用于将机电式机动车辆动力转向系统的多相电动马达与直流电压源断开连接的方法及用于控制电动马达的控制单元技术方案

本发明专利技术涉及借助于用于控制多相电动马达(9)的控制单元(12)将机电式机动车辆动力转向系统(1)的电动马达(9)与直流电压源(13)断开连接的方法，多相电动马达(9)包括具有连接线路(16u,16v,16w)的至少三个相绕组(u,v,w)，连接线路(16u,16v,16w)可以在每种情况下经由高侧开关元件(14u,14v,14w)和低侧开关元件(15u,15v,15w)交替地连接至直流电压源(13)的每个极，以用于借助于控制单元(12)的马达控制器(22)和驱动器电路(23)来操作电动马达(9)，并且连接线路(16u,16v,16w)各自具有至少一个相断开连接装置(19,20,21)，以在故障的情况下将相绕组(u,v,w)与直流电压源(13)断开连接，控制单元(12)执行以下方法步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将机电式机动车辆动力转向系统的多相电动马达与直流电压源断开连接的方法及用于控制电动马达的控制单元
[0001]说明书
[0002]本专利技术涉及用于将机电式机动车辆动力转向系统的多相电动马达与DC电压源断开连接(disconnect)的方法以及用于驱动电动马达的控制单元。
[0003]在机电式机动车辆动力转向系统中，通过在转向轴或齿条的区域中的伺服单元的多相的、通常永久激励的电动马达将动力辅助引入转向系统中。由马达控制器经由对逆变器电路的开关元件进行控制的驱动器电路来驱动电动马达。根据开关元件的开关状态，例如以星形互连的电动马达的相绕组交替地连接至DC电压源(通常为车载DC电压网络)的极。
[0004]在开关元件中的一个中发生电气短路故障的情况下，即使驱动器电路输出断开(opening)命令，受影响的开关元件仍保持导通。因此，电动马达的两相绕组在接通周期期间和/或经由其他开关元件的体二极管连接至电压源的同一极，其结果是创建闭合的导体回路。因此，由于转子的旋转在导体回路中感应出电流，该电流又生成阻碍转子的旋转的磁场，因而生成制动扭矩。因此，短路故障不仅导致转向辅助的故障，而且还以附加阻力来对抗驾驶员的转向运动，其还可能具有脉动效应。由于安全原因，这在用于机动车辆的转向系统中不能被容忍。
[0005]为了解决这个问题，已知在马达的相绕组的馈电线路上提供相断开连接装置，以能够在短路故障的情况下中断各个相中的电流的流动。然而，该解决方案的缺点在于，如果突然将相连接断开连接，特别是如果马达轴在断开连接时正在快速旋转，则可能产生高感应电压。如果因此超过所使用的半导体相断开连接装置的击穿电压，则相断开连接装置在导通状态下烧毁并且不再能够实现它们的断开连接功能。因为在马达的旋转速度与相断开连接装置的所需电流中断能力之间仅存在间接关联，所以已经使用了尺寸过大、笨重且昂贵的相分离器来防止这样的损坏。
[0006]US 2017/264221 A1也公开了具有两相或更多相的马达驱动器电路以及具有用于马达的每个相的桥臂的马达桥电路。马达驱动器电路包括至少一个固态相断开连接继电器，该至少一个固态相断开连接继电器串联连接在马达的各个相与相关联的桥臂之间。继电器在正常操作时被闭合，并且在故障模式下被断开，以防止相中的电流的流动。电路还包括监测装置，该监测装置用于监测马达相中的电流曲线并且在故障模式下指示相断开连接继电器可以在相断开连接继电器不会因雪崩击穿而损坏的情况下被安全地断开的时间。为了检测电流分布的零交叉而提供附加的电流监测是复杂且昂贵的。
[0007]因此，本专利技术的目的是指定用于将机电式机动车辆动力转向系统的多相电动马达与DC电压源断开连接的方法以及用于驱动电动马达的控制单元，借助于其，在减少部件和控制支出的情况下安全且快速地执行断开连接。
[0008]通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求11的特征的控制单元来实现该目的。
[0009]本专利技术指定一种借助于用于驱动多相电动马达的控制单元将机电式机动车辆动力转向系统的电动马达与DC电压源断开连接的方法，其中，多相电动马达具有至少三个相
绕组，该至少三个相绕组具有连接线路，所述连接线路可以各自经由高侧开关元件和低侧开关元件交替地连接至DC电压源的相应极，以用于借助于控制单元的马达控制器和驱动器电路来操作电动马达，并且连接线路各自具有至少一个相断开连接装置，以在故障的情况下将相绕组与DC电压源断开连接，其中，控制单元执行以下方法步骤：
[0010]‑
在电动马达的操作期间针对短路故障来监测开关元件；
[0011]‑
如果已经确定短路故障，则关断开关元件；
[0012]‑
确定引起短路故障的开关元件是高侧开关元件还是低侧开关元件；
[0013]‑
除了接通引起短路故障的高侧开关元件或低侧开关元件外，还对应地接通高侧开关元件中的至少另一高侧开关元件或低侧开关元件中的至少另一低侧开关元件，以制动电动马达；
[0014]‑
在经过可选择的制动时段之后关断开关元件；
[0015]‑
断开相断开连接装置。
[0016]因此，提供了一种断开连接方法，在该断开连接方法中，有利地使用由逆变器中的闭合的导体回路引起的永久不期望的制动效应，以避免在相断开连接装置处的过电压。根据本专利技术，提供的是，在逆变器的开关元件中的一个开关元件中确定短路故障之后，通过接通连接至DC电压源的同一极的至少一个另外的开关元件来使导体回路闭合，该闭合的导体回路在转子上引起制动扭矩。通过在制动时段的持续时间内有意地引入附加制动扭矩，在断开相断开连接装置之前降低了马达的旋转速度。在相断开连接装置处产生的感应电压和电流被有效地减小，使得可以防止由过电压引起的损坏风险，并且可以使所使用的相断开连接装置具有较小的尺寸。因此，不再需要等待电动马达以低速度旋转并且不再需要等待感应电流过零，而是可以通过主动式制动快速且安全地启动并且执行断开连接。对电动马达的有意制动将电动马达中剩余的电能和机械能减少到不再能够对相断开连接装置造成损坏的水平。通过断开相断开连接装置，然后控制单元的感应制动扭矩可以被完全关断。
[0017]优选地，同时对应地接通所有高侧开关元件或所有低侧开关元件，以制动电动马达。以这样的方式，可以使最大的可能制动扭矩可用并且以分布在电动马达的所有相上的方式耗散制动热输出。此外，有利地实现了制动扭矩在转子的一圈旋转中基本上保持恒定并且避免了脉动的制动扭矩。
[0018]由于制动扭矩随着转子速度增大而增大，因此通过相短路对马达的感应制动是特别有效的。因此，可以优选地提供在从5ms至50ms的范围内的短制动时段，这已经充分地降低了所产生的感应电压。
[0019]在优选的、特别简单的实施方式中，选择固定的预定值作为制动时段。这具有不需要附加部件来监测电动马达的旋转速度的优点。
[0020]替选地，可以根据电动马达的旋转速度来选择制动时段。例如，可以经由查找表将要选择的制动时段的值分配给测量的旋转速度。
[0021]特别优选地，驱动器电路在电动马达被制动的同时执行对电动马达的旋转速度的阈值监测，并且一旦旋转速度下降到可选择的阈值以下，就结束制动时段。由于对旋转速度的连续监测，因此制动时段可以最佳地适应各自的当前转向情况，其结果是在安全且可靠地的情况下尽快断开相断开连接装置。优选地，在从电动马达的额定速度的10％至30％的范围内——特别优选地在从该额定速度的15％至25％的范围内——选择旋转速度的阈值。
特别地，阈值可以被选择为电动马达的额定速度的20％。
[0022]可以以脉冲的方式一个接一个地单独接通高侧开关元件和低侧开关元件，并且可以在此期间测量DC电压源的短路电流，以确定引起短路故障的开关元件是高侧开关元件还是低侧开关元件。通过相继地接通逆变器的所有开关元件，可以清楚地识别出故障开关元件。如果在接通开关元件时检测到短路电流，则同一桥支路中的相应其他开关元件有故障。可以有利地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助于用于驱动多相电动马达(9)的控制单元(12)将机电式机动车辆动力转向系统(1)的所述电动马达(9)与DC电压源(13)断开连接的方法，其中，所述多相电动马达(9)具有至少三个相绕组(u,v,w)，所述至少三个相绕组具有连接线路(16u,16v,16w)，所述连接线路能够各自经由高侧开关元件(14u,14v,14w)和低侧开关元件(15u,15v,15w)交替地连接至所述DC电压源(13)的相应极，以用于借助于所述控制单元(12)的马达控制器(22)和驱动器电路(23)来操作所述电动马达(9)，并且所述连接线路(16u,16v,16w)各自具有至少一个相断开连接装置(19,20,21)，以在故障的情况下将所述相绕组(u,v,w)与所述DC电压源(13)断开连接，其中，所述控制单元(12)执行以下方法步骤：
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在所述电动马达(9)的操作期间针对短路故障来监测所述开关元件(14u,14v,14w,15u,15v,15w)；
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如果已经确定短路故障，则关断所述开关元件(14u,14v,14w,15u,15v,15w)；
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确定引起所述短路故障的所述开关元件是高侧开关元件(14u,14v,14w)还是低侧开关元件(15u,15v,15w)；
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除了接通引起所述短路故障的所述高侧开关元件或所述低侧开关元件外，还对应地接通所述高侧开关元件(14u,14v,14w)中的至少另一高侧开关元件或低侧开关元件(15u,15v,15w)中的至少另一低侧开关元件，以制动所述电动马达(9)；
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在经过可选择的制动时段之后关断所述开关元件(14u,14v,14w,15u,15v,15w)；
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断开所述相断开连接装置(19，20，21)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时对应地接通所有高侧开关元件(14u,14v,14w)或所有低侧开关元件(15u,15v,15w)，以制动所述电动马达(9)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在从5ms至50ms的范围内选择所述制动时段。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，选择固定的预定值作为所述制动时段。5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，根据所述电动马达(9)的旋转速度(ω)来选择所述制动时段。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述驱动器电路(23)在所述电动马达(9)被制动的同时执行对所述电动马达的旋转速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：加博尔，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：