WO2023285013A1 - Fahrzeuglenkung und verfahren zur diagnose des funktionszustands eines energiespeichers zur notstromversorgung eines lenkungssteuergeräts - Google Patents

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WO2023285013A1
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energy store
voltage
logic unit
steering
unit
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Peter Iwanski
Christian Hopp
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle steering system comprising a steering control unit and an energy store for emergency power supply, independent of a vehicle electrical system, which is electrically connected to the steering control unit.
  • the invention relates to a method for diagnosing the functional state of an energy store for the emergency power supply of a steering control device.
  • the vehicle steering is a safety-relevant device on a motor vehicle.
  • the ISO 26262 standard - functional safety for road vehicles - defines various risk classes, which are also referred to as Automotive Safety Integrity Level (ASIL).
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • the ASIL is based on a risk analysis of a potential hazard considering the severity, exposure and controllability of the vehicle operating scenario.
  • four ASILs are specified in the standard: ASIL A, ASIL B, ASIL C, ASIL D, whereby ASIL D places the highest integrity requirements and ASIL A the lowest integrity requirements on a product.
  • Vehicle steering systems are increasingly required to be designed with ASIL B/C safety integrity in terms of their availability, especially with regard to avoiding sudden failure (Sudden-Loss-of-Assist - SLoA).
  • the power supply in particular must be taken into account here, as it could fail or have faults.
  • an electrical voltage can be produced which causes an undesired reset of a logic unit of the steering control unit.
  • an integrity of ASIL B or ASIL C can be achieved. This controllability is determined by several factors, including the axle load. Proceeding from this, the present invention aims to increase the system integrity of a vehicle steering system in order to at least achieve ASIL B or C, depending on the application.
  • Vehicle steering systems with an energy store that is independent of the vehicle electrical system are already generally known.
  • An example of this is described in DE 102018201 221 A1.
  • the energy store is used to provide sufficient energy for the supply of the steering control unit and the drive devices of the vehicle steering system controlled by this in the event of failure or malfunctions in the vehicle electrical system.
  • the energy store should be a supercapacitor, which has advantages over battery stores such as lithium-ion batteries in relation to the dynamics of the energy supply.
  • a vehicle steering system is proposed.
  • its steering control unit has: a power unit, which is connected to at least one drive device of the steering, a logic unit for controlling the power unit, a connection for the voltage supply from the vehicle electrical system, which is electrically connected to a voltage input of the power unit, a connection for the voltage supply from the energy store, which is electrically connected to a voltage input of the logic unit, and a diode, which is connected between the voltage input of the power unit and the voltage input of the logic unit, with an anode of the diode being connected to the voltage input of the power unit and a cathode of the Diode are connected to the voltage input of the logic unit in order to separate the power supply of the logic unit from the energy store from the power supply of the power unit.
  • a classic intermediate circuit capacitor In contrast to a classic intermediate circuit capacitor in a vehicle steering system, the energy store is prevented from being discharged by the power unit.
  • a classic intermediate circuit capacitor is not suitable for the emergency supply of the logic unit of the steering control unit, since the drive devices of the vehicle steering would discharge the intermediate circuit capacitor during steering operations, which could result in the logic unit being deactivated.
  • the solution according to the invention avoids the need for completely redundant vehicle electrical systems, which would be associated with high requirements in terms of installation space, weight and costs and also require special redundant steering systems for safety reasons.
  • a switch for interrupting the power supply of the logic unit from the energy store can be connected between a voltage output of the energy store and the cathode of the diode. This makes it possible to check the state of the energy store via its discharging behavior. Such a routine can be performed by separating it from the logic unit. This contributes to increasing the level of safety by allowing any faults in the energy storage device to be detected at an early stage.
  • the switch is controlled by the logic unit. This allows the check to be carried out directly on the vehicle, for example at specified intervals or in certain operating states. A visit to the workshop is not required for this, since the routine can be implemented in the logic unit.
  • in particular means for detecting the energetic state of the energy store can be provided, with the detected energetic state being evaluated in the logic unit.
  • the energy store is a capacitor whose voltage can be read out and taken into account, for example, via an analog/digital converter in the logic unit.
  • the voltage output of the energy store is connected to a ground connection of the steering control unit via a further switch which is controlled by the logic unit. By closing this additional switch, the energy store can be discharged more quickly in order to generate meaningful values for assessing the functional state of the energy store more quickly.
  • the energy store can be charged, in particular when the first-mentioned switch interrupts the connection between the energy store and the cathode of the diode and thus also to the logic unit. This enables further refinement and faster execution of the test routine with regard to the integrity of the energy store for the emergency supply of the logic unit.
  • the energy store is a capacitor, which ensures that the logic unit is supplied with power quickly, in particular when, for whatever reason, no more current is provided via the diode in the direction of the logic unit. This ensures that the logic unit can be supplied with voltage for a sufficiently long period of time in emergencies via a very compact energy store, so that its functionalities are still available even if the supply is no longer sufficient for the power unit.
  • a routine for diagnosing the energetic state of the energy store can be implemented in the logic unit, which provides for: initially detecting the voltage of the energy store, then interrupting the voltage supply between the energy store and the logic unit in order to at least partially discharge the energy store, and then again to record the voltage of the energy storage device and to compare the recorded voltage values and from this to determine the functional status of the to close the energy store. From the discharge of the energy store, it can be checked whether it is to be regarded as "functional” or as "faulty".
  • this process can be carried out repeatedly, for example along a self-discharge curve. In addition, other conditions can be checked if necessary.
  • the test can be carried out, for example, during a period in which the vehicle is switched off. Sufficient time is available here for a test against a self-discharge curve.
  • the routine is accelerated by the energy store being discharged to ground in a defined manner, for example via a resistor. This results in a faster voltage drop, which is used to assess the functional status.
  • the routine is further developed such that before the initial voltage detection, the energy store is charged from the voltage supply of the power unit and the voltage of the energy store is detected in the charged state, or after the renewed voltage detection, the energy store is charged from the voltage supply of the power unit and the voltage of the Energy store is detected in the charged state, and in both cases the voltage of the energy store in the charged state is used in addition to closing the functional state of the energy store.
  • a defined state of charge for example “fully charged”
  • the informative value with regard to the assessment of the functional state of the energy store can be further improved.
  • a method according to claim 10 is also proposed. This includes in particular the following steps: initial detection of the voltage of the energy store, subsequent at least partial discharging of the energy store, preferably controlled by the steering control unit, then renewed detection of the voltage of the energy store, as well as comparison of the detected voltage values and conclusions about the functional state of the energy store on the basis of this comparison .
  • This routine can be used to diagnose the functional status of an energy store for the emergency power supply of a steering control unit and to achieve the necessary system integrity.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a vehicle steering system according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment variant of the steering control device of the vehicle steering system according to FIG. 1 with a connected energy store
  • Fig. 3 shows a second embodiment variant of the steering control unit of the vehicle steering according to FIG. 1 with a connected energy store, and in
  • FIG. 4 shows a third embodiment variant of the steering control unit of the vehicle steering system according to FIG. 1 with a connected energy store.
  • FIG. 1 shows an example of a schematic view of a vehicle steering system 1 for a motor vehicle, in particular a passenger vehicle or light commercial vehicle.
  • the vehicle steering system 1 can be designed as a conventional steering system with mechanical penetration or as a vehicle steering system without mechanical penetration, i.e. as a steer-by-wire steering system.
  • FIG. 1 relates to an electromechanical vehicle steering system 1, which is embodied as a rack and pinion steering system by way of example, for the purpose of explanation and without limitation thereto.
  • the vehicle steering system 1 comprises a steering gear 2 with a steering gear housing 2a through which a steering rod 2b extends.
  • the steering rod 2b is arranged so that it can move axially in the steering gear housing 2a and can be displaced axially by means of a steering handle 3 on the driver's side, for example a steering wheel.
  • a tie rod 2c leading to a steerable vehicle wheel 5 is coupled to the axial ends of the tie rod 2b via a tie rod joint 2d.
  • the steering column 4 is connected to a pinion, for example, which meshes with a correspondingly toothed section of the steering rod 2b within the steering gear housing 2a in order to convert a force applied by the driver to the steering handle 3 into an axial force of the steering rod 2b and thus to have an effect on the vehicle wheels 5 bring to.
  • the vehicle steering system 1 also includes an electric motor 2e, which is coupled to the steering rod 2b for axial displacement of the same.
  • An additional axial force can be applied to the steering rod 2b via the electric motor 2e, which is significantly greater than the maximum axial force that can be applied by the driver via the steering handle 3.
  • the axial force applied via the electric motor 2e can be used to support the driver when steering. If the electric power steering fails, the vehicle can still be steered manually.
  • a steering control unit 6 is provided, in which a driver's steering command applied to the steering handle 3 is taken into account as an input variable.
  • This steering control device 6 is shown in more detail in different embodiment variants in FIGS.
  • the steering control unit 6 has a power unit 61, which is connected to at least one drive device of the vehicle steering system 1, in this case to the electric motor 2e of the steering gear 2, and a separate logic unit 62 for activating the power unit 61.
  • the logic unit 62 is configured in such a way to cause the electric motor 2e to effect a steering actuation of the vehicle wheels 5 as a function of the driver's steering command. In the case of steer-by-wire steering, this can also cause a haptic actuator 3a to generate a steering reaction on the steering handle 3 .
  • the linkage can be carried out with a cable or also wirelessly.
  • the vehicle steering system 1 in FIG. 1 includes an energy store 7 for the emergency power supply independently of a vehicle electrical system 8 which is electrically connected to the steering control unit 6 .
  • the energy store 7 is suitable for providing a voltage supply if the vehicle electrical system 8 fails or is disrupted. It is preferably designed as a capacitor, but it can also be a battery, i.e. a storage device for electrical energy on an electrochemical basis.
  • the steering control device 6 has a connection 64 for the voltage supply from the vehicle electrical system 8 .
  • This connection 64 is electrically connected to a voltage input 611 of the power unit 61 .
  • the power unit 61 From the power unit 61, the aforementioned drive devices are supplied with electricity.
  • the power unit 61 has one or more power outputs 612 which correspond to corresponding connections 65 on the steering control unit 6 .
  • the steering control device 6 has a separate connection 66 for supplying voltage from the energy store 7 .
  • the connection 66 is electrically connected to a voltage input 621 of the logic unit 62 .
  • Signal inputs and outputs of logic unit 62 for controlling the vehicle steering system, which do not directly relate to its voltage supply, are not shown here for reasons of clarity, but are assumed to be present.
  • a diode 67 is connected between the voltage input 611 of the power unit 61 and the voltage input 621 of the logic unit 62 in all the embodiment variants of FIGS.
  • the diode has an anode 671 and a cathode 672 .
  • the flow direction of the diode 67 is defined from the anode 671 to the cathode 672 .
  • the blocking direction is reversed accordingly.
  • the anode 671 of the diode 67 is connected to the voltage input 611 of the power unit 61 and the cathode 672 of the diode 67 is connected to the voltage input 621 of the logic unit 61 in order to separate the voltage supply of the logic unit 61 from the energy store 7 from the voltage supply of the power unit 62.
  • the power unit 62 can therefore not draw any current from the energy store 7 .
  • the energy store 7 is available as an emergency power supply only for the logic unit 62 but not for the power unit 61 . This prevents the power unit 61 from being able to empty the energy store 7, so that its energy is reserved for the logic unit 62 in an emergency, in order to ensure its functionality with a high level of safety.
  • both the logic unit 62 and the energy store 7 can draw current from the connection 64 to the vehicle electrical system 8 via the diode 67, which ultimately means normal operation of the power supply of the logic unit 62.
  • FIG. 3 shows a further development of the first embodiment variant of the steering control device 6 explained above and shown in FIG.
  • a switch 9A for interrupting the power supply of the logic unit 61 from the energy store 7 is additionally connected between a voltage output 71 of the energy store 7, which is connected to the terminal 66, and the cathode 672 of the diode 67. With this switch 9A, the connection of the energy store 7 to the diode 67 is also interrupted or closed.
  • the switch 9A is preferably controlled by the logic unit 62, in which a corresponding routine, which will be explained in more detail further below, is stored.
  • FIG. 3 the actuation of the switch 9A is illustrated by a control line 68 which leads from the logic unit 62 to the switch 9A.
  • the switch 9A can be a relay or a MOSFET, for example.
  • a measuring line 69 which, for example, leads from the voltage output 71 of the energy store 7 to an analog/digital converter 622 of the logic unit 62 in order to convert a voltage signal into a corresponding input signal.
  • a signal can also be transmitted wirelessly instead of via a measuring line 69 .
  • the detected energetic state of the energy store 7 is evaluated in the logic unit 62 .
  • a routine for diagnosing the functional state of the energy store 7 on the basis of the energetic state of the energy store 7 is implemented in the logic unit 62 .
  • this routine provides for initially detecting the voltage VJnit of the energy store 7 .
  • the voltage supply between the energy store 7 and the logic unit 62 is then interrupted by opening the switch 9A.
  • the switch 9A opens, a discharge process begins at the energy store 7, which can be observed here via the voltage.
  • the energy store 7 is at least partially discharged.
  • the voltage V_discharge of the energy store 7 is recorded again. A full discharge is not absolutely necessary, but possible.
  • the functional state of the energy storage device 7 can be inferred if one assumes that a discharge behavior of the energy storage device 7 is known, for example from previous comparative tests or the like.
  • the energy store is functional if VJnital is greater than V_discharged and the difference is greater than a preset threshold value.
  • V discharged is not 0V.
  • the threshold value can be a fixed value or can also be read out from a discharge curve stored in the logic unit 62, for example based on VJnit.
  • the embodiment variant shown in FIG. 3 represents a very simple solution in terms of circuitry, in which the routine is optionally checked several times along the discharge curve of the energy store 7 or capacitor. For example, this routine may be executed during a period when the vehicle is off.
  • the voltage output 71 of the energy store 7 is connected to a ground connection of the steering control device 6 or grounded via a further switch 9B, which is also preferably controlled by the logic unit 62 .
  • a resistor 10B can optionally be connected upstream of the further switch 9B in order to set the discharge of the charge from the energy store 7 .
  • this further switch 9B is open, but it can be closed as part of the routine explained above in order to accelerate the discharging process, so that meaningful measured values, in particular for V_discharge, are obtained more quickly.
  • FIG. 4 shows a development of the steering control unit 6 explained above and shown in FIG.
  • an additional switch 9C is provided in the present case.
  • the voltage output 71 of the energy store 7 is connected to this additional switch 9C, which is connected via a resistor 10C to the voltage supply of the power unit 61 from the vehicle electrical system 8 .
  • the additional switch 9C is open.
  • this additional switch 9C can be closed as part of a routine for diagnosing the functional state of the energy store 7 for the emergency power supply in order to be able to charge the energy store 7, in particular even when the switch 9A is open.
  • the routine already explained above in connection with FIG. 3 can be further developed for the embodiment variant in FIG Power unit 61 is charged and the voltage V_charged of the energy store 7 in charged state is detected.
  • the voltage V_laden of the energy store 7 in the charged state can also be used to infer the functional state of the energy store 7 .
  • the routine for diagnosing the functional state of the energy store 7 can be configured in particular as in the following non-limiting example.
  • the steering control unit 6 is in normal operation, in which the vehicle steering system 1 is operated as intended.
  • the switch 9A between the energy store 7 and the logic unit 61 is closed.
  • the logic unit 61 can thus be supplied with an emergency power supply via the energy store 7 .
  • the additional switch 9B for targeted discharge, if present, is open.
  • the additional switch 9C for targeted charging, if any, is open.
  • routine for the check is designed as follows, for example:
  • condition A considered “operational” if condition A holds as follows: VJnital > V_discharged and the difference between VJnital and V_entladen is greater than an adjustable threshold value. As a further criterion, it can optionally be required that V_discharge is not 0V.
  • this condition A can also be checked several times along the discharge curve of the energy store 7 and taking into account the discharge circuit. If the condition A is true, the energy store 7 is considered to be “functional”, otherwise it is considered to be “faulty”.
  • routine can be supplemented as follows:
  • the energy store 7 is considered to be “functional” if condition A and condition B are true at the same time, otherwise it is considered “faulty”.
  • Such a diagnosis of the functional state of the energy store 7 for the emergency power supply of the steering control unit 6 can increase the safety level with regard to a sudden failure of the vehicle steering system 1 .
  • the switch 9A, the further switch 9B and the resistor 10B can be provided, i.e. the additional switch 9C and the resistor 10C are omitted.
  • the discharge across resistor 10B is measured and checked.
  • the switch 9A, the additional switch 9C and the resistor 10C can be provided, i.e. the additional switch 9B and the resistor 10B are omitted.
  • the self-discharge and charge via the resistor 10C is measured and checked.
  • the routine which is preferably implemented in the logic unit 62 of the steering control device 6, enables a method for diagnosing the functional state of an energy store 7 for the emergency power supply of a steering control device 6 with the following steps.
  • the routine can also be implemented in an off-board test device.
  • a first step S1 the voltage VJnit of the energy store 7 is initially detected.
  • step S2 This is followed by at least partial discharging of the energy store 7, controlled by the steering control unit 6 or the test device external to the vehicle (step S2).
  • This basic method can be further developed in the manner already explained above. It can also be used to test an energy store 7 with regard to its functionality, which is connected in such a way that not only the logic unit 62 but also the power unit 61 can be supplied with power in an emergency.
  • the invention was explained in more detail above on the basis of exemplary embodiments and further modifications. The exemplary embodiments and modifications serve to demonstrate the feasibility of the invention. Individual technical features that have been explained above in the context of other individual features can also be implemented independently of these and in combination with other individual features, even if this is not expressly described, as long as this is technically possible. The invention is therefore expressly not limited to the embodiment specifically described, but includes all of the configurations defined by the patent claims.
  • Steering gear a Steering gear housing b Steering rod c Tie rod d Tie rod joint e Electric motor
  • Steering handle a haptic actuator optional
  • Vehicle electrical system A switch B additional switch C additional switch 0B resistor 0C resistor 1 logic unit 2 power unit 3 housing 4 connection 5 connection 6 connection 7 diode 8 control line 9 measuring line 1 voltage output of the energy store11 voltage input of the power unit12 voltage output of the power unit21 voltage input of the logic unit 22 analog-digital converter 71 anode 72 cathode

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Abstract

Eine Fahrzeuglenkung (1) umfasst ein Lenkungssteuergerät (6) und einen Energiespeicher (7) zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz (8), der mit dem Lenkungssteuergerät (6) elektrisch verbunden ist. Das Lenkungssteuergerät (6) umfasst eine Leistungseinheit (61), welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Lenkung verbunden ist, eine Logikeinheit (62) zur Ansteuerung der Leistungseinheit (61), einen Anschluss (64) zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz (8), welcher mit einem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) elektrisch verbunden ist, einen Anschluss (66) zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher (7), welcher mit einem Spannungseingang (621) der Logikeinheit (62) elektrisch verbunden ist, und eine Diode (67), die zwischen dem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) und dem Spannungseingang (612) der Logikeinheit (62) geschaltet ist. Eine Anode (671) der Diode (67) ist mit dem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) und eine Kathode (672) der Diode (67) mit dem Spannungseingang (621) der Logikeinheit (62) verbunden, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit (62) aus dem Energiespeicher (7) von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit (61) abzutrennen.

Description

Beschreibung
Fahrzeuglenkung und Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung umfassend ein Lenkungssteuergerät und einen Energiespeicher zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz, welcher mit dem Lenkungssteuergerät elektrisch verbunden ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts.
Die Fahrzeuglenkung stellt an einem Kraftfahrzeug eine für die Sicherheit relevante Einrichtung dar. In der Norm ISO 26262 - Funktionale Sicherheit für Straßenfahrzeuge - werden verschiedene Risikoklassen definiert, welche auch als Automotive Safety Integrity Level (ASIL) bezeichnet werden. Der ASIL beruht auf einer Risikoanalyse einer potenziellen Gefahr unter Betrachtung des Schweregrads, der Exposition und der Beherrschbarkeit des Fahrzeugbetriebsszenarios. Hierzu sind in der Norm vier ASILs vorgegeben: ASIL A, ASIL B, ASIL C, ASIL D, wobei ASIL D die höchsten Integritätsanforderungen und ASIL A die niedrigsten Integritätsanforderungen an ein Produkt stellt.
Fahrzeuglenkungen weisen zunehmend Bedarf einer Ausführung mit einer Sicherheitsintegrität von ASIL B/C in Bezug auf ihre Verfügbarkeit vor allem im Hinblick auf die Vermeidung eines plötzlichen Ausfalls (Sudden-Loss-of-Assist - SLoA) auf. Hierbei ist insbesondere die Spannungsversorgung zu berücksichtigen, welche ausfallen oder Störungen aufweisen könnte. Beispielsweise kann im Kurzschlussfall eines Verbrauchers einer Niedervoltenergieversorgung in der Fahrzeuglenkung eine elektrische Spannung hervorgerufen werden, welche einen unerwünschten Reset einer Logikeinheit des Lenkungssteuergeräts hervorruft. Abhängig beispielsweise von der Kontrollierbarkeit des plötzlich auftretenden Ausfalls der Lenkunterstützung (SLoA) ist eine Integrität von ASIL B oder ASIL C zu erreichen. Diese Kontrollierbarkeit wird von mehreren Faktoren, u.a. der Achslast, bestimmt. Davon ausgehend zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die System Integrität einer Fahrzeuglenkung zu erhöhen, um zumindest, vom Anwendungsfall abhängig, ASIL B oder C zu erreichen.
Fahrzeuglenkungen mit einem vom Fahrzeugbordnetz unabhängigen Energiespeicher sind bereits allgemein bekannt. Ein Beispiel hierfür wird in DE 102018201 221 A1 beschrieben. Bei diesem dient der Energiespeicher dazu, bei Ausfall oder Störungen im Fahrzeugbordnetz hinreichend Energie für die Versorgung des Lenkungssteuergeräts sowie der von diesen angesteuerten Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung zur Verfügung zu stellen. Der Energiespeicher soll hierzu ein Superkondensator sein, welcher in Bezug auf die Dynamik der Energieversorgung Vorteile gegenüber Batteriespeichern wie Lithium-Ionen-Batterien aufweise. Bei der in DE 102018201 221 A1 vorgeschlagenen Lösung besteht jedoch das Problem, dass die Leistungsanforderungen aus den Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung den Energiespeicher schnell erschöpfen können, so dass mit der Leistungselektronik gleichzeitig auch die Steuerungslogik ausgeschaltet wird, sofern dem nicht durch einen entsprechend groß bemessenen Energiespeicher vorgebeugt wird. Hier gilt es entsprechend Abhilfe zu schaffen.
Zur Lösung der vorstehend erläuterten technischen Aufgabe wird eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass deren Lenkungssteuergerät aufweist: eine Leistungseinheit, welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Lenkung verbunden ist, eine Logikeinheit zur Ansteuerung der Leistungseinheit, einen Anschluss zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz, welcher mit einem Spannungseingang der Leistungseinheit elektrisch verbunden ist, einen Anschluss zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher, welcher mit einem Spannungseingang der Logikeinheit elektrisch verbunden ist, und eine Diode, die zwischen dem Spannungseingang der Leistungseinheit und dem Spannungseingang der Logikeinheit geschaltet ist, wobei eine Anode der Diode mit dem Spannungseingang der Leistungseinheit und eine Kathode der Diode mit dem Spannungseingang der Logikeinheit verbunden sind, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit abzutrennen.
Durch den Einsatz eines dezidierten Energiespeichers für die Logikeinheit sowie die Abtrennung der Spannungsversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit kann verhindert werden, dass sich Störungen in der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aus dem Fahrzeugbordnetz auf die Logikeinheit auswirken, wodurch die Systemintegrität verbessert wird.
Im Unterschied zu einem klassischen Zwischenkreiskondensator einer Fahrzeuglenkung wird verhindert, dass der Energiespeicher durch die Leistungseinheit entladen werden kann. Ein klassischer Zwischenkreiskondensator ist nicht zur Notversorgung der Logikeinheit des Lenkungssteuergeräts geeignet, da die Antriebseinrichtungen der Fahrzeuglenkung den Zwischenkreiskondensators bei Lenkvorgängen entladen würden, was eine Deaktivierung der Logikeinheit nach sich ziehen könnte.
Zudem bleiben das Lenkungssteuergerät und der Energiespeicher vergleichsweise einfach und kompakt. Lösungen, welche die gesamte Fahrzeuglenkung versorgen sollen, bedürften demgegenüber größerer Energiespeicher, um die Fahrzeuglenkung in SLoA-Situationen versorgen zu können. Solche wären überdies sehr komplex und müssten unter Beachtung der Sicherheitsziele zum SLoA der Fahrzeuglenkung entwickelt werden.
Desweiteren vermeidet die erfindungsgemäße Lösung die Notwendigkeit komplett redundanter Bordnetze, welche mit hohen Anforderungen an Bauraum, Gewicht und Kosten verbunden wären und zudem aus Sicherheitsgründen spezielle redundante Lenksysteme benötigten.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann zwischen einem Spannungsausgang des Energiespeichers und der Kathode der Diode ein Schalter zu Unterbrechung der Stromversorgung der Logikeinheit aus dem Energiespeicher geschaltet sein. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Energiespeichers über dessen Entladeverhalten zu prüfen. Durch die Trennung von der Logikeinheit kann eine solche Routine durchgeführt werden. Dies trägt dazu bei, das Sicherheitsniveau zu steigern, indem etwaige Störungen am Energiespeicher frühzeitig erkannt werden können.
Gemäß einerweiteren besonderen Ausführungsart ist vorgesehen, dass der Schalter durch die Logikeinheit angesteuert ist. Dies gestattet es, die Überprüfung unmittelbar am Fahrzeug, beispielsweise in vorgegebenen Intervallen oder bei bestimmten Betriebszuständen vorzunehmen. Ein Werkstattaufenthalt ist hierzu nicht erforderlich, da die Routine in der Logikeinheit implementiert sein kann. In diesem Zusammenhang können insbesondere Mittel zur Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers vorgesehen sein, wobei der erfasste energetische Zustand in der Logikeinheit ausgewertet wird. In einer optionalen Variante ist der Energiespeicher ein Kondensator, dessen Spannung ausgelesen und beispielsweise über einen Analog-Digital- Wandler in der Logikeinheit berücksichtigt werden kann.
Gemäß einerweiteren besonderen Ausführungsart ist der Spannungsausgang des Energiespeichers über einen weiteren Schalter, welcher von der Logikeinheit angesteuert ist, gegen einen Masseanschluss des Lenkungssteuergeräts geschaltet. Durch Schließen dieses weiteren Schalters kann der Energiespeicher schneller entladen werden, um schneller aussagekräftige Werte zur Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers zu erzeugen.
In diesem Zusammenhang ist es ferner optional möglich, den Spannungsausgang des Energiespeichers mit einem zusätzlichen Schalter zu verbinden, welcher über einen Widerstand gegen die Spannungsversorgung der Leistungseinheit aus dem Fahrzeugbordnetz geschaltet ist. Hierdurch kann der Energiespeicher geladen werden, und zwar insbesondere auch dann, wenn der erstgenannte Schalter die Verbindung zwischen dem Energiespeicher und der Kathode der Diode und damit auch zur Logikeinheit unterbricht. Dies ermöglicht eine weitere Verfeinerung und schnellere Durchführung der Prüfroutine in Bezug auf die Integrität des Energiespeichers für die Notversorgung der Logikeinheit.
Gemäß einerweiteren besonderen Ausführungsart ist der Energiespeicher ein Kondensator, wodurch eine schnelle Spannungsversorgung der Logikeinheit gewährleistet ist, und zwar insbesondere dann, wenn, aus welchen Gründen auch immer, über die Diode kein Strom mehr in Richtung der Logikeinheit bereitgestellt wird. Damit wird sichergestellt, dass die Logikeinheit über einen sehr kompakten Energiespeicher in Notfällen ausreichend lange mit Spannung versorgt werden kann, so dass Funktionalitäten derselben selbst dann noch vorhanden sind, wenn für die Leistungseinheit die Versorgung nicht mehr ausreichen sollte.
Ferner kann in der Logikeinheit eine Routine zur Diagnose des energetischen Zustands des Energiespeichers implementiert sein, welche vorsieht: initial die Spannung des Energiespeichers zu erfassen, anschließend die Spannungsversorgung zwischen dem Energiespeicher und der Logikeinheit zu unterbrechen, um den Energiespeicher zumindest teilweise zu entladen, hernach erneut die Spannung des Energiespeichers zu erfassen, und die erfassten Spannungswerte zu vergleichen und hieraus auf den Funktionszustand des Energiespeichers zu schließen. Aus der Entladung des Energiespeichers lässt sich prüfen, ob dieser als "funktionsfähig" oder als "fehlerhaft" anzusehen ist.
Gegebenenfalls kann dieser Vorgang wiederholt beispielsweise entlang einer Selbstentladekurve durchgeführt werden. Zudem können gegebenenfalls weitere Bedingungen abgeprüft werden.
Die Ausführung der Prüfung kann beispielsweise in einem Zeitraum erfolgen, in dem das Fahrzeug ausgeschaltet ist. Hier steht für eine Prüfung gegen eine Selbstentladekurve genügend Zeit zur Verfügung.
In einer Ausführungsvariante wird die Routine beschleunigt, indem der Energiespeicher definiert, zum Beispiel über einen Widerstand, gegen Masse entladen wird. Dadurch wird ein schnellerer Spannungsabfall erzielt, der zur Beurteilung des Funktionszustands herangezogen wird.
In einerweiteren Ausführungsvariante ist die Routine dahingehend weitergebildet, dass vor der initialen Spannungserfassung der Energiespeicher aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aufgeladen und die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand erfasst wird, oder nach der erneuten Spannungserfassung der Energiespeicher aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit aufgeladen und die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand erfasst wird, und in beiden Fällen die Spannung des Energiespeichers im aufgeladenen Zustand zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers herangezogen wird. Durch Berücksichtigung eines definierten Ladezustands, beispielsweise "voll geladen", kann die Aussagekraft hinsichtlich der Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers weiter verbessert werden.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 vorgeschlagen. Dieses umfasst insbesondere folgende Schritte: initiales Erfassen der Spannung des Energiespeichers, anschließendes zumindest teilweises Entladen des Energiespeichers, vorzugsweise gesteuert durch das Lenkungssteuergerät, hernach erneutes Erfassen der Spannung des Energiespeichers, sowie Vergleichen der erfassten Spannungswerte und Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers auf Grundlage dieses Vergleichs. Durch diese Routine kann der Funktionszustand eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts diagnostiziert und die notwendige System Integrität erzielt werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeuglenkung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine erste Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß Fig. 1 mit angeschlossenem Energiespeicher,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß Fig. 1 mit angeschlossenem Energiespeicher, und in
Fig. 4 eine dritte Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts der Fahrzeuglenkung gemäß Fig. 1 mit angeschlossenem Energiespeicher.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht einer Fahrzeuglenkung 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder leichtes Nutzfahrzeug.
Die Fahrzeuglenkung 1 kann als herkömmliche Lenkung mit mechanischem Durchgriff oder auch als Fahrzeuglenkung ohne mechanischen Durchgriff, d.h. als Steer-by-Wire-Lenkung, ausgeführt sein.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel bezieht sich zum Zweck der Erläuterung und ohne Beschränkung hierauf auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1, die beispielhaft als Zahnstangenlenkung ausgebildet ist.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebe 2 mit einem Lenkgetriebegehäuse 2a, durch das sich eine Lenkstange 2b erstreckt. Die Lenkstange 2b ist axial bewegbar in dem Lenkgetriebegehäuse 2a angeordnet und mittels einer fahrerseitigen Lenkungshandhabe 3, beispielsweise einem Lenkrad, axial verlagerbar.
An den axialen Enden der Lenkstange 2b ist jeweils eine zu einem lenkbaren Fahrzeugrad 5 führende Spurstange 2c über ein Spurstangengelenk 2d angekoppelt. In das Lenkgetriebegehäuse 2a leitet eine Lenksäule 4, die mit der Lenkungshandhabe 3 gekoppelt ist. Die Lenksäule 4 ist beispielsweise mit einem Ritzel verbunden, das innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 2a mit einem entsprechend verzahnten Abschnitt der Lenkstange 2b kämmt, um eine vom Fahrer an der Lenkungshandhabe 3 aufgebrachte Kraft in eine Axialkraft der Lenkstange 2b umzusetzen und damit an den Fahrzeugrädern 5 zur Wirkung zu bringen.
Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst weiterhin einen Elektromotor 2e, der mit der Lenkstange 2b zur axialen Verlagerung derselben gekoppelt ist. Über den Elektromotor 2e kann eine zusätzliche Axialkraft an der Lenkstange 2b aufgebracht werden, welche deutlich größer ist, als eine vom Fahrer über die Lenkungshandhabe 3 maximal aufbringbare Axialkraft.
Die über den Elektromotor 2e aufgebrachte Axialkraft kann dazu genutzt werden, den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei einem Ausfall der elektrischen Lenkunterstützung kann das Fahrzeug weiterhin manuell gelenkt werden.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 2e ist ein Lenkungssteuergerät 6 vorgesehen, in welchem ein an der Lenkungshandhabe 3 aufgebrachter fahrerseitiger Lenkbefehl als Eingangsgröße berücksichtigt wird. Dieses Lenkungssteuergerät 6 ist in verschiedenen Ausführungsvarianten in den Fig. 2 bis 4 näher dargestellt.
Das Lenkungssteuergerät 6 weist zum einen eine Leistungseinheit 61 auf, welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Fahrzeuglenkung 1, vorliegend mit dem Elektromotor 2e des Lenkgetriebes 2 verbunden ist, sowie zum anderen eine davon separate Logikeinheit 62 zur Ansteuerung der Leistungseinheit 61.
Die Logikeinheit 62 ist derart konfiguriert, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor 2e zur Bewirkung einer Lenkbetätigung der Fahrzeugräder 5 zu veranlassen. Im Fall einer Steer-by-wire Lenkung kann diese zudem einen Haptikaktuator 3a zur Erzeugung einer Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe 3 veranlassen.
Die Verknüpfung kann hierbei kabelgebunden oder auch kabellos vorgenommen sein.
Das Lenkungssteuergerät 6, insbesondere dessen vorgenannte Komponenten 61 und 62 können in einem zentralen Gehäuse 63 konzentriert oder auf verschiedene Gehäuse verteilt, sein. Schließlich umfasst die Fahrzeuglenkung 1 in Fig. 1 einen Energiespeicher 7 zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz 8, welcher mit dem Lenkungssteuergerät 6 elektrisch verbunden ist.
Der Energiespeicher 7 ist geeignet, eine Spannungsversorgung bereitzustellen, wenn das Fahrzeugbordnetz 8 ausfallen oder gestört sein sollte. Er ist vorzugsweise als Kondensator ausgeführt, kann jedoch auch eine Batterie, d.h. ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis sein.
Das Lenkungssteuergerät 6 weist, wie in den Fig. 2 bis 4 zu erkennen, einen Anschluss 64 zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz 8 auf. Dieser Anschluss 64 ist mit einem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 elektrisch verbunden. Von der Leistungseinheit 61 werden die vorgenannten Antriebseinrichtungen mit Strom versorgt. Hierzu weist die Leistungseinheit 61 ein oder mehrere Leistungsausgänge 612 auf, welche mit entsprechenden Anschlüssen 65 am Lenkungssteuergerät 6 korrespondieren.
Ferner weist das Lenkungssteuergerät 6 einen separaten Anschluss 66 zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher 7 auf. Der Anschluss 66 ist mit einem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 62 elektrisch verbunden. Signalein- und ausgänge der Logikeinheit 62 zur Ansteuerung der Fahrzeuglenkung, welche nicht unmittelbar deren Spannungsversorgung betreffen, sind aus Gründen der Anschaulichkeit vorliegend nicht dargestellt, werden jedoch als vorhanden vorausgesetzt.
Weiterhin ist bei allen Ausführungsvarianten der Fig. 2 bis 4 eine Diode 67 zwischen dem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 und dem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 62 geschaltet. Die Diode weist eine Anode 671 und eine Kathode 672 auf. Die Durchflussrichtung der Diode 67 ist von der Anode 671 zur Kathode 672 definiert. Die Sperrrichtung ist entsprechend umgekehrt.
Die Anode 671 der Diode 67 ist mit dem Spannungseingang 611 der Leistungseinheit 61 und die Kathode 672 der Diode 67 mit dem Spannungseingang 621 der Logikeinheit 61 verbunden, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit 61 aus dem Energiespeicher 7 von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 62 abzutrennen. Die Leistungseinheit 62 kann somit keinen Strom aus dem Energiespeicher 7 beziehen. Der Energiespeicher 7 steht als Notstromversorgung dezidiert nur für die Logikeinheit 62, nicht jedoch für die Leistungseinheit 61 zur Verfügung. Hierdurch wird vermieden, dass die Leistungseinheit 61 den Energiespeicher 7 entleeren kann, so dass dessen Energie im Notfall der Logikeinheit 62 Vorbehalten bleibt, um deren Funktionalität mit einem hohen Sicherheitsniveau zu gewährleisten.
Gleichwohl können sowohl die Logikeinheit 62 als auch der Energiespeicher 7 Strom vom Anschluss 64 zum Fahrzeugbordnetz 8 über die Diode 67 beziehen, was letztlich den Normalbetrieb der Stromversorgung der Logikeinheit 62 bedeutet.
Fig. 3 zeigt im Rahmen einer zweiten Ausführungsvariante eine Weiterbildung der vorstehend erläuterten und in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante des Lenkungssteuergeräts 6.
Bei der zweiten Ausführungsvariante ist zusätzlich zwischen einem Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7, welcher mit dem Anschluss 66 verbunden ist, und der Kathode 672 der Diode 67 ein Schalter 9A zur Unterbrechung der Stromversorgung der Logikeinheit 61 aus dem Energiespeicher 7 geschaltet. Mit diesem Schalter 9A wird außerdem die Verbindung des Energiespeichers 7 zur Diode 67 unterbrochen oder geschlossen.
Ist der Schalter 9A geöffnet, wie in Fig. 3 gezeigt, setzt an dem Energiespeicher 7 ein Entladungsprozess ein, dessen Beobachtung vorliegend zur Beurteilung des Funktionszustands des Energiespeichers 7 herangezogen wird.
Zur Durchführung einer solchen Beobachtung ist der Schalter 9A vorzugsweise durch die Logikeinheit 62 angesteuert, in welcher eine entsprechende Routine, die weiter unten noch näher erläutert werden wird, abgelegt ist.
In Fig. 3 ist die Ansteuerung des Schalters 9A durch eine Steuerleitung 68 veranschaulicht, welche von der Logikeinheit 62 zum Schalter 9A führt.
Der Schalter 9A kann beispielsweise ein Relais oder ein MOS-FET sein.
Ferner sind Mittel zur Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 vorgesehen. In Fig. 3 ist dies durch eine Messleitung 69 veranschaulicht, die beispielsweise vom Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 zu einem Analog-Digital-Wandler 622 der Logikeinheit 62 führt, um ein Spannungssignal in ein entsprechendes Eingangssignal umzuwandeln.
Eine Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 kann jedoch auch auf andere Art und Weise erfasst werden. Eine Signalübertragung kann statt über eine Messleitung 69 auch kabellos erfolgen.
Der erfasste energetische Zustand des Energiespeichers 7 wird in der Logikeinheit 62 ausgewertet.
In der Logikeinheit 62 ist eine Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 auf Grundlage des energetischen Zustands des Energiespeichers 7 implementiert.
Diese Routine sieht insbesondere vor, initial die Spannung VJnit des Energiespeichers 7 zu erfassen. Anschließend wird die Spannungsversorgung zwischen dem Energiespeicher 7 und der Logikeinheit 62 unterbrochen, indem der Schalter 9A geöffnet wird. Mit dem Öffnen des Schalters 9A setzt an dem Energiespeicher 7 ein Entladungsvorgang ein, der vorliegend über die Spannung beobachtet werden kann. Hierbei wird der Energiespeicher 7 zumindest teilweise entladen. Dazu wird, beispielsweise nach einem vorgegebenen Zeitintervall, erneut die Spannung V_entladen des Energiespeichers 7 erfasst. Eine Vollentladung ist dabei nicht unbedingt nötig, jedoch möglich.
Aus dem Vergleich der erfassten Spannungswerte VJnit und V_entladen kann grundsätzlich auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 geschlossen werden, wenn man davon ausgeht, dass ein Entladeverhalten des Energiespeichers 7 bekannt ist, beispielsweise durch vorhergehende Vergleichsversuche oder Ähnliches.
Lediglich beispielhaft kann auf einen funktionsfähigen Energiespeicher dann geschlossen werden, wenn VJnital größer als V_entladen ist und die Differenz größer als ein voreingestellter Schwellwert ist. Zudem kann optional als weiteres Kriterium berücksichtigt werden, dass V entladen nicht 0V ist. Der Schwellwert kann ein fester Wert sein oder aber auch aus einer in der Logikeinheit 62 hinterlegten Entladekurve, beispielswiese bezogen auf VJnit, ausgelesen werden.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsvariante stellt eine schaltungstechnisch sehr einfache Lösung dar, bei welcher die Routine gegebenenfalls mehrfach entlang der Entladekurve des Energiespeichers 7, respektive Kondensators, überprüft wird. Diese Routine kann beispielsweise in einem Zeitraum ausgeführt werden, in dem das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
In einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels ist der Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 über einen weiteren Schalter 9B, welcher ebenfalls vorzugsweise von der Logikeinheit 62 angesteuert ist, auf einen Masseanschluss des Lenkungssteuergeräts 6 geschaltet oder geerdet. Dem weiteren Schalter 9B kann optional ein Widerstand 10B vorgeschaltet sein, um den Abfluss der Ladung aus dem Energiespeicher 7 einzustellen. Im Normalfall ist dieser weitere Schalter 9B offen, kann jedoch im Rahmen der vorstehend erläuterten Routine geschlossen werden, um den Entladevorgang zu beschleunigen, so dass schneller aussagekräftige Messwerte insbesondere für V_entladen erhalten werden.
Fig. 4 zeigt als dritte Ausführungsvariante eine Weiterbildung des vorstehend erläuterten und in Fig. 3 gezeigten Lenkungssteuergeräts 6.
Neben dem Schalter 9A und dem weiteren Schalter 9B ist vorliegend ein zusätzlicher Schalter 9C vorgesehen.
Der Spannungsausgang 71 des Energiespeichers 7 ist mit diesem zusätzlichen Schalter 9C verbunden, welcher über einen Widerstand 10C gegen die Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aus dem Fahrzeugbordnetz 8 geschaltet ist. Im Normalfall ist der zusätzliche Schalter 9C offen. Im Rahmen einer Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung kann dieser zusätzliche Schalter 9C jedoch geschlossen werden, um den Energiespeicher 7, insbesondere auch bei geöffnetem Schalter 9A laden zu können.
Die oben bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterte Routine kann für die Ausführungsvariante in Fig. 4 beispielsweise dahingehend weitergebildet werden, indem vor der initialen Spannungserfassung bei geöffnetem Schalter 9A, geöffnetem weiteren Schalter 9B und geschlossenem zusätzlichen Schalter 9C der Energiespeicher 7 aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aufgeladen und die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand erfasst wird. Die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand kann zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 herangezogen werden.
In Abwandlung hiervon ist es auch möglich, nach dem Schritt der erneuten Spannungserfassung den Energiespeicher 7 aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit 61 aufzuladen und dann die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand zu erfassen. Auch in diesem Fall wird die Spannung V_geladen des Energiespeichers 7 im aufgeladenen Zustand zusätzlich zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 herangezogen.
Die Routine zur Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 kann insbesondere wie im Folgenden nicht-beschränkenden Beispiel konfiguriert sein.
Dabei wird zunächst von einem Normalbetrieb des Lenkungssteuergeräts 6 ausgegangen, in dem die Fahrzeuglenkung 1 bestimmungsgemäß betrieben wird. Hierbei ist der Schalter 9A zwischen dem Energiespeicher 7 und der Logikeinheit 61 geschlossen. Die Logikeinheit 61 kann somit über den Energiespeicher 7 notversorgt werden. Der weitere Schalter 9B zur gezielten Entladung ist, sofern vorhanden, geöffnet. Ferner ist der zusätzliche Schalter 9C zum gezielten Laden, sofern vorhanden, geöffnet.
Die Routine zur Prüfung gestaltet sich von diesem Normalbetriebszustand ausgehend beispielsweise wie folgt:
1.) Initiales Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von VJnit.
2.) Öffnen des Schalters 9A zwischen der Logikeinheit 62 und dem Energiespeicher 7, so dass der Energiespeicher 7 sich entladen kann.
3.) Optional: Schließen des weiteren Schalter 9B zum gezielten Entladen, um den
Entladevorgang zu beschleunigen.
4.) Erneutes Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von V_entladen.
5.) Vergleichen von VJnital und V_entladen; der Energiespeicher 7 wird als
"funktionsfähig" angesehen, wenn Bedingung A wie folgt gilt: VJnital > V_entladen und die Differenz aus VJnital und V_entladen größer als in einstellbarer Schwellwert ist. Als weiteres Kriterium kann optional gefordert werden, dass V_entladen nicht 0V beträgt.
Diese Bedingung A kann gegebenenfalls auch mehrfach entlang der Entladekurve des Energiespeichers 7 sowie unter Beachtung der Entladeschaltung geprüft werden. Wenn die Bedingung A wahr ist, gilt der Energiespeicher 7 als "funktionsfähig" andernfalls als "fehlerhaft".
Optional kann die Routine wie folgt ergänzt werden:
6a.) Öffnen des weiteren Schalters 9B und Schließen des zusätzlichen Schalters 9C zum gezielten Laden des Energiespeichers 7.
6b.) Messen der Spannung am Energiespeicher 7 zum Erhalt von V_geladen.
6c.) Vergleichen von V_geladen und V_entladen; der Energiespeicher 7 wird als "funktionsfähig" angesehen, wenn Bedingung B wie folgt gilt: die Differenz aus V_geladen und V_entladen ist größer als ein einstellbarer Schwellwert.
6d.) Öffnen des zusätzlichen Schalters 9C.
7.) Schließen von Schalter 9A. Die Routine ist damit abgeschlossen.
Mit dieser Ergänzung gilt der Energiespeicher 7 als "funktionsfähig", wenn die Bedingung A und die Bedingung B gleichzeitig wahr sind, andernfalls als "fehlerhaft".
Durch eine solche Diagnose des Funktionszustands des Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung des Lenkungssteuergeräts 6 kann das Sicherheitsniveau in Bezug auf einen plötzlichen Ausfall der Fahrzeuglenkung 1 erhöht werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante, welche lediglich den Schalter 9A aufweist und damit schaltungstechnisch sehr einfach bleibt, wird lediglich eine korrekte Selbstentladung gemessen und geprüft.
Bei der in Fig. 4 dargestellten aufwändigeren Ausführungsvariante mit dem weiteren Schalter 9B und dem zusätzlichen Schalter 9C sowie gegebenenfalls vorhandenen Widerständen 10B und 10C wird die Entladung über Masse und Ladung über Widerstand 10C gemessen und geprüft. Dies gestattet einen schnelleren Ablauf der Routine sowie aussagekräftigere Messwerte.
Von den vorstehend erläuterten Ausführungsvarianten sind verschiedene Abwandlungen durch Unterkombination der Teilsysteme aus der dritten Ausführungsvariante möglich.
So können beispielsweise lediglich der Schalter 9A, der weitere Schalter 9B und der Widerstand 10B vorgesehen sein, d.h. der zusätzliche Schalter 9C und der Widerstand 10C entfallen. Hier wird die Entladung über den Widerstand 10B gemessen und geprüft.
Fener können lediglich der Schalter 9A, der zusätzliche Schalter 9C und der Widerstand 10C vorgesehen sein, d.h. der weitere Schalter 9B und der Widerstand 10B entfallen. Hier wird die Selbstentladung und Ladung über den Widerstand 10C gemessen und geprüft.
Die vorzugsweise in der Logikeinheit 62 des Lenkungssteuergeräts 6 implementierte Routine ermöglicht ein Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers 7 zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts 6 mit den nachfolgenden genannten Schritten. Die Routine kann auch in einer fahrzeugexternen Prüfvorrichtung implementiert sein.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine initiale Erfassung der Spannung VJnit des Energiespeichers 7.
Anschließendes erfolgt ein zumindest teilweises Entladen des Energiespeichers 7, gesteuert durch das Lenkungssteuergerät 6 oder die fahrzeugexterne Prüfvorrichtung (Schritt S2).
Hernach erfolgt eine erneute Erfassung der Spannung V_entladen des Energiespeichers 7.
Darauf erfolgt ein Vergleichen der erfassten Spannungswerte sowie letztlich ein Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers 7 auf Grundlage dieses Vergleichs.
Dieses grundlegende Verfahren kann in der oben bereits erläuterten Weise weitergebildet sein. Es kann auch dazu verwendet werden, einen Energiespeicher 7 im Hinblick auf seine Funktionsfähigkeit zu prüfen, welcher derart angeschlossen ist, im Notfall nicht nur die Logikeinheit 62, sondern auch die Leistungseinheit 61 mit Strom zu versorgen. Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele und Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste
Fahrzeuglenkung
Lenkgetriebe a Lenkgetriebegehäuse b Lenkstange c Spurstange d Spurstangengelenk e Elektromotor
Lenkungshandhabe a Haptikaktuator, optional
Lenksäule
Fahrzeugrad
Lenkungssteuergerät
Energiespeicher
Fahrzeugbordnetz A Schalter B weiterer Schalter C zusätzlicher Schalter 0B Widerstand 0C Wderstand 1 Logikeinheit 2 Leistungseinheit 3 Gehäuse 4 Anschluss 5 Anschluss 6 Anschluss 7 Diode 8 Steuerleitung 9 Messleitung 1 Spannungsausgang des Energiespeichers11 Spanungseingang der Leistungseinheit12 Spannungsausgang der Leistungseinheit21 Spanungseingang der Logikeinheit 22 Analog-Digital-Wandler 71 Anode 72 Kathode

Claims

Ansprüche
1. Fahrzeuglenkung (1), umfassend ein Lenkungssteuergerät (6), und einen Energiespeicher (7) zur Notstromversorgung unabhängig von einem Fahrzeugbordnetz (8), welcher mit dem Lenkungssteuergerät (6) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungssteuergerät (6) aufweist: eine Leistungseinheit (61), welche mit mindestens einer Antriebseinrichtung der Lenkung verbunden ist, eine Logikeinheit (62) zur Ansteuerung der Leistungseinheit (61), einen Anschluss (64) zur Spannungsversorgung aus dem Fahrzeugbordnetz (8), welcher mit einem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) elektrisch verbunden ist, einen Anschluss (66) zur Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher (7), welcher mit einem Spannungseingang (621) der Logikeinheit (62) elektrisch verbunden ist, und eine Diode (67), die zwischen dem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) und dem Spannungseingang (612) der Logikeinheit (62) geschaltet ist, wobei eine Anode (671) der Diode (67) mit dem Spannungseingang (611) der Leistungseinheit (61) und eine Kathode (672) der Diode (67) mit dem Spannungseingang (621) der Logikeinheit (62) verbunden sind, um die Spannungsversorgung der Logikeinheit (62) aus dem Energiespeicher (7) von der Spannungsversorgung der Leistungseinheit (61) abzutrennen.
2. Fahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Spannungsausgang (71) des Energiespeichers (7) und der Kathode (672) der Diode (67) ein Schalter (9A) zu Unterbrechung der Stromversorgung der Logikeinheit (62) aus dem Energiespeicher (7) geschaltet ist.
3. Fahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9A) durch die Logikeinheit (62) angesteuert ist.
4. Fahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des energetischen Zustands des Energiespeichers (7) vorgesehen sind und der erfasste energetische Zustand in der Logikeinheit (7) ausgewertet wird.
5. Fahrzeuglenkung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsausgang (71) des Energiespeichers (7) über einen weiteren Schalter (9B), welcher durch die Logikeinheit (62) angesteuert ist, gegen einen Masseanschluss des Lenkungssteuergeräts geschaltet ist.
6. Fahrzeuglenkung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsausgang (71) des Energiespeichers (7) mit einem zusätzlichen Schalter (9C) verbunden ist, welcher über einen Widerstand (10C) gegen die Spannungsversorgung der Leistungseinheit (61) aus dem Fahrzeugbordnetz (8) geschaltet ist.
7. Fahrzeuglenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) ein Kondensator ist.
8. Fahrzeuglenkung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Logikeinheit (61) eine Routine zur Diagnose des energetischen Zustands des Energiespeichers (7) implementiert ist, welche vorsieht: initial die Spannung (VJnit) des Energiespeichers (7) zu erfassen, anschließend die Spannungsversorgung zwischen dem Energiespeicher (7) und der Logikeinheit (62) zu unterbrechen, um den Energiespeicher (7) zumindest teilweise zu entladen, hernach erneut die Spannung (V_entladen) des Energiespeichers (7) zu erfassen, und die erfassten Spannungswerte (VJnit, V_geladen) zu vergleichen und hieraus auf den Funktionszustand des Energiespeichers (7) zu schließen.
9. Fahrzeuglenkung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Routine dahingehend ausgebildet ist, dass entweder vor der initialen Spannungserfassung der Energiespeicher (7) aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit (61) aufgeladen und die Spannung (V_geladen) des Energiespeichers (7) im aufgeladenen Zustand erfasst wird, oder nach der erneuten Spannungserfassung der Energiespeicher (7) aus der Spannungsversorgung der Leistungseinheit (61) aufgeladen und die Spannung (V_geladen) des Energiespeichers (7) im aufgeladenen Zustand erfasst wird, und dass die Spannung (V_geladen) des Energiespeichers (7) im aufgeladenen Zustand zum Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers (7) herangezogen wird.
10. Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers (7) zur
Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts (6), umfassend folgende Schritte: initiale Erfassung der Spannung (VJnit) des Energiespeichers (7), anschließendes zumindest teilweises Entladen des Energiespeichers (7), hernach erneute Erfassung der Spannung (V_entladen) des Energiespeichers (7), und Vergleichen der erfassten Spannungswerte (VJnit, V_geladen) und Schließen auf den Funktionszustand des Energiespeichers (7) auf Grundlage dieses Vergleichs.
PCT/EP2022/062359 2021-07-12 2022-05-06 Fahrzeuglenkung und verfahren zur diagnose des funktionszustands eines energiespeichers zur notstromversorgung eines lenkungssteuergeräts WO2023285013A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021207327.1 2021-07-12
DE102021207327.1A DE102021207327A1 (de) 2021-07-12 2021-07-12 Fahrzeuglenkung und Verfahren zur Diagnose des Funktionszustands eines Energiespeichers zur Notstromversorgung eines Lenkungssteuergeräts

Publications (1)

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