Titel

Steuervorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Lenksystems

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Lenksystems, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere mittels einer solchen Steuervorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit einer solchen Steuervorrichtung sowie ein Lenksystem mit einer solchen Aktuatorbaugruppe.

Aus dem Stand der Technik sind Steuervorrichtungen zum Betreiben von Elektromotoren mit mehreren Treibereinheiten in Form von Halbbrücken-Treibern und/oder Gate-Treibern bekannt, wobei die Treibereinheiten zur Ansteuerung verschiedener Leistungselektroniken oder einer einzelnen Leistungselektronik vorgesehen sein können. In letzterem Fall können die Treibereinheiten beispielsweise zur Erfüllung von Redundanzerfordernissen dienen, sodass auch im Fehlerfall eine Ansteuerung der Leistungselektronik erreicht und folglich ein Betrieb des Elektromotors aufrechterhalten werden kann. Sind die Treibereinheiten jedoch parallel geschalten und zur Ansteuerung derselben Leistungselektronik vorgesehen, so muss im Betrieb ein Stromfluss von der primären und/oder aktiven Treibereinheit in die sekundäre und/oder passive Treibereinheit verhindert bzw. zumindest reduziert werden. Bei bekannten Steuervorrichtungen werden hierzu beispielsweise zusätzliche Schalter und/oder Widerstände verwendet. Diese bekannten Möglichkeiten führen jedoch zu einer reduzierten Leistungseffizienz und sind mit zusätzlichem Aufwand sowie zusätzlichen Kosten verbunden. Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend davon insbesondere darin, eine Steuervorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6, 7 und 8 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Offenbarung der Erfindung

Es wird eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere eines Lenksystems, vorgeschlagen, mit einer Leistungselektronik, mit einer primären Treibereinheit, welche in einem Normalbetriebszustand zur Ansteuerung der Leistungselektronik vorgesehen ist, und mit einer zu der primären Treibereinheit parallel geschalteten sekundären Treibereinheit, welche in zumindest einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall der primären Treibereinheit auftritt, zur Ansteuerung der Leistungselektronik vorgesehen ist, wobei die primäre Treibereinheit und die sekundäre Treibereinheit jeweils eine integrierte Tri-State-Funktionalität aufweisen und sich die sekundäre Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand in einem hochohmigen Zustand befindet. Zudem befindet sich die primäre Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand in einem aktiven Zustand. Vorliegend ist somit in dem Normalbetriebszustand die primäre Treibereinheit aktiv und die sekundäre Treibereinheit passiv und/oder inaktiv. Die sekundäre Treibereinheit ist vorliegend insbesondere dazu vorgesehen, die primäre Treibereinheit in dem Fehlerbetriebszustand zu ersetzen. In dem Fehlerbetriebszustand befindet sich dann vorteilhaft die primäre Treibereinheit in einem hochohmigen Zustand und die sekundäre Treibereinheit in einem aktiven Zustand. In dem Fehlerbetriebszustand ist demnach die primäre Treibereinheit passiv und/oder inaktiv und die sekundäre Treibereinheit aktiv. Zum Umschalten und/oder zum Wechsel zwischen der primären Treibereinheit und der sekundären Treibereinheit kann die Steuervorrichtung eine Schalteinheit, vorteilhaft in Form einer Recheneinheit, umfassen. Durch diese Ausgestaltung kann eine Effizienz, insbesondere eine Leistungseffizienz, eine Steuerungseffizienz, eine Energieeffizienz, eine Bauraumeffizienz, eine Bauteileeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Zudem kann vorteilhaft eine Verfügbarkeit der Steuervorrichtung erhöht werden. Darüber hinaus kann insbe- sondere ein Rechenaufwand minimiert und/oder ein Steueralgorithmus vereinfacht werden.

Unter einer „Steuervorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Aktuatorbaugruppe und vorteilhaft eines Lenksystems verstanden werden, welche/welcher in zumindest einem Betriebszustand zur Steuerung eines Betriebs wenigstens eines Elektromotors der Aktuatorbaugruppe vorgesehen ist. Der Elektromotor ist insbesondere als Servomotor, vorteilhaft als bürstenloser Motor und besonders vorteilhaft als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Bevorzugt ist der Elektromotor dabei Teil einer elektrischen Hilfskraftlenkung und insbesondere zur Erzeugung einer elektrischen Lenkunterstützung vorgesehen. Der Elektromotor könnte dabei beispielsweise als sechsphasiger, neunphasiger oder als zwölfphasiger Elektromotor ausgebildet sein. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass der Elektromotor als dreiphasiger Elektromotor ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Leistungselektronik als Wechselrichtereinheit, insbesondere als Endstufe und/oder als B6-Brückenschaltung, ausgebildet und zur Stromversorgung und/oder Bestromung des Elektromotors vorgesehen.

Ferner soll unter einer „Treibereinheit“ eine zumindest teilweise elektrisch und/oder elektronisch ausgebildete Einheit verstanden werden, welche elektrisch mit der Leistungselektronik, insbesondere einem Steueranschluss wenigstens eines Leistungsschalters der Leistungselektronik, verbunden ist und dazu vorgesehen ist, den wenigstens einen Leistungsschalter anzusteuern und insbesondere eine Steuerspannung und/oder einen Steuerstrom für den wenigstens einen Leistungsschalter bereitzustellen. Bevorzugt ist die Treibereinheit dazu vorgesehen, sämtliche Leistungsschalter der Leistungselektronik anzusteuern. Vorteilhaft ist die Treibereinheit dabei als Halbbrücken-Treiber und/oder Gate-Treiber ausgebildet. Des Weiteren ist die primäre Treibereinheit vorteilhaft als Master- Treibereinheit ausgebildet, während die sekundäre Treibereinheit als Slave- Treibereinheit ausgebildet ist. Die primäre Treibereinheit und die sekundäre Treibereinheit sind redundant zueinander und vorzugsweise baugleich ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist die primäre Treibereinheit und/oder die sekundäre Treibereinheit als integrierte elektronische Schaltung ausgebildet. Vorteilhaft ist die primäre Treibereinheit dazu vorgesehen, in dem Normalbetriebszustand, insbe- sondere durch Ansteuerung der Leistungselektronik, ein Motormoment des Elektromotors und bevorzugt ein Unterstützungsmoment des Elektromotors einzustellen. Die sekundäre Treibereinheit weist eine Wirkverbindung mit der primären Treibereinheit auf und ist insbesondere dazu vorgesehen, die primäre Treibereinheit in dem Fehlerbetriebszustand zu ersetzen und eine Ansteuerung der Leistungselektronik und folglich eine Steuerung des Betriebs des Elektromotors zu übernehmen. Vorteilhaft sind die primäre Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand und die sekundäre Treibereinheit in dem Fehlerbetriebszustand dazu vorgesehen, zur Ansteuerung der Leistungselektronik zumindest teilweise dieselben und/oder die identischen, insbesondere bestehenden, Baugruppen und Verbindungsleitungen zu verwenden und insbesondere dieselben Leistungsschalter anzusteuern und folglich dieselben Phasen des Elektromotors zu betreiben. Ferner sind die primäre Treibereinheit und die sekundäre Treibereinheit vorteilhaft unabhängig voneinander betreibbar. Insbesondere ist die primäre Treibereinheit dabei dazu vorgesehen, ausschließlich in dem Normalbetriebszustand die Leistungselektronik anzusteuern und hierdurch ein Motormoment des Elektromotors und bevorzugt ein Unterstützungsmoment des Elektromotors zu verändern und/oder zu variieren. Zudem ist die sekundäre Treibereinheit vorteilhaft dazu vorgesehen, ausschließlich in dem Fehlerbetriebszustand die Leistungselektronik anzusteuern und hierdurch ein Motormoment des Elektromotors und bevorzugt ein Unterstützungsmoment des Elektromotors zu verändern und/oder zu variieren. Darunter, dass „eine Treibereinheit eine Tri-State-Funktionalität aufweist“ soll insbesondere verstanden werden, dass ein, insbesondere mit der Leistungselektronik verbundener, Ausgang der Treibereinheit wenigstens drei verschiedene Zustände annehmen kann, wobei ein erster Zustand einem aktiven Zustand, ein zweiter Zustand einem deaktivierten Zustand und ein dritter Zustand einem hochohmigen Zustand bzw. „high Z“-Zustand entspricht. Hierzu kann die Treibereinheit beispielsweise eine entsprechende Funktionseinheit und/oder Funktionselektronik aufweisen. Unter der Wendung, dass „eine Treibereinheit eine integrierte Tri-State-Funktionalität aufweist“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Tri-State-Funktionalität bzw. eine hiermit verknüpfte Funktionseinheit und/oder Funktionselektronik zusammen mit einer Ansteuerelektronik der Treibereinheit als integrierte elektronische Schaltung ausgebildet ist. Insbesondere wird die Tri-State-Funktionalität demnach nicht über eine externe Beschaltung realisiert. Darüber hinaus soll unter „einer Störung und/oder einem Ausfall der primären Treibereinheit“ insbesondere eine Störung und/oder ein Ausfall der primären Treibereinheit selbst und/oder einer mit der primären Treibereinheit zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung der primären Treibereinheit verstanden werden.

Ferner soll unter einer „Schalteinheit“ insbesondere eine, bevorzugt elektrisch und/oder elektronisch ausgebildete, Einheit verstanden werden, welche elektrisch mit der primären Treibereinheit und/oder der sekundären Treibereinheit verbunden ist und dazu vorgesehen ist, mittels eines Schaltsignals in zumindest einem Betriebszustand einen Zustand der primären Treibereinheit, insbesondere eines, insbesondere mit der Leistungselektronik verbundenen, Ausgangs der primären Treibereinheit, und/oder einen Zustand der sekundären Treibereinheit, insbesondere eines, insbesondere mit der Leistungselektronik verbundenen, weiteren Ausgangs der sekundären Treibereinheit, zu verändern. Der Ausgang der primären Treibereinheit und/oder der weitere Ausgang der sekundären Treibereinheit kann dabei insbesondere in Abhängigkeit des Schaltsignals zwischen dem aktiven Zustand, dem deaktivierten Zustand und dem hochohmigen Zustand bzw. „high Z“-Zustand umgeschaltet werden. Ferner soll unter einer „Recheneinheit“ insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel und zumindest ein Betriebsprogramm auf. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem An- wendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

Die Tri-State-Funktionalität der primären Treibereinheit könnte beispielsweise über eine entsprechende Softwarekonfiguration bzw. einen Software- Konfigurationsbit gesteuert werden. Vorteilhaft wird jedoch vorgeschlagen, dass die primäre Treibereinheit einen Steuerpin zur Steuerung der Tri-State- Funktionalität der primären Treibereinheit aufweist. Insbesondere dient der Steu- erpin dabei zum Schalten des Ausgangs der primären Treibereinheit. Bevorzugt ist die Schalteinheit und insbesondere die Recheneinheit elektrisch mit dem Steuerpin verbunden, insbesondere derart, dass mittels des Schaltsignals der Zustand der primären Treibereinheit verändert werden kann. Hierdurch kann eine besonders einfache Steuerung der Tri-State-Funktionalität der primären Treibereinheit erreicht werden.

Zudem könnte die Tri-State-Funktionalität der sekundären Treibereinheit über eine entsprechende Softwarekonfiguration bzw. einen Software- Konfigurationsbit gesteuert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die sekundäre Treibereinheit einen weiteren Steuerpin zur Steuerung der Tri-State-Funktionalität der sekundären Treibereinheit aufweist. Insbesondere dient der weitere Steuerpin dabei zum Schalten des weiteren Ausgangs der sekundären Treibereinheit. Bevorzugt ist die Schalteinheit und insbesondere die Recheneinheit elektrisch mit dem weiteren Steuerpin verbunden, insbesondere derart, dass mittels des Schaltsignals der Zustand der sekundären Treibereinheit verändert werden kann. Hierdurch kann eine besonders einfache Steuerung der Tri-State-Funktionalität der sekundären Treibereinheit erreicht werden.

Die Steuervorrichtung könnte dabei eine separate Schalteinheit zum Umschalten und/oder zum Wechsel zwischen der primären Treibereinheit und der sekundären Treibereinheit und eine getrennt von der Schalteinheit ausgebildete Überwa- chungseinheit zur Überwachung eines Betriebs der primären Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand umfassen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung eine Recheneinheit, insbesondere die bereits zuvor genannte Recheneinheit, umfasst, welche dazu vorgesehen ist, einen Betrieb der primären Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand zu überwachen und bei Ermittlung einer Störung und/oder eines Ausfalls der primären Treibereinheit die primäre Treibereinheit, insbesondere durch Ansteuerung des Steuerpins mit einem entsprechenden Schaltsignal, zu deaktivieren, insbesondere durch einen Wechsel in den hochohmigen Zustand bzw. „high Z“-Zustand, und die sekundäre Treibereinheit, insbesondere durch Ansteuerung des weiteren Steuerpins mit einem entsprechenden Schaltsignal, zu aktivieren, insbesondere durch einen Wechsel in den aktiven Zustand. Vorliegend ist somit die Recheneinheit als Schalt- und Überwa- chungseinheit ausgebildet und dazu vorgesehen, den Betrieb der primären Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand zu überwachen. Ferner ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, durch Ansteuerung des Steuerpins und des weiteren Steuerpins den Zustand der primären Treibereinheit und der sekundären Treibereinheit zu ändern. Hierdurch kann insbesondere ein Rechenaufwand minimiert und/oder ein Steueralgorithmus vereinfacht werden.

Zudem betrifft die Erfindung eine Aktuatorbaugruppe mit einem Elektromotor, insbesondere dem bereits zuvor genannten Elektromotor, und mit der zuvor genannten Steuervorrichtung. Besonders bevorzugt sind die Steuervorrichtung und der Elektromotor dabei Teil eines Lenksystems, welches insbesondere zu einem Einsatz in einem Fahrzeug und vorzugsweise einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, insbesondere mittels der zuvor genannten Steuervorrichtung, vorgeschlagen, bei welchem eine Leistungselektronik in einem Normalbetriebszustand mittels einer primären Treibereinheit und in einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall der primären Treibereinheit auftritt, mittels einer zu der primären Treibereinheit parallel geschalteten sekundären Treibereinheit angesteuert wird, wobei die primäre Treibereinheit und die sekundäre Treibereinheit jeweils eine integrierte Tri-State-Funktionalität aufweisen und sich die sekundäre Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand in einem hochohmigen Zustand befindet. Hierdurch können die bereits zuvor genannten Vorteile erreicht werden. Insbesondere kann eine Effizienz, insbesondere eine Leistungseffizienz, eine Steuerungseffizienz, eine Energieeffizienz, eine Bauraumeffizienz, eine Bauteileeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Zudem kann vorteilhaft eine Verfügbarkeit der Steuervorrichtung erhöht werden. Darüber hinaus kann insbesondere ein Rechenaufwand minimiert und/oder ein Steueralgorithmus vereinfacht werden.

Die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die Steuervorrichtung, die Aktuatorbaugruppe, das Lenksystem und das Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Teil eines beispielhaften Lenksystems mit einer Aktuatorbaugruppe umfassend einen Elektromotor und eine Steuervorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 2 die Steuervorrichtung und der Elektromotor in einer schematischen Darstellung und

Fig. 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben des Elektromotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das folgende Ausführungsbeispiel bezieht sich beispielhaft auf ein Lenksystem. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf den Einsatz in einem Lenksystem beschränkt und könnte beispielsweise auch in anderen Bereichen eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Wischanlage, einem Fensterhebersystem und/oder einem Antriebssystem, und/oder in anderen Elektroniksystemen, beispielsweise im Bereich der Haushaltsgeräte und/oder Werkzeugmaschinen, eingesetzt werden.

Figur 1 zeigt zumindest einen Teil eines beispielhaften Lenksystems 14 in einer perspektivischen Darstellung. Das Lenksystem 14 ist im vorliegenden Fall als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet. Das Lenksystem 14 ist beispielhaft als konventionelles Lenksystem ausgebildet und umfasst eine elektrische Hilfskraftlenkung in Form einer Servolenkung. Ferner ist das Lenksystem 14 zu einem Einsatz in einem Fahrzeug (nicht dargestellt), insbesondere einem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Das Lenksystem 14 weist in einem eingebauten Zustand eine Wirkverbindung mit Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) des Fahrzeugs auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgesehen. Alternativ ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem mit einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung auszubilden. Zudem könnte ein Lenksystem prinzipiell auch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein.

Das Lenksystem 14 umfasst ein beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildetes Lenkgetriebe 34, welches dazu vorgesehen ist, eine Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder umzusetzen. Dazu umfasst das Lenkgetriebe 34 wenigstens ein, im vorliegenden Fall insbesondere als Zahnstange ausgebildetes, Lenkungsstellelement 36.

Ferner umfasst das Lenksystem 14 zumindest eine Aktuatorbaugruppe 32. Die Aktuatorbaugruppe 32 ist als Lenkaktuator ausgebildet und weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement 36 auf. Die Aktuatorbaugruppe 32 ist zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Aktuatorbaugruppe 32 dazu vorgesehen, ein Lenkmoment in Form eines Unterstützungsmoments und/oder Servomoments bereitzustellen und, insbesondere zur Lenkunterstützung, in das Lenkgetriebe 34 einzubringen. Alternativ könnte eine Aktuatorbaugruppe jedoch auch Teil einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Aktivlenkung sein und insbesondere zur Bereitstellung eines Zusatzlenkwinkels und/oder eines variablen Übersetzungsverhältnisses vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe Teil eines Steer-by-Wire- Lenksystems sein. In diesem Fall könnte die Aktuatorbaugruppe insbesondere zum Einsatz in einem Radlenkwinkelsteller und insbesondere zur Bereitstellung eines Lenkmoments zur direkten Steuerung einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Der Radlenkwinkelsteller kann dabei insbesondere einer Hinterachse und/oder einer Vorderachse des Fahrzeugs zugeordnet sein. Zudem könnte die Aktuatorbaugruppe in diesem Fall auch zu einem Einsatz in einer Bedieneinheit des Steer-by-Wire-Lenksystems und zur Bereitstellung eines Feedbackmoments und/oder Rückstellmoments auf eine Lenkhandhabe vorgesehen sein. Ferner könnte eine Aktuatorbaugruppe, wie eingangs erwähnt, auch unabhängig von einem Lenksystem verwendet werden. Die Aktuatorbaugruppe 32 umfasst einen an sich bekannten Elektromotor 12. Der Elektromotor 12 ist als, insbesondere permanenterregter, Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor 12 ist ferner als mehrphasiger Elektromotor ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist der Elektromotor 12 beispielhaft als dreiphasiger Elektromotor ausgebildet. Der Elektromotor 12 steht in Wirkverbindung mit dem Lenkgetriebe 34, insbesondere dem Lenkungsstellelement 36. Der Elektromotor 12 ist zur Erzeugung des Lenkmoments vorgesehen. Der Elektromotor 12 ist dabei vorliegend Teil der elektrischen Hilfskraftlenkung und dient insbesondere zur Erzeugung der elektrischen Lenkunterstützung. Prinzipiell könnte ein Elektromotor jedoch auch als sechsphasiger Elektromotor ausgebildet sein oder eine andere geeignete Anzahl an Phasen aufweisen.

Ferner weist die Aktuatorbaugruppe 32 eine Steuervorrichtung 10 auf (vgl. insbesondere auch Figur 2). Die Steuervorrichtung 10 ist im vorliegenden Fall als Steuergerät, insbesondere als Lenkungssteuergerät, ausgebildet. Die Steuervorrichtung 10 weist eine Wirkverbindung mit dem Elektromotor 12 auf und ist zur Steuerung eines Betriebs des Elektromotors 12 vorgesehen.

Dazu umfasst die Steuervorrichtung 10 eine Recheneinheit 30. Die Recheneinheit 30 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors. Im vorliegenden Fall umfasst die Recheneinheit 30 dabei beispielhaft zwei oder mehr Prozessoren, wodurch vorteilhaft Redundanzerfordernisse erfüllt werden können. Zudem kann die Recheneinheit 30 zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt) umfassen. Ferner umfasst die Recheneinheit 30 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine und zumindest einer Steuerroutine.

Des Weiteren umfasst die Steuervorrichtung 10 eine an sich bekannte Leistungselektronik 16. Die Leistungselektronik 16 steht in Wirkverbindung mit der Recheneinheit 30 und ist dieser steuerungstechnisch nachgeschaltet. Zudem steht die Leistungselektronik 16 in Wirkverbindung mit dem Elektromotor 12. Die Leistungselektronik 16 ist vorliegend als Endstufe, insbesondere als B6- Brückenschaltung, ausgebildet und umfasst mehrere, insbesondere identisch zueinander ausgebildete, Wechselrichter 38, wobei jeder Phase des Elektromotors 12 einer der Wechselrichter 38 zugeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber ist in Figur 2 lediglich einer der Wechselrichter 38 mit Bezugszeichen versehen. Jeder der Wechselrichter 38 umfasst zwei, insbesondere identisch zueinander ausgebildete, Leistungsschalter 40, 42, insbesondere einen Highside- Leistungsschalter 40 und einen Lowside-Leistungsschalter 42. Jeder der Wechselrichter 38 ist dazu vorgesehen, eine pulsierende gleichgerichtete Spannung einer Energiequelle 44, beispielsweise in Form einer Fahrzeugbatterie, in einen Phasenstrom umzuwandeln und dem Elektromotor 12, insbesondere genau einer Phase des Elektromotors 12, zuzuführen.

Darüber hinaus umfasst die Steuervorrichtung 10 eine primäre Treibereinheit 18. Die primäre Treibereinheit 18 steht in Wirkverbindung mit der Recheneinheit 30 und ist dieser steuerungstechnisch nachgeschaltet. Zudem steht die primäre Treibereinheit 18 in Wirkverbindung mit der Leistungselektronik 16. Die primäre Treibereinheit 18 ist demnach steuerungstechnisch zwischen der Recheneinheit 30 und der Leistungselektronik 16 angeordnet. Die primäre Treibereinheit 18 ist als integrierte elektronische Schaltung ausgebildet. Die primäre Treibereinheit 18 ist als Halbbrücken-Treiber und/oder Gate-Treiber ausgebildet. Die primäre Treibereinheit 18 ist dazu vorgesehen, wenigstens einen der Leistungsschalter 40, 42 anzusteuern und insbesondere eine Steuerspannung und/oder einen Steuerstrom für den wenigstens einen Leistungsschalter 40, 42 bereitzustellen. Vorliegend ist die primäre Treibereinheit 18 beispielhaft dazu vorgesehen, sämtliche Leistungsschalter 40, 42 der Leistungselektronik 16 anzusteuern. Im vorliegenden Fall ist die primäre Treibereinheit 18 dabei zumindest in einem Normalbetriebszustand zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 vorgesehen.

Da es sich bei dem Lenksystem 14 um eine sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponente mit direktem Einfluss auf den Fahrer und/oder eine Fahrzeugführung handelt, wird in einem Fehlerbetriebszustand, in welchem eine Störung und/oder ein Ausfall der primären Treibereinheit 18 selbst und/oder einer mit der primären Treibereinheit 18 zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung der primären Treibereinheit 18 auftritt, ein entsprechendes Sicherheitskonzept benötigt.

Aus diesem Grund umfasst die Steuervorrichtung 10 ferner eine sekundäre Treibereinheit 20. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist getrennt von der primären Treibereinheit 18 ausgebildet. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist redundant zu der primären Treibereinheit 18 ausgebildet. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist ferner baugleich zu der primären Treibereinheit 18 ausgebildet. Grundsätzlich könnten eine primäre Treibereinheit und eine sekundäre Treibereinheit jedoch auch verschieden voneinander ausgebildet sein, insbesondere falls die sekundäre Treibereinheit lediglich zur Bereitstellung eines Notlaufs vorgesehen ist. Zudem ist die sekundäre Treibereinheit 20 parallel zu der primären Treibereinheit 18 geschalten. Folglich steht die sekundäre Treibereinheit 20 in Wirkverbindung mit der Recheneinheit 30 und ist dieser steuerungstechnisch nachgeschaltet. Zudem steht die sekundäre Treibereinheit 20 in Wirkverbindung mit der Leistungselektronik 16. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist steuerungstechnisch zwischen der Recheneinheit 30 und der Leistungselektronik 16 angeordnet. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist als integrierte elektronische Schaltung ausgebildet. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist als Halbbrücken-Treiber und/oder Gate- Treiber ausgebildet. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist dazu vorgesehen, wenigstens einen der Leistungsschalter 40, 42, insbesondere denselben Leistungsschalter 40, 42 wie die primäre Treibereinheit 18, anzusteuern und insbesondere eine Steuerspannung und/oder einen Steuerstrom für den wenigstens einen Leistungsschalter 40, 42 bereitzustellen. Vorliegend ist die sekundäre Treibereinheit 20 beispielhaft dazu vorgesehen, sämtliche Leistungsschalter 40, 42 der Leistungselektronik 16 anzusteuern.

Die sekundäre Treibereinheit 20 ist zumindest in dem Fehlerbetriebszustand zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 vorgesehen. Die sekundäre Treibereinheit 20 befindet sich dabei in dem Normalbetriebszustand in einem rein passiven Betriebsmodus und/oder einem Stand-by-Betriebsmodus und ist ausschließlich in dem Fehlerbetriebszustand zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die sekundäre Treibereinheit 20 dazu vorgesehen, die primäre Treibereinheit 18 in dem Fehlerbetriebszustand zu ersetzen und eine Ansteuerung der Leistungselektronik 16 und folglich eine Steuerung des Betriebs des Elektromotors 12 zu übernehmen. Die sekundäre Treibereinheit 20 ist zudem dazu vorgesehen, zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 zumindest teilweise dieselben und/oder die identischen, insbesondere bestehenden, Baugruppen und Verbindungsleitungen zu verwenden und dieselben Leistungsschalter 40, 42 anzusteuern. Vorliegend sind die primäre Treibereinheit 18 und die sekundäre Treibereinheit 20 somit parallel geschalten und zur Ansteuerung derselben Leistungselektronik 16 vorgesehen, wobei die primäre Treibereinheit 18 in dem Normalbetriebszustand und die sekundäre Treibereinheit 20 in dem Fehlerbetriebszustand aktiv ist. In diesem Fall muss durch geeignete Maßnahmen ein Stromfluss von der aktiven Treibereinheit in die passive Treibereinheit verhindert bzw. zumindest reduziert werden.

Hierzu weisen die primäre Treibereinheit 18 und die sekundäre Treibereinheit 20 jeweils eine integrierte Tri-State-Funktionalität 22, 24 auf, wodurch ein jeweiliger mit der Leistungselektronik 16 verbundener Ausgang 46, 48 der jeweiligen Treibereinheit 18, 20 wenigstens drei verschiedene Zustände annehmen kann, insbesondere einen aktiven Zustand, einen deaktivierten Zustand und einen hochohmigen Zustand. Zur Steuerung der jeweiligen Tri-State-Funktionalität 22, 24 umfasst die primäre Treibereinheit 18 einen Steuerpin 26 und die sekundäre Treibereinheit 20 einen weiteren Steuerpin 28.

In dem Normalbetriebszustand befindet sich, wie insbesondere auch in Figur 2 durch einen geschlossenen und eine geöffneten Schalter angedeutet, die primäre Treibereinheit 18 im aktiven Zustand, während sich die sekundäre Treibereinheit 20 im hochohmigen Zustand befindet. In dem Fehlerbetriebszustand wird hingegen die primäre Treibereinheit 18 durch die sekundäre Treibereinheit 20 ersetzt. Demzufolge werden die primäre Treibereinheit 18 und die sekundäre Treibereinheit 20 bei Auftreten des Fehlers und/oder der Störung derart angesteuert, dass die primäre Treibereinheit 18 von dem aktiven Zustand in den hochohmigen Zustand und die sekundäre Treibereinheit 20 von dem hochohmigen Zustand in den aktiven Zustand wechselt. In dem Fehlerbetriebszustand befindet sich dann die primäre Treibereinheit 18 in dem hochohmigen Zustand und die sekundäre Treibereinheit 20 in dem aktiven Zustand. Hierdurch können die Ausgänge 46, 48 der Treibereinheiten 18, 20 vorteilhaft zusammengeschalten werden, wobei gleichzeitig eine gegenseitige Beeinflussung der Treibereinheiten 18, 20, beispielsweise in Form von Kurzschlüssen oder Überlagerungen, verhindert werden kann. Zum Umschalten und/oder zum Wechsel zwischen der primären Treibereinheit 18 und der sekundären Treibereinheit 20 dient im vorliegenden Fall die Recheneinheit 30, welche elektrisch mit dem Steuerpin 26 und dem weiteren Steuerpin 28 verbunden ist. Folglich ist die Recheneinheit 30 als Schalteinheit ausgebildet. Ferner ist die Recheneinheit 30 als Überwachungseinheit ausgebildet. Vorliegend ist die Recheneinheit 30 dazu vorgesehen, den Betrieb der primären Treibereinheit 18 in dem Normalbetriebszustand zu überwachen und bei Ermittlung einer Störung und/oder eines Ausfalls der primären Treibereinheit 18 die primäre Treibereinheit 18 durch Ansteuerung des Steuerpins 26 mit einem entsprechenden Schaltsignal zu deaktivieren, insbesondere durch einen Wechsel in den hochohmigen Zustand, und die sekundäre Treibereinheit 20 durch Ansteuerung des weiteren Steuerpins 28 mit einem entsprechenden Schaltsignal zu aktivieren, insbesondere durch einen Wechsel in den aktiven Zustand. Hierzu kann die primäre Treibereinheit 18 beispielsweise eine integrierte Diagnoseroutine bzw. Eigendiagnose umfassen, welche einen entsprechenden internen Fehler der primären Treibereinheit 18 ermittelt und an die Recheneinheit 30 meldet, um eine Umschaltung auf die sekundäre Treibereinheit 20 zu veranlassen. Alternativ könnte bei einem entsprechenden internen Fehler der primären Treibereinheit 18 jedoch auch automatisch auf die sekundäre Treibereinheit 20 umgeschaltet werden. Ferner könnte eine Steuervorrichtung auch eine separate Schalteinheit zum Umschalten und/oder zum Wechsel zwischen einer primären Treibereinheit und einer sekundären Treibereinheit und eine getrennt von der Schalteinheit ausgebildete Überwachungseinheit zur Überwachung eines Betriebs der primären Treibereinheit in dem Normalbetriebszustand umfassen.

Figur 3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben des Elektromotors 12 mittels der Steuervorrichtung 10.

Ein Verfahrensschritt 50 entspricht dem Normalbetriebszustand. Dabei ist die primäre Treibereinheit 18 zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 vorgesehen und befindet sich demnach im aktiven Zustand. Die sekundäre Treibereinheit 20 befindet sich hingegen im hochohmigen Zustand und demnach in einem passiven und/oder inaktiven Zustand. Zudem wird, beispielsweise mittels der Re- cheneinheit 30, der Betrieb der primären Treibereinheit 18 in dem Normalbetriebszustand überwacht.

In einem Verfahrensschritt 52 wird, beispielsweise mittels der Recheneinheit 30, eine Störung und/oder ein Ausfall der primären Treibereinheit 18 ermittelt. Als Folge wird die primäre Treibereinheit 18 durch die sekundäre Treibereinheit 20 ersetzt. Hierzu wird die primäre Treibereinheit 18 durch Ansteuerung des Steuerpins 26 mit einem entsprechenden Schaltsignal, beispielsweise durch die Recheneinheit 30, deaktiviert, insbesondere durch einen Wechsel in den hochohmigen Zustand, und die sekundäre Treibereinheit 20 durch Ansteuerung des weiteren Steuerpins 28 mit einem entsprechenden Schaltsignal, beispielsweise durch die Recheneinheit 30, aktiviert, insbesondere durch einen Wechsel in den aktiven Zustand.

Ein Verfahrensschritt 54 entspricht dem Fehlerbetriebszustand. Dabei ist die sekundäre Treibereinheit 20 zur Ansteuerung der Leistungselektronik 16 vorgesehen und befindet sich demnach im aktiven Zustand. Die primäre Treibereinheit 18 befindet sich hingegen im hochohmigen Zustand und demnach in einem passiven und/oder inaktiven Zustand. Zudem kann in diesem Fall, beispielsweise mittels der Recheneinheit 30, eine Warnmeldung erzeugt und einem Insassen mittels entsprechender Ausgabemittel (nicht dargestellt) angezeigt werden.

Das beispielhafte Ablaufdiagramm in Figur 3 soll dabei lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betreiben des Elektromotors 12 mittels der Steuervorrichtung 10 beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. Beispielsweise kann zur Ermittlung einer Störung und/oder eines Ausfalls der primären Treibereinheit 18 auch eine separate Überwachungseinheit verwendet werden. Zudem könnte zum Umschalten und/oder zum Wechsel zwischen der primären Treibereinheit 18 und der sekundären Treibereinheit 20 eine zusätzlich Schalteinheit verwendet werden.