WO2022268591A1 - Steuervorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors einer kraftfahrzeuglenkung - Google Patents

Steuervorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors einer kraftfahrzeuglenkung Download PDF

Info

Publication number
WO2022268591A1
WO2022268591A1 PCT/EP2022/066253 EP2022066253W WO2022268591A1 WO 2022268591 A1 WO2022268591 A1 WO 2022268591A1 EP 2022066253 W EP2022066253 W EP 2022066253W WO 2022268591 A1 WO2022268591 A1 WO 2022268591A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control device
microcontroller
signal
capacitor
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/066253
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gergely HORVATH
Tamas Varga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Priority to CN202280044666.XA priority Critical patent/CN117545677A/zh
Publication of WO2022268591A1 publication Critical patent/WO2022268591A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for DC applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
    • H02H3/0935—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means the timing being determined by numerical means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors

Definitions

  • the invention relates to a control device for controlling an electric motor of a motor vehicle steering system according to the preamble of claim 1.
  • a generic control device is known from DE 102019200091 A1.
  • the known control device has a protective mechanism in order to separate the control device from the connected voltage source in the event of a short circuit within the control device.
  • a protective mechanism is particularly advantageous if the control device is powered by a mobile voltage source, such as a battery, independently of the mains power supply.
  • a short circuit in a control unit of a motor vehicle steering system can lead to a drop in the voltage of the vehicle battery, which can be discharged to such an extent within a short period of time that the other electrical components of the vehicle electrical system can no longer be operated properly.
  • Control devices for controlling the electric motor of a steering actuator of a motor vehicle steering system usually have an inverter for in-phase, electronic commutation of the DC voltage provided by the voltage source.
  • the control devices also usually include at least one capacitor connected in parallel therewith in order to cover the rapidly fluctuating current requirement of the inverter.
  • Error states of these capacitors can lead to serious limitations in the operability of the motor vehicle steering and therefore represent a not inconsiderable risk for the occupants of the vehicle.
  • 3 error states of the capacitors are conceivable: short circuit, interruption of the circuit and changed capacity. While the last two fault states allow the electric motor to remain functional and can also be easily detected by the motor controller software, a short circuit in the capacitor leads to the electric motor blocking or braking torque, since the capacitor has a direct connection between the poles of the voltage source and short-circuits the electric motor.
  • a protective mechanism is required in the control device, which can react to detecting these errors by isolating the affected capacitor from the voltage source by opening a switching element.
  • the switching element and its control When selecting the switching element and its control, it must be taken into account that the resulting short-circuit currents can reach a magnitude of 1000 A within a period of around 100 ps. Therefore, either switching elements designed for such high currents can be used, or the switching elements must be activated to ensure that the switching element opens before the short-circuit current exceeds the maximum switching current of the switching element. For example, MOSFETs can no longer be opened as soon as the short-circuit current exceeds the avalanche current level of the MOSFET.
  • MOSFETs or IGBTs are used as switching elements.
  • the actuation of the switching element is implemented as a hard-wired circuit made up of individual components. Disadvantages are the high complexity and the space requirement of this circuit in the manufacture position, as well as the low flexibility in the operation of hard-wired control circuits.
  • the object of the present invention is to specify a control device for controlling an electric motor of a motor vehicle steering system that can react quickly and flexibly to monitor the current flow in a capacitor connected in parallel to the inverter of the control device and at the same time has a simple and compact design.
  • This creates a control device for controlling an electric motor of a motor vehicle steering system which has a power supply path for supplying the control device with electric power from a voltage source, an inverter connected to the power supply path for electronically commutated control of the Includes electric motor at an output terminal of the control device and a Motorcontrol ler and a gate driver unit for controlling the inverter depending on a driver's steering request.
  • the control device also has a capacitor connected in parallel with the inverter to stabilize the supply voltage present in the power supply path during operation of the control device, a current measuring device connected in series with the capacitor, and a switching device connected in series with the capacitor.
  • control device also comprises a separate microcontroller for controlling the switching device with at least one input and one output, wherein a current measurement signal picked up by the current measurement device can be supplied to the input.
  • the microcontroller is designed to output a switching signal at the output as a function of the current measurement signal, which can be fed to the switching device.
  • the switching device By providing a dedicated microcontroller for driving the switching device, it is possible to ensure a sufficiently short response time of the control device in order to interrupt a short-circuit current through the capacitor at an early stage in the event of a fault. At the same time, the number of individual components additionally required for controlling the switching device is significantly reduced.
  • the use of the separate microcontroller for controlling the switching device also has the advantage over implementing the same functionality within the motor controller that there is no need to adjust the performance of the motor controller to ensure the response time required for reliable interruption of the short-circuit currents.
  • the possibility of software-side modification of the signal processing in the microcontroller also makes it possible to implement flexible operating scenarios for current monitoring in the capacitor, for example current limitation during a switch-on process.
  • the switching device in the control device according to the invention is preferably formed by a semiconductor switching element, such as a MOSFET or IGBT.
  • the microcontroller has a smaller processing width and/or a shorter cycle time than the motor controller.
  • a microcontroller with a processing width that is less than that of the motor controller, for example 8 bits, can be used.
  • the narrower processing width enables shorter cycle times with a comparatively simple chip design. By using such a microcontroller, therefore, faster, simpler and more robust monitoring of the capacitor currents in the control device is achieved.
  • the microcontroller is designed to output an opening command to the switching device as a switching signal when the current measurement signal exceeds a specifiable threshold value. In these embodiments, monitoring for short-circuit faults in the capacitor is implemented in the control device.
  • the threshold value can be adjusted by using a microcontroller, for example on the software side.
  • the threshold value can be specified by the motor controller.
  • Short-circuit monitoring can also be switched off temporarily, for example, by specifying a very high or infinite threshold value.
  • the microcontroller is designed to determine whether the threshold value has been exceeded on the basis of at least two consecutive evaluations of the current measurement signal before the opening command is output. For example, interference pulses can be filtered, which preferably takes place on the basis of two to five evaluations of the current measurement signal. In this way, accidental temporary violations of the threshold value can be distinguished from real error events, which increases the robustness of the control.
  • the microcontroller is preferably designed with a response time for issuing the opening command that is less than 20 ps, preferably less than 15 ps.
  • a response time for issuing the opening command that is less than 20 ps, preferably less than 15 ps.
  • a signal amplifier for amplifying the current measurement signal is connected between the current measurement device and the microcontroller. By adapting the amplification of the current measurement signal, an amplified current measurement signal can be generated that is adapted to a permissible voltage range at the input of the microcontroller.
  • the signal amplifier is particularly preferably arranged in the gate driver unit.
  • existing component functionalities of the gate driver unit are advantageously utilized and the number of additional individual components is reduced.
  • the robustness of the control device is further increased.
  • at least one amplification parameter of the signal amplifier can preferably be set by the motor controller.
  • the amplification of the signal amplifier can be increased as part of a function test of the short-circuit monitoring system in order to ensure that the microcontroller outputs a switching signal to the switching device even when the capacitor is charged at normal charging currents. Such a function test can be carried out, for example, when the control device is switched on.
  • the microcontroller is designed to output a pulse width modulated signal to the switching device as the switching signal in order to limit a current flow in the capacitor.
  • a pulse width modulated switching signal For example, after the motor vehicle steering system has been switched on, the microcontroller can apply a pulse-width-modulated switching signal with a predetermined duty cycle to the switching device for a predetermined period of time in order to limit the inrush current.
  • the microcontroller can apply a pulse-width-modulated switching signal with a predetermined duty cycle to the switching device for a predetermined period of time in order to limit the inrush current.
  • it is also conceivable to regulate the capacitor current by adapting the duty cycle of the pulse width modulated signal as a function of a deviation of the current measurement signal from a target value.
  • the duty cycle of the pulse width modulated signal is in the range from 5 ps to 75 ps, preferably in the range from 10 ps to 60 ps, particularly preferably in the range from 20 ps to 50 ps.
  • FIG. 1 schematically shows a motor vehicle steering system with an electronic control device according to the invention for controlling an electric motor of the steering actuator of the motor vehicle steering system
  • FIG. 2 shows schematically the structure of the control device according to FIG
  • Fig. 3 schematically shows time curves in the control device during a
  • the motor vehicle steering system 1 has a steering input means 3 designed as a steering wheel, which is connected to a steering input sensor 4 via a steering shaft 2 .
  • the steering input sensor 4 is designed to determine a driver's steering request 17 input by the driver.
  • the driver's steering request 17 is determined, for example, based on the steering wheel angle and/or steering torque.
  • the steering shaft 2 extends to a steering gear 7, in which the steering input is converted into a corresponding translation of a rack 6.
  • the translations of the toothed rack 6 are transmitted via tie rods 9 to steered wheels 8 in order to adjust the wheel steering angle of the wheels 8, which is predetermined by the steering input.
  • an electric motor 5 acts as a steering actuator on the steering shaft 2 - or in alternative embodiments on the rack.
  • the electric motor 5 is controlled by a control device 10 according to the invention as a function of the driver's steering request 17 recorded by the steering input sensor 4 .
  • the control device 10 is connected to a voltage source 11 for power supply.
  • the voltage source 11 is usually designed as a vehicle battery.
  • a further input line can be provided on the control device 10, which can be embodied as a vehicle bus 26, for example.
  • the driver's steering request 17 can also be transmitted to the control device via a vehicle bus.
  • FIG. 1 shows an example of an electromechanical motor vehicle steering system. It goes without saying that the invention can also be used in the same way in other vehicle steering systems, for example in a steer-by-wire steering system.
  • Fig. 2 shows schematically the structure of the control device 10 for controlling the elec romotors 5 of the motor vehicle steering system 1 (see. Fig. 1).
  • This control device 10 includes a Power supply path 12 for supplying the control device 10 with electrical power from the voltage source 11.
  • the power supply path 12 has a main branch 12.1 connected to the voltage source 11, which branches into an inverter branch 12.2 for supplying an inverter 13 connected to the power supply path 12 and a capacitor branch 12.3, which has a capacitor connected in parallel to the inverter 13 condenser 18 supplied.
  • the inverter 13 is provided for the electronically commutated control of the electric motor 5, which can be connected to an output connection 14 of the control device 10.
  • the control device comprises a motor controller 15, usually embodied as a microcontroller, and a gate driver unit 16.
  • the gate driver unit 16 serves to control switching elements in the inverter as a function of specifications from the motor controller 15.
  • the switching elements in the inverter are typically designed as MOSFETs, for which the respective gate electrode has to be recharged to switch them on.
  • the gate driver unit 16 applies the required voltages/currents to the switching elements at the intended switching time.
  • the gate driver unit 16 preferably comprises at least one signal processing device in order to receive current measurement signals from a current measurement device 25 which detects the currents flowing through the phases of the electric motor. The processed current measurement signals are made available to the motor controller 15 for motor control.
  • the capacitor 18 is used to stabilize the supply voltage present in the power supply path 12 when the control device 10 is in operation.
  • a current measuring device 19 and a switching device 20 are connected in series with the capacitor 18.
  • the switching device 20 is preferably formed by a MOSFET or IGBT.
  • the current measuring device is in the form of a shunt resistor, for example.
  • the switching device 20 is arranged after the capacitor 18 in the capacitor branch 12.3. It goes without saying that the switching device 20 in other exemplary embodiments of the invention can be arranged at any other point in the capacitor branch 12.3 or in the main branch 12.1.
  • the control device 10 has a separate microcontroller 22 that is independent of the motor controller 15 .
  • the microcontroller 22 has at least one input 221 and one output 222. A current measurement signal 21' picked up by the current measurement device 19 can be fed to the input 221.
  • the microcontroller 22 is also designed to output a switching signal 23 at its output 222 as a function of the current measurement signal 21 ′, which can be fed to the switching device 20 .
  • a signal amplifier 24 for amplifying the current measurement signal 21 is connected between the current measurement device 19 and the microcontroller 22 .
  • the current measurement signal 21 ′ amplified by the signal amplifier 24 is thus fed to the microcontroller 22 .
  • the current measurement signal 21 it is also conceivable for the current measurement signal 21 to be fed directly to the microcontroller 22 .
  • a signal amplifier can then either be dispensed with, or its functionality can be integrated into the current measuring device 19 or into the microcontroller 22 .
  • the arrangement according to FIG. 2 is particularly preferred, in which the signal amplifier 24 is arranged in the gate driver unit 16'.
  • Conventional gate driver units 16, 16' already have several signal amplifiers for signal processing of the current measurement signals of the current measurement unit 25.
  • a selected signal amplifier 24 of these signal amplifiers present in the gate driver unit 16' can be used to amplify the current measurement signal 21. In this way, a very robust design is achieved with few additional individual components.
  • At least one amplification parameter of the signal amplifier 24 can be adjusted by the motor controller 15.
  • the amplification factor and/or the offset of the signal amplifier 24 can be adjustable.
  • a signal line from motor controller 15 to signal amplifier 24 is provided in FIG. 2 for providing the gain parameters.
  • Microcontroller 22 preferably has a smaller processing width, for example 8 or 16 bits, and/or a shorter cycle time than motor controller 15.
  • a cycle time of 250 ps for motor controller 15 is usually sufficient for controlling electric motor 5, while such a cycle time cannot ensure a sufficiently low response time when monitoring the capacitor current.
  • By using a separate microcontroller 22 for monitoring the capacitor current can therefore using simple electronic components on a complex Increase in performance of the motor controller 15 are dispensed with.
  • the separate microcontroller 22 reduces the load on the engine controller 15, so that it satisfies narrower time tolerance ranges when controlling the engine.
  • FIG 3 shows various simulated measurement signals during operation of the control device 10 according to the invention when a short-circuit fault occurs in the capacitor 18 .
  • Fig. 3 relates to an exemplary embodiment of the control device 10 according to the invention, in which the microcontroller 22 is designed to output an opening command 23' as a switching signal 23 to the switching device 20 if the current measurement signal 21, 2T exceeds a predefinable threshold value S.
  • the top line of FIG. 3 shows a short-circuit signal SC, which uses a square-wave pulse to illustrate the duration of the simulated short circuit in the capacitor 18 from time t1 to time t4.
  • the second line shows a total current 11 which flows in the main branch 12.1 of the power supply path. This total current 11 is composed of a current (not shown) flowing in the inverter branch 12.2 and a current I2 flowing in the capacitor branch 12.3, which is plotted in the third line of FIG.
  • the source-drain voltage at switching element 19 is plotted in the bottom line of FIG.
  • the short circuit at time t1 causes the current I2 to increase rapidly in the capacitor branch 12.3, which exceeds the predetermined threshold value S for the first time at time t2.
  • the microcontroller 22 is designed with a response time T, after which an opening command 23' is issued at time t3, which opens the switching device 20. After switching device 20 opens at time t3, currents I1 and I2 fall—oscillating due to the (residual) capacitances and inductances present in the circuit.
  • the response time T is preferably less than 20 ps, preferably less than 15 ps.
  • a short-circuit current in the capacitor branch 12.3 usually reaches a magnitude of approximately 100 A.
  • Such currents can still be interrupted with semiconductor switching elements 20 such as MOSFETs without an avalanche effect occurring.
  • the microcontroller 22 is preferably designed to determine whether the threshold value S has been exceeded on the basis of at least two successive evaluations of the current measurement signal 21, 2 T before the opening command 23' is issued.
  • the microcontroller 22 therefore preferably takes two to five sampled values in the reaction time T of the current measurement signal 21' and uses a glitch filter, for example, to determine whether the threshold value S has been exceeded because of a true error event.
  • the evaluation of the current measurement signal 21, 21' and/or the response time T can be adjustable via the software of the microcontroller 22. If a true cause of the error must be assumed, the opening command 23' is issued.
  • the microcontroller 22 can also be designed to output a pulse width modulated signal 23′′ as a switching signal 23 to the switching device 20 in order to limit a current flow in the capacitor 18.
  • the switch-on durations of the pulse-width-modulated signal 23′′ can be in the range from 5 ps to 75 ps, preferably in the range from 10 ps to 60 ps, particularly preferably in the range from 20 ps to 50 ps.
  • the turn-off times can be in the range of 100 ps.
  • the switch-on pattern of the pulse width modulated signal 23′′ can be adjustable via the software of the microcontroller 22.
  • a pulse-width-modulated signal 23′′ to limit the capacitor current can prevent faulty states in the capacitor 18 and stabilize the voltage provided by the voltage source 11, particularly during a switch-on process of the control device 10. Such voltage fluctuations can otherwise lead to faults such as a restart of the motor controller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (5) einer Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Stromversorgungspfad (12) zur Versorgung der Steuervorrichtung (10) mit elektrischen Strom aus einer Spannungsquelle (11), einen an den Stromversorgungspfad (12) angeschlossenen Wechselrichter (13) zur elektronisch kommutierten Ansteuerung des Elektromotors (5) an einem Ausgang (14) der Steuervorrichtung (10), einen Motorcontroller (15) und eine Gate-Treiber-Einheit (16, 16') zur Ansteuerung des Wechselrichters (13) in Abhängigkeit von einem Fahrerlenkwunsch (17), einen zu dem Wechselrichter (13) parallel geschalteten Kondensator (18) zur Stabilisierung der in dem Stromversorgungspfad (12) im Betrieb der Steuervorrichtung (10) anliegenden Versorgungsspannung, eine zu dem Kondensator (18) in Reihe geschaltete Strommesseinrichtung (19) und eine zu dem Kondensator (19) in Reihe geschaltete Schalteinrichtung (20), wobei die Steuervorrichtung (10) einen separaten Mikrocontroller (22) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung (20) mit zumindest einem Eingang (221) und einem Ausgang (222) umfasst, wobei dem Eingang (221) ein durch die Strommesseinrichtung (19) aufgenommenes Strommesssignal (21, 21') zuführbar ist und der Mikrocontroller (22) dazu ausgebildet ist, an dem Ausgang (222) in Abhängigkeit von dem Strommesssignal (21, 21') ein Schaltsignal (23) auszugeben, welches der Schalteinrichtung (20) zuführbar ist.

Description

Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Steuervorrichtung ist aus DE 102019200091 A1 bekannt.
Die bekannte Steuervorrichtung weist einen Schutzmechanismus auf, um die Steuervorrich tung im Falle eines Kurzschlusses innerhalb der Steuervorrichtung von der angeschlossenen Spannungsquelle zu trennen. Ein solcher Schutzmechanismus ist insbesondere von Vorteil, wenn die Steuervorrichtung unabhängig vom Stromnetz durch eine mobile Spannungsquelle, wie beispielsweise eine Batterie, gespeist wird. So kann ein Kurzschluss in einem Steuerge rät einer Kraftfahrzeuglenkung, zu einem Abfall der Spannung der Fahrzeugbatterie führen und diese innerhalb kurzer Zeit so weit entladen, dass auch die übrigen elektrischen Kompo nenten des Bordnetzes nicht mehr ordnungsgemäß betrieben werden können.
Steuervorrichtungen zur Ansteuerung des Elektromotors eines Lenkstellers einer Kraftfahr zeuglenkung weisen üblicherweise einen Wechselrichter zur phasenrichtigen, elektronischen Kommutierung der von der Spannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung auf. Die Steu ervorrichtungen umfassen ferner üblicherweise mindestens einen dazu parallel geschalteten Kondensator, um den schnell schwankenden Strombedarf des Wechselrichters zu decken.
Fehlerzustände dieser Kondensatoren können zu gravierenden Einschränkungen bei der Bedienbarkeit der Kraftfahrzeuglenkung führen und stellen daher ein nicht unerhebliches Ri siko für die Insassen des Fahrzeugs dar. Grundsätzlich sind 3 Fehlerzustände der Konden satoren denkbar: Kurzschluss, Unterbrechung des Stromkreises und veränderte Kapazität. Während die letzteren beiden Fehlerzustände eine verbleibende Restfunktionalität des Elekt romotors zulassen und auch durch die Software des Motorcontrollers leicht detektiert werden können, führt ein Kurzschluss des Kondensators zu einem Blockieren bzw. einem Brems moment des Elektromotors, da der Kondensator eine direkte Verbindung zwischen den Po len der Spannungsquelle herstellt und den Elektromotor kurzschließt. Um die Blockierung des Elektromotors aufzuheben und eine Entladung der Fahrzeugbatterie zu verhindern, wird ein Schutzmechanismus in der Steuervorrichtung benötigt, der diese Fehler zu detektieren darauf reagieren kann, indem der betroffene Kondensator durch Öffnen eines Schaltelemen tes von der Spannungsquelle getrennt wird.
Bei der Auswahl des Schaltelements und dessen Ansteuerung ist zu berücksichtigen, dass die entstehenden Kurzschlussströme innerhalb von einem Zeitraum von etwa 100 ps eine Größenordnung von 1000 A erreichen können. Es können daher entweder Schaltelemente Verwendung finden, die für derart große Ströme ausgelegt sind, oder es muss durch die An steuerung der Schaltelemente sichergestellt werden, dass das Schaltelement öffnet, bevor der Kurzschlussstrom den maximalen Schaltstrom des Schaltelements übersteigt. Beispiels weise können MOSFETs nicht mehr geöffnet werden sobald der Kurzschlussstrom den La winenstrompegel des MOSFETs übersteigt.
In DE 102019200 091 A1 werden MOSFETs oder IGBTs als Schaltelement eingesetzt. Um eine ausreichend schnelle Ansteuerung der Schaltelemente zu gewährleisten, ist die An steuerung des Schaltelements als hartverdrahtete Schaltung aus Einzelbauelementen reali siert. Nachteilig sind die hohe Komplexität und der Platzbedarf dieser Schaltung bei der Her stellung, sowie die geringe Flexibilität im Betrieb hartverdrahteter Steuerschaltungen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung ei nes Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung anzugeben, die reaktionsschnell und flexibel den Stromfluss in einem zu dem Wechselrichter der Steuervorrichtung parallel geschalteten Kondensator überwachen kann und zugleich einfach und kompakt aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromo tors einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Hierdurch wird eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Kraftfahr zeuglenkung geschaffen, die einen Stromversorgungspfad zur Versorgung der Steuervor richtung mit elektrischen Strom aus einer Spannungsquelle, einen an den Stromversor gungspfad angeschlossenen Wechselrichter zur elektronisch kommutierten Ansteuerung des Elektromotors an einem Ausgangsanschluss der Steuervorrichtung und einen Motorcontrol ler sowie eine Gate-Treiber-Einheit zur Ansteuerung des Wechselrichters in Abhängigkeit von einem Fahrerlenkwunsch umfasst. Die Steuervorrichtung weist ferner einen zu dem Wechselrichter parallel geschalteten Kondensator zur Stabilisierung der in dem Stromver sorgungspfad im Betrieb der Steuervorrichtung anliegenden Versorgungsspannung, eine zu dem Kondensator in Reihe geschaltete Strommesseinrichtung und eine zu dem Kondensator in Reihe geschaltete Schalteinrichtung auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steu ervorrichtung ferner einen separaten Mikrocontroller zur Ansteuerung der Schalteinrichtung mit zumindest einem Eingang und einem Ausgang umfasst, wobei dem Eingang ein durch die Strommesseinrichtung aufgenommenes Strommesssignal zuführbar ist. Der Mikrocon troller ist dazu ausgebildet, an dem Ausgang in Abhängigkeit von dem Strommesssignal ein Schaltsignal auszugeben, welches der Schalteinrichtung zuführbar ist.
Durch das Vorsehen eines dezidierten Mikrocontrollers für die Ansteuerung der Schaltein richtung ist es möglich, eine ausreichend geringe Reaktionszeit der Steuervorrichtung si cherzustellen, um einen Kurzschlussstrom durch den Kondensator im Fehlerfalle frühzeitig zu unterbrechen. Gleichzeitig wird die Anzahl zusätzlich erforderlicher Einzelbauelemente für die Ansteuerung der Schalteinrichtung deutlich reduziert. Die Verwendung des gesonderten Mikrocontrollers für die Ansteuerung der Schalteinrichtung weist gegenüber einer Implemen tierung derselben Funktionalität innerhalb des Motorcontrollers ferner den Vorteil auf, dass eine Anpassung der Leistungsfähigkeit des Motorcontrollers zur Sicherstellung der für die zuverlässige Unterbrechung der Kurzschlussströme erforderlichen Reaktionszeit, entfällt. Durch die Möglichkeit einer softwareseitigen Modifikation der Signalverarbeitung im Mikro controller sind zudem flexible Betriebsszenarien für die Stromüberwachung im Kondensator, beispielsweise eine Strombegrenzung während eines Einschaltvorgangs realisierbar.
Vorzugsweise wird die Schalteinrichtung in der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung durch ein Halbleiter-Schaltelement, wie beispielsweise ein MOSFET oder IGBT, gebildet.
In bevorzugten Ausführungsformen weist der Mikrocontroller eine geringere Verarbeitungs breite und/oder eine geringere Taktzeit auf als der Motorcontroller. Zur Erfüllung der Aufga be, den Stromfluss im Kondensator zu überwachen, kann bereits ein Mikrocontroller mit ei ner im Vergleich zum Motorcontroller geringeren Verarbeitungsbreite, von beispielsweise 8 Bit, eingesetzt werden. Die geringere Verarbeitungsbreite ermöglicht geringere Taktzeiten bei vergleichsweise einfachem Chip-Design. Durch den Einsatz eines solchen Mikrocontrol lers wird daher eine schnellere, einfachere und robustere Überwachung der Kondensator ströme in der Steuervorrichtung erreicht. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Mikrocontroller dazu ausgebildet, als Schaltsignal einen Öffnungsbefehl an die Schalteinrichtung auszugeben, wenn das Strommesssignal ei nen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. In diesen Ausführungsformen ist eine Über wachung auf Kurzschlussfehler des Kondensators in der Steuervorrichtung implementiert. Vorteilhaft ist, dass der Schwellenwert durch die Verwendung eines Mikrocontrollers, bei spielsweise softwareseitig, anpassbar sein kann. So kann der Schwellenwert beispielsweise durch den Motorcontroller vorgebbar sein. Durch Vorgabe eines sehr hohen bzw. unendli chen Schwellenwertes kann die Kurzschlussüberwachung beispielsweise auch temporär ausgeschaltet werden.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, vor der Aus gabe des Öffnungsbefehls die Überschreitung des Schwellenwertes anhand von mindestens zwei aufeinander folgenden Auswertungen des Strommesssignals festzustellen. Beispiels weis kann eine Filterung von Störimpulsen vorgesehen sein, die bevorzugt auf Basis von zwei bis fünf Auswertungen des Strommesssignals erfolgt. Auf diese Weise können zufällige temporäre Überschreitungen des Schwellenwertes von echten Fehlerereignissen unter schieden werden, wodurch die Robustheit der Steuerung erhöht ist.
Vorzugsweise ist der Mikrocontroller mit einer Reaktionszeit für die Ausgabe des Öffnungs befehls ausgebildet, die kleiner als 20 ps, bevorzugt kleiner als 15 ps, ist. Durch das Vorse hen einer Reaktionszeit in diesem Bereich wird sichergestellt, dass noch keine nennenswer te Entladung der Spannungsquelle und/oder Blockierung des Elektromotors erfolgt. Ferner ist eine solche Reaktionszeit in Verbindung mit MOSFETs als Schaltelementen vorteilhaft, da der Kurzschlussstrom in dieser Reaktionszeit regelmäßig noch nicht zum Eintritt eines Lawi neneffekts im MOSFET ausreicht.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Strommesseinrichtung und dem Mikrocontroller ein Signalverstärker zur Verstärkung des Strommesssignals zwischengeschaltet. Durch eine angepasste Verstärkung des Strommesssignals kann ein verstärktes Strommesssignal er zeugt werden, dass einem zulässigen Spannungsbereich am Eingang des Mikrocontrollers angepasst ist.
Besonders bevorzugt ist der Signalverstärker in der Gate-Treiber-Einheit angeordnet. Dadurch werden vorhandene Bauteil-Funktionalitäten der Gate-Treiber-Einheit vorteilhaft ausgenutzt und die Anzahl zusätzlicher Einzelbauteile verringert. Die Robustheit der Steuer vorrichtung wird weiter erhöht. Vorzugsweise ist ferner mindestens ein Verstärkungsparameter des Signalverstärkers durch den Motorcontroller einstellbar. Beispielsweise kann die Verstärkung des Signalverstärkers im Rahmen eines Funktionstests der Kurzschlussüberwachung erhöht werden, um zu errei chen, dass der Mikrocontroller schon bei gewöhnlichen Ladeströmen des Kondensators ein Schaltsignal an die Schalteinrichtung ausgibt. Ein solcher Funktionstest kann beispielsweise beim Einschalten der Steuervorrichtung durchgeführt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich, wenn der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, als Schaltsignal ein pulsweitenmoduliertes Signal an die Schalteinrichtung auszugeben, um einen Stromfluss im Kondensator zu begrenzen. Auch bei normaler Funktion des Kondensa tors entstehen, insbesondere beim Einschalten der Kraftfahrzeuglenkung, hohe Ladeströme am Kondensator. Diese hohen Ströme können im Laufe der Zeit Schäden oder Alterungser scheinungen am Kondensator verursachen, die die Lebensdauer des Kondensators reduzie ren. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, den Stromfluss im Kondensator mittels eines puls weitenmodulierten Schaltsignals zu begrenzen. Beispielsweise kann der Mikrocontroller die Schalteinrichtung nach dem Einschalten der Kraftfahrzeuglenkung für einen vorbestimmten Zeitraum mit einem pulsweitenmodulierten Schaltsignal mit vorgegebenem Tastgrad beauf schlagen, um den Einschaltstrom zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Re gelung des Kondensatorstroms durch Anpassung des Tastgrads des pulsweitenmodulierten Signals abhängig von einer Abweichung des Strommesssignals von einem Sollwert denkbar.
In einigen Ausführungsformen liegen die Einschaltdauern des pulsweitenmodulierten Signals im Bereich von 5 ps bis 75 ps, bevorzugt im Bereich von 10ps bis 60 ps, besonders bevor zugt im Bereich von 20 ps bis 50 ps.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Un teransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Kraftfahrzeuglenkung mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors des Lenkstellers der Kraftfahrzeuglenkung, Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 in einer
Detaildarstellung,
Fig. 3 zeigt schematisch Zeitverläufe von in der Steuervorrichtung während eines
Kurzschlussfehlers des Kondensators auftretenden Strömen und Spannun gen.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer Kraftfahrzeuglenkung 1 gezeigt. Die Kraftfahr zeuglenkung 1 weist ein als Lenkrad ausgebildetes Lenkeingabemittel 3 auf, welches über eine Lenkwelle 2 mit einem Lenkeingabesensor 4 verbunden ist. Der Lenkeingabesensor 4 ist zur Bestimmung eines vom Fahrer eingegebenen Fahrerlenkwunsches 17 ausgebildet. Der Fahrerlenkwunsch 17 wird beispielsweise anhand des Lenkradwinkels und/oder Lenk moments bestimmt. Die Lenkwelle 2 erstreckt sich bis zu einem Lenkgetriebe 7, in welchem die Lenkeingabe in eine entsprechende Translation einer Zahnstange 6 umgesetzt wird. Die Translationen der Zahnstange 6 werden über Spurstangen 9 auf gelenkte Räder 8 übertra gen, um den durch die Lenkeingabe vorgegebenen Radlenkwinkel der Räder 8 einzustellen. Zur Unterstützung bei der Einstellung des gewünschten Radlenkwinkels greift ein Elektromo tor 5 als Lenksteller an der Lenkwelle 2 - oder in alternativen Ausführungsformen an der Zahnstange - an. Der Elektromotor 5 wird in Abhängigkeit von dem vom Lenkeingabesensor 4 aufgenommenen Fahrerlenkwunsch 17 durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung 10 angesteuert.
Die Steuervorrichtung 10 ist mit einer Spannungsquelle 11 zur Stromversorgung verbunden. Die Spannungsquelle 11 ist in der Regel als eine Fahrzeugbatterie ausgebildet. Zur Kommu nikation mit einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung und/oder anderen Fahrzeugkompo nenten kann eine weitere Eingangsleitung an der Steuervorrichtung 10 vorgesehen sein, die beispielsweise als ein Fahrzeugbus 26 ausgebildet sein kann. Auch die Übertragung des Fahrerlenkwunsches 17 an die Steuervorrichtung kann alternativ oder zusätzlich über einen Fahrzeugbus erfolgen.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine elektromechanische Kraftfahrzeuglenkung dargestellt. Es ver steht sich, dass die Erfindung in gleicher weise auch in anderen Fahrzeuglenkungen, bei spielsweise einer Steer-by-Wire-Lenkung eingesetzt werden kann.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der Steuervorrichtung 10 zur Ansteuerung des Elekt romotors 5 der Kraftfahrzeuglenkung 1 (vgl. Fig. 1). Dies Steuervorrichtung 10 umfasst einen Stromversorgungspfad 12 zur Versorgung der Steuervorrichtung 10 mit elektrischen Strom aus der Spannungsquelle 11.
Der Stromversorgungspfad 12 weist einen mit der Spannungsquelle 11 verbundenen Haupt zweig 12.1 auf, der sich in einen Wechselrichter-Zweig 12.2 zur Versorgung eines an den Stromversorgungspfad 12 angeschlossenen Wechselrichter 13 und einen Kondensator- Zweig 12.3 verzweigt, welcher einen zu dem Wechselrichter 13 parallel geschalteten Kon densator 18 versorgt.
Der Wechselrichter 13 ist vorgesehen zur elektronisch kommutierten Ansteuerung des Elekt romotors 5, der an einem Ausgangsanschluss 14 der Steuervorrichtung 10 anschließbar ist. Zur Ansteuerung des Wechselrichters 13 in Abhängigkeit von dem Fahrerlenkwunsch 26 um fasst die Steuervorrichtung einen, üblicherweise als Mikrocontroller ausgebildeten, Motorcon troller 15 und eine Gate-Treiber-Einheit 16.
Die Gate-Treiber-Einheit 16 dient der Ansteuerung von Schaltelementen im Wechselrichter in Abhängigkeit von Vorgaben des Motorcontrollers 15. Die Schaltelemente im Wechselrich ter sind typischerweise als MOSFETs ausgebildet, zu deren Schaltung die jeweilige Gate- Elektrode umgeladen werden muss. Die Gate-Treiber-Einheit 16 beaufschlagt die Schalt elemente hierfür zum vorgesehenen Schaltzeitpunkt mit den erforderlichen Spannun gen/Strömen. Ferner umfasst die Gate-Treiber-Einheit 16 vorzugsweise zumindest eine Sig nalverarbeitungseinrichtung, um Strommesssignale einer Strommesseinrichtung 25 aufzu nehmen, welche die durch die Phasen des Elektromotors fließenden Ströme erfasst. Die verarbeiteten Strommesssignale werden dem Motorcontroller 15 für die Motorsteuerung zur Verfügung gestellt.
Der Kondensator 18 dient zur Stabilisierung der in dem Stromversorgungspfad 12 im Betrieb der Steuervorrichtung 10 anliegenden Versorgungsspannung. Zu dem Kondensator 18 in Reihe geschaltet sind eine Strommesseinrichtung 19 und eine Schalteinrichtung 20. Die Schalteinrichtung 20 ist vorzugsweise durch ein MOSFET oder IGBT gebildet. Die Strom messeinrichtung ist beispielsweise als ein Shunt-Widerstand ausgebildet.
In Fig. 2 ist die Schalteinrichtung 20 im Kondensator-Zweig 12.3 dem Kondensator 18 nach geordnet. Es versteht sich, dass die Schalteinrichtung 20 in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung an einer beliebigen anderen Stelle im Kondensator-Zweig 12.3 oder auch im Hauptzweig 12.1 angeordnet sein kann. Zur Ansteuerung der Schalteinrichtung 20 weist die Steuervorrichtung 10 einen separaten, von dem Motorcontroller 15 unabhängigen Mikrocontroller 22 auf. Der Mikrocontroller 22 hat zumindest einen Eingang 221 und einen Ausgang 222. Dem Eingang 221 ist ein durch die Strommesseinrichtung 19 aufgenommenes Strommesssignal 21 ‘ zuführbar. Der Mikrocon troller 22 ist ferner dazu ausgebildet, an seinem Ausgang 222 in Abhängigkeit von dem Strommesssignal 21 ‘ ein Schaltsignal 23 auszugeben, welches der Schalteinrichtung 20 zu führbar ist.
In dem dargestellten Ausführungsführungsbeispiel ist der Strommesseinrichtung 19 und dem Mikrocontroller 22 ein Signalverstärker 24 zur Verstärkung des Strommesssignals 21 zwi schengeschaltet. Das von dem Signalverstärker 24 verstärkte Strommesssignal 21 ‘ wird so mit dem Mikrocontroller 22 zugeführt. In alternativen Ausführungsformen ist es aber auch denkbar, dass Strommesssignal 21 unmittelbar dem Mikrocontroller 22 zuzuführen. Auf ei nen Signalverstärker kann dann entweder verzichtet werden, oder dessen Funktionalität kann in die Strommesseinrichtung 19 bzw. in den Mikrocontroller 22 integriert sein.
Besonders bevorzugt ist die Anordnung gemäß Fig. 2, bei der der Signalverstärker 24 in der Gate-Treiber-Einheit 16‘ angeordnet ist. Übliche Gate-Treiber-Einheiten 16, 16‘ weisen zur Signalverarbeitung der Strommesssignale der Strommesseinheit 25 ohnehin mehrere Sig nalverstärker auf. Von diesen in der Gate-Treiber-Einheit 16‘ vorhandenen Signalverstärkern kann einer ausgewählter Signalverstärker 24 verwendet werden, um das Strommesssignal 21 zu verstärken. Auf diese Weise wird ein sehr robustes Design mit wenigen zusätzlichen Einzelbauteilen erreicht.
Mindestens ein Verstärkungsparameter des Signalverstärkers 24 kann durch den Motorcon troller 15 einstellbar sein. Beispielsweise kann der Verstärkungsfaktor und/oder der Offset des Signalverstärkers 24 einstellbar sein. Für die Bereitstellung der Verstärkungsparameter ist in Fig. 2 eine Signalleitung von dem Motorcontroller 15 zu dem Signalverstärker 24 vorge sehen.
Vorzugsweise weist der Mikrocontroller 22 eine geringere Verarbeitungsbreite, von bei spielsweise 8- oder 16-Bit, und/oder eine geringere Taktzeit auf als der Motorcontroller 15. Für die Steuerung des Elektromotors 5 ist üblicherweise eine Taktzeit von 250 ps für den Motorcontroller 15 ausreichend, während eine solche Taktzeit keine ausreichend geringe Reaktionszeit bei der Überwachung des Kondensatorstroms gewährleisten kann. Durch die Verwendung eines separaten Mikrocontrollers 22 für die Überwachung des Kondensator stroms kann demnach mit Hilfe von einfachen elektronischen Bauteilen auf eine aufwändige Leistungssteigerung des Motorcontrollers 15 verzichtet werden. Der separate Mikrocontroller 22 reduziert die Belastung des Motorcontrollers 15, so dass dieser bei der Motorsteuerung engeren zeitlichen Toleranzbereichen genügt.
In Fig. 3 sind verschiedene simulierte Messsignale im Betrieb der erfindungsgemäßen Steu ervorrichtung 10 beim Auftreten eines Kurzschlussfehlers im Kondensator 18 dargestellt.
Fig. 3 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 10, bei der der Mikrocontroller 22 dazu ausgebildet ist, als Schaltsignal 23 einen Öffnungsbe fehl 23‘ an die Schalteinrichtung 20 auszugeben, wenn das Strommesssignal 21, 2T einen vorgebbaren Schwellenwert S überschreitet. In der obersten Zeile von Fig. 3 ist ein Kurz schlusssignal SC dargestellt, welches durch einen Rechteckpuls die Dauer des simulierten Kurzschlusses im Kondensator 18 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t4 veranschaulicht. In der zweiten Zeile ist ein Gesamtstrom 11 gezeigt, der im Hauptzweig 12.1 des Stromversor gungspfades fließt. Dieser Gesamtstrom 11 setzt sich zusammen aus einem im Wechselrich ter-Zweig 12.2 fließenden Strom (nicht dargestellt) und einen im Kondensator-Zweig 12.3 fließenden Strom I2, welche in der dritten Zeile von Fig. 3 aufgetragen ist. In der untersten Zeile von Fig.3 ist schließlich die Source-Drain-Spannung am Schaltelement 19 aufgetragen.
Wie in Fig. 3 erkennbar wird durch den Kurzschluss zum Zeitpunkt t1 ein rasant ansteigen der Strom I2 im Kondensator-Zweig 12.3 verursacht, der zum Zeitpunkt t2 erstmals den vor gegebenen Schwellenwert S übersteigt. Der Mikrocontroller 22 ist mit einer Reaktionszeit T ausgebildet, nach deren Ablauf im Zeitpunkt t3 ein Öffnungsbefehl 23‘ausgegeben wird, der die Schalteinrichtung 20 öffnet. Nach dem Öffnen der Schalteinrichtung 20 im Zeitpunkt t3 fallen die Ströme 11 und I2 - aufgrund der im Schaltkreis vorhandenen (Rest-) Kapazitäten und Induktivitäten oszillierend - ab.
Die Reaktionszeit T ist vorzugsweise kleiner als 20 ps, bevorzugt kleiner als 15 ps. In einem solchen Zeitraum erreicht ein Kurzschlussstrom im Kondensator-Zweig 12.3 üblicherweise eine Größenordnung von etwa 100 A. Derartige Ströme können noch mit Halbleiter- Schaltelementen 20 wie beispielsweise MOSFETs unterbrochen werden, ohne dass ein La- winen-Effekt eintritt.
Der Mikrocontroller 22 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, vor der Ausgabe des Öffnungsbe fehls 23‘ die Überschreitung des Schwellenwertes S anhand von mindestens zwei aufeinan der folgenden Auswertungen des Strommesssignals 21, 2 T festzustellen. Der Mikrocontrol ler 22 nimmt daher in der Reaktionszeit T vorzugsweise zwei bis fünf Messwert-Abtastungen des Strommesssignals 21 ‘ vor und stellt beispielsweise durch ein Glitch-Filter fest, ob die Überschreitung des Schwellenwertes S aufgrund eines wahren Fehlerereignisses eingetre ten ist. Die Auswertung des Strommesssignals 21, 21 ‘ und/oder die Reaktionszeit T können über die Software des Mikrocontrollers 22 anpassbar sein. Sofern eine wahre Fehlerursache angenommen werden muss, wird der Öffnungsbefehl 23‘ ausgegeben.
Der Mikrocontroller 22 kann ferner dazu ausgebildet seine, als Schaltsignal 23 ein pulswei tenmoduliertes Signal 23“ an die Schalteinrichtung 20 auszugeben, um einen Stromfluss im Kondensator 18 zu begrenzen. Die Einschaltdauern des pulsweitenmodulierten Signals 23“ können im Bereich von 5 ps bis 75 ps, bevorzugt im Bereich von 10ps bis 60 ps, besonders bevorzugt im Bereich von 20 ps bis 50 ps liegen. Die Ausschaltdauern können im Bereich von 100 ps liegen. Das Einschaltmuster des pulsweitenmodulierten Signals 23“ kann über die Software des Mikrocontrollers 22 anpassbar sein. Die Verwendung eines pulsweitenmodulierten Signals 23“ zur Begrenzung des Kondensa torstroms kann Fehlerzustände im Kondensator 18 verhindern und die von der Spannungs quelle 11 bereitgestellte Spannung insbesondere während eines Einschaltvorgangs der Steuervorrichtung 10 stabilisieren. Derartige Spannungsschwankungen können andernfalls zu Störungen, wie beispielsweise einem Neustart des Motorcontrollers führen.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeuglenkung
2 Lenkwelle
3 Lenkeingabemittel
4 Lenkeingabesensor
5 Elektromotor
6 Zahnstange
7 Lenkgetriebe
8 Räder
9 Spurstangen
10 Steuervorrichtung
11 Spannungsquelle
12 Stromversorgungspfad
12.1 Hauptzweig
12.2 Wechselrichter-Zweig
12.3 Kondensator-Zweig
13 Wechselrichter
14 Ausgangsanschluss
15 Motorcontroller
16, 16‘ Gate-Treiber-Einheit
17 Fahrerlenkwunsch
18 Kondensator
19 Strommesseinrichtung
20 Schalteinrichtung
21 Strommesssignal
21 ‘ verstärktes Strommesssignal
22 Mikrocontroller
23 Schaltsignal
23‘ Öffnungsbefehl
23“ pulsweitenmoduliertes Signal
24 Signalverstärker
25 Strommesseinrichtung
26 Fahrzeugbus
221 Eingang des Mikrocontrollers
222 Ausgang des Mikrocontrollers SC Kurzschlusssignal
11 Gesamtstrom im Hauptzweig
12 Strom im Kondensator-Zweig
U Spannung an der Schalteinrichtung
T Reaktionszeit

Claims

Patentansprüche
1. Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (5) einer Kraftfahrzeuglenkung (1) umfassend einen Stromversorgungspfad (12) zur Versorgung der Steuervorrichtung (10) mit elektrischen Strom aus einer Spannungsquelle (11), einen an den Stromversorgungspfad (12) angeschlossenen Wechselrichter (13) zur elektronisch kommutierten Ansteuerung des Elektromotors (5) an einem Ausgangsanschluss (14) der Steuervorrichtung (10), einen Motorcontroller (15) und eine Gate-Treiber-Einheit (16, 16‘) zur Ansteue rung des Wechselrichters (13) in Abhängigkeit von einem Fahrerlenkwunsch (17), einen zu dem Wechselrichter (13) parallel geschalteten Kondensator (18) zur Stabilisierung der in dem Stromversorgungspfad (12) im Betrieb der Steuervor richtung (10) anliegenden Versorgungsspannung, eine zu dem Kondensator (18) in Reihe geschaltete Strommesseinrichtung (19) und eine zu dem Kondensator (18) in Reihe geschaltete Schalteinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) einen separaten Mikrocon troller (22) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung (20) mit zumindest einem Eingang (221) und einem Ausgang (222) umfasst, wobei dem Eingang (221) ein durch die Strommesseinrichtung (19) aufgenommenes Strommesssignal (21, 21 ‘) zuführbar ist und der Mikrocontroller (22) dazu ausgebildet ist, an dem Ausgang (222) in Abhängig keit von dem Strommesssignal (21, 21 ‘) ein Schaltsignal (23) auszugeben, welches der Schalteinrichtung (20) zuführbar ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (22) eine geringere Verarbeitungsbreite und/oder eine geringere Taktzeit aufweist als der Motorcontroller (15).
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mik rocontroller (22) dazu ausgebildet ist, als Schaltsignal (23) einen Öffnungsbefehl (23‘) an die Schalteinrichtung (20) auszugeben, wenn das Strommesssignal (21, 2T) einen vorgebbaren Schwellenwert (S) überschreitet.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrol ler (22) dazu ausgebildet ist, vor der Ausgabe des Öffnungsbefehls (23‘) die Über- schreitung des Schwellenwertes (S) anhand von mindestens zwei aufeinander folgen den Auswertungen des Strommesssignals (21, 21 ‘) festzustellen.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (22) mit einer Reaktionszeit (T) für die Ausgabe des Öffnungsbefehls (23‘) ausgebildet ist, die kleiner als 20 ps, bevorzugt kleiner als 15 ps, ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strommesseinrichtung (19) und dem Mikrocontroller (22) ein Signalverstärker (24) zur Verstärkung des Strommesssignals (21) zwischengeschaltet ist.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalver stärker (24) in der Gate-Treiber-Einheit (16‘) angeordnet ist.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindes tens ein Verstärkungsparameter des Signalverstärkers (24) durch den Motorcontroller (15) einstellbar ist.
9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (22) dazu ausgebildet ist, als Schaltsignal (23) ein pulsweitenmodu liertes Signal (23“) an die Schalteinrichtung (20) auszugeben, um einen Stromfluss im Kondensator (18) zu begrenzen.
10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Einschaltdauern des pulsweitenmodulierten Signals (23“) im Bereich von 5 ps bis 75 ps, bevorzugt im Bereich von 10ps bis 60 ps, besonders bevorzugt im Bereich von 20 ps bis 50 ps lie gen.
PCT/EP2022/066253 2021-06-22 2022-06-15 Steuervorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors einer kraftfahrzeuglenkung Ceased WO2022268591A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280044666.XA CN117545677A (zh) 2021-06-22 2022-06-15 用于控制机动车转向系统的电动机的控制装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021206388.8A DE102021206388A1 (de) 2021-06-22 2021-06-22 Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung
DE102021206388.8 2021-06-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022268591A1 true WO2022268591A1 (de) 2022-12-29

Family

ID=82196346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/066253 Ceased WO2022268591A1 (de) 2021-06-22 2022-06-15 Steuervorrichtung zur ansteuerung eines elektromotors einer kraftfahrzeuglenkung

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117545677A (de)
DE (1) DE102021206388A1 (de)
WO (1) WO2022268591A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114716A1 (de) * 2013-10-22 2015-04-23 Denso Corporation Überwachungsvorrichtung für einen Leistungsversorgungsstrom
DE102019200091A1 (de) 2019-01-07 2020-07-09 Thyssenkrupp Ag Elektronische Steuervorrichtung mit Kurzschlussschutz zur Ansteuerung eines Elektromotors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE256575T1 (de) * 1996-10-01 2004-01-15 Touchtunes Music Corp Elektrohydraulisches fahrzeug mit energierückgewinnung
JP4352253B2 (ja) * 2004-01-29 2009-10-28 株式会社デンソー 車両の伝達比可変操舵装置
JP4736648B2 (ja) * 2005-09-08 2011-07-27 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置の制御装置
JP2015104178A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 日本電産テクノモータ株式会社 モータ駆動装置
DE102016203504A1 (de) 2016-03-03 2017-09-07 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Motors
DE102018124906A1 (de) 2018-10-09 2020-04-09 Thyssenkrupp Ag Redundante Steuereinheit für eine Kraftfahrzeuglenkung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114716A1 (de) * 2013-10-22 2015-04-23 Denso Corporation Überwachungsvorrichtung für einen Leistungsversorgungsstrom
DE102019200091A1 (de) 2019-01-07 2020-07-09 Thyssenkrupp Ag Elektronische Steuervorrichtung mit Kurzschlussschutz zur Ansteuerung eines Elektromotors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021206388A1 (de) 2022-12-22
CN117545677A (zh) 2024-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112007000411B4 (de) Energieversorgungssteuerung
DE10151177B4 (de) Vorrichtung zur Steuerung einer mittels eines Motors betriebenen Servolenkeinrichtung
DE102005031622B4 (de) Steuervorrichtung eines Halbleiterschalters
DE4429331A1 (de) Steuervorrichtung für reversiblen Motor und motorangetriebenes Servolenkungssystem für Motorfahrzeug unter Benutzung derselben
DE102012108912A1 (de) Diagnose von Überstrombedingungen in Steuerungen bipolarer Motoren
EP3909104B1 (de) Elektronische steuervorrichtung mit kurzschlussschutz zur ansteuerung eines elektromotors einer elektromechanischen kraftfahrzeuglenkung
DE102014202717B3 (de) System zur Kapazitätsbestimmung eines Zwischenkreiskondensators und Verfahren zum Ansteuern eines Wechselrichters
WO2009124884A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erkennen eines fehlers in einer leistungsbrückenschaltung
WO2020120312A1 (de) Entladen eines wechselrichterzwischenkreiskondensators mittels brückenkurzschlusspulsen
EP3857193B1 (de) Temperaturmessung eines halbleiterleistungsschaltelementes
EP2782793B1 (de) Verfahren und anordnung zur ansteuerung von mindestens einem auslöseelement für ein personenschutzmittel
EP1011190B1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung des Betriebszustandes einer Last
DE102021206388A1 (de) Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors einer Kraftfahrzeuglenkung
EP4605759A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur detektion eines elektrischen stromflusses durch eine diode, elektrisches antriebssystem
DE10211099B4 (de) Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Last
EP4128524B1 (de) Verfahren zum schutz eines sicherheitsschalters einer steuereinheit eines elektromotors, sowie elektromechanische kraftfahrzeuglenkung
DE102021128811B3 (de) Schaltungsanordnung mit zuverlässiger Erkennung von Kurzschlüssen
BE1032988B1 (de) Elektronische Steuervorrichtung sowie Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors einer elektromechanischen Kraftfahrzeuglenkung
EP2909935B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zum ansteuern eines halbleiterschalters
EP4044436A1 (de) Treiberschaltung und verfahren zur ansteuerung eines halbleiterschalters
EP3949123A1 (de) Schutzvorrichtung für eine treiberschaltung und verfahren zum schutz einer treiberschaltung
DE102005014167B4 (de) Treiberschutzschaltung
EP1783912B1 (de) Einkanalige sichere Schaltung für den Ausgang eines Bus-Teilnehmers
DE102023002781A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen eines elektronischen Schalters
EP1630947B1 (de) Verfahren zur Messung eines Laststromes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22733424

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280044666.X

Country of ref document: CN

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22733424

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1