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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung umfassend ein Lenkungssteuergerät und einen Energiespeicher zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz, welcher mit dem Lenkungssteuergerät elektrisch verbunden ist.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts.
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Die Fahrzeuglenkung stellt an einem Kraftfahrzeug eine für die Sicherheit relevante Einrichtung dar. In der Norm ISO 26262 - Funktionale Sicherheit für Straßenfahrzeuge - werden verschiedene Risikoklassen definiert, welche auch als Automotive Safety Integrity Level (ASIL) bezeichnet werden. Der ASI L beruht auf einer Risikoanalyse einer potenziellen Gefahr unter Betrachtung des Schweregrads, der Exposition und der Beherrschbarkeit des Fahrzeugbetriebsszenarios. Hierzu sind in der Norm vier ASILs vorgegeben: ASIL A, ASIL B, ASIL C, ASIL D, wobei ASIL D die höchsten Integritätsanforderungen und ASIL A die niedrigsten Integritätsanforderungen an ein Produkt stellt.
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Fahrzeuglenkungen weisen zunehmend Bedarf einer Ausführung mit einer Sicherheitsintegrität von ASIL B/C in Bezug auf ihre Verfügbarkeit vor allem im Hinblick auf die Vermeidung eines plötzlichen Ausfalls (Sudden-Loss-of-Assist - SLoA) auf. Hierbei ist insbesondere die Spannungsversorgung zu berücksichtigen, welche ausfallen oder Störungen aufweisen könnte. Beispielsweise kann im Kurzschlussfall eines Verbrauchers einer Niedervoltenergieversorgung in der Fahrzeuglenkung eine elektrische Spannung hervorgerufen werden, welche einen unerwünschten Reset einer Logikeinheit des Lenkungssteuergeräts hervorruft. Abhängig beispielsweise von der Kontrollierbarkeit des plötzlich auftretenden Ausfalls der Lenkunterstützung (SLoA) ist eine Integrität von ASIL B oder ASIL C zu erreichen. Diese Kontrollierbarkeit wird von mehreren Faktoren, u.a. der Achslast, bestimmt.
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Davon ausgehend zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Systemintegrität einer Fahrzeuglenkung zu erhöhen, um zumindest, vom Anwendungsfall abhängig, ASIL B oder C zu erreichen.
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Fahrzeuglenkungen mit einem vom Fahrzeugbordnetz unabhängigen Energiespeicher sind bereits allgemein bekannt. Ein Beispiel hierfür wird in
DE 10 2018 201 221 A1 beschrieben. Bei diesem dient der Energiespeicher dazu, bei Ausfall oder Störungen im Fahrzeugbordnetz hinreichend Energie für die Versorgung des Lenkungssteuergeräts sowie der von diesen angesteuerten Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung zur Verfügung zu stellen. Der Energiespeicher soll hierzu ein Superkondensator sein, welcher in Bezug auf die Dynamik der Energieversorgung Vorteile gegenüber Batteriespeichern wie Lithium-Ionen-Batterien aufweise. Bei der in
DE 10 2018 201 221 A1 vorgeschlagenen Lösung besteht jedoch das Problem, dass die Leistungsanforderungen aus den Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung den Energiespeicher schnell erschöpfen können, so dass mit der Leistungselektronik gleichzeitig auch die Steuerungslogik ausgeschaltet wird, sofern dem nicht durch einen entsprechend groß bemessenen Energiespeicher vorgebeugt wird. Hier gilt es entsprechend Abhilfe zu schaffen.
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Zur Lösung der vorstehend erläuterten technischen Aufgabe wird eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass deren Lenkungssteuergerät aufweist: eine Leistungseinheit, welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Lenkung verbunden ist, eine Logikeinheit zur Ansteuerung der Leistungseinheit, einen Anschluss zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz, welcher mit einem Spannungseingang der Leistungseinheit elektrisch verbunden ist, einen Anschluss zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher, welcher mit einem Spannungseingang der Logikeinheit elektrisch verbunden ist, und
eine Diode, die zwischen dem Spannungseingang der Leistungseinheit und dem Spannungseingang der Logikeinheit geschaltet ist, wobei eine Anode der Diode mit dem Spannungseingang der Leistungseinheit und eine Kathode der Diode mit dem Spannungseingang der Logikeinheit verbunden sind, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit abzutrennen.
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Durch den Einsatz eines dezidierten Energiespeichers für die Logikeinheit sowie die Abtrennung der Spannungsversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit kann verhindert werden, dass sich Störungen in der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aus dem Fahrzeugbordnetz auf die Logikeinheit auswirken, wodurch die Systemintegrität verbessert wird.
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Im Unterschied zu einem klassischen Zwischenkreiskondensator einer Fahrzeuglenkung wird verhindert, dass der Energiespeicher durch die Leistungseinheit entladen werden kann. Ein klassischer Zwischenkreiskondensator ist nicht zur Notversorgung der Logikeinheit des Lenkungssteuergeräts geeignet, da die Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung den Zwischenkreiskondensators bei Lenkvorgängen entladen würden, was eine Deaktivierung der Logikeinheit nach sich ziehen könnte.
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Zudem bleiben das Lenkungssteuergerät und der Energiespeicher vergleichsweise einfach und kompakt. Lösungen, welche die gesamte Fahrzeuglenkung versorgen sollen, bedürften demgegenüber größerer Energiespeicher, um die Fahrzeuglenkung in SLoA-Situationen versorgen zu können. Solche wären überdies sehr komplex und müssten unter Beachtung der Sicherheitsziele zum SLoA der Fahrzeuglenkung entwickelt werden.
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Desweiteren vermeidet die erfindungsgemäße Lösung die Notwendigkeit komplett redundanter Bordnetze, welche mit hohen Anforderungen an Bauraum, Gewicht und Kosten verbunden wären und zudem aus Sicherheitsgründen spezielle redundante Lenksysteme benötigten.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So kann zwischen einem Spannungsausgang des Energiespeichers und der Kathode der Diode ein Schalter zu Unterbrechung der Stromversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher geschaltet sein. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Energiespeichers über dessen Entladeverhalten zu prüfen. Durch die Trennung von der Logikeinheit kann eine solche Routine durchgeführt werden. Dies trägt dazu bei, das Sicherheitsniveau zu steigern, indem etwaige Störungen am Energiespeicher frühzeitig erkannt werden können.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist vorgesehen, dass der Schalter durch die Logikeinheit angesteuert ist. Dies gestattet es, die Überprüfung unmittelbar am Fahrzeug, beispielsweise in vorgegebenen Intervallen oder bei bestimmten Betriebszuständen vorzunehmen. Ein Werkstattaufenthalt ist hierzu nicht erforderlich, da die Routine in der Logikeinheit implementiert sein kann.
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In diesem Zusammenhang können insbesondere Mittel zur Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers vorgesehen sein, wobei der erfasste energetische Zustand in der Logikeinheit ausgewertet wird. In einer optionalen Variante ist der Energiespeicher ein Kondensator, dessen Spannung ausgelesen und beispielsweise über einen Analog-Digital-Wandler in der Logikeinheit berücksichtigt werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist der Spannungsausgang des Energiespeichers über einen weiteren Schalter, welcher von der Logikeinheit angesteuert ist, gegen einen Masseanschluss des Lenkungssteuergeräts geschaltet. Durch Schließen dieses weiteren Schalters kann der Energiespeicher schneller entladen werden, um schneller aussagekräftige Werte zur Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers zu erzeugen.
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In diesem Zusammenhang ist es ferner optional möglich, den Spannungsausgang des Energiespeichers mit einem zusätzlichen Schalter zu verbinden, welcher über einen Widerstand gegen die Spannungsversorgung der Leistungseinheit aus dem Fahrzeugbordnetz geschaltet ist. Hierdurch kann der Energiespeicher geladen werden, und zwar insbesondere auch dann, wenn der erstgenannte Schalter die Verbindung zwischen dem Energiespeicher und der Kathode der Diode und damit auch zur Logikeinheit unterbricht. Dies ermöglicht eine weitere Verfeinerung und schnellere Durchführung der Prüfroutine in Bezug auf die Integrität des Energiespeichers für die Notversorgung der Logikeinheit.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist der Energiespeicher ein Kondensator, wodurch eine schnelle Spannungsversorgung der Logikeinheit gewährleistet ist, und zwar insbesondere dann, wenn, aus welchen Gründen auch immer, über die Diode kein Strom mehr in Richtung der Logikeinheit bereitgestellt wird. Damit wird sichergestellt, dass die Logikeinheit über einen sehr kompakten Energiespeicher in Notfällen ausreichend lange mit Spannung versorgt werden kann, so dass Funktionalitäten derselben selbst dann noch vorhanden sind, wenn für die Leistungseinheit die Versorgung nicht mehr ausreichen sollte.
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Ferner kann in der Logikeinheit eine Routine zur Diagnose des energetischen Zustands des Energiespeichers implementiert sein, welche vorsieht: initial die Spannung des Energiespeichers zu erfassen, anschließend die Spannungsversorgung zwischen dem Energiespeicher und der Logikeinheit zu unterbrechen, um den Energiespeicher zumindest teilweise zu entladen, hernach erneut die Spannung des Energiespeichers zu erfassen, und die erfassten Spannungswerte zu vergleichen und hieraus auf den Funktionszustand des Energiespeichers zu schließen. Aus der Entladung des Energiespeichers lässt sich prüfen, ob dieser als „funktionsfähig“ oder als „fehlerhaft“ anzusehen ist.
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Gegebenenfalls kann dieser Vorgang wiederholt beispielsweise entlang einer Selbstentladekurve durchgeführt werden. Zudem können gegebenenfalls weitere Bedingungen abgeprüft werden.
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Die Ausführung der Prüfung kann beispielsweise in einem Zeitraum erfolgen, in dem das Fahrzeug ausgeschaltet ist. Hier steht für eine Prüfung gegen eine Selbstentladekurve genügend Zeit zur Verfügung.
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In einer Ausführungsvariante wird die Routine beschleunigt, indem der Energiespeicher definiert, zum Beispiel über einen Widerstand, gegen Masse entladen wird. Dadurch wird ein schnellerer Spannungsabfall erzielt, der zur Beurteilung des Funktionszustands herangezogen wird.
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Routine dahingehend weitergebildet, dass vor der initialen Spannungserfassung der Energiespeicher aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aufgeladen und die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand erfasst wird, oder nach der erneuten Spannungserfassung der Energiespeicher aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aufgeladen und die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand erfasst wird, und in beiden Fällen die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers herangezogen wird. Durch Berücksichtigung eines definierten Ladezustands, beispielsweise „voll geladen“, kann die Aussagekraft hinsichtlich der Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers weiter verbessert werden.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 vorgeschlagen. Dieses umfasst insbesondere folgende Schritte: initiales Erfassen der Spannung des Energiespeichers, anschließendes zumindest teilweises Entladen des Energiespeichers, vorzugsweise gesteuert durch das Lenkungssteuergerät, hernach erneutes Erfassen der Spannung des Energiespeichers, sowie Vergleichen der erfassten Spannungswerte und Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers auf Grundlage dieses Vergleichs. Durch diese Routine kann der Funktionszustand eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts diagnostiziert und die notwendige Systemintegrität erzielt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeuglenkung nach der Erfindung,
- 2 eine erste Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß 1 mit angeschlossenem Energiespeicher,
- 3 eine zweite Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß 1 mit angeschlossenem Energiespeicher, und in
- 4 eine dritte Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß 1 mit angeschlossenem Energiespeicher.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht einer Fahrzeuglenkung 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder leichtes Nutzfahrzeug.
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Die Fahrzeuglenkung 1 kann als herkömmliche Lenkung mit mechanischem Durchgriff oder auch als Fahrzeuglenkung ohne mechanischen Durchgriff, d.h. als Steer-by-Wire-Lenkung, ausgeführt sein.
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Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel bezieht sich zum Zweck der Erläuterung und ohne Beschränkung hierauf auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die beispielhaft als Zahnstangenlenkung ausgebildet ist.
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Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebe 2 mit einem Lenkgetriebegehäuse 2a, durch das sich eine Lenkstange 2b erstreckt. Die Lenkstange 2b ist axial bewegbar in dem Lenkgetriebegehäuse 2a angeordnet und mittels einer fahrerseitigen Lenkungshandhabe 3, beispielsweise einem Lenkrad, axial verlagerbar.
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An den axialen Enden der Lenkstange 2b ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad 5 führende Spurstange 2c über ein Spurstangengelenk 2d angekoppelt.
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In das Lenkgetriebegehäuse 2a leitet eine Lenksäule 4, die mit der Lenkungshandhabe 3 gekoppelt ist. Die Lenksäule 4 ist beispielsweise mit einem Ritzel verbunden, das innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 2a mit einem entsprechend verzahnten Abschnitt der Lenkstange 2b kämmt, um eine vom Fahrer an der Lenkungshandhabe 3 aufgebrachte Kraft in eine Axialkraft der Lenkstange 2b umzusetzen und damit an den Fahrzeugrädern 5 zur Wirkung zu bringen.
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Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst weiterhin einen Elektromotor 2e, der mit der Lenkstange 2b zur axialen Verlagerung derselben gekoppelt ist. Über den Elektromotor 2e kann eine zusätzliche Axialkraft an der Lenkstange 2b aufgebracht werden, welche deutlich größer ist, als eine vom Fahrer über die Lenkungshandhabe 3 maximal aufbringbare Axialkraft.
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Die über den Elektromotor 2e aufgebrachte Axialkraft kann dazu genutzt werden, den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden.
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Zur Ansteuerung des Elektromotors 2e ist ein Lenkungssteuergerät 6 vorgesehen, in welchem ein an der Lenkungshandhabe 3 aufgebrachter fahrerseitiger Lenkbefehl als Eingangsgröße berücksichtigt wird. Dieses Lenkungssteuergerät 6 ist in verschiedenen Ausführungsvarianten in den 2 bis 4 näher dargestellt.
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Das Lenkungssteuergerät 6 weist zum einen eine Leistungseinheit 61 auf, welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Fahrzeuglenkung 1, vorliegend mit dem Elektromotor 2e des Lenkgetriebes 2 verbunden ist, sowie zum anderen eine davon separate Logikeinheit 62 zur Ansteuerung der Leistungseinheit 61.
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Die Logikeinheit 62 ist derart konfiguriert, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor 2e zur Bewirkung einer Lenkbetätigung der Fahrzeugräder 5 zu veranlassen. Im Fall einer Steer-by-wire Lenkung kann diese zudem einen Haptikaktuator 3a zur Erzeugung einer Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe 3 veranlassen.
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Die Verknüpfung kann hierbei kabelgebunden oder auch kabellos vorgenommen sein.
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Das Lenkungssteuergerät 6, insbesondere dessen vorgenannte Komponenten 61 und 62 können in einem zentralen Gehäuse 63 konzentriert oder auf verschiedene Gehäuse verteilt, sein.
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Schließlich umfasst die Fahrzeuglenkung 1 in 1 einen Energiespeicher 7 zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz 8, welcher mit dem Lenkungssteuergerät 6 elektrisch verbunden ist.
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Der Energiespeicher 7 ist geeignet, eine Spannungsversorgung bereitzustellen, wenn das Fahrzeugbordnetz 8 ausfallen oder gestört sein sollte. Er ist vorzugsweise als Kondensator ausgeführt, kann jedoch auch eine Batterie, d.h. ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis sein.
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Das Lenkungssteuergerät 6 weist, wie in den 2 bis 4 zu erkennen, einen Anschluss 64 zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz 8 auf. Dieser Anschluss 64 ist mit einem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 elektrisch verbunden. Von der Leistungseinheit 61 werden die vorgenannten Antriebseinrichtungen mit Strom versorgt. Hierzu weist die Leistungseinheit 61 ein oder mehrere Leistungsausgänge 612 auf, welche mit entsprechenden Anschlüssen 65 am Lenkungssteuergerät 6 korrespondieren.
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Ferner weist das Lenkungssteuergerät 6 einen separaten Anschluss 66 zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher 7 auf. Der Anschluss 66 ist mit einem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 62 elektrisch verbunden. Signalein- und ausgänge der Logikeinheit 62 zur Ansteuerung der Fahrzeuglenkung, welche nicht unmittelbar deren Spannungsversorgung betreffen, sind aus Gründen der Anschaulichkeit vorliegend nicht dargestellt, werden jedoch als vorhanden vorausgesetzt.
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Weiterhin ist bei allen Ausführungsvarianten der 2 bis 4 eine Diode 67 zwischen dem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 und dem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 62 geschaltet. Die Diode weist eine Anode 671 und eine Kathode 672 auf. Die Durchflussrichtung der Diode 67 ist von der Anode 671 zur Kathode 672 definiert. Die Sperrrichtung ist entsprechend umgekehrt.
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Die Anode 671 der Diode 67 ist mit dem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 und die Kathode 672 der Diode 67 mit dem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 61 verbunden, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit 61 aus dem Energiespeicher 7 von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 62 abzutrennen. Die Leistungseinheit 62 kann somit keinen Strom aus dem Energiespeicher 7 beziehen.
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Der Energiespeicher 7 steht als Notstromversorgung dezidiert nur für die Logikeinheit 62, nicht jedoch für die Leistungseinheit 61 zur Verfügung. Hierdurch wird vermieden, dass die Leistungseinheit 61 den Energiespeicher 7 entleeren kann, so dass dessen Energie im Notfall der Logikeinheit 62 vorbehalten bleibt, um deren Funktionalität mit einem hohen Sicherheitsniveau zu gewährleisten.
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Gleichwohl können sowohl die Logikeinheit 62 als auch der Energiespeicher 7 Strom vom Anschluss 64 zum Fahrzeugbordnetz 8 über die Diode 67 beziehen, was letztlich den Normalbetrieb der Stromversorgung der Logikeinheit 62 bedeutet.
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3 zeigt im Rahmen einer zweiten Ausführungsvariante eine Weiterbildung der vorstehend erläuterten und in 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts 6.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante ist zusätzlich zwischen einem Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7, welcher mit dem Anschluss 66 verbunden ist, und der Kathode 672 der Diode 67 ein Schalter 9A zur Unterbrechung der Stromversorgung der Logikeinheit 61 aus dem Energiespeicher 7 geschaltet. Mit diesem Schalter 9A wird außerdem die Verbindung des Energiespeichers 7 zur Diode 67 unterbrochen oder geschlossen.
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Ist der Schalter 9A geöffnet, wie in 3 gezeigt, setzt an dem Energiespeicher 7 ein Entladungsprozess ein, dessen Beobachtung vorliegend zur Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers 7 herangezogen wird.
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Zur Durchführung einer solchen Beobachtung ist der Schalter 9A vorzugsweise durch die Logikeinheit 62 angesteuert, in welcher eine entsprechende Routine, die weiter unten noch näher erläutert werden wird, abgelegt ist.
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In 3 ist die Ansteuerung des Schalters 9A durch eine Steuerleitung 68 veranschaulicht, welche von der Logikeinheit 62 zum Schalter 9A führt.
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Der Schalter 9A kann beispielsweise ein Relais oder ein MOS-FET sein.
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Ferner sind Mittel zur Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 vorgesehen.
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In 3 ist dies durch eine Messleitung 69 veranschaulicht, die beispielsweise vom Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 zu einem Analog-Digital-Wandler 622 der Logikeinheit 62 führt, um ein Spannungssignal in ein entsprechendes Eingangssignal umzuwandeln.
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Eine Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 kann jedoch auch auf andere Art und Weise erfasst werden. Eine Signalübertragung kann statt über eine Messleitung 69 auch kabellos erfolgen.
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Der erfasste energetische Zustand des Energiespeichers 7 wird in der Logikeinheit 62 ausgewertet.
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In der Logikeinheit 62 ist eine Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 auf Grundlage des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 implementiert.
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Diese Routine sieht insbesondere vor, initial die Spannung V_init des Energiespeichers 7 zu erfassen. Anschließend wird die Spannungsversorgung zwischen dem Energiespeicher 7 und der Logikeinheit 62 unterbrochen, indem der Schalter 9A geöffnet wird. Mit dem Öffnen des Schalters 9A setzt an dem Energiespeicher 7 ein Entladungsvorgang ein, der vorliegend über die Spannung beobachtet werden kann. Hierbei wird der Energiespeicher 7 zumindest teilweise entladen. Dazu wird, beispielsweise nach einem vorgegebenen Zeitintervall, erneut die Spannung V_entladen des Energiespeichers 7 erfasst. Eine Vollentladung ist dabei nicht unbedingt nötig, jedoch möglich.
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Aus dem Vergleich der erfassten Spannungswerte V_init und V_entladen kann grundsätzlich auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 geschlossen werden, wenn man davon ausgeht, dass ein Entladeverhalten des Energiespeichers 7 bekannt ist, beispielsweise durch vorhergehende Vergleichsversuche oder Ähnliches.
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Lediglich beispielhaft kann auf einen funktionsfähigen Energiespeicher dann geschlossen werden, wenn V_inital größer als V_entladen ist und die Differenz größer als ein voreingestellter Schwellwert ist. Zudem kann optional als weiteres Kriterium berücksichtigt werden, dass V_entladen nicht OV ist.
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Der Schwellwert kann ein fester Wert sein oder aber auch aus einer in der Logikeinheit 62 hinterlegten Entladekurve, beispielswiese bezogen auf V_init, ausgelesen werden.
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Die in 3 gezeigte Ausführungsvariante stellt eine schaltungstechnisch sehr einfache Lösung dar, bei welcher die Routine gegebenenfalls mehrfach entlang der Entladekurve des Energiespeichers 7, respektive Kondensators, überprüft wird. Diese Routine kann beispielsweise in einem Zeitraum ausgeführt werden, in dem das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
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In einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels ist der Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 über einen weiteren Schalter 9B, welcher ebenfalls vorzugsweise von der Logikeinheit 62 angesteuert ist, auf einen Masseanschluss des Lenkungssteuergeräts 6 geschaltet oder geerdet. Dem weiteren Schalter 9B kann optional ein Widerstand 10B vorgeschaltet sein, um den Abfluss der Ladung aus dem Energiespeicher 7 einzustellen. Im Normalfall ist dieser weitere Schalter 9B offen, kann jedoch im Rahmen der vorstehend erläuterten Routine geschlossen werden, um den Entladevorgang zu beschleunigen, so dass schneller aussagekräftige Messwerte insbesondere für V_entladen erhalten werden.
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4 zeigt als dritte Ausführungsvariante eine Weiterbildung des vorstehend erläuterten und in 3 gezeigten Lenkungssteuergeräts 6.
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Neben dem Schalter 9A und dem weiteren Schalter 9B ist vorliegend ein zusätzlicher Schalter 9C vorgesehen.
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Der Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 ist mit diesem zusätzlichen Schalter 9C verbunden, welcher über einen Widerstand 10C gegen die Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aus dem Fahrzeugbordnetz 8 geschaltet ist. Im Normalfall ist der zusätzliche Schalter 9C offen. Im Rahmen einer Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung kann dieser zusätzliche Schalter 9C jedoch geschlossen werden, um den Energiespeicher 7, insbesondere auch bei geöffnetem Schalter 9A laden zu können.
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Die oben bereits im Zusammenhang mit 3 erläuterte Routine kann für die Ausführungsvariante in 4 beispielsweise dahingehend weitergebildet werden, indem vor der initialen Spannungserfassung bei geöffnetem Schalter 9A, geöffnetem weiteren Schalter 9B und geschlossenem zusätzlichen Schalter 9C der Energiespeicher 7 aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aufgeladen und die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand erfasst wird. Die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand kann zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 herangezogen werden.
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In Abwandlung hiervon ist es auch möglich, nach dem Schritt der erneuten Spannungserfassung den Energiespeicher 7 aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aufzuladen und dann die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand zu erfassen. Auch in diesem Fall wird die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 herangezogen.
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Die Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 kann insbesondere wie im Folgenden nicht-beschränkenden Beispiel konfiguriert sein.
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Dabei wird zunächst von einem Normalbetrieb des Lenkungssteuergeräts 6 ausgegangen, in dem die Fahrzeuglenkung 1 bestimmungsgemäß betrieben wird. Hierbei ist der Schalter 9A zwischen dem Energiespeicher 7 und der Logikeinheit 61 geschlossen. Die Logikeinheit 61 kann somit über den Energiespeicher 7 notversorgt werden. Der weitere Schalter 9B zur gezielten Entladung ist, sofern vorhanden, geöffnet. Ferner ist der zusätzliche Schalter 9C zum gezielten Laden, sofern vorhanden, geöffnet.
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Die Routine zur Prüfung gestaltet sich von diesem Normalbetriebszustand ausgehend beispielsweise wie folgt:
- 1.) Initiales Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von V_init.
- 2.) Öffnen des Schalters 9A zwischen der Logikeinheit 62 und dem Energiespeicher 7, so dass der Energiespeicher 7 sich entladen kann.
- 3.) Optional: Schließen des weiteren Schalter 9B zum gezielten Entladen, um den Entladevorgang zu beschleunigen.
- 4.) Erneutes Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von V_entladen.
- 5.) Vergleichen von V_inital und V_entladen; der Energiespeicher 7 wird als „funktionsfähig“ angesehen, wenn Bedingung A wie folgt gilt: V_inital > V_entladen und die Differenz aus V_inital und V_entladen größer als in einstellbarer Schwellwert ist. Als weiteres Kriterium kann optional gefordert werden, dass V_entladen nicht 0V beträgt.
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Diese Bedingung A kann gegebenenfalls auch mehrfach entlang der Entladekurve des Energiespeichers 7 sowie unter Beachtung der Entladeschaltung geprüft werden. Wenn die Bedingung A wahr ist, gilt der Energiespeicher 7 als „funktionsfähig“ andernfalls als „fehlerhaft“.
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Optional kann die Routine wie folgt ergänzt werden:
- 6a.) Öffnen des weiteren Schalters 9B und Schließen des zusätzlichen Schalters 9C zum gezielten Laden des Energiespeichers 7.
- 6b.) Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von V_geladen.
- 6c.) Vergleichen von V_geladen und V_entladen; der Energiespeicher 7 wird als „funktionsfähig“ angesehen, wenn Bedingung B wie folgt gilt: die Differenz aus V_geladen und V_entladen ist größer als ein einstellbarer Schwellwert.
- 6d.) Öffnen des zusätzlichen Schalters 9C.
- 7.) Schließen von Schalter 9A. Die Routine ist damit abgeschlossen.
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Mit dieser Ergänzung gilt der Energiespeicher 7 als „funktionsfähig“, wenn die Bedingung A und die Bedingung B gleichzeitig wahr sind, andernfalls als „fehlerhaft“.
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Durch eine solche Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung des Lenkungssteuergeräts 6 kann das Sicherheitsniveau in Bezug auf einen plötzlichen Ausfall der Fahrzeuglenkung 1 erhöht werden.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante, welche lediglich den Schalter 9A aufweist und damit schaltungstechnisch sehr einfach bleibt, wird lediglich eine korrekte Selbstentladung gemessen und geprüft.
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Bei der in 4 dargestellten aufwändigeren Ausführungsvariante mit dem weiteren Schalter 9B und dem zusätzlichen Schalter 9C sowie gegebenenfalls vorhandenen Widerständen 10B und 10C wird die Entladung über Masse und Ladung über Widerstand 10C gemessen und geprüft. Dies gestattet einen schnelleren Ablauf der Routine sowie aussagekräftigere Messwerte.
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Von den vorstehend erläuterten Ausführungsvarianten sind verschiedene Abwandlungen durch Unterkombination der Teilsysteme aus der dritten Ausführungsvariante möglich.
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So können beispielsweise lediglich der Schalter 9A, der weitere Schalter 9B und der Widerstand 10B vorgesehen sein, d.h. der zusätzliche Schalter 9C und der Widerstand 10C entfallen. Hier wird die Entladung über den Widerstand 10B gemessen und geprüft.
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Fener können lediglich der Schalter 9A, der zusätzliche Schalter 9C und der Widerstand 10C vorgesehen sein, d.h. der weitere Schalter 9B und der Widerstand 10B entfallen. Hier wird die Selbstentladung und Ladung über den Widerstand 10C gemessen und geprüft.
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Die vorzugsweise in der Logikeinheit 62 des Lenkungssteuergeräts 6 implementierte Routine ermöglicht ein Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts 6 mit den nachfolgenden genannten Schritten. Die Routine kann auch in einer fahrzeugexternen Prüfvorrichtung implementiert sein.
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In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine initiale Erfassung der Spannung V_init des Energiespeichers 7.
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Anschließendes erfolgt ein zumindest teilweises Entladen des Energiespeichers 7, gesteuert durch das Lenkungssteuergerät 6 oder die fahrzeugexterne Prüfvorrichtung (Schritt S2).
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Hernach erfolgt eine erneute Erfassung der Spannung V_entladen des Energiespeichers 7.
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Darauf erfolgt ein Vergleichen der erfassten Spannungswerte sowie letztlich ein Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 auf Grundlage dieses Vergleichs.
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Dieses grundlegende Verfahren kann in der oben bereits erläuterten Weise weitergebildet sein. Es kann auch dazu verwendet werden, einen Energiespeicher 7 im Hinblick auf seine Funktionsfähigkeit zu prüfen, welcher derart angeschlossen ist, im Notfall nicht nur die Logikeinheit 62, sondern auch die Leistungseinheit 61 mit Strom zu versorgen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele und Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuglenkung
- 2
- Lenkgetriebe
- 2a
- Lenkgetriebegehäuse
- 2b
- Lenkstange
- 2c
- Spurstange
- 2d
- Spurstangengelenk
- 2e
- Elektromotor
- 3
- Lenkungshandhabe
- 3a
- Haptikaktuator, optional
- 4
- Lenksäule
- 5
- Fahrzeugrad
- 6
- Lenkungssteuergerät
- 7
- Energiespeicher
- 8
- Fahrzeugbordnetz
- 9A
- Schalter
- 9B
- weiterer Schalter
- 9C
- zusätzlicher Schalter
- 10B
- Widerstand
- 10C
- Widerstand
- 61
- Logikeinheit
- 62
- Leistungseinheit
- 63
- Gehäuse
- 64
- Anschluss
- 65
- Anschluss
- 66
- Anschluss
- 67
- Diode
- 68
- Steuerleitung
- 69
- Messleitung
- 71
- Spannungsausgang des Energiespeichers
- 611
- Spanungseingang der Leistungseinheit
- 612
- Spannungsausgang der Leistungseinheit
- 621
- Spanungseingang der Logikeinheit
- 622
- Analog-Digital-Wandler
- 671
- Anode
- 672
- Kathode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018201221 A1 [0006]
