WO2016180858A1 - Signalkreuzung in redundanten lenksystemen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a redundantly designed steering system for a vehicle.
- PMSM permanent magnet synchronous machines
- FOR field-oriented control
- FOS field-oriented control
- a field-oriented control is based on the measurement of the rotor position and a voltage and current measurement. In a field-oriented control eliminates the current measurement.
- Target torque specifications resulting from a desired torque sensor used are needed. These readings are digitized by analog-to-digital converters (ADCs) and provided to a microcontroller, microprocessor or ASIC. Alternatively, digital sensors or electronic I / O ports can be used to provide readings to the microcontroller, the microprocessor or the ASIC.
- ADCs analog-to-digital converters
- a redundant steering system for a vehicle comprising: a first sub-machine having a first sensor, a first analog-digital converter, and a first
- Communication channel between the first sensor and second analog digital converter or between the first analog-digital converter and second control unit or between the first control unit and the second control unit is.
- parts of a subsystem can be used for the functionality of the steering, even if the corresponding subsystem is affected by an accident.
- a steering system wherein the first and / or second control unit a
- Microprocessor an ASIC or a MikrocontroUer is.
- a steering system is provided, wherein the communication channel between the first and second control unit is designed as SPI, SWR, SPC, SENT or CAN.
- a steering system wherein the first sensor and the first analog-digital converter are integrated in a digital sensor and / or wherein the second sensor and the second analog-digital converter are integrated in a further digital sensor.
- a steering system wherein the first analog-digital converter is integrated as an electronic I / O port in the first control unit and / or wherein the second
- Analog digital converter is integrated as an electronic I / O port in the second control unit. By combining and integrating multiple electronic components within a single component, the footprint of the steering system can be reduced.
- Sensor signals of a redundant subsystem can get to a different subsystem. Furthermore, it can be provided that sensor signals and / or
- FIG. 1 is a schematic representation of a steering system
- Fig. 2 is a schematic representation of a steering system, wherein the steering system with two sub-machines, which can be designed as permanent magnet synchronous machines, and corresponding sensors, analog-digital converter and
- Fig. 3 is a schematic representation of a steering system, wherein
- Fig. 4 is a schematic representation of a steering system, wherein between
- Microcontrollers of different subsystems a direct
- Fig. 1 shows a schematic representation of a steering system without redundancy.
- a permanent magnet synchronous machine 1 is scanned or measured by sensors 2 in order to be able to obtain the necessary measured values for a field-oriented control.
- the values measured by the sensors 2 are determined by
- Analog digital converter 3 digitized and a microcontroller 4, a
- Measurements can alternatively be generated by means of digital sensors or electronic I / O ports and the microcontroller 4, the microprocessor or the ASIC
- Fig. 2 shows a redundant design of the steering system with independent
- Fig. 3 shows a redundant steering system with inventive transverse communication channels 5, 6, 8, 9, the different
- Fig. 4 shows redundantly formed subsystems of a steering system with a
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Abstract
Die Beschreibung umfasst ein redundant ausgelegtes Lenksystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine erste Teilmaschine (1) mit einem ersten Sensor (2), einem ersten Analogdigitalkonverter (3) und einer ersten Steuereinheit (4) und eine zweite Teilmaschine (10) mit einem zweiten Sensor (11), einem zweiten Analogdigitalkonverter (12) und einer zweiten Steuereinheit (13), wobei ein Kommunikationskanal (5, 6, 7, 8, 9) zwischen ersten Sensor (2) und zweiten Analogdigitalkonverter (12) oder zwischen erstem Analogdigitalkonverter (3) und zweiter Steuereinheit (13) oder zwischen erster Steuereinheit (4) und zweiter Steuereinheit (13) besteht.
Description
Signalkreuzung in redundanten Lenksystemen
BESCHREIBUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein redundant ausgelegtes Lenksystem für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) bekannt, die durch eine feldorientierte Regelung (FOR) bzw. eine feldorientierte Steuerung (FOS) angesteuert werden. Eine feldorientierte Regelung basiert auf der Messung der Rotorlage und einer Spannungs- und Strommessung. Bei einer feldorientierten Steuerung entfällt die Strommessung. Außerdem werden
Sollmomentvorgaben, die sich aus einem Sollmomentsensor ergeben, verwendet. Zur Bereitstellung dieser Messwerte werden Sensoren benötigt. Diese Messwerte werden durch Analogdigitalkonverter (ADC) digitalisiert und einem MikrocontroUer, einem Mikroprozessor oder einem ASIC zur Verfügung gestellt. Alternativ können auch digitale Sensoren bzw. elektronische I/O-Ports verwendet werden, um Messwerte dem MikrocontroUer, dem Mikroprozessor oder dem ASIC zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch eine redundante Anordnung von Teilmaschinen mit entsprechender Sensorik, Analogdigitalkonvertern und Mikrocontrollern kann ein fehlertolerantes Verhalten
eines entsprechenden Lenksystems erreicht werden. Voraussetzung dabei ist, dass die jeweiligen Teilsysteme Mindestvoraussetzungen erfüllen, sodass jedes einzelne Teilsystem (einzelne Teilmaschine als permanentmagneterregte Synchronmaschine mit entsprechender Sensorik, Analogdigitalkonvertern und Mikrocontroller) zumindest die sicherheitskritischen Anforderungen des Lenksystems erfüllt.
Allerdings kann bei Auftreten eines Störfalls eine volle Funktionalität trotz redundanter Auslegung des Lenksystems nicht gewährleistet sein. In diesem Fall werden nur die sicherheitskritischen Minimalanforderungen erfüllt. Eine Aufgabe ist daher, ein redundant ausgelegtes Lenksystem zur Verfügung zu stellen, sodass auch bei Vorliegen eines Störfalls eine möglichst große Funktionalität, insbesondere eine vollständige Funktionalität, des betreffenden Lenksystems sichergestellt wird. Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein redundant ausgelegtes Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend: eine erste Teilmaschine mit einem ersten Sensor, einem ersten Analogdigitalkonverter und einer ersten
Steuereinheit und eine zweite Teilmaschine mit einem zweiten Sensor, einem zweiten Analogdigitalkonverter und einer zweiten Steuereinheit, wobei ein
Kommunikationskanal zwischen ersten Sensor und zweiten Analogdigitalkonverter oder zwischen erstem Analogdigitalkonverter und zweiter Steuereinheit oder zwischen erster Steuereinheit und zweiter Steuereinheit besteht.
Durch Kommunikationskanäle zwischen den redundanten Teilsystemen können Anteile eines Teilsystems für die Funktionalität der Lenkung genutzt werden, auch falls das entsprechende Teilsystem von einem Störfall betroffen ist.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei die erste und/oder zweite Steuereinheit ein
Mikroprozessor, ein ASIC oder ein MikrocontroUer ist. In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Kommunikationskanal zwischen erster und zweiter Steuereinheit als SPI, SWR, SPC, SENT oder CAN ausgebildet ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Sensor und der erste Analogdigitalkonverter in einem digitalen Sensor integriert sind und/oder wobei der zweite Sensor und der zweite Analogdigitalkonverter in einem weiteren digitalen Sensor integriert sind.
In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der erste Analogdigitalkonverter als elektronischer I/O- Port in der ersten Steuereinheit integriert ist und/oder wobei der zweite
Analogdigitalkonverter als elektronischer I/O-Port in der zweiten Steuereinheit integriert ist. Durch eine Zusammenfassung und Integration mehrerer elektronischer Bauteile innerhalb eines einzelnen Bauteils kann der Platzbedarf des Lenksystems verringert werden.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine redundante Auslegung eines Lenksystems derart vorzunehmen, dass einzelne Elemente des Lenksystems auch mit Teilen von unterschiedlichen Teilsystemen kommunizieren können.
Insbesondere ist erfindungs gemäß vorgesehen, dass redundante MikrocontroUer, die unterschiedliche Teilmaschinen des Lenksystems ansteuern, einen direkten
Kommunikationskanal miteinander aufweisen, sodass beispielsweise die
Sensorsignale eines redundanten Teilsystems zu einem unterschiedlichen Teilsystem gelangen können. Ferner kann vorgesehen sein, dass Sensorsignale und/oder
Ausgangs signale der Analogdigitalkonverter zwischen unterschiedlichen redundanten
Teilsystemen ausgetauscht werden. Durch derartige Maßnahmen kann auch bei Eintreten eines Störfalls eine hohe bzw. vollständige Funktionalität des Lenksystems sichergestellt werden. Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Lenksystems, wobei das Lenksystem mit zwei Teilmaschinen, die als permanentmagneterregte Synchronmaschinen ausgelegt sein können, und entsprechender Sensorik, Analogdigitalkonverter und
Mikrocontroller ausgebildet ist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Lenksystems, wobei
Kommunikationskanäle zwischen unterschiedlichen Teilsystemen des redundanten Lenksystems ausgebildet sind, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Lenksystems, wobei zwischen
Mikrocontrollern unterschiedlicher Teilsysteme eine direkte
Kommunikationsmöglichkeit besteht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems ohne Redundanz. Eine permanentmagneterregte Synchronmaschine 1 wird durch Sensoren 2 abgetastet bzw. vermessen, um für eine feldorientierte Regelung die notwendigen Messwerte erhalten zu können. Die von den Sensoren 2 gemessenen Werte werden durch
Analogdigitalkonverter 3 digitalisiert und einem Mikrocontroller 4, einem
Mikroprozessor oder einem ASIC zur Verfügung gestellt. Die digitalisierten
Messwerte können alternativ mittels digitale Sensoren oder elektronische I/O-Ports erzeugt und dem Mikrocontroller 4, dem Mikroprozessor oder dem ASIC
bereitgestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine redundante Auslegung des Lenksystems mit unabhängig
ausgebildeten Teilmaschinen PMSM 1, 10, Sensoren 2, 11, Analogdigitalkonverter ADC 3, 12 und Mikrocontrollern 4, 13. Liegt ein Störfall vor, so fällt ein Teilsystem mit den kompletten Elementen des Teilsystems aus und es ist nur noch eine begrenzte Funktionalität des Lenksystems gegeben. Fig. 3 zeigt ein redundant ausgebildetes Lenksystem mit erfindungsgemäßen querverlaufenden Kommunikationskanälen 5, 6, 8, 9, die unterschiedliche
Teilsysteme des redundanten Lenksystems verbinden. Hierdurch können bei Ausfall eines Teilsystems, die noch funktionsfähigen Anteile des vom Störfall betroffenen Teilsystems zur Sicherstellung der Funktion des Lenksystems genutzt werden.
Fig. 4 zeigt redundant ausgebildete Teilsysteme eines Lenksystems mit einem
Kommunikationskanal 7 zwischen Mikrocontrollern 4, 13 unterschiedlicher
Teilsysteme. Hierdurch können unbeschädigte Anteile des durch einen Störfall betroffenen Teilsystems zur Aufrechterhaltung der vollen Funktionalität des betreffenden Lenksystems genutzt werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 permanentmagneterregte Synchronmaschine
2 Sensoren
3 Analogdigitalkonverter/Digital I/O
4 MikrocontroUer/Mikroprozes s or/AS IC
5 Kommunikationskanal
6 Kommunikationskanal
7 Kommunikationskanal
8 Kommunikationskanal
9 Kommunikationskanal
10 permanentmagneterregte Synchronmaschine
11 Sensoren
12 Analogdigitalkonverter/Digital I/O
13 MikrocontroUer/Mikroprozes s or/AS IC
Claims
1. Redundant ausgelegtes Lenksystem für ein Fahrzeug, umfassend
eine erste Teilmaschine (1) mit einem ersten Sensor (2), einem ersten
Analogdigitalkonverter (3) und einer ersten Steuereinheit (4) und
eine zweite Teilmaschine (10) mit einem zweiten Sensor (11), einem zweiten Analogdigitalkonverter (12) und einer zweiten Steuereinheit (13),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kommunikationskanal (5, 6, 7, 8, 9) zwischen ersten Sensor (2) und zweiten
Analogdigitalkonverter (12) oder zwischen erstem Analogdigitalkonverter (3) und zweiter Steuereinheit (13) oder zwischen erster Steuereinheit (4) und zweiter
Steuereinheit (13) besteht.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Steuereinheit (4, 13) ein Mikroprozessor, ein ASIC oder ein Mikrocontroller ist.
3. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationskanal (7) zwischen erster und zweiter Steuereinheit (4, 13) als SPI,
SWR, SPC, SENT oder CAN ausgebildet ist.
4. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (2) und der erste Analogdigitalkonverter (3) in einem digitalen Sensor integriert sind und/oder wobei der zweite Sensor (11) und der zweite
Analogdigitalkonverter (12) in einem weiteren digitalen Sensor integriert sind.
5. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Analogdigitalkonverter (3) als elektronischer I/O-Port in der ersten Steuereinheit (4) integriert ist und/oder wobei der zweite Analogdigitalkonverter (12) als elektronischer I/O-Port in der zweiten Steuereinheit (13) integriert ist.
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