BE1030678B1 - Steer-by-Wire-Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden Feedback-Aktuators in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine (11) umfassenden Feedback-Aktuators (10) in einem Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Feedback-Aktuator (10) in einem Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betrieben wird, und wobei die elektrische Maschine (11) ausgebildet ist, in dem Motorbetrieb ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrehmoment bereitzustellen, wobei in dem Motorbetrieb das von der elektrischen Maschine (11) bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, sodass das bereitgestellte Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrehmoment ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1) umfassend eine Lenkwelle (2), eine drehtest an der Lenkwelle (2) angeordnete Lenkhandhabe (7) und einen Feedback-Aktuator (10) mit einer elektrischen Maschine (11), die ausgebildet ist, in einem Motorbetrieb des Feedback-Aktuators (10) ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrehmoment bereitzustellen, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) ausgebildet ist, den Feedback-Aktuator (10) nach einem vorstehend genannten Verfahren zu betreiben.
Description
1 BE2022/5523
Steer-by-Wire-Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden Feedback-Aktuators in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden
Feedback-Aktuators in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, wobei der Feedback-Aktuator in einem Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betrieben wird, und wobei die elektrische
Maschine ausgebildet ist, in dem Motorbetrieb ein drehzahlabhängiges maximales
Betriebsdrehmoment bereitzustellen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Lenkwelle, eine drehfest an der Lenkwelle angeordnete Lenkhandhabe und einen eine elektrische Maschine aufweisenden Feedback-Aktuator, der ausgebildet ist, in einem
Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betrieben zu werden und dabei ein Drehmoment beziehungsweise ein Lenkwiderstands-Drehmoment auf die Lenkwelle auszuüben. Die elektrische Maschine ist dabei ausgebildet, in dem Motorbetrieb ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrenmoment bereitzustellen.
In einem klassischen Lenksystem für ein Kraftfahrzeug wird ein Lenkbefehl, welcher durch einen
Fahrer über ein Lenkeingabemittel auf einen Lenkstrang eingebracht wird, mittels einer mechanischen Kopplung an ein Lenkgetriebe übertragen, wo eine dem Lenkbefehl entsprechende Verdrehung mindestens eines lenkbaren Rades bewirkt wird. Aus dem Stand der
Technik ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 353 968 B1 bekannt, dass ein klassisches
Lenksystem dahingehend erweitert werden kann, dass ein Elektromotor den über das
Lenkeingabemittel eingegebenen Lenkbefehl mittels einer Wirkverbindung zum Lenksystem unterstützt. Dadurch wird das Drehmoment verringert, das von einem Fahrer eines
Kraftfahrzeugs auf das Lenkeingabemittel aufgebracht werden muss, um eine bestimmte
Verdrehung des mindestens einen lenkbaren Rades zu erzielen. Dennoch existiert — auch bei einem Ausfall des Elektromotors — eine mechanische Verbindung zwischen Lenkeingabemittel und dem mindestens einen lenkbaren Rad, sodass eine Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs auch bei
Elektronikproblemen weiterhin gewährleistet ist.
Gattungsgemäße Verfahren beziehungsweise Steer-by-Wire-Lenksystem sind dabei aus den
Druckschriften DE 10 2019 101811 A1, DE 10 2017 201207 A1 und US 6 712 175 B2 bekannt.
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Aus dem Stand der Technik sind als eine weitere Fortbildung solcher elektromechanischer
Lenksysteme Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge bekannt. Dabei gibt es zumindest im Normalbetrieb keine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkeingabemittel und dem
Lenkgetriebe. Stattdessen wird der Lenkbefehl mittels Sensoren erfasst und in ein elektrisches
Signal umgewandelt, welches dann an einen Elektromotor, der mit dem Lenkgetriebe wirkverbunden ist, weitergeleitet wird, um eine dem Lenkbefehl entsprechende Verdrehung des mindestens einen lenkbaren Rades zu bewirken. Ein solches Steer-by-Wire-Lenksystem offenbart beispielsweise die Druckschrift DE 10 2018 115 329 A1. Steer-by-Wire-Lenksysteme bringen diverse Vorteile mit sich. So wird bei Steer-by-Wire-Lenksystemen beispielsweise weniger
Bauraum benötigt. Zudem werden die benötigten Bauelemente mechanisch weniger stark beansprucht, als die benötigten Bauelemente bei klassischen Lenksystemen.
Neben den Vorteilen solcher Steer-by-Wire Lenksysteme entstehen durch die mechanische
Entkopplung zwischen Lenkeingabemittel und Lenkgetriebe neue Probleme, die einer zuverlässigen Lösung bedürfen, um ein sicheres Fahren sicherzustellen. Da kein direktes
Feedback über den Straßenzustand über das Lenksystem zum Fahrer gelangt, wird beispielsweise mittels eines Aktuators, welcher mit dem Lenkeingabemittel wirkverbunden ist, ein solches Feedback simuliert. Solche Aktuatoren sind auch als Feedback-Aktuatoren bekannt und umfassen zur Erzeugung des Feedbacks für den Fahrer eine elektrische Maschine. Beim
Betrieb eines Kraftfahrzeugs kann die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb betrieben werden, um ein für den Fahrer wahrnehmbares Lenkwiderstands-Drehmoment zu erzeugen, und in einem Motorbetrieb betrieben werden. In einem Motorbetrieb kann beispielsweise ein für einen
Fahrer wahrnehmbares Signal auf die Lenkhandhabe aufgebracht werden, beispielsweise wenn erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug eine Fahrspur verlässt. Auch bei einem autonomen oder teilautonomen Fahren, beispielsweise bei einem automatisierten Einparken eines Kraftfahrzeugs, kann die elektrische Maschine des Feedback-Aktuators in dem Motorbetrieb betrieben werden.
Problematisch dabei ist, dass bislang durch eine geeignete Überwachung sichergestellt werden muss, dass der Feedback-Aktuator mit der elektrischen Maschine nicht ungewollt in einem
Motorbetrieb betrieben wird, um eine unsichere Fahrsituation zu verhindern.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes
Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden Feedback-Aktuators in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs sowie ein verbessertes Steer-by-Wire-Lenksystem für
3 BE2022/5523 ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, wodurch die Sicherheit für Kraftfahrzeugnuter vorteilhafterweise erhöht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren sowie ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den
Figuren dargestellt.
Die vorgeschlagene Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden Feedback-Aktuators in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs vor, wobei der
Feedback-Aktuator in einem Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betrieben wird, und wobei die elektrische Maschine ausgebildet ist, in dem Motorbetrieb ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrehmoment bereitzustellen, wobei in dem Motorbetrieb das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, sodass das bereitgestellte
Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrehmoment ist. Das maximale
Betriebsdrehmoment ist dabei insbesondere ein Drehmoment, das die elektrische Maschine aufgrund ihrer Beschaffenheit für einen Betrieb in dem Motorbetrieb bereitstellen könnte, insbesondere auch für einen Dauerbetrieb, insbesondere ohne durch den Betrieb mit dem maximalen Betriebsdrehmoment beschädigt zu werden. Die Begrenzung des von der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb bereitgestellten Drehmoments ist insofern insbesondere keine Begrenzung, die Bauart bedingt wäre, oder die erfolgen würde, um die elektrische Maschine schadlos zu halten. Vielmehr liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, das in dem Motorbetrieb der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment vorteilhafterweise derart zu begrenzen, dass ein Fahrer vorteilhafterweise immer gegen das bereitgestellte Drehmoment gegensteuern und dieses überwinden kann, wenn der Fahrer ein entsprechendes Gegenmoment auf die Lenkhandhabe aufbringt. Ein fehlerhaftes Selbstlenken oder ein fehlerhaft auf die Lenkwelle aufgebrachtes Drehmoment kann somit vorteilhafterweise durch den Fahrer überwunden werden, wodurch die Sicherheit vorteilhafterweise erhöht wird. Die
Begrenzung des bereitgestellten Drehmoments erfolgt vorteilhafterweise steuerungstechnisch, insbesondere unter Nutzung einer dem Feedback-Aktuator zugeordneten Steuereinheit, wobei die Steuereinheit insbesondere eine entsprechend eingerichtete Mikrocontrollereinheit sein kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass für den Motorbetrieb des
Feedback-Aktuators eine Drehmomentkennlinie vorgegeben wird, wobei das von der elektrischen
Maschine in dem Motorbetrieb bereitgestellte Drehmoment vorteilhafterweise derart begrenzt
4 BE2022/5523 wird, dass die Drehmomentkennlinie von dem bereitgestellten Drehmoment nicht überschritten wird. Vorteilhafterweise ist die Drehmomentkennlinie eine drehzahlabhängige
Drehmomentkennlinie. Dabei wird vorteilhafterweise bei geringer Drehzahl der elektrischen
Maschine ein höheres Drehmoment erlaubt, als bei höheren Drehzahlen. Vorteilhafterweise ist es hierdurch für einen Fahrer weiter vereinfacht, ein fehlerhaft erzeugtes Motormoment zu überwinden, wodurch die Sicherheit weiter verbessert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ab einem vorgegebenen Drehzahlwert das bereitstellbare Drehmoment für sämtliche darüber liegenden Drehzahlen auf einen konstanten Wert begrenzt wird. Vorteilhafterweise wird das in dem Motorbetrieb der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment derart begrenzt, dass es niedriger ist, als ein in dem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine maximal bereitstellbares Lenkwiderstands-Drehmoment.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das von der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb des Feedback-Aktuators bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, insbesondere zusätzlich begrenzt wird, wenn eine vorgegebene Beschleunigung einer Drehung einer Lenkwelle des
Lenksystems in dem Motorbetrieb überschritten wird. Vorteilhafterweise wird hierdurch die
Sicherheit weiter erhöht.
Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das von der elektrischen
Maschine in dem Motorbetrieb des Feedback-Aktuators bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, insbesondere zusätzlich begrenzt wird, wenn eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit einer
Lenkwelle des Lenksystems in dem Motorbetrieb überschritten wird. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Sicherheit weiter erhöht.
Weiter vorteilhaft wird bei einer Drehgeschwindigkeit einer Lenkwelle des Lenksystems in einem
Intervall zwischen 100 deg/sec (deg: degree (Grad); sec: second (Sekunde)) und 150 deg/sec das von der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb des Feedback-Aktuators bereitgestellte
Drehmoment auf einen Wert begrenzt, insbesondere auf einen Wert in einem Intervall zwischen 3 Nm (Nm: Newtonmeter) und 5 Nm begrenzt. Vorteilhafterweise erfolgt die Begrenzung dabei gemäß einer vorgegebenen Kennlinie, wobei vorteilnafterweise die Begrenzung mit zunehmender
Drehgeschwindigkeit zunimmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Drehmoment bei einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle von 100 deg/sec auf 5 Nm begrenzt wird und vorteilhafterweise bei einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle von 150 deg/sec auf 3 Nm begrenzt wird. Die Begrenzung des Drehmoments zwischen einer Drehgeschwindigkeit von 100 deg/sec und 150 deg/sec erfolgt vorteilhafterweise kontinuierlich von 5 Nm auf 3 Nm.
Insbesondere wird bei einem Überschreiten einer Drehgeschwindigkeit einer Lenkwelle des
Lenksystems von 150 deg/sec das von der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb des
Feedback-Aktuators bereitgestellte Drehmoment weiter begrenzt, insbesondere auf einen Wert 5 von O0 Nm begrenzt. Das heißt, dass bei einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle, die mehr als 150 deg/sec beträgt, vorteilhafterweise kein Motorbetrieb mehr erfolgt. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Sicherheit weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein
Motorbetrieb des Feedback-Aktuators auf die folgenden Betriebssituationen beschränkt wird:
Rückstellen einer Lenkhandhabe des Lenksystems in eine Ausgangsposition und/oder
Einbringen einer Vibration in eine Lenkhandhabe des Lenksystems als Hinweisfunktion. Das
Rückstellen der Lenkhandhabe in die Ausgangsposition meint insbesondere das Rückstellen der
Lenkhandhabe in eine Mittenposition, in der eine Geradeausfahrt eines Kraftfahr erfolgt. Das
Einbringen einer Vibration in eine Lenkhandhabe des Lenksystems als Hinweisfunktion kann insbesondere von Assistenzsystemen des Kraftfahrzeugs initiiert werden, beispielsweise von einem Spurhalteassistenten bei einem Erkennen eines möglichen Verlassens der Fahrspur.
Vorteilhafterweise sind für die genannten Betriebssituationen keine hohen Drehmomente beim
Betrieb der elektrischen Maschine des Feedback-Aktuators im Motorbetrieb erforderlich. Die
Sicherheit durch diese weitere Beschränkung wird somit vorteilhafterweise weiter erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in dem Generatorbetrieb des Feedback-Aktuators ein von der elektrischen Maschine bereitstellbares einen
Lenkwiderstand erzeugendes drehzahlabhängiges maximales Lenkwiderstands-
Betriebsdrehmoment erlaubt wird. Das maximale Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment ist dabei insbesondere ein Lenkwiderstands-Drehmoment, das die elektrische Maschine aufgrund inrer Beschaffenheit für einen Betrieb in dem Generatorbetrieb bereitstellen könnte, insbesondere auch für einen Dauerbetrieb, insbesondere ohne durch den Betrieb mit dem maximalen Lenkwiderstands-Betriebsdrenmoment beschädigt zu werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass für den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine höhere Drenmomente erlaubt sind, als für den Motorbetrieb der elektrischen Maschine des Feedback-Aktuators.
Insbesondere ist vorgesehen, dass in dem Generatorbetrieb das maximale Lenkwiderstands-
Betriebsdrehmoment einen Wert in einem Intervall zwischen 15 Nm und 30 Nm aufweist.
Vorteilhafterweise wird das maximale Lenkwiderstands-Betriebsdrenmoment mit zunehmender
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Drehzahl kontinuierlich von 30 Nm auf 15 Nm reduziert, insbesondere gemäß einer vorgegebenen Kennlinie. Vorteilhafterweise ist hierdurch das Lenkgefühl für den Fahrer verbessert.
Das des Weiteren mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkwelle, eine drehfest an der Lenkwelle angeordnete
Lenkhandhabe und einen eine elektrische Maschine aufweisenden Feedback-Aktuator, der ausgebildet ist, in einem Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betrieben zu werden und dabei ein Drehmoment beziehungsweise ein Lenkwiderstands-Drehmoment auf die Lenkwelle auszuüben. Die elektrische Maschine ist dabei ausgebildet, in dem Motorbetrieb ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrehmoment bereitzustellen, wobei das Steer-by-Wire-
Lenksystem ausgebildet ist, den Feedback-Aktuator gemäß einem erfindungsgemäßen
Verfahren zu betreiben, insbesondere gemäß einem Verfahren, welches die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in Kombination aufweist. Insbesondere ist das Steer-by-Wire-
Lenksystem ausgebildet, in dem Motorbetrieb das von der elektrischen Maschine bereitgestellte
Drehmoment zu begrenzen, sodass das bereitgestellte Drehmoment kleiner als das maximale
Betriebsdrehmoment ist. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Synchronmotor, insbesondere ein Permanentmagnet-Synchronmotor. Mit dem vorgeschlagenen Steer-by-Wire-
Lenksystem wird die Sicherheit für Kraftfahrzeugnutzer von Kraftfahrzeugen mit einem solchen
Steer-by-Wire-Lenksystem vorteilhafterweise erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem eine elektronische Schaltung, die ausgebildet ist, einen Strom beziehungsweise eine Spannung zum
Betreiben der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb beim Betreiben des Feedback-
Aktuators schaltungstechnisch zu begrenzen. Durch die Begrenzung des Stroms beziehungsweise der Spannung in dem Motorbetrieb wird vorteilhafterweise auch das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment begrenzt, sodass das bereitgestellte
Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrehmoment ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Bauteile der elektronischen Schaltung derart dimensioniert sind, dass eine dauerhafte, durch die Bauteile bedingte, fest vorgegebene Begrenzung des Stroms beziehungsweise der Spannung erfolgt. Vorteilhafterweise ist hierdurch eine gleichbleibende
Begrenzung des von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoments, sodass das bereitgestellte Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrehmoment ist, gewährleistet und somit die Sicherheit weiter erhöht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem alternativ oder zusätzlich eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Feedback-Aktuators umfasst, wobei die
Steuereinheit vorteilhafterweise eingerichtet ist, durch eine Ansteuerung der elektrischen
Maschine in dem Motorbetrieb das von der elektrischen Maschine in dem Motorbetrieb des
Feedback-Aktuators bereitgestellte Drehmoment beim Betreiben des Feedback-Aktuators zu begrenzen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eine ECU (ECU: Electronic
Control Unit), weiter insbesondere eine entsprechend eingerichtete Mikrocontrollereinheit, ist.
Gemäß einer Ausgestaltungsvariante ist die Steuereinheit vorteilhafterweise derart eingerichtet, dass in dem Motorbetrieb das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, sodass das bereitgestellte Drehmoment kleiner als das maximale
Betriebsdrehmoment ist, wenn eine Diagnoseeinrichtung ein mögliches Problem im Hinblick auf die Funktionalität des Feedback-Aktuators erkannt hat. Vorteilhafterweise ist hierdurch die
Sicherheit weiter erhöht.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im
Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig.1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-Lenksystem; und
Fig. 2 in einer Diagrammdarstellung ein Ausführungsbeispiel für eine bei der Ausführung eines
Verfahrens zum Betreiben eines eine elektrische Maschine umfassenden Feedback-
Aktuators in einem Lenksystem erfindungsgemäß vorgesehene Begrenzung des von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoments.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Steer-by-Wire-
Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 umfasst eine
Lenksäule mit einer Lenkwelle 2, wobei an einem Ende der Lenkwelle 2 eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 7 drehfest angeordnet ist. Über die Lenkhandhabe 7 kann ein
Fahrer einen Lenkbefehl vorgeben. Die Lenkhandhabe lässt sich dabei in bekannter Weise drehen, um ein Drehmoment als Lenkbefehl in die Lenkwelle 2 einzubringen, der sensorisch erfasst wird, wobei insbesondere Sensorsignale S1 bezüglich eines aufgebrachten Drehwinkels, eines aufgebrachten Drehmoments und einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle 2 erfasst werden.
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Des Weiteren umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 in diesem Ausführungsbeispiel ein
Lenkgetriebe 3 mit einem als Lenkritzel ausgebildeten Lenksteller 5 und einen als Zahnstange ausgebildeten Koppelelement 6. Der Lenksteller 5 umfasst dabei einen Elektromotor 9, der
Insbesondere als dreiphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet sein kann. Mit dem Elektromotor 9 lässt sich der Lenksteller 5 zur Einwirkung auf das Koppelelement 6 und zur
Auslösung einer Lenkbewegung von lenkbaren Rädern 4, die insbesondere über Spurstangen 8 mit dem Koppelelement 6 verbunden sind, antreiben. Die Spurstangen 8 selbst sind in bekannter
Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 4 verbunden.
In einem Normalbetriebsmodus des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 werden die erfassten
Sensorsignale S1 als erfasster Lenkbefehl an eine Steuereinheit 12 des Steer-by-Wire-
Lenksystems 1, insbesondere eine ECU (ECU: Electronic Control Unit), gesendet. Die
Steuereinheit 12 generiert insbesondere basierend auf den empfangenen Sensorsignalen $1 ein
Steuersignal C2. Das Steuersignal C2 wird zur Umsetzung des erfassten Lenkbefehls in die
Lenkbewegung der lenkbaren Räder 4 an den Elektromotor 9 des Lenkstellers 5 gesendet. Der
Elektromotor 9 setzt das empfangene Steuersignal C2 daraufhin in eine Rotationsbewegung des
Lenkstellers 5 um, wobei der Lenksteller 5 diese Rotationsbewegung in eine entsprechende translatorische Bewegung des Koppelelements 6, umsetzt, die zur Einstellung des Lenkwinkels der lenkbaren Räder 4 führt.
Das Steer-by-Wire-Lenksystems 1 umfasst des Weiteren einen eine elektrische Maschine 11 aufweisenden Feedback-Aktuator 10, der ausgebildet ist, in einem Motorbetrieb M1, M2 und in einem Generatorbetrieb G1, G2 betrieben zu werden und dabei ein Drehmoment beziehungsweise ein Lenkwiderstands-Drenmoment auf die Lenkwelle 2 auszuüben, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 noch weiter erläutert wird. Die elektrische Maschine 11 ist dabei dafür ausgelegt, in dem Motorbetrieb M1, M2 ein drehzahlabhängiges maximales
Betriebsdrehmoment BD_max bereitzustellen, wobei in dem Motorbetrieb M1, M2 das von der elektrischen Maschine 11 bereitgestellte Drenmoment begrenzt wird, sodass das bereitgestellte
Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrenmoment BD_max ist.
In Fig. 2 ist ein kartesisches Koordinatensystem mit einer Abszissenachse und einer
Ordinatenachse dargestellt, wobei auf der Abszissenachse eine Drehzahl w der Lenkwelle 2 des
Steer-by-Wire-Lenksystems 1 und auf der Ordinatenachse ein Drehmoment NM, das von der elektrischen Maschine 11 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 erzeugt wird, aufgetragen ist. Der
9 BE2022/5523 positive Abschnitt der Abszissenachse beschreibt dabei in diesem Ausführungsbeispiel eine
Rechtsdrehung der Lenkwelle 2 und der negative Abschnitt der Abszissenachse eine
Linksdrehung der Lenkwelle 2. In dem ersten Quadranten und dem dritten Quadranten des
Koordinatensystems ist dabei ein Motorbetrieb M1, M2 der elektrischen Maschine 11 dargestellt und in dem zweiten Quadranten und dem vierten Quadranten ein Generatorbetrieb G2, G1 der elektrischen Maschine 11.
Dabei ist in dem ersten und dem dritten Quadranten des Koordinatensystems gestrichelt das maximale Betriebsdrehmoment BD_max dargestellt, welches von der elektrischen Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 grundsätglich bereitgestellt werden könnte. Allerdings wird das von der elektrischen Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 bereitgestellte Drehmoment derart begrenzt, dass die vorgegebene Drehmomentkennlinie DK von dem bereitgestellten
Drehmoment nicht überschritten wird. Die Drehmomentkennlinie DK ist dabei in diesem
Ausführungsbeispiel eine Drehzahl w abhängige Drehmomentkennlinie. Die
Drehmomentkennlinie fällt dabei bis zu einer vorgegebenen Drehzahl w1 steil ab, insbesondere auf einen Wert von 3,5 Nm, und wird dann bis zu einer Drehzahl w2 konstant auf diesem Wert gehalten, um dann bis zu einer Drehzahl w_max auf 0 Nm abzufallen.
Dagegen wird in dem Generatorbetrieb G1, G2 des Feedback-Aktuators 10 ein von der elektrischen Maschine 11 bereitstellbares, einen Lenkwiderstand erzeugendes, drehzahlabhängiges maximales Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment LD_max erlaubt.
Insbesondere kann das maximale Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment LD_max bei niedrigen
Drehzahlen 30 Nm betragen und bei hohen Drehzahlen auf immer noch bis zu 15 Nm absinken.
Jenseits der Drehzahl w_max fällt auch das maximale Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment auf
ONmab.
Insbesondere kann der Feedback-Aktuator im Generatorbetrieb G1, G2 ein Lenkwiderstands-
Drehmoment bereitstellen, um einem Fahrer ein natürliches Lenkgefühl zu vermitteln. Zudem kann mittels der elektrischen Maschine 11 des Feedback-Aktuators 10 die Lenkhandhabe 7 im
Motorbetrieb M1, M2 nach einer Lenkbewegung wieder in die Ausgangsposition, bei der die lenkbaren Räder 4 eines Kraftfahrzeugs in Geradeausfahrtrichtung ausgerichtet sind, zurückbewegen. Des Weiteren kann mittels der elektrischen Maschine 11 des Feedback-
Aktuators 10 im Motorbetrieb M1, M2 eine Vibration in die Lenkhandhabe 7 des Steer-by-Wire-
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Lenksystems 1 als Hinweisfunktion eingebracht werden. Vorzugsweise ist der Motorbetrieb M1,
M2 des Feedback-Aktuators auf diese vorgenannten Betriebssituationen beschränkt.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 12 des
Steer-by-Wire-Lenksystems 1 auch zur Ansteuerung des Feedback-Aktuators 10 ausgebildet ist.
Die Steuereinheit 12 ist dabei zusätlich eingerichtet, durch eine Ansteuerung der elektrischen
Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 das von der elektrischen Maschine 11 in dem
Motorbetrieb M1, M2 des Feedback-Aktuators 10 bereitgestellte Drehmoment beim Betreiben des Feedback-Aktuators 10 zu begrenzen, insbesondere wie in Fig. 2 gezeigt. Dazu sende die
Steuereinheit ein Steuersignal C1 an die elektrische Maschine 11. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 eine elektronische Schaltung umfasst, die ausgebildet ist, einen Strom und/oder eine Spannung zum Betreiben der elektrischen
Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 beim Betreiben des Feedback-Aktuators 10 schaltungstechnisch zu begrenzen, um auf diese Weise das von der elektrischen Maschine 11 bereitstellbare Drehmoment zu limitieren.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 12 ausgebildet, die empfangenen Sensorsignale S1 auszuwerten, und das von der elektrischen Maschine 11 in dem
Motorbetrieb M1, M2 bereitgestellte Drehmoment situativ zu begrenzen. So wird das von der elektrischen Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 des Feedback-Aktuators 10 bereitgestellte Drehmoment durch das Steuersignal C1 zudem begrenzt, wenn die Steuereinheit 12 erkannt hat, dass eine vorgegebene Beschleunigung einer Drehung der Lenkwelle 2 des
Steer-by-Wire-Lenksystems 1 in dem Motorbetrieb M1, M2 überschritten wird. Des Weiteren wird das von der elektrischen Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 bereitgestellte Drehmoment durch eine Anpassung des Steuersignals C1 begrenzt, wenn die Steuereinheit 12 erkannt hat, dass eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle 2 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 in dem Motorbetrieb M1, M2 überschritten wird. So ist insbesondere vorgesehen, dass das von der elektrischen Maschine 11 in dem Motorbetrieb M1, M2 bereitgestellte Drehmoment von der
Steuereinheit 12 bei einer Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle 2 Steer-by-Wire-Lenksystems 1 in einem Intervall zwischen 100 deg/sec und 150 deg/sec auf einen Wert in einem Intervall zwischen 3 Nm und 5 Nm begrenzt wird. Bei einem Überschreiten der Drehgeschwindigkeit der
Lenkwelle 2 des Steer-by-Wire-Lenksystems 1 von 150 deg/sec wird das Steuersignal C1 von der Steuereinheit 12 weiter derart angepasst, dass in dem Motorbetrieb M1, M2 kein
Drehmoment mehr von der elektrischen Maschine 11 bereitgestellt wird. Das Drehmoment wird also auf einen Wert von 0 Nm begrenzt.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten
Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
12 BE2022/5523
Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Lenkwelle 3 Lenkgetriebe 4 lenkbares Rad 5 Lenksteller 6 Koppelelement 7 Lenkhandhabe 8 Spurstange 9 Elektromotor des Lenkgetriebes (3) 10 Feedback-Aktuator 11 elektrische Maschine des Feedback-Aktuators (10) 12 Steuereinheit
M1,M2 Motorbetrieb
G1,G2 Generatorbetrieb
BD max maximales Betriebsdrehmoment
DK Drehmomentkennlinie
LD max maximales Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment u Abszisse (Drehzahl)
NM Ordinate (Drehmoment)
S1 Sensorsignale
C1 Steuersignale für den Feedback-Aktuator
C2 Steuersignale für den Lenksteller
Claims (11)
1. Verfahren zum Betreiben eines eine elektrische Maschine (11) umfassenden Feedback- Aktuators (10) in einem Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Feedback-Aktuator (10) in einem Motorbetrieb (M1, M2) und in einem Generatorbetrieb (G1, G2) betrieben wird, und wobei die elektrische Maschine (11) ausgebildet ist, in dem Motorbetrieb (M1, M2) ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrehmoment (BD_max) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motorbetrieb (M1, M2) das von der elektrischen Maschine (11) bereitgestellte Drehmoment begrenzt wird, sodass das bereitgestellte Drehmoment kleiner als das maximale Betriebsdrehmoment (BD_max) ist, wobei das von der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) des Feedback-Aktuators (10) bereitgestellte Drenmoment begrenzt wird, wenn eine vorgegebene Beschleunigung einer Drehung einer Lenkwelle (2) des Lenksystems (1) in dem Motorbetrieb (M1, M2) überschritten wird; und/oder wenn eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit einer Lenkwelle (2) des Lenksystems (1) in dem Motorbetrieb (M1, M2) überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Motorbetrieb (M1, M2) des Feedback-Aktuators (10) eine Drenmomentkennlinie (DK) vorgegeben wird, wobei das von der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) bereitgestellte Drehmoment derart begrenzt wird, dass die Drenmomentkennlinie (DK) von dem bereitgestellten Drehmoment nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentkennlinie (DK) eine Drehzahl (w) abhängige Drehmomentkennlinie ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehgeschwindigkeit einer Lenkwelle (2) des Lenksystems (1) in einem Intervall zwischen 100 deg/sec und 150 deg/sec das von der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) des Feedback-Aktuators (10) bereitgestellte Drehmoment auf einen Wert in einem Intervall zwischen 3 Nm und 5 Nm begrenzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten einer Drehgeschwindigkeit einer Lenkwelle (2) des Lenksystems (1) von 150 deg/sec das von der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2)
14 BE2022/5523 des Feedback-Aktuators (10) bereitgestellte Drehmoment auf einen Wert von 0 Nm begrenzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorbetrieb (M1, M2) des Feedback-Aktuators auf die folgenden Betriebssituationen beschränkt wird: Rückstellen einer Lenkhandhabe (7) des Lenksystems (1) in eine Ausgangsposition und/oder Einbringen einer Vibration in eine Lenkhandhabe (7) des Lenksystems (1) als Hinweisfunktion.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Generatorbetrieb (G1, G2) des Feedback-Aktuators (10) ein von der elektrischen Maschine (11) bereitstellbares einen Lenkwiderstand erzeugendes drehzahlabhängiges maximales Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment (LD_max) erlaubt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Lenkwiderstands-Betriebsdrehmoment (LD_max) einen Wert in einem Intervall zwischen 15 Nm und 30 Nm aufweist.
9. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Lenkwelle (2), eine drehfest an der Lenkwelle (2) angeordnete Lenkhandhabe (7) und einen eine elektrische Maschine (11) aufweisenden Feedback-Aktuator (10), der ausgebildet ist, in einem Motorbetrieb (M1, M2) und in einem Generatorbetrieb (G1, G2) betrieben zu werden und dabei ein Drehmoment beziehungsweise ein Lenkwiderstands-Drehmoment auf die Lenkwelle (2) auszuüben, und wobei die elektrische Maschine (11) ausgebildet ist, in dem Motorbetrieb (M1, M2) ein drehzahlabhängiges maximales Betriebsdrenmoment bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) ausgebildet ist, den Feedback-Aktuator (10) nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zu betreiben.
10. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltung, die ausgebildet ist, einen Strom beziehungsweise eine Spannung zum Betreiben der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) beim Betreiben des Feedback-Aktuators (10) schaltungstechnisch zu begrenzen.
15 BE2022/5523
11. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (12) zur Ansteuerung des Feedback-Aktuators (10), wobei die Steuereinheit (12) eingerichtet ist, durch eine Ansteuerung der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) das von der elektrischen Maschine (11) in dem Motorbetrieb (M1, M2) des Feedback-Aktuators (10) bereitgestellte Drehmoment beim Betreiben des Feedback-Aktuators (10) zu begrenzen.
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