WO2002094635A1 - Verfahren zum lenken eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2002094635A1
WO2002094635A1 PCT/DK2002/000287 DK0200287W WO02094635A1 WO 2002094635 A1 WO2002094635 A1 WO 2002094635A1 DK 0200287 W DK0200287 W DK 0200287W WO 02094635 A1 WO02094635 A1 WO 02094635A1
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WO
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torque
current
motor
steering
frequency
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Application number
PCT/DK2002/000287
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frederiksen Torben
Original Assignee
Sauer-Danfoss Holding A/S
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Publication date
Application filed by Sauer-Danfoss Holding A/S filed Critical Sauer-Danfoss Holding A/S
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0469—End-of-stroke control

Definitions

  • the invention relates to a method for steering a vehicle, in which a steering element is adjusted by a torque of an electric motor which is supplied with current by a converter with a feed frequency.
  • Such methods are used for example in the steering of industrial vehicles, such as forklifts or similar vehicles.
  • the steering element for example the steered rear wheel of the forklift truck
  • a control device for example a control stick or "joy stick"
  • the driver uses the control device to control a converter that supplies the electric motor with a supply voltage that is generally multi-phase.
  • An induction motor in particular an asynchronous motor, is often used as the electric motor.
  • the steering frequency for example the speed at which the motor changes the angular position of the steering element, can be set, for example, via the supply frequency of the converter.
  • Efforts are being made to design such steering drives ever smaller and more cost-effectively. Since in vehicles the steering element must have contact with the ground, the surroundings of the steering element and thus also the steering drive are exposed to a relatively high risk of contamination, so that the use of sensors is problematic. Sensors also increase costs and should therefore be avoided if possible.
  • the steered wheel can be blocked if it is stuck in a heavy floor or if the wheel has been driven against resistance, for example a curb or a pallet that is in the way. In this case, operating the control lever is of no use.
  • the object of the invention is to overcome problem cases with as little effort as possible.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by monitoring the current, increasing the torque of the motor when a threshold value is exceeded, and checking whether the steering element continues to be obstructed.
  • a sensor is required, namely a device that monitors the current with which the motor is fed.
  • This facility can but are in a protected location. It is present in many converter-fed motors anyway, because it is required for certain information that is required to control the converter. If the steering element is blocked, for example the steered wheel can no longer turn, then the current increases. The motor then basically behaves like a transformer, the secondary side of which is short-circuited. One can therefore conclude from the increase in the current that the wheel is blocked or disabled. Of course, not every increase in the current is an indication of a blocking of the steering element. For this reason, the threshold value is used which is selected so that it is not exceeded in "normal operation", that is to say without the steering element being blocked.
  • Torque of the engine kept at the high value. If not, then the moment can be reduced again.
  • the torque is preferably increased to the maximum torque.
  • the maximum torque is usually three to five times as large as the highest torque occurring in "normal" operation. If a blockage can be overcome, it can be assumed that this is most possible with the maximum torque.
  • the use of the maximum torque usually also shortens the time in which the motor current is very high. For thermal reasons, this fault should therefore not last too long, if possible.
  • the supply frequency is preferably reduced when the torque is increased. This takes into account the fact that the converter has a limited capacity.
  • the output which is often thermally limited, is determined from the product of torque times supply frequency. If the supply frequency is reduced, the converter is not overloaded. Despite the possibility of eliminating faults, you can work with a relatively weakly dimensioned converter that is sufficient for normal operation.
  • the supply frequency and the torque are preferably matched to one another at the greatest possible torque so that the converter is operated at maximum output. Put simply, you lower the memory frequency as the torque is increased. An increase in torque is also possible if the converter has not previously been operated at maximum power.
  • the supply frequency is preferably reduced using a predetermined time function. It is thus avoided that the feed frequency jumps, which in many cases would mean too much load on the motor. Rather, the feed frequency is continuously reduced.
  • the function preferably has at least two sections with different slopes. Here one takes into account the fact that in isolated
  • a test mode is periodically initiated, in which the torque is reduced and the feed frequency is increased, and a check is carried out to determine whether the current falls below a predetermined value.
  • the predetermined value can be the threshold value specified above.
  • the feed frequency is preferably selected to be twice as high as in the sections lying between two test modes. This enables a clear distinction to be made between the test mode and the peak torque mode in between, so that the end of the fault can be reliably recognized.
  • 1 is a schematic representation of a vehicle steering
  • 2 shows a schematic illustration when steering into a first accident
  • Fig. 4 shows a corresponding representation in a third accident.
  • Fig. 1 shows schematically a steering device 1 for actuating a steered wheel 2, wherein the deflection of this steered wheel 2 is caused by a steering handwheel 3.
  • a steering handwheel 3 instead of the steering handwheel 3, another command transmitter, for example a control stick or the like, can be used.
  • the wheel 2 is driven by a motor 4, which is fed by a converter or, as shown, inverter 5.
  • the energy required for this comes from a vehicle battery 6, which supplies an intermediate circuit 7 with electrical energy.
  • the intermediate circuit 7 is schematically symbolized here by an inductance.
  • the inverter 5 works in multiple phases with a phase corresponding to the number of phases of the motor 4.
  • Two semiconductor switches 8 are provided for each phase, for example thyristors or transistors, which are controlled by a control circuit 9, which follow works on the principle of a pulse inverter.
  • the control circuit 9 receives commands from a sensor 10 which is arranged on the steering handwheel. Furthermore, the control circuit 9 receives information which a control unit 11 determines with the aid of a sensor 12 which determines the current I in the intermediate circuit 7.
  • the wheel 2 is deflected by the motor 4 after the steering handwheel 3 has been actuated.
  • the angular bearings of wheel 2 are not monitored by a sensor.
  • the actuation of the steering handwheel 3 by a driver is rather emotional, d. H. the driver as a person forms the controller that actuates the steering wheel 3 so that the vehicle follows a desired route.
  • a malfunction can be, for example, that the wheel is blocked or at least stuck. Such a situation can occur, for example, if the wheel 2 is caught in a track groove and the motor 4 is too weak to release the wheel from this blockage. Another situation of this type occurs when the wheel has come to a resistance on one side, for example a pallet lying in the way. Here, the normal torque of the motor 4 is also not sufficient to free the wheel. Finally, there is also a situation where the wheel is caught in "heavy ground", such as damp sand or the like. Here, an actuation with the normal torque of the motor 4 is not without further res possible. However, one could ensure with an increased moment that the wheel 2 moves angularly again.
  • FIG. 2a shows a load torque L acting on the wheel 2.
  • FIG. 2b shows the current I in the intermediate circuit, more precisely the course of the peak values of the intermediate circuit current.
  • the peak value of the very uneven direct current corresponds to the phase current in the alternating voltage circuit. It is therefore an expression of the engine load.
  • 2c shows the frequency with which the inverter 5 is driven.
  • 2d shows the electromechanical torque given off by the motor 4.
  • 2c shows the motor speed ⁇ .
  • the load torque L takes on a relatively large value, as shown in FIG. 2a. If the motor 4, which is designed as an induction motor, for example as an asynchronous motor, is nevertheless controlled, it behaves more or less like a transformer which is operated in a short circuit.
  • the intermediate circuit current I rises in such a situation and thereby exceeds a threshold value I s , which is shown in broken lines in FIG. 2b.
  • This threshold value I s is also referred to as the peak torque detection level. Basically, this does not require a correct measurement of the direct current. It is enough, if one can determine whether the threshold value has been exceeded or fallen below. Exceeding is determined if all peaks or "peaks" are greater than the threshold value within a certain period of time, and falling below if all peaks lie below the threshold value within a predetermined period of time.
  • the control circuit 9 controls the semiconductor switch 8 so that the frequency s is lowered. This lowering takes place in a first ramp 13 with a relatively low rate of change. If no change in the current I has occurred by the end of the ramp, the frequency is further reduced along a second, substantially steeper ramp 14. If you ensure that the output power of the inverter 5 remains the same, then the electromechanical torque M, which the motor 4 emits, increases sharply. This is shown in Fig. 2d. The product of frequency and moment M is chosen so that the inverter 5 does not experience any thermal overload. The peak torque M s achieved here is a factor of three to five times greater than the normal torque that the engine 4 outputs.
  • CM check mode
  • the frequency f is then raised to its normal value.
  • the motor is accelerated with a brief increase in the torque M, as can be seen from FIG. 2e.
  • the motor is then operated at its normal rotational speed, so the wheel 2 adjusts relatively quickly. A relatively small moment M is sufficient for this, as can be seen in FIG. 2d.
  • the frequency f is reduced and the output torque M of the motor 4 is increased.
  • the CM check phases are used to check whether the desired effect is associated with this. Since the intermediate circuit current I does not decrease, it is assumed that the blocking will continue.
  • the motor does not rotate, as can be seen from FIG. 3e, in which the angular velocity ⁇ of the motor is plotted.
  • an error signal to be output after a predetermined number of checking phases, for example five or ten checking phases CM, so that the driver of the vehicle can, if necessary, take other measures to remedy the situation.
  • FIG. 4 shows an operating situation in which there is also a relatively large load torque L, but which is smaller than the load torque in FIG. 3.
  • the intermediate circuit current I rises above the threshold value I s .
  • the frequency f of the current with which the motor 4 is supplied is correspondingly reduced in two ramps 13, 14 and the torque M is increased accordingly.
  • the example has now been chosen so that the torque M output by the motor is sufficient to overcome the load torque L. In this case, sets the motor 4 is in motion, as can be seen from FIG. 4e on the basis of the angular velocity ⁇ .
  • the reduced torque M is not sufficient to move the wheel 2 against the load torque L. Accordingly, the angular velocity co of the motor 4 drops drastically when the output torque M is reduced.
  • the motor 4 only manages to move the wheel 2 intermittently, so to speak. With such a procedure it is naturally to be expected that the wheel 2 will come free at some point.
  • the procedure has the advantage that the converter 5 in particular is not overloaded. It is ensured that the output power by lowering the frequency f does not exceed the maximum permissible value for the inverter 5 despite the increase in the torque M and the associated increase in the current.

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Abstract

Es wird Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs angegeben, bei dem ein Kenkorgan durch ein Drehmoment eines Elektromotors verstellt ird, der von einem Umrichter mit Strom mit einer Speisefrequenz versorgt wird. Man möchte Problemfälle mit möglichst geringem Aufwand überwinden können. Hierzu überwacht man den Strom, bei Überschreiten eines Schwellwertes das Drehmoment des Motors erhöht und überprüft, ob eine Behinderung des Lenkorgans andauert.

Description

Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs, bei dem ein Lenkorgan durch ein Drehmoment eines Elektromotors verstellt wird, der von einem Umrichter mit Strom mit einer Speisefrequenz versorgt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus DE 199 37 703 AI bekannt .
Derartige Verfahren werden beispielsweise bei der Lenkung von Flurförderfahrzeugen, wie Gabelstaplern oder ähnlichen Fahrzeugen, verwendet. Dabei besteht kein direkter Wirkzusammenhang mehr zwischen dem Lenkorgan beispielsweise dem gelenkten Hinterrad des Gabelstap- lers, und einer Steuereinrichtung, beispielsweise einem Steuerknüppel oder "joy-stick", mit dessen Hilfe der Fahrer das Fahrzeug steuert . Der Fahrer steuert mit Hilfe des Steuerorgans vielmehr einen Umrichter an, der den Elektromotor mit einer in der Regel mehrfasigen Speisespannung versorgt. Als Elektromotor wird vielfach ein Induktionsmotor, insbesondere ein Asychronmotor verwendet. Über die Speisefrequenz des Umrichters läßt sich beispielsweise die Lenkgeschwindigkeit einstellen, also die Geschwindigkeit, mit der der Motor die Winkel - position des Lenkorgans verändert. Man ist bestrebt, derartige Lenkantriebe immer kleiner und kostengünstiger auszugestalten. Da bei Fahrzeugen das Lenkorgan mit dem Boden Kontakt haben muß, ist die Umgebung des Lenkorgans und damit auch der Lenkantrieb einer relativ großen Verschmutzungsgefahr ausgesetzt, so daß der Einsatz von Sensoren problematisch ist. Sensoren erhöhen darüber hinaus die Kosten und sind deswegen möglichst zu vermeiden.
Bei der Lenkung von Fahrzeugen treten nun von Zeit zu Zeit Situationen auf, in denen sich das Fahrzeug nicht so verhält, wie dies vom Fahrer gewünscht wird. Beispielsweise kann das gelenkte Rad blockiert werden, wenn es in einem schweren Boden festsitzt oder das Rad gegen einen Widerstand gefahren worden ist, beispielsweise eine Bordsteinkante oder eine Palette, die im Weg liegt. In diesem Fall nützt eine Betätigung des Steuerhebels nichts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Problemfälle mit möglichst geringem Aufwand zu überwinden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man den Strom über- wacht, bei Überschreiten eines Schwellwertes das Drehmoment des Motors erhöht und überprüft, ob eine Behinderung des Lenkorgans andauert .
Mit dieser Vorgehensweise benötigt man zwar einen Sen- sor, nämlich eine Einrichtung, die den Strom überwacht, mit dem der Motor gespeist wird. Diese Einrichtung kann sich aber an einer geschützten Stelle befinden. Sie ist ohnehin in vielen umrichtergespeisten Motoren vorhanden, weil sie für gewisse Informationen benötigt wird, die zur Steuerung des Umrichters erforderlich sind. Wenn das Lenkorgan blockiert ist, sich das gelenkte Rad beispielsweise nicht mehr weiter drehen kann, dann steigt der Strom an. Der Motor verhält sich dann im Grunde wie ein Transformator, dessen Sekundärseite kurzgeschlossen ist. Man kann also aus dem Anstieg des Stromes schließen, daß das Rad blockiert oder behindert ist. Natürlich ist nicht jeder Anstieg des Stromes ein Hinweis auf eine Blockierung des Lenkorgans. Aus diesem Grunde wird der Schwellwert verwendet, der so gewählt ist, daß er im "Normalbetrieb", also ohne Blockierung des Lenkorgans, nicht überschritten wird. Wenn das Rad blockiert ist, kann man versuchen, das auf das Rad wirkende Moment zu erhöhen, um das Rad wieder frei zu bekommen. Die Erhöhung des Moments ist in der Regel auch mit einer Erhöhung des Stromes verbunden, so daß man nach der Erhöhung des Moments nicht mehr aus der Größe des Stromes alleine auf das Vorliegen eines Fehlerzustandes schließen kann. Man muß daher zusätzliche Maßnahmen treffen und überprüfen, ob die Behinderung des Lenkorgans andauert. Solange die Behinderung andauert, das Rad also blockiert ist, wird das elektromechanische
Drehmoment des Motors weiter auf dem hohen Wert gehalten. Wenn nicht, dann kann das Moment wieder abgesenkt werden.
Vorzugsweise erfaßt man zur Überwachung des Stroms den
Zwischenkreisstrom des Umrichters. Dies vereinfacht die Erfassung des Stromes, weil es sich hier um einen Gleichstrom handelt. Darüber hinaus erhält man vor allem bei mehrphasigen Motoren hier im Grunde eine Information über alle Phasen des Motors.
Vorzugsweise erhöht man das Drehmoment auf das maximale Drehmoment. Das maximale Drehmoment ist in der Regel drei bis fünf Mal so groß wie das höchste im "normalen" Betrieb vorkommende Drehmoment. Wenn sich eine Blockie- rung überwinden läßt, dann ist davon auszugehen, daß dies mit dem maximalen Drehmoment am ehesten möglich ist. Der Einsatz des maximalen Drehmoments verkürzt in der Regel auch die Zeit, in der der Strom des Motors sehr hoch ist. Dieser Fehlerfall sollte also aus ther- mischen Gründen möglichst nicht all zu lange anhalten.
Vorzugsweise senkt man beim Erhöhen des Drehmoments die Speisefrequenz ab. Damit trägt man der Tatsache Rechnung, daß der Umrichter eine begrenzte Leistungsfähig- keit hat. Die Leistung, die vielfach thermisch begrenzt ist, wird bestimmt aus dem Produkt Drehmoment mal Speisefrequenz. Wenn man die Speisefrequenz absenkt, dann wird der Umrichter nicht überlastet. Man kann also trotz der Möglichkeit einer Störungsbeseitigung mit ei- nem relativ schwach dimensionierten Umrichter arbeiten, der für den Normalbetrieb ausreicht .
Vorzugsweise paßt man die Speisefrequenz und das Drehmoment bei größtmöglichem Drehmoment so aneinander an, daß der Umrichter mit maximaler Leistung betrieben wird. Vereinfacht ausgedrückt senkt man also die Spei- sefrequenz in dem Maße ab, wie man das Drehmoment erhöht. Eine Erhöhung des Drehmoments ist darüber hinaus möglich, wenn der Umrichter zuvor noch nicht mit maximaler Leistung betrieben worden ist.
Bevorzugterweise senkt man die Speisefrequenz mit einer vorbestimmten zeitlichen Funktion ab. Man vermeidet also, daß die Speisefrequenz springt, was in vielen Fällen eine zu große Belastung des Motors bedeuten würde. Man senkt die Speisefrequenz vielmehr kontinuierlich ab.
Vorzugsweise weist die Funktion mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Steigungen auf. Hierbei trägt man der Tatsache Rechnung, daß in vereinzelten
Ausnahmefällen bereits eine kleine Erhöhung des Drehmoments ausreicht, um das blockierte Lenkorgan wieder frei zu bekommen. In diesem Fall ist auch nur eine kleine Absenkung der Speisefrequenz erforderlich und das Lenkorgan kann im übrigen wieder mit einer relativ hohen Lenkgeschwindigkeit betätigt werden. Wenn hingegen die geringen Absenkung des Speisefrequenz noch nicht ausgereicht hat, dann senkt man die Speisefrequenz möglichst schnell auf einen Minimalwert ab, um die Belastung des Umrichters klein zu halten.
Bevorzugterweise leitet man nach dem Erhöhen des Drehmoments und einer vorbestimmten Wartezeit periodisch einen Prüfmodus ein, bei dem man das Drehmoment absenkt und die Speisefrequenz erhöht und dabei überprüft, ob der Strom einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Der vorbestimmte Wert kann dabei der oben angegebene Schwellwert sein. Wie ebenfalls bereits oben angegeben worden ist, kann man dann, wenn die Speisefrequenz abgesenkt und das Drehmoment erhöht worden ist, mit Hilfe des Stromes alleine nicht mehr feststellen, ob die Blockade des Lenkorgans andauert oder aufgehört hat . Aufgrund des hohen Drehmoments fließt auf jeden Fall ein relativ großer Strom. Wenn man nun einen Prüfmodus verwendet, bei dem das Drehmoment abgesenkt und die Speisefrequenz erhöht wird, bekommt man dann, wenn die Blockade des Lenkorgans aufgehört hat, eine entsprechende Absenkung des Stromes während des Prüfmodus . Diese Absenkung des Stromes ist dann ein Indiz dafür, daß die Blockade aufgehört hat und man kann wieder in die normale Betriebsweise übergehen.
Vorzugsweise wird im Prüfmodus die Speisefrequenz doppelt so groß gewählt wie in den zwischen zwei Prüfmodi liegenden Abschnitten. Damit ist eine deutliche Unter- Scheidung zwischen Prüfmodus und dem dazwischen liegenden Spitzenmoment-Modus möglich, so daß die Beendigung des Störfalles zuverlässig erkannt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug- ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeuglenkung, Fig. 2 eine schematische Darstellung beim Lenken in einen ersten Störfall,
Fig. 3 eine entsprechende Darstellung in einem zwei- ten Störfall und
Fig. 4 eine entsprechende Darstellung in einem dritten Störfall.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Lenkeinrichtung 1 zur Betätigung eines gelenkten Rades 2, wobei die Auslenkung dieses gelenkten Rades 2 über ein Lenkhandrad 3 veranlaßt wird. Es besteht allerdings keine mechanische Wirkverbindung zwischen dem Rad 2 und dem Lenkhandrad 3. Anstelle des Lenkhandrades 3 kann auch ein anderer Befehlsgeber, beispielsweise ein Steuerknüppel oder ähnliches, verwendet werden.
Das Rad 2 wird von einem Motor 4 angetrieben, der von einem Umrichter oder, wie dargestellt, Wechselrichter 5 gespeist wird. Die hierzu notwendige Energie stammt aus einer Fahrzeugbatterie 6, die einen Zwischenkreis 7 mit elektrischer Energie versorgt. Der Zwischenkreis 7 ist hier durch eine Induktivität schematisch symbolisiert.
Der Wechselrichter 5 arbeitet mehrphasig mit einer der Zahl der Phasen des Motors 4 entsprechenden Phasen. Für jede Phase sind zwei Halbleiterschalter 8 vorgesehen, beispielsweise Thyristoren oder Transistoren, die von einer Steuerschaltung 9 angesteuert werden, die nach dem Prinzip eines Pulswechselrichters arbeitet. Die Steuerschaltung 9 wiederum bekommt Befehle von einem Sensor 10, der am Lenkhandrad angeordnet ist. Weiterhin bekommt die Steuerschaltung 9 Informationen, die eine Steuereinheit 11 mit Hilfe eines Sensors 12 ermittelt, der den Strom I im Zwischenkreis 7 ermittelt.
Im ungestörten Fall wird das Rad 2 nach einer Betätigung des Lenkhandrades 3 durch den Motor 4 ausgelenkt. Hierbei erfolgt keine Überwachung der Winkellager des Rades 2 durch einen Sensor. Die Betätigung des Lenkhandrades 3 durch einen Fahrer erfolgt vielmehr gefühlsmäßig, d. h. der Fahrer als Mensch bildet den Regler, der das Lenkkandrad 3 so betätigt, daß das Fahr- zeug einer gewünschten Fahrstrecke folgt.
In manchen Fällen treten allerdings Störungen auf. Eine Störung kann beispielsweise darin bestehen, daß das Rad blockiert ist oder zumindest festsitzt. Eine derartige Situation kann beispielsweise auftreten, wenn das Rad 2 in einer Spurrille gefangen ist und der Motor 4 zu schwach ist, um das Rad aus dieser Blockierung zu befreien. Eine andere derartige Situation tritt auf, wenn das Rad einseitig zur Anlage an einen Widerstand gekom- men ist, beispielsweise eine im Weg liegende Palette. Hier ist das normale Moment des Motors 4 ebenfalls nicht ausreichend, um das Rad zu befreien. Schließlich gibt es auch eine Situation, bei der das Rad in einem "schweren Boden", beispielsweise feuchten Sand oder ähnlichem gefangen ist. Hier ist eine Betätigung mit dem normalen Drehmoment des Motors 4 nicht ohne weite- res möglich. Man könnte allerdings mit einem erhöhten Moment dafür sorgen, daß sich das Rad 2 winkelmäßig wieder bewegt .
Um derartige Fehlersituationen bewältigen zu können, verwendet man eine Vorgehensweise, die zunächst anhand von Fig. 2 erläutert werden soll. Fig. 2a zeigt ein auf das Rad 2 wirkendes Lastmoment L. Fig. 2b zeigt den Strom I im Zwischenkreis, genauer gesagt den Verlauf der Spitzenwerte des Zwischenkreisstroms. Der Spitzenwert des stark ungleichmäßigen Gleichstroms entspricht dem Phasenstrom im Wechselspannungskreis. Er ist damit ein Ausdruck der Motorbelastung. Fig. 2c zeigt die Frequenz, mit der der Wechselrichter 5 angesteuert wird. Fig. 2d zeigt das vom Motor 4 abgegebene elektromecha- nische Moment. Fig. 2c zeigt die Motorgeschwindigkeit ω.
Wenn nun der Fall auftritt, daß das Rad 2 gegen eine Winkelverstellung blockiert ist, dann nimmt das Lastmoment L einen relativ großen Wert an, wie in Fig. 2a dargestellt. Wenn nun der Motor 4, der als Induktionsmotor, beispielsweise als Asynchronmotor, ausgebildet ist, dennoch angesteuert ist, verhält er sich quasi wie ein Transformator, der im Kurzschluß betrieben wird.
Der Zwischenkreisstrom I steigt in einer derartigen Situation an und überschreitet dabei einen Schwellwert Is, der in Fig. 2b gestrichelt dargestellt ist. Dieser Schwellwert Is wird auch als Spitzenmoment-Erfassungs- pegel bezeichnet. Hierzu ist im Grunde keine richtige Messung des Gleichstroms erforderlich. Es reicht aus, wenn man das Über- und Unterschreiten des Schwellwerts feststellen kann. Ein Überschreiten wird dann festgestellt, wenn alle Spitzenwerte oder "Peaks" innerhalb eines gewissen Zeitraumes größer als der Schwellwert sind, ein Unterschreiten dann, wenn alle Peaks innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes unterhalb des Schwellwertes liegen.
Sobald man festgestellt hat, daß der Schwellwert Is überschritten worden ist (gestrichelter Abschnitt in
Fig. 2b), steuert die Steuerschaltung 9 die Halbleiterschalter 8 so an, daß die Frequenz s abgesenkt wird. Dieses Absenken erfolgt in einer ersten Rampe 13 mit einer relativ kleinen Änderungsgeschwindigkeit. Wenn sich bis zum Ende der Rampe keine Änderung des Stromes I eingestellt hat, wird die Frequenz entlang einer zweiten, wesentlich steileren Rampe 14 weiter abgesenkt. Wenn man dabei dafür sorgt, daß die Ausgangsleistung des Wechselrichters 5 gleich bleibt, dann steigt das elektromechanische Moment M, das der Motor 4 abgibt, stark an. Dies ist in Fig. 2d dargestellt. Das Produkt aus Frequenz und Moment M ist dabei so gewählt, daß der Wechselrichter 5 keine thermische Überbelastung erfährt. Das hierbei erreichte Spitzenmoment Ms ist um den Faktor drei bis fünf größer als das normale Drehmoment, das der Motor 4 abgibt. Man geht dabei davon aus, daß es, wenn überhaupt, mit einem entsprechend höheren Drehmoment des Motors 4 möglich sein müßte, das Rad 2 aus seiner blockierten Lage zu befreien. Dafür nimmt man in Kauf, daß sich der Motor 4 nur sehr langsam dreht . Allerdings läßt sich nach einer derartigen Veränderung von Moment und Frequenz anhand des Zwischenkreisstromes I nicht mehr ohne weiteres erkennen, ob der hohe Zwi- schenkreisstrom I nun auf eine Blockierung des Rades 2 zurückzuführen ist oder auf das hohe Moment, das der Motor 4 erzeugt .
Aus diesem Grunde sind in einer derartigen Situation, d. h. nach der Erhöhung des Moments, wiederholt Phasen eingerichtet, die mit CM bezeichnet werden (check- mode) , also Überprüfungsphasen.
In einer derartigen Überprüfungsphase CM wird die Fre- quenz f mit der der Wechselrichter 5 angesteuert wird und die sich dementsprechend im Motorstrom findet, erhöht. Gleichzeitig wird das elektromechanische Moment M abgesenkt. Dies ist schematisch durch Blöcke dargestellt. In Wirklichkeit wird man natürlich gewisse Übergangsfunktionen zwischen dem Normalbetrieb und dem Überprüfungsbetrieb CM annehmen müssen.
Wenn sich in einem derartigen Überprüfungsbetrieb CM keine Veränderung des Zwischenkreisstromes I ergibt, dann schließt man daraus, daß der hohe Zwischenkreis- strom immer noch auf die Blockierung des Rades 2 zurückzuführen ist. Man kehrt in diesem Fall wieder zum Störzustand zurück, bei dem ein großes Drehmoment Ms bei einer kleinen Frequenz erzeugt wird. Inmitten der dritten Überprüfungsphase CM tritt nun die Situation auf, daß bei etwas erhöhter Frequenz und entsprechend abgesenktem Moment Ms das Rad frei kommt . Dies läßt sich daran erkennen, daß der Zwischenkreis- ström I unter den Schwellwert Is sinkt.
Beim Passieren des Schwellwertes wird nun die Frequenz f wieder auf ihren Normalwert hochgefahren. Mit einer kurzzeitigen Erhöhung des Moments M wird der Motor be- schleunigt, wie man anhand von Fig. 2e erkennen kann. Der Motor wird dann also mit seiner normalen Drehgeschwindigkeit betrieben, verstellt das Rad 2 also relativ schnell. Hierfür reicht ein relativ kleines Moment M aus, wie dies in Fig. 2d zu erkennen ist.
Kurz zusammengefaßt erhöht man also im Fehlerfall, bei dem das Rad 2 blockiert ist, das elektromechanische Moment M des Motors und senkt die Speisefrequenz f des Motors ab. Dadurch ist sichergestellt, daß der Motor bei einer niedrigen Drehzahl ein hohes Moment liefert und zwar zu einem Zeitpunkt, wo ansonsten die Gefahr besteht, daß die Steuerung den Motor "verliert". Durch periodisches Erhöhen der Frequenz f und entsprechendes Absenken des Moments M überprüft man, ob das Rad noch blockiert ist. Sobald der Zwischenkreisstrom I absinkt, geht man davon aus, daß die Blockierung aufgehört hat.
Fig. 3 zeigt nun in entsprechender Weise eine Situation, bei der das Rad 2 trotz des erwähnten Verfahrens nicht von der Blockierung frei kommt, d. h. das Lastmoment L bleibt unverändert auf einem so großen konstan- ten Wert, daß der Motor 4 nicht in der Lage ist, das Rad 2 zu verstellen.
Sobald der Zwischenkreisstrom I den Schwellwert Is überschreitet, wird die Frequenz f abgesenkt und das Ausgangsmoment M des Motors 4 erhöht . Durch Überprüfungsphasen CM prüft man, ob damit die gewünschte Wirkung verbunden ist. Da der Zwischenkreisstrom I nicht absinkt, geht man davon aus, daß die Blockierung an- hält. Der Motor dreht sich also nicht, wie man anhand der Fig. 3e, in der die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors aufgetragen ist, erkennen kann.
Man kann nun auch vorsehen, daß nach einer vorbestimm- ten Anzahl von Überprüfungsphasen, beispielsweise fünf oder zehn Überprüfungsphasen CM ein Fehlersignal ausgegeben wird, so daß der Fahrer des Fahrzeugs gegebenenfalls andere Maßnahmen zur Abhilfe schaffen kann.
Fig. 4 zeigt eine Betriebssituation, bei der ebenfalls ein relativ großes Lastmoment L vorhanden ist, das aber kleiner ist, als das Lastmoment in Fig. 3.
Auch in diesem Fall steigt der Zwischenkreisstrom I über den Schwellwert Is an. Die Frequenz f des Stromes, mit dem der Motor 4 versorgt wird, wird entsprechend in zwei Rampen 13, 14 abgesenkt und das Drehmoment M entsprechend erhöht. Das Beispiel wurde nun so gewählt, daß das vom Motor abgegebene Drehmoment M ausreicht, um das Lastmoment L zu überwinden. In diesem Fall setzt sich der Motor 4 in Bewegung, wie aus Fig. 4e anhand der Winkelgeschwindigkeit ω zu erkennen ist.
In den Überprüfungsphasen CM, in denen das Ausgangsmo- ment M des Motors 4 abgesenkt wird, reicht das abgesenkte Moment M aber nicht aus, um das Rad 2 gegen das Lastmoment L zu bewegen. Dementsprechend sinkt die Winkelgeschwindigkeit co des Motors 4 beim Absenken des Ausgangsmoment M drastisch ab. Der Motor 4 schafft es also lediglich, das Rad 2 sozusagen intermetierend zu bewegen. Bei einer derartigen Vorgehensweise ist natürlich zu erwarten, daß das Rad 2 irgendwann frei kommt.
Die Vorgehensweise hat den Vorteil, daß insbesondere der Umrichter 5 nicht überlastet wird. Man sorgt dafür, daß die Ausgangsleistung durch das Absenken der Frequenz f trotz des Anhebens des Moments M und der damit verbundenen Erhöhung des Stromes den maximal zulässigen Wert für den Wechselrichter 5 nicht überschreitet . Man kann daher relativ schwach dimensionierte Wechselrichter 5 verwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs, bei dem ein Lenkorgan durch ein Drehmoment eines Elektromotors verstellt wird, der von einem Umrichter mit Strom mit einer Speisefrequenz versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom überwacht, bei Überschreiten eines Schwellwertes das Drehmoment des Motors erhöht und überprüft, ob eine Behinderung des Lenkorgans andauert .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Überwachung des Stroms den Zwischenkreisstrom des Umrichters erfaßt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Drehmoment auf das maximale Drehmoment erhöht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß man beim Erhöhen des Drehmoments die Speisefrequenz absenkt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Speisefrequenz und das Drehmoment bei größtmöglichem Drehmoment so aneinander anpaßt, daß der Umrichter mit maximaler Leistung betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, daß man die Speisefrequenz mit einer vorbestimmten zeitlichen Funktion absenkt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Steigungen aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Erhöhen des Drehmoments und einer vorbestimmten Wartezeit periodisch einen Prüfmodus einleitet, bei dem man das Drehmoment absenkt und die Speisefrequenz erhöht und dabei überprüft, ob der Strom einen vorbestimm- ten Wert unterschreitet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüfmodus die Speisefrequenz doppelt so groß gewählt wird wie in den zwischen zwei Prüfmodi lie- genden Abschnitten.
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