsmotor ansteuert, wobei zwischen Endstufe und Antriebsmotor Trennschalter angeordnet sind und wobei im Vergleich zur 1 direkt hinter der Endstufe Spannungsteiler zur Messung der Strangspannungen angeordnet sind.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Endstufe
- 2
- Trennschalter
- 3
- Antriebsmotor
- 4
- Spannungsteiler
- 5
- Treiber/CPU/ICs
- 6
- Zeitpunkt zu dem die Phasentrennung erfolgt
- 7
- Zeitpunkt zu dem ein Defekt (beispielsweise Kurzschluss eines Leistungsschalters) auftritt
- 8
- Spannungsteiler
- 9
- Spannungsteiler
- 10
- Beginn Stromlücke
- 11
- Ende Stromlücke
- 12
- Bodydioden
- 13
- Leistungsschalter
- 14
- Abschaltzeitpunkt
- 15
- Zeitpunkt zu dem ein Defekt auftritt
- 16
- Abschaltzeitpunkt
- 17
- Zeitpunkt zu dem ein Defekt auftritt
- 18
- Abschaltzeitpunkt
- 19
- Zeitpunkt zu dem ein Defekt auftritt
- 20
- Beginn Stromlücke
- 21
- Ende Stromlücke
- 22
- Beginn Stromlücke
- 23
- Ende Stromlücke
- 24
- Beginn Stromlücke
- 25
- Ende Stromlücke
- U
- Phasenstrang
- V
- Phasenstrang
- W
- Phasenstrang
- U1
- analog eingelesene Spannung an dem Spannungsteiler 4
- U2
- analog eingelesene Spannung an dem Spannungsteiler 8
- U3
- analog eingelesene Spannung an dem Spannungsteiler 9
