DE4241849C2 - Lenksystem für Fahrzeuge oder Schiffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge oder Schiffe mit einem Lenkhandrad und einem Lenkele­ ment ohne mechanische Wirkverbindung dazwischen, mit einer Lenkhandrad-Sensoreinrichtung, einer Lenkelement-Sensoreinrichtung und einer Steuereinrichtung, die ei­ nen elektromechanischen Umformer, an dessen Abgangssei­ te das Lenkelement angeordnet ist, in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensoreinrichtungen betätigt.

Lenkelement ist hierbei ein Sammelbegriff für rich­ tungsbestimmende Einheiten an einem Fahrzeug oder einem Schiff. Dies sind beispielsweise die gelenkten Räder des Fahrzeugs oder das Ruder eines Schiffes.

Bei einem bekannten Lenksystem dieser Art (US 4 771 846) werden die Räder eines Fahrzeugs mit Hilfe einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit ge­ lenkt. Die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit wird über ein Proportionalventil von einer Pumpe mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt. Das Pro­ portionalventil wird durch eine elektrische Steuerein­ heit mit Hilfe von Elektromagneten betätigt und bildet damit den elektromechanischen Umformer. Hierzu erhält die elektrische Steuereinrichtung Signale von einem Lenkwinkelsensor, der den Einschlag der Räder ermit­ telt, und von einem Lenkhandradsensor, der die Stellung der Lenkhandradwelle ermittelt. Das Proportionalventil wird so gesteuert, daß der vom Lenkhandradsensor vor­ gegebene Wert an den gelenkten Rädern eingestellt und durch den Lenkwinkelsensor zurückgemeldet werden kann. Bei einem derartigen Lenksystem besteht der Nachteil, daß beim Ausfall der elektrischen Steuereinrichtung oder des Proportionalventils die gesamte Lenkung aus­ fällt. Das Fahrzeug kann dann nicht mehr gelenkt wer­ den.

Ein weiteres Lenksystem ist aus DE 35 36 563 C2 be­ kannt. Die Bewegung des Lenkhandrads bewirkt über eine Schaltelektronik, daß ein Elektromotor in Betrieb ge­ setzt wird, der eine Pumpe antreibt. Die Pumpe ihrer­ seits ist mit einer der beiden Arbeitskammern eines Arbeitszylinders verbunden. Die Umlaufrichtung der Pum­ pe bestimmt die Richtung, in die der Arbeitszylinder ausgelenkt wird. Auch bei diesem System fällt die Len­ kung aus, wenn die Schaltelektronik, der Elektromotor oder die Pumpe defekt ist.

DE 40 11 947 A1 beschreibt ein weiteres Lenksystem, das zwei lenkbare Räder unabhängig voneinander lenkt. Hier­ bei wird jedes Rad mit Hilfe eines elektrischen Servo­ motors ausgelenkt, der ein Zahnrad antreibt, das auf eine Zahnstange wirkt. Der Servomotor wird von einer elektronischen Regeleinheit versorgt, die mit Eingangs­ daten von den Sensoren arbeitet. Wenn die elektronische Regeleinheit ausfällt, ist das Fahrzeug nicht mehr lenkbar.

DE 30 15 955 C2 zeigt eine Sicherheitsvorrichtung für Fahrzeuge mit Fremdkraft-Lenkanlagen, bei der wenig­ stens zwei Fremdkraft-Lenkanlagen vorgesehen sind. Jede Fremdkraft-Lenkanlage weist eine an eine Antennenanord­ nung angeschlossene Elektronikeinheit auf, die ihrer­ seits wiederum eine Hydraulikeinheit steuert. Ferner ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die die Fremd­ kraft-Lenkanlagen beeinflußt und gleichzeitig als Über­ wachungseinrichtung dient. Die Hydraulikeinheiten wer­ den über einen Multiplexer abwechselnd mit der Lenkung verbunden. Am Ausgang des Multiplexers wird ein Ist­ signal abgegriffen und der Steuereinrichtung wieder zugeführt. Dementsprechend handelt es sich hierbei um eine einzige Regeleinheit, die für zwei Regelkreise gemeinsam verwendet wird. Die Umschaltung zwischen den Regelkreisen erfolgt so, daß das Fahrzeug bei Auftreten einer Störung noch sicher abgebremst werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem anzugeben, das eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Lenksystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung mindestens zwei voneinander unabhängige Regeleinheiten aufweist, wobei eine Fehlerüberwachungseinrichtung vor­ gesehen ist, die eine defekte Regeleinheit von der Be­ einflussung des Lenkelements ausschließt.

Die Begriffe Regeleinheit und Fehlerüberwachungsein­ richtung sind hier funktional zu verstehen. Auch die Fehlerüberwachungseinrichtung kann durch eine Regelein­ heit gebildet sein. Umgekehrt kann man eine Regelein­ heit als Fehlerüberwachungseinrichtung verwenden. Das System ist also redundant aufgebaut. Selbst bei einem Ausfall einer Regeleinheit kann das Fahrzeug oder das Schiff weiter gelenkt werden, solange mindestens eine Regeleinheit noch in Takt ist. Hierdurch wird ein weit­ gehend fehlerunempfindliches System erreicht, das mit der gleichen Sicherheit arbeitet wie Lenksysteme, die mit einer mechanischen Notlenk-Funktion ausgerüstet sind. Im Gegensatz zu diesen Systemen, bei denen im Fehlerfall eine höhere Bedienungskraft notwendig ist, kann die Bedienung des vorliegenden Systems auch im Fehlerfall mit dem gleichen Komfort fortgesetzt werden. Das Fahrzeug kann weiterfahren. Die Reparatur kann spä­ ter durchgeführt werden, wenn der Zeitpunkt günstiger ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine Sensoreinrichtung mehrere, insbesondere eine der Zahl der Regeleinheiten entsprechende Anzahl von unab­ hängig voneinander arbeitenden Sensoren auf. Der Aus­ fall eines Sensors ist dann unerheblich. Die Zuverläs­ sigkeit wird weiter erhöht.

Bevorzugterweise weist der elektromechanische Umformer mindestens einen Elektromotor auf, der mindestens eine reversible Pumpe antreibt. Hierdurch erhält man einen einfachen und zuverlässigen Umformer. Die Drehrichtung der Pumpe bestimmt die Richtung, in die das Lenkelement ausgelenkt wird.

Vorzugsweise ist hierbei jede Regeleinheit mit minde­ stens einem Elektromotor verbunden. Die Zuverlässigkeit wird hierdurch weiter erhöht. Wenn eine Regeleinheit ausfällt, wird nur der zugehörige Elektromotor negativ beeinflußt. Die anderen Regeleinheiten können die zu­ gehörigen Motoren weiter betreiben. Wenn ein Motor aus­ fällt, ist auch nur der Strang betroffen, in dem dieser Motor angeordnet ist. Der oder die anderen Stränge kön­ nen weiterarbeiten.

Vorzugsweise weisen mehrere Elektromotoren einen ge­ meinsamen Rotor und getrennte Statorwicklungen auf, wobei mindestens zwei Statorwicklungen von verschiede­ nen Regeleinheiten gesteuert sind. Hierdurch erreicht man einen kompakt aufgebauten Motor, der auch bei Aus­ fall einer Regeleinheit arbeiten kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß jeder Elektromotor eine eigene Pumpe antreibt. Hier­ durch wird eine redundante Steuerung bis hin zum Lenk­ element erreicht.

Auch ist bevorzugt, daß mehrere Pumpen eine gemeinsame Antriebswelle aufweisen. Auch hierdurch kann im Bereich der Pumpen eine erhöhte Redundanz und damit eine bes­ sere Zuverlässigkeit erreicht werden.

Mit Vorteil ist der Elektromotor als Mehrphasenmotor mit mindestens drei Phasen ausgebildet, wobei jeder Motor durch eine Motorsteuerungseinrichtung, die wie­ derum durch die Regeleinheit steuerbar ist, angesteuert ist.

Bei der Verwendung von mindestens drei Phasen läßt sich die Drehrichtung des Motors durch die Regeleinheit be­ stimmen. Entsteht ein Fehler in einer der Phasen des Motors, hat dies keinen Einfluß auf einen oder mehrere andere Motoren, die die Welle oder die Pumpen antrei­ ben.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Motor mindestens fünf Phasen auf, von denen mindestens zwei in Abhängigkeit von jeweils getrennten Regelein­ heiten ansteuerbar sind. Man kommt hierbei mit einem Motor aus, der relativ kompakt ausgestaltet sein kann und trotzdem fehlertolerant ist. Der Motor funktioniert auch, wenn eine Phase unterbrochen oder kurzgeschlossen wird oder auf andere Weise ausfällt. Das Moment des Mo­ tors wird hierbei zwar reduziert. Da man den Motor aber ohne Schwierigkeiten für Notfälle etwas überdimensio­ nieren kann, hat dies keinen Einfluß auf die Funktion. Die fünf Phasen des Motors können von fünf unabhängigen Regeleinheiten versorgt werden.

Mit Vorteil weist jeder Elektromotor eine Stromüberwa­ chungseinrichtung für jede Phase auf. Aus der Phasen­ folge des Stromes kann man die Drehrichtung des Motors ermitteln und somit überwachen. Über die Stromüber­ wachungseinrichtung läßt sich aber auch grundsätzlich die Funktion beziehungsweise der Betrieb des Elektromo­ tors überwachen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Stromüberwa­ chungseinrichtung ein Fehlersignal erzeugt, wenn der tatsächlich fließende Strom von einem vorherbestimmba­ ren Strom um mehr als einen bestimmten Betrag abweicht. Der vorherbestimmbare Strom ist beispielsweise abhängig davon, ob der Motor gerade anläuft oder bereits einen stabilen Zustand erreicht hat. Wenn es hier zu Unstim­ migkeiten kommt, also nicht die erwarteten Ströme in den einzelnen Phasen auftreten, ist dies ein Zeichen dafür, daß Fehler vorliegen. Die Fehlerüberwachungsein­ richtung kann dann beispielsweise entscheiden, ob sie einschreiten muß, bevor ein Fehler kritisch wird.

Auch ist vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Drehge­ schwindigkeit, der Drehrichtung und/oder der Winkelpo­ sition der Pumpe oder der Antriebswelle Signale er­ zeugen. Hierdurch erreicht man eine zusätzliche Mög­ lichkeit für die Überwachung des Lenksystems. Das Sy­ stem kann nun kontrollieren, ob die Pumpe auch wirklich in Betrieb geht, wenn die Elektromotoren mit Strom ver­ sorgt werden. Die Drehrichtung der Pumpe kann überwacht werden, um zu prüfen, ob sie mit der gewünschten Dreh­ richtung übereinstimmt. Hierbei werden weitere Fehler­ möglichkeiten eliminiert, die beispielsweise dann auf­ treten können, wenn die Elektromotoren in einer extre­ men Fehlersituation so rotieren, daß sie das Lenkele­ ment in eine Richtung bringen, die entgegengesetzt zu der mit Hilfe des Lenkhandrades eingestellten ist.

Bevorzugterweise ordnet die Fehlerüberwachungseinrich­ tung auftretende Fehler in eine von mehreren Klassen ein und erzeugt bei Fehlern einer vorbestimmten Klasse eine Warnung. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Reihe von unkritischen Fehlern der normale Betrieb fortgesetzt werden kann. Die Fehler werden gespeichert und erst später, beispielsweise bei einer regulären Wartung oder Inspektion, angezeigt. Treten aber kriti­ sche Fehler auf, so wird unmittelbar eine Warnung er­ zeugt, auch wenn beispielsweise ein weiterer Betrieb möglich ist. Eine typische Situation, die kritisch ist, ohne daß der Betrieb abgebrochen werden muß, wäre in einem System mit drei Regeleinheiten, wenn zwei davon fehlerbehaftet sind. In diesem Fall müßten die Fehler schnellstmöglich behoben werden.

Bevorzugterweise weisen die Regeleinheiten und die Feh­ lerüberwachungseinrichtung jeweils einen Mikroprozessor auf, wobei alle Mikroprozessoren die gleichen Eingangs­ signale von den Sensoreinrichtungen erhalten, die Mi­ kroprozessoren untereinander verbunden sind und ihre Ergebnisse mit den Ergebnissen der anderen Mikroprozes­ soren vergleichen und sie den Mikroprozessor, dessen Ergebnisse nicht mit den anderen Ergebnissen überein­ stimmen, von der Beeinflussung des Lenkelements aus­ schließen. Die Regeleinheiten und die Fehlerüberwa­ chungseinrichtung können identisch aufgebaut sein. Auch die Fehlerüberwachungseinrichtung kann zum Regeln eines Elektromotors mit angeschlossener Pumpe verwendet wer­ den. Im Falle der gleichen Ausgestaltung von Regelein­ heiten und Fehlerüberwachungseinrichtung erfolgt die Fehlererfassung beispielsweise durch eine Art Mehr­ heitsentscheidung. Aber auch unabhängig davon ist eine Fehlererfassung möglich, wenn Zustände in einer Regel­ einheit auftreten, die in sich nicht stimmig sind. Bei diesem bevorzugten Aufbau wird erreicht, daß mindestens zwei Regeleinheiten je für sich die erforderliche Rege­ lung durchführen können. Gleichzeitig macht der dritte Mikroprozessor dieselben Berechnungen wie die beiden anderen. Hierbei wird mit großer Sicherheit ein Fehler so frühzeitig erkannt, daß eine fehlerhafte Regelein­ richtung abgeschaltet werden kann, bevor sie einen nen­ nenswerten Schaden anrichtet.

In einer alternativen Ausgestaltung dazu ist bevorzug­ terweise vorgesehen, daß die Fehlerüberwachungseinrich­ tung einen Mikroprozessor aufweist und die Regeleinhei­ ten durch analoge und/oder digitale Schaltungen gebil­ det sind. In diesem Fall können herkömmliche Regler verwendet werden.

Bevorzugterweise sind die Regeleinheiten hierbei mit einer integrierten Leistungselektronik versehen. Am Ausgang der Regler steht also direkt die elektrische Energie zur Verfügung, die zum Antrieb der Motoren notwendig ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Fehlerüberwachungseinrichtung einen insbesondere auf einen vorbestimmten Prozentsatz der maximal mögli­ chen Regelung begrenzten Einfluß auf das Regelverhalten der Regeleinheiten hat. Hierzu bekommt die Überwa­ chungseinrichtung zweckmäßigerweise die gleichen Daten zugeführt wie die einzelnen Regeleinheiten. Wenn die Differenz zwischen Soll- und Istwert zu groß ist, kann die Überwachungseinrichtung in begrenztem Maße die An­ näherung des Istwerts an den Sollwert beschleunigen. Auch können Abweichungen in der Position des Lenkhand­ rades und Ausschläge des Lenkelements kompensiert wer­ den, um einen Leckagen-Ausgleich zu erreichen. Ein Lenkelement in einem hydraulischen System wird wegen kleiner Leckagen in den Regelventilen seinen Nullpunkt oft langsam verschieben. Selbst in einem System, bei dem die Pumpe dem Lenkelement direkt zugeschaltet ist, können kleine Leckagen vorhanden sein, die zu einer Verschiebung des Nullpunktes führen. Es ist deshalb ein Vorteil, daß das System diese Abweichungen ausgleichen kann. Diese werden im Betrieb ausgeglichen, bevor sie eine nennenswerte Größe annehmen. Durch die Begrenzung der Regelung auf einen Maximalwert wird verhindert, daß die Fehlerüberwachungseinrichtung nicht die Möglichkeit hat, die Kontrolle über die Regeleinheiten zu überneh­ men. Damit wird vermieden, daß Fehler in der Fehler­ überwachungseinrichtung einen schädlichen Einfluß auf den Betrieb haben können. Der größtmöglich auftretende Fehler wird darauf begrenzt, daß das Lenkelement ge­ ringfügig korrigiert werden muß. Dadurch, daß die Feh­ lerüberwachungseinrichtung die Signale direkt von den Sensoren erhält, kann sie die Funktion des Systems un­ mittelbar überprüfen, ohne sich auf abgeleitete Messun­ gen verlassen zu müssen.

Die Begrenzung der Regelung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch eine Beschränkung einer Übertra­ gung von digitalen Daten von der Fehlerüberwachungsein­ richtung zu den Regeleinheiten auf die Bits mit dem kleinsten Stellenwert erfolgen. Beispielsweise kann dies durch die hardwaremäßige Ausbildung eines Daten­ busses erreicht werden, der dazu verwendet wird, die Regeleinheiten mit der Fehlerüberwachungseinrichtung zu verbinden. Hierdurch wird bereits durch den Hardware-Aufbau eine vollständige Sicherheit dafür gewährlei­ stet, daß die Fehlerüberwachungseinrichtung nur einen begrenzten Einfluß auf die Regeleinheit hat. Sogar ein Kurzschluß zwischen den Signalen kann nur kleinere Ab­ weichungen verursachen.

Bevorzugterweise ist das Lenkhandrad über eine Lenk­ handradwelle mit einer Momentbelastungseinheit verbun­ den, die ein von der Bedienungsperson und/oder in Ab­ hängigkeit vom Betriebsverhalten und/oder Betriebs zu­ stand des Fahrzeugs einstellbaren Vorgaben abhängiges Gegenmoment auf das Lenkhandrad erzeugt. Unter Be­ triebsverhalten sind hierbei dynamische Größen wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradgeschwindungkeit oder Lenkwinkel zu verstehen, während sich der Betriebszu­ stand durch andere Parameter, wie Beladung oder Reifen­ fülldruck ausdrücken läßt. Trotz des fehlenden direkten Wirkzusammenhangs zwischen dem Lenkhandrad und dem Lenkelement kann hierbei der Bedienungsperson ein ent­ sprechendes Lenkgefühl vermittelt werden.

Der elektromechanische Umformer kann in einer bevorzug­ ten Ausgestaltung auch mehrere elektrisch betätigbare Ventile aufweisen, die hydraulische Druckflüssigkeit gesteuert einem Lenkmotor zuführen. Hierdurch wird er­ reicht, daß die Erfindung zusammen mit bereits vorhan­ denen Hydraulikeinheiten verwendet werden kann. Der Aufbau kann dadurch redundant gemacht werden, daß meh­ rere Regelventile parallelgeschaltet sind, so daß ein aktives Ventil für die Regelung des Lenkelements aus­ reicht. Die einzelnen Regeleinheiten können die Regel­ ventile dann unabhängig voneinander versorgen.

Hierbei ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgese­ hen, daß die hydraulischen Ventile als Ein-Aus-Ventile ausgebildet sind, die in einer richtungsbestimmenden Brücke angeordnet sind, wobei Kompensationsventile zur Durchflußregelung sowohl im Vorlauf als auch im Rück­ lauf angeordnet sind. Hierdurch erreicht man relativ fehlersichere Hydraulikventile und entkoppelt die Rich­ tungsbestimmung und die Mengenregelung. Durch die Durchströmungsregelung sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf kann der Fluß der Hydraulikflüssigkeit auf mehrere Arten unterbrochen werden. Wenn alle Ventile so ausgebildet sind, daß sie die Durchströmung blockieren, wenn ein Signal ausbleibt, werden sehr fehlersichere Ventile erreicht, die vorteilhaft bei bekannten Lenksy­ stemen verwendet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Abwandlung eines Teils des Systems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Abwandlung des Teils des Systems nach Fig. 1,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform,

Fig. 5 eine Abwandlung eines Teils des Systems nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform.

Ein Lenksystem weist einen Arbeitszylinder 1 und ein Lenkhandrad 11 auf. Der Arbeitszylinder 1 soll sich bei einer Drehung des Lenkhandrades 11 so einstellen, daß ein nicht näher dargestelltes Lenkelement, bei­ spielsweise gelenkte Räder eines Fahrzeugs oder das Ruder eines Schiffes, eine Winkelstellung einnehmen, die der Winkelstellung des Lenkhandrades 11 zugeordnet ist. Zwischen dem Arbeitszylinder 1 und dem Lenkhandrad 11 gibt es keine mechanische Wirkverbindung. Der Ar­ beitszylinder 1 wird vielmehr durch eine Pumpe 2 mit unter Druck gesetzter hydraulischer Flüssigkeit versorgt. Die Pumpe 2 ist reversibel. Ihre Drehrichtung bestimmt die Auslenkrichtung des Arbeitszylinders 1. Die Pumpe 2 wird von zwei Motoren 3, 4 über eine ge­ meinsame Welle 5 angetrieben.

Jeder Motor 3, 4 ist Bestandteil eines Regelkreise 62, 61. Die Regelkreise 62, 61 weisen neben den Motoren 3, 4 jeweils eine Leistungselektronik 7, 8 auf, die mit dem zugehörigen Motor 3, 4 verbunden ist und ihn ge­ steuert mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist eine Motorsteuereinheit 9, 10 vorgesehen, die mit der Leistungselektronik 7, 8 verbunden ist. Die Motorsteu­ ereinheit 9, 10 wiederum ist mit einem Mikrokontroller 26, 27 verbunden. Die Mikrokontroller enthalten Mikro­ prozessoren mit einigen Peripheriebausteinen. Sollwerte werden den Regelkreisen 61, 62 über Lenkhandradsensoren 14, 15 zugeführt, die an einer Lenkhandradwelle 12 an­ geordnet sind und hier eine Drehung des Lenkhandrades 11 erfassen. Hierbei kann, sofern gewünscht, nicht nur die augenblickliche Winkelstellung oder Position des Lenkhandrades 11 erfaßt werden, sondern auch die Dreh­ geschwindigkeit, mit der das Lenkhandrad 11 gedreht wird. Die Lenkhandradwelle 12 wird an ihrem anderen Ende durch eine Momentbelastungseinheit 13 mit einem Moment belastet, so daß eine Bedienungsperson beim Len­ ken einen gewissen Widerstand spürt. Das Moment kann geschwindigkeits- und/oder bedienerabhängig eingestellt sein.

Die Istwerte für die Regelkreise 61, 62 werden mit Hil­ fe von Lenkmotorsensoren 16, 17 erfaßt und den Regel­ kreisen 61, 62 zugeführt. Ferner können noch Antriebs­ wellensensoren 18, 19 vorgesehen sein, die eine Drehung der Welle 5 erfassen.

Zusätzlich zu den Regelkreisen 61, 62 ist ein Mikrokon­ troller 28 vorgesehen, dem die gleichen Eingangswerte von den Sensoren 14 bis 19 zugeführt werden und der über einen Datenbus 29 mit den Mikrokontrollern 26 und 27 verbunden ist.

Jeder Sensor 14 bis 19 ist mit allen Mikrokontrollern 26 bis 28 verbunden. Dies erfolgt beim Lenkhandradsen­ sor 14 über eine Signalleitung 20, beim Lenkhandradsen­ sor 15 über eine Signalleitung 21, beim Antriebswellen­ sensor 18 über eine Signalleitung 22, beim Antriebswel­ lensensor 19 über eine Signalleitung 23, beim Lenkele­ mentsensor 16 über eine Signalleitung 24 und beim Lenk­ elementsensor 17 über eine Signalleitung 25.

Der Mikrokontroller 27 steuert die Motorsteuereinheit 10 über eine Signalleitung 66. Der Mikrokontroller 26 steuert die Motorsteuereinheit 9 über eine Signallei­ tung 67. Die Motorsteuereinheit 10 meldet den im Motor 4 fließenden Strom über eine Signalleitung 64 an alle drei Mikrokontroller 26 bis 28 zurück. In gleicher Wei­ se meldet die Motorsteuereinheit 9 den im Motor 3 flie­ ßenden Strom über eine Signalleitung 65 an alle Mikro­ kontroller 26 bis 28 zurück. Jeder Mikrokontroller 26 bis 28 verfügt über je zwei Stopp-Ausgänge 32, 33 bzw. 30, 31 oder 34, 35.

Über den Datenbus 29 werden die Eingangssignale und die daraus berechneten Ergebnisse der drei Mikrokontroller 26 bis 28 miteinander verglichen. Hierdurch wird ermög­ licht, daß die drei Mikrokontroller 26 bis 28 gemeinsam "beschließen" können, ob ein Regelkreis 61, 62 oder ein Element davon defekt ist und deswegen die Motorsteuer­ einheit 9 oder die Motorsteuereinheit 10 stillgesetzt werden können. Da jeder Mikrokontroller 26 bis 28 mit einem seiner beiden Stopp-Ausgänge 31 bis 36 mit einer der Motorsteuereinheiten 9, 10 verbunden ist, kann auch jeder Mikrokontroller 26 bis 28 jede Motorsteuereinheit stillsetzen. Das in den Mikrokontrollern 26 bis 28 ab­ gewickelte Programm sorgt dafür, daß nur ein Regelkreis gleichzeitig ausgeschaltet werden kann. Auch wenn ein Motor ausfällt, kann die Pumpe 2 weiterbetrieben wer­ den. Der verbleibende Motor muß dann zwar einen leer­ laufenden Motor mitziehen und eine etwas höhere Lei­ stung aufbringen. Dies kann jedoch bei der Auslegung des Systems berücksichtigt werden.

Fig. 2 zeigt einen Teil des Lenksystems in einer abge­ wandelten Ausgestaltung. Gleiche Teile sind mit glei­ chen Bezugszeichen versehen. Die einzelne Pumpe 2 ist nun durch zwei Pumpen 2, 63 ersetzt. Jede Pumpe 2, 63 ist über eine getrennte Welle 5, 6 mit den Motoren 4, 3 verbunden. Die beiden Pumpen 2, 63 speisen die Hydrau­ likflüssigkeit über einen Ventilblock 68 in den Ar­ beitszylinder 1 ein. Ansonsten ist diese Ausgestaltung mit der der Fig. 1 identisch.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung in einem Teil des Systems nach Fig. 1. Die beiden Pumpen 2, 63 sind auf einer gemeinsamen Welle 5 angeordnet, auf der auch die beiden Motoren 3, 4 angeordnet sind.

In den Fig. 2 und 3 ist das System selbst bei Ausfall einer Pumpe betriebsfähig.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Systems, bei der gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das System ist unter Ver­ wendung von analoger Technik oder festverdrahteter Technik aufgebaut. Die Regelkreise 61, 62 werden von einem Mikrokontroller 38 überwacht, der bestimmt, wel­ cher der beiden Regelkreise 61, 62 in Aktion tritt, also ein- oder ausgeschaltet werden muß. Außerdem hat der Mikrokontroller 38 einen begrenzten Einfluß auf die Regelkreise 61, 62′, so daß gewisse Abweichungen, wie Nullpunktverschiebungen, kompensiert werden können, ohne daß allerdings der Mikrokontroller 38 einen über­ mäßigen Einfluß auf den Betrieb des Steuersystems be­ kommt.

Die beiden Regelkreise 61, 62 sind gleich, aber unab­ hängig voneinander aufgebaut. Der Regelkreis 61 weist einen Meßverstärker 36 auf, der über eine Signalleitung 39 mit dem Lenkhandradsensor 14 verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Meßverstärkers 36 ist mit dem Mi­ krokontroller 38 verbunden. Vom Meßverstärker 36 werden Signale über eine Signalleitung 44 zur Motorsteuerein­ heit 10 geführt. Von hier führt eine Signalleitung 54 zur Leistungselektronik 8, die über eine dreiphasige Leitung mit dem Elektromotor 4 verbunden ist. Die Lei­ stungselektronik 8 liefert Informationen über den im Motor 4 fließenden Strom über eine Signalleitung 52 zurück an die Motorsteuereinheit 10. Der andere Regel­ kreis 62 ist entsprechend aufgebaut. Ein Meßverstärker 37, der über eine Signalleitung 40 mit dem Lenkhandrad­ sensor 15 in Verbindung steht, ist über eine Signallei­ tung 43 mit der Motorsteuereinheit 9 verbunden, die über eine Signalleitung 53 mit der Leistungselektronik 7 verbunden ist. Diese ist einerseits über eine drei­ phasige Leitung mit dem Elektromotor 3 verbunden, ande­ rerseits über eine Signalleitung 51 mit der Motorsteu­ ereinheit 9, um Informationen über den im Motor 3 flie­ ßenden Strom an die Motorsteuereinheit 9 zurückzumel­ den.

Die Antriebswellensensoren 18, 19 sind über Signallei­ tungen 50, 49 sowohl mit den Motorsteuereinheiten 9, 10 als auch mit dem Mikrokontroller 38 verbunden.

Der Mikrokontroller 38 hat zwei Kompensationsausgänge, die über Signalleitungen 41, 42 mit weiteren Eingängen der Meßverstärker 36, 37 verbunden sind. Der Mikrokon­ troller 38 steht über die Signalleitung 25 mit dem Lenkelementsensor 17 in Verbindung. Deswegen kann der Mikrokontroller 38 das Ist-Ergebnis am Arbeitszylinder 1 mit den Soll-Vorgaben von den Lenkhandradsensoren 14, 15 vergleichen.

Die Motorsteuereinheiten 9, 10 überwachen mit Hilfe der Antriebswellensensoren 18, 19 die Wellen-Drehgeschwin­ digkeit und damit die Drehzahl der Motoren 3, 4. Die Motorsteuereinheiten 9, 10 signalisieren Fehler über Signalleitungen 47, 48 zum Mikrokontroller 38. Der Mi­ krokontroller 38 kann danach ein Stoppsignal an eine der Motorsteuereinheiten 9, 10 über Signalleitungen 45, 46 abgeben.

Mit Hilfe der Phasenstromüberwachung über die Signal­ leitungen 51, 52 und der Antriebswellensensoren 18, 19 läßt sich feststellen, ob die Drehrichtung der Motoren 3,4 und damit die Wirkrichtung der Pumpe 2 den Vorgaben entsprechen. Außerdem lassen sich Fehler, d. h. Abwei­ chungen von vorgegebenen Sollwerten recht frühzeitig erkennen.

Fig. 5 zeigt eine Abweichung von der Ausgestaltung nach Fig. 4. Die beiden dreiphasigen Motoren 3, 4 sind durch einen fünfphasigen Motor 55 ersetzt, der über die Welle 5 die Pumpe 2 antreibt. Entsprechend sind auch die bei­ den Leistungselektroniken 7, 8 ersetzt durch eine fünf­ phasige Leistungselektronik 56, die von den beiden Mo­ torsteuereinheiten 57, 58 angesteuert wird. Die Lei­ stungselektronik 56 meldet die Phasenströme über eine Signalleitung 69 an die Motorsteuereinheiten 57, 58 zurück. Die Motorsteuereinheiten 57, 58 können so aus­ gebildet sein, daß sie fünfphasige Signale an die Lei­ stungselektronik 56 liefern. Die Leistungselektronik 56 kann aus fünf getrennten Einheiten aufgebaut sein, so daß Fehler in einer Einheit die Funktion der übrigen Einheiten nicht beeinflussen. Ein fünfphasiger Motor funktioniert auch dann, wenn eine Phase nicht wirkt. Entsprechende Leistungsverluste können durch eine ent­ sprechende Dimensionierung im voraus berücksichtigt werden.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausgestaltung, bei der gleiche und entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen sind.

Die Meßverstärker von Fig. 4 sind nun in die Motor­ steuereinheiten 59, 60 integriert. Die Lenkhandradsen­ soren 14, 15 weisen zwei Signalleitungen auf, so daß sie Richtungs- und Geschwindigkeitssignale über ge­ trennte Signalleitungen abgeben können. Ansonsten ist die Funktionsweise die gleiche wie in Fig. 5.

Claims (22)

1. Lenksystem für Fahrzeuge oder Schiffe mit einem Lenkhandrad und einem Lenkelement ohne mechanische Wirkverbindung dazwischen, mit einer Lenkhandrad-Sensoreinrichtung, einer Lenkelement-Sensoreinrich­ tung und einer Steuereinrichtung, die einen elek­ tromechanischen Umformer, an dessen Abgangsseite das Lenkelement angeordnet ist, in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensoreinrichtungen betä­ tigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung mindestens zwei voneinander unabhängige Regeleinheiten (61, 62) aufweist, wobei eine Feh­ lerüberwachungseinrichtung (28; 38) vorgesehen ist, die eine defekte Regeleinheit (61, 62) von der Be­ einflussung des Lenkelements (1) ausschließt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Sensoreinrichtung (14, 15, 16, 17) mehrere, insbesondere eine der Zahl der Regelein­ heiten (61, 62) entsprechende Anzahl von unabhängig voneinander arbeitenden Sensoren aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektromechanische Umformer mindestens einen Elektromotor (3, 4, 55) aufweist, der minde­ stens eine reversible Pumpe (2, 63) antreibt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Regeleinheit (61, 62) mit mindestens einem Elektromotor (3, 4, 55) verbunden ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektromotoren eine gemeinsame Pumpe (2) antreiben.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Elektromotoren einen gemeinsamen Rotor und getrennte Statorwicklungen aufweisen, wobei mindestens zwei Statorwicklungen von verschiedenen Regeleinheiten gesteuert sind.

7. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Elektromotor eine eigene Pumpe an­ treibt (Fig. 2).

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pumpen eine gemeinsame Antriebswelle (5) aufweisen (Fig. 3).

9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3, 4, 55) als Mehrphasenmotor mit mindestens drei Phasen ausge­ bildet ist, wobei jeder Motor durch eine Motor­ steuerungseinrichtung (9, 10, 57, 58, 59, 60), die wiederum durch die Regeleinheit steuerbar ist, an­ gesteuert ist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (55) mindestens fünf Phasen aufweist, von denen mindestens zwei in Abhängigkeit von jeweils getrennten Regeleinheiten (61, 62) ansteuerbar sind.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Elektromotor (3, 4, 55) eine Stromüberwachungseinrichtung für jede Phase auf­ weist.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromüberwachungseinrichtung ein Fehlersi­ gnal erzeugt, wenn der tatsächlich fließende Strom von einem vorherbestimmbaren Strom um mehr als ei­ nen bestimmten Betrag abweicht.

13. System nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sensoren (18, 19) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit, der Drehrichtung und/oder der Winkelposition der Pumpe (2, 63) oder der Antriebs­ welle (5, 6) Signale erzeugt.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerüberwachungseinrich­ tung (28; 38) auftretende Fehler in eine von mehre­ ren Klassen einordnet und bei Fehlern einer vorbe­ stimmten Klasse eine Warnung erzeugt.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit und die Feh­ lerüberwachungseinrichtung jeweils einen Mikropro­ zessor (26-28) aufweisen, daß alle Mikroprozessoren die gleichen Eingangssignale von den Sensoreinrich­ tungen (14-19) erhalten, daß die Mikroprozessoren untereinander verbunden sind und ihre Ergebnisse mit den Ergebnissen der anderen Mikroprozessoren vergleichen und daß sie den Mikroprozessor, dessen Ergebnisse nicht mit den anderen Ergebnissen über­ einstimmt, von der Beeinflussung des Lenkelements (1) ausschließen.

16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerüberwachungseinrich­ tung einen Mikroprozessor (38) aufweist und die Regeleinheiten (61, 62) durch analoge und/oder di­ gitale Schaltungen gebildet sind.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheiten (61, 62) mit einer inte­ grierten Leistungselektronik versehen sind.

18 System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerüberwachungseinrich­ tung (28; 38) einen insbesondere auf einen vorbe­ stimmten, Prozentsatz der maximal möglichen Regelung begrenzten Einfluß auf das Regelverhalten der Re­ geleinheiten (61, 62) hat.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Regelung durch eine Be­ schränkung einer Übertragung von digitalen Daten von der Fehlerüberwachungseinrichtung (38) zu den Regeleinheiten (61, 62) auf die Bits mit dem klein­ sten Stellenwert erfolgt.

20. System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkhandrad (11) über eine Lenkhandradwelle (12) mit einer Momentbelastungs­ einheit (13) verbunden ist, die ein von der Bedie­ nungsperson und/oder in Abhängigkeit vom Betriebs­ verhalten und/oder Betriebszustand des Fahrzeugs einstellbaren Vorgaben abhängiges Gegenmoment auf das Lenkhandrad (11) erzeugt.

21. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der elektromechanische Umformer mehrere elektrisch betätigbare Ventile aufweist, die hy­ draulische Druckflüssigkeit gesteuert einem Lenk­ element zuführen.

22. System nach Anspruch, 21, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Ventile als Ein-Aus-Ventile ausgebildet sind, die in einer richtungsbestimmen­ den Brücke angeordnet sind, wobei Kompensationsven­ tile zur Durchflußregelung sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf angeordnet sind.