DE102010052441B4

DE102010052441B4 - Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung sowie Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE102010052441B4
Application number: DE102010052441.7A
Authority: DE
Inventors: Rolf Müller; Dr. Schuller Jürgen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2021-07-08
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: DE102010052441A1

Abstract

Zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung, die eine elektrische Maschine (M) umfasst, wird im Normalbetrieb eine Drehstellung eines Rotors der elektrischen Maschine erfasst. Ein zugehöriges Messsignal bestimmt nämlich, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen des Stators der elektrischen Maschine mit Strom beaufschlagt werden. Damit eine entsprechende Einrichtung zum Messen der Drehstellung des Rotors nicht übermäßig aufwändig ausfallsicher gestaltet werden muss, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Messsignal für die Drehstellung des Rotors in einem Notlaufbetrieb durch ein Signal ersetzt werden kann, das vom Lenkwinkel unter Berücksichtigung des Lenkmoments abhängig ist und bestimmt, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug sind bekannt aus der DE 10 2009 020 157 A1 .
In dem Kraftfahrzeug ist eine Lenkhandhabe zum Lenken zumindest eines Rades vorgesehen, wobei der Lenkhandhabe eine Einrichtung zum Messen des eingestellten Lenkwinkels und des aufgebrachten Lenkmoments zugeordnet ist. Aufgabe der elektrischen Hilfskraftlenkung ist es, ein zusätzliches Drehmoment (unterstützendes Moment) bereitzustellen, das zu dem Lenkmoment beim Auslenken des zumindest einen Rades hinzutritt. Zu diesem Zweck dreht sich ein Rotor einer elektrischen Maschine bezüglich eines Stators. Der Stator weist drei Wicklungen auf, sodass eine Drei-Phasen-Bestromung erfolgen kann. Durch abwechselndes Erregen der einzelnen Wicklungen kann der Rotor zum Drehen gebracht werden. Dem Rotor ist eine Einrichtung zum Messen seiner Drehstellung zugeordnet.
Vorliegend muss der Rotor aber nicht stets gedreht werden. Vielmehr kann eine Beaufschlagung der Wicklungen mit einem Strom einer bestimmten Stromstärke zunächst das unterstützende Moment hervorrufen, das dann aber nicht unmittelbar in einer Drehung des Rotors resultieren muss. Das unterstützende Moment wird in Abhängigkeit vom Lenkmoment und dem Lenkwinkel eingestellt. Zu diesem Zweck bestimmen das Lenkmoment und der Lenkwinkel die Stromstärke eines Stroms, mit dem die elektrische Maschine insgesamt beaufschlagt wird. Unabhängig davon wird die Drehstellung des Rotors erfasst, und es können Korrekturen in der Drehstellung erfolgen, insbesondere unabhängig von dem unterstützenden Moment. Das Messsignal zur Drehstellung bestimmt dann, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden, ungeachtet der Tatsache, dass die gesamte Stromstärke vom Lenkmoment und Lenkwinkel bestimmt wird. Mit anderen Worten bestimmt das Messsignal zur Drehstellung den zeitlichen Verlauf der Ströme über die einzelnen Phasenwicklungen, also in welchem Ausmaß der Rotor durch eine wechselnde Bestromung der einzelnen Phasenwicklungen zu drehen ist, und wobei dies den Fall umfassen kann, dass gar keine Drehung zu erfolgen hat.
Bisher geht man davon aus, dass die Einrichtung zum Messen der Drehstellung (der sog. Drehlagesensor) nicht ausfallen darf; denn sonst fällt die elektrische Hilfskraftlenkung ganz aus. Es bestehen daher bisher erhöhte Anforderungen an den Drehlagesensor.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Ausfallsicherheit der elektrischen Hilfskraftlenkung ohne übermäßigen Aufwand weiter zu erhöhen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird somit, wenn die Drehstellung nicht oder nicht zuverlässig erfassbar ist, zu einem Notlaufbetrieb übergegangen. In dem Notlaufbetrieb werden nur der Lenkwinkel an der Lenkhandhabe und das Lenkmoment erfasst. Nach wie vor bestimmen Lenkwinkel und Lenkmoment die Stromstärke. Das Messsignal zur Drehstellung des Rotors, das ja nicht mehr oder nicht mehr zuverlässig erfassbar ist, wird dann aber durch ein anderes Signal ersetzt. Das das Messsignal ersetzende Signal wird insbesondere aus dem Lenkwinkel, und zwar unter Berücksichtigung des Lenkmoments, erzeugt. Dieses ersetzende Signal bestimmt sodann, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden.
Die Erfindung wird dadurch ermöglicht, dass die Drehstellung des Rotors typischerweise in einem funktionellen Zusammenhang zum Lenkwinkel steht. Daher kann zumindest im Rahmen eines Notlaufbetriebs, bei dem das Kraftfahrzeug nur noch eine beschränkte Strecke gefahren wird oder ausrollt, auf die unmittelbare Messung der Drehstellung des Rotors verzichtet werden, und dies kann durch das Schließen auf die Drehstellung aus dem Lenkwinkel ersetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in einem Normalbetrieb anhand eines Messwerts zur Drehstellung festzulegen, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden, und in einem Notlaufbetrieb anhand von Messwerten zum Lenkwinkel und zum Lenkmoment festzulegen, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden.
Durch die Erfindung in den beiden Aspekten, Verfahren und Kraftfahrzeug, wird es möglich, auf übermäßig aufwändige Drehlagesensoren zu verzichten, denn ein Ausfall eines Drehlagesensors kann in gewissem Maße hingenommen werden, weil die elektrische Hilfskraftlenkung beschränkt auch ohne diesen arbeiten kann.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der

1 eine schematische Darstellung der Anordnung für eine Hilfskraftlenkung in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist, und
2 ein Flussschaubild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.

In einem im Ganzen in den Figuren nicht gezeigten Kraftfahrzeug stellt ein Elektromotor M ein unterstützendes Drehmoment zum Lenken zumindest eines in der Figur nicht gezeigten Rades bereit, das zu dem an einer Lenkhandhabe aufgebrachten Lenkmoment hinzutritt. Die Beaufschlagung des Elektromotors M mit elektrischem Strom erfolgt in Abhängigkeit von Sensorsignalen, die durch Sensoren S1, S2 und S3 bereitgestellt werden. Der Sensor S1 misst hierbei das an der Lenkhandhabe aufgebrachte Lenkmoment (Drehmoment), der Sensor S2 den Lenkwinkel an der Lenkhandhabe und der Sensor S3 die Winkelstellung eines in der Figur nicht gezeigten Rotors des Elektromotors. Die mit 10 bezeichnete Einheit kann insbesondere in einem geschlossenen Gehäuse als (Steuer-)Gerät ausgebildet sein oder lediglich in Form einer Schaltungsanordnung bereitgestellt sein.
In an sich bekannter Weise werden die Sensorsignale der Sensoren S1, S2 und S3 von einer Datenverarbeitungseinrichtung 12 verarbeitet (Hauptrechner), welche Steuersignale an eine sog. Gate-Drive-Unit, GDU 14, abgibt, die die Aufgabe des Wandelns der Steuersignale für Transistoren 16 hat. Die GDU 14 bildet zusammen mit den Transistoren 16 eine sog. Leistungselektronik 18. Durch geeignete Schaltung der Transistoren fließt ein entsprechender Strom über die Wicklungen des Elektromotors M. Hierbei ist davon ausgegangen, dass der Elektromotor über drei Wicklungen verfügt, für jede Phase eines Drei-Phasen-Stroms eine Wicklung.
Der Datenverarbeitungseinrichtung 12 ist ein Überwachungsrechner 20 zugeordnet, der die Funktion der Datenverarbeitungseinrichtung 12 überwacht.
Anhand von 2 wird nun erläutert, wie die Datenverarbeitungseinrichtung 12 arbeitet. Es wird in Schritt S10 mit dem Betrieb der Datenverarbeitungseinrichtung 12 begonnen. Typischerweise erfolgt im Rahmen des Starts eine Plausibilisierung: Es wird nämlich der Lenkwinkel, den der Sensor S2 misst, der Rotorlage, die der Sensor S3 misst, zugeordnet. Einem bestimmten Lenkwinkel entspricht eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen des Rotors, und durch die Plausibilisierung erfolgt eine Eichung dahingehend, dass bei einem Lenkwinkel von Null auch davon ausgegangen ist, dass der Rotor keine vollständige Umdrehung vollzogen hat und eine Rotorlage von Null hat. Die Rotorlage ist nichts anderes als die Winkelstellung oder Drehstellung des Rotors des Elektromotors M bezüglich des Stators.
Es wird nun nachfolgend durch die Datenverarbeitungseinrichtung 12 in Schritt S12 geprüft, ob vom Sensor S3 ein Signal (in ausreichender Qualität) vorhanden ist.
Sofern dies der Fall ist, bestimmen Lenkmoment und Lenkwinkel gemäß Schritt S14 die Stromstärke des Stroms, mit dem der Stator zu beaufschlagen ist. Es handelt sich hierbei um die Gesamtstromstärke, die das Drehmoment bestimmt, das von dem Rotor aufgebracht wird. Dies steht noch nicht in unmittelbarem Zusammenhang zu einer Drehung des Rotors, denn das Drehmoment kann auch gegen ein entgegengesetztes Moment aufgebracht werden.
Die Stromstärke I geht nun zusammen mit dem ja in ausreichender Qualität vorhandenen Rotorlagesignal S unmittelbar in eine Beaufschlagung der Phasenwicklungen mit Strom ein. Die Beaufschlagung ist dergestalt, dass gegebenenfalls die Rotorlage korrigiert wird und insgesamt die Stromstärke I erzielt wird, dies alles in Schritt S16.
Nun kann es sein, dass der Sensor S3 nicht mehr oder nicht mehr ausreichend gut funktioniert. In diesem Fall wird in Schritt S12 die Frage mit „Nein“ beantwortet. Gemäß Schritt S18 wird, z. B. durch den Überwachungsrechner 20, ein Notlauf eingeleitet. Im Rahmen des Notlaufs wird nach wie vor die Stromstärke anhand des Lenkwinkels und des Lenkmoments ermittelt, Schritt S20. Da das Rotorlagesignal nicht zur Verfügung steht, wird in Schritt S22 ein Ersatzsignal für das Rotorlagesignal aus dem Lenkwinkel unter Berücksichtigung des Lenkmoments erzeugt, und zusammen mit der Stromstärke I lässt sich anhand des Ersatzsignals S' eine Beaufschlagung der Phasenwicklungen mit Strom bewirken, Schritt S24, wobei diese Beaufschlagung jedenfalls dergestalt ist, dass die Stromstärke I insgesamt erzielt wird, sodass das entsprechende unterstützende Moment aufgebracht wird, wobei entweder keine Drehung des Rotors erfolgt oder eine Drehung in einem bestimmten Maße, wie es durch die Beaufschlagung der Phasenwicklung mit Strom bewirkt wird.
Die elektrische Hilfskraftlenkung arbeitet besonders zuverlässig, weil sie auch einen Ausfall des Sensors S3, der die Rotorlage misst, verkraftet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Hilfskraftlenkung, bei der zum Aufbringen eines zumindest ein Rad auslenkenden Drehmoments zu einem an einer Lenkhandhabe aufgebrachten Lenkmoment mit Hilfe einer elektrischen Maschine (M) mit einem Stator mit drei Phasenwicklungen und einem Rotor ein unterstützendes Moment aufgebracht wird, wobei im Normalbetrieb a) ein Lenkmoment und ein an der Lenkhandhabe eingestellter Lenkwinkel erfasst werden und diese über ein Kennfeld die Stromstärke eines Stromes bestimmen, mit dem die elektrische Maschine (M) beaufschlagt wird, und b) ein Messsignal zur Drehstellung des Rotors erfasst wird und dieses bestimmt, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden, wobei, wenn die Drehstellung nicht oder nicht zuverlässig erfassbar ist, zu einem Notlaufbetrieb übergegangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Notlaufbetrieb nur Lenkwinkel und Lenkmoment erfasst werden und die Stromstärke bestimmen, und wobei aus dem Lenkwinkel unter Berücksichtigung des Lenkmoments ein das Messsignal für die Drehstellung des Rotors ersetzendes Signal erzeugt wird, das sodann bestimmt, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden.
Kraftfahrzeug mit einer Lenkhandhabe zum Lenken zumindest eines Rades und einer Einrichtung (S1) zum Messen eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Lenkmoments und einer Einrichtung (S2) zum Messen eines an der Lenkhandhabe eingestellten Lenkwinkels, mit einem Elektromotor (M) zum Aufbringen eines das Lenken des zumindest einen Rades unterstützenden Drehmoments, wobei der Elektromotor (M) einen Stator mit drei Phasenwicklungen und einen Rotor umfasst, dem eine Einrichtung (S3) zum Messen seiner Drehstellung zugeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern des Elektromotors (M), die mit allen Einrichtungen (S1, S2, S3) zum Messen gekoppelt ist und ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb anhand eines Messwerts zur Drehstellung festzulegen, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) weiterhin ausgelegt ist, in einem Notlaufbetrieb anhand von Messwerten zum Lenkwinkel und zum Lenkmoment festzulegen, in welchem Ausmaß und wann die einzelnen Phasenwicklungen mit Strom beaufschlagt werden.