DE102013109877A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors - Google Patents

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Khaled Sharaf
Markus Weber
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ZF Lenksysteme GmbH
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Abstract

Die Beschreibung umfasst ein Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors 2 eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe 1, wobei die Endstufe 1 ein erstes Paar von Leistungsschaltern, ein zweites Paar von Leistungsschaltern und ein drittes Paar von Leistungsschaltern umfasst, wobei jeweils die beiden Leistungsschalter eines Paares in Reihe geschaltet sind und wobei ein Leistungsschalter eines Paares mit einer Versorgungsspannung verbunden ist (Highside-Leistungsschalter) und der jeweils andere Leistungsschalter des Paares mit einem Massepotential verbunden ist (Lowside-Leistungsschalter) und wobei die jeweiligen Verbindungsknoten der Leistungsschalter-Paare die einzelnen Phasen U, V, W darstellen, umfassend die Schritte: einschalten des Highside-Leistungsschalters M1 des ersten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters M2 des ersten Paares während einer ersten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang U die Versorgungsspannung anliegt, ausschalten des Highside-Leistungsschalters M3 des zweiten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters M4 des zweiten Paares während einer zweiten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang V das Massepotential anliegt, ferner umfassend die Schritte: ausschalten des Highside-Leistungsschalters M5 des dritten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters M6 des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W das Massepotential anliegt oder einschalten des Highside-Leistungsschalters M5 des dritten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters M6 des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W die Versorgungsspannung anliegt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe, ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im Stand der Technik sind Ansteuerungen von Antriebsmotoren für Lenksysteme von Fahrzeugen bekannt. Hierzu werden insbesondere Endstufen mit drei Paaren von in Reihe geschalteten Leistungsschaltern verwendet. Die Leistungsschalter werden derart angeordnet, dass stets von zwei Paaren jeweils ein Leistungsschalter eingeschaltet ist und dass beide Leistungsschalter des dritten Paars ausgeschaltet sind (Tristate-Zustand).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Ansteuerung eines Elektromotors ergibt sich bei jedem Schaltvorgang eine Motorschrittweite. Kann diese Motorschrittweite verringert werden, so können haptische Auswirkungen auf das Steuerrad/Lenkrad sowie akustische Effekte des gesamten Lenksystems minimiert werden. Hierdurch kann der Fahrkomfort gesteigert werden. Zur Verkleinerung der Motorschrittweite eines Motors kann die Anzahl der Pole erhöht werden, beispielsweise verdoppelt, wodurch sich jedoch der konstruktive Aufwand zur Herstellung des Antriebsmotors ebenfalls erhöht.
  • Eine Aufgabe ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Motorschrittweite verkleinert werden können, ohne dass dabei konstruktive Maßnahmen am Antriebsmotor notwendig werden.
  • Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe zur Verfügung gestellt, wobei die Endstufe ein erstes Paar von Leistungsschaltern, ein zweites Paar von Leistungsschaltern und ein drittes Paar von Leistungsschaltern umfasst, wobei jeweils die beiden Leistungsschalter eines Paares in Reihe geschaltet sind und wobei ein Leistungsschalter eines Paares mit einer Versorgungsspannung verbunden ist (Highside-Leistungsschalter) und der jeweils andere Leistungsschalter des Paares mit einem Massepotential verbunden ist (Lowside-Leistungsschalter) und wobei die jeweiligen Verbindungsknoten der Leistungsschalter-Paare die einzelnen Phasen darstellen, umfassend die Schritte: einschalten des Highside-Leistungsschalters des ersten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters des ersten Paares während einer ersten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang U die Versorgungsspannung anliegt, ausschalten des Highside-Leistungsschalters des zweiten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters des zweiten Paares während einer zweiten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang V das Massepotential anliegt, ferner umfassend die Schritte: ausschalten des Highside-Leistungsschalters des dritten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W das Massepotential anliegt oder einschalten des Highside-Leistungsschalters des dritten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W die Versorgungsspannung anliegt.
  • Erfindungsgemäß wird ein Tristate-Zustand vermieden, wodurch die Geräuschentwicklung des betreffenden Elektromotors verringert werden kann. Ferner kann durch das Einfügen von Halbschritten/Zwischenschritten, bei denen von jedem Leistungsschalterpaar genau ein Leistungsschalter eingeschaltet ist, zwischen aufeinanderfolgenden Vollschritten, bei denen sich stets ein Leistungspfad im Tristate-Zustand befindet, die Motorschrittweite halbiert werden. Durch die Erhöhung der Auflösung können unangenehme haptische Wirkungen auf das Steuerrad/Lenkrad minimiert werden.
  • Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe zur Verfügung gestellt, wobei die Endstufe ein erstes Paar von Leistungsschaltern, ein zweites Paar von Leistungsschaltern und ein drittes Paar von Leistungsschaltern umfasst, wobei jeweils die beiden Leistungsschalter eines Paares in Reihe geschaltet sind und wobei ein Leistungsschalter eines Paares mit Versorgungsspannung verbunden ist (Highside-Leistungsschalter) und der jeweils andere Leistungsschalter des Paares mit einem Massepotential verbunden ist (Lowside-Leistungsschalter) und wobei die jeweiligen Verbindungsknoten der Leistungsschalter-Paare die einzelnen Phasen darstellen, umfassend die Schritte: einschalten des Highside-Leistungsschalters des ersten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters des ersten Paares während einer ersten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang U die Versorgungsspannung anliegt, ausschalten des Highside-Leistungsschalters des zweiten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters des zweiten Paares während einer zweiten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang V Massepotential anliegt, ferner umfassend die Schritte: ansteuern des Highside-Leistungsschalters des dritten Paares mit einer ungefähr 50%-igen PWM-Ansteuerung und ansteuern des Lowside-Leistungsschalters mit einer ungefähr 50%-igen PWM-Ansteuerung während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W ungefähr die halbe Versorgungsspannung anliegt.
  • Durch die Ausgestaltung der Vollschritte (ein Phasenstrang ist im Tristate-Zustand) als SoftSteps (am ersten Phasenstrang liegt Versorgungsspannung an, am zweiten Phasenstrang liegt Massepotential an und am dritten Phasenstrang liegt die halbe Versorgungsspannung an, wobei als Versorgungsspannung auch eine Spannung zu verstehen ist, die sich durch eine PWM-Ansteuerung ergibt, also beispielsweise 50% einer ursprünglichen Versorgungsspannung) kann eine Geräuschentwicklung eines betreffenden Elektromotors gesenkt werden.
  • Als dritte 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 4 ausgestaltet ist.
  • Als vierte Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verfügung gestellt.
  • Als fünfte Ausführungsform der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode-Mittel zur Verfügung gestellt, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei am Phasenstrang U und/oder Phasenstrang V und/oder Phasenstrang W eine PWM-Ansteuerung zwischen 70% und 100%, insbesondere 88%, im ganz Besonderen von 88,6%, einer Versorgungsspannung anliegt.
  • Als Versorgungsspannung ist auch eine durch eine PWM-Ansteuerung heruntergesetzte ursprüngliche Versorgungsspannung zu verstehen.
  • Durch eine Variation der PWM-Ansteuerung (während der Einschaltphase: statt 100% ein geringerer Wert, beispielsweise 88% oder 88,6%) kann ein konstantes Drehmoment erreicht werden, wodurch sich ein gleichmäßiger Lauf des betreffenden Elektromotors ergibt. Als Basisspannung für die PWM-Ansteuerung kann eine konstante Versorgungsspannung (z.B. 12 Volt) Verwendung finden oder die Versorgungsspannung durch eine PWM-Ansteuerung heruntergesetzt werden. Beispielsweise kann aus der Versorgungsspannung 12 Volt durch eine PWM-Ansteuerung von 50% eine Versorgungspannung von 6 Volt erzeugt werden. Durch eine PWM-Ansteuerung von 88% ergibt sich daraus letzten Endes 5,28 Volt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste Zeitdauer und/oder die zweite Zeitdauer und/oder die dritte Zeitdauer verkürzt werden.
  • Eine Verkürzung der Einschaltzeiten der PWM-Ansteuerungen kann trotz „Ausräumeffekten“ bei einem Leistungsschalter-FET zu einer gewünschten Spannungskurve am entsprechenden Phasenstrang führen.
  • Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebsmotors zur Verfügung zu stellen, wobei eine möglichst geringe Motorschrittweite erzielt wird. Hierzu werden Zwischenschritte generiert, bei denen ein Tristate-Zustand vermieden wird. Bei diesen Zwischenschritten wird von allen drei Paaren von Leistungsschaltern jeweils ein Leistungsschalter eingeschaltet. Während eines Zwischenschritts sind daher zwei Highside-Leistungsschalter und ein Lowside-Leistungsschalter oder zwei Lowside-Leistungsschalter und ein Highside-Leistungsschalter eingeschaltet.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors mit einer Endstufe,
  • 2 einen Magnetmotorring und einen ersten Magnetsensorring,
  • 3 einen Magnetmotorring und einen zweiten Magnetsensorring,
  • 4 Hallsensorwerte der drei Hallsensoren und dazu entsprechende Rotorpositionen,
  • 5 eine Ansteuerung eines Antriebsmotors des Stands der Technik,
  • 6 eine Ansteuerung eines Antriebsmotors des Stands der Technik,
  • 7 eine erfindungsgemäße Ansteuerung mit Zwischenschritten/Halbschritten bei Rechtsdrehung,
  • 8 eine erfindungsgemäße Ansteuerung mit Zwischenschritten/Halbschritten bei Linksdrehung,
  • 9 die Strangströme als Ergebnis der Ansteuerung einer Endstufe des Stands der Technik,
  • 10 Hallsensorwerte eines Magnetsensorrings des Stands der Technik und eines erfindungsgemäßen Magnetsensorrings,
  • 11 eine sternförmige Verschaltung einer Elektromaschine mit einem Tristate-Zustand,
  • 12 eine sternförmige Verschaltung einer Elektromaschine ohne Tristate-Zustand,
  • 13 eine Kurve des Drehmoments bei einer 100%-igen PWM-Ansteuerung der Endstufe,
  • 14 eine Kurve des Drehmoments bei einer Variation der PWM-Ansteuerung,
  • 15 die Phasenstrangspannung U am Phasenstrang W (U_W) bei einer PWM-Ansteuerung, wobei am Phasenstrang W während der Totzeit eine negative Spannung U anliegt,
  • 16 die Phasenstrangspannung U am Phasenstrang W (U_W) bei einer PWM-Ansteuerung, wobei am Phasenstrang W während der Totzeit eine positive Spannung U anliegt,
  • 17 eine sternförmig verschaltete Elektromaschine, wobei am Phasenstrang W die halbe Versorgungsspannung anliegt und über dem Phasenstrang W zum Sternpunkt eine positive Spannung abfällt,
  • 18 eine sternförmig verschaltete Elektromaschine, wobei am Phasenstrang W die halbe Versorgungsspannung anliegt und über dem Phasenstrang W zum Sternpunkt eine negative Spannung abfällt,
  • 19 zeigt eine Anpassung der Zeitdauer der PWM-Ansteuerung, um am Phasenstrang W eine positive Spannung U mit der gewünschten Zeitdauer zu erzeugen,
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors 2 mit einer Endstufe 1, wobei die Endstufe 1 sechs Leistungsschalter M1, M2, M3, M4, M5, M6 umfassen kann. Die Leistungsschalter M1, M2, M3, M4, M5, M6 können beispielsweise Power-Mosfets oder IGBTs sein. Die Endstufe 1 mit den Leistungsschaltern M1, M2, M3, M4, M5, M6 wird von einem Endstufen-Treiber 3 konventionell derart angesteuert, dass stets zwei Leistungsschalter unterschiedlicher Paare eingeschaltet sind und die Leistungsschalter des verbleibenden dritten Paars beide nicht eingeschaltet sind (hochohmiger Zustand, Tristate-Situation, Tristate-Zustand). Es ergeben sich dadurch grundsätzlich sechs verschiedene anzusteuernde Positionen des Rotors des Antriebsmotors 2. Der Antriebsmotor 2 ist üblicherweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Erfindungsgemäß werden die Leistungsschalter M1, M2, M3, M4, M5, M6 derart angesteuert, dass von allen drei Leistungsschalter-Paaren genau ein Leistungsschalter eingeschaltet ist. Auf diese Weise können sechs weitere ansteuerbare Positionen des Rotors des Antriebsmotors 2 erzeugt werden, wodurch die möglichen Positionen des Rotors auf zwölf verdoppelt werden können.
  • 2 zeigt einen Magnetmotorring 5, der einen Teil des Rotors des Antriebsmotors darstellt, sowie einen Magnetsensorring 4, der ebenfalls am Antriebsmotor angeordnet ist und mit dem Magnetmotorring 5 synchron mitläuft. Anhand des Magnetsensorrings 4 kann durch die Anordnung von Hallsensoren 6, 7, 8 eine Position des Rotors des Antriebsmotors eindeutig bestimmt werden.
  • 3 zeigt den Magnetmotorring 5 des Antriebsmotors und einen weiteren synchron mitlaufenden Magnetsensorring 9, wobei der Magnetsensorring 9 im Vergleich zum Magnetsensorring 4 der 2 eine doppelte Auflösung aufweist. Aufgrund der Ansteuerung des Antriebsmotors mit Zwischenschritten (Halbschritten), bei denen von jedem der Leistungsschalter-Paare ein Leistungsschalter eingeschaltet ist, ergibt sich eine Verdoppelung der möglichen einstellbaren Stellungen des Rotors des Antriebsmotors. Dieser Erhöhung der möglichen Rotorpositionen wird durch eine höhere Auflösung des Magnetsensorrings 9 Rechnung getragen. Es kann dadurch eine Regelung des erfindungsgemäß angesteuerten Antriebsmotors mithilfe des Magnetsensorrings 9 mit erhöhter Auflösung ermöglicht werden. Bei den Zwischenschritten bzw. Halbschritten wird von jedem Leistungsschalterpaar jeweils ein Leistungsschalter eingeschaltet und der komplementäre Leistungsschalter ausgeschaltet, sodass zu keinem Zeitpunkt während eines Halbschritts/ Zwischenschritts ein Tristate-Zustand vorliegt. Bei den Vollschritten sind von zwei Leistungsschalterpaaren jeweils ein Leistungsschalter angesteuert und der komplementäre Leistungsschalter ausgeschaltet und die beiden Leistungsschalter des dritten Leistungsschalterpaares werden nicht angesteuert, sodass sich am entsprechenden Phasenstrang ein Tristate-Zustand einstellt.
  • 4 zeigt Hallsensorwerte der drei Hallsensoren und dazu entsprechende Rotorpositionen des Antriebsmotors/der Elektromaschine. Die obere Tabelle der Hallsensorwerte ergibt sich, falls die Elektromaschine nur mit Vollschritten angesteuert wird. Die untere Tabelle von Hallsensorwerten ergibt sich durch das Einfügen von Halbschritten/Zwischenschritten, also Ansteuerungen der entsprechenden Endstufe, die keinen Tristate-Zustand aufweisen, in eine Abfolge von Vollschritten. Hierdurch kann eine Verdoppelung der möglichen Rotorpositionen erreicht werden. Vorteilhafterweise wird dadurch auch die Taktung des Elektromotors genauer. Ist der entsprechende Elektromotor beispielsweise ein Servomotor einer Lenkunterstützung ergibt sich durch die abwechselnde Abfolge von Vollschritten und Halbschritten ein angenehmeres haptisches Empfinden am Lenkrad des entsprechenden Fahrzeugs.
  • 5 zeigt eine Ansteuerung der Stränge U, V, W eines Antriebsmotors des Stands der Technik, wobei als Abkürzungen P, L und T genutzt werden. P steht für „Strang ist mit Versorgungsspannung verbunden“, L steht für „Strang ist mit niedrigem Potential/Masse verbunden“ und T steht für „Strang ist hochohmig geschaltet, keine Verbindung zu positiver oder negativer Spannung“. Bei der Abfolge (0, 1, 2, 3, 4, 5) ergibt sich eine Rechtsdrehung des Rotors des Antriebsmotors.
  • 6 zeigt ebenfalls eine Ansteuerung der Stränge U, V, W des Antriebsmotors des Stands der Technik, wobei sich bei der Abfolge (0, 1, 2, 3, 4, 5) eine Linksdrehung des Rotors ergibt.
  • 7 zeigt Zwischenschritte/Halbschritte, die zur Generierung eines Rechtslaufs /einer Rechtsdrehung geschaltet werden. Bei sämtlichen drei Leistungsschalter-Paaren wird jeweils ein Leistungsschalter eingeschaltet. Anhand der Beschaltung kann festgestellt werden, dass bei einer Halbschrittansteuerung Tristate-Zustände, also die hochohmige Beschaltung eines Phasenstrangs, wegfallen. Stattdessen werden alle Phasenstränge entweder mit Versorgungsspannung verbunden oder auf Massepotential gelegt.
  • 8 zeigt Zwischenschritte/Halbschritte, die insgesamt zu einer Linksdrehung/einem Linkslauf des entsprechenden Elektromotors führen.
  • Insgesamt zeigt sich anhand der Darstellungen der 7 und 8, dass ausschließlich eine Halbschrittansteuerung vorgenommen werden kann. Alternativ können Halbschritte mit Vollschritten kombiniert werden, um eine höhere Auflösung bei der Ansteuerung einer Elektromaschine ermöglichen zu können.
  • 9 zeigt die Ströme IU, IV, IW bei einer Ansteuerung einer Endstufe.
  • 10 entspricht in weiten Teilen der 4. Allerdings ist hier dargestellt, dass die jeweiligen Vollschritte durch SoftSteps ersetzt werden können. SoftSteps werden erhalten, falls statt einem Tristate-Zustand an dem entsprechenden Phasenstrang eine halbe Versorgungsspannung angelegt wird. Die halbe Versorgungsspannung kann durch eine 50%-ige PWM-Ansteuerung der entsprechenden Leistungsschalter generiert werden. Durch das Ersetzen der Vollschritte durch SoftSteps kann eine Reduzierung der Geräuschentwicklung sichergestellt werden. Durch das Anlegen der halben Versorgungsspannung an einen Phasenstrang ergibt sich, dass zwischen diesem Phasenstrang und dem Sternpunkt 13 (siehe 12) keine Spannung anliegt (der Sternpunkt 13 weist die halbe Versorgungsspannung auf).
  • 11 zeigt eine sternförmig verschaltete Elektromaschine mit einem Tristate-Zustand am Phasenstrang W gemäß dem Stand der Technik.
  • 12 zeigt eine sternförmig verschaltete Elektromaschine mit einer halben Versorgungsspannung am Phasenstrang W.
  • 13 zeigt eine Drehmomentenkurve, die sich bei einer Ansteuerung einer Endstufe ergibt, wobei die Leistungsschalter stets mit einer 100%-igen PWM-Ansteuerung eingeschaltet werden (d.h. einzuschaltende Leistungsschalter werden dauerhaft eingeschaltet (100%) und auszuschaltende Leistungsschalter sind dauerhaft ausgeschaltet (0%), bzw. als Ausgangsspannung wird eine durch eine PWM-Ansteuerung heruntergesetzte Spannung verwendet. Bei einer 100%-igen PWM-Ansteuerung ergibt sich daher die bereits heruntergesetzte Spannung.). Die 13 zeigt, dass bei einer Sequenz von abwechselnd aufeinander folgenden Vollschritten und Halbschritten sich eine Pulsation des Drehmoments ergibt. Eine Pulsation/Schwankung des Drehmoments ist unerwünscht, da es beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs eine Geräuschquelle darstellen kann. Ist der betreffende Elektromotor mit dem Lenkrad des Fahrzeugs gekoppelt, beispielsweise als Servomotor einer Lenkunterstützung, so können sich „Zuckungen“ am Steuerrad ergeben, die zu einem unangenehmen haptischen Empfinden des betreffenden Fahrers führen können.
  • 14 zeigt eine Variation der PWM-Ansteuerung der jeweils einzuschaltenden Leistungsschalter, wobei bei einem Vollschritt die Leistungsschalter dauerhaft eingeschaltet werden und bei einem Halbschritt eine nur 88%-ige bzw. 88,6%-ige PWM-Ansteuerung vorgenommen wird. Hierdurch kann ein gleichmäßiges /konstantes Drehmoment sichergestellt werden. Alternativ kann aus der Versorgungsspannung vorab durch PWM-Ansteuerung eine geringere Basisspannung erzeugt werden. Beispielsweise kann durch eine PWM-Ansteuerung von 50% eine Versorgungsspannung von 6 Volt zur Verfügung gestellt werden. Eine PWM-Ansteuerung von 100% ergäbe dann 6 Volt und eine PWM-Ansteuerung von 88% ergäbe eine Spannung von 6 Volt·0,88 = 5,28 Volt
  • 15 zeigt die PWM-Ansteuerung eines Highside-Leistungs-Mosfets (PWM HS FET) und eines Lowside-Leistungs-Mosfets (PWM LS FET). Zwischen den Schaltvorgängen des Highside- und Lowside-Mosfets müssen Sicherheitsabstände (Totzeiten) eingehalten werden, um sicherzustellen, dass zu keiner Zeit beide Leistungsschalter eines Leistungspfades eingeschaltet sind. Ansonsten ergäbe sich ein Kurzschluss zwischen der Versorgungsspannung und dem Massepotential. Während der Totzeiten 17, 18 fließen Ströme (Bezugszeichen 14 der 17), die ein „Leerräumen“ der jeweiligen Sperrschichten der Leistungs-Mosfets bewirken. Die Kurvenform der Phasenstrangspannung U_W entspricht trotz der Bereiche 19, 20 ungefähr des durch die PWM-Ansteuerung gewünschten Ergebnisses.
  • 16 zeigt eine weitere PWM-Ansteuerung, wobei wieder Totzeiten 17, 18 eingehalten werden. Allerdings entspricht in diesem Fall der Kurvenverlauf der Strangspannung U_W nicht mehr dem Ergebnis, das durch die PWM-Ansteuerung PWM HS FET und PWM LS FET erzielt werden soll. Die Bereiche 21, 22 führen zu einer deutlichen Ausweitung der Strangspannung U_W. Diese Bereiche 21, 22 ergeben sich durch einen Stromfluss (Bezugszeichen 14 der 18, in umgekehrter Richtung zum Stromfluss der 17. Die umgekehrte Stromrichtung ergibt sich durch unterschiedliche Ausgangszustände.)
  • 19 zeigt eine PWM-Ansteuerung, wobei erfindungsgemäß die Kurve 15 in eine schmälere Kurve 25 transformiert wird. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich eine Strangspannung U_W, die aus der PWM-Ansteuerung und den Totzeiten zusammengesetzt ist, von der eine entsprechende Ausgleichszeit abgezogen wird, um zu einer Kurve U_W zu gelangen, die ungefähr dem gewünschten Ergebnis entspricht. Eine derartige Kompensation muss nur bei den Verhältnissen entsprechend der 16 vorgenommen werden.
  • 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.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Endstufe
    2
    Antriebsmotor
    3
    Endstufen-Treiber
    4
    Magnetsensorring
    5
    Magnetmotorring
    6
    Hallsensor
    7
    Hallsensor
    8
    Hallsensor
    9
    Magnetsensorring
    10
    Hallsensor
    11
    Hallsensor
    12
    Hallsensor
    13
    Sternpunkt
    14
    Stromfluss
    15
    Rechteckform einer PWM-Ansteuerung des Highside-Leistungsschalters
    17
    Totzeit
    18
    Totzeit
    19
    Bereich mit negativer Phasenstrangspannung U_W
    20
    Bereich mit negativer Phasenstrangspannung U_W
    21
    Bereich mit positiver Phasenstrangspannung U_W
    22
    Bereich mit positiver Phasenstrangspannung U_W
    23
    Zusammenfahren der Rechteckform der Phasenstrangspannung U_W
    24
    Zusammenfahren der Rechteckform der Phasenstrangspannung U_W
    25
    Rechteckform der PWM-Ansteuerung des Highside-Leistungsschalters
    GND
    Masse (Ground)
    U
    Phasenstrang
    V
    Phasenstrang
    W
    Phasenstrang
    UB
    positive Versorgungsspannung
    U_W
    Phasenstrangspannung am Strang W

Claims (7)

  1. Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors (2) eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe (1), wobei die Endstufe (1) ein erstes Paar von Leistungsschaltern, ein zweites Paar von Leistungsschaltern und ein drittes Paar von Leistungsschaltern umfasst, wobei jeweils die beiden Leistungsschalter eines Paares in Reihe geschaltet sind und wobei ein Leistungsschalter eines Paares mit einer Versorgungsspannung verbunden ist (Highside-Leistungsschalter) und der jeweils andere Leistungsschalter des Paares mit einem Massepotential verbunden ist (Lowside-Leistungsschalter) und wobei die jeweiligen Verbindungsknoten der Leistungsschalter-Paare die einzelnen Phasen (U, V, W) darstellen, umfassend die Schritte: einschalten des Highside-Leistungsschalters (M1) des ersten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters (M2) des ersten Paares während einer ersten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang U die Versorgungsspannung anliegt, ausschalten des Highside-Leistungsschalters (M3) des zweiten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters (M4) des zweiten Paares während einer zweiten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang V das Massepotential anliegt, gekennzeichnet, durch ausschalten des Highside-Leistungsschalters (M5) des dritten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters (M6) des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W das Massepotential anliegt oder einschalten des Highside-Leistungsschalters (M5) des dritten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters (M6) des dritten Paares während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W die Versorgungsspannung anliegt.
  2. Verfahren zum dreiphasigen Ansteuern eines Antriebsmotors (2) eines Lenksystems eines Fahrzeugs mit einer Endstufe (1), wobei die Endstufe (1) ein erstes Paar von Leistungsschaltern, ein zweites Paar von Leistungsschaltern und ein drittes Paar von Leistungsschaltern umfasst, wobei jeweils die beiden Leistungsschalter eines Paares in Reihe geschaltet sind und wobei ein Leistungsschalter eines Paares mit Versorgungsspannung verbunden ist (Highside-Leistungsschalter) und der jeweils andere Leistungsschalter des Paares mit einem Massepotential verbunden ist (Lowside-Leistungsschalter) und wobei die jeweiligen Verbindungsknoten der Leistungsschalter-Paare die einzelnen Phasen (U, V, W) darstellen, umfassend die Schritte: einschalten des Highside-Leistungsschalters (M1) des ersten Paares und ausschalten des Lowside-Leistungsschalters (M2) des ersten Paares während einer ersten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang U die Versorgungsspannung anliegt, ausschalten des Highside-Leistungsschalters (M3) des zweiten Paares und einschalten des Lowside-Leistungsschalters (M4) des zweiten Paares während einer zweiten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang V Massepotential anliegt, gekennzeichnet, dass ansteuern des Highside-Leistungsschalters (M5) des dritten Paares mit einer ungefähr 50%-igen PWM-Ansteuerung und ansteuern des Lowside-Leistungsschalters (M6) mit einer ungefähr 50%-igen PWM-Ansteuerung während einer dritten Zeitdauer, sodass am Phasenstrang W ungefähr die halbe Versorgungsspannung anliegt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Phasenstrang U und/oder Phasenstrang V und/oder Phasenstrang W eine PWM-Ansteuerung zwischen 70% und 100%, insbesondere 88%, im ganz Besonderen von 88,6%, einer Versorgungsspannung anliegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer und/oder die zweite Zeitdauer und/oder die dritte Zeitdauer verkürzt werden.
  5. Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgestaltet ist.
  6. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  7. Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
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