WO2017008997A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer hilfskraftlenkung - Google Patents

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WO2017008997A1
WO2017008997A1 PCT/EP2016/063999 EP2016063999W WO2017008997A1 WO 2017008997 A1 WO2017008997 A1 WO 2017008997A1 EP 2016063999 W EP2016063999 W EP 2016063999W WO 2017008997 A1 WO2017008997 A1 WO 2017008997A1
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control signal
power steering
electric motor
steering system
amplitude
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PCT/EP2016/063999
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Wilfried Leutner
Viktor Fast
Rainer Wöger
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power steering system and a device performing the method.
  • an engine torque is usually superimposed on the hand torque applied by a driver by means of an electric motor.
  • the overlay is often done by an overlay unit in the form of a superposition gear. Since the power steering is usually used outdoors, it is exposed to external influences, in particular environmental and temperature influences. As a result, the functionality of the steering can be impaired. In particular, the possible freezing of the power steering system by penetrated water is a particular problem.
  • DE 10 2010 002 803 A1 discloses a method for operating a power steering system, in which a predetermined manual torque in an overlay unit is superimposed on an engine torque applied by an electric motor, wherein a freezing of the power steering system is detected by evaluating speed patterns of the electric motor.
  • the electric motor is driven by an oscillating control signal which causes an oscillating action on the motor torque applied by the electric motor.
  • DE 10 2007 014 344 A1 discloses a method for detecting an incipient freezing of a power steering system, wherein so-called stick-slip effects are detected, which indicate an incipient freezing of the power steering system.
  • a countermeasure see there [0009] ff.
  • the cyclic current signal causes a free shaking of crystallizing liquids in the power steering system.
  • the cyclic current signal can also be superimposed on the operating current signal, so that the free-shaking happens while driving. In addition, by shaking the driver freezing before the
  • the frequency of the cyclic current signal is chosen to be greater than 20 Hz or preferably even greater than 40 Hz. Consequently, cyclically oscillating control currents are generated in the known methods as countermeasures against freezing of the power steering, which cause a free shaking the power steering system.
  • the electric motor is driven by an oscillating control signal, whereby an oscillating action on the power steering system with one of the
  • Electric motor applied Hinttelmoment is effected. It is also known to choose the frequency of the oscillating control signal approximately greater than 20 Hz, preferably greater than 40 Hz. As a result, while the impairment of the driver can be reduced; However, the relatively high frequency has the consequence that the relatively large and thus inert masses of the power steering system can not be sufficiently freed up. In addition, the oscillating motor currents must not have too high amplitudes, otherwise overheating of the electric motor and / or the controller or the control unit threatens.
  • the power steering system should be able to be sufficiently freed even when driving without negative impact on the driver, with overheating of the electric motor and / or control unit is avoided.
  • the object is achieved by a method for operating a power steering system having the features of claim 1 and by devices having the features of the independent claims.
  • the (first) periods in which relatively high Ganttelmomente be generated alternate with (second) periods or breaks, in which no or only very small Ganttelmomente be generated.
  • the signal shape can be applied to rectangular or triangular shapes; but it is also possible to realize any other type of signal forms.
  • the normal operation control for servo assistance is deactivated during the application of the oscillating control signal.
  • the oscillating control signal can act undisturbed or shake the steering freely. Being steered, this usually only happens at short notice and with a high moment on the "steep" flank, here the jolting moment has little disturbing effect.
  • the power steering system or at least portions thereof may be considered as a free-running system with a natural frequency.
  • the oscillating control signal is generated with a (possibly variable) frequency which is slightly above the natural frequency, in particular 5-10% above the natural frequency.
  • the natural frequency is the resonant frequency of the free-swinging system with the free ends of the engine and steering wheel.
  • an operating control signal is generated which determines the magnitude of the applied engine torque.
  • the oscillating control signal which determines at least the magnitude and frequency of the Hinttelmoments, may be additionally or alternatively generated to the operation control signal.
  • the oscillating control signal is generated as an alternative to the operation control signal, wherein the change between the oscillating control signal and the operation control signal a Transition function, in particular a ramp function, is used. After the short time transition, the motor is thus driven only by the oscillating control signal. This provides clear conditions for the heating of the engine. With the oscillating control signal, the heat capacity of the engine and / or control unit can be fully utilized.
  • the oscillating control signal is used in addition to the operating control signal, it is advantageous to switch for the operating control signal to a servo characteristic which has little or no servo assistance at low torques, and the only at larger hand moments a has significant servo support.
  • the transition takes place advantageously via ramps for the servo characteristic and the Hinttelmoment.
  • For small steering moments thus apply approximately the same conditions as in alternative use of operating control signal and oscillating control signal.
  • the temperature capability of the engine and / or control unit can also be largely exploited. Nevertheless, servo assistance is available for large steering moments. This allows a frozen steering with even higher engine torque to break free, or an evasive maneuver can be supported. Because this condition lasts only very short, it does not affect the temperature significantly.
  • Mutual disturbances of the two drives also remain limited. It may also be useful to operate the power steering system so that a special operating control signal is generated during the shaking operation of the power steering system for servo assistance, wherein the servo characteristic used has little or no servo assistance with small applied manual torques , and wherein the oscillating control signal is in parallel with the servo assistance.
  • the invention also proposes a device for carrying out the method, wherein the device in the power steering controls the electric motor which generates the engine torque to superimpose this to the predetermined manual torque by means of an overlay unit, wherein the device is designed by evaluation of Speed patterns of Electric motor to detect an incipient freezing of the power steering, and wherein the device to prevent the freezing of the power steering drives the electric motor with an oscillating control signal, whereby this drive causes an oscillating action on the power steering with a force applied by the electric motor Studttelmoment.
  • the oscillating control signal has one or more periods of increased amplitude and one or more periods of time in which the oscillating control signal has no or only a very small amplitude.
  • the device is realized in a connected to the electric motor controller.
  • the invention discloses a power steering system equipped with such a device.
  • FIG. 1 showing the basic structure of a power steering system according to the invention
  • FIG. 3 is a graph showing a characteristic of the operation control signal
  • FIG. 4 is a simplified flow diagram for the inventive
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of a power steering system 10 for a motor vehicle.
  • the power steering system includes, inter alia, a steering handle 12, which is designed as a steering wheel, an electric motor 1 6 and an overlay unit 14, which superimposed on a predetermined manual torque 24 applied by the electric motor 1 6 engine torque 26.
  • the steering handle 12 which is designed as a steering wheel
  • an electric motor 1 6 and an overlay unit 14, which superimposed on a predetermined manual torque 24 applied by the electric motor 1 6 engine torque 26.
  • Overlay unit 14 is realized here by a superposition gear, which provides a resulting effective moment 28 for the actual steering gear at the output, which consists for example of a rack 18, in which a steering pinion engages.
  • a displacement of the rack eventually leads to the deflection of the hinged wheels 20th
  • To control the electric motor 16 designed as a control device 22 device is arranged, which generates an operating control signal S in normal driving or provides corresponding motor currents.
  • the control unit 22 is formed in addition to the control of the electric motor 1 6 to detect whether an impairment, for example. Freezing, the power steering system 10 is present. Recognizing incipient freezing of the steering is not a focus of the present invention and may be accomplished by any method known per se. The present invention addresses the problem of how to counteract the freezing of the steering as effectively and without overloading the engine and / or controller as possible.
  • an oscillating engine torque or croquttelmoment 26 * generated, which can be applied to the actual (the servo support serving) engine torque 26.
  • the croquttelmoment is generated when no or only a very small servo assistance is required, such as when driving straight ahead.
  • the operating control signal or the servo support temporarily short be deactivated, so that only the oscillating control signal or croquttelmoment acts and can effectively shake the steering.
  • short control pulses are preferably generated, which lead to short increased torque values, without resulting in overheating of the engine and / or control unit.
  • ramp functions are used.
  • the characteristics used by the servo assistance can also be changed, so that the servo assistance remains active, but only starts from a high steering torque.
  • the free-vibration of the frozen steering remains virtually unaffected by the servo assistance (in areas of low steering torque); the emergency operation support remains completely intact.
  • the method described can come in a microprocessor or a computing unit of the controller for execution.
  • the method is realized in a software or a computer-implemented algorithm, which is executed automatically and detects and processes technical quantities.
  • the control signal S * can be generated while driving with active steering and applied by the control signal S * is generated in addition to the operation control signal S and a sum control signal S + S * is formed by superposition. It may also be advantageous to generate the signals only alternately, ie to generate the control signal S * only when the operating control signal S assumes the value zero. Furthermore Transitions between S and S * , eg in the form of ramp function, can also be formed. Many variants are possible. Preferably, however, the control signal S * is generated by means of a rectangular function, which has temporal pauses which alternate with relatively high amplitudes.
  • the frequency is set so that it is slightly above the natural frequency of the oscillating system, which represents the steering.
  • FIGS. 2a) -c) illustrate, in comparison with a conventional oscillating control signal, examples of control signals or shaking torques generated according to the invention.
  • the course of a conventional control signal S # which corresponds to a continuous change between a positive and a negative amplitude, is first illustrated with reference to FIG. 2 a).
  • the uniformly equal amplitude aO has a positive or negative sign.
  • the inventor has recognized that the jolting moment can not be increased arbitrarily by increasing the amplitude aO, because this would lead to overheating of the motor or its control.
  • the amplitude aO and the resulting maximum moment M # are limited.
  • an oscillating control signal is now generated, which makes it possible to control the motor with a relatively high amplitude a1 without the need for overheating of the same or its control.
  • the basic structure of such an oscillating control signal S * is illustrated with reference to FIG. 2b).
  • the control signal S * has at least two different time periods T1 and T2, one of which is provided with an increased amplitude a1 and the other no amplitude (or a reduced amplitude; s. Fig. 2c).
  • time periods T2 or pauses in the waveform are generated in which no or only a very small signal amplitude prevails, so that in the time periods T1 certainly higher amplitudes a1 and max.
  • Rigging moments M * can be generated without the motor or its electronics overheat.
  • the amplitude a1 can be further increased as the time span T1 is further reduced.
  • a significant increase in the generated Hinttelmoments on M * or IVT is very effectively made possible without risking overheating of the engine or its control.
  • Fig. 2c The right portion of Fig. 2c) is intended only to illustrate that even periods of low amplitude a2 in alternation with those of the increased amplitude a1 can be generated; and is intended to indicate that many variants and other signal forms can be generated within the meaning of the invention.
  • the transition can be carried out smoothly, for example by ramp functions. This can be achieved, in particular, that the generated Hinttelmomente 26 * or movement amplitudes for free vibration of the freezing components is largely independent of the actual servo characteristic used. Preferably, however, the servo assistance is turned off or set to zero as soon as the Studttelmoment is generated to Freirütteln the steering. Otherwise, the jarring moment could interfere with the normal control of the servo assistance; because the shaking leads on the sensor side (torsion bar) to disturbing effects.
  • the steering is either in the normal operation of the steering, ie servo assistance according to the servo characteristic, or in a jogging mode in which only the jolting moment is generated and the normal servo assistance is turned off (emergency operation).
  • the oscillating control signal S * or the jolting moment 26 * caused thereby has a discontinuous course in which temporal signal pauses T2 occur.
  • the invention relates primarily to the discontinuity in the time domain, preferably rectangular functions are used. However, the invention is concretely limited neither to time components nor to the signal form, but many types of discontinuities can be provided in the generated control signal S * .
  • Fig. 2c shows further waveforms and indicates only the wide possibility of different signal shapes that may be suitable for implementation. In most applications, however, a rectangular function as shown in Fig. 2b) should be sufficient to effectively protect the steering from freezing.
  • the frequency for the oscillating control signal is chosen so that it is higher than the natural frequency of the free oscillator with the end points steering wheel and motor. As far as possible, all mass combinations of the application should be taken into consideration. In many cases of mass-produced vehicles, the natural frequency is max. 20 Hz. Preferably, the frequency of the jolting moment is then slightly above the highest natural frequency, e.g. 5-10% above the highest natural frequency, set. Because the less you go beyond the natural frequency, the more movement you get. Therefore, the shaking frequency should not be too far above the natural frequency.
  • the support will be switched off with switching on the oscillating engine torque. This is done preferably via ramp functions.
  • it can be changed between servo characteristics.
  • can be switched to a servo-characteristic which has up to a certain steering torque no or only a very small support, and has a large support torque at high steering torque. This achieves a very low impairment when driving straight ahead. In case of emergency, however, a high level of support is available.
  • the switching of servo characteristics and / or oscillating moments is preferably carried out via ramp function or similar transition functions.
  • a servo characteristic curve is selected so that support is given only at high steering torque. The shaking then happens largely at smaller steering torque, so that the functions do not interfere significantly. If high steering moments occur (for example, when dodging or parking), the functions overlap, but only for a short time, so that no further problems arise.
  • a computer program with program code means is used, wherein the Computer program on the microprocessor of the controller 22 is executed.
  • the computer program can be embodied as a computer program product, wherein the program code means are stored on a computer-readable data carrier, such as CD, DVD, hard disk or USB stick.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram for the method 100 according to the invention.
  • step 101 If it is determined in a step 101 that the steering is prone to freezing or frozen, in the subsequent steps, the generation and application of oscillating control signals, by means of which the steering can be effectively freced, without the engine or the control electronics to overheat.
  • step 102 a control signal, such as the S * of Fig. 2b), generated, in particular, the frequency f is only slightly above the natural frequency fO.
  • step 103a the actual operation control (servo assist) is turned off as long as the jogging torque is applied.
  • step 103b can also be carried out, in which the current servo characteristic is replaced by another one (see Fig. 3), so that free-shaking and servo-assistance overlap only briefly in the case of special steering maneuvers.
  • the jolting torque can be reduced or switched off. Preferably, this is done over a time ramp. When falling below the limit, the Garttelmoment is switched on again. Preferably also over a time ramp
  • the first time periods T1 are not more than 50% of the continuous time periods TO, and that the increased amplitude a1 is greater than the uniform amplitude aO by at least 70%.
  • the second time periods T2 can form real pauses in which the control signal S * has no amplitude, the second time periods T2 being greater, in particular around at least 50% greater than the first time periods T1.
  • the reduced amplitude a2 should be at most 50% of the uniform amplitude aO and at most 30% of the increased amplitude a1.
  • the frequency of the oscillating control signal S * it should be generated with a variable frequency f not more than 30% higher than the natural frequency of the system, in particular not more than 5-10% higher than the natural frequency of the system.
  • a method and devices for operating a power steering system 10 of a motor vehicle wherein to avoid the freezing of the power steering of the electric motor 1 6 is driven with an oscillating control signal S * having the first time periods T1, in which the control signal S * has an increased amplitude a1, and has second time periods T2, in which the control signal S * has no or a reduced amplitude a2, whereby in the first time periods T1, the jolting moment 26 * applied by the electric motor 16 with an increased maximum torque M * without thermal overload of components of the electric motor 1 6 or its control can be generated.
  • the oscillating control signal also has a plurality of periods of increased amplitudes and one or more periods of time (pauses) with no or reduced amplitudes.
  • the operating control signal S generated during normal operation of the power steering system 10 for servo assistance can be switched off during the application of the oscillating control signal S * . If there is to be a change between the oscillating control signal S * and the operating control signal S, then a transition function, in particular a ramp function, can be used. However, it is also possible to generate and apply both signals S and S * (shaking and normal operation), in which case a characteristic curve is preferably used (see Fig. 3), which ensures that the application of the oscillating control signal S * for free-running Steering with the highest possible proportion of time alone is effective.
  • the Operational control signal S uses a servo characteristic that has little or no servo assistance with smaller applied hand moments 24, wherein the oscillating control signal S * is generated or applied only when no or only a very small servo assistance .
  • the jolting torque can be reduced or switched off. Preferably, this is done over a time ramp. When falling below the limit, the Haittelmoment is switched on again. Preferably also over a time ramp.
  • the inventive method is carried out by a device which is preferably a connected to the electric motor 1 6 control unit 22.
  • a method and apparatus for operating a power steering system of a motor vehicle in which a predetermined manual torque is superimposed in an overlay unit applied by an electric motor torque, which by suitable measures, such as an evaluation of speed patterns of the electric motor, an incipient Freezing of the power steering system is detected, and wherein to avoid the freezing of the power steering the electric motor is driven by an oscillating control signal, whereby an oscillating action on the power steering is effected with a force applied by the electric motor Hinttelmoment.
  • a control signal is now generated which has first time periods in which the control signal has an increased amplitude and second time periods in which the control signal has no or reduced amplitude whereby, in the first time periods, the jolting torque applied by the electric motor can be generated with an increased maximum torque without thermal overloading of the electric motor.
  • Controller generates) with uniform amplitude aO
  • S * oscillating control signal (for shaking moment) generates with increased amplitude a1 within first time period T1 and no or reduced amplitude a2 within second time period T2

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Abstract

Es werden ein Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem einem vorgegebenen Handmoment (24) in einer Überlagerungseinheit (14) ein von einem Elektromotor (16) aufgebrachtes Motormoment (26) überlagert wird, wobei durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. einer Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors (16), ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung (10) erkannt wird, und wobei zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung (10) der Elektromotor (16) mit einem oszillierenden Steuersignal angesteuert wird, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung (10) mit einem von dem Elektromotor (16) aufgebrachten Rüttelmoment (26*) bewirkt wird. Erfindungsgemäß wird anstelle eines oszillierenden Steuersignals (S#), das eine in kontinuierlichen Zeitspannen (T0) wirkende einheitliche Amplitude (a0) aufweist, nun ein Steuersignal (S*) erzeugt, das erste Zeitspannen (T1) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) eine erhöhte Amplitude (a1) aufweist, und zweite Zeitspannen (T2) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) keine oder eine verringerte Amplitude (a2) aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen (T1) das von dem Elektromotor (16) aufgebrachte Rüttelmoment (26*) mit einem erhöhten maximalen Moment (M*) ohne thermische Überlastung des Elektromotors (16) erzeugbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung
[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung und eine das Verfahren durchführende Vorrichtung.
[0002] In einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs wird üblicherweise dem von einem Fahrer aufgebrachten Handmoment mittels eines Elektromotors ein Motormoment überlagert. Die Überlagerung erfolgt häufig durch eine Überlagerungseinheit in Gestalt eines Überlagerungsgetriebes. Da die Hilfskraftlenkung in der Regel im Freien eingesetzt wird, ist sie äußeren Einflüssen, insbesondere Umwelt- und Temperatureinflüssen, ausgesetzt. Hierdurch kann die Funktionsfähigkeit der Lenkung beeinträchtigt werden. Dabei stellt insbesondere das mögliche Einfrieren der Hilfskraftlenkung durch eingedrungenes Wasser ein besonderes Problem dar.
[0003] Es sind Verfahren bekannt mit denen das Einfrieren der Hilfskraftlenkung erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. In der DE 10 2010 002 803 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung offenbart, bei dem einem vorgegebenen Handmoment in einer Überlagerungseinheit ein von einem Elektromotor aufgebrachtes Motormoment überlagert wird, wobei durch Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors ein Einfrieren der Hilfskraftlenkung erkannt wird. Als Gegenmaßnahme gegen das beginnende Einfrieren der Hilfskraftlenkung (s. dort [001 1 ], [0020] und [0036]) wird der Elektromotor mit einem oszillierenden Steuersignal angesteuert, das eine oszillierende Beaufschlagung des von dem Elektromotor aufgebrachten Motormoments bewirkt. [0004] In der DE 10 2007 014 344 A1 wird ein Verfahren zur Erkennung eines beginnenden Einfrierens einer Hilfskraftlenkung offenbart, wobei sogenannte Stick-Slip-Effekte erfasst werden, die ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung anzeigen. Als Gegenmaßnahme (s. dort [0009] ff.) wird der
Elektromotor zyklisch in wechselnder Richtung bestromt, wobei das zyklische Stromsignal ein Freirütteln von kristallisierenden Flüssigkeiten in der Hilfskraftlenkung bewirkt. Das zyklische Stromsignal kann auch dem Betriebsstromsignal überlagert werden, so dass das Freirütteln während der Fahrt geschieht. Außerdem kann durch das Freirütteln der Fahrer vor dem Einfrieren der
Lenkung gewarnt werden. Um allerdings die Beeinträchtigung für den Fahrer gering zu halten, wird die Frequenz des zyklischen Stromsignals größer 20 Hz oder vorzugsweise sogar größer 40 Hz gewählt. [0005] Folglich werden in den bekannten Verfahren als Gegenmaßnahmen gegen ein Einfrieren der Hilfskraftlenkung zyklisch oszillierende Steuerströme erzeugt, die ein Freirütteln der Hilfskraftlenkung bewirken. Mit anderen Worten: Es ist bekannt, dass zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung der Elektromotor mit einem oszillierenden Steuersignal angesteuert wird, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung mit einem von dem
Elektromotor aufgebrachten Rüttelmoment bewirkt wird. Bekannt ist auch, die Frequenz des oszillierenden Steuersignals etwa größer als 20 Hz, vorzugsweise, größer als 40 Hz zu wählen. Dadurch kann zwar die Beeinträchtigung des Fahrers verringert werden; die relativ hohe Frequenz hat aber zur Folge, dass die doch verhältnismäßig großen und somit trägen Massen der Hilfskraftlenkung nicht ausreichend stark freigerüttelt werden können. Außerdem dürfen die oszillierenden Motorströme keine allzu hohen Amplituden aufweisen, da sonst eine Überhitzung des Elektromotors und/oder der Steuerung bzw. des Steuergerätes droht.
[0006] Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung vorzuschlagen, bei dem unter Überwindung der eingangs genannten Probleme effektive Gegenmaßnahmen gegen ein erkanntes Einfrieren durchgeführt werden können. Insbesondere soll die Hilfskraftlenkung auch im Fahrbetrieb ohne negative Beeinträchtigung des Fahrers hinreichend stark freigerüttelt werden können, wobei eine Überhitzung des Elektromotors und/oder Steuergerätes vermieden wird.
[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche.
[0008] Demnach wird vorgeschlagen, zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung den Elektromotor mit einem oszillierenden Steuersignal anzusteuern, welches Zeitspannen mit erhöhter Amplitude und Zeitspannen ohne oder nur mit verringerter Amplitude aufweist, wodurch in den Zeitspannen mit erhöhter Amplitude der Elektromotor ein Rüttelmoment mit einem erhöhten maximalen Moment aufbringen kann, ohne dass es zu einer thermischen Überlastung des Elektromotors bzw. seiner Steuerung kommt. Es können also (kurzzeitig) große Rüttelmomente bzw. Rütteleffekte erzielt werden, ohne dass der Elektromotor und/oder das Steuergerät zu überhitzen drohen. Somit können große Rüttelmomente erzeugt werden, die immer wieder von Pausen ohne Motormoment bzw. kleinem Motormoment abgelöst werden. Insbesondere können kurzfristig hohe Motormomente erzeugt werden, die sich mit Pausen abwechseln, in denen kein Motormoment erzeugt wird. Die Steuerelektronik und/oder der Motor wird somit vor Überhitzen bewahrt, ohne die eingangs genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
[0009] Vorzugsweise wechseln sich die (ersten) Zeitspannen, in denen relativ hohe Rüttelmomente erzeugt werden mit (zweiten) Zeitspannen bzw. Pausen ab, in denen keine oder nur sehr geringe Rüttelmomente erzeugt werden.
[0010] Es können unterschiedlichste Signalformen für das oszillierende Steuersignal zu Anwendung kommen. Die Signalform kann z.B. auf Rechteck- oder Dreieckformen basieren; es ist aber auch jede andere Art von Signalformen realisierbar.
[001 1 ] Vorzugsweise wird die normale Betriebssteuerung zur Servo- Unterstützung während der Anwendung des oszillierenden Steuersignals deaktiviert. Es können aber auch beide Steuersignale erzeugt und angewendet werden (Rütteln und Normalbetrieb), wobei dann mittels Kennlinie das oszillierende Steuersignal nur dann zur Wirkung kommt, wenn keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung erfolgt. Es wird also parallel zum Rütteln auf eine spezielle Servo-Kennlinie gewechselt. Diese läuft dann parallel zum Rütteln. Wird nicht wesentlich gelenkt, kommt kein Anteil von dem Betriebssteuersignal. Das oszillierende Steuersignal kann ungestört wirken bzw. die Lenkung freirütteln. Wird gelenkt, dann passiert dies im Regelfall nur kurzfristig und mit hohem Moment auf der„steilen" Flanke; hier wirkt sich das Rüttelmoment wenig störend aus.
[0012] Bei der Anwendung des Verfahrens kann die Hilfskraftlenkung oder zumindest Teilbereiche davon als ein freischwingendes System mit einer Eigenfrequenz angesehen werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das oszillierende Steuersignal mit einer (ggf. veränderbaren) Frequenz erzeugt wird, die etwas über der Eigenfrequenz liegt, insbesondere 5-10% über der Eigenfrequenz liegt. Die Eigenfrequenz ist dabei die Resonanzfrequenz des frei schwingenden Systems mit den freien Enden Motor und Lenkrad.
[0013] Beim normalen Betriebs der Hilfskraftlenkung wird ein Betriebssteuersignal erzeugt, das die Größe des aufgebrachten Motormoments bestimmt. Das oszillierende Steuersignal, welches zumindest die Größe und Frequenz des Rüttelmoments bestimmt, kann zusätzlich oder alternativ zu dem Betriebssteuersignal erzeugt werden. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn das oszillierende Steuersignal alternativ zu dem Betriebssteuersignal erzeugt wird, wobei zum Wechsel zwischen dem oszillierendem Steuersignal und dem Betriebssteuersignal eine Ubergangsfunktion, insbesondere eine Rampenfunktion, verwendet wird. Nach dem zeitlich kurzen Übergang wird der Motor also nur noch durch das oszillierende Steuersignal angesteuert. Damit liegen klare Verhältnisse für die Erwärmung des Motors vor. Mit dem oszillierenden Steuersignal kann die Wärmefähigkeit von Motor und/oder Steuergerät voll genutzt werden.
[0014] Wird das oszillierende Steuersignal zusätzlich zum Betriebssteuersignal verwendet, so ist es vorteilhaft, für das Betriebssteuersignal auf eine Servo- Kennlinie zu wechseln , die bei geringen Handmomenten keine oder eine nur sehr geringe Servo-Unterstützung aufweist, und die erst bei größeren Handmomenten eine wesentliche Servo-Unterstützung aufweist. Der Übergang erfolgt vorteilhaft über Rampen für die Servo-Kennlinie und das Rüttelmoment. Für kleine Lenkmomente gelten damit annähernd dieselben Verhältnisse wie bei alternativer Verwendung von Betriebssteuersignal und oszillierendem Steuersignal. Die Temperaturfähigkeit von Motor und/oder Steuergerät kann ebenfalls weitgehend ausgenutzt werden. Für große Lenkmomente steht trotzdem Servo-Unterstützung zur Verfügung. Dadurch kann eine eingefrorene Lenkung mit noch höherem Motormoment freigebrochen, oder ein Ausweichmanöver unterstützt werden. Weil dieser Zustand nur sehr kurz dauert, wirkt sich das auf die Temperatur nicht wesentlich aus. Gegenseitige Störungen der beiden Ansteuerungen bleiben ebenfalls begrenzt. Es kann auch sinnvoll sein, die Hilfskraftlenkung so zu betreiben, dass während des Rüttel-Betriebs der Hilfskraftlenkung zur Servo- Unterstützung ein spezielles Betriebssteuersignal erzeugt wird, wobei die verwendete Servo-Kennlinie bei kleinen aufgebrachten Handmomenten keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung aufweist, und wobei das oszillierende Steuersignal parallel zur Servo-Unterstützung erfolgt.
[0015] Die Erfindung schlägt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, wobei die Vorrichtung in der Hilfskraftlenkung den Elektromotor ansteuert, der das Motormoment erzeugt, um dieses dem vorgegebenen Handmoment mittels einer Überlagerungseinheit zu überlagern, wobei die Vorrichtung beschaffen ist, durch Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung zu erkennen, und wobei die Vorrichtung zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung den Elektromotor mit einem oszillierenden Steuersignal ansteuert, wodurch diese Ansteuerung eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung mit einem von dem Elektromotor aufgebrachten Rüttelmoment bewirkt. Erfindungsgemäß weist das oszillierende Steuersignal ein oder mehrere Zeitspannen mit erhöhter Amplitude auf und ein oder mehrere Zeitspannen, in denen das oszillierende Steuersignal keine oder nur eine sehr geringe Amplitude aufweist. Vorzugsweise ist die Vorrichtung in einem mit dem Elektromotor verbundenen Steuergerät realisiert.
[001 6] Des Weiteren offenbart die Erfindung eine Hilfskraftlenkung, die mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet ist.
[0017] Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden nun anhand einer detaillierten Beschreibung offenbart, wobei auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird:
[0019] Kurzbeschreibung der Figuren:
Fig. 1 , die den Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung zeigt;
Fig. 2 a-c), die im Vergleich zu einem üblichen Steuersignal Beispiele für
erfindungsgemäße Steuersignale bzw. entsprechend erzeugte
Rüttelmomente darstellt;
Fig. 3, die den Verlauf einer Kennlinie für das Betriebssteuersignal darstellt;
und
Fig. 4, die ein vereinfachtes Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße
Steuerungs-Verfahren darstellt. [0020] Die Fig.1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Hilfskraftlenkung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Hilfskraftlenkung weist u.a. eine Lenkhandhabe 12, die als Lenkrad ausgebildet ist, einen Elektromotor 1 6 und eine Überlagerungseinheit 14 auf, die einem vorgegebenen Handmoment 24 ein von dem Elektromotor 1 6 aufgebrachtes Motormoment 26 überlagert. Die
Überlagerungseinheit 14 wird hier durch ein Überlagerungsgetriebe realisiert, das am Ausgang ein resultierendes Wirkmoment 28 für das eigentliche Lenkgetriebe bereitstellt, welches beispielsweise aus einer Zahnstange 18 besteht, in die ein Lenkritzel eingreift. Eine Verschiebung der Zahnstange führt schließlich zum Auslenken der angelenkten Räder 20.
[0021 ] Zur Ansteuerung des Elektromotors 16 ist eine als Steuergerät 22 ausgebildete Vorrichtung angeordnet, die im normalen Fahrbetrieb ein Betriebssteuersignal S erzeugt bzw. entsprechende Motorströme bereitstellt.
[0022] Um nun ein Einfrieren des Elektromotors effektiv zu verhindern, ist das Steuergerät 22 neben der Ansteuerung des Elektromotors 1 6 dazu ausgebildet, zu erfassen, ob eine Beeinträchtigung, bspw. ein Einfrieren, der Hilfskraftlenkung 10 vorliegt. Das Erkennen eines beginnenden Einfrierens der Lenkung ist nicht Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung und kann anhand beliebiger Verfahren erreicht werden, die an sich bekannt sind. Die vorliegende Erfindung ist auf das Problem gerichtet, wie möglichst effektiv und ohne Überlastung von Motor und/oder Steuergerät, Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, um ein Einfrieren der Lenkung zu verhindern.
[0023] Um nun einen solchen gefährlichen Zustand zu verhindern, wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines oszillierenden Steuersignals ein oszillierendes Motormoment bzw. Rüttelmoment 26* erzeugt, das dem eigentlichen (der Servo- Unterstützung dienenden) Motormoment 26 beaufschlagt werden kann. Vorzugsweise wird das Rüttelmoment dann erzeugt, wenn keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung erforderlich ist, wie z.B. bei Geradeausfahrt. Dazu kann das Betriebssteuersignal bzw. die Servo-Unterstützung zeitweise kurz deaktiviert werden, so dass ausschließlich das oszillierende Steuersignal bzw. Rüttelmoment wirkt und die Lenkung effektiv freirütteln kann. Dabei werden bevorzugt kurze Steuerimpulse erzeugt, die zu kurzen erhöhten Momentenwerten führen, ohne dass es zu einer Überhitzung von Motor und/oder Steuergerät kommt. Um ein hartes Abschalten bzw. Wiedereinschalten der Servo- Unterstützung abzumildern, kommen Rampenfunktionen zu Einsatz. Alternativ zum Ab- bzw. Wiedereinschalten kann auch die von der Servo-Unterstützung verwendeten Kennlinien gewechselt werden, so dass die Servo-Unterstützung zwar aktiv bleibt, erst aber ab einem hohen Lenkmoment einsetzt. Hierdurch bleibt das Freirütteln der eingefroren Lenkung quasi unbeeinflusst von der Servo- Unterstützung (in Bereichen geringer Lenkmomente); die Notbetrieb- Unterstützung bleibt aber vollständig erhalten.
[0024] Das beschriebene Verfahren kann in einem Mikroprozessor bzw. einer Recheneinheit des Steuergeräts zur Ausführung kommen. In diesem Fall ist das Verfahren in einer Software bzw. einem computerimplementierten Algorithmus realisiert, der automatisiert zur Ausführung kommt und technische Größen erfasst und verarbeitet.
[0025] Wird also ein beginnendes Einfrieren der Lenkung erkannt, so werden Gegenmaßnahmen eingeleitet; insbesondere wird eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung 10 durch den Elektromotor 1 6 eingeleitet. In einem solchen Fall erzeugt das Steuergerät 22 dann ein Steuersignal S*, das einen oszillierenden Verlauf aufweist und somit den Motor 1 6 dazu ansteuert, die Hilfskraftlenkung 10 frei zu rütteln.
[0026] Das Steuersignal S* kann während der Fahrt bei aktiver Lenkung erzeugt und angewendet werden, indem das Steuersignal S* zusätzlich zum Betriebssteuersignal S erzeugt wird und durch Überlagerung ein Summensteuersignal S+S* gebildet wird. Auch kann es vorteilhaft sein, die Signale nur abwechselnd zu erzeugen, d.h. das Steuersignal S* nur dann zu erzeugen, wenn das Betriebssteuersignal S den Wert Null einnimmt. Des Weiteren können auch Ubergange zwischen S und S*, z.B. in Form von Rampenfunktion, gebildet werden. Viele Varianten sind möglich. Vorzugsweise wird das Steuersignal S* aber anhand einer Rechteckfunktion erzeugt, die zeitliche Pausen aufweist, die sich mit relaltiv hohen Amplituden abwechseln.
[0027] Bei dem oszillierenden Steuersignal S* und dem dadurch bewirkten Rüttelmoment 26* wird erfindungsgemäß die Frequenz so eingestellt, dass sie etwas oberhalb der Eigenfrequenz des schwingendes Systems liegt, welches die Lenkung darstellt.
[0028] Die Fig. 2a)-c) veranschaulichen im Vergleich mit einem herkömmlichen oszillierenden Steuersignal Beispiele für erfindungsgemäß erzeugte Steuersignale bzw. Rüttelmomente. Anhand der Fig. 2a) wird zunächst der Verlauf eines herkömmlichen Steuersignal S# veranschaulicht, welches einen kontinuierlichen Wechsel zwischen einer positiven und einer negativen Amplitude entspricht. Jeweils für eine Zeitspanne von TO hat die einheitlich gleichgroße Amplitude aO ein positives oder negatives Vorzeichen. Zwar lässt sich mit einem solchen Steuersignal S# über den Elektromotor 1 6 ein entsprechendes Rüttelmoment erzeugen. Jedoch hat der Erfinder erkannt, dass das Rüttelmoment nicht beliebig durch Erhöhen der Amplitude aO vergrößert werden kann, weil dies zu einer Überhitzung des Motors bzw. seiner Steuerung führen würde. Somit sind die Amplitude aO und das daraus resultierende maximale Moment M# begrenzt.
[0029] Erfindungsgemäß wird aber nun ein oszillierendes Steuersignal erzeugt, das es ermöglicht mit einer relativ hohen Amplitude a1 den Motor anzusteuern, ohne dass es zu einer Überhitzung desselben oder seiner Steuerung kommen muss.
[0030] Anhand der Fig. 2b) wird die prinzipielle Struktur eines solchen oszillierenden Steuersignals S* veranschaulicht. Das Steuersignal S* weist zumindest zwei verschiedene Zeitspannen T1 und T2 auf, von denen eine mit einer erhöhten Amplitude a1 versehen ist und die andere keine Amplitude (oder eine verringerte Amplitude; s. Fig. 2c) aufweist. Hierdurch werden also Zeitspannen T2 bzw. Pausen in dem Signalverlauf erzeugt, in denen keine oder nur eine sehr geringe Signalamplitude vorherrscht, so dass in den Zeitspannen T1 durchaus höhere Amplituden a1 bzw. max. Rüttelmomente M* erzeugt werden können, ohne dass der Motor oder seine Elektronik überhitzen.
[0031 ] Da die elektrische Verlustleistung proportional zum Quadrat des Ständerstromes ist, kann bei einer Verkürzung der aktiven Zeitspanne T1 auf die Hälfte (T1 = 50% TO) die Amplitude auf das 2 = 1 ,41 - fache erhöht werden.
[0032] Wie die Fig. 2c) veranschaulicht kann bei weiterer Kürzung der Zeitspanne T1 , die Amplitude a1 noch weiter erhöht werden. Hierdurch wird sehr effektiv eine deutliche Erhöhung des erzeugten Rüttelmoments auf M* bzw. IVT ermöglicht, ohne eine Überhitzung des Motors oder seiner Steuerung zu riskieren.
[0033] Der rechte Bereich der Fig. 2c) soll nur verdeutlichen, dass auch Zeitspannen mit geringer Amplitude a2 im Wechsel mit denen der erhöhten Amplitude a1 erzeugt werden können; und soll andeuten, dass viele Varianten und andere Signalformen im Sinne der Erfindung erzeugt werden können.
[0034] Dadurch, dass ein oszillierendes Steuersignal S* erzeugt wird, das nicht kontinuierliche Rüttelmomente mit einheitlicher Amplitude bewirkt, kann erreicht werden, dass Rüttelmomente 26* mit hohen maximalen Amplituden erzeugt werden, so dass auch die träge Masse des Systems besser überwunden wird, um einfrierende Bauteile effektiv frei zu rütteln. Auch führen die erhöhten Amplituden dazu, dass die Bewegungs-Amplitude (Drehwinkel der Motorwelle) vergrößert wird. Durch den diskontinuierlichen Signalverlauf können kurzzeitige bzw. impulsartige Rüttelmomente 26* mit hohen Amplituden erzeugt werden, ohne dass der Motor 1 6 und/oder die Steuerelektronik 22 überlastet oder überhitzt werden.
[0035] Weiterhin ist eine Unterstützung im Notbetrieb bei hohem Lenkmoment möglich, was nachfolgend noch näher beschrieben werden wird. [0036] Das Freirütteln bzw. die Einfrierungs-Verhinderung kann bei deaktivierter Servo-Unterstützung oder aber auch während des Betriebs der Lenkung erfolgen. Dazu würde dann zwischen verschiedenen Servo-Kennlinien umgeschaltet werden.
[0037] Der Übergang kann sanft z.B. durch Rampenfunktionen durchgeführt werden. Damit kann insbesondere erreicht werden, dass die erzeugten Rüttelmomente 26* bzw. Bewegungs-Amplituden zum Freirütteln der einfrierenden Bauteile weitgehend unabhängig von der eigentlich verwendeten Servo-Kennlinie ist. Vorzugsweise wird jedoch die Servo-Unterstützung abgeschaltet bzw. auf Null gesetzt, sobald das Rüttelmoment zum Freirütteln der Lenkung erzeugt wird. Andernfalls könnte das Rüttelmoment die normale Steuerung der Servo- Unterstützung stören; denn das Rütteln führt auf der Sensorseite (Drehstab) zu störenden Effekten. Somit befindet sich die Lenkung entweder im normalen Betrieb der Lenkung, d.h. Servo-Unterstützung entsprechend der Servo-Kennlinie, oder in einem Rüttelmodus, bei dem nur das Rüttelmoment erzeugt wird und die normale Servo-Unterstützung ausgeschaltet ist (Notbetrieb).
[0038] Wie bereits anhand der Fig. 2b) beschrieben wurde, weist das oszillierende Steuersignal S* bzw. das damit bewirkte Rüttelmoment 26* einen diskontinuierlichen Verlauf auf, bei dem zeitliche Signal-Pausen T2 auftreten. Beispielsweise wird als Grund-Signalform ein Rechtecksignal erzeugt, das vier zeitliche Anteile zu jeweils 25 % aufweist: Im vorliegenden Beispiel wird für 25% ein Moment nach links (positive Amplituden), für 25% kein Moment (Amplitude = Null), für 25% ein Moment nach rechts (negative Amplitude) und für 25% wieder kein Moment erzeugt usw.. Durch eine solche diskontinuierliche Signalgebung ist es möglich, bei gleicher Motor-Erwärmung ein höheres maximales Rüttelmoment zu erzeugen. Würde z.B. bei einem kontinuierlichen Rüttelmoment-Verlauf (Rechteckfunktion ohne Pausen) eine Amplitude von 2 Nm erzeugt, dann kann bei einem diskontinuierlichen Verlauf mit 50% Tastverhältnis (s. Fig. 2b), die Amplitude um Faktor 2 «1 ,41 erhöht werden. Je kleiner das Tastverhältnis (Impulsdauer zu Periodendauer), desto höher kann die erzeugte Amplitude sein.
[0039] Die Erfindung betrifft vornehmlich die Diskontinuität im Zeitbereich, wobei vorzugsweise Rechteckfunktionen verwendet werden. Die Erfindung ist aber weder auf Zeitanteile noch auf die Signalform konkret beschränkt, vielmehr können viele Arten von Diskontinuitäten in dem erzeugten Steuersignal S* vorgesehen werden.
[0040] Die Fig. 2c) zeigt weitere Signalverläufe und deutet nur die breite Möglichkeit von unterschiedlichen Signalformen an, die zur Realisierung geeignet sein können. In den meisten Anwendungsfällen dürfte aber eine Rechteckfunktion wie in Fig. 2b) gezeigt ausreichen, um die Lenkung effektiv vor dem Einfrieren zu schützen.
[0041 ] Die Frequenz für das oszillierende Steuersignal ist so gewählt, dass sie höher als die Eigenfrequenz des freien Schwingers mit den Endpunkten Lenkrad und Motor ist. Dabei sollten möglichst alle Massenkombination der Anwendung mitberücksichtigt werden. In vielen Fällen von seriengefertigten Fahrzeugen liegt die Eigenfrequenz bei max. 20 Hz. Vorzugsweise wird die Frequenz des Rüttelmoments dann etwas über der höchsten Eigenfrequenz, z.B. 5-10 % über der höchsten Eigenfrequenz, eingestellt. Denn je weniger man über die Eigenfrequenz hinausgeht, umso mehr Bewegung erhält man. Deshalb sollte die Rüttelfrequenz nicht allzu weit über die Eigenfrequenz liegen.
[0042] Die Unterstützung wird mit Aufschalten des oszillierenden Motormoments abgeschaltet werden. Dies geschieht bevorzugten über Rampenfunktionen. Das bedeutet, dass die Lenkung entweder im Normalmodus betrieben wird, d.h. mit Servo-Unterstützung gemäß Kennlinie, oder dass die Lenkung freigerüttelt wird durch das erzeugte oszillierende Rüttelmoment, wobei dann die Servo- Unterstützung inaktiv ist. [0043] Alternativ oder auch zusätzlich dazu kann zwischen Servo-Kennlinen gewechselt werden. Insbesondere kann auf eine Servo-Kennline geschaltet werden, welche bis zu einem bestimmten Lenkmoment keine oder nur eine sehr kleine Unterstützung aufweist, und die bei großem Lenkmoment eine hohe Unterstützung aufweist. Dadurch wird eine sehr geringe Beeinträchtigung bei Geradeausfahrt erreicht. Im Notfall steht trotzdem eine hohe Unterstützung zur Verfügung. Das Umschalten von Servo-Kennlinien und/oder oszillierenden Momenten erfolgt bevorzugt über Rampenfunktion oder ähnlichen Übergangsfunktionen. Mit anderen Worten: Es wird eine Servo-Kennlinie so gewählt, dass nur bei hohem Lenkmoment eine Unterstützung erfolgt. Das Rütteln geschieht dann weitgehend bei kleinerem Lenkmoment, so dass sich die Funktionen nicht wesentlich stören. Wenn doch einmal hohe Lenkmomente auftreten (z.B. beim Ausweichen oder Parkieren), überlagern sich die Funktionen zwar doch, aber nur kurzfristig, so dass im Weiteren keine Probleme entstehen.
[0044] Anhand der Fig. 3 wird eine solche Servo-Kennlinie dargestellt, wobei das am Ausgang des Überlagerungsgetriebes (s. 14 in Fig. 1 ) erzeugte Moment M(28) über dem am Lenkrad eingeleiteten Handmoment M(24) aufgetragen ist. Wie der Kurvenverlauf in Fig. 3 zeigt, besteht im unteren Bereich, d.h. bei kleinen Handmomenten M(24) von z.B. weniger als 6 Nm, keine Servo-Unterstützung. Erst mit größerem Handmoment (> 6 Nm) wird eine progressive Servo- Unterstützung erzeugt. Das Freirütteln der Lenkung wird hauptsächlich dann durchgeführt, wenn die Servo-Regelung der Lenkung sich in dem unteren Bereich (< 6 Nm) befindet, also z.B. bei Geradeausfahrt und kleinen Lenkmanövern. Lenkmanöver mit Unterstützung (z.B. enge Kurvenfahrten) kommen nur selten vor. Wegen der steilen Verstärkungskennlinie beeinflusst das Rütteln die Unterstützung nicht wesentlich. .
[0045] Die Erzeugung der normalen Betriebs-Steuersignale S und der oszillierenden Steuersignale S* zur Ansteuerung des Elektromotors 1 6 erfolgt über die als Steuergerät ausgebildete Vorrichtung 22. Dazu wird ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln verwendet, wobei das Computerprogramm auf dem Mikroprozessor des Steuergeräts 22 ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann als Computerprogrammprodukt ausgeführt sein, wobei die Programmcodemittel auf einem computerlesbaren Datenträger, wie z.B. CD, DVD, Festplatte oder USB-Stick, gespeichert sind.
[0046] In der Fig. 4 wird noch ein schematisches Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren 100 gezeigt.
[0047] Wenn in einem Schritt 101 festgestellt wird, dass die Lenkung zum Einfrieren neigt oder eingefroren ist, erfolgt in den nachfolgenden Schritten die Erzeugung und Anwendung von oszillierenden Steuersignalen, mittels der die Lenkung effektiv freigerüttelt werden kann, ohne den Motor oder die Steuerelektronik zu überhitzen.
[0048] Im Schritt 102 wird ein Steuersignal, wie z.B. das S* aus Fig. 2b), erzeugt, wobei insbesondere die Frequenz f nur etwas über der Eigenfrequenz fO liegt. Im Schritt 103a wird die eigentliche Betriebssteuerung (Servo-Unterstützung) solange abgeschaltet, wie das Rüttelmoment angewendet wird. Aiterativ dazu kann auch der Schritt 103b ausgeführt werden, bei dem die aktuelle Servo- Kennlinie durch eine andere (s. Fig. 3) ausgetauscht wird, so dass sich Freirütteln und Servo-Unterstützung nur kurzfristig bei speziellen Lenkmanövern überlagern. Alternativ kann bei Überschreiten einer Lenkmomentgrenze, das Rüttelmoment verkleinert oder abgeschaltet werden. Vorzugsweise geschieht das über eine zeitliche Rampe. Beim Unterschreiten der Grenze wird das Rüttelmoment wieder eingeschaltet. Vorzugsweise ebenfalls über eine zeitliche Rampe
[0049] Hinsichtlich der Parametrisierung hat sich gezeigt, dass vorzugsweise die erste Zeitspannen T1 nicht mehr als 50% der kontinuierlichen Zeitspannen TO betragen, und dass die erhöhte Amplitude a1 um mindestens 70% größer als die einheitliche Amplitude aO ist. In vielen Anwendungen können die zweiten Zeitspannen T2 echte Pausen ausbilden, in denen das Steuersignal S* keine Amplitude aufweist, wobei die zweiten Zeitspannen T2 größer, insbesondere um mindestens 50% größer, als die ersten Zeitspannen T1 sind. Sofern auch verringerte Amplituden a2 erzeugt werden, sollte die verringerte Amplitude a2 höchstens 50% der einheitlichen Amplitude aO und höchstens 30% der erhöhten Amplitude a1 betragen. Was die Frequenz des oszillierenden Steuersignals S* angeht, so sollte dieses mit einer veränderbaren Frequenz f erzeugt werden, die nicht mehr als 30% über der Eigenfrequenz des Systems liegt, insbesondere nicht mehr als 5-10% über der Eigenfrequenz des Systems liegt.
[0050] Zusammenfassend werden ein Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung 10 eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung der Elektromotor 1 6 mit einem oszillierenden Steuersignal S* angesteuert wird, das erste Zeitspannen T1 aufweist, in denen das Steuersignal S* eine erhöhte Amplitude a1 aufweist, und zweite Zeitspannen T2 aufweist, in denen das Steuersignal S* keine oder eine verringerte Amplitude a2 aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen T1 das von dem Elektromotor 1 6 aufgebrachte Rüttelmoment 26* mit einem erhöhten maximalen Moment M* ohne thermische Überlastung von Komponenten des Elektromotors 1 6 oder seiner Steuerung erzeugbar ist. Es kann vorgesehen werden, dass das oszillierende Steuersignal auch mehrere Zeitspannen mit erhöhten Amplituden und ein oder mehrere Zeitspannen (Pausen) mit keinen oder verringerten Amplituden aufweist.
[0051 ] Das während des normalen Betriebs der Hilfskraftlenkung 10 zur Servo- Unterstützung erzeugte Betriebssteuersignal S kann während der Anwendung des oszillierenden Steuersignal S* abgeschaltet werden. Soll es zu einem Wechsel zwischen dem oszillierendem Steuersignal S* und dem Betriebssteuersignal S kommen, so kann eine Übergangsfunktion, insbesondere eine Rampenfunktion, verwendet werden. Es können aber auch beide Signale S und S* erzeugt und angewendet werden (Rütteln und Normalbetrieb), wobei dann vorzugsweise eine Kennlinie verwendet wird (s. Fig. 3), die sicherstellt, dass die Anwendung des oszillierenden Steuersignal S* für das Freirütteln der Lenkung mit möglichst hohem zeitlichen Anteil alleine wirksam ist. Dazu wird also für die Erzeugung des Betriebssteuersignals S eine Servo-Kennlinie verwendet, die bei kleineren aufgebrachten Handmomenten 24 keine oder nur eine sehr geringe Servo- Unterstützung aufweist, wobei das oszillierende Steuersignal S* nur dann erzeugt bzw. angewendet wird, wenn keine oder nur eine sehr geringe Servo- Unterstützung erfolgt. Alternativ kann bei Überschreiten einer Lenkmomentgrenze, das Rüttelmoment verkleinert oder abgeschaltet werden. Vorzugsweise geschieht das über eine zeitliche Rampe. Beim Unterschreiten der Grenze wird das Rüttelmoment wieder eingeschaltet. Vorzugsweise ebenfalls über eine zeitliche Rampe. Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch eine Vorrichtung ausgeführt, die vorzugsweise ein mit dem Elektromotor 1 6 verbundenes Steuergerät 22 ist.
[0052] Zusammenfassend werden ein Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem einem vorgegebenen Handmoment in einer Überlagerungseinheit ein von einem Elektromotor aufgebrachtes Motormoment überlagert wird, wobei durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. einer Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors, ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung erkannt wird, und wobei zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung der Elektromotor mit einem oszillierenden Steuersignal angesteuert wird, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung mit einem von dem Elektromotor aufgebrachten Rüttelmoment bewirkt wird. Erfindungsgemäß wird anstelle eines oszillierenden Steuersignals, das eine in kontinuierlichen Zeitspannen wirkende einheitliche Amplitude aufweist, nun ein Steuersignal erzeugt, das erste Zeitspannen aufweist, in denen das Steuersignal eine erhöhte Amplitude aufweist, und zweite Zeitspannen aufweist, in denen das Steuersignal keine oder eine verringerte Amplitude aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen das von dem Elektromotor aufgebrachte Rüttelmoment mit einem erhöhten maximalen Moment ohne thermische Überlastung des Elektromotors erzeugbar ist. Bezugszeichenliste
10 Hilfskraftlenkung
12 Lenkhandhabe bzw. Lenkrad
14 Überlagerungseinheit bzw. Überlagerungsgetriebe
16 Elektromotor
18 Zahnstange
20 angelenkte Räder
22 Steuergerät
24 Handmoment (vom Fahrer aufgebracht)
26 Motormoment (vom Elektromotor erzeugt)
26* Rüttelmoment (vom Elektromotor erzeugt zum Freirütteln)
28 Wirkmoment (Ausgangsmoment des Überlagerungsgetriebes
S Betriebssteuersignal (für Motormoment vom Steuergerät erzeugt) zur
Servo-Unterstützung
S# gewöhnliches, oszillierendes Steuersignal (für Rüttelmoment vom
Steuergerät erzeugt) mit einheitlicher Amplitude aO
S* oszillierendes Steuersignal (für Rüttelmoment) gemäß der Erfindung erzeugt mit erhöhter Amplitude a1 innerhalb erster Zeitspanne T1 und keiner oder verringerter Amplitude a2 innerhalb zweiter Zeitspanne T2
S*', S*" verschiedene Varianten von oszillierenden Steuersignalen
101 -103a/b Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs
(vereinfacht)

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) eines
Kraftfahrzeugs, bei dem einem vorgegebenen Handmoment (24) in einer Überlagerungseinheit (14) ein von einem Elektromotor (1 6) aufgebrachtes Motormoment (26) überlagert wird, wobei durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors (1 6), ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung (10) erkannt wird (101 ), und wobei zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung (10) der Elektromotor (16) mit einem oszillierenden Steuersignal (S#) angesteuert wird, das eine in kontinuierlichen Zeitspannen (TO) wirkende Amplitude (aO) aufweist, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung (10) mit einem von dem Elektromotor (16) aufgebrachten Rüttelmoment (26*) bewirkt wird, das ein maximales Moment (M#) aufweist,
d ad u rc h g e ke n n ze i c h n et , d as s
als oszillierendes Steuersignal ein Steuersignal (S*) erzeugt wird (102), das erste Zeitspannen (T1 ) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) eine erhöhte Amplitude (a1 ) aufweist, und zweite Zeitspannen (T2) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) keine oder eine verringerte Amplitude (a2) aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen (T1 ) das von dem Elektromotor (16) aufgebrachte Rüttelmoment (26*) mit einem erhöhten maximalen Moment (M*) ohne thermische Überlastung von Komponenten des Elektromotors (1 6) oder seiner Steuerung erzeugbar ist.
2. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach Anspruch 1 , das oszillierende Steuersignal ein oder mehrere Zeitspannen (T1 ) mit erhöhten Amplituden (a1 ) und ein oder mehrere Zeitspannen (T2) mit keinen oder verringerten Amplituden (a2) aufweist.
3. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Zeitspannen (T1 ) nicht mehr als 50% der kontinuierlichen Zeitspannen (TO) betragen, und dass die erhöhte Amplitude (a1 ) um mindestens 70% größer als die einheitliche Amplitude (aO) ist.
4. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zeitspannen (T2) insbesondere Pausen sind, in denen das Steuersignal (S*) keine Amplitude aufweist, und dass die die zweiten Zeitspannen (T2) größer, insbesondere um mindestens 50% größer, als die ersten Zeitspannen (T1 ) sind.
5. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verringerte Amplitude (a2) höchstens 50% der einheitlichen Amplitude (aO) und höchstens 30% der erhöhten Amplitude (a1 ) beträgt.
6. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teilbereiche der Hilfskraftlenkung (10) ein freischwingendes System mit einer Eigenfrequenz (fO) repräsentieren, und dass das oszillierende Steuersignal (S*) mit einer veränderbaren Frequenz (f) erzeugt wird, die nicht mehr als 20% über der Eigenfrequenz des Systems liegt, insbesondere 5-10% über der Eigenfrequenz des Systems liegt.
7. Verfahren (100) zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des normalen Betriebs der Hilfskraftlenkung (10) zur Servo-Unterstützung ein Betriebssteuersignal (S) erzeugt wird, das die Größe des aufgebrachtes Motormoment (26) bestimmt, und dass das oszillierende Steuersignal (S*) zumindest die Größe und Frequenz des Rüttelmoments (26*) bestimmt, wobei das oszillierende Steuersignal (S*) zusätzlich oder alternativ zu dem
Betriebssteuersignal (S) erzeugt wird (103a).
8. Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oszillierende Steuersignal (S*) alternativ zu dem Betriebssteuersignal (S) erzeugt wird, wobei zum Wechsel zwischen dem oszillierendem Steuersignal (S*) und dem Betriebssteuersignal (S) eine Übergangsfunktion, insbesondere eine Rampenfunktion, verwendet wird.
9. Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Rüttel-Betriebs der Hilfskraftlenkung (10) zur Servo-Unterstützung ein spezielles Betriebssteuersignal (S) erzeugt wird, wobei eine verwendete Servo-Kennlinie bei kleinen aufgebrachten Handmomenten (24) keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung aufweist, und dass das
oszillierende Steuersignal (S*) nur erzeugt wird, wenn keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung erfolgt.
10. Verfahren zum Betreiben einer Hilfskraftlenkung (10) nach einem der
Ansprüche 1 -8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Rüttel-Betriebs der Hilfskraftlenkung (10) zur Servo-Unterstützung ein spezielles
Betriebssteuersignal (S) erzeugt wird, wobei die verwendete Servo-Kennlinie bei kleinen aufgebrachten Handmomenten (24) keine oder nur eine sehr geringe Servo-Unterstützung aufweist, und dass das oszillierende
Steuersignal (S*) parallel zur Servo-Unterstützung erfolgt.
1 1 . Vorrichtung (22) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (22) in einer Hilfskraftlenkung (10) eines Kraftfahrzeugs einen Elektromotor (16) ansteuert, der ein Motormoment (26) erzeugt, um dieses einem vorgegebenen Handmoment (24) mittels einer Überlagerungseinheit (14) zu überlagern, wobei die Vorrichtung (22) beschaffen ist, durch geeignete Maßnahmen, insbesondere durch Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors (16), ein beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung (10) zu erkennen, und wobei die Vorrichtung (22) zur Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung (10) den Elektromotor (1 6) mit einem oszillierenden Steuersignal (S#) ansteuert, das eine in kontinuierlichen Zeitspannen (TO) wirkende Amplitude (aO) aufweist, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung (10) mit einem von dem Elektromotor (1 6) aufgebrachten Rüttelmoment (26*) bewirkt wird, das ein maximales Moment (M#) aufweist, dad u rc h g e ke n n ze i c h n et , d as s
die Vorrichtung (22) als oszillierendes Steuersignal ein Steuersignal (S*) erzeugt, das erste Zeitspannen (T1 ) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) eine erhöhte Amplitude (a1 ) aufweist, und zweite Zeitspannen (T2) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) keine oder eine verringerte Amplitude (a2) aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen (T1 ) das von dem Elektromotor (1 6) aufgebrachte Rüttelmoment (26*) mit einem erhöhten maximalen Moment (M*) ohne thermische Überlastung von Komponenten des Elektromotors (1 6) oder seiner Steuerung erzeugbar ist.
2. Vorrichtung (22) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung ein mit dem Elektromotor (16) verbundenes Steuergerät (22) ist.
3. Hilfskraftlenkung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Lenkhandhabe (1 ),
einem Elektromotor (16) und einer Überlagerungseinheit (14), die einem vorgegebenen Handmoment (24) ein von einem Elektromotor (1 6)
aufgebrachtes Motormoment (26) überlagert, wobei Hilfskraftlenkung (10) eine Vorrichtung (22) aufweist, die durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Auswertung von Drehzahlmustern des Elektromotors (1 6), ein
beginnendes Einfrieren der Hilfskraftlenkung (10) erkennt und die zur
Vermeidung des Einfrierens der Hilfskraftlenkung (10) den Elektromotor (1 6) mit einem oszillierenden Steuersignal (S#) ansteuert, das eine in
kontinuierlichen Zeitspannen (TO) wirkende einheitliche Amplitude (aO) aufweist, wodurch eine oszillierende Beaufschlagung der Hilfskraftlenkung (10) mit einem von dem Elektromotor (16) aufgebrachten Rüttelmoment (26*) bewirkt wird, das ein maximales Moment (M#) aufweist,
d ad u rc h g e ke n n ze i c h n et , d as s
die Vorrichtung (22) als oszillierendes Steuersignal ein Steuersignal (S*) erzeugt, das erste Zeitspannen (T1 ) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) eine erhöhte Amplitude (a1 ) aufweist, und zweite Zeitspannen (T2) aufweist, in denen das Steuersignal (S*) keine oder eine verringerte Amplitude (a2) aufweist, wodurch in den ersten Zeitspannen (T1 ) das von dem Elektromotor (1 6) aufgebrachte Rüttelmoment (26*) mit einem erhöhten maximalen Moment (M*) ohne thermische Überlastung von Komponenten des Elektromotors (1 6) oder seiner Steuerung erzeugbar ist.
14. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (22) nach Anspruch 1 1 , ausgeführt wird.
15. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem
computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis109 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere in einem Steuergerät (22) nach Anspruch 12, ausgeführt wird.
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