DE102009000165A1

DE102009000165A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102009000165A1
Application number: DE102009000165A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Heilig; Stefan Gruener; Michael Sprinzl
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-15
Also published as: WO2010081592A3; EP2376323A2; CN102264592B; JP2012515106A; CN102264592A; WO2010081592A2; JP5657568B2; US20110276230A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) vorgestellt, bei dem mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird, wobei eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments im Rahmen eines 3-Ebenen-Konzepts durchgeführt wird, wobei eine Integration eines Anteils oberhalb der Motomoment-Grenzkurve und eine Dekrementierung eines Integrators mit Anteil unterhalb der Motormoment-Grenzkurve durchgeführt wird, das Soll-Motormoment in Ebene 1 bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt wird und in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung erfolgt, dabei wird eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve in Abhängigkeit eines Ist-Moments herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, eine solche Hilfskraftlenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Hilfskraft- bzw. Servolenkungen werden eingesetzt, wenn eine Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei Fahrt erreicht werden soll. Bei elektrischen bzw. elektromechanischen Hilfskraftlenkungen (EPS: Electric Power Steering) wird funktional abhängig von verschiedenen Komponenten ein Soll-Motormoment für den EPS-Motor berechnet und durch eine Motorstromregelung eingestellt.
Es ist bekannt, Hilfskraftlenkungen mit Steuergeräten, die über einen Rechner verfügen, mit einem intelligenten Sicherheitsrechner, der auch als Watchdog bezeichnet wird, einzusetzen. Zur Plausibilisierung des Rechners hat sich das sogenannte 3 Ebenen Konzept bewährt.
Zur Erkennung von Rechenfehlern werden die wesentlichen Lenkfunktionen zeitlich und funktional diversitär berechnet und die Ergebnisse verglichen. Dabei soll erreicht werden, dass ggf. vorliegende Fehler nicht zu sicherheitskritischen Fahrsituationen führen.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, wobei mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird. Es wird eine Plausibilisie rung des berechneten Motormoments im Rahmen eines 3 Ebenen Konzepts durchgeführt. Weiterhin wird eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve in Abhängigkeit eines Ist-Moments, bspw. eines Ist-Handmomentes oder eines Fahrermoments, herangezogen. Dabei wird eine Integration eines Anteils oberhalb der Motormoment-Grenzkurve und eine Dekrementierung eines Integrators mit Anteil unterhalb der Motormoment-Grenzkurve durchgeführt. Das Soll-Motormoment wird in Ebene 1 bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt und es erfolgt in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung.
In Ausgestaltung ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass eine Aufweitung der Überwachungsgrenzen unter folgenden Bedingungen erfolgt: generatorischer Betriebszustand des Motors und Motordrehzahl oberhalb einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit.
Dabei kann bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle in Ebene 2 die Hilfskraftlenkung in einen sicheren Zustand überführt werden. Dies kann bedeuten, dass das System abgeschaltet wird.
In Ausgestaltung erfolgt eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur bei entsprechend richtigem Drehsinn. Zudem kann eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur ab bestimmten Motormomenten erfolgen.
Da die Motormoment-Grenzkurve fahrzeugabhängig ist, sollte die Applikation durch Fahrversuche ermittelt werden. Ziel ist, dass alle Betriebszustände innerhalb der Motormoment-Grenzkurve eigensicher sind, d. h. für den Normalfahrer beherrschbar bleiben.
Die vorgestellte Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs dient insbesondere zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens und weist auf:
einen Elektromotor zur Einleitung eines vorgegebenen Zusatzmoments zur Erzielung einer freien Lenkmomentbeeinflussung,
eine Einrichtung zur Erfassung eines aktuellen Handmoments,
eine Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Größen des Motors,
eine Einrichtung zur Erfassung einer Rotorposition,
ein elektronisches Steuergerät zur Ansteuerung des Motors, das geeignet ist, ein Sollmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe einstellt. Dabei kann eine Regelabweichung zwischen dem Soll- und Istbetätigungsmmoment durch Berechnung eines Soll-Motormoments minimiert werden, das durch eine geeignete Motoransteuerung, bspw. durch eine Stromregelung, eingestellt werden kann.
Die Hilfskraftlenkung kann weiterhin einen Mikroprozessor aufweisen, der mit einem Sicherheitsrechner kommuniziert.
Es wird außerdem ein Steuergerät beschrieben, das insbesondere zum Einsatz in einer Hilfskraftlenkung der vorstehend beschriebenen Art ausgelegt ist und zur Ansteuerung eines Elektromotors dient. Dieses Steuergerät ist dazu geeignet, ein Sollmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe einstellt. Dabei kann eine Regelabweichung zwischen dem Soll- und Istbetätigungsmoment durch Berechnung eines bspw. geregelten Soll-Motormoments minimiert werden, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt werden kann.
Mit dem vorgestellten Verfahren können, zumindest in einigen der beschriebenen Ausführungen, sicherheitskritische Fehlansteuerungen, die bspw. durch Rechnerfehler des Mikroprozessors hervorgerufen werden, ausreichend schnell erkannt werden, so dass das Lenksystem in den sicheren Zustand überführt werden kann, bevor sich sicherheitskritische Auswirkungen für das Fahrzeug und Insassen ergeben. Die vorgestellte Funktion lässt sich in das Sicherheitskonzept bestehender EPS-Systeme mit einer Recheneinheit einbetten.
Die Überwachung erfolgt vornehmlich durch die Beobachtung der Kombination von Hand- und Motormoment. Optional kann auch anstelle des Hand- bzw. Drehstabmoments das Fahrermoment, d. h. das Moment, das der Fahrer am Lenkrad spürt, verwendet werden, das aus dem Handmoment (Drehstabmoment) berechnet wird, indem die Momentträgheitseinflüsse des Lenkrads kompensiert werden. Dabei erfolgt eine Begrenzung auf zulässige Kombinationen im Funktionspfad (Ebene 1), wodurch eine hohe Robustheit gewährleistet ist. Weiterhin wird durch dieses Konzept das gesamte Systemverhalten der Hilfskraftlenkung überwacht, so dass eine Überwachung der einzelnen Funktionalitäten hinfällig wird. Hierdurch wird auch der Sicherheitsnachweis vereinfacht.
Ein Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist, durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.
Dieses Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, einem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung.
2 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Motormoment-Grenzkurve zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist eine Ausführungsform der Hilfskraftlenkung, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt. Die Darstellung zeigt eine Lenkhandhabe 12, eine Vorderachse 14 mit zwei angelenkten Rädern 16, einen Elektromotor 18 und ein Steuergerät 20.
In 2 ist in einem Graphen ein Verlauf 30 der Motormoment-Grenzkurve dargestellt. Dabei ist an einer Abszisse 32 das Ist-Handmoment und an einer Ordinate 34 das Motormoment aufgetragen.
Erreicht das Motormoment den schraffierten Bereich, wird der Anteil oberhalb der Grenzkurve 30 aufintegriert. Erreicht der Integrator eine einstellbare Schwelle A, so wird in Ebene 1 das Motormoment auf die Grenzkurve 30 begrenzt. Sollte, bspw. aufgrund eines Rechnerfehlers, die Begrenzung in Ebene 1 nicht korrekt erfolgen, so erkennt dies der diversitäre Algorithmus in Ebene 2 bei einer Schwelle B und kann das System abschalten. Es gilt |B| > |A|.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10), bei dem mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird, wobei eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments im Rahmen eines 3 Ebenen Konzepts durchgeführt wird, wobei eine Integration eines Anteils oberhalb einer Motormoment-Grenzkurve (30) und eine Dekrementierung eines Integrators mit Anteil unterhalb der Motormoment-Grenzkurve (30) durchgeführt wird, das Soll-Motormoment in Ebene 1 bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt wird und in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve (30) in Abhängigkeit eines Ist-Moments herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Aufweitung der Überwachungsgrenzen unter folgenden Bedingungen erfolgt: generatorischer Betriebszustand des Motors (18) und Motordrehzahl oberhalb einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei Überschreiten einer Schwelle in Ebene 2 die Hilfskraftlenkung (10) in einen sicheren Zustand überführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur bei entsprechend richtigem Drehsinn erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur ab bestimmten Motormomenten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Motormoment-Grenzkurve (30) durch Fahrversuche ermittelt wird und dadurch die Eigensicherheit der Grenzkurve (30) nachgewiesen wird.
Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit: einem einem Elektromotor (18) zur Einleitung eines vorgegebenen Zusatzmoments zur Erzielung einer freien Lenkmomentbeeinflussung, einer Einrichtung zur Erfassung eines aktuellen Handmoments, einer Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Größen des Motors (18), einer Einrichtung zur Erfassung einer Rotorposition, einem elektronisches Steuergerät (20) zur Ansteuerung des Motors (18), das geeignet ist, ein Sollmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes Betätigungsmoment an einer Lenkhandhabe (12) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) dazu ausgelegt ist, eine Regelabweichung zwischen dem Soll- und Istbetätigungsmoment durch Berechnung eines Soll-Motormoments zu minimieren, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt werden kann.
Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7, die weiterhin einen Mikroprozessor aufweist, der mit einem Sicherheitsrechner kommuniziert.
Steuergerät, insbesondere zum Einsatz in einer Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7 oder 8, das zur Ansteuerung eines Elektromotors (18) dient und geeignet ist, ein Sollmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe (12) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist, eine Regelabweichung zwischen dem Soll- und Istbetätigungsmoment durch Berechnung eines Soll-Motormoments zu minimieren, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt werden kann.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.