EP2376323A2 - Verfahren zum betreiben einer hilfskraftlenkung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer hilfskraftlenkung

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EP2376323A2
EP2376323A2 EP09796341A EP09796341A EP2376323A2 EP 2376323 A2 EP2376323 A2 EP 2376323A2 EP 09796341 A EP09796341 A EP 09796341A EP 09796341 A EP09796341 A EP 09796341A EP 2376323 A2 EP2376323 A2 EP 2376323A2
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EP
European Patent Office
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motor
torque
engine torque
computer
limit curve
Prior art date
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Withdrawn
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EP09796341A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arnulf Heilig
Stefan Gruener
Michael Sprinzl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0493—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting processor errors, e.g. plausibility of steering direction
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power-assisted power steering system, to such an auxiliary power steering, and to a computer program and a computer program product for carrying out the method.
  • EPS Electric Power Steering
  • a setpoint engine torque for the EPS motor is functionally calculated by various components and adjusted by a motor current control.
  • the essential steering functions are calculated temporally and functionally dv ⁇ rsitar and the results compared. In this case, it should be ensured that any errors that are present do not lead to safety-critical driving situations.
  • the presented method is used to operate a power steering system, with an electronic computing unit calculating an engine torque and admitting it by means of a suitable engine control.
  • an electronic computing unit calculating an engine torque and admitting it by means of a suitable engine control.
  • the calculated engine torque in the context of a 3-level concept.
  • an intrinsically safe motor torque limit curve is used as a function of an actual torque, for example an actual hand torque or a driver torque.
  • An integration of a component above the motor torque limit curve and a de-integration of an integrator with Ante! performed below the engine torque limit curve.
  • the SoII engine torque is limited in level 1 on a first irrigation swing, and in level 2, the limit is monitored.
  • the HHfskraftlenkung be transferred to a safe state. This may mean that the system is shut down.
  • a widening of the upper and lower limits takes place only in accordance with the correct direction of rotation.
  • a widening of the upper and lower limits can only take place from certain engine torques.
  • the application should be determined by vehicle search.
  • the aim is that all operating conditions within the engine torque limit curve are intrinsically safe, i. remain manageable for the normal driver.
  • the proposed power steering system of a motor vehicle is used in particular for carrying out a method as described above and comprises: an electric motor for initiating a predetermined additional torque to achieve a free l-entanorne ⁇ tbeein kgung,
  • an electronic control unit for controlling the motor which is adapted to calculate a target engine torque, so that a desired Beurti- mung torque on the steering handle adjusts a control deviation between the target and Istbetuschistsmmoment by calculating a target engine torque can be minimized by a suitable motor control.
  • a suitable motor control for example, by a current control, can beLeehe.
  • the power steering system may further include a microprocessor communicating with a security computer
  • safety-critical faulty control mechanisms which are caused, for example, by computer errors of the microprocessor, can be detected sufficiently quickly so that the steering system assumes the safe state It is important to know before safety-critical effects on the vehicle and occupants arise.
  • the presented function can be embedded in the security concept of existing EPS systems with a computing unit.
  • the monitoring is done primarily by observing the combination of manual and engine torque.
  • the driver's torque i. the moment that the driver feels on the steering wheel can be used, which is calculated from the manual torque (torsion bar torque) by compensating for the moment inertia influences of the steering wheel.
  • torque bar torque the manual torque
  • the whole system behavior of the power steering system is monitored by this concept, so that a monitoring of the individual functionalities hinfallg. This also simplifies the proof of safety.
  • the Ebi computer program includes program code means for performing all the steps of a method as described above when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit.
  • a tampere program product includes these program code means stored on a computer-readable medium.
  • This computer program may be stored on a computer-readable medium such as a floppy disk, CD, DVD, hard disk, USB memory stick or the like, or an internet server as a computer program product. From there, the computer program can be transferred to a memory element of the control unit.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows in a graph the curve of the motor-mode limit curve for clarifying the method according to the invention.
  • FIG. 1 an embodiment of the power steering system, generally designated by the reference numeral 10, shown.
  • the illustration shows a steering handle 12, a front axle 14 with two hinged R ⁇ dem 16, an electric motor 18 and a controller 20th
  • FIG. 2 a graph 30 of the engine torque limit curve is shown in a graph. The actual hand moment is plotted on an abscissa 32 and the engine torque is plotted on an ordinate 34.
  • the level 2 diveraitare algorithm recognizes this at a threshold B and can shade the system. It's good

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) vorgestellt, bei dem mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird, wobei eine Plausibilisierung des berechneten Motormoments im Rahmen eines 3 Ebenen Konzepts durchgeführt wird, wobei eine Integration eines Anteils oberhalb der Motormoment-Grenzkurve und eine Dekrementier?ng eines Integrators mit Anteil unterhalb der Motormoment-Grenzkurve durchgeführt wird, das SoIl-Motormoment in Ebene 1 bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt wird und in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung erfolgt dabei wird eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve in Abhängigkeit eines ist-Moments herangezogen.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftienkung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, eine solche HHfskrafttenkung sowie ein Computerprogramm und ein Computerpro- grarnrnprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Hilfskraft- bzw. Servolenkungen werden eingesetzt, wenn eine Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs beim Lenken im Stand, beim Rangieren oder bei Fahrt erreicht werden eoN. Bei elektrischen bzw. eiektromechantschen Hilfskraftlenkungen (EPS: Electric Power Steering) wird funktional abhangig von verschiedenen Komponenten ein Soll- Motormoment für den EPS-Motor berechnet und durch eine Motorstromrege- hing eingesteift.
Es ist bekannt, HitfekrafUenkungen mit Steuergeräten, die Ober einen Rechner verfügen, mit einem inteligenten Sicherheitsrechner, der auch als Watchdog bezeichnet wird, einzusetzen. Zur Ptausibilisierung des Rechners hat sich das sogenannte 3 Ebenen Konzept bewahrt.
Zur Erkennung von Rechenfehlern werden die wesentlichen Lenkfunktionen zeitlich und funktional dvβrsitar berechnet und die Ergebnisse verglichen. Dabei soll erreicht werden, dass ggf. vorliegende Fehler nicht zu sicherheitskritischen Fahrsituationen fuhren.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung, wobei mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motorensteuerung eingesteht wird. Es wird eine Plausibiisie- rung des berechneten Motormoments im Rahmen eines 3 Ebenen Konzepte durchgefOhrt. Weiterhin wird eine eigensichere Motormoment-Grenzkurve in Abhängigkeit eines Ist-Moments, bspw. eines Ist-Handmomentes oder eines Fahrermoments, herangezogen. Dabei wird eine Integration eines Anteils oberhalb der Motormoment-Grenzkurve und eine DeJαrementierung eines Integrators mit Ante! unterhalb der Motormoment-Grenzkurve durchgeführt. Das SoII- Motormoment wird in Ebene 1 bei einer ersten IrrtegrationsschweHe begrenzt und es erfolgt in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung.
In Ausgestaltung ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass eine Aufweitung der ύberwachungsgrenzen unter folgenden Bedingungen erfolgt
generatorischer Betriebszustand des Motors und Motordrehzahl oberhalb einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit.
Dabei kann bei Oberschreiten einer vorgegebenen Schwelle in Ebene 2 die HHfskraftlenkung in einen sicheren Zustand überführt werden. Dies kann bedeuten, dass das System abgeschaltet wird.
In Ausgestaltung erfolgt eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur bei entsprechend richtigem Drehsinn. Zudem kann eine Aufweitung der oberen bzw. unteren Grenzen nur ab bestimmten Motormomenten erfolgen.
Da die Motormoment-Grenzkurve fahrzeugabhβngig ist, sollte die Applikation durch Fahrvβrsuche ermittelt werden. Ziel ist, dass alle Betriebszustande innerhalb der Motormoment-Grenzkurve eigensicher sind, d.h. für den Normalfahrer beherrschbar bleiben.
Die vorgestellte Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs dient insbesondere zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens und weist auf: einen Elektromotor zur Einleitung eines vorgegebenen Zusatzmoments zur Erzielung einer freien l-entanorneπtbeeinflussung,
eine Einrichtung zur Erfassung eines aktueien Handmoments,
eine Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Größen des Motors,
eine Einrichtung zur Erfassung einer Rotorposttion.
ein elektronisches Steuergerät zur Ansteuerung des Motors, das geeignet ist, ein Sollmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes BeUrti- gungsmoment an der Lenkhandhabe einstellt Dabei kann eine Regelabweichung zwischen dem Soll- und Istbetätigungsmmoment durch Berechnung eines Soll-Motormoments minimiert werden, das durch eine geeignete Motoran- steuerung. bspw. durch eine Stromregelung, eingestehe werden kann.
Die Hilfskraftlenkung kann weiterhin einen Mikroprozessor aufweisen, der mit einem Sicherheitsrechner kommuniziert
Es wird außerdem ein Steuergerät beschrieben, das insbesondere zum Einsatz in einer Hβfskraffienkung der vorstehend beschriebenen Art ausgelegt ist und zur AnstBuerung eines Elektromotors dient Dieses Steuergerät ist dazu geeignet ein Soihnotorrnoment zu berechnen, so dasβ sich ein gewünschtes Betaü- gungsmoment an der Lenkhandhabe einstellt. Dabei kann eine Regelabweichung zwischen dem SoI- und Istbetβtigungsmoment durch Berechnung eines bspw. geregelten SoH-Motormoments minimiert werden, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt werden kann.
Mit dem vorgesteiften Verfahren können, zumindest in einigen der beschriebenen Ausführungen, sicherheitskritische Fehlansteuerungen, die bspw. durch Rechnerfehler des Mikroprozessors hervorgerufen werden, ausreichend schnell erkannt werden, so dasβ das Lenksystem in den sicheren Zustand QbβrfOhrt werden kenn, bevor sich sicherheitskritische Auswirkungen für das Fahrzeug und Insassen ergeben. Die vorgestellte Funktion laset sich in das Sicherheitskonzept bestehender EPS-Systeme mit einer Recheneinheit einbetten.
Die Überwachung erfolgt vornehmlich durch die Beobachtung der Kombination von Hand- und Motormoment. Optional kann auch anstelle des Hand- bzw. Drehstabmoments das Fahrermomeπt, d.h. das Moment, das der Fahrer am Lenkrad spürt, verwendet werden, das aus dem Handmoment (Drehstabmoment) berechnet wird, indem die Momentträgheitseinflusse des Lenkrads kompensiert werden. Dabei erfolgt eine Begrenzung auf zulässige Kombinationen im Funktionspfad (Ebene 1). wodurch eine hohe Robustheit gewahrleistet ist. Weiterhin wird durch dieses Konzept das gesamte Systemverhalten der Hilfskraftlenkung Oberwacht, so dass eine Überwachung der einzelnen Funktionalitäten hinfallg wird. Hierdurch wird auch der Sicherheitsnachweis vereinfacht.
Ebi Computerprogramm umfββst Programmcodemittel, um alle Schritte eines Verfahrens, wie dies voranstehend beschrieben ist durchzufuhren, wenn das Cofnputerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
Ein (tamputerprogrammprodukt umfasst diese Programmcodemittel, die auf einem computerleebaren Datenträger gespeichert sind.
Dieses Computerprograrnm kann auf einem computerlesbaren Datenträger, wie bspw. einer Diskette, CD, DVD, Festplatte, einem USB Memory Stick oder ähnlichem, oder einem Intemetserver als Conφuterprogrammprodukt gespeichert sein. Von dort kann das Computerprogramm in ein Speicherelement des Steuergeräts übertragen werden.
Wertere Vorteϊe und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Ee versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmaie nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vonlegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines AusfOhrungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausfuhrung der βrlindungsgemttton Hilfskranienkung.
Figur 2 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Motormomaπt- Grenzkurve zur Verdeutlichung des erfindungsgemä&en Verfahrens.
In Figur 1 ist eine Ausfuhrungsform der Hilfskraftlenkung, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt. Die Darstellung zeigt eine Lenkhandhabe 12, eine Vorderachse 14 mit zwei angelenkten Rβdem 16, einen Elektromotor 18 und ein Steuergerät 20.
In Figur 2 ist in einem Graphen ein Verlauf 30 der Motormoment-Grenzkurve dargestellt Dabei ist an einer Abszisse 32 das Ist-Handmoment und an einer Ordinate 34 das Motormoment aufgetragen.
Erreicht das Motormoment den schraffierten Bereich, wird der Anteil oberhalb der Grenzkurve 30 aufintegriert. Erreicht der Integrator eine einstellbare Schwelle A, so wird in Ebene 1 das Motormoment auf die Grenzkurve 30 begrenzt. Solle, bspw. aufgrund eines Rechnerfehlers, die Begrenzung in Ebene 1 nicht korrekt erfolgen, so erkennt dies der diveraitare Algorithmus in Ebene 2 bei einer Schwelle B und kann das System abschatten. Es gut |B| > |A|.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bβtrefeβn einer I Hfskf oflkwikung (10), bei dem mit einer elektronischen Recheneinheit ein Motormoment berechnet und durch eine geeignete Motoransteuerung eingestellt wird, wobei eine PtauefcHisierung deβ berechneten Motormoment» im Rahmen eines 3 Ebenen Konzepts durchgeführt wird, wobei eine Integration einet Anteils oberhalb einer Motormomβnt- Grenzkurve (30) und eine Oekrementierung eines Integrators mit Anteil unterhalb der Motorrnoment-Grenzkurve (30) durchgeführt wird, das SoI- Motormoment in Ebene 1 bei einer ersten Integrationsschwelle begrenzt wird und in Ebene 2 eine Überwachung der Begrenzung erfolgt, dadurch gekennzeichnet dass
eine eigensichere Motormoment-Grsnzkurve (30) in Abhängigkeit eines Ist- Moments herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine AufWeKung der Überwa- chungsgrenzen unter folgenden Bedingungen erfolgt:
generatorischer Betriebszustand des Motors (18) und MolordrahzaN oberhalb einer bestimmten Rotation sgewchwinrHQketf.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei Überschreiten eβier Schwele in Ebene 2 de tt«skrβ«enkung (10) in einen sicheren Zustand überführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Aufwertung der oberen bzw. unteren Grenzen nur bei entsprechend richtigem Drehsinn erfolgt
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Aufwertung der oberen bzw. unteren Grenzen nur ab bestimmten Motormomenten erfolgt
6. Verfahren nach ehern der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Motorrnoment- Grenzkurve (30) durch Fahrversuche ermittelt wird und dadurch die Bgβnsl- cherhβit der Grenzkurve (30) nachgewiesen wird.
7. HHfskraftenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit
einem einem Elektromotor (18) zur Erteilung emββ vorgegebenen Zusetzmo* mβπts zur Erziolung einer freien Lenkiπomentbeeinflmsung,
einer Einrichtung zur Erfassung eines aktuellen Handmoment»,
einer Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Grollen des Motors (18),
einer Einrichtung zur Erfassung einer Rotorpostton,
einem elektronisches Steuergerät (20) zur Ansteuerung des Motors (18). das geeignet ist, ein SoMmotormoment zu berechnen, so dass eich ein gewünschtes Bettt-gungsmαrnent an einer Lenkhandhabe (12) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (20) dazu ausgelegt ist, eine Regelabweichung zwischen dem SoH- und MbelMigiingsmoment durch Berechnung eines SoO-Motormoments zu minimieren, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingestttt werden kann.
8. Hirrskrafflenkung nach Anspruch 7. die weiterhin «inen Mikroprozessor aufweist, der mit einem Sichemeitarachnβr kommuniziert
9. Steuergerät, insbesondere zum Einsatz in einer Httfβkraftteπkung nach Anspruch 7 oder 8, das zur Anstβuerung eines Elektromotors (18) dient und geeignet ist, ein Solmotormoment zu berechnen, so dass sich ein gewünschtes BetMgungsmoment an der Lenkhandhsbe (12) einstelt, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät dazu ausgelegt ist. eine Regelabweichung zwischen dem SoI- und Istbetttigungpmoment durch Berechnung βinea Sc*4Λctorrnomerrta zu minimieren, das durch eine geeignete Motoransteuerung eingesteht werden kann.
10. Computarprogramm mit Prograrnmoodernitteln, um ata Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzufuhren, wenn das Com- putβrDrograπm auf einem Computer oder einer ertopracheiicta Rβchenetahert durchgeführt wird.
11. Cαnputβφrcφsmmprodukt mit Programmcodβrrήteh, dte auf einem OMTiputertoabaren Oatanlrβgβr gespeichert sind, um aββ Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, warm das Computer- programm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
EP09796341A 2009-01-13 2009-12-03 Verfahren zum betreiben einer hilfskraftlenkung Withdrawn EP2376323A2 (de)

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EP (1) EP2376323A2 (de)
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