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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Watch-dog zur Steuerung eines Wechselrichters und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Servolenkungen bekannt, die einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es kann unterschiedliche Gründe geben, die dazu führen, dass der Antriebsmotor nicht in der Lage ist, eine Kraft zur Lenkunterstützung zur Verfügung zu stellen. Eine Möglichkeit kann sein, dass die Endstufe des Antriebsmotors defekt ist, insbesondere dass ein Leistungsschalter der Endstufe kurzgeschlossen ist.
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Liegt ein Defekt des Antriebsmotors oder dessen Ansteuerung/Endstufe vor, so wird der Antriebsmotor von der Endstufe getrennt, um ein Blockieren der Lenkung durch den Antriebsmotor zu verhindern. Eine derartige Phasentrennung führt jedoch zu einer schlagartigen Zunahme des Handmoments am Steuerrad des betreffenden Fahrzeugs, wodurch der Fahrkomfort deutlich reduziert wird.
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Ein weiterer möglicher Störfall ist der Ausfall eines Mikrocontrollers.
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Eine Aufgabe ist daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das bei einem Defekt des Antriebsmotors oder dessen Endstufe oder eines ansteuernden Mikrocontrollers einen allmählichen Übergang von einem niedrigen Handmoment bei funktionierender Lenkunterstützung zu einem höheren Handmoment bei Ausfall der Lenkunterstützung gewährleistet.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Watch-dog zur Steuerung eines Wechselrichters zur Verfügung gestellt, wobei der Wechselrichter von einem Mikrocontroller angesteuert wird und wobei der Wechselrichter zur Ansteuerung eines elektrischen Antriebsmotors vorgesehen ist, umfassend: einen Eingang von dem Mikrocontroller und einen Ausgang zu dem Wechselrichter, wobei der Watch-dog zur Erkennung eines Fehlerfalls des Mikrocontrollers geeignet ist und wobei der Watch-dog zur Ansteuerung des Wechselrichters im Fehlerfall geeignet ist.
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Durch die Anordnung einer externen Logik als Watch-dog kann auch im Falle eines defekten Mikrocontrollers eine kontrollierte Abschaltung des Antriebsmotors erfolgen. Eine harte Abschaltung, die zu einem hohen Handmoment auf ein Lenkrad eines betreffenden Fahrzeugs führt, kann vermieden werden. Die externe Logik kann sämtliche Möglichkeiten eines Fehlers bearbeiten (Mikrocontroller ist defekt, Wechselrichter ist defekt oder Antriebsmotor ist defekt) oder nur einzelne oder nur den Fehlerfall, dass der Mikrocontroller eine Störung aufweist.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem einen Watch-dog nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Watch-dog zur Verfügung gestellt, wobei der Eingang ein Enable-Eingang ist, dem entnommen werden kann, ob ein Fehlerfall des Mikrocontrollers vorliegt und/oder wobei der Ausgang ein Inhibit-Ausgang ist, dem der Wechselrichter entnehmen kann, ob ein Fehlerfall des Mikrocontrollers vorliegt.
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Durch einen Enable-Eingang kann der Mikrocontroller dem Watch-dog eine Störung signalisieren. Durch einen Inhibit-Ausgang kann der Wechselrichter angesteuert werden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Watch-dog zur Verfügung gestellt, wobei der Watch-dog im Fehlerfall den Wechselrichter zur Freischaltung des Antriebsmotors veranlasst.
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Durch eine Freischaltung wird ein Blockieren des Antriebsmotors im Fehlerfall verhindert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Watch-dog zur Verfügung gestellt, wobei der Watch-dog geeignet ist, im Fehlerfall die Schritte auszuführen: feststellen, ob: erster Fall: sämtliche High-side Leistungsschalter funktionstüchtig oder in einem nichtleitendem Fehlerzustand sind, oder ob: zweiter Fall: sämtliche Low-side Leistungsschalter funktionstüchtig oder in einem nichtleitendem Fehlerzustand sind und im ersten Fall: öffnen sämtlicher High-side Leistungsschalter und PWM-artiges Ansteuern der Low-side Leistungsschalter oder im zweiten Fall: öffnen sämtlicher Low-side Leistungsschalter und PWM-artiges Ansteuern der High-side Leistungsschalter.
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Durch einen entsprechenden Algorithmus, der durch den Watch-dog dem Wechselrichter zugewiesen wird, wird ein „sanfter“ Übergang zu einer Freischaltung des Antriebsmotors erreicht. Hierdurch wird ein hohes Handmoment, das vom Fahrer als unangenehmer „Schlag“ auf das Lenkrad empfunden wird, vermieden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird Watch-dog zur Verfügung gestellt, wobei der Watch-dog geeignet ist, falls sämtliche High-side Leistungsschalter und sämtliche Low-side Leistungsschalter funktionstüchtig sind, die Schritte auszuführen: wahlweise: öffnen sämtlicher High-side Leistungsschalter und PWM-artiges Ansteuern der Low-side Leistungsschalter oder: öffnen sämtlicher Low-side Leistungsschalter und PWM-artiges Ansteuern der High-side Leistungsschalter.
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Sind sowohl die High-side Schalter als auch die Low-side Schalter funktionsfähig kann abwechselnd eine Ansteuerung der Schalter erfolgen, beispielsweise alternierend, um eine gleichmäßige Lastaufteilung und damit eine gleichmäßige Verteilung der Schaltverluste zu erreichen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Watch-dog zur Verfügung gestellt, wobei im ersten Fall nicht sämtliche Low-side Leistungsschalter bzw. im zweiten Fall nicht sämtliche High-side Leistungsschalter PWM-artig angesteuert werden, sondern wobei jeweils einer oder mehrere Leistungsschalter konstant durchgesteuert werden.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine externe Logik separat von einem Mikrocontroller vorzusehen, die eine Überwachung des Mikrocontrollers vornimmt. Stellt sich eine Störung des Mikrocontrollers ein, kann die externe Logik den Wechselrichter entsprechend ansteuern, um eine „sanfte“ Freischaltung des Antriebsmotors sicherzustellen. Hierzu wird der Wechselrichter entsprechend von der externen Logik angesteuert.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 eine Endstufe und einen daran angeschlossenen Antriebsmotor mit drei Phasen U, V, W,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung,
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3 einen Verlauf eines Handmoments bei Auftreten eines Defekts/Störfalls/Fehlerfalls bei einem Lenksystem des Stands der Technik,
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4 einen Verlauf eines Handmoments bei Auftreten eines Defekts bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem und
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5 ein Flussdiagramm eines geeigneten Verfahrens bei Auftreten eines Defekts der Lenkunterstützung zur Erzielung eines sanften Übergangs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Endstufe eines Antriebsmotors einer Lenkunterstützung mit Leistungsschaltern High-side: L1, L2, L3, Leistungsschaltern Low-side: L4, L5, L6, Trennschaltern T1, T2, T3 zur Phasentrennung des Antriebsmotors M. Die Leistungsschalter L1, L2, L3, L4, L5, L6 können Power-Mosfets oder IGBTs sein. Die Trennschalter T1, T2, T3 können als Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren ausgebildet sein. Tritt ein Defekt/Störfall/Fehlerfall ein, so wird zunächst geprüft, ob sämtliche High-side Leistungsschalter L1, L2, L3 und/oder sämtliche Low-side Leistungsschalter L4, L5, L6 funktionstüchtig oder in einem nichtleitendem Fehlerzustand sind. Sind beispielsweise sämtliche High-side Leistungsschalter L1, L2, L3 funktionstüchtig oder in einem nichtleitendem Fehlerzustand, werden diese off geschaltet/abgeschaltet/hochohmig geschaltet und die Low-side Leistungsschalter L4, L5, L6 werden PWM-artig angesteuert bzw. sehr schnell getaktet, wodurch die Energie innerhalb des Antriebsmotors M schnell abgebaut werden kann, ohne eine Blockierung des Antriebsmotors M herbeizuführen. Sind sämtliche Low-side Leistungsschalter L4, L5, L6 funktionstüchtig oder in einem nichtleitendem Fehlerzustand, so werden sämtliche Low-side Leistungsschalter off geschaltet und eine PWM-artige Ansteuerung der High-side Leistungsschalter L1, L2, L3 erfolgt, um einen Abbau der Energie des Antriebsmotors M zu erreichen. Durch dieses Verfahren ergibt sich ein allmählicher statt abrupter Übergang des notwendigen Handmoments bei einem Lenksystem mit Lenkunterstützung zu einem notwendigen Handmoment bei einem Lenksystem mit ausgefallener Lenkunterstützung. Ein ansonsten peakmäßig geformter Übergang kann vermieden werden, wodurch sich der Fahrkomfort zusätzlich erhöht. Nach diesem Verfahren kann ein Wechselrichter durch einen Watch-dog gesteuert werden.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Mikrocontroller 9, der einen Wechselrichter 12 mittels Pulsweitenmodulation ansteuert. Der Wechselrichter 12 steuert einen Elektromotor M mit Phasen U, V, W an. Eine zusätzliche, externe Logik/Watch-dog 13 überwacht den Mikrocontroller 9. Erkennt die Logik 13, dass der Mikrocontroller 9 defekt ist, steuert die Logik 13 den Wechselrichter 12 entsprechend an. Beispielsweise kann die Logik 13 in einem Fehlerfall ein Inhibit- Signal „Low“ an den Wechselrichter 12 senden. Hierdurch wird der Wechselrichter 12 inaktiv geschaltet. Alternativ kann die Logik 13 eine andere Ansteuerung, insbesondere entsprechend der 5 durchführen.
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3 zeigt einen Übergang des notwendigen Handmoments am Steuerrad eines Fahrzeugs mit Lenkunterstützung, wobei als „aktiv“ ein Handmoment 11 mit funktionierender Lenkunterstützung gekennzeichnet ist und als „passiv“ ein Handmoment 2 mit abgeschalteter Lenkunterstützung dargestellt ist. Bei dem Lenksystem des Stands der Technik ergibt sich beim Übergang vom aktiven zum passiven Bereich aufgrund eines Fehlereintritts 4 eine Überhöhung (Peak) 3 des notwendigen Handmoments. Es kann dadurch zumindest zeitweise ein sicherheitskritischer Wert 1 des Handmoments erreicht bzw. sogar überschritten werden.
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4 zeigt einen Übergang von einer funktionierenden Lenkunterstützung zu einer abgeschalteten Lenkunterstützung eines erfindungsgemäßen Lenksystems. Der Übergang zeigt keine Überhöhung (Peak). Vielmehr ergibt sich ein allmählicher Übergang, wodurch der Fahrkomfort im Fehlerfall gesteigert wird.
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5 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ablaufs mit einer Abfrage, ob ein Fehler des Lenksystems vorliegt 5, der eine Abschaltung der Lenkunterstützung notwendig macht. Falls ja, kann geprüft werden, ob sämtliche High-side Leistungsschalter funktionsfähig sind 6. Falls ja, werden diese sämtlich abgeschaltet, also in einen „off“-Zustand gebracht. Die Low-side Leistungsschalter werden erfindungsgemäß PWM-artig angesteuert, sodass die Energie im Antriebsmotor abgebaut werden kann und ein Blockieren des Antriebsmotors verhindert wird 7. Hierdurch ergibt sich eine allmähliche Abschaltung der Lenkunterstützung, wodurch ein sanfter Übergang vom Zustand mit Lenkunterstützung (aktiv) zum Zustand ohne Lenkunterstützung (passiv) erreicht wird. Sind sämtliche Low-side Leistungsschalter intakt können alternativ sämtliche Low-side Leistungsschalter abgeschaltet werden und die high-side Leistungsschalter werden PWM-artig angesteuert 8. In einer alternativen Ausführungsform werden nicht sämtliche High-side oder Low-side Leistungsschalter PWM-artig angesteuert, sondern sämtliche bis auf einen oder einige wenige 7, 8 („alternativ“). Der eine oder die einige wenige Ausnahme-Leistungsschalter können dauerhaft/konstant durchgesteuert/eingeschaltet werden. Hierdurch ergibt sich ein schnellerer Energieabbau und ein noch sanfter ausgebildeter Übergang vom aktiven in den passiven Bereich.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kritisches Handmoment
- 2
- Handmoment ohne Lenkunterstützung (passiv)
- 3
- Peak
- 4
- Eintritt eines Defekts/Fehlers/Störfalls
- 5
- Abfrage: Fehler der Lenkunterstützung ja/nein
- 6
- Abfrage: sämtliche Leistungsschalter High-side funktionsfähig ja/nein
- 7
- Prozesskette schnelles Takten der Leistungsschalter Low-side
- 8
- Prozesskette schnelles Takten der Leistungsschalter High-side
- 9
- Mikrocontroller
- 11
- Handmoment mit Lenkunterstützung (aktiv)
- 12
- Wechselrichter
- 13
- externe Logik/Watch-dog
- L1
- Leistungsschalter High-side
- L2
- Leistungsschalter High-side
- L3
- Leistungsschalter High-side
- L4
- Leistungsschalter Low-side
- L5
- Leistungsschalter Low-side
- L6
- Leistungsschalter Low-side
- T1
- Trennschalter Phase U
- T2
- Trennschalter Phase V
- T3
- Trennschalter Phase W
- M
- Antriebsmotor
- U
- Phase
- V
- Phase
- W
- Phase
