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Title:
ELECTROMECHANICAL MOTOR VEHICLE STEERING WITH A REDUNDANTLY DESIGNED CONTROL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/174954
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a redundant control device (13) for an electromechanical steering system (1) of a motor vehicle, having a primary control path (130) and a secondary control path (140), wherein the primary control path (130) has a primary computer unit (133), a primary driver stage (135) and a primary power module ( 136), and the secondary control path (140) has a secondary computer unit (143), a secondary driver stage (145) and a secondary power module (146), wherein the power modules (136, 146) are provided to activate two physically separate electric motors (91, 92) or a single electric motor (9) having two winding groups, and wherein a torque can be exerted on the same shaft by the two physically separate electric motors (91,92) or the single electric motor (9) having two winding groups and wherein the computer units (133, 143) communicate between themselves directly between the two control paths (130, 140) via a signal line (150).

More Like This:
Inventors:
BALOGH ANDRAS (HU)
PINTER GERGELY (HU)
VARGA TAMAS (HU)
HORVATH GERGELY (HU)
Application Number:
PCT/EP2019/055358
Publication Date:
September 19, 2019
Filing Date:
March 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP PRESTA AG (LI)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
B62D5/04; H02P25/22
Foreign References:
US20170237377A12017-08-17
DE102015116937A12017-04-06
DE102015200124A12016-07-14
US6208923B12001-03-27
DE10052343A12002-07-11
US20140222292A12014-08-07
DE102015104850A12016-10-06
EP2778021A12014-09-17
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Redundantes Steuergerät (13) für ein elektromechanisches Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs aufweisend einen primären Steuerpfad (130) und einen sekundären Steuerpfad (140), dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) eine primäre Recheneinheit (133), eine primäre Treiberstufe (135) und ein primäres Leistungs-Modul (136) aufweist, und dass der sekundäre Steuerpfad (140) eine sekundäre Recheneinheit (143), eine sekundäre Treiberstufe (145) und ein sekundäres Leistungs-Modul (146) aufweist, wobei die Leistungs-Module (136,146) zur Ansteuerung von zwei physisch getrennten Elektromotoren (91,92) oder einem einzelnen Elektromotor (9) mit zwei Wicklungs- gruppen vorgesehen sind, und wobei durch die beiden physisch getrennten Elektromotoren (91,92) oder dem einzelnen, zwei Wicklungs- gruppen aufweisenden Elektromotor (9) auf dieselbe Welle ein Dreh- moment ausübbar ist und wobei die Kommunikation zwischen den beiden Steuerpfaden (130,140) über eine Signalleitung (150) unmittelbar zwischen den Recheneinheiten (133,143) erfolgt.

2. Redundantes Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Recheneinheit (133) dazu eingerichtet ist, anhand des vom Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Drehmoments (111) und weiteren Eingangsgrößen das Motor-Soll-Drehmoment zu berechnen und mittels einer primären Motorreglung (138) anhand des Motor-Soll- Drehmomentes primäre Motorströme zum Betreiben des primären Elektromotors (91) oder der primären Wicklungsgruppe zu bestimmten und diese an einen primären Treiber (135) weiterzugeben.

3. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Recheneinheit (143) dazu eingerichtet ist, anhand des vom Fahrer in das Lenkrad

eingebrachten Drehmoments (111) und weiteren Eingangsgrößen das Motor-Soll-Drehmoment zu berechnen und mittels einer sekundären Motorreglung (148) anhand des Motor-Soll-Drehmomentes sekundäre Motorströme zum Betreiben des sekundären Elektromotors (92) oder der sekundären Wicklungsgruppe zu bestimmten und diese an einen sekundären Treiber (145) weiterzugeben.

4. Redundantes Steuergerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Eingangsgrößen wenigstens eine von folgenden Größen umfasst: Fahrzeuggeschwindigkeit (v), mittels eines Rotorlagesensors (134,144) gemessene momentane Rotorposition, gemessenen Stromwerte in den Phasenwicklungen.

5. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) an einen primären Kraftfahrzeug-Bus (137) angeschlossen ist und der sekundäre Steuerpfad (140) an einen vom primären Kraftfahrzeug-Bus (137) getrennten sekundären Kraftfahrzeug-Bus (147) angeschlossen ist.

6. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Recheneinheit (133) an einen primären Kraftfahrzeug-Bus (137) angeschlossen ist, wobei die sekundäre Recheneinheit (143) derart ausgelegt ist, dass sie mit dem Kraftfahrzeug über den primären Kraftfahrzeug-Bus (137) mittels der zwischen der primären und sekundären Recheneinheit (133,143) vorhandenen Signalleitung (150) kommuniziert.

7. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) und der sekundäre Steuerpfad (140) jeweils einen an die Stromversorgung angeschlossenen integrierten Schaltkreis (132,142) aufweisen, der die Stromüberwachung der entsprechenden Recheneinheit (133,143) und eines Rotorlagesensors (134,144) übernimmt.

8. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) und der sekundäre Steuerpfad (140) jeweils eine externe Stromversorgung (131,141) aufweisen.

9. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Recheneinheit (143) leistungsärmer als die primäre Recheneinheit (133) ausgebildet ist.

10. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und sekundäre Rechen- einheit (133,143) ein MCU ist.

11. Redundantes Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Schaltkreise (132,142) SBCs sind.

12. Elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug aufweisend

• wenigstens einen Elektromotor (9,91,92),

• einen Drehmomentsensor (11), der ein vom Fahrer eingebrachtes Drehmoment (111) erfasst, und

• eine elektronische Steuereinheit (12) zur Berechnung von

Motorströmen zum Betreiben des Elektromotors (9,91,92), die ein redundantes Steuergerät (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

13. Verfahren zur Bereitstellung eines Lenkmoments für ein elektro- mechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges aufweisend wenigstens zwei Elektromotoren (91,92), einen Drehmomentsensor (11), der ein vom Fahrer eingebrachtes Drehmoment (111) erfasst, und eine elektronische Steuereinheit (12) zur Berechnung des Lenkmoments, wobei die elektronische Steuereinheit (12) ein redundantes Steuergerät (13) mit einem primären Steuerpfad (130) und einem sekundären Steuerpfad (140) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) eine primäre Recheneinheit (133), eine primäre Treiberstufe (135) und ein primäres Leistungs-Modul (136) aufweist, und dass der sekundäre Steuerpfad (140) eine sekundäre Recheneinheit (143), eine sekundäre Treiberstufe (145) und ein sekundäres Leistungs- Modul (146) aufweist, und das Verfahren folgende Schritte aufweist: • Erfassen eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes (111) mittels des Drehmomentsensors (11),

• Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der primären

Recheneinheit (133) in Abhängigkeit des vom Fahrer

aufgebrachten Lenkdrehmomentes (111),

• Weitergabe des Motor-Soll-Drehmomentes an eine primäre

Motorregelung (138) der primären Recheneinheit (133),

• Bestimmen von primären Motorströmen zum Betreiben eines

primären Elektromotors (91) in der primären Motorreglung (138),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines sekundären Elektromotors (92) in einer sekundären Motorreglung (148) der sekundären Recheneinheit (143),

• Detektieren eines Fehlerzustandes in einem der Steuerpfade

(130,140) mittels einer unmittelbaren Signalleitung (150) zwischen den Recheneinheiten (133,143),

• Abschalten der Lenkkraftunterstützung des fehlerbehafteten

Steuerpfades (133,143).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das

Verfahren folgende weitere Schritte aufweist:

• Berechnen eines sekundären Motor-Soll-Drehmomentes für den sekundären Elektromotor (92) in der primären Recheneinheit (133),

• Weitergabe des sekundären Motor-Soll-Drehmomentes an die sekundäre Motorregelung (148) der sekundären Recheneinheit (143),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines sekundären Elektromotors (92) in der sekundären Motorreglung (148).

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das

Verfahren folgende weitere Schritte aufweist:

• Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der sekundären Recheneinheit (143) in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes,

• Weitergabe des sekundären Motor-Soll-Drehmomentes an die sekundäre Motorregelung (148) der sekundären Recheneinheit (143),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines sekundären Elektromotors (92) in der sekundären Motorreglung (148).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Recheneinheit (133) an einen primären Kraftfahrzeug-Bus (137) angeschlossen ist, wobei die sekundäre

Recheneinheit (143) mit dem Kraftfahrzeug über den primären

Kraftfahrzeug-Bus (137) mittels der zwischen der primären und sekundären Recheneinheit (133,143) vorhandenen Signalleitung (150) kommuniziert.

17. Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein

elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges aufweisend ein mit einer unteren Lenkwelle (4) verbundenes Lenkritzel (5), welches mit einer in einem Gehäuse entlang einer Längsachse verschieblich gelagerten Zahnstange (6) zur Lenkung von Rädern (8) in Eingriff steht, einen wenigstens zwei Wicklungsgruppen aufweisenden Elektromotoren (9) zur Lenkkraftunterstützung, einen Drehmomentsensor (11), der zwischen einer mit dem Lenkrad verbundenen oberen Lenkwelle (3) und der unteren Lenkwelle (4) angeordnet ist, und eine elektronische

Steuereinheit (12) zur Berechnung der Lenkunterstützung, wobei die elektronische Steuereinheit (12) ein redundantes Steuergerät (13) mit einem primären Steuerpfad (130) und einem sekundären Steuerpfad (140) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Steuerpfad (130) eine primäre Recheneinheit (133), eine primäre Treiberstufe (135) und ein primäres Leistungs-Modul (136) aufweist, und dass der sekundäre Steuerpfad (140) eine sekundäre Recheneinheit (143), eine sekundäre Treiberstufe (145) und ein sekundäres Leistungs-Modul (146) aufweist, und das Verfahren folgende Schritte aufweist: • Erfassen eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes (111) mittels des Drehmomentsensors (11),

• Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der primären

Recheneinheit (133) in Abhängigkeit des vom Fahrer

aufgebrachten Lenkdrehmomentes (111),

• Weitergabe des Motor-Soll-Drehmomentes an eine primäre

Motorregelung (138) der primären Recheneinheit (133),

• Bestimmen von primären Motorströmen zum Betreiben einer

primären Wicklungsgruppe des Elektromotors (9) in der primären Motorreglung (138),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben einer sekundären Wicklungsgruppe des Elektromotors (9) in der sekundären Motorreglung (148),

• Detektieren eines Fehlerzustandes in einem der Steuerpfade

(130,140) mittels einer unmittelbaren Signalleitung (150) zwischen den Recheneinheiten (133,143),

• Abschalten der Lenkkraftunterstützung des fehlerbehafteten

Steuerpfades (130,140).

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das

Verfahren folgende weitere Schritte aufweist:

• Berechnen eines sekundären Motor-Soll-Drehmomentes für die sekundäre Wicklungsgruppe des Elektromotor (9) in der primären Recheneinheit (133),

• Weitergabe des sekundären Motor-Soll-Drehmomentes an die sekundäre Motorregelung (148) der sekundären Recheneinheit (143),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben der sekundären Wicklungsgruppe des Elektromotors (9) in der sekundären Motorreglung (148).

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das

Verfahren folgende weitere Schritte aufweist:

• Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der sekundären Recheneinheit (143) in Abhängigkeit des vom Fahrer

aufgebrachten Lenkdrehmomentes (111),

• Weitergabe des sekundären Motor-Soll-Drehmomentes an die sekundäre Motorregelung (148) der sekundären Recheneinheit (143),

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben der sekundären Wicklungsgruppe des Elektromotors (9) in der sekundären Motorreglung (148).

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass die primäre Recheneinheit (133) an einen primären

Kraftfahrzeug-Bus (131) angeschlossen ist, wobei die sekundäre Recheneinheit (143) mit dem Kraftfahrzeug über den primären

Kraftfahrzeug-Bus (131) mittels der zwischen der primären und sekundären Recheneinheit (133,143) vorhandenen Signalleitung (150) kommuniziert.

Description:
Elektromechanische Kraftfahrzeug len kung mit einem redundant ausgelegten Steuergerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einem elektromechanischen Lenksystem für ein Kraftfahr- zeug, sowie einem Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den

Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 13 und 17.

Derzeit verfügbare EPS-Systeme sind„fail-silent" ausgelegt, d. h. bei Erken- nung einer Fehlfunktion (entweder im Datenverarbeitungssystem oder der Leistungselektronik) wird die Unterstützung der Servolenkung abgeschaltet, um einen unerwünschten Zustand, wie beispielsweise das Blockieren des Lenkrads, zu vermeiden. Dieser Ansatz ist für autonomes oder semi- autonomes Fahren nicht geeignet. In einem autonomen Fahrmodus kann das Kraftfahrzeug mit Hilfe verschiedener Sensoren des Fahrerassistenzsystems die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen und das Kraftfahrzeug durch Vorgabe vorbestimmter Werte vollkommen automatisch steuern. In einem semi-autonomen Fahrmodus hingegen lenkt das Fahrerassistenzsystem durch Vorgabe eines vorbestimmten Lenkeinschlagwinkels automatisch. Dies ist beispielsweise bei einem semi-autonomen Einparkvorgang der Fall. Hierbei übernimmt das Fahrerassistenzsystem die Lenkung des Kraftfahrzeugs und der Fahrer betätigt das Gaspedal und die Bremse.

Für autonomes Fahren ist beispielsweise das Qualitätskriterium Automotive Safety Integrity Level (ASIL) vorgeschrieben, das eine bestimmte Ausfall sicherheit bzw. Verfügbarkeit der Lenkung gewährleistet. Um diesen höheren Sicherheitsanforderungen beim semi-autonomen und autonomen Fahren gerecht zu werden, werden redundante Konzepte vorgeschlagen.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2015 104 850 Al offenbart ein redundantes Konzept mit einen ersten Teilantrieb mit einer ersten Ansteuerelektronik, einem ersten Zwischenkreis, einer ersten Leistungsendstufe und einer ersten Wicklungsgruppe eines Motors und einen zweiten Teilantrieb mit einer zweiten Ansteuerelektronik, einem zweiten Zwischenkreis, einer zweiten Leistungs- endstufe und einer zweiten Wicklungsgruppe des Motors, wobei eine

galvanische Trennung zwischen der ersten und zweiten Ansteuerelektronik, dem ersten und zweiten Zwischenkreis, der ersten und zweiten Leistungs- endstufe und der ersten und zweiten Wicklungsgruppe vorliegt. Durch eine galvanische Trennung wird eine größtmögliche Unabhängigkeit der einzelnen Antriebe sichergestellt. Hierdurch wird erreicht, dass ein Defekt sich nicht in mehreren Teilantrieben eines redundanten Antriebs ausbreiten kann und somit trotz Redundanz zu einem Totalausfall der Funktionsfähigkeit des elektrischen Lenksystems führt. Die Kommunikation zwischen den Teilantrieben erfolgt dabei kostspielig mittels eines Fahrzeugbusses.

EP 2 778 021 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen und Verifizieren eines Ausgabebefehls zur Verwendung in einem Servolenkungssystem, wobei ein primärer und sekundärer Verarbeitungspfad vorgesehen sind und der sekundäre Verarbeitungspfad eine Rückfallebene bildet. In dem Fall, dass in dem primären Verarbeitungspfad ein Fehler detektiert wird, übernimmt der sekundäre Verarbeitungspfad die Verarbeitung und Bereitstellung des

Ausgabebefehls.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges und

redundantes Steuergerät für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs anzugeben.

Diese Aufgabe wird von einem Steuergerät für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem elektromechanischen Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, sowie einem Verfahren zur Bereitstellung einer Lenkkraftunterstützung für ein elektro- mechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen der Ansprüche 13 und 17 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der Erfindung genannt.

Demnach ist ein redundantes Steuergerät für ein elektromechanisches Lenk- system eines Kraftfahrzeugs aufweisend einen primären Steuerpfad und einen sekundären Steuerpfad vorgesehen, wobei der primäre Steuerpfad eine primäre Recheneinheit, eine primäre Treiberstufe und ein primäres Leistungs- Modul aufweist, und der sekundäre Steuerpfad eine sekundäre Recheneinheit, eine sekundäre Treiberstufe und ein sekundäres Leistungs-Modul aufweist. Die Leistungs-Module sind zur Ansteuerung von zwei physisch getrennten Elektro motoren oder einem einzelnen Elektromotor mit zwei Wicklungsgruppen vorgesehen, wobei durch die beiden physisch getrennten Elektromotoren oder dem einzelnen, zwei Wicklungsgruppen aufweisenden Elektromotor auf dieselbe Welle ein Drehmoment ausübbar ist. Die Kommunikation zwischen den beiden Steuerpfaden erfolgt über eine Signalleitung zwischen den

Recheneinheiten. Die redundante Struktur des Steuergerätes erlaubt eine Hilfskraftunterstützung auch für den Fall, dass eine Hardwarekomponente eines Steuerpfades ausfällt oder die Software fehlerhaft ist. Durch die einfache Signalleitung unmittelbar zwischen den Recheneinheiten kann das redundante Steuergerät kostengünstig gehalten werden. Die Kommunikation über die Signalleitung erfolgt bevorzugt über Serial Peripheral Interface (SPI) oder Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART). Das redundante

Konzept erreicht die für hoch automatisierte und autonome Fahrvorgänge geforderte Sicherheit.

Unter den Begriffen„primär" und„sekundär" ist nicht von vorneherein zu verstehen, dass die Module unterschiedlich sind oder eine unterschiedliche Priorität oder Fehleranfälligkeit haben. Sie können sowohl gleich als auch unterschiedlich sein.

Vorzugsweise ist die primäre Recheneinheit dazu eingerichtet, anhand des vom Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Drehmoments und weiteren

Eingangsgrößen das Motor-Soll-Drehmoment zu berechnen und mittels einer primären Motorreglung anhand des Motor-Soll-Drehmomentes primäre

Motorströme zum Betreiben des primären Elektromotors oder der primären Wicklungsgruppe zu bestimmten und diese an einen primären Treiber weiterzugeben.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die sekundäre Recheneinheit ebenfalls dazu eingerichtet ist, anhand des vom Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Drehmoments und weiteren Eingangsgrößen das Motor-Soll-Drehmoment zu berechnen und mittels einer sekundären Motorreglung anhand des Motor-Soll- Drehmomentes sekundäre Motorströme zum Betreiben des sekundären

Elektromotors oder der sekundären Wicklungsgruppe zu bestimmten und diese an einen sekundären Treiber weiterzugeben. Es kann aber auch aus Kosten- gründen darauf verzichtet werden, dass die sekundäre Recheneinheit das Motor-Soll-Drehmoment berechnet.

Die weiteren Eingangsgrößen umfassen vorzugweise wenigstens eine von folgenden Größen : Fahrzeuggeschwindigkeit, mittels eines Rotorlagesensors gemessene momentane Rotorposition, gemessenen Stromwerte in den

Phasenwicklungen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der primäre Steuerpfad an einen primären Kraftfahrzeug- Bus angeschlossen und der sekundäre Steuerpfad an einen vom primären Kraftfahrzeug-Bus getrennten sekundären Kraftfahrzeug- Bus. Ein fehlerhafter Kraftfahrzeug-Bus kann so durch den anderen Steuerpfad ersetzt werden.

Es kann aber aus Kostengründen auch vorgesehen sein, dass die primäre Recheneinheit an einen primären Kraftfahrzeug-Bus angeschlossen ist, wobei die sekundäre Recheneinheit derart ausgelegt ist, dass sie mit dem Kraftfahr- zeug über den primären Kraftfahrzeug-Bus mittels der zwischen der primären und sekundären Recheneinheit vorhandenen Signalleitung kommuniziert.

Mit Vorteil wird das redundante Steuergerät für elektromechanische Lenk- systeme eingesetzt, die als Steer-by-Wire Lenksystem ausgebildet sind. Hier sind besonders hohe Sicherheitsanforderungen gestellt, da die mechanische Kopplung zwischen dem vom Fahrer betätigten Steuerrad und der

Verschwenkung der Fahrzeugräder als Redundanz nicht vorhanden ist.

Um die Redundanz zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn der primäre Steuerpfad und der sekundäre Steuerpfad jeweils einen an die Stromversorgung ange- schlossenen integrierten Schaltkreis aufweisen, der die Stromüberwachung der entsprechenden Recheneinheit und eines Rotorlagesensors übernimmt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der primäre Steuerpfad und der sekundäre Steuerpfad jeweils eine externe Stromversorgung, insbesondere ein Batterie, aufweisen.

Es kann aus Kostengründen vorgesehen sein, dass die sekundäre Rechen- einheit leistungsärmer als die primäre Recheneinheit ausgebildet ist.

Vorzugsweise sind die primäre und sekundäre Recheneinheiten MCUs.

Die integrierten Schaltkreise sind vorteilhafterweise SBCs.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein elektromechanisches Lenk- system für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, aufweisend wenigstens einen Elektromotor, einen Drehmomentsensor, der ein vom Fahrer eingebrachtes Drehmoment erfasst, und eine elektronische Steuereinheit zur Berechnung von Motorströmen zum Betreiben des Elektromotors, die ein zuvor

beschriebenes redundantes Steuergerät umfasst.

Zudem ist ein Verfahren zur Bereitstellung eines Lenkmomentes für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei das Lenksystem wenigstens zwei Elektromotoren, einen Drehmomentsensor, der ein vom Fahrer eingebrachtes Drehmoment (111) erfasst, und eine elektronische Steuereinheit zur Berechnung des Lenkmoments umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit ein redundantes Steuergerät mit einen primären Steuerpfad und einen sekundären Steuerpfad umfasst. Der primäre Steuerpfad weist dabei eine primäre Recheneinheit, eine primäre Treiberstufe und ein primäres Leistungs-Modul auf, und der sekundäre Steuerpfad weist eine sekundäre Recheneinheit, eine sekundäre Treiberstufe und ein

sekundäres Leistungs-Modul auf. Das Verfahren sieht folgende Schritte vor:

• Erfassen eines vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes mittels des Drehmomentsensors,

• Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der primären Recheneinheit in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes,

• Weitergabe des Motor-Soll-Drehmomentes an eine primäre Motor- regelung der primären Recheneinheit, • Bestimmen von primären Motorströmen zum Betreiben eines primären Elektromotors in der primären Motorreglung,

• Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines

sekundären Elektromotors in einer sekundären Motorreglung der sekundären Recheneinheit,

• Detektieren eines Fehlerzustandes in einem der Steuerpfade mittels einer unmittelbaren Signalleitung zwischen den Recheneinheiten,

• Abschalten der Lenkkraftunterstützung des fehlerbehafteten

Steuerpfades.

Der Fehlerzustand wird bevorzugt von dem fehlerfreien Steuerpfad dadurch detektiert, dass der fehlerbehaftete Steuerpfad die Kommunikation über die Signalleitung zwischen den Recheneinheiten einstellt.

Es ist vorteilhaft, wenn folgende weiteren Schritte durchgeführt werden :

Berechnen eines sekundären Motor-Soll-Drehmomentes für den sekundären Elektromotor in der primären Recheneinheit, Weitergabe des sekundären Motor-Soll-Drehmomentes an eine sekundäre Motorregelung der sekundären Recheneinheit, Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines sekundären Elektromotors in der sekundären Motorreglung.

Es kann aber stattdessen auch, diese Schritte umfassen : Berechnen des Motor-Soll-Drehmomentes in der sekundären Recheneinheit in Abhängigkeit des vom Fahrer aufgebrachten Lenkdrehmomentes, Weitergabe des Motor- Soll-Drehmomentes an eine sekundäre Motorregelung der sekundären

Recheneinheit, Bestimmen von sekundären Motorströmen zum Betreiben eines sekundären Elektromotors in der sekundären Motorreglung.

Vorzugsweise ist die primäre Recheneinheit an einen primären Kraftfahrzeug- Bus angeschlossen, wobei die sekundäre Recheneinheit mit dem Kraftfahrzeug über den primären Kraftfahrzeug-Bus mittels der zwischen der primären und sekundären Recheneinheit vorhandenen Signalleitung kommuniziert.

Der primäre und sekundäre Elektromotor können aber auch durch zwei Wicklungsgruppen eines einzelnen Elektromotors ersetzt werden. In diesem Fall steuert der primäre Steuerpfad eine primäre Wicklungsgruppe des Elektromotors an und der sekundäre Steuerpfad eine sekundäre Wicklungs- gruppe des Elektromotors.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen :

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer elektromechanischen

Servolenkung, sowie

Figur 2: ein Blockdiagramm einer Steuereinheit der elektromechanischen

Servolenkung.

In der Figur 1 ist eine elektromechanische Kraftfahrzeugservolenkung 1 mit einem Lenkrad 2, das mit einer oberen Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist, schematisch dargestellt. Über das Lenkrad 2 bringt der Fahrer ein

entsprechendes Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 3 ein. Das Drehmoment wird dann über die obere Lenkwelle 3 und untere Lenkwelle 4 auf ein Lenkritzel 5 übertragen. Das Ritzel 5 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des

Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 2 führt über die Verbindung der Lenkwelle 3 und des Ritzels 5 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 80 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 2 erforderlich macht. Ein Elektromotor 9 einer Servoeinheit 10 ist vorgesehen, um den Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen.

Die obere Lenkwelle 3 und die untere Lenkwelle 4 sind dreheleastisch über einen nicht gezeigten Drehstab miteinander gekoppelt. Eine Drehmoment- sensoreinheit 11 erfasst die Verdrehung der oberen Lenkwelle 3 gegenüber der unteren Lenkwelle 4 als ein Maß des an der Lenkwelle 3 oder des

Lenkrades 2 manuell ausgeübten Drehmomentes. In Abhängigkeit des von der Drehmomentsensoreinheit 11 gemessen Drehmoments 111 stellt die

Servoeinheit 10 eine Lenkunterstützung für den Fahrer bereit. Die Servo- einheit 10 kann dabei als Hilfskraftunterstützungseinrichtung 10, 100, 101 entweder mit einer Lenkwelle 3, dem Lenkritzel 5 oder der Zahnstange 6 gekoppelt sein. Die jeweilige Hilfskraftunterstützung 10, 100, 101 trägt ein Hilfskraftmoment in die Lenkwelle 3, das Lenkritzel 5 und/oder in die Zahn- stange 6 ein, wodurch der Fahrer bei der Lenkarbeit unterstützt wird. Die drei unterschiedlichen in Figur 1 dargestellten Hilfskraftunterstützungseinricht- ungen 10, 100, 101 zeigen alternative Positionen für deren Anordnung.

Üblicherweise ist nur eine einzige der gezeigten Positionen mit einer Hilfs- kraftunterstützung belegt. Die Servoeinheit 10 weist zur Berechnung der Lenkunterstützung eine elektronische Steuereinheit 12 auf.

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm der elektronischen Steuereinheit 12 des elektromechanischen Lenksystems. Die Steuereinheit 12 umfasst ein

Steuergerät (ECU) 13. Das Steuergerät 13 ist redundant ausgelegt und weist einen primären Steuerpfad 130 und einen sekundären Steuerpfad 140 auf. Der primäre Steuerpfad 130 und der sekundäre Steuerpfad 140 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut, d. h. jeder der beiden Steuerpfade weist eine Stromversorgung, eine Recheneinheit, ein Leistungs- Modul, einen Elektromotor und die notwendigen Sensoren (Drehmoment, Phasenstrom und Rotorlage) auf. Dabei sind die Module des primären

Steuerpfades im Folgenden als„primäre" Module und die Module des

sekundären Steuerpfades als„sekundäre" Module benannt. Unter den

Begrifflichkeiten„primär" und„sekundär" ist nicht zwangsläufig zu verstehen, dass es eine Gewichtung zwischen den Modulen gibt. Die Module können sowohl gleich als auch unterschiedlich ausgebildet sein.

Jeder Steuerpfad 130,140 weist eine externe Stromversorgung 131, 141, vorzugsweise eine Batterie, auf. An die Stromversorgung 131,141 ist jeweils ein integrierter Schaltkreis 132,142 angeschlossen, der jeweils die Strom überwachung einer Recheneinheit 133,143 und eines Rotorlagesensors (RPS) 134,144 übernimmt. Die primäre und sekundäre Recheneinheit 133,143 ist bevorzugt ein Mikrokontroller (MCU). Der primäre und sekundäre integrierte Schaltkreis 132,142 kann beispielsweise ein System Basic Chip (SBC) sein. Die primäre und sekundäre Stromversorgung 131,141 versorgt weiterhin jeweils eine Treiberstufe 135,145 (engl. Gate-Driver-Unit (GDU)) und ein Leistungs- Modul 136,146 (engl. Power-Module) eines Steuerpfades 130,140.

Die primäre und sekundäre Recheneinheit 133,143 empfangen das vom Fahrer in das Lenkrad eingebrachte und von der Drehmomentsensoreinheit 11 gemessene Drehmoment 111. Weiterhin sind die primäre und sekundäre Recheneinheit 133,143 jeweils an einen separaten Kraftfahrzeug-Bus 137,147 angeschlossen, über den die Recheneinheit 133,143 Datensignale empfängt. Die primäre und sekundäre Recheneinheit 133,143 berechnen anhand des vom Fahrer in das Lenkrad eingebrachten Drehmoments 111 und weiteren Eingangsgrößen, wie zum Beispiel die über den jeweiligen Kraftfahrzeug-Bus 137,147 gesendete Fahrzeuggeschwindigkeit v und Messsignale vom

Elektromotor, wie beispielsweise der mittels des Rotorlagesensors 134,144 gemessenen momentanen Rotorposition und/oder gemessene Stromwerte in den Phasenwicklungen, das jeweilige Motor-Soll-Drehmoment. Das Motor-Soll- Drehmoment wird dabei mittels eines Algorithmus berechnet, der

beispielsweise eine sogenannte boost curve oder einen Lenksäulendreh- momentsteuerungsalgorithmus (engl column torque control algorithms) umfasst. Das primäre Motor-Soll-Drehmoment wird an eine primäre Motor- regelung 138 der primären Recheneinheit 133 weitergegeben, die daraus die primären Motorströme mittels PWM bestimmt. Das sekundäre Motor-Soll- Drehmoment wird entsprechend an eine sekundäre Motorregelung 148 der sekundären Recheneinheit 143 weitergegeben, die daraus die sekundären Motorströme mittels Pulsweitenmodulation (PWM) bestimmt. Ein primärer Motor 91 wird mit den primären Motorströmen bestromt und ein sekundärer Motor 92 wird entsprechend mit den sekundären Motorströmen bestromt, woraus ein gemeinsames Drehmoment zur Unterstützung der Lenkbewegung des Fahrers resultiert. Der primäre und sekundäre Motor 91,92 sind logisch miteinander verknüpft. Es können zwei physisch getrennte Motoren 91,92 oder ein einziger Motor 9 mit zwei Wicklungsgruppen vorgesehen sein. In dem Fall, dass einer der Motoren 91,92 bzw. eine der Wicklungsgruppen ausfällt, steht die Hälfte des nominalen Unterstützungsdrehmoments zur Verfügung.

Beide Steuerpfade 130,140 sind jeweils als„fail-silent" ausgelegt, d. h. jeder Steuerpfad kann eine eigene Fehlfunktion oder einen Fehlzustand feststellen und die Unterstützung durch den zugeordneten Motor bzw. die Wicklungs- gruppe abschalten. Dies wird typischerweise durch Kombination eines ASIL-D- Mikrocontrollers mit verschiedenen Plausibilitätsprüfungen und einer Hard- warearchitektur erreicht, die in der Lage ist, den Elektromotor im Falle eines Fehlers (z. B. durch Phasenrelais) von dem Steuergerät zu trennen.

Da die Steuerpfade 130,140 redundant ausgelegt sind, kann das Steuergerät auch bei einer Fehlfunktion eines der Hardwarekomponenten eine Hilfskraft- unterstützung bereitstellen. Die beiden Steuerpfade 130,140 sind so ausge- staltet, dass (i) die Recheneinheiten untereinander über eine Signalleitung 150 kommunizieren können (beispielsweise mittels Serial Peripheral Interface (SPI), Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART), etc.), und (ii) die beiden Steuerpfade 130,140 zumindest soweit voneinander unabhängig sind, dass ein Fehler in einer Hardwarekomponente eines Steuerpfades nicht zu einer Fehlerkaskade in einer Hardwarekomponente in dem anderen Steuerpfad führt, wobei die Trennung der beiden Steuerpfade beispielsweise durch festzugeordnete Stromleitungen und Masseleitungen, Isolation von Steuer- pfaden und dergleichen erfolgen kann. Die Software der Steuerpfade ist jeweils so ausgelegt, dass sie sowohl Fehler in der Hardware als auch in der Software selbst innerhalb eines Steuerpfades erkennt und eine Unterbrechung oder Abschaltung der Lenkkraftunterstützung des fehlerhaften Pfades herbeiführt. Für diesen Fall ist die Software so programmiert, dass der redundante Teil des Steuergerätes eine Lenkkraftunterstützung bereitstellen kann.

In einer Ausführungsform können die beiden redundanten Steuerpfade

130,140 zu jedem Zeitpunkt parallel die gleichen Berechnungen durchführen.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, die CPUs der beiden Mikrokontroller 133,143 zur Einsparung von Kosten unterschiedlich auszulegen. So kann vorgesehen sein, den sekundären Steuerpfad nur zur Motorsteuerung zu verwenden. In diesem Fall kann die Datenverarbeitungs-Ressource niedriger sein, als die des primären Steuerpfades, denn für den Fall, das ein Fehler im primären Steuerpfad zum Ausfall des primären Steuerpfades führt, befindet sich das Steuergerät bereits in einem eingeschränkten Betriebsmodus und es ist wahrscheinlich, dass nur noch die Hälfte des nominalen Unterstützungs- drehmoments zur Verfügung steht. In diesem Fall kann der semi-autonome Fahrmodus nicht mehr gewährleistet werden, so dass der sekundäre Mikro- kontroller, der die Berechnung des Motor-Soll-Drehmomentes übernimmt, deutlich leistungsärmer und somit kostengünstiger ausgebildet sein kann. Es kann weiterhin aus Kostengründen auf den Kraftfahrzeug-Bus des sekundären Steuerpfades verzichtet werden. Dies ist sinnvoll für den Fall, dass (i) das Steuergerät nur die Erlaubnis hat im fehlerfreien Fall mit dem Fahrzeug zu kommunizieren oder (ii) der primäre Kommunikationsbus bereits redundant ausgelegt ist. Aus Kostengründen kann es auch vorgesehen sein, auf eine redundante Stromversorgung zu verzichten. Dies ist sinnvoll, falls die Fehlerrate der Stromversorgung akzeptabel ist oder das Fahrzeug eine redundante

Stromversorgung nicht gewährleisten kann. Beide Steuerpfade werden dabei an einen gemeinsamen Stromanschluss angeschlossen. Die Erfindung ist im Allgemeinen auf beliebig viele Steuerpfade skalierbar. Das zuvor beschriebene Vorliegen von zwei Steuerpfaden ist nur ein Beispiel.