DE10019152A1 - Regelungssystem mit modellgestützter Sicherheitsüberwachung eines elektronisch geregelten Stellers im Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem System zur Regelung eines mit einem elektrischen Stellmotor (4) ausgerüsteten Stellers in einem Kraftfahrzeug. Anhand des Beispiels eines einen elektromotorischen Lenksteller aufweisenden elektronischen Lenksystems werden erfindungsgemäß durch eine modellgestützte Überwachungseinrichtung (11A-15A) in Abhängigkeit von Sollgrößen des elektrischen Stellmotors (4), von durch jeweilige Sensoren (6, 7, 8) gemessenen Istgrößen (I¶ist¶, delta¶M,ist¶, delta¶L¶') und vom Fahrzustand (a¶q¶, z. B V¶Fzg¶) sowie auf der Basis eines ein Sollverhalten des Stellers (3, 4) und eines die enthaltenen Regelstrecken nachbildenden Modells (12, 13, 14) Ausgangsgrößen (DELTAM¶L¶, DELTAdelta¶M¶, DELTAI) zur Bewertung einer Stellgüte des Stellers (3, 4) und damit Kriterien zur eventuellen Abschaltung oder zur Initiierung eine Notlaufs erzeugt (Figur 5).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung eines Stellers in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung dieses Regelungssystems für ein elektronisches Lenksystem, Wankstabilisierungs­ system, Bremssystem sowie einen Lenkradsimulator.

Ein solches Regelungssystem ist aus der DE 40 25 847 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Regelungssystem bildet ein Parallelmodell ausgehend von dem Sollwert durch Nach­ bilden des Regelkreises eine Schätzgröße für den Istwert und beeinflußt das Übertragungsverhalten eines Führungs­ formers, welcher seinerseits ausgehend von der Schätz­ größe die Aufschaltgröße bestimmt. Sicherheitsaspekte sind von der modellgestützten Schätzung des bekannten Regelungssystems nicht berührt.

Die Aufgabe von elektromotorischen Stellern im Kraft­ fahrzeug ist es häufig, Positionen mit hoher Geschwindig­ keit und Genauigkeit einzustellen. Trotz robuster Rege­ lungen kann die gewünschte Position in der geforderten Zeit oft nicht erreicht werden. Das liegt zum einen an Charakterika des Stellers selbst, wie dessen Massen­ trägheit und PDI-Verhalten und zum andern am verwendeten Stellmotor, z. B. dessen Gegenmoment.

Als Beispiel sei ein elektronisches Lenksystem genannt. In einem elektronischen Lenksystem spielen Sicherheits­ aspekte eine große Rolle. Im Sicherheitskonzept müssen Entscheidungen zur Bewertung der Stellgüte (der Posi­ tionsgenauigkeit und der Geschwindigkeit des als Lenk­ steller verwendeten Elektromotors) getroffen werden und gegebenenfalls eine Abschaltung des elektronischen Lenk­ systems initiiert werden. Ein Problem des dafür zu erstellenden Sicherheitskonzepts besteht darin, das richtige Kriterium zur Abschaltung des elektronischen Lenksystems zu finden. Eine einfache Auswertung der Signale von den im elektronischen Lenksystem enthaltenen Sensoren führt nicht zum Ziel; vielmehr muß das dyna­ mische Verhalten des Systems in die Betrachtungen einbezogen werden.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Regelungssystem so anzugeben, daß es die für die Sicher­ heitsüberwachung eines elektromotorischen Stellglieds notwendigen Signale des Antriebs (Erreichen der Soll­ position in einer definierten Zeit) bewerten und Ent­ scheidungen zur Abschaltung fällen kann.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Als wesentlichen Aspekt enthält das erfindungsgemäße Regelungssystem eine modellgestützte Überwachungsein­ richtung, die unter Einbezug eines Modells des Stell­ motors und eines Modells der Regelstrecke die notwendige Information liefert, um die Stellgüte bewerten zu können.

Zu diesem Zweck weist die Überwachungseinrichtung einen Lastmomentschätzer und Modelle für den Stellmotor und für die Regelstrecke sowie eine Fehlerauswertungseinrichtung auf, die abhängig von den von den Modellen ermittelten theoretischen Werten und von der Lastmomentschätzung Maßnahmen zur Sicherheit der mit dem Steller verstellten Glieder bzw. des Fahrzeugs vornimmt.

Das Ergebnis der Lastmomentschätzung dient der Fehler­ auswertungseinrichtung dazu, die Gültigkeit der durch die Modellbildung ermittelten Stromistwert- und Positions­ istwert-Differenzsignale zu entscheiden.

Das Modell des Stellmotors ermittelt das tatsächlich vom Motor aufgebrachte Lastmoment. Daraufhin wird das vom Stellmotor aufzubringende Lastmoment abhängig vom Betriebszustand geschätzt und mit dem anhand des Modells ermittelten tatsächlichen Lastmoment verglichen.

Mit Kenntnis der Last lassen sich dann über das rege­ lungstechnische Modell der Regelstrecke die Kenngrößen Iststrom und Position des Stellantriebs berechnen, die ihrerseits wieder mit den gemessenen Werten verglichen und von der Fehlerauswertungseinrichtung innerhalb festgelegter Grenzen auf Plausibilität überprüft werden. Ein unter Verwendung des erfindungsgemäßen Regelungs­ systems bzw. der Überwachungseinrichtung realisiertes Sicherheitssystem macht die genannten Plausibilitäts­ überwachungen zur Grundlage der Entscheidung, ob das System abgeschaltet werden muß oder nicht.

Mit Hilfe des Modells des Stromregelkreises und des Modells des Lageregelkreises werden geschätzte Zustands­ größen für den Stromistwert und den Positionsistwert bereitgestellt.

Die geschätzten Größen werden der Fehlerauswertungs­ einrichtung zugeführt, um das Sicherheitssystem zu beein­ flussen, d. h. z. B. das Abschalten des Stellwerks einzuleiten.

In dem als Ausführungsbeispiel gewählten elektronischen Lenksystem wird demnach der mit dem Lastmomentschätzer abgeschätzte theoretische Wert des Lastmoments unter Zuhilfenahme von Kennlinien und Wissen über die möglichen Lastzustände ermittelt bzw. berechnet. Wenn das Fahrzeug auch mit einer kraftunterstützenden Servolenkung ausge­ stattet ist, ist im Lastmomentschätzer auch die (relativ einfache) Kennlinie oder das Kennlinienfeld der Servo­ lenkung gespeichert. Abhängig vom Lenkwinkel, gemessen durch einen Winkelsensor und/oder von der Lenkgeschwin­ digkeit wird mittels des Kennlinienfeldes ein Schätzwert für das Lastmoment ermittelt. Durch Vergleichen der tatsächlich gemessenen Last mit der theoretisch möglichen Last läßt sich ermitteln, ob der Lenkstellmotor ordnungs­ gemäß arbeitet oder ob außergewöhnliche äußere Umstände oder ein Defekt des Stellmotors es notwendig machen, das System abzuschalten.

Im Beispiel des Lenkstellers für ein elektronisches Lenksystem für eine Einzelradlenkung oder für eine Lenkung von zwei durch eine Spurstange miteinander ver­ bundenen Rädern kann somit unterschieden werden, ob sich der Stellmotor im voll funktionsfähigen Arbeitsbereich befindet, oder ob eine Fehlfunktion gegebenenfalls eine Abschaltung notwendig macht.

Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung des erfindungs­ gemäßen Regelungssystems für ein elektronisches Lenk­ system liegt darin, daß nur mit Hilfe von Winkelsensoren und einem Stromfühler - ohne einen Drehmomentensensor - beurteilt werden kann, ob das Regelungssystem ordnungs­ gemäß arbeitet oder ob aufgrund von Wellenbruch, Lager­ verschleiß, Zahnflankenbruch, erhöhter Reibungskräfte durch Verschleiß und ähnlichen oder von außergewöhnlichen äußeren Umständen (z. B. das Lenken gegen den Bordstein) eine Abschaltung des Systems notwendig ist.

Hier ist ausdrücklich hervorzuheben, daß die erfindungs­ gemäßen Prinzipien nicht nur bei elektronischen Lenk­ systemen sondern auch bei anderen, einen elektrischen Stellmotor verwendenden Stellern im Kraftfahrzeug verwendbar sind, z. B. bei elektronischen Bremssystemen, Wankstabilisierungen, Lenkradsimulatoren für Steer-by- Wire-Anwendungen, automatischen Federungs- und/oder Niveauregelungssystemen, bei denen Sicherheitsaspekte ebenfalls eine große Rolle spielen.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Regelungssystem allgemein und in beispielhafter Anwendung für ein einen elektromotorischen Lenksteller verwendendes elektroni­ sches Lenksystem anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt Funktionsblöcke eines allgemeinen Prinzips eines Regelsystems für einen elektromotorischen Antrieb;

Fig. 2 zeigt Funktionsblöcke einer erfindungsgemäße Aspekte verwirklichenden modellgestützten Sicherheits­ überwachung von Stellantrieben;

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines einen Elektro­ motor verwendenden Stellantriebs im Kraftfahrzeug;

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines Stellers für ein elektronisches Lenksystem, und

Fig. 5 zeigt in Form eines Funktionsblockschaltbilds eine erfindungsgemäße modellgestützte Überwachungsein­ richtung zur Erzeugung von Information zur Bewertung der Stellgüte, z. B. des Lenkstellers gemäß Fig. 4.

Ausführungsbeispiel

Bei dem in Fig. 1 in Funktionsblöcken dargestelltem allgemeinen Prinzip eines Regelsystem für einen elektromotorischen Antrieb empfängt eine einen oder mehrere Mikrocontroller aufweisende Steuereinheit Ist­ größen U, I von einer Leistungsendstufe, u', i', M, δ vom einem elektrischen Motor, M', δ' von einem optionell vor­ handenen Getriebe und δ'' von einem Aktuator. Aus diesen ihr zugeführten gemessenen Istgrößen kann die Mikro­ controllersteuereinheit Sollgrößen u, i und Abschalt­ signale A, B, C und D erzeugen, die jeweils der Leis­ tungsendstufe, dem Motor, dem Getriebe und dem Aktuator zum Abschalten zugeführt werden.

Die als Abschaltsignale bzw. gemessenen Größen genannten Größen bezeichneten allgemein formuliert und stellen kein Maß in einem implementierten Regelungssystem dar. D. h., es hängt von der konkreten Ausführung des Rege­ lungssystems ab, welche Abschaltungen vorgenommen werden bzw. welche Signale gemessen werden müssen.

Fig. 2 zeigt in Funktionsblöcken eine modellgestützte Sicherheitsüberwachung gemäß der Erfindung für mit einem elektrischen Stellmotor versehene Stellantriebe.

Diese in Fig. 2 dargestellte Überwachungseinrichtung kann in der in Fig. 1 dargestellten Mikrocontroller­ einheit implementiert oder auch als separate Einheit realisiert sein.

Fig. 2 zeigt einen Störmomentschätzer 11A, einen Ist- Momentenschätzer 12A, einen Ist-Lage-/Winkelgeschwindig­ keitsschätzer 14A, einen Ist-Strom-/Spannungsschätzer 13A und eine Fehlerauswertungs-Abschaltkoordinatoreinrichtung 15A, die aus den ihr von den Schätzern 12A, 13A, 14A zugeführten Fehlersignalen Abschaltsignale A, B, C und D erzeugt.

Im einzelnen erhalten der Istmomentenschätzer 12A, der Ist-Strom-/Spannungsschätzer 13A und der Ist-Lage-/Win­ kelgeschwindigkeitsschätzer 14A Momentenwerte, z. B. M, M', Lagewerte, z. B. δ, δ', δ'', Motorwerte, z. B. u', i', Signale der Leistungsendstufe U, I und Sollwerte des Mikrocontrollers u, i. Der Störmomentschätzer 11A empfängt systemabhängige Werte, z. B. eine Fahrzeug­ geschwindigkeit V_Fzg, eine Fahrzeugquerbeschleunigung a_q und/oder die zeitliche Ableitung dδ/dt einer Winkel­ position δ.

Erfindungsgemäß erzeugt der Störmomentschätzer 11A ein theoretisches Störmoment in Abhängigkeit von den zuge­ führten systemabhängigen Größen sowie gegebenenfalls von sensorisch gemessenen Istgrößen.

Der Ist-Strom-/Spannungsschätzer 13A und der Ist-Lage- /Winkelgeschwindigkeitsschätzer bilden ein regelungs­ technisches Model der Regelstrecke und der Istmomenten­ schätzer 12A ein Modell des Stellmotors und berechnen abhängig von den ihn zugeführten Sollwerten, den Lagewerten und den Momentenwerten und dem vom Stör­ momentschätzer geschätzten theoretischen Störmoment einen theoretischen Istwert für die Position und/oder für das tatsächlich aufgebrachte Moment und/oder den Strom des Stellmotors, und die von den Schätzern ausgegebenen Fehlersignale bilden jeweils Differenzsignale zwischen dem berechneten theoretischen Istwert und dem ent­ sprechenden sensorisch gemessenen oder einem aufgrund eines von wenigstens einem sensorisch gemessenen Wert direkt abgeleiteten Istwerts. Die Fehlersignale werden dann der Fehlerauswertungs-Abschaltkoordinatoreinrichtung 15A als Maß für die Stellgüte des Stellers eingegeben, der aus den verschiedenen Fehlersignalen dann die Abschaltsignale wahlweise erzeugen kann.

Ein Stellantrieb im Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Stellmotor 4 ist in Fig. 3 dargestellt. Er besteht aus einem Prozessrechner 1, der abhängig von Eingangssignalen Iststrom I_ist, von einem Stromsensor 6 geliefert, der Ist­ lage δ_M,ist des elektrischen Stellmotors 4, vom Positions­ sensor 7 geliefert, der Istlage δ_L' der Regelstrecke 5, vom Positionssensor 8 geliefert, und von Signalen, die einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs angeben, bewertet, ob aufgrund zu hoher Positions- bzw. Zeitfehler das System abgeschaltet werden muss oder nicht.

Der elektrische Stellmotor 4 ist ein elektrischer Antriebsmotor eines geeigneten Typs. Beispielhaft sei hier ein permanent erregter Gleichstrommotor genannt. Alternativ kommt auch ein elektronisch kommutierter Motor (ein sogenannter EC-Motor), ein Asynchronmotor, insbe­ sondere ein Drehstromasynchronmotor oder auch ein Piezomotor in Frage.

Die ausgangsseitige Position des elektrischen Stellmotors 4 wird in Fig. 3 beispielhaft durch einen Winkelsensor 7 gemessen.

Die Regelstrecke 5, d. h. das zu verstellende Element, ist eine Einrichtung, die mechanische Energie von einer Bewegungsform in eine andere Bewegungsform wandelt. Als Beispiel seien hier ein mechanisches Getriebe oder ein Überlagerungsgetriebe, z. B. ein Planetengetriebe ge­ nannt. Der elektrische Stellmotor 4 wird durch eine, hier nicht weiter definierte, Leistungsendstufe 3 angesteuert, die ihrerseits ihr Steuersignal U_a von einem Stromregler 2 bekommt. Der Stromregler 2 regelt die Spannung U_a, die dem elektrischen Stellmotor 4 zugeführt wird aufgrund der Stromdifferenz zwischen einem vom Prozessrechner 1 vorgegebenen Sollstrom I_soll und der Iststromstärke I_ist, die vom Stromsensor 6 geliefert wird.

Die Sollstromstärke I_soll ihrerseits wird im Prozess­ rechner 1 von einer hier nicht weiter definierten Lage­ regelung vorgegeben.

Fig. 4 stellt als ein Ausführungsbeispiel einen elektromotorischen Lenksteller für ein elektronisches Lenksystem dar. Das dargestellte Beispiel ist auf eine elektronische Lenkstellung von zwei durch eine Spurstange miteinander verbundenen gelenkten Rädern (Vorderrädern) gerichtet, kann jedoch ohne weiteres auf ein elektro­ nisches Lenksystem übertragen werden, bei dem für jedes gelenkte Rad jeweils ein elektromotorischer Lenksteller vorhanden ist. Es ist zu bemerken, dass Fig. 4 das Blockschaltbild der Fig. 1 enthält und um die für den Lenksteller spezifischen Komponenten und Signale ergänzt ist.

Gemäß Fig. 4 erhält der Prozessrechner 1 außer dem Iststrom I_ist vom Stromsensor 6, der Istlage δ_M,ist des als Lenksteller dienenden Elektromotors 4, die vom Positions­ sensor 7 geliefert wird sowie der Istlage δ_L' beispielsweise eines Überlagerungsgetriebes 5 einen Lenk­ radwinkel δ_L von einem mit der Lenkradwelle verbundenen Winkelsensor 10 sowie Sensorsignale a_q, V_Fzg, die den Fahrzustand des Fahrzeugs angeben und von nicht dargestellten Sensoren oder von anderen im Fahrzeug enthaltenen Steuergeräten geliefert werden. Der Prozess­ rechner 1 ermittelt aus den ihm eingegebenen gemessenen oder ermittelten Eingangssignalen den Stromsollwert I_soll, welcher in einem Vergleicher mit dem gemessenen Stromistwert I_ist verglichen wird. Das durch den Vergleich erzeugte Vergleichssignal wird dem Stromregler 2 eingegeben, der am Ausgang eine geregelte Spannung U_a der Leistungsendstufe 3 anlegt.

Der als Lenksteller eingesetzte Elektromotor 4 ist bei­ spielsweise ein permanenterregter Gleichstrommotor, der einen Eingang des Überlagerungsgetriebes 5 beaufschlagt. Der andere Eingang des Überlagerungsgetriebes 5 wird von dem vom Fahrer am Lenkrad vorgegebenen Lenkradwinkel δ_L beaufschlagt. Das Überlagerungsgetriebe 5 erzeugt an seinem Ausgang einen überlagerten Lenkwinkel δ_L', der, wie gesagt, von einem Winkelsensor 8 gemessen wird. Der vom Überlagerungsgetriebe erzeugte überlagerte Lenkwinkel δ_L' wird dann gegebenenfalls über eine Servoeinrichtung 9 dem Lenkgetriebe und damit den gelenkten Rädern zugeführt.

Die bislang anhand der Fig. 4 beschriebenen Funktionen eines mit einem Elektromotor als Lenksteller ausge­ statteten elektronischen Lenksystems sind bekannt.

Zweck der Erfindung ist es in diesem Ausführungsbeispiel, die für die Sicherheitsüberwachung eines solchen elektro­ motorischen Lenkstellers notwendigen Informationen zu liefern, um die Stellgüte des Antriebs (Erreichen der Sollposition in einer definierten Zeit) bewerten und Entscheidungen zur Abschaltung fällen zu können.

Die Schwierigkeit im Sicherheitskonzept besteht darin, das richtige Kriterium zu finden, das zur Abschaltung führt. Eine alleinige Auswertung der von den genannten Sensoren gelieferten Signale führt nicht zum Ziel; viel­ mehr muß das dynamische Verhalten des Gesamtsystems in die Betrachtungen einbezogen werden.

Die Fig. 5 zeigt in Form schematischer Funktionsblöcke ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, modellge­ stützten Überwachungseinrichtung (vgl. Fig. 2) beispiel­ haft angewendet auf eine Sicherheitsüberwachung eines elektromotorischen Lenkstellers, wie er in Fig. 4 gezeigt ist und oben beschrieben wurde.

In diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist ein Lastmomentschätzer 11 vorgesehen, der aufgrund des Fahr­ zustand des Fahrzeuges, wie er beispielhaft durch ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_Fzg und ein Querbeschleu­ nigungssignal a_q angegeben ist und aufgrund von ent­ sprechenden Sensoren gelieferten Signalen, beispielsweise dem vom Winkelsensor 8 gelieferten Lenkwinkel δ_L' am Aus­ gang des Überlagerungsgetriebes 5 und dessen zeitlicher Ableitung dδ_L'/dt ein theoretisches Lastmoment M_L* schätzt, welches der elektromotorische Lenksteller 4 bei diesem speziellen Fahrzustand des Fahrzeuges aufbringen müßte.

Wenn das Lenksystem des Fahrzeugs mit einer kraftunter­ stützenden Hilfskraftlenkung (Servolenkung) 9 ausge­ stattet ist, ist im Lastmomentschätzer 11 die Kennlinie oder das Kennlinienfeld der Servolenkung 9 gespeichert. Dann kann abhängig vom Lenkradwinkel δ_L, gemessen durch den Winkelsensor 10 oder von der Lenkgeschwindigkeit am Lenkrad dδ_L/dt oder von der erwähnten zeitlichen Ab­ leitung dδ_L'/dt des vom Winkelsensor 8 gemessenen Aus­ gangslenkwinkels δ_L' vom Lastmomentschätzer 11 anhand des Kennlinienfeldes ein Schätzwert M_L* für das Lastmoment ermittelt werden.

Das vom Lastmomentschätzer 11 geschätzte theoretisch aufzubringende Lastmoment M_L* wird in einem Vergleichs­ glied mit dem tatsächlich vom elektromotorischen Lenk­ steller 4 aufgebrachten Moment M_L verglichen, welches unter Benutzung eines Motormodells 12 aus dem vom Strom­ sensor 6 gemessenen Stromistwert I_ist und der vom Winkel­ sensor 7 gemessenen Istposition δ_M,ist berechnet wurde. Dabei ist das Motorenmodell 12 ein auf dem Maschinen­ modell des Gleichstrommotors 4 beruhendes Modell.

Die vom Vergleichsglied erzeugte Momentendifferenz ΔM_L wird einer Fehlerauswertungseinrichtung 15 zugeführt. Abhängig von der Größe und der Dynamik des Fehlers werden die verschiedenen Entscheidungen im Sicherheitskonzept des elektronischen Lenksystems gefällt, d. h. sofortige Abschaltung, Notlauf, Warnsignalgabe, usw. Ferner wird, wie nachstehend ausgeführt wird, die Gültigkeit oder Plausibilität der von einem Modell-Stromregelkreis 13 und einem Modell-Lageregelkreis 14 an die Fehlerauswertungs­ einrichtung gelieferten Signale ΔI und Δδ_M entschieden.

Das Modell-Stromregelkreis 13 zeichnet sich dadurch aus, daß unter Ausnutzung des regelungstechnischen Modells der Regelstrecke und unter Verwendung der Größen I_soll, δ_M,ist und M_L* als Eingangsgrößen ein theoretischer Wert für den Iststrom I_ist* berechnet wird, der sich bei der Strom­ einspeisung des Elektromotors 4 mit dem Sollstrom I_soll einstellen sollte. Der vom Modell-Stromregelkreis 13 ermittelte theoretische Wert I_ist* des Iststroms wird dann mit dem vom Stromsensor 6 gemessenen Iststromwert I_ist verglichen. Die Stromdifferenz ΔI wird der Fehleraus­ wertungseinrichtung 15 zugeführt.

Das Modell-Lageregelkreis 14 berechnet unter Ausnutzung des regelungstechnischen Modells der Lageregelstrecke unter Verwendung der Eingangsgrößen I_soll und M_L* einen theoretischen Wert für die Istposition δ_M* des Stell­ motors 4. Dieser theoretische Wert δ_M* des Stellmotors 4 sollte sich theoretisch bei der Einspeisung des Soll­ stroms I_soll in den Stellmotor 4 einstellen. Der theo­ retisch anhand des Modells-Lageregelkreis 14 ermittelte Wert δ_M* der Istposition wird dann mit dem vom Winkel­ sensor 7 gemessenen Winkel δ_M,ist verglichen. Die Positi­ onsdifferenz Δδ_M wird ebenfalls der Fehlerauswertungsein­ richtung 15 zugeführt.

Die Fehlerauswertungseinrichtung 15 wertet, wie schon erwähnt, beide Differenzsignale ΔI und Δδ_M hinsichtlich ihrer Gültigkeit oder Plausibilität aus. Bei Gültigkeit bestimmen die Differenzsignale ΔI und Δδ_M i. V. m. ΔML von Einheit 12 von der Fehlerauswertungseinrichtung 15 initiierte, hier nicht weiter beschriebene weitere Maßnahmen des Sicherheitssystems, wie z. B. sofortige Abschaltung, Notlauf, Warnsignalgabe usw. Allerdings kann, wie erwähnt, die Gültigkeit der vom Modell- Stromregelkreis 13 und vom Modell-Lageregelkreis 14 erhaltenen theoretischen Ausgangssignale I_ist* und δ_M* aufgrund der von dem Motormodell 12 stammenden Momentendifferenz ΔM_L in Frage gestellt werden.

Es ist zu erwähnen, daß die in Fig. 5 dargestellten und oben beschriebenen Funktionsblöcke der modellgestützen Überwachungseinrichtung physikalisch Teile des dafür ein­ gerichteten Prozessrechners 1 gemäß Fig. 3 sein können. Mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der modellgestützten Überwachung eines für einen elektro­ motorischen Steller eines elektronischen Lenksystems dienenden Regelungssystems gemäß der Erfindung kann ohne einen Drehmomentensensor allein mit den beschriebenen und in Fig. 3 explizit angegebenen Winkel- und Strommeß­ sensoren beurteilt werden, ob das Lenksystem ordnungs­ gemäß arbeitet oder ob eine Abschaltung oder ein Notlauf des elektronischen Lenksystems angezeigt ist, z. B. aufgrund eines Wellenbruchs, Lagerverschleiß, Zahn­ flankenbruchs, erhöhte Reibung oder aufgrund außergewöhn­ licher äußerer Umstände, wie sie z. B. beim Lenken des Fährzeugs gegen einen Bordstein auftreten können.

Sinngemäß dasselbe gilt für andere nicht im Detail beschriebene Anwendungen des Regelungssystems bzw. der modellgestützten Überwachungseinrichtung gemäß der Erfin­ dung, z. B. bei einem Steller eines Wankstabilisie­ rungssystems oder eines elektronischen Bremssystems im Kraftfahrzeug, bei denen mit dem erfindungsgemäßen Regelungssystem ebenfalls eine Bewertung einer Stellgüte des eingesetzten Stellers mit Hilfe der modellgestützten Überwachungseinrichtung durchgeführt werden kann.

Claims (18)

1. System zur Regelung eines einen elektrischen Stell­ motor (4) aufweisenden Stellers in einem Kraftfahrzeug, mit einem Regler, der abhängig vom Vergleich eines aus einem Betriebszustand (a_q, V_Fzg) des Kraftfahrzeugs ermit­ telten Sollwerts (I_soll), der einer gewünschten Stell­ position entspricht, mit einem Istwert (I_ist, δ_M,ist), der der tatsächliche Steilposition des Stellers entspricht, eine Stellgröße (U_a) ermittelt und an den Steller abgibt, gekennzeichnet durch eine modellgestützte Überwachungs­ einrichtung (11A-15A; 11-15), die in Abhängigkeit von Sollgrößen (I_soll, U_soll) des elektrischen Stellmotors (4), von durch jeweilige Sensoren (6, 7, 8) gemessenen Ist­ größen (I_ist, δ_M,ist, δ_L') desselben und vom Betriebszustand des Fahrzeugs sowie auf der Basis eines ein Sollverhalten jeweils des Stellers (3, 4) und der in ihm enthaltenen Regelstrecken nachbildenden Modells eine Ausgangsgröße (ΔM_L, Δδ_M, ΔI) zur Bewertung einer Stellgüte des Stellers (3, 4) erzeugt, wobei die Überwachungseinrichtung (11A- 15A; 11-15) einen Lastmomentschätzer (11A, 11) aufweist, der ein theoretisches Lastmoment (M_L*) in Abhängigkeit von den durch die Sensoren (7, 8) gemessenen Istgrößen, insbesondere Positionsistwerten (I_ist, δ_M,ist, δ_L'), und/oder vom Betriebszustand (a_q, V_Fzg) des Fahrzeugs schätzt und unter Verwendung eines regelungstechnischen Modells (13, 14; 13A, 14A) der Regelstrecke und eines Modells (12A; 12) des Stellmotors (4) abhängig von der Sollgröße (I_soll, U_soll) und dem geschätzten theoretischen Lastmoment (M_L*) einen theoretischen Istwert (δ_M*, M_L*, I_ist*) für die Position und/oder für das tatsächlich aufgebrachte Moment und/oder den Iststrom des Stellmotors (4) berechnet und ein Differenzsignal (Δδ_M, Δω_M, ΔM_L, ΔI) zwischen dem (den) berechneten theoretischen Istwert bzw. Istwerten und dem entsprechenden sensorisch gemessenen Istwert oder einem von wenigstens einem sensorisch gemessenen Istwert direkt abgeleiteten Wert zur Bewertung der Stellgüte erzeugt.

2. Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (11-15; 11A- 15A) das vom Lastmomentschätzer (11; 11A) geschätzte theoretische Lastmoment (ML*) mit einem vom Stellmotor (4) tatsächlich aufgebrachten Motormoment (M_L) vergleicht, welches mittels eines Motormodelles (12; 12A) des Stell­ motors (4) abhängig vom gemessenen Istwert (I_ist) des Motorstroms und der vom entsprechenden Positionssensor (7) gemessenen Motor-Istposition (δ_M,ist) berechnet wird, und aus dem Vergleich ein Momentendifferenzsignal (ΔM_L) zur Bewertung der Stellgüte erzeugt.

3. Regelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs­ einrichtung (11-15; 11A-15A) in Abhängigkeit vom Strom­ sollwert (I_soll) des Stellmotors (4), der vom entspre­ chenden Positionssensor (7) gemessenen Motor-Istposition (δ_M,ist) und dem vom Lastmomentschätzer (11; 11A) ge­ schätzten theoretischen Lastmoment (M_L*) einen theore­ tischen Stromistwert (I_ist*) für den Motorstrom berechnet und ein Differenzsignal (ΔI) zwischen dem berechneten Stromistwert (I_ist*) und dem vom Stromsensor (6) gemes­ senen Stromistwert (I_ist) zur Bewertung der Stellgüte erzeugt.

4. Regelungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs­ einrichtung (11A-15A; 11-15) einen theoretischen Istwert (δ_M*) für die Position des Stellmotors (4) berechnet, die sich in Reaktion auf die Sollgröße beim Stellmotor (4) einstellen sollte, und ein Differenzsignal (Δδ_M, Δω_M) zwischen dem berechneten theoretischen Positionsistwert (δ_M*) und dem vom entsprechenden Positionssensor (7) ge­ messenen Positionsistwert (δ_M,ist) zur Bewertung der Stellgüte erzeugt.

5. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (11-15; 11A-15A) weiterhin eine Fehlerauswertungsein­ richtung (15, 15A) aufweist, welche das Momenten­ differenzsignal (ΔM_L), das Stromistwert-Differenzsignal (ΔI) und das Positionsistwertdifferenzsignal (Δδ_M, Δω_M) als Eingangsgrößen empfängt und daraus sicherheits­ relevante Fehler- und Ausfallsignale erzeugt.

6. Regelungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fehlerauswertungseinrichtung (15, 15A) die Gültigkeit des Stromistwert-Differenzsignals (ΔI) und des Positionsistwert-Differenzsignals (Δδ_M) wenigstens abhängig vom Momenten-Differenzsignal (ΔM_L) entscheidet.

7. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor (4) ein permanent erregter Gleichstrommotor ist.

8. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor ein elektronisch kommutierter Motor ist.

9. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor ein Asynchronmotor, insbesondere ein Drehstromasynchron­ motor ist.

10. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor ein Piezomotor ist.

11. Regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor ein Wanderwellenmotor ist.

12. Verwendung des Regelungssystems nach einem der vorangehenden Ansprüche für ein elektronisches Lenk­ system, das einen elektrischen Lenkstellmotor (4) aufweist, der einem an einem Lenkrad von einem Fahrer vorgegebenen Lenkradwinkel (δ_L) einen Zusatzlenkwinkel (δM) für jeweils ein linkes und rechtes Rad oder zwei gemeinsam gelenkte Räder überlagert, wobei die Über­ wachungseinrichtung (11A-15A) Signale für die Sicher­ heitsüberwachung des Lenksystems liefert.

13. Verwendung des Regelungssystems gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenksystem zur Einzel­ lenkung eines linken und rechten Rades eingerichtet ist.

14. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenksystem zur Lenkung von zwei mit einer Spur­ stange verbundenen Rädern eingerichtet ist.

15. Verwendung des Regelungssystems nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsüberwachung Sicherheitsmaßnahmen, wie eine Fehleranzeige, einen Warnsignalgabe, einen Notlauf oder eine Abschaltung des elektronischen Lenksystems initiiert.

16. Verwendung des Regelungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für ein elektronisches Wankstabili­ sierungssystem, das mindestens einen elektrischen Wank­ stabilisierungsmotor aufweist.

17. Verwendung des Regelungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für ein elektronisches Bremssystem, das mindestens einen elektrischen Bremsstellmotor aufweist.

18. Verwendung des Regelungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für einen Lenkradsimulator für Steer- by-Wire Lenkungen, wo abhängig vom Fahrerlenkwunsch ein fahrzustandsabhängiges Gegenmoment erzeugt wird.