DE102021201408A1

DE102021201408A1 - Method of operating a steering device

Info

Publication number: DE102021201408A1
Application number: DE102021201408.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Dehnert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung, insbesondere einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung, wobei die Lenkvorrichtung zumindest einen Elektromotor (10) und zumindest einen Rotorlagesensor (12) umfasst, und wobei der Elektromotor (10) in einem Normalbetriebszustand unter Verwendung eines Rotorlagesignals (14) des Rotorlagesensors (12) und in zumindest einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors (12) auftritt, unter Verwendung eines Lenkvorgabesignals (16) angesteuert wird.Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor (10) in dem Fehlerbetriebszustand gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors betrieben wird.The invention is based on a method for operating a steering device, in particular a steer-by-wire steering device, the steering device comprising at least one electric motor (10) and at least one rotor position sensor (12), and the electric motor (10) being in a normal operating state using a rotor position signal (14) from the rotor position sensor (12) and in at least one faulty operating state, in which a malfunction and/or failure of the rotor position sensor (12) occurs, using a steering input signal (16). It is proposed that the Electric motor (10) is operated in the error mode according to the operation of a stepper motor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, eine Lenkvorrichtung mit einer Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Lenkvorrichtung.The invention is based on a method for operating a steering device according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a control device with a computing unit for carrying out such a method, a steering device with a computing unit for carrying out such a method and a vehicle with such a steering device .

Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche ein konventionelles Lenksystem mit einer Lenkhandhabe beispielsweise in Form eines Lenkrads, einem Radlenkwinkelsteller in Form eines Lenkgetriebes und einer Lenkzwischenwelle zur mechanischen Verbindung der Lenkhandhabe mit dem Radlenkwinkelsteller umfassen. Zudem sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern auskommen und bei welchen eine Lenkvorgabe an der Lenkhandhabe ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Letztere umfassen eine von einem Fahrer betätigbare Bedieneinheit sowie wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller. In beiden Fällen ist dem Radlenkwinkelsteller ein Elektromotor zugeordnet, welcher in einem Normalbetriebszustand unter Verwendung eines Rotorlagesignals eines Rotorlagesensors angesteuert wird.Vehicles are known from the prior art which have a conventional steering system with a steering handle, for example in the form of a steering wheel, a wheel steering angle adjuster in the form of a steering gear and an intermediate steering shaft for mechanically connecting the steering handle to the wheel steering angle adjuster. In addition, vehicles with steer-by-wire steering systems are known, which do not require a direct mechanical connection between a steering handle and steered vehicle wheels and in which a steering input is transmitted to the steering handle exclusively electrically. The latter include an operating unit that can be actuated by a driver and at least one wheel steering angle adjuster that is mechanically separate from the operating unit. In both cases, the wheel steering angle adjuster is assigned an electric motor, which is controlled in a normal operating state using a rotor position signal from a rotor position sensor.

Eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors kann dabei zu einem sicherheitskritischen Zustand bzw. zu einem Komplettausfall des Lenksystems führen. Insbesondere im Fall eines Steer by Wire Lenksystems würde dies aufgrund der fehlenden Lenkzwischenwelle dazu führen, dass das Fahrzeug abrupt manövrierunfähig wird, da der Elektromotor durch den Verlust der Kenntnis über die aktuelle Rotorlage ohne zusätzliche Maßnahmen nicht mehr regelbar ist.A malfunction and/or failure of the rotor position sensor can lead to a safety-critical condition or to a complete failure of the steering system. In the case of a steer-by-wire steering system in particular, the lack of an intermediate steering shaft would result in the vehicle suddenly becoming unable to manoeuvre, since the electric motor can no longer be controlled without additional measures due to the loss of knowledge of the current rotor position.

Um dies zu verhindern kann beispielsweise ein zweiter redundanter Rotorlagesensor verwendet werden. Dies führt jedoch einerseits zu einem erhöhten Bauraumbedarf und andererseits zu steigenden Kosten.To prevent this, a second redundant rotor position sensor can be used, for example. However, this leads on the one hand to an increased installation space requirement and on the other hand to rising costs.

Als Alternative wird deshalb in der DE 10 2013 103 690 A1 ein softwarebasiertes Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein Elektromotor zur Lenkunterstützung in einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall eines Rotorlagesensors auftritt, nach Art einer Steuerung angesteuert wird.As an alternative, therefore, in the DE 10 2013 103 690 A1 proposed a software-based method in which an electric motor for steering assistance in a faulty operating state, in which a malfunction and/or failure of a rotor position sensor occurs, is controlled in the manner of a controller.

Zudem ist aus der DE 10 2010 052 441 A1 ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Elektromotor zur Lenkunterstützung in einem entsprechenden Fehlerbetriebszustand unter Verwendung eines von einem Lenkwinkel und einem Lenkmoment abhängigen Lenkvorgabesignals angesteuert wird.In addition, from the DE 10 2010 052 441 A1 a method is known in which an electric motor for steering assistance is controlled in a corresponding error operating state using a steering input signal dependent on a steering angle and a steering torque.

Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend davon insbesondere darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Verfügbarkeit bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9, 10 und 11 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.Proceeding from this, the object of the invention is in particular to provide a method for operating a steering device with improved properties in terms of availability. The object is achieved by the features of claims 1, 9, 10 and 11, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Lenkvorrichtung, insbesondere einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung, wobei die Lenkvorrichtung zumindest einen Elektromotor und zumindest einen, insbesondere dem Elektromotor zugeordneten, Rotorlagesensor umfasst, und wobei der Elektromotor in einem Normalbetriebszustand unter Verwendung eines Rotorlagesignals des Rotorlagesensors und in zumindest einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors auftritt, unter Verwendung eines, insbesondere von dem Rotorlagesignal verschiedenen, Lenkvorgabesignals angesteuert wird.The invention is based on a method for operating a steering device, in particular a steer-by-wire steering device, the steering device comprising at least one electric motor and at least one rotor position sensor, in particular assigned to the electric motor, and the electric motor in a normal operating state using a Rotor position signal of the rotor position sensor and in at least one error operating state, in which a fault and / or failure of the rotor position sensor occurs, using a, in particular different from the rotor position signal, steering input signal is driven.

Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor in dem Fehlerbetriebszustand, insbesondere unter Verwendung des Lenkvorgabesignals, gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors betrieben wird. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Funktion erhöht und hierdurch eine Betriebssicherheit verbessert werden. Darüber hinaus kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Steuereffizienz, eine Energieeffizienz, eine Bauteileeffizienz, eine Bauraumeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, erhöht werden, indem eine vorteilhaft softwarebasierte Lösung bereitgestellt wird.It is proposed that the electric motor is operated in the error operating state, in particular using the steering input signal, according to the functioning of a stepping motor. This configuration can in particular increase the availability of the function according to the invention and thereby improve operational reliability. In addition, efficiency, in particular control efficiency, energy efficiency, component efficiency, installation space efficiency and/or cost efficiency can advantageously be increased by providing an advantageously software-based solution.

Unter einer „Lenkvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Lenksystems, insbesondere eines Fahrzeugs und vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, verstanden werden. Vorteilhaft ist das Lenksystem dabei als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet und umfasst insbesondere eine Bedieneinheit und wenigstens einen mechanisch von der Bedieneinheit getrennten Radlenkwinkelsteller, welcher zur Änderung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads in Abhängigkeit von einer Lenkvorgabe vorgesehen ist. Die Lenkvorrichtung ist in diesem Fall bevorzugt Teil des Radlenkwinkelstellers und der Elektromotor vorzugsweise zur Ansteuerung wenigstens eines lenkbaren Fahrzeugrads vorgesehen. Insbesondere ist der Elektromotor dabei als, vorteilhaft achtpoliger oder zehnpoliger, Synchronmotor und besonders bevorzugt als, vorteilhaft achtpoliger oder zehnpoliger, permanenterregter Synchronmotor ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Statorwicklungen, insbesondere zumindest vier, vorteilhaft zumindest zehn und besonders bevorzugt zumindest zwölf Statorwicklungen, auf. Vorzugsweise ist der Elektromotor dazu vorgesehen, ein Lenkmoment zur Unterstützung eines an einer Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments oder ein Lenkmoment zur selbsttätigen und/oder autonomen Steuerung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Ferner wird der Elektromotor vorteilhaft im Normalbetriebszustand nach Art einer Regelung und im Fehlerbetriebszustand nach Art einer Steuerung betrieben. Darüber hinaus kann der Elektromotor mehrere, insbesondere zumindest zwei und vorteilhaft zumindest vier, Teilmaschinen umfassen, welche vorteilhaft eine gemeinsame Motorwelle, ein gemeinsames Rotorelement und/oder ein gemeinsames Statorelement aufweisen. Jede der Teilmaschinen weist vorzugsweise mehrere, bevorzugt zumindest drei, Phasenleitungen auf, deren Phasenlagen vorteilhaft um 120° versetzt zueinander sind und welche insbesondere die Statorwicklungen ausbilden.A “steering device” is to be understood in particular as meaning at least a part, in particular a subassembly, of a steering system, in particular of a vehicle and preferably of a motor vehicle. The steering system is advantageously designed as a steer-by-wire steering system and includes in particular an operating unit and at least one wheel steering angle adjuster which is mechanically separate from the operating unit and is provided for changing a wheel steering angle of at least one vehicle wheel as a function of a steering specification. The steering device is in this Case preferred part of the wheel steering angle adjuster and the electric motor is preferably provided for controlling at least one steerable vehicle wheel. In particular, the electric motor is designed as an advantageously eight-pole or ten-pole synchronous motor and particularly preferably as an advantageously eight-pole or ten-pole permanently excited synchronous motor and has a plurality of stator windings, in particular at least four, advantageously at least ten and particularly preferably at least twelve stator windings. The electric motor is preferably provided to provide a steering torque to support a manual torque applied to a steering handle or a steering torque to automatically and/or autonomously control a travel direction of the vehicle. Furthermore, the electric motor is advantageously operated in the normal operating state in the manner of a regulation and in the error operating state in the manner of a control. In addition, the electric motor can include several, in particular at least two and advantageously at least four, sub-machines, which advantageously have a common motor shaft, a common rotor element and/or a common stator element. Each of the sub-machines preferably has a plurality of, preferably at least three, phase lines whose phase positions are advantageously offset by 120° with respect to one another and which, in particular, form the stator windings.

Des Weiteren soll unter „einer Störung und/oder einem Ausfall eines Rotorlagesensors“ insbesondere eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors selbst, beispielsweise bei einem Ausfall eines Sensormagneten des Rotorlagesensors, und/oder einer mit dem Rotorlagesensor zusammenwirkenden Peripherie-Baugruppe, wie beispielsweise einer Energieversorgung, und eine hierdurch bewirkte Störung des Rotorlagesensors verstanden werden. Zudem soll unter einem „Lenkvorgabesignal“ insbesondere ein Signal verstanden werden, welches mit einer Lenkvorgabe, beispielsweise an einer Lenkhandhabe, korreliert ist. Das Lenkvorgabesignal kann dabei beispielsweise mit einer Bewegung der Lenkhandhabe, insbesondere einer Bewegungsgeschwindigkeit der Lenkhandhabe, korreliert sein. Bevorzugt ist das Lenkvorgabesignal jedoch mit einer Position und/oder einer Auslenkung der Lenkhandhabe korreliert und kann insbesondere auch einer Position und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe entsprechen. Vorliegend wird das Rotorlagesignal somit in dem Fehlerbetriebszustand insbesondere durch das Lenkvorgabesignal und folglich durch ein von einem Signal des Rotorlagesensors verschiedenes Signal ersetzt. Unter der Wendung, dass „der Elektromotor gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors betrieben wird“, soll ferner insbesondere verstanden werden, dass der Elektromotor in einem Schrittmotorbetrieb betrieben und/oder nach Art eines Schrittmotors angesteuert wird. Dabei wird der Elektromotor und insbesondere ein Rotorelement des Elektromotors permanent in Abhängigkeit des Lenkvorgabesignals ausgerichtet. Vorteilhaft werden die Statorwicklungen des Elektromotors dazu in dem Fehlerbetriebszustand in Abhängigkeit des Lenkvorgabesignals derart bestromt, dass ein gesteuertes und bei einer Änderung des Lenkvorgabesignals schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Die Statorwicklungen werden dabei vorteilhaft je nach Drehrichtung des Elektromotors nacheinander und/oder konsekutiv bestromt. Zudem kann der Elektromotor in dem Fehlerbetriebszustand in einem Vollschrittbetrieb, einem Halbschrittbetrieb und/oder einem Mikroschrittbetrieb betrieben werden. Vorliegend wird in dem Fehlerbetriebszustand somit in einen Schrittmotorbetrieb gewechselt, wodurch vorteilhaft ein Notlauf und/oder Notbetrieb bereitgestellt werden kann.Furthermore, “a fault and/or a failure of a rotor position sensor” should in particular mean a fault and/or a failure of the rotor position sensor itself, for example in the event of a failure of a sensor magnet of the rotor position sensor, and/or a peripheral assembly interacting with the rotor position sensor, such as a power supply, and a disturbance of the rotor position sensor caused thereby. In addition, a “steering specification signal” should be understood to mean, in particular, a signal which is correlated with a steering specification, for example on a steering handle. The steering specification signal can be correlated, for example, with a movement of the steering handle, in particular a movement speed of the steering handle. However, the steering input signal is preferably correlated with a position and/or a deflection of the steering handle and can in particular also correspond to a position and/or deflection of the steering handle. In the present case, the rotor position signal is thus replaced in the error operating state in particular by the steering input signal and consequently by a signal that differs from a signal from the rotor position sensor. The expression that “the electric motor is operated according to the mode of operation of a stepper motor” should also be understood in particular to mean that the electric motor is operated in a stepper motor mode and/or is controlled in the manner of a stepper motor. In this case, the electric motor and in particular a rotor element of the electric motor are permanently aligned as a function of the steering input signal. Advantageously, the stator windings of the electric motor are energized in the faulty operating state as a function of the steering input signal in such a way that a controlled electromagnetic field that rotates step by step when the steering input signal changes is generated. The stator windings are advantageously energized one after the other and/or consecutively, depending on the direction of rotation of the electric motor. In addition, the electric motor can be operated in a full-step mode, a half-step mode and/or a micro-step mode in the error operating state. In the present case, in the error operating state, there is a change to stepping motor operation, as a result of which emergency operation and/or emergency operation can advantageously be provided.

Des Weiteren umfasst die Lenkvorrichtung wenigstens eine Recheneinheit, welche dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung durchzuführen. Unter einer „Recheneinheit“ soll dabei insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Betriebsspeicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine und/oder zumindest eine Fehlerroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit in einem Normalbetriebszustand dazu vorgesehen, ein Rotorlagesignal des Rotorlagesensors zu ermitteln und den Elektromotor unter Verwendung des Rotorlagesignals anzusteuern. Zudem ist die Recheneinheit in einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors auftritt, zumindest dazu vorgesehen, ein Lenkvorgabesignal zu ermitteln und den Elektromotor unter Verwendung des Lenkvorgabesignals und insbesondere gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors anzusteuern. Darüber hinaus kann die Recheneinheit zur Ermittlung des Fehlerbetriebszustands und demnach zur Ermittlung einer Störung und/oder eines Ausfalls des Rotorlagesensors vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Recheneinheit zudem in ein Steuergerät des Fahrzeugs oder ein als Lenkungssteuergerät ausgebildetes Steuergerät integriert. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.Furthermore, the steering device includes at least one computing unit, which is provided to carry out the method for operating the steering device. A “processing unit” is to be understood in particular as an electrical and/or electronic unit which has an information input, an information processing and an information output. The computing unit also advantageously has at least one processor, at least one operating memory, at least one input and/or output means, at least one operating program, at least one control routine, at least one control routine and/or at least one error routine. In particular, the computing unit is provided in a normal operating state to determine a rotor position signal from the rotor position sensor and to control the electric motor using the rotor position signal. In addition, in an error operating state, in which a fault and/or failure of the rotor position sensor occurs, the computing unit is provided at least to determine a steering specification signal and to control the electric motor using the steering specification signal and in particular according to the functioning of a stepping motor. In addition, the arithmetic unit can be provided for determining the error operating state and accordingly for determining a fault and/or a failure of the rotor position sensor. The computing unit is preferably also integrated in a control unit of the vehicle or in a control unit designed as a steering control unit. “Provided” should be understood to mean, in particular, specially programmed, designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zum Betrieb des Elektromotors in dem Fehlerbetriebszustand eine Zuordnungstabelle verwendet wird, welche das Lenkvorgabesignal mit der zu bestromenden Statorwicklung und/oder den zu bestromenden Statorwicklungen verknüpft. Die Zuordnungstabelle kann dabei insbesondere vorab appliziert und beispielsweise in dem Betriebsspeicher der Recheneinheit und/oder einem weiteren Betriebsspeicher des Fahrzeugs hinterlegt werden. Bevorzugt wird die Zuordnungstabelle jedoch erst in dem Fehlerbetriebszustand und folglich im Fahrbetrieb ermittelt und/oder erzeugt. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache Ansteuerung des Elektromotors und gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden.It is also proposed that an allocation table is used to operate the electric motor in the error operating state, which table links the steering input signal with the stator winding to be energized and/or the stator windings to be energized. The assignment table can in particular be applied in advance and stored, for example, in the operating memory of the computing unit and/or in a further operating memory of the vehicle. However, the assignment table is preferably first determined and/or generated in the error operating state and consequently during driving operation. In this way, in particular, a particularly simple control of the electric motor and at the same time a high level of operational reliability can be achieved.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in dem Fehlerbetriebszustand eine zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzte Pulsweitenmodulation auf einen festen Wert eingestellt und ein maximaler Phasenstrom im Vergleich zu dem Normalbetriebszustand reduziert wird. Vorteilhaft wird der maximale Phasenstrom dabei in dem Fehlerbetriebszustand insbesondere um zumindest 30 % und bevorzugt um zumindest 40 % reduziert, sodass dieser höchstens 70 % und bevorzugt höchstens 60 % eines Maximalstroms beträgt. Hierdurch kann insbesondere eine thermische Belastung des Elektromotors reduziert werden. Bevorzugt wird der maximale Phasenstrom dabei derart eingestellt, dass eine thermische Beschädigung einer verwendeten Ansteuerelektronik verhindert und dennoch genug Lenkperformance gewährleistet wird. Die Reduzierung des Phasenstroms ist dabei grundsätzlich abhängig von der Fahrzeuggröße und dem Fahrzeugaufbau sowie der resultierenden Achskräfte. Vorteilhaft wird die Reduzierungsgröße somit individuell ermittelt und kann von Fahrzeugmodell zu Fahrzeugmodell abweichen.In addition, it is proposed that, in the error operating state, a pulse width modulation used to control the electric motor is set to a fixed value and a maximum phase current is reduced in comparison to the normal operating state. The maximum phase current is advantageously reduced in the error operating state by at least 30% and preferably by at least 40%, so that it is at most 70% and preferably at most 60% of a maximum current. In this way, in particular, a thermal load on the electric motor can be reduced. The maximum phase current is preferably set in such a way that thermal damage to the electronic control system used is prevented and sufficient steering performance is nevertheless ensured. The reduction of the phase current is basically dependent on the vehicle size and the vehicle body as well as the resulting axle forces. The reduction size is thus advantageously determined individually and can vary from vehicle model to vehicle model.

Eine weitere Verfügbarkeitserhöhung kann erreicht werden, wenn in dem Fehlerbetriebszustand ausschließlich das Lenkvorgabesignal zur Ansteuerung des Elektromotors verwendet wird. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang eine möglichst einfach aufgebaute Funktion mit möglichst wenig Eingangsgrößen bereitgestellt werden, um im Fehlerbetriebszustand eine maximale Verfügbarkeit zu erreichen.A further increase in availability can be achieved if, in the error operating state, only the steering input signal is used to control the electric motor. In this context, in particular, a function that is as simple as possible and has as few input variables as possible can be provided in order to achieve maximum availability in the error operating state.

Ein Betrieb des Elektromotors in dem Fehlerbetriebszustand könnte beispielsweise anhand eines zuletzt, insbesondere vor der Störung und/oder dem Ausfall des Rotorlagesensors, ermittelten validen und/oder gültigen Werts des Rotorlagesignals erfolgen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass zum Betrieb des Elektromotors in dem Fehlerbetriebszustand eine, insbesondere aktuelle, Position und/oder Mittenposition eines, vorteilhaft als Zahnstange ausgebildeten, Lenkungsstellelements ermittelt und ein Zusammenhang zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements und einer aus dem Lenkvorgabesignal ermittelten Position einer Lenkhandhabe, insbesondere der bereits zuvor genannten Lenkhandhabe, bestimmt wird. Insbesondere ist das Lenkungsstellelement dabei Teil des Radlenkwinkelstellers und mechanisch mit dem Elektromotor gekoppelt. Ferner kann die Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements insbesondere einer Absolutposition oder vorteilhaft einer Relativposition entsprechen. Durch die Verknüpfung der Position der Lenkhandhabe mit der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements kann vorteilhaft auch im Fehlerbetriebszustand und ohne Rotorlagesignal eine ordnungsgemäße und eindeutige Ansteuerung des Elektromotors erreicht werden. Speziell bei einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung können zudem Positionsänderungen des Lenkungsstellelements und/oder der Lenkhandhabe bei einem Übergang von dem Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand berücksichtigt werden.The electric motor could be operated in the error operating state, for example, using a valid and/or valid value of the rotor position signal determined last, in particular before the fault and/or failure of the rotor position sensor. According to a particularly preferred embodiment, however, it is proposed that, in order to operate the electric motor in the faulty operating state, an, in particular current, position and/or center position of a steering control element, advantageously designed as a toothed rack, be determined and a relationship between the position and/or center position of the steering control element and a is determined from the steering input signal determined position of a steering handle, in particular the previously mentioned steering handle. In particular, the steering control element is part of the wheel steering angle adjuster and is mechanically coupled to the electric motor. Furthermore, the position and/or middle position of the steering control element can correspond in particular to an absolute position or advantageously to a relative position. By linking the position of the steering handle to the position and/or middle position of the steering control element, correct and unambiguous activation of the electric motor can advantageously also be achieved in the error operating state and without a rotor position signal. In a steer-by-wire steering device in particular, changes in the position of the steering control element and/or the steering handle can also be taken into account when there is a transition from the normal operating state to the error operating state.

Bevorzugt wird zur Bestimmung des Zusammenhangs zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements und der Position der Lenkhandhabe eine Lenkfähigkeit in beide Lenkrichtungen ermittelt, indem eine maximale Auslenkung des Lenkungsstellelements und eine maximale Auslenkung der Lenkhandhabe ins Verhältnis gesetzt werden. Hierdurch kann der Zusammenhang zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements und der Position der Lenkhandhabe vorteilhaft exakt ermittelt werden.To determine the relationship between the position and/or center position of the steering control element and the position of the steering handle, steering ability in both steering directions is preferably determined by comparing a maximum deflection of the steering control element and a maximum deflection of the steering handle. In this way, the relationship between the position and/or center position of the steering control element and the position of the steering handle can advantageously be determined exactly.

Zudem wird vorgeschlagen, dass unter Berücksichtigung einer Lenkübersetzung, insbesondere zwischen Lenkhandhabe, Elektromotor und Lenkungsstellelement, eine Rasterung durchgeführt wird, indem für eine definierte Bewegung und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe eine maximal zulässige Bewegung und/oder Auslenkung des Lenkungsstellelements ermittelt wird. Vorteilhaft wird die Rasterung zur Ermittlung und/oder zum Erstellen der Zuordnungstabelle verwendet. Durch die Rasterung können vorteilhaft einfach die für den Schrittmotorbetrieb benötigten Steuergrößen ermittelt werden.In addition, it is proposed that, taking into account a steering ratio, in particular between the steering handle, electric motor and steering control element, a grid is carried out by determining a maximum permissible movement and/or deflection of the steering control element for a defined movement and/or deflection of the steering handle. The screening is advantageously used to determine and/or create the assignment table. The control variables required for the operation of the stepper motor can advantageously be determined simply by means of the rasterization.

Das Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung und die Lenkvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung und die Lenkvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The method for operating the steering device and the steering device should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the method for operating the steering device and the steering device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawings an embodiment of the invention is shown.

Es zeigen:

1a-b ein Fahrzeug mit einem beispielhaft als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildeten Lenksystem, welches eine Lenkvorrichtung umfasst, in einer schematischen Darstellung,
2 ein beispielhafter Aufbau eines Elektromotors der Lenkvorrichtung mit mehreren Teilmaschinen und
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb der Lenkvorrichtung.

Show it:

1a-b a vehicle with a steering system designed as a steer-by-wire steering system, for example, which includes a steering device, in a schematic representation,
2 an exemplary structure of an electric motor of the steering device with several sub-machines and
3 an exemplary flowchart with main method steps of a method for operating the steering device.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 28 mit mehreren Fahrzeugrädern 30 und mit einem Lenksystem 32 in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 32 weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 30 auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 28 vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 32 vorliegend als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem eine Lenkvorgabe in zumindest einem Betriebszustand elektrisch an die Fahrzeugräder 30 weitergeleitet wird. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem jedoch auch als konventionelles Lenksystem, insbesondere als elektrische Servolenkung, ausgebildet sein.the 1a and 1b show a vehicle 28 embodied as an example of a passenger vehicle with a plurality of vehicle wheels 30 and with a steering system 32 in a simplified representation. The steering system 32 has an operative connection with the vehicle wheels 30 and is provided for influencing a direction of travel of the vehicle 28 . Furthermore, the steering system 32 is embodied here as a steer-by-wire steering system, in which a steering specification is forwarded electrically to the vehicle wheels 30 in at least one operating state. In principle, however, a steering system could also be designed as a conventional steering system, in particular as an electric power steering system.

Das Lenksystem 32 weist eine, insbesondere von einem Fahrer und/oder Insassen betätigbare, Bedieneinheit 34 auf. Die Bedieneinheit 34 umfasst eine Lenkhandhabe 22, beispielsweise in Form eines Lenkrads, sowie einen, insbesondere mechanisch mit der Lenkhandhabe 22 gekoppelten, Feedback-Aktuator 36. Der Feedback-Aktuator 36 ist zumindest zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 22 vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Bedieneinheit 34 dazu vorgesehen, eine Lenkvorgabe von einem Fahrer und/oder Insassen zu empfangen und als Lenkvorgabesignal 16 zur Ansteuerung der Fahrzeugräder 30 bereitzustellen. Das Lenkvorgabesignal 16 entspricht dabei einer Position und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe 22. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Joystick, als Lenkhebel und/oder als Lenkkugel oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner könnte grundsätzlich auch auf einen Feedback-Aktuator verzichtet werden. Darüber hinaus könnte ein Lenkvorgabesignal grundsätzlich auch von einem externen Lenksensor, wie beispielsweise einem Lenkwinkelsensor, oder von einem Steuergerät bereitgestellt werden. In letzterem Fall wäre grundsätzlich auch denkbar, auf eine Bedieneinheit vollständig zu verzichten.The steering system 32 has an operating unit 34 that can be actuated in particular by a driver and/or occupants. Operating unit 34 comprises a steering handle 22, for example in the form of a steering wheel, and a feedback actuator 36, which is in particular mechanically coupled to the steering handle 22. The feedback actuator 36 acts on the steering handle 22 at least to generate a steering resistance and/or a restoring torque intended. In the present case, the operating unit 34 is provided to receive a steering specification from a driver and/or occupants and to provide it as a steering specification signal 16 for controlling the vehicle wheels 30 . The steering specification signal 16 corresponds to a position and/or deflection of the steering handle 22. Alternatively, a steering handle could also be designed as a joystick, as a steering lever and/or as a steering ball or the like. Furthermore, in principle, a feedback actuator could also be dispensed with. In addition, a steering input signal could in principle also be provided by an external steering sensor, such as a steering angle sensor, or by a control unit. In the latter case, it would in principle also be conceivable to dispense with an operating unit entirely.

Ferner weist das Lenksystem 32 eine Lenkvorrichtung auf. Die Lenkvorrichtung umfasst einen an sich bekannten Radlenkwinkelsteller 38. Der Radlenkwinkelsteller 38 ist mechanisch getrennt von der Bedieneinheit 34 ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 38 ist rein elektrisch mit der Bedieneinheit 34 verbunden. Ferner ist der Radlenkwinkelsteller 38 beispielhaft als Zentralsteller ausgebildet. Der Radlenkwinkelsteller 38 weist eine Wirkverbindung mit zwei der Fahrzeugräder 30, insbesondere zwei Vorderrädern, auf und ist dazu vorgesehen, die Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 30 umzusetzen. Dazu umfasst der Radlenkwinkelsteller 38 ein beispielhaft als Zahnstange ausgebildetes Lenkungsstellelement 20 und einen mit dem Lenkungsstellelement 20 zusammenwirkenden Elektromotor 10. Der Elektromotor 10 ist als Lenkaktuator ausgebildet und zur Ansteuerung der lenkbaren Fahrzeugräder 30 vorgesehen. Grundsätzlich könnte ein Lenksystem natürlich auch mehrere, insbesondere als Einzelradsteller ausgebildete, Radlenkwinkelsteller und/oder mehrere Elektromotoren umfassen. Darüber hinaus könnte ein Radlenkwinkelsteller grundsätzlich auch als konventionelles Lenkgetriebe ausgebildet und über eine Lenkzwischenwelle mechanisch mit einer Lenkhandhabe verbunden sein.Furthermore, the steering system 32 has a steering device. The steering device includes a wheel steering angle adjuster 38 known per se. The wheel steering angle adjuster 38 is designed to be mechanically separate from the operating unit 34 . Wheel steering angle adjuster 38 is connected purely electrically to operating unit 34 . Furthermore, the wheel steering angle adjuster 38 is designed as a central adjuster, for example. The wheel steering angle adjuster 38 has an operative connection with two of the vehicle wheels 30, in particular two front wheels, and is intended to convert the steering specification into a steering movement of the vehicle wheels 30. For this purpose, the wheel steering angle adjuster 38 includes a steering control element 20 designed, for example, as a toothed rack and an electric motor 10 interacting with the steering control element 20. The electric motor 10 is designed as a steering actuator and is provided for controlling the steerable vehicle wheels 30. In principle, a steering system could of course also comprise a plurality of wheel steering angle actuators, in particular designed as individual wheel actuators, and/or a plurality of electric motors. In addition, a wheel steering angle adjuster could in principle also be designed as a conventional steering gear and mechanically connected to a steering handle via an intermediate steering shaft.

Zudem weist die Lenkvorrichtung einen Rotorlagesensor 12 auf. Der Rotorlagesensor 12 ist in einem Bereich des Elektromotors 10 angeordnet und zu einer, insbesondere kontaktlosen, Erfassung wenigstens eines Betriebssignals des Elektromotors 10, insbesondere eines Rotorlagesignals 14, vorgesehen.In addition, the steering device has a rotor position sensor 12 . The rotor position sensor 12 is arranged in a region of the electric motor 10 and is provided for, in particular contactless, detection of at least one operating signal of the electric motor 10, in particular a rotor position signal 14 .

Darüber hinaus weist die Lenkvorrichtung ein Steuergerät 24 auf. Das Steuergerät 24 ist im vorliegenden Fall dem Radlenkwinkelsteller 38 zugeordnet und bildet zusammen mit dem Elektromotor 10 eine gemeinsame Baugruppe aus. Das Steuergerät 24 weist demnach eine elektrische Verbindung mit dem Radlenkwinkelsteller 38 auf. Zudem weist das Steuergerät 24 eine elektrische Verbindung mit der Bedieneinheit 34 auf. Darüber hinaus weist das Steuergerät 24 eine elektrische Verbindung mit dem Rotorlagesensor 12 auf. Das Steuergerät 24 ist zur Steuerung eines Betriebs des Lenksystems 32 vorgesehen. Das Steuergerät 24 ist dabei zumindest dazu vorgesehen, den Radlenkwinkelsteller 38 und insbesondere den Elektromotor 10 in Abhängigkeit von einem Signal der Bedieneinheit 34 anzusteuern.In addition, the steering device has a control device 24 . In the present case, control unit 24 is assigned to wheel steering angle adjuster 38 and forms a common assembly together with electric motor 10 . Accordingly, control unit 24 has an electrical connection to wheel steering angle adjuster 38 . In addition, control unit 24 has an electrical connection to operating unit 34 . In addition, control unit 24 has an electrical connection to rotor position sensor 12 . The control device 24 is provided for controlling an operation of the steering system 32 . The control unit 24 is provided at least to control the wheel steering angle adjuster 38 and in particular the electric motor 10 as a function of a signal from the operating unit 34 .

Dazu umfasst das Steuergerät 24 eine Recheneinheit 26. Die Recheneinheit 26 umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Betriebsspeicher (nicht dargestellt). Zudem umfasst die Recheneinheit 26 zumindest ein im Betriebsspeicher hinterlegtes Betriebsprogramm mit zumindest einer Steuerroutine, zumindest einer Regelroutine und zumindest einer Fehlerroutine.For this purpose, the control unit 24 includes a computing unit 26. The computing unit 26 includes at least one processor (not shown). for example in the form of a microprocessor, and at least one operating memory (not shown). In addition, the computing unit 26 includes at least one operating program stored in the operating memory with at least one control routine, at least one control routine and at least one error routine.

Ferner umfasst das Steuergerät 24 eine an sich bekannte Ansteuerelektronik 40 zur Ansteuerung des Elektromotors 10. Die Ansteuerelektronik 40 weist eine elektrische Verbindung mit der Recheneinheit 26 auf und ist dieser steuerungstechnisch nachgeschaltet. Zudem weist die Ansteuerelektronik 40 eine elektrische Verbindung mit dem Elektromotor 10 auf. Die Ansteuerelektronik 40 ist als Leistungselektronik, insbesondere in Form einer Wechselrichtereinheit und/oder einer Endstufe, ausgebildet. Die Ansteuerelektronik 40 ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit einer Ansteuerung durch die Recheneinheit 26 eine Spannung einer Energiequelle (nicht dargestellt) in einen Phasenstrom umzuwandeln und dem Elektromotor 10 zuzuführen.Furthermore, the control unit 24 includes control electronics 40, known per se, for controlling the electric motor 10. The control electronics 40 have an electrical connection to the computing unit 26 and are connected downstream of this in terms of control technology. In addition, the control electronics 40 have an electrical connection to the electric motor 10 . The control electronics 40 are designed as power electronics, in particular in the form of an inverter unit and/or an output stage. The control electronics 40 are provided for the purpose of converting a voltage from an energy source (not shown) into a phase current and feeding it to the electric motor 10 as a function of control by the computing unit 26 .

Alternativ könnte ein Lenksystem auch mehrere Steuergeräte umfassen, wobei ein erstes Steuergerät mit wenigstens einer ersten Recheneinheit einer Bedieneinheit zugeordnet ist, während ein zweites Steuergerät mit wenigstens einer zweiten Recheneinheit einem Radlenkwinkelsteller zugeordnet ist. In diesem Fall könnten das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät elektrisch miteinander kommunizieren. Ferner könnte ein Steuergerät auch als zentrales Lenkungssteuergerät oder von einem Lenksystem verschieden und beispielsweise als zentrales Steuergerät eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, eine Ansteuerelektronik getrennt von einem Steuergerät auszubilden.Alternatively, a steering system could also include multiple control units, with a first control unit having at least one first processing unit being assigned to an operating unit, while a second control unit having at least one second processing unit being assigned to a wheel steering angle adjuster. In this case, the first control device and the second control device could communicate electrically with one another. Furthermore, a control unit could also be designed as a central steering control unit or different from a steering system and, for example, as a central control unit of a vehicle. It is also conceivable to design control electronics separately from a control unit.

2 zeigt einen beispielhaften Aufbau des Elektromotors 10. Der Elektromotor 10 ist als bürstenloser Motor, insbesondere als permanenterregter Synchronmotor, ausgebildet und weist ein außenliegendes Statorelement 42 sowie ein innenliegendes Rotorelement 44 auf. Vorliegend weist der Elektromotor 10 beispielhaft zwölf Zähne im Statorelement 42 und acht Magnetpole im Rotorelement 44 auf. Zudem weist der Elektromotor 10 eine Mehrzahl von Statorwicklungen 18 auf, welche um die Zähne des Statorelements 42 gewickelt sind. Eine Anzahl der Statorwicklungen 18 ist dabei an eine Anzahl an Zähnen im Statorelement 42 angepasst, sodass der Elektromotor 10 im vorliegenden Fall beispielhaft zwölf Statorwicklungen 18 aufweist. Darüber hinaus ist der Elektromotor 10 in mehrere, magnetisch miteinander gekoppelte Teilmaschinen aufgeteilt. Trennlinien 46, 48 deuten dabei eine mögliche Aufteilung des Elektromotors 10 in zwei oder vier Teilmaschinen an. Alternativ könnte ein Elektromotor auch eine von zwölf abweichende Anzahl an Statorwicklungen und/oder eine von acht abweichende Anzahl an Magnetpolen aufweisen. Darüber hinaus ist denkbar, auf eine Aufteilung eines Elektromotors in Teilmaschinen zu verzichten. Ferner könnte ein Elektromotor grundsätzlich auch als Asynchronmotor ausgebildet sein. 2 shows an exemplary structure of the electric motor 10. The electric motor 10 is designed as a brushless motor, in particular as a permanently excited synchronous motor, and has an external stator element 42 and an internal rotor element 44. In the present example, the electric motor 10 has twelve teeth in the stator element 42 and eight magnetic poles in the rotor element 44 . In addition, the electric motor 10 has a plurality of stator windings 18 which are wound around the teeth of the stator element 42 . A number of the stator windings 18 is adapted to a number of teeth in the stator element 42, so that the electric motor 10 has, for example, twelve stator windings 18 in the present case. In addition, the electric motor 10 is divided into several sub-machines that are magnetically coupled to one another. Separating lines 46, 48 indicate a possible division of the electric motor 10 into two or four sub-machines. Alternatively, an electric motor could also have a number of stator windings other than twelve and/or a number of magnetic poles other than eight. In addition, it is conceivable to dispense with dividing an electric motor into sub-machines. Furthermore, an electric motor could in principle also be designed as an asynchronous motor.

Um nun eine maximale Verfügbarkeit der Lenkvorrichtung und folglich des Lenksystems 32, insbesondere auch im Fehlerfall, sicherzustellen, wird nachfolgend ein Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung vorgeschlagen. Im vorliegenden Fall ist insbesondere die Recheneinheit 26 dazu vorgesehen, das Verfahren auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.In order to now ensure maximum availability of the steering device and consequently of the steering system 32, in particular also in the event of a fault, a method for operating the steering device is proposed below. In the present case, the arithmetic unit 26 is provided in particular to carry out the method and for this purpose has in particular a computer program with corresponding program code means.

In einem Normalbetriebszustand wird der Elektromotor 10 unter Verwendung des Rotorlagesignals 14 des Rotorlagesensors 12 angesteuert und nach Art einer Regelung betrieben.In a normal operating state, the electric motor 10 is controlled using the rotor position signal 14 of the rotor position sensor 12 and is operated in the manner of a closed-loop control.

In einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors 12 auftritt, würde eine derartige Ansteuerung ohne zusätzliche Maßnahmen jedoch zu einem sicherheitskritischen Zustand bzw. zu einem Komplettausfall des Lenksystems 32 führen. Insbesondere im Fall eines Steer by Wire Lenksystems würde dies aufgrund der fehlenden Lenkzwischenwelle dazu führen, dass das Fahrzeug 28 abrupt manövrierunfähig wird, da der Elektromotor 10 durch den Verlust der Kenntnis über die aktuelle Rotorlage nicht mehr regelbar wäre.In a faulty operating state, in which a fault and/or a failure of the rotor position sensor 12 occurs, such an actuation without additional measures would, however, lead to a safety-critical state or to a complete failure of the steering system 32. In the case of a steer-by-wire steering system in particular, the lack of an intermediate steering shaft would result in the vehicle 28 suddenly becoming unable to maneuver, since the electric motor 10 would no longer be controllable due to the loss of knowledge of the current rotor position.

Aus diesem Grund wird der Elektromotor 10 in zumindest einem Fehlerbetriebszustand, bei welchem eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors 12 auftritt, direkt unter Verwendung des, im vorliegenden Fall insbesondere von der Bedieneinheit 34 bereitgestellten, Lenkvorgabesignals 16 angesteuert und gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors betrieben. Dazu werden die Statorwicklungen 18 des Elektromotors 10 in Abhängigkeit des Lenkvorgabesignals 16 derart bestromt, dass ein gesteuertes und bei einer Änderung des Lenkvorgabesignals 16 schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Die Statorwicklungen 18 werden dabei je nach Drehrichtung des Elektromotors 10 nacheinander und/oder konsekutiv bestromt. Zudem wird zum Betrieb des Elektromotors 10 in dem Fehlerbetriebszustand eine Zuordnungstabelle verwendet, welche das Lenkvorgabesignal 16 mit der zu bestromenden Statorwicklung 18 und/oder den zu bestromenden Statorwicklungen 18 verknüpft. Vorliegend wird in dem Fehlerbetriebszustand somit in einen gesteuerten Schrittmotorbetrieb gewechselt, wodurch vorteilhaft ein Notlauf und/oder Notbetrieb erreicht werden kann.For this reason, in at least one error operating state, in which a fault and/or a failure of rotor position sensor 12 occurs, electric motor 10 is controlled directly using steering input signal 16, which is provided in particular by operating unit 34 in the present case, and in accordance with the mode of operation of a stepper motor operated. For this purpose, the stator windings 18 of the electric motor 10 are energized as a function of the steering input signal 16 in such a way that a controlled electromagnetic field that rotates step by step when the steering input signal 16 changes is generated. The stator windings 18 are energized one after the other and/or consecutively, depending on the direction of rotation of the electric motor 10 . In addition, to operate electric motor 10 in the error operating state, an allocation table is used, which links steering input signal 16 with stator winding 18 to be energized and/or stator windings 18 to be energized. In the present case, in the error operating state, there is a change to controlled stepper motor operation, as a result of which emergency operation and/or emergency operation can advantageously be achieved.

Ferner wird in dem Fehlerbetriebszustand eine zur Ansteuerung des Elektromotors 10 eingesetzte Pulsweitenmodulation auf einen festen Wert eingestellt und ein maximaler Phasenstrom im Vergleich zu dem Normalbetriebszustand reduziert. Wird der maximale Phasenstrom dabei beispielsweise um 40 % reduziert, sodass dieser höchstens 60 % eines Maximalstroms beträgt, kann eine thermische Belastung des Elektromotors 10 sowie der Ansteuerelektronik 40 reduziert und dennoch eine ausreichende Lenkperformance erreicht werden. Grundsätzlich könnte ein maximaler Phasenstrom jedoch auch um zumindest 50 % oder um zumindest 60 % reduziert werden, beispielsweise falls im Fehlerbetriebszustand eine Degradierung des Lenksystems erfolgt und hierdurch eine begrenzte Lenkperformance ausreichend ist. Die Reduzierung des Phasenstroms ist dabei grundsätzlich abhängig von der Fahrzeuggröße und dem Fahrzeugaufbau sowie der resultierenden Achskräfte. Vorteilhaft wird die Reduzierungsgröße somit individuell ermittelt und kann von Fahrzeugmodell zu Fahrzeugmodell abweichen.Furthermore, in the error operating state, a pulse width modulation used to control the electric motor 10 is set to a fixed value and a maximum phase current is reduced in comparison to the normal operating state. If the maximum phase current is reduced by 40%, for example, so that it is at most 60% of a maximum current, a thermal load on the electric motor 10 and the control electronics 40 can be reduced and an adequate steering performance can still be achieved. In principle, however, a maximum phase current could also be reduced by at least 50% or by at least 60%, for example if the steering system is degraded in the error operating state and limited steering performance is sufficient as a result. The reduction of the phase current is basically dependent on the vehicle size and the vehicle body as well as the resulting axle forces. The reduction size is thus advantageously determined individually and can vary from vehicle model to vehicle model.

Darüber hinaus wird in dem Fehlerbetriebszustand ausschließlich das Lenkvorgabesignal 16 zur Ansteuerung des Elektromotors 10 verwendet, wodurch eine möglichst einfach aufgebaute Funktion mit möglichst wenig Eingangsgrößen bereitgestellt und im Fehlerbetriebszustand eine maximale Verfügbarkeit erreicht werden kann.In addition, only the steering input signal 16 is used to control the electric motor 10 in the error operating state, whereby a function that is as simple as possible can be provided with as few input variables as possible and maximum availability can be achieved in the error operating state.

Speziell bei der vorliegenden als Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung ausgebildeten Lenkvorrichtung können zudem Positionsänderungen des Lenkungsstellelements 20 und/oder der Lenkhandhabe 22 bei einem Übergang von dem Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand auftreten. Aus diesem Grund wird die Zuordnungstabelle vorteilhaft erst in dem Fehlerbetriebszustand ermittelt.Especially in the case of the present steering device designed as a steer-by-wire steering device, changes in the position of the steering control element 20 and/or the steering handle 22 can also occur during a transition from the normal operating state to the error operating state. For this reason, the assignment table is advantageously determined only in the faulty operating state.

Dazu wird in dem Fehlerbetriebszustand eine Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements 20 ermittelt und ein Zusammenhang zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements 20 und einer aus dem Lenkvorgabesignal 16 ermittelten Position der Lenkhandhabe 22 bestimmt. Zur Bestimmung des Zusammenhangs zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements 20 und der Position der Lenkhandhabe 22 wird dabei eine Lenkfähigkeit in beide Lenkrichtungen ermittelt, indem eine maximale Auslenkung des Lenkungsstellelements 20 und eine maximale Auslenkung der Lenkhandhabe 22 ins Verhältnis gesetzt werden. Anschließend wird unter Berücksichtigung einer Lenkübersetzung zwischen der Lenkhandhabe 22, dem Elektromotor 10 und dem Lenkungsstellelement 20 eine Rasterung durchgeführt, indem für eine definierte Bewegung und/oder Auslenkung der Lenkhandhabe 22 eine maximal zulässige Bewegung und/oder Auslenkung des Lenkungsstellelements 20 ermittelt wird. Im Hinblick auf das vorliegende Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass ein maximaler Zahnstangenhub über einen maximalen Lenkradeinschlag ins Verhältnis gesetzt wird, um die Lenkfähigkeit in jede Richtung zu bestimmen, und anschließend anhand einer Gesamtübersetzung des Lenksystems 32 (Lenkradwinkel zu Rotorbewegung des Elektromotors 10 und damit verbunden Zahnstangenbewegung) der zulässige Zahnstangenweg pro Lenkradbewegung berechnet wird. Abschließend kann anhand der Rasterung die Zuordnungstabelle ermittelt werden. Alternativ könnte ein Betrieb eines Elektromotors in einem entsprechenden Fehlerbetriebszustand auch anhand eines zuletzt, insbesondere vor der Störung und/oder dem Ausfall des Rotorlagesensors, ermittelten validen und/oder gültigen Werts des Rotorlagesignals erfolgen.For this purpose, a position and/or center position of steering control element 20 is determined in the error operating state and a relationship between the position and/or center position of steering control element 20 and a position of steering handle 22 determined from steering input signal 16 is determined. In order to determine the relationship between the position and/or center position of steering control element 20 and the position of steering handle 22, steering ability in both steering directions is determined by comparing a maximum deflection of steering control element 20 and a maximum deflection of steering handle 22. Then, taking into account a steering ratio between the steering handle 22, the electric motor 10 and the steering control element 20, a grid is carried out by determining a maximum permissible movement and/or deflection of the steering control element 20 for a defined movement and/or deflection of the steering handle 22. With regard to the present exemplary embodiment, this means that a maximum rack stroke is set in relation to a maximum steering wheel deflection in order to determine the steerability in each direction, and then based on an overall ratio of the steering system 32 (steering wheel angle to rotor movement of the electric motor 10 and associated rack movement ) the permissible rack travel per steering wheel movement is calculated. Finally, the assignment table can be determined using the grid. Alternatively, an electric motor could also be operated in a corresponding error operating state using a valid and/or valid value of the rotor position signal determined last, in particular before the fault and/or failure of the rotor position sensor.

3 zeigt abschließend ein beispielhaftes Ablaufdiagramm mit Hauptverfahrensschritten des Verfahrens zum Betrieb der Lenkvorrichtung. 3 Finally, FIG. 1 shows an exemplary flow chart with main method steps of the method for operating the steering device.

Ein Verfahrensschritt 50 entspricht einem Normalbetriebszustand, in welchem der Elektromotor 10 unter Verwendung des Rotorlagesignals 14 des Rotorlagesensors 12 angesteuert und nach Art einer Regelung betrieben wird.A method step 50 corresponds to a normal operating state in which the electric motor 10 is controlled using the rotor position signal 14 of the rotor position sensor 12 and is operated in the manner of a closed-loop control.

In einem Verfahrensschritt 52 tritt eine Störung und/oder ein Ausfall des Rotorlagesensors 12 auf. Dieser Zustand kann beispielsweise von der Recheneinheit 26, insbesondere mittels der Fehlerroutine, ermittelt werden, sofern sich eine aktuelle Rotorlage nicht plausibel zu einer aktuell geforderten Rotorlage verhält.In a method step 52, a malfunction and/or failure of the rotor position sensor 12 occurs. This state can be determined, for example, by the computing unit 26, in particular by means of the error routine, if a current rotor position is not plausibly related to a currently required rotor position.

Als Folge wird in einem Verfahrensschritt 54 in einen Fehlerbetriebszustand gewechselt, in welchem zunächst die Zuordnungstabelle anhand eines Zusammenhangs zwischen der Position und/oder Mittenposition des Lenkungsstellelements 20 und der aus dem Lenkvorgabesignal 16 ermittelten Position der Lenkhandhabe 22 ermittelt wird. Die Zuordnungstabelle verknüpft dabei das Lenkvorgabesignal 16 mit der zu bestromenden Statorwicklung 18 und/oder den zu bestromenden Statorwicklungen 18.As a result, in a method step 54, there is a change to an error operating state, in which the allocation table is first determined using a relationship between the position and/or center position of the steering control element 20 and the position of the steering handle 22 determined from the steering input signal 16. The assignment table links the steering input signal 16 with the stator winding 18 to be energized and/or the stator windings 18 to be energized.

In einem Verfahrensschritt 56 wird der Elektromotor 10 dann unter Verwendung des Lenkvorgabesignals 16 und der Zuordnungstabelle angesteuert und gemäß der Funktionsweise eines Schrittmotors betrieben, wodurch ein vorteilhaft effizienter Notlauf und/oder Notbetrieb mit einer maximalen Verfügbarkeit erreicht werden kann.In a method step 56, the electric motor 10 is then controlled using the steering input signal 16 and the assignment table and operated according to the functioning of a stepping motor, whereby an advantageously efficient emergency operation and/or emergency operation with maximum availability can be achieved.

Das beispielhafte Ablaufdiagramm in 3 soll dabei lediglich beispielhaft ein Verfahren zum Betrieb der Lenkvorrichtung beschreiben. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte auch variieren oder zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise denkbar, auf den Verfahrensschritt 54 zu verzichten und stattdessen eine vorab applizierte Zuordnungstabelle zu verwenden. Darüber hinaus könnte anstatt einer Zuordnungstabelle auch ein zuletzt, insbesondere vor der Störung und/oder dem Ausfall des Rotorlagesensors, ermittelter valider und/oder gültiger Wert des Rotorlagesignals zu Ansteuerung des Elektromotors 10 im Fehlerbetriebszustand verwendet werden.The example flowchart in 3 is only an example of a method for Describe the operation of the steering device. In particular, individual process steps can also vary or additional process steps can be added. In this context, it is conceivable, for example, to dispense with method step 54 and instead to use an assignment table that was applied beforehand. In addition, instead of an allocation table, a valid and/or valid value of the rotor position signal determined last, in particular before the fault and/or failure of the rotor position sensor, could also be used to control electric motor 10 in the error operating state.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013103690 A1 [0005]
DE 102010052441 A1 [0006]

Claims

Method for operating a steering device, in particular a steer-by-wire steering device, the steering device comprising at least one electric motor (10) and at least one rotor position sensor (12), and the electric motor (10) in a normal operating state using a rotor position signal (14 ) of the rotor position sensor (12) and in at least one faulty operating state, in which a fault and/or failure of the rotor position sensor (12) occurs, using a steering input signal (16), characterized in that the electric motor (10) is in the faulty operating state is operated according to the functioning of a stepper motor.

procedure after claim 1 , characterized in that the electric motor (10) has a plurality of stator windings (18) which are energized in the error operating state as a function of the steering input signal (16) in such a way that a controlled and, when there is a change in the steering input signal (16), rotating in steps, electromagnetic field is generated.

procedure after claim 2 , characterized in that for the operation of the electric motor (10) in the error operating state an allocation table is used, which links the steering input signal (16) with the stator winding (18) to be energized and/or the stator windings (18) to be energized.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the error operating state a pulse width modulation used to control the electric motor (10) is set to a fixed value and a maximum phase current is reduced in comparison to the normal operating state.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the error operating state only the steering input signal (16) is used to control the electric motor (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that to operate the electric motor (10) in the error operating state, a position and/or center position of a steering control element (20) is determined and a relationship between the position and/or center position of the steering control element (20) and a from the steering input signal (16) determined position of a steering handle (22).

procedure after claim 6 , characterized in that in order to determine the relationship between the position and/or central position of the steering control element (20) and the position of the steering handle (22), steering ability in both steering directions is determined by determining a maximum deflection of the steering control element (20) and a maximum deflection of the steering handle (22) are placed in relation.

procedure after claim 6 or 7 , characterized in that, taking into account a steering ratio, a grid is carried out by determining a maximum permissible movement and/or deflection of the steering control element (20) for a defined movement and/or deflection of the steering handle (22).

Control device (24) with a computing unit (26) for carrying out a method according to one of the preceding claims.

Steering device, in particular steer-by-wire steering device, with at least one electric motor (10), with at least one rotor position sensor (12) and with a computing unit (26), which is used to carry out a method according to one of the Claims 1 until 8th is provided.

Vehicle (28) with a steering device claim 10 .