用于操控尤其转向系统的电动马达的操控装置的运行方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行操控装置的方法，所述操控装置用于操控尤其是转向系统的电动马达。

此外，本发明涉及一种用于执行这种方法的计算单元、一种具有这种计算单元的执行器组件以及一种具有这种执行器组件的转向系统。

背景技术

由现有技术例如DE 10 2019 206 693 A1中已知用于操控电动马达的操控装置，该电动马达例如采用转向系统的伺服马达的形式，其中，为了在供电电压反接时保护下游的电路而使用反极性保护开关，借助该反极性保护开关能够在这种反接情况下将功率电流路径中断。

在运行此类操控装置时，原则上应当区分以下情况：

1.正常运行：反极性保护开关在系统开启后接通。

2.反极性保护开关的错误的操控：例如由于硬件故障，反极性保护开关在系统开启后没有接通。

3.反极性保护开关的故障：反极性保护开关具有故障并且是持久低阻(“Short”，短路)或持久高阻(“Open”，开路)。

在这种情况下，第二种情况具有最高的故障概率，因为在操控反极性保护开关时原则上多个部件共同作用，因此存在可靠地诊断所述故障情况的需求。

由此出发，本发明的任务尤其在于提供一种用于运行用来操控电动马达的操控装置的简单的方法，该方法在故障诊断方面具有改进特性。该任务通过权利要求1、9、10和11的特征解决，而本发明有利的构造方案和改型方案能够在从属权利要求中得到。

发明内容

本发明涉及一种用于运行操控装置的尤其是计算机实现的方法，所述操控装置用于操控尤其是车辆的、并且有利地转向系统的电动马达，其中，所述操控装置包括至少一个供电装置、与供电装置处于有效连接的至少一个功率部件、布置在供电装置和功率部件之间的功率电流路径中的至少一个反极性保护开关和至少一个逻辑单元。在此，操控装置尤其还可以包括功率电流路径，所述功率电流路径尤其将供电装置和功率部件彼此电连接。

提出的是，求取与中间电路电压相关的至少一个第一电压值和与逻辑单元的供电电压相关的至少一个第二电压值，并且将其相互关联且评估，用以查明反极性保护开关的错误的操控。在此，有利地将第一电压值在反极性保护开关之后、即尤其在朝向功率部件和/或电动马达的一侧上分接，而第二电压值在反极性保护开关之前、即尤其在朝向供电装置的一侧上分接。在这种情况下，第一电压值尤其也可以对应于中间电路电压，而第二电压值可以与逻辑单元的供电电压相同。然而，原则上也可以求取与此不同的电压值，然而其优选地如此与中间电路电压或逻辑单元的供电电压相关联，使得根据所求取的电压值能够推断出中间电路电压或逻辑单元的供电电压。通过该设计方案能够尤其针对反极性保护开关的错误的操控来改进故障诊断。在这种情况下，尤其能够特别简单且有效地实现故障诊断，因此能够有利地省去额外的元器件并且将成本最小化。

在本文中，“操控装置”尤其应理解为执行器组件的至少一部分、尤其是下属组件，该执行器组件的下属组件或部分在至少一种运行状态下设置用于控制执行器组件的至少一个电动马达的运行。所述电动马达尤其构造成伺服马达，有利地构造成无刷马达并且特别有利地构造成异步马达或永磁激励的同步马达。在此，电动马达优选是电助力转向装置的一部分并且尤其设置用于产生电的转向支持。电动马达例如可以构造为三相、六相、九相或十二相的电动马达。此外，功率部件包括至少一个功率电子器件，该功率电子器件尤其构造成逆变器单元、尤其构造成输出级和/或桥式电路，并且设置用于给电动马达供电和/或通电。为此，所述功率电子器件可以包括优选被构造成场效应晶体管的多个功率开关，例如以MOSFET的形式。此外，功率部件可以包括至少一个中间电路电容或优选彼此并联连接的多个中间电路电容。此外，“反极性保护开关”尤其应理解为开关单元，其设置用于在反接情况下保护下游单元、尤其是功率部件和/或电动马达。为此，反极性保护开关具有至少一个尤其是可操控的控制接头、有利地基极接头和/或栅极接头，至少一个尤其是可切换的第一功率接头、有利地发射极接头和/或源极连接，以及至少一个尤其是可切换的第二功率接头、尤其是集电极接头和/或漏极接头。此外，反极性保护开关包括至少一个开关元件、有利地是半导体开关元件、并且优选地是尤其与开关元件并联连接的二极管，该二极管例如可以构造为体二极管。在此，反极性保护开关优选地构造成晶体管并且特别有利地构造成MOSFET。此外，反极性保护开关的开关状态尤其能够通过控制电压、尤其是控制接头与第一功率接头之间的控制电压、优选栅极-源极电压来控制。此外，“逻辑单元”应理解为至少部分地以电气和/或电子的方式构造的单元，该逻辑单元尤其与功率部件电连接并且优选设置用于承担至少一种控制功能、至少一种评估功能和/或至少一种监控功能。在本文中，逻辑单元可以构造为集成电路、优选构造为系统基础芯片，并且例如可以包括集成的看门狗单元。

此外，可以设置计算单元，其设置用于执行用于运行操控装置的方法。“计算单元”尤其应理解为具有信息输入、信息处理和信息输出的电气和/或电子单元。有利地，计算单元还具有至少一个处理器、至少一个存储器、至少一个输入器件和/或输出器件、至少一个运行程序、至少一个控制例程、至少一个计算例程、至少一个评估例程和/或至少一种求取例程。在当前情况下，能够尤其借助于所述求取例程将所述计算单元设置用于求取至少一个与中间电路电压相关的第一电压值和/或至少一个与逻辑单元的供电电压相关的第二电压值。此外，尤其借助评估例程将计算单元至少设置用于查明反极性保护开关的错误的操控，并且为此至少将第一电压值和第二电压值相互关联并且评估。在此，计算单元优选地集成到车辆的控制器、例如中央车辆控制器中，或集成到尤其是转向控制器形式的、转向系统的控制器中。“设置”尤其应理解为专门编程、设计和/或配备。“某对象设置用于某确定的功能”尤其应理解为该对象在至少一个应用和/或运行状态下满足和/或执行这个确定的功能。

此外提出的是，求取第一电压值和第二电压值之间的差，用以查明反极性保护开关的错误的操控。特别有利地，随后将第一电压值和第二电压值之间的差与临界值进行比较。所述临界值有利地大于2V和/或小于20V。典型地，临界值例如可以在4V和10V之间的范围内。此外，优选地提出，如果第一电压值和第二电压值之间的差超过临界值，则触发系统响应。在该情况下，系统响应例如可以是立即关断系统或者切换到冗余的另外的系统，例如从电动马达的第一子机器切换到电动马达的第二子机器。然而，系统响应优选地包括电动马达的马达力矩的斜坡输出(Ausrampen)。作为替代方案或附加方案，可以设想生成提示通知。通过这种设计方案，能够提供有利地简单的评估算法并且/或者能够实现特别可靠的故障诊断。

根据一种优选的设计方案提出的是，在电动马达的转动方向例如由于转向系统的转向手柄上的偏转而改变的运行状态下求取第一电压值和/或第二电压值。此外，在这种情况下有利地提出，在运行状态下的电动马达从沿第一方向(例如左旋方向和/或正转方向)的运行变换到沿第二方向(例如右旋方向和/或倒转方向)的运行，从而进行能量反馈，该能量反馈至少导致第一电压值的增加并且因此导致第一电压值和第二电压值之间的差的增加。在此，在电动马达沿倒转方向运行时或在电动马达向倒转方向变化时求取电压值具有以下优点，即通过方向改变出现了电压值之间的高的电压差，该电压差能够借助常规的和/或简单构造的测量装置来求取。由此可以有利地省去额外的元器件和/或精确的测量装置，因此能够使成本最小化。

此外提出的是，在功率部件的区域中、优选地在至少一个中间电路电容和功率电子器件之间求取第一电压值，并且在逻辑单元的区域中、优选地直接在逻辑单元的供电接头之前求取第二电压值，其中，功率部件和逻辑单元借助于解耦单元彼此解除耦合，尤其如此，使得第一电压值和第二电压值同样地彼此解除耦合。在这种情况下，所述解耦单元特别优选地包括至少一个二极管和至少一个电容器。由此，尤其能够实现电压值之间的有利的解耦，用以查明反极性保护开关的错误的操控。此外，该办法还具有以下优点，即在正常运行期间也可能发生的功率部件中的电压骤降不会导致故障或逻辑复位。

如果使用模拟数字转换器来求取第一电压值和/或第二电压值，则还能够实现故障诊断的进一步简化。特别优选地，第一模拟数字转换器用于求取第一电压值并且第二模拟数字转换器用于求取第二电压值。

本发明还涉及一种执行器组件，其具有电动马达、尤其是前面已经提到的电动马达；具有操控装置、尤其是前面已经提到的操控装置，以及具有计算单元、尤其是前面已经提到的计算单元，用以执行该方法。特别优选地，所述操控装置、电动马达和计算单元在此是转向系统的一部分，该转向系统尤其设置用于在车辆中并且优选地在机动车中使用。

在此，用于运行操控装置的方法不应限于前述应用和实施方式。用于运行操控装置的方法尤其可以具有与单个元件、元器件和单元的在这里提及的数量不同的数量来实现此处描述的功能。

附图说明

其他优点从下面的附图说明中得出。在附图中示出了本发明的实施例。其中：

图1在立体图中示出了具有执行器组件的示例性的转向系统的一部分，该执行器组件包括电动马达、操控装置和计算单元；

图2在示意性的原理图中示出了操控装置；并且

图3示出了具有用于运行操控装置的方法的主要方法步骤的示例性流程图。

具体实施方式

下面的实施例示例性地涉及一种转向系统。然而，本发明原则上不限于在转向系统中使用，并且例如也可以在车辆的其他领域、例如刮水器设备、车窗升降器系统和/或驱动系统中使用，和/或在其他电子系统中、例如在家用电器和/或机床领域中使用。

图1在立体图中示出示例性的转向系统14的至少一部分。在当前情况下，转向系统14构造成电力支持的转向系统。转向系统14例如构造成传统的转向系统并且包括采用伺服转向装置的形式的电动助力转向装置。此外，转向系统14设置用于在车辆(未被示出)、尤其是机动车辆中使用。所述转向系统14在装入状态下具有与所述车辆的车轮(未被示出)的有效连接并且设置用于影响车辆的行驶方向。然而，作为替代方案也可以设想，转向系统构造有电动叠加转向装置和/或主动转向装置。此外，转向系统原则上也可以构造成线控转向系统和/或后桥转向系统。此外，能够针对商用车辆中的使用来设置相应的转向系统。

转向系统14包括例如构造为齿轮齿条式转向传动机构的转向传动机构44，其设置用于将转向输入转换成车轮的转向运动。为此，转向传动机构44包括至少一个转向调节元件46，其在当前情况下尤其构造为齿条。

此外，转向系统14包括至少一个执行器组件42。执行器组件42构造成转向执行器并且与转向调节元件46具有有效连接。执行器组件42设置用于提供转向力矩。在当前情况下，执行器组件42设置用于提供以支持力矩和/或伺服力矩为形式的转向力矩并且将其引入到转向传动机构44中，尤其用以转向支持。然而，作为替代方案，执行器组件也可以是电动叠加转向装置和/或主动转向装置的一部分，并且尤其设置用于提供附加转向角和/或可变的传动比。此外，执行器组件可以是线控转向系统的一部分。在这种情况下，执行器组件可以尤其设置用于在车轮转向角调节器中使用并且尤其用于提供转向力矩用以直接控制车辆的行驶方向。此外，在这种情况下，执行器组件还可以设置用于在线控转向系统的操作单元中使用并且用于将反馈力矩和/或复位力矩提供到转向手柄上。此外，如开头所述，执行器组件也可以独立于转向系统使用。

执行器组件42包括本身已知的电动马达12。电动马达12构造成同步马达，尤其是永磁激励的同步马达。此外，电动马达12构造成多相电动马达。在当前情况下，电动马达12示例性地构造成三相电动马达。电动马达12与转向传动机构44、尤其是转向调节元件46处于有效连接中。电动马达12设置用于产生转向力矩。在此，电动马达12当前是电助力转向装置的一部分，并且尤其用于产生电动转向支持。然而，电动马达原则上也可以构造成六相或十二相的电动马达。

此外，执行器组件42具有操控装置10。在当前情况下，操控装置10构造为控制器、尤其是转向控制器。操控装置10具有与电动马达12的有效连接并且设置用于控制电动马达12的运行。

此外，执行器组件42具有计算单元40。所述计算单元40当前集成到操控装置10中。计算单元40包括例如采用微处理器的形式的至少一个处理器(未被示出)和至少一个运行存储器(未被示出)。此外，计算单元40包括存储于运行存储器中的至少一个运行程序，其具有至少一个计算例程(Routine)、至少一个控制例程、至少一个求取例程及至少一个评估例程。然而原则上也可以设想，计算单元与操控装置分开地构造。

图2在详细图示中示出了操控装置10。操控装置10包括供电装置16、功率部件18以及至少一个功率电流路径20，该功率电流路径将供电装置16和功率部件18彼此电连接。

在当前情况下，供电装置16构造为车辆电池。供电装置16的第一接头、尤其是正的电压接头与功率电流路径20连接并且尤其用于提供供电电压。供电装置16的第二接头能够与另外的功率电流路径和/或接地接头电连接。在当前情况下，供电装置16设置用于提供例如可以处在大约+12V的供电电压。然而，供电装置原则上也可以提供不同的供电电压。

功率部件18包括本身已知的功率电子器件48。所述功率电子器件48构造成输出级并且包括多个半桥，其中，给电动马达12的每个相都配设半桥中的一个半桥。功率电子器件48的第一接头与功率电流路径20电连接并且尤其用于接收供电电压。功率电子器件48的第二接头能够与另外的功率电流路径和/或接地接头电连接。功率电子器件48的其他接头与电动马达12电连接并且尤其用于为电动马达12供电。

此外，功率部件18具有至少一个中间电路电容50，其被设置用于将供电装置16和功率电子器件48耦合。在当前情况下，功率部件18示例性地包括彼此并联连接的三个中间电路电容50。一个中间电路电容50或者多个中间电路电容50的第一接头与功率电流路径20和/或功率电子器件48的第一接头电连接。一个中间电路电容50或者多个中间电路电容50的第二接头能够与另外的功率电流路径和/或接地接头电连接。在此，一个中间电路电容50或者多个中间电路电容50与功率电子器件48并联连接。

此外，操控装置10可以包括布置在功率电流路径20中的另外的元器件，例如尤其被构造成扼流圈的电感器52。然而，原则上也可以设想省去这种电感器。

此外，操控装置10包括反极性保护开关22。为了清楚起见，反极性保护开关22的各个组成部分在图2中不设有附图标记。所述反极性保护开关22布置在功率电流路径20中。在当前情况下，反极性保护开关22构造为MOSFET。反极性保护开关22包括尤其构造成栅极的控制接头、尤其构造成源极的第一功率接头以及尤其构造成漏极的第二功率接头。第一功率接头与电感器52和/或供电装置16的第一接头电连接。第二功率接头与功率电子器件48的第一接头电连接。此外，第二功率接头与一个中间电路电容50或者多个中间电路电容50的第一接头电连接。此外，反极性保护开关22包括体二极管。所述体二极管如此定向，使得体二极管的阳极接头朝供电装置16的方向定向并且体二极管的阴极接头朝功率电子器件48和/或一个中间电路电容50或者多个中间电路电容50的方向定向。然而，反极性保护开关原则上也可以构造成不同于MOSFET的开关、优选为半导体开关。

为了对反极性保护开关22进行操控，操控装置10包括本身已知的驱动单元54。所述驱动单元54在电路技术上布置在反极性保护开关22的控制接头和反极性保护开关22的第一功率接头之间。驱动单元54设置用于为反极性保护开关22提供控制电压。

此外，操控装置10具有逻辑单元24。在当前情况下，所述逻辑单元24构造成集成电路、尤其是系统基础芯片，并且包括集成的监视单元(未被示出)。逻辑单元24、尤其是逻辑单元24的供电接头与功率电流路径20电连接并且尤其布置在反极性保护开关22的朝向供电装置16的一侧上。在当前情况下，逻辑单元24在电路技术上布置在供电装置16和反极性保护开关22之间。在此，逻辑单元24在电的方面布置在电感器52和反极性保护开关22的第一功率接头之间。

为了解耦逻辑单元24，操控装置10此外可以包括尤其是可选的解耦单元30。所述解耦单元30在电路技术上布置在供电装置16和逻辑单元24之间。功率部件18和逻辑单元24借助解耦单元30彼此解除耦合，由此功率部件18中的电压骤降不会导致逻辑单元24的故障或复位。为此，所述解耦单元30包括至少一个二极管32和构造成缓冲电容器的至少一个电容器34。所述二极管32如此定向，使得二极管32的阳极接头朝功率电流路径20的方向定向并且二极管32的阴极接头朝逻辑单元24的方向定向。此外，电容器34的第一接头与二极管32的和/或逻辑单元24的阴极接头电连接，尤其与逻辑单元24的供电接头电连接，而电容器34的第二接头与接地接头连接。然而，解耦单元原则上也可以具有不同于电容器的电容和/或电感。此外，替代二极管也可以使用至少两个背靠背(antiseriell)连接的半导体开关等。此外可以设想的是，完全地省去解耦单元。

在运行操控装置10时，原则上应当对下述情况进行区分：

1.正常运行：反极性保护开关22在系统开启后接通。

2.反极性保护开关22的错误的操控：例如由于硬件故障，反极性保护开关22在系统开启后没有接通。

3.反极性保护开关22的故障：反极性保护开关22具有故障并且是持久低阻(“Short”，短路)或持久高阻(“Open”，开路)。

在这种情况下，第二种情况具有最高的故障概率，因为在对反极性保护开关22进行操控时，原则上多个部件共同作用。

因此，为了改进故障诊断，下面提出一种用于运行操控装置10的方法。在当前情况下，在此尤其计算单元40被设置用于执行该方法并且为此尤其具有计算机程序，所述计算机程序具有相应的程序代码工具。然而，作为替代方案，也可以设置车辆的另外的计算单元用以执行该方法。

在当前情况下，计算单元40被设置用于求取至少一个与中间电路电压相关的第一电压值26和至少一个与逻辑单元24的供电电压相关的第二电压值28并且将它们相互关联并且评估以查明反极性保护开关22的错误的操控。

为此，计算单元40借助于第一接头并且尤其通过第一模拟数字转换器36与功率部件18、尤其是功率电流路径20电连接，尤其如此连接，使得计算单元40在电路技术上布置在一个中间电路电容50或多个中间电路电容50与功率电子器件48之间。此外，计算单元40借助于第二接头并且尤其通过第二模拟数字转换器38与逻辑单元24、尤其是逻辑单元24的供电接头电连接，尤其如此连接，使得计算单元40在电路技术上布置在解耦单元30和逻辑单元24之间。

因此在当前情况下，通过相应的模拟数字转换器36、38读入至少一个与中间电路电压相关的第一电压值26和至少一个与逻辑单元24的供电电压相关的第二电压值28。第一电压值26在反极性保护开关22之后、即在朝向功率部件18和/或电动马达12的一侧上分接，而第二电压值28在反极性保护开关22之前、即在朝向供电装置16的一侧上分接。在此，第一电压值26在功率部件18的区域中、尤其是在一个中间电路电容50或多个中间电路电容50与功率电子器件48之间求取，并且第二电压值28在逻辑单元24的区域中、尤其是直接在逻辑单元24的供电接头之前求取。然后求取第一电压值26和第二电压值28之间的差并且将其与临界值进行比较，用以查明反极性保护开关22的错误的操控。第一电压值26和第二电压值28的求取在电动马达12的转动方向改变的运行状态下进行，其中，电动马达12从沿第一方向、例如左旋的运行切换到沿第二方向、例如右旋的运行中，从而进行能量反馈，所述能量反馈至少导致第一电压值26增加并且因此导致第一电压值26和第二电压值28之间的差增加。如果第一电压值26和第二电压值28之间的差超过临界值、例如4V，则触发系统响应，其中，所述系统响应例如可以包括电动马达12的马达力矩的斜坡输出。因此，本方法设置用于查明反极性保护开关22的错误的操控，而不用于查明反极性保护开关22本身的故障。

在此，本方法基于以下考虑，以便识别反极性保护开关22的错误的操控。

在所述故障情况下，反极性保护开关22像二极管一样作用，因为反极性保护开关22的体二极管仍然起作用。这意味着，从供电装置16朝电动马达12的方向的电流被允许通过(向前运行)，而从电动马达12朝供电装置16的方向的电流被阻止(反馈)。所述反馈(Rückspeisung)尤其在电动马达12的转动方向发生变化时进行，例如与以转向系统14的方向盘为形式的转向手柄上发生方向变化的同时进行。这样的反馈导致电流给一个中间电路电容50或多个中间电路电容50充电到较高的电压并且第一电压值26增加。于是从系统的角度来看，这能够根据超过临界值来诊断。在此，在例如由电动马达12的转动方向反转引起的反馈期间求取电压值26、28具有以下优点，即通过方向变化出现了电压值26、28之间的高的电压差，该电压差明显高于正常运行中的电压差，使得能够使用例如以分压器和附加的模拟数字转换器为形式的、常规和/或简单构造的测量装置。

最后，图3示出了具有用于运行操控装置10的方法的主要方法步骤的示例性流程图。

在方法步骤60中，通过相应的模拟数字转换器36、38读入至少一个与中间电路电压相关的第一电压值26和至少一个与逻辑单元24的供电电压相关的第二电压值28.

在方法步骤62中，第一电压值26和第二电压值28相互关联并且被评估以查明反极性保护开关22的错误的操控。在这种情况下，优选求取第一电压值26和第二电压值28之间的差并且与临界值、例如4V进行比较。

如果第一电压值26和第二电压值28之间的差没有超过临界值，则再进行方法步骤60。

如果第一电压值26和第二电压值28之间的差超过临界值，则进行方法步骤64。

在方法步骤64中，触发系统响应，其中，所述系统响应例如可以包括电动马达12的马达力矩的斜坡输出。作为替代方案或附加方案，可以设想生成提示通知。

图3中的示例性流程图应仅示例性地描述用于运行操控装置10的方法。各个方法步骤尤其也可以变化或者添加额外的方法步骤。在这种情况下，例如可以设想省去电动马达12的马达力矩的斜坡输出并且取而代之地立即关断系统。此外，系统响应可以是切换到冗余的另外的系统，例如从电动马达12的第一子机器切换到电动马达12的第二子机器。