DE112008002009B4 - Verfahren zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkmotors - Google Patents

Abstract

Verfahren (50, 70, 80) zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkungsmotors (24) als Folge einer Positionssensorsignal-Verfälschung eines Positionssensors (26), der den Drehwinkel (θ) eines Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einem Fahrzeug erfasst, wobei das Verfahren (50, 70, 80) umfasst: Lesen (52) einer Fahrzeuggeschwindigkeit (VC); Bestimmen (52) einer Änderung eines elektrischen Winkels (Δθe) des Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung des Servolenkungsmotors (24); Lesen (52) eines Drehmomentstrom-Befehls (IQ) für den Servolenkungsmotor (24); Bestimmen (52), wie lange der Drehmomentstrom-Befehl (IQ) über einem vorgegebenen Schwellenwert (IHIGH) gelegen hat; Verringern (62) des Drehmomentstrom-Befehls (IQ) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (ILOW), sodass ein Drehmoment des Servolenkungsmotors (24) von einem Fahrer leicht überwunden werden kann, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit (VC) höher als eine vorgegebene minimale Geschwindigkeit (VMIN) ist (54, 72), falls der Drehmomentstrom-Befehl (IQ) höher als ein vorgegebener Drehmomentstrom-Befehls-Schwellenwert (IHIGH) ist (56), falls die Zeit (τHC), die der Drehmomentstrom-Befehl (IQ) über dem vorgegebenen Strombefehlsschwellenwert (IHIGH) gelegen hat, höher als eine vorgegebene maximale Dauer (Tmax) ist (58), und falls die Änderung des elektrischen Winkels (Δθe) des Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel (θmin) ist (60); und ...

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• 1. Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Verbessern einer Störungsbetriebsart-Diagnose eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) und insbesondere auf ein Verfahren zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkungsmotors als Folge einer Positionssensorsignal-Verfälschung oder anderer Motorstörungen.
• 2. Diskussion des verwandten Gebiets
• Die meisten modernen elektrischen Servolenkungssysteme für Fahrzeuge nutzen einen bürstenlosen Permanentmagnet-Synchronmotor, der mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist, um ein Lenkunterstützungsdrehmoment zu erzeugen. Um den Fahrerdrehmomentbedarf zu erfassen, wird ein Handrad-Drehmomentsensor verwendet, und um die absolute Motorposition (welche im Folgenden auch als der Drehwinkel zwischen einem Stator und einem Rotor des Motors, als der mechanische Winkel des Motors, der Motorwinkel bzw. die Rotorposition bezeichnet wird) und den Lenkwinkel zu detektieren, wird ein Positionssensor verwendet. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) steuert den Betrag und die Phase der Motorströme in der Weise, dass sie synchron zu der Rotorposition sind, um unter Verwendung der absoluten Rotorposition und des Fahrerhandrad-Drehmoments das Motordrehmoment zu steuern. Ein verfälschtes Motorpositions-Sensorsignal könnte zu verringerter Drehmomentunterstützung oder sogar zu einer negativen Drehmomentunterstützung führen, die zu einer elektrischen Blockierung des Lenksystems führen könnte.
• Für einige Anwendungen erfordert das Detektieren der Sensorsignalverschlechterung eine Drehung des Motors, d. h. eine Drehung des Rotors relativ zum Stator. Allerdings ist es während einer elektrischen Blockierungsbedingung allgemein nicht möglich, dass sich der Motor dreht, so dass die Sensorsignalverschlechterung nicht leicht diagnostiziert werden kann, um das System in eine Handlenkungs-Betriebsart zurückzustellen.
• Bekannte Techniken zur Behandlung dieses Problems vergleichen die Spannungspegel der Motorpositions-Sensorsignale, wobei der Sensor ein Resolver oder ein optischer Encoder sein kann, um Pegel zur Bestimmung irgendeiner Signalverschlechterung voreinzustellen und das Motordrehmoment im Fall eines Sensorversagens zu deaktivieren.
• Die DE 689 25 589 T2 offenbart ein elektrisches Servolenkungssystem, bei dem ein Blockieren eines Servomotors detektiert wird, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Lenkdrehmoment jeweils größer als entsprechende Schwellenwerte sind und die Änderung eines Drehwinkels eines Rotors des Servomotors kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Bei einer detektierten Blockade des Servomotors wird eine Kupplung zum Servomotor gelöst, um die Blockade zu überwinden.
• In der DE 37 84 697 T2 ist eine motorbetriebene Servolenkung offenbart, bei der ein Motorstrom eines Servolenkungsmotors in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Lenkwinkel sowie einem Lenkdrehmoment eines Lenkrads beurteilt wird. Wenn der Motorstrom einen dem Lenkdrehmoment entsprechenden Stromwert überschreitet, wird eine Kupplung zum Servolenkungsmotor gelöst.
• Die DE 601 09 840 T2 offenbart eine elektrische Servolenkung, bei der zur Unterstützung einer Lenkradrückstellfunktion ein Straßenreaktionsdrehmoment auf zwei Weisen abgeschätzt wird. Wenn die erste Abschätzung für eine vorgegebene Zeitperiode um mehr als ein vorgegebener Wert höher als die zweite Abschätzung gehalten wird, wird angenommen, dass ein Servolenkungsmotor blockiert.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Blockade eines Servomotors aufgrund eines fehlerhaften Positionssensorsignals zu detektieren und zu überwinden.
• Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern einer Störungsbetriebsart-Diagnose eines elektrischen Servolenkungssystems durch Überwinden einer elektrischen Motorblockierungsbedingung wegen Positionssensorsignal-Verschlechterung oder anderer Motorstörungen offenbart. In einer Ausführungsform bestimmt ein Algorithmus, ob eine Motorblockierungsbedingung existiert, indem er bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine minimale Fahrzeuggeschwindigkeit ist, bestimmt, dass ein Drehmomentstrom-Befehl zu dem Motor höher als ein vorgegebener Drehmomentstrom-Befehl ist, bestimmt, dass die Dauer, die der Drehmomentmotorbefehl über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, eine vorgegebene Zeitdauer lang aufgetreten ist, und bestimmt, dass eine Änderung des elektrischen Motorwinkels in einer Befehlsrichtung kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel ist. Falls diese Bedingungen erfüllt sind, verringert ein Algorithmus den Drehmomentstrom-Befehl mit einer vorgegebenen Änderungsrate auf einen vorgegebenen minimalen Drehmomentstrom-Befehl, der veranlasst, dass der Motor aus der Blockierungsbedingung entfernt wird. Wenn sich der Motor drehen kann, bestimmt der Algorithmus unter Verwendung von Positionssensorsignalen zur Bestimmung, dass es ein Versagen gibt, ob eine von zwei Bedingungen erfüllt ist.
• Zusätzliche Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und aus den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines EPS-Teilsystems in einem Fahrzeug;
• 2 ist ein Graph mit einem mechanischen Winkel auf der horizontalen Achse, der eine Erregungssignalform, eine Sinussignalform und eine Kosinussignalform für einen Positionssensor vom Resolver-Typ für einen Drehmomentunterstützungsmotor in dem in 1 gezeigten EPS-Teilsystem zeigt;
• 3 ist ein Graph mit einem Motorwinkel auf der horizontalen Achse und mit einer Beziehung zwischen dem Sinus- und dem Kosinussignal des Positionssensors auf der vertikalen Achse, der zeigt, dass Schwankungen des Betrags der Vektorsumme der Positionssensorsignale über einem vorgegebenen Schwellenwert eine Sensorsignalstörung angeben;
• 4 ist ein Graph mit der Zeit auf der horizontalen Achse und mit dem Motordrehmomentstrom auf der linken vertikalen Achse und mit dem elektrischen Motorwinkel auf der rechten vertikalen Achse, der die Bedingung eines blockierten Motors im Ergebnis des Positionssensorsignalfehlers zeigt, indem er eine kleine Änderung des elektrischen Motorwinkels in Ansprechen auf einen hohen Motordrehmomentstrom zeigt;
• 5 ist ein Graph mit der Zeit auf der horizontalen Achse, mit dem Motordrehmomentstrom auf der linken vertikalen Achse und mit einem Positionssensorbedingungs-Überwachungssignal auf der rechten vertikalen Achse, der die Bedingung eines blockierten Motors in Ansprechen auf einen hohen Motordrehmomentstrom zeigt;
• 6 ist ein Ablaufplandiagramm, das ein Verfahren zum Überwinden der Bedingung eines blockierten Motors in einem EPS-System wegen einer Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 7 ist ein Ablaufplandiagramm, das ein Verfahren zum Überwinden der Bedingung eines blockierten Motors in einem EPS-System wegen einer Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
• 8 ist ein Ablaufplandiagramm, das ein Verfahren zum Überwinden der Bedingung eines blockierten Motors eines EPS-Systems wegen einer Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der auf ein Verfahren zum Verbessern einer Störungsbetriebsart-Diagnose eines elektrischen Servolenkungssystems durch Überwinden einer elektrischen Motorblockierungsbedingung wegen einer Positionssensorsignal-Verfälschung oder anderer Motorstörungen gerichteten Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht eines EPS-Teilsystems 10 für ein Fahrzeug. Das EPS-Teilsystem 10 enthält eine Fahrzeuglenkungsbaueinheit 12, die durch einen Kabelbaum 16 mit einer ECU-Einheit 14 elektrisch gekoppelt ist. Die Baueinheit 12 enthält einen Drehmomentsensor 18, der die Drehung einer Welle 20 detektiert, die durch ein Fahrzeughandrad (nicht gezeigt) gedreht wird. Außerdem enthält die Baueinheit 12 eine Zahnstangenlenkgetriebe-Baueinheit 22, die eine Drehung des Handrads in einer Weise, die der Fachmann gut versteht, auf die Räder des Fahrzeugs überträgt. Außerdem enthält die Baueinheit 12 einen bürstenlosen Motor 24 und einen Positionssensor 26. Wie im Gebiet gut verstanden ist, stellt der Motor 24 für das Fahrzeughandrad und für die Lenkgetriebebaueinheit 22 eine Drehmomentunterstützung bereit, um die Drehanstrengung des Handrads durch den Fahrer zu verringern. Der Positionssensor 26 stellt Signale der Position des Motors 24 bereit, so dass die ECU 14 die Drehmomentunterstützung in der richtigen Richtung genau bereitstellen kann. Der Kabelbaum 16 kann ein Zwischenkabelbaum mit drei abgeschirmten Leitungsbündeln sein, die ein Dreiphasenmotorkabel für den Motor 24, ein Motorpositionssensorkabel für den Positionssensor 26 und ein Drehmomentsensorkabel für den Drehmomentsensor 18 enthalten. Das Handrad kann ein Drehmoment von 0–4 Nm bereitstellen, das die Zahnstangenlenkungs-Baueinheit 22 in eine Kraft von 0–400 N umsetzen kann, und das Unterstützungsdrehmoment des Motors 24 kann eine Kraft von 0–14 000 Nm bereitstellen.
• In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Positionssensor 26 ein dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannter EPS-Bewegungspositionssensor auf Resolver-Grundlage. Andere anwendbare Positionssensoren enthalten optische Encoder und Hall-Effekt-Sensoren. Ein Resolver ist eine elektromechanische Vorrichtung, die unter Verwendung amplitudenmodulierter Trägersignale einen mechanischen Winkel eines Motors detektiert. Der Resolver enthält eine Erregungswicklung, der eine Wechselspannung mit fester Amplitude und fester Frequenz zugeführt wird. Außerdem enthält der Resolver zwei Ausgangswicklungen, von denen eine ein Spannungssignal E_sin bereitstellt, das proportional zu dem Sinus des Drehwinkels zwischen dem Stator und dem Rotor in dem Motor 24 ist, und eine andere, die ein Spannungssignal E_cos bereitstellt, das proportional zu dem Kosinus des Drehwinkels zwischen dem Stator und dem Rotor in dem Motor 24 ist. Die Ausgangsspannungssignale E_sin und E_cos werden durch die ECU-Einheit 14 abgetastet und werden dazu verwendet, unter Verwendung der trigonometrischen Beziehung

  

  den mechanischen Winkel θ des Motors 24 zu berechnen. Der elektrische Winkel θ_e einer N-poligen Wechselstromelektromaschine hängt mit dem mechanischen Winkel θ durch θ_e = ( N / 2 )·θ zusammen. Für eine 14-polige Maschine führt ein mechanischer Fehler von 1° zu einem elektrischen Fehler von 7°. Ein elektrischer Winkelpositionsfehler von 90° führt zur Unterstützung null von dem Motor 24. Ein Drehmoment mit einem elektrischen Fehler von 180° führt zur Bedingung einer elektrischen Motorblockierung, bei der die Motorkraft dem von dem Handrad und von dem Getriebesystem 22 bereitgestellten Drehmoment direkt entgegengesetzt ist.
• Der Motor 24 ist üblicherweise eine Wechselstrommaschine, die drei Spulen an dem Stator und Permanentmagneten an dem Rotor enthält. An die Statorspulen angelegte Stromsignale, die gleichphasig mit der von dem Motor 24 erzeugten Spannung sind, veranlassen, dass der Motor 24 ein positives Drehmoment bereitstellt, und an die Statorspulen angelegte Stromsignale, die gegenüber der durch den Motor 24 erzeugten Spannung um 180° phasenverschoben sind, veranlassen, dass der Motor 24 ein negatives Drehmoment bereitstellt. Falls der Positionssensor 26 keine genaue Position gibt, kann die ECU 14 für die Statorwicklungen Stromsignale bereitstellen, von denen sie annimmt, dass sie mit der durch den Motor 24 erzeugten Spannung gleichphasig sind, was nicht richtig zu sein braucht. Falls die Phasendifferenz zwischen den Wicklungsströmen und den jeweiligen induzierten Spannungen 180° wird, wobei das von dem Motor 24 angewendete Drehmoment genau in der entgegengesetzten Richtung zu dem gewünschten Drehmoment ist, ist der Motor 24 in einer Bedingung der elektrischen Blockierung.
• Die Verschlechterung der Spannungssignale E_sin und E_cos kann durch Überwachen der Schwankung des Betrags der Vektorsumme des E_sin und des E_cos oder ihres Quadrats, das durch (E_sin ² + E_cos ²) gegeben ist, gegenüber einem Wert, der unter normalen Bedingungen nahezu konstant ist, detektiert werden. Bekannte Systeme zum Detektieren von Schwankungen in den Signalen von (E_sin ² + E_cos ²) erforderten, dass sich der Rotor des Motors 24 wenigstens um eine Umdrehung dreht. Es ist bekannt, dass der Positionssensor 26 keine genaue Ablesung der Position des Motors 24 bereitstellt, falls die Schwankung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, was schließlich bewirken könnte, dass der Motor 24 in eine elektrische Blockierungsbedingung geht, die der Drehung des Handrads direkt entgegengesetzt ist. Somit ist es allgemein notwendig, den Motor 24 unter diesen Bedingungen zu deaktivieren.
• 2 ist ein Graph mit einem mechanischen Winkel θ auf der horizontalen Achse und mit der Spannung auf der vertikalen Achse, der die drei Signale für die Spulen in dem Resolver-Positionssensor 26 zeigt. Diese Signale enthalten ein Erregungssignal (Ex), ein Sinussignal (Sin) und ein Kosinussignal (Cos). Aus diesen Signalen kann der Motorwinkel θ durch die folgenden Gleichungen bestimmt werden:

  
• Da das an den Positionssensor 26 angelegte Erregungssignal und das Sinus- und das Kosinussignal, die von den Sensorspulen empfangen werden, diese Beziehung aufweisen und unter normalen Bedingungen für den Betrag der Vektorsumme der Signale E_sin und E_cos einen recht konstanten Wert zeigen, ist es möglich zu sagen, ob irgendeines der Signale im Ergebnis von Kurzschlüssen oder anderen elektrischen Störungen verfälscht worden ist.
• 3 ist ein Graph mit dem Motorwinkel θ auf der horizontalen Achse und

  

  auf der vertikalen Achse, der zeigt, dass die Beziehung zwischen dem Sinus- und dem Kosinusspannungssignal unter normalen Betriebsbedingungen eng einer Geraden 30 folgt. Falls entweder das Sinus- oder das Kosinussignal verfälscht ist, ist die Beziehung

  

  ein wellenförmiges Signal 32, das mit dem Rotorwinkel schwankt. Falls das Signal 32 einen vorgegebenen Schwellenwert entweder in der positiven oder in der negativen Richtung, der hier als Strichlinien 34 und 36 dargestellt ist, übersteigt, sind entweder eines oder beide des Sinus- und des Kosinussignals wesentlich verfälscht und die ECU 14 gibt die geeignete Diagnose aus, um die Situation zu korrigieren.
• 4 ist ein Graph mit der Zeit auf der horizontalen Achse, mit dem Motordrehmomentstrom I_Q auf der linken vertikalen Achse und mit dem elektrischen Motorwinkel θ_e auf der rechten vertikalen Achse. In diesem Beispiel sind das Kosinus- und das Erregungssignal des Positionssensors 26 mit einem 120-kOhm-Widerstand kurzgeschlossen worden, so dass der Motor 24 in einer elektrischen Blockierungsbedingung ist. Die Linie 40 repräsentiert den Betrag des Motordrehmomentstroms I_Q, der in Ansprechen auf das Drehen des Fahrzeughandrads an die Statorwicklungen in dem Motor 24 angelegt wird. Die Linie 42 zeigt, dass der elektrische Motorwinkel θ_e zwischen der Zeit von 2 s und 10 s im Wesentlichen unverändert bleibt, da sich der Motor 24 im Ergebnis dessen, dass das Kosinus- und das Erregungssignal im Positionssensor 26 kurzgeschlossen sind, in der elektrischen Blockierungsbedingung befindet. Wenn der Motordrehmomentstrom I_Q beträchtlich vor 10 s auf null verringert wird, wird der Motor 24 etwa zur Zeit 10 entriegelt.
• Diese Motorpositions-Sensorsignal-Bedingung kann durch ein Bedingungsüberwachungssignal C₁ wie folgt überwacht werden: C₁ = [Max(E_sin² + E_cos²) – Min(E_sin² + E_cos²)] (5)
• Ein durch die unten stehende Gleichung (6) definiertes normiertes Bedingungsüberwachungssignal C₂ kann ebenfalls verwendet werden, um die Positionssensorsignal-Integrität zu überwachen.
• 
• 5 ist ein Graph mit der Zeit auf der horizontalen Achse, mit dem Motordrehmomentstrom auf der linken vertikalen Achse und mit dem Bedingungsüberwachungssignal C₂ auf der rechten vertikalen Achse. Die Graphenlinie 44 zeigt, dass von dem Motor 24 ein wesentlicher Betrag an Drehmoment angefordert wird, dass es aber im Ergebnis dessen, dass der Motor 24 im Ergebnis der Sensorsignalverfälschung in einer elektrischen Blockierungsbedingung ist, keine Änderung des Motorpositionssensorbedingungs-Überwachungssignals auf der Linie 46 gibt.
• Die vorliegende Erfindung schlägt einen Algorithmus zur Verbesserung der Sicherheitsfunktion und -diagnose eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) durch Überwinden einer elektrischen Motorblockierungsbedingung wegen Positionssensorsignal-Verfälschung oder anderen Motorstörungen vor. Der Algorithmus verwendet die Fahrzeuggeschwindigkeit V_C, den Motordrehmomentstrom-Befehl I_Q, die Motorpositionssignaländerung und die Resolver-Signalbedingungs-Überwachungssignale C₁ und C₂, um eine elektrische Blockierungsbedingung zu detektieren. Daraufhin verringert der Algorithmus den Motordrehmomentbefehl I_Q auf einen ausreichend niedrigen Pegel, so dass das Motordrehmoment durch den Fahrer leicht überwunden werden kann, so dass der Motor entriegelt wird und Schwankungen in den Signalen C₁ und C₂ wegen verfälschter Positionssensorsignale detektiert werden können. Der Algorithmus wird nur bei Fahrzeuggeschwindigkeiten über einer vorgegebenen Geschwindigkeit wie etwa 10 km/h aktiviert. Falls das Fahrerhandrad-Drehmoment, das Motordrehmomentstrom-Befehle in einer gegebenen Richtung vorschreibt, einen vorgegebenen Wert eine vorgegebene Zeit lang ununterbrochen übersteigt und sich der elektrische Motorwinkel θ_e in der angewiesenen Richtung nicht um einem minimalen vorgegebenen Betrag ändert, wird der Motordrehmomentstrom-Befehl I_Q mit einer vorgegebenen Rate bis auf einen vorgegebenen niedrigeren Pegel, der eine vordefinierte Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein kann, verringert. Bei dem niedrigeren Strombefehl kann sich der Motor 24 in Ansprechen darauf, dass das Handrad gedreht wird, drehen. Falls die Resolver-Bedingungs-Überwachungssignale C₁ oder C₂ daraufhin vorgegebene Schwellenwerte übersteigen, wird der Motor 24 deaktiviert, so dass das EPS-System zu einer manuellen Betriebsart zurückkehrt, wobei der Diagnosecode zur Fahreranzeige gesetzt wird.
• 6 ist ein Ablaufplandiagramm, das einen Prozess zum Detektieren und Überwinden einer elektrischen Motorblockierungsbedingung im Ergebnis einer Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Kasten 52 liest oder berechnet der Algorithmus eine Anzahl unterschiedlicher Fahrzeugparameter einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit V_C, Änderungen des elektrischen Motorwinkels θ_e in der Befehlsrichtung Δθ_e, des Motordrehmomentstroms I_M und des Motordrehmomentstrom-Befehlssignals I_Q. Ferner bestimmt der Algorithmus, wie lange das Motorstrombefehlssignal I_Q über einem vorgegebenen Schwellenwert I_HIGH wie etwa 50 A lag, als die Zeit τ_HC. Außerdem berechnet der Algorithmus aus den Gleichungen (5) und (6) die Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂.
• Daraufhin bestimmt der Algorithmus im Entscheidungsrhombus 54, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V_C höher als eine vorgegebene minimale Fahrzeuggeschwindigkeit V_MIN wie etwa 10 km/h ist. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V_C im Entscheidungsrhombus 54 hoch genug ist, bestimmt der Algorithmus im Entscheidungsrhombus 56, ob das Drehmomentstrom-Befehlssignal I_Q höher als der vorgegebene Schwellenwert I_HIGH ist. Falls der Drehmomentstrom-Befehl I_Q im Entscheidungsrhombus 56 hoch genug ist, bestimmt der Algorithmus im Entscheidungsrhombus 58, ob die Zeit, die das Motorstrombefehlssignal I_Q über dem Schwellenwert I_HIGH gewesen ist, größer als eine vorgegebene Zeit T_max wie etwa 0,15 Sekunden ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, bestimmt der Algorithmus daraufhin im Entscheidungsrhombus 60, ob eine Änderung des elektrischen Motorwinkels θ_e in einer angewiesenen Richtung Δθ_e kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel θ_MIN wie etwa 30° ist. Gleichzeitig mit dieser Prüfung kann der Algorithmus Änderungen der Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ prüfen. Alle vorgegebenen Werte wie etwa V_MIN, I_HIGH, τ_HC, T_MAX, θ_MIN usw. sind Werte, die auf der Grundlage von Simulationen und Tests für ein besonderes Fahrzeug und für eine besondere Anwendung kalibriert werden können.
• Falls in den Entscheidungsrhomben 54, 56, 58 und 60 alle Bedingungen erfüllt worden sind, ist der Motor 24 wahrscheinlich in einer elektrischen Blockierungsbedingung, wobei der Algorithmus daraufhin im Kasten 62 das Drehmomentstrom-Befehlssignal I_Q mit einer bestimmten verhältnismäßig niedrigen Abfallrate R = dl / dt auf einen minimalen Drehmomentstrom-Befehl I_LOW verringert, wobei in einer nicht einschränkenden Ausführungsform I_LOW z. B. 10 A sein kann und die Abfallrate R z. B. 100 A/s sein kann. Die Werte des minimalen Drehmomentstrom-Befehls I_LOW und der Abfallrate R können Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit V_C sein.
• Wenn der Algorithmus das Drehmomentstrom-Befehlssignal I_Q auf den Wert I_LOW verringert, was bewirkt, dass der Rotor in dem Motor 24 entriegelt wird und sich bewegt, kann der Algorithmus daraufhin im Entscheidungsrhombus 64 bestimmen, ob eines der Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ vorgegebene Schwellenwerte ε₁ bzw. ε₂ übersteigt, um durch bekannte Techniken zu bestimmen, ob die Positionssensorsignale fehlerhaft sind. Falls in den Entscheidungsrhomben 54, 56, 58 und 60 irgendeines der Kriterien oder irgendeine der Bedingungen nicht erfüllt ist, sollte sich der Rotor in dem Motor 24 drehen und nicht blockiert sein, so dass der Algorithmus direkt zu dem Entscheidungsrhombus 64 übergehen kann, um zu bestimmen, ob die Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ die vorgegebenen Schwellenwerte ε₁ und ε₂ übersteigen. Falls eines der Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ wie oben anhand von 3 diskutiert die vorgegebenen Schwellenwerte ε₁ und ε₂ übersteigt, stellt der Algorithmus im Kasten 66 den richtigen Diagnosecode ein, um den Fahrzeugbetreiber über die anomale Bedingung zu benachrichtigen.
• 7 ist ein Ablaufplandiagramm 70, das einen anderen Prozess zum Überwinden einer Motorblockierungsbedingung im Ergebnis der Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei gleiche Schritte wie in dem Ablaufplandiagramm 50 mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform wird das Drehmomentstrom-Befehlssignal I_Q nur auf I_LOW verringert, falls das Handrad nicht in seine maximale Position gedreht ist und die anderen Bedingungen erfüllt sind. Insbesondere bestimmt der Algorithmus im Entscheidungsrhombus 72 nicht nur, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V_C hoch genug ist, sondern er bestimmt auch, ob der Handradwinkel θ_HW kleiner als ein maximaler Handradwinkel θ_HWmax ist. Dies kann erwünscht sein, da im normalen Betrieb des Motors 24 hohe Drehmomentströme bereitgestellt würden, falls das Handrad in seine maximale Position gedreht wäre. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform liegt der maximale Handradwinkel θ_HWmax in dem Bereich von 360° bis 500°.
• 8 ist ein Ablaufplandiagramm 80, das einen anderen Prozess zur Überwindung einer Motorblockierungsbedingung im Ergebnis einer Positionssensorsignal-Verfälschung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei gleiche Schritte wie in den Ablaufplandiagrammen 50 und 70 mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Anstatt in dem Entscheidungsrhombus 52 zu bestimmen, ob das Drehmomentstrom-Befehlssignal I_Q höher als ein hoher Drehmomentstrom-Befehl I_HIGH ist, bestimmt der Algorithmus in dieser Ausführungsform in dem Entscheidungsrhombus 82, ob ein Fahrerhandradwinkel-Drehmoment Γ_HW, wie durch den Drehmomentsensor 18 erfasst wird, höher als ein bestimmtes maximales Handraddrehmoment Γ_HIGH wie etwa 6 Nm ist.
• Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aus dieser Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

1. Verfahren (50, 70, 80) zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkungsmotors (24) als Folge einer Positionssensorsignal-Verfälschung eines Positionssensors (26), der den Drehwinkel (θ) eines Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einem Fahrzeug erfasst, wobei das Verfahren (50, 70, 80) umfasst: Lesen (52) einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V_C); Bestimmen (52) einer Änderung eines elektrischen Winkels (Δθ_e) des Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung des Servolenkungsmotors (24); Lesen (52) eines Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) für den Servolenkungsmotor (24); Bestimmen (52), wie lange der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) über einem vorgegebenen Schwellenwert (I_HIGH) gelegen hat; Verringern (62) des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW), sodass ein Drehmoment des Servolenkungsmotors (24) von einem Fahrer leicht überwunden werden kann, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit (V_C) höher als eine vorgegebene minimale Geschwindigkeit (V_MIN) ist (54, 72), falls der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) höher als ein vorgegebener Drehmomentstrom-Befehls-Schwellenwert (I_HIGH) ist (56), falls die Zeit (τ_HC), die der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) über dem vorgegebenen Strombefehlsschwellenwert (I_HIGH) gelegen hat, höher als eine vorgegebene maximale Dauer (T_max) ist (58), und falls die Änderung des elektrischen Winkels (Δθ_e) des Rotors des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel (θ_min) ist (60); und Bestimmen (64), ob wenigstens ein Bedingungsüberwachungssignal (C₁, C₂) des Positionssensors (26) höher als ein vorgegebener Bedingungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist.
2. Verfahren (70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Bestimmen umfasst, ob ein Drehwinkel (θ_HW) eines Fahrzeughandrads kleiner als ein vorgegebener maximaler Drehwinkel (θ_HWmax) ist (72), und dass das Verringern des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW) nur erfolgt, falls der Drehwinkel des Handrads (θ_HW) kleiner als der vorgegebene maximale Drehwinkel (θ_HWmax) ist.
3. Verfahren (80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Bestimmen umfasst, ob ein Fahrzeughandrad-Drehmoment (Γ_HW) höher als ein vorgegebenes Handraddrehmoment (Γ_HIGH) ist (82), und dass das Verringern des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW) nur erfolgt, falls das Handraddrehmoment (Γ_HW) höher als das vorgegebene Handraddrehmoment (Γ_HIGH) ist.
4. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Deaktivieren des Servolenkungsmotors (24) und das Setzen einer Fahrzeugdiagnose (66) umfasst, falls das wenigstens eine Bedingungsüberwachungssignal (C₁, C₂) höher als der vorgegebene Bedingungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist.
5. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (64), ob wenigstens ein Bedingungsüberwachungssignal (C₁, C₂) höher als ein vorgegebener Bedingungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist, das Bestimmen enthält, ob eines von zwei Bedingungsüberwachungssignalen (C₁, C₂) höher als getrennte Bedingungsschwellenwerte (ε₁, ε₂) ist (64).
6. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ sind und durch die folgenden Gleichungen definiert sind:

   

   wobei E_sin ein Spannungssignal ist, das proportional zu dem Sinus des Drehwinkels (θ) zwischen einem Stator und dem Rotor in dem Servolenkungsmotor (24) ist, und E_cos ein Spannungssignal ist, das proportional zu dem Kosinus des Drehwinkels (θ) zwischen dem Stator und dem Rotor in dem Servolenkungsmotor (24) ist.
7. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene minimale Geschwindigkeit etwa 10 km/h ist, der vorgegebene Drehmomentstrom-Befehls-Schwellenwert (I_HIGH) etwa 50 A ist, die vorgegebene maximale Dauer (T_max) etwa 0,15 Sekunden sind, der vorgegebene minimale Winkel (θ_min) etwa 30° ist und der vorgegebene niedrige Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW) etwa 10 A ist.
8. Verfahren (50, 60, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern (62) des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW) das Verringern des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) mit einer vorgegebenen Rampenrate (R) enthält.
9. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene niedrige Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW) und die vorgegebene Rampenrate (R) Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_C) sind.
10. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Rampenrate (R) etwa 100 A/s ist.
11. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (26) ein Resolver ist.
12. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Servolenkungsmotor (24) eine Wechselstrommaschine ist, die drei Spulen in einem Stator des Servolenkungsmotors (24) und Permanentmagneten in dem Rotor des Servolenkungsmotors (24) enthält.
13. Verfahren (50, 70, 80) zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkungsmotors (24), wobei das Verfahren (50, 70, 80) umfasst: Bestimmen, dass der Servolenkungsmotor (24) in einer elektrischen Blockierungsbedingung ist, falls eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V_C) höher als eine vorgegebene minimale Geschwindigkeit (V_MIN) ist (54, 72), falls ein Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) des Servolenkungsmotors (24) höher als ein vorgegebener Drehmomentstrom-Befehls-Schwellenwert (I_HIGH) ist (56), falls die Zeit (τ_HC), die der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) über einem vorgegebenen Strombefehlsschwellenwert (I_HIGH) lag, höher als ein vorgegebener maximaler Schwellenwert (T_max) ist (58), und falls eine Änderung eines elektrischen Winkels (Δθ_e) des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel (θ_min) ist (60); und Verringern (62) des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) auf einen vorgegebenen niedrigen Drehmomentstrom-Befehl (I_LOW), falls der Servolenkungsmotor (24) in der Blockierungsbedingung ist, sodass ein Drehmoment des Servolenkungsmotors (24) von einem Fahrer leicht überwunden werden kann.
14. Verfahren (70, 80) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen, dass der Servolenkungsmotor (24) in der Blockierungsbedingung ist, außerdem das Bestimmen enthält, dass ein Drehwinkel (θ_HW) eines Fahrzeughandrads kleiner als ein vorgegebener maximaler Drehwinkel (θ_HWmax) ist (72).
15. Verfahren (80) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen, dass der Servolenkungsmotor (24) in der Blockierungsbedingung ist, außerdem das Bestimmen enthält, ob ein Fahrzeughandrad-Drehmoment (Γ_{H W}) höher als ein vorgegebenes Handraddrehmoment (Γ_HIGH) ist (82).
16. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Bestimmen umfasst, ob ein Motorpositionssensor (26) ausgefallen ist, falls der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) verringert worden ist, indem bestimmt wird, ob wenigstens ein Sensorbedingungs-Überwachungssignal (C₁, C₂) höher als ein vorgegebener Bedingungs-Überwachungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist (64).
17. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (64), ob wenigstens ein Sensorbedingungs-Überwachungssignal (C₁, C₂) höher als ein vorgegebener Bedingungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist, das Bestimmen enthält, ob eines der zwei Sensorbedingungs-Überwachungssignale (C₁, C₂) höher als getrennte Bedingungsschwellenwerte (ε₁, ε₂) ist.
18. Verfahren (50, 70, 80) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Bedingungsüberwachungssignale C₁ und C₂ sind und durch die folgenden Gleichungen definiert sind:

    

    wobei E_sin ein Spannungssignal ist, das proportional zu dem Sinus des Drehwinkels (θ) zwischen einem Stator und einem Rotor in dem Servolenkungsmotor (24) ist, und E_cos ein Spannungssignal ist, das proportional zu dem Kosinus des Drehwinkels (θ) zwischen dem Stator und dem Rotor in dem Servolenkungsmotor (24) ist.
19. Verfahren zum Detektieren und Überwinden einer Motorblockierungsbedingung eines Servolenkungsmotors (24), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, dass der Servolenkungsmotor (24) in einer Blockierungsbedingung ist, falls eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V_C) höher als eine vorgegebene minimale Geschwindigkeit (V_MIN) ist (54, 72), falls ein Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) für den Servolenkungsmotor (24) höher als ein vorgegebener Drehmomentstrom-Befehls-Schwellenwert (I_HIGH) ist (56), falls die Zeit (τ_HC), die der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) über einem vorgegebenen Strombefehlsschwellenwert (I_HIGH) gelegen hat, höher als eine vorgegebene maximale Dauer (T_max) ist (58), falls eine Änderung des elektrischen Winkels (Δθ_e) des Servolenkungsmotors (24) in einer angewiesenen Richtung kleiner als ein vorgegebener minimaler Winkel (θ_min) ist (60), falls ein Drehwinkel (θ_HW) eines Fahrzeughandrads kleiner als ein vorgegebener maximaler Drehwinkel (θ_HWmax) ist (72) und falls ein Fahrzeughandrad-Drehmoment (Γ_{H W}) höher als ein vorgegebenes Handraddrehmoment (Γ_HIGH) ist (82); und Verringern (62) des Drehmomentstrom-Befehls (I_Q) zu dem Servolenkungsmotor (24), falls die Blockierungsbedingung detektiert wird, sodass ein Drehmoment des Servolenkungsmotors (24) von einem Fahrer leicht überwunden werden kann.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Bestimmen umfasst, ob ein Motorpositionssensor (26) ausgefallen ist, falls der Drehmomentstrom-Befehl (I_Q) verringert worden ist, indem bestimmt wird, ob wenigstens ein Sensorbedingungs-Überwachungssignal (C₁, C₂) höher als ein vorgegebener Bedingungs-Überwachungsschwellenwert (ε₁, ε₂) ist (64).

Images