DE102013221951A1

DE102013221951A1 - A steering system and method for reducing power implemented in an electrically assisted steering system

Info

Publication number: DE102013221951A1
Application number: DE201310221951
Authority: DE
Inventors: Christopher Kreis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Es werden ein Lenksystem sowie ein Verfahren zum Verringern einer in einem elektrisch unterstützten Lenksystem (1) umgesetzten Leistung vorgeschlagen. Erfindungsgemäß werden dabei die folgenden Schritte ausgeführt: – Ermitteln eines Signals zur Verringerung der Leistung, und im Ansprechen darauf – Reduzieren von Anteilen (Leistung/Pegel) eines ersten Frequenzbereiches (I) in einem Regelsignal (Sf) der elektrischen Unterstützung, wobei eine Grenze (fg) des Frequenzbereiches (I) in Abhängigkeit eines vordefinierten Maßes für die Verringerung der Leistung gewählt (P2) wird.A steering system and method for reducing power implemented in an electrically assisted steering system (1) are proposed. According to the invention, the following steps are carried out: Determining a signal for reducing the power, and in response thereto Reducing proportions (power / level) of a first frequency range (I) in a control signal (Sf) of the electrical support, wherein a limit ( fg) of the frequency range (I) is selected (P2) as a function of a predefined measure for the reduction in power.

Description

Stand der Technik State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch unterstütztes Lenksystem sowie ein Verfahren zum Verringern einer in einem solchen Lenksystem umgesetzten Leistung. The present invention relates to an electrically assisted steering system and a method for reducing power implemented in such a steering system.

Die in Serie befindlichen elektromechanischen Lenksysteme (englisch: „electric power Steering“, EPS) verfügen typischerweise über eine Funktion zur Abschaltung bzw. Reduktion der Lenkraftunterstützung bei erhöhter thermischer Belastung des Lenksystems bzw. des Steuergerätes der EPS. Die thermische Belastung kann dabei insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, an elektrischen Komponenten auftreten und mittels geeigneter Sensorik ermittelt werden. Bei einer erkannten erhöhten thermischen Belastung wird bei EPS-Systemen nach dem Stand der Technik die Unterstützungsleistung prozentual zurückgenommen. Beispielsweise wird in einer ersten Stufe auf 80% und in einer zweiten Stufe auf 60% der vollen Unterstützungsleistung reduziert. Bei weiter steigender bzw. nicht zurückgehender Belastung kann auf diese Weise nach und nach bis hin zur vollständigen Abschaltung der Lenkunterstützung eine Überhitzung vermieden werden. Diese Reduktion der Lenkunterstützung wird vom Fahrer sehr deutlich wahrgenommen. Die von ihm aufzubringenden Lenkkräfte erhöhen sich deutlich. Je nach Höhe der Reduktion werden Warnlampen im Kombiinstrument verwendet, um den Fahrer über die eingeschränkte Funktion bzw. den Funktionsausstand des Lenksystems zu informieren. Des Weiteren werden derzeit Lenksysteme entwickelt, bei denen die Lenkunterstützungsleistung nicht in Form einer Steuerung vom Unterstützungsmotor angefordert wird, sondern eine Regelung (z.B. der Unterstützungskraft, (siehe DE 10 2010 036655 A1 ) oder des Handmomentes, siehe S. Grüner: "Control of electronic power steering systems: state of the art and future concepts", in Chassis.Tech Plus, München, 2011 ) vorgenommen wird. Diese Regelung führt dazu, dass insbesondere die Rückmeldungseigenschaften der Lenkung deutlich verbessert werden. Hierzu wird das Übertragungsverhalten zwischen äußerer Anregung auf das Fahrwerk und dem Lenkrad elektromotorisch verbessert. Ein Nachteil dieser Regelung ist, dass das vom Unterstützungsmotor angeforderte Moment ständig entsprechend dem gewünschten Lenkgefühl korrigiert wird. Diese Korrekturen führen dazu, dass das System insgesamt "aktiver" ist. Mit anderen Worten wird der Energieumsatz gegenüber einer konventionell angesteuerten EPS deutlich erhöht. The series electromechanical steering systems ("electric power steering", EPS) typically have a function for switching off or reducing the power steering assistance with increased thermal load of the steering system or the control unit of the EPS. The thermal load may in particular, but not exclusively occur on electrical components and be determined by means of suitable sensors. With a detected increased thermal load in EPS systems according to the prior art, the support performance is reduced in percentage. For example, in a first stage 80% and in a second stage 60% of full support. In case of further increasing or non-decreasing load overheating can be gradually avoided in this way up to the complete shutdown of the steering assistance. This reduction in steering assistance is perceived very clearly by the driver. The steering forces to be applied by him increase significantly. Depending on the amount of reduction, warning lamps are used in the instrument cluster to inform the driver about the limited function or the malfunction of the steering system. Furthermore, currently steering systems are developed in which the steering assistance power is not requested in the form of a control of the assist engine, but a regulation (eg the support force, (see DE 10 2010 036655 A1 ) or the manual torque, see S. Grüner: "Control of electronic power steering systems: state of the art and future concepts", in Chassis.Tech Plus, Munich, 2011 ) is made. This regulation means that in particular the feedback characteristics of the steering are significantly improved. For this purpose, the transmission behavior between external excitation on the chassis and the steering wheel is improved by an electric motor. A disadvantage of this regulation is that the torque requested by the assisting motor is constantly corrected according to the desired steering feeling. These corrections cause the system to be more "active" overall. In other words, the energy turnover compared to a conventionally driven EPS is significantly increased.

DE 41 42 580 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer elektromotorischen Servolenkung mit einem Servomotor. Erfindungsgemäß wird die Drehzahl des Servomotors abhängig von wenigstens einer der Größen Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkmoment, eingelegter Gang des Fahrzeugbetriebes, Betriebszustand der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und Betriebszustand der Servolenkung, gewählt. Auf diese Weise können unter anderem der Verschleiß, der Kraftstoffverbrauch und die Geräuschemission günstig beeinflusst werden. DE 41 42 580 A1 discloses a method of operating an electromotive power steering with a servomotor. According to the invention, the rotational speed of the servomotor is selected as a function of at least one of the variables vehicle speed, steering torque, engaged gear of the vehicle operation, operating state of the internal combustion engine of the vehicle and operating state of the power steering. In this way, among other things, the wear, the fuel consumption and the noise emission can be favorably influenced.

Die DE 198 43 861 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Vermeidung von Temperaturerhöhungen in einem Kraftfahrzeug mit einem Temperaturerfassungsmittel, welches mit einer elektronischen Schaltung oder einem Bremssystem thermisch gekoppelt ist. Im Ansprechen auf ein Überschreiten eines Temperaturschwellwertes wird eine Maßnahme zur Verhinderung eines unerlaubten Temperaturanstieges eingeleitet. The DE 198 43 861 A1 discloses a method and system for preventing temperature increases in a motor vehicle having a temperature sensing means thermally coupled to an electronic circuit or brake system. In response to exceeding a temperature threshold, a measure to prevent unauthorized temperature rise is initiated.

Die DE 10 2010 036 655 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems, bei welchem ein Regelkreis verwendet wird, mit dem das Lenkunterstützungsmoment geregelt wird, wobei der Regelkreis die Massenträgheit der Lenksäule berücksichtigt. Dies ermöglicht die Regelung des Unterstützungsverhaltens im Ansprechen auf die Handkraft des Fahrers, da das Beschleunigungsverhalten der Lenksäule berücksichtigt wird. The DE 10 2010 036 655 A1 discloses a method of operating a steering system using a control loop that controls the steering assist torque, the control loop taking into account the inertia of the steering column. This makes it possible to control the assisting behavior in response to the driver's manual power, taking into account the acceleration performance of the steering column.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektromechanisch unterstützte Lenksysteme hinsichtlich ihres Leistungsumsatzes zu verbessern. It is an object of the present invention to improve electromechanically assisted steering systems in terms of their power conversion.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein Lenksystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Verringern einer in einem elektrisch unterstützten Lenksystem umgesetzten Leistung. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Signal zur Verringerung der Leistung ermittelt. Dies kann beispielsweise ein im Ansprechen auf eine Anwendereingabe (z.B. zur Aktivierung eines ECO-Modus') oder ein Signal eines Temperatursensors sein. Alternativ kann auch ein System zur Temperaturüberwachung eine Temperatur rechentechnisch ermitteln oder gar prädizieren. Im Ansprechen auf das ermittelte Signal werden Anteile eines ersten Frequenzbereiches in einem Regelsignal der elektrischen Unterstützung reduziert, wobei eine Grenze des Frequenzbereiches in Abhängigkeit eines vordefinierten Maßes für die Verringerung der Leistung gewählt wird. Aufgrund des Regelsignals wird ein elektrischer Antrieb zur Unterstützung des Lenksystems angesteuert. Neben niederfrequenten Anteilen, welche in erster Linie einen quasi-statischen Lenkeinschlag herbeiführen, werden hochfrequente Anteile im Stand der Technik verwendet, um das Rückmeldeverhalten von der Fahrbahn bzw. dem Fahrwerk an die Lenkeinrichtung und schließlich den Fahrer zu verbessern. Frequenzen zwischen 10 Hz und 30 Hz im Regelsignal sind vornehmlich dem Rückmeldeverhalten zuzuordnen. Je niedriger die Frequenzen im Regelsignal, desto eher sind sie einem statischen Unterstützungssignal zum Einstellen eines aktuellen (makroskopischen) Lenkeinschlags zuzuordnen. Durch die erfindungsgemäße, von dem ermittelten Signal abhängige Positionierung einer Grenzfrequenz innerhalb des Regelsignals können somit leichte Leistungsreduzierungen ausschließlich zu Lasten eines direkten Fahrgefühls zu Lasten positiver Rückmeldungseigenschaften erzielt werden, während im Ansprechen auf den Bedarf einer höheren Verringerung der Leistung in zunehmender Weise Komforteinbußen in Kauf genommen werden. Da in Abhängigkeit eines Fahrbahnzustandes sowie eines Betriebszustandes des Fahrzeugs die hochfrequenten Anteile mitunter nur sehr wenig oder überhaupt nicht vom Anwender wahrgenommen werden, bietet sich erfindungsgemäß die Möglichkeit, Leistungsreduzierungen mit geringstmöglichem bzw. gänzlich ohne Anwendererlebnis vorzunehmen. The above object is achieved by a method with the features of claim 1 and a steering system with the features of claim 10. The method according to the invention serves to reduce a power converted in an electrically assisted steering system. For this purpose, a signal for reducing the power is determined in a first step. This may be, for example, in response to a user input (eg, to activate an ECO mode) or a signal from a temperature sensor. Alternatively, a temperature monitoring system can also determine or even predicate a temperature. In response to the detected signal, portions of a first frequency range are reduced in a control signal of the electrical assistance, wherein a limit of the frequency range is selected in dependence on a predefined measure for the reduction of the power. Due to the control signal, an electric drive is driven to assist the steering system. In addition to low-frequency components, which bring about a quasi-static steering in the first place, high-frequency components are used in the prior art to the feedback behavior of the Roadway or the chassis to the steering device and finally to improve the driver. Frequencies between 10 Hz and 30 Hz in the control signal are primarily assigned to the feedback behavior. The lower the frequencies in the control signal, the more likely they are to be assigned to a static support signal for setting a current (macroscopic) steering angle. Thus, according to the invention, the signal dependent positioning of a cut-off frequency within the control signal can be achieved at the expense of a direct driving feel at the expense of positive feedback characteristics, while in response to the need for a higher reduction of the power comfort losses are increasingly accepted become. Since, depending on a road condition and an operating condition of the vehicle, the high-frequency components are sometimes perceived by the user very little or not at all, it is possible according to the invention to undertake power reductions with the lowest possible or completely no user experience.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt kann das Reduzieren der Anteile des ersten Frequenzbereiches um eine erste Größe erfolgen, während Anteile eines zweiten (und niedrigeren) Frequenzbereiches um eine zweite Größe reduziert werden oder gänzlich unverändert bleiben. Die erste Größe und/oder die zweite Größe kann dabei beispielsweise ein vordefinierter Prozentsatz einer ursprünglich zur Verfügung gestellten Lenkunterstützungsleistung in einem jeweiligen Frequenzbereich sein. Alternativ bietet sich die Möglichkeit, als erste/zweite Größe vordefinierte Leistungsstufen (z.B. in Watt) zu verwenden, so dass der Wärmeeintrag durch Reduzieren des Regelsignals gezielt um korrespondierende Leistungen verringert wird. Mit anderen Worten ergeben sich erfindungsgemäß zwei "Stellschrauben" zur erfindungsgemäßen Leistungsreduzierung: Einerseits kann die Grenzfrequenz zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich abgesenkt werden, um die Leistung stärker zu reduzieren. Zusätzlich bietet sich die Möglichkeit, die innerhalb eines vordefinierten Frequenzbereiches umgesetzte Leistung (z.B. durch Anpassung einer maximalen Amplitude oder Verringern sämtlicher Amplituden des Regelsignals) stärker zu reduzieren. Preferably, the portions of the first frequency range can be reduced by a first quantity while portions of a second (and lower) frequency range are reduced by a second size or remain completely unchanged. The first size and / or the second size may be, for example, a predefined percentage of originally provided steering assistance power in a respective frequency range. Alternatively, it is possible to use predefined power levels (for example in watts) as the first / second size, so that the heat input is deliberately reduced by corresponding powers by reducing the control signal. In other words, according to the invention, two "adjusting screws" result for the power reduction according to the invention: on the one hand, the cutoff frequency between the first region and the second region can be lowered in order to reduce the power more. In addition, there is the possibility of more reducing the power converted within a predefined frequency range (e.g., by adjusting a maximum amplitude or decreasing all the amplitudes of the control signal).

Vorteilhaft hat sich herausgestellt, die erste Größe innerhalb eines ersten (höheren) Frequenzbereiches stärker zu reduzieren, als die zweite Größe innerhalb eines zweiten (niedrigeren) Frequenzbereiches. Die Einheiten der ersten Größe bzw. der zweiten Größe können identisch sein, während ihre Werte bzw. Beträge erfindungsgemäß unterschiedlich sind. Dies erhöht den Freiheitsgrad bei der Leistungsreduktion ohne störendes Anwendererlebnis. Advantageously, it has been found to reduce the first size within a first (higher) frequency range more than the second size within a second (lower) frequency range. The units of the first size and the second size may be identical, while their values or amounts are different according to the invention. This increases the degree of freedom in power reduction without annoying user experience.

Bevorzugt kann die Grenzfrequenz des Regelsignals derart gewählt werden, dass Anteile oberhalb der Grenzfrequenz im Wesentlichen eine Trägheitskompensation mechanischer Bauteile des Lenksystems herbeiführen, somit bewirkt die Abschaltung der Regelung hier eine höhere Trägheit im System, was zu verminderter Rückmeldung führt. Die für ein gutes Führungsverhalten notwendigen Lenkkräfte werden jedoch nicht beeinträchtigt. Preferably, the cut-off frequency of the control signal can be selected such that portions above the cutoff frequency substantially cause inertial compensation of mechanical components of the steering system, thus causing the shutdown of the scheme here a higher inertia in the system, resulting in reduced feedback. However, the necessary for a good leadership behavior steering forces are not affected.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die hochfrequenten Anteile insbesondere über eine modifizierte Führungsgröße, insbesondere eine Zahnstangenkraft, oder eine trägere Regelung, verringert werden. Eine modifizierte Führungsgröße kann beispielsweise eine Filterung eines als Eingangssignal des erfindungsgemäßen Lenksystems verwendete Kraft (bzw. Moment) sein. Zur Anpassung kann die Führungsgröße beispielsweise tiefpassgefiltert werden. Das Signal eines Kraftaufnehmers oder eine berechnete/geschätzte Zahnstangenkraft (wobei auch die Dynamik der Schätzung, bzw. die Art des Berechnungsalgorithmus verändert werden, so dass kein separater Filter notwendig ist) an der Zahnstange wird hierzu beispielsweise an die Lenkungssteuerung (elektronisches Steuergerät) gesendet, innerhalb derer eine Tiefpassfilterung vorgenommen werden kann. Alternativ können auch Glättungen des Regelsignals vorgenommen werden und/oder Flankensteilheiten verringert werden. Unterhalb des Grenzwertes für die Absenkung um die erste Größe befinden sich entsprechend in erster Linie Anteile, welche zur Einstellung eines vom Anwender angestrebten Lenkeinschlages beitragen. Frequenzen für eine solche Funktion betragen im Allgemeinen wenige Hertz und können daher als niederfrequent bezeichnet werden. Auf diese Weise wird eine geringere Trägheitskompensation mit einer geringeren Leistungsumsetzung im entsprechenden Frequenzbereich realisiert, während die Komforteinbußen im Wesentlichen unangetastet bleiben. Another possibility is that the high-frequency components in particular via a modified reference variable, in particular a rack-and-pinion force, or a slower control, be reduced. A modified command variable can be, for example, a filtering of a force (or torque) used as input signal of the steering system according to the invention. For adaptation, the reference variable can be, for example, low-pass filtered. The signal of a load cell or a calculated / estimated rack force (whereby also the dynamics of the estimation, or the type of the calculation algorithm are changed, so that no separate filter is necessary) on the rack is for this purpose, for example, sent to the steering controller (electronic control unit), within which a low-pass filtering can be made. Alternatively, smoothing of the control signal can be performed and / or edge slopes can be reduced. Below the limit value for the reduction by the first size, there are correspondingly primarily fractions which contribute to the setting of a steering angle aimed at by the user. Frequencies for such a function are generally few hertz and can therefore be described as low frequency. In this way, a lower inertia compensation is realized with a lower power conversion in the corresponding frequency range, while the comfort losses remain essentially untouched.

Das Signal, welches zur erfindungsgemäßen Reduktion der Leistung interpretiert wird, kann – wie eingangs angedeutet – unterschiedlicher Herkunft sein. Beispielsweise kann ein Anwender einen Wunsch durch eine Betätigung eines Bedienelementes dahingehend äußern, dass er sein Fahrzeug in einen sparsamen Betriebszustand (ECO-Modus) versetzen möchte. Dieses Signal wird durch die vorliegende Erfindung zur Absenkung oberhalb der Grenzfrequenz befindlicher Regleranteile in vordefiniertem Maße verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann eine aktuelle Temperatur (z.B. unter Verwendung entsprechender Temperatursensoren) gemessen oder durch gemessene Senkundärgrößen (z.B. Strom, Spannung, Leistung, mittlerer Lenkeinschlag/mittlere Lenkwinkeländerung pro Zeiteinheit o.Ä.) abgeleitet werden. Zusätzlich kann eine Vorhersage einer sich in naher Zukunft einstellenden Temperatur vorgenommen werden, um möglichst frühzeitig auf eine Übertemperatur reagieren zu können und die erforderliche Maßnahme für einen Anwender im Wesentlichen unbemerkbar durchzuführen. Während die elektrischen Komponenten des erfindungsgemäßen Lenksystems nicht die einzige Position für eine Temperaturermittlung darstellen, ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass diese aufgrund elektrischer Verluste einerseits frühzeitig einen kritischen Temperaturwert annehmen werden und andererseits eine Abschaltung der Regelung an diesen Komponenten besonders gute Wirkung zeigen wird. Zudem sind elektronische Komponenten im Allgemeinen temperaturempfindlicher als mechanische Teile eines Lenksystems. Eine Temperaturermittlung kann an solchen Elementen überdies häufig unter Verwendung bereits vorhandener Hardware erfolgen, so dass eine zusätzliche Hardware zur Realisierung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. The signal which is interpreted for the reduction of the power according to the invention can, as indicated at the outset, be of different origin. For example, a user may express a desire by operating a control to say that he wants to put his vehicle into a fuel efficient operating state (ECO mode). This signal is used by the present invention for lowering above the cutoff frequency controller proportions in a predefined extent. Alternatively or additionally, a current temperature (eg using appropriate temperature sensors) or by measured Senkundärgrößen (eg current, voltage, power, average steering angle / mean steering angle change per unit time or similar) are derived. In addition, a prediction of a temperature which will set itself in the near future can be made in order to be able to react as early as possible to an excess temperature and to carry out the required measure substantially unnoticeably for a user. While the electrical components of the steering system according to the invention are not the only position for a temperature determination, it is generally to be assumed that these will assume a critical temperature value early due to electrical losses and, on the other hand, a deactivation of the control on these components will have a particularly good effect. In addition, electronic components are generally more temperature sensitive than mechanical parts of a steering system. Moreover, temperature detection on such elements can often be done using existing hardware, so additional hardware is not required to implement the present invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren innerhalb eines Lenksystems auszuführen. Die Vorrichtung kann beispielsweise Sensorik umfassen, um das Signal zur Verringerung der Leistung zu ermitteln. Optional kann auch Sensorik zur Erfassung von Temperatursignalen vorhanden sein. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, mittels welcher die Verfahrensschritte eines oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden können, wodurch ein externer oder in der Vorrichtung enthaltener Elektromotor erfindungsgemäß modifizierte Ansteuersignale erhält. Die Vorrichtung kann beispielsweise in einem Lenksystem enthalten sein, welches gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich als Ganzes unter Schutz gestellt wird. Üblicherweise umfassen Lenksysteme eine Lenksäule, eine Zahnstange, ein Getriebe zwischen der Zahnstange und der Lenksäule und eine elektrische Maschine zur Erzeugung einer Unterstützung für den Anwender. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen werden darf. According to a further aspect of the present invention, a device is proposed, which is set up to carry out the method described above within a steering system. The device may include, for example, sensors to detect the signal to reduce the power. Optionally, sensors for detecting temperature signals may also be present. In addition, the device comprises an evaluation unit, by means of which the method steps of a method described above can be carried out, whereby an external or contained in the device electric motor according to the invention receives modified drive signals. The device may, for example, be included in a steering system which is additionally provided in accordance with the present invention as a whole under protection. Conventionally, steering systems include a steering column, a rack, a gearbox between the rack and the steering column, and an electric machine for providing assistance to the user. The features, combinations of features as well as the advantages resulting therefrom correspond to those described in connection with the method according to the invention in such a way that, to avoid repetition, reference may be made to the above statements.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung eines Bedarfes einer Verringerung innerhalb des Lenksystems umgesetzter Leistung besteht darin, ein Belastungsmodell in elektronischer Form zu implementieren, welches den Energieeintrag in das Lenksystem ermittelt, indem der zeitliche Verlauf von thermischen und mechanischen Systemgrößen entsprechend ausgewertet wird. Mit anderen Worten kann erfahrungsbasiert und anhand mit einem Energieeintrag verknüpfter Größen ermittelt werden, ob eine Reduzierung des Regelsignals erforderlich erscheint. Dabei ist in einem System mit Hand- oder Drehstabmomentenregelung eine Abschaltung des Reglers nicht ohne weiteres möglich, da dieser hier auch für die Stabilisierung des Regelkreises sorgt. Jedoch ist es möglich, die Führungsgrößen (z.B. Zahnstangenkraft) so zu modifizieren, dass ein weniger dynamisches Moment vom Unterstützungsmotor angefordert wird. Es kann auch auf einen trägeren Regler umgeschaltet werden, der dämpfend auf das System wirkt, so dass die Systemdynamik auf diese Weise reduziert wird. Auf diese Weise kann das hier vorgestellte Abschaltkonzept auch bei Verwendung nur eines Regelkreises bzw. eines Unterstützungsmotors realisiert werden. One way to determine a need for reduction in power implemented within the steering system is to implement a load model in electronic form that determines the energy input into the steering system by appropriately evaluating the timing of thermal and mechanical system quantities. In other words, based on experience and based on quantities associated with an energy input, it can be determined whether a reduction of the control signal appears necessary. It is not readily possible in a system with manual or torsion bar control a shutdown of the controller, since this also ensures the stabilization of the control loop here. However, it is possible to modify the command values (e.g., rack force) so that a less dynamic torque is requested from the assist motor. It can also be switched to a slower governor that dampens the system, reducing system dynamics in this way. In this way, the shutdown concept presented here can be realized even when using only one control circuit or a support motor.

Der größte Vorteil des erfindungsgemäßen Lenksystems liegt dabei darin, dass es möglich ist, die thermische Belastung des Lenksystems zu reduzieren, ohne dass es zu starken Komforteinschränkungen für den Fahrer kommt. Beim Stand der Technik sind diese Einschränkungen so deutlich, dass gegebenenfalls eine Warnlampe im Kombiinstrument gesetzt werden muss. Ein erfindungsgemäßes System ermöglicht indes eine frühzeitige Reaktion durch Reduktion des Energieeintrags. Werden Anzeichen für eine drohende thermische Überbelastung des Systems erkannt, kann der Regelanteil abgeschaltet werden, bis sich das System wieder thermisch stabilisiert hat. Danach wird der Regelanteil (z.B. für den Fahrer unmerklich) wieder eingeschaltet. Des Weiteren sind erfindungsgemäß Systeme möglich, bei denen der Regler nur in einem vom Fahrer selektierbaren Sport-Modus aktiviert ist. Hier ist ein Schutz des Systems in einer Weise möglich, in der dieser Sport-Modus oberhalb eines Temperatur-/Belastungsgrenzwertes nicht mehr vom Fahrer angewählt werden kann. In einer weiteren Ausprägung des Systems kann der Fahrer über einen Schalter den Regelanteil gezielt abschalten. Dieses kann auch mit anderen Einstellungen an der Lenkung und anderen Steuergeräten verknüpft sein ("ECO-Modus"). Aufgrund eines erfindungsgemäßen Überlastschutzes kann es je nach Systemauslegung und Fahrzeugkonfiguration auch möglich sein, die Bauteile der Lenkung so auszulegen, dass eine Leistungsreserve kleiner ausfallen kann, was zu Kosteneinsparungen führen kann. The greatest advantage of the steering system according to the invention lies in the fact that it is possible to reduce the thermal load of the steering system, without causing excessive comfort restrictions for the driver. In the prior art, these restrictions are so clear that, if necessary, a warning lamp must be set in the instrument cluster. An inventive system, however, allows an early reaction by reducing the energy input. If signs of impending thermal overload of the system are detected, the control portion may be shut off until the system has thermally stabilized again. Thereafter, the rule portion (imperceptible to the driver, for example) is turned on again. Furthermore, according to the invention, systems are possible in which the controller is activated only in a driver-selectable sports mode. Here is a protection of the system in a way possible in this sport mode above a temperature / load limit can not be selected by the driver. In a further embodiment of the system, the driver can turn off the rule portion targeted by a switch. This can also be linked to other settings on the steering and other control units ("ECO mode"). Due to an overload protection according to the invention it may also be possible, depending on the system design and vehicle configuration, to design the components of the steering so that a power reserve can be smaller, which can lead to cost savings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine schematische Übersicht von Komponenten eines erfindungsgemäßen Lenksystems; 1 a schematic overview of components of a steering system according to the invention;

2 ein schematisches Diagramm eines Regelsignals über der Frequenz; und 2 a schematic diagram of a control signal over the frequency; and

3 ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt ein Lenksystem 1, bei welchem über ein Lenkrad 7 von einem Anwender Lenkmomente M_T über eine Lenksäule 6 und ein Getriebe 12 auf eine Zahnstange 5 übertragen werden. Die Zahnstange 5 überträgt Kräfte an Räder 11 einer lenkbaren Achse, im Gegenzug worauf die Räder 11 eine Radkraft F_R von der Straße auf die Zahnstange 5 übertragen. Ein Elektromotor 2 wird dabei verwendet, um die (im Allgemeinen niederfrequenten) vom Lenkrad 7 stammenden Signale an die Räder 11 zu verstärken und andererseits die von den Rädern 11 stammende Radkraft F_R an das Lenkrad 7 zu verstärken. Für den letzteren Anteil eines Reglersignals ist ein Regler 9 vorgesehen, der über einen erfindungsgemäß vorgesehenen Schalter 8 hochfrequente Reglersignale an ein elektronisches Steuergerät (elektronic control unit, ECU) 4 als Lenkunterstützungseinheit ausgibt. Die ECU 4 ist eingerichtet, den Elektromotor mit Signalen zu versorgen, im Ansprechen worauf die elektrische Unterstützungskraft innerhalb des Lenksystems 1 erzeugt wird. Zur Ermittlung einer Temperatur an kritischen Komponenten weisen die ECU 4 einen ersten Temperatursensor 3a und der Elektromotor 2 einen zweiten Temperatursensor 3b auf. Empfängt die ECU 4 ein Signal zur Verringerung der im Lenksystem 1 umgesetzten Leistung, öffnet der Schalter 8, im Ansprechen worauf hochfrequentige Regleranteile des Reglers 9 nicht durch das ECU 4 berücksichtigt werden. Auf diese Weise werden sowohl die elektrische Leistungsumsetzung als auch die mechanische Leistungsumsetzung innerhalb des Lenksystems 1 verringert. Verschleiß und Kraftstoffverbrauch verringern sich entsprechend. 1 shows a steering system 1 in which a steering wheel 7 from a user steering torque M _T via a steering column 6 and a gearbox 12 on a rack 5 be transmitted. The rack 5 transfers power to wheels 11 a steerable axle, in return to which the wheels 11 a wheel force F _R from the road to the rack 5 transfer. An electric motor 2 It is used to control the (generally low frequency) steering wheel 7 originating signals to the wheels 11 to reinforce and on the other hand, those of the wheels 11 originating wheel force F _R to the steering wheel 7 to reinforce. For the latter portion of a regulator signal is a regulator 9 provided, which via a switch provided according to the invention 8th high-frequency control signals to an electronic control unit (ECU) 4 as steering assistance unit outputs. The ECU 4 is arranged to supply the electric motor with signals in response to which the electrical assist force within the steering system 1 is produced. To determine a temperature at critical components, the ECU 4 a first temperature sensor 3a and the electric motor 2 a second temperature sensor 3b on. Receives the ECU 4 a signal for reducing the steering system 1 converted power, the switch opens 8th , in response to what high-frequency controller components of the controller 9 not by the ECU 4 be taken into account. In this way, both the electric power conversion and the mechanical power conversion are within the steering system 1 reduced. Wear and fuel consumption decrease accordingly.

2 zeigt ein Frequenzdiagramm eines möglichen Reglersignals S (f), welches durch eine Grenzfrequenz f_g in einen ersten Frequenzbereich I und einen zweiten Frequenzbereich II unterteilt wird. Während der erste Frequenzbereich I sich oberhalb von f_g befindet, befindet sich der zweite Frequenzbereich II zwischen 0 Hz und f_g. Ein erster Doppelpfeil P₁ veranschaulicht die Möglichkeit, die Stärke einer Reduktion des Reglersignals S (f) im ersten Frequenzbereich I anzupassen. Ein zweiter Doppelpfeil P₂ veranschaulicht die Möglichkeit, weniger oder zusätzliche Frequenzbereiche entsprechend dem Doppelpfeil P₁ anzupassen, um die elektrisch induzierte Leistung innerhalb des Lenksystems anzupassen. Selbstverständlich können (nicht dargestellte) zusätzliche Frequenzbereiche definiert werden, um eine sanftere Abstufung zwischen einer starken Leistungsreduktion in einem ersten Frequenzbereich und einer im Wesentlichen unveränderten Regelung in einem zweiten Frequenzbereich II zu realisieren. 2 shows a frequency diagram of a possible control signal S (f), which is divided by a cut-off frequency f _g in a first frequency range I and a second frequency range II. While the first frequency range I is above f _g , the second frequency range II is between 0 Hz and f _g . A first double arrow P ₁ illustrates the possibility of adjusting the strength of a reduction of the control signal S (f) in the first frequency range I. A second double arrow P ₂ illustrates the possibility of adapting fewer or additional frequency ranges corresponding to the double arrow P _{1 in} order to adapt the electrically induced power within the steering system. Of course, additional frequency ranges (not shown) may be defined to provide a smoother gradation between a high power reduction in a first frequency range and a substantially unchanged control in a second frequency range II.

3 zeigt ein Flussdiagramm, veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird hierzu ein Signal zur Verringerung der Leistung innerhalb des erfindungsgemäßen Lenksystems 1 ermittelt. Im Ansprechen darauf wird in Schritt 200 ein erster Anteil eines Regelsignals S (f) verringert, der einem ersten Frequenzbereich I des Regelsignals S (f) angehört. Auf diese Weise wird die im Lenksystem 1 umgesetzte Leistung verringert, ohne dass die Lenkunterstützung Funktionseinbußen verzeichnet. Erst bei ermitteltem Bedarf weiterer Verringerung umgesetzter Leistung in Schritt 300 wird die Grenze f_g des Frequenzbereiches in Richtung niedrigerer Frequenzen verschoben, wodurch weitere Frequenzbereiche des Regelsignals abgeschwächt werden, um den Eintrag elektrischer Leistung in das Lenksystem 1 weiter zu verringern. 3 shows a flowchart, illustrating steps of an embodiment of the method according to the invention. In step 100 this is a signal to reduce the power within the steering system according to the invention 1 determined. In response, it will be in step 200 a first portion of a control signal S (f) decreases, which belongs to a first frequency range I of the control signal S (f). That way, that's in the steering system 1 reduced power without the steering assistance having a performance penalty. Only with determined need further reduction of converted power in step 300 the limit f _{g of} the frequency range is shifted in the direction of lower frequencies, whereby further frequency ranges of the control signal are attenuated to the entry of electrical power in the steering system 1 continue to decrease.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lenksystem steering system
22: Elektromotor electric motor
3a, 3b3a, 3b: Temperatursensor temperature sensor
44: Elektronisches Steuergerät (ECU) Electronic control unit (ECU)
55: Zahnstange rack
66: Lenksäule steering column
77: Lenkrad steering wheel
88th: Schalter switch
99: Regler regulator
1111: Rad wheel
1212: Getriebe transmission
100, 200, 300100, 200, 300: Verfahrensschritte steps
II: Erster Frequenzbereich First frequency range
IIII: Zweiter Frequenzbereich Second frequency range
F_R F _R: Radkraft wheel force
f_g f _g: Grenzfrequenz cut-off frequency
M_M M _M: Motormoment engine torque
M_T M _T: Lenksäulenmoment steering column moment
T₁, T₂ T ₁ , T ₂: Beeinflussung des Regelsignals S(f) Influencing the control signal S (f)
S(f) S (f): Regelsignal control signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010036655 A1 [0002, 0005]
DE 4142580 A1 [0003]
DE 19843861 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

S. Grüner: "Control of electronic power steering systems: state of the art and future concepts", in Chassis.Tech Plus, Munich, 2011 [0002]

Claims

Method for reducing an in an electrically assisted steering system ( 1 ), comprising the steps of: - determining ( 100 ) of a power reduction signal, and in response thereto - reducing ( 200 ) of portions (power / level) of a first frequency range (I) in a control signal (S _f ) of the electrical support, wherein a limit (f _g ) of the frequency range (I) in dependence of a predefined measure for the reduction of the power (P ₂ ) is selected.

Device for reducing an electric assisted steering system ( 1 ), comprising: - means ( 3 ) for determining a signal for reduction ( 100 ) of performance, and - a control unit ( 4 ) which is arranged to: - reduce portions of a first frequency range (I) in a control signal (S _f ) of the electrical support, and - a limit (f _g ) of the frequency range (I) in dependence on a predefined measure for the reduction of the power to choose.

The method of claim 1 or the device of claim 2, wherein - reducing ( 200 ) of the components of the first frequency range (I) is effected by a first quantity, and - proportions of a second, lower frequency range (II) are reduced by a second quantity or remain unchanged.

The method or apparatus of claim 3, wherein the application of the first size results in a greater reduction than the application of the second size.

Method or device according to one of claims 3 or 4, wherein the first size causes a complete shutdown of control signals (S _f ) in the first frequency range (I).

Method according to one of claims 1, 3, 4 or 5 or device according to one of claims 2 to 5, wherein the limit (f _g ) of the first frequency range (I) is substantially chosen so that proportions above the limit (f _g ) an inertia compensation of mechanical components ( 5 . 6 . 7 ) of the steering system ( 1 ), and the proportions are reduced, in particular via a modified reference variable or via a slower control.

Method according to one of claims 1 or 3 to 6 or device according to one of claims 2 to 6, wherein the limit (f _g ) of the first frequency range (I) is substantially chosen so that proportions below the limit (f _g ) substantially contribute to setting a user-desired steering angle.

Method according to one of claims 1 or 3 to 7 or device according to one of claims 2 to 7, wherein the signal for the reduction ( 100 ) the power in response to - a user input and / or - a current or predicted temperature within the steering system ( 1 ), in particular in an electrical component, preferably an electric motor ( 2 ) or a control unit ( 4 ) for driving the electric motor ( 2 ), provided.

Method or device according to claim 8, wherein the temperature is predicted on the basis of measured values and / or based on an operating state history.

Steering system comprising a device according to one of claims 2 to 9.