WO2017060107A1 - Verfahren zum betreiben eines lenksystems eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines lenksystems eines kraftfahrzeugs Download PDF

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overvoltage
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Phillipp SCHREINER
Eugen Sworowski
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Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steering system of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Power steering systems for introducing a desired assist torque in a steering gear of a steering system are well known. Furthermore, it is known that, for example, by switching off larger loads on a vehicle electrical system voltage peaks can result, which can lead to damage connected to the electrical system components.
  • Load shedding may result from a shutdown of consumers in a connected electrical system or from a cable break. It is proposed a method for operating a motor vehicle electrical system with a generator-operable electric machine. Thus, it is an object of the invention to improve the stability of the vehicle electrical system.
  • At least two electromechanical actuators are operated on a common vehicle electrical system or on a respective vehicle electrical system and that an overvoltage of the vehicle electrical system is determined. Furthermore, a respective target assist torque of the at least two electromechanical actuators determined in such a way so that the overvoltage of the electrical system is reduced. As a result, the steering system can be advantageously used to a
  • a power steering system has a short reaction time, so that the overvoltage can be reliably reduced when the power steering system is operational.
  • a high current can be absorbed by the power steering system in comparison with other components, whereby the overvoltage can advantageously be reliably degraded.
  • the electromechanical actuators are operated in opposite directions to reduce the overvoltage.
  • this antisense there is advantageously essentially no mechanical movement with respect to the reduction of the overvoltage. Rather, the two actuators work to reduce the overvoltage against each other, so remove a high current from the electrical system and convert it to reduce the overvoltage into heat.
  • a load request for reducing the overvoltage is determined. By determining the load request, the overvoltage of the electrical system can be reduced.
  • a first of the electromechanical actuators is operated with a first desired assistance torque, which is increased by the load requirement.
  • a second of the electromechanical actuators is operated with a second target assist torque, which is around the
  • Total assist torque can be introduced into the steering gear and at the same time the load requirement for redundancy of the overvoltage can be met. This leads to a support torque requested by the driver or the vehicle itself in an autonomous steering operation in the steering gear can be introduced and at the same time the load request can be implemented.
  • a vehicle electrical system voltage is determined.
  • the load request is determined as a function of the vehicle electrical system voltage.
  • the electrical system can be observed and a reaction of the
  • Steering system on an overvoltage of the electrical system can over the
  • the load request is specified by means of a message from a bus system.
  • a voltage spike is prematurely supplied to the steering system, for example in the event of load shedding, which correspondingly converts a reaction by means of the load request in order to reduce the overvoltage that occurs in the electrical system.
  • FIGURE of the drawing shows in schematic form a steering system 2 with a power steering system 4.
  • the steering system 2 a steering system 2 with a power steering system 4.
  • the steering system 2 a steering system 2 with a power steering system 4.
  • Superposition steering 6 include.
  • the steering system 2 has a steering gear 8, which is formed for example as a rack and pinion steering gear.
  • the steering gear 8 may be formed as a ball nut transmission.
  • the steering gear 8 is connected via a pinion 10 and a rack 1 2 on each side of the vehicle with a steering linkage 14, which cooperates with a respective wheel 1 6.
  • the steering system 2 in FIG. 1 represents one of a multiplicity of possible embodiments for carrying out the method according to the invention
  • Embodiments may be implemented, for example, by other steering gears and / or by a different arrangement of drives. Furthermore, further sensors may be arranged in the steering system 2, the arrangement and design of which is not discussed here.
  • a steering means 20 for example a steering wheel is arranged.
  • This steering means difference which is introduced by the superposition steering 6 in the steering gear 8, is also referred to as additional steering angle.
  • a torsion bar and a steering column between the steering means 20 and the superposition steering 6 may be arranged.
  • the torsion bar 1 8 between the superposition steering 6 and the power steering 4 and the steering gear 8 is arranged.
  • a first electromechanical actuator 22 introduces a target assist torque 24 via a gear 26 and the rack 1 2 in the steering gear 8 a.
  • a second electromechanical actuator 32 initiates a desired assistance torque 34 via a gear 36 and the rack 1 2 in the steering gear 8 a.
  • the first and second actuators 22, 32 are designed as electric motors and the corresponding desired assist torque 24 or 34 is supplied in a form not shown a corresponding power electronics, which operates the respective actuator 22, 32.
  • the first desired assist torque 24 results from an addition of a desired assist torque 36 determined for the first actuator 22 and a
  • the second assist torque 34 results from a subtraction of the load request 40 from another for the second actuator 32 determined target assist torque 42 at a
  • the actuators 22 and 32 are connected via respective lines 46 and 48 to a common vehicle electrical system 50 of the motor vehicle and obtain their electrical energy via the common electrical system 50. By means of the load request 40 so additional energy can be removed from the common electrical system 50.
  • the actuators 22 and 32 can be supplied in an unillustrated form from two independently operated, redundant electrical systems with electrical energy.
  • the explanations refer not only to a common vehicle electrical system 50. Rather, the present description is readily transferable to a number of different vehicle electrical systems, which are each assigned to one of the actuators 22, 32 for power supply.
  • the load request 40 is determined by means of a block 52, which is signaled via a signal 54, an overvoltage of the electrical system 50 or one of the redundant Bordnetze.
  • signal 54 may be a voltage signal monitored by block 52.
  • the height of the determined overvoltage for example, via a map or a
  • Characteristic load request 40 in the form of an opposing working
  • Steering torque can be determined.
  • the signal 54 may represent a message on a bus system of the motor vehicle, by means of which the load request 40 is generated by the block 52.
  • the load request 40 is generated by the block 52.
  • the electrical system 50 can be determined in order to determine an overvoltage.
  • the desired assistance torque 36 is determined by means of a block 56.
  • the desired assistance torque 42 is determined by means of a block 58.
  • the blocks 56 and 58 are coordinated so that a total torque can be introduced into the steering gear 8, which essentially corresponds to an addition of the desired steering torques 36 and 42.
  • Control unit 60 is arranged. Of course, the functionality can also be on distribute several ECUs that communicate with each other. Furthermore, the controller 60 includes for carrying out the ones described herein
  • Method steps a digital computing device to run a computer program.
  • the computer program is designed to map one of the methods presented here.
  • the computer program is on one

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (2) eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Lenksystem (2) umfasst eine Hilfskraftlenkung (4) zur Einbringung eines Soll-Unterstützungsmoments (24, 34) in ein Lenkgetriebe (8) des Lenksystems (2). Zumindest zwei elektromechanische Aktoren (22, 32) werden an einem gemeinsamen Bordnetz (50) oder an unterschiedlichen Bordnetzen betrieben. Eine Überspannung des Bordnetzes (50) wird ermittelt. Das jeweilige Soll-Unterstützungsmoment (24; 34) der zumindest zwei elektromechanischen Aktoren (22, 32) wird derart ermittelt, so dass die Überspannung des Bordnetzes (50) reduziert wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Lenksvstems eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Hilfskraftlenkungen zur Einbringung eines Soll-Unterstützungsmoments in ein Lenkgetriebe eines Lenksystems sind allgemein bekannt. Des Weiteren ist bekannt, dass sich beispielsweise durch ein Abschalten größerer Lasten an einem Bordnetz Spannungsspitzen ergeben können, die zu Schäden von an das Bordnetz angeschlossenen Komponenten führen können.
So ist es beispielsweise aus der DE 1 0 201 3 224 1 06 A1 bekannt, dass ein
Lastabwurf aus einer Abschaltung von Verbrauchern in einem angeschlossenem Bordnetz oder aus einem Kabelabriss resultieren kann. Es wird ein Vefahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugbordnetzes mit einer generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine vorgeschlagen. Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, die Stabilität des Fahrzeugbordnetzes zu verbessern.
Die der Erfindung zugrund liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum
Betreiben eines Lenksystem eines Kraftfahrzeugs nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die
Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmal sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei elektromechanische Aktoren an einem gemeinsamen Bordnetz oder an einem jeweiligen Bordnetz betrieben werden und, dass eine Überspannung des Bordnetzes ermittelt wird. Des Weiteren wird ein jeweiliges Soll-Unterstützungsmoment der zumindest zwei elektromechanischen Aktoren derart ermittelt, so dass die Überspannung des Bordnetzes reduziert wird. Hierdurch kann vorteilhaft das Lenksystem dazu genutzt werden, eine
Überspannung in Form einer Spannungsspitze abzubauen. Insbesondere durch das Abschalten größerer Lasten ergeben sich Spannungsspitzen und durch das vorgeschlagene Verfahren und die Reduzierung der entsprechenden Überspannung kann eine Schädigung weiterer Komponenten verhindert werden. Vorteilhaft weist eine Hilfskraftlenkung eine kurze Reaktionszeit auf, so dass die Überspannung bei betriebsfähiger Hilfskraftlenkung sicher reduziert werden kann. Vorteilhaft kann durch die Hilfskraftlenkung ein im Vergleich zu anderen Komponenten hoher Strom aufgenommen werden, womit die Überspannung vorteilhaft sicher abbaubar ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die elektromechanischen Aktoren zur Reduktion der Überspannung gegensinnig betrieben. Durch diesen Gegensinn entsteht vorteilhaft im Wesentlichen keine mechanische Bewegung in Bezug auf den Abbau der Überspannung. Vielmehr arbeiten die beiden Aktoren zur Reduktion der Überspannung gegeneinander, entnehmen so einen hohen Strom aus dem Bordnetz und wandeln diesen zur Reduktion der Überspannung in Wärme um. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Lastanforderung zur Reduktion der Überspannung ermittelt. Durch die Ermittelung der Lastanforderung kann die Überspannung des Bordnetzes reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein erster der elektromechanischen Aktoren mit einem ersten Soll-Unterstützungsmoment betrieben, welches um die Lastanforderung erhöht ist. Ein zweiter der elektromechanischen Aktoren wird mit einem zweiten Soll-Unterstützungsmoment betrieben, welches um die
Lastanforderung verringert ist. Hierdurch wird erreicht, dass ein
Gesamtunterstützungsmoment in das Lenkgetriebe eingebracht werden kann und gleichzeitig die Lastanforderung zur Redunktion der Überspannung erfüllt werden kann. Dies führt dazu, dass ein vom Fahrer oder vom Fahrzeug selbst in einen autonomen Lenkbetrieb angefordertes Unterstützungsmoment in das Lenkgetriebe eingebracht werden kann und gleichzeitig die Lastanforderung umgesetzt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Bordnetzspannung ermittelt. Die Lastanforderung wird in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung ermittelt.
Vorteilhaft kann so das Bordnetz beobachtet werden und eine Reaktion des
Lenksystems auf eine Überspannung des Bordnetzes kann über die
Lastanforderung umgesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Lastanforderung mittels einer Nachricht von einem Bussystem vorgegeben. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass eine Spannungsspitze beispielsweise bei einem erfolgenden Lastabwurf vorzeitig dem Lenksystem zugeführt wird, das entsprechend eine Reaktion mittels der Lastanforderung umsetzt, um die erfolgende Überspannung des Bordnetzes zu reduzieren.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Form ein Lenksystem 2 mit einer Hilfskraftlenkung 4. Des Weiteren kann das Lenksystem 2 auch eine
Überlagerungslenkung 6 umfassen. Das Lenksystem 2 weist ein Lenkgetriebe 8 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Ebenso kann das Lenkgetriebe 8 auch als Kugelmuttergetriebe ausgebildet sein.
In dieser Beschreibung wird überwiegend von einer Zahnstangenlenkung
ausgegangen. Das Lenkgetriebe 8 ist über ein Ritzel 10 und eine Zahnstange 1 2 auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 14 verbunden, das jeweils mit einem Rad 1 6 zusammenwirkt. Grundsätzlich stellt das Lenksystem 2 in Figur 1 eine von einer Vielzahl möglicher Ausführungsformen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Vorrichtung dar. Andere
Ausführungsformen können beispielsweise durch andere Lenkgetriebe und/oder durch eine andere Anordnung von Antrieben ausgeführt sein. Ferner können weitere Sensoren in dem Lenksystem 2 angeordnet sein, auf deren Anordnung und Ausführung an dieser Stelle nicht eingegangen wird. An einem Drehstab ist ein Lenkmittel 20, beispielsweise ein Lenkrad angeordnet. Mittels der Überlagerungslenkung 6 kann vom Fahrzeugführer aufgebrachter Lenkwinkel hin zu dem Lenkgetriebe 8 vergrößert oder verkleinert werden. Diese Lenkmitteldifferenz, die von der Überlagerungslenkung 6 in das Lenkgetriebe 8 eingebracht wird, wird auch als Zusatzlenkwinkel bezeichnet. Selbstverständlich kann anstatt eines Drehstabes auch eine Lenksäule zwischen dem Lenkmittel 20 und der Überlagerungslenkung 6 angeordnet sein. In dieser Ausführungsform ist der Drehstab 1 8 zwischen der Überlagerungslenkung 6 und der Hilfskraftlenkung 4 bzw. dem Lenkgetriebe 8 angeordnet.
Ein erster elektromechanischer Aktor 22 leitet ein Soll-Unterstützungsmoment 24 über ein Getriebe 26 und die Zahnstange 1 2 in das Lenkgetriebe 8 ein. Ein zweiter elektromechanischer Aktor 32 leitet ein Soll-Unterstützungsmoment 34 über ein Getriebe 36 und die Zahnstange 1 2 in das Lenkgetriebe 8 ein. Der erste und der zweite Aktor 22, 32 sind als Elektromotoren ausgebildet und das entsprechende Soll-Unterstützungsmoment 24 bzw. 34 wird in nicht gezeigter Form einer entsprechendne Leistungselektronik zugeführt, die den jeweiligen Aktor 22, 32 betreibt. Das erste Soll-Unterstützungsmoment 24 ergibt sich aus einer Addition eines für den ersten Aktor 22 ermittelten Soll-Unterstützungsmoments 36 und einer
Lastanforderung 40 an einer Additionsstelle 38. Das zweite Unterstützungsmoment 34 ergibt sich aus einer Subtraktion der Lastanforderung 40 von einem weiteren für den zweiten Aktor 32 ermittelten Soll-Unterstützungsmoment 42 an einer
Additionsstelle 44. Mithin ergibt sich durch die Lastanforderung 40, die die gleiche Dimension aufweist wie die Unterstützungsmomente 24, 34, 36 und 42, kein
Unterschied im Gesamtmoment, das in das Lenkgetriebe 8 eingebracht wird.
Gleichzeitig ergibt sich eine gegensinnige Beaufschlagung der elektromechanischen Aktoren 22 und 32, die zu einem über die Zahnstange 1 2 gegeneinander wirkenden Teilmoment und damit zu einer in Wärme umgesetzte Energie in dem jeweiligen Aktor 22, 32 führt. Mithin kann über die Lastanforderung 40 ein Energieverbrauch realisiert werden, der darüber hinaus geht, was für die Erzeugung des
Gesamtmoments hinausgeht. Die Aktoren 22 und 32 sind über jeweilige Leitungen 46 und 48 an ein gemeinsames Bordnetz 50 des Kraftfahrzeugs angeschlossen und beziehen ihre elektrische Energie über das gemeinsame Bordnetz 50. Mittels der Lastanforderung 40 kann so zusätzliche Energie aus dem gemeinsamen Bordnetz 50 entnommen werden. Selbstverständlich können die Aktoren 22 und 32 in nicht gezeigter Form auch aus zwei voneinander unabhängig betriebenen, redundanten Bordnetzen mit elektrischer Energie versorgt werden. Mithin beziehen sich die Erläuterungen nicht nur auf ein gemeinsames Bordnetz 50. Vielmehr ist die vorliegende Beschreibung ohne weiteres auch auf eine Anzahl unterschiedlicher Bordnetze, die jeweils einem der Aktoren 22, 32 zur Energieversorgung zugeordnet sind, übertragbar.
Die Lastanforderung 40 wird mittels eines Blocks 52 ermittelt, dem über ein Signal 54 eine Überspannung des Bordnetzes 50 oder eines der redundanten Bordnetze signalisiert wird. So kann beispielsweise das Signal 54 ein Spannungssignal sein, das mittels des Blocks 52 überwacht wird. In Abhängigkeit von der Höhe der ermittelten Überspannung kann beispielsweise über ein Kennfeld oder eine
Kennlinie die Lastanforderung 40 in Form eines gegensinnig arbeitenden
Lenkmoments ermittelt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Signal 54 eine Nachricht auf einem Bussystem des Kraftfahrzeugs darstellen, mittels derer die Lastanforderung 40 von dem Block 52 erzeugt wird. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden vorigen Ausführungsformen denkbar. Ebenso können auch andere Größen in Bezug auf das Bordnetz 50 ermittelt werden, um eine Überspannung zu ermitteln.
Das Soll-Unterstützungsmoment 36 wird mittels eines Blocks 56 ermittelt. Das Soll- Unterstützungsmoment 42 wird mittels eines Blocks 58 ermittelt. Hierzu werden die Blöcke 56 und 58 so koordiniert, dass sich ein Gesamtmoment in das Lenkgetriebe 8 einbringen lässt, das im Wesentlichen einer Addition der Soll-Lenkmomente 36 und 42 entspricht.
Die Blöcke 52, 56 und 58 sowie die Additionsstellen 38 und 44 sind in einem
Steuergerät 60 angeordnet. Selbstverständlich lässt sich die Funktionalität auch auf mehrere Steuergeräte verteilen, die miteinander kommunizieren. Des Weiteren enthält das Steuergerät 60 zur Ausführung der hier beschriebenen
Verfahrensschritte ein digitales Rechengerät, um ein Computerprogramm auszuführen. Das Computerprogramm ist dazu ausgebildet, eines der Verfahren, die hier vorgestellt sind, abzubilden. Das Computerprogramm ist auf einem
Speichermedium abgespeichert. Durch die hier beschriebenen Verfahren ergeben sich insbesondere Vorteile bei der Ausbildung der weiteren an dem Bordnetz 50 angeordneten Komponenten, die einen Überspannungschutz nicht oder nur in reduzierter Form aufweisen müssen. Insgesamt erhöht sich die Stabilität des Bordnetzes 50 auch bei großen Lastabwürfen. Insgesamt lässt sich somit ein Bordnetz 50 realisieren, das weniger komplex und damit kostengünstiger ausgestaltet sein kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (2) eines Kraftfahrzeugs mit einer Hilfskraftlenkung (4) zur Einbringung eines Unterstützungsmoments in ein Lenkgetriebe (8), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektromechanische Aktoren (22, 32) an einem gemeinsamen Bordnetz (50) oder an unterschiedlichen Bordnetzen betrieben werden, dass eine
Überspannung des Bordnetzes (50) ermittelt wird, und dass ein jeweiliges Soll-Unterstützungsmoment (24; 34) der zumindest zwei
elektromechanischen Aktoren (22, 32) derart ermittelt wird, so dass die Überspannung des Bordnetzes (50) reduziert wird.
2. Das Verfahren nach dem Anspruch 1 , wobei die elektromechanischen
Aktoren (22, 32) zur Reduktion der Überspannung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Soll-Unterstützungsmoment (24; 34) gegensinnig betrieben werden.
3. Das Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei eine Lastanforderung (40) zur Reduktion der Überspannung ermittelt wird.
4. Das Verfahren nach dem Anspruch 3, wobei ein erster der
elektromechanischen Aktoren (22) mit einem ersten Soll- Unterstützungsmoment (24) betrieben wird, welches um die Lastanforderung (40) erhöht ist, und wobei ein zweiter der elektromechanischen Aktoren (32) mit einem zweiten Soll-Unterstützungsmoment (34) betrieben wird, welches um die Lastanforderung (40) verringert ist.
5. Das Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Bordnetzspannung
ermittelt wird, und wobei die Lastanforderung (40) in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung ermittelt wird.
6. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Lastanforderung (50) mittels einer Nachricht von einem Bussystem vorgegeben wird.
7. Ein Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
8. Ein Steuergerät (60) zum Betreiben eines Lenksystems (2) eines
Kraftfahrzeugs, das mit einem digitalen Rechengerät versehen ist, auf dem das Computerprogramm nach dem Anspruch 7 lauffähig ist.
9. Ein Speichermedium für ein Steuergerät (60) nach dem Anspruch 8, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 abgespeichert ist.
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