BESCHREIBUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, ein Lenksystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Rotors einer Elektromaschine.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Im Stand der Technik sind Antriebe als Lenkkraftunterstützungen eines Lenksystems bekannt, die eine elektrische Maschine (Motor/Generator) und eine zu deren

Ansteuerung notwendige Elektronik (ECU) umfassen. Die ECU weist eine

Leistungselektronik, beispielsweise einen 3-phasigen Wechselrichter, und eine die Leistungselektronik ansteuernde Signalelektronik auf. Antriebe können fehlertolerant aufgebaut werden, indem einzelne oder sämtliche Bestandteile des Antriebs redundant ausgebildet werden. Um einen fehlertoleranten Antrieb zu erhalten, kann beispielsweise eine Statorwicklung mehrfach vorgesehen werden. Der entsprechende Rotor und die Welle der Maschine können gemeinsam genutzt werden. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist sinnvoll die Bestimmung der räumlichen Lage des Rotors der Elektromaschine ebenfalls redundant auszubilden. Beispielsweise könnten am Rotor drei unabhängige Sensoren angeordnet werden. Ergibt sich bei der Bestimmung der Rotorlage, dass die Messergebnisse eines ersten Sensors deutlich von den Messergebnissen der zwei anderen Sensoren abweichen, so kann davon ausgegangen werden, dass der erste Sensor defekt ist. Eine derartige Ausführungsform erfordert allerdings einen hohen Aufwand, da hierzu mindestens drei unabhängig voneinander arbeitende Sensoren benötigt werden.

Eine Aufgabe ist daher, einen Antrieb zur Lenkkrafterzeugung eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, bei dem eine redundante Rotorlagebestimmung ermöglicht wird, die jedoch kostengünstig herstellbar ist.

Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Antrieb für ein Lenksystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine erste Wicklung einer

Elektromaschine, eine erste Leistungselektronik zur Ansteuerung der ersten

Wicklung, eine zweite Wicklung einer Elektromaschine, eine zweite

Leistungselektronik zur Ansteuerung der zweiten Wicklung und ein Rotor der Elektromaschine, wobei der Antrieb ferner umfasst: ein erstes Mittel zur sensorlosen Bestimmung der Lage des Rotors, ein zweites Mittel zur sensorlosen Bestimmung der Lage des Rotors und einen Sensor zur Bestimmung der Lage des Rotors.

Durch die sensorlose Bestimmung der räumlichen Lage des Rotors kann auf eine Mehrzahl von Sensoren zur redundanten Ausbildung der Lagebestimmung des Rotors verzichtet werden. Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend einen Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Antrieb zur Lenkkrafterzeugung vorgesehen ist und/oder wobei der Antrieb zur Lenkung ohne mechanische Lenksäule (Steer-by-wire) vorgesehen ist und/oder wobei der Antrieb für eine hoch- oder vollautomatisierte

Fahrzeugquerführung (Lenkung) vorgesehen ist. Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Rotors einer Elektromaschine zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Ansteuern einer ersten Wicklung der Elektromaschine, Ansteuern einer zweiten Wicklung der Elektromaschine, Bestimmen einer ersten Rotorlage anhand der Ansteuerung der ersten Wicklung, Bestimmen einer zweiten Rotorlage anhand der Ansteuerung der zweiten Wicklung, Bestimmen einer dritten Rotorlage anhand eines Sensors, wobei der Sensor an der Elektromaschine angeordnet ist.

Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen

beschrieben.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei das erste Mittel die erste Leistungselektronik bzw. die Ansteuerung der ersten Leistungselektronik ist und/oder wobei das zweite Mittel die zweite Leistungselektronik bzw. die Ansteuerung der zweiten Leistungselektronik ist.

Durch die Verwendung der Informationen über die Leistungselektronik bzw. der Signale der Ansteuerung der Leistungselektronik kann eine sensorlose Bestimmung der Rotorlage vorgenommen werden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Antrieb zur

Verfügung gestellt, wobei der Antrieb einen Stator der Elektromaschine umfasst, wobei die erste Wicklung als Wicklung des Stators ausgebildet ist und/oder wobei die zweite Wicklung als Wicklung des Stators ausgebildet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Antrieb zur Verfügung gestellt, wobei der Sensor ein Sensor zur berührungslosen Messung, insbesondere ein magnetoresistiver Sensor bzw. Magnetfeldsensor, ist. Durch den Einsatz eines Sensors zur berührungslosen Messung, insbesondere durch einen magnetoresistiven Sensor bzw. Magnetfeldsensor, kann auf einfache Weise eine Rotorbestimmung durch einen Sensor erfolgen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, femer umfassend die Schritte: Feststellen, ob die erste Rotorlage unterschiedlich zur zweiten und dritten Rotorlage ist und/oder feststellen, ob die zweite Rotorlage unterschiedlich zur ersten und dritten Rotorlage ist und/oder feststellen, ob die dritte Rotorlage unterschiedlich zur ersten und zweiten Rotorlage ist.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, ferner umfassend den Schritt: falls die erste Rotorlage

unterschiedlich zur zweiten und dritten Rotorlage ist und/oder falls die zweite Rotorlage unterschiedlich zur ersten und dritten Rotorlage ist und/oder falls die dritte Rotorlage unterschiedlich zur ersten und zweiten Rotorlage ist, dann Ausgabe einer Fehlermeldung.

Werden drei unabhängig voneinander erzielte Messergebnisse erhoben, so kann durch Vergleich bestimmt werden, ob ein einzelner Messweg zu fehlerhaften Ergebnissen führt. Die Messergebnisse dieses Messwegs können im weiteren Verlauf

unberücksichtigt bleiben.

Vorteilhafterweise können die Ansteuer- und Messsignale redundanter

Leistungselektroniken zur sensorlosen Bestimmung der Rotorlagen verwendet werden. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, ferner umfassend die Schritte: falls die erste Rotorlage unterschiedlich zur zweiten und dritten Rotorlage ist, dann Weiterbetreiben der Elektromaschine ohne Berücksichtigung der ersten Rotorlage und/oder falls die zweite Rotorlage unterschiedlich zur ersten und dritten Rotorlage ist, dann

Weiterbetreiben der Elektromaschine ohne Berücksichtigung der zweiten Rotorlage und/oder falls die dritte Rotorlage unterschiedlich zur ersten und zweiten Rotorlage ist, dann Weiterbetreiben der Elektromaschine ohne Berücksichtigung der dritten Rotorlage.

Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine redundante Bestimmung der Lage des Rotors zur Verfügung zu stellen, wobei mindestens drei unabhängige Lagebestimmungen erfolgen. Zwei Lagebestimmungen können sich durch die Auswertung der Ansteuer- und Messsignale zweier Leistungselektroniken ergeben. Eine dritte Lagebestimmung kann durch einen Sensor zur Verfügung gestellt werden. Durch einen„Mehrheitsentscheid" kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein Messweg zu fehlerhaften Ergebnissen führt.

Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den

Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen

Fig. 1 eine redundant ausgeführte Ansteuerung einer Elektromaschine,

Fig. 2 zwei Ansteuerungen einer Elektromaschine mit jeweils einer Phasentrennung, Fig. 3 eine Welle und einen Rotor einer Elektromaschine mit drei Sensoren zur Lagebestimmung des Rotors,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Fig. 1 zeigt einen Antrieb des Stands der Technik mit einer ersten und einer zweiten Leistungselektronik 2, 6 und einen Stator 4 einer Elektromaschine, wobei die Leistungselektronik 2, 6 und die Statorwicklungen 3, 5 redundant, jeweils zweifach, ausgebildet sind. Die erzeugten Magnetfelder der beiden Statorwicklungen 3, 5 können auf denselben gemeinsamen Rotor mit Welle der elektrischen Maschine einwirken. Die Statorwicklungen 3, 5 können als Einzelzahnwicklung ausgeführt sein, d.h. die Spulen der Wicklung sind nichtüberlappend um die einzelnen Zähne des Stators gewickelt. Es kann hierbei zur Entkopplung der Wicklungssysteme auch vorteilhaft sein, die Wicklung als Einschichtwicklung auszuführen, d.h. es wird nur jeder zweite Zahn des Stators 4 bewickelt. Die Wechselrichter als

Ausführungsformen der Leistungselektroniken 2, 6 umfassen Schalter, die beispielsweise als Power-Mosfets oder IGBTs ausgebildet sein können. Fig. 2 zeigt einen weiteren redundant ausgebildeten Antrieb mit zweifacher

Leistungselektronik 2, 6 und zweifach ausgeformter Statorwicklung 3, 5, wobei zwischen jeweiliger Leistungselektronik 2, 6 und Statorwicklung 3, 5 eine allphasige Phasentrennung 8, 9 angeordnet ist. Durch eine Phasentrennung 8, 9, also entweder der Abkopplung der Leistungselektronik 2 oder der Abkopplung der

Leistungselektronik 6 von der Elektromaschine, kann bei Fehlern der Elektronik oder der Motorwicklung eine Abkopplung des Elektromotors von der defekten

Leistungselektronik 2, 6 vorgenommen werden, sodaß eine beschränkte

Lenkfähigkeit des betreffenden Fahrzeugs durch den Antrieb erhalten werden kann. Eine Blockierung der Lenkung durch Defekte der Elektronik oder der

Elektromaschine kann verhindert werden. Bei einem fehlertoleranten Antrieb kann im Fehlerfall der Abschnitt vom Stator abgetrennt werden, der einen Defekt aufweist. Der andere Abschnitt kann die Funktion vollständig ausfüllen, sodass kein Ausfall der Funktionstüchtigkeit erkennbar ist. Fig. 3 zeigt insbesondere den Rotor und die Welle einer permanenterregten

Synchronmaschine (PMSM) bei der zur Ansteuerung die Position des Rotors 14 (Rotorlage) benötigt wird. Die Rotorlage wird typischerweise mit einem Rotorlagesensor 11 bestimmt, der die Drehposition der Welle 13 messen kann. Um einen fehlertoleranten Antrieb zu erhalten, kann die Messung der Rotorlage redundant ausgebildet werden. Durch eine mehrfache Ausbildung einer Vorrichtung zur Rotorlagemessung kann bei einem Ausfall einer Rotorlagemessvorrichtung die Synchronmaschine weiterbetrieben werden. Eine Möglichkeit defekte Vorrichtungen, die zu fehlerhaften Rotorlagemessungen führen, feststellen zu können, wäre es unabhängig voneinander ausgeführte dreifache Rotorlagemessungen anzuordnen. Wird hierbei ein (deutliches) Abweichen der Messung einer

Rotorlagesensorvorrichtung von den beiden anderen Messwerten festgestellt, so ist davon auszugehen, dass die entsprechende Messvorrichtung defekt ist. Ein weiterer Betrieb erfolgt dann auf Basis der als intakt erkannten Rotorlagemessvorrichtungen. Ein derartiges Konzept mit drei redundant ausgeführten Rotorlagemessvorrichtungen ist aufwändig und in der Herstellung daher mit hohen Kosten verbunden. Fig. 4 zeigt eine redundant ausgeführte Ansteuerung mit zwei Leistungselektroniken 2, 6 und eine Welle 13 mit einem Rotor 14 eines angesteuerten Elektromotors.

Anhand der Ansteuer- und Auswerteelektronik kann die Rotorlage sensorlos ermittelt werden. Auf diese Weise kann anhand des ersten Teilantriebs 15 und des zweiten Teilantriebs 16 zwei sensorlose Rotorlagesignale zur Feststellung der Rotorlage ermittelt werden. Wird an dem Elektromotor ein Sensor 11 angeordnet, können auf diese Weise insgesamt drei voneinander unabhängige Messergebnisse der Rotorlage zur Verfügung gestellt werden. Es kann eine falsche Messung auf Basis eines defekten ersten oder zweiten Teilantriebs 15, 16 oder eines defekten Sensors 11 festgestellt werden. Im Vergleich zur Ausführungsform de r Fig. 3 kann auf diese Weise auf zwei Sensoren verzichtet werden und dennoch eine fehlertolerante

Rotorlagemessung erhalten werden.

Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder

Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt. Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1 Zwischenkreiskondensator

2 3-phasiger Wechselrichter

3 3 -phasige Statorwicklung

4 Stator

5 3-phasige Statorwicklung

6 3-phasiger Wechselrichter

7 Zwischenkreiskondensator C

8 3-phasige Phasentrennung

9 3-phasige Phasentrennung

10 Sensor

11 Sensor

12 Sensor

13 Welle

14 Rotor

15 erster Teilantrieb

16 zweiter Teilantrieb