DE102018218127A1

DE102018218127A1 - Servolenkungsvorrichtung mit Redundanz zur erhöhten Sicherheit

Info

Publication number: DE102018218127A1
Application number: DE102018218127.6A
Authority: DE
Inventors: Woo Seok WON
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109693709A; KR102004720B1; KR20190045466A; US20190118856A1; CN109693709B; US10822023B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung sieht eine Servolenkungsvorrichtung vor die eine verbesserte Zuverlässigkeit im Vergleich mit einer existierenden Servolenkungsvorrichtung durch Ausbilden einer Redundanz für ein darin enthaltenes Elektroniksystem aufweist. Ein Ausführungsbeispiel sieht eine Servolenkungsvorrichtung vor, umfassend: einen vierkanaligen Drehmomentsensor, der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise umfasst; einen vierkanaligen Lenkwinkelsensor, der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise umfasst; einen vierkanaligen Motorpositionssensor, der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise umfasst; einen bürstenlosen Doppelwicklung-Wechselstrom(BLAC)-Motor, der einen Motor erster Wicklung und einen Motor zweiter Wicklung umfasst; eine erste elektronische Steuereinheit (ECU); eine zweite ECU; und einen Selektor, der ausgebildet ist, eine ECU aus der ersten ECU und der zweiten ECU auszuwählen. Die erste ECU und die zweite ECU werden mit Energie von getrennten Energieversorgungsvorrichtungen, die voneinander getrennt sind, gespeist und der Motor erster Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors ist mit einem Inverter der ersten ECU verbunden, und der Motor zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors ist mit einem Inverter der zweiten ECU verbunden.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0138097 , eingereicht am 24. Oktober 2017, die hier durch Bezugnahme für alle Zwecke einbezogen ist, so als ob sie vollständig hier ausgeführt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Servolenkungsvorrichtung und insbesondere auf eine Servolenkungsvorrichtung, bei der eine Redundanz für jede Vorrichtung der Servolenkungsvorrichtung ausgebildet ist, derart, dass ein Lenken normal betätigt wird, selbst wenn eine Anomalität in einem internen System auftritt.
Beschreibung des Standes der Technik
In letzter Zeit werden Fahrzeuge mit immer mehr elektrischen Funktionen versehen und verschiedene elektronische Vorrichtungen sind in den Fahrzeugen installiert.
Um die elektrischen Vorrichtungen zu steuern, sind die Fahrzeuge im Allgemeinen mit einer elektronischen Steuervorrichtung (im Folgenden als „ECU“ bezeichnet) ausgerüstet, die elektrische Signale empfängt, die durch verschiedene eingebende Sensoren detektiert werden, und die digitale Steuersignale zum Betätigen verschiedener Aktuatoren auf der Ausgangsseite derselben liefert. Eine elektrische Servolenkvorrichtung ist in der Lage, das Lenken des Fahrzeugs basierend auf der oben beschriebenen ECU zu steuern.
In den letzten Jahren besteht eine steigende Notwendigkeit für eine Zuverlässigkeit einer solchen Servolenkungsvorrichtung. Somit gibt es einen steigenden Bedarf, einen Weg zur Verbesserung des Sicherheitspegels eines elektronischen Systems zu finden, der zu der Zuverlässigkeit unter den Komponenten der Servolenkungsvorrichtung beitragen kann. Insbesondere ist die Wichtigkeit der Sicherheitsverbesserung der Servolenkvorrichtung dahin unterstrichen, dass sie mit neuen Technologien, wie ein automatisches Fahren in der Zukunft kombiniert werden kann.
ABRISS DER ERFINDUNG
Somit sieht die vorliegende Offenbarung eine Servolenkungsvorrichtung vor, bei der die Zuverlässigkeit im Vergleich mit existierenden Lenkvorrichtungen durch Ausbilden einer Redundanz für jede darin enthaltene Komponente verbessert wird.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen sieht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Servolenkvorrichtung vor, die umfasst: einen vierkanaligen Drehmomentsensor, der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise (IC) einschließt; einen vierkanaligen Lenkwinkelsensor, der zwei unabhängige Dual-Die ICs einschließt, einen vierkanaligen Motorpositionssensor, der zwei unabhängige Dual-Die ICs einschließt; einen bürstenlosen Doppelwicklungs-Wechselstrommotor (Dual-Wound Brushless AC-BLAC-Motor), der einen Motor erster Wicklung und einen Motor zweiter Wicklung darin umfasst; eine erste elektronische Steuereinheit (ECU), eine zweite ECU; und einen Selektor, der ausgebildet ist, eine ECU aus der ersten und der zweiten ECU auszuwählen, die das Lenken steuert. Die erste ECU und die zweite ECU werden mit Energie bzw. Spannung von verschiedenen Energieversorgungsvorrichtungen bzw. Spannungsversorgungsvorrichtungen gespeist, die voneinander getrennt sind, wobei der Motor erster Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors mit einem Inverter der ersten ECU verbunden ist, und der Motor zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors mit einem Inverter der zweiten ECU verbunden ist.
Entsprechend der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung ist es möglich, normal ein Lenken zu steuern, selbst wenn eine Anomalität in einer ECU oder einem Sensor auftritt, die die Servolenkvorrichtung bilden, indem eine andere ECU oder Sensor verwendet wird, wobei der Sicherheitspegel des gesamten Fahrzeugs verbessert wird.
Figurenliste
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlicher, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu sehen ist, in der:

1 ein Blockschaltbildd ist, das den Aufbau einer existierenden Servolenkvorrichtung darstellt;
2 ein Blockschaltbild ist, das den Aufbau einer Servolenkvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel darstellt;
3 ein Blockschaltbild ist, das einen Aufbau darstellt, bei dem Drehmomentsignale von einem vierkanaligen Sensor entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung gesendet werden;
4 ein Blockschaltbild ist, das einen Aufbau darstellt, bei dem Motorpositionssignale von einem vierkanaligen Motorpositionssensor entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung übertragen werden; und
5 eine Darstellung ist, die den Aufbau eines Doppelwicklung-BLAC-Motors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, obwohl sie in unterschiedlichen Figuren zu sehen sind. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Offenbarung eine detaillierte Beschreibung von bekannten Funktionen und Konfigurationen, die hier eingeschlossen sind, weggelassen, wenn festgestellt wird, dass die Beschreibung den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eher unklar macht.
Zusätzlich können Begriffe, wie erster, zweiter, A, B, (a), (b) oder dergleichen hier verwendet werden, wenn Komponenten der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Strukturelement von einem anderen Strukturelement zu unterscheiden und eine Eigenschaft, eine Reihenfolge, eine Sequenz oder dergleichen der entsprechenden Strukturelemente sind nicht durch den Begriff eingeschränkt. Es sei bemerkt, dass, wenn in der Anmeldung beschrieben ist, eine Komponente mit einer anderen Komponente „verbunden“, „gekoppelt“ oder „zusammengelegt“ ist, eine dritte Komponente zwischen der ersten und zweiten Komponente „verbunden“, „gekoppelt“ und „angeschlossen“ sein kann, obwohl die erste Komponente mit der zweiten Komponente direkt verbunden, gekoppelt oder angeschlossen sein kann.
1 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer existierenden Servolenkungsvorrichtung darstellt.
In der existierenden Servolenkungsvorrichtung werden ein erstes Drehmomentsignal und ein zweites Drehmomentsignal von einem Drehmoment- und Winkelsensor (Torque and Angle Sensor, TAS) 110 übertragen. Jedes des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals, das von dem TAS 110 übertragen wird, erfüllt einen Automobile Safety Integrity Level (ASIL) B.
Der ASIL ist in der ISO 26262 definiert und stellt die Risikomanagementkriterien für Funktionselemente in einem Fahrzeug dar. Wenn der ASIL von A zu D steigt, steigt der Pegel der verlangten Zuverlässigkeit. Die existierende Servolenkungsvorrichtung empfängt das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal auf dem Pegel von ASIL B und führt eine Signalverarbeitung auf dem Pegel von ASIL B für jedes des ersten und zweiten Drehmomentsignals durch, um so ein Drehmomenteingangssignal bei dem ASIL-Pegel D zu implementieren.
Die ECU 120 der existierenden Servolenkungsvorrichtung umfasst eine Mikrocontrollereinheit (MCU) 121 und einen Inverter 122.
Die MCU 121 führt die Funktionen des Verarbeitens eines Drehmomentsignals, eines Lenkwinkelsignals und eines Motorpositionssignals, die der ECU 120 eingegeben werden, und des Steuerns des Inverters 122 durch. Die MCU 121, die Signale verarbeitet, ist physikalisch eine einzige Vorrichtung, hat aber eine Selbstdiagnosefunktion unter Verwendung eines Prüfcodes.
Der Inverter 122 ist mit den Anschlüssen U, V und W eines Einfachwicklung-BLAC (Brushless AC)-Motors 130 verbunden, um so die Funktionsweise des Einfachwicklung-BLAC-Motors 130 zu steuern.
Der BLAC-Motor bezeichnet einen bürstenlosen Motor, der eine gegenelektromotorische Kraft (Gegen-EMK) in der Form einer Sinuswellenform aufweist, und der Einfachwicklung-BLAC-Motor 130 hat darin einen Motor mit Einfachwicklung.
In der existierenden Servolenkvorrichtung werden ein erstes Motorpositionssignal und ein zweites Motorpositionssignal von einem Motorpositionssensor 140 an die ECU 120 geliefert. Wie in dem TAS 110 erfüllt sowohl das erste Motorpositionssignal als auch das zweite Motorpositionssignal den ASIL B, und die existierende Servolenkvorrichtung empfängt das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal bei dem Pegel des ASIL B, um so ein Motorpositionseingangssignal bei dem Pegel des ASIL D zu implementieren. Der Inhalt des Implementierens eines Signals bei dem Pegel des ASIL D durch Kombinieren zweier Signale des Pegels des ASIL B ist in der ISO 26262 definiert.
Eine Batterie 150 führt die Funktion des Lieferns einer Energie bzw. einer Spannung an die ECU 120 durch. Wenn eine Anomalität in der Batterie 150 auftritt und die gelieferte Spannung gleich einer Schwelle oder niedriger als eine Schwelle ist, kann die ECU 120 nicht normal arbeiten.
2 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Servolenkungsvorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel darstellt.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Redundanz für jede Komponente der Servolenkvorrichtung ausgebildet. Das heißt, zwei ECUs existieren in einer Servolenkvorrichtung, die die gleiche Funktionsweise und Sicherheitsabdeckung haben, um sicherzustellen, dass bei einer Situation, in der eine der ECUs nicht normal arbeiten kann, die Servolenkvorrichtung unter Verwendung der anderen ECU betrieben wird.
Daher kann, selbst wenn eine Anomalität in der Funktionsweise einer ECU auftritt, eine Lenksteuerung unter Verwendung einer anderen ECU durchgeführt werden, so dass die Gesamtstabilität der Servolenkvorrichtung verbessert werden kann.
Die Servolenkvorrichtung kann eine erste ECU 210 und eine zweite ECU 220 einschließen. Die erste ECU 210 kann eine erste MCU 211 und einen ersten Inverter 212 einschließen, und die zweite ECU 220 kann eine zweite MCU 221 und einen zweiten Inverter 222 einschließen.
Die erste MCU 211 kann die Funktionen des Verarbeitens eines Drehmomentsignals, eines Lenkwinkelsignals und eines Motorpositionssignals, die der ersten ECU 210 eingegeben werden, und des Steuerns des ersten Inverters 212 durchführen, und der erste Inverter 212 führt die Funktion des Steuerns der Operation eines Motors erster Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors 215 durch, wobei er mit den Anschlüssen U1, V1 und W1 des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 verbunden ist.
Ein Phasenabschaltmodul kann zwischen dem ersten Inverter 212 und dem Doppelwicklung-BLAC-Motor 250 geschaltet sein, um so eine Spannungsversorgung für den Motor erster Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 abzuschalten, wenn ein Ausfalls der ersten ECU 210 abgetastet wird.
Die zweite MCU 221 kann die Funktionen des Verarbeitens eines Drehmomentsignals, eines Lenkwinkelsignals und eines Motorpositionssignals, die der zweiten ECU 220 eingegeben werden, und des Steuerns des zweiten Inverters 222 durchführen, und der zweite Inverter 222 führt die Funktion des Steuerns der Operation des Motors zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 durch, wobei er mit den Anschlüssen U2, V2 und W2 des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 verbunden ist.
Ein Phasenabschaltmodul kann zwischen dem zweiten Inverter 220 und dem Doppelwicklung-BLAC-Motor 250 geschaltet sein, um so die Spannungsversorgung für den Motor zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 abzuschalten, wenn ein Fehler der zweiten ECU 220 abgetastet wird.
Die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 haben denselben Aufbau, mit der Ausnahme für einen Pin des I/O-Ports der MCU jeder ECU. Die mit den Pins des I/O-Ports der ersten MCU 211 der ersten ECU 210 verbundene Spannung und die mit den Pins des I/O-Ports der zweiten MCU 221 der zweiten ECU 220 verbundene Spannung können zueinander unterschiedlich sein.
Beispielsweise kann eine Masse mit der ersten ECU 210 verbunden sein und 5 V kann mit der zweiten ECU 220 verbunden sein. Daher kann jede ECU unter Verwendung der Information der Spannung, die an den Pins ihrer I/O-Ports anliegt, dahingehend unterschieden werden, ob sie die erste ECU oder die zweite ECU ist.
Zusätzlich können die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 mit anderen Vorrichtungen des Fahrzeugs über einen CAN-Bus kommunizieren und können Diagnoseinformationen entsprechend einer OEM-Spezifikation senden, und die ECUs können untereinander unter Verwendung der CAN-Kommunikation Informationen austauschen.
Ein vierkanaliger Drehmomentsensor 230 kann einen Drehmomentwert an die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 liefern. Der vierkanalige Drehmomentsensor 230 kann ein erstes Drehmomentsignal, ein zweites Drehmomentsignal, ein drittes Drehmomentsignal und ein viertes Drehmomentsignal liefern. Während der normalen Betriebsweise haben die oben erwähnten vier Drehmomentsignale den gleichen Wert.
Der vierkanalige Drehmomentsensor 230 kann zwei unabhängige Dual-Die-ICs einschließen und das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal können in einem Dual-Die integrierten Schaltkreis erzeugt werden, und das dritte Drehmomentsignal und das vierte Drehmomentsignal können in dem anderen Dual-Die integrierten Schaltkreis erzeugt werden. Der vierkanalige Drehmomentsensor 230 überträgt das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal an die erste ECU 210 und überträgt das dritte Drehmomentsignal und das vierte Drehmomentsignal an die zweite ECU 220, so dass die jeweilige ECU Drehmomentsignale verwenden kann, die voneinander unabhängig sind. Da die jeweilige ECU Drehmomentsignale verwendet, die voneinander unabhängig sind, kann, selbst wenn eine Anomalität bei einem Drehmomentsignal, das einer ECU eingegeben wird, auftaucht, die andere ECU ein normales Drehmomentsignal empfangen. Im Folgenden wird die Funktionsweise des vierkanaligen Drehmomentsensors 230 detaillierter unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Ein vierkanaliger Lenkwinkelsensor 240 kann ein Signal eines Lenkwinkelwerts an die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 liefern. Der vierkanalige Lenkwinkelsensor 240 kann ein erstes Lenkwinkelsignal, ein zweites Lenkwinkelsignal, ein drittes Lenkwinkelsignal und ein viertes Lenkwinkelsignal senden. Während der normalen Funktionsweise haben alle vier Lenkwinkelsignale den gleichen Wert. Das erste Lenkwinkelsignal und das zweite Lenkwinkelsignal können in einem Dual-Die-IC erzeugt werden, und das dritte Lenkwinkelsignal und das vierte Lenkwinkelsignal können in einem anderen Dual-Die-IC erzeugt werden.
Zusätzlich liefert der vierkanalige Lenkwinkelsensor 240 das erste Lenkwinkelsignal und das zweite Lenkwinkelsignal an die erste ECU 210 und liefert das dritte Lenkwinkelsignal und das vierte Lenkwinkelsignal an die zweite ECU 220, so dass die jeweiligen ECUs in der Lage sind, die Lenkwinkelsignale, die unabhängig voneinander sind, zu verwenden. Da die jeweiligen ECUs Lenkwinkelsignale verwenden, die unabhängig voneinander sind, ist, selbst wenn eine Anomalität bei einem Lenkwinkelsignal, das einer ECU eingegeben wird, die andere ECU in der Lage, ein normales Lenkwinkelsignal zu empfangen.
Ein bürstenloser Doppelwicklung-BLAC-Motor 250 kann von außen als einziger Motor angesehen werden. Jedoch bildet intern der bürstenlose Doppelwicklung-BLAC-Motor 250 zwei Motoren, einschließlich eines Motors erster Wicklung und eines Motors zweiter Wicklung.
Der Motor erster Wicklung kann mit der ersten ECU 210 über Anschlüsse U1, V1 und W1 verbunden sein, und der Motor zweiter Wicklung kann mit der zweiten ECU 220 über die Anschlüsse U2, V2 und W2 verbunden sein. Im Folgenden wir die Funktionsweise des Doppelwicklung-BLAC-Motors 250 detailliert unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Ein vierkanaliger Motorpositionssensor 260 kann ein Motorpositionswert an die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 senden. Der vierkanalige Motorpositionssensor 260 kann ein erstes Motorpositionssignal, ein zweites Motorpositionssignal, ein drittes Motorpositionssignal und ein viertes Motorpositionssignal liefern. Während der normalen Funktionsweise bzw. Betriebsweise haben alle vier Motorpositionssignale den gleichen Wert.
Der vierkanalige Motorpositionssensor 260 kann zwei unabhängige Dual-Die-ICs einschließen und das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal können in einem Dual-Die integrierten Schaltkreis erzeugt werden, und das dritte Motorpositionssignal und das vierte Motorpositionssignal können in dem anderen Dual-Die integrierten Schaltkreis erzeugt werden. Zusätzlich liefert der vierkanalige Motorpositionssensor 260 das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal an die erste ECU 210 und liefert das dritte Motorpositionssignal und das vierte Motorpositionssignal an die zweite ECU 220, so dass die jeweiligen ECUs in der Lage sind, die Motorpositionssignale, die unabhängig voneinander sind, zu verwenden. Da die jeweiligen ECUs Motorpositionssignale verwenden, die unabhängig voneinander sind, ist, selbst wenn es eine Anomalität bei einem Motorpositionssignal gibt, das einer ECU eingegeben wird, die andere ECU in der Lage, ein normales Motorpositionssignal zu empfangen. Im Folgenden wird die Betriebsweise des vierkanaligen Motorpositionssensors 240 detaillierter unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Ein Selektor 270 kann eine ECU zum Steuern des Lenkens aus der ersten ECU 210 und der zweiten ECU 220 auswählen. Der Grund, warum zwei ECUs parallel in der vorliegenden Offenbarung vorhanden sind, ist, dass die Servolenkvorrichtung normal betrieben werden kann, wenn eine Anomalität in einer der zwei ECUs auftritt, durch Verwenden der anderen ECU.
Daher kann der Selektor 270 nur eine aus der ersten ECU 210 und der zweiten ECU 220 als eine ECU zum Steuern des Lenkens auswählen und in diesem Fall beeinflusst die nicht gewählte ECU die Steuerung des Lenkens nicht. Im Folgenden wird als ein Beispiel ein Fall beschrieben, bei dem nur eine der ersten ECU 210 und der zweiten ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens ausgewählt wird.
Der Selektor 270 wählt die erste ECU 210 als die ECU zum Steuern des Lenkens aus, wenn das Fahrzeug beginnt zu fahren. Zu diesem Zeitpunkt ist die zweite ECU 220 in einem Standby-Zustand.
Wenn festgestellt wird, dass die Lenksteuerung aufgrund einer Anomalität, die in der ersten ECU 210 auftritt, nicht durch die erste ECU 210 während das Lenken gerade von der ersten ECU 210 gesteuert wird, durchgeführt werden kann, ist der Selektor 270 in der Lage, die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens auszuwählen. Sobald das Recht zum Steuern von der ersten ECU 210 zu der zweiten ECU 220 übergegangen ist, übergibt der Selektor 270 das Recht zum Steuern nicht an die erste ECU 210 zurück bis die Fahrt des Fahrzeugs beendet ist.
Als ein Beispiel zum Bestimmen des Auftretens der oben erwähnten Anomalität, kann der Selektor 270 festlegen, ob die Anomalität auftritt oder nicht, indem die Signalwerte des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals verglichen werden. Wenn das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal, die an die erste ECU 210 geliefert werden, gleich sind, kann auf die Werte der zwei empfangenen Drehmomentsignale zurückgegriffen werden. Wenn jedoch eine Differenz auftritt, ist es unmöglich zu bestimmen, welcher der Werte der empfangenen Drehmomentsignale, die von der ersten ECU 210 empfangen werden, verwendet werden sollte. Der Selektor 270 wählt dementsprechend die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens anstelle der ECU 210 aus.
Als ein anderes Beispiel zum Bestimmen des Auftretens der oben erwähnten Anomalität kann der Selektor 270 feststellen, ob eine Anomalität aufgetreten ist oder nicht, indem die Signalwerte des ersten Motorpositionssignals und des zweiten Motorpositionssignals verglichen werden. Wenn das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal, die an die erste ECU 210 geliefert werden, gleich sind, kann auf die Werte der zwei empfangenen Motorpositionssignale zurückgegriffen werden. Wenn jedoch eine Differenz auftritt, ist es unmöglich zu bestimmen, welcher der Motorpositionssignalwerte, die von der ersten ECU 210 empfangen werden, verwendet werden sollte. Der Selektor 270 wählt dementsprechend die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens anstelle der ersten ECU 210 aus.
Als ein anderes Beispiel zum Feststellen des Auftretens der oben erwähnten Anomalität kann, wenn die Spannung der Batterieenergiequelle, die die erste ECU 210 speist, geringer ist als eine vorher festgelegte Schwellenspannung, der Selektor 270 die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens auswählen. Wenn eine Anomalität in der Batterie oder eine Anomalität in einem Aktuator, der die Batterie lädt, auftritt, verringert sich kontinuierlich die an die ECU gelieferte Batteriespannung. Wenn somit die Spannung der Batterieenergiequelle, die der ersten ECU 210 geliefert wird, unter eine voreingestellte Schwellenspannung fällt, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die erste ECU 210 eine anomale Funktionsweise durchführen wird, da die erste ECU 210 nicht die für den Betrieb notwendige Spannung empfangen kann. Dementsprechend kann der Selektor 270 die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens anstelle der ersten ECU 210 auswählen.
Als ein anderes Beispiel zum Bestimmen des Auftretens der oben erwähnten Anomalität kann, wenn festgestellt wird, dass ein Fehler bzw. Ausfall in der ersten ECU 210 selbst aufgetreten ist, der Selektor 270 die zweite ECU 220 als ECU zum Steuern des Lenkens auswählen. In diesem Fall kann über einen separaten Sensor oder über Software festgestellt werden, ob der Fehler in der ersten ECU 210 selbst aufgetreten ist oder nicht.
Wenn der Selektor die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens auswählt, kann die zweite ECU 220 das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal, das an die erste ECU 210 geliefert wird, sowie das dritte Drehmomentsignal und das vierte Drehmomentsignal verwenden, so dass die Berechnungszuverlässigkeit eines Drehmomentwerts verbessert werden kann.
Wenn die Werte des dritten Drehmomentsignals und des vierten Drehmomentsignals zueinander gleich sind, kann die zweite ECU 220 den Drehmomentwert unter Verwendung einer der zwei Drehmomentsignale berechnen. Wenn jedoch eine Differenz zwischen den Werten der zwei Drehmomentsignale auftritt, kann die zweite ECU 220 die Werte des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals verwenden, um zu bestimmen, ob ein Drehmomentsignalwert korrekt ist oder nicht. Da das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal nicht direkt an die zweite ECU 220 geliefert werden, kann die zweite ECU 220 den ersten Drehmomentsignalwert und den zweiten Drehmomentsignalwert von der ersten ECU 210 empfangen, indem der erste Drehmomentsignalwert und der zweite Drehmomentsignalwert über die CAN-Kommunikation geliefert wird.
Wenn zwei oder mehr Drehmomentsignale von dem ersten Drehmomentsignal, dem zweiten Drehmomentsignal, dem dritten Drehmomentsignal und dem vierten Drehmomentsignal den gleichen Signalwert haben, kann die zweite ECU 220 einen Drehmomentwert basierend auf demselben Drehmomentsignalwert berechnen. Wenn zwei oder mehr Drehmomentsignale den gleichen Wert haben, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Drehmomentsignalwert normal ist im Vergleich zu anderen Drehmomentsignalwerten, die nicht die gleichen sind.

Die Tabelle 1 unten zeigt die Auswahl eines Drehmomentsignals, das für eine Lenksteuerung verwendet wird. Tabelle 1

1. Drehmomentsignal	OK	OK	OK	OK
2. Drehmomentsignal	OK	NG	OK	OK
3. Drehmomentsignal	OK	OK	NG	OK
4. Drehmomentsignal	OK	OK	OK	NG
Für die Lenksteuerung verwendetes Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 2. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 3. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 2. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 2. Drehmomentsignal


1. Drehmomentsignal	NG	NG	NG	OK
2. Drehmomentsignal	OK	OK	OK	OK
3. Drehmomentsignal	OK	NG	OK	NG
4. Drehmomentsignal	OK	OK	NG	NG
Für die Lenksteuerung verwendetes Drehmomentsignal	2. Drehmomentsignal oder 3. Drehmomentsignal	2. Drehmomentsignal oder 4. Drehmomentsignal	2. Drehmomentsignal oder 3. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 2. Drehmomentsignal
1. Drehmomentsignal		OK	OK	NG
2. Drehmomentsignal		NG	NG	NG
3. Drehmomentsignal		OK	NG	OK
4. Drehmomentsignal		NG	OK	OK
Für die Lenksteuerung verwendetes Drehmomentsignal		1. Drehmomentsignal oder 3. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 4. Drehmomentsignal	1. Drehmomentsignal oder 2. Drehmomentsignal

In der Tabelle 1 bedeutet „OK“, dass ein anderes Drehmomentsignal vorhanden ist, das denselben Signalwert aufweist, und „NG“ bedeutet, dass kein anderes Drehmomentsignal mit dem gleichen Signalwert vorhanden ist. Bezugnehmend auf Tabelle 1 kann gesehen werden, dass es möglich ist, einen Drehmomentwert zu berechnen, wenn die Werte von zwei oder mehr Drehmomentsignalen die gleichen sind. Wenn zusätzlich die Werte von drei oder mehr Drehmomentsignalen die gleichen sind, kann das Drehmoment berechnet werden unter Verwendung von zwei kleineren Drehmomentsignalwerten. Dies ist gegeben, da, wenn nur zwei Drehmomentsignale mit dem gleichen Wert vorhanden sind, die Zuverlässigkeit bei dem Pegel des ASIL D sichergestellt werden kann, wie oben beschrieben.
Da ein Motorpositionssensor einen Zyklus der Signalübertragung von ungefähr 1/1600 Sekunden hat, was sehr viel kürzer ist als 1/1000 Sekunden eines Drehmomentsensors, es schwer ist, die Zuverlässigkeit der über die CAN-Kommunikation übertragenen Informationen sicherzustellen. Dementsprechend ist es in der der zweiten ECU 220, ähnlich zu den Drehmomentsignalen, schwierig, die Funktionsweise des Erhöhens der Zuverlässigkeit eines Motorpositionswerts durch Empfangen des ersten Motorpositionssignals und des zweiten Motorpositionssignals über die CAN-Kommunikation zu realisieren und nur das dritte Motorpositionssignal und das vierte Motorpositionssignal werden verwendet.
Anders als in den oben beschriebenen Beispielen ist es auch möglich, dass die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 gleichzeitig das Lenken steuern. In diesem Fall kann der Selektor 270 sowohl die erste ECU 210 als auch die zweite ECU 220 als die ECUs zum Steuern des Lenkens auswählen.
Wenn die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 das Lenken gleichzeitig steuern, können in dem Doppelwicklung-BLAC-Motor 250 das Ausgangssignal des Motors der ersten Wicklung, der von der ersten ECU 210 gesteuert wird, und das Ausgangssignal des Motors der zweiten Wicklung, der von der zweiten ECU 220 gesteuert wird, das gleiche sein.
Wenn in diesem Fall jedoch eine Anomalität in einer der zwei ECUs auftritt, ist der Selektor 270 in der Lage, das Lenken mit nur einer verbleibenden ECU, in der die Anomalität nicht aufgetreten ist, zu steuern, wie in den oben beschriebenen Beispielen.
Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass es unmöglich ist, die Lenksteuerung nur mit der ersten ECU 210 aufgrund einer Anomalität, die in der ersten ECU 210 auftritt, durchzuführen, kann der Selektor 270 nur die zweite ECU 220 als ECU zum Steuern des Lenkens auswählen.
Als ein Beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen der oben erwähnten Anomalität kann der Selektor 270 das Auftreten einer Anomalität durch Vergleichen der Signalwerte des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals bestimmen, wie in den oben beschriebenen Beispielen. Zusätzlich kann der Selektor 270 ein Auftreten einer Anomalität durch Vergleich der Signalwerte des ersten Motorpositionssignals und des zweiten Motorpositionssignals feststellen. Wenn zusätzlich die Spannung der Batterieenergiequelle, die die erste ECU 210 versorgt, geringer ist als eine vorgegebene Schwellenspannung, kann der Selektor 270 die zweite ECU 220 als die ECU zum Steuern des Lenkens auswählen.
Eine erste Batterie 280 dient zum Liefern einer Spannung an die erste ECU 210 und eine zweite Batterie 290 dient zum Liefern einer Spannung an die zweite ECU 220. Das heißt, die an die erste ECU 210 gelieferte Energie und die an die zweite ECU 220 gelieferte Energie sind getrennt.
Die Beschreibung „die Energien sind voneinander getrennt“ kann meinen, dass ein getrennter Energieverbinder (power connector) vorhanden ist oder kann bedeuten, dass ein getrennter Anschluss in einem Energieverbinder existiert.
Da die Energie bzw. Spannung, die an die erste ECU 210 und die Energie bzw. Spannung, die an die zweite ECU 220 geliefert werden, voneinander getrennt ist, ist selbst, wenn eine Anomalität in der an die eine ECU gelieferte Spannung auftritt, die andere ECU in der Lage, normal zu arbeiten.
Das heißt, die erste und zweite ECU 210 und 220 der Servolenkvorrichtung empfangen unterschiedliche Signalwerte und sind wirklich mit getrennten Motoren verbunden.
Als Ergebnis hat die Servolenkvorrichtung dieselbe Wirkung wie ein intern konfiguriertes getrenntes Subsystem, obwohl die Servolenkvorrichtung in einem einzigen Powerpackgehäuse konfiguriert ist, und sie kann somit eine Redundanz sicherstellen.
3 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau darstellt, in dem die Drehmomentsignale von einem vierkanaligen Drehmomentsensor entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung geliefert werden.
Bezugnehmend auf 3 kann ein erster Drehmoment-Dual-Die-IC 231 und ein zweiter Drehmoment-Dual-Die-IC 232 in dem vierkanaligen Drehmomentsensor 230 eingeschlossen sein. Die jeweiligen Dual-Die-ICs können durch denselben Typ von Chips implementiert sein.
Der erste Drehmoment-Dual-Die-IC 231 kann das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal an die erste ECU 210 senden, und der zweite Drehmoment-Dual-Die-IC 232 kann das dritte Drehmomentsignal und das vierte Drehmomentsignal an die zweite ECU 220 senden. Die erste MCU 211 und die erste ECU 210 können das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal empfangen und die zweite MCU 221 und die zweite ECU 220 können das dritte Drehmomentsignal und das vierte Drehmomentsignal empfangen. Die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 können ein Drehmomentsignal auf dem Pegel des ASIL D implementieren, indem zwei Drehmomentsignale des Pegels von ASIL B kombiniert werden, die jeweils gesendet werden.
Jedes der oben beschriebenen Drehmomentsignale kann unter Verwendung eines Single-Edge-Nibble-Transmission(SENT)-Protokolls gesendet werden. Das SENT-Protokoll ist ein unidirektionaler Protokollstandard, der verwendet werden kann, um Sensordaten hoher Auflösung, wie Temperatur, Druck und Position in einem Fahrzeug zu senden und zu empfangen.
4 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau darstellt, in dem Motorpositionssignale von einem 4-kanaligen Motorpositionssensor entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung übertragen werden.
Bezugnehmend auf 4 können ein erster Motorposition-Dual-Die-IC 261 und ein zweiter Motorposition-Dual-Die-IC 262 in dem vierkanaligen Motorpositionssensor 260 eingeschlossen sein. Jeweilige Dual-Die-ICs können durch denselben Typ von Chips implementiert werden.
Der erste Motorposition-Dual-Die-IC 261 kann das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal an die erste ECU 210 senden und der zweite Motorposition-Dual-Die-IC 262 kann das dritte Motorpositionssignal und das vierte Motorpositionssignal an die zweite ECU 220 senden. Die erste MCU 211 und die erste ECU 210 können das erste Motorpositionssignal und das zweite Motorpositionssignal empfangen und die zweite MCU 221 und die zweite ECU 220 können das dritte Motorpositionssignal und das vierte Motorpositionssignal empfangen. Die erste ECU 210 und die zweite ECU 220 können ein Motorpositionssignal mit dem Pegel des ASIL D durch Kombinieren von zwei Motorpositionssignalen bei dem Pegel von ASIL B, die jeweils dahin gesendet werden, implementieren.
Jedes der oben beschriebenen Motorpositionssignale kann unter Verwendung eines SPI-Protokolls gesendet werden. Das SPI-Protokoll ist ein Protokoll für die serielle Kommunikation zwischen einer MCU und einer peripheren Vorrichtung und unterstützt die Kommunikation zwischen einem Master und einem oder mehreren Slaves durch ein synchrones Kommunikationsschema, das die MCU mit der peripheren Vorrichtung über einen Takt synchronisiert.
5 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Doppelwicklung-BLAC-Motors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Im Folgenden werden Eigenschaften eines Doppelwicklung-BLAC-Motors durch Vergleich mit einem Einfachwicklung-BLAC-Motor, der in einem existierenden Servolenksystem verwendet wird, beschrieben.
Der BLAC-Motor, der in der Servolenkvorrichtung verwendet wird, hat eine Eigenschaft, bei der ein Drehmoment nur erzeugt wird, wenn ein spezifischer Spannungsvektor bei einem spezifischen Rotorwinkel angelegt wird. Dementsprechend ist es in dem Doppelwicklung-BLAC-Motor notwendig, Dreiphasenwicklungen in dem Stator des Motors für jeden Wicklungsmotor getrennt zu konfigurieren, um den internen Motor erster Wicklung und den internen Motor zweiter Wicklung getrennt zu betätigen. Daher ist die Anzahl der nach außen reichenden Anschlüsse des Doppelwicklung-BLAC-Motors insgesamt sechs. Mit anderen Worten gesagt, sind bei dem Einfachwicklung-BLAC-Motor Anschlüsse U, V und W nach außen geführt, während bei dem Doppelwicklung-BLAC-Motor Anschlüsse U1, U2, V1, V2, W1 und W2 nach außen geführt. Hier sind die U1-, V1- und W1-Anschlüsse mit einem internen Motor erster Wicklung verbunden und die U2-, V2- und W2-Anschlüsse sind mit einem internen Motor zweiter Wicklung verbunden.
Jeder Wicklungsmotor wird durch eine Spannung versorgt, die getrennt an die angeschlossenen Dreiphasenanschlüsse angelegt wird. Die jeweiligen Wicklungsmotoren sollten mit unterschiedlichen Invertern verbunden sein, um so in der Lage zu sein, unabhängig zu arbeiten. Bei der Servolenkung der vorliegenden Offenbarung sind der Motor erster Wicklung und der Motor zweiter Wicklung in der Lage voneinander unabhängig zu arbeiten, da jede der ersten ECU 210 und der zweiten ECU 220 einen Inverter aufweist, und die Inverter, mit denen der Motor erster Wicklung und der Motor zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors verbunden sind, unterschiedlich zueinander sind.
Selbst wenn oben beschrieben wurde, dass alle Komponenten eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung in einer einzigen Einheit gekoppelt sind oder so gekoppelt sind, dass sie als einzige Einheit arbeiten, ist die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise auf solch ein Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Das heißt, mindestens zwei Elemente aller Strukturelemente können selektiv zusammengeschaltet sein und arbeiten, ohne aus dem Bereich der vorliegenden Offenbarung zu fallen.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung zu illustrativen Zwecken beschrieben wurden, werden die Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne den Umfang und den Geist der Offenbarung zu verlassen. Daher wurden exemplarische Aspekte der vorliegenden Offenbarung nicht als einschränkende Zwecke beschrieben. Der Bereich der vorliegenden Offenbarung sei auf der Basis der beigefügten Ansprüche in einer solchen Weise ausgelegt, dass all die technischen Ideen, die in dem Schutzbereich, der äquivalent zu den Ansprüchen ist, zu der vorliegenden Offenbarung gehören.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020170138097 [0001]

Claims

Servolenkungsvorrichtung, umfassend: einen vierkanaligen Drehmomentsensor (230), der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise (231, 232) umfasst; einen vierkanaligen Lenkwinkelsensor (240), der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise (231, 232) umfasst; einen vierkanaligen Motorpositionssensor (260), der zwei unabhängige Dual-Die integrierte Schaltkreise (231, 232) umfasst; einen bürstenlosen Doppelwicklung-Wechselstrom(BLAC)-Motor (250), der einen Motor erster Wicklung und einen Motor zweiter Wicklung umfasst; eine erste elektronische Steuereinheit (ECU) (210); eine zweite ECU (220); und einen Selektor (270), der ausgebildet ist, eine ECU aus der ersten ECU (210) und der zweiten ECU (220) auszuwählen, wobei die erste ECU (210) und die zweite ECU (220) mit Energie von getrennten Energieversorgungsvorrichtungen, die voneinander getrennt sind, gespeist werden, und der Motor erster Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors (250) mit einem Inverter (212) der ersten ECU (210) verbunden ist, und der Motor zweiter Wicklung des Doppelwicklung-BLAC-Motors (250) mit einem Inverter (222) der zweiten ECU (220) verbunden ist.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vierkanalige Drehmomentmotor (230) ein erstes Drehmomentsignal und ein zweites Drehmomentsignal an die erste ECU (210) liefert, und ein drittes Drehmomentsignal und ein viertes Drehmomentsignal an die zweite ECU (220) liefert.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der vierkanalige Motorpositionssensor (260) ein erstes Motorpositionssignal und ein zweites Motorpositionssignal an die erste ECU (210) liefert, und ein drittes Motorpositionssignal und ein viertes Motorpositionssignal an die zweite ECU (220) liefert.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, soweit Anspruch 3 von Anspruch 2 abhängt, bei der der Selektor (270) die zweite ECU (220) als ECU, die das Lenken steuert, auswählt, wenn eine Differenz zwischen Signalwerten des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals auftritt.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, soweit Anspruch 4 von Anspruch 3 abhängt, bei der der Selektor (270) die zweite ECU (220) als ECU auswählt, die das Lenken steuert, wenn eine Differenz zwischen Signalwerten des ersten Motorpositionssignals und des zweiten Motorpositionssignals auftritt.
Servolenkungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Selektor (270) die zweite ECU (220) als ECU auswählt, die das Lenken steuert, wenn eine Spannung einer Batterieenergiequelle, die an die erste ECU (210) geliefert wird, niedriger als eine vorbestimmte Schwellenspannung ist.
Servolenkungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in einem Fall, bei dem die zweite ECU (220) von dem Selektor (270) als ECU zum Steuern des Lenkens ausgewählt ist, die zweite ECU (220) das erste Drehmomentsignal und das zweite Drehmomentsignal von der ersten ECU (210) über eine CAN-Kommunikation empfängt, wenn eine Differenz zwischen Signalwerten des dritten Drehmomentsignals und des vierten Drehmomentsignals auftritt, und einen Drehmomentwert basierend auf dem gleichen Drehmomentsignalwert berechnet, wenn zwei oder mehr Drehmomentsignale aus dem ersten Drehmomentsignal, dem zweiten Drehmomentsignal, dem dritten Drehmomentsignal und dem vierten Drehmomentsignal den gleichen Drehmomentsignalwert aufweisen.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste ECU (210) und die zweite ECU (220) in der Lage sind, das Lenken gleichzeitig zu steuern.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der ein Ausgang bzw. Ausgangssignal des Motors erster Wicklung, der von der ersten ECU (210) gesteuert wird, und ein Ausgang bzw. Ausgangssignal des Motors zweiter Wicklung, der von der zweiten ECU (220) gesteuert wird, zueinander gleich sind.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der der vierkanalige Drehmomentsensor (230) ein erstes Drehmomentsignal und ein zweites Drehmomentsignal an die erste ECU (210) sendet, und ein drittes Drehmomentsignal und ein viertes Drehmomentsignal an die zweite ECU (220) sendet.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei der der vierkanalige Motorpositionssensor (260) ein erstes Motorpositionssignal und ein zweites Motorpositionssignal an die erste ECU (210) liefert, und ein drittes Motorpositionssignal und ein viertes Motorpositionssignal an die zweite ECU (220) liefert.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, soweit Anspruch 11 von 10 abhängt, bei der der Selektor (270) nur die zweite ECU (220) als die das Lenken steuernde ECU auswählt, wenn eine Differenz zwischen Signalwerten des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals auftritt.
Servolenkungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, soweit Anspruch 12 von 11 abhängt, bei der der Selektor (270) nur die zweite ECU (220) als die das Lenken steuernde ECU auswählt, wenn eine Differenz zwischen Signalwerten des ersten Motorpositionssignals und des zweiten Motorpositionssignals auftritt.
Servolenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der der Seelektor (270) nur die zweite ECU (220) als die das Lenken steuernde ECU auswählt, wenn eine Spannung einer Batterieenergiequelle, die an die erste ECU (210) geliefert wird, niedriger ist als eine vorbestimmte Schwellenspannung.