WO2014187634A2 - Schutzschaltung für einen aktuator, aktuatorvorrichtung und verfahren zum betreiben eines elektrischen aktuators - Google Patents

Schutzschaltung für einen aktuator, aktuatorvorrichtung und verfahren zum betreiben eines elektrischen aktuators Download PDF

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WO2014187634A2
WO2014187634A2 PCT/EP2014/058206 EP2014058206W WO2014187634A2 WO 2014187634 A2 WO2014187634 A2 WO 2014187634A2 EP 2014058206 W EP2014058206 W EP 2014058206W WO 2014187634 A2 WO2014187634 A2 WO 2014187634A2
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actuator
protection circuit
switch
lines
terminals
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Istvan HEGEDUES-BITE
Horst Krimmel
Andreas Fuessl
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
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    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault

Definitions

  • the present invention relates to a protection circuit for an actuator, to an actuator device and to a method for operating an electric actuator.
  • the invention relates to an active chassis stabilizer and an active suspension control arm, each with such a protection circuit.
  • protective elements usually mechanical switching elements such as contactors and / or relays and / or electronic switching elements, such as
  • the mechanical switching elements have the advantage that in the de-energized state of the coil circuit, the contacts open depending on the structure and technology and thus separate the load circuit (n.o.), or close (n.c.) to represent a short circuit.
  • the mentioned technologies are also available in combination as so-called changeover contacts (n.o. & n.c).
  • an actuator can be decoupled from a power supply.
  • Decoupling can be achieved by interrupting and additionally short-circuiting lines for connecting the actuator to the power supply.
  • portions of the leads may be diagnosed while the actuator is decoupled from the power supply.
  • a protection circuit for an actuator for a vehicle is characterized in that the protection circuit comprises at least one switch for interrupting and shorting at least two electrical lines for connecting terminals of a power supply device to terminals of the electric actuator and a diagnostic device for checking between the terminals of the power supply device and the at least one switch arranged portions of the at least two electrical lines.
  • the actuator can be used, for example, in a vehicle for carrying passengers or transporting loads, for example in a motor vehicle.
  • the electric actuator may constitute or include an electric motor. It can be an AC or DC operated actuator.
  • the power supply device can be designed to provide required electrical energy to the terminals of the actuator via the terminals of the power supply and the electrical lines for operating the actuator. For example, two electrical lines or three electrical lines may be provided. Three electrical lines are suitable, for example, to operate the actuator with three-phase current.
  • Each of the terminals of the power supply device can be supplied with electrical energy using power transistors of the power supply.
  • a protection circuit can be understood to mean an electrical circuit which can be used to protect the actuator and additionally or alternatively the energy supply device or a control device coupled to the energy supply device from damage, for example due to voltage spikes.
  • the at least one switch can be realized as a transistor, but advantageously as a mechanical switch, for example as a contactor or relay.
  • the lines can be interrupted and additionally short-circuited by or further actuation of the switch.
  • the cables can be connected directly or via a star point.
  • the at least one switch may comprise a plurality of switching elements, or a plurality of switches may be provided, so that, for example, each of the lines may be assigned its own switch or its own switching element.
  • the at least one switch can be designed to interrupt the lines and then short them.
  • the switch can be designed as a changeover switch or changeover contact or a combination of individual nc and no switches.
  • the diagnostic device can be designed as an electrical circuit.
  • the diagnostic device may comprise discrete electrical components and additionally or alternatively a logic circuit.
  • the diagnostic device may be designed to carry out a voltage measurement for checking the sections of the lines and additionally or alternatively to carry out a current measurement.
  • the diagnostic device can be designed to feed a diagnostic current or a diagnostic voltage into at least one of the lines.
  • the diagnostic device can diagnose, for example, a faultless or faulty state of the lines. A faulty state may be present, for example, when a short circuit or interruption is diagnosed on at least one of the lines that are not caused by the at least one switch.
  • the invention is preferably used in an active motor vehicle chassis.
  • the invention can therefore relate to a suspension stabilizer of or for a motor vehicle (s), comprising an electric actuator and two stabilizer sections which can be rotated relative to one another by means of the actuator, and having the protection circuit for the actuator.
  • a chassis stabilizer is also called roll stabilizer.
  • the invention may relate to a suspension control arm of or for a motor vehicle (s), in particular a Schuachsquerlenker, comprising an electric actuator and two by means of the actuator relative to each other displaceable wishbone sections, and having the protective circuit for the actuator.
  • the protection circuit may comprise a transfer device, which is designed to convert the actuator into a safe state. After successful transfer of the actuator to the safe state, the cables can be safely interrupted and short-circuited. As a result, a reliable switching of the at least one switch can be ensured.
  • the protection circuit may comprise a switching device.
  • the switching device may be configured to provide a switching signal to the at least one switch in response to a transfer of the actuator to the safe state to interrupt and short the at least two electrical leads.
  • the switching device may be configured to receive a transfer signal indicating that the actuator has entered the safe state.
  • a safe state can be understood as a state in which the occurrence of voltage peaks during or after switching of the at least one switch can be avoided.
  • the transfer device can be designed to connect the at least two electrical lines for transferring the actuator to the safe state with a reference voltage potential.
  • the reference voltage potential can be provided for example by a ground connection.
  • corresponding power transistors in the power supply device can be suitably activated for this purpose.
  • the electrical leads can be shorted to ground to achieve the safe condition of the actuator.
  • the transfer device can be designed to detect a current flow or a voltage drop between the at least two electrical lines and the reference voltage potential in order to detect the safe state. If no current flow or voltage drop is detected, it can be assumed that the actuator is in the safe state.
  • the diagnostic device can be designed to provide an enable signal to the switching device if the sections of the at least two electrical lines were diagnosed as being error-free when the sections were checked.
  • the switching device can be designed to provide, in response to the enable signal, a further switching signal to the at least one switch in order to cancel the interruption and short-circuiting or only the interruption of the at least two electrical lines.
  • the at least one switch When the diagnosis is made in a state in which the lines are broken and short-circuited, the at least one switch can be put into a state in which the lines are connected by the enable signal from a state in which the lines are disconnected and short-circuited are.
  • the at least one switch When the diagnosis is made in a state where the lines are broken but not short-circuited by the at least one switch, the at least one switch can be put into a state by the enable signal from a state in which the lines are disconnected but not short-circuited be in which the lines are connected.
  • the at least one switch In a switching state in which the lines are interrupted but not short-circuited, the at least one switch, for example, be offset before the actuator is put back into operation after a shutdown.
  • the switching means may be configured to receive an error signal and to provide the switching signal to the at least one switch in response to the error signal to interrupt and short the at least two electrical leads.
  • the error signal may indicate an error condition of a controller or a controller for controlling a function of the actuator.
  • the error signal may be provided by a monitoring device for monitoring the control device or the control device. In this way, power to the actuator may be responsive to a detected or failed fault. condition in the system, over which at least two electrical lines are automatically interrupted.
  • the protection circuit may include a housing having a first interface to the terminals of the power supply and a second external interface to the terminals of the actuator.
  • the at least one switch, the diagnostic device and the at least one switch comprehensive areas of the lines can be arranged within the housing.
  • the regions of the lines may run between the first and the second outer interface.
  • the protection circuit may be arranged in a separate housing, which may be arranged separately from a housing of the actuator or a housing of the power supply. Such a protection circuit can be easily integrated into an existing system of power supply and actuator.
  • the protection circuit may be arranged in a housing of the actuator.
  • the at least one switch of the protective device can be arranged very close to the actual contacts of the actuator, for example to contacts of windings of the actuator.
  • actuator and protection circuit can be used as a compact unit.
  • the diagnostic device may have at least one electrical resistance for connecting the sections of the at least two electrical lines.
  • the diagnostic device can have a detection device.
  • the detection device can be designed to detect a voltage drop and / or a current flow through the at least one electrical resistance for checking the sections. Resistance can be implemented easily and inexpensively.
  • the resistor may be connected between two of the electrical lines.
  • two resistors may be provided which connect a common star point in a star shape with two of the electrical lines.
  • the at least one resistor may be disposed adjacent to or close to the at least one switch.
  • the detection device may have a measuring device which is coupled to the at least two lines.
  • the diagnostic device can be designed to be dependent on a measurement result the detection device to decide whether the at least two lines are faulty or error-free.
  • the diagnostic device may be configured to perform the diagnosis when the at least one switch has shorted and interrupted the leads.
  • the diagnostic device may be designed to carry out the diagnosis if the at least one switch has interrupted the lines but has not short-circuited them.
  • the diagnostic device may be designed to carry out the diagnosis if the at least one switch has neither interrupted nor short-circuited the lines.
  • the at least one switch for interrupting and short-circuiting three electrical lines for connecting three terminals of the power supply device may be formed with three terminals of the electric actuator.
  • the diagnostic device can be designed to check three three sections of the three lines arranged between the three terminals of the power supply device and the at least one switch.
  • the protection circuit can be used in conjunction with a three-phase AC power supply and an actuator in the form of a three-phase machine.
  • the three lines may be associated with the three phases of the three-phase alternating current.
  • Such a protection circuit may have three changeover switches or changeover contacts or instead each one n.c. and n.o. Have switch for interrupting and shorting the three electrical lines.
  • the diagnostic device can have three electrical resistors for checking the three sections, which can connect the three sections with a common neutral point or the three sections with one another.
  • said protective circuit can be used, for example, in connection with a chassis stabilizer of a vehicle.
  • An actuator device for a chassis stabilizer for a vehicle wherein the actuator device comprises a power supply device and an actuator, wherein terminals of the power supply device are connected via at least two electrical lines to terminals of the electric actuator, is characterized in particular in that the actuator device, a said protection circuit for interrupting and Short-circuiting of at least two electrical lines.
  • said protective device can be used advantageously for operating an actuator.
  • the actuator device can be used in conjunction with a chassis stabilizer, by means of which a rolling movement of a vehicle can at least be reduced.
  • a method of operating an electric actuator for a vehicle is characterized in that, in a step of switching, at least two electrical leads for connecting terminals of a power supply to terminals of the electric actuator are interrupted and short-circuited using at least one switch and in a step of diagnosing between the terminals of the power supply device and the at least one switch arranged portions of the at least two electrical lines are checked.
  • the method includes a step of transitioning the actuator to a safe state, wherein the step of switching is performed after the step of transferring.
  • a device or device can be understood as an electrical device which processes electrical signals and can issue further signals as a function thereof.
  • a device or device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented.
  • the interfaces can also be made from their own integrated circuits and / or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out said method when the program is executed on a computer or a device is also of advantage.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a protection circuit for an actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an actuator device with a protection circuit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for operating an electrical actuator according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an actuator device with a protection circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the protection circuit has a switch device 102 and a diagnostic device 104.
  • the switch device 102 and the diagnostic device 104 are coupled to two lines 1 1 1, 1 13 for connecting the actuator to a power supply.
  • the two lines 111, 113 are routed between two first terminals 121, 123 and two second terminals 131, 133 of the protection circuit.
  • the switching device 102 may include one or more switches.
  • the switching device 102 is designed to hold the lines 111, 113 in a continuously electrically conductive state in a first switching state and, in a second switching state, to interrupt and additionally short the lines 111, 113.
  • the two lines 111, 113 can be electrically conductively connected to one another, for example, directly or via a separately designed connection line.
  • the switching device 102 may be configured to interrupt and optionally short-circuit each of the leads 111, 113 independently of the other of the leads 111, 113, respectively.
  • the diagnostic device 104 is configured to check the portions of the lines 111, 113 arranged between the first terminals 121, 123 and the switching device 102.
  • the diagnostic device 104 may be configured to monitor the sections for short circuit, for example to ground, or for an interruption. For example, if the diagnostic device 104 diagnoses such an error, the diagnostic device 104 may provide an error signal.
  • the switching device 102 may be controlled so that it only changes from the second switching state to the first switching state, and thus connects the terminals 121, 123 with the terminals 131, 133, if no errors on the sections of the lines from the diagnostic device 104 111, 113 is detected.
  • the leads 111, 113 may extend beyond the first terminals 121, 123, such as to terminals of the power supply.
  • further line parts can be connected to the first connections 121, 123.
  • the sections of the lines 111, 113 that can be checked by the diagnostic device 104 can extend, for example, to internal or external terminals of the energy supply device.
  • the protection circuit may comprise a housing and the first terminals 121, 123 and additionally or alternatively the second terminals 131, 133 may be disposed on housing walls of the housing and constitute electrical interfaces of the protection circuit.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an actuator device with a protection circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the actuator device is used in a vehicle 200 by way of example.
  • the actuator device has an actuator 202, for example an electric motor, and a power supply device 204.
  • the energy supply device 204 is designed to provide electrical energy for operating the actuator 202.
  • the power supply device 204 via lines 1 1 1, 1 13 connected to the actuator 202.
  • the protection circuit is configured to decouple the power supply device 204 from the actuator 202. Furthermore, the protection circuit is designed to check the lines 1 1 1, 1 13.
  • the protective circuit as described with reference to FIG. 1, has a switching device 102 and a diagnostic device 104.
  • the first terminals 121, 123 of the protection circuit are the same as the terminals of the power supply unit 204 and the second terminals 131, 133 of the protection circuit are the same as the terminals of the actuator 202.
  • the switching device 102 has a first switch 241 and a second switch 243.
  • the first switch 241 is arranged in the first line 1 1 1 and is designed to keep the first line 1 1 1 closed in the first switching state and interrupted in the second switching state.
  • the second switch 243 is arranged in the second line 1 13 and is designed to keep the first line 1 13 closed in the first switching state and interrupted in the second switching state.
  • the Switch 241, 243 formed to short circuit the first line 1 1 1 and the second line 1 13 in the second switching state or in a third switching state with each other, that is, an electrically conductive connection between the lines 1 1 1, 1 13 produce.
  • the conductive connection between the lines 1 1 1, 1 13 can be done directly, for example, without additional connection to a reference voltage potential, such as ground.
  • the diagnostic device 104 may, for example, comprise a resistor which electrically conductively connects the lines 1 1 1, 1 13 to one another. Furthermore, the diagnostic device 104 may have a measuring device or detection device 249 for measuring a voltage drop across the resistor or a current flowing through the resistor in order to be able to diagnose a fault-free state or a faulty state of the lines 1 1 1, 1 13. Depending on the exemplary embodiment, diagnostic device 104 may be designed to carry out the diagnosis, while switches 241, 243 are in a switching state in which lines 1 1 1, 1 13 are not interrupted, in which lines 1 1 1, 1 13 interrupted but not short-circuited, or in which the lines 1 1 1, 1 13 are interrupted and shorted.
  • the diagnostic device 104 may be configured to feed a measuring current at a suitable location into the lines 1 1 1, 1 13 or to apply to the lines 1 1 1, 1 13.
  • the diagnostic device 104 can also be designed to suitably control the energy supply device 204 in order to provide the measurement current or the measurement voltage via the energy supply device 204.
  • the protection circuit has a switching device 250.
  • the switching device 250 is designed to control the switching device 102.
  • the switching device 250 may be configured to provide a first switching signal for transferring the first switch 241 from the first switching state to the second switching state, or vice versa, to the first switch 241.
  • the switching device 250 may be configured to provide a second switching signal for transferring the second switch 243 from the first switching state into the second switching state, or vice versa, to the second switch 243.
  • the diagnostic device 104 is designed to provide a diagnostic signal to the switching device 250 depending on a result of a check of the lines 1 1 1, 1 13.
  • the switching device 250 is formed according to this embodiment, to provide the first and the second switching signal for transferring the switches 241, 243 in the first switching state only when the diagnostic signal indicates a healthy state of the lines 1 1 1, 1 13.
  • the diagnostic signal may correspond, for example, to an enable signal.
  • the protection circuit has a transfer device 252, which is designed to transfer the actuator 202 to a safe state.
  • the transfer device 252 may be designed to suitably control the energy supply device 204 in order to bring about a transfer of the actuator 202 into the safe state.
  • the power supply device 204 can be controlled so that the lines 1 1 1, 1 13 are short-circuited within the power supply device 204 via a reference voltage potential, such as ground.
  • the transfer device 252 may be configured to provide a signal to the switching device 250 indicating that the actuator 202 is in the safe state.
  • the switching device 250 according to this embodiment is designed to provide the first and the second switching signal for transferring the switches 241, 243 from the first to the second switching state only when the signal indicates the safe state of the actuator 202.
  • parts of the protection circuit for example the switching device 250, the transfer device 252 or parts of the diagnostic device 104, or portions thereof each separated from the
  • the vehicle 200 preferably has a chassis and, as part of the chassis, an active chassis stabilizer and / or a chassis control arm.
  • a chassis stabilizer is used in particular to roll movements of the vehicle 200, as they occur, for example, when cornering, compensate or at least mitigate.
  • the electric actuator 202 is then in particular part of the chassis stabilizer and serves to rotate two stabilizer sections relative to one another in order to specifically counteract or initiate rolling movements of the vehicle 200.
  • the protection circuit may be part of an active vehicle stabilizer to bring it into a safe state.
  • the suspension control arm is used in particular to adjust or maintain a fall and / or a track of the chassis.
  • the Akuator 202 is then in particular part of the vehicle stabilizer and serves to move two wishbone sections relative to each other to selectively change the lane and / or the fall of the chassis.
  • the suspension control arm is a rear-axle control arm, a steering movement of the vehicle 200 can thereby also be generated.
  • the protection circuit may also be part of an active suspension control arm in order to convert it to a safe state.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for operating an electric actuator according to an embodiment of the present invention. The method may be carried out in conjunction with a protection circuit as described with reference to FIGS. 1 or 2.
  • step 301 of the switching electrical lines for connecting terminals of a power supply device to terminals of an electric actuator are interrupted and additionally short-circuited. As a result, the actuator is decoupled from the power supply.
  • step 303 of diagnosing the electrical wires are checked.
  • the step 303 of diagnosing is performed after the step 301 of switching.
  • the step 303 of diagnosing can be carried out once or several times. For example, step 301 may be performed if an error has occurred in a system comprising the actuator, in particular in a control device for the actuator. To do so, in a continuously repeated monitoring step, the system or parts of the system may be monitored for errors and the step 301 of switching may be performed in response to an error detected in the monitoring step.
  • step 305 the lines can be closed again and the short circuit between the lines can be canceled again.
  • step 305 may be performed if no error was detected in step 303 of the diagnosing.
  • the actuator may be transitioned to a safe state. Step 307 may be performed prior to step 301 of switching so that the lines are interrupted only when the actuator is in the safe state.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of an actuator device with a protection circuit 410 according to an embodiment of the present invention.
  • the actuator device has a power supply device 204 and an electric actuator 202, which are connected to each other via three electrical lines 1 1 1, 1 13, 413.
  • a protection circuit 410 comprising a switch device 102 and a diagnostic device 104 is coupled to the electrical leads 1 1 1, 1 13, 413.
  • the electrical lines 1 1 1, 1 13, 413 are connected on the side of the actuator 202 via three terminals 131, 133, 433 of the actuator 202 to the actuator 202.
  • the switch device 102 has a first switch 241, a second switch 243 and a third switch 445.
  • the first switch 241 is arranged in the first line 1 1 1 and designed to close the first line 1 1 1 in a first switching position and to interrupt in a second switching position shown in FIG. 4 and connect to a short-circuit network 460.
  • the second switch 243 is arranged in the second line 1 13 and designed to accommodate the two te line 1 13 to close in a first switching position and interrupt in a second switching position shown in Fig. 4 and connect to the short-circuit network 460.
  • the third switch 445 is arranged in the third line 413 and is designed to close the third line 413 in a first switching position and to interrupt it in a second switching position shown in FIG.
  • the short-circuit network 460 has a connection line and three contact sections connected to the connection line for the switches 241, 243, 445.
  • the switches 241, 243, 445 are in the second switching position, the short-circuit network is electrically isolated, that is, connected to neither one of the lines 1 1 1, 1 13, 413 nor to an operating voltage potential, for example a ground potential.
  • the switches 241, 243, 445 are designed as a changeover switch, each with a mechanically movable and electrically conductive switch section.
  • the mechanically movable switch sections connect the sections of the lines 1 1 1, 1 13, 413 connected to the actuator 202 to the sections of the lines 1 1 1, 1 13, 413 connected to the energy supply device 204 or to the contact sections of the short-circuit network 460 ,
  • the diagnostic device 104 has a first resistor 462, which connects the first line 1 1 1 to a neutral point, a second resistor 464, which connects the second line 1 13 to the neutral point and a third resistor 466, the third line 413 connects to the star point.
  • the protection circuit 410 and the actuator 202 may be implemented as a unit 470.
  • the protection circuit 410 and the actuator 202 may be disposed in a common housing.
  • the energy supply device 204 is part of a control device 475, which has a switching device 250 in addition to the energy supply device 204.
  • the controller 475 can be configured as a unit be guided, which has a first port 480 and a second port 482. Via the first connection 480, the switching device 250 of the control device 475 is connected to a line 478.
  • the switching device 250 is configured to drive the switching device 102 via the line 478.
  • the energy supply 204 is connected to the lines 1 1 1, 1 13, 413 via the second connection 482.
  • the controller 475 may be spaced apart from the unit 470 of actuator 202 and protection circuit 410. For example, a housing of the controller 475 may be spaced, without a point of contact, to a housing of the unit 470.
  • the energy supply device 204 has six transistor circuits 491, 492, 493, 494, 495, 496.
  • Each of the transistor circuits 491, 492, 493, 494, 495, 496 has a transistor and a diode connected in parallel thereto.
  • the first line 1 1 1 is connected via the first transistor circuit 491 to a voltage source 498 and via the second transistor circuit 492 to ground.
  • the second line 1 13 is connected via the third transistor circuit 493 to the voltage source 498 and via the fourth transistor circuit 494 to ground.
  • the third line 413 is connected to the voltage source 498 via the fifth transistor circuit 495 and to ground via the sixth transistor circuit 496.
  • the power supply device 204 is designed as a power electronics or output stage
  • the switching device 250 is designed as a contactor and / or relay driver, also called driver circuit
  • the first terminal 480 is designed as a connector of the switching device 250
  • the second terminal 482 is designed as a connector of the actuator 202
  • the line 478 is designed as a connecting line of the switching device 250
  • the lines 1 1 1, 1 13, 413 are designed as actuator connecting lines
  • the resistors 462, 464, 466 are designed as diagnostic resistors
  • the switch device 102 is designed as a mechanical separating element, for example as a contactor and / or relay.
  • a first main task consists in the transfer 307 of the actuator 202, which may also be a motor, in a safe state, before the switching 301 of the or one of the protective elements 241, 243, 445.
  • This can be done by shorting the motor lines 1 1 1, 1 , 413 can be achieved via the output stage transistors 492, 494, 496 or by similar means by which a braking torque is built up and acts against the mechanical excitation of the actuator 202.
  • This process can be controlled by a transfer device 252.
  • a suitable measuring method a suitable for the switching of the switching device 102, so for example, a contactor and / or relay switching time can be determined to avoid the formation of voltage spikes.
  • the actuator 202 for example a drive or motor, to be controlledly braked in the event of an error.
  • An unwanted acceleration of the actuator 202 should be avoided.
  • the safe state of the actuator 202 is therefore the stoppage of the actuator 202.
  • the actuator 202 is part of an active electromechanical chassis stabilizer. If the actuarial Gate 202 used for such an actuator for roll stabilization, so the actuator 202 and thus the vehicle body, after the Stelivorgang controlled to return to the zero position.
  • the clamped actuator 202 can not initiate a counter-torque by a field-oriented control, z. B. due to a failure of a microcontroller of the controller, the lines 1 1 1, 1 13, 413 of the actuator 202, which are designed according to this embodiment as motor lines, shorted.
  • a counter-torque braking torque
  • This counter-torque prevents the sudden acceleration of the actuator 202 and also serves as overvoltage protection.
  • the detection of the safe state of the actuator 202 may, for. B. be realized by a current measurement.
  • the relaxed actuator 202 can not induce voltage at standstill without mechanical excitation and the short circuit current goes back to zero.
  • the standstill of the actuator 202 can be determined. If the separation is at a standstill, no high voltage spike is induced by the rapid current change (di / dt) in the motor winding of the actuator 202.
  • a second main task concerns overvoltage protection.
  • the electronic components in the control unit (ECU) 475 and the power electronics of the power supply unit 204 are protected against overvoltage.
  • This protective function is achieved by the switch device 102, in the form of a mechanical protective element the connecting line 1 1 1, 1 13, 413 between actuator 202 and control unit 475 separates (no contacts) and at the same time short circuits the motor windings of the actuator 202 (nc contacts) to suppress the regenerative effect of the actuator 202.
  • the overvoltage protection thus takes place an initiation of the short circuit after the separation process by the switch device 102.
  • a mechanical short circuit is automatically initiated by the separation process through the use of changeover contacts.
  • the changeover contacts on the lines 1 1 1, 1 13, 413 and on the short-circuit network 460 can be contacted by the switch 241, 243, 445 designed as a changeover switch.
  • a so-called fail-safe measure is designed so that after the transfer 307 of the actuator 202 in a safe operating state, the connection between the actuator 202 and control unit 475 is interrupted.
  • a counter-torque is built up by short-circuiting the actuator lines performing lines 1 1 1, 1 13, 445 in mechanical excitations, thereby avoiding overvoltage of the actuator circuit.
  • the actuator lines 1 1 1, 1 13, 445 are automatically short-circuited and disconnected the connection between the actuator 202 and controller 475.
  • a third main task relates to the diagnosis of the motor cables 1 1 1, 1 13, 413.
  • the motor connection via lines 1 1 1, 1 13, 413 is checked for presence and short circuit , By disconnecting the motor connection (no contacts) there is no direct connection between the controller 475 and the actuator 202.
  • the diagnostic device 104 in the form of an integrated detection circuit in the protection element 410 is provided to the motor connection lines 1 1 1, 1 13, 413 in the separated state to be able to check.
  • resistors 562, 464, 466 with star-shaped or alternatively triangular arrangement can be used for this purpose in protective element 475.
  • the motor connection can be checked for errors before the output stage 204 and the separator 102 are released. Due to the diagnostic resistors 462, 464, 466, the connection lines 1 1 1, 1 13, 413 can be checked for interruption and short circuit by a suitable measuring method before the final stage 204 and the isolating element 102 are disconnected. By this method, the actuator lines 1 1 1, 1 13, 413 can be checked even after the separation of the connection by the switch device 102 and the reliability of the overall system can be increased.
  • the diagnostic resistors 462, 464, 466 may be used for diagnosis if the lines 1 1 1, 1 13, 413 are still interrupted by the switch device 102, but are no longer short-circuited.
  • the switch device 102 may be configured to switch to a state for performing the diagnosis of the lines 1 1 1, 1 13, 413 from a switching state in which the lines 1 1 1, 1 13, 413 are interrupted and short-circuited, in which the lines 1 1 1, 1 13, 413 interrupted, but are not short-circuited on the switch device 102. If no fault is diagnosed during the diagnosis, the switch device 102 may change to a state in which the lines 1 1 1, 1 13, 413 are reconnected.
  • the protection circuit 410 may be implemented as both an external and an actuator 202 internal unit.
  • the described technical solution can be supplemented by two additional switching contacts in the short circuit.
  • the short-circuiting of the actuator lines 1 1 1, 1 13, 413 is customizable depending on the application.
  • the changeover contacts can be replaced by n.o. and n.c. contacts.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Abstract

Eine Schutzschaltung für einen Aktuator für ein Fahrzeug weist zumindest einen Schalter (102) zum Unterbrechen und Kurzschließen von zumindest zwei elektrischen Leitungen (111, 113) zum Verbinden von Anschlüssen (121, 123) einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen (131, 133) des elektrischen Aktuators auf. Die Schutzschaltung weist ferner eine Diagnoseeinrichtung (104) zum Überprüfen von zwischen den Anschlüssen (121, 123) der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter (102) angeordneten Abschnitten der zumindest zwei elektrischen Leitungen (111, 113) auf.

Description

Schutzschaltunq für einen Aktuator, Aktuatorvorrichtunq und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für einen Aktuator, auf eine Aktuatorvorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen aktiven Fahr- werksstabilisator und einen aktiven Fahrwerksquerlenker, jeweils mit einer solchen Schutzschaltung.
Nach Stand der Technik werden bereits bei Motorsteuerungsanwendungen Verfahren zur Trennung und/oder Kurzschließung der Motorleitungen angewendet. Als Schutzelemente werden in der Regel mechanische Schaltelemente wie Schütze und/oder Relais und/oder elektronische Schaltelemente, wie beispielsweise
MOSFETs oder IGBTs, verwendet. Insbesondere die mechanischen Schaltelemente haben den Vorteil, dass im unbestromten Zustand des Spulenkreises die Kontakte je nach Aufbau und Technologie öffnen und damit den Lastkreis trennen (n.o.), oder schließen (n.c.) um einen Kurzschluss darzustellen. Die erwähnten Technologien sind auch in Kombination als sogenannte Wechselkontakte (n.o. & n.c) verfügbar.
Die DE 102 57 21 1 A 1 befasst sich mit einem Kraftfahrzeugstabilisator. Für den Betrieb eines dabei eingesetzten Elektromotors als Generator können die Motorphasen des Elektromotors über einen festen oder variablen Lastwiderstand kurzgeschlossen werden. Beim Einsatz eines bürstenlosen Gleichstrommotors wird dessen Kurzschluss zum Betrieb als Generator über dessen Endstufentransistoren geschaltet.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Schutzschaltung für einen Aktuator, eine verbesserte Aktuatorvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Durch eine solche Schutzschaltung kann ein Aktuator von einer Energieversorgung entkoppelt werden. Das Entkoppeln kann dadurch realisiert werden, dass Leitungen zum Verbinden des Aktuators mit der Energieversorgung unterbrochen und zusätzlich kurzgeschlossen werden. Vorteilhafterweise können Abschnitte der Leitungen einer Diagnose unterzogen werden, während der Aktuator von der Energieversorgung entkoppelt ist.
Eine Schutzschaltung für einen Aktuator für ein Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung zumindest einen Schalter zum Unterbrechen und Kurzschließen von zumindest zwei elektrischen Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators und eine Diagnoseeinrichtung zum Überprüfen von zwischen den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordneten Abschnitten der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweist.
Der Aktuator kann beispielsweise in einem Fahrzeug zur Personenbeförderung oder Lastenbeförderung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden. Der elektrische Aktuator kann einen Elektromotor darstellen oder umfassen. Es kann sich um einen mit Wechselspannung oder Gleichspannung betriebenen Aktuator handeln. Die Energieversorgungseinrichtung kann ausgebildet sein, um über die Anschlüsse der Energieversorgung und die elektrischen Leitungen zum Betrieb des Aktuators erforderliche elektrische Energie an die Anschlüsse des Aktuators bereitzustellen. Beispielsweise können zwei elektrische Leitungen oder drei elektrische Leitungen vorgesehen sein. Drei elektrische Leitungen eignen sich beispielsweise, um den Aktuator mit Drehstrom betreiben zu können. Jeder der Anschlüsse der Energieversorgungseinrichtung kann unter Verwendung von Leistungstransistoren der Energieversorgung mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Unter einer Schutzschaltung kann eine elektrische Schaltung verstanden werden, die verwendet werden kann, um den Aktuator und zusätzlich oder alternativ die Energieversorgungseinrichtung oder eine mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung vor Beschädigung, beispielsweise aufgrund von Spannungsspitzen, zu schützen. Der zumindest eine Schalter kann als Transistor, vorteilhaft jedoch als mechanischer Schalter, beispielsweise als Schütz oder Relais realisiert sein. Durch eine Betätigung des zumindest einen Schalters können die Leitungen unterbrochen und zusätzlich durch die oder eine weitere Betätigung des Schalters kurzgeschlossen werden. Zum Kurzschließen können die Leitungen direkt oder über einen Sternpunkt miteinander verbunden werden. Der zumindest eine Schalter kann mehrere Schaltelemente umfassen oder es können mehrere Schalter vorgesehen sein, sodass beispielsweise jeder der Leitungen ein eigener Schalter oder ein eigenes Schaltelement zugeordnet sein kann. Gemäß einer Ausführungsform kann der zumindest eine Schalter ausgebildet sein, um die Leitungen zu unterbrechen und anschließend kurzzuschließen. Der Schalter kann als ein Wechselschalter bzw. Wechselkontakt oder eine Kombination aus einzelnen n.c. und n.o. Schaltern ausgeführt sein. Die Diagnoseeinrichtung kann als eine elektrische Schaltung ausgeführt sein. Die Diagnoseeinrichtung kann diskrete elektrische Bauteile und zusätzlich oder alternativ eine Logikschaltung umfassen. Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um zum Überprüfen der Abschnitte der Leitungen eine Spannungsmessung und zusätzlich oder alternativ eine Strommessung durchzuführen. Dazu kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um einen Diagnosestrom oder eine Diagnosespannung in zumindest eine der Leitungen einzuspeisen. Abhängig von einem Ergebnis einer solchen Messung kann die Diagnoseeinrichtung beispielsweise einen fehlerfreien oder fehlerhaften Zustand der Leitungen diagnostizieren. Ein fehlerhafter Zustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung an zumindest einer der Leitungen diagnostiziert wird, die nicht durch den zumindest einen Schalter hervorgerufen sind.
Bevorzugt wird die Erfindung in einem aktiven Kraftfahrzeugfahrwerk eingesetzt. Die Erfindung kann sich daher auf einen Fahrwerksstabilisator eines bzw. für ein Kraftfahrzeug(s) beziehen, aufweisend einen elektrischen Aktuator und zwei mittels des Aktuators relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorabschnitte, sowie aufweisend die Schutzschaltung für den Aktuator. Ein solcher Fahrwerksstabilisator wird auch Wankstabilisator genannt. Alternativ dazu kann sich die Erfindung auf einen Fahrwerksquerlenker eines bzw. für ein Kraftfahrzeug(s), insbesondere einen Hinterachsquerlenker, beziehen, aufweisend einen elektrischen Aktuator und zwei mittels des Aktuators relativ zueinander verschiebbare Querlenkerabschnitte, sowie aufweisend die Schutzschaltung für den Aktuator. Gemäß einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung eine Überführungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um den Aktuator in einen sicheren Zustand zu überführen. Nach erfolgreicher Überführung des Aktuators in den sicheren Zustand können die Leitungen sicher unterbrochen und kurzgeschlossen werden. Dadurch kann ein sicheres Schalten des zumindest einen Schalters gewährleistet werden.
Die Schutzschaltung kann eine Schalteinrichtung aufweisen. Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Überführen des Aktuators in den sicheren Zustand ein Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen zu unterbrechen und kurzzuschließen. Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um ein Überführungssignal zu empfangen, das anzeigt, dass der Aktuator in den sicheren Zustand überführt ist. Unter einem sicheren Zustand kann ein Zustand verstanden werden, bei dem das Auftreten von Spannungsspitzen während oder nach einem Schalten des zumindest einen Schalters vermieden werden kann.
Beispielsweise kann die Überführungseinrichtung ausgebildet sein, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen zum Überführen des Aktuators in den sicheren Zustand mit einem Bezugsspannungspotenzial zu verbinden. Das Bezugsspannungspotenzial kann beispielsweise durch einen Masseanschluss bereitgestellt werden. Dazu können beispielsweise entsprechende Leistungstransistoren in der Energieversorgungseinrichtung geeignet angesteuert werden. Somit können die elektrischen Leitungen gegen Masse kurzgeschlossen werden, um den sicheren Zustand des Aktuators zu erreichen.
Dabei kann die Überführungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Stromfluss oder einen Spannungsabfall zwischen den zumindest zwei elektrischen Leitungen und dem Bezugsspannungspotenzial zu erfassen, um den sicheren Zustand zu erkennen. Wenn kein Stromfluss oder kein Spannungsabfall erfasst wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Aktuator in dem sicheren Zustand befindet. Die Diagnoseeinrichtung kann ausgebildet sein, um ein Freigabesignal an die Schalteinrichtung bereitzustellen, wenn die Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen beim Überprüfen der Abschnitte als fehlerfrei diagnostiziert wurden. Ferner kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, um ansprechend auf das Freigabesignal ein weiteres Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um das Unterbrechen und Kurzschließen oder nur das Unterbrechen der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufzuheben. Wenn die Diagnose in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Leitungen unterbrochen und kurzgeschlossen sind, kann der zumindest eine Schalter durch das Freigabesignal von einem Zustand, in dem die Leitungen unterbrochen und kurzgeschlossen sind, in einen Zustand versetzt werden, in dem die Leitungen verbunden sind. Wenn die Diagnose in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Leitungen unterbrochen aber nicht durch den zumindest einen Schalter kurzgeschlossen sind, kann der zumindest eine Schalter durch das Freigabesignal von einem Zustand, in dem die Leitungen unterbrochen aber nicht kurzgeschlossen sind, in einen Zustand versetzt werden, in dem die Leitungen verbunden sind. In einen Schaltzustand in dem die Leitungen unterbrochen aber nicht kurzgeschlossen sind kann der zumindest eine Schalter beispielsweise versetzt werden, bevor der Aktuator nach einer Abschaltung wieder in Betrieb genommen wird. Durch die Diagnose der elektrischen Leitungen kann gewährleistet werden, dass eine Kopplung zwischen der Energieversorgung und dem Aktuator erst dann wieder hergestellt wird, wenn die Abschnitte überprüft und als fehlerfrei angesehen werden. Eine Inbetriebnahme des Aktuators bei fehlerbehafteten Anschlussleitungen kann dagegen vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, um ein Fehlersignal zu empfangen und ansprechend auf das Fehlersignal das Schaltsignal an den zumindest einen Schalter bereitzustellen, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen zu unterbrechen und kurzzuschließen. Das Fehlersignal kann beispielsweise einen Fehlerzustand einer Steuervorrichtung oder eines Steuergeräts zum Steuern einer Funktion des Aktuators anzeigen. Beispielsweise kann das Fehlersignal von einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Steuervorrichtung oder des Steuergeräts bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine Stromversorgung des Aktuators, ansprechend auf einen erkannten oder erfolgten Fehler- zustand im System, über die zumindest zwei elektrischen Leitungen automatisch unterbrochen werden.
Die Schutzschaltung kann ein Gehäuse mit einer ersten Schnittstelle zu den Anschlüssen der Energieversorgung und eine zweite äu ßere Schnittstelle zu den Anschlüssen des Aktuators aufweist. Der zumindest eine Schalter, die Diagnoseeinrichtung und den zumindest einen Schalter umfassende Bereiche der Leitungen können innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Bereiche der Leitungen können zwischen der ersten und der zweiten äußeren Schnittstelle verlaufen. Somit kann die Schutzschaltung in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein, das getrennt von einem Gehäuse des Aktuators oder einem Gehäuse der Energieversorgung angeordnet sein kann. Eine solche Schutzschaltung lässt sich einfach in ein bestehendes System aus Energieversorgung und Aktuator integrieren.
Alternativ kann die Schutzschaltung in einem Gehäuse des Aktuators angeordnet sein. Dadurch kann der zumindest eine Schalter der Schutzeinrichtung sehr nahe an den eigentlichen Kontakten des Aktuators, beispielsweise an Kontakten von Wicklungen des Aktuators angeordnet werden. Zudem können Aktuator und Schutzschaltung als eine kompakte Einheit eingesetzt werden.
Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung zumindest einen elektrischen Widerstand zum Verbinden der Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweisen. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung eine Erfassungseinrichtung aufweisen. Die Erfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um zum Überprüfen der Abschnitte einen Spannungsabfall und/oder einen Stromfluss durch den zumindest einen elektrischen Widerstand zu zu erfassen. Ein Widerstand lässt sich einfach und kostengünstig realisieren. Beispielsweise kann der Widerstand zwischen zwei der elektrischen Leitungen geschaltet sein. Auch können zwei Widerstände vorgesehen sein, die einen gemeinsamen Sternpunkt sternförmig mit zwei der elektrischen Leitungen verbinden. Der zumindest eine Widerstand kann benachbart zu oder nahe an dem zumindest einen Schalter angeordnet sein. Die Erfassungseinrichtung kann eine Messeinrichtung aufweisen, die mit den zumindest zwei Leitungen gekoppelt ist. Die Diagnoseeinrichtung kann ausgebildet sein, um abhängig von einem Messergebnis der Erfassungseinrichtung zu entscheiden, ob die zumindest zwei Leitungen fehlerbehaftet oder fehlerfrei sind. Gemäß einer Ausführungsform kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um die Diagnose durchzuführen, wenn der zumindest eine Schalter die Leitungen kurzgeschlossen und unterbrochen hat. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um die Diagnose durchzuführen, wenn der zumindest eine Schalter die Leitungen unterbrochen aber nicht kurzgeschlossen hat. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Diagnoseeinrichtung ausgebildet sein, um die Diagnose durchzuführen, wenn der zumindest eine Schalter die Leitungen weder unterbrochen noch kurzgeschlossen hat.
Gemäß einer Ausführungsform kann der zumindest eine Schalter zum Unterbrechen und Kurzschließen von drei elektrischen Leitungen zum Verbinden von drei Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung mit drei Anschlüssen des elektrischen Aktuators ausgebildet sein. Die Diagnoseeinrichtung kann zum Überprüfen von drei zwischen den drei Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordneten drei Abschnitten der drei Leitungen ausgebildet sein. Somit kann die Schutzschaltung im Zusammenhang mit einer Dreiphasenwechselstrom bereitstellenden Energieversorgung und einem Aktuator in Form einer Drehstrommaschine eingesetzt werden. Die drei Leitungen können den drei Phasen des Dreiphasenwechselstroms zugeordnet sein.
Eine solche Schutzschaltung kann drei Wechselschalter bzw. Wechselkontakte oder stattdessen jeweils einen n.c- und n.o. -Schalter zum Unterbrechen und Kurzschließen der drei elektrischen Leitungen aufweisen. Die Diagnoseeinrichtung kann zum Überprüfen der drei Abschnitte drei elektrische Widerstände aufweisen, die die drei Abschnitte mit einem gemeinsamen Sternpunkt oder die drei Abschnitte untereinander verbinden können.
Die genannte Schutzschaltung kann, wie obig genannt, beispielsweise im Zusammenhang mit einem Fahrwerksstabilisator eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Eine Aktuatorvorrichtung für einen Fahrwerksstabilisator für ein Fahrzeug, wobei die Aktuatorvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung und einen Aktuator aufweist, wobei Anschlüsse der Energieversorgungseinrichtung über zumindest zwei elektrische Leitungen mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators verbunden sind, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung eine genannte Schutzschaltung zum Unterbrechen und Kurzschließen der zumindest zwei elektrischen Leitungen aufweist. Somit kann die genannte Schutzeinrichtung vorteilhaft zum Betreiben eines Aktuators eingesetzt werden. Beispielhaft kann die Aktuatorvorrichtung im Zusammenhang mit einem Fahrwerksstabilisator eingesetzt werden, durch den eine Wankbewegung eines Fahrzeugs zumindest reduziert werden kann.
Ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators für ein Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt des Schaltens zumindest zwei elektrische Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen des elektrischen Aktuators unter Verwendung zumindest eines Schalters unterbrochen und kurzgeschlossen werden und in einem Schritt des Diagnostizierens zwischen den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung und dem zumindest einen Schalter angeordnete Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen überprüft werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Überführens des Aktuators in einen sicheren Zustand, wobei Schritt des Schaltens nach dem Schritt des Überführens ausgeführt wird.
Schritte eines solchen Verfahrens können von geeigneten Einrichtungen umgesetzt oder unter Verwendung geeigneter Einrichtungen ausgeführt werden. Unter einer Vorrichtung oder Einrichtung kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das elektrische Signale verarbeitet und in Abhängigkeit davon weiterer Signale ausgeben kann. Eine Einrichtung oder Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch aus eigenen, integrierten Schaltkreisen und/oder zu- mindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem MikroController neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schutzschaltung für einen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktua- tors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ein Schaltbild einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzschaltung für einen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Schutzschaltung weist eine Schaltervorrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 auf. Die Schaltervorrichtung 102 und die Diagnoseeinrichtung 104 sind mit zwei Leitungen 1 1 1 , 1 13 zum Verbinden des Aktuators mit einer Energieversorgung gekoppelt. Die zwei Leitungen 111, 113 sind zwischen zwei ersten Anschlüssen 121 , 123 und zwei zweiten Anschlüssen 131 , 133 der Schutzschaltung geführt.
Die Schaltvorrichtung 102 kann einen oder mehrere Schalter umfassen. Die Schaltvorrichtung 102 ist ausgebildet, um in einem ersten Schaltzustand die Leitungen 111, 113 in einem durchgängig elektrisch leitfähigen Zustand zu halten und in einem zweiten Schaltzustand die Leitungen 111, 113 zu unterbrechen und zusätzlich kurzzuschließen. Zum Kurzschließen können die beiden Leitungen 111, 113 beispielsweise direkt oder über eine separat ausgeführte Verbindungsleitung elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltvorrichtung 102 ausgebildet sein, um jede der Leitungen 111, 113 unabhängig von der jeweils anderen der Leitungen 111 , 113 zu unterbrechen und gegebenenfalls kurzzuschließen.
Die Diagnoseeinrichtung 104 ist ausgebildet, um die Abschnitte der Leitungen 111, 113, die zwischen den ersten Anschlüssen 121 , 123 und der Schaltvorrichtung 102 angeordnet sind zu überprüfen. Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet sein, um die Abschnitte auf Kurzschluss, beispielsweise zu Masse, oder auf eine Unterbrechung hin zu überwachen. Wenn die Diagnoseeinrichtung 104 einen solchen Fehler diagnostiziert, kann die Diagnoseeinrichtung 104 beispielsweise ein Fehlersignal bereitstellen. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung 102 so angesteuert werden, dass sie nur dann von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand wechselt, und somit die Anschlüsse 121 , 123 mit den Anschlüssen 131 , 133 verbindet, wenn von der Diagnoseeinrichtung 104 kein Fehler auf den Abschnitten der Leitungen 111, 113 erkannt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können sich die Leitungen 111, 113 über die ersten Anschlüsse 121 , 123 hinaus erstrecken, beispielsweise bis zu Anschlüssen der Energieversorgung. Dazu können weitere Leitungsteile an die ersten Anschlüsse 121 , 123 angeschlossen werden. Dadurch können sich die durch die Diagnoseeinrichtung 104 überprüfbaren Abschnitte der Leitungen 111, 113 beispielsweise bis zu internen oder externen Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung erstrecken. Die Schutzschaltung kann ein Gehäuse aufweisen und die ersten Anschlüsse 121 , 123 und zusätzlich oder alternativ die zweiten Anschlüsse 131 , 133 können an Gehäusewänden des Gehäuses angeordnet sein und elektrische Schnittstellen der Schutzschaltung darstellen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Aktuatorvorrichtung beispielhaft in einem Fahrzeug 200 eingesetzt.
Die Aktuatorvorrichtung weist einen Aktuator 202, beispielsweise einen Elektromotor, und eine Energieversorgungseinrichtung 204 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 204 ist ausgebildet, um elektrische Energie zum Betreiben des Aktua- tors 202 bereitzustellen. Dazu ist die Energieversorgungseinrichtung 204 über Leitungen 1 1 1 , 1 13 mit dem Aktuator 202 verbunden.
Die Schutzschaltung ist ausgebildet, um die Energieversorgungseinrichtung 204 von dem Aktuator 202 zu entkoppeln. Ferner ist die Schutzschaltung ausgebildet, um die Leitungen 1 1 1 , 1 13 zu überprüfen. Dazu weist die Schutzschaltung, wie anhand von Fig. 1 beschrieben, eine Schalteinrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 auf. Beispielhaft sind hier die ersten Anschlüsse 121 , 123 der Schutzschaltung gleich den Anschlüssen der Energieversorgungseinrichtung 204 und die zweiten Anschlüsse 131 , 133 der Schutzschaltung gleich den Anschlüssen des Aktuators 202.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltvorrichtung 102 einen ersten Schalter 241 und einen zweiten Schalter 243 auf. Der erste Schalter 241 ist in der ersten Leitung 1 1 1 angeordnet und ist ausgebildet, um die erste Leitung 1 1 1 in dem ersten Schaltzustand geschlossen und in dem zweiten Schaltzustand unterbrochen zu halten. Der zweite Schalter 243 ist in der zweiten Leitung 1 13 angeordnet und ist ausgebildet, um die erste Leitung 1 13 in dem ersten Schaltzustand geschlossen und in dem zweiten Schaltzustand unterbrochen zu halten. Zusätzlich sind die Schalter 241 , 243 ausgebildet, um die erste Leitung 1 1 1 und die zweite Leitung 1 13 in dem zweiten Schaltzustand oder in einem dritten Schaltzustand miteinander kurzschließen, das hei ßt eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Leitungen 1 1 1 , 1 13 herzustellen. Die leitfähige Verbindung zwischen den Leitungen 1 1 1 , 1 13 kann dabei direkt, beispielsweise ohne zusätzliche Verbindung zu einem Bezugsspannungspotenzial, beispielsweise Masse, erfolgen.
Die Diagnoseeinrichtung 104 kann beispielsweise einen Widerstand aufweisen, der die Leitungen 1 1 1 , 1 13 elektrisch leitfähig miteinander verbindet. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 104 eine Messeinrichtung oder Erfassungseinrichtung 249 zum Messen einer an dem Widerstand abfallenden Spannung oder eines durch den Widerstand fließenden Strom aufweisen, um einen fehlerfreien Zustand oder einen fehlerbehaften Zustand der Leitungen 1 1 1 , 1 13 diagnostizieren zu können. Dabei kann die Diagnoseeinrichtung 104 je nach Ausführungsbeispiel ausgebildet sein, um die Diagnose durchzuführen, während sich die Schalter 241 , 243 in einem Schaltzustand befinden, in dem die Leitungen 1 1 1 , 1 13 nicht unterbrochen sind, in dem die Leitungen 1 1 1 , 1 13 unterbrochen aber nicht kurzgeschlossen sind, oder in dem die Leitungen 1 1 1 , 1 13 unterbrochen und kurzgeschlossen sind. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet sein, um einen Messstrom an einer geeigneten Stelle in die Leitungen 1 1 1 , 1 13 einzuspeisen oder an die Leitungen 1 1 1 , 1 13 anzulegen. Dazu kann die Diagnoseeinrichtung 104 auch ausgebildet sein, um die Energieversorgungseinrichtung 204 geeignet anzusteuern, um über die Energieversorgungseinrichtung 204 den Messstrom oder die Messspannung bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schutzschaltung eine Schalteinrichtung 250 auf. Die Schalteinrichtung 250 ist ausgebildet, die Schaltervorrichtung 102 anzusteuern. Dazu kann die Schalteinrichtung 250 ausgebildet sein, um ein erstes Schaltsignal zum Überführen des ersten Schalters 241 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, oder umgekehrt, an den ersten Schalter 241 bereitzustellen. Ferner kann die Schalteinrichtung 250 ausgebildet sein, um ein zweites Schaltsignal zum Überführen des zweiten Schalters 243 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, oder umgekehrt, an den zweiten Schalter 243 bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Diagnoseeinrichtung 104 ausgebildet, um abhängig von einem Ergebnis einer Überprüfung der Leitungen 1 1 1 , 1 13 ein Diagnosesignal an die Schalteinrichtung 250 bereitzustellen. Die Schalteinrichtung 250 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das erste und das zweite Schaltsignal zum Überführen der Schalter 241 , 243 in den ersten Schaltzustand nur dann bereitzustellen, wenn das Diagnosesignal einen fehlerfreien Zustand der Leitungen 1 1 1 , 1 13 anzeigt. Im fehlerfreien Zustand kann das Diagnosesignal beispielsweise einem Freigabesignal entsprechen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schutzschaltung eine Überführungseinrichtung 252 auf, die ausgebildet ist, um den Aktuator 202 in einen sicheren Zustand zu überführen. Dazu kann die Überführungseinrichtung 252 ausgebildet sein, um die Energieversorgungseinrichtung 204 geeignet anzusteuern, um ein Überführen des Aktuators 202 in den sicheren Zustand zu bewirken. Beispielsweise kann die Energieversorgungseinrichtung 204 dabei so angesteuert werden, dass die Leitungen 1 1 1 , 1 13 innerhalb der Energieversorgungseinrichtung 204 über ein Bezugsspannungspotenzial, beispielsweise Masse, kurzgeschlossen werden. Ansprechend auf ein Überführen des Aktuators 202 in den sicheren Zustand kann die Überführungseinrichtung 252 ausgebildet sein, um ein Signal an die Schalteinrichtung 250 bereitzustellen, dass das Überführen des Aktuators 202 in den sicheren Zustand anzeigt. Die Schalteinrichtung 250 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das erste und das zweite Schaltsignal zum Überführen der Schalter 241 , 243 von dem ersten in den zweiten Schaltzustand nur dann bereitzustellen, wenn das Signal den sicheren Zustand des Aktuators 202 anzeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Teile der Schutzschaltung, beispielsweise die Schalteinrichtung 250, die Überführungseinrichtung 252 oder Teile die Diagnoseeinrichtung 104, oder jeweils Abschnitte davon getrennt von der
Schutzschaltung angeordnet sein oder funktional einer anderen Komponente der Ak- tuatorvorrichtung, beispielsweise einem Steuergerät, zugeordnet sein. Bevorzugt weist das Fahrzeug 200 ein Fahrwerk und als Teil des Fahrwerks einen aktiven Fahrwerksstabilisator und/oder einen Fahrwerksquerlenker auf. Ein solcher Fahrwerksstabilisator dient insbesondere um Wankbewegungen des Fahrzeugs 200, wie sie beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auftreten, auszugleichen o- der zumindest abzumindern. Der elektrische Akuator 202 ist dann insbesondere Teil des Fahrwerksstabilisators und dient dazu, zwei Stabilisatorabschnitte relativ zueinander zu verdrehen, um gezielt Wankbewegungen des Fahrzeugs 200 entgegenzuwirken oder einzuleiten. Demgemäß kann die Schutzschaltung ein Teil eines aktiven Fahrzeugstabilisators sein, um diesen in einen sicheren Zustand zu überführen. Demgegenüber dient der Fahrwerksquerlenker insbesondere, um einen Sturz und/oder eine Spur des Fahrwerks einzustellen bzw. aufrecht zu erhalten. Der Akuator 202 ist dann insbesondere Teil des Fahrzeugstabilisators und dient dazu, zwei Querlenkerabschnitte relativ zueinander zu verschieben, um gezielt die Spur- und/oder den Sturz des Fahrwerks zu verändern. Insbesondere wenn es sich bei dem Fahrwerksquerlenker um einen Hinterachsquerlenker handelt, kann hierdurch auch eine Lenkbewegung des Fahrzeugs 200 erzeugt werden. Demgemäß kann die Schutzschaltung auch ein Teil eines aktiven Fahrwerksquerlenkers sein, um diesen in einen sicheren Zustand zu überführen.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann im Zusammenhang mit einer Schutzschaltung ausgeführt werden, wie sie anhand der Figuren 1 oder 2 beschrieben ist.
In einem Schritt 301 des Schaltens werden elektrische Leitungen zum Verbinden von Anschlüssen einer Energieversorgungseinrichtung mit Anschlüssen eines elektrischen Aktuators unterbrochen und zusätzlich kurzgeschlossen. Dadurch wird der Aktuator von der Energieversorgung entkoppelt. In einem Schritt 303 des Diagnostizierens werden die elektrischen Leitungen überprüft. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 303 des Diagnostizierens nach dem Schritt 301 des Schaltens ausgeführt. Der Schritt 303 des Diagnostizierens kann dabei einmal oder mehrmals ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Schritt 301 ausgeführt werden, wenn in einem den Aktuator umfassenden System, insbesondere in einer Steuervorrichtung für den Aktuator, ein Fehler aufgetreten ist. Dazu kann in einem fortlaufend wiederholt ausgeführten Schritt des Überwachens das System oder Teile des Systems auf Fehler überwacht werden und der Schritt 301 des Schaltens kann ansprechend auf einen im Schritt des Überwachens erkannten Fehler ausgeführt werden.
In einem optionalen Schritt 305 können die Leitungen wieder geschlossen sowie der Kurzschluss zwischen den Leitungen wieder aufgehoben werden. Der Schritt 305 kann beispielsweise ausgeführt werden, wenn im Schritt 303 des Diagnostizierens kein Fehler erkannt wurde.
In einem optionalen Schritt 307 kann der Aktuator in einen sicheren Zustand überführt werden. Der Schritt 307 kann vor dem Schritt 301 des Schaltens ausgeführt werden, sodass die Leitungen nur dann unterbrochen werden, wenn sich der Aktuator in dem sicheren Zustand befindet.
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Aktuatorvorrichtung mit einer Schutzschaltung 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Aktuatorvorrichtung weist eine Energieversorgungseinrichtung 204 und einen elektrischen Aktuator 202 auf, die über drei elektrische Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 miteinander verbunden sind. Eine Schutzschaltung 410, die eine Schaltervorrichtung 102 und eine Diagnoseeinrichtung 104 umfasst, ist mit den elektrischen Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 gekoppelt. Die elektrischen Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 sind aufseiten des Aktuators 202 über drei Anschlüsse 131 , 133, 433 des Aktuators 202 mit dem Aktuator 202 verbunden.
Die Schaltervorrichtung 102 weist einen ersten Schalter 241 , einen zweiten Schalter 243 und einen dritten Schalter 445 auf. Der erste Schalter 241 ist in der ersten Leitung 1 1 1 angeordnet und ausgebildet, um die erste Leitung 1 1 1 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in Fig. 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen und mit einem Kurzschlussnetzwerk 460 zu verbinden. Der zweite Schalter 243 ist in der zweiten Leitung 1 13 angeordnet und ausgebildet, um die zwei- te Leitung 1 13 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in Fig. 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen und mit dem Kurzschlussnetzwerk 460 zu verbinden. Der dritte Schalter 445 ist in der dritten Leitung 413 angeordnet und ausgebildet, um die dritte Leitung 413 in einer ersten Schaltstellung zu schließen und in einer in Fig. 4 gezeigten zweiten Schaltstellung zu unterbrechen und mit dem Kurzschlussnetzwerk 460 zu verbinden. In der in Fig. 4 gezeigten zweiten Schaltstellung der Schaltvorrichtung 102 sind die elektrischen Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 unterbrochen und über das Kurzschlussnetzwerk 460 untereinander kurzgeschlossen. Das Kurzschlussnetzwerk 460 weist eine Verbindungsleitung und drei mit der Verbindungsleitung verbundene Kontaktabschnitte auf für die Schalter 241 , 243, 445 auf. Wenn sich die Schalter 241 , 243, 445 in der zweiten Schaltstellung befinden, ist das Kurzschlussnetzwerk elektrisch isoliert, das heißt, weder mit einer der Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 noch mit einem Betriebsspannungspotenzial, beispielsweise einem Massepotenzial, verbunden. Die Schalter 241 , 243, 445 sind als Wechselschalter mit jeweils einem mechanisch bewegbaren und elektrisch leitfähigen Schalterabschnitt ausgeführt. Je nach Schaltstellung verbinden die mechanisch bewegbaren Schalterabschnitte die mit dem Aktuator 202 verbundenen Abschnitte der Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 mit den mit der Energieversorgungseinrichtung 204 verbundenen Abschnitten der Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 oder mit den Kontaktabschnitten des Kurzschlussnetzwerks 460.
Die Diagnoseeinrichtung 104 weist einen ersten Widerstand 462 auf, der die erste Leitung 1 1 1 mit einem Sternpunkt verbindet, einen zweiten Widerstand 464 auf, der die zweite Leitung 1 13 mit dem Sternpunkt verbindet und einen dritten Widerstand 466 auf, der die dritte Leitung 413 mit dem Sternpunkt verbindet.
Die Schutzschaltung 410 und der Aktuator 202 können als eine Einheit 470 realisiert sein. Beispielsweise können die Schutzschaltung 410 und der Aktuator 202 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Die Energieversorgungseinrichtung 204 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel Teil eines Steuergeräts 475, das neben der Energieversorgungseinrichtung 204 eine Schalteinrichtung 250 aufweist. Das Steuergerät 475 kann als eine Einheit aus- geführt sein, die einen ersten Anschluss 480 und einen zweiten Anschluss 482 aufweist. Über den ersten Anschluss 480 ist die Schalteinrichtung 250 des Steuergeräts 475 mit einer Leitung 478 verbunden. Die Schalteinrichtung 250 ist ausgebildet, um die Schaltervorrichtung 102 über die Leitung 478 anzusteuern. Über den zweiten Anschluss 482 ist die Energieversorgung 204 mit den Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 verbunden. Das Steuergerät 475 kann beabstandet zu der Einheit 470 aus Aktuator 202 und Schutzschaltung 410 angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Gehäuse des Steuergeräts 475 beabstandet, ohne Berührungspunkt, zu einem Gehäuse der Einheit 470 angeordnet sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Energieversorgungseinrichtung 204 sechs Transistorschaltungen 491 , 492, 493, 494, 495, 496 auf. Jede der Transistorschaltungen 491 , 492, 493, 494, 495, 496 weist einen Transistor und eine dazu parallel geschaltete Diode auf. Die erste Leitung 1 1 1 ist über die erste Transistorschaltung 491 mit einer Spannungsquelle 498 und über die zweite Transistorschaltung 492 mit Masse verbunden. Die zweite Leitung 1 13 ist über die dritte Transistorschaltung 493 mit der Spannungsquelle 498 und über die vierte Transistorschaltung 494 mit Masse verbunden. Die dritte Leitung 413 ist über die fünfte Transistorschaltung 495 mit der Spannungsquelle 498 und über die sechste Transistorschaltung 496 mit Masse verbunden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Transistorschaltungen 491 , 492, 493, 494, 495, 496 kann der Aktuator 202 mit einer geeigneten Betriebsspannung, beispielsweise einer Dreiphasen-Wechselspannung versorgt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgungseinrichtung 204 als eine Leistungselektronik oder Endstufe ausgeführt, die Schalteinrichtung 250 ist als ein Schütz- und/oder Relaistreiber, auch Treiberschaltung genannt, ausgeführt, der erste Anschluss 480 ist als ein Steckverbinder der Schalteinrichtung 250 ausgeführt, der zweite Anschluss 482 ist als ein Steckverbinder des Aktuators 202 ausgeführt, die Leitung 478 ist als eine Verbindungsleitung der Schalteinrichtung 250 ausgeführt, die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 sind als Aktuator-Verbindungsleitungen ausgeführt, die Widerstände 462, 464, 466 sind als Diagnosewiderstände ausgeführt und die Schaltervorrichtung 102 ist als ein mechanisches Trennelement, beispielsweise als ein Schütz und/oder Relay ausgeführt.
Anhand der vorangegangenen Figuren 1 bis 4 werden im folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben, die auf mechanischen Schutzelementen 241 , 243, 445 mit Wechselkontakten basieren und dadurch gekennzeichnet sind, dass durch eine Diagnoseeinrichtung 104 eine Diagnosemöglichkeit der elektrischen Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 in Form von Motorverbindungsleitungen oder Motorleitungen auch nach der Trennung, bzw. Umschaltung der Schaltervorrichtung 102 in Form eines Schützes und/oder Relais gegeben ist.
In Zusammenhang mit dem Trennen und Kurzschließen der Motorleitungen 1 1 1 , 1 13, 413 entstehen drei Hauptaufgaben.
Eine erste Hauptaufgabe besteht im Überführen 307 des Aktuators 202, der auch ein Motor sein kann, in einen sicheren Zustand, vor der Umschaltung 301 der oder eines der Schutzelemente 241 , 243, 445. Dies kann durch Kurzschließen der Motorleitungen 1 1 1 , 1 13, 413 über die Endstufentransistoren 492, 494, 496 oder durch ähnliche Maßnahmen erzielt werden, durch die ein Bremsmoment aufgebaut wird und gegen die mechanische Erregung des Aktuators 202 wirkt. Dieser Vorgang kann durch eine Überführungseinrichtung 252 gesteuert werden. Durch ein geeignetes Messverfahren kann ein für die Umschaltung der Schaltervorrichtung 102, also beispielsweise für eine Schütz- und/oder Relais-Umschaltung geeigneter Zeitpunkt ermittelt werden, um die Entstehung von Spannungsspitzen zu vermeiden.
In der Regel ist es erforderlich, dass der Aktuator 202, beispielsweise ein Antrieb oder Motor, in einem Fehlerfall kontrolliert abgebremst wird. Eine ungewollte Beschleunigung des Aktuators 202 soll vermieden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der sichere Zustand des Aktuators 202 daher der Stillstand des Aktuators 202.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 202, wie obig erläutert, Teil eines aktiven, elektromechanischen Fahrwerksstabilisators. Wird der Aktua- tor 202 für einen solchen Stellantrieb zur Wankstabilisierung eingesetzt, so soll der Aktuator 202 und somit auch der Fahrzeugaufbau, nach dem Stelivorgang kontrolliert in die Nullposition zurückkehren.
Falls ein Steuergerät, das zur Ansteuerung des Aktuators 202 zur Wankstabilisierung eingesetzt wird, beim aufgespannten Aktuator 202 kein Gegenmoment durch eine feldorientierte Regelung einleiten kann, z. B. aufgrund eines Ausfalls eines Mikrokontrollers des Steuergeräts, so werden die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 des Aktuators 202, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Motorleitungen ausgeführt sind, kurzgeschlossen. Dadurch wird durch die mechanische Erregung des Aktuators 202 induzierte Spannung kurzgeschlossen und durch den Kurzschlusstrom wird ein Gegenmoment (Bremsmoment) eingeleitet. Dieses Gegenmoment verhindert die schlagartige Beschleunigung des Aktuators 202 und dient gleichzeitig auch als Überspannungsschutz.
Das Erkennen des sicheren Zustands des Aktuators 202 kann z. B. durch eine Strommessung realisiert werden. Der entspannte Aktuator 202 kann im Stillstand ohne mechanische Erregung keine Spannung induzieren und der Kurzschlussstrom geht zu null zurück. Durch die Strommessung kann der Stillstand des Aktuators 202 ermittelt werden. Falls die Trennung im Stillstand erfolgt, wird keine hohe Spannungsspitze durch die schnelle Stromveränderung (di/dt) in der Motorwicklung des Aktuators 202 induziert.
Eine zweite Hauptaufgabe betrifft den Überspannungsschutz. Beim Ausfall, einer Funktionsbeeinträchtigung oder einer Abschaltung des Steuergerätes 475 ist es erforderlich, dass die elektronischen Bauteile im Steuergerät (ECU) 475 und die Leistungselektronik der Energieversorgungseinrichtung 204 gegen Überspannung geschützt werden. Diese Schutzfunktion wird erreicht, indem die Schaltervorrichtung 102, in Form eines mechanischen Schutzelements die Verbindungsleitung 1 1 1 , 1 13, 413 zwischen Aktuator 202 und Steuergerät 475 trennt (n.o. Kontakte) und gleichzeitig die Motorwicklungen des Aktuators 202 kurzschließt (n.c. Kontakte), um die generatorische Wirkung des Aktuators 202 zu unterdrücken. Für den Überspannungsschutz erfolgt somit eine Einleitung des Kurzschlusses nach dem Trennverfahren durch die Schaltervorrichtung 102. Dabei wird ein mechanischer Kurzschluss automatisch nach dem Trennverfahren durch den Einsatz von Wechselkontakten eingeleitet. Die Wechselkontakte an den Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 sowie an dem Kurzschlussnetzwerk 460 können durch die als Wechselschalter ausgeführten Schalter 241 , 243, 445 kontaktiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine sogenannte Fail Safe Maßnahme so gestaltet, dass nach der Überführung 307 des Aktuators 202 in einen sicheren Betriebszustand die Verbindung zwischen Aktuator 202 und Steuergerät 475 unterbrochen wird. Um die generatorische Wirkung des Aktuators 202 zu unterdrücken, wird durch das Kurzschließen der Aktuator-Leitungen darstellenden Leitungen 1 1 1 , 1 13, 445 bei mechanischen Erregungen ein Gegenmoment aufgebaut und dadurch eine Überspannung des Aktuator-Kreises vermieden.
Beim Ausfall, einer Funktionsbeeinträchtigung oder einer Abschaltung des Steuergerätes 475 werden die Aktuator-Leitungen 1 1 1 , 1 13, 445 automatisch kurzgeschlossen und die Verbindung zwischen Aktuator 202 und Steuergerät 475 getrennt.
Eine dritte Hauptaufgabe betrifft die Diagnose der Motorleitungen 1 1 1 , 1 13, 413. Vor der Freischaltung der Endstufe 204 und der Schaltervorrichtung 102 in Form eines Trennelementes wird die Motorverbindung über die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 auf Vorhandensein und Kurzschluss geprüft. Durch das Trennen der Motorverbindung (n.o. Kontakte) besteht keine direkte Verbindung zwischen dem Steuergerät 475 und dem Aktuator 202. Die Diagnoseeinrichtung 104 in Form einer integrierten Erkennungsschaltung im Schutzelement 410 ist vorgesehen, um die Motorverbindungsleitungen 1 1 1 , 1 13, 413 im abgetrennten Zustand überprüfen zu können. Als Abschlusselemente können dazu im Schutzelement 475 Widerstände 562, 464, 466 mit sternförmiger oder alternativ als dreieckiger Anordnung eingesetzt werden. Durch die kontrollierte Abschließung der Verbindungsleitungen 1 1 1 , 1 13, 413 kann die Motorverbindung auf Fehler geprüft werden bevor die Endstufe 204 und das Trennelement 102 freigeschaltet werden. Durch die Diagnosewiderstände 462, 464, 466 können die Verbindungsleitungen 1 1 1 , 1 13, 413 vor der Freischaltung der Endstufe 204 und des Trennelementes 102 durch ein geeignetes Messverfahren auf Unterbrechung und Kurzschluss geprüft werden. Durch dieses Verfahren können die Aktuator-Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 auch nach der Trennung der Verbindung durch die Schaltervorrichtung 102 überprüft werden und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiele können die Diagnosewiderstände 462, 464, 466 zur Diagnose verwendet werden, wenn die die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 durch die Schaltervorrichtung 102 zwar noch unterbrochen, jedoch nicht mehr kurzgeschlossen sind. Beispielsweise kann die Schaltervorrichtung 102 ausgebildet sein, um zum Durchführen der Diagnose der Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 ausgehend von einem Schaltzustand, indem die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 unterbrochen und kurzgeschlossen sind, in einen Zustand zu wechseln, in dem die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 unterbrochen, jedoch nicht über die Schaltervorrichtung 102 kurzgeschlossen sind. Wenn während der Diagnose kein Fehler diagnostiziert wird, kann die Schaltervorrichtung 102 in einen Zustand wechseln, in dem die Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 wieder verbunden sind.
Die Schutzschaltung 410 kann sowohl als externe, als auch Aktuator 202 interne Einheit ausgeführt werden.
Die beschriebene technische Lösung kann durch zwei zusätzliche Schaltkontakte im Kurzschlusskreis ergänzt werden. Dadurch wird das Kurzschließen der Aktuator-Leitungen 1 1 1 , 1 13, 413 je nach Anwendung individual gestaltbar. Ferner können die Wechselkontakte durch n.o.- und n.c.-Kontakte ersetzt werden.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuqszeichen
102 Schaltervorrichtung
104 Diagnoseeinrichtung
1 1 1 erste Leitung
1 13 zweite Leitung
121 erster Anschluss
123 weiterer erster Anschluss
131 zweiter Anschluss
133 weiterer zweiter Anschluss
200 Fahrzeug
202 Aktuator
204 Energieversorgungseinrichtung
241 erster Schalter
243 zweiter Schalter
249 Erfassungseinrichtung
250 Schalteinrichtung
252 Überführungseinrichtung
301 Schritt des des Schaltens
303 Schritt des Diagnostizierens
305 Schritt des Schließens
307 Schritt des Überführens
410 Schutzschaltung
413 dritte Leitung
433 weiterer zweiter Anschluss
445 dritter Schalter
460 Kurzschlussnetzwerk
462 erster Widerstand
464 zweiter Widerstand
466 dritter Widerstand
470 Einheit aus Schutzschaltung und Aktor
475 Steuergerät
478 Leitung 480 erster Anschluss
482 zweiter Anschluss
491 erste Transistorschaltung
492 zweite Transistorschaltung
493 dritte Transistorschaltung
494 vierte Transistorschaltung
495 fünfte Transistorschaltung
496 sechste Transistorschaltung
498 Spannungsquelle

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzschaltung (410) für einen Aktuator für ein Fahrzeug (200), dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (410) zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) zum Unterbrechen und Kurzschließen von zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) zum Verbinden von Anschlüssen (121 , 123; 482) einer Energieversorgungseinrichtung (204) mit Anschlüssen (131 , 133) des elektrischen Aktuators (202) und eine Diagnoseeinrichtung (104) zum Überprüfen von zwischen den Anschlüssen (121 , 123; 482) der Energieversorgungseinrichtung (204) und dem zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) angeordneten Abschnitten der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) aufweist.
2. Schutzschaltung (410) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dass die Schutzschaltung (410) eine Überführungseinrichtung (252) aufweist, die ausgebildet ist, um den Aktuator (202) in einen sicheren Zustand zu überführen, und eine Schalteinrichtung (250) aufweist, die ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Überführen des Aktuators (202) in einen sicheren Zustand ein Schaltsignal an den zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) bereitzustellen, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) zu unterbrechen und kurzzuschließen.
3. Schutzschaltung (410) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführungseinrichtung (252) ausgebildet ist, um die zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) zum Überführen des Aktuators (202) in den sicheren Zustand mit einem Bezugsspannungspotenzial zu verbinden.
4. Schutzschaltung (410) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführungseinrichtung (252) ausgebildet ist, um einen Stromfluss oder einen Spannungsabfall zwischen den zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 ,
1 13; 413) und dem Bezugsspannungspotenzial zu erfassen, um den sicheren Zustand zu erkennen.
5. Schutzschaltung (410) gemäß Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (104) ausgebildet ist, um ein Freigabesignal an die Schalteinrichtung (250) bereitzustellen, wenn die Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) beim Überprüfen der Abschnitte als fehlerfrei diagnostiziert wurden, und die Schalteinrichtung (250) ausgebildet ist, um ansprechend auf das Freigabesignal ein weiteres Schaltsignal an den zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) bereitzustellen, um das Unterbrechen und Kurzschließen der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) aufzuheben.
6. Schutzschaltung (410) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (104) zumindest einen elektrischen Widerstand (462, 464, 466) zum Verbinden der Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) und eine Erfassungseinrichtung (249) aufweist, die ausgebildet ist, um zum Überprüfen der Abschnitte einen Spannungsabfall und/oder einen Stromfluss durch den zumindest einen elektrischen Widerstand (462, 464, 466) zu erfassen.
7. Schutzschaltung (410) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schalter (102; 241 , 243; 445) zum Unterbrechen und Kurzschließen von drei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) zum Verbinden von drei Anschlüssen (121 , 123; 482) der Energieversorgungseinrichtung (204) mit drei Anschlüssen (131 , 133; 433) des elektrischen Aktuators (202) ausgebildet ist und die Diagnoseeinrichtung (104) zum Überprüfen von drei zwischen den drei Anschlüssen (121 , 123; 482) der Energieversorgungseinrichtung (204) und dem zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) angeordneten drei Abschnitten der drei Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) ausgebildet ist.
8. Schutzschaltung (410) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (410) drei Wechselschalter (102; 241 , 243; 445) zum Unterbrechen und Kurzschließen der drei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) aufweist und die Diagnoseeinrichtung (104) zum Überprüfen der drei Abschnitte drei elektrische Widerstände (462, 464, 466) aufweist, die die drei Abschnitte mit einem gemeinsamen Sternpunkt oder die drei Abschnitte untereinander verbinden.
9. Aktuatorvorrichtung für einen Fahrwerksstabilisator für ein Fahrzeug (200), wobei die Aktuatorvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung (204) und einen Aktuator (202) aufweist, wobei Anschlüsse (121 , 123; 482) der Energieversorgungseinrichtung (204) über zumindest zwei elektrische Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) mit Anschlüssen (131 , 133; 433) des elektrischen Aktuators (202) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung eine Schutzschaltung (410) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Unterbrechen und Kurzschließen der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) aufweist.
10. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Aktuators (202) für ein Fahrzeug (200), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt (301 ) des Schaltens zumindest zwei elektrische Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) zum Verbinden von Anschlüssen (121 , 123; 482) einer Energieversorgungseinrichtung (204) mit Anschlüssen (131 , 133; 433) des elektrischen Aktuators (202) unter Verwendung zumindest eines Schalters (102; 241 , 243; 445) unterbrochen und kurzgeschlossen werden und in einem Schritt (303) des Diagnostizierens zwischen den Anschlüssen (121 , 123; 482) der Energieversorgungseinrichtung (204) und dem zumindest einen Schalter (102; 241 , 243; 445) angeordnete Abschnitte der zumindest zwei elektrischen Leitungen (1 1 1 , 1 13; 413) überprüft werden.
1 1 . Fahrwerksstabilisator für ein Kraftfahrzeug (200), aufweisend einen elektrischen Aktuator (202) und zwei mittels des Aktuators (202) relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorabschnitte, sowie aufweisend eine Schutzschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 für den Aktuator (202).
12. Fahrwerksquerlenker, insbesondere Hinterachsquerlenker, für ein Kraftfahrzeug (200), aufweisend einen elektrischen Aktuator (202) und zwei mittels des Aktuators (202) relativ zueinander verschiebbare Querlenkerabschnitte, sowie aufweisend eine Schutzschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 für den Aktuator (202).
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