DE102013220979A1

DE102013220979A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors

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Publication number: DE102013220979A1
Application number: DE102013220979.7A
Authority: DE
Inventors: Marc Arabackyj; Edgar Jerichow; Mathias Kuhn; Thomas Gürtler; Andreas Pschorr; Robert Lörincz
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-11-13
Also published as: US9748875B2; EP2939341A2; US20160079906A1; JP2016514944A; JP6033492B2; WO2014173792A2; WO2014173792A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion. Dabei werden eine Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben und einer der Betriebsendzustände wird ausgewählt. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) wird nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) wird danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung. Ferner betrifft die Erfindung eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Sicherheitsrelevante Systeme müssen im Falle einer gefährlichen Fehlfunktion in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden. Beispielsweise spezifiziert die Norm ISO 26262 Sicherheitsanforderungsstufen ASIL (= automotive safety integrity level) für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen.
In einigen Anwendungen mit elektronisch gesteuerten bürstenlosen Gleichstrommotoren wird ein sicherer Systemzustand beispielsweise erreicht, indem der bürstenlose Gleichstrommotor aktiv in einen vorher festgelegten Betriebszustand, beispielsweise einen ausgekoppelten Zustand im Falle eines Getriebeaktuators, gefahren wird. Alternativ kann das System mit mechanischen Mitteln, beispielsweise durch Auskopplung mittels einer Feder, oder mit Mikrocontrollerunterstützung in einen sicheren Betriebszustand gefahren werden, wodurch jedoch die Wahrscheinlichkeit, Betriebszustände hoher Sicherheitsanforderungsstufen zu erreichen, im Falle von Fehlfunktionen des elektronischen Antriebssteuerungssystems teilweise erheblich reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum sicheren Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors im Fall einer Fehlfunktion anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion werden eine Höchstanzahl von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben und einer der Betriebsendzustände wird ausgewählt. Nach einer Signalisierung der Fehlfunktion wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors mit der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der Motor wird danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.
Das Verfahren ermöglicht es, einen bürstenlosen Gleichstrommotor bei einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion aktiv und kontrolliert in einen sicheren Betriebsendzustand zu versetzen. Dies geschieht vorteilhaft mit maximalem Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation, so dass das Erreichen des sicheren Betriebsendzustands nicht durch die Fehlfunktion beeinträchtigt wird. Dabei kann der Betriebsendzustand ausgewählt werden und somit vorteilhaft den jeweiligen Anwendungen und Anforderungen angepasst werden. Insbesondere können dadurch Sicherheitsanforderungsstufen der Norm ISO 26262 bis zur Stufe ASIL D erfüllt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass ein Stromschwellenwert für einen Motorstrom des bürstenlosen Gleichstrommotors und eine Unterbrechungszeitdauer vorgegeben werden, und dass nach einer Signalisierung der Fehlfunktion der Motorstrom fortlaufend gemessen wird und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird, solange der Motorstrom den Stromschwellenwert nicht überschreitet, und der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals für die Unterbrechungszeitdauer geändert wird, wenn der Motorstrom den Stromschwellenwert überschreitet.
Bei beiden Ausgestaltungen wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors nach einer Signalisierung der Fehlfunktion zunächst mit einem maximalen Aussteuerungsgrad gedreht. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Drehung des Rotors beim Vorliegen einer Fehlfunktion durch eine externe Änderung des Pulsweitenmodulationssignals beeinflusst wird und das kontrollierte Erreichen des jeweils ausgewählten Betriebsendzustands dadurch gefährdet wird. Die zweite Ausgestaltung begrenzt außerdem den Motorstrom. und erhöht dadurch vorteilhaft die Betriebssicherheit des Motors.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der nach einer Signalisierung der Fehlfunktion ausgeführten Kommutierungsschritte mittels wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors anzeigenden Sensorsignals überwacht wird.
Dies ermöglicht vorteilhaft, die nach einer Signalisierung der Fehlfunktion tatsächlich erfolgten Kommutierungsschritte bis zum Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl zu überwachen und zu zählen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Abschaltzeitdauer vorgegeben wird und der bürstenlose Gleichstrommotor nach einer Signalisierung der Fehlfunktion in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt wird, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal während eines die Abschaltzeitdauer überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es vorteilhaft, auf die Situation eines nicht rotierenden Rotors, beispielsweise durch Defekte wie Motorblockaden zu reagieren, indem der Motor in den ausgewählten sicheren Betriebsendzustand versetzt wird, wenn ein derartiger Defekt das Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten verhindert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass als mögliche Betriebsendzustände ein Freilaufzustand, d.h. ein hochohmiger Zustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors, und/oder ein Abbremszustand, d.h. ein niederohmiger Zustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors vorgegeben werden.
Ein Freilaufzustand und ein Abbremszustand sind sichere Betriebszustände bürstenloser Gleichstrommotoren und eignen sich daher besonders vorteilhaft als vorgegebene Betriebsendzustände.
Eine erfindungsgemäße Motorsteuerungsvorrichtung umfasst einen Umrichter, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors eine elektrische Halbbrücke mit zwei elektronischen Schaltern aufweist, und eine Steuereinheit zur Steuerung der elektronischen Schalter. Dabei weist die Steuereinheit Schnittstellen zum Empfang der Signalisierung der Fehlfunktion, des kommutierten Pulsweitenmodulationssignals, der Auswahl eines Betriebsendzustandes und wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors anzeigenden Sensorsignals auf. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, das wenigstens eine Sensorsignal zur Erkennung erfolgter Kommutierungsschritte auszuwerten sowie die vorgegebene Höchstanzahl der Kommutierungsschritte, die vorgegebene Motordrehrichtung und für jeden der möglichen Betriebsendzustände einen dem Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter zu speichern.
Eine derartige Motorsteuerungsvorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den oben genannten Vorteilen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dabei dazu ausgebildet, nach der Signalisierung der Fehlfunktion die erkannten Kommutierungsschritte zu zählen und den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter einzustellen, wenn die Anzahl der gezählten Kommutierungsschritte die vorgegebene Höchstanzahl erreicht.
Dadurch kann der Motor nach Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten aktiv und kontrolliert in einen sicheren Betriebsendzustand versetzt werden.
Vorzugsweise weist die Steuereinheit dazu ein Zählregister auf und ist ausgebildet, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung der Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren.
Dadurch kann die Anzahl der nach der Signalisierung der Fehlfunktion erfolgten Kommutierungsschritte in einfacher und effizienter Weise erfasst und ausgewertet werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach der Signalisierung der Fehlfunktion nach jedem erkannten Kommutierungsschritt eine Zeitdauer zu erfassen, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal nicht ändert.
Dadurch können vorteilhaft Defekte wie Motorblockaden, die eine Motordrehung verhindern, von der Steuereinheit erkannt werden.
Ferner ist in der Steuereinheit vorzugsweise eine Abschaltzeitdauer gespeichert und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter einzustellen, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal während eines die Abschaltzeitdauer überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
Ferner ist die Steuereinheit vorzugsweise mit einer einstellbaren Stromschwelle ausgebildet. Bei Überschreiten dieser einstellbaren Stromschwelle wird das Ansteuersignal für eine vordefinierbare Zeitdauer unterbrochen und damit der maximale Strom begrenzt.
Weiterhin wird bei Überschreiten einer Stromschwelle innerhalb einer vordefinierten Zeit der Motorfehler Blockade erkannt und die Ansteuerung in den vordefinierten Endzustand versetzt.
Dies ermöglicht vorteilhaft, auf Defekte wie Motorblockaden, die eine Motordrehung verhindern, zu reagieren, indem der Motor abgeschaltet wird, wenn der Rotor nicht gedreht werden kann.
Ferner umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung vorzugsweise Mittel zur Messung eines Motorstroms des bürstenlosen Gleichstrommotors, und die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Pegel des Pulsweitenmodulationssignals für eine Unterbrechungszeitdauer zu ändern, wenn der Motorstrom einen Stromschwellenwert überschreitet.
Dadurch kann der Motorstrom vorteilhaft beim Verfahren in einen Betriebsendzustand begrenzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
1 schematisch eine Motorsteuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
2 schematisch die Einstellung eines ersten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion,
3 schematisch die Einstellung eines zweiten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion,
4 schematisch die Einstellung eines zweiten Betriebsendzustands eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion im Falle, dass der Rotor des Motors nicht rotiert, und
5 schematisch die Steuerung eines Motorstroms eines bürstenlosen Gleichstrommotors nach Signalisierung einer Fehlfunktion.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Motorsteuerungsvorrichtung 1 zur Kommutierung eines nicht näher dargestellten dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors 2.
Die Motorsteuerungsvorrichtung 1 umfasst einen Umrichter 3, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 eine elektrische Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3 aufweist. Jede Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3 weist einen ersten elektronischen Schalter H1, H2, H3 und einen zweiten elektronischen Schalter L1, L2, L3 auf, zwischen die die jeweilige Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 geschaltet ist. Die ersten elektronischen Schalter H1, H2, H3 sind zueinander parallel geschaltet und mit einem Pluspol einer Spannungsversorgung des Umrichters 3 verbunden. Die zweiten elektronischen Schalter L1, L2, L3 sind ebenfalls zueinander parallel geschaltet und mit einem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden. Die elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 sind beispielsweise jeweils als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder alternativ als ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgebildet.
Ferner umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 1 eine Steuereinheit 4 zur Steuerung der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3. Die Steuereinheit 4 weist eine erste Schnittstelle AAD zum Empfang eines Notsignals 5 zur Signalisierung einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion, eine zweite Schnittstelle HALLx zum Empfang wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 anzeigenden Sensorsignals 6, beispielsweise wenigstens eines Hallsensorsignals, sowie wenigstens eine weitere Schnittstelle 7 zum Empfang von Motorsteuersignalen 8, insbesondere eines kommutierten Pulsweitenmodulationssignals PWM der Kommutierung, auf.
Um den bürstenlosen Gleichstrommotor 2 im Falle einer Fehlfunktion in einen sicheren Betriebszustand zu fahren, werden eine Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und zwei mögliche Betriebsendzustände des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 vorgegeben. Der Betriebsendzustand ist dabei auswählbar, so dass er der jeweiligen Anwendung anpassbar ist, d.h. die Motorsteuerungsvorrichtung 1 ist hinsichtlich des Betriebsendzustandes konfigurierbar.
Jedem der beiden vorgegebenen Betriebszustände wird ein Schaltzustand der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 zugeordnet. Ein erster möglicher Betriebsendzustand ist dabei ein Freilaufzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, dem als Schaltzustand ein Zustand maximaler Impedanz des Umrichters 3 zugeordnet wird, bei dem alle elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 abgeschaltet sind. Der zweite mögliche Betriebsendzustand ist ein Bremszustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, dem ein Schaltzustand zugeordnet wird, bei dem im Normalfall alle zweiten elektronischen Schalter L1, L2, L3 eingeschaltet und alle ersten elektronischen Schalter H1, H2, H3 abgeschaltet sind und in dem Ausnahmefall eines Kurzschlusses zwischen den ersten elektronischen Schaltern H1, H2, H3 und den Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 alle ersten elektronischen Schalter H1, H2, H3 eingeschaltet und alle zweiten elektronischen Schalter L1, L2, L3 abgeschaltet sind.
Wenn an der ersten Schnittstelle AAD ein Notsignal 5 zur Signalisierung einer Fehlfunktion empfangen wird, wird der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht und der Motor wird in unten näher beschriebener Weise nach Erreichen der vorgegebenen Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten oder im Fall, dass der Rotor des Motors nicht rotiert, in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt.
2 zeigt schematisch die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion in Abhängigkeit von einer Zeit t im Fall, dass der erste Betriebsendzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausgewählt ist. Die Signalisierung der Fehlfunktion ist in 2 durch den Wechsel des Zustands der ersten Schnittstelle AAD von 'Inactive' zu 'Active' dargestellt.
Der Betriebsendzustand ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Endzustandswertes AAD_BRAKE auswählbar. Indem dieser Wert durch AAD_BRAKE = '0' auf Null gesetzt wird, wird der erste Betriebsendzustand ausgewählt.
Die Steuereinheit 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zählregister auf und ist dazu ausgebildet, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung einer Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren. Dabei erkennt die Steuereinheit 4 einen Kommutierungsschritt durch Auswertung des wenigstens einen Sensorsignals 6. Der momentane Speicherinhalt des Zählregisters wird als ein Registerwert AAD_STEP_COUNTER gespeichert. Die Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 wird als Rotorstellungswert HALLx_input gespeichert, der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 angibt, ob die jeweilige Phase bestromt ist oder nicht. GHx und GLx (x = 1, 2, 3) stehen in 2 beispielhaft für Steuerwerte zur Ansteuerung der beiden elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 einer Halbbrücke 3.1, 3.2, 3.3. Die Motordrehrichtung wird mittels eines Drehrichtungswertes AAD_DIR vorgegeben, wobei im in 2 dargestellten Beispiel AAD_DIR = '0' vorgegeben ist.
Bei jedem Kommutierungsschritt ändert sich der Rotorstellungswert HALLx_input. Bei jeder Änderung von HALLx_input werden der Registerwert AAD_STEP_COUNTER und dementsprechend der Speicherinhalt des Zählregisters um Eins dekrementiert und der Schaltzustand der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 für den nächsten Kommutierungsschritt geändert, wie in 2 für eine solche Änderung durch geschwungene nach unten gerichtete Pfeile angedeutet ist. Wenn AAD_STEP_COUNTER den Wert Null erreicht, wird von der Steuereinheit 4 derjenige Schaltzustand der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 eingestellt, der dem ersten Betriebsendzustand zugeordnet ist, d.h. alle elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 werden abgeschaltet, wie in 2 durch geschwungene nach oben gerichtete Pfeile angedeutet ist.
3 zeigt schematisch analog zu 2 die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion im Fall, dass der zweite Betriebsendzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausgewählt ist. Der einzige Unterschied zur in 2 dargestellten Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 besteht darin, dass in diesem Fall AAD_BRAKE = '1' vorgegeben ist und dementsprechend derjenige Schaltzustand der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 eingestellt wird, der dem zweiten Betriebsendzustand zugeordnet ist, wenn AAD_STEP_COUNTER = '0' erreicht ist.
4 zeigt schematisch analog zu den 2 und 3 die Funktionsweise der Motorsteuerungsvorrichtung 1 nach einer Signalisierung einer Fehlfunktion im Fall, dass der bürstenlose Gleichstrommotor 2 blockiert, bevor die vorgegebene Höchstanzahl n von Kommutierungsschritten erreicht ist. Für einen solchen Fall wird eine Abschaltzeitdauer t_{AAD_TO} vorgegeben. Von der Steuereinheit 4 wird nach der Signalisierung einer Fehlfunktion nach jedem Kommutierungsschritt die Zeitdauer erfasst, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal 6 nicht ändert. Wenn eine solche von der Steuereinheit 4 erfasste Zeitdauer die Abschaltzeitdauer t_{AAD_TO} überschreitet, wird der bürstenlose Gleichstrommotor 2 in den ausgewählten Betriebszustand versetzt.
In dem in 4 dargestellten Fall stoppt die Rotation des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors 2, nachdem AAD_STEP_COUNTER = 'n-k' erreicht ist, d.h. nachdem k Kommutierungsschritte nach einer Signalisierung der Fehlfunktion durchgeführt sind. Der Zeitpunkt Rotationsstopps B ist in 4 durch einen vertikalen Pfeil angedeutet. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 kann nach dem k.ten Kommutierungsschritt nicht weitergedreht werden.
Die Steuereinheit 4 erkennt, dass sich das wenigstens eine Sensorsignal 6 nach dem k.ten Kommutierungsschritt während der Abschaltzeitdauer t_{AAD_TO} nicht ändert und stellt daraufhin denjenigen Schaltzustand der elektronischen Schalter H1, H2, H3, L1, L2, L3 ein, der dem zweiten Betriebsendzustand zugeordnet ist, da dieser im dargestellten Fall durch AAD_BRAKE = '1' ausgewählt ist. Der Ablauf der Abschaltzeitdauer t_{AAD_TO} nach dem k.ten Kommutierungsschritt wird durch einen Zeitablauffehler AAD_TOE signalisiert.
5 zeigt eine Weitergestaltung der Erfindung hinsichtlich einer Begrenzung eines Motorstroms I des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 nach einer Signalisierung der Fehlfunktion. Bei dieser Weitergestaltung werden ein Stromschwellenwert AAD_ILIM für den Motorstrom I und eine Unterbrechungszeitdauer t_{AAD_OFF} vorgegeben. Nach einer Signalisierung der Fehlfunktion wird der Motorstrom I fortlaufend gemessen. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 wird wie oben beschrieben zunächst mit dem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht, solange der Motorstrom I den Stromschwellenwert AAD_ILIM nicht überschreitet. Nach dem Überschreiten des Stromschwellenwerts AAD_ILIM wird der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals PWM jedoch für die Unterbrechungszeitdauer t_{AAD_OFF} geändert, um den Motorstrom I zu begrenzen. Nach Ablauf der Unterbrechungszeitdauer t_{AAD_OFF} wird der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals PWM wieder geändert und konstant gehalten bis der Motorstrom I den Stromschwellenwert AAD_ILIM abermals überschreitet. Zwischen einem Überschreiten des Stromschwellenwerts AAD_ILIM und der darauf folgenden Änderung des Pulsweitenmodulationssignals PWM vergeht jeweils eine systemabhängige Reaktionszeit t_SCD.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in verschiedener Weise abgewandelt und ergänzt werden. Insbesondere kann es in für den Fachmann offensichtlicher Weise auf die Steuerung von bürstenlosen Gleichstrommotoren 2 mit einer anderen Anzahl von Phasen abgewandelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Motorsteuerungsvorrichtung
2: bürstenloser Gleichstrommotor
3: Umrichter
3.1, 3.2, 3.3: Halbbrücke
4: Steuereinheit
5: Notsignal
6: Sensorsignal
7: Schnittstelle
8: Motorsteuersignal
AAD, HALLx: Schnittstelle
AAD_BRAKE: Endzustandswert
AAD_DIR: Drehrichtungswert
AADILIM: Stromschwellenwert
AAD_STEP_COUNTER: Registerwert
AAD_TOE: Zeitablauffehler
Active, Inactive: Schnittstellenzustand
B: Rotationsstopp
GHx, GLx: Steuerwert
H1, H2, H3: erster elektronischer Schalter
HALLx_input: Rotorstellungswert
I: Motorstrom
L1, L2, L3: zweiter elektronischer Schalter
n: Höchstanzahl
PWM: Pulsweitenmodulationssignal
t: Zeit
t_{AAD_OFF}: Unterbrechungszeitdauer
t_{AAD_TO}: Abschaltzeitdauer
t_SCD: Reaktionszeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO 26262 [0002]
Norm ISO 26262 [0008]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einer durch Pulsweitenmodulation gesteuerten elektronischen Kommutierung im Fall einer Fehlfunktion, – wobei eine Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten, eine Motordrehrichtung und wenigstens zwei mögliche Betriebsendzustände vorgegeben werden, – einer der Betriebsendzustände ausgewählt wird, – und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten in der vorgegebenen Motordrehrichtung gedreht wird und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) danach in den ausgewählten Betriebsendzustand versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromschwellenwert (AAD_ILIM) für einen Motorstrom (I) des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) und eine Unterbrechungszeitdauer (t_{AAD_OFF}) vorgegeben werden, und dass nach einer Signalisierung der Fehlfunktion der Motorstrom (I) fortlaufend gemessen wird und der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) mit einem maximalen Aussteuerungsgrad der kommutierten Pulsweitenmodulation gedreht wird, solange der Motorstrom (I) den Stromschwellenwert (AAD_ILIM) nicht überschreitet, und der Pegel des Pulsweitenmodulationssignals (PWM) für die Unterbrechungszeitdauer (t_{AAD_OFF}) geändert wird, wenn der Motorstrom (I) den Stromschwellenwert (AAD_ILIM) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der nach einer Signalisierung der Fehlfunktion ausgeführten Kommutierungsschritte mittels wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors anzeigenden Sensorsignals (6) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltzeitdauer (t_{AAD_TO}) vorgegeben wird und der bürstenlose Gleichstrommotor (2) nach einer Signalisierung der Fehlfunktion in den ausgewählten Betriebszustand versetzt wird, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) während eines die Abschaltzeitdauer (t_{AAD_TO}) überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein erster möglicher Betriebsendzustand ein hochohmiger Zustand zwischen den Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) vorgegeben wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein zweiter möglicher Betriebsendzustand ein niederohmiger Zustand zwischen den Ausgängen einer Ansteuerelektronik des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) vorgegeben wird
Motorsteuerungsvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – einen Umrichter (3), der für jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) eine elektrische Halbbrücke (3.1, 3.2, 3.3) mit zwei elektronischen Schaltern (H1, H2, H3, L1, L2, L3) aufweist, – und eine Steuereinheit (4) zur Steuerung der elektronischen Schalter (H1, H2, H3, L1, L2, L3), wobei – die Steuereinheit (4) Schnittstellen (AAD, HALLx, 7) zum Empfang der Signalisierung der Fehlfunktion, des kommutierten Pulsweitenmodulationssignals (PWM), der Auswahl eines Betriebsendzustandes und wenigstens eines eine Rotorstellung des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors (2) anzeigenden Sensorsignals (6) aufweist, – und die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Sensorsignal (6) zur Erkennung erfolgter Kommutierungsschritte auszuwerten sowie die vorgegebene Höchstanzahl (n) der Kommutierungsschritte, die vorgegebene Motordrehrichtung und für jeden der möglichen Betriebsendzustände einen dem Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (H1, H2, H3, L1, L2, L3) zu speichern.
Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, nach der Signalisierung der Fehlfunktion die erkannten Kommutierungsschritte zu zählen und den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (H1, H2, H3, L1, L2, L3) einzustellen, wenn die Anzahl der gezählten Kommutierungsschritte die vorgegebene Höchstanzahl (n) erreicht.
Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) ein Zählregister aufweist und dazu ausgebildet ist, den Speicherinhalt des Zählregisters mit der vorgegebenen Höchstanzahl (n) von Kommutierungsschritten zu initialisieren und nach der Signalisierung der Fehlfunktion bei jedem erkannten Kommutierungsschritt um Eins zu dekrementieren.
Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, nach der Signalisierung der Fehlfunktion nach jedem erkannten Kommutierungsschritt eine Zeitdauer zu erfassen, während derer sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) nicht ändert.
Motorsteuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (4) eine Abschaltzeitdauer (t_{AAD_TO}) gespeichert ist und die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, den dem ausgewählten Betriebsendzustand zugeordneten Schaltzustand der elektronischen Schalter (H1, H2, H3, L1, L2, L3) einzustellen, wenn sich das wenigstens eine Sensorsignal (6) während eines die Abschaltzeitdauer (t_{AAD_TO}) überschreitenden Zeitintervalls nicht ändert.