WO2024120820A1

WO2024120820A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines lenkaktuators eines fahrzeugs und verfahren und vorrichtung zur bereitstellung einer ansteuervorschrift für eine ansteuerung eines steuerelementes für eine zuführung von elektrischer energie zu einer elektrischen maschine eines lenkaktuators für ein fahrzeug

Info

Publication number: WO2024120820A1
Application number: PCT/EP2023/082577
Authority: WO
Inventors: Roman GRANSON; David SCHMIES
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2023-11-21
Publication date: 2024-06-13
Also published as: DE102022213323A1

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren (500) zum Betreiben eines Lenkaktuators (105) eines Fahrzeugs (100). Das Verfahren (500) umfasst einen Schritt des Einlesens (510) eines Ladungswertes (140), der eine elektrische Ladung repräsentiert, die einer elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) über eine Versorgungsleitung (127) zugeführt wird. Ferner umfasst das Verfahren (500) zum Betreiben eines Lenkaktuators einen Schritt des Ansteuerns (520) eines Steuerelementes (125) für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) über die Versorgungsleitung (127), ansprechend auf den Ladungswert (140) und eine Ansteuervorschrift (150).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs und Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Maschine eines Lenkaktuators für ein Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Maschine eines Lenkaktuators für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen.

Lenkvorgänge im Fahrzeug, beispielsweise oftmaliges oder wiederkehrendes Lenken im Stand mit hoher Freguenz, wie es mache Fahrer bei Parkmanövern ausführen, können dazu führen, dass die Temperatur innerhalb des Lenkaktuators innerhalb kürzester Zeit extrem ansteigt, speziell, wenn der Lenkaktuator mittels einer elektrischen Maschine und einem Getriebe mit einem Bewegungsgewinde betrieben wird. Durch die häufigen Strom impulse, ohne dass bei der elektrischen Maschine eine größere Drehung des Rotors auftritt, können hohe Temperaturen in den Wicklungen des Rotors oder anderen Komponenten dieser elektrischen Maschine auftreten, die zu einer Störung oder einem Defekt der Maschine und somit des Lenkaktuators führen. In dem Getriebe können im Bereich der mechanischen Bauteile aufgrund von Reibung z.B. von Zahnflanken zu gleichen Ergebnissen führen. Diese Temperaturspitzen können eine Beeinträchtigung der Schmierung bzw. des Schmierstoffes bedeuten und die Mechanik des Lenkaktuators empfindlich und irreparabel in ihrer Funktion beeinträchtigen, beispielsweise durch eine temperaturbedingte Verformung der mechanischen Komponenten. Zusätzlich können Folgeerscheinungen aufgrund von Schwingungen im Getriebe die Folge sein und die Funktion des Aktuators beeinträchtigen.

Einen möglichen Ansatz zum Schutz einer Getriebebaugruppe mittels Abschätzung einer thermischen Maximal last für einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung wird in der DE 102020210048 A1 vorgeschlagen. Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Möglichkeit für eine frühzeitige Vermeidung einer Überlastung der Mechanik und/oder von Komponenten des Lenkaktuators als mechatronischem System, sodass ein sprunghafter Temperaturanstieg im Aktuator begrenzt oder ganz vermieden werden kann und hierdurch Folgeschäden verhindert werden können. Diese Problematik wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Maschine eines Lenkaktuators für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen eines Ladungswertes, der eine elektrische Ladung repräsentiert, die einer elektrischen Maschine des Lenkaktuators über eine Versorgungsleitung zugeführt wird, und

- Ansteuern eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators über die Versorgungsleitung, ansprechend auf den Ladungswert und eine Ansteuervorschrift.

Unter einem Lenkaktuator kann vorliegend beispielsweise ein elektronisches Lenksystem eines Fahrzeugs verstanden werden. Beispielsweise kann ein solcher Lenkaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eingesetzt werden. Hierfür kann beispielsweise eine elektrische Maschine eine oder mehrere Lenkstangen eines Lenkgetriebes antreiben, um beispielsweise die Räder um einen bestimmten Winkel verstellen zu können. Unter einem Ladungswert kann vorliegend ein Parameter verstanden werden, welcher die physikalische Größe der elektrischen Ladung abbildet, die über ein bestimmtes Zeitintervall betrachtet wird, und welche durch das Steuerelement und die Versorgungsleitung der elektrischen Maschine zugeführt wird. Unter einer Ansteuervorschrift kann vorliegend eine Vorschrift verstanden werden, mit welcher ein Ladungswert auf einen entsprechenden Ansteuerbefehl abgebildet wird. Diese Ansteuervorschrift kann beispielsweise als Zusammenhang in einer Formel und/oder als Kennwert- bzw. Nachschlagtabelle in einer entsprechenden Rechnereinheit abgelegt bzw. gespeichert sein. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Steuerelementes mittels eines Ansteuerbefehls, welcher durch eine Verknüpfung des Ladungswertes mit der Ansteuervorschrift erhalten wird. Hierzu kann die Ansteuervorschrift entweder vorab trainiert sein oder einen analytischen Wert auf der Basis einer Formel ausgeben, der dann auf einen entsprechenden Befehl abgebildet wird, mittels dem das Steuerelement einen Leistungsfluss durch die Versorgungsleitung zur elektrischen Maschine steuert.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass eine thermische Belastung einer elektrischen Maschine eines Lenkaktuators technisch sehr schnell und einfach dadurch ermittelt werden kann, dass die der elektrischen Maschine zugeführte elektrische Ladung bestimmt wird. Diese Ladung kann beispielsweise durch eine Integration oder Summation eines Stromflusses (beispielsweise über ein vorbestimmtes Zeitintervall) erhalten werden, welcher über die Versorgungsleitung der elektrischen Maschine zugeführt wird. Die Kenntnis dieser Ladung kann nun bei Vorabkenntnis der technischen bzw. mechanischen Randbedingungen der elektrischen Maschine bzw. des Lenkaktuators einen Rückschluss darauf liefern, welche thermische Belastung diese elektrische Maschine oder andere Komponenten des Lenkaktuators bei dieser zugeführten elektrischen Ladung ausgesetzt ist. Auf diese Weise kann nun durch die Kenntnis der elektrischen Ladung auch frühzeitig ein Eingriff in die Steuerung der elektrischen Maschine vorgenommen werden, nämlich dass beispielsweise eine weitere Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine unterbunden oder zumindest reduziert wird, wenn aus der Größe des Ladungswerts bereits ein Rückschluss darauf gezogen werden kann, dass die elektrische Maschine thermisch bereits stark belastet ist. Hierdurch lässt sich mit technisch einfachen und meist bereits in entwickelten Systemen verfügbaren Mitteln eine deutliche Verbesserung der Robustheit des Lenkaktuators und somit eine Verbesserung der Fahrzeugsicherheit sowie des Verschleißverhaltens des Lenksystems erreichen.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens der Ladungswert einen zeitlichen Verlauf und/oder einen Gradientenwert einer der elektrischen Maschine zugeführten elektrischen Ladung repräsentiert. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Abbildung des zeitlichen Verlaufs bzw. des Gradienten des Stromflusses bzw. der Veränderung der durch die Versorgungsleitung fließenden Ladung eine möglichst präzise Abschätzung der thermischen Belastung der elektrischen Maschine geben zu können. Beispielsweise kann bei einem hohen Gradienten eines Stroms durch die Versorgungsleitung die elektrische Maschine deutlich schneller in eine kritische Temperatur gebracht werden, als dies durch einen moderaten und kontinuierlichen Stromfluss erfolgen würde, da in einem solchen letzteren Fall beispielsweise wieder Kühlungseffekte in der elektrischen Maschine einen zu starken Temperaturanstieg dämpfen.

Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens als Ladungswert ein Wert eingelesen wird, der durch eine Integration und/oder eine Summation eines Stromflusses durch die Versorgungsleitung erhalten wurde, insbesondere wobei die Integration und/oder Summation je über eine vordefinierte Zeitspanne erfolgt ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, technisch einfache und meist bereits im Fahrzeug verfügbare Sensorelemente verwenden zu können, um durch geschickte Verknüpfung der erfassten Parameter eine sehr aussagekräftige Entscheidungsgröße in der Form des Ladungswertes bereitstellen zu können. Durch die Integration oder Summation über die jeweils vordefinierte Zeitspanne lassen sich weiterhin die einzelnen Ladungswerte einfach miteinander vergleichen.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Ansteuerns durch das Steuerelement eine Unterbrechung der Zuführung von elektrischer Energie an den Lenkaktuator angesteuert wird, insbesondere wenn gemäß der Ansteuervorschrift der Ladungswert in einem Unterbrechungsbereich liegt. Beispielsweise kann der Leistungswert in einem solchen Unterbrechungsbereich liegen, wenn dieser Ladungswert einen vorbestimmten Unterbrechungsschwellwert überschritten hat. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, sehr schnell sicherzustellen, dass keine Überhitzung von Komponenten des Lenksystems erfolgt und somit keine dauerhafte Beschädigung dieser Komponenten oder ein abrupter Verlust an Fahrsicherheit bei der Fahrt des Fahrzeugs eintritt. Denkbar ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, in welcher im Schritt des Ansteuerns durch das Steuerelement eine Reduktion der Zuführung von elektrischer Energie an den Lenkaktuator angesteuert wird, insbesondere wenn gemäß der Ansteuervorschrift der Ladungswert in einem Reduktionsbereich liegt. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mittels Vermeiden einer vollständigen Unterbrechung von elektrischer Energie zur elektrischen Maschine ein gewisser Grad der Lenkfunktion durch einen geringeren als ohne die Überwachung angesteuerten Stromfluss zur elektrischen Maschine erhalten bleibt und lediglich versucht wird, eine dauerhafte Beschädigung von Komponenten des Lenksystems mittels einer Reduktion des Flusses von elektrischer Energie an die elektrische Maschine zu vermeiden. Durch die Reduktion der Zuführung von elektrischer Energie kann dann beispielsweise wieder bewirkt werden, dass die Temperatur der Komponenten des Lenksystems durch Kühlungseffekte sinkt und somit eine Gefahr für eine Beschädigung dieser Komponenten ebenfalls wieder abnimmt. Speziell kann hierbei der Reduktionsbereich Werte des Ladungswertes enthalten, die geringer als beispielsweise der Unterbrechungsschwellwert sind, die jedoch gegebenenfalls größer als ein Normalbetriebsschwellwert sind.

Auch kann gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Ansteuerns eine Zuführung von elektrischer Energie durch das Steuerelement vollständig freigegeben werden, wenn gemäß der Ansteuervorschrift der Ladungswert in einem Freigabebereich liegt, insbesondere wenn der Ladungswert über eine vorbestimmte Zeitspanne in dem Freigabebereich liegt. Beispielsweise kann in einem solchen Freigabebereich der Leistungswert unterhalb eines Normalbetriebsschwellwertes liegen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die ursprüngliche Funktionalität des Lenkaktuators sicherzustellen, wenn keine thermische Überhitzung von Komponenten dieses Lenkaktuators zu befürchten ist, wobei dennoch eine zuverlässige Überwachung der Komponenten des Lenkaktuators möglich bleibt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann im Schritt des Ansteuerns eine Ansteuervorschrift verwendet werden, die in Abhängigkeit von zumindest einem aktuellen Fahrzeugparameter und/oder zumindest einem aktuellen Fahrtparameter veränderbar ist. Beispielsweise kann die Ansteuervorschrift von einer Außentemperatur, einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder einer Temperatur eines Schmiermittels des Lenkaktuators abhängig sein. Auf diese Weise kann die Ansteuerung des Steuerelementes sehr flexibel auf ein konkret vorliegendes Einsatzszenario angepasst werden, sodass eine möglichst hohe Funktionsfähigkeit des Lenkaktuators bei zugleich geringer Gefahr von Beschädigungen der Komponenten dieses Lenkaktuators sichergestellt werden kann.

Ferner wird gemäß einer Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes ein Verfahren zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Maschine eines Lenkaktuators für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen von Trainingsdaten, in welchen mehrere Ladungswerte mit je vorab zugeordneten Ansteuerbefehlen zur Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators für diesen Ladungswert enthalten sind, wobei die Ladungswerte je eine elektrische Ladung repräsentieren, die einer elektrischen Maschine des Lenkaktuators über eine Versorgungsleitung zugeführt wird; und

- Trainieren der Ansteuervorschrift derart, dass bei einer Eingabe eines Ladungswertes durch die Ansteuervorschrift ein dem Ladungswert entsprechend zugeordneter Ansteuerbefehl ausgegeben wird.

Der hier vorgeschlagene Ansatz bietet den Vorteil, dass vorab, beispielsweise in einer Laborumgebung, bereits eine Analyse der thermischen Belastung von Komponenten des Lenkaktuators bei unterschiedlichen zugeführten elektrischen Ladungen zur elektrischen Maschine des Lenkaktuators möglich ist. Aus dieser Analyse können dann entsprechende Schwellwerte und hierauf basierende Ansteuerbefehle ermittelt werden, die dann in der Ansteuervorschrift abgelegt oder einprogrammiert werden. Die Ansteuerungsvorschrift kann dabei beispielsweise als Kennwert- bzw. Nachschlagetabelle oder auch als Formel realisiert sein, aus welcher dann je nach konkret vorliegendem Ladungswert ein entsprechender Ansteuerbefehl für das Steuerelement ausgelesen bzw. ausgegeben wird. Durch eine solche vorab vorgenommene Bestimmung oder Bereitstellung der Ansteuervorschrift lässt sich das vorstehend beschriebene Verfahren zum Betreiben des Lenkaktuators sehr effizient realisieren, da lediglich der eingelesene Ladungswert zusammen mit der Ansteuervorschrift verknüpft werden braucht, um einen entsprechenden Ansteuerbefehl zu erhalten. Eine entsprechende Messung der Temperatur von Komponenten des Lenkaktuators ist dann nicht explizit erforderlich, sodass ein zusätzlicher Sensor eingespart werden kann.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der ein Schritt des Bestimmens der Ladungswerte vorgesehen ist, wobei die Ladungswerte den Ansteuerbefehlen zugeordnete Ladungswerte einer elektrischen Ladung repräsentieren, welche in Zusammenhang mit einer Belastung von mechanischen Komponenten des Lenkaktuators empirisch erfasst wurden und repräsentativ für einen Verschleiß von Komponenten des Lenkaktuators sind. Auf diese Weise kann die mechanische Belastbarkeit der Komponenten des Lenkaktuators zuverlässig den entsprechenden Ladungswerten zugeordnet werden, sodass aus einer solchen Zuordnung präzise Ansteuerbefehle ermittelt werden können.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines der hier vorgestellten Verfahren in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Als eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, wie z.B. eine Steuereinheit, auch Steuergerät genannt, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, in welchem ein hier vorgestellter Ansatz gemäß einem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird;

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung eines Stromverlaufs und eines sich daraus ergebendes Berechnungsbeispiel zur Bestimmung einer Landungsmenge;

Fig. 3 zeigt im oberen Teildiagramm einen zeitlichen Verlauf einer Soll-Vorgabeposi- tion x einer Komponente des Lenkaktuators und im unteren Teildiagramm Kennlinien, die einen Anstieg der Spindeltemperatur T in Abhängigkeit der Last bei der dargestellten Vorgabeposition und der Verfahrgeschwindigkeit wiedergeben;

Fig. 4 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels für eine Ansteuervorschrift gemäß dem hier vorgestellten Ansatz;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs; und

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, bei welchem ein Lenkaktuator 105 zur Auslenkung der Räder 110 vorgesehen ist. Die Räder 110 lassen sich dabei um einen Winkel 112 in Bezug auf eine Längsachse 115 des Fahrzeugs 100 auslenken. Um nun eine solche Lenkbewegung durchführen zu können, ist der Lenkaktuator 105 mit einer elektrischen Maschine 120 ausgestaltet, die durch ein Steuerelement 125 mit elektrischer Energie über eine Versorgungsleitung 127 aus einem Energiespeicher 130, beispielsweise dem Fahrzeugakku oder einem Generator des Fahrzeugs 100, der elektrischen Maschine 120 zugeführt wird. Das Steuerelement 125 wird hierbei durch eine Vorrichtung 132 angesteuert. Die Vorrichtung 132 umfasst hierbei eine Einleseschnittstelle 135, in welcher beispielsweise ein Lenksignal eines Lenkelementes 138 (wie beispielsweise eines Lenkrades) und ein Ladungswert 140 eingelesen wird. Der Ladungswert 140 wurde hierbei beispielsweise von einem Sensor 145 bereitgestellt, welcher beispielsweise einen Stromfluss I vom Energiespeicher 130 zum Steuerelement 125 erfasst und beispielsweise entsprechend integriert, um einen der physikalischen Größe "Ladung" entsprechenden Parameter als Ladungswert 140 bereitzustellen. In der Vorrichtung 132 wird dann dieser Ladungswert 140 zusammen mit beispielsweise dem Lenksignal und einer Ansteuervorschrift 150, die beispielsweise aus einem Speicher ausgelesen wird, an eine Ansteuereinheit 155 übertragen, welche dann einen entsprechenden Ansteuerbefehl 160 an das Steuerelement 125 sendet. Entsprechend diesem Ansteuerbefehl 160 wird dann im Steuerelement 125 der Stromfluss I unterbrochen oder gegebenenfalls gedrosselt, wenn aus dem Ladungswert 140 der Rückschluss gezogen werden kann, dass möglicherweise hohe thermische Belastung oder gar eine Überhitzung der elektrischen Maschine 120 bzw. einer anderen Komponente wie beispielsweise einer Lenkstange 165 aktuell oder zukünftig zu befürchten ist. Eine solche Überhitzung von Komponenten des Lenkaktuators in bestimmten Einsatzszenarien ist beispielsweise bei einem Einparkvorgang zu befürchten, da in einem solchen Szenario die Räder 110 in kurzer Zeit über große Winkelbereiche gedreht werden müssen und somit die elektrische Maschine 120 bzw. der Lenkaktuator 105 in dieser kurzen Zeit eine große mechanische Arbeit zu leisten hat. In einem ungünstigen Fall, speziell wenn beispielsweise der Fahrer ungeübt ist und sehr viele Züge zum Einparken in einer Parklücke benötigt, kann dies dann dazu führen, dass die thermische Belastung der elektrischen Maschine oder anderen Komponenten des Lenkaktuators 105 so hoch wäre, dass es zu einer Beschädigung von Komponenten des Lenkaktuators 105 kommen könnte. Um eine solche Beschädigung zu vermeiden oder gering zu halten, wird der nachfolgende Ansatz vorgeschlagen und näher ausgeführt.

Der Schutz der Komponenten des Lenkaktuators 105 kann als eine Software-Funktion „Überlastschutz“ realisiert werden, die anhand der Ladungsmengen eines me- chatronischen Systems eine zu schnelle Erwärmung der elektrischen Maschine und/oder der Mechanik bzw. der Komponenten verhindert oder zumindest verringert. Um eine solche Schutzfunktion bei unsachgemäßer Betätigung der Lenkung zu erreichen, wird gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ein Ladungswert berücksichtigt, der die Ladungsmenge repräsentiert, welche über die Versorgungsleitung in die elektrische Maschine fließt. Diese Ladungsmenge kann beispielsweise durch eine Summation oder eine Integration aus dem Flächeninhalt unter einer Stromfluss-Kurve durch die Versorgungsleitung erhalten werden.

Figur 2 zeigt eine Diagrammdarstellung eines Stromverlaufs und ein sich daraus ergebendes Berechnungsbeispiel zur Bestimmung einer Ladungsmenge, die durch die Versorgungsleitung fließt. In dem obersten Teildiagramm der drei Kurven zeigenden Figur 2 ist ein zeitlicher Verlauf 200 der Sol I -Zlstposition beispielsweise eines durch die elektrische Maschine angetriebenen Stellglieds wie z.B. eine Lenkstange, dargestellt. In dem mittleren Teildiagramm der Figur 2 ist ein zeitlicher Verlauf 210 der Stromaufnahme der elektrischen Maschine wiedergegeben, der für die Umsetzung des Verlaufs 200 der Soll-/Istposition gemäß dem oberen Teildiagramm erforderlich ist. Schließlich ist im unteren Teildiagramm der Figur 2 ein zeitlicher Verlauf 220 der von der elektrischen Maschine aufgenommenen Ladung erkennbar, sodass aus diesem unteren Teildiagramm erkennbar ist, dass die von der elektrischen Maschine aufgenommene Ladungsmenge kontinuierlich ansteigt. Ist die Stromstärke nicht konstant, (wie es in der Figur 2 dargestellt ist), wird die Ladungsmenge beispielsweise durch ein Integral bzw. eine Summation über beispielsweise eine vordefinierte Formel in einem Zeitintervall ti bis t2 berechnet. Es gilt:

wobei I den Stromfluss durch die Versorgungsleitung repräsentiert, der zwischen den Zeitpunkten ti und t2 fließt. Wird zusätzlich zur Ladungsmenge die mit der Ladungsmenge verknüpfte Spindeltemperatur betrachtet, so lässt sich ein Zusammenhang erkennen.

Der hier vorgestellte Ansatz kann damit auf mehrere Zielsetzungen als Teilziele gerichtet werden:

Zum einen kann die Ladungsmenge vollständig über eine Übertragungsfunktion betrachtet werden. Auf diese Weise können Abhängigkeiten von Ladungsmenge und Spindeltemperatur erkannt werden.

Des Weiteren kann eine erkannte Steigung der errechneten Ladungsmenge zur Entscheidung der Vorgehensweise für unterschiedliche Manöver untersucht und entsprechende Bereiche festgelegt werden.

Des Weiteren kann schließlich auch in einem Szenario unter Annahme schlechtester Bedingungen eine Steigung aus Echtzeitdaten herausgelesen werden.

Für die Untersuchung einer Korrelation zwischen der Ladungsmenge und der Temperatur kann vorab eine Untersuchung der Lastabhängigkeit der Temperatur der Komponenten der elektrischen Maschine erfolgen und diese Information in einer entsprechenden Ansteuervorschrift abgebildet werden. Um diesen Zusammenhang zu verdeutlichen, wird auf die Teilfiguren 3a und 3b der Figur 3 verwiesen.

Figur 3 zeigt hierbei im oberen Teildiagramm Fig. 3a einen zeitlichen Verlauf 300 einer Soll-Vorgabeposition x einer Komponente der Lenkaktuators (beispielsweise Bewegen einer Lenkstange zum alternierenden Lenken nach rechts und links), wobei das untere Teildiagramm Fig. 3b Kurven y1 , y2, z1 , z2 wiedergibt, die einen Anstieg der Spindeltemperatur T in Abhängigkeit der Last bzw. Kraft F bei der dargestellten Vorgabeposition x aus Fig.3a und verschiedenen Verfahrgeschwindigkeiten der Lenkstange abbildet. In allen dargestellten Kurven y1 , y2, z1 , z2 wurde die gleiche Arbeit verrichtet (System erfährt einen Temperaturanstieg von z.B. 40K). Über die Leistung (F*v) wird bestimmt, wie schnell die Arbeit verrichtet wird.

Die Kurven y1 und y2 zeigen einen Verlauf der Temperatur bei einer Kraft F1 . Die Kurven z1 und z2 zeigen einen Verlauf der Temperatur bei einer Kraft F2, welche doppelt so groß wie F1 ist. Bei z2 bzw. y2 ist die Verfahrgeschwindigkeit nur halb so groß wie bei z1 und y1. Aus den Kurven y1 , y2, z1 , z2 ist deutlich erkennbar, dass die zum Verstellen der Lenkstange aufgebrachte Kraft jeweils den größten Einfluss hat und den Unterschied in dem Temperaturanstieg bedingt. Die Verfahrgeschwindigkeit spielt somit eine niedergeordnete Rolle. Es ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen der auf die Spindel bzw. Lenkstange wirkenden Kraft und der dazu äquivalenten Stromaufnahme sowie der daraus resultierenden Temperaturänderung am Antrieb der Spindel bzw. Lenkstange.

Weiterhin kann auch eine Gradientenermittlung über unterschiedliche Bewegungsmanöver erfolgen, also ein Zusammenhang zwischen einem Anstieg der Temperatur in Bezug zum Ausmaß der Bewegung der Spindel bzw. Lenkstange betrachtet werden. Hierzu wurden unterschiedliche Bewegungsmanöver beobachtet und zur Ermittlung der Grenzbereiche wurden z.B. Parkiermanöver gewählt. Es hat sich z.B. gezeigt, dass die dauerhafte Erwärmung der Spindel bzw. Lenkstange um ein AT « 40K keine Einschränkung auf die Lebensdauer bedeutet. Auf der Grundlage der Kenntnisse der Temperaturverläufe bei unterschiedlichen Verfahrwegen der Komponenten des Lenkaktuators kann eine Ansteuervorschrift bestimmt werden, die rechtzeitig einen Stromfluss unterbricht oder vermindert, bevor eine thermische Überlastung von Komponenten des Lenkaktuators eintritt.

Zur Vermeidung der Überlastung bzw. Beschädigung von mechanischen Komponenten des Lenkaktuators, sollten die folgenden Annahmen berücksichtigt werden. Es ist zu vermerken, dass eine Dauerbelastung zu einer durchschnittlichen Stromaufnahme (Ladungsmenge / Zeit) geführt hat. Bei einer durchschnittlichen Stromaufnahme über diesen Zeitbereich soll eine Hubbegrenzung aktiviert werden. Auch sollte der Abschaltzeitpunkt und/oder der Zeitraum, bis das System wieder voll einsatzfähig sein darf, definiert werden.

Für die Festlegung der Schwellwerte, die zur Bestimmung eines unterschiedlichen Ansteuerverhaltens des Steuerelementes verwendet werden, sind beispielsweise folgende Aspekte relevant.

Bei Erreichen einer definierten durchschnittlichen Stromstärke innerhalb eines definierten Zeitraums bzw. festgelegtem Zeitintervall, z.B. durchschnittlich 4 Ampere pro 240 Sekunden, wird der Hub des Systems prozentual beschränkt, damit das System weniger Leistung aufnimmt und die Temperatur im Getriebe des Aktuators bzw. an der Lenkstange resp. Spindel bei einem Spindeltrieb abnimmt. Bei Erreichen des Durchschnittswertes, der z.B. die Hälfte der zuvor definierten Stromstärke betragen kann, z.B. 2 Ampere pro 240 Sekunden, wird die Hubbegrenzung wieder zurückgenommen (s. schwarze Punktlinie der Ladungswerte 140 in Fig. 4).

Falls die bisherige Hubbegrenzung keine Wirkung zeigt, wird der Hub bei anhaltender Überschreitung für einen definierten Zeitraum, z. B. 60 Sekunden, vollständig beschränkt.

Figur 4 zeigt ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels für eine Ansteuervorschrift gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Dabei ist in dem in der Figur 4 dargestellten Diagramm auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Ladungsmenge Q pro Zeit t aufgetragen, die auch den zuvor beschriebenen Ladungswert repräsentiert. Weiterhin sind drei Entscheidungsbereiche definiert, einerseits der Freigabebereich 400 als auch andererseits der Reduktionsbereich 410 und der Unterbrechungsbereich 420. Im Freigabebereich 400, der beispielsweise für Ladungswerte von 0 bis 2 Ampere pro 240 Sekunden ausgewählt wird, wird das Steuerelement derart angesteuert, dass keine Einschränkung des Stromflusses durch die Versorgungsleitung bewirkt wird. Im Reduktionsbereich 410 dagegen, der beispielsweise für Ladungswerte von 2 Ampere pro 240 Sekunden bis 4 Ampere pro 240 Sekunden ausgewählt wird, wird das Steuerelement derart angesteuert, dass eine Reduktion des Stromflusses durch die Versorgungsleitung bewirkt wird, um eine zu starke Erwärmung von Komponenten des Lenkaktuators zu vermeiden. Im Unterbrechungsbereich 420, der für Ladungswerte von z.B. mehr als 4 Ampere pro 240 Sekunden ausgewählt wird, wird dagegen das Steuerelement derart angesteuert, dass kein Stromfluss durch die Versorgungsleitung erfolgt, sodass für Ladungswerte in diesem Bereich eine weitere Erwärmung von Komponenten des Lenkaktuators vermieden werden kann.

Konkret kann dabei beispielsweise die Ansteuervorschrift wie folgt implementiert werden. Es werden zunächst Ladungswerte eingelesen, die je einer bestimmten Ladungsmenge pro Zeitintervall entsprechen. Diese Ladungswerte 140 sind dann beispielsweise als Stützwerte zu verstehen, durch welche eine Kennlinie gelegt werden kann, wie dieses in der Figur 4 erkennbar ist. Zu erkennen ist dabei, dass die Ladungswerte 140 der Kennlinie für niedrige Zeitwerte einen geringen Wert aufweisen, sodass diese Ladungswerte im Freigabebereich 400 liegen und das Steuerelement in diesem derart angesteuert wird, dass keine Begrenzung oder Einschränkung der Leistungszufuhr über die Versorgungsleitung an die elektrische Maschine zu erfolgen braucht. Wird nun jedoch beispielsweise durch einen Einparkvorgang die elektrische Maschine des Lenkaktuators mit viel Leistung beaufschlagt, ohne dass eine große Änderung der Position von Komponenten des Aktuators, wie z.B. der Lenkstange erfolgt, wird sich dies in zunehmend steigenden Ladungswerten 140 abbilden, wie dies auch aus dem Verlauf der Kennlinie zu erkennen ist. Je nachdem, ob die Ladungswerte 140 im Reduktionsbereich 410 oder im Unterbrechungsbereich 420 liegen, wird entsprechend eine Reduktion des Stromflusses oder eine komplette Unterbrechung des Stromflusses angesteuert. Denkbar ist auch eine Abschätzung, ob bei einem Anstieg der Ladungswerte vor einer Reduktion des Stromflusses zunächst die Ladungswerte 140 in dem Unterbrechungsbereich 420 gelegen haben, so dass die Komponenten des Aktuators bzw. des Getriebes sich in einem Temperaturbereich befinden, so dass eine Reduktion des Stromflusses noch nicht erforderlich ist. Dieses könnte möglicherweise nicht erforderlich sein, falls der Einparkvorgang nur eine geringe Zeit in Anspruch nimmt. In diesem Fall brauchte auch nur dann eine Begrenzung durchgeführt werden, wenn tatsächlich eine mögliche Überhitzung mit einer Beschädigung der Komponenten des Lenkaktuators anzunehmen wäre.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 510 des Einlesens eines Ladungswertes, der eine elektrische Ladung repräsentiert, die einer elektrischen Maschine des Lenkaktuators über eine Versorgungsleitung zugeführt wird. Ferner umfasst das Verfahren 500 zum Betreiben eines Lenkaktuators einen Schritt 520 des Ansteuerns eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators über die Versorgungsleitung, ansprechend auf den Ladungswert und eine Ansteuervorschrift.

Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift für eine Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators. Das Verfahren 600 umfasst hierbei einen Schritt 610 des Einlesens von Trainingsdaten, in welchen mehrere Ladungswerte mit je vorab zugeordneten Ansteuerbefehlen zur Ansteuerung eines Steuerelementes für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine des Lenkaktuators für diesen Ladungswert enthalten sind, wobei die Ladungswerte je eine elektrische Ladung repräsentieren, die einer elektrischen Maschine des Lenkaktuators über eine Versorgungsleitung zugeführt wird. Weiterhin umfasst das Verfahren 600 zur Bereitstellung einen Schritt 620 des Trainierens der Ansteuervorschrift derart, dass bei einer Eingabe eines Ladungswertes durch die Ansteuervorschrift ein dem Ladungswert entsprechender Ansteuerbefehl ausgegeben wird. Optional kann auch vor dem Schritt 610 des Einlesens ein Schritt 630 des Bestimmens der Ladungswerte vorgesehen sein, derart, dass die Ladungswerte den Ansteuerbefehlen zugeordneten Ladungswerte eine Ladung repräsentieren, die in Zusammenhang mit einem Verschleiß von mechanischen Komponenten des Lenkaktuators erfasst wurden.

Es wird mit dem hier vorgestellten Ansatz somit eine Bauteilschutzfunktion ermöglicht, die ausschließlich mittels des Ladungswerts berechnet wird. Dabei wird die Last des mechanischen Systems bzw. eine konkrete Temperatur nicht berücksichtigt, sondern es wird auf diese Werte zurückgeschlossen.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Bezugszeichen

Fahrzeug Lenkaktuator

Räder

Lenkwinkel

Längsachse elektrische Maschine

Steuerelement

Versorgungsleitung

Energiespeicher

Vorrichtung Einleseschnittstelle

Lenkelement, Lenkrad

Ladungswert

Sensor

Ansteuervorschrift

Ansteuereinheit

Ansteuerbefehl Lenkstange

Verlauf der Soll -/I stposition zeitlicher Verlauf der Stromaufnahme der elektrischen Maschine zeitlicher Verlauf der von der elektrischen Maschine aufgenommenen Ladung zeitlichen Verlauf einer Soll-Vorgabeposition

Kennlinien

Freigabebereich

Reduktionsbereich

Unterbrechungsbereich

Verfahren zum Betreiben Schritt des Einlesens

Schritt des Ansteuerns

Verfahren zur Bereitstellung

Schritt des Einlesens

Schritt des Trainierens

Schritt des Bestimmens

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren (500) zum Betreiben eines Lenkaktuators (105) eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen (510) eines Ladungswertes (140), der eine elektrische Ladung repräsentiert, die einer elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) über eine Versorgungsleitung (127) zugeführt wird, und

- Ansteuern (520) eines Steuerelementes (125) für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) über die Versorgungsleitung (127), ansprechend auf den Ladungswert (140) und eine Ansteuervorschrift (150).

2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens der Ladungswert (140) einen zeitlichen Verlauf und/oder oder einen Gradientenwert einer der elektrischen Maschine (120) zugeführten elektrischen Ladung repräsentiert.

3. Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (510) des Einlesens als Ladungswert (140) ein Wert eingelesen wird, der durch eine Integration und/oder eine Summation eines Stromflusses (I) durch die Versorgungsleitung (127) erhalten wurde, insbesondere wobei die Integration und/oder Summation je über eine vordefinierte Zeitspanne erfolgt ist.

4. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Ansteuerns durch das Steuerelement (125) eine Unterbrechung der Zuführung von elektrischer Energie an den Lenkaktuator (105) angesteuert wird, insbesondere wenn gemäß der Ansteuervorschrift (150) der Ladungswert (140) in einem Unterbrechungsbereich (420) liegt.

5. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Ansteuerns durch das Steuerelement (125) eine Reduktion der Zuführung von elektrischer Energie an den Lenkaktuator (105) angesteuert wird, insbesondere wenn gemäß der Ansteuervorschrift (150) der Ladungswert (140) in einem Reduktionsbereich (410) liegt.

6. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Ansteuerns eine Zuführung von elektrischer Energie durch das Steuerelement (125) vollständig freigegeben wird, wenn der Ansteuervorschrift (150) der Ladungswert (140) in einem Freigabebereich (400) liegt, insbesondere wenn der Ladungswert (140) über eine vorbestimmte Zeitspanne in dem Freigabebereich (400) liegt.

7. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (520) des Ansteuerns eine Ansteuervorschrift (150) verwendet wird, die in Abhängigkeit von zumindest einem aktuellen Fahrzeugparameter und/oder zumindest einem aktuellen Fahrtparameter veränderbar ist.

8. Verfahren (600) zur Bereitstellung einer Ansteuervorschrift (150) für eine Ansteuerung eines Steuerelementes (125) für eine Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Maschine (120) eines Lenkaktuators (105) eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist:

- Einlesen (610) von Trainingsdaten, in welchen mehrere Ladungswerte mit je vorab zugeordneten Ansteuerbefehlen zur Ansteuerung eines Steuerelementes (125) für eine Zuführung von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) für diesen Ladungswert (140) enthalten sind, wobei die Ladungswerte (140) je eine elektrische Ladung repräsentieren, die einer elektrischen Maschine (120) des Lenkaktuators (105) über eine Versorgungsleitung (127) zugeführt wird; und

- Trainieren (620) der Ansteuervorschrift (150) derart, dass bei einer Eingabe eines Ladungswertes (140) durch die Ansteuervorschrift (150) ein dem Ladungswert (140) entsprechender Ansteuerbefehl (160) ausgegeben wird.

9. Verfahren (500) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, durch einen Schritt (630) des Bestimmens der Ladungswerte (140), derart, dass die Ladungswerte den Ansteuerbefehlen (160) zugeordnete Ladungswerte (140) einer Ladung repräsentieren, die in Zusammenhang mit einer Belastung von zumindest einer mechanischen Komponente (165, 120) des Lenkaktuators (105) erfasst wurden.

10. Vorrichtung (132), die eingerichtet ist, um die Schritte (510, 520) des Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 oder 8 bis 9 in entsprechenden Einheiten (135, 155) auszuführen und/oder anzusteuern.

11 . Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (500, 600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 oder 8 bis 9 auszuführen und/oder anzusteuern, wenn das Computerprogramm auf einer Vorrichtung (132) oder einer Rechnereinheit ausgeführt wird.

12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.