DE102011121602A1

DE102011121602A1 - Notlaufbetriebsverfahren eines Fahrzeuglenksystems

Info

Publication number: DE102011121602A1
Application number: DE102011121602A
Authority: DE
Inventors: Marius Baller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-17
Filing date: 2011-12-17
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Notlaufbetrieb eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems bzw. ein elektromechanisches Fahrzeuglenksystem mit einem Elektromotor, der durch das Verfahren im Notlauf betrieben werden kann. Beim Auftritt eines Fehlers, der ein Bremsmoment für einen Elektromotor des Fahrzeuglenksystems diskontinuierlich verursacht wird das elektromechanische Fahrzeuglenksystem im Notlauf betrieben. Der Drehwinkelbereich (3) des Elektromotors wird in mindestens einen ersten (1) und mindestens einen zweiten Teilwinkelbereich (2) geteilt, wobei das Bremsmoment nur in dem ersten Teilwinkelbereich erzeugt wird, und der Elektromotor wird derart geregelt, dass die Drehbewegung des oder der Läufer des Elektromotors in dem zweiten Teilwinkelbereich (2) angehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Notlaufbetrieb eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems beim Auftritt eines Fehlers, der ein Bremsmoment für einen Elektromotor des Fahrzeuglenksystems diskontinuierlich verursacht bzw. ein elektromechanisches Fahrzeuglenksystem mit einem Elektromotor, der durch das Verfahren im Notlauf betrieben werden kann.
Ein elektronisch kommutierter Motor hat häufig eine, zwei oder drei Phasen (Stränge), diese Phasen können je nach Art der Elektronik in unterschiedlicher Weise mit Strom gespeist werden. Kommutierung bedeutet eine zeitrichtige Bestromung der Ankerwicklungen eines Elektromotors. Bei Auftreten eines Kurzschlusses in der Ansteuerelektronik (z. B. Schaltelemente) eines Elektromotors fließt ein Fehlstrom in einer Phase, der ein hohes Bremsmoment zur Folge haben kann. Die Schaltelemente sind üblicherweise Leistungshalbleiter, vorzugsweise MOSFET-Transistoren. Wenn der Elektromotor Teil eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems ist, konnte das Bremsmoment bei der Verwendung des Antriebs für eine elektromechanische Lenkhilfe die Lenkbarkeit des Fahrzeugs stark beeinträchtigen. Als Notlaufmaßnahme werden die anderen beiden noch zur Verfügung stehenden Motorphasen für eine weitere Kommutierung des Elektromotors genutzt, um das Bremsmoment möglichst zu kompensieren. In den Winkelbereichen, die durch die zwei funktionierenden Stränge gesteuert sind, wird der Elektromotor aktiv gesteuert, in dem Bremsmomentbereich wird der Elektromotor jedoch nicht aktiv gesteuert. Es wird versucht, den Elektromotor eines Fahrzeuglenksystems in einer Stellung zu belassen, aus der eine erneute Lenkbewegung besser gestartet werden kann.
Die WO 2010 112 262 A1 betrifft einen kommutierten Elektromotor. Die Steuereinheit des Elektromotors wird so ausgebildet, dass in Abhängigkeit des defekten Halbleiterschalters einer Ansteuerungselektrik des Elektromotors dessen Stator so angesteuert wird, dass der Rotor insbesondere mittels gespeicherter Rotationsenergie eine mechanische Leistung abgeben kann oder ein durch den Defekt verursachtes Bremsmoment des Elektromotors reduziert oder vollständig kompensiert wird, damit der Rotor die Defekt-Winkelbereiche des Rotorumlaufes überwinden kann.
Der Erfindung liegt dann die Aufgabe zu Grunde, den Elektromotor eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems im Notlaufbetrieb besser zu kommutieren, wenn ein Fehler ein Bremsmoment für den Elektromotor verursacht hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Notlaufbetrieb eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein elektromechanisches Fahrzeuglenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Notlaufbetrieb eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems beim Auftritt eines Fehlers angegeben, der ein Bremsmoment für einen Elektromotor des Fahrzeuglenksystems diskontinuierlich verursacht. Ein Elektromotor wird häufig durch Mehrphasenwechselstrom gesteuert und betrieben. Eine niederohmige Verbindung oder ein Kurzschluss kann in der Ansteuerelektrik (z. B. MOSFET-Schaltelementen) des Elektromotors passieren, wodurch ein Fehlstrom z. B. in einer Phase des Mehrphasenwechselstroms fließt. Daher wird der Drehwinkelbereich des Elektromotors in mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Teilwinkelbereich geteilt, wobei das schlagartig auftretende Bremsmoment nur in dem ersten Teilwinkelbereich, der der fehlerauftretenden Phase entspricht, erzeugt wird. Nach bisher bekannten Verfahren, wie z. B. Lokalisierung eines defekten MOSFETs ggf. Bestimmung des Widerstandes in der Ansteuerelektrik, wird der oder die Teilwinkelbereiche bestimmt, der oder die nicht zur Kommutierung des Elektromotors genutzt werden können. Der mindestens eine erste Teilwinkelbereich und der mindestens eine zweite Teilwinkelbereich werden vorteilhaftweise abwechselnd nebeneinander in dem Drehwinkelbereich des Elektromotors verteilt. Dabei wird der Elektromotor derart geregelt, die Drehbewegung des oder der Läufer (Rotor) des Elektromotors in dem zweiten Teilwinkelbereich anzuhalten. Der oder die Läufer sind am besten auf der Mittellinie des zweiten Teilwinkelbereiches anzuhalten, da die Läufer des Elektromotors, der erste und der zweite Teilwinkelbereich in der Regel symmetrisch ausgelegt sind. Dadurch, dass der Elektromotor wie ein Schrittmotor stets in dem zweiten Teilwinkelbereich gezielt geregelt wird, kann eine Blockierung des Fahrzeuglenksystems vermieden werden, weil kein Fehlerstrom bzw. kein Bremsmoment im zweiten Teilwinkelbereich entstehen und der Elektromotor in diesem Bereich kommutierbar ist. Der Elektromotor hat somit eine möglichst optimale Ausgangssituation für einen Start einer Lenkbewegung oder aber für ein Beenden einer Lenkbewegung.
Die Regelung des Elektromotors wird abhängig von einem Handmoment, das auf ein Lenkrad des Fahrzeuglenksystems ausgeübt wird, derart eingestellt, dass der oder die Läufer des Elektromotors entweder nach Überschreitung eines ersten Teilwinkelbereiches sofort in dem nächststehenden zweiten Teilwinkelbereich angehalten wird oder sich über diesen zweiten Teilwinkelbereich bis zu einem folgenden zweiten Teilwinkelbereich weiter dreht. D. h., der Elektromotor hält entweder sofort in dem nächst zweiten Teilwinkelbereich an oder dreht sich in einem kontinuierlichen Drehmodus, bis der Fahrer das Lenkmanöver wirklich abbrechen will. Der oder die Läufer des Elektromotors können mit Hilfe des Handmoments den ersten Teilwinkelbereich überschreiten, d. h. der Fahrer muss wesentlich mit eigener Kraft das Bremsmoment in dem oder den ersten Teilwinkelbereichen überwinden. Ein beschleunigtes System oder eine bereits aufgebrachte Kraft zum Vorspannen der Lenkung kann dem Fahrer behilflich sein. Zusätzlich wird der Elektromotor derart bestromt, dass ein Unterstützungsmoment zur Hilfe der Lenkung in dem zweiten Teilwinkelbereich generiert wird. Das Unterstützungsmoment kann dem Fahrer entweder neben seinem Handmoment oder unabhängig von diesem das Überschreiten des zweiten Teilwinkelbereiches erleichtern. Je nach dem, wie das Handmoment, z. B. nach Kraft oder Dauerzeit, ausgewertet ist, werden die zwei Situationen entschieden. In beiden Situationen hält der Elektromotor immer in einem zweiten Teilwinkelbereich an.
Weiterhin wird ein Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem mit einem Elektromotor vorgesehen, der beim Auftritt eines Fehlers in einem Notlauf betrieben werden kann, wenn der Fehler ein Bremsmoment für den Elektromotor diskontinuierlich verursacht. Der Drehwinkelbereich des Elektromotors besteht aus mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Teilwinkelbereich, wobei das Bremsmoment nur in dem ersten Teilwinkelbereich entsteht, und der Elektromotor derart regelbar ist, dass der oder die Läufer des Elektromotors in dem zweiten Teilwinkelbereich in seiner Drehbewegung angehalten werden.
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen des Ausführungsbeispiels anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigt:
1: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen verteilten Drehwinkelbereiches eines Elektromotors.
1 zeigt einen Drehwinkelbereich 3 eines Elektromotors in einem elektromechanischen Fahrzeuglenksystem. Der Drehwinkelbereich 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel in vier erste 1 und vier zweite Teilwinkelbereiche 2 verteilt, wobei in jedem ersten Teilwinkelbereich 1 ein Bremsmoment wegen eines Fehlers in einer Ansteuerelektrik des Elektromotors, z. B. B6-Brücke aus MOSFET, erzeugt wird. Dahingegen entsteht kein Fehlerstrom bzw. kein Bremsmoment in den zweiten Teilwinkelbereiches 2. Der Elektromotor kann somit in diesen Winkelbereichen kommutiert und normal betrieben werden. Die zweiten Teilwinkelbereichen 2 sind jeweils die Zielbereiche, in denen der Elektromotor versucht werden soll, in seiner Drehbewegung zu stoppen.
Die vier ersten 1 und die vier zweiten Teilwinkelbereich 2 sind abwechselnd nebeneinander in dem Drehwinkelbereich 3 des Elektromotors gleichmäßig verteilt. Der Elektromotor wird wie ein Schrittmotor so geregelt, dass die Drehbewegung der Läufer (Rotor) des Elektromotors stets in den zweiten Teilwinkelbereichen 2 und vorzugsweise auf der Mittellinie 4 des zweiten Teilwinkelbereiches 2 angehalten wird, um eine Blockierung des Fahrzeuglenksystems zu vermeiden. Ob die Läufer des Elektromotors nach der Überschreitung eines ersten Teilwinkelbereiches 1 sofort in dem nächst stehenden zweiten Teilwinkelbereich 2 anhalten oder über diesen bis zu einem folgenden zweiten Teilwinkelbereich weiterhin kontinuierlich drehen, bis der Fahrer das Lenkmanöver wirklich abbrechen will, hängt von einer Auswertung eines Handmoment es ab, das er auf das Lenkrad des Fahrzeuglenksystems ausübt. Die Auswertung kann z. B. nach Kraft oder Dauer des Handmoments erfolgen. Es empfiehlt sich für die Auswertung des Handmomentes, die Schwelle, ob der Elektromotor sofort angehalten werden soll oder weiterhin kontinuierlich betrieben werden soll, mit einer Hysterese zu versehen, Diese Schwelle kann auch z. B. geschwindigkeitsabhängig gestaltet werden. Als zusätzliche Regelgröße bietet sich die Winkelgeschwindigkeit an, um z. B. die Schwelle für die weitere Motorbewegung auch Winkelgeschwindigkeitsabhängig zu gestalten. Dabei hat der Fahrer mit eigener Kraft den oder die ersten Teilwinkelbereiche 1 zu überwinden. Ein beschleunigtes System und die bereits selber aufgebrachte Kraft zum Vorspannen der Lenkung können ihm helfen, bis die Schwelle zum Positionswechsel erreicht wurde. Zusätzlich dazu kann der Elektromotor auch so bestromt werden, dass ein Unterstützungsmoment für die Lenkung des Fahrzeugs generiert wird, um die zweiten Teilwinkelbereiche 2 quer zu durchqueren. Falls nicht vom Fahrer zusätzlich das Lenkrad bewegt wird, wird die Bestromung unterbrochen, dann hält der Elektromotor an.
Sollte der Fahrer die Position der Lenkung ändern wollen, erfolgt die Regelung des Elektromotors auf den nächsten zweiten Teilwinkelbereich 2. Es kann aber auch von der Anwendung erkannt oder vermutet werden, dass der Fahrer nicht nur eine kleine Winkeländerung vollziehen möchte, sondern in kurzer Zeit eine große Winkeländerung. Dann ist es nicht optimal nur kleine geregelte Schritte mit dem Elektromotor zu machen, sondern den Elektromotor so zu kommutieren, dass er eine maximale Lenkunterstützung in der entsprechenden Richtung erzeugt, bis zu einer geeigneten Abbrechungsbedingung, die dann wieder zu einer Schrittregelung führt.
Das oben erläuterte Verfahren beruht auf einer Regelung des Elektromotors auf einen bestimmten Winkel bzw. eine Position, Durch dieses Verfahren wird der Elektromotor auf eine bestimmte Position in einem kommutierbaren Bereich – hier dem zweiten Teilwinkelbereich 2 – geregelt. Somit wird eine möglichst optimale Ausgangssituation für den Start einer Lenkbewegung oder aber für das Beenden einer Lenkbewegung erzeugt.
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

WO 2010112262 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Notlaufbetrieb eines elektromechanischen Fahrzeuglenksystems beim Auftritt eines Fehlers, der ein Bremsmoment für einen Elektromotor des Fahrzeuglenksystems diskontinuierlich verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbereich (3) des Elektromotors in mindestens einen ersten (1) und mindestens einen zweiten Teilwinkelbereich (2) geteilt wird, wobei das Bremsmoment nur in dem ersten Teilwinkelbereich erzeugt wird, und der Elektromotor derart geregelt wird, dass die Drehbewegung des oder der Läufer des Elektromotors in dem zweiten Teilwinkelbereich (2) angehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Teilwinkelbereich (1, 2) abwechselnd nebeneinander in dem Drehwinkelbereich (3) des Elektromotors verteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Elektromotors abhängig von einem Handmoment, das auf ein Lenkrad des Fahrzeuglenksystems ausgeübt wird, derart eingestellt wird, dass der oder die Läufer des Elektromotors entweder nach Überschreitung eines ersten Teilwinkelbereiches (1) sofort in dem nächst stehenden zweiten Teilwinkelbereich (2) angehalten wird oder sich über diesen zweiten Teilwinkelbereich (2) bis zu einem folgenden zweiten Teilwinkelbereich (2) weiter dreht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Läufer des Elektromotors mit Hilfe des Handmoments den ersten Teilwinkelbereich (1) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor derart bestromt wird, dass ein Unterstützungsmoment zur Hilfe der Lenkung in dem zweiten Teilwinkelbereich (2) generiert wird.
Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem mit einem Elektromotor, der beim Auftritt eines Fehlers in einem Notlauf betrieben werden kann, wenn der Fehler ein Bremsmoment für den Elektromotor diskontinuierlich verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbereich (3) des Elektromotors aus mindestens einem ersten (1) und mindestens einem zweiten Teilwinkelbereich (2) besteht, wobei das Bremsmoment nur in dem ersten Teilwinkelbereich entsteht, und der Elektromotor derart regelbar ist, dass der oder die Läufer des Elektromotors in dem zweiten Teilwinkelbereich (2) in seiner Drehbewegung angehalten werden.
Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Teilwinkelbereich (1, 2) abwechselnd nebeneinander in dem Drehwinkelbereich (3) des Elektromotors verteilt sind.
Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Elektromotors abhängig von einem Handmoment, das auf ein Lenkrad des Fahrzeuglenksystems ausgeübt wird, derart einstellbar ist, dass der oder die Läufer des Elektromotors entweder nach Überschreitung eines ersten Teilwinkelbereiches (1) sofort in dem nächst stehenden zweiten Teilwinkelbereich (2) anhält oder über diesen zweiten Teilwinkelbereich (2) bis zu einem folgenden zweiten Teilwinkelbereich (2) weiter dreht.
Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Läufer des Elektromotors mit Hilfe des Handmoments den ersten Teilwinkelbereich (1) überschreiten kann.
Elektromechanisches Fahrzeuglenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor derart bestrombar ist, dass ein Unterstützungsmoment zur Hilfe der Lenkung in dem zweiten Teilwinkelbereich (2) generiert wird.