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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen redundanten Antrieb für ein Lenksystem eines Fahrzeugs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind redundante Antriebe für elektrische Lenksysteme (EPS) bekannt. Redundante Antriebe weisen mehrere einzelne Teilantriebe auf, die jeweils eine separate Ansteuerelektronik umfassen. Ein redundanter Antrieb mit seinen Teilantrieben weist beispielsweise nur einen gemeinsamen Servomotor auf. Die Leistungsendstufen sind ferner mehrfach ausgeführt, beispielsweise n·3-phasig, mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.. Jede dieser Leistungsendstufen steuert eine eigene Wicklungsgruppe des Servomotors an. Die Leistungsendstufen werden von einer gemeinsamen Stromversorgung versorgt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Weisen die Leistungsendstufen eine gemeinsame Stromversorgung auf, sind die Leistungsendstufen mit demselben Masseanschluss verbunden. Außerdem verwenden die Leistungsendstufen zumeist einen gemeinsamen Zwischenkreis mit entsprechenden Zwischenkreiskondensatoren. Die Leistungsendstufen werden außerdem durch einen oder mehrere Mikrocontroller angesteuert, wodurch sich durch den gemeinsamen Mikrocontroller eine galvanische Verbindung der redundanten Antriebe ergibt. Werden mehrere Mikrocontroller zur Ansteuerung der Leistungsendstufen genutzt, werden diese mit einem gemeinsamen Massepotenzial verbunden, um eine Kommunikation zwischen den Mikrocontrollern zu ermöglichen. Die einzelnen Teilantriebe eines redundanten Antriebs sind daher stets miteinander galvanisch verbunden und weisen einen gemeinsamen Masseanschluss auf.
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Insbesondere für das hochautomatisierte Fahren ist eine hohe Verfügbarkeit notwendig, wodurch es erforderlich sein kann, das betreffende Lenksystem durch zwei oder mehr Bordnetze des Fahrzeugs zu versorgen. Die jeweiligen Masseanschlüsse dieser Bordnetze sind über die Karosserie des Fahrzeugs miteinander verbunden. Werden die Bordnetze sehr unterschiedlich belastet, ergeben sich aufgrund der ohmschen Widerstände der Massezuleitungen von der Karosserie zum Steuergerät unterschiedliche Massepotentiale am Steuergerät. Es stellen sich Masseversätze zwischen den einzelnen Bordnetzen ein. Diese Masseversätze können zu unkontrollierten Strömen über die Masseanschlüsse der jeweiligen Ansteuerelektronik des Antriebs führen, was zu deren Schädigung bzw. der Schädigung von entsprechenden Steckern führen kann. Außerdem kann das Problem bestehen, dass ein Defekt eines Bordnetzmasseanschlusses vorliegt, der nur sehr schwer entdeckt werden kann, da ein paralleler Masseanschluss dessen Funktion übernimmt, wobei der erste als auch der zweite Massenanschluss im Steuergerät angeordnet und miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich ein „schlafender“ Fehler. Im Extremfall kann sich durch die oben genannten Probleme ein Ausfall des gesamten Antriebs ergeben. Durch eine galvanische Trennung kann ein erster Masseanschluss nicht mehr die Funktion eines zweiten Massenanschlusses übernehmen, wodurch die Gefahr des Vortäuschens eines einwandfreien Betriebs entfällt. Stattdessen stellt eine galvanische Trennung sicher, dass schlimmstenfalls der Ausfall eines Teilantriebs erfolgen kann ohne die Gefahr der Beschädigung eines weiteren Teilantriebs. Ein einwandfreier Betrieb des Lenksystems kann daher aufgrund der Redundanz des Antriebs und der erfindungsgemäßen Fehlertoleranz aufgrund der galvanischen Trennung aufrechterhalten werden.
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Eine Aufgabe ist daher, einen redundant ausgeführten Antrieb für ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, sodass ein Ausfall des Antriebs durch Masseversätze oder „schlafende“ Fehler ausgeschlossen werden kann.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein redundanter Antrieb für ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: einen ersten Teilantrieb mit einer ersten Ansteuerelektronik, einem ersten Zwischenkreis, einer ersten Leistungsendstufe und einer ersten Wicklungsgruppe eines Motors und einen zweiten Teilantrieb mit einer zweiten Ansteuerelektronik, einem zweiten Zwischenkreis, einer zweiten Leistungsendstufe und einer zweiten Wicklungsgruppe des Motors, wobei der erste Teilantrieb und der zweite Teilantrieb innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, wobei eine galvanische Trennung zwischen der ersten und zweiten Ansteuerelektronik, dem ersten und zweiten Zwischenkreis, der ersten und zweiten Leistungsendstufe und der ersten und zweiten Wicklungsgruppe vorliegt.
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Durch eine galvanische Trennung wird eine größtmögliche Unabhängigkeit der einzelnen Antriebe sichergestellt. Hierdurch wird erreicht, dass ein Defekt sich nicht in mehreren Teilantrieben eines redundanten Antriebs ausbreiten kann und somit trotz Redundanz zu einem Totalausfall der Funktionsfähigkeit des elektrischen Lenksystems führt. Insbesondere Defekte durch Masseversätze aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Bordnetze, die zur Versorgung des redundanten Antriebs vorgesehen sind, können vermieden werden. Defekte wegen „schlafender Fehler“, die zu einem Totalausfall führen, können ebenfalls ausgeschlossen werden. Insbesondere werden die 2, 3, 4, 5, 6 oder mehreren Teilantriebe innerhalb eines einzigen Gehäuses angeordnet.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei der erste Teilantrieb von einem ersten Bordnetz des Fahrzeugs und der zweite Teilantrieb von einem zweiten Bordnetz mit Spannung versorgt werden, wobei das erste und das zweite Bordnetz separat ausgebildet sind und/oder wobei die Masseanschlüsse des ersten und des zweiten Bordnetzes mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden sind.
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Durch die dezidierte 1:1-Zuordnung von Bordnetzen zu entsprechenden Antrieben können Ströme wegen Masseversätzen mehrerer Bordnetze, die die Funktionstüchtigkeit des Antriebs herabsetzen oder ausschalten können, vermieden werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei eine Kommunikation zwischen einem ersten Mikrocomputer oder ersten Mikrocontroller des ersten Teilantriebs und einem zweiten Mikrocomputer oder zweiten Mikrocontroller des zweiten Teilantriebs mittels eines Mittels erfolgt, das die galvanische Trennung zwischen dem ersten Teilantrieb und dem zweiten Teilantrieb sicherstellt, wobei das Mittel insbesondere als transformatorischer Koppler oder Optokoppler ausgebildet ist, und/oder wobei das Mittel eine Beschädigungsgefahr aufgrund eines Masseversatzes des ersten und/oder zweiten Teilantriebs ausschließt, wobei das Mittel beispielsweise als Transceiver eines CAN-Systems ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß findet zwischen sämtlichen Teilen der Teilantriebe eine galvanische Trennung statt, um eine höchstmögliche Unbeeinflussbarkeit der Teile zueinander zu erreichen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei der Antrieb zum automatisierten Fahren des Fahrzeugs vorgesehen ist.
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Ein Fahrzeug, das zum automatisierten Fahren vorgesehen ist, muss sich durch eine ausgeprägte Redundanz und Unbeeinflussbarkeit der redundanten Bauelemente auszeichnen, damit sich lokale Fehler nicht auf sämtliche redundanten Teile auswirken können und somit das Fahrzeug nicht mehr einwandfrei betriebsbereit ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei durch die erste und durch die zweite Wicklungsgruppe auf dieselbe Motorwelle ein Drehmoment ausübbar ist.
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Durch die Verwendung nur einer Motorwelle kann eine kostengünstige Version der Erfindung bereitgestellt werden. Ein Einfluss von Masseversätzen oder „schlafenden“ Fehlern mit den dazugehörigen elektrischen Störströmen ist bei dem mechanischen Element „Motorwelle“ nicht zu befürchten.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei der Antrieb 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Teilantriebe umfasst.
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Weist der redundante Antrieb 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr Teilantriebe auf, kann durch die hohe Redundanz ein einwandfreier Betrieb des elektrischen Lenksystems des Fahrzeugs gewährleistet werden.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, einen redundanten Antrieb zur Verfügung zu stellen, dessen einzelne Teilantriebe galvanisch getrennt innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Die einzelnen Teilantriebe besitzen einen eigenen Zwischenkreis und sind jeweils mit einem separaten Bordnetz des betreffenden Fahrzeugs verbunden. Erfindungsgemäß ist die galvanische Trennung konsequent ausgeführt, d.h. das gesamte System des Antriebs mit Ansteuerelektronik, Leistungsendstufe und Motorwicklungen und Drehmomentsensorik, ist entsprechend galvanisch zu trennen.
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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 ein Gehäuse, in dem mehrere Teilantriebe eines redundanten Antriebs angeordnet sind,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung mit konsequenter galvanischer Trennung der Teilantriebe und
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3 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung mit konsequenter galvanischer Trennung der Teilantriebe.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Gehäuse, in dem mehrere Teilantriebe eines redundanten Antriebs eines Lenksystems angeordnet sind. Problematisch hierbei ist insbesondere die Kommunikation zwischen den verschiedenen Mikrocomputern bzw. Mikrocontrollern der Teilantriebe. Eine direkte Verbindung mit einer Litze/Draht kann nicht erfolgen, da ansonsten die galvanische Trennung aufgehoben wäre und Beschädigungsgefahr für die Ansteuerungen der Servomotoren bestehen würde. Auch für die Kommunikation zwischen den Mikrocontrollern bzw. Mikrocomputern muss daher eine galvanische Trennung erfolgen, beispielsweise durch transformatorische Koppler oder Optokoppler. Eine Alternative wäre, bei einer Kommunikation der Mikrocontroller mittels CAN (Controller Area Network), die Verwendung eines Transceivers, der für Masseversätze zwischen den Eingängen und den Ausgängen ausgelegt ist, sodass durch einen Masseversatz für die an dem Transceiver angeschlossenen Teilantriebe keine Beschädigungsgefahr besteht. In einer alternativen Ausführungsform können sowohl transformatorische Koppler und/oder Optokoppler als auch Transceiver eingesetzt werden.
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Durch die Redundanz der Teilantriebe kann bei Ausfall eines einzelnen Teilantriebs des redundanten Antriebs ein uneingeschränkter Betrieb fortgesetzt werden. Außerdem können sich durch die galvanische Trennung zwischen den einzelnen Teilantrieben keine Beschädigungen der intakten Antriebe durch Masseversatz oder sonstige Probleme aufgrund des ohmschen Widerstands der Massezuleitungen zum Steuergerät der Teilantriebe des Lenksystems ergeben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung des redundanten Antriebs, wobei zwischen den einzelnen Teilantrieben eine konsequente galvanische Trennung 7 vorgenommen wird. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die einzelnen Teilantriebe durch separate Versorgungsspannungen U1, U2 mit Spannung versorgt werden. Insbesondere sind die beiden Ansteuerelektroniken 10, 11, die beiden Zwischenkreise 14, 15, die beiden Leistungsendstufen 4, 5 und die Wicklungsgruppen 12, 13 galvanisch voneinander getrennt ausgeführt. Die Kommunikation zwischen den Ansteuerelektroniken 10, 11 erfolgt ebenfalls über Bauteile mit galvanischer Trennung, beispielsweise transformatorische Koppler oder Optokoppler 16, bzw. über Transceiver 17 eines CAN-Systems. Die Schaltung weist außerdem eine Phasenfreischaltung 8, 9 zur Trennung der Wicklungsgruppen 12, 13 von den Leistungsendstufen 4, 5 auf.
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3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltung in schematischer Darstellung, wobei zwischen den Leistungsendstufen 4, 5 und den Wicklungsgruppen 12, 13 des Motors 6 keine Phasenfreischaltung angeordnet ist.
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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
- Motorwelle
- 2
- Ansteuerelektronik, Zwischenkreise, Leistungsendstufen
- 3
- Stecker für Bordnetze, externe Kommunikation und Drehmomentsensorik
- 4
- Leistungsendstufe
- 5
- Leistungsendstufe
- 6
- Motor
- 7
- galvanische Trennung
- 8
- Phasenfreischaltungsvorrichtung
- 9
- Phasenfreischaltungsvorrichtung
- 10
- Ansteuerelektronik
- 11
- Ansteuerelektronik
- 12
- Wicklungsgruppe
- 13
- Wicklungsgruppe
- 14
- Zwischenkreis
- 15
- Zwischenkreis
- 16
- Bauteil mit galvanischer Trennung
- 17
- Transceiver
- CZK
- Zwischenkreiskondensator
- U1
- Spannungsversorgung durch erstes Bordnetz
- U2
- Spannungsversorgung durch zweites Bordnetz
