DE102006018980A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems - Google Patents

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Sven-Uwe Begerow
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ZF Lenksysteme GmbH
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    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
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Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge weist einen Elektromotor auf, durch dessen Magnetspule oder Magnetspulen ein Strom fließt, der von einem oder mehreren Halbleiterschaltern in Abhängigkeit einer pulsweitenmodulierten Spannung gesteuert wird. In einem vorgebbaren Zahlenbereich werden gemäß einer vorgegebenen Dichtefunktion (27) Zufallszahlen generiert. Mittels der Zufallszahlen werden die High-Phasenzeiten (28) und/oder die Low-Phasenzeiten (29) wenigstens eines Phasenzyklus der pulsweitenmodulierten Spannungen (15) variiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge mit einem Elektromotor durch dessen Magnetspule oder Magnetspulen ein Strom fliesst, der von Halbleiterschaltern in Abhängigkeit von pulsweitenmodulierten Spannungen gesteuert wird.
  • Ein gattungsgemässes Verfahren ist aus der DE 41 42 546 A1 für Spulen von Elektromagnetventilen bekannt. Elektrische Servolenksysteme weisen zur Momentenbeaufschlagung der zur elektrischen Unterstützung eingesetzten Elektromotoren wenigstens eine elektrische Spule auf, die über ein Getriebe auf die Zahnstange der Lenkung wirkt. Der notwendige Strom wird dabei durch eine bekannte Autobatterie zur Verfügung gestellt.
  • Der Elektromotor wird durch ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einem [mu]-Controller oder anwendungsspezifischen Schaltkreisen und einem oder mehrerer Halbleiterschalter angesteuert. Der Elektromotor soll mit einem bestimmten Signal, dem Sollstrom, der als Parameter dem [mu]-Controller zugeführt wird, angesteuert werden. Zur Regelung des Sollstroms wird der Iststrom mit einer geeigneten Schaltung aus einem oder mehreren Messwiderstände und Verstärker gemessen. Zur Bereitstellung der dafür erforderlichen Hilfsenergie kann eine elektrische Energiequelle vorgesehen sein.
  • Der Elektromotor weist eine oder mehrere Magnetspulen auf, durch die ein Strom fliesst, der von einem oder mehreren Halbleiterschaltern, insbesondere einem oder mehrerer Leistungstransistoren in Abhängigkeit der pulsweitenmodulierten Spannung oder Spannungen gesteuert wird. Durch den (Spulen-)Strom, der durch die Magnetspule oder Magnetspulen fliesst, wird das Moment erhöht oder verringert.
  • Da der für das jeweils vorgesehene Moment des Elektromotors notwendige (Spulen-) Strom vorgegeben ist, erfolgt die Ansteuerung der Magnetspule oder Magnetspulen mit einer konstanten Frequenz. Daraus entstehen Geräusche (Pfeifton) im System, die beispielsweise auf Resonanzen beruhen können. Nachteilig ist ausserdem das EMV-Verhalten, insbesondere die Abstrahlung, die sich störend auf weitere Systeme im Kraftfahrzeug auswirken kann.
  • Aus der gattungsgemässen Schrift, der DE 41 42 546 A1 , ist es zur Vermeidung von Pfeiftönen bekannt, dem Leistungstransistor Spannungsimpulse zuzuführen, deren Startflanken mit unterschiedlichen zeitlichen Abständen voneinander beginnen. Sonach kann sich keine konstante Frequenz ausbilden, wodurch ein Pfeifton vermieden wird. Es entsteht ein unbeachtliches Geräusch, das im übrigen Geräuschpegel des Fahrzeugs nicht stört. Durch ein unregelmässiges Ändern des Abstandes der Startflanken kann das Geräusch zu einem sogenannten "weissen Rauschen" werden. Gemäss der DE 41 42 546 A1 ist vorgesehen, dass der Leistungstransistor abschaltet, wenn der Sollwert des Stromes kleiner ist als der Istwert des Stromes. Im umgekehrten Fall schaltet der Leistungstransistor wieder ein. Da die Abfragezeit einer diesen Vorgang regelnden Prozessoreinheit unabhängig von dem Verhältnis des Sollwertes zum Istwert ist, erfolgt die Ein- und Abschaltung des Leistungstransistors in stochastischen Zeitabständen. Die Abfrage erfolgt nämlich nicht bei einem exakten Strompegel, sondern entsprechend dem Programmablauf, der unabhängig vom Stromverlauf ist. Dadurch entsteht ein kleiner Fehler bei der Ansteuerung des Leistungstransistors. Aufgrund der Wahrscheinlichkeit verteilt sich dieser Fehler jedoch so auf die An- und Abschaltzeit, dass sich im Mittelwert ein (Spulen-)Strom der Magnetspule entsprechend des Sollstromes ergibt, jedoch mit einer zufälligen, sich ständig wechselnden Frequenz.
  • Von Nachteil bei einem System gemäss der gattungsgemässen Schrift ist es, dass aufgrund des notwendigen Einsatzes eines oder mehrerer Komparatoren entsprechende Kosten verursacht werden. Der Komparator ist darüber hinaus störanfällig gegenüber einer entsprechenden EMV-Einstrahlung.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge zu schaffen, durch das störende Geräusche vermindert und das EMV-Verhalten verbessert wird, wobei das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar sein und gegebenenfalls die Vorgabe eines als geeignet angesehenen Frequenzspektrums möglich sein soll.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe auch durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 10 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemässen Lösungen wird die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals oder pulsweitenmodulierten Signale durch Überlagerung von Rauschen verändert. Dabei ist gemäss Anspruch 1 vorgesehen, dass das pulsweitenmodulierte Signal zwar zufällig verändert wird, jedoch die zur Veränderung der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit verwendete Zufallszahl in einem vorgegebenen Zahlenbereich gemäss einer vorgegebenen Dichtefunktion generiert wird. Hierdurch ist eine Einflussnahme auf den für die Variation der Frequenz möglichen Frequenzbereich sowie eine Gewichtung möglich.
  • In einer Ausführungsform kann die vorgegebene Dichtefunktion dabei eine gleichmässige Verteilung auf den vorgegebenen Zahlenbereich bzw. auf das gewünschte Frequenzspektrum vorsehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass die vorgegebene Dichtefunktion zu einem Frequenzspektrum führt, bei dem die Eintrittswahrscheinlichkeit sinkt, je weiter die Frequenz von der Grundfrequenz entfernt ist (die Eintrittswahrscheinlichkeit für ein derartiges Frequenzsystem weist graphisch dargestellt eine Trapez-, Dreiecks- bzw. Glockenform auf).
  • Durch die Messung des Spulen-Iststroms ergibt sich hinsichtlich der Öffnung des Elektromagnetventils, die vom Spulenstrom bestimmt ist, eine weitgehende Unabhängigkeit von einer Hilfsspannung und von einem parasitären Motorspulenwiderstand. Das Verhältnis von Highphasenzeit zur Gesamtphasenzeit kann dem zu regelnden Strom entsprechen. Dies kann einerseits dadurch erfolgen, dass die Einschaltdauer durch die Berechnung der Differenz aus dem Iststrom und dem Sollstrom gebildet wird, andererseits ist aufgrund der stochastischen Verteilung davon auszugehen, dass sich im Mittel trotz der Variation der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit durch die Zufallszahl, ein Mittelwert des (Spulen-)Stroms der Magnetspule einstellen wird, der dem Sollstrom entspricht.
  • Erfindungsgemäss kann vorgesehen sein, dass die Variation der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit jeweils durch eine Multiplikation oder Addition der zugeordneten, generierten Zufallszahl erfolgt.
  • Die jeweils ermittelten Zufallszahlen werden mit den pulsweitenmodulierten High- und Low-Phasenzeiten des gewünschten Sollstroms multipliziert oder addiert. Der berechnete Sollstrom weicht durch die Zufallszahlen vom vorgesehenen Sollstrom um ein Verhältnis Isoll·a oder Isoll·(-a) oder einen bestimmten Betrag Isoll +a oder Isoll –a ab. Die Berechnung kann für jeden Phasenzyklus neu durchgeführt werden. Eine Folge ist die Variation der pulsweitenmodulierten Frequenz durch Verlängern und Verkürzen der High-Phasenzeit bzw. der Low-Phasenzeit. Möglich ist es grundsätzlich auch, die Berechnung seltener, d.h. nicht bei jedem Phasenzyklus durchzuführen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf einem [mu]-Controller eines Steuergerätes des elektrischen Servolenksystems eine Generatorfunktion die Zufallszahlen ermittelt.
  • Das Verfahren lässt sich in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise durchführen, wenn eine Software-Generatorfunktion mit einem bestimmten Zahlenbereich vorgesehen ist, die im [mu]-Controller Zufallszahlen anhand einer beliebigen, definierten Dichtefunktion generiert. Alternativ dazu sind auch andere Möglichkeiten, die Zufallszahlen zu ermitteln bzw. zu generieren, nahegelegt. Insbesondere kann auch ein Schaltkreis eines Steuergerätes des elektrischen Servolenksystems als Generatorfunktion die Zufallszahlen ermitteln.
  • Erfindungsgemäss kann vorgesehen sein, dass nur jeweils eine der beiden charakteristischen Phasenzeiten, z.B. nur die High-Phasenzeit oder die Low-Phasenzeit beeinflusst wird. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich beide charakteristischen Phasenzeiten zu beeinflussen.
  • Erfindungsgemäss kann vorgesehen sein, dass bei Motoren mit mehreren Magnetspulen die Variation der High-Phasenzeiten und/oder der Low-Phasenzeiten auf allen Magnetspulen mit dem gleichen Gewicht und/oder der gleichen Dichtefunktion oder mit unterschiedlichem Gewicht und/oder unterschiedlicher Dichtefunktion erfolgt.
  • Die durch die Variation der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit mittels der Zufallszahlen veränderte Frequenz variiert in etwa um das Verhältnis oder den Betrag +/– a der berechneten Stromabweichung. Die Variation der Einzelphasenzeiten um das Verhältnis oder den Betrag +/– a führt folglich zu einem vergleichsweise schmalen Frequenzspektrum um die Grundfrequenz. Für das Geräusch- und Abstrahlverhalten kann es jedoch vorteilhaft sein, ein möglichst breites, vorzugsweise bestimmbares Frequenzspektrum zu nutzen.
  • Erfindungsgemäss kann hierfür vorgesehen sein, dass die Grundfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannung mit einer weiteren Zufallszahlenverteilung variiert wird.
  • Die Variation der Grundfrequenz mit Hilfe einer weiteren Zufallszahlenverteilung führt zu einer weiteren Spreizung des Frequenzspektrums. Die Berechnung kann für jeden Phasenzyklus der pulsweitenmodulierten Spannung neu durchgeführt werden.
  • Möglich ist es grundsätzlich auch, die Berechnung seltener, d.h. nicht bei jedem Phasenzyklus auszuführen.
  • Die Zufallszahlenverteilung kann vorzugsweise derart gewählt werden, dass die variierte Grundfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums, d.h. innerhalb einer bestimmten unteren Frequenz und einer bestimmten oberen Frequenz definiert ist. Die Spreizung des Frequenzspektrums erfolgt somit definiert.
  • Eine äusserst vorteilhafte Lösung, beispielsweise um bestimmte als besonders störend empfundene Frequenzbereich nahezu vollständig auszuschliessen, kann darin bestehen, durch eine geeignete Bestimmung der weiteren Zufallszahlenverteilung einzelne Spektralteile des Frequenzspektrums auszublenden. Die Variation der Grundfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannung mit einer weiteren Zufallszahlenverteilung kann auch unabhängig von der Variation der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit gemäss Anspruch 1 erfolgen. Dies ergibt sich aus dem unabhängigen Anspruch 10. Bereits durch eine Spreizung des Frequenzspektrums mit Hilfe einer Zufallszahlenverteilung wird die Grundfrequenz derart variiert, dass Pfeiftöne bzw. als unangenehm empfundene Geräusche des Systems vermieden und das EMV-Verhalten – besonders die Abstrahlung – verbessert wird. Die Veränderung der Grundfrequenz führt, genauso wie die Variation der High-Phasenzeit und/oder der Low-Phasenzeit, dazu, dass die auftretenden Geräusche einem sogenannten "weissen Rauschen" nahe kommen.
  • Eine äußerst vorteilhafte Lösung, beispielsweise in Systemen mit hohen PWM-Frequenzen, kann darin bestehen, durch die Herabsetzung der Grundfrequenz f0 von beispielsweise 20kHz auf 2kHz – also in den hörbaren Bereich hinein – die Verlustleistung an den Leistungsschaltern durch Schaltverluste erheblich herabzusetzen. Durch die Unbeachtlichkeit des Geräuschs mit definiertem Frequenzspektrum entstehen keine signifikanten Nachteile im hörbaren Bereich. Dies kann jedoch zu einer erheblichen Kostenreduktion im Kühlkonzept der Leistungsschalter führen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemässen Lösung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmässig dargestellt.
  • Es zeigt:
  • 1 ein stark vereinfachtes Schema eines elektrischen Servolenksystems eines Kraftfahrzeugs, welches durch das erfindungsgemässe Verfahren betrieben wird;
  • 2 ein Schema einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
  • 3 eine definierte Dichtefunktion A(x);
  • 4 ein pulsweitenmoduliertes Signal U(t) bei dem beide charakteristischen Phasenzeiten mittels Zufallszahlen variiert sind;
  • 5 eine charakteristische Generatorfunktion zur Ermittlung der Zufallszahlen und das daraus resultierende Frequenzspektrum;
  • 6 eine schematische Darstellung des Ablaufes der Variation einer High-Phasenzeit und/oder einer Low-Phasenzeit sowie einer Spreizung des Frequenzspektrums der Grundfrequenz anhand einer weiteren Zufallszahlenverteilung;
  • 7 eine Darstellung der Spreizung der Grundfrequenz innerhalb eines definierten Frequenzspektrums; und
  • 8 eine Darstellung der Spreizung der Grundfrequenz innerhalb eines definierten Frequenzspektrums, wobei ein Spektralanteil ausgeblendet ist.
  • Hilfskraftlenkungen für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, wozu beispielsweise auf die EP 0 142 988 B1 verwiesen wird. Ebenfalls hinlänglich bekannt sind elektrische Servolenksysteme, weshalb nachfolgend lediglich auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird.
  • 1 zeigt ein elektrisches Servolenksystem 1 eines Kraftfahrzeuges. Das elektrische Servolenksystem 1 weist eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 2 auf. Das Lenkrad 2 ist über eine Gelenkwelle 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, einen Drehwinkel der Gelenkwelle 3 in einen Lenkwinkel von lenkbaren Rädern 5a, 5b des Kraftfahrzeuges umzusetzen. Das Lenkgetriebe 4 weist eine Zahnstange 6 und ein Ritzel 7 auf, an welches die Gelenkwelle 3 angreift. Die Verschiebung der Zahnstange 6 wird dabei durch einen bekannten Elektromotor 10 unterstützt, der in üblicher Weise eine oder mehrere Spulen aufweist, die entsprechend der gewünschten Auslenkung der Räder 5a, 5b mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden können. Der elektrische Strom wird dabei durch eine Stromquelle erzeugt, die in üblicher und nicht dargestellter Weise unter anderem einen Generator sowie eine Autobatterie aufweist. Des weiteren ist ein Steuergerät 11 vorgesehen, welches zur Steuerung des Elektromotors 10 wenigstens einen Leistungstransistor 14 vorsieht. Der Elektromotor 10 regelt im allgemeinen sowohl die Hilfskraft in die eine Lenkrichtung als auch in die andere Lenkrichtung. Ein derartiger Aufbau ist aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt. 1 dient lediglich dem allgemeinen Verständnis bzw. der Zuordnung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems 1.
  • 2 zeigt eine Schaltung zur Steuerung eines oder mehrerer Elektromotoren 10. Gemäss dem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend die Steuerung eines Elektromotors 10 beschrieben. Das Moment des Motors 10 wird durch dessen Magnetspule oder Magnetspulen 13 bzw. dadurch, dass durch die Magnetspule oder Magnetspulen 13 ein Strom fliesst, gesteuert. Der Stromfluss wird dabei von einem oder mehreren Halbleiterschaltern 14 in Abhängigkeit einer pulsweitenmodulierten Spannung bzw. eines oder mehrerer pulsweitenmodulierten Signale 15 gesteuert. Das pulsweitenmodulierte Signal 15 wird dabei gemäss 2 von einem [mu]-Controller 16 vorgegeben. Alternativ dazu kann das pulsweitenmodulierte Signal 15 auch von einem anwendungsspezifischen Schaltkreis 17 erzeugt werden (in 1 prinzipmässig dargestellt). Der Elektromotor 12 und somit die Magnetspule oder Magnetspulen 13 soll mit einem bestimmten Signal, dem Sollstrom 18, der als Parameter dem [mu]-Controller 16 zugeführt wird, angesteuert werden. Zur Regelung des Sollstroms 18 wird der Iststrom durch die Magentspule oder Magnetspulen 13 mit einer Schaltung aus Messwiderstand oder Messwiderständen 19 und Verstärker oder Verstärkern 20 gemessen. Gemäss 2 ist zur Bereitstellung der erforderlichen Hilfsenergie eine elektrische Energiequelle 21 dargestellt. Die Messung der Spulenspannung oder Spulenspannungen 22, 23, sowie die Messung der Versorgungsspannung 24 ist optional zur Überwachung der Funktion vorgesehen. Die Reihenfolge der Schaltungsteile 13, 14, 19 und 20 kann in weiteren Ausführungsbeispielen beliebig gewählt werden.
  • Gemäss 2 ist des weiteren eine Diode oder mehrere Dioden 25 vorgesehen, die als Freilaufdiode für die geschaltete Induktivität dient. Die Freilaufdioden können in den Leistungsschaltern integriert sein.
  • 6 zeigt eine Generatorfunktion 26, die als Software auf dem [mu]-Controller 16 ausgeführt wird und innerhalb eines vorgegebenen bzw. bestimmten Zahlenbereichs gemäss einer vorgegebenen Dichtefunktion 27 Zufallszahlen generiert. Eine vorteilhafte Dichtefunktion 27 A(x) ist in 3 dargestellt. Dabei weist die Dichtefunktion 27 eine Glockenform auf, deren Maximum bei "0", d.h. keine Abweichung liegt und sich davon ausgehend zu den Werten x = +/– a erstreckt bzw. abflacht. Die Werte für a können dabei beispielsweise derart gewählt sein, dass die durch die Zufallszahlen zu variierende High-Phasenzeit 28 bzw. die Low-Phasenzeit 29 um +/– 30 % verändert werden. Auf diese Zahlenwerte ist die erfindungsgemässe Lösung selbstverständlich nicht beschränkt, vielmehr können in Abhängigkeit des mit dem elektrischen Servolenksystem 1 zu betreibenden Fahrzeugs unterschiedliche Werte als vorteilhaft erscheinen.
  • Die Zufallszahlen werden mit den High-Phasenzeiten 28 und/oder den Low-Phasenzeiten 29 des gewünschten Sollstroms 18 überlagert, insbesondere multipliziert oder addiert. Gemäss 6 ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die High-Phasenzeiten 28 und die Low-Phasenzeiten 29 des gewünschten Sollstroms 18 mit den aus der Generatorfunktion 26 ermittelten Zufallszahlen bzw. der ermittelten Zufallszahl 27 multipliziert werden. Der so berechnete Sollstrom weicht durch die Zufallszahlen vom Sollstrom 18 um das bestimmte Verhältnis Isoll ·a bzw. Isoll·(–a) ab. Der Sollstrom entspricht einer variierten High-Phasenzeit 30 und einer variierten Low-Phasenzeit 31, die mit der Zufallszahl der Dichtefunktion 27 multipliziert wurden. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Berechnung für jeden Phasenzyklus neu erfolgt. Dadurch ergibt sich eine durch die Zufallszahlen variierte pulsweitenmodulierten Frequenz 32, bei der die ursprünglichen Einzelphasen 28, 29 verlängert bzw. verkürzt sind.
  • 6 zeigt ferner einen pulsweitenmodulierten Former 33, dem die variierten High- und Low-Phasenzeiten 30, 31 als Eingangsvariablen zugeführt werden.
  • 4 zeigt ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einer mittels der Zufallszahlen variierten High-Phasenzeit 30 und einer Low-Phasenzeit 31. Gemäss dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sowohl die High-Phasenzeit 28 als auch die Low-Phasenzeit 29 durch die Multiplikation mit der Zufallszahl zu entsprechend variierten High-Phasenzeiten 30 bzw. Low-Phasenzeiten 31 abgewandelt werden.
  • 5 zeigt die bereits gemäss 3 dargestellte Dichtefunktion 27 und das daraus resultierende Frequenzspektrum 34.
  • Um ein möglichst breites Frequenzspektrum 34 zu erzeugen, innerhalb dessen die Grundfrequenz f0 variiert werden kann, ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Grundfrequenz f0 der pulsweitenmodulierten Spannung in einem Frequenzgenerator 35 mit einer weiteren Zufallszahlenverteilung 36 variiert wird. Die Berechnung kann dabei für jeden Phasenzyklus neu durchgeführt werden. Möglich ist es grundsätzlich auch, die Berechnung seltener, d.h. nicht bei jedem Phasenzyklus auszuführen. Der Frequenzgenerator 35 für die Grundfrequenz f0 erhält als Eingabewert zusätzlich zu der Zufallszahlenverteilung 36 den Sollstrom 18 sowie ein Messwertsignal 37 des Iststroms. Durch den Frequenzgenerator 35 wird die Grundfrequenz f0 variiert. Diese variierte Grundfrequenz f0' wird gemäss 6 einen Generator 38 der High-Phasenzeit bzw. einem Generator 39 der Low-Phasenzeit zugeführt. Die Generatoren 38, 39 geben anschliessend die High-Phasenzeiten 28 bzw. die Low-Phasenzeiten 29 aus, die als Grundlage zur Variation mit den Zufallszahlen und zur Ermittlung des Sollstroms 30 (bzw. der variierten High-Phasenzeit) und des Sollstroms 31 (bzw. der variierten Low-Phasenzeit) dienen.
  • 7 zeigt eine Spreizung des Frequenzspektrums 34, wobei das Frequenzspektrum 34 durch einen bestimmten unteren Frequenzwert fmin und einen oberen Frequenzwert fmax definiert ist. Die Spreizung ergibt sich dabei durch die gemäss 6 beschriebenen Massnahmen, d.h. die Variation der Grundfrequenz f0 durch die weitere Zufallszahlenverteilung 36 sowie die Variation der High-Phasenzeit 28 und der Low-Phasenzeit 29 durch die Zufallszahlen, die in der Generatorfunktion 26 ermittelt wurden. Prinzipiell kann sich ein Frequenzspektrum 34 gemäss 7 auch lediglich durch eine Variation der Grundfrequenz durch die Zufallszahlenverteilung 36 ergeben.
  • 8 zeigt eine Variation des in 7 dargestellten Frequenzspektrums 34, wobei ein Spektralanteil 40 durch eine geeignete Bestimmung der weiteren Zufallszahlenverteilung 36 aus dem Frequenzspektrum 34 ausgeblendet ist.
  • 1
    Elektrisches Servolenksystem
    2
    Lenkrad
    3
    Gelenkwelle
    4
    Lenkgetriebe
    5a
    Räder
    5b
    Räder
    6
    Zahnstange
    7
    Ritzel
    8
    Lenkgetriebe
    9
    Zahnstangenführung
    10
    Elektromotor
    11
    Steuergerät/Autobatterie
    12
    Getriebe
    13
    Magnetspule
    14
    Halbleiterschalter
    15
    pulsweitenmoduliertes Signal
    16
    [mu]-Controller
    17
    Schaltkreis
    18
    Sollstrom
    19
    Messwiderstand/Messwiderstände
    20
    Verstärker
    21
    elektrische Energiequelle
    22
    Spulenspannung
    23
    Spulenspannung
    24
    Versorgungsspannung
    25
    Diode
    26
    Generatorfunktion
    27
    Dichtefunktion
    28
    High-Phasenzeiten
    29
    Low-Phasenzeiten
    30
    veränderte High-Phasenzeiten
    31
    veränderte Low-Phasenzeiten
    32
    durch Zufallszahlen variierte pulsweitenmodulierte Frequenz
    33
    pulsweitenmodulierter Former
    34
    Frequenzspektrum
    35
    Frequenzgenerator
    36
    weitere Zufallszahlenverteilung
    37
    Messwertsignal des Iststroms
    38
    Generator der High-Phasenzeiten
    39
    Generator der Low-Phasenzeiten
    40
    Spektralanteil
    f0
    Grundfrequenz
    f0'
    variierte Grundfrequenz

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge mit einem Elektromotor, durch dessen Magnetspule oder Magnetspulen ein Strom fliesst, der von einem oder mehereren Halbleiterschalter in Abhängigkeit einer pulsweitenmodulierten Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Zufallszahlen in einem vorgegebenen Zahlenbereich gemäss einer vorgegebenen Dichtefunktion (27) generiert werden, wobei eine High-Phasenzeit (28) und/oder eine Low-Phasenzeit (29) wenigstens eines Phasenzyklus der pulsweitenmodulierten Spannung (15) mittels der Zufallszahlen variiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der High-Phasenzeit (28) und/oder Low-Phasenzeit (29) jeweils durch eine Multiplikation oder Addition der zugeordneten, generierten Zufallszahl erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung für jeden Phasenzyklus neu erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltdauer durch die Berechnung der Differenz aus dem durch die Magnetspule (13) fliessenden Iststroms und dem Sollstrom (18) gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem [mu]-Controller (16) eines Steuergerätes (11) des elektrischen Servolenksystems (1) eine Generatorfunktion (26) die Zufallszahlen ermittelt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltkreis (17) eines Steuergerätes (11) des elektrischen Servolenksystems (1) als Generatorfunktion (26) die Zufallszahlen ermittelt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz f0 der pulsweitenmodulierten Spannung (15) mit einer weiteren Zufallszahlenverteilung (36) variiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Zufallszahlenverteilung (36) derart gewählt wird, dass die variierte Grundfrequenz f0' innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums (34) liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine geeignete Bestimmung der weiteren Zufallszahlenverteilung (36) einzelne Spektralteile (40) des Frequenzspektrums (34) ausblendbar sind.
  10. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Servolenksystems für Kraftfahrzeuge mit einem Elektromagnetventil, durch dessen Magnetspule ein Strom fliesst, der von einem Halbleiterschalter in Abhängigkeit einer pulsweitenmodulierten Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz f0 der pulsweitenmodulierten Spannung (15) mit einer Zufallszahlenverteilung (36) variiert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufallszahlenverteilung (36) derart gewählt wird, dass die variierte Grundfrequenz f0' innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums (34) liegt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine geeignete Bestimmung der Zufallszahlenverteilung (36) einzelne Spektralteile (40) des Frequenzspektrums (34) ausblendbar sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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