WO2017064018A1 - Verfahren zum betrieb einer permanenterregten synchronmaschine, insbesondere eines servomotors in einem lenksystem - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer permanenterregten synchronmaschine, insbesondere eines servomotors in einem lenksystem Download PDF

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Stefan Kersten Weber
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a permanent-magnet synchronous machine, in particular a servomotor in a steering system.
  • the invention has for its object to control a permanent-magnet, divided into sub-machines synchronous machine in such a way that in case of failure of a sub-machine operation with increased security is guaranteed.
  • Synchronous machine used for example, is used as a servomotor in a steering system.
  • the synchronous machine advantageously has a rotor side
  • Phase currents are applied.
  • the control is preferably carried out via a field-oriented control or via a field-oriented control.
  • the synchronous machine can be operated in the form of at least two sub-machines, which are independently controllable via a respective power output stage. Each power output stage is operated via a field-oriented control.
  • the division into two, optionally more than two sub-machines has the advantage that in this way a redundant design of the synchronous machine is achieved, so that even if one sub-machine fails, a torque can be generated via the remaining sub-machine.
  • the division into several sub-machines is preferably carried out by forming subsets of the phase currents, so that, for example, in the case of two sub-machines, a first subset of the phase streams of the first sub-machine and a second subset of the phase streams of the second sub-machine is assigned. Each subset preferably contains the same number of phases. Additionally or alternatively, it is also possible to achieve the division into sub-machines by assigning windings or coils to a respective sub-machine. There are also versions with a power amplifier per phase possible.
  • the method is based on an operation of the permanent-magnet synchronous machine with at least two sub-machines, which can be controlled independently of each other.
  • the torque generated by the synchronous machine is composed by summation of the individual moments of each sub-machine, each
  • Submachine provides the same maximum single moment. In the case of one
  • this sub-machine can contribute no torque to the total torque of the synchronous machine more. Accordingly, the torque maximum, which can be delivered by the synchronous machine, reduced to the sum of the individual moments of the remaining sub-machines. In order to ensure operation of the synchronous machine with the remaining sub-machines over a long period of operation, it is expedient to operate the remaining sub-machines not with maximum power, but at a level below the maximum power.
  • the torque provided by the further sub-machines is reduced to a limit torque which is below the maximum torque maximum that can be generated by the remaining sub-machines.
  • the limit torque ensures compliance with minimum safety requirements. In case of failure of another sub-machine torque loss is limited accordingly.
  • Torque from the initial level to the limit torque is not perceived as significant and disturbing, takes place after the failure of a sub-machine, the reduction of the maximum of the remaining sub-machines generated
  • Torque maximum on the limit torque not abruptly, but successively.
  • the successive transition from the maximum possible torque that can be generated by the remaining submachines to the limit torque prevents an uncomfortable state change of the synchronous machine and thereby prevents, for example, startle reactions, for example in the case of using the synchronous machine as a servomotor in a steering system of a vehicle.
  • Transition for example, by a driver of a vehicle is not or only noticed as an insignificant reduction.
  • the limit torque can be set to a defined, defined level, for example at 60% or 70% of that of the remaining part machines
  • the reduction of the torque from the torque maximum of the remaining part machines to the limit torque is preferably linear. However, non-linear reduction functions are also possible.
  • the reduction in torque during the transition phase can be set to a defined period of time, for example 1 s. It may be expedient to define a minimum period of time in order, for example, in the case of an electric servomotor in a steering system, to carry out a transition which is not noticeable to the driver or hardly noticeable, up to the limit torque.
  • the reduction to the limit torque occurs for those cases where the demand torque is greater than the limit torque.
  • a capping of the requested torque is performed on the limit torque.
  • Sub-machine provided torque optionally set to a level below the limit torque, if the request torque is less than the limit torque. In these cases, a cap is not required.
  • the distribution of the torque between the sub-machines is expediently designed such that in total there is no change in the delivered torque. In this case, if appropriate, the torque of a submachine can be increased.
  • the synchronous machine is divided into two sub-machines.
  • each logic unit controls two sub-machines, each with three power amplifiers.
  • the torque is divided equally between the various part machines of the synchronous machine. This is true in normal operation, so that, for example, in two properly functioning sub-machines, a split of 50% of the torque takes place on the sub-machines. But also in case of failure, with a loss of function
  • the torque can be on the remaining functional
  • Lathes are divided in a uniform manner.
  • a logic unit can control several submachines.
  • the error or loss of function can occur, for example, in a logic unit or a power output stage.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a steering system in a vehicle, with an electric servomotor, as a permanent magnet synchronous machine
  • Fig. 2 is a block diagram with a permanent-magnet synchronous machine, which is operated in the form of two sub-machines, each sub-machine a
  • Fig. 3 is a graph with the torque curve when fully functional
  • Fig. 4 is a Fig. 3 corresponding graph, but in addition with registered
  • the illustrated in Fig. 1 steering system 1 for a vehicle comprises a steering wheel 2, a steering shaft or shaft 3, a steering or transmission housing 4 and a steering linkage with a steering rack 5, via which a steering movement to the steerable wheels 6 of the Vehicle is transmitted.
  • the transmission housing 4 receives a steering gear 8 with a steering pinion and the steering rack 5, wherein the steering pinion is rotatably connected to the steering shaft 3 and meshes with the steering rack 5.
  • the driver is on the steering wheel 2, with which the steering shaft 3 is firmly connected, a steering angle ⁇ _, in the steering gear 8 in the transmission housing 4 on the
  • Steering rack 5 of the steering linkage is transmitted, whereupon sets a steer angle ⁇ ⁇ to the steerable wheels 6.
  • an electric servo motor 7 is provided, via which a servo torque into the steering gear 8
  • the electric servomotor 7 is designed as a permanent-magnet synchronous machine which has permanent magnets on the rotor side and coils which can be toroidally energized on the stator and which are controlled via a field-oriented control (FOR). If necessary, the servomotor 7 can also be seated on the steering shaft.
  • FOR field-oriented control
  • a torque sensor in the steering system 1 for determining the hand torque generated by the driver.
  • the torque sensor for determining the manual torque sits, for example, on the steering shaft above the steering gear.
  • Block diagram including the drive units shown.
  • Synchronous machine 7 is operated in the form of two sub-machines, each sub-machine each with a subset of the phases of the synchronous machine
  • each of the two sub-machines of the synchronous machine 7 is operated with three phases.
  • Each sub-machine of the synchronous machine 7 is a sensor 9a, b, a logic unit 10a, b associated with a field-oriented control 1 1 a, b and a power output stage 12a, b.
  • Each sensor 9a, b comprises a rotor position sensor for determining the current rotor position of the synchronous machine 7, a desired torque sensor for determining For example, the current hand torque in the steering system and sensors for voltage and current measurement.
  • the logic unit 10a, b includes with the
  • Field-oriented control 1 1 a, b the control logic for each submachine.
  • the required phase currents are provided.
  • the nominal torque specification may also be present in the other logic unit 10b.
  • the distribution of the desired torque on both sub-machines of the synchronous machine 7 takes place within a logic unit in the desired torque specification.
  • Distribution unit 14 which is arranged between the logic units 10a and 10b. In the normal case advantageously takes place a uniform distribution of
  • the desired torque input 13 receives information from a torque sensor 15a, which may optionally also be integrated into the sensor system 9a.
  • an additional torque sensor 15b can likewise be arranged on the side of the second submachine.
  • the jagged cloud in the power output stage 12b which is assigned to the second sub-machine, symbolizes a failure of this power output stage 12b, which leads to a loss of function of the second sub-machine. In this case, only the first part machine of the synchronous machine can deliver 7 torque.
  • Fig. 3 shows the course of the torque T as a function of time t.
  • Torque curve is divided into three sections Ti between the time 0 and the time t- ⁇ , T 2 between the times ti and t 2 and T 3 between the times t 2 and t 3 .
  • the torque curve shown with the sections ⁇ - ⁇ , T 2 and T 3 represents the maximum, currently deliverable torque of the synchronous machine.
  • the first torque portion Ti is 100% and is divided into each 50% maximum power or torque output of each submachine .
  • the second power output stage 12b (FIG. 2) fails, accordingly the maximum decreases deliverable torque to 50%, the maximum of the still functioning first part of the machine can be provided. For safety reasons, however, the maximum torque to be delivered is reduced to 30%, which represents the torque maximum that can be generated by the remaining first sub-machine.
  • the transition T 2 in the torque curve from 50% of the maximum torque of the first part machine to 30% of the first part machine is linear.
  • the time span during which the transition T 2 is carried out between the times t 1 and t 2 is, for example, 1 s. This successive transition of 50%
  • a request torque T A is also entered, which represents the actually required, requested torque.
  • T A is at a level below the limit torque T 3 and can thus be provided completely by the still remaining, intact first sub-machine.
  • a limitation of the requested torque only takes place if the requested torque would exceed the limit torque T 3 .

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine, die redundant mit mindestens zwei Teilmaschinen betrieben wird, wird für den Fall eines Funktionsverlustes einer Teilmaschine das von der weiteren Teilmaschine maximal bereitgestellte Drehmoment in einer Übergangsphase sukzessive auf ein Grenzdrehmoment reduziert, das kleiner ist als das maximal von der verbliebenen Teilmaschine erzeugbare Drehmomentmaximum.

Description

Titel der Erfindung
Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine, insbesondere eines Servomotors in einem Lenksystem
Beschreibungsteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine, insbesondere eines Servomotors in einem Lenksystem.
Bekannt sind Verfahren zur Ansteuerung einer permanenterregten Synchronmaschine über eine feldorientierte Regelung, bei der in eine Regeleinheit die Differenz von Ist- und Sollströmen als Eingangsgröße eingeht und über eine Pulsweitenmodulation sowie eine Leistungsendstufe aus einer Batteriespannung eine Wechselspannung mit drei verschiedenen Phasen erzeugt wird, wobei jeder Phase eine Strangwicklung des Synchronmotors zugeordnet ist. Die feldorientierte Regelung wird beispielsweise in der DE 10 2013 222 075 A1 beschrieben.
Bei einem Einsatz einer permanterregten Synchronmaschine als Servomotor in einem Lenksystem erfolgt aus Sicherheitsgründen eine redundante Auslegung mit einer Unterteilung der verschiedenen Phasen des Motors in Teilmaschinen, die unabhängig voneinander angesteuert werden. Bei einem Ausfall einer Teilmaschine reduziert sich schlagartig das von dem Servomotor bereitgestellte Unterstützungsmoment, was für den Fahrer zu einem unangenehmen haptischen Effekt im Lenksystem führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine permanenterregte, in Teilmaschinen unterteilte Synchronmaschine in der Weise anzusteuern, dass bei einem Ausfall einer Teilmaschine ein Betrieb mit erhöhter Sicherheit gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Betrieb einer permanenterregten
Synchronmaschine verwendet, die beispielsweise als Servomotor in einem Lenksystem eingesetzt wird. Die Synchronmaschine weist vorteilhafterweise rotorseitig
Permanentmagnete und statorseitig Spulen bzw. Wicklungen auf, die mit
Phasenströmen beaufschlagt werden. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise über eine feldorientierte Regelung oder über eine feldorientierte Steuerung.
Die Synchronmaschine kann in Form von mindestens zwei Teilmaschinen betrieben werden, die unabhängig voneinander über jeweils eine Leistungsendstufe ansteuerbar sind. Jede Leistungsendstufe wird über eine feldorientierte Regelung betrieben. Die Aufteilung in zwei, gegebenenfalls mehr als zwei Teilmaschinen hat den Vorteil, dass auf diese Weise eine redundante Auslegung der Synchronmaschine erreicht wird, so dass auch bei Ausfall einer Teilmaschine ein Drehmoment über die verbliebene Teilmaschine erzeugbar ist. Die Aufteilung in mehrere Teilmaschinen erfolgt vorzugsweise durch Bilden von Teilmengen der Phasenströme, so dass beispielsweise im Fall von zwei Teilmaschinen eine erste Teilmenge der Phasenströme der ersten Teilmaschine und eine zweite Teilmenge der Phasenströme der zweiten Teilmaschine zugeordnet ist. Jede Teilmenge beinhaltet bevorzugt die gleiche Anzahl an Phasen. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die Aufteilung in Teilmaschinen durch Zuordnen von Wicklungen bzw. Spulen zu jeweils einer Teilmaschine zu erreichen. Es sind auch Ausführungen mit einer Leistungsendstufe je Phase möglich.
Das Verfahren geht von einem Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine mit mindestens zwei Teilmaschinen aus, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Das von der Synchronmaschine erzeugte Drehmoment setzt sich durch Summation der Einzelmomente jeder Teilmaschine zusammen, wobei jede
Teilmaschine das gleiche maximale Einzelmoment liefert. Für den Fall eines
Funktionsverlustes in einer Teilmaschine oder einer dieser Teilmaschine zugeordneten Einheit, beispielsweise einer Logikeinheit oder einer Leistungsendstufe, kann diese Teilmaschine kein Drehmoment zum Gesamtmoment der Synchronmaschine mehr beitragen. Entsprechend reduziert sich das Drehmomentmaximum, welches von der Synchronmaschine abgegeben werden kann, auf die Summe der Einzelmomente der verbliebenen Teilmaschinen. Um einen Betrieb der Synchronmaschine mit den verbliebenen Teilmaschinen über einen langen Betriebszeitraum zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die verbliebenen Teilmaschinen nicht mit maximaler Leistung, sondern auf einem Niveau unterhalb der maximalen Leistung zu betreiben. Bei einem Ausfall einer Teilmaschine wird daher das von den weiteren Teilmaschinen bereitgestellte Drehmoment auf ein Grenzdrehmoment reduziert, das unterhalb des maximal von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbare Drehmomentmaximums liegt. Das Grenzdrehmoment gewährleistet die Erfüllung von Minimum-Sicherheitsanforderungen. Beim Ausfall einer weiteren Teilmaschine ist der Drehmomentverlust entsprechend begrenzt.
Damit insbesondere das subjektive Empfinden während des Abfallens des
Drehmoments vom Ausgangsniveau auf das Grenzdrehmoment nicht als signifikant und störend empfunden wird, erfolgt nach dem Ausfall einer Teilmaschine die Reduzierung von dem maximal von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbaren
Drehmomentmaximums auf das Grenzdrehmoment nicht schlagartig, sondern sukzessive. Der sukzessive Übergang von dem von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbaren, maximal möglichen Drehmoment auf das Grenzdrehmoment verhindert einen unkomfortablen Zustandswechsel der Synchronmaschine und verhindert dadurch beispielsweise Schreckreaktionen zum Beispiel für den Fall eines Einsatzes der Synchronmaschine als Servomotor in einem Lenksystem eines Fahrzeugs. Die
Reduzierung von dem Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen auf das Grenzdrehmoment fällt üblicherweise geringer aus als die Reduzierung von dem
Drehmomentmaximum sämtlicher Teilmaschinen bei maximaler Anforderung auf das Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen, wobei der sukzessive
Übergang beispielsweise von einem Fahrer eines Fahrzeugs nicht oder nur als unwesentliche Reduzierung bemerkt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch bei einem Ausfall einer Teilmaschine ein maximaler Komfort gewährleistet.
Das Grenzdrehmoment kann auf ein definiertes, festgelegtes Maß gesetzt werden, das beispielsweise bei 60 % oder 70 % des von den verbliebenen Teilmaschinen
erzeugbaren Drehmomentmaximums liegt. Im Fall von zwei Teilmaschinen, in die die Synchronmaschine aufgeteilt ist, beträgt somit nach dem Ausfall einer Teilmaschine das Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschine 30 % oder 35 % des Drehmomentmaximums beider Teilmaschinen.
Die Reduzierung des Drehmoments von dem Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen auf das Grenzdrehmoment erfolgt vorzugsweise linear. Es kommen aber auch nicht-lineare Reduzierungsfunktionen in Betracht.
Die in der Übergangsphase erfolgende Reduzierung des Drehmoments kann auf eine definierte Zeitspanne festgesetzt werden, die beispielsweise 1 s beträgt. Es kann zweckmäßig sein, eine Mindestzeitspanne zu definieren, um beispielsweise im Falle eines elektrischen Servomotors in einem Lenksystem einen für den Fahrer nicht oder kaum bemerkbaren Übergang bis zu dem Grenzdrehmoment durchzuführen.
Die Reduzierung auf das Grenzdrehmoment erfolgt für diejenigen Fälle, in denen das Anforderungsdrehmoment größer ist als das Grenzdrehmoment. Es wird somit eine Deckelung des angeforderten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment durchgeführt.
Dagegen wird vorteilhafterweise das von der mindestens einen funktionsfähigen
Teilmaschine bereitgestellte Drehmoment gegebenenfalls auf ein Niveau unterhalb des Grenzdrehmoments eingestellt, falls das Anforderungsdrehmoment geringer ist als das Grenzdrehmoment. In diesen Fällen ist eine Deckelung nicht erforderlich.
Tritt im Fall eines Anforderungsdrehmoments unterhalb des Grenzdrehmoments ein Fehler auf, wird die Verteilung des Drehmoments zwischen den Teilmaschinen zweckmäßigerweise so gestaltet, dass es in der Summe zu keiner Veränderung des abgegebenen Drehmoments kommt. Hierbei kann gegebenenfalls das Drehmoment einer Teilmaschine erhöht werden.
Zweckmäßigerweise ist die Synchronmaschine in zwei Teilmaschinen unterteilt. Es kann aber auch vorteilhaft sein, mehr als zwei Teilmaschinen vorzusehen,
beispielsweise vier Teilmaschinen mit beispielsweise zwei Logikeinheiten und 12 Leistungsendstufen, wobei jede Logikeinheit zwei Teilmaschinen mit jeweils drei Leistungsendstufen steuert. Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird das Drehmoment zwischen den verschiedenen Teilmaschinen der Synchronmaschine gleichmäßig aufgeteilt. Dies gilt im Normalbetrieb, so dass beispielsweise bei zwei ordnungsgemäß funktionierenden Teilmaschinen eine Aufteilung von 50 % des Drehmomentes auf die Teilmaschinen erfolgt. Aber auch im Fehlerfall, bei einem Funktionsverlust einer
Teilmaschine, kann das Drehmoment auf die verbliebenen funktionstüchtigen
Drehmaschinen in gleichmäßiger Weise aufgeteilt werden.
Die permanenterregte Synchronmaschine weist gemäß weiterer vorteilhafter
Ausführung pro Teilmaschine eine Logikeinheit und vorteilhafterweise eine oder mehrere Leistungsendstufen auf. Eine Logikeinheit kann gegebenenfalls mehrere Teilmaschinen steuern. Der Fehler bzw. Funktionsverlust kann beispielsweise in einer Logikeinheit oder einer Leistungsendstufe auftreten.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor, der als permanenterregte Synchronmaschine
ausgeführt ist,
Fig. 2 ein Blockdiagramm mit einer permanenterregten Synchronmaschine, die in Form von zwei Teilmaschinen betrieben wird, wobei jeder Teilmaschine eine
Logikeinheit und eine Leistungsendstufe zugeordnet ist,
Fig. 3 ein Schaubild mit dem Drehmomentverlauf bei voll funktionstüchtiger
Synchronmaschine und bei Ausfall einer Teilmaschine,
Fig. 4 ein Fig. 3 entsprechendes Schaubild, jedoch zusätzlich mit eingetragenem
Grenzdrehmoment,.
Das in Fig. 1 dargestellte Lenksystem 1 für ein Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. -welle 3, ein Lenk- bzw. Getriebegehäuse 4 und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebegehäuse 4 nimmt ein Lenkgetriebe 8 mit einem Lenkritzel und der Lenkzahnstange 5 auf, wobei das Lenkritzel drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist und mit der Lenkzahnstange 5 kämmt.
Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkwelle 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δι_ vor, der im Lenkgetriebe 8 im Getriebegehäuse 4 auf die
Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δν einstellt.
Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe 8
eingespeist werden kann. Der elektrische Servomotor 7 ist als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, die rotorseitig Permanentmagnete und statorseitig bestrombare Spulen aufweist, welche über eine feldorientierte Regelung (FOR) angesteuert werden. Der Servomotor 7 kann gegebenenfalls auch an der Lenkwelle sitzen.
Es kann zweckmäßig sein, im Lenksystem 1 einen Drehmomentsensor zur Ermittlung des vom Fahrer erzeugten Handmoments anzuordnen. Der Drehmomentsensor zur Ermittlung des Handmoments sitzt beispielsweise an der Lenkwelle oberhalb des Lenkgetriebes.
In Fig. 2 ist die permanenterregte Synchronmaschine 7 schematisch in einem
Blockdiagramm einschließlich der Ansteuerungseinheiten dargestellt. Die
Synchronmaschine 7 wird in Form von zwei Teilmaschinen betrieben, wobei jede Teilmaschine jeweils mit einer Teilmenge der Phasen der Synchronmaschine
angesteuert wird. Es können beispielsweise insgesamt sechs Phasen vorgesehen sein, von denen jede der beiden Teilmaschinen der Synchronmaschine 7 mit drei Phasen betrieben wird.
Jeder Teilmaschine der Synchronmaschine 7 ist eine Sensorik 9a, b, eine Logikeinheit 10a, b mit einer feldorientierten Regelung 1 1 a, b sowie eine Leistungsendstufe 12a, b zugeordnet. Jede Sensorik 9a, b umfasst einen Rotorlagesensor zur Ermittlung der aktuellen Rotorlage der Synchronmaschine 7, einen Sollmomentsensor zur Ermittlung beispielsweise des aktuellen Handdrehmoments im Lenksystem sowie Sensoren zur Spannungs- und Strommessung. Die Logikeinheit 10a, b umfasst mit der
feldorientierten Regelung 1 1 a, b die Ansteuerungslogik für jede Teilmaschine. In der Leistungsendstufe 12a, b werden die erforderlichen Phasenströme bereitgestellt.
In einer Sollmomentvorgabe 13 in der Logikeinheit 10a wird das Sollmoment
vorgegeben, das von der Synchronmaschine 7 insgesamt erzeugt werden soll. Die Sollmomentvorgabe kann aus Redundanzgründen auch in der anderen Logikeinheit 10b vorhanden sein. Die Aufteilung des Sollmomentes auf beiden Teilmaschinen der Synchronmaschine 7 erfolgt innerhalb einer Logikeinheit in der Sollmomentvorgabe. Die Übermittlung der Sollwerte an die jeweils andere Logikeinheit erfolgt über eine
Verteilereinheit 14, die zwischen den Logikeinheiten 10a und 10b angeordnet ist. Im Normalfall erfolgt vorteilhafterweise eine gleichmäßige Aufteilung der
Sollmomentvorgabe an die beiden Teilmaschinen.
Die Sollmomentvorgabe 13 empfängt Informationen von einem Momentensensor 15a, die gegebenenfalls auch in die Sensorik 9a integriert sein können.
Auf Seiten der zweiten Teilmaschine kann aus Redundanzgründen ebenfalls ein zusätzlicher Momentensensor 15b angeordnet sein.
Die gezackte Wolke in der Leistungsendstufe 12b, die der zweiten Teilmaschine zugeordnet ist, symbolisiert einen Ausfall dieser Leistungsendstufe 12b, der zu einem Funktionsverlust der zweiten Teilmaschine führt. In diesem Fall kann lediglich die erste Teilmaschine der Synchronmaschine 7 Drehmoment abgeben.
Fig. 3 zeigt den Verlauf des Drehmoments T in Abhängigkeit der Zeit t. Der
Drehmomentverlauf ist in drei Teilabschnitte T-i zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt t-ι, T2 zwischen den Zeitpunkten ti und t2 und T3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 unterteilt. Der dargestellte Drehmomentverlauf mit den Teilabschnitten Τ-ι , T2 und T3 stellt das maximale, aktuell abgebbare Drehmoment der Synchronmaschine dar. Der erste Drehmomentabschnitt T-i liegt bei 100 % und teilt sich auf in jeweils 50 % maximale Leistungs- bzw. Drehmomentabgabe jeder Teilmaschine. Zum Zeitpunkt ti fällt die zweite Leistungsendstufe 12b (Fig. 2) aus, dementsprechend sinkt das maximal abgebbare Drehmoment auf 50 % ab, die maximal von der noch funktionstüchtigen ersten Teilmaschine erbracht werden können. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch das maximal abzugebende Drehmoment auf 30 % reduziert, welches das von der verbliebenen ersten Teilmaschine erzeugbare Drehmomentmaximum darstellt.
Der Übergang T2 im Drehmomentverlauf von 50 % des Drehmomentmaximums der ersten Teilmaschine auf 30 % der ersten Teilmaschine erfolgt linear. Die Zeitspanne, während der der Übergang T2 zwischen den Zeitpunkten ti und t2 durchgeführt wird, beträgt beispielsweise 1 s. Dieser sukzessive Übergang von 50 %
Drehmomentmaximum der verbliebenen ersten Teilmaschine auf 30 %, die ein
Grenzdrehmoment darstellen, verhindert einen unkomfortablen Zustandswechsel sowie Irritationen des Fahrers.
Zum Zeitpunkt t3 fällt das Grenzdrehmoment T3 auf den Wert 0 ab. Die gezackte Wolke zum Zeitpunkt t3 symbolisiert einen weiteren Ausfall, der die erste, verbliebene
Teilmaschine betrifft.
Im Schaubild gemäß Fig. 4 ist zusätzlich zu dem Verlauf des Drehmoments mit den Abschnitten T-i, T2 und T3 auch ein Anforderungsdrehmoment TA eingetragen, welches das tatsächlich benötigte, angeforderte Drehmoment darstellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 liegt TA auf einem Niveau unterhalb des Grenzdrehmoments T3 und kann somit vollständig von der noch verbliebenen, intakten ersten Teilmaschine bereitgestellt werden. Eine Begrenzung des angeforderten Drehmomentes findet nur statt, falls das angeforderte Drehmoment das Grenzdrehmoment T3 übersteigen würde.
Bezugszeichenliste
1 Lenksystem
2 Lenkrad
3 Lenkwelle
4 Getriebegehäuse
5 Lenkzahnstange
6 Vorderrad
7 elektrischer Servomotor/Synchronmaschine
8 Lenkgetriebe
9a Sensorik
9b Sensorik
10a Logikeinheit
10b Logikeinheit
1 1 a feldorientierte Regelung
1 1 b feldorientierte Regelung
12a Leistungsendstufe
12b Leistungsendstufe
13 Sollmomentvorgabe
14 Verteilereinheit
15a Momentensensor
15b Momentensensor

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine (7),
insbesondere eines Servomotors in einem Lenksystem (1 ), die Permanentmagnete und bestrombare Spulen aufweist, wobei die Synchronmaschine redundant mit mindestens zwei Teilmaschinen betrieben und die Teilmaschine unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei für den Fall eines Funktionsverlustes in einer Teilmaschine oder einer dieser Teilmaschine zugeordneten Einheit das von den weiteren
Teilmaschinen maximal bereitzustellende Drehmoment in einer Übergangsphase sukzessive auf ein Grenzdrehmoment reduziert wird, das kleiner ist als das maximal von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbare Drehmomentmaximum.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reduzierung des von der mindestens einen weiteren Teilmaschine
bereitgestellten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment in der Übergangsphase linear erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Reduzierung des von der mindestens einen weiteren Teilmaschine
bereitgestellten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment in der Übergangsphase über eine definierte Mindestzeitspanne durchgeführt wird, die beispielsweise 1 s beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das von der mindestens einen weiteren Teilmaschine bereitgestellte Drehmoment auf das Niveau eines Anforderungsdrehmoments angepasst wird, sofern dieses unterhalb des Grenzdrehmoments liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Synchronmaschine in zwei oder vier Teilmaschinen unterteilt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Drehmoment zwischen den Teilmaschinen der Synchronmaschine
gleichmäßig aufgeteilt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Grenzdrehmoment 30 % oder 35 % des maximalen Drehmoments sämtlicher Teilmaschinen beträgt.
8. Permanenterregte Synchronmaschine, insbesondere Servomotor (7) in einem Lenksystem (1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer oder mehreren Logikeinheiten für eine oder mehrere Teilmaschinen.
9. Synchronmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass über eine Verteilereinheit das Solldrehmoment zwischen den Teilmaschinen verteilt wird.
10. Synchronmaschine nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Teilmaschine über eine oder mehrere Leistungsendstufen angesteuert wird.
1 1 . Lenksystem mit einer permanenterregten Synchronmaschine (7) als Servomotor nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 .
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