WO2020120233A1 - Motorsteuerungsvorrichtung für eine motoreinheit und ein verfahren zum betrieb einer solchen motorsteuerungsvorrichtung - Google Patents

Motorsteuerungsvorrichtung für eine motoreinheit und ein verfahren zum betrieb einer solchen motorsteuerungsvorrichtung Download PDF

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Robert Istvan LOERINCZ
Johannes Katzmann
Diego ANTONGIROLAMI
Marc ARABACKYJ
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor
    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor by short-circuit or resistive braking

Definitions

  • Motor control device for a motor unit and a method for operating such a motor control device
  • the invention relates to an engine control device for an engine unit and a method for operating such an engine control device.
  • Motor units are known, an electronic circuit being provided for controlling exactly one motor unit.
  • Motor units for example in the form of electrical machines, are also known.
  • electrical machines include motor units,
  • Actuators and stator rotor assemblies Actuators and stator rotor assemblies.
  • Motor units are used, for example, in vehicles to operate it and are therefore part of a safety-relevant application.
  • Safety-relevant applications must be put in a safe state in the event of a dangerous malfunction.
  • ISO standard 26262 specifies safety requirement levels ASIL (short for: Automotive Safety Integrity Level) for safety-related electrical / electronic applications in
  • the invention has for its object an improved
  • the driver stage comprises three separate electronic circuits for controlling the
  • the safety level being designed to select and / or activate a safety state associated with the malfunction in the event of a determined malfunction of the power bridge circuit. Furthermore, the security level is designed, a synchronization of the three electronic circuits depending on the selected one
  • the motor unit is an electric motor or an actuator arrangement in which a faulty or failed control
  • the motor unit is a direct current motor, in particular a so-called brushless direct current motor.
  • the motor unit is a three-phase brushless DC motor.
  • a single motor unit can be controlled by three separate electronic circuits of the driver stage.
  • the electronic circuits are so-called application-specific integrated circuits, which are known under ASICs (short for: Application-Specific Integrated Circuit).
  • the power bridge can therefore be controlled by three separate electronic circuits.
  • the power bridge is powered by a single electronic
  • Circuit controlled By using three separate electronic circuits, a power range of, for example, a 48 V motor unit, in particular a brushless DC motor, is expanded.
  • the use of three separate electronic circuits triples the power range, in particular an output power of the power bridge circuit.
  • the motor control device enables three separate electronic circuits to be simultaneously activated and controlled in the safety state, in particular the safe operating state. In particular, this can
  • Safety requirement levels of the ISO 26262 standard up to level ASIL C and D are met.
  • a safe state is achieved, for example, by a braked or a free-running rotor of the motor unit, in particular the brushless DC motor. It is also possible to use more than three separate electronic circuits, all of which
  • electronic circuits can be coupled to one another via the security level and synchronized into the security state.
  • the power bridge circuit is an inverter bridge, such as an inverter.
  • the security level is arranged between the control unit and the driver level.
  • the control unit includes a microcontroller.
  • the driver stage includes at least one so-called
  • the driver stage comprises three separate gate drivers, each of which controls a gate driver of one of the electronic circuits, in particular so-called ASICs.
  • the control unit is connected to the driver stage for signaling purposes. In particular, the control unit is with everyone
  • Gate driver connected for communication of control signals.
  • Security level is coupled to both the control unit and the driver level.
  • the driver stage controls the switching elements of the
  • the power bridge circuit comprises three
  • each of the half-bridge circuits output one phase.
  • each phase controls, for example, an equal number of stator elements, such as coils.
  • the motor unit is a three-phase brushless DC motor, each of the three half-bridge circuits controlling one phase of the brushless DC motor.
  • Half-bridge circuits are each coupled to one of the electronic circuits.
  • the half-bridge circuits each include one
  • High-circuit breakers and a low-circuit breaker which can be switched on and / or off depending on the synchronization of the electronic circuits. In particular, are dependent on the synchronization
  • the high-circuit breakers are so-called high-side circuit breakers and the low circuit breakers are so-called low-side circuit breakers.
  • the circuit breakers are field effect transistors, in particular
  • Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors which are also known as MOSFETs (English for: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).
  • two selectable safety states are specified, the high and low points in a first safety state
  • the high-circuit breakers must be switched off and the safety state
  • Safety state can be selected depending on the application of the motor unit, as a result of which the motor control device can be configured with regard to the safety state.
  • a safe state can be achieved by moving the rotor of the brushless DC motor to a certain predetermined position or moving it at a certain predetermined rotational speed. It is also possible to achieve a safe state by everyone
  • Coil supply lines are switched off. Another safe state can be achieved, for example, by braking the rotor of the brushless DC motor.
  • a high-resistance state in particular a free-running state of the motor unit, can be achieved by means of the first safety state.
  • the first safety state is a high-resistance operating state between outputs of control electronics of the motor unit.
  • the second safety state can be used, for example, to achieve a low-resistance state, in particular a braking state of the motor unit.
  • the second safety state is a low-resistance operating state between outputs of control electronics of the motor unit. In a normal case, all low circuit breakers are switched on and all high circuit breakers are switched off. In an exceptional case,
  • the electronic circuits of the driver stage are each coupled to the security stage via a number of switching elements, such as switching pins. Switching operations for activating a respective safety state can thus be carried out synchronized via the safety level.
  • the electronic circuits each comprise an equal number of switching elements. To carry out an activated safety state, the same switching element of a respective electronic circuit is activated at the same time.
  • the security level includes a security monitoring circuit for monitoring the security level.
  • the safety level is used in the event of a determined malfunction
  • Power bridge circuit selected and / or activated a safety state associated with the malfunction, with the three electronic circuits being synchronized as a function of the selected safety state.
  • Safety state the high and low circuit breakers are switched off.
  • a second safety state the high circuit breakers are switched off and the low circuit breakers are switched on and / or vice versa.
  • the first safety state is a free-running state of the motor unit, which as
  • Switching state is assigned a state of high impedance. For this purpose, all high and low circuit breakers are switched off. Furthermore, the second safety state is a braking state of the motor unit, to which a switching state is assigned in which, in the normal case, all the low circuit breakers are switched on and all the high circuit breakers are switched off. In an exceptional case, for example a short circuit between the
  • the second safety state is selected and / or activated depending on the short circuits determined using the high-circuit breakers or the low-circuit breakers.
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of a vehicle with a
  • FIG. 3 schematically shows a method, in particular setting profile, for operating the motor control device according to FIG. 2.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a vehicle 1 with an engine unit 2.
  • the motor unit 2 is designed to operate the vehicle 1 or at least to operate individual vehicle components.
  • the motor unit 2 is an electric motor unit in which a faulty or failed control, for example according to the ISO 26262 standard, is detected reliably and at an early stage.
  • the motor unit 2 is a DC motor, for example.
  • the motor unit 2 is a brushless one
  • the motor unit 2 is designed in three phases.
  • the motor unit 2 includes one that is not shown in detail
  • Stator assembly and a rotor coupled to the stator assembly.
  • stator assembly and the rotor are magnetically coupled to one another, the rotor being controllable by energizing the stator assembly.
  • the stator assembly includes, for example, a coil arrangement with three coils that are electrically and 120 ° apart.
  • the rotatable rotor is arranged inside the stator assembly.
  • the rotor comprises a permanent magnet (not shown in more detail) which rotates about its own axis of rotation as a function of activation of the respective coils.
  • a magnetic field is generated, as a result of which the rotor is mutually magnetic
  • Attraction and repulsive forces can be set in motion.
  • FIGS. 2A and 2B schematically each show an embodiment of a motor control device 3 for the motor unit 2, in particular for the three-phase brushless DC motor.
  • the motor control device 3 shown in FIG. 2A comprises one
  • Control unit 4 a driver stage 5 downstream of the control unit 4 and a power bridge circuit 6 downstream of the driver stage 5.
  • the driver stage 5 comprises three separate electronic circuits IC1 to IC3 for controlling the power bridge circuit 6.
  • the control unit 4 is designed to control all three separate electronic circuits IC1 to IC3.
  • the driver stage 5 comprises three separate, so-called gate drivers 5.1.
  • the gate drivers 5.1 are each coupled to the control unit 4, with each gate driver 5.1 being one of the electronic ones
  • Circuits IC1 to IC3 is assigned.
  • the control unit 4 is with everyone
  • Gate driver 5.1 connected for communication of control signals CS.
  • the control unit 4 comprises, for example, a microcontroller for controlling the motor unit 2. Furthermore, the control unit 4 is designed, one
  • the electronic circuits are IC1 to IC3
  • ASICs Application-Specific Integrated Circuits
  • Power bridge circuit 6 is therefore of three separate electronic ones
  • Circuits IC1 to IC3 can be controlled. By using three separate electronic circuits IC1 to IC3, a power range is one
  • the power bridge circuit 6 is a converter, for example.
  • Phase formation and phase output comprises the line bridge circuit 6 three electrical half bridge circuits HB1 to HB3. That is, each phase PH1 to PH3 of the three-phase brushless DC motor is one
  • Half-bridge circuit HB1 to HB3 assigned.
  • each half-bridge circuit HB1 to HB3 are each one
  • Control unit 4 connected.
  • the half-bridge circuits HB1 to HB3 each include one
  • the high-power switches HS are connected in parallel to one another, for example.
  • the low-power circuit breakers LS are also connected to one another in parallel, for example.
  • the power bridge circuit 6 comprises one
  • High-power branch HSP and a low-power branch LSP are connected to one via the high-power branch HSP, which connects all of the high-power switches HS
  • switching states of the half-bridge circuits HB1 to HB3 can be set in synchronization with one another.
  • the high-circuit breakers HS are so-called high-side circuit breakers and the low-circuit breakers LS are so-called low-side circuit breakers.
  • the circuit breakers are field effect transistors, in particular
  • Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors which are also known as MOSFETs (English for: metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).
  • Motor control device 3 is shown in more detail in FIG. 2B
  • Security level S for setting a security status STATE1, STATE2 of the motor unit 2.
  • Security level S is designed, in the case of a malfunction of the power bridge circuit 6, one of the malfunctions
  • security level S is designed to carry out a synchronization of the three electronic circuits IC1 to IC3 depending on the selected security status STATE1, STATE2.
  • security level S is designed to, in the case of a
  • Circuits IC1 to IC3 simultaneously active and controlled in the
  • the security status STATE1, STATE2 is a more secure one
  • Power bridge circuit 6 ie the half bridge circuits HB1 to HB3 synchronized.
  • the following description is an explanation of Figure 2B and Figure 3.
  • two selectable safety states STATE1 and STATE2 are predefined, with the floch and low circuit breakers HS, LS having to be switched off in a first safety state STATE1.
  • STATE1 and STATE2 are predefined, with the floch and low circuit breakers HS, LS having to be switched off in a first safety state STATE1.
  • Safety state STATE1, STATE2 can be selected depending on the application of the motor unit 2, as a result of which the motor control device 3 with regard to the
  • Security status STATE1, STATE2 is configurable.
  • a switching state of the high and low circuit breakers HS, LS is assigned to each of the two specified safety states STATE1, STATE2.
  • the first safety state STATE1 can be used to achieve a high-resistance state, in particular a free-running state of the motor unit 2.
  • the first security state STATE1 is a high-resistance one
  • the low-resistance state in particular a braking state of the motor unit 2 can be achieved.
  • the second security state STATE2 is on
  • driver stage 5 For synchronized control of driver stage 5, it is coupled to security stage S via a plurality of switching elements SE.
  • the electronic circuits IC1 to IC3 are each coupled to the security level S via a number of identical switching elements SE.
  • Switching elements SE of the same type are brought together via a respective branch.
  • the corresponding switching elements SE can be controlled synchronized.
  • the switching elements SE are switching pins.
  • the security level S comprises first switching elements nRESET, each of which is coupled to one of the gate drivers 5.1.
  • the respective first switching elements nRESET are connected via a RESET branch. For example, malfunctions or other malfunctions determined during commissioning result the motor unit 2 to reset the motor unit 2. If one
  • the first switching elements nRESET can be controlled by the control unit 4 and / or by a security monitoring circuit SAC integrated in the security level S.
  • the safety monitoring circuit SAC is used, for example, to monitor and switch the interfaces SE arranged in the security level S, i. H. Switch pins trained.
  • the security level S comprises second switching elements SAFE, which are each coupled to one of the gate drivers 5.1.
  • the respective second switching elements SAFE are connected via a SAFE branch.
  • security level S includes third switching elements nSAFE, which are each coupled to one of the gate drivers 5.1.
  • the respective third switching elements nSAFE are connected via an nSAFE branch.
  • the second switching elements SAFE and the third switching elements nSAFE are switched as a function of a determined malfunction of the power bridge circuit 6.
  • security level S includes fourth switching elements SAFE_SEL, which are each coupled to one of the gate drivers 5.1.
  • the respective fourth switching elements SAFE_SEL are connected via a SAFE_SEL branch. If the first safety state STATE1 is selected, the fourth switching elements SAFE_SEL are to be set to a so-called high switching state. In particular, the selected first is activated
  • Safety state STATE1 by setting the second switching elements SAFE designed as input pins to a so-called high logic level.
  • the fourth switching elements SAFE_SEL are to be set to a so-called low switching state. In particular, the selected second is activated
  • Safety state STATE2 by setting the third switching elements nSAFE designed as a pin to a so-called low logic level.
  • Low switching state are three motor connections, in particular connections of the three phases PH1 to PH3, either short-circuited via the high-circuit breaker HS or the low-circuit breaker LS.
  • the low switching state is assigned a low-resistance state, in which all are normally
  • the second switching elements SAFE are dedicated input pins for activating the appropriate safety state STATE1 or STATE2, the second
  • Switching elements SAFE from the control unit 4 and / or from the in the
  • Security level S integrated security monitoring circuit SAC can be controlled.
  • the third switching elements nSAFE are bidirectional pins.
  • the third switching elements nSAFE have one with a so-called
  • the security level S comprises fifth switching elements nSYNC, which are each coupled to one of the gate drivers 5.1.
  • Switching elements nSYNC set to a so-called high level. This activates the braking state by switching on all low-circuit breakers LS and switching off all high-circuit breakers HS. In other words: the BLS of the motor unit 2 is braked at the low-circuit breakers LS by connecting them.
  • a short circuit in the battery of a motor phase state can be detected.
  • the fifth switching element nSYNC is actuated. Then all separate electronic circuits IC1 to IC3 conduct the opening of the corresponding low-power switch LS and the connection of the corresponding one
  • Low-circuit breakers LS changed to high-circuit breakers HS.
  • the motor unit 2 is braked to the BHS
  • High-power switches HS by connecting them. This will create a
  • Low circuit breaker HS or LS It is shown, depending on which input control values of the third and fifth switching elements nSAFE, nSYNC, which braking distance is set.
  • Table T1 Figure 3 shows an adjustment process E of the two
  • Control values GHx, GLx are identical to Control values GHx, GLx.
  • FIG. 3 shows one
  • Brake control mode which is defined by the position and / or switching of the fifth switching elements nSYNC and / or by the nSYNC pine plane.
  • the high-power switches HS of the half-bridge circuits HB1 to HB3 are activated.
  • Control value GLx are the low-power circuit breakers LS
  • Half-bridge circuit HB1 to HB3 controlled.
  • control values GHx, GLx cause a synchronized switch-off and switch-on of the respective high and low
  • the second security state STATE2 is activated and set as a function of a first time period tNB.
  • the high-circuit breakers HS are depending on the
  • High-power switches HS initiated by connecting them.
  • Safety state STATE1 the high-power switches HS are switched off.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerungsvorrichtung (3) für eine Motoreinheit (2) mit einer Steuereinheit (4), einer Sicherheitsstufe (S) zur Einstellung eines Sicherheitszustands (STATE1, STATE2) der Motoreinheit (2), einer Treiberstufe (5), und einer Leistungsbrückenschaltung (6), wobei die Treiberstufe (5) drei separate elektronische Schaltungen (IC1 bis IC3) zur Ansteuerung der Leistungsbrückenschaltung (6) umfasst, und die Sicherheitsstufe (S) ausgebildet ist, im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung (6) einen der Fehlfunktion zugeordneten Sicherheitszustand (STATE1, STATE2) auszuwählen und/oder zu aktivieren und eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) in Abhängigkeit des ausgewählten Sicherheitszustands (STATE1, STATE2) durchzuführen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren.

Description

Beschreibung
Motorsteuerungsvorrichtung für eine Motoreinheit und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Motorsteuerungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerungsvorrichtung für eine Motoreinheit und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Motorsteuerungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Motorsteuerungsvorrichtungen für
Motoreneinheiten bekannt, wobei zur Ansteuerung genau einer Motoreinheit jeweils eine elektronische Schaltung vorgesehen ist.
Ferner sind Motoreinheiten, beispielsweise in Form von elektrischen Maschinen, bekannt. Beispielsweise umfassen elektrische Maschinen Motoreinheiten,
Aktuatoren und Stator-Rotorbaugruppen.
Motoreinheiten werden beispielsweise in Fahrzeugen zum Betrieb dessen eingesetzt und sind somit Teil einer sicherheitsrelevanten Anwendung.
Sicherheitsrelevante Anwendungen müssen im Fall einer gefährlichen Fehlfunktion in einen sicheren Zustand versetzt werden. Beispielsweise spezifiziert ISO-Norm 26262 Sicherheitsanforderungsstufen ASIL (kurz für: Automotive Safety Integrity Level) für sicherheitsrelevante elektrische/elektronische Anwendungen in
Kraftfahrzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Motorsteuerungsvorrichtung für eine Motoreinheit und ein neuartiges Verfahren zum Betrieb einer solchen Motorsteuerungsvorrichtung anzugeben.
Hinsichtlich der Motorsteuerungsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb einer solchen Motorsteuerungsvorrichtung wird die Aufgabe
erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Motorsteuerungsvorrichtung für eine Motoreinheit umfasst eine Steuereinheit, eine Sicherheitsstufe zur Einstellung eines Sicherheitszustands der Motoreinheit, eine der Steuereinheit nachgeordnete Treiberstufe und eine der Treiberstufe nachgeordnete Leistungsbrückenschaltung. Die Treiberstufe umfasst drei separate elektronische Schaltungen zur Ansteuerung der
Leistungsbrückenschaltung, wobei die Sicherheitsstufe ausgebildet ist, im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung einen der Fehlfunktion zugeordneten Sicherheitszustand auszuwählen und/oder zu aktivieren. Des Weiteren ist die Sicherheitsstufe ausgebildet, eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen in Abhängigkeit des ausgewählten
Sicherheitszustands durchzuführen.
Beispielsweise ist die Motoreinheit ein Elektromotor oder eine Aktuatoranordnung, bei welchem/welcher eine fehlerhafte oder versagende Ansteuerung,
beispielsweise nach Norm ISO 26262, zuverlässig und frühzeitig erkannt wird.
In einer möglichen Ausführungsform ist die Motoreinheit ein Gleichstrommotor, insbesondere ein so genannter bürstenloser Gleichstrommotor. Zum Beispiel ist die Motoreinheit ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor.
Mittels der erfindungsgemäßen Motorsteuerungsvorrichtung ist eine einzige Motoreinheit von drei separaten elektronischen Schaltungen der Treiberstufe ansteuerbar. Beispielsweise sind die elektronischen Schaltungen so genannte anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, welche unter ASICs (engl., kurz für: Application-Specific Integrated Circuit) bekannt sind. Die Leistungsbrücke ist also von drei separaten elektronischen Schaltungen ansteuerbar. In herkömmlichen Motoreinheiten wird die Leistungsbrücke von einer einzigen elektronischen
Schaltung angesteuert. Durch Verwendung von drei separaten elektronischen Schaltungen ist ein Leistungsbereich einer beispielsweise 48 V betriebenen Motoreinheit, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, erweitert.
Insbesondere ist mittels der Verwendung von drei separaten elektronischen Schaltungen eine Verdreifachung des Leistungsbereichs, insbesondere einer Ausgangsleistung der Leistungsbrückenschaltung möglich. Bei Verwendung von mehr als einer elektronischen Schaltung zur Ansteuerung einer
Leistungsbrückenschaltung müssen Sicherheitsanforderungen der Norm
ISO 26262 zumindest bis ASIL C erfüllt werden. Beispielsweise können kritische Situationen zu einem Ausfall der Motoreinheit oder zumindest von einzelnen Bauelementen der Motoreinheit oder zu einem Kurzschluss führen. Dabei kann es zu einem unerwünschten hohen Stromfluss und somit zu einer Erwärmung der Bauelemente kommen, wodurch diese beschädigt werden können. Die erfindungsgemäße Motorsteuerungsvorrichtung ermöglicht im Fall einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion drei separate elektronische Schaltungen zeitgleich aktiv und kontrolliert in den Sicherheitszustand, insbesondere sicheren Betriebszustand, zu versetzen. Insbesondere können dadurch
Sicherheitsanforderungsstufen der Norm ISO 26262 bis zur Stufe ASIL C und D erfüllt werden. Ein sicherer Zustand ist anwendungsabhängig beispielsweise durch einen gebremsten oder durch einen frei laufenden Rotor der Motoreinheit, insbesondere des bürstenlosen Gleichstrommotors, erreicht. Möglich ist auch, mehr als drei separate elektronische Schaltungen zu verwenden, wobei alle
elektronischen Schaltungen über die Sicherheitsstufe miteinander gekoppelt und synchronisiert in den Sicherheitszustand überführbar sind.
Zum Beispiel ist die Leistungsbrückenschaltung eine Wechselrichterbrücke, wie beispielsweise ein Umrichter.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Sicherheitsstufe zwischen der Steuereinheit und der Treiberstufe angeordnet. Zum Beispiel umfasst die Steuereinheit einen Mikrocontroller. Die Treiberstufe umfasst zumindest einen so genannten
Gate-Treiber. Insbesondere umfasst die Treiberstufe drei separate Gate-Treiber, wobei jeweils ein Gate-Treiber eines der elektronischen Schaltungen, insbesondere so genannten ASICs, ansteuert. Die Steuereinheit ist mit der Treiberstufe signaltechnisch verbunden. Insbesondere ist die Steuereinheit mit jedem
Gate-Treiber zur Kommunikation von Kontrollsignalen verbunden. Die
Sicherheitsstufe ist sowohl mit der Steuereinheit als auch mit der Treiberstufe gekoppelt. Beispielsweise steuert die Treiberstufe Schaltelemente der
Leistungsbrückenschaltung so an, dass ein/e mittels eines Steuersignals von der Steuereinheit vorgegebene Betriebsspannung, Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung der Motoreinheit erzielt werden.
In einer Weiterbildung umfasst die Leistungsbrückenschaltung drei
Halbbrückenschaltungen, wobei jede der Halbbrückenschaltungen eine Phase ausgibt. Im Fall einer als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildeten Motoreinheit steuert jede Phase beispielsweise jeweils eine gleiche Anzahl von Statorelementen, wie Spulen, an. Beispielsweise ist die Motoreinheit ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor, wobei jede der drei Halbbrückenschaltungen jeweils eine Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors ansteuert. Eine mögliche Weiterbildung sieht vor, dass jeweils eine der
Halbbrückenschaltungen mit jeweils einer der elektronischen Schaltungen gekoppelt ist. Die Halbbrückenschaltungen umfassen jeweils einen
Hoch-Leistungsschalter und einen Nieder-Leistungsschalter, die in Abhängigkeit der Synchronisation der elektronischen Schaltungen jeweils ab- und/oder anschaltbar sind. Insbesondere sind in Abhängigkeit der Synchronisation
Schaltzustände der Halbbrückenschaltungen synchronisiert zueinander einstellbar. Die Hoch-Leistungsschalter sind so genannte High-Side-Leistungsschalter und die Nieder-Leistungsschalter sind so genannte Low-Side-Leistungsschalter. Zum Beispiel sind die Leistungsschalter Feldeffekttransistoren, insbesondere
Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, welche auch unter MOSFETs (engl., kurz für: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) bekannt sind.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung sind zwei auswählbare Sicherheitszustände vorgegeben, wobei in einem ersten Sicherheitszustand die Hoch- und
Nieder-Leistungsschalter abzuschalten sind, und in einem zweiten
Sicherheitszustand sind die Hoch-Leistungsschalter abzuschalten und die
Nieder-Leistungsschalter anzuschalten und/oder umgekehrt. Der
Sicherheitszustand ist je nach Anwendung der Motoreinheit auswählbar, wodurch die Motorsteuerungsvorrichtung hinsichtlich des Sicherheitszustands konfigurierbar ist. Zum Beispiel kann ein sicherer Zustand dadurch erreicht werden, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors in eine gewisse vorbestimmte Position gebracht oder mit einer gewissen vorbestimmten Drehgeschwindigkeit bewegt wird. Es ist auch möglich, einen sicheren Zustand zu erreichen, indem alle
Spulenversorgungsleitungen stromlos geschaltet werden. Ein weiterer sicherer Zustand kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors gebremst wird.
Zum Beispiel ist mittels des ersten Sicherheitszustands ein hochohmiger Zustand, insbesondere ein Freilaufzustand der Motoreinheit erzielbar. Beispielsweise ist der erste Sicherheitszustand ein hochohmiger Betriebszustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik der Motoreinheit. Mittels des zweiten Sicherheitszustands ist beispielsweise ein niederohmiger Zustand, insbesondere ein Abbremszustand der Motoreinheit erzielbar. Beispielsweise ist der zweite Sicherheitszustand ein niederohmiger Betriebszustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik der Motoreinheit. In einem Normalfall sind alle Nieder-Leistungsschalter eingeschaltet und alle Hoch-Leistungsschalter abgeschaltet. In einem Ausnahmefall,
beispielsweise eines Kurzschlusses, zwischen den Hoch-Leistungsschaltern und den Phasen der Motoreinheit sind alle Hoch-Leistungsschalter eingeschaltet und alle Nieder-Leistungsschalter abgeschaltet.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektronischen Schaltungen der Treiberstufe jeweils über eine Anzahl von Schaltelementen, wie beispielsweise Schaltpins, mit der Sicherheitsstufe gekoppelt. Somit sind Schaltvorgänge zur Aktivierung eines jeweiligen Sicherheitszustands über die Sicherheitsstufe synchronisiert ausführbar. Insbesondere umfassen die elektronischen Schaltungen jeweils eine gleiche Anzahl von Schaltelementen. Zur Durchführung eines aktivierten Sicherheitszustands wird jeweils das gleiche Schaltelement einer jeweiligen elektronischen Schaltung zeitgleich angesteuert. Beispielsweise umfasst die Sicherheitsstufe eine Sicherheitsüberwachungsschaltung zur Überwachung der Sicherheitsstufe.
In dem Verfahren zum Betrieb der beschriebenen Motorsteuerungsvorrichtung wird mittels der Sicherheitsstufe im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der
Leistungsbrückenschaltung ein der Fehlfunktion zugeordneter Sicherheitszustand ausgewählt und/oder aktiviert, wobei eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen in Abhängigkeit des ausgewählten Sicherheitszustands durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens werden in einem ersten
Sicherheitszustand die Hoch- und Nieder-Leistungsschalter abgeschaltet. In einem zweiten Sicherheitszustand werden die Hoch-Leistungsschalter abgeschaltet und die Nieder-Leistungsschalter angeschaltet und/oder umgekehrt. Zum Beispiel ist der erste Sicherheitszustand ein Freilaufzustand der Motoreinheit, dem als
Schaltzustand ein Zustand hoher Impedanz zugeordnet wird. Hierfür wird eine Abschaltung aller Hoch- und Nieder-Leistungsschalter durchgeführt. Weiterhin ist der zweite Sicherheitszustand ein Abbremszustand der Motoreinheit, dem ein Schaltzustand zugeordnet wird, bei dem im Normalfall alle Nieder-Leistungsschalter angeschaltet und alle Hoch-Leistungsschalter abgeschaltet werden. In einem Ausnahmefall, beispielsweise eines Kurzschlusses, zwischen den
Hoch-Leistungsschalter und den Phasen der Motoreinheit werden alle
Hoch-Leistungsschalter angeschaltet und alle Nieder-Leistungsschalter
abgeschaltet.
In einem möglichen Ausführungsbeispiel wird eine Aktivierung und Schaltung in eines der Sicherheitszustände vorrangig ausgeführt. Beispielsweise wird im Fall einer ermittelten Fehlfunktion ein RESET-Befehl, d. h. Rückstellbefehl an die Treiberstufe, insbesondere an die einzelnen Gate-Treiber, zur Ausführung dessen gesendet. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird während der Aktivierung und Schaltung eines ausgewählten Sicherheitszustands ein RESET-Schaltelement ignoriert, um die Schaltung in den Sicherheitszustand aktiv zu halten. Insbesondere wird die Aktivierung und Schaltung des Sicherheitszustands von der Steuereinheit und/oder von der Sicherheitsüberwachungsschaltung angesteuert.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der zweite Sicherheitszustand in Abhängigkeit ermittelter Kurzschlüsse über die Hoch-Leistungsschalter oder die Nieder-Leistungsschalter ausgewählt und/oder aktiviert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer
Motoreinheit,
Fig. 2A und 2B schematisch jeweils ein Ausführungsbeispiel einer
Motorsteuerungsvorrichtung zum Betrieb einer Motoreinheit, und
Fig. 3 schematisch ein Verfahren, insbesondere Einstellverlauf, zum Betrieb der Motorsteuerungsvorrichtung nach Fig. 2.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 mit einer Motoreinheit 2.
Die Motoreinheit 2 ist zum Betrieb des Fahrzeugs 1 oder zumindest zum Betrieb einzelner Fahrzeugkomponenten ausgebildet. Beispielsweise ist die Motoreinheit 2 eine Elektromotoreneinheit, bei der eine fehlerhafte oder versagende Ansteuerung, beispielsweise nach Norm ISO 26262, zuverlässig und frühzeitig erkannt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Motoreinheit 2 beispielsweise ein Gleichstrommotor. Zum Beispiel ist die Motoreinheit 2 ein bürstenloser
Gleichstrommotor. Insbesondere ist die Motoreinheit 2 dreiphasig ausgeführt.
Des Weiteren umfasst die Motoreinheit 2 eine nicht näher dargestellte
Statorbaugruppe und einen mit der Statorbaugruppe gekoppelten Rotor.
Insbesondere sind die Statorbaugruppe und der Rotor magnetisch miteinander gekoppelt, wobei der Rotor durch Bestromung der Statorbaugruppe steuerbar ist. Die Statorbaugruppe umfasst beispielsweise eine Spulenanordnung mit drei elektrisch und um jeweils 120° versetzten Spulen. Im Inneren der Statorbaugruppe ist der drehbare Rotor angeordnet. Beispielsweise umfasst der Rotor einen nicht näher dargestellten Permanentmagneten, der in Abhängigkeit einer Ansteuerung der jeweiligen Spulen um die eigene Rotationsachse rotiert. Insbesondere wird bei einer Beaufschlagung der Statorbaugruppe mit elektrischer Energie ein Magnetfeld erzeugt, wodurch der Rotor aufgrund von gegenseitigen magnetischen
Anziehungs- und Abstoßungskräften in Bewegung versetzbar ist.
Figur 2A und 2B zeigen schematisch jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Motorsteuerungsvorrichtung 3 für die Motoreinheit 2, insbesondere für den dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor.
Die in Figur 2A dargestellte Motorsteuerungsvorrichtung 3 umfasst eine
Steuereinheit 4, eine der Steuereinheit 4 nachgeordnete Treiberstufe 5 und eine der Treiberstufe 5 nachgeordnete Leistungsbrückenschaltung 6.
Die Treiberstufe 5 umfasst drei separate elektronische Schaltungen IC1 bis IC3 zur Ansteuerung der Leistungsbrückenschaltung 6. Die Steuereinheit 4 ist ausgebildet, alle drei separaten elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 anzusteuern.
Beispielsweise umfasst die Treiberstufe 5 hierfür drei separate, so genannte Gate-Treiber 5.1. Die Gate-Treiber 5.1 sind jeweils mit der Steuereinheit 4 gekoppelt, wobei jedem Gate-Treiber 5.1 jeweils eine der elektronischen
Schaltungen IC1 bis IC3 zugeordnet ist. Die Steuereinheit 4 ist mit jedem
Gate-Treiber 5.1 zur Kommunikation von Kontrollsignalen CS verbunden.
Die Steuereinheit 4 umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller zur Ansteuerung der Motoreinheit 2. Des Weiteren ist die Steuereinheit 4 ausgebildet, einen
Funktionsmodus der Leistungsbrückenschaltung 6 und somit indirekt die
Motoreinheit 2 zu steuern. Beispielsweise sind die elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3
anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, insbesondere so genannte ASICs (engl., kurz für: Application-Specific Integrated Circuits). Die
Leistungsbrückenschaltung 6 ist also von drei separaten elektronischen
Schaltungen IC1 bis IC3 ansteuerbar. Durch Verwendung von drei separaten elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 ist ein Leistungsbereich einer
beispielsweise 48 V betriebenen Motoreinheit 2 erweitert. Insbesondere ist mittels der Verwendung von drei separaten elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 eine Verdreifachung des Leistungsbereichs, insbesondere einer Ausgangsleistung der Leistungsbrückenschaltung 6 möglich.
Die Leistungsbrückenschaltung 6 ist beispielsweise ein Umrichter. Zur
Phasenbildung und Phasenausgabe umfasst die Leitungsbrückenschaltung 6 drei elektrische Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3. D. h., jeder Phase PH1 bis PH3 des dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors ist jeweils eine
Halbbrückenschaltung HB1 bis HB3 zugeordnet.
Insbesondere sind jeder Halbbrückenschaltung HB1 bis HB3 jeweils ein
Gate-Treiber 5.1 und eine elektronische Schaltung IC1 bis IC3 zugeordnet. D. h., die Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3 sind über die mit diesen
korrespondierenden elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 mit der
Steuereinheit 4 verbunden.
Die Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3 umfassen jeweils einen
Hoch-Leistungsschalter HS und einen Nieder-Leistungsschalter LS, die in
Abhängigkeit der Synchronisation der elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 jeweils ab- und/oder anschaltbar sind. Die Hoch-Leistungsschalter HS sind beispielsweise zueinander parallel geschaltet. Die Nieder-Leistungsschalter LS sind beispielsweise ebenfalls zueinander parallel geschaltet.
Weiterhin umfasst die Leistungsbrückenschaltung 6 einen
Hoch-Leistungszweig HSP und einen Nieder-Leistungszweig LSP. Beispielsweise liegt die Leistungsbrückenschaltung 6 über den Hoch-Leistungszweig HSP, welcher alle Hoch-Leistungsschalter HS miteinander verbindet, an einer
Versorgungsspannung V (+48 V) an. Über den Nieder-Leistungszweig LSP, welcher alle Nieder-Leistungsschalter LS miteinander verbindet, ist die Leistungsbrückenschaltung 6 mit Masse PGND (PGND, engl., kurz für: Power Ground) verbunden.
Insbesondere sind in Abhängigkeit der Synchronisation Schaltzustände der Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3 synchronisiert zueinander einstellbar. Die Hoch-Leistungsschalter HS sind so genannte High-Side-Leistungsschalter und die Nieder-Leistungsschalter LS sind so genannte Low-Side-Leistungsschalter. Zum Beispiel sind die Leistungsschalter Feldeffekttransistoren, insbesondere
Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, welche auch unter MOSFETs (engl., kurz für: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) bekannt sind.
Bei Verwendung von mehr als einer elektronischen Schaltung IC1 bis IC3 zur Ansteuerung einer einzigen Leistungsbrückenschaltung 6 müssen
Sicherheitsanforderungen der Norm ISO 26262 zumindest bis ASIL C erfüllt werden.
Um diese Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, umfasst die
Motorsteuerungsvorrichtung 3 eine in Figur 2B näher dargestellte
Sicherheitsstufe S zur Einstellung eines Sicherheitszustands STATE1 , STATE2 der Motoreinheit 2. Die Sicherheitsstufe S ist ausgebildet, im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung 6 einen der Fehlfunktion
zugeordneten Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 auszuwählen und/oder zu aktivieren. Zudem ist die Sicherheitsstufe S ausgebildet, eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 in Abhängigkeit des ausgewählten Sicherheitszustands STATE1 , STATE2 durchzuführen.
Insbesondere ist die Sicherheitsstufe S ausgebildet, um im Fall einer
sicherheitsrelevanten Fehlfunktion die drei separaten elektronischen
Schaltungen IC1 bis IC3 zeitgleich aktiv und kontrolliert in den
Sicherheitszustand STATE1 oder STATE2 zu versetzen. Der
Sicherheitszustand STATE1 oder STATE2 ist anwendungsabhängig
beispielsweise durch einen gebremsten oder durch einen frei laufenden Rotor der Motoreinheit 2, insbesondere des bürstenlosen Gleichstrommotors, erreicht. Zum Beispiel ist der Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 jeweils ein sicherer
Betriebszustand. Insbesondere werden Zustände der
Leistungsbrückenschaltung 6, d. h. der Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3 synchronisiert. Folgende Beschreibung ist eine Erläuterung zu Figur 2B sowie Figur 3.
Beispielsweise sind zwei auswählbare Sicherheits-zustände STATE1 und STATE2 vorgegeben, wobei in einem ersten Sicherheitszustand STATE1 die Floch- und Nieder-Leistungsschalter HS, LS abzuschalten sind. In einem zweiten
Sicherheitszustand STATE2 sind die Hoch-Leistungsschalter HS abzuschalten und die Nieder-Leistungsschalter LS anzuschalten oder umgekehrt. Der
Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 ist je nach Anwendung der Motoreinheit 2 auswählbar, wodurch die Motorsteuerungsvorrichtung 3 hinsichtlich des
Sicherheitszustands STATE1 , STATE2 konfigurierbar ist.
Jedem der beiden vorgegebenen Sicherheitszustände STATE1 , STATE2 ist ein Schaltzustand der Hoch- und Nieder-Leistungsschalter HS, LS zugeordnet. Zum Beispiel ist mittels des ersten Sicherheitszustands STATE1 ein hochohmiger Zustand, insbesondere ein Freilaufzustand der Motoreinheit 2 erzielbar.
Beispielsweise ist der erste Sicherheitszustand STATE1 ein hochohmiger
Betriebszustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik der Motoreinheit 2. Mittels des zweiten Sicherheitszustands STATE2 ist beispielsweise ein
niederohmiger Zustand, insbesondere ein Abbremszustand der Motoreinheit 2 erzielbar. Beispielsweise ist der zweite Sicherheitszustand STATE2 ein
niederohmiger Betriebszustand zwischen Ausgängen einer Ansteuerelektronik der Motoreinheit 2.
Zur synchronisierten Ansteuerung der Treiberstufe 5 ist diese über eine Mehrzahl von Schaltelementen SE mit der Sicherheitsstufe S gekoppelt. Insbesondere sind die elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 jeweils über eine Anzahl von gleichen Schaltelementen SE mit der Sicherheitsstufe S gekoppelt. Schaltelemente SE des gleichen Typs sind über einen jeweiligen Zweig zusammengeführt. Somit sind die jeweils korrespondierenden Schaltelemente SE synchronisiert ansteuerbar.
Im Folgenden werden Funktionen der einzelnen Schaltelemente SE näher erläutert:
Insbesondere sind die Schaltelemente SE Schaltpins.
Die Sicherheitsstufe S umfasst erste Schaltelemente nRESET, die mit jeweils einer der Gate-Treibern 5.1 gekoppelt sind. Insbesondere sind die jeweiligen ersten Schaltelemente nRESET über einen RESET-Zweig verbunden. Zum Beispiel führen bei Inbetriebnahme ermittelte Fehlfunktionen oder andere Fehlfunktionen der Motoreinheit 2 zu einer Rückstellung der Motoreinheit 2. Wenn eine
Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung 6 ermittelt wird und/oder eine
Fehlfunktion mit einem zugeordneten Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 ermittelt wird, werden die ersten Schaltelemente nRESET ignoriert, so dass die Motorsteuerungsvorrichtung 3 die Schaltung des ausgewählten
Sicherheitszustand STATE1 oder STATE2 aktiv hält. Beispielsweise können die ersten Schaltelemente nRESET durch die Steuereinheit 4 und/oder durch eine in der Sicherheitsstufe S integrierte Sicherheitsüberwachungsschaltung SAC gesteuert werden. Die Sicherheitsüberwachungsschaltung SAC ist beispielsweise zur Überwachung und Schaltung der in der Sicherheitsstufe S angeordneten Schnittstellen SE, d. h. Schaltpins ausgebildet.
Weiterhin umfasst die Sicherheitsstufe S zweite Schaltelemente SAFE, die mit jeweils einer der Gate-Treibern 5.1 gekoppelt sind. Insbesondere sind die jeweiligen zweiten Schaltelemente SAFE über einen SAFE-Zweig verbunden.
Des Weiteren umfasst die Sicherheitsstufe S dritte Schaltelemente nSAFE, die mit jeweils einer der Gate-Treibern 5.1 gekoppelt sind. Insbesondere sind die jeweiligen dritten Schaltelemente nSAFE über einen nSAFE-Zweig verbunden.
Die zweiten Schaltelemente SAFE und die dritten Schaltelemente nSAFE werden in Abhängigkeit einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung 6 geschaltet.
Zusätzlich umfasst die Sicherheitsstufe S vierte Schaltelemente SAFE_SEL, die mit jeweils einer der Gate-Treibern 5.1 gekoppelt sind. Insbesondere sind die jeweiligen vierten Schaltelemente SAFE_SEL über einen SAFE_SEL-Zweig verbunden. Wenn der erste Sicherheitszustand STATE1 ausgewählt ist, sind die vierten Schaltelemente SAFE_SEL auf einen so genannten High-Schaltzustand zu setzen. Insbesondere erfolgt die Aktivierung des gewählten ersten
Sicherheitszustands STATE1 durch Setzen der als Eingangspins ausgebildeten zweiten Schaltelemente SAFE auf einen so genannten High-Logikpegel. Im
High-Schaltzustand sind alle Hoch- und Nieder-Leistungsschalter HS, LS abgeschaltet, wobei dem High-Schaltzustand ein Zustand mit hoher Impedanz zugeordnet wird.
Wenn der zweite Sicherheitszustand STATE2 ausgewählt ist, sind die vierten Schaltelemente SAFE_SEL auf einen so genannten Low-Schaltzustand zu setzen. Insbesondere erfolgt die Aktivierung des gewählten zweiten
Sicherheitszustands STATE2 durch Setzen der als Pin ausgebildeten dritten Schaltelemente nSAFE auf einen so genannten Low-Logikpegel. Im
Low-Schaltzustand sind drei Motoranschlüsse, insbesondere Anschlüsse der drei Phasen PH1 bis PH3, entweder über die Hoch-Leistungsschalter HS oder die Nieder-Leistungsschalter LS kurzgeschlossen. Dem Low-Schaltzustand wird ein niederohmiger Zustand zugeordnet, bei dem im Normalfall alle
Nieder-Leistungsschalter LS angeschaltet und alle Hoch-Leistungsschalter HS abgeschaltet werden. In einem Ausnahmefall, beispielsweise eines Kurzschlusses zwischen den Hoch-Leistungsschalter HS und den Phasen PH1 bis PH3 der Motoreinheit 2 werden alle Hoch-Leistungsschalter HS angeschaltet und alle Nieder-Leistungsschalter LS abgeschaltet.
Der ausgewählte Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 wird aktiviert durch Setzen der zweiten Schaltelemente SAFE in einen so genannten High-Schaltzustand oder durch Setzen der dritten Schaltelemente nSAFE in einen so genannten
Low-Schaltzustand .
Die zweiten Schaltelemente SAFE sind dedizierte Eingangspins zur Aktivierung des geeigneten Sicherheitszustands STATE1 oder STATE2, wobei die zweiten
Schaltelemente SAFE von der Steuereinheit 4 und/oder von der in der
Sicherheitsstufe S integrierten Sicherheitsüberwachungsschaltung SAC gesteuert werden.
Die dritten Schaltelemente nSAFE sind bidirektionale Pins. Beispielsweise weisen die dritten Schaltelemente nSAFE eine mit einem so genannten
Open-Collector-Ausgang kombinierte Eingangsstruktur auf. Der jeweilige
Sicherheitszustand STATE1 , STATE2 wird beispielsweise durch die
Sicherheitsüberwachungsschaltung SAC und/oder durch einen der
Gate-Treiber 5.1 und/oder durch eine der elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 angesteuert.
Ferner umfasst die Sicherheitsstufe S fünfte Schaltelemente nSYNC, die mit jeweils einer der Gate-Treibern 5.1 gekoppelt sind. Insbesondere sind die jeweiligen fünften Schaltelemente nSYNC über einen nSYNC-Zweig verbunden. Wenn der gewünschte bzw. ausgewählte Sicherheitszustand STATE2 der Abbremszustand oder auch ein Bremsmodus ist, wird ein Bremsweg durch die nSYNC-Pinebene definiert. In einer Voreinstellung oder in Abhängigkeit eines Standardwerts (Wert=1 ), wie in Tabelle T 1 und Figur 3 gezeigt, sind die fünften
Schaltelemente nSYNC auf einen so genannten High-Pegel eingestellt. Dadurch wird der Abbremszustand durch Anschaltung aller Nieder-Leistungsschalter LS und Abschaltung aller Hoch-Leistungsschalter HS aktiviert. Mit anderen Worten: Die Abbremsung BLS der Motoreinheit 2 erfolgt an den Nieder-Leistungsschaltern LS durch Anschaltung dieser.
Wenn ein Kurzschluss einer Batterie eines +48 V Bordnetzes von zumindest einer der elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 erkannt wird, wird das entsprechende fünfte Schaltelement nSYNC dieser elektronischen Schaltung IC1 bis IC3 auf einen so genannten Low-Pegel (Wert=0), wie in Tabelle T1 und Figur 3 dargestellt, geschaltet oder gezogen. Beispielsweise kann ein Kurzschluss der Batterie eines Motorphasenzustands erkannt werden. Bei Erkennung des Kurzschlusses wird das fünfte Schaltelement nSYNC betätigt. Anschließend leiten alle separaten elektronischen Schaltungen IC1 bis IC3 die Abschaltung des entsprechenden Nieder-Leistungsschalters LS und die Anschaltung des entsprechenden
Hoch-Leistungsschalters HS ein. D. h. der Bremsweg wird von den
Nieder-Leistungsschaltern LS auf die Hoch-Leistungsschalter HS geändert.
Insbesondere erfolgt eine Abbremsung BHS der Motoreinheit 2 an den
Hoch-Leistungsschaltern HS durch Anschaltung dieser. Dadurch wird ein
Kurzschluss über die Versorgungsspannung V (+48 V) vermieden. Insbesondere ist ein Kurzschluss von der Versorgungsspannung V (+48 V) gegen Masse PGND für eine kurze Zeit ermöglicht.
Folgende Tabelle T1 zeigt eine Aktivierung des Bremsweges durch
Abbremsung BHS oder BLS der jeweiligen Hoch- oder
Nieder-Leistungsschalter HS oder LS. Dabei ist dargestellt, in Abhängigkeit welcher Eingangssteuerwerte der dritten und fünften Schaltelemente nSAFE, nSYNC welcher Bremsweg eingestellt wird.
Figure imgf000015_0001
Tabelle T1 Figur 3 zeigt einen Einstellungsverlauf E der beiden
Sicherheitszustände STATE1 , STATE2 in Abhängigkeit eingehender
Steuerwerte GHx, GLx. Insbesondere zeigt die Figur 3 einen
Bremssteuerungsmodus, welcher durch die Stellung und/oder Schaltung der fünften Schaltelemente nSYNC und/oder durch die nSYNC-Pinebene definiert ist.
Bei Eingang des Steuerwerts GHx werden die Hoch-Leistungsschalter HS der Halbbrückenschaltungen HB1 bis HB3 angesteuert. Bei Eingang des
Steuerwerts GLx werden die Nieder-Leistungsschalter LS der
Halbbrückenschaltung HB1 bis HB3 angesteuert.
Dabei ist zu verstehen, dass in Abhängigkeit der Eingangssteuerwerte der dritten und fünften Schaltelemente nSAFE, nSYNC die Steuerwerte GHx, GLx eine synchronisierte Abschaltung und Anschaltung der jeweiligen Hoch- und
Nieder-Leistungsschalter HS, LS ansteuern.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei Erfassung eines nSAFE-lnputs, wobei eine nSAFE-Pinebene niedrig gesetzt wird, in Abhängigkeit einer ersten Zeitdauer tNB der zweite Sicherheitszustand STATE2 aktiviert und eingestellt. Dabei werden die Hoch-Leistungsschalter HS in Abhängigkeit des
Steuerwerts GHx abgeschaltet und die Nieder-Leistungsschalter LS in
Abhängigkeit des Steuerwerts GLx angeschaltet. Anschließend erfolgt eine Umkehrung der Schaltungen der Hoch- und Leistungsschalter HS, LS, wenn ein nSYNC-lnput erfasst wird, wobei eine nSYNC-Pinebene niedrig gesetzt wird. In Abhängigkeit einer Zeitdauer tB wird die Abbremsung BHS an den
Hoch-Leistungsschaltern HS durch Anschaltung dieser eingeleitet. Zur
Umschaltung des zweiten Sicherheitszustand STATE2 in den ersten
Sicherheitszustand STATE1 werden die Hoch-Leistungsschalter HS abgeschaltet.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Motoreinheit
3 Motorsteuerungsvorrichtung
4 Steuereinheit
5 Treiberstufe
5.1 Gate-Treiber
6 Leistungsbrückenschaltung
BHS Abbremsung HS
BLS Abbremsung LS
CS Kontrollsignal
E Einstellungsverlauf
GHx, GLx Steuerwert
HB1 bis HB3 Halbbrückenschaltung
HS Hoch-Leistungsschalter
HSP Hoch-Leistungszweig
IC1 bis IC3 elektronische Schaltung
LS Nieder-Leistungsschalter
LSP Nieder-Leistungszweig
PGND Masse
PH1 bis PH3 Phase
S Sicherheitsstufe
SAC Sicherheitsüberwachungsschaltung
SE Schaltelement
STATE 1 , STATE2 Sicherheitszustand
V Versorgungsspannung
tNB, tB Zeitdauer nRESET erstes Schaltelement
SAFE zweites Schaltelement
nSAFE drittes Schaltelement
SAFE SEL viertes Schaltelement
nSYNC fünftes Schaltelement

Claims

Patentansprüche
1. Motorsteuerungsvorrichtung (3) für eine Motoreinheit (2) mit
- einer Steuereinheit (4),
- einer Sicherheitsstufe (S) zur Einstellung eines
Sicherheitszustands (STATE1 , STATE2) der Motoreinheit (2),
- einer der Steuereinheit (4) nachgeordneten Treiberstufe (5), und
- einer der Treiberstufe (5) nachgeordneten Leistungsbrückenschaltung (6), wobei
- die Treiberstufe (5) drei separate elektronische Schaltungen (IC1 bis IC3) zur Ansteuerung der Leistungsbrückenschaltung (6) umfasst, und
- die Sicherheitsstufe (S) ausgebildet ist, im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung (6)
- einen der Fehlfunktion zugeordneten
Sicherheitszustand (STATE1 , STATE2) auszuwählen und/oder zu aktivieren und
- eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) in Abhängigkeit des ausgewählten
Sicherheitszustands (STATE1 , STATE2) durchzuführen.
2. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1 , wobei die
Sicherheitsstufe (S) zwischen der Steuereinheit (4) und der Treiberstufe (5) angeordnet ist.
3. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Leistungsbrückenschaltung (6) drei Halbbrückenschaltungen (HB1 bis HB3) umfasst, wobei jede der Halbbrückenschaltungen (HB1 bis HB3) eine Phase (PH1 bis PH3) ausgibt.
4. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 3, wobei jeweils eine der Halbbrückenschaltungen (HB1 bis HB3) mit jeweils einer der elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) gekoppelt ist.
5. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die
Halbbrückenschaltungen (HB1 bis HB3) jeweils einen Hoch-Leistungsschalter (HS) und einen Nieder-Leistungsschalter (LS) umfassen, die in Abhängigkeit der Synchronisation der elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) jeweils ab- und/oder anschaltbar sind.
6. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach Anspruch 5,
wobei zwei auswählbare Sicherheitszustände (STATE1 , STATE2) vorgegeben sind, wobei
- in einem ersten Sicherheitszustand (STATE1 ) die Hoch- und
Nieder-Leistungsschalter (HS, LS) abzuschalten sind, und
- in einem zweiten Sicherheitszustand (STATE2) die Hoch-Leistungsschalter (HS) abzuschalten und die Nieder-Leistungsschalter (LS) anzuschalten sind und/oder umgekehrt.
7. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) der Treiberstufe (5) jeweils über eine Anzahl von Schaltelementen (SE) mit der Sicherheitsstufe (S) gekoppelt sind.
8. Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Motoreinheit (2) ein dreiphasiger bürstenloser
Gleichstrommotor ist.
9. Verfahren zum Betrieb einer Motorsteuerungsvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
wobei mittels der Sicherheitsstufe (S) im Fall einer ermittelten Fehlfunktion der Leistungsbrückenschaltung (6)
- ein der Fehlfunktion zugeordneter
Sicherheitszustand (STATE1 , STATE2) ausgewählt wird und/oder aktiviert wird und
- eine Synchronisation der drei elektronischen Schaltungen (IC1 bis IC3) in Abhängigkeit des ausgewählten
Sicherheitszustands (STATE1 , STATE2) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei
- in einem ersten Sicherheitszustand(STATEI ) die Hoch- und
Nieder-Leistungsschalter (HS, LS) abgeschaltet werden, und
- in einem zweiten Sicherheitszustand(STATE2) die Hoch-Leistungsschalter (HS) abgeschaltet und die Nieder-Leistungsschalter (LS) angeschaltet werden und/oder umgekehrt.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10059173C1 (de) * 2000-11-29 2002-03-07 Siemens Ag Antriebssteuerung für einen Drehstrommotor über einen Wechselrichter in sicherer Technik
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