(57)【要約】  本発明は、基本設定領域（１２）全体の中で、電気モータ（１０）の公称トルク（１４）と電気モータ（１０）の最大トルク（１６）との間に存在する増加したトルクで動作可能である少なくとも１つの電気モータ（１０）を含む操舵装置を動作させるための方法に関し、ここでは、少なくとも１つの動作状態において、電気モータ（１０）の限界トルク（１８）が、少なくとも１つの温度特性変数に依存して、少なくとも一時的に、特に最大トルク（１６）よりも低減されたトルク（２０）に制限される。
2020532460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電気モータ（１０）を含む操舵装置を動作させるための方法であって、
前記電気モータ（１０）は、基本設定領域（１２）全体の中で、当該電気モータ（１０）の公称トルク（１４）と当該電気モータ（１０）の最大トルク（１６）との間に存在する増加したトルクで動作可能であり、
少なくとも１つの動作状態において、前記電気モータ（１０）の限界トルク（１８）が、少なくとも１つの温度特性変数に依存して、少なくとも一時的に、特に前記最大トルク（１６）よりも低減されたトルク（２０）に制限される、方法。
【請求項２】
前記低減されたトルク（２０）は、前記電気モータ（１０）の前記公称トルク（１４）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記動作状態は、前記電気モータ（１０）の現在の回転数が限界回転数（２２）を下回っている動作状態である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記限界回転数（２２）は、２０ｒｐｍと１８０ｒｐｍとの間に存在する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記温度特性変数は、前記電気モータ（１０）の温度と、前記電気モータ（１０）の駆動制御回路（２４）の温度と、前記電気モータ（１０）のモータシャフトの運動と、前記電気モータ（１０）のロータ位置と、前記電気モータ（１０）の現在の回転数と、前記電気モータ（１０）の相電流とに相関しており、及び／又は、前記電気モータ（１０）が前記公称トルク（１４）よりも増加したトルクで動作する期間と相関している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電気モータ（１０）が前記公称トルク（１４）よりも増加したトルクで動作する場合、前記電気モータ（１０）の最大出力は、不変のまま維持される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記電気モータ（１０）が動作状態において、前記低減されたトルク（２０）よりも増加したトルクで動作する少なくとも１つの場合において、前記増加したトルクから前記低減されたトルク（２０）への移行が、連続的でかつ好適には微分可能な関数を用いて行われる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気モータ（１０）が動作状態において、前記低減されたトルク（２０）よりも増加したトルクで動作する少なくとも１つのさらなる場合において、前記低減されたトルク（２０）への前記限界トルク（１８）の制限は、現在のトルクが前記低減されたトルク（２０）を下回った場合にのみ実施される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記低減されたトルク（２０）への前記限界トルク（１８）の制限は、前記電気モータ（１０）の現在の回転数が前記電気モータ（１０）の界磁減衰領域（２６）に達する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除され、及び／又は、前記電気モータ（１０）が所定の期間にわたって前記低減されたトルク（２０）及び／又は前記公称トルク（１４）で動作する及び／又は前記低減されたトルク（２０）及び／又は前記公称トルク（１４）を下回って動作する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記制限の解除の際に、前記温度特性変数が考慮される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記制限は、現在のトルクから要求された増加したトルクへの移行が、連続的でかつ好適には微分可能な関数を用いて行われるように解除される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
基本設定領域（１２）全体の中で、電気モータ（１０）の公称トルク（１４）と電気モータ（１０）の最大トルク（１６）との間に存在する増加したトルクで動作可能である少なくとも１つの電気モータ（１０）と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実施するように設けられている計算ユニット（２８）とを備えた操舵装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実施する計算ユニット（２８）を備えた操舵装置の制御機器（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１に記載の操舵装置を動作させるための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、請求項１２に記載の操舵装置及び請求項１３に記載の制御機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術からは、例えば操舵支援及び／又は付加的操舵角を提供するための、電気モータを備えた操舵システムが公知である。ここで使用される電気モータは、通常は固定的に予め設定されており、使用可能な少数の電気モータグループからしか選択することができないため、従って、これらの電気モータは任意に交換することができない。さらに、これらの電気モータは、予め設定されたトルク領域を有しており、このトルク領域は、公称上の電気モータの所定の動作点で設計されている。操舵システムにおいては、この動作点は、通常、モータシャフトが停止しているときに、例えば縁石に対して操舵するときに、電気モータがフルトルクを出力しなければならない状態に対応している。
【０００４】
それゆえ、様々な走行状況及び／又は使用状態においては、予め定められた電気モータを公称トルクよりも増加したトルクで動作させたい要望が頻繁に生じるが、このことは、電気モータ及び／又は操舵システムのさらなる部品の温度負荷の増大に起因する問題に結び付く。
【０００５】
これに関連して、例えば独国特許出願公開第１０２００８０５４７４４号明細書からは、電気モータの駆動制御回路内で負荷ブリッジ分岐が識別され、電気モータの動作量又はそれらの目標設定量に依存して、駆動制御回路の駆動制御信号の変更が、特に負荷ブリッジ分岐内でスイッチング過程の実施が起きないように行われる、電気モータのトルクの増加を可能にする方法が公知である。ただし、この場合、温度特性変数の積極的な考慮、及び／又は、最大トルク若しくは限界トルクの積極的な制限は、行われない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００８０５４７４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、特に、柔軟性に関して改善された特性を備えた操舵装置を動作させるための方法及び操舵装置を提供することにある。この課題は、請求項１の特徴により解決される、一方、本発明の好適な実施形態及び発展形態は、従属請求項から引き出すことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の開示
本発明は、基本設定領域全体の中で、特に少なくとも一時的に、電気モータの公称トルクと電気モータの最大トルクとの間に存在する増加したトルクで動作可能である少なくとも１つの電気モータを含む操舵装置を動作させるための方法に関する。ここでは、電気モータが好適には公称トルクと最大トルクとの間の増加したトルクで動作する少なくとも１つの動作状態において、電気モータの限界トルクが、少なくとも１つの温度特性変数に依存して、少なくとも一時的にかつ特に積極的に、特に最大トルクよりも低減されたトルクに制限される。特に好適には、この低減されたトルクは、電気モータの公称トルクである。特に、ここでは、温度特性変数が限界値を下回った場合及び／又は好適には限界値を上回った場合に、電気モータの限界トルクは低減されたトルクに制限される。さらに、ここでは、電気モータが動作状態において、低減されたトルクを上回るトルクで動作する場合、特に現在のトルクが低減されたトルク以下であるように、電気モータの現在のトルクは低減される。この実施形態により、特に、操舵装置を少なくとも一時的に公称トルクよりも増加したトルクで動作させることができるようにすることで、操舵装置の柔軟性を高めることが可能になる。同時に、特に電気モータ及び／又は操舵装置のさらなる部品に温度負荷の増大に起因する損傷及び／又は破壊をもたらすことなく、電気モータにおける好適な熱分布を達成することができる。その上さらに、制御アルゴリズムを有利に簡素化することができる。
【０００９】
「操舵装置」とは、この関係において、特に車両、好ましくは自動車の特に操舵システムの少なくとも一部、特にサブアセンブリを意味するものと理解されたい。特に、操舵装置は、操舵システム全体を含むこともできる。さらに操舵装置は、特に、当該操舵装置を動作させるための方法を実施するように設けられている計算ユニットを含む。その上さらに、操舵装置は、例えば少なくとも１つの、好適にはインバータユニット及び／又は出力段として構成された、電気モータの駆動制御のための駆動制御回路及び／又は少なくとも１つの温度特性変数を検出するためのセンサユニットなどのような、さらなる部品及び／又はアセンブリを含むことができる。「設けられている」とは、特に、特別にプログラミング、設計、及び／又は、装備されていることを意味するものと理解されたい。ある対象が特定の機能のために設けられているということには、特に、この対象がこの特定の機能を少なくとも１つの使用状態及び／又は動作状態において実現すること及び／又は実施することを意味するものと理解されたい。
【００１０】
「計算ユニット」とは、この関係において、特に、情報入力部、情報処理部及び情報出力部を有する電子ユニットを意味するものと理解されたい。好適には、計算ユニットは、さらに少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つのメモリ、少なくとも１つの入力及び／又は出力手段、少なくとも１つの動作プログラム、少なくとも１つの開ループ制御ルーチン、少なくとも１つの閉ループ制御ルーチン、及び／又は、少なくとも１つの計算ルーチンを有する。特に計算ユニットは、少なくとも１つの動作状態において、電気モータの限界トルクを、少なくとも１つの温度特性変数に依存して、少なくとも一時的にかつ特に積極的に、特に最大トルクよりも低減されたトルクに制限するために少なくとも設けられている。好適には、計算ユニットは、さらに操舵装置の制御機器にも統合されている。
【００１１】
さらに、電気モータは、特にブラシレスモータとして、好適には非同期モータとして、又は、永久励起される同期モータとして構成されている。さらに、電気モータは、電動重畳ステアリング及び／又はパワーステアリングの一部であるものとしてもよく、特に、付加的操舵角及び／又は可変伝達比を生成及び／又は提供するために設けられているものとしてもよい。しかしながら、好適には、電気モータは、電動パワーステアリングの一部であり、特に、電動操舵支援の生成及び／又は提供のために設けられている。好適には、電気モータの現在のトルクは、特に駆動制御回路を用いて、電気モータの相電流に依存して制御及び／又は設定される。その上さらに、電気モータは、特に基本設定領域と、特にこの基本設定領域に直接隣接する界磁減衰領域とを有する。基本設定領域は、この場合、特に、電気モータの公称トルク、最大トルク及び／又は限界トルクが一定である電気モータの回転数領域に相当する。特に、基本設定領域は、０ｒｐｍと１０００ｒｐｍ（ｒｐｍ＝毎分回転数）との間、好適には０ｒｐｍと１５００ｒｐｍとの間、特に好適には０ｒｐｍと１８００ｒｐｍとの間の回転数領域に存在する。界磁減衰領域は、特に、電気モータの公称トルク、最大トルク及び／又は限界トルクが可変であり、特に回転数の上昇に伴って低下する電気モータの回転数領域に相当する。
【００１２】
さらに「温度特性変数」とは、特に電気モータの温度と間接的及び／又は直接的に相関する特性変数を意味するものと理解されたい。特に、少なくともこの温度特性変数に基づいて、電気モータ及び／又は当該電気モータに動作可能に接続される操舵装置の部品の温度及び／又は温度負荷を推定することができ、及び／又は、電気モータ及び／又は当該電気モータに動作可能に接続される操舵装置の部品の温度及び／又は温度負荷を求めることができる。
【００１３】
さらに、電気モータの「公称トルク」とは、特に、電気モータの定格トルク及び／又は製造業者から予め設定される特に電気モータが持続的に動作可能である電気モータ特有の最大トルクを意味するものと理解されたい。電気モータの「最大トルク」とは、特に、電気モータが駆動制御回路及び／又はエネルギー供給部の構造特性及び／又は限界に基づいて最大限出力及び／又は提供することが可能なトルク、及び／又は、電気モータが安全技術的観点を考慮して最大限出力及び／又は提供することが可能なトルクを意味するものと理解されたい。最大トルクは、この場合、特に、公称トルクよりも少なくとも１％、好適には少なくとも５％、特に好適には少なくとも１０％高い。その上さらに、「低減されたトルク」とは、特に、最大トルクよりも少なくとも１％、好適には少なくとも４％、特に好適には少なくとも９％少ないトルクを意味するものと理解されたい。さらに電気モータの「限界トルク」とは、特に、電気モータが、対応する駆動制御及び／又は制御技術的設定に基づいて、所定の時点で最大限出力及び／又は提供することが可能なトルクを意味するものと理解されたい。特に、この場合、限界トルクは、電気モータのトルクに関する上限及び／又は制限を規定する。その上さらに、この限界トルクは、動作状態において、特に低減されたトルクと同一である。好適には、限界トルクは、この動作状態とは異なる少なくとも１つのさらなる動作状態において、最大トルクと同一である。「限界トルクが、低減されたトルクに制限される」ということには、特に、限界トルクが、低減されたトルクと同一であるように限界トルクが低減されることを意味するものと理解されたい。そのため、低減されたトルクは、電気モータのトルクに関する上限を規定する。さらに、「公称トルクと最大トルクとの間」という言い回しには、特に境界値も明示的に含まれるべきである。従って、電気モータは、基本設定領域全体の中で、公称トルク及び／又は最大トルクと同一であり得るトルクで動作可能である。
【００１４】
好適には、さらに、動作状態は、電気モータの現在の回転数が限界回転数を下回っている動作状態であり、この場合、限界回転数は、好適には２０ｒｐｍと１８０ｒｐｍとの間、特に好適には５０ｒｐｍと１００ｒｐｍとの間に存在することが提案される。従って、低減されたトルクへの限界トルクの少なくとも一時的な制限は、電気モータの温度特性変数に依存して、好適には少なくとも電気モータの下方の回転数領域において、特に２０ｒｐｍと１８０ｒｐｍとの間、特に好適には５０ｒｐｍと１００ｒｐｍとの間において行われる。その上さらに、低減されたトルク及び／又は低減されたトルクとは異なるさらなる低減されたトルクへの限界トルクの少なくとも一時的な制限は、電気モータの温度特性変数に依存して、特に電気モータの上方の回転数領域においても、特に１００ｒｐｍを上回る若しくは１８０ｒｐｍを上回る、及び／又は、限界回転数を上回る回転数領域においても、行うことができる。しかしながら、特に好適には、電気モータは、当該電気モータの現在の回転数が、少なくとも長期間、特に少なくとも５分間、好適には少なくとも１５分間、特に好適には少なくとも３０分間、また特に好適には少なくとも６０分間の期間にわたって、限界回転数を上回る少なくとも１つのさらなる動作状態において、好適には公称トルクよりも増加したトルクで持続的に動作させられること及び／又は動作可能であることが提案される。これにより、特に、電気モータ及び／又は操舵装置の部品への熱負荷の不均一な分布及び／又は不十分な分布が起こる下方の回転数領域において、操舵装置の高い温度負荷を低減することができる。
【００１５】
さらに、温度特性変数は、電気モータ、特に電気モータのロータ巻線の温度と、電気モータの駆動制御回路、特に駆動制御回路の回路遮断器の温度と、電気モータのモータシャフトの運動と、電気モータのロータ位置と、電気モータの現在の回転数と、電気モータの相電流とに相関していること、及び／又は、電気モータが公称トルクよりも増加したトルクで動作する期間と相関していることが提案される。特に、温度特性変数は、この場合、前述の変数の少なくとも１つ又は前述の変数の複数の組合せに基づいて求められる。好適には、センサユニットは、この目的のために、電気モータの温度の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、駆動制御回路の温度の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、電気モータのモータシャフトの運動の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、電気モータのロータ位置の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、電気モータの現在の回転数の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、電気モータの相電流の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサ、及び／又は、電気モータが公称トルクよりも増加したトルクで動作する期間の直接的及び／又は間接的検出のための少なくとも１つのセンサを有することができる。特に好適には、センサユニットは、制御機器に統合されているものとしてもよいし、及び／又は、前述した変数のうちの少なくとも１つを検出するために制御機器のセンサシステムが設けられているものとしてもよい。しかしながら、代替的又は付加的に、前述した変数のうちの少なくともいくつかを、駆動制御回路及び／又は電気モータの駆動制御信号を使用して、あるいは駆動制御回路及び／又は電気モータと相関する温度モデルを使用して計算することもできる。これにより、温度特性変数は、好適に柔軟に及び／又は容易に求めることができる。さらに、特に、温度特性変数の好適な妥当性検査が可能である。
【００１６】
その上さらに、電気モータが公称トルクよりも増加したトルクで動作する場合、電気モータの最大出力電力は不変のまま維持されることが提案される。この関係において、電気モータが公称トルクよりも増加したトルクで動作する場合、たしかに電気モータの出力電力は、電気モータが公称トルクで動作する場合よりも増加するが、電気モータの最大出力電力は一定に維持される。従って、電気モータが公称トルクよりも増加したトルクで動作する場合の電気モータの最大出力電力は、電気モータが公称トルクで動作する場合の電気モータの最大出力電力に等しい。電気モータの「最大出力電力」とは、特に、電気モータが、特に搭載電源網からの予め設定された特に不変のエネルギー供給に基づいて、最大限出力及び／又は供給することが可能な出力電力を意味するものと理解されたい。この場合、好適には、操舵装置及び／又は操舵システムには、場合によっては電気モータの最大出力電力を増加させるための付加的エネルギー蓄積器がない。これにより、特に有利に効率的で、特にエネルギー効率やスペース効率の高い操舵装置及び／又は費用効果の高い操舵装置を提供することが可能になる。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態においては、電気モータが動作状態において、低減されたトルクよりも、好適には公称トルクよりも増加したトルクで動作する少なくとも１つの場合において、増加したトルクから低減されたトルクへの移行が、連続的でかつ好適には各時点で微分可能な関数、特にランプ関数、漸近関数及び／又はシグモイド関数を用いて行われることが提案される。特に、増加したトルクから低減されたトルクへの移行は、この場合、徐々に又は連続して起こり、特に突発的ではない。特に、これにより、増加したトルクから低減されたトルクへのスムーズな移行を達成することができる。さらに、この種の駆動制御は、特に操舵装置の場合有利である。なぜなら、出力されるトルクが、運転者の操舵感覚に直接受け入れられるからである。従って、この場合においては、現在のトルクの低減を操舵感覚において好適に目立たないように形成することができ、これにより特に好適な操舵感覚を特に達成することができる。特に、運転者は、この種の移行により、変更された条件に慣れ、いらつくことはない。
【００１８】
代替的又は付加的に、電気モータが動作状態において、低減されたトルクよりも、好適には公称トルクよりも増加したトルクで動作する少なくとも１つのさらなる場合において、低減されたトルクへの限界トルクの制限は、電気モータの現在のトルクが低減されたトルクを下回った場合にのみ実施されることが提案される。これにより、特に好適には、運転者の操舵感覚に依存しない、限界トルクの制限を達成することができ、それによって、好適には、運転者が操舵感覚において制限を感じないことを保証することができる。
【００１９】
特に好適には、さらに、低減されたトルクへの限界トルクの制限は、電気モータの現在の回転数が電気モータの界磁減衰領域に達する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除され、及び／又は、電気モータが所定の期間、特に少なくとも１分間、好適には少なくとも５分間にわたって低減されたトルク及び／又は公称トルクで動作する及び／又は低減されたトルク及び／又は公称トルクを下回って動作する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除されることが提案される。好適には、電気モータの限界トルクは、この場合、最大トルクに設定され、及び／又は、限界トルクが最大トルクと同一になるように解除される。これにより、制限を特に好適に再び解除することができる。限界トルクの制限が、電気モータの界磁減衰領域において解除されるならば、格別に好適な操舵感覚を達成することができる。なぜなら、特にこの界磁減衰領域は、電気モータの駆動制御によって影響させることはできず、むしろ電気モータの設計によって規定及び／又は予め設定されているからである。
【００２０】
操舵装置の特に好適な保護は、特に、制限の解除の際に温度特性変数が考慮される場合に達成することができる。その際、好適には、温度特性変数がさらなる限界値を上回る場合にのみ及び／又は好適には下回る場合にのみ、低減されたトルクへの限界トルクの制限が解除される。
【００２１】
本発明の特に好適な実施形態においては、制限は、現在のトルクから要求された増加したトルクへの移行が、連続的でかつ好適には各時点で微分可能な関数、特にランプ関数、漸近関数及び／又はシグモイド関数を用いて行われるように解除されることが提案される。特に、現在のトルクから要求された増加したトルクへの移行は、この場合、徐々に又は連続して起こり、特に突発的ではない。これにより、特にスムーズな移行を達成することができ、及び／又は、操舵感覚を好適に改善することができる。
【００２２】
操舵装置を動作させるための方法は、ここでは、上述した用途や実施形態に限定されるべきものではない。特に、操舵装置を動作させるための方法は、本明細書で説明される機能を実現するために、本明細書で言及される個々の要素、部品及びユニットの数とは異なる数を有しているものとしてもよい。
【００２３】
図面
さらなる利点は、以下の図面の説明から明らかとなる。これらの図面には、本発明の実施例が示されている。図面、説明及び特許請求の範囲には、多くの特徴が組み合わせられて含まれている。また、当業者であるならば、これらの特徴を合目的的に個別に考慮し、さらなる好適な組合せに関連付けるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】操舵装置を備えた例示的な操舵システムの簡略図。
【図２】操舵装置の駆動制御回路及び電気モータの概略図。
【図３ａ】電気モータの様々な信号の例示的な説明図。
【図３ｂ】電気モータの様々な信号の例示的な説明図。
【図３ｃ】電気モータの様々な信号の例示的な説明図。
【図４ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図４ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図５ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図５ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図６ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図６ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図７ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図７ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図８ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図８ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図９ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図９ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図１０ａ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図１０ｂ】電気モータの様々な信号及び／又は電気モータを駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図。
【図１１】操舵装置を動作させるための方法の例示的なフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施例の説明
図１は、例示的な操舵システム３２を斜視図で示している。この操舵システム３２は、本発明の場合、電動支援操舵システムとして構成されており、従って、電動パワーアシストを有している。さらに、操舵システム３２は、車両（図示せず）、特に自動車で使用するために設けられている。この操舵システム３２は、取り付けられた状態において車両の車両ホイール３４と動作可能な接続を形成し、車両の走行方向に作用するために設けられている。しかしながら、代替的又は付加的に、電動重畳ステアリング及び／又はパワーステアリングを備えた操舵システムを構成することも考えられる。
【００２６】
操舵システム３２は、操舵装置を含む。この操舵装置は、ステアリングギア３６を有し、このステアリングギア３６は、本発明の場合、それ自体公知のラックアンドピニオンステアリングギアとして構成されている。ステアリングギア３６は、ステアリングピニオン３８と、当該ステアリングピニオン３８に機械的に結合された歯付きラック４０とを含む。ステアリングギア３６は、ここでは、車両ホイール３４の旋回運動及び／又は回動運動を引き起こし、特に、操舵設定量を車両ホイール３４の転舵運動に置き換えるために設けられている。ステアリングギア３６は、例えば、ボールナットステアリングギアとして、ウォームステアリングギアとして、及び／又は、スクリュースピンドルステアリングギアとして構成されているものとしてもよい。
【００２７】
その上さらに、操舵装置は、本発明の場合、特にステアリングホイールとして構成された操舵ユニット４２を備えており、この操舵ユニット４２は、手動の操舵トルクを加え、特に運転者によって特に車両の走行方向を手動制御するために用いられる。代替的に、操舵ユニットは、操縦桿などで構成されているものとしてもよい。また操舵システムは、例えば純粋に自律走行する車両の場合には、基本的に、操舵ユニットを持たないものとしてもよい。
【００２８】
操舵ユニット４２をステアリングギア３６に、特に機械的に接続するために、操舵装置は、さらにステアリングコラム４４を含む。このステアリングコラム４４は、ここでは、さらに少なくとも１つのトーション要素（図示せず）を、本発明の場合、特に、手動操舵トルクに依存したねじれのために設けられているトーションロッドを含む。代替的に、ステアリングコラムはまた、例えば自動運転モード及び／又は機械的逆戻りレベルを備えたステアバイワイヤ操舵システムを備えた車両の場合のように、操舵ユニットを一時的にのみステアリングギアに接続させるものであってもよい。
【００２９】
さらに、操舵装置は、操舵支援を生成及び／又は提供するための、特に電気的に構成された支援ユニット４６を含む。この支援ユニット４６は、支援トルクをステアリングギア３６に導入し、特に運転者から加えられる手動操舵トルクを支援するために設けられている。
【００３０】
この目的のために、支援ユニット４６は、本発明の場合、特に、永久励磁同期モータとして構成された電気モータ１０を含む。この電気モータ１０は、多相の、本発明の場合、例えば三相電気モータとして構成されている。電気モータ１０は、ステアリングギア３６、特に歯付きラック４０に動作可能に接続される。電気モータ１０は、電動パワーステアリングの一部であり、特に電動操舵支援を生成するために設けられている。代替的に、電気モータは、電動重畳ステアリング及び／又はパワーステアリングの一部であるものとしてもよく、特に付加的操舵角及び／又は可変伝達比を生成及び／又は提供するために設けられているものとしてもよい。さらに、電気モータは、単相、６相又は１２相の電気モータとして構成されているものとしてもよい。
【００３１】
さらに、操舵装置は、特にトルクセンサとして構成された角度センサ４８を有する。この角度センサ４８は、トーション要素の領域内に配置されており、特にこのトーション要素と相関する角度信号を、特に非接触で検出するために設けられている。この角度信号は、この場合、特に運転者から加えられる手動操舵トルクに関する尺度である。しかしながら、基本的には、角度センサは、角度差分センサなどとして構成されているものとしてもよい。
【００３２】
その上さらに、操舵装置は制御機器３０を有する。この制御機器３０は、角度センサ４８及び支援ユニット４６に動作可能に接続されている。制御機器３０は、角度センサ４８からの角度信号を受信するために設けられている。さらに、制御機器３０は、電気モータ１０を駆動制御し、それによって特に、角度信号に特に依存して支援トルクを設定するために設けられている。
【００３３】
この目的のために、制御機器３０は計算ユニット２８を含む。この計算ユニット２８は、例えばマイクロプロセッサの形態の少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）と、少なくとも１つのメモリ（図示せず）とを含む。さらに、計算ユニット２８は、少なくとも１つの計算ルーチン、少なくとも１つの開ループ制御ルーチン、及び、少なくとも１つの閉ループ制御ルーチンを有する、メモリに格納された少なくとも１つの動作プログラムを含む。
【００３４】
その上さらに、操舵装置は、さらなる部品及び／又はアセンブリ、例えば車両パラメータ及び／又は環境パラメータを検出するための少なくとも１つのセンサユニット（図示せず）などを含むことができる。
【００３５】
図２は、電気モータ１０を駆動制御するための操舵装置のそれ自体公知の駆動制御回路２４の簡略化された例示的な回路図を示す。
【００３６】
駆動制御回路２４は、インバータユニット及び／又は出力段として構成されている。駆動制御回路２４は、少なくとも１つのインバータ５０を含む。本発明の場合、駆動制御回路２４は、複数の、特に相互に同一に構成されたインバータ５０を含み、この場合、電気モータ１０の各相にこれらのインバータ５０のうちの１つが割り当てられている。これらのインバータ５０の各々は、２つの、特に相互に同一に構成された回路遮断器５２，５４を含む。これらの回路遮断器５２，５４は、例えばＭＯＳＦＥＴ及び／又はＩＧＢＴなどのパワー半導体スイッチとして構成されている。これらの回路遮断器５２，５４の各々は、対応するインバータ５０の中央タップ５６に導電接続されている。これらのインバータ５０の各々は、エネルギー源の脈動整流電圧を相電流に変換し、各中央タップ５６を介して電気モータ１０、特に当該電気モータ１０の厳密には１つの相に供給するために設けられている。本発明の場合、駆動制御回路２４は、少なくとも、電気モータ１０の相電流と相関するトルクを、当該電気モータ１０の回転数に依存して設定するために設けられている。
【００３７】
トルクが回転数に関してプロットされている、電気モータ１０のこの種の信号及び／又は特性曲線は、図３ａ乃至図３ｃに示されている。縦軸６０には電気モータ１０のトルクがプロットされている。横軸６２には電気モータ１０の回転数が示されている。第１の破線６４は、電気モータ１０の公称トルク１４（＝ＴＮ）を示す。公称トルク１４は、通常は、モータシャフトが停止しているとき、例えば縁石に対して操舵するときに、電気モータ１０がフルトルクを出力しなければならない動作点に対して設計されている。第２の破線６６は、電気モータ１０の最大トルク１６（＝ＴＭ）を示す。電気モータ１０の最大トルク１６は、電気モータ１０がエネルギー供給、特に最大電流の限界に基づいて最大限出力及び／又は提供することが可能なトルクに相当する。この最大トルク１６は、この場合、公称トルク１４の約５％から１０％上方に存在する。曲線６８は、電気モータ１０の限界トルク１８を定める。この限界トルク１８は、電気モータ１０のトルクに関する制御技術的に規定可能な上限及び／又は制限を規定する。従って、動作中は、限界トルク１８を下回るようにすべてのトルク値を駆動制御及び／又は設定することができる。
【００３８】
さらに、図３ａ乃至図３ｃに基づいて、電気モータ１０が、基本設定領域１２と、当該基本設定領域１２に直接隣接する界磁減衰領域２６とを有することが認識できる。基本設定領域１２は、本発明の場合、０ｒｐｍと１８００ｒｐｍとの間に存在し、公称トルク１４、最大トルク１６及び限界トルク１８が一定である電気モータ１０の回転数領域を定める。それに対して、界磁減衰領域２６は、電気モータ１０の公称トルク１４、最大トルク１６及び限界トルク１８が、制限された搭載電源網電圧に基づき回転数の上昇に伴って低下する、電気モータ１０の回転数領域に相当する。代替的に、基本設定領域は、例えば、０ｒｐｍと１０００ｒｐｍとの間若しくは０ｒｐｍと１６００ｒｐｍとの間に存在しているものとしてもよく、又は、他の値を有していているものとしてもよい。
【００３９】
特定の走行状況、例えば駐車時などの場合、ここでは、予め設定された電気モータ１０を、少なくとも基本設定領域１２において、少なくとも一時的に、公称トルク１４と最大トルク１６との間に存在する増加したトルクで動作させると有利である。特に、電気モータ１０が公称トルク１４よりも増加したトルクで動作する場合、電気モータ１０の最大出力電力は不変のまま維持される。しかしながら、増加したトルクでの動作は、電気モータ１０及び／又は操舵装置のさらなる部品、特に駆動制御回路２４の温度負荷の増大に起因する問題に結び付く可能性がある。特に、例えば縁石に対して操舵するときのように、電気モータ１０のモータシャフトが回転しない状態又は非常にゆっくりと回転する状態においては、このことは、温度負荷の増大に起因して、特に電気モータ１０及び／又は駆動制御回路２４の損傷に結び付く可能性がある。
【００４０】
この理由から、電気モータ１０が特に公称トルク１４と最大トルク１６との間の増加したトルクで動作する少なくとも１つの動作状態において、電気モータ１０の限界トルク１８を、電気モータ１０の少なくとも１つの温度特性変数に依存して、少なくとも一時的にかつ特に積極的に、最大トルク１６よりも低減されたトルク２０に、即ち、特に公称トルク１４に制限することが提案される。本発明の場合、計算ユニット２８は、温度特性変数に依存して限界トルク１８を制限するために設けられている。しかしながら、基本的には、公称トルクから逸脱して低減されたトルクへの制限及び／又は公称トルクへの段階的な制限、例えば少なくとも２段階、少なくとも３段階及び／又は少なくとも４段階の制限が行われるものとしてもよい。さらに、限界トルクの制限は、基本的には、例えば峠走行の際のような、特に外気温の影響に基づいて、電気モータが公称トルクを下回るトルクで動作する動作状態において行うものとしてもよい。
【００４１】
温度特性変数は、電気モータ１０の温度と、駆動制御回路２４、特に回路遮断器５２，５４の温度と、電気モータ１０のモータシャフトの運動と、電気モータ１０のロータ位置と、電気モータ１０の現在の回転数と、電気モータ１０の相電流と相関しているものとしてもよいし、及び／又は、電気モータ１０が公称トルク１４よりも増加したトルクで動作する期間と相関しているものとしてもよい。さらに温度特性変数は、例えば制御機器及び／又はセンサユニットのセンサシステムを用いて検出することができ、及び／又は、駆動制御信号及び／又は温度モデルを使用して計算することができる。従って、低減されたトルク２０への限界トルク１８の制限は、例えば、センサシステム及び／又はセンサユニットのセンサ値に依存して、又は、時間制御されて、行うことができる。
【００４２】
この関係において、図３ａは、限界トルク１８が最大トルク１６と同一である電気モータ１０の動作状態を例示的に示し、それに対して、図３ｂは、限界トルク１８が、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に制限された電気モータ１０の動作状態を示す。図３ｂによれば、限界トルク１８は、ここでは、基本設定領域１２全体において制限される。
【００４３】
しかしながら、好適には、特に図３ｃに示されているように、低減されたトルク２０への限界トルク１８の制限は、電気モータ１０の現在の回転数が限界回転数２２を下回っている動作状態においてのみ行うこともできる。この場合、限界回転数２２は、好適には２０ｒｐｍと１８０ｒｐｍとの間、特に好適には５０ｒｐｍと１００ｒｐｍとの間に存在する。本発明の場合、限界回転数２２は、例えば１００ｒｐｍに存在する。図３ｃによれば、低減されたトルク２０への限界トルク１８の少なくとも一時的な制限は、電気モータ１０の温度特性変数に依存して、専ら電気モータ１０の下方の回転数領域において行われ、それに対して、上方の回転数領域、特に限界回転数２２を上回る回転数領域においては、限界トルク１８の制限は行われない。なぜなら、特にこの場合においては、電気モータ１０が低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４よりも増加したトルクで動作する場合に、操舵装置の温度負荷は、電気モータ１０のより高められた回転数に基づいて電気モータ１０の様々な部品及び／又は駆動制御回路２４に分散するからである。
【００４４】
操舵感覚における欠点を、急速に入れ替わるトルクによって回避及び／又は低減するために、低減されたトルク２０への限界トルク１８の制限は、電気モータ１０の現在の回転数が電気モータ１０の界磁減衰領域２６に達する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除され、及び／又は、電気モータ１０が所定の期間、例えば少なくとも５分間にわたって低減されたトルク２０で動作する及び／又は低減されたトルク２０を下回って動作する少なくとも１つのさらなる動作状態において再び解除される。この場合、制限は、限界トルク１８が最大トルク１６と同一になるように解除される。さらに制限の解除の際には温度特性変数が考慮される。従って、限界トルク１８の制限は、温度特性変数が所定の限界値を下回った場合にのみ解除される。しかしながら、基本的には、制限の解除は、限界トルクが、最大トルクとは異なるトルクと同一になるように行われるものとしてもよい。さらに、制限の解除の際に、温度特性変数の考慮を省いてもよい。この場合においては、例えば、純粋に時間ベースの制御を用いることが考えられる。
【００４５】
以下において図４ａ乃至図１０ｂは、電気モータ１０の様々な信号及び／又は電気モータ１０を駆動制御するための様々な信号の例示的な説明図を示す。ここでは、図４ｂ乃至図１０ｂは、それぞれ対応する図４ａ乃至図１０ａに割り当てられており、そのため、同じ番号を有するこれらの図面は、それぞれ連帯する対を形成する。
【００４６】
図４ａ乃至図１０ａにおいては、それぞれ縦軸７０に、電気モータ１０のトルクがプロットされている。横軸７２には時間が示されている。曲線７４は、計算ユニット２８から要求されたトルク８４を示す。曲線７６は、電気モータ１０から提供されるトルク８６を示す。図４ｂ乃至図１０ｂにおいては、それぞれ縦軸７８に、電気モータ１０のトルクがプロットされている。横軸８０には電気モータ１０の回転数が示されている。曲線８２は、回転数に依存したトルクの例示的な変化を示す。
【００４７】
図４ａ及び図４ｂは、限界トルク１８及び結果として提供されるトルク８６が最初に、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に制限され、この制限が時点ｔ１で再び解除される動作状態を示す。それにより、提供されるトルク８６は、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を上回るトルクに関しても時点ｔ２から再び要求されたトルク８４に追従することができる。特に図４ｂに示されているように、制限の解除は、この場合、電気モータ１０の現在の回転数が電気モータ１０の界磁減衰領域２６に達する動作状態において行われ、これにより、特に、格別好適な操舵感覚を達成することができる。なぜなら、この界磁減衰領域２６は、電気モータ１０の駆動制御によって影響させることはできず、むしろ電気モータ１０の設計によって規定及び／又は予め設定されているからである。さらに、電気モータ１０の現在の回転数は、時点ｔ２で再び基本設定領域１２に移行する。
【００４８】
図５ａ及び図５ｂは、提供されるトルク８６が最初に、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を下回って存在し、時点ｔ１で、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を上回る動作状態を示す。時点ｔ２においては、提供されるトルク８６は最大トルク１６に制限され、それに対して、要求されたトルク８４は最大トルク１６を上回る。提供されるトルク８６は、本発明の場合、構造上の制限及び／又は安全技術上の観点を考慮して、最大トルク１６を超えて増加させることはできない。図示されている場合においては、提供されるトルク８６の変化は突発的には起きないので、この場合においては、運転者は、提供されるトルク８６の過剰を刺激的に感じることはない。
【００４９】
図６ａ及び図６ｂは、限界トルク１８及び結果として提供されるトルク８６が最初に、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に制限され、この制限が時点ｔ１と時点ｔ２との間で再び解除される動作状態を示す。それにより、提供されるトルク８６は、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を上回るトルクに関しても時点ｔ２から再び要求されたトルク８４に追従することができる。この場合においては、制限の解除が行われる。なぜなら、電気モータ１０が所定の期間、例えば少なくとも５分間にわたって、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４で、及び／又は、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を下回って、動作したからである。
【００５０】
図７ａ及び図７ｂは、限界トルク１８及び結果として提供されるトルク８６が最初に低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に制限され、この制限が時点ｔ１で再び解除される動作状態を示す。この場合においては、制限の解除が行われる。なぜなら、電気モータ１０が所定の期間、例えば少なくとも５分間にわたって、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４で動作したからである。この制限はさらに、現在のトルク及び／又は提供されるトルク８６から要求された特に増加したトルク８４への移行が、連続的でかつ微分可能な関数、本発明の場合、特にシグモイド関数を用いて、特に突発的に起きないように解除される。これにより、特に、スムーズな移行を達成することができ、及び／又は、操舵感覚を好適に改善することができる。時点ｔ２においては、提供されるトルク８６は少なくとも一時的に最大トルク１６に制限され、それに対して、要求されたトルク８４は少なくとも一時的に最大トルク１６上回って存在する。
【００５１】
図８ａ及び図８ｂは、電気モータ１０が最初に、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４よりも増加したトルクで動作するが、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４への限界トルク１８及び結果として提供されるトルク８６の制限は、現在のトルク及び／又は提供されるトルク８６が、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を下回る時点ｔ１で初めて実施される動作状態を示す。これにより、特に好適には、運転者の操舵感覚に依存しない、限界トルク１８の制限を達成することができ、それによって、好適には、運転者が操舵感覚において制限を感じないことを保証することができる。この制限に関する理由は、ここでは、例えば峠走行の際のような外気温の影響であるものとしてもよい。
【００５２】
図９ａ及び図９ｂは、限界トルク１８が最初に、最大トルク１６に制限され、提供されるトルク８６が最大トルク１６と同一である動作状態を示す。その結果として、電気モータ１０は、この場合においては、公称トルク１４と最大トルク１６との間に存在する増加したトルクで動作する。電気モータ１０の現在の回転数が特に限界回転数２２を下回る及び／又は温度特性変数を上回る時点ｔ１で、限界トルク１８は、温度特性変数に依存して、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に積極的に制限される。電気モータ１０は、この動作状態においては、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４よりも増加したトルクで動作するため、増加したトルクから低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４への移行は、連続的でかつ微分可能な関数、本発明の場合、特にシグモイド関数を用いて行われる。これにより、特に好適な操舵感覚を達成することができる。特に、運転者は、ここでは、変更された条件に慣れ、いらつくことはない。
【００５３】
図１０ａ及び図１０ｂは、電気モータ１０が最初に、公称トルク１４と最大トルク１６との間にある増加したトルクで動作する運転状態を示す。電気モータ１０の現在の回転数が特に限界回転数２２を下回る時点ｔ１で、限界トルク１８は、温度特性変数に依存して、低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４に積極的に制限される。増加したトルクから低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４への移行は、再び、連続的でかつ微分可能な関数、本発明の場合、特にシグモイド関数を用いて行われる。
【００５４】
図１１は、操舵装置を動作させるこの種の方法の例示的なフローチャートを示し、この場合、計算ユニット２８は、この方法を実施するように設けられており、この目的のために特に、対応するプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムを有する。
【００５５】
方法ステップ９０においては、電気モータ１０が通常動作する。電気モータ１０は、この場合、特に、電動操舵支援の生成のために用いられる。
【００５６】
方法ステップ９２においては、温度特性変数が限界値を上回ることが規定される。その結果、限界トルク１８は、温度特性変数に依存して、最大トルク１８よりも低減されたトルク２０に、即ち、特に公称トルク１４に積極的に制限される。
【００５７】
方法ステップ９４においては、限界トルク１８の制限が再び解除される。この制限の解除は、この場合、電気モータ１０の現在の回転数が界磁減衰領域２６に達する少なくとも１つのさらなる動作状態において行われ、及び／又は、電気モータ１０が所定の期間にわたって低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４で動作する及び／又は低減されたトルク２０及び／又は公称トルク１４を下回って動作する少なくとも１つのさらなる動作状態において行われる。付加的に、温度特性変数は制限の解除の際に考慮され、この場合、限界トルク１８の制限は、温度特性変数が限界値を再び下回った場合にのみ解除される。
【００５８】
方法ステップ９６においては、電気モータ１０が再び通常動作する。
【図１】
2020532460.tif 000003
【図２】
2020532460.tif 000004
【図３ａ】
2020532460.tif 000005
【図３ｂ】
2020532460.tif 000006
【図３ｃ】
2020532460.tif 000007
【図４ａ】
2020532460.tif 000008
【図４ｂ】
2020532460.tif 000009
【図５ａ】
2020532460.tif 000010
【図５ｂ】
2020532460.tif 000011
【図６ａ】
2020532460.tif 000012
【図６ｂ】
2020532460.tif 000013
【図７ａ】
2020532460.tif 000014
【図７ｂ】
2020532460.tif 000015
【図８ａ】
2020532460.tif 000016
【図８ｂ】
2020532460.tif 000017
【図９ａ】
2020532460.tif 000018
【図９ｂ】
2020532460.tif 000019
【図１０ａ】
2020532460.tif 000020
【図１０ｂ】
2020532460.tif 000021
【図１１】
2020532460.tif 000022
【国際調査報告】
2020532460.tif 000023
2020532460.tif 000024
2020532460.tif 000025
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