DE102019206755A1 - Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung, welche zumindest einen Elektromotor (10) umfasst, welcher in einem Normalbetrieb zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen ist, wobei wenigstens eine mit einem Betrieb des Elektromotors (10) korrelierte Statuskenngröße (SE) überwacht wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die Statuskenngröße (SE) einen mit einem Fehler und/oder einer Störung des Elektromotors (10) korrelierten Fehlerwert annimmt, ein Abschaltvorgang des Elektromotors (10) ausgelöst wird, bei welchem der Elektromotor (10) für eine definierte Zeitspanne (tD,tD') verzögert wird.Es wird vorgeschlagen, dass die Statuskenngröße (SE) während der Zeitspanne (tD,tD') auf Änderungen geprüft oder überwacht wird und im Fall, dass die Statuskenngröße (SE) während der Zeitspanne (tD,tD') einen von dem Fehlerwert abweichenden Normalwert annimmt, der Normalbetrieb fortgeführt wird.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine Lenkvorrichtung mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
• Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der DE 10 2010 105 143 A1 und/oder der WO 2005/061304 A1 , sind Lenksysteme mit Elektromotoren in Form von Servomotoren bekannt, wobei in zumindest einem Betriebszustand, in welchem ein mit dem Elektromotor korrelierter Fehler ermittelt wird, ein Abschaltvorgang des Elektromotors ausgelöst wird, bei welchem der Elektromotor durch eine entsprechende Ansteuerung einer Leistungselektronik bis zum Stillstand abgebremst wird.
• Ein vollständiges Abbremsen des Elektromotors ist in der Regel jedoch nur bei schwerwiegenden und/oder persistenten Fehlern, jedoch nicht bei temporären Fehlern und/oder Störungen des Elektromotors nötig. Derartige temporäre Fehler und/oder Störungen können dabei insbesondere durch kurzzeitige Betriebsschwankungen und/oder äußere Einflüsse, wie beispielsweise durch tiefe Außentemperaturen in Kombination mit Spannungsschwankungen und/oder durch entsprechende EMV-Einflüsse bei gleichzeitiger Anforderung einer hohen Lenkdynamik, bedingt sein und führen dazu, dass der Elektromotor vollständig abgebremst wird, obwohl ein derartiges vollständiges Abbremsen möglicherweise für einen sicheren Betrieb des Lenksystems nicht nötig ist.
• Ausgehend davon besteht die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Robustheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
• Offenbarung der Erfindung
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung, welche zumindest einen Elektromotor umfasst, welcher in einem Normalbetrieb zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen ist, wobei wenigstens eine mit einem Betrieb des Elektromotors korrelierte Statuskenngröße überwacht wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die Statuskenngröße einen mit einem, insbesondere temporären, Fehler und/oder einer, insbesondere temporären, Störung des Elektromotors korrelierten Fehlerwert annimmt, ein Abschaltvorgang des Elektromotors ausgelöst wird, bei welchem der Elektromotor, insbesondere eine Bewegung des Elektromotors und insbesondere eines Rotorelements des Elektromotors, für eine definierte Zeitspanne verzögert wird, und zwar insbesondere ohne den Elektromotor unumkehrbar abzuschalten.
• Es wird vorgeschlagen, dass die Statuskenngröße während der Zeitspanne, insbesondere einmalig oder vorteilhaft wiederholt, auf Änderungen geprüft oder auf Änderungen überwacht wird und im Fall, dass die Statuskenngröße während der Zeitspanne einen von dem Fehlerwert abweichenden und insbesondere mit dem Normalbetrieb korrelierten Normalwert annimmt, der Normalbetrieb fortgeführt wird. Insbesondere wird dabei in zumindest einem Verfahrensschritt, in welchem ein Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors ermittelt wird, in Abhängigkeit von dem Fehler und/oder der Störung die Statuskenngröße auf den Fehlerwert gesetzt und in einen Abschaltbetriebsmodus gewechselt, in welchem der Abschaltvorgang des Elektromotors durchgeführt wird, und zwar insbesondere ohne den Elektromotor unumkehrbar abzuschalten. Zudem wird insbesondere im Fall, dass die Statuskenngröße während der Zeitspanne den Normalwert annimmt, von dem Abschaltbetriebsmodus zurück in einen Normalbetriebsmodus gewechselt, in welchem der Normalbetrieb fortgeführt wird. Vorteilhaft ist die Zeitspanne ferner dazu vorgesehen, eine eigentliche Fehlerreaktion und/oder ein, insbesondere finales, Abschalten des Elektromotors zu verzögern. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Robustheit, insbesondere bei zeitkritischen Fehlern und/oder Störungen, erhöht und eine besonders flexible und/oder robuste Fehlerbehandlung erreicht werden. Insbesondere besteht dabei die Möglichkeit von einem Abschaltvorgang wieder reversibel in einen aktiven Normalbetrieb zurückzukehren, wodurch vorteilhaft eine Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit flexibel angepasst werden kann. Insbesondere kann dabei innerhalb kürzester Zeit auf den Fehler und/oder die Störung des Elektromotors reagiert werden, insbesondere ohne unmittelbar eine vollständige Abschaltung des Elektromotors durchzuführen. Zudem kann vorteilhaft eine Empfindlichkeit der Lenkvorrichtung gegenüber äußeren Störeinflüssen reduziert und/oder eine Betriebssicherheit erhöht werden.
• Unter einer „Lenkvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Lenksystems, insbesondere eines Fahrzeugs und vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, verstanden werden. Insbesondere kann die Lenkvorrichtung auch das gesamte Lenksystem umfassen. Darüber hinaus kann die Lenkvorrichtung weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens ein, vorteilhaft als Lenkungssteuergerät ausgebildetes, Steuergerät, wenigstens eine, vorzugsweise als Wechselrichtereinheit und/oder Endstufe ausgebildete, Leistungselektronik zur Ansteuerung des Elektromotors und/oder wenigstens eine Sensoreinheit zur Erfassung des Fehlers und/oder der Störung des Elektromotors und/oder zur Erfassung der Statuskenngröße. Des Weiteren ist der Elektromotor insbesondere als bürstenloser Motor und vorteilhaft als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor kann dabei insbesondere Teil einer elektrischen Hilfskraftlenkung sein und insbesondere zur Erzeugung und/oder Bereitstellung einer elektrischen Lenkunterstützung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Elektromotor Teil einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Fremdkraftlenkung sein und insbesondere zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines variablen Übersetzungsverhältnisses vorgesehen sein. Unter „einem Fehler und/oder einer Störung des Elektromotors“ soll ferner insbesondere ein Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors selbst und/oder einer mit dem Elektromotor zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung des Elektromotors und/oder eines Betriebs des Elektromotors verstanden werden. Vorteilhaft weist der Fehler und/oder die Störung dabei eine Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit, insbesondere eine Zeit, in welcher eine Fehlerreaktion eingeleitet werden oder abgeschlossen sein muss, von unter 100 ms oder von unter 20 ms auf. Darüber hinaus soll unter einer „Statuskenngröße“ insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit einem aktuellen Status, insbesondere Betriebsstatus, des Elektromotors korreliert ist. Insbesondere kann wenigstens anhand der Statuskenngröße auf einen Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors und/oder einer mit dem Elektromotor zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe geschlossen werden und/oder ein Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors und/oder einer mit dem Elektromotor zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe erkannt werden. Insbesondere umfasst die Statuskenngröße wenigstens zwei Statuswerte, insbesondere einen Normalwert, in welchem kein Fehler und/oder keine Störung des Elektromotors ermittelbar ist, und einen Fehlerwert, in welchem ein Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors ermittelbar ist. Die Statuskenngröße kann in diesem Zusammenhang beispielsweise als Statusvariable und/oder Statusindikator ausgebildet sein.
• Zudem umfasst die Lenkvorrichtung insbesondere eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Speicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Berechnungsroutine, zumindest eine Erkennungsroutine und/oder zumindest eine Abschaltroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die Statuskenngröße einen mit einem Fehler und/oder einer Störung des Elektromotors korrelierten Fehlerwert annimmt, einen Abschaltvorgang des Elektromotors auszulösen und den Elektromotor für eine definierte Zeitspanne, vorteilhaft durch Ansteuerung der Leistungselektronik, zu verzögern. Zudem ist die Recheneinheit insbesondere dazu vorgesehen, die Statuskenngröße während der Zeitspanne auf Änderungen zu prüfen oder zu überwachen und im Fall, dass die Statuskenngröße während der Zeitspanne einen von dem Fehlerwert abweichenden Normalwert annimmt, den Normalbetrieb fortzuführen. Vorteilhaft ist die Recheneinheit zudem dazu vorgesehen, einen mit dem Elektromotor korrelierten Fehler und/oder eine mit dem Elektromotor korrelierte Störung zu ermitteln und in Abhängigkeit von einem Nicht-Vorhandensein oder einem Vorhandensein des Fehlers und/oder der Störung die Statuskenngröße auf den Normalwert oder den Fehlerwert zu setzen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit ferner in ein Steuergerät, insbesondere des Fahrzeugs oder bevorzugt der Lenkvorrichtung, integriert. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
• Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Leistungselektronik, insbesondere die bereits zuvor genannte Leistungselektronik, zur Ansteuerung des Elektromotors bei dem Abschaltvorgang derart angesteuert wird, dass, vorteilhaft während der gesamten Zeitspanne, eine aktive Verzögerung des Elektromotors, insbesondere mittels eines Phasenkurzschlusses, erreicht wird, wodurch insbesondere eine vorteilhaft einfache und/oder schnelle Verzögerung des Elektromotors erreicht werden kann.
• Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass im Fall, dass die Statuskenngröße während der gesamten Zeitspanne den Fehlerwert aufweist, der Elektromotor, insbesondere vollständig, abgeschaltet wird. Besonders bevorzugt werden zum Abschalten des Elektromotors Leistungsschalter einer Leistungselektronik, insbesondere der bereits zuvor genannten Leistungselektronik, zur Ansteuerung des Elektromotors derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zum Elektromotor unterbrochen wird. Vorzugsweise werden hierzu sämtliche Leistungsschalter der Leistungselektronik geöffnet. Hierdurch kann insbesondere im Fall eines schwerwiegenden und/oder persistenten Fehlers ein vollständiges und/oder irreversibles Abschalten des Elektromotors erreicht werden.
• Der Fehler und/oder die Störung könnte beispielsweise einem Blockieren des Elektromotors entsprechen und/oder mit einer Spannungsspitze in einem Fahrzeugbordnetz verknüpft sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass der Fehler und/oder die Störung mit einer durch den Elektromotor bewirkten ungewollten Lenkbewegung korreliert ist. Hierdurch können vorteilhaft besonders zeitkritische Fehler und/oder Störungen in Form ungewollter Lenkbewegungen, insbesondere mit einer Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit von unter 20 ms, flexibel und sicher behandelt werden.
• Weiter wird vorgeschlagen, dass die Zeitspanne eine, insbesondere maximale, Zeitdauer von höchstens 300 ms und vorzugsweise von höchstens 100 ms aufweist. Vorteilhaft ist die Zeitdauer der Zeitspanne dabei an eine Art des Fehlers und/oder der Störung angepasst. Besonders vorteilhaft ist die, insbesondere maximale, Zeitdauer zumindest zweimal und bevorzugt zumindest viermal länger als die, insbesondere mit dem Fehler und/oder der Störung des Elektromotors korrelierte, Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit. Zudem ist die, insbesondere maximale, Zeitdauer der Zeitspanne und/oder eine Zeitdauer der Verzögerung des Elektromotors geringer als eine durchschnittliche Reaktionszeit eines Fahrzeugführers, welche bei etwa 350 ms liegt. Hierdurch kann der Abschaltvorgang insbesondere vorteilhaft unauffällig gestaltet werden, sodass dieser insbesondere von einem Fahrzeugführer nicht bzw. kaum wahrnehmbar ist. Zudem kann insbesondere eine Betriebssicherheit und/oder ein Fahrkomfort weiter erhöht werden.
• Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Statuskenngröße mittels einer zyklischen Diagnose ermittelt wird, bei welcher ein Vorhandensein und/oder ein Nicht-Vorhandensein des Fehlers und/oder der Störung in regelmäßigen zeitlichen Abständen, wie beispielsweise alle 10 ms oder alle 1 ms, geprüft wird. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache und/oder exakte Ermittlung der Statuskenngröße erreicht werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung der Statuskenngröße ein Fehlerzähler verwendet wird, wobei die Statuskenngröße in Abhängigkeit eines ersten Zahlenwerts des Fehlerzählers auf den Fehlerwert und in Abhängigkeit eines zweiten Zahlenwerts des Fehlerzählers auf den Normalwert gesetzt wird. Insbesondere kann die Statuskenngröße in diesem Zusammenhang auf den Fehlerwert gesetzt werden, wenn der Fehlerzähler den ersten Zahlenwert aufweist, und auf den Normalwert gesetzt werden, wenn der Fehlerzähler den zweiten Zahlenwert aufweist. Bevorzugt kann der Fehlerzähler beispielsweise zurückgesetzt, insbesondere genullt, werden, falls zwei aufeinanderfolgende Diagnosen und/oder Messungen, bei welchen insbesondere ein Vorhandensein und/oder ein Nicht-Vorhandensein des Fehlers und/oder der Störung ermittelt wird, unterschiedlich sind. Der Fehlerzähler ist dabei vorteilhaft in das Steuergerät und/oder die Recheneinheit integriert. Hierdurch kann insbesondere eine Robustheit und/oder eine Betriebssicherheit weiter erhöht werden.
• Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Statuskenngröße auf den Fehlerwert gesetzt wird, wenn der Fehler und/oder die Störung in zumindest zwei, vorteilhaft zumindest vier, vorzugsweise zumindest acht, bevorzugt zumindest zwölf und besonders bevorzugt zumindest sechzehn, aufeinanderfolgenden Diagnosen und/oder Messungen ermittelt wird, und/oder auf den Normalwert gesetzt wird, wenn der Fehler und/oder die Störung in zumindest zwei, vorteilhaft zumindest vier, vorzugsweise zumindest acht, bevorzugt zumindest zwölf und besonders bevorzugt zumindest sechzehn, aufeinanderfolgenden Diagnosen und/oder Messungen nicht ermittelbar ist. Insbesondere wird die Statuskenngröße somit auf den Fehlerwert gesetzt, wenn der erste Zahlenwert einen Wert von zumindest zwei, vorteilhaft zumindest vier, vorzugsweise zumindest acht, bevorzugt zumindest zwölf und besonders bevorzugt zumindest sechzehn, aufweist und/oder auf den Normalwert gesetzt, wenn der zweite Zahlenwert einen Wert von zumindest zwei, vorteilhaft zumindest vier, vorzugsweise zumindest acht, bevorzugt zumindest zwölf und besonders bevorzugt zumindest sechzehn, aufweist. Hierdurch kann insbesondere eine Diagnosegenauigkeit erhöht und eine Ermittlung des Fehlers und/oder der Störung verbessert werden.
• Eine besonders hohe Flexibilität kann zudem insbesondere dann erreicht werden, wenn der Fehlerzähler ein Hysterese-Verhalten aufweist und der erste Zahlenwert und der zweite Zahlenwert verschieden voneinander sind. In diesem Zusammenhang kann die Statuskenngröße beispielsweise auf den Fehlerwert gesetzt werden, wenn der Fehler und/oder die Störung in acht oder zehn aufeinanderfolgenden Diagnosen und/oder Messungen ermittelt wird, und auf den Normalwert gesetzt werden, wenn der Fehler und/oder die Störung in vier oder sechs aufeinanderfolgenden Diagnosen und/oder Messungen nicht ermittelbar ist.
• Das Verfahren, das Steuergerät und die Lenkvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren, das Steuergerät und die Lenkvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
• Zeichnungen
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Aspekte der Erfindung. Der Fachmann wird diese Aspekte zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
• Es zeigen:
• 1 ein beispielhaftes Lenksystem mit einer Lenkvorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
• 2 eine Ansteuerschaltung und ein Elektromotor der Lenkvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
• 3 ein beispielhaftes Signalflussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Lenkvorrichtung und
• 4a-b beispielhafte Schaubilder eines Lenkmoments des Elektromotors in verschiedenen Betriebszuständen.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels
• 1 zeigt ein beispielhaftes Lenksystem 26 in einer perspektivischen Darstellung. Das Lenksystem 26 ist im vorliegenden Fall als elektrisch unterstütztes Lenksystem ausgebildet und weist demnach eine elektrische Hilfskraftunterstützung in Form einer Servolenkung auf. Ferner ist das Lenksystem 26 zu einem Einsatz in einem Fahrzeug (nicht dargestellt), insbesondere einem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Das Lenksystem 26 weist in einem eingebauten Zustand eine Wirkverbindung mit Fahrzeugrädern 28 des Fahrzeugs auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch denkbar, ein Lenksystem mit einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Fremdkraftlenkung auszubilden. Zudem könnte ein Lenksystem prinzipiell auch als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet sein.
• Das Lenksystem 26 umfasst eine Lenkvorrichtung. Die Lenkvorrichtung umfasst eine, im vorliegenden Fall beispielhaft als Lenkrad ausgebildete, Lenkhandhabe 30 zum Aufbringen eines manuellen Lenkmoments, ein beispielhaft als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildetes Lenkgetriebe 32, welches dazu vorgesehen ist, eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe 30 in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 28 umzusetzen, und eine Lenkwelle 34 zur, insbesondere mechanischen, Verbindung der Lenkhandhabe 30 mit dem Lenkgetriebe 32. Zudem umfasst die Lenkvorrichtung eine elektrisch ausgebildete Unterstützungseinheit 36 zur Erzeugung und/oder Bereitstellung einer elektrischen Lenkunterstützung. Die Unterstützungseinheit 36 ist dazu vorgesehen, ein Lenkmoment, insbesondere in Form eines Unterstützungsmoments, in das Lenkgetriebe 32 einzubringen und das, insbesondere vom Fahrer aufgebrachte, manuelle Lenkmoment zu unterstützen. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel und/oder Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte eine Lenkvorrichtung und/oder ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkhandhabe sein, beispielsweise bei einem rein autonom fahrenden Fahrzeug. Zudem könnte eine Lenkwelle auch lediglich zeitweise eine Lenkhandhabe mit einem Lenkgetriebe verbinden, wie beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einem autonomen Fahrbetrieb und/oder einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit mechanischer Rückfallebene. In letzterem Fall kann die Lenkvorrichtung und/oder das Lenksystem auch frei von einer Unterstützungseinheit sein und stattdessen zumindest einen Lenkaktor umfassen.
• Des Weiteren umfasst die Lenkvorrichtung einen Elektromotor 10. Im vorliegenden Fall ist der Elektromotor 10 als, insbesondere permanenterregter, Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor 10 ist ferner als mehrphasiger, im vorliegenden Fall beispielhaft dreiphasiger, Elektromotor ausgebildet. Der Elektromotor 10 ist Teil der Unterstützungseinheit 36 und insbesondere zur Erzeugung der elektrischen Lenkunterstützung vorgesehen. Der Elektromotor 10 ist dabei in einem Normalbetrieb zur Bereitstellung des Lenkmoments, insbesondere in Form des Unterstützungsmoments, vorgesehen. Alternativ könnte ein Elektromotor auch eine von einer Lenkunterstützungsfunktion abweichende Funktion wahrnehmen. Der Elektromotor könnte in diesem Zusammenhang beispielsweise Teil einer elektrischen Überlagerungslenkung und/oder Fremdkraftlenkung sein. Zudem könnte der Elektromotor, insbesondere bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem, auch Teil eines Lenkaktors sein.
• Ferner weist die Lenkvorrichtung wenigstens eine Sensoreinheit 38 auf. Die Sensoreinheit 38 ist in einem Bereich des Elektromotors 10 angeordnet und zu einer, insbesondere kontaktlosen, Erfassung wenigstens eines Betriebssignals des Elektromotors 10 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Sensoreinheit 38 dabei beispielhaft als Rotorlagesensor ausgebildet und zur Erfassung eines Betriebssignals in Form eines Rotorlagesignals des Elektromotors 10 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Sensoreinheit 38 im vorliegenden Fall zur direkten und/oder indirekten Erfassung eines Fehlers und/oder einer Störung des Elektromotors 10 vorgesehen. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar auf eine Sensoreinheit vollständig zu verzichten. Zudem könnte eine Sensoreinheit als von einem Rotorlagesensor abweichender Winkelsensor ausgebildet sein. Ferner könnte ein Fehler und/oder eine Störung eines Elektromotors auch durch eine von einer Sensoreinheit abweichende Baugruppe einer Lenkvorrichtung erfasst und/oder ermittelt werden.
• Darüber hinaus weist die Lenkvorrichtung ein Steuergerät 22 auf. Das Steuergerät 22 ist als Lenkungssteuergerät ausgebildet. Das Steuergerät 22 weist eine Wirkverbindung mit der Sensoreinheit 38 und dem Elektromotor 10 auf. Das Steuergerät 22 ist dazu vorgesehen, das Betriebssignal von der Sensoreinheit 38 zu empfangen. Zudem ist das Steuergerät 22 zu einer Ansteuerung des Elektromotors 10 und somit insbesondere zu einer Einstellung des Lenkmoments, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebssignal, vorgesehen.
• Dazu umfasst das Steuergerät 22 eine Recheneinheit 24. Die Recheneinheit 24 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem weist die Recheneinheit 24 im vorliegenden Fall zumindest zwei verschiedene Betriebsmodi, insbesondere einen Normalbetriebsmodus und einen Abschaltbetriebsmodus, auf. Die Recheneinheit 24 ist in dem Normalbetriebsmodus zur Einstellung des Lenkmoments in Form des Unterstützungsmoments und in dem Abschaltbetriebsmodus zur Verzögerung und vorteilhaft zum Abbremsen des Elektromotors 10 vorgesehen. Die Recheneinheit 24 umfasst hierzu zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Berechnungsroutine, zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Erkennungsroutine und zumindest einer Abschaltroutine.
• Darüber hinaus umfasst das Steuergerät 22 eine an sich bekannte Leistungselektronik 14 zur Ansteuerung des Elektromotors 10 (vgl. 2). Die Leistungselektronik 14 weist eine Wirkverbindung mit der Recheneinheit 24 auf und ist dieser steuerungstechnisch nachgeschaltet. Zudem weist die Leistungselektronik 14 eine Wirkverbindung mit dem Elektromotor 10 auf. Die Leistungselektronik 14 ist als Wechselrichtereinheit und/oder als Endstufe ausgebildet und umfasst im vorliegenden Fall mehrere, insbesondere identisch zueinander ausgebildete, Wechselrichter 40, wobei jeder Phase des Elektromotors 10 einer der Wechselrichter 40 zugeordnet ist. Jeder der Wechselrichter 40 umfasst zwei, insbesondere identisch zueinander ausgebildete, Leistungsschalter 16, 18, insbesondere einen Highside-Leistungsschalter 16 und einen Lowside-Leistungsschalter 18. Jeder der Wechselrichter 40 ist dazu vorgesehen, eine pulsierende gleichgerichtete Spannung einer Energiequelle (nicht dargestellt) in einen Phasenstrom umzuwandeln und dem Elektromotor 10, insbesondere genau einer Phase des Elektromotors 10, zuzuführen. Prinzipiell könnte eine Leistungselektronik auch separat und/oder getrennt von einem Steuergerät ausgebildet werden.
• Darüber hinaus kann die Lenkvorrichtung weitere Bauteile und/oder Baugruppen umfassen, wie beispielsweise wenigstens eine weitere Sensoreinheit (nicht dargestellt) zur Erfassung eines Lenkwinkels und/oder zur Erfassung von anderen Fahrzeug- und/oder Umgebungsparametern.
• Beim Betrieb des Elektromotors 10 in einem Fahrzeug können nun verschiedene Arten von Fehlern auftreten. Einerseits können schwerwiegende und/oder persistente Fehler auftreten, wodurch der Elektromotor 10 in einen sicheren Betriebszustand überführt und abgeschaltet werden muss. Andererseits können temporäre Fehler und/oder Störungen auftreten, welche insbesondere durch kurzzeitige Betriebsschwankungen und/oder äußere Einflüsse, wie beispielsweise durch tiefe Außentemperaturen in Kombination mit Spannungsschwankungen und/oder durch entsprechende EMV-Einflüsse bei gleichzeitiger Anforderung einer hohen Lenkdynamik, bedingt sein können. In letzterem Fall kann auf eine Komplettabschaltung des Elektromotor 10 möglicherweise verzichtet werden, falls der Fehler und/oder die Störung vor der Komplettabschaltung verschwindet, wobei jedoch gleichzeitig eine geforderte maximale Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit berücksichtigt werden muss.
• Um, insbesondere in diesen Fällen, eine flexible Fehlerbehandlung zu erreichen und gleichzeitig eine möglichst hohe Robustheit zu gewährleisten, wird im Folgenden ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung erläutert. Im vorliegenden Fall ist insbesondere die Recheneinheit 24 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
• 3 zeigt ein beispielhaftes Signalflussdiagramm des Verfahrens zum Betrieb der Lenkvorrichtung.
• Ein erster Block 42 kennzeichnet den Normalbetriebsmodus, in welchem der Elektromotor 10 im Normalbetrieb betrieben wird und zur Bereitstellung des Lenkmoments vorgesehen ist. Ferner wird dabei eine mit einem Betrieb des Elektromotors 10 korrelierte Statuskenngröße S_E überwacht. Die Statuskenngröße S_E ist beispielsweise als Statusvariable und/oder Statusindikator des Elektromotors 10 ausgebildet und weist wenigstens zwei Statuswerte auf, insbesondere einen Normalwert, in welchem kein Fehler und/oder keine Störung des Elektromotors 10 ermittelbar ist, und einen Fehlerwert, in welchem ein Fehler und/oder eine Störung des Elektromotors 10 ermittelbar ist. Wird folglich ein mit dem Elektromotor 10 korrelierter Fehler und/oder eine mit dem Elektromotor 10 korrelierte Störung ermittelt, so wird die Statuskenngröße S_E auf den Fehlerwert gesetzt.
• In einem Betriebszustand, in welchem die Statuskenngröße S_E den, insbesondere mit dem Fehler und/oder der Störung des Elektromotors 10 korrelierten, Fehlerwert annimmt (S_E == 1), wird von dem Normalbetriebsmodus in den Abschaltbetriebsmodus gewechselt und ein Abschaltvorgang des Elektromotors 10 ausgelöst. Der Fehler und/oder die Störung ist im vorliegenden Fall insbesondere mit einer durch den Elektromotor 10 bewirkten ungewollten Lenkbewegung, insbesondere einem sogenannten „Selbstlenker“, korreliert und weist eine Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit von unter 20 ms auf, wodurch insbesondere innerhalb kürzester Zeit auf den Fehler und/oder die Störung des Elektromotors 10 reagiert werden muss. Grundsätzlich könnte ein Fehler und/oder eine Störung jedoch auch einem Blockieren des Elektromotors 10 entsprechen. In diesem Fall liegt eine Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit insbesondere unter 150 ms und vorteilhaft unter 100 ms.
• Ein zweiter Block 44 kennzeichnet den Abschaltbetriebsmodus, in welchem der Abschaltvorgang des Elektromotors 10 durchgeführt wird, wobei der Elektromotor 10 für eine definierte Zeitspanne t_D , ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  verzögert wird. Zur Verzögerung wird die Leistungselektronik 14 derart angesteuert, dass eine aktive Verzögerung des Elektromotors 10 mittels eines Phasenkurzschlusses erreicht wird. Die Zeitspanne t_D , ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  ist dazu vorgesehen, eine eigentliche Fehlerreaktion und/oder ein, insbesondere finales, Abschalten des Elektromotors 10 zu verzögern und weist eine Zeitdauer von höchstens 250 ms, im vorliegenden Fall insbesondere von höchstens 100 ms, auf, wodurch die Verzögerung des Elektromotors 10 von einem Fahrzeugführer nicht bzw. kaum wahrnehmbar ist. Zudem ist die Zeitdauer der Zeitspanne t_D , $t_{}^{}$

  

  an die Art des Fehlers und/oder der Störung des Elektromotors 10 angepasst und im vorliegenden Fall zumindest viermal länger als die, insbesondere mit dem Fehler und/oder der Störung des Elektromotors 10 korrelierte, Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit. Während der Zeitspanne t_D, ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  wird die Statuskenngröße S_E wiederholt auf Änderungen geprüft oder auf Änderungen überwacht. Im vorliegenden Fall wird während der Zeitspanne t_D, $t_{}^{}$

  

  geprüft, ob der Fehler und/oder die Störung weiterhin ermittelbar ist. Ist der mit dem Elektromotor 10 korrelierte Fehler und/oder die mit dem Elektromotor 10 korrelierte Störung während der Zeitspanne t_D , ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  nicht mehr ermittelbar, so wird die Statuskenngröße S_E auf den Normalwert gesetzt.
• Im Fall, dass die Statuskenngröße S_E während der Zeitspanne t_D, $t_{}^{}$

  

  den, insbesondere von dem Fehlerwert abweichenden und insbesondere mit dem Normalbetrieb korrelierten, Normalwert annimmt (S_E == 0), wird von dem Abschaltbetriebsmodus zurück in den Normalbetriebsmodus gewechselt und der Normalbetrieb fortgeführt. Demzufolge besteht mittels des vorgestellten Verfahrens die Möglichkeit von dem Abschaltvorgang wieder reversibel in den aktiven Normalbetrieb zurückzukehren und gleichzeitig vorgegebene Sicherheitsziele, insbesondere eine geforderte maximale Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit, einzuhalten.
• Im Fall, dass die Statuskenngröße S_E während der gesamten Zeitspanne t_D, ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  den Fehlerwert aufweist (S_E == 1), wird am Ende der Zeitspanne t_D, ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  von dem Abschaltbetriebsmodus in einen Fehlerbetriebsmodus gewechselt.
• Ein dritter Block 46 kennzeichnet den Fehlerbetriebsmodus, in welchem der Elektromotor 10 abgeschaltet wird. Im vorliegenden Fall werden zum Abschalten des Elektromotors 10 die Leistungsschalter 16, 18 der Leistungselektronik 14 derart angesteuert, dass eine elektrische Verbindung zum Elektromotor 10 unterbrochen wird, indem sämtliche Leistungsschalter 16, 18 der Leistungselektronik 14 geöffnet werden. Vorteilhaft wird der Elektromotor 10 in diesem Fall irreversibel abgeschaltet und das Steuergerät 22 und/oder die Lenkvorrichtung in einen ausfallsicheren Zustand („fail-safe“) oder vorteilhaft einen betriebssicheren Zustand („fail-operational“) versetzt. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Elektromotor auch mittels einer mechanischen Blockierung abgeschaltet werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Statuskenngröße S_E ferner mittels eines, insbesondere in die Recheneinheit 24 integrierten, Fehlerzählers 20 und mittels einer zyklischen Diagnose ermittelt, wobei ein Vorhandensein und/oder ein Nicht-Vorhandensein des Fehlers und/oder der Störung in regelmäßigen zeitlichen Abständen, vorteilhaft alle 1 ms, geprüft wird. Die Statuskenngröße S_E wird dabei in Abhängigkeit eines ersten Zahlenwerts des Fehlerzählers auf den Fehlerwert und in Abhängigkeit eines zweiten Zahlenwerts des Fehlerzählers auf den Normalwert gesetzt. Zudem wird der Fehlerzähler 20 zurückgesetzt, insbesondere genullt, falls zwei aufeinanderfolgende Diagnosen unterschiedlich sind. Grundsätzlich könnte ein Fehlerzähler auch auf eine beliebige andere Weise zurückgesetzt werden, beispielsweise falls vier aufeinanderfolgende Diagnosen unterschiedlich sind und/oder zeitbasiert.
• Des Weiteren weist der Fehlerzähler 20 ein Hysterese-Verhalten auf, sodass der erste Zahlenwert und der zweite Zahlenwert verschieden voneinander sind. Im vorliegenden Fall kann die Statuskenngröße S_E beispielsweise auf den Fehlerwert gesetzt werden, wenn der Fehler und/oder die Störung in acht aufeinanderfolgenden Diagnosen ermittelt wird, und auf den Normalwert gesetzt werden, wenn der Fehler und/oder die Störung in vier aufeinanderfolgenden Diagnosen nicht ermittelbar ist. Hierdurch kann der beispielhafte Fehler und/oder die beispielhafte Störung in Form der ungewollten Lenkbewegung beispielsweise innerhalb von 8 ms sicher erkannt werden und eine vorgegebene maximale Fehlertoleranzzeit und/oder Fehlerreaktionszeit von unter 20 ms eingehalten werden. Alternativ könnte auf ein derartiges Hysterese-Verhalten jedoch auch verzichtet werden.
• In den 4a und 4b sind beispielhafte Schaubilder eines bereitgestellten Lenkmoments des Elektromotors 10 in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt.
• 4a zeigt den Elektromotor 10 in einem ersten Betriebszustand. Ein erstes Zeitintervall t₁ entspricht dem Normalbetriebsmodus, in welchem der Elektromotor 10 im Normalbetrieb betrieben wird und zur Bereitstellung des Lenkmoments vorgesehen ist. Zu einem ersten Zeitpunkt T₁ tritt ein, insbesondere temporärer, Fehler und/oder eine, insbesondere temporäre, Störung des Elektromotors 10 auf. In einem darauffolgenden zweiten Zeitintervall t₂ wird mittels der zyklischen Diagnose und dem Fehlerzähler 20 der Fehler und/oder die Störung ermittelt. Eine Fehlerreaktion, in Form eines Wechsels in den Abschaltbetriebsmodus, wird zu einem zweiten Zeitpunkt T₂ eingeleitet, zu welchem der Fehlerzähler 20 den ersten Zahlenwert aufweist und folglich die Statuskenngröße S_E auf den Fehlerwert gesetzt wird. An den zweiten Zeitpunkt T₂ schließt die Zeitspanne t_D an, sodass der Elektromotor 10 verzögert wird. Gleichzeitig wird während der Zeitspanne t_D die Statuskenngröße S_E jedoch wiederholt auf Änderungen geprüft oder auf Änderungen überwacht. Da die Statuskenngröße S_E in diesem Fall während der Zeitspanne t_D und zwar insbesondere zu einem dritten Zeitpunkt T₃ durch den Fehlerzähler 20 auf den Normalwert gesetzt wird, wird von dem Abschaltbetriebsmodus zurück in den Normalbetriebsmodus gewechselt und der Normalbetrieb fortgeführt
• 4b zeigt den Elektromotor 10 in einem zweiten Betriebszustand. Ein weiteres erstes Zeitintervall $t_{}^{}$

  

  entspricht dem Normalbetriebsmodus, in welchem der Elektromotor 10 im Normalbetrieb betrieben wird und zur Bereitstellung des Lenkmoments vorgesehen ist. Zu einem weiteren ersten Zeitpunkt $T_{}^{}$

  

  tritt ein, insbesondere schwerwiegender und/oder persistenter, Fehler und/oder eine, insbesondere schwerwiegende und/oder persistente, Störung des Elektromotors 10 auf. In einem darauffolgenden weiteren zweiten Zeitintervall ${\text{t}}_{\text{2}}^{\text{'}}$

  

  wird mittels der zyklischen Diagnose und dem Fehlerzähler 20 der Fehler und/oder die Störung ermittelt. Eine Fehlerreaktion, in Form eines Wechsels in den Abschaltbetriebsmodus, wird zu einem weiteren zweiten Zeitpunkt ${\text{T}}_2^{\text{'}}$

  

  eingeleitet, zu welchem der Fehlerzähler 20 den ersten Zahlenwert aufweist und folglich die Statuskenngröße S_E auf den Fehlerwert gesetzt wird. An den weiteren zweiten Zeitpunkt ${\text{T}}_2^{\text{'}}$

  

  schließt die Zeitspanne $t_{}^{}$

  

  an, sodass der Elektromotor 10 verzögert wird. Da die Statuskenngröße S_E in diesem Fall während der gesamten Zeitspanne t: den Fehlerwert aufweist, wird am Ende der Zeitspanne ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

  

  und zwar insbesondere zu einem weiteren dritten Zeitpunkt ${\text{T}}_3^{\text{'}}$

  

  von dem Abschaltbetriebsmodus in den Fehlerbetriebsmodus gewechselt und der Elektromotor 10 abgeschaltet.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010105143 A1 [0002]
• WO 2005/061304 A1 [0002]

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung, welche zumindest einen Elektromotor (10) umfasst, welcher in einem Normalbetrieb zur Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen ist, wobei wenigstens eine mit einem Betrieb des Elektromotors (10) korrelierte Statuskenngröße (S_E) überwacht wird und in zumindest einem Betriebszustand, in welchem die Statuskenngröße (S_E) einen mit einem Fehler und/oder einer Störung des Elektromotors (10) korrelierten Fehlerwert annimmt, ein Abschaltvorgang des Elektromotors (10) ausgelöst wird, bei welchem der Elektromotor (10) für eine definierte Zeitspanne (t_D,

   

   ) verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Statuskenngröße (S_E) während der Zeitspanne (t_D, $t_{}^{}$

   

   ) auf Änderungen geprüft oder überwacht wird und im Fall, dass die Statuskenngröße (S_E) während der Zeitspanne (t_D, ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

   

   ) einen von dem Fehlerwert abweichenden Normalwert annimmt, der Normalbetrieb fortgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik (14) zur Ansteuerung des Elektromotors (10) bei dem Abschaltvorgang derart angesteuert wird, dass eine aktive Verzögerung des Elektromotors (10), insbesondere mittels eines Phasenkurzschlusses, erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass die Statuskenngröße (S_E) während der gesamten Zeitspanne (t_D, $t_{}^{}$

   

   ) den Fehlerwert aufweist, der Elektromotor (10) abgeschaltet wird, wobei zum Abschalten des Elektromotors (10) Leistungsschalter (16, 18) einer Leistungselektronik (14) zur Ansteuerung des Elektromotors (10) derart angesteuert werden, dass eine elektrische Verbindung zum Elektromotor (10) unterbrochen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehler und/oder die Störung mit einer durch den Elektromotor (10) bewirkten ungewollten Lenkbewegung korreliert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (t_D, ${\text{t}}_{\text{D}}^{\text{'}}$

   

   ) eine Zeitdauer von höchstens 300 ms aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statuskenngröße (S_E) mittels einer zyklischen Diagnose ermittelt wird, bei welcher ein Vorhandensein des Fehlers und/oder der Störung in regelmäßigen zeitlichen Abständen geprüft wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Statuskenngröße (S_E) ein Fehlerzähler (20) verwendet wird, wobei die Statuskenngröße (S_E) in Abhängigkeit eines ersten Zahlenwerts des Fehlerzählers (20) auf den Fehlerwert und in Abhängigkeit eines zweiten Zahlenwerts des Fehlerzählers (20) auf den Normalwert gesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statuskenngröße (S_E) auf den Fehlerwert gesetzt wird, wenn der Fehler und/oder die Störung in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Diagnosen ermittelt wird, und/oder auf den Normalwert gesetzt wird, wenn der Fehler und/oder die Störung in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Diagnosen nicht ermittelbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerzähler (20) ein Hysterese-Verhalten aufweist und der erste Zahlenwert und der zweite Zahlenwert verschieden voneinander sind.
10. Steuergerät (22), insbesondere Lenkungssteuergerät, mit einer Recheneinheit (24) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Lenkvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor (10) und mit einer Recheneinheit (24) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

Images