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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Rechnerverbund zur Steuerung eines Elektromotors.
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Elektromotoren werden in Elektro- oder Hybridfahrzeugen unter anderem zur Erzeugung von mechanischer Antriebsenergie aus elektrischer Energie genutzt. In Elektro- oder Hybridfahrzeugen erfolgt eine Regelung eines Elektromotors mittels leistungselektronischer Elemente. Die Leistungselektronik wandelt in einem motorischen Betrieb elektrische Energie, die z. B. in einer Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie gespeichert ist, in Wechselgrößen (Wechselstrom, Wechselspannung) zur Ansteuerung des Elektromotors, beispielsweise einer dreiphasigen, permanentmagneterregten Synchronmaschine, um. Die Leistungselektronik umfasst hierbei insbesondere einen sogenannten Wechselrichter, wobei mittels des Wechselrichters Gleichgrößen in Wechselgrößen (motorischer Betrieb) und Wechselgrößen in Gleichgrößen (generatorischer Betrieb) wandelbar sind. Der Wechselrichter umfasst hierbei elektrische oder elektronische Schaltelemente, die beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs ausgeführt sein können.
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Zur Ansteuerung der leistungselektronischen Elemente kann hierbei eine, z. B. als Mikrocontroller ausgeführte, Regeleinheit verwendet werden, wobei die Regeleinheit Steuersignale für eine Treiberstufe erzeugen kann. Die Treiberstufe dient dann z. B. der Erzeugung von Steuersignalen für die genannten Elemente des Wechselrichters.
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In einer Vielzahl von Lenksystemen, die in modernen Kraftfahrzeugen integriert sind, sind Mittel zur Generierung und Aufbringung eines Unterstützungsmoments vorgesehen. Derartige Lenksysteme werden auch als so genannte Servolenksysteme bezeichnet. Hierbei kann das Unterstützungsmoment z. B. mittels eines elektromechanischen Servomotors (elektromechanisches Lenksystem) oder mit Hilfe eines hydraulischen Aktors (hydraulisches Lenksystem) erzeugt werden.
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Derartige Lenksysteme umfassen eine Regeleinheit, die ein Eingangssignal für den entsprechenden Aktor (Servomotor, hydraulischer Aktor) auf Grundlage mindestens eines, vorzugsweise jedoch mehrerer, Eingangssignale der Regeleinheit erzeugt. Hierbei ist bekannt, dass des Eingangssignal für den Aktor in Abhängigkeit eines manuellen Lenkmoments (Fahrerhandmoment) berechnet werden kann, wobei das manuelle Lenkmoment mittels eines Lenkmomentsensors erfasst werden kann. Ist das Lenksystem ein elektromechanisches Lenksystem, so ist auch bekannt, eine Rotorlage eines Rotors des elektromechanischen Servomotors mittels eines Rotorlagesensors zu erfassen. Hierbei bestimmt die Regeleinheit die Eingangsgröße des Servomotors, und somit auch das Unterstützungsmoment, in Abhängigkeit der erfassten Rotorlage. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte dynamische Regelung des Unterstützungsmoments.
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Die Regeleinheit kann hierbei als Mikrocontroller ausgeführt sein. Unter einem Mikrocontroller wird hierbei ein elektronisches Schaltelement, insbesondere ein Halbleiter-Chip, verstanden, der eine Funktionalität von Prozessor und Peripheriefunktionen in sich vereint. Eine Verschaltung von Schaltungselementen (Prozessor, Speicher, etc.) ist hierbei fest vorgegeben, die Funktionsweise des Mikrocontrollers lässt sich allerdings durch softwareseitige Programmierung anpassen. Ein Mikrocontroller ist herbei optimiert auf sequenzielle Programmabläufe und lässt sich i. d. R. mittels weit verbreiteter Programmiersprachen programmieren. Weiter weist der Mikrocontoller, abhängig von einer Bauart, eine Peripherie auf, welche z. B. Module zur Pulsweitenmodulation, Zähler oder Timer, Komparatoren, Interrupt-Einheiten, Schnittstellen wie z. B. eine CAN-Bus-Schnittstelle und weitere Peripherieeinheiten umfassen kann. Auch existieren für einen Mikrcontroller weit verbreitete Tools zur Programmierung, die z. B. eine Laufzeitmessung von ausgeführtem Programmcode oder ein Debugging ermöglichen. Generell kann ein Mikrocontroller auch als softwareabhängige Recheneinheit bezeichnet werden, wobei eine gewünschte Funktionalität des Mikrocontrollers durch eine (softwareseitige) Programmierung erreicht werden kann.
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Als weitere Art von Recheneinheiten sind strukturabhängige Recheneinheiten bekannt, deren Funktionalität durch eine Schaltungsstruktur, also eine Verschaltung von Schaltungselementen wie z. B. Flip-Flops, Look-Up-Tables, etc. vorgegeben ist. Bei einer strukturabhängigen Recheneinheit kann eine Funktionalität durch hardwareseitige Programmierung, d. h. Verschalten der Schaltungselemente, hergestellt werden. Beispiele für solche Recheneinheiten sind die so genannten Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) oder die Application Specific Integrated Circuits (ASICs). Diese strukturabhängigen Recheneinheiten ermöglichen eine parallele Programmabarbeitung und können somit ein schnelles Laufzeitverhalten aufweisen, wodurch insbesondere in einer Echtzeitumgebung keine oder weniger Laufzeitprobleme auftreten. Weiter können so genannte SoftCore-Prozessoren in solche strukturabhängigen Recheneinheiten integriert werden, die eine auf Bedürfnisse eines Anwenders angepasste Prozessorfunktionalität der strukturabhängigen Recheneinheit gewährleisten. Eine Funktionalität von strukturabhängigen Recheneinheiten lässt sich hierbei i. d. R. in einem hardwarespezifischen Code wie z. B. VHDL oder Verilog beschreiben. Hierdurch kann z. B. ein FPGA leicht in einen ASIC überführt werden.
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Nachteilig sind die im Vergleich hohen Bauteilkosten und die Tatsache, dass eine Größe der strukturabhängigen Recheneinheiten abhängig von einem Programmentwurf ist sowie dass keine spezielle Peripherie wie z. B. bei einem Mikrocontroller vorhanden ist.
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Im Rahmen von Sicherheitskonzepten, z. B. beim Betrieb einer elektromechanischen Lenkung in einem Kraftfahrzeug, kann es notwendig oder vorgeschrieben sein, einen Überwachungsrechner einzusetzen, der z. B. eine fehlerfreie Funktion einer Recheneinheit, z. B. eines Mikrocontrollers zur Steuerung eines Servomotors einer elektromechanischen Lenkung, überwacht. Derartige Sicherheitskonzepte können auch beim Betrieb von als Antriebsmotoren für Elektro- oder Hybridfahrzeugen ausgebildeten Elektromotoren angewendet werden. Der Überwachungsrechner kann hierbei die Recheneinheit gemäß eines so genannten Frage-Antwort-Konzepts überwachen. Hierzu stellt er in regelmäßigen Zeitabständen datentechnisch Fragen an die Recheneinheit und überprüft die ebenfalls datentechnisch übermittelte Antwort. Entspricht die Antwort nicht einer Soll-Antwort, so werden einzelne Funktionen der Recheneinheit oder die gesamte Recheneinheit abgeschaltet.
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Die
US 2006 0212135 A1 offenbart ein System mit verteilter Architektur, wobei das System eine Vielzahl von Knoten umfasst, die operativ mittels eines Busses gekoppelt sind. Jeder Knoten umfasst eine Haupt-Recheneinheit, die konfiguriert ist, dem Bus oder einem Aktor Daten zur Verfügung zu stellen. Weiter umfasst jeder Knoten eine Überwachungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, dem Bus oder dem Aktor Daten zur Verfügung zu stellen, wobei jeder Knoten derart konfiguriert ist, dass während eines Normalbetriebs die Hauptrecheneinheit den Aktor, der einen weiteren Aktor steuert, mit Daten versorgt während die Überwachungs-Recheneinheit den Aktor, der einen weiteren Aktor steuert, generell nicht mit Daten versorgt. Weiter ist jeder Knoten derart konfiguriert, dass, falls festgestellt wird, dass die Haupt-Recheneinheit unzulässige Daten erzeugt, die Überwachungs-Recheneinheit den Aktor, der einen weiteren Aktor steuert, mit Daten versorgt während die Haupt-Recheneinheit den Aktor, der einen weiteren Aktor steuert, nicht mit Daten versorgt. Das System kann hierbei in einem Steer-by-Wire-System eingesetzt werden. Hierbei kann die Überwachungs-Recheneinheit ein FPGA oder ein ASIC sein. Es ist nicht offenbart, dass die Haupt-Recheneinheit auch eine Funktion der Überwachungs-Recheneinheit überwacht.
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Die
DE 102 11 279 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines verteilten sicherheitsrelevanten Systems, insbesondere eines X-by-Wire-Systems in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen ersten Prozessrechner zur Ansteuerung einer Komponente des Systems und mindestens einen weiteren Prozessrechner, wobei die Prozessrechner jeweils über einen Kommunikationscontroller an ein Kommunikationssystem angeschlossen sind und die Funktionsfähigkeit des mindestens einen ersten Prozessrechners durch den mindestens einen weiteren Prozessrechner überprüft wird, wobei die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden: mindestens einer der weiteren Prozessrechner, der einen Fehler mindestens eines der ersten Prozessrechner ermittelt hat, übermittelt eine Ansteuernachricht über das Kommunikationssystem zum Ansteuern des fehlerhaften ersten Prozessrechners oder der von diesem angesteuerten Komponente; es wird überprüft, ob der Absender der Ansteuernachricht berechtigt ist, den fehlerhaften ersten Prozessrechner anzusteuern;
es wird überprüft, ob der Absender der Ansteuernachricht an das Kommunikationssystem angeschlossen und aktiv an der Kommunikation über das Kommunikationssystem beteiligt ist; in Abhängigkeit des Inhalts von Ansteuernachrichten derjenigen Absender, die berechtigt sind, den fehlerhaften ersten Prozessrechner anzusteuern, und die an das Kommunikationssystem angeschlossen und aktiv an der Kommunikation über das Kommunikationssystem beteiligt sind, wird nach einem vorgebbaren Entscheidungsalgorithmus entschieden, wie der fehlerhafte erste Prozessrechner und/oder die Komponente anzusteuern sind; und der fehlerhafte erste Prozessrechner und/oder die Komponente werden dementsprechend angesteuert. Weiter wird offenbart, dass eine Überwachungseinheit insbesondere zur Erkennung systematischer (sog. common mode) Fehler dient. Ein Beispiel für solche Fehler sind Fehler in der Spannungsversorgung. Bei einem bekannten Bremssystem ist die Überwachungseinheit als ein selbständiges Mikrorechnersystem ausgebildet. Alternativ kann die Überwachungseinheit jedoch auch als ein Hardwarebaustein ohne eigenen Prozessor ausgebildet sein, der jedoch konkrete logische Funktionen oder, falls er ein Register aufweist, sogar Schaltfunktionen ausführen kann. Ein Beispiel für einen solchen Hardwarebaustein ist bspw. ein ASIC (Applied Specific Integrated Circuit), ein FPGA (Field-Programmable Gate Array) oder eine Überwachungsschaltung (sog. Watch-Dog).
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und ein Rechnerverbund zur Steuerung eines Elektromotors zu schaffen, welche eine erhöhte Verfügbarkeit einer solchen Steuerung gewährleisten, wobei ein Notlaufbetrieb des Elektromotors bei Ausfall einzelner Recheneinheiten des Rechnerverbundes und/oder bei Ausfall eines Sensors, der in dem Rechnerverbund oder mit diesem datentechnisch verbunden ist, gewährleistet ist.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors. Der Elektromotor kann hierbei ein Elektromotor eines elektromechanischen Lenksystems sein, wobei der Elektromotor ein Unterstützungsmoment erzeugt. Auch kann der Elektromotor zum Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges dienen, wobei der Elektromotor aus elektrischer Energie z. B. ein Antriebsmoment erzeugt. Die Steuerung des Elektromotors erfolgt mittels eines Rechnerverbundes. Der Rechnerverbund umfasst mindestens eine erste Recheneinheit und eine weitere Recheneinheit. Die erste und die weitere Recheneinheit sind hierbei datentechnisch, beispielsweise über ein Bus-System wie einen CAN-Bus oder ein anderes, vorzugsweise echtzeitfähiges, Bus-System, verbunden.
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Die erste Recheneinheit erzeugt in einem Normalbetrieb zumindest ein Führungsgrößensignal. Das Führungsgrößensignal kann hierbei z. B. ein sollmomentabhängiges Signal oder ein solldrehzahlabhängiges Signal sein. Die erste Recheneinheit kann auch weitere Funktionalitäten einer Steuerung eines Elektromotors eines elektromotorischen Lenksystems ausüben.
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Beispielsweise kann die erste Recheneinheit eine Geradeausfahrkorrektur, eine Endanschlagsicherungs-Funktion, eine Trägheitskompensations-Funktion, eine Schwingungskompensations-Funktion und/oder weitere Funktionen ausführen, wenn der Elektromotor als Servomotor zur Erzeugung eines Unterstützungsmoments in einer elektromechanischen Lenkung verwendet wird.
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Wird der Elektromotor als Antriebsmotor in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet, kann die erste Recheneinheit als weitere Funktionalitäten z. B. eine Funktion zur Temperaturregelung von z. B. leistungselektronischen Elementen, eine Fahrfunktion wie z. B. eine Einstellung eines zeitlichen Verlaufs eines Momentenaufbaus, eine Funktion zur Rekuperation von elektrischer Energie, eine Drehzahlüberwachungsfunktion und weitere antriebsrelevante Funktionen ausführen. Auch kann mittels der ersten Recheneinheit das Führungsgrößensignal in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, z. B. in Abhängigkeit einer Autobahnfahrt, einer Stadtfahrt, einer Überlandfahrt, erzeugt werden, wobei Fahrsituationen z. B. auf Grundlage von mittels Sensoren erfassten Größen, z. B. einer Geschwindigkeit und/oder einer GPS-Position und/oder weiteren Größen, klassifiziert werden.
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So kann beispielsweise das Führungsgrößensignal derart erzeugt werden, dass eine Beschleunigung immer einer vorbestimmten Beschleunigung entspricht, wodurch z. B. ein dynamisches Fahren im Stadtverkehr ermöglicht wird. Auch kann mittels der ersten Recheneinheit das Führungsgrößensignal in Abhängigkeit eines Ladezustands (State-of-Charge) und/oder Gesundheitszustands (State-of-Health) einer Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs bestimmt werden. So kann beispielsweise das Führungsgrößensignal derart begrenzt werden, dass eine vorbestimmte Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird, so dass eine vorbestimmte Restreichweite des Elektro- oder Hybridfahrzeugs gewährleistet ist. Hierzu kann die erste Recheneinheit datentechnisch mit Sensoren (z. B. Motorlagesensoren oder Rotorlagesensoren) und/oder Steuereinrichtungen und/oder Überwachungseinrichtungen (z. B. Motorüberwacher) im Elektro- oder Hybridfahrzeug verbunden sein.
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In einem Normalbetrieb wird das Führungsgrößensignal von der ersten an die weitere Recheneinheit übertragen. Hierzu weist die erste Recheneinheit eine Ausgangsschnittstelle und die weitere Recheneinheit eine Eingangsschnittstelle auf.
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Erfindungsgemäß erzeugt dann ausschließlich die weitere Recheneinheit in Abhängigkeit des Führungsgrößensignals mindestens ein Eingangssignal des Elektromotors. Hierbei kann der Elektromotor beispielsweise Strom- und/oder spannungsabhängig gesteuert werden. Hierbei dienen als Eingangssignal oder Eingangssignale des Elektromotors zeitliche Verläufe eines Eingangsstroms und/oder einer Eingangsspannung des Elektromotors (Phasenströme, Phasenspannungen). Die Erzeugung der Eingangssignale des Elektromotors kann hierbei beispielsweise mittels einer Kommutierung von Phasen oder Zweigen des Elektromotors erfolgen, wobei die Kommutierung von der weiteren Recheneinheit gesteuert wird.
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Auch kann die weitere Recheneinheit Eingangssignale des Elektromotors indirekt durch Erzeugung von Steuersignalen für leistungselektronische Elemente erzeugen, wobei mittels der leistungselektronischen Elemente die genannten Eingangsströme und/oder Eingangsspannungen einstellbar sind. Beispielsweise kann die weitere Recheneinheit Steuersignale für eine Treiberstufe erzeugen, wobei die Treiberstufe in Abhängigkeit von dieser Steuersignalen Steuersignale der leistungselektronischen Elemente erzeugt. Auch kann die weitere Recheneinheit Steuersignale der leistungselektronischen Elemente direkt erzeugen. Beispielsweise können somit Gate-Spannungen von elektronischen Schaltelementen, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs eines Wechselrichters, z. B. eines dreiphasigen Wechselrichters, eingestellt werden.
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Die weitere Recheneinheit kann zusätzlich den Normalbetrieb der ersten Recheneinheit und/oder des Elektromotors überwachen. Ist die erste Recheneinheit ein Mikrocontroller und die zweite Recheneinheit ein FPGA, so übernimmt also der FPGA, der auch für Steuerung/Regelung des Elektromotors zuständig ist, die Überwachung einer fehlerfreien Funktionalität des Mikrocontrollers. Eine Überwachung kann hierbei über das vorhergehend erläuterte Frage-Antwort-Konzept erfolgen. Hierfür kann zumindest ein Teil der weiteren Recheneinheit, z. B. ein Teil deren Schaltungsstruktur, als Überwachungsrechner ausgebildet sein, wobei der Teil der weiteren Recheneinheit Funktionen zur Überwachung der ersten Recheneinheit ausführt. Beispielsweise kann der Überwachungsrechner datentechnisch ein Anfragesignal an die erste Recheneinheit übermitteln und ein entsprechendes Antwortsignal der ersten Recheneinheit auswerten. Weicht das Antwortsignal von einem Soll-Antwortsignal ab, so wird eine Fehlfunktion der ersten Recheneinheit detektiert und es können Teile der Funktionalität der ersten Recheneinheit oder die gesamte erste Recheneinheit deaktiviert oder ausgeschaltet werden. Hierzu kann der Überwachungsrechner z. B. ein Deaktivierungssignal oder Ausschalt-Signal an die erste Recheneinheit übertragen. Hierdurch ergibt sich zusätzlich zu einer verbesserten Steuerung des Elektromotors in vorteilhafter Weise die Einsparung einer eigens zur Überwachung einer Funktionalität der ersten Recheneinheit vorgesehenen weiteren Überwachungseinheit.
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Selbstverständlich kann eine detektierte Fehlfunktion z. B. mittels eines optischen und/oder akustischen Signals an einen Kraftfahrzeugführer übermittelt werden.
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Auch kann die weitere Recheneinheit bei detektierter Fehlfunktion der ersten Recheneinheit das Führungsgrößensignal derart erzeugen, dass starke Momentenpulsation des Elektromotors und/oder Unstetigkeiten vermieden oder auf ein vorbestimmtes Mindestmaß reduziert werden.
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Selbstverständlich kann ein vorliegender Notlaufbetrieb z. B. mittels eines optischen und/oder akustischen Signals an einen Kraftfahrzeugführer übermittelt werden und/oder im Rahmen einer Fahrzeug-Systemdiagnose berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform überwacht die erste Recheneinheit den Normalbetrieb der weiteren Recheneinheit. Ist die erste Recheneinheit ein Mikrocontroller und die zweite Recheneinheit ein FPGA, so übernimmt also der Mikrocontroller die Überwachung einer fehlerfreien Funktionalität des FPGAs und somit eine Überwachung einer fehlerfreien Erzeugung eines Eingangssignals des Elektromotors bzw. einer fehlerfreien Kommutierung.
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Auch kann eine fehlerfeie Erzeugung von Steuersignalen für eine Treiberstufe oder eine Erzeugung eines Steuersignals für leistungselektronische Elemente überwacht werden. Eine Überwachung kann auch hierbei über das vorhergehend erläuterte Frage-Antwort-Konzept erfolgen. Hierfür ist der Mikrocontroller derart programmiert, dass er eine Überwachungsfunktion zur Überwachung der weiteren Recheneinheit ausführt. Beispielsweise kann der Mikrocontroller datentechnisch ein Anfragesignal an die weitere Recheneinheit übermitteln und ein entsprechendes Antwortsignal der weiteren Recheneinheit auswerten. Weicht das Antwortsignal von einem Soll-Antwortsignal ab, so wird eine Fehlfunktion der weiteren Recheneinheit detektiert und es können Teile der Funktionalität der weiteren Recheneinheit oder die gesamte weitere Recheneinheit deaktiviert oder ausgeschaltet werden. Hierzu kann der Mikrocontroller z. B. ein Deaktivierungssignal oder Ausschalt-Signal an die weitere Recheneinheit übertragen. Hierdurch ergibt sich zusätzlich zu einer verbesserten Steuerung des Elektromotors in vorteilhafter Weise die Einsparung einer eigens zur Überwachung einer Funktionalität der weiteren Recheneinheit vorgesehenen weiteren Überwachungseinheit.
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In einer weiteren Ausführungsform führt die erste Recheneinheit zumindest teilweise die Funktionen der weiteren Recheneinheit durch, falls die erste Recheneinheit eine Fehlfunktion der weiteren Recheneinheit detektiert. Insbesondere kann dann die erste Recheneinheit ein Eingangssignal für den Elektromotor erzeugen oder eine so genannte Not-Kommutierung ausführen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Notbetrieb der Steuerung eines Elektromotors gewährleistet werden, wodurch z. B. ein plötzlicher Ausfall der Lenkunterstützung oder ein plötzliches Liegenbleiben insbesondere eines Elektrofahrzeugs vermieden werden kann. Insbesondere kann die erste Recheneinheit in diesem Fall auch die Erzeugung von Steuersignalen einer Treiberstufe von leistungselektronischen Elementen oder eine Erzeugung von Steuersignalen von leistungselektronischen Elementen übernehmen, wobei mittels der leistungselektronischen Elemente z. B. eine Eingangsspannung und/oder ein Eingangsstrom des Elektromotors einstellbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Recheneinheit ein Mikrocontroller und/oder die die zweite Recheneinheit ein FPGA. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Erzeugung eines Führungsgrößensignals und weitere Funktionalitäten wie z. B. die vorhergehend erwähnte Geradeausfahrkorrektur, Endanschlagsicherung-Funktion, die Trägheitskompensations-Funktion und die Schwingungskompensations-Funktion oder weitere der vorhergehend genannten Funktionalitäten der ersten Recheneinheit von einem hierfür geeigneten Mikrocontroller ausgeführt werden, wobei jedoch eine dynamische bzw. schnelle Erzeugung mindestens eines Eingangssignals, insbesondere eine Kommutierung, von dem FPGA durchgeführt wird.
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Vorteilhafterweise werden ein Motorlagesensor/Rotorlagesensor und ein Simulationsmittel in der weiteren Recheneinheit oder mit dieser datentechnisch verbunden vorgesehen. Das Simulationsmittel kann eine Hardwareeinheit der weiteren Recheneinheit oder eine Software bzw. ein Datenprogramm sein, das in der weiteren Recheneinheit integrierbar ist. Dabei wird ein aktueller Motorlagewinkel des Elektromotors im Normalbetrieb durch den Motorlagesensor ermittelt, und ein Sollmotorlagewinkel für den Elektromotor wird in einem Notbetrieb durch das Simulationsmittel simulierend erzeugt, falls der Motorlagesensor defekt ist oder versagt und eine genaue Ermittlung des aktuellen Motorlagewinkels nicht mehr möglich ist.
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Zur Ansteuerung des Elektromotors wird die erste Recheneinheit durch die Umschaltung eines elektrischen Schalters jeweils im Normalbetrieb mit dem Motorlagesensor und im Notbetrieb mit dem. Simulationsmittel datentechnisch verbunden. Im Normalbetrieb wird das ermittelte aktuelle Motorlagewinkelsignal des Elektromotors der ersten Recheneinheit zugeführt, das Simulationsmittel zur Simulation des Sollmotorlagewinkels den Betrieb und/oder die Bewegungen des Elektromotors anhand des ermittelten Motorlagewinkels überwacht. Im Notbetrieb wird der elektrische Schalter umgeschaltet, um die erste Recheneinheit mit dem Simulationsmittel zu verbinden. Dadurch wird ein Sollmotorlagewinkelsignal für den Elektromotor, das mittels des Simulationsmittels simuliert bzw. erzeugt wird, der ersten Recheneinheit zugeführt, wobei die Simulation des Motorlagewinkelsignals dem Betrieb und den Bewegungen des Elektromotors entsprechend ausgeführt wird. Als eine Redundanz für die Ermittlung des genauen Motorlagewinkels wird dieser nun nicht mehr vom Motorlagesensor aktuell gemessen, sondern nur durch das Simulationsmittel eingeschätzt. Somit kann der Elektromotor durch die erste Recheneinheit weiterhin angesteuert werden, auch wenn seine aktuelle Motorlage aufgrund des Ausfalls des Motorlagesensors nicht mehr ermittelbar ist bzw. überwacht werden kann. D. h., das Simulationsmittel kann als eine zusätzliche Sicherung für den teuren und störanfälligen Motorlagesensor bzw. für die Ansteuerung des Elektromotors angesehen werden.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Rechnerverbund zur Steuerung eines Elektromotors oder eines als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotors eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Der Rechnerverbund umfasst mindestens eine erste Recheneinheit und eine weitere Recheneinheit, wobei die erste und die weitere Recheneinheit datentechnisch verbunden sind. Mittels der ersten Recheneinheit ist in einem Normalbetrieb zumindest ein Führungsgrößensignal erzeugbar. Erfindungsgemäß ist in dem Normalbetrieb das Führungsgrößensignal von der ersten an die weitere Recheneinheit übertragbar und ausschließlich mittels der weiteren Recheneinheit in Abhängigkeit des Führungsgrößensignals mindestens ein Eingangssignal des Elektromotors erzeugbar. Mittels des vorgeschlagenen Rechnerverbunds lässt sich in vorteilhafter Weise eines der vorhergehend erläuterten Verfahren durchführen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Rechnerverbunds ist mittels der weiteren Recheneinheit der Normalbetrieb der ersten Recheneinheit und/oder mittels der ersten Recheneinheit der Normalbetrieb der weiteren Recheneinheit überwachbar.
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In einer weiteren Ausführungsform des Rechnerverbunds sind mittels der weiteren Recheneinheit zumindest teilweise die Funktionen der ersten Recheneinheit durchführbar, falls die weitere Recheneinheit eine Fehlfunktion der ersten Recheneinheit detektiert, und/oder mittels der ersten Recheneinheit zumindest teilweise die Funktionen der weiteren Recheneinheit durchführbar, falls die erste Recheneinheit eine Fehlfunktion der weiteren Recheneinheit detektiert.
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In einer weiteren Ausführungsform des Rechnerverbundes ist die erste Recheneinheit ein Mikrocontroller und/oder die die zweite Recheneinheit ein FPGA.
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Die weitere Recheneinheit kann zudem zumindest einen Motorlagesensor oder Rotorlagesensor und ein Simulationsmittel aufweisen oder mit denen datentechnisch verbunden werden. Das Simulationsmittel kann ausschließlich als eine Software bzw. ein Computerprogram realisiert und in die weitere Recheneinheit, wie z. B. in einen FPGA eingebettet werden, und der Motorlagesensor kann gut an einen FPGA adaptiert und durch diesen gesteuert werden. Ein aktueller Motorlagewinkel des Elektromotors kann dann im Normalbetrieb durch den Motorlagesensor ermittelt werden, während in einem Notbetrieb, insbesondere beim Ausfall des Motorlagesensors, ein Sollmotorlagewinkel für den Elektromotor durch das Simulationsmittel simuliert bzw. erzeugt werden.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild eines Rechnerverbundes,
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2 ein schematisches Blockschaltbild eines Rechnerverbundes mit einem Motorlagesensor und einem Simulationsmittel.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Rechnerverbund 1 schematisch dargestellt. Der Rechnerverbund umfasst einen Mikrocontroller 2 und einen FPGA 3 und dient zur Steuerung eines Elektromotors 4 zur Erzeugung eines Unterstützungsmoments in einer nicht dargestellten elektromechanischen Lenkung. Der Mikrocontroller 2 und der FPGA 3 sind jeweils an ein gemeinsames oder getrenntes Bussystem angeschlossen, was schematisch durch Pfeile 5 dargestellt ist. Weiter sind der Mikrocontroller 2 und der FPGA 3 über ein Bussystem 6 datentechnisch verbunden. Das Bussystem ermöglicht hierbei eine datentechnische Kommunikation in Echtzeit. Auch ist der Mikrocontroller 2 mit einem Sensor 7 und der FPGA 3 mit einem weiteren Sensor 8 verbunden. Der Mikrocontroller 2 und der FPGA 3 führen jeweils in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Sensoren 7, 8 Funktionen durch. Hierbei ist dargestellt, dass der FPGA 3 Eingangssignale für den Elektromotor 4 erzeugt, insbesondere eine Kommutierung dessen Phasen steuert. Auch ist dargestellt, dass der Mikrocontroller 2 zur Steuerung eines weiteren Aktors 9 dient.
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Ein separater Überwachungsrechner kann somit verzichtet werden, wobei gewährleistet ist, dass eine Überwachung des Mikrocontrollers 2 auf einer physisch vom Mikrocontroller 2 verschiedenen Recheneinheit, nämlich dem FPGA 3, und eine Überwachung des FPGA 3 auf einer physisch vom FPGA 3 verschiedenen Recheneinheit, nämlich dem Mikrocontroller 2, implementiert ist.
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2 zeigt einen Rechnerverbund 1 in einem Fahrzeuglenksystem, wobei die weitere Recheneinheit weiterhin einen Motorlagesensor 3a und ein Simulationsmittel 3b aufweist, die jeweils gewechselt durch einen elektrischen Schalter 44 mit der ersten Recheneinheit – hier einem Mikrocomputer 2 – und über diesen weiterhin mit einem Elektromotor 4 datentechnisch verbunden sind. Ein aktueller Motorlagewinkel des Elektromotors 4 kann entweder im Normalbetrieb durch den Motorlagesensor 3a gemessen oder in einem Notbetrieb, insbesondere beim Ausfall des Motorlagesensors 3a, durch das Simulationsmittel 3b geschätzt bzw. simuliert werden.
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In einem Normalbetrieb wird der Motorlagesensor 3a mit dem Mikrocomputer 2 verbunden, und der vom Motorlagesensor 3a gemessene Motorlagewinkel wird als ein Motorlagewinkelsignal an den Mikrocomputer 2 weitergeleitet, um den Elektromotor 4 zu überwachen bzw. zu steuern.
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Hierbei überwacht das Simulationsmittel 3b zur Simulation eines Sollmotorlagewinkels anhand des ermittelten Motorlagewinkels den Betrieb und/oder die Bewegungen des Elektromotors 4, indem die technischen Daten, die zur Erfüllung einer mindesten Anforderung an eine Ansteuerung des Elektromotor 4 in einem Notfall notwendig sind, dem Simulationsmittel 3b gesendet werden. Daher kann das Simulationsmittel 3b ein entsprechendes Sollmotorlagewinkelsignals den Betrieb und/oder die Bewegungen des Elektromotors 4 entsprechend simulieren.
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Falls der Motorlagesensor 3a defekt ist und folglich der genaue aktuelle Motorlagewinkel für den Mikrocomputer 2 nicht mehr ermittelbar ist, wird der Mikrocomputer 2 dann einen Notbetrieb starten und den Schalter 44 umschalten, damit eine Verbindung mit dem Simulationsmittel 3b hergestellt wird. Den Betrieb und/oder die Bewegungen des Elektromotors 4 entsprechend schätzt das Simulationsmittel 3b einen Sollmotorlagewinkel, und simuliert das Sollmotorlagewinkelsignal für den Elektromotor 4. Nach dem eingeschätzten Motorlagewinkel steuert der Mikrocomputer 2 beim Ausfall des Motorlagesensors 3a den Elektromotor 4 weiterhin, um zumindest eine beschränkte Lenkunterstützung zu gewährleisten. In diesem Fall kann das Simulationsmittels 3b als eine Redundanz für den Motorlagesensor 3a angesehen werden, damit der Elektromotor 4 im Notfall auch sensorlos steuerbar ist.
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Da ein solches Motorlagewinkelsignal im Notbetrieb nicht mehr gemessen, sondern nur geschätzt werden kann, wird die Lenkunterstützung in diesem Notbetrieb so weit heruntergesetzt, dass ggf. auftretende haptische Auffälligkeiten vom Fahrer überlenkt werden können. Die anderen Steuergeräte im Fahrzeug werden zudem über ein Bussystem informiert, dass das Lenksystem nicht mehr vollfunktionsfähig ist, damit der Fahrer z. B. gewarnt und/oder ein Weg in eine Werkstatt empfohlen wird. Die Lenkunterstützung im Notbetrieb ist zwar beschränkt, jedoch verhindert dies ein Liegenbleiben oder eine Panne des Fahrzeugs wegen eines Motorlagesensor bzw. Lenkungsausfalls.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rechnerverbund
- 2
- Mikrocontroller
- 3
- FPGA
- 3a
- Motorlagesensor
- 3b
- Simulationsmittel
- 4
- Elektromotor
- 5
- Pfeil
- 6
- Bussystem
- 7
- Sensor
- 8
- Sensor
- 9
- Aktor
- 44
- Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20060212135 A1 [0010]
- DE 10211279 A1 [0011]
