EP3443658A1 - Schaltereinrichtung für einen elektromotor, steuereinrichtung, lenksystem - Google Patents

Schaltereinrichtung für einen elektromotor, steuereinrichtung, lenksystem

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EP3443658A1
EP3443658A1 EP17705134.9A EP17705134A EP3443658A1 EP 3443658 A1 EP3443658 A1 EP 3443658A1 EP 17705134 A EP17705134 A EP 17705134A EP 3443658 A1 EP3443658 A1 EP 3443658A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
electric motor
control device
phases
synchronization signal
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17705134.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Walz
Andreas Speinle
Markus Weber
Sylvia Wiedemann
Panagiotis Kosioris
Dirk Lamprecht
Alexander Krautstrunk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3443658A1 publication Critical patent/EP3443658A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/53803—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop

Definitions

  • the invention relates to a switch device for an electric motor, control device, steering system.
  • the semiconductor switches is associated with a driver device which actuates the semiconductor switches in response to a Anêtsignais.
  • the invention relates to a control device for a multi-electric phase having electric motor, in particular a steering system of a motor vehicle, for each of the phases of the electric motor a
  • a switch device as described above and a control unit configured to generate a drive signal to operate the switch means.
  • the invention relates to a steering system for a motor vehicle, with a steering handle, with at least one steerable wheel whose steering angle is adjustable in particular depending on an actuation of the steering handle or an automated steering angle specification, wherein the steering system comprises at least one multi-phase electric motor
  • Control device for driving the phases of the electric motor.
  • the invention relates to a method for operating a
  • Control device for a multiple electrical phases having Electric motor in particular as described above, wherein a switch device is provided for each of the phases of the electric motor.
  • Switching devices, control devices and steering systems of the type mentioned are known from the prior art.
  • For operating an electric motor it is customary to control the individual phases of the electric motor by means of semiconductor half-bridges. These half bridges each have two semiconductor switches, a high-side switch and a low-side switch, which are driven by a pulse width modulation in order to energize the phase according to the predetermined pulse width modulation.
  • Semiconductor switch actuated to conduct power or to interrupt a power line.
  • the switch device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a costly cabling effort for
  • the individual switching device is designed in such a way that it ensures even that it operates in a desired power stroke or with a desired working clock frequency, so that a less expensive wiring is necessary. According to the invention, it is provided that the
  • Driver means comprises an oscillator for generating a working clock frequency, means for receiving a synchronization signal and means for adjusting the working clock frequency in response to the synchronization signal.
  • the switching device is thus adapted to adjust its working clock frequency in response to an externally supplied synchronization signal, so that when a control device is provided with a plurality of such switch devices, it is ensured that the
  • Switch devices actually switch at desired times, so that the redundant phases of the electric motor, for example, be switched simultaneously and thus error-free operation of the electric motor is possible.
  • Switching devices are clocked in parallel to each other and thus switch simultaneously in response to the drive signal.
  • the device has a counter for detecting an actual operating clock frequency of the oscillator as a function of the synchronization signal.
  • the counter upon receiving the synchronization signal for the duration of a predetermined time or for the duration of the synchronization signal
  • Vibration of the oscillator counts and thereby determines the actual operating clock frequency of the oscillator and in particular compares with a predetermined desired operating clock frequency. Conveniently, has the
  • Switch means a non-volatile memory in which the desired operating clock frequency is stored or storable. Depending on the Comparing the actual operating clock frequency with the desired operating clock frequency, the operating clock frequency of the oscillator is changed until the actual operating clock frequency corresponds to the desired operating clock frequency. This ensures that the switch device operates in the desired operating clock frequency and thus can be connected in parallel with other switch devices, as described above.
  • the counter is preferably used not only for synchronization but also for the normal operation of the electric motor. By counting the synchronization pulses in particular an orientation of the
  • Control device which determines the state of the system as a function of the counted synchronization pulses. Accordingly, you can
  • Commands or additional commands are performed depending on the orientation, so that, for example, every x-th synchronization pulse or microtick a specific command is executed. As a result, for example, a delay to the synchronization signal control of the semiconductor switch is possible.
  • the oscillator as a controlled, in particular voltage-controlled or
  • the means is adapted to change an input signal, in particular input voltage or input current, of the oscillator for adjusting its operating clock frequency.
  • the actual operating clock frequency of the oscillator is thus adjusted by varying the input signal of the controlled oscillator as described above to achieve the desired operating clock frequency.
  • the driver device a
  • This data bus connection receives the
  • Driver device in particular the drive signal for switching the
  • the switch device is ensured, after which the switch devices operate at the same operating clock frequency, thereby ensuring the in-series switching or safe parallel operation of the switch devices.
  • the driver device is designed to receive and forward the drive signal in a daisy-chain series connection. It is thus provided that the switch device receives the drive signal and then forwards or forwarding to a further switch device, so that a daisy-chain or series connection of several such switch devices is provided which allows simultaneous switching of the semiconductor switches in particular redundant phases of an electric motor ,
  • control device with the features of claim 6 is characterized by a respective switch device according to the invention for each of the phases of the electric motor, and by a control unit, wherein the control unit is adapted to generate on the one hand the drive signal and at least one of the switch means to supply, and on the other hand to generate at least one synchronization signal and each of the
  • control unit which in particular has a microprocessor
  • the control unit thus carries each of the
  • the synchronization signal in particular
  • Synchronization pulse, and one or more of the switch means to the drive signal to achieve an equal clocked driving of the semiconductor bridges. Due to the inventive design of
  • Switching means these are adapted to each other in their working clock frequency, so that an advantageous energization or wiring of the phases of the electric motor takes place.
  • the switch devices in a group are connected in series as a daisy chain in series in order to pass the drive signal from one switch device to another switch device.
  • the switch devices are preferably connected in series in at least two groups in each case as a daisy chain, wherein one of the switch devices in each case the drive signal is supplied, or they are all Switch devices are connected in series as a daisy chain, and only one of the switch devices, the drive signal is supplied, which forwards it to the following switch means.
  • the training as a daisy chain results in a particularly low cabling for the
  • Switching devices must be supplied. As a result, space advantages are achieved and reduced manufacturing costs, as previously discussed.
  • switch means for driving twelve phases of the electric motor which is designed as a 3-phase electric motor with a 4-fold redundancy. For example, if one of the switching devices fails, the remaining phases can continue to be operated with the remaining eleven switching devices.
  • the electric motor As an alternative to the design of the electric motor with 12 phases, it is also conceivable to form the electric motor by a plurality of sub-motors, for example, each have three phases, so that the electric motor has a total of four sub-motors, which would also be operated independently, unless they are mechanically coupled together ,
  • the electric motor can also have more than 3 phases and / or more or less than four redundancies.
  • control unit which is designed to control all switch devices, in particular to act on the synchronization signal and to supply at least one of the switch devices, as described above, the drive signal.
  • control device preferably has at least two control units, which are each designed to form a group of
  • the respective control unit generates at least one synchronization signal for at least two groups of switch devices, which effects temporally mutually offset working clock frequencies or actuations of the semiconductor switches. This is a staggered clocking of the electric motor or the
  • Synchronization pulses generated generated.
  • the temporal offset is already achieved by the synchronization pulses of the synchronization signals in a simple manner.
  • the temporally offset output of the pulse patterns in the half bridges of the at least two groups of switch devices is started.
  • the temporal offset of the synchronization pulses leads to the desired temporal offset of the pulse patterns between the groups of
  • the switch means in dependence on the data word perform the actuation of the semiconductor switches.
  • the switch devices of the respective groups are designed to detect and evaluate the data word in order to perform the actuation of the semiconductor switches synchronized or delayed to the synchronization pulse as a function of the data word.
  • the data word contains information about which of the
  • Switching devices delayed to actuate the semiconductor switches can Specifically, for example, a first group of
  • Switching devices is clocked or the phases drives delayed.
  • the steering system according to the invention with the features of claim 13 is characterized by the control device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.
  • the inventive method with the features of claim 14 is characterized in that on the one hand generates a drive signal and at least one of the switch means is supplied, and on the other hand generates at least one synchronization signal and each of the
  • control device is designed to carry out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an advantageous switch device in a simplified representation
  • FIG. 2 shows an operation of the switch device in a simplified representation
  • FIG. 3 shows a control device for an electric motor of a steering system
  • Figure 4 shows another embodiment of the control device.
  • FIG. 1 shows in a simplified representation a switch device 1 which is designed to control a phase X of an electric motor
  • the switch device 1 is designed to energize the phase X. Perform pulse width modulation method. To this end, the switching device 1 has a driver device 2 which, as a function of a drive signal S, actuates two semiconductor switches 3, 4, which are connected together to form a half-bridge 5, that is to switch current-conducting or interrupting.
  • the semiconductor switch 3 is designed as a high-side switch and connected to a supply voltage (+), and the semiconductor switch 4 as a low-side switch, which is connected to ground (-).
  • the switch device 1 For receiving the drive signal S, the switch device 1 has a bus interface 6, by means of which the switch device 1 to a
  • Data bus in particular of the motor vehicle, can be connected.
  • the interface 6 is designed to receive the drive signal S and to forward it, as indicated by arrows.
  • the driver device 2 to an oscillator 7, which is controlled, in particular voltage-controlled or current-controlled and a working clock frequency of
  • Switch device 1 pretends. As a function of its input signal, in particular input voltage or input current, the oscillator 7 thus changes the operating clock frequency. Furthermore, the switch device 1 has means for receiving a synchronization signal SS, wherein the
  • Synchronization signal SS from an external device which generates, for example, the drive signal AS, is supplied.
  • the means have, in particular, a further BUS interface or are formed by the BUS interface 6.
  • the switch device 1 has a device 8 which serves to determine the actual operating clock frequency of the oscillator 7 as a function of the received synchronization signal SS and to change the input voltage of the oscillator 7 in the event of a deviation from a desired operating clock frequency in such a way that the actual Working clock frequency of the desired operating clock frequency corresponds.
  • the switching device 1 can be synchronized to a working cycle, which offers an advantage, in particular, if a plurality of such switching devices 1 are used for driving a plurality of phases of an electric motor, as discussed in more detail later.
  • the Number of terminals of the switch device 1 in particular
  • Microcontroller connections limited to four. Thus, simply designed switch devices 1, which in this respect form intelligent half-bridges 2, are made available.
  • a first connection for receiving the synchronization signal SS is provided, a second connection for receiving the activation signal AS, a third connection for forwarding the
  • the driver device 2 in this case has a microcontroller which receives the signals, evaluates and the
  • Semiconductor switch 3, 4 controls or actuated.
  • FIG. 2 shows in a simplified representation the synchronization of the
  • the device 8 receives the synchronization signal SS us by means of a counter Z with receipt of the synchronization signal SS, the oscillations of the oscillator 7. For example, by means of a subtractor 9, the detected number of oscillations with a desired number is compared or subtracted from, where the device 8 changes the input signal of the oscillator 7 as a function of the determined difference in order to adapt the oscillator frequency OS to the desired operating clock frequency.
  • the counter Z is also an orientation by the number of synchronization pulses of the synchronization signal are counted and monitored. In this way, desired control commands can be carried out at predetermined synchronization pulses. In particular, in this case, for example, a delayed actuation of the semiconductor switches 3, 4 are performed.
  • FIG 3 shows a control device 10, in which the advantageous
  • the control device 10 is designed to control an electric motor 11 or three phases U, V, W of the electric motor 11.
  • the electric motor 11 has the phases U, V,
  • phase system of the phases U, V, W is thus several times redundant in the electric motor 11 realized, whereby the control by the control device 10 is designed to be redundant.
  • the switch devices 1 are also grouped, the
  • Switching device 1 which are associated with the phases Ul, VI, Wl, U2, V2 and W2, a first group 12, and the switch means 1, which are assigned to the remaining phases, form a group 13.
  • the switch devices of the respective group 12 and 13 are connected in series with each other as a daisy chain, wherein the bus interfaces are adapted to pass the received drive signal AS to a subsequent switch means 1 of the group.
  • the switch devices 1 can with each other and with the
  • Control device 10 may be connected by SPI or SWR interfaces.
  • the control signal AS is generated by a control unit 14 for both groups as control AS_1 or AS_2. Present are the
  • Control device 10 and the electric motor 11 part of a steering system, not shown here of a motor vehicle, so that the control unit 14 generates the drive signal AS in particular in response to the actuation of a steering handle, in particular steering wheel of the motor vehicle, by the electric motor 11 a supporting steering torque or the manual
  • control unit 14 is connected to a rotor angle sensor 15 which monitors the rotor angle of the electric motor 11 to ensure correct control of the electric motor 11.
  • the control unit 14 generates both the drive signal AS and the synchronization signal SS. While the drive signal AS_1 / AS_2 is only supplied to a switch device 1 of the respective group 12, 13, which then forwards the drive signal AS_1 / AS_2 to the following switch device 1 in the respective group , the synchronization signal SS becomes each Switch device 1 fed directly to a synchronization of
  • each group 12, 13 is supplied with its own synchronization signal SS.
  • Switch devices 1 are also connected to a voltage source 16, such as a motor vehicle battery, from which the energy for energizing the phases U1 to W4 is obtained.
  • a voltage source 16 such as a motor vehicle battery
  • control device 10 Due to the advantageous embodiment of the control device 10 is achieved that a cabling effort for driving and synchronizing the
  • Actuator signal AS in one of the groups of further operation of the other group possible and thus reduces the probability of failure of the entire system.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the steering system
  • the daisy chains or series circuits of the switching devices 1 are subdivided further, so that four groups 12_1, 12_2, 13_1 and 13_2 are formed by switch devices 1.
  • two of the groups 12_1, 12_2 and 13_1, 13_2 are each connected to a respective control unit 14 'or 14 "The two control units 14' and 14" are likewise connected to one another by a connection interface.
  • the control units 14 ', 14 are designed in accordance with the control unit 14 and each control two of the groups 12_1, 12_2 and 13_1, 13_2, respectively, by inputting each group
  • each group 12_1, 12_2, 13_1, 13_2 is supplied with its own synchronization signal SS for increasing the redundancy. The redundancy of this control device 10 is thus even higher than that of the previous embodiment, because here for each phase group a separate drive signal is generated.
  • the voltage source 16 has two terminals 16_1 and 16_2.
  • two separate voltage sources are provided, which are each connected to one of the groups 12, 13.
  • the control units 14_1 and 14_2 are connected, in particular, by two separate BUS systems with the switch devices 1 of the respectively associated groups 12_1, 12_2, 13_1 and 13_2, so that increased reliability is ensured.
  • Phased groups of the electric motor 11 offset in time with each other, whereby a reduction of DC link capacitors can be made, which leads to a reduction in size and the
  • Phase groups offset by at least one synchronization signal SS are operated to each other, wherein the number of synchronization signals SS results from the topology of the selected control device 10 according to the embodiments described above.
  • control device 10 has, for example, only one control unit 14, as shown in FIG. 3, with all the switch devices 1 connected in series, the control unit 14 generates in particular only one synchronization signal SS with a data word which is received and evaluated by the intelligent switch devices 1 , these depending on the received
  • the respective semiconductor switches 3, 4 optionally delayed trigger, so that, for example, two of the phase systems are delayed to the remaining two phase systems driven or energized.
  • the data word is witnessed in such a way that it contains, in particular, an indication of which of the phase systems is to be delayed-triggered.
  • the microcontroller of the switch devices 1 then independently control the respective semiconductor switches delayed or not delayed.
  • the control unit 14 generates two synchronization signals SS which are generated offset in time from one another and fed to the groups 12 and 13, so that the phases of the groups 12 are offset in time with respect to one another due to the offset synchronization signal and 13 energize or drive. Due to the temporal offset of the synchronization pulses, a desired temporal offset of the pulse patterns between the phase systems or the partial motors is thus achieved in a simple manner.
  • the control device 10 as shown in Figure 4
  • Control units 14_1 and 14_2 operated / trained accordingly, in each case only one synchronization signal SS with data word or two each
  • Synchronization signals with staggered synchronization pulses to produce Synchronization signals with staggered synchronization pulses to produce.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltereinrichtung (10) für einen Elektromotor (11), insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer zwei Halbleiterschalter (3, 4) aufweisenden Halbbrücke (5) zum bedarfsweisen Bestromen zumindest einer Phase (X) des Elektromotors (11), wobei den Halbleiterschaltern (3, 4) eine Treibereinrichtung (2) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Ansteuersignals (AS) die Halbleiterschalter (3, 4) betätigt. Es ist vorgesehen, dass die Treibereinrichtung (2) einen Oszillator (7) zum Erzeugen einer Arbeitstaktfrequenz, Mittel (6) zum Empfangen eines Synchronisationssignals (SS) und eine Einrichtung (8) zum Anpassen der Arbeitstaktfrequenz in Abhängigkeit des Synchronisationssignals (SS) aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Schaltereinrichtung für einen Elektromotor, Steuereinrichtung, Lenksystem Die Erfindung betrifft eine Schaltereinrichtung für einen Elektromotor,
insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer zwei Halbleiterschalter aufweisenden Halbbrücke zum bedarfsweisen Bestromen zumindest einer Phase des Elektromotors, wobei den Halbleiterschaltern eine Treibereinrichtung zugeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Ansteuersignais die Halbleiterschalter betätigt.
Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für einen mehrere elektrische Phasen aufweisenden Elektromotor, insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, die für jede der Phasen des Elektromotors eine
Schaltereinrichtung, wie sie oben stehend beschrieben wurde, aufweist, sowie eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Ansteuersignal zu erzeugen, um die Schaltereinrichtungen zu betätigen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhandhabe, mit wenigstens einem Lenkbaren Rad, dessen Lenkwinkel insbesondere in Abhängigkeit von einer Betätigung der Lenkhandhabe oder einer automatisierten Lenkwinkelvorgabe einstellbar ist, wobei das Lenksystem wenigstens einen mehrere Phasen aufweisenden Elektromotor zum
Beaufschlagen des lenkbaren Rads mit einem Lenkmoment oder
Unterstützungslenkmoment aufweist, und mit der oben beschriebenen
Steuereinrichtung zum Ansteuern der Phasen des Elektromotors.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
Steuereinrichtung für einen mehrere elektrische Phasen aufweisenden Elektromotor, insbesondere wie sie oben stehend beschrieben wurde, wobei für jede der Phasen des Elektromotors eine Schaltereinrichtung vorhanden ist.
Stand der Technik
Schaltereinrichtungen, Steuereinrichtungen und Lenksysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Betreiben eines Elektromotors ist es üblich, die einzelnen Phasen des Elektromotors mittels Halbleiterhalbbrücken anzusteuern. Diese Halbbrücken weisen jeweils zwei Halbleiterschalter, einen High Side Schalter und einen Low Side Schalter, auf, die durch eine Pulsweitenmodulation angesteuert werden, um die Phase gemäß der vorgegebenen Pulsweitenmodulation zu bestromen. Mittels einer
Treibereinrichtung, häufig als Gatetreiber bezeichnet, werden die
Halbleiterschalter betätigt, um Strom zu leiten, oder um eine Stromleitung zu unterbrechen.
Um einen sicheren Betrieb bei Elektromotoren in sicherheitsrelevanten
Anwendungen dauerhaft gewährleisten zu können, ist es außerdem bekannt, derartige Elektromotoren redundant vorzusehen und anzusteuern, sodass beispielsweise einer Phase des Elektromotors mehrfach vorgesehen ist. Im
Bereich der Lenksysteme, die eine elektromotorische Unterstützung des Fahrers oder eine elektromotorische Lenkwinkeleinstellung unabhängig von dem Fahrer in einem autonomen Fahrbetrieb bewirken sollen, ist es bekannt, mehrere Phasen redundant vorzusehen und jede dieser Phasen durch eine eigene Halbleiter-Halbbrücke anzusteuern. Damit im Normalbetrieb keine Fehlmomente oder dergleichen auftreten, müssen die Halbleiterschalter beziehungsweise die Halbleiter-Halbbrücken gleichzeitig geschaltet werden. Dazu ist es bekannt, jede der Halbbrücken beziehungsweise jeden der Halbleiterschalter mit einer Steuereinheit separat zu verbinden, um diesem ein Ansteuersignal zuzuführen, sodass ein sicherer Betrieb auch bei Ausfall einer der Phasen beziehungsweise eines der Halbleiterschalters zu gewährleisten. Dies bedeutet jedoch einen hohen Verkabelungsaufwand, der zum einen Anforderungen an den
vorhandenen Bauraum stellt und andererseits zu unerwünschten Material- und Montagekosten führt. Eine entsprechende Steuereinrichtung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift US 2004/0264075 AI bekannt. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einen aufwendigen Verkabelungsaufwand zum
Ansteuern mehrerer Schaltereinrichtungen verzichtet werden kann. Die einzelne Schaltereinrichtung ist dazu derart ausgebildet, dass sie selbst sicherstellt, dass sie in einen gewünschten Arbeitstakt beziehungsweise mit einer gewünschten Arbeitstaktfrequenz arbeitet, sodass eine weniger aufwendige Verkabelung notwendig ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die
Treibereinrichtung einen Oszillator zum Erzeugen einer Arbeitstaktfrequenz, Mittel zum Empfangen eines Synchronisationssignals und eine Einrichtung zum Anpassen der Arbeitstaktfrequenz in Abhängigkeit des Synchronisierungssignals aufweist. Die Schalteinrichtung ist also dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem extern zugeführten Synchronisationssignal ihre Arbeitstaktfrequenz anzupassen, sodass dann, wenn eine Steuereinrichtung mit mehreren derartiger Schaltereinrichtungen vorgesehen ist, gewährleistet ist, dass die
Schaltereinrichtungen zu gewünschten Zeitpunkten tatsächlich schalten, sodass die redundanten Phasen des Elektromotors beispielsweise gleichzeitig geschaltet werden und damit ein fehlerfreier Betrieb des Elektromotors ermöglicht wird.
Durch das Anpassen der Arbeitstaktfrequenz in Abhängigkeit des
Synchronisationssignals wird gewährleistet, dass die einzelnen
Schaltereinrichtungen parallel zueinander getaktet sind und somit gleichzeitig in Abhängigkeit des Ansteuersignais schalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung einen Zähler zum Erfassen einer Ist-Arbeitstaktfrequenz des Oszillators in Abhängigkeit des Synchronisationssignals aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Zähler bei Empfangen des Synchronisationssignals für die Dauer einer vorgebbaren Zeit oder für die Dauer des Synchronisationssignals
Schwingungen des Oszillators zählt und dadurch die Ist-Arbeitstaktfrequenz des Oszillators bestimmt und insbesondere mit einer vorgegebenen Soll- Arbeitstaktfrequenz vergleicht. Zweckmäßigerweise weist dazu die
Schaltereinrichtung einen nicht-flüchtigen Speicher auf, in welchem die Soll- Arbeitstaktfrequenz gespeichert ist oder speicherbar ist. In Abhängigkeit des Vergleichs der Ist-Arbeitstaktfrequenz mit der Soll-Arbeitstaktfrequenz wird die Arbeitstaktfrequenz des Oszillators verändert, bis die Ist-Arbeitstaktfrequenz der Soll-Arbeitstaktfrequenz entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schaltereinrichtung in der gewünschten Arbeitstaktfrequenz arbeitet und somit mit weiteren Schaltereinrichtungen, wie zuvor beschrieben, parallel geschaltet werden kann. Der Zähler wird bevorzugt nicht nur zur Synchronisation sondern auch für den Normalbetrieb des Elektromotors genutzt. Durch Zählen der Synchronisationspulse erfolgt insbesondere eine Orientierung der
Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit der gezählten Synchronisationspulse bestimmt, in welchem Zustand sich das System befindet. Demnach können
Befehle oder Zusatzbefehle in Abhängigkeit der Orientierung ausgeführt werden, sodass beispielsweise bei jedem x-ten Synchronisationsimpuls oder Mikrotick ein bestimmter Befehl ausgeführt wird. Hierdurch ist beispielsweise auch eine zum Synchronisationssignal verzögerte Ansteuerung der Halbleiterschalter möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oszillator als gesteuerter, insbesondere spannungsgesteuerter oder
stromgesteuerter Oszillator ausgebildet ist, und dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, eine Eingangssignal, insbesondere Eingangsspannung oder Eingangsstrom, des Oszillators zum Anpassen seiner Arbeitstaktfrequenz zu verändern. Die Ist-Arbeitstaktfrequenz des Oszillators wird somit durch das Verändern des Eingangssignals des gesteuerten Oszillators wie oben beschrieben angepasst, um die gewünschte Arbeitstaktfrequenz zu erreichen. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Treibereinrichtung einen
Datenbusanschluss aufweist. Über diesen Datenbusanschluss erhält die
Treibereinrichtung insbesondere das Ansteuersignal zum Schalten der
Halbleiterschalter. Durch die Anbindung an den Datenbus ist eine schnelle und sichere Übertragung des Ansteuersignais möglich. Durch den Datenbus wird es außerdem auf einfache und kostengünstige Art und Weise ermöglicht, die
Schaltereinrichtungen in Reihe zueinander zu schalten, wo durch die
erfindungsgemäße Ausbildung der Schaltereinrichtung gewährleistet ist, wonach die Schaltereinrichtungen mit derselben Arbeitstaktfrequenz arbeiten und dadurch das In-Reihe-Schalten beziehungsweise einen sicheren Parallelbetrieb der Schaltereinrichtungen gewährleistet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Treibereinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer Daisy-Chain-Serienschaltung das Ansteuersignal zu empfangen und weiterzuleiten. Es ist dabei also vorgesehen, dass die Schaltereinrichtung das Ansteuersignal empfängt und anschließend an eine weitere Schaltereinrichtung weiterleitet beziehungsweise weiterleiten kann, sodass eine Daisy-Chain beziehungsweise Reihenschaltung mehrerer derartiger Schaltereinrichtungen zur Verfügung gestellt wird, die eine gleichzeitige Schaltung der Halbleiterschalter insbesondere redundanter Phasen eines Elektromotors erlaubt.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich durch jeweils eine erfindungsgemäße Schaltereinrichtung für jede der Phasen des Elektromotors aus, sowie durch eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, einerseits das Ansteuersignal zu erzeugen und zumindest einer der Schaltereinrichtungen zuzuführen, und andererseits zumindest ein Synchronisationsignal zu erzeugen und jeder der
Schaltereinrichtungen zuzuführen. Es ist hierbei also vorgesehen, dass die Steuereinheit, die insbesondere einen Mikroprozessor aufweist, das
Ansteuersignal beispielsweise in Abhängigkeit von der Betätigung einer
Lenkhandhabe erzeugt und zumindest einer der Schalteinrichtung zuführt, um diese entsprechend zu betätigen. Die Steuereinheit führt somit jeder der
Schaltereinrichtungen das Synchronisationssignal, insbesondere
Synchronisationsimpuls, und einer oder mehreren der Schaltereinrichtungen das Ansteuersignal zu, um eine gleich getaktete Ansteuerung der Halbleiterbrücken zu erreichen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der
Schaltereinrichtung sind diese in ihrer Arbeitstaktfrequenz aneinander angepasst, sodass eine vorteilhafte Bestromung beziehungsweise Beschaltung der Phasen des Elektromotors erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest einige der Schaltereinrichtungen in einer Gruppe als Daisy-Chain in Reihe geschaltet sind, um das Ansteuersignal von einer Schaltereinrichtung an eine andere Schaltereinrichtung zu leiten. Dabei sind die Schaltereinrichtungen bevorzugt in mindestens zwei Gruppen jeweils als Daisy-Chain in Reihe geschaltet, wobei einer der Schaltereinrichtungen dabei jeweils das Ansteuersignal zugeführt wird, oder es sind alle Schaltereinrichtungen als Daisy-Chain in Reihe geschaltet, und nur einer der Schaltereinrichtungen wird das Ansteuersignal zugeführt, welche es an die folgende Schaltereinrichtung weiterleitet. Durch die Ausbildung als Daisy-Chain ergibt sich ein besonders geringer Verkabelungsaufwand für die
Schaltereinrichtungen, weil insbesondere das Ansteuersignal nur einer der
Schaltereinrichtungen zugeführt werden muss. Dadurch werden Bauraumvorteile erreicht und Herstellungskosten reduziert, wie zuvor bereits erörtert.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zwölf der
Schaltereinrichtungen zum Ansteuern von zwölf Phasen des Elektromotors aufweist, der als 3-phasiger-Elektromotor mit einer 4-fach Redundanz ausgebildet ist. Fällt beispielsweise eine der Schalteinrichtungen aus, so können die verbleibenden Phasen mit den verbleibenden elf Schalteinrichtungen weiter betrieben werden. Alternativ zur Ausbildung des Elektromotors mit 12 Phasen ist es auch denkbar, den Elektromotor durch mehrere Teilmotoren zu bilden, die beispielsweise jeweils drei Phasen aufweisen, sodass der Elektromotor insgesamt vier Teilmotoren aufweist, die auch unabhängig voneinander betreibbar wären, sofern sie nicht mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Weiterhin kann der Elektromotor auch mehr als 3-Phasen und/oder mehr oder weniger als vier Redundanzen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist nur eine Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, alle Schaltereinrichtungen anzusteuern, insbesondere mit dem Synchronisationssignal zu beaufschlagen und zumindest einer der Schaltereinrichtungen, wie zuvor beschrieben, das Ansteuersignal zuzuführen. Alternativ weist die Steuereinrichtung bevorzugt zumindest zwei Steuereinheiten auf, die jeweils dazu ausgebildet sind, eine Gruppe von
Schaltereinrichtungen beziehungsweise Treibereinrichtungen zur redundanten Ansteuerung der Phasen beziehungsweise Phasensysteme/Phasengruppen anzusteuern, insbesondere das Synchronisationssignal zuzuführen und zumindest einer der jeweiligen Gruppe von Schaltereinrichtungen das
Ansteuersignal. Dadurch ist ein Weiterbetrieb des Elektromotors auch dann möglich, wenn eine der Steuereinheiten ausfallen sollte. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige Steuereinheit für zumindest zwei Gruppen von Schaltereinrichtungen zumindest ein Synchronisationssignal erzeugt, das zeitlich zueinander versetzte Arbeitstaktfrequenzen oder Betätigungen der Halbleiterschalter bewirkt. Damit wird ein versetztes Takten des Elektromotors beziehungsweise der
unterschiedlichen Phasen oder Teilmotoren des Elektromotors erreicht, wodurch ein Zwischenkreiskondensator kleiner ausgeführt werden, was eine Reduzierung der Baugröße und der Herstellungskosten zur Folge hat. Durch das wenigstens eine Synchronisationssignal wird die Information über eine versetzte
Ansteuerung der Halbleiterschalter beziehungsweise der Halbbrücken der jeweiligen Schalteinrichtung zur Verfügung gestellt.
Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass die jeweilige Steuereinheit zwei Synchronisationssignale mit zeitlich zueinander versetzten
Synchronisationsimpulsen erzeugt. Damit wird der zeitliche Versatz bereits durch die Synchronisationsimpulse der Synchronisationssignale auf einfache Art und Weise erreicht. Hierdurch wird die zeitlich versetzt Ausgabe der Pulsmuster in den Halbbrücken der zumindest zwei Gruppen von Schaltereinrichtungen gestartet. Der zeitliche Versatz der Synchronisationsimpulse führt zu den gewünschten zeitlichen Versatz der Pulsmuster zwischen den Gruppen von
Schaltereinrichtungen beziehungsweise Teilmotoren.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die jeweilige Steuereinheit ein
Synchronisationssignal mit zumindest einem von den Schaltereinrichtungen erfassbaren Datenwort erzeugt, wobei die Schaltereinrichtungen in Abhängigkeit von dem Datenwort die Betätigung der Halbleiterschalter durchführen. Es gibt somit nur ein Synchronisationssignal mit Synchronisationsimpulsen, das beiden Gruppen von Schaltereinrichtungen zugeführt wird. Das Datenwort, das mit dem Synchronisationssignal mitübertragen wird, wird von den intelligenten
Schaltereinrichtungen erfasst. Die Schaltereinrichtungen der jeweiligen Gruppen sind dazu ausgebildet, das Datenwort zu erfassen und auszuwerten, um in Abhängigkeit des Datenworts die Betätigung der Halbleiterschalter synchronisiert oder verzögert zu dem Synchronisationsimpuls durchzuführen. Das Datenwort enthält dabei insbesondere eine Information darüber, welche der
Schaltereinrichtungen verzögert die Halbleiterschalter betätigen soll. Damit kann gezielt vorgegeben werden, dass beispielsweise eine erste Gruppe von
Schaltereinrichtungen verzögert zu einer zweiten Gruppe von
Schaltereinrichtungen getaktet ist beziehungsweise die Phasen verzögert ansteuert.
Das erfindungsgemäße Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung aus. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zeichnet sich dadurch aus, dass einerseits ein Ansteuersignal erzeugt und zumindest einer der Schaltereinrichtungen zugeführt wird, und dass andererseits zumindest ein Synchronisationssignal erzeugt und jeder der
Schaltereinrichtungen zugeführt wird. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine vorteilhafte Schaltereinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 2 einen Betrieb der Schaltereinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 3 eine Steuereinrichtung für einen Elektromotor eines Lenksystems und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Schaltereinrichtung 1, die dazu ausgebildet ist, eine Phase X eines Elektromotors anzusteuern
beziehungsweise bedarfsweise zu bestromen. Die Schaltereinrichtung 1 ist dabei dazu ausgebildet, zur Bestromung der Phase X ein Pulsweitenmodulationsverfahren durchzuführen. Die Schaltereinrichtung 1 weist dazu eine Treibereinrichtung 2 auf, die in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal S pulsweitenmoduliert zwei Halbleiterschalter 3, 4, die zu einer Halbbrücke 5 zusammengeschaltet sind, zu betätigen, also stromleitend oder unterbrechend zu schalten. Der Halbleiterschalter 3 ist dabei als High-Side-Schalter ausgebildet und mit einer Versorgungsspannung (+) verbunden, und der Halbleiterschalter 4 als Low-Side-Schalter, der mit Masse (-) verbunden ist.
Zum Empfangen des Ansteuersignais S weist die Schaltereinrichtung 1 eine BUS-Schnittstelle 6 auf, mittels welcher die Schaltereinrichtung 1 an einen
Datenbus, insbesondere des Kraftfahrzeugs, anschließbar ist. Die Schnittstelle 6 ist dabei dazu ausgebildet, das Ansteuersignal S zu empfangen und weiter zu leiten, wie durch Pfeile angedeutet. Weiterhin weist die Treibereinrichtung 2 einen Oszillator 7 auf, der gesteuert, insbesondere spannungsgesteuert oder stromgesteuert ausgebildet ist und eine Arbeitstaktfrequenz der
Schaltereinrichtung 1 vorgibt. In Abhängigkeit von seinem Eingangssignal, insbesondere Eingangsspannung oder Eingangsstrom, verändert somit der Oszillator 7 die Arbeitstaktfrequenz. Weiterhin weist die Schaltereinrichtung 1 Mittel zum Empfangen eines Synchronisationssignals SS auf, wobei das
Synchronisationssignal SS von einer externen Einrichtung, die beispielsweise auch das Ansteuersignal AS erzeugt, zugeführt wird. Die Mittel weisen insbesondere eine weitere BUS-Schnittstelle auf oder werden von der BUS- Schnittstelle 6 mitgebildet. Weiterhin weist die Schaltereinrichtung 1 eine Einrichtung 8 auf, die dazu dient, in Abhängigkeit des empfangenen Synchronisationssignals SS die Ist- Arbeitstaktfrequenz des Oszillators 7 zu bestimmen und bei Abweichung von einer Soll-Arbeitstaktfrequenz die Eingangsspannung des Oszillators 7 derart zu verändern, dass die Ist-Arbeitstaktfrequenz der Soll-Arbeitstaktfrequenz entspricht.
Dadurch wird erreicht, dass die Schaltereinrichtung 1 auf einen Arbeitstakt synchronisierbar ist, was insbesondere dann einen Vorteil bietet, wenn mehrere derartiger Schaltereinrichtungen 1 zum Ansteuern mehrerer Phasen eines Elektromotors verwendet werden, wie später näher erörtert. Insbesondere ist die Anzahl von Anschlüssen der Schaltereinrichtung 1, insbesondere
Mikrokontrolleranschlüsse, auf vier begrenzt. Damit werden einfach gestaltete Schaltereinrichtungen 1, die insofern intelligente Halbbrücken 2 bilden, zur Verfügung gestellt. Insbesondere ist ein erster Anschluss zum Empfangen des Synchronisationssignals SS vorgesehen, ein zweiter Anschluss zum Empfangen des Ansteuersignais AS, ein dritter Anschluss zum Weiterleiten des
Ansteuersignais AS und ein vierter Anschluss zum Empfangen der
Arbeitstaktfrequenz. Insbesondere weist die Treibereinrichtung 2 dabei einen Mikrokontroller auf, welcher die Signale empfängt, auswertet und die
Halbleiterschalter 3, 4 ansteuert beziehungsweise betätigt.
Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung die Synchronisation der
Schaltereinrichtung 1. Die Einrichtung 8 empfängt das Synchronisationssignal SS uns zählt mittels eines Zählers Z mit Erhalt des Synchronisationssignals SS die Schwingungen des Oszillators 7. Beispielsweise mittels eines Subtrahierers 9 wird die erfasste Anzahl von Schwingungen mit einer Soll-Anzahl verglichen beziehungsweise von dieser subtrahiert, wobei die Einrichtung 8 in Abhängigkeit der ermittelten Differenz das Eingangssignal des Oszillators 7 verändert, um die Oszillatorfrequenz OS auf die Soll-Arbeitstaktfrequenz anzupassen.
Mittels des Zählers Z erfolgt außerdem eine Orientierung, indem die Anzahl der Synchronisationsimpulse des Synchronisationssignals gezählt und überwacht werden. Damit können bei vorbestimmten Synchronisationspulsen gewünschte Ansteuerbefehle durchgeführt werden. Insbesondere kann hierbei beispielsweise eine verzögerte Ansteuerung der Halbleiterschalter 3, 4 durchgeführt werden.
Figur 3 zeigt eine Steuereinrichtung 10, bei welcher die vorteilhafte
Schaltereinrichtung 1 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, einen Elektromotor 11 beziehungsweise drei Phasen U, V, W des Elektromotors 11 anzusteuern. Der Elektromotor 11 weist dabei die Phasen U, V,
W vier Mal, also vier Phasensysteme auf, sodass er letztendlich zwölf Phasen umfasst, die unabhängig voneinander durch jeweils eine Schaltereinrichtung 1, wie sie zuvor beschrieben wurde, angesteuert werden. Das Phasensystem aus den Phasen U, V, W ist also mehrfach redundant in dem Elektromotor 11 verwirklicht, wobei auch die Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 10 entsprechend redundant ausgelegt ist.
Wie zuvor bereits beschrieben, ist dazu jede der Phasen U, V, W, die in die vier Gruppen/Systeme Ul, VI, Wl; U2, V2, W2; U3, V3, W3 und U4, V4, W4 aufgeteilt sind, jeweils einer der Schaltereinrichtungen 1 zugeordnet. Die in Figur 1 gezeigte Phase X wird also durch eine der Phasen Ul bis W4 ersetzt.
Die Schaltereinrichtungen 1 sind dabei ebenfalls gruppiert, wobei die
Schaltereinrichtung 1, die den Phasen Ul, VI, Wl, U2, V2 und W2 zugeordnet sind, eine erste Gruppe 12, und die Schaltereinrichtung 1, die den verbleibenden Phasen zugeordnet sind, eine Gruppe 13 bilden. Die Schaltereinrichtungen der jeweiligen Gruppe 12 und 13 sind dabei in Reihe zueinander als Daisy-Chain geschaltet, wobei die BUS-Schnittstellen dazu ausgebildet sind, das empfangene Ansteuersignal AS an eine folgende Schaltereinrichtung 1 der Gruppe weiter zu leiten. Die Schaltereinrichtungen 1 können untereinander und mit der
Steuereinrichtung 10 durch SPI- oder SWR-Schnittstellen verbunden sein.
Das Ansteuersignal AS wird von einer Steuereinheit 14 für beide Gruppen als Ansteuerung AS_1 beziehungsweise AS_2 erzeugt. Vorliegend sind die
Steuereinrichtung 10 und der Elektromotor 11 Bestandteil eines hier nicht näher dargestellten Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, sodass die Steuereinheit 14 das Ansteuersignal AS insbesondere in Abhängigkeit von der Betätigung einer Lenkhandhabe, insbesondere Lenkrad, des Kraftfahrzeugs erzeugt, um durch den Elektromotor 11 ein unterstützendes Lenkmoment oder ein das manuelle
Lenkmoment ersetzendes motorisches Lenkmoment zu erzeugen.
Zweckmäßigerweise ist der Steuereinheit 14 mit einem Rotorwinkel-Sensor 15 verbunden, der den Rotorwinkel des Elektromotors 11 überwacht, um eine korrekte Ansteuerung des Elektromotors 11 zu gewährleisten.
Die Steuereinheit 14 erzeugt sowohl das Ansteuersignal AS als auch das Synchronisationssignal SS. Während das Ansteuersignal AS_1/AS_2 nur einer Schaltereinrichtung 1 der jeweiligen Gruppe 12, 13 zugeführt wird, die das Ansteuersignal AS_1/AS_2 dann an die folgende Schaltereinrichtung 1 in der jeweiligen Gruppe weiterleitet, wird das Synchronisationssignal SS jeder Schaltereinrichtung 1 direkt zugeführt, um eine Synchronisation der
Schaltereinrichtungen 1 zueinander durchzuführen. Vorliegend wird jeder Gruppe 12, 13 ein eigenes Synchronisationssignal SS zugeführt. Die
Schaltereinrichtungen 1 sind dabei außerdem mit einer Spannungsquelle 16, wie beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie, verbunden, aus welcher die Energie zum Bestromen der Phasen Ul bis W4 bezogen wird.
Durch die vorteilhafte Ausbildung der Steuereinrichtung 10 wird erreicht, dass ein Verkabelungsaufwand zum Ansteuern und Synchronisieren der
Schaltereinrichtung 1 gering gehalten und damit Herstellungskosten und
Montageaufwand reduziert werden. Gleichzeitig wird eine hohe Redundanz der Ansteuerung des Elektromotors 10 gewährleistet, die auch bei Ausfall einer Phase oder eines Phasensystems den Weiterbetrieb des Elektromotors 11 gewährleistet. Dadurch, dass die Schaltereinrichtungen 1 außerdem in zwei Gruppen zur Bildung von zwei Reihenschaltungen beziehungsweise Daisy- Chains ausgebildet sind, ist auch bei Ausfall einer Weiterleitung des
Ansteuersignais AS in einer der Gruppen der Weiterbetrieb der anderen Gruppe möglich und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit des Gesamtsystems reduziert.
Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass alle Schaltereinrichtungen 1 in einer einzigen Gruppe zusammengefasst sind, sodass ein einziges Ansteuersignal AS von der Steuereinheit 10 zum Ansteuern der Schaltereinrichtungen 1 ausreicht und durch alle Schaltereinrichtungen 1 hindurchgeleitet wird, sodass alle Schaltereinrichtungen 1 in einer Reihe geschaltet sind.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Lenksystems
beziehungsweise der Steuereinrichtung 10, wobei aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist hierbei vorgesehen, dass die Daisy-Chains beziehungsweise Reihenschaltungen der Schaltereinrichtungen 1 noch weiter unterteilt werden, sodass vier Gruppen 12_1, 12_2, 13_1 und 13_2 von Schaltereinrichtungen 1 gebildet werden.
Jeweils zwei der Gruppen 12_1, 12_2 beziehungsweise 13_1, 13_2 sind dabei mit jeweils einer Steuereinheit 14' beziehungsweise 14" verbunden. Die beiden Steuereinheiten 14' und 14" sind ebenfalls durch eine Konnektionsschnittstelle miteinander verbunden. Die Steuereinheiten 14', 14" sind dabei gemäß der Steuereinheit 14 ausgebildet und steuern jeweils zwei der Gruppen 12_1, 12_2 beziehungsweise 13_1, 13_2 an, indem sie jeder Gruppe jeweils ein
Ansteuersignal AS_1', AS_1", AS_2', AS_2" und jeder Schaltereinrichtung der beiden zugeordneten Gruppen das Synchronisationssignal SS zuführt, wobei auch Signale der hierbei ebenfalls redundant vorhandenen Rotorwinkelsensoren 15_1, 15_2 berücksichtigt werden. Auch hier wird vorliegend jeder Gruppe 12_1, 12_2, 13_1, 13_2 ein eigenes Synchronisationssignal SS zur Erhöhung der Redundanz zugeführt. Die Redundanz dieser Steuereinrichtung 10 ist somit noch erhöht gegenüber der aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, weil hier für jede Phasengruppe ein eigenes Ansteuersignal erzeugt wird.
Weiterhin ist in Figur 4 gezeigt, dass auch eine redundante Stromversorgung der Schaltereinrichtungen 1 beziehungsweise des Elektromotors 11 erfolgt. Dazu weist die Spannungsquelle 16 zwei Anschlüsse 16_1 und 16_2 auf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass zwei separate Spannungsquellen vorgesehen werden, die jeweils mit einer der Gruppen 12, 13 verbunden sind. Damit erfolgt auch eine redundante Stromversorgung der Steuereinheiten 14_1 und 14_2. Die Steuereinheiten 14_1 und 14_2 sind dabei insbesondere durch zwei voneinander getrennte BUS-Systeme mit den Schaltereinrichtungen 1 der ihnen jeweils zugeordneten Gruppen 12_1, 12_2, 13_1 und 13_2 verbunden, sodass eine erhöhte Ausfallsicherheit gewährleistet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Lenksystems werden die
Phasengruppen des Elektromotors 11 zeitlich versetzt zueinander angesteuert, wodurch eine Verkleinerung von Zwischenkreiskondensatoren vorgenommen werden kann, die zu einer Reduzierung der Baugröße und der
Herstellungskosten führt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Teilmotoren beziehungsweise die
Phasengruppen durch wenigstens ein Synchronisationssignal SS versetzt zueinander betrieben werden, wobei die Anzahl der Synchronisationssignale SS sich aus der Topologie der gewählten Steuereinrichtung 10 gemäß der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ergibt.
Weist die Steuereinrichtung 10 beispielsweise nur eine Steuereinheit 14 auf, wie in Figur 3 gezeigt, wobei alle Schaltereinrichtungen 1 in Reihe geschaltet sind, so erzeugt die Steuereinheit 14 insbesondere nur ein Synchronisationssignal SS mit einem Datenwort, das von den intelligenten Schaltereinrichtungen 1 empfangen und ausgewertet wird, wobei diese in Abhängigkeit des empfangenen
Datenworts die jeweiligen Halbleiterschalter 3, 4 gegebenenfalls zeitlich verzögert ansteuern, sodass beispielsweise zwei der Phasensysteme verzögert zu den verbleibenden zwei Phasensystemen angesteuert beziehungsweise bestromt werden. Das Datenwort wird dabei derart zeugt, dass es insbesondere ein Hinweis darauf enthält, welches der Phasensysteme verzögert angesteuert werden soll. Die Mikrokontroller der Schaltereinrichtungen 1 steuern dann selbstständig die jeweiligen Halbleiterschalter verzögert oder nicht verzögert an.
Alternativ erzeugt die Steuereinheit 14 bei einer Topologie, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, zwei Synchronisierungssignale SS, die jedoch zeitlich versetzt zueinander erzeugt und den Gruppen 12 und 13 zugeführt werden, sodass diese aufgrund des versetzten Synchronisationssignals zeitlich versetzt zueinander die Phasen der Gruppen 12 und 13 bestromen beziehungsweise ansteuern. Durch den zeitlichen Versatz der Synchronisationsimpulse wird somit auf einfache Art und Weise auch ein gewünschter zeitlicher Versatz der Pulsmuster zwischen den Phasensystemen beziehungsweise den Teilmotoren erreicht. Bei einer Topologie der Steuereinrichtung 10 wie sie in Figur 4 gezeigt ist, werden die
Steuereinheiten 14_1 und 14_2 entsprechend betrieben/ausgebildet, um jeweils nur ein Synchronisationssignal SS mit Datenwort oder jeweils zwei
Synchronisationssignalen mit zeitlich versetzten Synchronisationsimpulsen zu erzeugen.

Claims

Ansprüche
1. Schaltereinrichtung (10) für einen Elektromotor (11), insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer zwei
Halbleiterschalter (3,4) aufweisenden Halbbrücke (5) zum bedarfsweisen Bestromen zumindest einer Phase (X) des Elektromotors (11), wobei den Halbleiterschaltern (3,4) eine Treibereinrichtung (2) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit eines Ansteuersignais (AS) die Halbleiterschalter (3,4) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinrichtung (2) einen Oszillator (7) zum Erzeugen einer Arbeitstaktfrequenz, Mittel (6) zum Empfangen eines Synchronisationssignals (SS) und eine Einrichtung (8) zum Anpassen der Arbeitstaktfrequenz in Abhängigkeit des Synchronisationssignals (SS) aufweist.
2. Schaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8) einen Zähler (Z) zum Erfassen einer Ist-Arbeitstaktfrequenz des Oszillators (7) in Abhängigkeit des Synchronisationssignals (SS) aufweist.
3. Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (7) als spannungsgesteuerter Oszillator (7) ausgebildet ist, und dass die Einrichtung (8) dazu ausgebildet ist, Eingangsspannung des Oszillators (7) zum Anpassen seiner
Arbeitstaktfrequenz zu verändern.
4. Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinrichtung (2) einen Datenbusanschluss (6) aufweist.
5. Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist, in einer Daisy-Chain-Reihenschaltung das Ansteuersignal (AS) zu empfangen und weiterzuleiten.
6. Steuereinrichtung (10) für einen mehrere elektrische Phasen (U1-W4)
aufweisenden Elektromotor (11), insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, mit jeweils einer Schaltereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für jede der Phasen des Elektromotors und mit mindestens einer Steuereinheit (14), die dazu ausgebildet ist, einerseits das
Ansteuersignal (AS) zu erzeugen und zumindest einer der
Schaltereinrichtungen (1) zuzuführen und andererseits zumindest ein
Synchronisationssignal (SS) zu erzeugen und jeder der Schaltereinrichtungen (1) zuzuführen.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einige der Schaltereinrichtungen (1) in einer Gruppe (12,13) als Daisy-Chain in Reihe geschaltet sind, um das Ansteuersignal (AS) von einer der Schaltereinrichtungen (1) an eine andere der Schaltereinrichtungen zu leiten.
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch zwölf Schaltereinrichtungen (1) zum Ansteuern von zwölf Phasen des Elektromotors (11).
9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (14) für alle Schaltereinrichtungen (1) oder zumindest zwei Steuereinheiten (14_1,14_2) für jeweils einen Gruppe (12,13) von
Schaltereinrichtungen (1).
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Steuereinheit (14,14_1,14_2) für zumindest zwei Gruppen (12,13) von Schaltereinrichtungen (1) zumindest ein Synchronisationssignal (SS) erzeugt, das zueinander zeitlich versetzte Arbeitstaktfrequenzen der Gruppen oder ein zeitlich zueinander versetztes Betätigen der Halbleiterschalter (3,4) der Gruppen (12,13) bewirkt.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Steuereinheit (14,14_1,14_2) zwei Synchronisationssignale (SS) mit zueinander zeitlich versetzten Synchronisationsimpulsen erzeugt.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Steuereinheit (14,14_1,14_2) nur ein Synchronisationssignal (SS) mit zumindest einem von den Schaltereinrichtungen (1) erfassbaren
Datenwort erzeugt, wobei die Schaltereinrichtungen (1) in Abhängigkeit von dem Datenwort die Betätigung der Halbleiterschalter (3,4) durchführt.
13. Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhandhabe, und mit
wenigstens einem mehrere, insbesondere zwölf Phasen (U1-W4)
aufweisenden Elektromotor (11) zum beaufschlagen des lenkbaren Rads mit einem Lenkmoment oder einem Unterstützungslenkmoment, und mit einer Steuereinrichtung (10) zum Ansteuern der Phasen des Elektromotors, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12.
14. Verfahren zum Betreiben einer Steuereinrichtung (10) für einen mehrere
elektrische Phasen (U1-W4) aufweisenden Elektromotor (11), insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei für jede der Phasen (U1-W4) des Elektromotors (11) eine Schaltereinrichtung (1) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits ein Ansteuersignal (AS) erzeugt und zumindest einer der Schaltereinrichtungen (1) zugeführt wird, und
andererseits zumindest ein Synchronisationssignal (SS) erzeugt und jeder der Schaltereinrichtungen (1) zugeführt wird.
EP17705134.9A 2016-04-11 2017-02-15 Schaltereinrichtung für einen elektromotor, steuereinrichtung, lenksystem Ceased EP3443658A1 (de)

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