DE102022213323A1

DE102022213323A1 - Method and device for operating a steering actuator of a vehicle and method and device for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to an electrical machine of a steering actuator for a vehicle

Info

Publication number: DE102022213323A1
Application number: DE102022213323.4A
Authority: DE
Inventors: Roman Granson; David Schmies
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2024-06-13
Also published as: WO2024120820A1

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).The approach presented here creates a method (500) for operating a steering actuator (105) of a vehicle (100). The method (500) comprises a step of reading in (510) a charge value (140) that represents an electrical charge that is supplied to an electrical machine (120) of the steering actuator (105) via a supply line (127). Furthermore, the method (500) for operating a steering actuator comprises a step of controlling (520) a control element (125) for supplying electrical energy to the electrical machine (120) of the steering actuator (105) via the supply line (127), in response to the charge value (140) and a control rule (150).

Description

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.The present invention relates to a method and a device for operating a steering actuator of a vehicle and to a method and a device for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to an electrical machine of a steering actuator for a vehicle according to the main claims.

Lenkvorgänge im Fahrzeug, beispielsweise oftmaliges oder wiederkehrendes Lenken im Stand mit hoher Frequenz, 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 Stromimpulse, 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.Steering operations in the vehicle, for example frequent or repeated steering at high frequency when stationary, as some drivers do when parking, can cause the temperature inside the steering actuator to rise extremely quickly, especially if the steering actuator is operated by means of an electric machine and a gear with a moving thread. Due to the frequent current pulses, without the electric machine rotating the rotor significantly, high temperatures can occur in the windings of the rotor or other components of this electric machine, which can lead to a malfunction or defect in the machine and thus in the steering actuator. In the gearbox, the same results can occur in the area of the mechanical components due to friction, e.g. from tooth flanks. These temperature peaks can mean an impairment of the lubrication or lubricant and can seriously and irreparably impair the mechanics of the steering actuator in their function, for example through temperature-related deformation of the mechanical components. In addition, consequences due to vibrations in the gearbox can result and impair the function of the actuator.

Einen möglichen Ansatz zum Schutz einer Getriebebaugruppe mittels Abschätzung einer thermischen Maximallast für einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung wird in der DE 102020210048 A1 vorgeschlagen.A possible approach to protect a transmission assembly by estimating a maximum thermal load for a steer-by-wire steering actuator is presented in the EN 102020210048 A1 suggested.

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.Against this background, the present invention creates an improved possibility for early prevention of overloading of the mechanics and/or components of the steering actuator as a mechatronic system, so that a sudden increase in temperature in the actuator can be limited or completely avoided and consequential damage can be prevented as a result. This problem is solved by a method and a device for operating a steering actuator of a vehicle and a method and a device for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to an electrical machine of a steering actuator for a vehicle according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.

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.

The approach presented here provides a method for operating a steering actuator of a vehicle, the method comprising the following steps:

- Reading in a charge value representing an electrical charge supplied to an electrical machine of the steering actuator via a supply line, and
- Controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator via the supply line, in response to the charge value and a control rule.

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.In this case, a steering actuator can be understood as an electronic steering system of a vehicle. For example, such a steering actuator can be used for a steer-by-wire steering system. For this purpose, an electric machine can drive one or more steering rods of a steering gear, for example in order to be able to adjust the wheels by a certain angle. In this case, a charge value can be understood as a parameter that represents the physical size of the electrical charge that is observed over a certain time interval and that is supplied to the electric machine by the control element and the supply line. In this case, a control rule can be understood as a rule with which a charge value is mapped to a corresponding control command. This control rule can be stored or saved, for example, as a relationship in a formula and/or as a characteristic value or lookup table in a corresponding computer unit. The control element is controlled by means of a control command that is obtained by linking the charge value with the control rule. For this purpose, the control rule can either be trained in advance or output an analytical value based on a formula, which is then mapped to a corresponding command by means of which the control element controls a power flow through the supply line to the electrical machine.

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.The approach presented here is based on the realization that a thermal load on an electric machine of a steering actuator can be determined very quickly and easily by determining the electrical charge supplied to the electric machine. This Charge can be obtained, for example, by integrating or summing a current flow (for example over a predetermined time interval) which is supplied to the electrical machine via the supply line. Knowledge of this charge can now, with prior knowledge of the technical or mechanical boundary conditions of the electrical machine or the steering actuator, provide a conclusion as to the thermal load to which this electrical machine or other components of the steering actuator are exposed when this electrical charge is supplied. In this way, knowledge of the electrical charge can also be used to intervene in the control of the electrical machine at an early stage, namely, for example, by preventing or at least reducing the further supply of electrical energy to the electrical machine if the magnitude of the charge value already indicates that the electrical machine is already under a high thermal load. This makes it possible to achieve a significant improvement in the robustness of the steering actuator and thus an improvement in vehicle safety and the wear behavior of the steering system using technically simple means that are usually already available in developed systems.

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.A particularly advantageous embodiment of the approach proposed here is one in which, in the step of reading, the charge value represents a temporal progression and/or a gradient value of an electrical charge supplied to the electrical machine. Such an embodiment offers the advantage of being able to provide the most precise possible estimate of the thermal load on the electrical machine by mapping the temporal progression or the gradient of the current flow or the change in the charge flowing through the supply line. For example, with a high gradient of a current through the supply line, the electrical machine can be brought to a critical temperature much more quickly than would be the case with a moderate and continuous current flow, since in such a latter case, for example, cooling effects in the electrical machine dampen an excessive temperature increase.

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.Another advantage is an embodiment of the approach proposed here in which, in the step of reading in, a value is read in as the charge value that was obtained by integrating and/or summing a current flow through the supply line, in particular where the integration and/or summation was carried out over a predefined period of time. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage of being able to use technically simple sensor elements that are usually already available in the vehicle in order to be able to provide a very meaningful decision variable in the form of the charge value by cleverly linking the recorded parameters. The integration or summation over the predefined period of time also makes it easy to compare the individual charge values with one another.

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.A particularly favorable embodiment of the approach proposed here is one in which an interruption in the supply of electrical energy to the steering actuator is triggered in the control step by the control element, in particular if the charge value is in an interruption range according to the control specification. For example, the power value can be in such an interruption range if this charge value has exceeded a predetermined interruption threshold. Such an embodiment offers the advantage of ensuring very quickly that components of the steering system do not overheat and thus that these components are not permanently damaged or that there is an abrupt loss of driving safety when the vehicle is driving.

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.An embodiment of the approach proposed here is conceivable in which, in the step of controlling by the control element, a reduction in the supply of electrical energy to the steering actuator is controlled, in particular if the charge value is in a reduction range according to the control specification. Such an embodiment offers the advantage that, by avoiding a complete interruption of electrical energy to the electrical machine, a certain degree of the steering function is maintained by a lower current flow to the electrical machine than would be controlled without monitoring, and an attempt is only made to avoid permanent damage to components of the steering system by reducing the flow of electrical energy to the electrical machine. By reducing the supply of electrical energy, it can then be ensured, for example, that the temperature of the components of the steering system drops again due to cooling effects, thus also reducing the risk of damage to these components. In particular, the reduction range can contain values of the charge value that are lower than, for example, the interruption threshold value, but which may be greater than a normal operating threshold value.

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.Also, according to an additional embodiment of the approach presented here, in the step of controlling, a supply of electrical energy by the control element can be completely released if, according to the control requirement scription the charge value is in a release range, in particular if the charge value is in the release range for a predetermined period of time. For example, in such a release range the power value can be below a normal operating threshold value. Such an embodiment offers the advantage of ensuring the original functionality of the steering actuator if there is no risk of thermal overheating of components of this steering actuator, while nevertheless reliable monitoring of the components of the steering actuator remains possible.

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.According to a further embodiment of the approach presented here, a control rule can be used in the control step, which can be changed depending on at least one current vehicle parameter and/or at least one current driving parameter. For example, the control rule can depend on an outside temperature, a current speed and/or acceleration of the vehicle and/or a temperature of a lubricant of the steering actuator. In this way, the control of the control element can be adapted very flexibly to a specific application scenario, so that the highest possible functionality of the steering actuator can be ensured while at the same time reducing the risk of damage to the components of this steering actuator.

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.

Furthermore, according to an embodiment of the approach proposed here, a method for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to an electrical machine of a steering actuator for a vehicle is presented, the method comprising the following steps:

- Reading in training data which contains a plurality of charge values, each with pre-assigned control commands for controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator for this charge value, wherein the charge values each represent an electrical charge which is supplied to an electrical machine of the steering actuator via a supply line; and
- Training the control rule in such a way that when a charge value is entered, the control rule outputs a control command corresponding to the charge value.

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.The approach proposed here offers the advantage that it is possible to analyze the thermal load on components of the steering actuator in advance, for example in a laboratory environment, when different electrical charges are supplied to the electrical machine of the steering actuator. From this analysis, corresponding threshold values and control commands based on these can then be determined, which are then stored or programmed into the control specification. The control specification can be implemented, for example, as a characteristic value or lookup table or as a formula, from which a corresponding control command for the control element is then read out or output depending on the specific charge value present. By determining or providing the control specification in advance in this way, the method for operating the steering actuator described above can be implemented very efficiently, since only the read-in charge value needs to be linked to the control specification in order to obtain a corresponding control command. A corresponding measurement of the temperature of components of the steering actuator is then not explicitly required, so that an additional sensor can be saved.

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.A particularly advantageous embodiment of the approach proposed here is one in which a step of determining the charge values is provided, wherein the charge values represent charge values of an electrical charge assigned to the control commands, which were empirically recorded in connection with a load on mechanical components of the steering actuator and are representative of wear on components of the steering actuator. In this way, the mechanical load capacity of the components of the steering actuator can be reliably assigned to the corresponding charge values, so that precise control commands can be determined from such an assignment.

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.The approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of one of the methods presented here in corresponding devices. This embodiment of the invention in the form of a device can also solve the problem underlying the invention quickly and efficiently.

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.A device can be understood as an electrical device, such as a control unit, also called a control device, which processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals depending on them. The device can have one or more suitable interfaces, which can be designed as hardware and/or software. In a hardware design, the interfaces can, for example, be part of an integrated circuit in which the functions of the device are implemented. The Interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software-based design, the interfaces can be software modules that are present on a microcontroller alongside other software modules, for example.

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.Also advantageous is a computer program product with program code that can be stored on a machine-readable storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above when the program is executed on a computer or device.

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

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, in welchem ein hier vorgestellter Ansatz gemäß einem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird;
2 eine Diagrammdarstellung eines Stromverlaufs und eines sich daraus ergebendes Berechnungsbeispiel zur Bestimmung einer Landungsmenge;
3 zeigt im oberen Teildiagramm einen zeitlichen Verlauf einer Soll-Vorgabeposition 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;
4 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels für eine Ansteuervorschrift gemäß dem hier vorgestellten Ansatz;
5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Lenkaktuators eines Fahrzeugs; und
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.

The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings. They show:

1 a schematic representation of a vehicle in which an approach presented here is used according to an embodiment;
2 a diagrammatic representation of a current flow and a resulting calculation example for determining a landing quantity;
3 shows in the upper part of the diagram a time course of a target position x of a component of the steering actuator and in the lower part of the diagram characteristic curves which represent an increase in the spindle temperature T as a function of the load at the shown target position and the travel speed;
4 a diagram of an embodiment of a control rule according to the approach presented here;
5 a flow chart of an embodiment of a method for operating a steering actuator of a vehicle; and
6 a flow chart of an embodiment of a method for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator.

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.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.

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. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 in which a steering actuator 105 is provided for deflecting the wheels 110. The wheels 110 can be deflected by an angle 112 in relation to a longitudinal axis 115 of the vehicle 100. In order to be able to carry out such a steering movement, the steering actuator 105 is designed with an electric machine 120, which is supplied to the electric machine 120 by a control element 125 with electrical energy via a supply line 127 from an energy storage device 130, for example the vehicle battery or a generator of the vehicle 100. The control element 125 is controlled by a device 132. The device 132 comprises a read-in interface 135, in which, for example, a steering signal from a steering element 138 (such as a steering wheel) and a charge value 140 are read. The charge value 140 was provided, for example, by a sensor 145, which, for example, detects a current flow I from the energy storage device 130 to the control element 125 and, for example, integrates it accordingly in order to provide a parameter corresponding to the physical quantity “charge” as the charge value 140. In the device 132, this charge value 140 is then transmitted together with, for example, the steering signal and a control rule 150, which is read out, for example, from a memory, to a control unit 155, which then sends a corresponding control command 160 to the control element 125. In accordance with this control command 160, the current flow I is then interrupted or, if necessary, throttled in the control element 125 if the conclusion can be drawn from the charge value 140 that there is a risk of high thermal load or even overheating of the electric machine 120 or another component such as a handlebar 165 currently or in the future. Such overheating of components of the steering actuator in certain application scenarios is to be feared, for example, during a parking maneuver, since in such a scenario the wheels 110 must be rotated over large angular ranges in a short time and thus the electric machine 120 or the steering actuator 105 must perform a large amount of mechanical work in this short time. In an unfavorable case, especially if, for example, the driver is inexperienced and needs a lot of turns to park in a parking space, this can then lead to the thermal load on the electric machine or other components of the steering actuator 105 being so high that components of the steering actuator 105 could be damaged. In order to avoid or minimize such damage, the following approach is proposed and explained in more detail.

Der Schutz der Komponenten des Lenkaktuators 105 kann als eine Software-Funktion „Überlastschutz“ realisiert werden, die anhand der Ladungsmengen eines mechatronischen 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.The protection of the components of the steering actuator 105 can be implemented as a software function "overload protection" which prevents or at least reduces the electric machine and/or the mechanics or components from heating up too quickly based on the charge quantities of a mechatronic system. In order to achieve such a protective function in the event of improper operation of the steering, a charge value is taken into account according to the approach presented here, which represents the charge quantity that flows into the electric machine via the supply line. This charge quantity can be obtained, for example, by summation or integration from the area under a current flow curve through the supply line.

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 2 ist ein zeitlicher Verlauf 200 der Soll-/Istposition beispielsweise eines durch die elektrische Maschine angetriebenen Stellglieds wie z.B. eine Lenkstange, dargestellt. In dem mittleren Teildiagramm der 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 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. 2 shows a diagram of a current flow and a resulting calculation example for determining the amount of charge flowing through the supply line. In the top part of the diagram of the three curves showing 2 a time course 200 of the target/actual position, for example of an actuator driven by the electric machine, such as a steering rod, is shown. In the middle part of the diagram of the 2 a time curve 210 of the current consumption of the electric machine is shown, which is required for the implementation of the curve 200 of the target/actual position according to the upper part of the diagram. Finally, the lower part of the diagram shows the 2 a temporal progression 220 of the charge absorbed by the electrical machine can be seen, so that it can be seen from this lower sub-diagram that the amount of charge absorbed by the electrical machine is continuously increasing.

Ist die Stromstärke nicht konstant, (wie es in der 2 dargestellt ist), wird die Ladungsmenge beispielsweise durch ein Integral bzw. eine Summation über beispielsweise eine vordefinierte Formel in einem Zeitintervall t₁ bis t₂ berechnet. Es gilt: $Q = \int_{t 1}^{t 2} I (t) d t$

wobei I den Stromfluss durch die Versorgungsleitung repräsentiert, der zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ fließt. Wird zusätzlich zur Ladungsmenge die mit der Ladungsmenge verknüpfte Spindeltemperatur betrachtet, so lässt sich ein Zusammenhang erkennen.If the current is not constant (as in the 2 is shown), the charge quantity is calculated, for example, by an integral or a summation using, for example, a predefined formula in a time interval t ₁ to t _2. The following applies:

Q = \int_{t 1}^{t 2} I (t) d t

where I represents the current flow through the supply line between the times t ₁ and t ₂ . If the spindle temperature associated with the charge quantity is considered in addition to the charge quantity, a connection can be seen.

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.

The approach presented here can therefore be directed towards several objectives as sub-goals:

On the one hand, the charge quantity can be considered completely via a transfer function. In this way, dependencies between charge quantity and spindle temperature can be recognized.
Furthermore, a detected gradient of the calculated load quantity can be examined to decide on the procedure for different maneuvers and corresponding ranges can be defined.
Finally, even in a scenario assuming worst-case conditions, a gradient can be read from real-time data.

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 3a und 3b der 3 verwiesen.To investigate a correlation between the amount of charge and the temperature, an investigation of the load dependence of the temperature of the components of the electrical machine can be carried out in advance and this information can be mapped in a corresponding control rule. To clarify this relationship, reference is made to the 3a and 3b the 3 referred to.

3 zeigt hierbei im oberen Teildiagramm 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 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 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. 3 shows in the upper part of the diagram 3a a time course 300 of a target position x of a component of the steering actuator (for example, moving a handlebar for alternating steering to the right and left), wherein the lower part of the diagram 3b Curves y1, y2, z1, z2, which show an increase in the spindle temperature T as a function of the load or force F at the specified position x shown from 3a and different travel speeds of the handlebar. In all curves shown y1, y2, z1, z2 the same work was done (system experiences a temperature increase of e.g. 40K). The power (F*v) determines how quickly the work is done.

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.Curves y1 and y2 show a temperature profile for a force F1. Curves z1 and z2 show a temperature profile for a force F2 that is twice as large as F1. For z2 and y2, the travel speed is only half as large as for z1 and y1. It is clearly evident from curves y1, y2, z1, z2 that the force applied to adjust the handlebar has the greatest influence and causes the difference in the temperature rise. The travel speed therefore plays a lesser role. There is a dependency between the force acting on the spindle or handlebar and the equivalent current consumption as well as the resulting temperature change at the drive of the spindle or handlebar.

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 ΔT ≈ 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.Furthermore, gradient determination can also be carried out using different movement maneuvers, i.e. a connection between an increase in temperature in relation to the extent of Movement of the spindle or steering rod can be considered. For this purpose, different movement maneuvers were observed and parking maneuvers were chosen to determine the limit ranges. It has been shown, for example, that the permanent heating of the spindle or steering rod by a ΔT ≈ 40K does not limit the service life. Based on the knowledge of the temperature profiles for different travel paths of the steering actuator components, a control rule can be determined that interrupts or reduces the flow of current in good time before a thermal overload of the steering actuator components occurs.

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.To avoid overloading or damaging mechanical components of the steering actuator, the following assumptions should be taken into account. It should be noted that a continuous load has led to an average current consumption (charge quantity / time). If the current consumption is average over this time range, a stroke limit should be activated. The switch-off time and/or the period until the system can be fully operational again should also be defined.

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 4).
- Falls die bisherige Hubbegrenzung keine Wirkung zeigt, wird der Hub bei anhaltender Überschreitung für einen definierten Zeitraum, z. B. 60 Sekunden, vollständig beschränkt.

For example, the following aspects are relevant for defining the threshold values used to determine different control behavior of the control element.

- When a defined average current is reached within a defined period or time interval, e.g. an average of 4 amps per 240 seconds, the stroke of the system is limited by a percentage so that the system consumes less power and the temperature in the actuator's gearbox or on the steering rod or spindle in the case of a spindle drive decreases.
- When the average value is reached, which can be half of the previously defined current, e.g. 2 amperes per 240 seconds, the stroke limitation is removed again (see black dotted line of the charge values 140 in 4 ).
- If the previous stroke limitation has no effect, the stroke will be completely limited for a defined period of time, e.g. 60 seconds, if it is exceeded for a long time.

4 zeigt ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels für eine Ansteuervorschrift gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Dabei ist in dem in der 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. 4 shows a diagram of an embodiment of a control rule according to the approach presented here. In the 4 In the diagram shown, the time t is plotted on the abscissa and the charge quantity Q per time t is plotted on the ordinate, which also represents the charge value described above. Furthermore, three decision areas are defined, on the one hand the release area 400 and on the other hand the reduction area 410 and the interruption area 420. In the release area 400, which is selected for example for charge values of 0 to 2 amperes per 240 seconds, the control element is controlled in such a way that no restriction of the current flow through the supply line is caused. In the reduction area 410, on the other hand, which is selected for example for charge values of 2 amperes per 240 seconds to 4 amperes per 240 seconds, the control element is controlled in such a way that a reduction of the current flow through the supply line is caused in order to prevent components of the steering actuator from heating up too much. In the interruption range 420, which is selected for charge values of, for example, more than 4 amperes per 240 seconds, the control element is controlled in such a way that no current flows through the supply line, so that for charge values in this range, further heating of components of the steering actuator can be avoided.

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 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 bräuchte auch nur dann eine Begrenzung durchgeführt werden, wenn tatsächlich eine mögliche Überhitzung mit einer Beschädigung der Komponenten des Lenkaktuators anzunehmen wäre.In concrete terms, the control rule can be implemented as follows. First, charge values are read in, each of which corresponds to a specific charge quantity per time interval. These charge values 140 can then be understood as support values, for example, through which a characteristic curve can be laid, as shown in the 4 can be seen. It can be seen that the charge values 140 of the characteristic curve for low time values have a low value, so that these charge values lie in the release range 400 and the control element is controlled in this such that there is no need to limit or restrict the power supply via the supply line to the electrical machine. However, if the electrical machine of the steering actuator is subjected to a lot of power, for example during a parking maneuver, without there being a major change in the position of components of the actuator, such as the handlebar, this will be reflected in increasingly rising charge values 140, as can also be seen from the course of the characteristic curve. Depending on whether the charge values 140 are in the reduction range 410 or the interruption range 420, a reduction in the current flow or a complete interruption of the current flow is controlled accordingly. It is also conceivable to estimate whether, in the case of an increase in the charge values, the charge values 140 were initially in the interruption range 420 before the current flow was reduced, so that the components of the actuator or the transmission are in a temperature range such that a reduction in the current flow is not yet necessary. This may not be necessary if the parking process only takes a short time. In this case A limitation would only need to be implemented if there was actually a risk of overheating with damage to the components of the steering actuator.

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. 5 shows a flow chart of an embodiment of a method 500 for operating a steering actuator of a vehicle. The method 500 comprises a step 510 of reading in a charge value that represents an electrical charge that is supplied to an electrical machine of the steering actuator via a supply line. The method 500 for operating a steering actuator further comprises a step 520 of controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator via the supply line, in response to the charge value and a control rule.

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. 6 shows a flow chart of an embodiment of a method 600 for providing a control rule for controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator. The method 600 comprises a step 610 of reading in training data, which contains a plurality of charge values, each with pre-assigned control commands for controlling a control element for supplying electrical energy to the electrical machine of the steering actuator for this charge value, wherein the charge values each represent an electrical charge that is supplied to an electrical machine of the steering actuator via a supply line. The method 600 for providing further comprises a step 620 of training the control rule in such a way that when a charge value is entered by the control rule, a control command corresponding to the charge value is output. Optionally, a step 630 of determining the charge values can also be provided before the step 610 of reading in, such that the charge values assigned to the control commands represent a charge that was detected in connection with wear of mechanical components of the steering actuator.

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.The approach presented here enables a component protection function that is calculated exclusively using the charge value. The load of the mechanical system or a specific temperature is not taken into account, but rather conclusions are drawn from these values.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, method steps according to the invention can be repeated and carried out in a different order than that described.

BezugszeichenReference symbols

100100: Fahrzeugvehicle
105105: LenkaktuatorSteering actuator
110110: RäderWheels
112112: LenkwinkelSteering angle
115115: LängsachseLongitudinal axis
120120: elektrische Maschineelectric machine
125125: SteuerelementControl
127127: Versorgungsleitungsupply line
130130: EnergiespeicherEnergy storage
132132: Vorrichtungcontraption
135135: EinleseschnittstelleReading interface
138138: Lenkelement, LenkradSteering element, steering wheel
140140: LadungswertLoad value
145145: Sensorsensor
150150: AnsteuervorschriftControl regulation
155155: AnsteuereinheitControl unit
160160: AnsteuerbefehlControl command
165165: Lenkstange Handlebar
200200: Verlauf der Soll-/IstpositionCourse of the target/actual position
210210: zeitlicher Verlauf der Stromaufnahme der elektrischen Maschinetemporal progression of the current consumption of the electrical machine
220220: zeitlicher Verlauf der von der elektrischen Maschine aufgenommenen Ladung temporal progression of the charge absorbed by the electrical machine
300300: zeitlichen Verlauf einer Soll-Vorgabepositiontemporal progression of a target position
310310: Kennlinien Characteristic curves
400400: FreigabebereichRelease area
410410: ReduktionsbereichReduction range
420420: Unterbrechungsbereich Interruption area
500500: Verfahren zum BetreibenProcedure for operating
510510: Schritt des EinlesensStep of reading
520520: Schritt des Ansteuerns Control step
600600: Verfahren zur BereitstellungProcedure for provision
610610: Schritt des EinlesensStep of reading
620620: Schritt des TrainierensStep of training
630630: Schritt des BestimmensStep of determining

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102020210048 A1 [0003]DE 102020210048 A1 [0003]

Claims

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).Method (500) for operating a steering actuator (105) of a vehicle (100), the method (500) comprising the following steps: - reading in (510) a charge value (140) which represents an electrical charge which is supplied to an electrical machine (120) of the steering actuator (105) via a supply line (127), and - controlling (520) a control element (125) for supplying electrical energy to the electrical machine (120) of the steering actuator (105) via the supply line (127), in response to the charge value (140) and a control rule (150).

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.Procedure (500) according to Claim 1 , characterized in that in the step (510) of reading in the charge value (140) represents a time course and/or a gradient value of an electrical charge supplied to the electrical machine (120).

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.Method (500) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that in the step (510) of reading in, a value is read in as the charge value (140) which was obtained by an integration and/or a summation of a current flow (I) through the supply line (127), in particular wherein the integration and/or summation was each carried out over a predefined period of time.

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.Method (500) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step (520) of controlling by the control element (125) an interruption of the supply of electrical energy to the steering actuator (105) is controlled, in particular if according to the control rule (150) the charge value (140) lies in an interruption range (420).

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.Method (500) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step (520) of controlling by the control element (125) a reduction in the supply of electrical energy to the steering actuator (105) is controlled, in particular if according to the control rule (150) the charge value (140) is in a reduction range (410).

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.Method (500) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step (520) of controlling, a supply of electrical energy by the control element (125) is completely released if the charge value (140) lies in a release range (400) according to the control rule (150), in particular if the charge value (140) lies in the release range (400) for a predetermined period of time.

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.Method (500) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step (520) of controlling, a control rule (150) is used which can be changed depending on at least one current vehicle parameter and/or at least one current travel parameter.

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.Method (600) for providing a control specification (150) for controlling a control element (125) for supplying electrical energy to an electrical machine (120) of a steering actuator (105) of a vehicle (100), the method (500) comprising the following steps: - reading in (610) training data, which contain a plurality of charge values, each with pre-assigned control commands for controlling a control element (125) for supplying electrical energy to the electrical machine (120) of the steering actuator (105) for this charge value (140), the charge values (140) each representing an electrical charge that is supplied to an electrical machine (120) of the steering actuator (105) via a supply line (127); and - training (620) the control rule (150) such that when a charge value (140) is input by the control rule (150), a control command (160) corresponding to the charge value (140) is output.

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.Procedure (500) according to Claim 8 , characterized by a step (630) of determining the charge values (140) such that the charge values represent charge values (140) of a charge assigned to the control commands (160) which were detected in connection with a load of at least one mechanical component (165, 120) of the steering actuator (105).

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.Device (132) which is arranged to carry out the steps (510, 520) of the method (500) according to one of the preceding Claims 1 until 7 or 8th until 9 to be executed and/or controlled in corresponding units (135, 155).

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.Computer program adapted to carry out the steps of the method (500, 600) according to one of the preceding Claims 1 until 7 or 8th until 9 to execute and/or control when the computer program is executed on a device (132) or a computer unit.

Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is Claim 11 is stored.