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Dier Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems und ein Kontrollgerät zum Betreiben eines Lenksystems.
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Ein elektrisches Lenksystem bzw. eine elektrische Lenkhilfe für ein Kraftfahrzeug ist dazu ausgebildet, den Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Lenken zu unterstützen, wobei Kraft, die der Fahrer zum Betätigen des Lenkrads aufbringt, durch das Lenksystem verstärkt wird. Dabei umfasst das Lenksystem Sensoren, ein Kontrollgerät sowie einen Elektromotor. Durch Verstärken der Kraft werden u. a. Rückstellkräfte einer zu lenkenden Vorderachse und durch Reibung entstehende Widerstände minimiert.
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Eine elektrische Servolenkvorrichtung zum Ansteuern eines Motors, um eine Lenkunterstützung zu erzeugen, ist aus der Druckschrift
EP 2 287 064 B1 bekannt. Falls für die Servolenkvorrichtung eine Störung einer Batterie nachgewiesen wird, wird zur Lenkunterstützung alternativ Energie verwendet, die in einer Hilfsenergieversorgung gespeichert ist.
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Aus der Druckschrift
JP 2009/184489 A ist bekannt, dass bei Ausfall einer unterstützenden Lenkanlage Rückstellkräfte eines Kraftfahrzeugs auf ein Lenkrad minimiert werden können.
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Bei einer Lenkanlage, die in der Druckschrift
JP 2006/130959 A beschrieben ist, wird ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs bei einem Ausfall der Lenkanlage darüber optisch und akustisch informiert.
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Ein Kontrollgerät für eine elektrische Lenkanlage ist in der Druckschrift
JP 2005/067414 A beschrieben. Hierbei werden Betriebsparameter der Lenkanlage durch das Kontrollgerät bei Auftreten eines Fehlers reduziert.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein Kontrollgerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Kontrollgeräts gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, das eine elektrischen Maschine mit mehreren Phasen umfasst, vorgesehen. Dabei werden die Phasen in einem Dauerbetrieb unter Durchführung einer Standard-Pulsweitenmodulation über pulsweitenmodulierte Signale einer ersten elektrischen Größe angesteuert. Falls für das Lenksystem ein Fehler diagnostiziert wird, wird in einem Notlaufbetrieb mindestens eine funktionstüchtige Phase der elektrischen Maschine unter Durchführung einer Not-Pulsweitenmodulation über pulsweitenmodulierte Signale der elektrischen Größe angesteuert.
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Zur Diagnose eines möglicherweise auftretenden Fehlers wird für jede Phase mindestens eine elektrische Größe, bspw. eine an der jeweiligen Phase anliegende Spannung und/oder ein durch die jeweilige Phase fließender Strom gemessen und somit überwacht. Falls ein gemessener Wert der mindestens einen elektrischen Größe von einem hierfür vorgesehenen Wertebereich abweicht und einen kritischen Wert aufweist, wird ein Fehler diagnostiziert.
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Mit dem Verfahren ist es möglich, Fehler einer Elektronik, bspw. einer Software oder Hardware der Elektronik, die üblicherweise in einem Kontrollgerät des Lenksystems angeordnet ist, abzumildern. Alternativ oder ergänzend können Fehler der elektrischen Maschine abgemildert werden.
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Durch Anlegen der pulsweitenmodulierten Signale der Not-Pulsweitenmodulation für die erste elektrische Größe wird ein schlagartiger Anstieg eines Moments in Richtung einer mechanischen Mittellage des Lenksystems verhindert und eine der ersten elektrischen Größe entgegenwirkende zweite elektrischen Größe induziert und eine Drehzahl der elektrischen Maschine reduziert bzw. verringert. Somit wird im Rahmen des Verfahrens die Lenzsche Regel angewandt. Als mindestens eine elektrische Größe wird ein Strom, der durch die Phasen fließt, eine Spannung, die an den Phasen anliegt, ein magnetischer Fluss und/oder ein Magnetfeld berücksichtigt. Die elektrische Maschine wird im Notfallbetrieb eigengehemmt.
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Außerdem wird eine Bewegung einer Zahnstange des Lenksystems, die mit der elektrischen Maschine zusammenwirkt, durch pulsweitenmodulierte Signale der Not-Pulsweitenmodulation gebremst.
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In Ausgestaltung wird ein Tastgrad bzw. ein Tastverhältnis ausgehend von einem ersten Wert, der bei der Standard-Pulsweitenmodulation verwendet wird und bis zu 100% beträgt, auf einen zweiten Wert, der bei der Not-Pulsweitenmodulation zu erreichen ist, üblicherweise mehrmals um einen Teilwert stufenförmig reduziert. Dabei wird der Tastgrad bspw. nach wiederholtem Durchlauf eines Teilschritts jeweils um den Teilwert auf den zweiten Wert von 0% reduziert. Außerdem ist vorgesehen, den Tastgrad innerhalb einer definierten Zeitspanne, bspw. eines Bruchteils einer Sekunde, auf den zweiten Wert zu reduzieren.
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Weiterhin wird ein Phasentrenner der elektrischen Maschine geöffnet und eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine abgeschaltet, sobald der zweite Wert des Tastgrads erreicht wird.
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Die Leistungselektronik, die der elektrischen Maschine zugeordnet ist, weist einerseits hochseitige elektrische Schaltelemente, die einem ersten, positiv gepolten bzw. hochseitigen Eingang der Phasen der elektrischen Maschine zugeordnet sind, und andererseits tiefseitige elektrische Schaltelemente, die einem zweiten, negativ gepolten bzw. tiefseitigen Eingang der Phasen der elektrischen Maschine zugeordnet sind, auf. Dabei werden elektrische Schaltelemente, die einem der beiden Eingänge, bspw. dem ersten Eingang, zugeordnet sind, unter Erhöhung des elektrischen Widerstands hochohmig und elektrische Schaltelemente, die dem anderen der beiden Eingänge, bspw. dem zweiten Eingang, zugeordnet sind, unter Reduzierung des elektrischen Widerstands niederohmig eingestellt.
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Das erfindungsgemäße Kontrollgerät ist zum Betreiben eines Lenksystems für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, das eine elektrische Maschine mit mehreren Phasen umfasst. Das Kontrollgerät weist ein Überwachungsmodul und ein Pulsweitenmodulationsmodul auf, das dazu ausgebildet ist, die Phasen in einem Dauerbetrieb unter Durchführung einer Standard-Pulsweitenmodulation über pulsweitenmodulierte Signale einer ersten elektrischen Größe anzusteuern. Falls mit einem Überwachungsmodul für das Lenksystem ein Fehler diagnostiziert wird, ist das Pulsweitenmodulationsmodul dazu ausgebildet, in einem Notlaufbetrieb als Ersatzreaktion mindestens eine funktionstüchtige Phase unter Durchführung einer Not-Pulsweitenmodulation über pulsweitenmodulierte Signale der elektrischen Größe anzusteuern. Dabei sind die pulsweitenmodulierten Signale für die erste elektrische Größe von dem Pulsweitenmodulationsmodul zu erzeugen und/oder bereitzustellen.
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Hierbei wird eine als konstante Pulsweitenmodulation ausgebildete Not-Pulsweitenmodulation durchgeführt, die sich von der Standard-Pulsweitenmodulation, die als variable Pulsweitenmodulation ausgebildet ist, unterscheidet.
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Das Kontrollgerät weist einen Multiplexer auf, der einerseits mit dem Pulsweitenmodulationsmodul und andererseits mit mindestens einer weiteren Komponente des Kontrollgeräts verbunden ist. Das Pulsweitenmodulationsmodul ist dazu ausgebildet, einen jeweils aktuellen Wert eines Tastgrads zur Umsetzung einer jeweiligen Pulsweitenmodulation, d. h. der Standard-Pulsweitenmodulation oder der Not-Pulsweitenmodulation, dem Multiplexer bereitzustellen. Der Multiplexer ist dazu ausgebildet, der mindestens einen Phase der elektrischen Maschine den aktuellen Wert des Tastgrads üblicherweise direkt oder indirekt über die mindestens eine weitere Komponente des Kontrollgeräts bereitzustellen. Üblicherweise ist das Kontrollgerät als Komponente des Lenksystems ausgebildet.
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Das Kontrollgerät umfasst hochseitige elektrische Schaltelemente, die einem ersten, hochseitigen Eingang der elektrischen Maschine zugeordnet sind, und tiefseitige elektrische Schaltelemente, die einem zweiten, tiefseitigen Eingang der elektrischen Maschine zugeordnet sind. Dabei sind die Schaltelemente üblicherweise als Halbbrücken, bspw. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), sowie als Komponenten einer Leistungselektronik für die elektrische Maschine ausgebildet. Die Leistungselektronik ist hier auch als Komponente des Kontrollgeräts ausgebildet, wobei jeweils einer Phase der elektrischen Maschine ein hochseitiges und ein tiefseitiges elektrisches Schaltelement zugeordnet ist.
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Das Pulsweitenmodulationsmodul ist zudem dazu ausgebildet, einen jeweils aktuell einzustellenden Wert eines elektrischen Widerstands für mindestens ein elektrisches Schaltelement zur Umsetzung einer jeweiligen Pulsweitenmodulation dem Multiplexer bereitzustellen, wobei der Multiplexer dazu ausgebildet ist, den einzustellenden Wert des Widerstands dem mindestens einen elektrischen Schaltelement, üblicherweise direkt oder indirekt über die mindestens eine weitere Komponente des Kontrollgeräts bereitzustellen, die bspw. als Halbbrücken- oder Gate-Treiber (Gate Drive Unit, GDU) ausgebildet ist, und das mindestens eine elektrische Schaltelement somit anzusteuern, wobei der elektrische Widerstand des mindestens einen elektrischen Schaltelements auf Grundlage des vorgegebenen Werts zu variieren, d. h. zu erhöhen oder zu reduzieren, ist.
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Weiterhin weist das Kontrollgerät mindestens einen Reserveenergiespeicher auf, der dazu ausgebildet ist, mindestens eine Komponente des Kontrollgeräts zumindest im Notlaufbetrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei ist in dem Reservespeicher zumindest jene zur Umsetzung des Notlaufbetriebs, der mindestens so lange wie die hierfür definierte Zeitspanne, bspw. ein Vielfaches dieser Zeitspanne, andauert, notwendige Energie gespeichert.
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Die elektrische Maschine ist als Aktuator, bspw. als elektrischer Motor und/oder Generator, dazu ausgebildet, elektrische Energie in mechanische Energie und/oder mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Maschine ist zwischen einem Lenkrad und einem mechanischen Lenkmodul, bspw. einer Zahnstange und/oder einer Vorderachse des Lenksystems geschaltet und überträgt Kräfte zwischen dem Lenkrad und dem mechanischen Lenkmodul. Hierbei werden Kräfte von dem Lenkrad für das mechanische Lenkmodul verstärkt. Außerdem wird einem Fahrer des Kraftfahrzeugs von der elektrischen Maschine von dem mechanischen Lenkmodul eine Rückstellkraft übertragen und somit eine haptische Rückmeldung zu einer Bewegung des mechanischen Lenkmoduls bereitgestellt.
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Das Lenksystem umfasst neben dem Kontrollgerät zum Kontrollieren und somit zum Steuern und/oder Regeln eines Betriebs des Lenksystems und der elektrischen Maschine mindestens einen Sensor.
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Mit dem Verfahren ist es u. a. möglich, Auswirkungen eines plötzlichen Abschaltens des Lenksystems und somit einer Lenkung auf eine Beherrschbarkeit des Kraftfahrzeugs zu dämpfen. Dabei werden für den Fall, dass das elektrische Lenksystem zumindest teilweise ausfällt und/oder sich zumindest teilweise abschaltet, Rückstellkräfte der Vorderachse des Kraftfahrzeugs durch das Lenksystem gemindert und demnach nicht mehr schlagartig auf das Lenkrad übertragen. Somit ist es nicht mehr erforderlich, dass der Fahrer durch Betätigung des Lenkrads dem Ausfall des Lenksystems entgegensteuern muss. Somit ist es bspw. möglich, dass der Fahrer auch unabhängig von seiner Reaktionszeit die Spur des Kraftfahrzeugs manuell halten kann. Der plötzliche Ausfall des Lenksystems bzw. der Lenkunterstützung kann abhängig von einer Art des Kraftfahrzeugs als sicherheitsrelevant für das Kraftfahrzeug einzustufen sein. Mit dem Verfahren werden jedoch Folgen des Ausfalls gemindert.
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Bei dem Ausfall und somit bei einem Fehler des Lenksystems wird im Rahmen des Verfahrens dessen elektrische Maschine, die zwischen dem Lenkrad und einer Zahnstange des Lenksystems gekoppelt ist, angesteuert, wobei die Pulsweitenmodulation zum Betreiben der elektrischen Maschine durch das Pulsweitenmodulationsmodul angepasst wird. Hierdurch ist üblicherweise eine Wirkung von Rückstellkräften aufgrund des Ausfalls, bspw. ein Freiwerden der Rückstellkräfte, abzubremsen, wodurch im Falle des Ausfalls des Lenksystems eine Beherrschbarkeit des Kraftfahrzeugs aufrechterhalten wird.
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Nachfolgend sind verschiedene Fehlerfälle bzw. Betriebssituationen angeführt, die zu einem Fehler und somit zumindest teilweise zu einem Ausfall des Lenksystems führen und in der Regel ein hartes Abschalten des Lenksystems verursachen:
- Fehlerfall F1: Verlust der Versorgungsspannung zum Betreiben mindestens einer Phase der elektrischen Maschine und/oder von anderen Komponenten des Lenksystems.
- Fehlerfall F2: Defekt eines Mikrocontrollers des Kontrollgeräts zum Kontrollieren des Betriebs des Lenksystems.
- Fehlerfall F3: Aktivieren einer Sicherheitsfunktion, wobei ein Abschalten des Lenksystems über den Mikrocontroller bzw. einen Basischip und/oder ein Überwachungsmodul (Watchdog) ausgelöst wird.
- Fehlerfall F4: Defekt des Halbbrücken- bzw. Gate-Treibers (GDU) für mindestens ein Schaltelement zum Betreiben der elektrischen Maschine.
- Fehlerfall F5: Defekt einer Endstufe einer Ansteuerung und somit des Kontrollgeräts der elektrischen Maschine.
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Bei Durchführung des Verfahrens sind z. B. Fehler von offenen, nicht schaltenden hochseitigen und tiefseitigen Schaltelementen, die üblicherweise als MOSFETs ausgebildet sind, beherrschbar. Falls bspw. bei einem tiefseitigen Schaltelement ein Kurzschluss auftritt, ist im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, einen Phasenschalter einer hiervon betroffenen Phase der elektrischen Maschine zu deaktivieren. Mit dem Verfahren ist es auch möglich, aufgrund einer parasitären Diode innerhalb des Phasenschalters in einem hochseitigen Schaltelement Kurzschlüsse zu beherrschen und ein hartes Abschalten des Lenksystems zu mindern.
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Bei Durchführung des Verfahrens wird eine potentielle Energie, die aufgrund des Ausfalls des Lenksystems gewandelt wird, und ein ansonsten verursachter Schlag, der von dem Lenksystem ausgeht und sich auf das Lenkrad auswirkt, reduziert.
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Bei einer ersten Maßnahme M1, die im Rahmen des Verfahrens durchgeführt wird, wird die elektrische Maschine des elektrischen Lenksystems angesteuert, wodurch u. a. eine Bewegung der Zahnstange aktiv gebremst und/oder die Zahnstange in ihrer Position gehalten wird. Hierzu wird zumindest eine ausgewählte Phase der elektrischen Maschine, bspw. unter Veränderung der Pulsweitenmodulation und Umsetzung der Not-Pulsweitenmodulation mit verändertem, stufenweise reduziertem Tastgrad, ausgehend von dem Pulsweitenmodulationsmodul gezielt angesteuert.
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Einer zweiten ergänzend oder alternativ anzuwendenden Maßnahme M2 zufolge werden bei einer Ansteuerung der elektrischen Maschine Ströme aufgrund einer Bewegung der Achse und/oder der Zahnstange induziert und die elektrische Maschine in ihrer Umdrehung selbsttätig gehemmt. Dadurch wird eine Bewegung der Zahnstange und/oder der elektrischen Maschine abgebremst, jedoch nicht aktiv verhindert bzw. blockiert. Zum Umsetzen dieser zweiten Maßnahme ist u. a. vorgesehen, hochseitige Schaltelemente der Leistungselektronik hochohmig und tiefseitige Schaltelemente niederohmig einzustellen.
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Bei beiden exemplarisch genannten Maßnahmen wird im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt, dass ein jeweiliger Betriebszustand, der durch die Maßnahme verursacht wird, nur durch eine definierbar begrenzte Zeitspanne aufrechterhalten wird. Hierzu wird bspw. eine Einhaltung von Sicherheitsgrenzen bezüglich eines Blockierens des Lenksystems berücksichtigt. Anschließend wird der Dauerbetrieb des Lenksystems stufenweise und/oder schrittweise verlassen. Somit wird im Fall der ersten Maßnahme die Wirkung eines harten Abschaltens zumindest zeitlich verzögert, in der Regel jedoch abgebremst, so dass der Fahrer auf die Betriebssituation besser reagieren kann.
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Falls der Halbbrücken- bzw. Gate-Treiber und der Mikrocontroller noch funktionsfähig sind, ist im Kontrollgerät ein Logikmodul vorhanden, das bspw. in den Mikrochip und/oder in das Pulsweitenmodulationsmodul integriert ist und durch das ein Ausrampen als Ersatzreaktion bzw. alternative Maßnahme auf den Ausfall des Lenksystems zu realisieren ist. Hierzu sind die Maßnahmen bspw. softwaregestützt durch das Logikmodul bzw. den Mikrochip und/oder das Pulsweitenmodul durchführbar. Beim dem Ausrampen wird eine Lenkkraftunterstützung des Lenksystems und/oder ein Moment der elektrischen Maschine über eine festgelegte Zeitspanne schrittweise vermindert.
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Falls jedoch ein Teil des Logikmoduls des Kontrollgeräts beschädigt oder aufgrund eines Verlusts der Versorgungsspannung nicht nutzbar sein sollte, ist eine Ersatzreaktion und/oder Maßnahme hardwaregestützt einzuleiten, bspw. durch ein diskretes Logikmodul oder durch Hardware in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC).
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Diagramm zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts für ein erstes Beispiel eines Lenksystems.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts für ein zweites Beispiel eines Lenksystems.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens, die anhand des Diagramms aus 1 beschrieben ist, wird in einem ersten Schritt 2 davon ausgegangen, dass ein Lenksystem und somit eine Lenkung des Kraftfahrzeugs in Betrieb ist bzw. sich in einem Dauerbetrieb befindet.
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Währenddessen ist es möglich, dass in einem zweiten Schritt 4 für das Lenksystem ein Fehler auftritt. Hierbei kann es sich bspw. um ein Durchlegieren eines hochseitigen Schaltelements, um einen Kurzschluss einer Phase einer elektrischen Maschine des Lenksystems oder eine Unterbrechung einer elektrischen Energieversorgung aus einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs handeln. Üblicherweise kann der zweite Schritt 4 durch jede Art von Fehler mindestens einer Komponente des Lenksystems verursacht werden.
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In einem dritten Schritt 6 wird der Fehler erkannt. Falls bspw. mindestens eine Phase unter mehreren Phasen der elektrischen Maschine von einem Fehler betroffen sein sollte, wird in einem vierten Schritt 8 diagnostiziert, welche mindestens eine Phase von dem Fehler betroffen ist.
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Zum Durchführen einer derartige Diagnose ist mindestens eine Maßnahme durchführbar. So wird einer ersten Maßnahme zufolge für jede Phase ein durch diese Phase fließender Strom gemessen. Dabei ist auch ein Kurzschlussstrom zu erfassen, der ein Verriegeln der Phase verursacht. Bei einer zweiten alternativ oder ergänzend durchführbaren Maßnahme wird bspw. über ein als MOSFET ausgebildetes Schaltelement, das einer jeweiligen Phase zugeordnet ist, die an der Phase anliegende Spannung bspw. bei einem Schaltvorgang gemessen. Über einen Gate-Treiber des Schaltelements wird dabei ein Ausfall der Phase diagnostiziert und diese Phase weiterhin verriegelt. Einer dritten alternativ oder ergänzend durchführbaren Maßnahme zufolge werden für alle Phasen Werte des Widerstands gemessen und anhand eines Werts eines Widerstands jeder Phase ermittelt, welche Phase von dem Fehler betroffen ist. Die genannten Maßnahmen können miteinander kombiniert werden.
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Danach wird in einem fünften Schritt 10 für das Lenksystem ein Notlaufbetrieb eingeleitet.
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In einem sechsten Schritt 12 wird eine Ansteuerung eines tiefseitigen Schaltelements der betroffenen Phase gesperrt, wobei diese von dem Fehler betroffene Phase jedoch geöffnet bleibt.
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In einem siebten Schritt 14 wird für mindestens eine noch funktionstüchtige Phase der elektrischen Maschine statt einer herkömmlichen Standard-Pulsweitenmodulation nunmehr eine Not-Pulsweitenmodulation durchgeführt, wobei bei Durchführung der Pulsweitenmodulation ein Tastgrad bzw. ein Tastverhältnis ausgehend von einem ersten Wert, der maximal 1 bzw. 100% beträgt, auf einen geringeren zweiten Wert, der mindestens 0 bzw. 0% beträgt, verringert und somit angepasst wird. Dabei wird der Tastgrad bei Durchführung der Not-Pulsweitenmodulation für die mindestens eine funktionstüchtige Phase geregelt.
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In Ausgestaltung wird in einem achten Schritt 16 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne von bspw. 100 ms ein Ausrampen umgesetzt. Dies umfasst bei einem Teilschritt 18 die Maßnahme, den Tastgrad (Duty Cycle) zu reduzieren.
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Dabei wird in einem Prüfschritt 20 überprüft, ob der Tastgrad bereits den zweiten Wert von hier 0% erreicht hat. Ist dies nicht der Fall 22 (Nein), wird der Tastgrad in dem Teilschritt 18 weiter reduziert. Sobald der Fall 24 (Ja) eintritt, dass der Tastgrad bei Durchführung der Not-Pulsweitenmodulation nunmehr den Wert von 0% aufweist, werden in einem neunten Schritt 26 Phasentrenner der elektrischen Maschine geöffnet und deren Leistungselektronik abgestellt.
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In Ausgestaltung wird der Teilschritt 18 mehrmals hintereinander durchlaufen, bis der für den Tastgrad vorgesehene Wert erreicht ist. Dabei wird der Wert des Tastgrads jeweils um einen definierten Teilwert schrittweise und/oder stufenweise reduziert. Dabei hängt der Teilwert bspw. von einer Differenz zwischen dem ursprünglichen, ersten Wert des Tastgrads und dem zweiten Wert des Tastgrads sowie von einer Anzahl an Teilschritten und einer Zeitspanne ab, innerhalb der der Tastgrad den vorgesehenen Wert von 0% erreichen soll.
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Dabei ist für die Standard-Pulsweitenmodulation ein Grundtakt vorgesehen, wodurch sich eine Dauer einer Periode der Standard-Pulsweitenmodulation ergibt. Falls der Grundtakt bspw. 20000 Hz beträgt, dauert die Periode 50 μs. Falls die Zeitspanne, innerhalb der der Tastgrad auf den vorgesehenen Wert zu reduzieren ist, 100 ms andauert, sind währenddessen 2000 Takte durchzuführen, wobei der Tastgrad bspw. alle zehn Takte um 0,5% reduziert wird. Alternativ ist es möglich, den Tastgrad über mehrere Takte konstant zu halten und pro Takt um einen höheren Wert von bspw. 2% zu reduzieren.
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In einem abschließenden zehnten Schritt 28 wird nach nunmehr geregeltem Abschalten des Lenksystems lediglich ein manuelles Lenken ohne elektrische Unterstützung ermöglicht.
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Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens, bei der vorgesehen ist, dass ein Logikmodul zum Berechnen und zum Ansteuern der elektrischen Maschine noch funktionsfähig ist, werden in dem Logikmodul softwaregestützte Maßnahmen implementiert, die die elektrische Maschine des Lenksystems nach Erkennen des Fehlers aktiv bremsen, wobei anschließend aufgrund einer stufenweisen Reduzierung des Tastgrads jeweils um den Teilwert das Ausrampen verursacht wird. Hierdurch ist eine Reaktion zum Beherrschen mindestens eines voranstehend genannten Fehlerfalls umzusetzen.
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In den 2 und 3 sind Komponenten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts 29 für ein erstes Beispiel eines elektrischen Lenksystems 30 (2) und einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts 31 für ein zweites Beispiel eines elektrischen Lenksystems 32 (3) schematisch dargestellt.
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Dabei umfasst jedes Kontrollgerät 29, 31 einen Mikrocontroller 34, ein Überwachungsmodul 36, das auch als Watchdog bezeichnet wird, einen Halbbrücken-Treiber 38, eine B6-Brücke 40 und einen Phasentrenner 42. Dabei sind diese bislang genannten Komponenten der Lenksysteme 30, 32 sowie eine elektrische Maschine 44 auch in üblichen Lenkanlagen enthalten.
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Beide hier vorgestellten Ausführungsformen des Lenksystem 30, 32 unterscheiden sich jedoch durch nachfolgende Komponenten von herkömmlichen Lenkanlagen: einen Multiplexer 46, ein Pulsweitenmodulationsmodul 48 zur Umsetzung einer Standard-Pulsweitenmodulation und eine Not-Pulsweitenmodulation für mindestens eine Phase der elektrischen Maschine 44 sowie durch einen Reserveenergiespeicher 50, die zugleich auch als Komponenten des jeweiligen Kontrollgeräts 29, 31 ausgebildet sind.
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Außerdem weist jedes Kontrollgerät 29, 31 erste elektrische Schaltelemente 43 und zweite elektrische Schaltelemente 45 auf, wobei hier jeweils nur ein derartiges Schaltelement 43, 45 dargestellt ist. Die Schaltelemente 43, 45 sind als Halbbrücken, hier bspw. als MOSFETs, ausgebildet. Dabei sind die ersten elektrischen Schaltelemente 43, die auch als hochseitige bzw. highside Schaltelemente 43 bezeichnet werden, einem ersten, hochseitigen Eingang der elektrischen Maschine 44 zugeordnet. Jeweils ein erstes Schaltelement 43 ist jeweils einer Phase der elektrischen Maschine 44 zugeordnet.
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Die zweiten elektrischen Schaltelemente 45 werden auch als tiefseitige bzw. lowside Schaltelemente 45 bezeichnet und sind einem zweiten, tiefseitigen Eingang der elektrischen Maschine 44 zugeordnet. Jeweils ein zweites Schaltelement 45 ist jeweils einer Phase der elektrischen Maschine 44 zugeordnet. Bei beiden Lenksystemen 30, 32 werden sämtliche Komponenten, u. a. der Mikrocontroller 34, durch das Überwachungsmodul 36 überwacht. Mit dem Pulsweitenmodulationsmodul 48 wird u. a. ein für mindestens eine Phase der elektrischen Maschine vorgesehener Tastgrad eingestellt und/oder vorgegeben. Sämtliche vorgestellten Komponenten bilden einen momentenbildenden Pfad des jeweiligen Lenksystems 30, 32.
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Bei der ersten Ausführungsform des Kontrollgeräts 29 (2) für das erste Lenksystem 30 ist der Multiplexer 46 zwischen dem Mikrocontroller 34 und dem Halbbrücken-Treiber 38 geschaltet, dem weiterhin die B6-Brücke 40, der Phasentrenner 42 und die elektrische Maschine 44 nachgeschaltet sind. Bei Auftreten eines Fehlers wird der Multiplexer 46 durch das Pulsweitenmodulationsmodul 48 zur Umsetzung der Not-Pulsweitenmodulation aktiviert. Dabei werden der Multiplexer 46, das Modul 48, der Halbbrücken-Treiber 38, die B6-Brücke 40 sowie der Phasentrenner 42 von dem Reserveenergiespeicher 50 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist das Pulsweitenmodulationsmodul 48 dazu ausgebildet, den für die Pulsweitenmodulation vorgesehenen Tastgrad, ausgehend von einem ersten Wert, der bei der Standard-Pulsweitenmodulation verwendet wird, bei Durchführung der Not-Pulsweitenmodulation auf einen zweiten Wert schritt- und/oder stufenweise zu reduzieren. Somit ist mit den zusätzlichen Komponenten des Kontrollgeräts 29 für das erste Lenksystems 30 unter Realisierung der Not-Pulsweitenmodulation für das erste Lenksystem 30 sowie dessen elektrischer Maschine 44 ein Notlaufbetrieb durchzuführen.
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Bei der zweiten Ausführungsform des Kontrollgeräts 31 (3) für das zweite Lenksystem 32 ist der Multiplexer 46 zwischen dem Halbbrücken-Treiber 38 und der B6-Brücke 40 geschaltet. Bei Auftreten eines Fehlers wird der Multiplexer 46 durch das Pulsweitenmodulationsmodul 48 zur Umsetzung der Not-Pulsweitenmodulation aktiviert. Dabei werden der Multiplexer 46, das Modul 48, der Halbbrücken-Treiber 38, die B6-Brücke 40 sowie der Phasentrenner 42 von dem Reserveenergiespeicher 50 mit elektrischer Energie versorgt. Hierbei wird der Tastgrad von dem Pulsweitenmodulationsmodul 48 ausgehend von einem ersten Wert, der bei der Standard-Pulsweitenmodulation verwendet wird, im Rahmen der Not-Pulsweitenmodulation auf einen zweiten Wert schritt- und/oder stufenweise reduziert. Somit ist mit den zusätzlichen Komponenten des Kontrollgeräts 31 für das zweite Lenksystem 32 unter Realisierung der Not-Pulsweitenmodulation für das zweite Lenksystem 32 sowie dessen elektrischer Maschine 44 ebenfalls ein Notlaufbetrieb durchzuführen.
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Durch die feste, nicht variable Notlauf-Pulsweitenmodulation wird je nach Anwendungsfall eine Eigenhemmung der elektrischen Maschine 44 eingestellt.
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Zum Beherrschen der voranstehend genannten Fehlerfälle wird die erste weiterere Ausführungsform des Kontrollgeräts 29 verwendet, wobei mit dem Kontrollgerät 29 eine erste weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird.
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Zum Beherrschen der voranstehend genannten Fehlerfälle wird alternativ die zweite weitere Ausführungsform des Kontrollgeräts 31 verwendet, wobei mit dem Kontrollgerät 31 eine zweite weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird. Falls auch der Halbbrücken-Treiber 38 defekt sein sollte, ist hierbei vorgesehen, dass die Schaltelemente 43, 45 von dem Pulsweitenmodulationsmodul 48 direkt angesteuert werden.
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Die Umschaltung der jeweils verwendeten Pulsweitenmodulation wird über den Multiplexer 46 realisiert, der bspw. von dem Mikrocontroller 34, dem Überwachungsmodul 36, dem Pulsweitenmodulationsmodul 48 oder einer Versorgungsspannung geschaltet wird.
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Falls eine Abschaltung eines Moduls, das mit dem Lenksystem 30, 32 zusammenwirkt, mit einer Abschaltung der Versorgungsspannung der weiterhin benötigten Komponenten einhergeht, oder falls sich die Abschaltung durch den Verlust der gesamten Versorgungsspannung des Lenksystems 30, 32 und/oder des Kontrollgeräts 29, 31 ergibt, ist die Versorgung der zum Notlauf benötigten Komponenten für die Zeitspanne, für die der Notlaufbetrieb aufrechterhalten werden soll, z. B. 100 ms, über den Reserveenergiespeicher 50 sicherzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2287064 B1 [0003]
- JP 2009/184489 A [0004]
- JP 2006/130959 A [0005]
- JP 2005/067414 A [0006]
