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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1, eine solche Hilfskraftlenkung gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 8, ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 9, sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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Hilfskraftlenkungen, die auch als Servolenkungen bezeichnet werden, dienen dazu, eine Reduzierung der Kraft, die von dem Fahrer zum Lenken aufgebracht werden muss, zu erreichen. Bei einer EPS (Electric Power Steering = elektrische hilfskraftunterstützte Lenkung) als Servolenkung wird in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen ein Motormoment berechnet, das dem von dem Fahrer aufgebrachten Handmoment als Zusatzmoment überlagert wird.
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Zur Begrenzung möglicher Fehlerauswirkungen in EPS-Systemen sind Zusatzmaßnahmen bekannt, die nachfolgend Sicherheitsmaßnahmen genannt werden. Dazu können durch die Beobachtung der Kombination von Hand- und Motormoment sicherheitsrelevant Betriebspunkte verhindert werden, indem eine Begrenzung auf zulässige Kombinationen im Funktionspfad erfolgt.
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Die gattungsbildende Druckschrift
DE 10 2009 000 165 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, bei dem mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird. Dabei erfolgt eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments im Rahmen des Sicherheitskonzepts, welches z.B. durch ein 3 Ebenen Konzept dargestellt ist. Es wird eine Integration eines Anteils oberhalb einer Motormoment-Grenzkurve und eine Dekrementierung eines Integrators mit
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Anteil unterhalb der Motormoment-Grenzkurve durchgeführt. Das Soll-Motormoment in Ebene 1 wird bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt. In Ebene 2 erfolgt eine Überwachung der Begrenzung. Zusätzlich wird eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve in Abhängigkeit eines Ist-Moments herangezogen.
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In den vergangenen Jahren wurden vermehrt Sonderfunktionen entwickelt, die das EPS-System durch Momentenüberlagerung nutzen, um einen Mehrwert im Bereich der Fahrerassistenz darzustellen. Beispiele hierfür sind ein Park-Lenkassistent, ein Spurhalteassistent (LaneDepartureWarning, LaneKeepingSupport). Dabei werden mit der Erhöhung des Grades an Assistenz zunehmend höhere Überlagerungslenkmomente erforderlich. Diese Funktionen verändern das Handmoment in Abhängigkeit von bestimmten Situationen. Dadurch wird auch die Kombination Hand- und Motormoment verändert, was im bisherigen Konzept nicht berücksichtigt wurde.
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Aufgabe vorliegender Anmeldung ist es, ein Verfahren zur sicheren Betriebsführung einer EPS unter Beibehaltung bestehender Plausibilisierungskonzepte vorzuschlagen, mittels dessen weitere Lenkmoment-Vorgaben in einfacher Weise berücksichtig werden können.
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Des Weiteren ist es die Aufgabe, eine Hilfskraftlenkung, ein Steuergerät sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt vorzuschlagen, welches nach dem Verfahren arbeitet.
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Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass in einer elektrischen Hilfskraftlenkung mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird, wobei eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments unter Berücksichtigung eines gemessenen Handmoments durchgeführt wird, wobei zusätzlich ein Betrag der Zusatzmomente von mindestens einer Sonderfunktion berücksichtigt.
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Bei dem Verfahren kann eine Korrektur des gemessenen Handmoments um den typischerweise vorzeichenrichtigen Betrag der üblicherweise additiven Zusatzmomente der Sonderfunktion vorgenommen werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens wird das gemessene Handmoment erhöht. Alternativ wird das Handmoment reduziert.
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In Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens wird die Plausibilisierung im Rahmen z.B. eines 3 Ebenen Konzepts durchgeführt.
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Bei einer besonderen Ausführung wird das Handmoment, das üblicherweise mit einem Handmomentensensor erfasst wird, durch Vorgabe eines Sollhandmoments, geregelt.
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Es wird außerdem eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs vorgestellt, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art geeignet ist. Diese Hilfskraftlenkung umfasst eine elektronische Recheneinheit zum Berechnen eines Motormoments, einen Elektromotor zur Einleitung eines üblicherweise vorgegebenen Zusatzmoments bzw. Motormoments und eine Einrichtung zur Erfassung eines aktuellen Handmoments. Hierfür wird üblicherweise ein Handmomentensensor, bspw. ein Drehstabmomentensensor, eingesetzt. Die Hilfskraftlenkung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments unter Berücksichtigung des gemessenen Handmoments durchgeführt wird und dass bei der Plausibilisierung zusätzlich ein Betrag der Zusatzmomente von mindestens einer Sonderfunktion berücksichtigt wird.
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Weiterhin wird ein Steuergerät vorgestellt, das insbesondere zum Einsatz in einer Hilfskraftlenkung der beschriebenen Art vorgesehen ist. Dieses Steuergerät weist eine elektronische Recheneinheit auf, mit der ein Motormoment berechnet wird, das einer Plausibilisierung unterzogen wird. Hierbei wird zusätzlich ein Betrag der Zusatzmomente einer Sonderfunktion berücksichtigt.
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Bei dem vorgestellten Verfahren kann das Verhalten der Sicherheitsfunktion grundsätzlich unterschieden werden in Fälle, bei denen die Sonderfunktion das Handmoment erhöht und Fälle, bei denen die Sonderfunktionen das Handmoment reduzieren.
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Eine Erhöhung des Handmoments bedeutet eine Reduzierung der Unterstützungsleistung, d.h. der EPS-Motor muss weniger Moment in das System einbringen. Damit verbleibt das Motormoment immer innerhalb der Limitierungen, denn eine Reduzierung der Unterstützungsleistung ist sicherheitstechnisch gesehen der Übergang zum sicheren Zustand (keine Unterstützung). Eine funktionale Begrenzung erfolgt somit nicht.
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Durch die Erhöhung des Handmoments unter Einfluss der Sonderfunktion wird allerdings wesentlich mehr EPS-Motormoment zugelassen, obwohl dies funktional nicht notwendig ist und sicherheitstechnisch sogar undbedingt zu vermeiden ist, weil sich in dieser Situation ein Systemfehler, der ein Motormoment in die entsprechende Richtung bewirkt, ungehindert entfalten könnte und nicht beherrschbare Auswirkungen nach sich ziehen könnten.
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Es kann auch das Verhalten der aktuellen Sicherheitsfunktion bei Sonderfunktionen, die das Handmoment reduzieren, berücksichtigt werden:
- Durch die Momentüberlagerung soll es dem Fahrer leicht gemacht werden, wenn er in die richtige Richtung lenkt. „Leicht machen“ heißt in diesem Fall das Handmoment zu reduzieren, dies bedeutet das EPS-Motormoment zu erhöhen.
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Sicherheitstechnisch ist dieser Vorgang eine Überunterstützung, d.h. höhere EPS-Motormomente bei geringem Handmoment. Der Fahrer kann somit mit nur geringem Widerstand in Richtung Lenkanschlag lenken und würde deshalb von der beschriebenen Plausibilisierung des berechneten Motormoments (MotorTorqueLimiter) begrenzt werden. D.h. der MotorTorqueLimiter würde diese Zusatzmomente nicht zulassen und die Motormomente begrenzen. In diesen Fällen handelt es sich allerdings nicht um einen Fehlerfall, den man vermeiden muss, sondern um eine funktionale Eigenschaft der jeweiligen Sonderfunktion. D.h. man muss den MotorTorqueLimiter erweitern, um eine Funktionalität dieser Art zu ermöglichen.
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Vorteile der Erfindung sind u.a., dass eine momentbasierte EPS-Sonderfunktion ohne funktionale Einschränkung betrieben werden kann, ohne dass eine Deaktivierung der Sicherheitsfunktion und eine Veränderung der akzeptierten freigegebenen Parameter der Sicherheitsfunktion erforderlich wird. Dabei werden potentiell mögliche Fehlerauswirkungen verbessert. Das Vorgehen kann im Rahmen des Sichernachweises begründet werden.
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Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für den Einsatz in EPS-Systemen mit Mitteln zum Einleiten eines Zusatzmoments zur Erzielung einer freien Lenkmomentbeeinflussung, Mitteln zum Erfassen des aktuellen Handmoments, Mitteln zum Erfassen von elektrischen Größen des Elektromotors und Mitteln zum Erfassen der Rotorposition bzw. der Rotorgeschwindigkeit des Elektromotors.
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Die vorgestellte Regelung erfolgt typischerweise mit einem Regelsystem, das zur Regelung eines vorgegebenen Zusatzmoments geeignet ist. Bei der Regelung werden typischerweise die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt:
- 1. Berechnung des Soll-Handmoments
- 2. Bestimmung des Ist-Handmoments
- 3. Minimierung der Regelabweichung zwischen Soll- und Istmoment durch Berechnung eines geregelten Soll-Motormoments
- 4. Stromregelung zur Einstellung des Soll-Motormoments
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Die Regelung erfolgt somit mit einem Regelsystem zur Generierung von Zusatzmomenten, wobei zweckmäßigerweise ein Mikroprozessor vorgesehen ist, der mit einem intelligenten Sicherheitsrechner (Watchdog) kommuniziert. Typischerweise wird das 3 Ebenen Konzept zur Absicherung des Rechnerkerns verwendet.
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Das behandelte Verfahren basiert, zumindest in einigen der Ausführungen, auf folgenden Anforderungen an die EPS-Sonderfunktionen: Die Überlagerungsmomente müssen entweder bezüglich des Betrags und des Gradienten auf eigensichere Werte beschränkt sein oder müssen die ASILD-Integrität durch Plausibilisierungsmaßnahmen gewährleisten. Weiterhin dürfen die Überlagerungsmomente nur in entsprechenden Sondersituationen angefordert werden und müssen zeitlich überwacht und begrenzt werden. Zudem müssen die Überlagerungsmomente die Aufschaltrichtung plausibilisieren und ungewollte, möglicherweise oszillierende Vorzeichenwechsel ausschließen.
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Das beschriebene Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist, durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer Recheneinheit ausgeführt wird.
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Es wird weiterhin ein Computerprogramm vorgestellt mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines vorstehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
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Das Computerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittel, die auf einem computerlesebaren Datenträger gespeichert sind.
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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.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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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.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung.
- 2 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Motormomentgrenzkurve zur Verdeutlichung der Sicherheitsfunktion für Sonderfunktionen, die das Handmoment erhöhen.
- 3 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Motormomentgrenzkurve zur Verdeutlichung der Sicherheitsfunktion für Sonderfunktionen, die das Handmoment reduzieren.
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1 zeigt in den Abbildungen 1a und 1b eine Ausführungsform der Hilfskraftlenkung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Weiterhin sind in 1a eine Lenkhandhabe 12, eine Vorderachse 14 mit zwei angelenkten Rädern 16, ein Elektromotor bzw. EPS-Motor 18, ein Steuergerät 20 mit einer elektronischen Recheneinheit 21 und ein Handmomentensensor 22 dargestellt. Durch das Steuergerät 20 mit Recheneinheit 21 ist eine Motoransteuerung zur Ansteuerung des Elektromotors 18 realisiert.
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Gemäß 1b, die eine Software beschreibt, die in der Recheneinheit 21 aus 1a ausgeführt wird, ist eine Regelung 23 und ein Block 24 vorgesehen, der Vorgabewerte für die Regelung 23 vorgibt. In diesem Block 24 ist eine Fahrerassistenzschnittelle 25 und ein Bereich 26 für die Lenkgefühlvorgabe bereitgestellt.
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Das Lenkgefühl wird über den Pfad MLenkgefühl (Pfeil 27) in das System eingebracht, die Überlagerungsmomente über den Pfad MFahrerassistenz (Pfeil 28). An Punkt 29 wird das Handmomentensensorsignal von dem Handmomentensensor 22 aus 1a eingegeben. An Punkt 30 erfolgt die Vorgabe des Motormoments für den Elektromotor 18 aus 1a.
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Der Lösungsansatz basiert auf der Korrektur des Handmoments, um die durch das Zusatzmoment bedingte Veränderung durch die Sonderfunktion zu kompensieren und lässt die abgestimmten und freigefahrenen Parameter somit unverändert. Damit wird ein Handmoment errechnet, das ohne Sonderfunktion für die identische Lenkbewegung erforderlich wäre. Dieses korrigierte Signal wird der Sicherheitsfunktion zugeführt. Damit treten keine funktionalen Begrenzungen in Verbindung mit den Sonderfunktionen auf.
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In 2 ist in einem Graphen ein Verlauf 30 der Motormoment-Grenzkurvedargestellt. Dabei ist an einer Abszisse 32 das Ist-Handmoment und an einer Ordinate 34 das Motormoment aufgetragen. Die Darstellung dient zur Verdeutlichung der Korrektur der Sicherheitsfunktion für Sonderfunktionen, die das Handmoment erhöhen.
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In dem gezeigten Beispiel wird z.B. eine Rechtskurve durchfahren. Durch die Einwirkung einer Sonderfunktion wird ein Zusatzmoment bspw.von M
offset = -5 Nm aufgebracht. Das gemessene Handmoment wir dadurch betragsmäßig erhöht und beträgt ca. M
Hand= -8 Nm. Der Anteil des EPS-Motors reduziert sich, weil er weniger unterstützen muss, d.h. funktional sind keine Einschränkungen vorhanden. Allerdings lässt die Sicherheitsfunktion bei 8 Nm Handmoment maximale Motormomente zu (erster Bereich
50), obwohl dies funktional nicht erforderlich und sicherheitstechnisch zu vermeiden ist. Durch die beschriebene Korrektur wird nun ein Ersatz-Handmoment M
Hand* berechnet:
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Das Ersatz-Handmoment entspricht dem Handmoment, das erforderlich ist, wenn die Kurve ohne Sonderfunktion durchfahren wird. Das zulässige Motormoment wird dabei von dem ersten Bereich 50 in einen zweiten Bereich 52 verschoben (Pfeil 54), was zur Folge hat, dass die möglichen Fehlerauswirkungen deutlich geringer sind.
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In 3 ist die Motormoment-Grenzkurve 30 entsprechend 2 aufgetragen. Die Darstellung dient zur Verdeutlichung der Korrektur der Sicherheitsfunktion für Sonderfunktionen, die das Handmoment reduzieren.
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Hierbei wird z.B. eine Rechtskurve durchfahren, durch die Einwirkung einer Sonderfunktion wird ein Zusatzmoment von bspw. MOffset = +5 Nm aufgebracht. Das gemessene Handmoment wird dadurch betragsmäßig reduziert und beträgt ca. MHand = 0 Nm. Der Anteil des EPS-Motors erhöht sich, weil er stärker unterstützen muss. Bei geringen Handmomenten werden jedoch bedingt durch die Plausibilisierungsmaßnahme nur geringe EPS-Motormomente zugelassen, d.h. die Anforderung der Sonderfunktion ist nur sehr eingeschränkt möglich und wird begrenzt (erster Bereich 60).
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Die Kurve kann jedoch im Rahmen der normalen Lenkgefühlabstimmung nicht mit einem Handmoment von ca. 0 Nm durchfahren werden. Vielmehr sind ohne Sonderfunktion hierzu höhere Handmomente erforderlich. Bei höheren Handmomenten wiederum werden auch höhere EPS-Motormomente zugelassen. Aus diesem Grund ist es funktional richtig und erforderlich, das Handmoment für die Sicherheitsfunktion zu korrigieren und es wird ein Ersatz-Handmoment M
Hand* wie folgt berechnet:
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Das Ersatz-Handmoment entspricht dem Handmoment, das erforderlich ist, wenn die Kurve ohne Sonderfunktion durchfahren wird. Das zulässige Motormoment wird dabei vom ersten Bereich 60 in einen zweiten Bereich 62 verschoben (Pfeil 64) und die Momenten-Anforderung der Sonderfunktion wird zugelassen.
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Begründet werden kann dieses Verfahren mit einem Vergleich der Fahrzeugreaktion. Ausschlaggebend für die Fahrzeugreaktion, die im beherrschbaren Bereich gehalten werden muss, ist die Zahnstangenbewegung, da durch diese die Räder gelenkt werden. Die Bewegung ergibt sich aus der Summe von Handmoment und EPS-Servomoment. Wenn der Fahrer durch Sonderfunktionen geringere Handmoment-Anteile erbringen muss, erhöht sich der Anteil des Servomotors entsprechend. Die Summe aus Handmoment und EPS-Motormoment an der Zahnstange bleibt jedoch gleich. D.h. man verändert mit momentbasierten Zusatzfunktionen lediglich den Verstärkungsfaktor zwischen Handmoment und Motormoment. Relevant für die Begrenzung des Motormoments ist in diesem Fall jedoch die vorzeichenrichtige Summe aus Handmoment und Zusatzmoment bzw. Motormoment.
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Sicherheitstechnisch ergibt sich bei der Betrachtung des Fahrzeugverhaltens somit kein Unterschied zwischen einem Fahrer mit Sonderfunktion und korrigierter Sicherheitsfunktion und einem versierten Fahrer, der die Situation im Grenzbereich auch ohne Sonderfunktion - und dann durch Anreißen des Lenkrads mit hohen Handmomenten und damit hohen zulässigen Motormomenten - beherrschen kann.
