DE102016103601B4

DE102016103601B4 - Einzelfehlertolerantes elektrisches lenksystem

Info

Publication number: DE102016103601B4
Application number: DE102016103601.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2024-07-25
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: WO2017148719A1; DE102016103601A1

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors (12) eines Lenksystems umfassend:erste Phasen (U1, V1, W1),zweite Phasen (U2, V2, W2),eine erste Endstufe (8) und einen ersten Steuerbaustein (6) undeine zweite Endstufe (9) und einen zweiten Steuerbaustein (7),wobei die erste Endstufe (8) und der erste Steuerbaustein (6) zur Ansteuerung der ersten Phasen (U1, V1, W1) und die zweite Endstufe (9) und der zweite Steuerbaustein (7) zur Ansteuerung der zweiten Phasen (U2, V2, W2) vorgesehen sind, und wobei der erste Steuerbaustein (6) ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer und der zweite Steuerbaustein (7) ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer ist,dadurch gekennzeichnet, dassim Fall, dass in einer ersten Ansteuerschaltung, in einem ersten Ansteuerstrang oder in den ersten Phasen (U1, V1, W1) eine Störung vorliegt, durch einen ersten Trennschalter (10) der erste Steuerbaustein (6) und die erste Endstufe (8) von dem Elektromotor (12) abgetrennt werden und der Elektromotor (12) durch den zweiten Steuerbaustein (7) und die zweite Endstufe (9), insbesondere zur Aufrechterhaltung einer Lenkunterstützung, angesteuert wird, und/oderdass im Fall, dass in einer zweiten Ansteuerschaltung, in einem zweiten Ansteuerstrang oder in den zweiten Phasen (U2, V2, W2) eine Störung vorliegt, durch einen zweiten Trennschalter (11) der zweite Steuerbaustein (7) und die zweite Endstufe (9) von dem Elektromotor (12) abgetrennt werden und der Elektromotor (12) durch den ersten Steuerbaustein (6) und die erste Endstufe (8), insbesondere zur Aufrechterhaltung einer Lenkunterstützung, angesteuert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors eines Lenksystems und eine Lenkung eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind redundante Ansteuerungen zum hochautomatisierten Fahren bekannt.
Ferner offenbart die DE 10 2012 101 006 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors eines Lenksystems umfassend erste Phasen, zweite Phasen, eine erste Endstufe und einen ersten FET-Treiber, eine zweite Endstufe und einen zweiten FET-Treiber sowie einen einzelnen als Mikrocontroller ausgebildeten Steuerbaustein, wobei der Steuerbaustein dazu vorgesehen ist, mittels der ersten Endstufe und des ersten FET-Treibers die ersten Phasen und mittels der zweiten Endstufe und des zweiten FET-Treibers die zweiten Phasen anzusteuern.
Zudem offenbart die DE 10 2015 214 473 A1 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors eines Lenksystems umfassend erste Phasen in Form einer ersten Wicklungsgruppe, zweite Phasen in Form einer zweiten Wicklungsgruppe und einen Controller, welcher eine erste Endstufe, eine zweite Endstufe sowie eine einzelne Steuereinheit aufweisen kann.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2014 113 105 A1 eine gattungsbildende Servolenkungsvorrichtung mit einem Elektromotor umfassend erste Phasen und zweite Phasen sowie mit einer Motorsteuervorrichtung, welche eine den ersten Phasen zugeordnete erste Endstufe und einen den ersten Phasen zugeordneten ersten Controller sowie eine den zweiten Phasen zugeordnete zweite Endstufe und einen den zweiten Phasen zugeordneten zweiten Controller umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hochautomatisiertes Fahren bedeutet, dass ein Fahrzeug ohne menschlichen Fahrer sicher geführt werden kann. Voraussetzung hierzu ist, dass auch in einem Störfall das Fahrzeug sicher geführt bzw. in einen sicheren Zustand gebracht werden kann. Hierdurch ergibt sich ein fehlertolerantes Fahren. Insbesondere die Lenkung eines Fahrzeugs stellt hierbei ein kritisches Element dar. Ein Mittel, um die Voraussetzungen für sicheres hochautomatisiertes Fahren zu erfüllen, ist die redundante Ausbildung der Fahrzeugkomponenten. Allerdings ist insbesondere bei der Ausformung der Lenkung zu berücksichtigen, dass eine redundante Ausführung einen großen Bauraum erfordern kann, der teilweise nicht zur Verfügung steht. Es sind daher Wege zu suchen, die fehlertolerantes Verhalten mittels Redundanz erzielen, wobei der notwendige Bauraum der Lenkung angemessen bleibt.
Eine Aufgabe ist daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Lenkung für ein Fahrzeug zum hochautomatisierten Fahren ermöglicht, wobei der hierdurch notwendige Bauraum klein gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Lenkung gemäß Anspruch 7 gelöst.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors eines Lenksystems zur Verfügung gestellt, umfassend: erste Phasen und zweie Phasen, wobei die Vorrichtung eine erste Endstufe und einen ersten Steuerbaustein und eine zweite Endstufe und einen zweiten Steuerbaustein umfasst, wobei die erste Endstufe und der erste Steuerbaustein zur Ansteuerung der ersten Phasen und die zweite Endstufe und der zweite Steuerbaustein zur Ansteuerung der zweiten Phasen vorgesehen sind.
Durch die getrennten Phasen kann eine Redundanz bei nur einem Motor erreicht werden. Hierdurch kann hochautomatisiertes Fahren erreicht werden und dennoch die Baumasse der betreffenden Lenkung klein gehalten werden.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird eine Lenkung eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine erste Spannungsversorgung und eine zweite Spannungsversorgung umfasst, wobei die erste Spannungsversorgung für den ersten Steuerbaustein und die zweite Spannungsversorgung für den zweiten Steuerbaustein vorgesehen ist.
Durch redundante Spannungsversorgungen der Steuerbausteine kann die Redundanz weiter erhöht werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung einen ersten Steuerkanal zur Übermittlung von Steuersignalen und einen zweiten Steuerkanal zur Übermittlung von Steuersignalen aufweist, wobei der erste Steuerkanal für den ersten Steuerbaustein und der zweite Steuerkanal für den zweiten Steuerbaustein vorgesehen ist.
Separate Steuerkanäle zur Informationsübermittlung können die Redundanz der erfindungsgemäßen Vorrichtung steigern.
Vorliegend ist der Steuerbaustein ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung zum hochautomatisierten Fahren geeignet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei der Elektromotor erste Phasen und/oder zweite Phasen und/oder dritte Phasen und/oder vierte Phasen und/oder fünfte Phasen und/oder eine beliebige Anzahl an Phasen aufweist.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, einen Elektromotor vorzusehen, der eine Mehrzahl an Sets von Phasen aufweist. Hierdurch kann eine redundante Ausbildung der betreffenden Lenkung erfolgen und gleichzeitig die Baumasse der Lenkung klein gehalten werden.
Die einzelnen Merkmale können im Rahmen der Ansprüche selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen:

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ansteuerung eines 3-phasigen Elektromotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs,
2 eine Ansteuerung eines 6-phasigen Elektromotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs, der zum hochautomatisierten Fahren geeignet ist, und
3 eine alternative Ausführungsform einer Ansteuerung eines 6-phasigen Elektromotors eines Lenksystems eines Fahrzeugs, der zum hochautomatisierten Fahren geeignet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ansteuerung eines 3-phasigen Elektromotors eines Lenksystems mit einem Mikrocontroller 1, der durch einen Kanal 5 mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt wird. Der Mikrocontroller 1 generiert Steuersignale, die zur einwandfreien Funktion der Endstufe 2 notwendig sind. Falls eine Störung auftritt können die Phasen U, V, W des 3-phasigen Motors 4 durch Trennschalter 3 freigeschaltet werden. Hierdurch kann eine Lenkfähigkeit des Fahrzeugs erhalten werden. Allerdings muss das Fahrzeug in diesem Fall ohne die Lenkunterstützung des Motors 4 gelenkt werden.
2 zeigt die Ansteuerung eines 6-phasigen Elektromotors 12. Hierbei können jeweils 3 zusammengehörende Phasen U1, V1, W1 und U2, V2, W2 durch separate Ansteuerstränge angesteuert werden. Die ersten 3 Phasen U1, V1, W1 des Motors 12 werden durch einen ersten Mikrocontroller 6 und eine erste Endstufe 8 angesteuert. Im Störfall kann der Motor 12 durch einen Trennschalter 10 freigeschaltet werden.
Liegt eine Störung im ersten Ansteuerstrang vor, kann durch den Trennschalter 10 der erste Mikrocontroller 6 und die erste Endstufe 8 von dem Motor 12 abgetrennt werden. Damit auch im Störfall eine Lenkunterstützung durch den Motor 12 zur Verfügung gestellt werden kann, wird der Motor 12 durch einen zweiten Mikrocontroller 7 und eine zweite Endstufe 9 angesteuert. Im Störfall können die zweiten Phasen U2, V2, W2 des Motors 12 durch den Trennschalter 11 freigeschaltet werden. Die Mikrocontroller 6 und 7 werden durch einen gemeinsamen Kanal 13 mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt. Die Ausführungsform ist zum hochautomatisierten Fahren geeignet, da aufgrund der redundanten Ausbildung ein fehlertolerantes Verhalten der Lenkunterstützung sichergestellt ist. Insbesondere vorteilhafterweise kann auf Basis eines Elektromotors, der mehrere zusammengehörende Phasen U1, V1, W1 und V2, U2, W2 aufweist, ein fehlertolerantes Verhalten erreicht werden. Wichtig hierbei ist, die redundante Ansteuerung mindestens von zwei Dreiergruppen von Phasen eines Elektromotors. Tritt in einer Ansteuerschaltung oder einer Dreiergruppe von Phasen ein Störfall auf, kann diese Ansteuerschaltung durch einen Trennschalter freigeschaltet werden und eine weitere Dreiergruppe von Phasen wird durch eine weitere Ansteuerschaltung angesteuert. Ein fehlertolerantes Verhalten wird ermöglicht, wobei eine ununterbrochene Lenkunterstützung ermöglicht wird.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform der fehlertolerant ausgebildeten Lenkunterstützung, wobei die Mikrocontroller 6 und 7 durch separat ausgeformte Kanäle 14, 15 mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden. Durch die redundante Ausbildung der Ansteuerung und/oder Energieversorgung der Mikrocontroller 6, 7 kann das fehlertolerante Verhalten der Lenkunterstützung zusätzlich verbessert werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Mikrocontroller
2: Endstufe
3: Trennschalter
4: Motor, 3-phasig
5: Energieversorgung und Steuersignale
6: Mikrocontroller 1
7: Mikrocontroller 2
8: Endstufe 1
9: Endstufe 2
10: Trennschalter 1
11: Trennschalter 2
12: Motor, 6-phasig
13: Energieversorgung und Steuersignale
14: Energieversorgung und Steuersignale
15: Energieversorgung und Steuersignale

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors (12) eines Lenksystems umfassend: erste Phasen (U1, V1, W1), zweite Phasen (U2, V2, W2), eine erste Endstufe (8) und einen ersten Steuerbaustein (6) und eine zweite Endstufe (9) und einen zweiten Steuerbaustein (7), wobei die erste Endstufe (8) und der erste Steuerbaustein (6) zur Ansteuerung der ersten Phasen (U1, V1, W1) und die zweite Endstufe (9) und der zweite Steuerbaustein (7) zur Ansteuerung der zweiten Phasen (U2, V2, W2) vorgesehen sind, und wobei der erste Steuerbaustein (6) ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer und der zweite Steuerbaustein (7) ein Mikrocontroller oder ein Mikrocomputer ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall, dass in einer ersten Ansteuerschaltung, in einem ersten Ansteuerstrang oder in den ersten Phasen (U1, V1, W1) eine Störung vorliegt, durch einen ersten Trennschalter (10) der erste Steuerbaustein (6) und die erste Endstufe (8) von dem Elektromotor (12) abgetrennt werden und der Elektromotor (12) durch den zweiten Steuerbaustein (7) und die zweite Endstufe (9), insbesondere zur Aufrechterhaltung einer Lenkunterstützung, angesteuert wird, und/oder dass im Fall, dass in einer zweiten Ansteuerschaltung, in einem zweiten Ansteuerstrang oder in den zweiten Phasen (U2, V2, W2) eine Störung vorliegt, durch einen zweiten Trennschalter (11) der zweite Steuerbaustein (7) und die zweite Endstufe (9) von dem Elektromotor (12) abgetrennt werden und der Elektromotor (12) durch den ersten Steuerbaustein (6) und die erste Endstufe (8), insbesondere zur Aufrechterhaltung einer Lenkunterstützung, angesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine erste Spannungsversorgung und eine zweite Spannungsversorgung umfasst, wobei die erste Spannungsversorgung für den ersten Steuerbaustein (6) und die zweite Spannungsversorgung für den zweiten Steuerbaustein (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Steuerkanal (14) zur Übermittlung von Steuersignalen und einen zweiten Steuerkanal (15) zur Übermittlung von Steuersignalen aufweist, wobei der erste Steuerkanal (14) für den ersten Steuerbaustein (6) und der zweite Steuerkanal (15) für den zweiten Steuerbaustein (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerbaustein (6) durch einen ersten Steuerkanal (14) und der zweite Steuerbaustein (7) durch einen zweiten Steuerkanal (15) mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt wird oder die Steuerbausteine (6, 7) durch einen gemeinsamen Kanal (13) mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Phasen (U1, V1, W1) und die zweiten Phasen (U2, V2, W2) jeweils durch separate Ansteuerstränge ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor erste Phasen (U1, V1, W1) und/oder zweite Phasen (U2, V2, W2) und/oder dritte Phasen und/oder vierte Phasen und/oder fünfte Phasen und/oder eine beliebige Anzahl an Phasen aufweist.
Lenkung eines Fahrzeugs umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.