DE102008028055A1

DE102008028055A1 - Verfahren zur Bereitstellung der Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102008028055A1
Application number: DE102008028055A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumann; Alexander Bartels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bereitstellung der Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung mittels eines Elektromotors, bei dem der Strom des Elektromotors in Abhängigkeit einer angeforderten Lenkunterstützung eingestellt wird und der maximale Strom des Elektromotors durch einen Grenzwert nach oben begrenzt ist, wird der Grenzwert des maximalen Stroms in Abhängigkeit der Temperatur des Elektromotors und der Temperatur einer gegebenenfalls vorhandenen, zugehörigen elektronischen Steuereinheit derart vorgegeben, dass dieser mit zunehmender Temperatur zurückgenommen wird. Weiterhin wird eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Lenkung angegeben. Die Erfindung ermöglicht den Einsatz kleinerer und leichterer Elektromotoren zur Lenkunterstützung bei Gewährleistung eines Überlastschutzes für den Motor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bereitstellung der Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung mittels eines Elektromotors, bei dem der Strom des Elektromotors in Abhängigkeit einer angeforderten Lenkunterstützung eingestellt wird und der maximale Strom des Elektromotors durch einen Grenzwert nach oben begrenzt ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine elektromechanische Lenkung, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
Elektromechanische Lenkungen sind unter anderem aus der DE 102 23 863 A1 , der DE 103 36 856 A1 , der DE 103 36 867 A1 , der DE 103 53 161 A1 , der DE 10 2006 041 717 A1 , der DE 10 2006 041 718 A1 und der DE 10 2006 041 719 A1 in unterschiedlichen Bauweisen bekannt, so dass deren Aufbau hier nicht näher erläutert werden braucht. Verfahren zur Bestimmung der Lenkunterstützung sind unter anderem aus der DE 102 44 067 A1 und der DE 10 2004 041 413 A1 bekannt. Hinsichtlich des Aufbaus einer solchen Lenkung sowie der Bestimmung der Lenkunterstützung wird der Inhalt der vorgenannten Schriften in die vorliegende Anmeldung miteinbezogen.
Die maximale Lenkleistung derartiger Lenkungen sowie von Lenkungen im Allgemeinen wird typischerweise auf die ungünstigste Fahrzeugkonfiguration abgestimmt, welche sich unter anderem durch die maximal zulässige Vorderachslast sowie die maximal zulässige Reifenbreite und maximale Fahrbahnreibwerte auszeichnet. Entsprechend abgestimmte Lenkungen benötigen einen relativ großen Elektromotor sowie eine leistungsfähige Leistungselektronik, um zu gewährleisten, dass der Fahrer schnelle Ausweichmanöver ohne großen Kraftaufwand durchführen kann. Zudem wirkt sich eine hohe Lenkunterstützung beim Parkieren vorteilhaft aus, da der Fahrer dann selbst geringere Handkräfte am Lenkrad aufbringen braucht. Die Reserven eines leistungsfähigen Elektromotors und einer entsprechenden Steuereinheit werden in der Praxis allerdings nur in seltenen Fällen ausgeschöpft, so dass der Motor und die Steuereinheit für den Normalbetrieb überdimensioniert sind. Ein leistungsfähigerer Motor weist in der Regel größere Abmessungen und ein höheres Bauteilgewicht auf. Zudem verursacht er höhere Kosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung bedarfsgerecht zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Grenzwert des maximalen Stroms in Abhängigkeit der Temperatur des Elektromotors und der Temperatur einer gegebenenfalls vorhandenen, zugehörigen elektronischen Steuereinheit derart vorgegeben ist, dass mit zunehmender Temperatur der Grenzwert zurückgenommen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Weiterhin wird eine elektromechanische Lenkung vorgeschlagen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Die Erfindung beruht darauf, dass über in der Lenkung vorhandene Parameter, wie beispielsweise die angeforderte Lenkunterstützung und den hierfür benötigten Motorstrom, auf den Fahrzustand geschlossen werden kann.
Liegt ein Fahrzustand vor, der eine zusätzliche Lenkleistung erfordert, kann über ein softwareseitiges Heraufsetzen des zulässigen Motorstroms mehr Lenkunterstützung generiert werden. In Abhängigkeit des Temperaturhaushalts des Elektromotors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit kann zur Vermeidung einer Schädigung des Motors und der Leistungselektronik die zusätzliche Lenkunterstützung notfalls wieder zurückgenommen werden.
Die Erfindung ermöglicht somit kleinere Abmessungen und ein geringeres Bauteilgewicht, da nunmehr ein leistungsschwächerer Motor eingesetzt werden kann. Gleichwohl wird die Sicherheit zu 100 Prozent gewährleistet. Komforteinschränkungen ergeben sich nur in seltenen Fällen, nämlich dann, wenn bei einer hohen Lenkunterstützungsanforderung die Lenkunterstützung gleichwohl aufgrund des Temperaturhaushalts begrenzt werden muss. In solchen Ausnahmefällen muss der Fahrer am Lenkrad höhere Momente aufbringen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren nach der Erfindung.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung. Diese kann beispielsweise wie in einer der oben genannten Schriften ausgestaltet sein. In jedem Fall umfasst die elektromechanische Lenkung einen Elektromotor zur Darstellung einer Lenkunterstützung.
Das Ausmaß der Lenkunterstützung wird anhand von am Fahrzeug verfügbaren Parametern in an sich bekannter Art und Weise ermittelt. Hieraus wird über geeignete Mittel eine Stellgröße für den Elektromotor generiert, über den ein den Fahrer beim Lenken unterstützendes Moment in die Lenkung eingebracht wird. Die Lenkunterstützung kann beispielsweise in Abhängigkeit des vom Fahrer vorgegebenen Handmoments über eine Unterstützungskennlinie oder ein Kennfeld vorgegeben werden. Gegebenenfalls werden weitere Parameter wie der Lenkwinkel am Lenkrad sowie die Fahrgeschwindigkeit und der Einfederungszustand des Fahrzeugs berücksichtigt.
Die Lenkleistung des Fahrers ergibt sich aus dem vom Fahrer vorgegebenen Handmoment und der Lenkwinkelgeschwindigkeit am Lenkrad. Hinzu kommt der Leistungsanteil aus der Lenkunterstützung. Aus der bekannten Betriebsspannung des Motors ergibt sich dann dessen Strombedarf.
Um eine Überlastung des Motors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit auszuschließen, sind für diese Mittel zur Erfassung der Temperatur vorgesehen. Die Temperatur kann beispielsweise durch geeignete Temperaturfühler gemessen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Temperatur aus dem Betriebsverhalten des Motors und der Steuereinheit unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur abzuschätzen. Ferner sind Steuermittel vorgesehenen, welche einen Grenzwert für den maximalen Motorstrom in Abhängigkeit der erfassten Temperatur des Motors und der Steuereinheit derart vorgegeben, dass mit zunehmender Temperatur der Grenzwert des maximalen Motorstroms zurückgenommen wird. Bei einer Lenkunterstützungsanforderung, welche zu einer Grenzwertüberschreitung führen würde, wird der Motorstrom auf den Grenzwert gesetzt, um den Motor und die Leistungselektronik zu schützen.
Vorzugsweise sind die Steuermittel zur Grenzwertbereitstellung softwaretechnisch in die Mittel zur Einstellung des Stroms des Elektromotors in Abhängigkeit der angeforderten Lenkunterstützung, beispielsweise in Form eines separaten Moduls, integriert.
Insbesondere können die Mittel zur Einstellung des Stroms des Elektromotors Mittel zur Vorgabe eines unteren Niveaus für den Grenzwert aufweisen, wodurch in jeder Situation ein Mindestmaß an Lenkunterstützung gewährleistet wird. Im Falle einer Lenkunterstützungsanforderung, welche zu einer Grenzwertüberschreitung führen würde, wird hingegen für das Bestehen der erhöhten Lenkunterstützungsanforderung der Zugriff auf die Mittel zur Vorgabe eines unteren Grenzwertniveaus durch einen Zugriff auf die Steuermittel zur temperaturabhängigen Modifikation des Grenzwerts ersetzt.
Anhand des in 1 dargestellten Diagramms soll der Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zur Bereitstellung der Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung näher erläutert werden.
In einem ersten Schritt S1 wird die benötigte Lenkunterstützung anhand von in der Lenkung verfügbaren Parametern und Berechnungsvorschriften ermittelt und hieraus eine Stellgröße für den Elektromotor bereitgestellt (Schritt S2). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Stellgröße der Motorstrom i_soll.
Bevor die Stellgröße umgesetzt wird, wird in Schritt S3 geprüft, ob diese einen Grenzwert für den maximalen Motorstrom i_max überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird der Motor mit dem Soll-Motorstrom i_soll beaufschlagt (Schritt 4), um die gewünschte Lenkunterstützung bereitzustellen.
Überschreitet der für die angeforderte Lenkunterstützung erforderliche Motorstrom i_soll hingegen den Grenzwert i_max, wird in Abhängigkeit des Temperaturhaushalts des Elektromotors der Grenzwert angehoben, sofern aus den vorliegenden Temperaturwerten geschlossen werden kann, dass eine Überlastung des Motors nicht zu erwarten ist. In diesem Fall kann der Motorstrom i_soll weiter eingestellt werden. Kommt es infolge des erhöhten Motorstroms zu einer zu starken Temperaturerhöhung am Motor, wird der Motorstrom unter das der angeforderten Lenkunterstützung entsprechende Niveau verringert, um den Motor zu schützen. Gleiches gilt für den Fall, dass bereits zu Beginn der Grenzwertüberschreitung die Temperaturwerte am Motor zu hoch sind. In diesem Fall kann sogar vollständig von einer Erhöhung des Grenzwerts abgesehen werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird für den Fall einer Grenzwertüberschreitung in einem Schritt S5 geprüft, ob die Temperaturwerte T_mot am Motor einen maximalen Wert T_max überschreiten. Ist dies der Fall, wird der Motorstrom i_soll auf das niedrigere Niveau des Grenzwerts i_max gesetzt (Schritt S6) und am Motor zur Wirkung gebracht.
Andernfalls wird der maximal zulässige Strom des Elektromotors um eine Korrekturgröße Δi angehoben. Am Elektromotor wird dann der Strom i = i_max + Δi eingestellt (Schritt S7). Im günstigsten Fall entspricht dieser Strom dem Soll-Motorstrom. Jedoch kann die Anhebung des Grenzwerts i_max um Δi auch geringer ausfallen, um eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Korrekturgröße Δi eine Funktion der Temperaturwerte T_mot am Motor und des rechnerischen Soll-Motorstroms i_soll, welcher sich aus der Lenkunterstützungsanforderung ergibt.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich eine Möglichkeit, den maximalen Strom des Elektromotors in Abhängigkeit der Temperatur desselben zu begrenzen. Alternativ zu der dargestellten Vorgehensweise kann zum Beispiel die in Schritt S7 dargestellte Grenzwertanhebung dynamisch in Schritt S3 integriert werden, so dass dort stets gegen einen temperaturabhängigen Grenzwert i_max geprüft wird. Praktisch wird jedoch auch in diesem Fall für den Grenzwert i_max ein unteres Niveau vorgegeben, wodurch stets ein Mindestmaß an Lenkunterstützung gewährleistet wird. Ferner kann die Begrenzung des Motorstroms bereits bei der Berechnung der Lenkunterstützungsanforderung berücksichtigt werden.
Bei einer Lenkunterstützungsanforderung, welche zu einem Überschreiten des unteren Grenzwertniveaus führen würde, wird der Grenzwert des Motorstroms für den Zeitraum des Bestehens der Lenkunterstützungsanforderung angehoben, wobei das Anheben des Grenzwerts in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur des Motors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit vorgenommen wird.
Das Ausmaß des Anhebens des Grenzwerts kann insbesondere eine Funktion der Temperaturwerte des Motors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit sein, wobei mit zunehmenden Temperaturwerten das Ausmaß der Grenzwertanhebung verringert wird. Vorzugsweise ist diese stetig ist und weiter vorzugsweise monoton fallend.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Anheben des Grenzwerts lediglich dann und/oder solange, wie die Temperaturwerte am Motor und der zugehörigen Steuereinheit vorgegebene Temperaturgrenzen nicht überschreiten.
Vorzugsweise wird die Grenzwertanhebung durch eine Zusatzsoftware realisiert, welche in eine bestehende, allein funktionstüchtige Software zur Vorgabe des Motorstroms integrierbar ist.
Weiterhin kann der maximale Motorstrom durch ein oberes Niveau für den Grenzwert absolut begrenzt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10223863 A1 [0002]
- DE 10336856 A1 [0002]
- DE 10336867 A1 [0002]
- DE 10353161 A1 [0002]
- DE 102006041717 A1 [0002]
- DE 102006041718 A1 [0002]
- DE 102006041719 A1 [0002]
- DE 10244067 A1 [0002]
- DE 102004041413 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bereitstellung der Lenkleistung für eine elektromechanische Lenkung mittels eines Elektromotors, bei dem der Strom des Elektromotors in Abhängigkeit einer angeforderten Lenkunterstützung eingestellt wird und der maximale Strom des Elektromotors durch einen Grenzwert nach oben begrenzt ist, wobei der Grenzwert des maximalen Stroms in Abhängigkeit der Temperatur des Elektromotors und der Temperatur einer gegebenenfalls vorhandenen, zugehörigen elektronischen Steuereinheit derart vorgegeben ist, dass mit zunehmender Temperatur der Grenzwert zurückgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Grenzwert ein unteres Niveau vorgegeben ist und bei einer Lenkunterstützungsanforderung, welche zu einem Überschreiten dieses unteren Grenzwertniveaus führen würde, der Grenzwert des Motorstroms für den Zeitraum des Bestehens der Lenkunterstützungsanforderung angehoben wird, wobei das Anheben des Grenzwerts in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur des Motors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß des Anhebens des Grenzwerts eine Funktion der Temperaturwerte des Motors und der zugehörigen elektronischen Steuereinheit ist, wobei mit zunehmenden Temperaturwerten das Ausmaß der Grenzwertanhebung verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion stetig ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion monoton fallend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anheben des Grenzwerts lediglich dann und/oder solange erfolgt, wie die Temperaturwerte am Motor und der zugehörigen Steuereinheit vorgegebene Temperaturgrenzen nicht überschreiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwertanhebung durch eine Zusatzsoftware realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Motorstrom durch ein oberes Niveau für den Grenzwert absolut begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkleistung in Abhängigkeit des vom Fahrer vorgegebenen Handmoments und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird.
Elektromechanische Lenkung, umfassend: einen Elektromotor zur Darstellung einer Lenkunterstützung in Abhängigkeit eines anliegenden Motorstroms, Mittel zur Bestimmung der Lenkunterstützung in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments und Lenkwinkels sowie gegebenenfalls weiterer Fahrzeugparameter, Mittel zur Erfassung der Temperatur des Motors und einer elektronischen Steuereinrichtung des Motors, und Steuermittel, welche einen Grenzwert für den maximalen Motorstrom in Abhängigkeit der erfassten Temperatur des Motors und der Steuereinrichtung derart vorgegeben, dass mit zunehmender Temperatur der Grenzwert zurückgenommen wird.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Einstellung des Stroms des Elektromotors in Abhängigkeit der angeforderten Lenkunterstützung vorgesehen sind, in welche die Steuermittel zur Grenzwertbereitstellung softwaretechnisch integriert sind.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einstellung des Stroms des Elektromotors Mittel zur Vorgabe eines unteren Niveaus für den Grenzwert aufweisen, und dass bei einer Lenkunterstützungsanforderung, welche zu einer Grenzwertüberschreitung führen würde, für das Bestehen der erhöhten Lenkunterstützungsanforderung der Zugriff auf Letztere durch einen Zugriff auf die Steuermittel temporär ersetzt wird.