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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors einer Lenkunterstützung eines Fahrzeugs und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt, die eine Lenkunterstützung zur Verfügung stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Für Lenksysteme mit Servolenkung wird ein Erfüllen eines „Fail safe“-Konzeptes gefordert. Hierzu ist sicherzustellen, dass bei Ausfall der elektrischen Servolenkung eine rein mechanische Lenkmöglichkeit erhalten bleibt. Voraussetzung hierzu ist, dass das Lenksystem selbsttätig eine Fehlerdiagnose durchführt und bei Erkennen eines Defekts eine entsprechende Fehlerprozedur angestoßen wird. Hierdurch kann zu jedem Zeitpunkt, auch bei Auftreten eines Defekts, ein beherrschbarer und sicherer Betrieb gewährleistet werden.
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Ein typischer Defekt einer Endstufe, die Feldeffekttransistoren aufweist, ist das sogenannte „Durchlegieren“. Hierbei ergibt sich ein dauerhafter Kurzschluss des betroffenen Feldeffekttransistors. Ein Takten, etwa eine pulsweitenmodulierte Taktung (PWM), ist nicht mehr möglich. Die Lenkunterstützung fällt sofort aus, wodurch sich ein unangenehmes Empfinden eines „Schlags“ auf das Lenkrad ergeben kann. Der sich hierbei ergebende Überraschungseffekt für den Fahrer kann zu gefährlichen Situationen führen.
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Ein weiteres Erfordernis an ein Lenksystem mit Lenkunterstützung kann das Realisieren eines Limp Home-Effekts sein. Hierbei wird auch im Fehlerfall eine eingeschränkte Leistung und entsprechendes angenehmes haptisches Empfinden des Fahrers am Lenkrad gefordert.
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Eine Aufgabe ist daher, ein Lenksystem mit Lenkunterstützung zur Verfügung zu stellen, das ein schlagartiges Abreißen einer Lenkunterstützung vermeidet und eine beschränkte Lenkunterstützung in einem Fehlerfall ermöglicht.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Antriebsmotors einer Lenkunterstützung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend eine erste Halbbrücke mit: einem ersten Schalter als Highside-Schalter und einem zweiten Schalter als Lowside-Schalter, wobei ein dritter Schalter in Serie zum ersten Schalter und/oder ein vierter Schalter in Serie zum zweiten Schalter angeordnet ist, um einen Notbetrieb bei einem dauerhaften Kurzschluss des ersten und/oder zweiten Schalters zu ermöglichen.
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Durch die Anordnung eines zweiten, redundanten Schalters innerhalb eines Pfads einer Halbbrücke, kann der Pfad auch bei Kurzschluss eines ersten Schalters durch den redundanten Schalter schaltbar erhalten werden.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei der erste Schalter und/oder der zweite Schalter und/oder der dritte Schalter und/oder der vierte Schalter als Feldeffekttransistoren, insbesondere Mosfets, ausgebildet sind.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung 3 Halbbrücken aufweist und der Antriebsmotor 3-phasig ist oder wobei die Vorrichtung 4 Halbbrücken aufweist und der Antriebsmotor 4-phasig ausgebildet ist.
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Bei einem Phasenabriss einer Phase eines 4-phasigen Antriebsmotors kann eine beschränkte Lenkunterstützung erhalten werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei zur Vorrichtung alternativ verschiedene Versorgungsspannungen, insbesondere 12 Volt und 24 Volt, zugeschaltet werden können.
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Liegt ein Kurzschluss in einem Versorgungsnetz vor, kann durch Umschalten auf ein alternatives Versorgungsnetz eine Lenkunterstützung aufrechterhalten werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei zwei oder mehrere Highside-Schalter und/oder zwei oder mehrere Lowside-Schalter auf einem Silizium angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Schaltern eine Passivierungsschicht angeordnet ist.
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Durch eine Halbierung eines Feldeffekttransistors können zwei Feldeffekttransistoren auf einem Silizium angeordnet werden, wodurch es möglich ist, auch bei einem offenen Feldeffekttransistor zu schalten. Es stellt sich eine Redundanz bei einem offenen Feldeffekttransistor ein.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Endstufe zur Verfügung zu stellen, die zu den Schaltern jeweils in Serie geschaltete, redundante Schalter aufweist. Die zusätzlichen Schalter sind im Normalbetrieb konstant durchgeschaltet und damit leitend. Bei einem Kurzschluss eines Schalters können die zusätzlichen Schalter getaktet werden und es ergibt sich ein Notbetrieb mit zumindest beschränkter Lenkunterstützung.
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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 Halbbrücke mit zwei Feldeffekttransistoren, die als Mosfets ausgebildet sind,
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2 zwei Halbbrücken, die zusätzliche Feldeffekttransistoren aufweisen, um einen Notbetrieb zu ermöglichen und
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3 ein Silizium mit zwei Feldeffekttransistoren.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Halbbrücke mit zwei Mosfets 1, 2, die eine Phase U, V, W eines Antriebsmotors schalten. Die Mosfets 1, 2 werden durch Gates 3, 4 angesteuert.
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2 zeigt zwei Halbbrücken zur Ansteuerung von Phasen U, V, W eines dreiphasigen Antriebsmotors oder von Phasen 1, 2, 3, 4 eines vierphasigen Antriebsmotors. Mit den Feldeffekttransistoren 7, 8 kann wahlweise eine 12 Volt oder eine 24 Volt Versorgungsspannung zugeschaltet werden. Hierdurch kann die Versorgungsspannung gewählt werden, die für einen Notbetrieb zur Verfügung steht. Liegt bei der einen Versorgungsspannung beispielsweise ein Kurzschluss vor, so kann die andere Versorgungsspannung zugeschaltet werden. Auch der Ausfall einer Versorgungsspannung kann somit ein Notbetrieb ermöglicht werden. Die Schaltung weist zwei in Serie geschaltete Kondensatoren 5, 6 auf, wodurch eine kurzschlussfeste Anordnung realisiert wird. Außerdem reduziert sich hierdurch die Spannung an einem einzelnen Kondensator 5, 6, wodurch kleiner dimensionierte Kondensatoren 5, 6 verwendet werden können. Die Kondensatoren 5, 6 können als Elektrolytkondensatoren ausgebildet sein. Erfindungsgemäß weist die Schaltung neben den üblichen zwei Feldeffekttransistoren 9, 11 bzw. 10, 12 pro Halbbrücke weitere Feldeffekttransistoren 13, 15 bzw. 14, 16 auf, die zu den üblichen Feldeffekttransistoren 9, 11 bzw. 10, 12 jeweils in Reihe geschaltet sind. Ergibt sich ein „Durchlegieren“, also ein dauerhafter Kurzschluss, des Feldeffekttransistors 9, so kann dennoch ein Takten durch den zusätzlichen Feldeffekttransistor 13 ermöglicht werden. Ein Notbetrieb mit einer zumindest beschränkten Lenkunterstützung wird sichergestellt. Analoges gilt für die Paare 10, 14 und 15, 11 und 16, 12. Im Normalbetrieb fallen an den Feldeffekttransistoren 13, 14, 15, 16 keine Schaltverluste an und im Notbetrieb ist ein geringes Unterstützungsmoment ausreichend. Die Feldeffekttransistoren 13, 14, 15, 16 können daher klein dimensioniert sein, da außerdem nur für eine begrenzte Zeit ein Notbetrieb ermöglicht werden soll. Alternativ kann der Antriebsmotor 3-phasig oder 4-phasig ausgebildet sein. Bei einem 4-phasigen Antriebsmotor kann trotz eines Phasenabrisses eine Lenkunterstützung zur Verfügung gestellt werden. Der Schalter 13 ist im Normalbetrieb konstant leitend. Liegt am Schalter 9 ein konstanter Kurzschluss vor, z.B. ein „Durchlegieren“, kann der Schalter 13 getaktet werden, wodurch der entsprechende Pfad schaltbar bleibt. Ein Notbetrieb mit zumindest beschränkter Lenkunterstützung wird ermöglicht. Analoges gilt für die Schalter 10 und 14 bzw. 11 und 15 bzw. 12 und 16.
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3 zeigt ein Silizium mit zwei Feldeffekttransistoren mit Gates G1, G2 und Sources S1, S2, wobei zwischen den Feldeffekttransistoren eine Passivierungsschicht 17 angeordnet ist. Die Passivierungsschicht dient der Halbierung der Feldeffekttransistoren, wodurch auf einem Silizium zwei getrennte Schalter angeordnet werden können. Hierdurch ist ein Ansteuern des Antriebsmotors auch bei einem offenen Feldeffekttransistor möglich. Es ergibt sich eine Redundanz bei offenem Feldeffekttransistor.
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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
- Highside Mosfet
- 2
- Lowside Mosfet
- 3
- Gate des Highside Mosfet
- 4
- Gate des Lowside Mosfet
- 5
- Kondensator
- 6
- Kondensator
- 7
- Feldeffekttransistor zum Zuschalten einer Versorgungsspannung mit 24 Volt
- 8
- Feldeffekttransistor zum Zuschalten einer Versorgungsspannung mit 12 Volt
- 9
- Highside Mosfet für den regulären Betrieb für die erste Phase eines Antriebsmotors
- 10
- Highside Mosfet für den regulären Betrieb für die zweite Phase des Antriebsmotors
- 11
- Lowside Mosfet für den regulären Betrieb für die erste Phase des Antriebsmotors
- 12
- Lowside Mosfet für den regulären Betrieb für die zweite Phase des Antriebsmotors
- 13
- Highside Mosfet für den Notbetrieb für die erste Phase des Antriebsmotors
- 14
- Highside Mosfet für den Notbetrieb für die zweite Phase des Antriebsmotors
- 15
- Lowside Mosfet für den Notbetrieb für die erste Phase des Antriebsmotors
- 16
- Lowside Mosfet für den Notbetrieb für die zweite Phase des Antriebsmotors
- 17
- Passivierung
- G1
- Gate eines Feldeffekttransistors
- G2
- Gate eines weiteren Feldeffekttransistors
- S1
- Source des Feldeffekttransistors
- S2
- Source des weiteren Feldeffekttransistors
