DE102009005836A1

DE102009005836A1 - Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE102009005836A1
Application number: DE102009005836A
Authority: DE
Inventors: Carsten Busse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge, umfassend zwei Drehmomentsensoren (DM1, DM2), mindestens einen Servomotor (6) und mindestens ein Steuergerät (5), wobei das Steuergerät (5) mindestens in Abhängigkeit von dem erfassten Drehmoment (T) ein Unterstützungsmoment (M) berechnet und über den Servomotor (6) generiert, wobei in dem Steuergerät (5) eine Plausibilisierungs-Einheit (7) angeordnet ist, die ein Drehmoment (T) anhand von Sensordaten (V, φ, $I1) anderer Sensoren ermittelt, wobei bei Ausfall eines Drehmomentsensors (DM1, DM2), die Daten des anderen Drehmomentsensors (DM2, DM1) mittels des von der Plausibilisierungs-Einheit (7) ermittelten Drehmoments (T) plausibilisiert werden und ein Unterstützungsmoment (M) in Abhängigkeit der Daten dieses Drehmomentsensors (DM2, DM1) erzeugt wird, wobei bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) mittels des ermittelten Drehmoments (T) der Plausibilisierungs-Einheit (7) ein Unterstützungsmoment (M) erzeugt wird, wobei die Unterstützungsleistung gegenüber der Unterstützungsleistung bei nur einem defekten Drehmomentsensor (DM1, DM2) reduziert ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung.
Aus der DE 37 32 864 C2 ist eine motorbetriebene Servolenkanlage bekannt, bei der eine auf ein Lenkgetriebe eines lenkbaren Rades eines Kraftfahrzeugs übertragene Lenkkraft erfasst und eine Lenkhilfskraft durch eine motorisch angetriebene Stelleinheit entsprechend dem erfassten Wert der Lenkkraft geregelt wird, wobei zwei Detektoren zur Erfassung der Lenkkraft und eine Überwachungs- und Regeleinrichtung vorgesehen sind, wobei die Überwachungs- und Regeleinrichtung Änderungsgrößen von den beiden Detektoren abgegebenen Signalen erfasst, aufgrund eines Minimalwertes von den beiden Detektoren in Übereinstimmung mit der Änderungsgröße abgegebenen Spannungssignalen einen der Detektoren, dessen Spannung den Minimalwert annimmt, als fehlerhaft und den anderen Detektor, dessen abgegebene Spannung den Minimalwert nicht hat, als fehlerfrei erkennt, wenn jeder Detektor unterschiedliche Änderungsgrößen aufweist, und die Lenkhilfskraft aufgrund eines normalen Ausgangssignals eines fehlerfreien Detektors, das einen ersten Steuerwert darstellt, regelt. Die vorgeschlagene Ausführungsform umfasst zwei Drehmomentsensoren, überwacht die Funktion der beiden Drehmomentsensoren und führt die Servolenkfunktion normalerweise mittels des erfassten Signals des Drehmomentsensors durch. Wenn für einen der Drehmomentsensoren ein Fehlerzustand erzeugt wird, wird die Servolenkfunktion von dem anderen Drehmomentsensor weiter durchgeführt. Wenn beide Drehmomentsensoren fehlerhaft sind, wird die Servolenkfunktion unterbrochen. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Verfügbarkeit der Servolenkfunktion mit nur zwei Drehmomentsensoren, ohne auf teure 2-aus-3-Servokonzepte zurückgreifen zu müssen.
Aus der US-6148949 A ist eine Lenkeinrichtung bekannt, wo bei Ausfall eines Drehmomentsensors das Drehmoment mittels der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels geschätzt wird, wobei dann mittels des geschätzten Drehmoments die Lenkunterstützung fortgesetzt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Servomotor für die Lenkunterstützung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit vereint, sowie ein hierfür geeignetes Verfahren zum Betreiben einer solchen Lenkeinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst die Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge zwei Drehmomentsensoren, mindestens einen Servomotor und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät mindestens in Abhängigkeit von dem erfassten Drehmoment ein Unterstützungsmoment berechnet und über den Servomotor generiert, wobei in dem Steuergerät eine Plausibilisierungs-Einheit angeordnet ist, die ein Drehmoment anhand von Sensordaten anderer Sensoren ermittelt, wobei bei Ausfall eines Drehmomentsensors die Daten des anderen Drehmomentsensors mittels des von der Plausibilisierungs-Einheit ermittelten Drehmoments plausibilisiert werden und ein Unterstützungsmoment in Abhängigkeit der Daten dieses Drehmomentsensors erzeugt wird, wobei bei Ausfall beider Drehmomentsensoren mittels des ermittelten Drehmoments der Plausibilisierungs-Einheit ein Unterstützungsmoment erzeugt wird, wobei die Unterstützungsleistung gegenüber der Unterstützungsleistung bei nur einem defekten Drehmomentsensor reduziert ist. Hierdurch wird ein zweistufiges Notlaufkonzept realisiert, so dass sogar noch bei Ausfall aller Drehmomentsensoren eine Lenkunterstützung gewährleistet wird, wobei aufgrund der reduzierten Unterstützungsleistung bei Ausfall aller Drehmomentsensoren sichergestellt ist, dass versehentlich nicht beherrschbare Unterstützungsmomente aufgrund falscher Daten von der Plausibilisierungs-Einheit aufgebracht werden. Hierdurch muss die Lenkunterstützung weder schlagartig noch zeitlich versetzt komplett abgeschaltet werden. Vorzugsweise ist das aufgebrachte Unterstützungsmoment neben dem erfassten Drehmoment auch mindestens von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig. Die Plausibilisierungs-Einheit verwendet zur Ermittlung des Drehmoments vorzugsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel. Weiter vorzugsweise wird zusätzlich die Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder die Lenkwinkelbeschleunigung berücksichtigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Unterstützungsleistung bei einem ausgefallenen Drehmomentsensor gegenüber der Unterstützungsleistung im Normalbetrieb reduziert. Normalbetrieb ist dabei ein Betrieb mit zwei Drehmomentsensoren. Beispielsweise liegt die Unterstützungsleistung im Notbetrieb mit einem Drehmomentsensor bei 50–80% des Normalbetriebes, weiter vorzugsweise bei 55–65%. Die Unterstützungsleistung im zweiten Notbetrieb ohne Drehmomentsensor liegt vorzugsweise bei 20–30% des Normalbetriebes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren derart reduziert, dass die aufgebrachten Unterstützungsmomente manuell durch den Fahrer kompensierbar sind. Dieses gewährleistet die Beherrschbarkeit im zweiten Notbetrieb, wobei vorzugsweise die Unterstützungskraft am Servomotor auf ca. 1 kN–3 kN reduziert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren zeitlich bis zur Abschaltung der Zündung beschränkt, d. h. dem Kraftfahrzeugführer wird bis zum Abstellen des Kraftfahrzeuges die beschränkte Unterstützungsleistung zur Verfügung gestellt. Dabei sei angemerkt, dass bei reinen Elektrofahrzeugen anstelle der Zündung ein entsprechendes Betriebssignal verwendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Drehmomentsensoren durch einen redundanten 2-kanaligen Drehmomentsensor gebildet, der vorzugsweise als berührungsloser Sensor nach dem Hall-Messprinzip ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ausfall eines und/oder beider Drehmomentsensoren mittels einer Warneinrichtung signalisiert. Die Signalisierung kann dabei akustisch und/oder optisch und/oder haptisch erfolgen. Vorzugsweise werden der erste und der zweite Notbetrieb unterschiedlich signalisiert, beispielsweise der erste Notbetrieb mittels einer gelben Fehler-Lampe (z. B. LED) und der zweite Notbetrieb mittels einer roten Sicherheits-Lampe (z. B. LED).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Lenkeinrichtung.
Die Lenkeinrichtung 1 umfasst einen 2-kanaligen Drehmomentsensor DM1, DM2, der an einer Lenkstange 3 angeordnet ist, die mit einer Zahnstange 4 beispielsweise über ein nicht dargestelltes Getriebe verbunden ist. Mittels der Lenkstange 3 wird ein Handmoment M_H vom Kraftfahrzeugführer auf die Zahnstange 4 übertragen, die mit den nicht dargestellten lenkbaren Rädern verbunden ist. Die Lenkeinrichtung 1 umfasst weiter ein Steuergerät 5 und einen Servomotor 6, der ebenfalls mit der Zahnstange 4 beispielsweise über ein nicht dargestelltes Getriebe verbunden ist. Das Steuergerät 5 umfasst eine Plausibilisierungs-Einheit 7, die beispielsweise als Software-Modul ausgebildet ist. Das Steuergerät 5 ist mit den beiden Kanal-Ausgängen des 2-kanaligen Drehmomentsensors DM1, DM2 verbunden. Des Weiteren erhält das Steuergerät 5 mindestens die Daten Fahrzeuggeschwindigkeit V, Lenkwinkel φ der Lenkstange 3 und Lenkwinkelgeschwindigkeit φ .. Das Steuergerät 5 erzeugt in Abhängigkeit der Eingangsdaten ein Signal, das an einer nicht dargestellten Leistungselektronik einen Steuerstrom i erzeugt, mit dem der Servomotor 6 angesteuert wird, um ein Unterstützungsmoment M_Ü zu erzeugen, das zusätzlich zum Handmoment M_H auf die Zahnstange 4 aufgebracht wird. Bevor nun die Funktionsweise der Lenkeinrichtung 1 näher erläutert wird, sei noch angemerkt, dass der Lenkwinkel φ von einem nicht dargestellten Lenkwinkelsensor an der Lenkstange 3 erfasst wird. Die Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . kann dabei am Lenkwinkelsensor erfasst oder ermittelt werden oder aber durch zeitliche Ableitung des Lenkwinkels φ im Steuergerät 5 selbst ermittelt werden. Die Daten φ und V bzw. φ . können beispielsweise über einen Fahrzeugbus an das Steuergerät übermittelt werden.
Es sind im Wesentlichen drei Betriebsarten zu unterscheiden, nämlich Normalbetrieb, erster Notbetrieb und zweiter Notbetrieb.
Im Normalbetrieb arbeiten beide Drehmomentsensoren DM1, DM2 einwandfrei. Des Weiteren ermittelt die Plausibilisierungs-Einheit 7 anhand der Daten Fahrzeuggeschwindigkeit V und Lenkwinkel φ und gegebenenfalls Lenkwinkelgeschwindigkeit φ . ein anhand eines Modells berechnetes Drehmoment T_B, das zur Plausibilisierung der erfassten Drehmomente T1, T2 der Drehmomentsensoren DM1, DM2 dient. Über die Plausibilisierung kann dabei auch die Fehlerfreiheit der Drehmomentsensoren DM1, DM2 überprüft werden. Das Steuergerät 5 wählt dann ein Drehmoment T1 oder T2 oder eine Verknüpfung von T1 und T2 und gegebenenfalls T_B aus. Abhängig von dem so ausgewählten bzw. ermittelten Drehmoment erzeugt dann das Steuergerät 5 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Steuerstrom i zur Generierung des gewünschten Unterstützungsmoments M_Ü.
Im ersten Notbetrieb ist einer der beiden Drehmomentsensoren DM1, DM2 defekt oder deren Übertragungskanal gestört. Durch das berechnete Drehmoment T_B der Plausibilisierungs-Einheit 7 kann dabei der fehlerhafte Wert mittels einer 2-aus-3-Entscheidung ermittelt werden. Wird nun beispielsweise erfasst, dass T1 fehlerhaft ist, so wird T2 zur Ermittlung des gewünschten Unterstützungsmomentes M_Ü herangezogen. Da allerdings jeder Sensorwert fehlerbehaftet ist, wird zur Sicherheit die Unterstützungsleistung auf ca. 60% reduziert, d. h. das generierte Unterstützungsmoment M_Ü im ersten Notbetrieb entspricht nur 60% des Unterstützungsmoments M_Ü im Normalbetrieb (bei gleichen Werten für T und V). Die Lenkunterstützung im ersten Notbetrieb ist vorzugsweise zeitlich unbegrenzt.
Im zweiten Notbetrieb sind beide Drehmomentsensoren DM1, DM2 defekt oder deren Übertragungskanäle gestört. In diesem Fall wird anhand des berechneten Drehmoments T_B das gewünschte Unterstützungsmoment M_Ü ermittelt. Allerdings wird die Unterstützungsleistung auf beispielsweise 20% des Normalbetriebes reduziert. Das Unterstützungsmoment M_Ü wird dabei zeitlich beschränkt bis zum Ausschalten der Zündung zur Verfügung gestellt (Limp-Home-Mode).
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 3732864 C2 [0002]
- US 6148949 A [0003]

Claims

Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, umfassend zwei Drehmomentsensoren, mindestens einen Servomotor und mindestens ein Steuergerät, wobei das Steuergerät mindestens in Abhängigkeit von dem erfassten Drehmoment ein Unterstützungsmoment berechnet und über den Servomotor generiert, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (5) eine Plausibilisierungs-Einheit (7) angeordnet ist, die ein Drehmoment (T_B) anhand von Sensordaten (V, φ, φ .) anderer Sensoren ermittelt, wobei bei Ausfall eines Drehmomentsensors (DM1, DM2) die Daten des anderen Drehmomentsensors (DM2, DM1) mittels des von der Plausibilisierungs-Einheit (7) ermittelten Drehmoments (T_B) plausibilisiert werden und ein Unterstützungsmoment (M_Ü) in Abhängigkeit der Daten dieses Drehmomentsensors (DM2, DM1) erzeugt wird, wobei bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) mittels des ermittelten Drehmoments (T_B) der Plausibilisierungs-Einheit (7) ein Unterstützungsmoment (M_Ü) erzeugt wird, wobei die Unterstützungsleistung gegenüber der Unterstützungsleistung bei nur einem defekten Drehmomentsensor (DM1, DM2) reduziert ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei einem ausgefallenen Drehmomentsensor (DM1, DM2) gegenüber der Unterstützungsleistung im Normalbetrieb reduziert ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) derart reduziert ist, dass die aufgebrachten Unterstützungsmomente (M_Ü) manuell kompensierbar sind.
Lenkeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) zeitlich bis zur Abschaltung der Zündung beschränkt ist.
Lenkeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehmomentsensoren (DM1, DM2) durch einen redundanten 2-kanaligen Drehmomentsensor gebildet werden.
Lenkeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausfall eines und/oder beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) mittels einer Warneinrichtung signalisiert wird.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mittels zweier Drehmomentsensoren, mindestens eines Servomotors und mindestens eines Steuergerätes, wobei das Steuergerät mindestens in Abhängigkeit von dem erfassten Drehmoment ein Unterstützungsmoment berechnet und über den Servomotor generiert, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (5) eine Plausibilisierungs-Einheit (7) angeordnet ist, die ein Drehmoment (T_B) anhand von Sensordaten (V, φ, φ .) anderer Sensoren ermittelt, wobei bei Ausfall eines Drehmomentsensors (DM1, DM2) die Daten des anderen Drehmomentsensors (DM2, DM11) mittels des von der Plausibilisierungs-Einheit (7) ermittelten Drehmoments (T_B) plausibilisiert werden und ein Unterstützungsmoment (M_Ü) in Abhängigkeit der Daten dieses Drehmomentsensors (DM2, DM1) erzeugt wird, wobei bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) mittels des ermittelten Drehmomentes (T_B) der Plausibilisierungs-Einheit (7) ein Unterstützungsmoment (M_Ü) erzeugt wird, wobei die Unterstützungsleistung gegenüber der Unterstützungsleistung bei nur einem defekten Drehmomentsensor (DM1, DM2) reduziert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei einem ausgefallenen Drehmomentsensor (DM1, DM2) gegenüber der Unterstützungsleistung im Normalbetrieb reduziert ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) derart reduziert ist, dass die aufgebrachten Unterstützungsmomente (M_Ü) manuell kompensierbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützungsleistung bei Ausfall beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) zeitlich bis zur Abschaltung der Zündung beschränkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehmomentsensoren (DM1, DM2) durch einen redundanten 2-kanaligen Drehmomentsensor gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausfall eines und/oder beider Drehmomentsensoren (DM1, DM2) mittels einer Warneinrichtung signalisiert wird.