VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG GLEICHMÄßIG NIEDEROHMIGER KONTAKTE IN EINEM STERNPUNKTRELAIS |
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申请号 | EP14179462.8 | 申请日 | 2014-08-01 | 公开(公告)号 | EP2835905B1 | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
申请人 | Continental Automotive GmbH; | 发明人 | Gunselmann, Christian; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fritten elektrischer Kontakte, insbesondere eines Sternpunktrelais, einer Antriebsvorrichtung, insbesondere einer Servolenkungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Steuervorrichtung zum Ausführen des Verfahrens und eine Servolenkungsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Elektrische Kontakte eines Sternpunktrelais können durch unterschiedliche Ursachen verunreinigt werden, so dass dadurch der elektrische Widerstand der elektrischen Kontakte verändert wird. Mögliche Ursachen sind beispielsweise Rückstände aus der Fertigung, Ablagerungen und Oberflächenänderungen durch Verbrennungen bei Öffnungs- und Schließfunken, mikroskopische Partikel, die zum Beispiel durch Erschütterungen auf die Kontakte gelangen und chemische Reaktion des Kontaktmaterials mit dem Umgebungsgas. Elektrische Lenkungen benötigen häufig ein Sternpunktrelais zum Unterbrechen des Stromflusses in den Spulen des elektrischen Motors in einem Notfall. Im Normalbetrieb müssen die Kontakte des Sternpunkrelais geschlossen sein. Verunreinigungen an den elektrischen Kontakten am Sternpunktrelais und damit veränderte elektrische Widerstände der Kontakte können dabei zu einem spürbaren "Rippeln" am Lenkrad führen. Ferner können ungleichmäßige elektrische Widerstände am Sternpunktrelais zu einer Abschaltung der Lenkunterstützung führen, wenn dadurch Algorithmen zur Überwachung von Motorfehlern ausgelöst werden. Es ist daher notwendig, nach jedem Schließvorgang des Relais die elektrischen Widerstände der elektrischen Kontakte zu reinigen und auf diese Weise den Norm- bzw. Sollwert des elektrischen Widerstandes wiederherzustellen. Bekannt ist es hierzu einen elektrischen Kontakt zu fritten, wobei ein starker Stromimpuls über die elektrischen Kontakte fließt, um ungewünschte Ablagerungen oder Schichten auf den elektrischen Kontakten zu entfernen und den Kontaktwiderstand zu reduzieren. Bei der elektrischen Lenkung gelten jedoch die Randbedingungen, dass die Frittung vom Fahrer prinzipiell am Lenkrad nicht wahrgenommen werden darf. Ausnahmen davon bilden Fälle mit besonders hohen Widerständen. In solchen Fällen darf die Frittung nur eine begrenzte Lenkradbewegung von wenigen Grad für eine sehr kurze Zeit hervorrufen. Hinzu kommt, dass nach der Frittung alle drei Kontakte des Sternpunktrelais einen gleichmäßigen bzw. symmetrischen Widerstand aufweisen müssen. Ein Verfahren zum Fritten electrischer Kontakte ist aus Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen eine Frittung der elektrischen Kontakte durchgeführt werden kann, welche die vorgenannten Randbedingungen im Wesentlichen einhält. Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines Verfahrens der eingangs genannten Art, bei dem ein im Wesentlichen reiner Blindstrom an die Motoreinrichtung zugeführt wird, wobei der Blindstrom auch durch die elektrischen Kontakte fließt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass mittels des Blindstroms ein realer Stromfluss durch die elektrischen Kontakte erzeugt wird, ohne eine Wirkleistung der elektrischen Motoreinrichtung zu erzeugen. Zum Fritten des elektrischen Kontaktes wird daher ein im Wesentlichen als Blindstrom wirkender Strom zugeführt, wobei der Wirkanteil des zugeführten Stroms gering ist, so dass die vorgenannten Randbedingungen eingehalten werden. Bei dem Blindstrom handelt es sich somit um einen realen Strom, der lediglich keine oder nur eine sehr geringe Wirkleistung entfaltet. Die elektrischen Kontakte sind mit der Motoreinrichtung elektrisch gekoppelt, so dass der an die Motoreinrichtung zugeführte Blindstrom auch durch die elektrischen Kontakte, insbesondere des Sternpunktrelais, fließt und die Kontakte auf diese Weise gefrittet werden. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise so ausgeführt, dass die Motoreinrichtung mittels des Blindstroms im Wesentlichen drehmomentfrei betreibbar ist. Auf diese Weise können die elektrischen Kontakte gefrittet werden ohne ein Drehmoment zu erzeugen, das zu einer spürbaren Lenkrad Bewegung geführt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Motoreinrichtung ein Rotorelement mit einem Rotormagnetfeld und ein Statorelement mit mehreren Wicklungsspulen auf, wobei durch zuführen des Blindstroms in die Wicklungsspulen ein Statormagnetfeld erzeugbar ist, wobei der Blindstrom derart zugeführt wird, dass die Pole des Statormagnetfeldes gleichsinnig zu den Polen des Rotormagnetfeldes ausgerichtet sind. Gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens wird das Statormagnetfeld derart eingestellt, so dass die Pole des Magnetfeldes sich mit dem des Rotormagnetfeldes decken. Anders formuliert zeigt das resultierende Magnetfeld des Statorelements in die gleiche Richtung wie das Magnetfeld des Rotorelements. Die gleichnamigen Pole der Magnetfelder liegen übereinander, d.h. Nord über Nord und Süd über Süd, so dass sich das Rotorelement in einer instabilen Gleichgewichtslage befindet, vergleichbar mit einer Kugel auf der Spitze eines Halbkreises. Die elektrischen Kontakte können in dieser Position mittels des Blindstroms gefrittet werden, ohne dass der Blindstrom eine Wirkleistung entfaltet und das Rotorelement dadurch ein Drehmoment erfährt. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass der Blindstrom kontinuierlich derart angepasst wird, dass die Pole des Statormagnetfeldes im Wesentlichen gleichsinnig zu den Polen des Rotormagnetfeldes ausgerichtet sind. Der an die Wicklungsspulen zugeführte Blindstrom wird kontinuierlich so angepasst, dass das Statormagnetfeld dem Rotormagnetfeld nachläuft und die instabile Gleichgewichtslage während des Frittungsvorgangs erreicht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch bei nicht gleichsinniger Ausrichtung der Magnetfelder, das Statormagnetfeld durch die kontinuierliche Anpassung des Blindstroms sich mit der Zeit gleichsinnig zum Rotormagnetfeld ausrichtet bzw. die Magnetfelder sich in diese Stellung einpendeln. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Motoreinrichtung ein Sensorelement zum Messen der relativen Position des Rotorelements zum Statorelement, insbesondere Drehwinkel, aufweist, wobei der Blindstrom in Abhängigkeit von der relativen Position des Rotorelements zugeführt wird. Das Statormagnetfeld kann auf diese Weise, passend zum Rotormagnetfeld ausgerichtet, durch Zufuhr des entsprechenden Blindstroms erzeugt werden. Des Weiteren ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, bei der der Blindstrom einen impulsförmigen, insbesondere dreiecksförmigen, Verlauf aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders effektive Frittung der elektrischen Kontakte innerhalb einer kurzen Zeit durchgeführt werden. Ferner ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugt, bei der der Blindstrom zusätzlich zu einem Wirkstrom zugeführt wird, der in Reaktion auf einen Fahrerwunsch bzw. Lenkeingabe über das Lenkrad erzeugt wird. Eine Frittung kann auf diese Weise auch im laufenden Betrieb der Antriebsvorrichtung durchgeführt werden, ohne den Betrieb der Antriebsvorrichtung spürbar einzuschränken. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass der Blindstrom bei der, insbesondere jeder, Inbetriebnahme der Antriebsvorrichtung zugeführt wird. Somit wird bei der Inbetriebnahme sichergestellt, dass die elektrischen Widerstände der Kontakte niedrig und symmetrisch verteilt sind. Ebenso wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass der Blindstrom nach Schließen der elektrischen Kontakte zugeführt wird. Durch die regelmäßige Frittung der elektrischen Kontakte kann sichergestellt werden, dass die elektrischen Kontakte den vorgegebenen Norm- bzw. Soll-Widerstand einhalten. Die Erfindung umfasst ferner eine Steuereinrichtung zum Steuern einer elektrischen Motoreinrichtung und zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ausführungsformen. Ferner umfasst die Erfindung eine Servolenkungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer vorgenannten Steuereinrichtung. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren. Es zeigen:
Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine elektrische Motoreinrichtung 2 und eine Steuereinrichtung 3 zum Zuführen eines elektrischen Stroms zur Steuerung der Motoreinrichtung 2 auf. Die Motoreinrichtung 2 ist mit den elektrischen Kontakten 40U, 40V, 40W elektrisch gekoppelt, so dass der Strom der Motoreinrichtung zugeführt wird, sobald die elektrischen Kontakte 40U, 40V, 40W geschlossen sind. Die elektrischen Kontakte 40U, 40V, 40W gehören in diesem Ausführungsbeispiel zu einem Sternpunktrelais 4, das in Die hier gezeigte Antriebsvorrichtung 2 ist für eine Servolenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Steuereinrichtung 3 ist als eine Leiterplatine ausgebildet, auf der mehrere elektronische Bauteile angeordnet sind. Über die Motoreinrichtung 2 wird ein unterstützendes Drehmoment zur Lenkung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die hier beschriebene Anwendung beschränkt, sondern kann allgemein auf alle Arten von Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Motoreinrichtung und Sternpunktrelais angewendet werden. Die Steuereinrichtung 3 weist einen Mikrocontroller 30 auf, der eine Regeleinrichtung 31 mit einer Speichereinheit und einer Recheneinheit zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Der Mikrokontroller 30 ist hierzu mit einer Gate Drive Unit 32 ausgangsseitig verbunden. Die Gate Drive Unit 32 ist wiederum mit einer Leistungsendstufe 34 verbunden. Die Leistungsendstufe 34 weist drei Halbbrücken H1, H2, H3 auf, die jeweils über einen Anschlusspunkt HA1, HA2, HA3 mit einer Wicklungsspule U, V, W der elektrischen Motoreinrichtung elektrisch verbunden sind und in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 3 vorgegebenen Regelung der elektrischen Motoreinrichtung 2 eine pulsweiten modulierte Stromzufuhr an die Wicklungsspulen U, V, W durchführt. Ferner befindet sich das Sternpunktrelais 4 auf der Leiterplatine der Steuereinrichtung 3. Das Sternpunktrelais 4 dient dazu, im Notfall den elektrischen Kontakt zwischen der Steuereinrichtung 3 und der elektrischen Motoreinrichtung 2 zu unterbrechen und auf diese Weise eine mögliche Bremswirkung der elektrischen Motoreinrichtung 2 auf die Lenkung zu verhindern. Die elektrische Motoreinrichtung 2 ist als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Denkbar sind aber auch andere Formen gängiger elektrischer Motoren. Die Motoreinrichtung 2 weist ein Rotorelement mit einem Rotormagnetfeld und ein Statorelement mit mehreren Wicklungsspulen U, V, W auf. Das Rotorelement ist als Permanentmagnet ausgebildet. Durch zuführen des Stroms in die Wicklungsspulen U, V, W wird das Statormagnetfeld erzeugt, das bei entsprechender Stellung zum Rotormagnetfeld ein Drehmoment auf das Rotorelement ausüben kann. In dem speziellen Fall, dass das Statormagnetfeld in die gleiche Richtung wie das Rotormagnetfeld ausgerichtet ist, wird kein Drehmoment auf das Rotorelement ausgeübt, so dass die elektrische Motoreinrichtung 2 trotz eines Stromflusses drehmomentfrei betreibbar ist. Ferner weist die Motoreinrichtung 2 einen Sensorelement 50 zum Messen der relativen Position des Rotorelements zum Statorelement auf. Eine Verarbeitungseinheit 51 wertet die Signale des Sensorelements 50 aus und übermittelt diese an den Mikrocontroller 30. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend Anhand der Zum Fritten der elektrischen Kontakte 40U, 40V, 40W wird ein als Blindstrom wirkender Strom (nachfolgend als Blindstrom bezeichnet) an die Motoreinrichtung 2 zugeführt, wobei dieser Blindstrom auch durch die elektrischen Kontakte 40U 40V, 40W fließt. Die Motoreinrichtung 2 ist mittels des Blindstroms im Wesentlichen drehmomentfrei betreibbar. In den Der Impuls hat einen definierten Verlauf, Dauer und Höchstwert. Der Blindstromimpuls wird vorzugsweise für einen Zeitraum von kleiner als 500ms zugeführt. Vorzugsweise liegt der Höchstwert des Blindstroms im Bereich von 50A bis 100A. Der Blindstrom kann dabei zusätzlich zu einem Wirkstrom zugeführt werden. In diesem Fall überlagern sich Wirk- und Blindstrom. Vorzugsweise wird der Stromanstieg des Blindstroms angepasst, um das Rotorelement möglichst positionstreu bzw. bewegungsfrei betreiben zu können. Versuche haben ergeben, dass insbesondere der Stromanstieg einen wesentlichen Einfluss auf das Frittungsergebnis und der Positionstreue des Rotorelements ausübt. Als vorteilhaft hat es sich ferner ergeben, den Stromanstieg zu begrenzen, um eine ruckartige Bewegung des Rotorelements im Falle einer schlechten Frittung zu verhindern. Der Blindstrom kann bei jeder Inbetriebnahme bzw. bei der Bereitstellung der Antriebsvorrichtung zugeführt werden. Alternativ kann der Blindstrom nach dem Schließen der elektrischen Kontakte zugeführt werden. Dies kann auch in Intervallen erfolgen, beispielsweise für jeden zehnten Kurzschluss. Die Abschnitte A) und C) in In Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt automatisch dazu, dass sich am elektrischen Kontakt 40W mit dem höchsten elektrischen Widerstand, wie in Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Zusammenhang mit anderen elektrischen Antrieben angewendet werden. |