DE102017217100B4 - Method and device for operating a servomotor of a steering system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Stellmotors (7), insbesondere eines Lenksystems (2) eines Kraftfahrzeugs, der mit einem Stellelement (4) gekoppelt ist, wobei der Stellmotor (7) zum Einstellen einer Soll-Position des Stellelements (4) dazu angesteuert wird, ein Stellmoment zum Bewegen des Stellelements (4) zu erzeugen, wobei das Stellmoment in Abhängigkeit von einer Ist-Position des Stellelements (4) mittels wenigstens eines Reglers (R1, R2, R3) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Drehmomente zum Bewegen des Stellelements (4) durch unterschiedliche Verfahren mittels jeweils eines Reglers (R1,R2,R3) berechnet und, um ein unplausibles Drehmoment der berechneten Drehmomente zu ermitteln, mit einem Plausibilitätssignal oder -wert verglichen werden, und das bei Erfassen eines unplausiblen berechneten Drehmoments nur das verbleibende berechnete Drehmoment für die Bestimmung des Stellmoments berücksichtigt wird, und wobei zum Ermitteln der Drehmomente zum Bewegen des Stellelements (4) alle Regler (R1,R2,R3) die gleichen Eingangswerte erhalten und Übertragungsfunktionen der Regler (R1, R2, R3) unterschiedlich vorgegeben werden.A method for operating a servomotor (7), in particular a steering system (2) of a motor vehicle, which is coupled to an actuating element (4), the servomotor (7) being controlled to set a desired position of the actuating element (4). to generate the actuating torque for moving the actuating element (4), the actuating torque being regulated as a function of an actual position of the actuating element (4) by means of at least one controller (R1, R2, R3), characterized in that at least two torques for moving the Adjusting element (4) are calculated by different methods using a controller (R1, R2, R3) and, in order to determine an implausible torque of the calculated torques, compared with a plausibility signal or value, and when an implausible calculated torque is detected, only that remaining calculated torque is taken into account for determining the actuating torque, and wherein for determining the torque for moving the actuator elements (4) all controllers (R1,R2,R3) receive the same input values and transfer functions of the controllers (R1, R2, R3) are specified differently.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stellmotors, insbesondere eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein solches Verfahren auszuführen, sowie ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a method for operating a servomotor, in particular a steering system of a motor vehicle, according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Um die Verkehrssicherheit eines Kraftfahrzeugs zu gewährleisten, ist es notwendig, bei Lenksystemen, die einen elektrischen Stellmotor zum Unterstützen des Fahrers oder zum Übernehmen der Lenkfunktion aufweisen, im Steuergerät eine Winkelregelung beziehungsweise Zahnstangenpositionsregelung umzusetzen, um eine genaue Position des Stellelements, also beispielsweise der Zahnstange oder der Lenkstange, zu gewährleisten. Derartige Verfahren sind bereits in Kraftfahrzeugen im Einsatz, welche ein automatisiertes Einparken oder eine semiautonome Spurführung erlauben. Mit der zunehmenden Komplexität und Autonomisierung von Kraftfahrzeugen nimmt jedoch auch die Anforderung an die Verkehrssicherheit zu, weil bei der elektromotorischen Unterstützung und/oder Lenkung ein fehlerhaftes Stellen der Sollposition des Stellelements durch den Fahrer nicht überwacht wird oder nicht überwacht werden kann, sodass er dieses auch nicht korrigieren kann. Vielmehr wird das fehlerhafte Stellmoment vom Fahrzeug selbst überwacht und bei Bedarf korrigiert.In order to ensure the traffic safety of a motor vehicle, it is necessary in steering systems that have an electric servomotor to support the driver or to take over the steering function, to implement angle control or rack position control in the control unit in order to precisely position the control element, e.g. the rack or the steering rod. Such methods are already in use in motor vehicles, which allow automated parking or semi-autonomous lane guidance. With the increasing complexity and autonomy of motor vehicles, however, the requirement for road safety also increases, because in the case of electromotive support and/or steering, incorrect setting of the target position of the actuating element by the driver is not or cannot be monitored, so that he can do so too cannot correct. Rather, the erroneous actuating torque is monitored by the vehicle itself and corrected if necessary.
Üblicherweise wird heutzutage die Regelung zum Einstellen der Soll-Position nur auf die gestellten Stellmomente hin überwacht, sodass das aus einem überlagerten Winkel-Positionsregler vorgegebenen Solldrehmoment einem bestimmten Momentengradienten und/oder ein Maximaldrehmoment nicht überschreiten kann. Dadurch wird jedoch lediglich überwacht, ob der Fahrer im Fehlerfall das gestellte Drehmoment manuell überlenken kann, sodass die Fahrsicherheit stets gewährleistet ist. Ob die Position des Stellelements korrekt angesteuert wurde, wird hingegen nicht überwacht. Weil der Fahrer für die Führung des Fahrzeugs heutzutage noch selbst verantwortlich ist, muss er auch bei semiautonomen Spurführungsassistenten seine Hände am Lenkrad behalten, um im Fehlerfall die Lenkung des Kraftfahrzeugs manuell übernehmen zu können. Mit der zunehmenden Automatisierung soll jedoch auch das Ziel erreicht werden, dass der Fahrer die Hände vom Lenkrad nehmen kann, wobei dann das Lenksystem auch im Fehlerfall nicht mehr abschalten darf, sondern zumindest eine Erstmaßnahme für den Weiterbetrieb des Kraftfahrzeugs aufrecht erhalten muss.Nowadays, the regulation for setting the target position is usually only monitored for the set actuating torques, so that the target torque specified from a superimposed angular position controller cannot exceed a specific torque gradient and/or a maximum torque. However, this only monitors whether the driver can manually oversteer the set torque in the event of a fault, so that driving safety is always guaranteed. However, whether the position of the actuating element was controlled correctly is not monitored. Because the driver is still responsible for driving the vehicle today, he has to keep his hands on the steering wheel even with semi-autonomous lane guidance assistants in order to be able to take over the steering of the vehicle manually in the event of an error. With increasing automation, however, the goal should also be achieved that the driver can take his hands off the steering wheel, in which case the steering system must no longer switch off even in the event of a fault, but must at least maintain an initial measure for the continued operation of the motor vehicle.
Aus der
Darüber hinaus offenbart die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass ein systematischer Fehler bei der Berechnung der Position des Stellelements erkannt und der Weiterbetrieb des Lenksystems auch bei vorhandenem Fehler zumindest Zeitweise gewährleistet wird.The method according to the invention ensures that a systematic error in the calculation of the position of the actuating element is recognized and the continued operation of the steering system is ensured at least temporarily even if an error is present.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Stellmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zum Betreiben eines Stellmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 3, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie durch ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The above object is achieved by a method for operating a servomotor with the features of
Vorliegend ist vorgesehen, dass zumindest zwei Drehmomente zum Bewegen des Stellelements durch unterschiedliche Verfahren mittels jeweils eines Reglers berechnet werden. Um ein unplausibles Drehmoment der berechneten Drehmomente zu ermitteln, werden zumindest zwei Drehmomente miteinander und/oder mit einem Plausibilitätssignal oder -wert verglichen, wobei bei Erfassen eines unplausiblen berechneten Drehmoments nur das verbleibende berechnete Drehmoment bzw. die verbleibenden berechneten Drehmomente für die Bestimmung des Stellmoments berücksichtigt wird/werden. Das Verfahren sieht also vor, dass mehrere Drehmomente auf unterschiedliche Art und Weisen berechnet werden, die dem Stellmotor als Stellmoment vorgegeben werden könnten. Durch einen Vergleich der berechneten Drehmomente miteinander und/oder mit dem Plausibilitätssignal oder -wert, wird festgestellt, ob eines der Drehmomente unplausibel oder zumindest weniger plausibel als das andere der Drehmomente ist. Wird erkannt, dass eines der berechneten Drehmomente weit von dem anderen berechneten Drehmoment abweicht, wird bereits festgestellt, dass eines der Drehmomente unplausibel ist. Durch den Vergleich mit einem Plausibilitätssignal oder -wert ist dann feststellbar, welches der beiden Drehmomente eher plausibel ist als das andere, und das für plausibel erachtete Signal zur Bestimmung des Stellmoments berücksichtigt. Bei dem Plausibilitätssignal oder -wert kann es sich beispielsweise um ein aktuelles Ist-Drehmoment, das von dem Stellmotor erzeugt wird oder in einer ähnlichen Situation früher erzeugt wurde, verwendet. Hierdurch ist eine einfache Plausibilisierung der beiden berechneten Drehmomente einfach und kostengünstig möglich.In the present case, it is provided that at least two torques for moving the actuating element are calculated using different methods, each using a controller. In order to determine an implausible torque of the calculated torques, at least two torques are compared with one another and/or with a plausibility signal or value, and when an implausible calculated torque is detected, only the remaining calculated torque or the remaining calculated torques are taken into account for determining the actuating torque will become. The method therefore provides that several torques are calculated in different ways, which could be specified for the servomotor as an actuating torque. By comparing the calculated torques with each other and/or with the plausibility signal or value, it is determined whether one of the torques is implausible or at least less plausible than the other torque. If it is recognized that one of the calculated torques deviates far from the other calculated torque, it is already established that one of the torques is implausible. By comparing it with a plausibility signal or value, it can then be determined which of the two torques is more plausible than the other, and the signal considered plausible is taken into account for determining the actuating torque. The plausibility signal or value can be, for example, a current actual torque that is generated by the servomotor or that was generated earlier in a similar situation. As a result, a simple plausibility check of the two calculated torques is possible in a simple and cost-effective manner.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass drei Drehmomente zum Bewegen des Stellelements durch unterschiedliche Verfahren mittels jeweils eines Reglers berechnet werden, um ein unplausibles Drehmoment der berechneten Drehmomente zu ermitteln. Damit werden drei Regler eingesetzt, die das Drehmoment auf unterschiedliche Art und Weisen berechnen. Damit stehen drei Drehmomentwerte zur Verfügung, die zur Plausibilisierung und zur Bestimmung des Stellmoments genutzt werden. Mit anderen Worten wird hierbei als Plausibilitätssignal ein drittes Drehmoment durch einen weiteren Regler und ein weiteres Verfahren berechnet. Dadurch stehen vorteilhafter Weise drei verschiedene Werte zur Plausibilisierung zur Verfügung, wodurch die Plausibilisierung vereinfacht und eindeutig gemacht wird. So werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zunächst zwei der berechneten Drehmomente miteinander verglichen und dann, wenn festgestellt wird, dass die beiden Drehmomente voneinander abweichen oder über einen vorgebbaren Bereich hinaus voneinander abweichen, ein Vergleich mit dem dritten berechneten Drehmoment durchgeführt wird, um festzustellen, welches der beiden zuerst genannten Drehmomente plausibel ist und welches nicht.According to a preferred development of the invention, it is provided that three torques for moving the actuating element are calculated by different methods using a controller in each case in order to determine an implausible torque of the calculated torques. This uses three controllers that calculate the torque in different ways. This means that three torque values are available, which are used for plausibility checks and for determining the actuating torque. In other words, a third torque is calculated as a plausibility signal by a further controller and a further method. As a result, three different values are advantageously available for the plausibility check, as a result of which the plausibility check is simplified and made unambiguous. According to a preferred embodiment, two of the calculated torques are first compared with one another and then, if it is determined that the two torques deviate from one another or deviate from one another beyond a specifiable range, a comparison is made with the third calculated torque in order to determine which of the the first two torques mentioned is plausible and which is not.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei der Drehmomente berechnet und miteinander verglichen werden, und dass bei einer kritischen Abweichung der beiden Drehmomente voneinander das dritte berechnete Drehmoment zur Bestimmung des Stellmoments berücksichtigt oder verwendet wird. Hierbei wird der Vorteil erreicht, dass durch einen einfachen Vergleich entschieden wird, ob das Stellmoment durch das erste und das zweite oder durch das dritte Drehmoment bestimmt wird. Ergibt der Vergleich, dass das erste und das zweite Drehmoment voneinander kritisch und/oder über einen vorgebbaren Wert hinaus abweichen, so werden beide als unplausibel bewertet und das dritte Drehmoment zum Bestimmen des Stellmoments berücksichtigt. Hierdurch ergibt sich eine einfache und schnelle Entscheidung zur Bestimmung des Stellmoments.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that two of the torques are calculated and compared with one another, and that if the two torques differ critically from one another, the third calculated torque is taken into account or used to determine the actuating torque. This has the advantage that a simple comparison is used to decide whether the actuating torque is determined by the first and the second or by the third torque. If the comparison shows that the first and the second torque deviate from one another critically and/or beyond a predefinable value, then both are evaluated as implausible and the third torque is taken into account for determining the actuating torque. This results in a simple and quick decision for determining the actuating torque.
Besonders bevorzugt werden drei Drehmomente zum Bewegen des Stellelements durch drei unterschiedliche Verfahren berechnet und miteinander verglichen, um ein unplausibles Drehmoment der berechnenden Drehmomente zu ermitteln, und das bei Erfassen eines unplausiblen Drehmoments nur die verbleibenden berechneten Drehmomente für die Bestimmung des Stellmoments berücksichtigt werden. Es ist also vorgesehen, dass drei Drehmomente berechnet werden, die für sich genommen jeweils dazu dienen sollen, dass Stellelement in die gewünschte Position zu bewegen. Die berechneten Drehmomente hängen dabei von der aktuellen Ist-Stellung ab. Dadurch, dass die Drehmomente auf drei verschiedene Arten berechnet werden, ist sichergestellt, dass dann, wenn in einem der Verfahren ein Fehler vorliegt, die anderen Verfahren noch weiter korrekt die Ist-Position und/oder ein plausibles Drehmoment bestimmen. Zweckmäßigerweise werden dazu drei unterschiedliche Regler eingesetzt, die sich in ihrer Programmierung und/oder in ihrer Hardware voneinander unterscheiden. Fällt einer der Regler aus, beispielsweise aufgrund eines Hardwaredefekts oder aufgrund eines Softwarefehlers, so verbleiben noch zwei weitere Regler, die den Weiterbetrieb des Lenksystems, zumindest für eine gewisse Zeitdauer gewährleisten. Durch den Vergleich des Ausgangswerts der Regler, also der bestimmten oder berechneten Drehmomente, ist dabei erkennbar, ob ein unplausibles Drehmoment bestimmt wurde. Durch einen einfachen Vergleich der ermittelten Drehmomente kann darauf geschlossen werden, dass ein Drehmoment unplausibel ist, insbesondere wenn es sich über einen vorgebbaren Toleranzbereich hinaus von den anderen berechneten Drehmomenten unterscheidet.Particularly preferably, three torques for moving the actuating element are calculated using three different methods and compared with one another in order to determine an implausible torque of the calculated torques, and when an implausible torque is detected, only the remaining calculated torques are taken into account for determining the actuating torque. Provision is therefore made for three torques to be calculated which, taken individually, are each intended to move the actuating element into the desired position. The calculated torques depend on the current actual position. The fact that the torques are calculated in three different ways ensures that if there is an error in one of the methods, the other methods continue to correctly determine the actual position and/or a plausible torque. Three different controllers are expediently used for this purpose, which differ from one another in terms of their programming and/or their hardware. If one of the controllers fails, for example because of a hardware defect or because of a software error, then two other controllers remain, which ensure the continued operation of the steering system, at least for a certain period of time. By comparing the output value of the controller, ie the determined or calculated torque, it can be seen whether an implausible torque was determined. By simply comparing the determined torques, it can be concluded that a torque is implausible, particularly if it differs from the other calculated torques beyond a predefinable tolerance range.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die für die Bestimmung des Sollmoments berücksichtigten Drehmomente gewichtet und insbesondere miteinander verrechnet, vorteilhaft addiert, werden. Bei der Gewichtung wird insbesondere berücksichtigt, wie hoch die Auswahlwahrscheinlichkeit des jeweils durchgeführten Verfahrens zur Bestimmung des Drehmoments ist. Darüber hinaus wird berücksichtigt, mit welcher Genauigkeit das jeweilige Verfahren das Drehmoment bestimmt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die berechneten Drehmomente miteinander addiert werden, um ein Summendrehmoment zu bilden. Dies wird insbesondere mit einem erwarteten Summendrehmoment verglichen, um zu erkennen, ob ein Fehler im System vorliegt.According to a preferred development of the invention, it is provided that the torques taken into account for determining the setpoint torque are weighted and, in particular, offset against one another, advantageously added. The weighting takes into account, in particular, how high the selection probability of the respectively implemented method for determining the torque is. In addition, the accuracy with which the respective method determines the torque is taken into account. Provision is particularly preferably made for the calculated torques to be added to one another in order to form a total torque. In particular, this is compared with an expected total torque in order to identify whether there is a fault in the system.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass das Ergebnis der Addition durch die Anzahl der berücksichtigten Drehmomente geteilt wird, um ein gemitteltes Drehmoment zu bestimmen. Dies wird beispielsweise als Referenzdrehmoment für einen Vergleich herangezogen, um den Abstand eines als unplausibel bestimmten Drehmoments mit dem Referenzdrehmoment zu erfassen. Geht der Abstand über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus, so wird bestätigt, dass das als unplausibel bestimmte Drehmoment unplausibel ist.Provision is also preferably made for the result of the addition to be divided by the number of torques taken into account in order to determine an average torque. This is used, for example, as a reference torque for a comparison in order to determine the difference between a torque determined to be implausible and the reference torque. If the distance exceeds a predefinable limit value, it is confirmed that the torque determined as implausible is implausible.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass als Eingangsgröße für die Berechnung jeweils die einzustellende Soll-Position sowie die Ist-Position verwendet werden. Vorliegend erhalten alle Regler und/oder alle durchgeführten Verfahren die gleichen Eingangswerte, sodass grundsätzlich davon ausgegangen werden kann, dass bei einem fehlerfrei arbeitenden System die bestimmten Drehmomente identisch sind oder zumindest innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs beieinanderliegen.Furthermore, it is preferably provided that the setpoint position to be set and the actual position are used as the input variable for the calculation. In the present case, all controllers and/or all processes carried out receive the same input values, so that it can be assumed in principle that the torques determined in a fault-free system are identical or at least lie within a definable tolerance range.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass bei dem Vergleich ein Drehmoment als unplausibel bestimmt wird, wenn es sich von den verbleibenden Drehmomenten über einen vorgebbaren Toleranzbereich hinaus unterscheidet. Wie zuvor bereits erwähnt, ist dadurch eine einfache Erkennung eines unplausiblen Drehmoments möglich. Im Normalbetrieb und/oder im fehlerfreien Betrieb weichen die Ausgangswerte der drei Verfahren und/oder drei Regler nur um wenige definierte Diskretierungsstufen voneinander ab. Im Fehlerfall, wenn einer der Regler nicht korrekt arbeitet, ist zu erkennen, dass dieser Regler eine signifikante Abweichung aufweist, die größer als die definierte Anzahl der Diskretierungsstufen ist. Damit ist der zuvor erläuterte Vergleich einfach durchführbar.According to a further embodiment of the invention, provision is preferably made for a torque to be determined as implausible in the comparison if it differs from the remaining torques by more than a predefinable tolerance range. As already mentioned above, this makes it possible to easily identify an implausible torque. In normal operation and/or in error-free operation, the output values of the three methods and/or three controllers only deviate from one another by a few defined discretization levels. In the event of an error, if one of the controllers is not working correctly, it can be seen that this controller has a significant deviation that is greater than the defined number of discretization levels. This makes the comparison explained above easy to carry out.
Ferner ist vorgesehen, dass Übertragungsfunktionen der Regler, insbesondere der zumindest zwei Regler oder der drei Regler, unterschiedlich vorgegeben werden. Durch die unterschiedlichen vorgegebenen Übertragungsfunktionen wird eine Unterscheidung der Verfahren auf einfache Art und Weise realisiert. So wird beispielsweise die Übertragungsfunktion von PID-Reglern durch Zustandsraumdarstellung (ss-state space) oder als diskrete Filterübertragungsfunktionen realisiert (SOS-second order section). Die dafür benötigte Summationspunkte sowie Gradientenbegrenzungen oder Wertebegrenzungen werden dann bevorzugt divers implementiert oder mittels modellbasierter Blöcke und mittels Zustandsautomaten umgesetzt.It is also provided that transfer functions of the controllers, in particular the at least two controllers or the three controllers, are specified differently. A distinction between the methods is implemented in a simple manner due to the different predefined transfer functions. For example, the transfer function of PID controllers is implemented by state space representation (ss-state space) or as discrete filter transfer functions (SOS-second order section). The summation points required for this, as well as gradient limitations or value limitations, are then preferably implemented in various ways or implemented using model-based blocks and state machines.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass, insbesondere genau, eines der berücksichtigten Drehmomente als das Stellmoment verwendet wird. Damit wird bei der Durchführung des Verfahrens eine Auswahl zwischen den verbleibenden und als plausibel erkannten Drehmomenten getroffen, das dann im weiteren Verfahren als das Stellmoment verwendet wird, dass von dem Stellmotor zur Verfügung gestellt werden soll.According to a preferred embodiment of the invention, it is also provided that, particularly precisely, one of the torques taken into account is used as the actuating torque. When carrying out the method, a selection is made between the remaining torques and those recognized as plausible, which is then used in the further method as the actuating torque that is to be made available by the servomotor.
Alternativ ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass das gemittelte Drehmoment als Stellmoment verwendet wird. Alternatively, according to a further embodiment of the invention, it is preferably provided that the averaged torque is used as the actuating torque.
Dadurch wird dem Stellmotor als Soll-Drehmoment das gemittelte Drehmoment aus den berücksichtigten Drehmomenten vorgegeben. Dadurch wird eine optimale Ansteuerung des Stellmotors gewährleistet.As a result, the mean torque from the torques taken into account is specified for the servomotor as the setpoint torque. This ensures optimal control of the servomotor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich dadurch aus, dass sie speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile.The device according to the invention with the features of claim 11 is characterized in that it is specially designed to carry out the method according to the invention when used as intended. This results in the advantages already mentioned.
Das erfindungsgemäße Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch hier ergeben sich die bereits genannten Vorteile.The steering system according to the invention with the features of claim 12 is characterized by the device according to the invention. Here, too, there are the advantages already mentioned.
Weitere Vorteile und bevorzugte Aspekte ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 eine vorteilhafte Vorrichtung zum Betreiben eines Lenksystems, -
2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben des Lenksystems, und -
3A bis3C drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele des Verfahren in vereinfachten Darstellungen.
-
1 an advantageous device for operating a steering system, -
2 an advantageous method of operating the steering system, and -
3A until3C three different embodiments of the method in simplified representations.
Das Lenksystem 2 weist zwei im Kraftfahrzeug lenkbar gelagerte Räder 3 auf, die jeweils mit einem Stellelement 4 des Lenksystems 2 gekoppelt sind. Durch eine Bewegung des Stellelements 4 werden die Räder 3 um eine insbesondere horizontale Achse verdreht, sodass ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs eingestellt wird. Dazu ist das Stellelement 4, das vorliegend als Zahnstange ausgebildet ist, durch ein Getriebe 5 mit einer Lenkstange 6 verbunden. Der Lenkstange 6 ist ein Stellmotor 7 zugeordnet, der durch das Erzeugen eines Drehmoments die Lenkstange 6 in die eine oder andere Richtung drehen kann, um die Räder 3 in die eine oder andere Richtung zu lenken.The
Dem Stellmotor 7 ist die Vorrichtung 1 zugeordnet, die als Steuergerät ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 weist drei Regler R1, R2 und R3 auf, die jeweils als Eingangswert eine aktuelle Ist-Stellung des Stellelements 4 sowie eine gewünschte Soll-Position des Stellelements 4 erhalten. Die Soll-Position ergibt sich beispielsweise aus dem Fahrerwunsch, der ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs betätigt, oder aus einem Fahrassistenten, der zum semiautonomen oder vollautonomen Lenken des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.The
Aus Ausgangswerte berechnen die Regler R1, R2 und R3 jeweils das Drehmoment, das der elektrische Stellmotor 7 erbringen müsste, um die Räder 3 und/oder das Stellelement 4 in die gewünschte Position, also in die Soll-Position zu bewegen.From the starting values, the controllers R1, R2 and R3 each calculate the torque that the electric servomotor 7 would have to produce in order to move the
Insbesondere ein Mikroprozessor 8 des Steuergeräts erfasst die berechneten Ausgangswerte der Regler R1, R2 und R3, vergleicht diese miteinander und steuert in Abhängigkeit des Vergleichs den Stellmotor 7 an. Dies soll anhand von
Die Regler R1, R2, R3 berechnen dann in dem jeweils darauffolgenden Schritten S3_1, S3_2 und S3_3, parallel jeweils für sich genommen das Drehmoment, das der Elektromotor genauer gesagt der Stellmotor 7 erzeugen müsste, um das Stellelement 4 in die gewünschte Soll-Position zu verbringen.In the subsequent steps S3_1, S3_2 and S3_3, the controllers R1, R2, R3 then calculate the torque that the electric motor, more precisely, the servomotor 7 would have to generate in order to move the actuating element 4 to the desired target position spend.
Die berechneten Drehmomente werden in einem darauffolgenden Schritt S4 miteinander verglichen. Bei diesem Vergleich wird insbesondere geprüft, ob eines der ermittelnden Drehmomente von den anderen Drehmomenten über eine vorgebbaren Toleranzbereich hinaus abweicht. Insbesondere wird geprüft, ob einer der Regler eine signifikante Abweichung aufweist, die größer als eine definierte Anzahl von Disketisierungsstufen der Regler ist. Wird erkannt, dass einer der Regler R1, R2 oder R3 über den Toleranzbereich hinaus von den verbleibenden Reglern ermittelnden Drehmomenten abweicht, so wird dieser passiv geschaltet und/oder passiviert, sodass seine Ausgänge geöffnet und nicht mehr bei der Bestimmung des Stellmoments für den Stellmotor 7 berücksichtigt werden. Stattdessen werden dafür nur die verbleibenden Regler berücksichtigt.The calculated torques are compared with one another in a subsequent step S4. In this comparison, it is checked in particular whether one of the torques determined differs from the other torques by more than a predefinable tolerance range. In particular, it is checked whether one of the controllers has a significant deviation that is greater than a defined number of discretization levels of the controller. If it is detected that one of the controllers R1, R2 or R3 deviates beyond the tolerance range from the torques determined by the remaining controllers, it is switched to passive and/or passivated so that its outputs are opened and no longer used to determine the actuating torque for the servomotor 7 are taken into account. Instead, only the remaining controllers are taken into account.
Wird beispielsweise festgestellt, dass der Regler R2 einen unplausiblen Wert liefert, weil sein berechnetes Drehmoment über den Toleranzbereich hinaus von den berechneten Drehmomenten der Regler R1 und R3 abweicht, so wird der Regler R2 passiv geschaltet und nur die Regler R1 und R3 für die weitere Bestimmung des Stellmoments durch die Mikroprozessor 8 berücksichtigt. Liegen die Ausgangswerte der Regler R1, R2 und R3 jedoch innerhalb des vorgebbaren Toleranzbereichs, so wird davon ausgegangen, dass kein systematischer Fehler, insbesondere kein Softwarefehler, vorliegt. Es besteht außerdem die Möglichkeit, die Regler R1, R2 und R3 ausgangsseitig zu verschalten und das gemittelte Drehmoment als Stellmoment für den Stellmotor 7 zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass alle drei Regler R1, R2 und R3 sich im geschlossenen Regelkreis befinden und somit keine Nachverfolgung der internen Systemzustände benötigt ist. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, nur einen Regler aktiv im geschlossenen Regelkreis wirken zu lassen, beispielsweise Regler R1, jedoch müssten dann die Systemzustände der verbleibenden Regler R1 und R3 nachverfolgt werden.If, for example, it is determined that controller R2 delivers an implausible value because its calculated torque deviates beyond the tolerance range from the calculated torques of controllers R1 and R3, controller R2 is switched to passive and only controllers R1 and R3 for further determination the actuating torque is taken into account by the
Dadurch kann ein systematischer Softwarefehler in den Reglern R1, R2 und R3 erkannt werden. Die Regler R1, R2 und R3 arbeiten zwar mit den gleichen Eingangswerten und bestimmen tatsächlich den gleichen Ausgangswert, sind jedoch unterschiedlich und/oder zumindest divers ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass Übertragungsfunktionen der als PID-Regler ausgebildeten Regler R1, R2 und R3 durch Zustandsraumdarstellung oder als diskrete Filterübertragungsfunktionen realisiert werden, wobei benötigte Summationspunkte sowie Gradientenbegrenzungen/Wertebegrenzungen divers implementiert oder mittels modellbasierter Blöcke und mittels Zustandsautomaten umgesetzt werden.This allows a systematic software error in the controllers R1, R2 and R3 to be detected. Although the controllers R1, R2 and R3 work with the same input values and actually determine the same output value, they are designed differently and/or at least diversified. In particular, it is provided that transfer functions of the controllers R1, R2 and R3 designed as PID controllers are realized by state space representation or as discrete filter transfer functions, with the required summation points and gradient limitations/value limitations being implemented in various ways or implemented using model-based blocks and state machines.
Durch das vorteilhafte Verfahren wird erreicht, dass gegenüber einer Überwachung der Regelabweichung in einem Duplexverfahren ein systematischer Fehler unmittelbar erkannt wird, das bedeutet, dass innerhalb weniger Abtastschritte bestimmbar ist, ob einer der Regler R1, R2, R3 unplausible Werte liefert. Bei einer angenommen Abtastrate von einer 1 ms oder alternativ 10 ms ist das Erkennen und das Einleiten einer Hilfsaktion somit unmittelbar, während bei einer Überwachung der Regler R1, R2, R3 mittels Regelabweichung ein Faktor 100 bis 200 auf die Erkennungszeit draufgeschlagen werden müsste. Ein weiterer Vorteil ist, dass die beiden korrekt arbeitenden Regler R1, R3, der Wirkung des fehlerhaften Reglers R2 innerhalb der Fehlererkennungszeit entgegenwirken und damit die Fehlerauswirkung weiter reduzieren.The advantage of the advantageous method is that, compared to monitoring the system deviation in a duplex method, a systematic error is detected immediately, which means that it can be determined within a few sampling steps whether one of the controllers R1, R2, R3 supplies implausible values. With an assumed sampling rate of 1 ms or alternatively 10 ms, the recognition and the initiation of an auxiliary action is therefore immediate, while the controllers R1, R2, R3 are monitored by means of a control deviation Factor 100 to 200 would have to be added to the recognition time. A further advantage is that the two correctly working controllers R1, R3 counteract the effect of the faulty controller R2 within the error detection time and thus further reduce the effect of the error.
Im abschließenden Schritt S5 wird das Verfahren dadurch fortgeführt, dass entweder ein Drehmoment von den als plausibel arbeitenden Reglern R1 oder R2 als das Stellmoments zum Ansteuern des Stellmotors 7 verwendet wird, oder ein aus den von den Reglern R1 und R2 gemitteltes Drehmoment.In the final step S5, the method is continued in that either a torque from the controllers R1 or R2 working as plausible is used as the actuating torque for controlling the servomotor 7, or a torque averaged from the controllers R1 and R2.
Das Verfahren bietet somit eine schnelle Fehlererkennungszeit sowie eine schnelle Reaktionszeit. Darüber hinaus ist auch beim Fehlerfall eine geringe Auswirkung auf das Lenksystem 2 gewährleistet. Da die verbleibenden Regler noch aktiv im Reglereingriff sind, ist die Erprobungstiefe aller divers implementierten Regler gleichermaßen hoch. Außerdem ist keine Synchronisierung der nicht im Eingriff befindlichen Regler nötig.The method thus offers a quick error detection time and a quick response time. In addition, a small effect on the
Das beschriebene Verfahren kann beispielsweise auch auf die feldorientierte Regelung für die Motorregelung des Stellmotors übertragen werden. Informationen über die Betriebszustände der Regler anhand des beschriebenen Verfahrens im Lenksystem sowie zusätzliche Signale des Lenksystems, wie beispielsweise der Position der Zahnstangen und/oder des Stellelements 4, oder auch der Bewegungsgeschwindigkeit, können an ein überlagertes Überwachungsmodul weitergereicht werden, dass im Falle, dass die Zieltrajektorie in einem sicherheitskritischen Korridor verlässt oder verlassen wird, die entsprechende Rückfallebene aktiviert.The method described can, for example, also be transferred to the field-oriented control for the motor control of the servomotor. Information about the operating states of the controllers using the described method in the steering system and additional signals from the steering system, such as the position of the racks and/or the actuating element 4, or the speed of movement, can be passed on to a higher-level monitoring module that, in the event that the If the target trajectory leaves or is left in a safety-critical corridor, the corresponding fallback level is activated.
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