DE10216104B4

DE10216104B4 - Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10216104B4
Application number: DE2002116104
Authority: DE
Inventors: Arnulf Heilig; Rainer Lang; Michael Bischofberger
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-04-13
Also published as: DE10216104A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Lenkwelle von einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird, der in Abhängigkeit von Fahrzeug-Zustandsgrößen und Fahrzeug-Betriebsgrößen von einer Steuer- und Regeleinheit zur Erzeugung eines Phasenstromes angesteuert wird, wobei im Antriebsmotor entweder ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment erzeugbar ist und bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzdrehzahl (n_Grenz,u) des Antriebsmotors der Phasenstrom (I₁) als Bremsstrom erzeugt und auf einen Maximalwert (I_1,max) begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenstrom (I₁) zwischen einer unteren Grenzdrehzahl (n_Grenz,u) und einer oberen Grenzdrehzahl (n_Grenz,o) rampenförmig ansteigt und oberhalb der oberen Grenzdrehzahl (n_Grenz,o) auf den Maximalwert (I_1,max) begrenzt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Druckschrift DE 100 13 133 A1 wird eine Schutzeinrichtung eines Kraftfahrzeugs offenbart, bei der ein Elektromotor mit einer Bremsschaltung verbunden ist. Die Bremsschaltung beaufschlagt dabei den Elektromotor mit einer elektrischen Last, wenn die Drehzahl einen vorgegebenen Wert übersteigt. Hierzu ist eine eingangsseitige Verbindung der Bremsschaltung mit den Anschlüssen des Elektromotors vorgesehen sowie eine Verbindung mit einem Halbleiterschalter in einer zur Ansteuerung des Elektromotors dienenden Endstufe. Die Ansteuerung des Halbleiterschalters erfolgt in Abhängigkeit eines festgelegten Spannungsschwellenwerts. Die offenbarte Schutzeinrichtung dient zur Verhinderung von schnellen Schwenkbewegungen der Vorderräder gegen den Lenkanschlag

In der Druckschrift DE 197 13 576 A1 wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem über eine Lenkwelle das vom Fahrer auf das Lenkrad aufgegebene Lenkmoment auf die gelenkten Vorderräder übertragen wird. Zur Unterstützung der Lenkkraft ist ein elektrischer Servomotor vorgesehen, in welchem in Abhängigkeit des vom Fahrer erzeugten Handlenkmoments ein Motorstellmoment erzeugt wird, das zusätzlich über die Lenkwelle auf die gelenkten Fahrzeugräder übertragen wird.

Derartige Lenksysteme können grundsätzlich über eine so genannte feldorientierte Regelung angesteuert werden, bei der in Abhängigkeit der Lenkbewegung die Rotorbewegung im elektrischen Stellmotor sensorisch erfasst, einer Steuer- und Regeleinheit zugeführt und in dieser unter Berücksichtigung des aktuellen Fahrzeugzustandes verarbeitet werden und schließlich Steuersignale zur Einstellung des Elektromotors erzeugt werden. Problematisch hierbei ist, dass bei sehr hohen Lenkgeschwindigkeiten auch entsprechend hohe Motordrehzahlen in dem Stellmotor erzeugt werden müssen, jedoch die für die feldorientierte Regelung erforderliche Abtastung der Rotorbewegung bei diesen Motordrehzahlen nicht oder zumindest nicht mehr mit der erforderlichen Sicherheit funktioniert. Dies führt zu falschen Abtastergebnissen, wodurch eine Motorregelung nur in eingeschränkter Weise durchgeführt werden kann oder sogar unmöglich gemacht wird. Als Folge hiervon kann das gesamte Lenksystem nicht mehr in der gewünschten Weise über den Elektromotor elektrisch abgebremst werden, so dass die hohe, im Motor steckende und auf das Massenträgheitsmoment und die Motordrehzahl zurückgehende Rotationsenergie zum Großteil manuell vom Fahrer über das Lenkrad abgebaut werden muss, was ein extrem hohes Lenkmoment erfordert und gegebenenfalls sogar als sicherheitskritisch beurteilt werden muss.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die manuell aufzubringenden Lenkkräfte bei abrupten Lenkmanövern zu reduzieren.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzdrehzahl des Antriebsmotors in der Regel- und Steuereinheit ein Phasenstrom als Bremsstrom erzeugt und außerdem auf einen Maximalwert begrenzt. Das hierbei entstehende Bremsmoment hemmt bzw. unterbindet ein weiteres Beschleunigen des elektrischen Antriebsmotors auf noch höhere Drehzahlen. Hierdurch wird eine Drehzahlbegrenzung erreicht, die insbesondere auf einem Niveau liegt, bei dem die im Elektromotor steckende Bewegungsenergie über das Bremsmoment im Motor abgebaut wird, wobei eine eventuell noch vorhandene Restenergie ohne Probleme vom Fahrer über das Lenkrad ohne Beeinträchtigung der Fahrsicherheit aufgenommen werden kann. Der Elektromotor hat hierbei die Funktion einer Wirbelstrombremse. Eine gegebenenfalls eingesetzte feldorientierte Regelung (FOR) bleibt hierbei zweckmäßig ausgeschaltet.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Phasenstrom des Antriebsmotors zwischen einer unteren Grenz drehzahl und einer oberen Grenzdrehzahl zunächst rampenförmig ansteigt und oberhalb der oberen Grenzdrehzahl auf den Maximalwert begrenzt wird. Der rampenförmige Anstieg stellt sicher, dass die Drehzahlbegrenzung nicht schlagartig einsetzt, wodurch zusätzliche, unerwünschte Kräfte im Lenksystem entstehen könnten. Alternativ zu einem rampenförmigen Anstieg kommen auch sonstige Funktionen in Betracht, beispielsweise Polynome zweiten Grades.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Elektromotor als Wirbelstrombremse eingesetzt und dementsprechend ein Phasenstrom als Bremsstrom erzeugt, falls die Motordrehzahl einen Schwellenwert überschreitet und zugleich im Lenksystem eine Bremsanforderung vorliegt, die entweder auf den Fahrer zurückgeht oder in der Regel- und Steuereinheit erzeugt wird. Auch in diesem Fall wird der Elektromotor abgebremst, wobei insbesondere zugleich eine gegebenenfalls aktive Regelung im Lenksystem abgeschaltet wird. Eine Bremsanforderung liegt insbesondere für den Fall vor, dass die Drehrichtung im Elektromotor und das angeforderte Motormoment gegenläufig sind.

Der Drehzahl-Schwellenwert liegt vorteilhaft unter dem Wert der Grenzdrehzahl, insbesondere unter dem Wert der unteren Grenzdrehzahl, die maßgebend ist für den Einsatz der Drehzahlbegrenzung des Antriebsmotors.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Verfahrensablauf für den Betrieb eines Lenksystems mit elektrischem Antriebsmotor dargestellt ist.
Ausgehend von einem in der Figur im Verfahrensschritt 1 dargestellten Normalbetrieb, bei dem eine aktive Regelung FOR im Lenksystem eines Kraftfahrzeuges zur geregelten Einstellung ei nes Elektromotors zur Lenkunterstützung durchgeführt wird, wird im folgenden Verfahrensschritt 2 zunächst abgeprüft, ob die Motordrehzahl n des Elektromotors eine vorgegebene untere Grenzdrehzahl n_Grenz,u überschreitet. Mit dieser Abfrage und der daraus abgeleiteten Maßnahme soll sichergestellt werden, dass die Drehzahl im Elektromotor nicht über eine unzulässige Obergrenze hinausgeht, bei der das Problem auftreten kann, dass die Rotationsenergie im Elektromotor nicht mehr motorisch, sondern manuell abgebaut werden muss.
Sofern die in Verfahrensschritt 2 abgefragte Bedingung erfüllt ist und die Motordrehzahl n die untere Grenzdrehzahl n_Grenz,u überschreitet, wird der Ja-Verzweigung entsprechend zum Verfahrensschritt 3 fortgefahren, in welchem Maßnahmen zur Drehzahlbegrenzung durchgeführt werden. Diese Maßnahmen bestehen darin, dass die aktive Regelung FOR ausgeschaltet wird und aus einem in einer Regel- und Steuereinheit des Lenksystems abgespeicherten Kennfeld ein Phasenstrom I₁ in Abhängigkeit von der aktuellen Motordrehzahl erzeugt wird, wobei gegebenenfalls auch noch weitere Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen berücksichtigt werden können, insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Phasenstrom I₁ wird als Bremsstrom aufgeprägt, welcher einer weiteren Erhöhung der Motordrehzahl n entgegensteht.
Das der Erzeugung des Bremsstroms I₁ gemäß Verfahrensschritt 3 zugrunde liegende erste Kennfeld berücksichtigt neben der unteren Grenzdrehzahl n_Grenz,u zweckmäßig auch eine obere Grenzdrehzahl n_Grenz,o, wobei der Phasen- bzw. Bremsstrom I₁ in dem Kennfeld zwischen unterer und oberer Grenzdrehzahl rampenförmig von einem unteren Wert ausgehend auf einen oberen Maximalwert I_1,max ansteigt, der im weiteren Verlauf auch nicht weiter erhöht wird.
Im Anschluss an den Verfahrensschritt 3 wird das gesamte Ver fahren ordnungsgemäß weitergeführt, wobei insbesondere eine Rückkehr zum Verfahrensschritt 1 erfolgen kann.
Für den Fall, dass die in Verfahrensschritt 2 formulierte Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Nein-Verzweigung entsprechend zum Verfahrensschritt 4 fortgefahren, gemäß dem eine weitere Abfrage in Bezug auf die Motordrehzahl n durchgeführt wird. Im Verfahrensschritt 4 wird überprüft, ob die aktuelle Motordrehzahl n einen Schwellenwert n_Schwelle überschreitet, der insbesondere kleiner ist als die untere Grenzdrehzahl n_Grenz,u. Zusätzlich wird in Verfahrensschritt 4 die Bedingung überprüft, ob das angeforderte Motorsollmoment M_Mot,soll gegenläufig ist zur Motordrehrichtung, wobei die beiden Bedingungen aus Verfahrensschritt 4 kumulativ vorliegen müssen, um den Motor als Wirbelstrombremse einzusetzen.
Falls beide Bedingungen erfüllt sind, wird der Ja-Verzweigung entsprechend zum Verfahrensschritt 5 fortgefahren, gemäß dem die aktive Regelung FOR ausgeschaltet wird und der Phasen- bzw. Bremsstrom I₁ gemäß einem zweiten Kennfeld erzeugt wird, welches sich üblicherweise vom ersten Kennfeld aus Verfahrensschritt 3 unterscheidet. Die Energie wird im Rotor abgebaut (Wirbelstrom).
Falls die beiden Bedingungen gemäß Verfahrensschritt 4 nicht kumulativ erfüllt sind, wird entsprechend der Nein-Verzweigung fortgefahren und insbesondere der normale Betrieb fortgeführt. Auch nach dem Durchlaufen des Verfahrensschrittes 5 wird mit dem normalen Verfahrensbetrieb fortgefahren.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Lenkwelle von einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird, der in Abhängigkeit von Fahrzeug-Zustandsgrößen und Fahrzeug-Betriebsgrößen von einer Steuer- und Regeleinheit zur Erzeugung eines Phasenstromes angesteuert wird, wobei im Antriebsmotor entweder ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment erzeugbar ist und bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenzdrehzahl (n_Grenz,u) des Antriebsmotors der Phasenstrom (I₁) als Bremsstrom erzeugt und auf einen Maximalwert (I_1,max) begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenstrom (I₁) zwischen einer unteren Grenzdrehzahl (n_Grenz,u) und einer oberen Grenzdrehzahl (n_Grenz,o) rampenförmig ansteigt und oberhalb der oberen Grenzdrehzahl (n_Grenz,o) auf den Maximalwert (I_1,max) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass im Lenksystem eine Bremsanforderung vorliegt und zugleich die Motordrehzahl einen Schwellenwert (n_Schwelle) überschreitet, der Phasenstrom (I₁) als Bremsstrom erzeugt und eine aktive Regelung im Lenksystem abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (n_Schwelle) für die Motordrehzahl (n) kleiner ist als die Grenzdrehzahl (n_Grenz,u)