DE102007000594A1

DE102007000594A1 - Aktivlenkungssystem mit Bremsvorrichtung III

Info

Publication number: DE102007000594A1
Application number: DE200710000594
Authority: DE
Inventors: Gerd Müller
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-14

Abstract

e im Fehlerfall den Elektromotor (EM) abzubremsen und an weiteren Drehbewegungen zu hindern, werden üblicherweise mechanische Bremsen und/oder Sperrklinken eingesetzt. Diese Bremsvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie insbesondere bei hohen Drehzahlen mechanisch verschleißen oder sogar durch Überbeanspruchung oder Materialermüdung zu Bruch gehen können. Hier wird vorgeschlagen, dass in dem Aktivlenkungssystem (ALS) eine Bremsvorrichtung (BV) vorgesehen bzw. integriert ist, die zur Erzeugung einer Bremswirkung eine elektrische Kurzschluss-Schaltung (KS) für den Elektromotor (EM) aufweist und eine mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) für den Rotor des Elektromotors aufweist. Vorzugsweise weist die Bremsvorrichtung ein Steuergerät (ST) auf, das die Kurzschluss-Schaltung (KS) und die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) einzeln bzw. wechselweise aktiviert, insbesondere in Abhängigkeit einer für den Rotor des Elektromotors (EM) festgestellten Drehzahl aktiviert. Das Steuergerät (ST) ist mit einem Sensor verbunden, der die Drehzahl des Rotors überwacht, wobei die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) erst dann aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors einen vorgebbaren Drehzahlwert unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aktivlenkungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine dafür vorgesehene Bremsvorrichtung nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs.
Im Bereich der Fahrzeuglenkungen werden zur Lenkunterstützung auch Winkelüberlagerungslenkungen eingesetzt, die üblicherweise auch als Aktivlenkungen bezeichnet werden. Bei einem Aktivlenkungssystem wird der vom Fahrer eigentlich bestimmte Lenkwinkel mit einem zusätzlichen Lenkwinkel überlagert. Dazu wird üblicherweise zwischen Lenkrad bzw. Lenksäule und Lenkgetriebe ein von einem Elektromotor angesteuertes Überlagerungsgetriebe eingesetzt, das zu dem eigentlichen Lenkwinkel in Abhängigkeit von der Rotorbewegung des Elektromotors einen zusätzlichen Lenkwinkel addiert. Der somit erzeugte Summenwinkel wird dann zum Lenkgetriebe geführt und von dort aus auf die Lenkmechanik (z. B. Zahnstange oder Kugelumlauf) übertragen, mit der dann die Fahrzeugräder (z. B. Vorderräder) ausgelenkt werden. Der tatsächliche Lenkwinkel an den Vorderädern ergibt sich also, indem der eigentliche Lenkradwinkel mit dem zusätzlichen Motorwinkel (Rotor-Drehwinkel des Elektromotors) zu einem Summenwinkel addiert wird. Bei einem Fehlverhalten des Elektromotors im Betrieb, insbesondere während seiner Ansteuerung, sollte der Elektromotor möglichst schnell zum Stillstand gebracht werden, um an einer weiteren falschen Drehbewegung gehindert zu werden. Dadurch soll verhindert werden, dass ein falscher und nicht bedarfsgerechter Lenkwinkel erzeugt wird. Auch soll verhindert werden, dass die Lenkbewegung des Fahrers am Lenkrad nicht in den Elektromotor, sondern richtigerweise auf die auszulenkenden Räder geleitet wird.
Um im Fehlerfall den Elektromotor an weiteren Drehbewegungen zu hindern, werden üblicherweise mechanische Bremsen und/oder Sperrklinken eingesetzt. Diese rein mechanisch wirkende Bremsvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie verschleißen oder sogar durch Überbeanspruchung bzw. Materialermüdung zu Bruch gehen können.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aktivlenkungssystem zu schaffen, bei dem die genannten Probleme überwunden und eine möglichst verschleißfreie Bremswirkung erzielt sowie eine sichere Blockierwirkung werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Aktivlenkungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine dafür vorgesehene Bremsvorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
Demnach wird vorgeschlagen, dass in dem Aktivlenkungssystem eine Bremsvorrichtung vorgesehen bzw. integriert ist, die zur Erzeugung einer Bremswirkung eine elektrische Kurzschluss-Schaltung für den Elektromotor aufweist und eine mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung für den Rotor des Elektromotors aufweist. Vorzugsweise sind sowohl die Kurzschluss-Schaltung wie auch und die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung einzeln aktivierbar, insbesondere wechselweise aktivierbar, ausgeführt. Dazu weist die Bremsvorrichtung ein Steuergerät auf, das die Kurzschluss-Schaltung und die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung einzeln bzw. wechselweise aktiviert, insbesondere in Abhängigkeit einer für den Rotor des Elektromotors festgestellten Drehzahl aktiviert. Vorzugsweise ist das Steuergerät mit einem Sensor verbunden ist, der die Drehzahl des Rotors überwacht, wobei insbesondere das Steuergerät die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung erst dann aktiviert, wenn die Drehzahl des Rotors einen vorgebbaren Drehzahlwert unterschreitet.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, die als einzige Figur schematisch den Aufbau eines Aktivlenksystems mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung zeigt.
Das hier gezeigte System ALS besteht im wesentlichen aus einem Lenkgetriebe LG, das mit einer (nicht dargestellten) Lenkmechanik verbunden ist und dem ein Überlagerungsgetriebe UEG vorgelagert ist. In dem Überlagerungsgetriebe UEG wird der an dem Lenkrad L vom Fahrer eingestellte Lenkwinkel mit einem zusätzlichen Lenkwinkel beaufschlagt, der unterstützend von einem Elektromotor EM erzeugt wird.
Im fehlerfreien Normalbetrieb wird somit von dem Elektromotor EM fortlaufend der optimale Zusatzwinkel erzeugt und zu dem eigentlichen Lenkwinkel addiert und als Summenwinkel in das Lenkgetriebe LG eingespeist. Um sicherzustellen, dass z. B. in Falle eines Fehlers der Elektromotor EM möglichst verschleißfrei gebremst und anschließend sicher arretiert wird, wird die in der Figur dargestellte Anordnung geschaffen, die eine Bremsvorrichtung BV für den Elektromotor EM aufweist. Diese Bremsvorrichtung BV realisiert im wesentlichen zwei Funktionen, nämlich eine elektrisch wirkende Bremsfunktion durch Kurzschluss der Erregerwicklung des Elektromotors EM und eine mechanisch wirkende Brems- und Blockierfunktion durch reibschlüssiges Einwirken auf einen rotierenden Teil, hier z. B. auf die Rotorwelle des Elektromotors EM. Dazu umfasst die Bremsvorrichtung BV eine mit der Elektrik des Motors EM verbundenen Kurzschluss-Schaltung KS bzw. eine an der Rotorwelle angeordnete mechanische Bremsvorrichtung MBV. Beide Funktionen bzw. Baugruppen KS und MBV werden über das Steuergerät ST aktiviert oder deaktiviert.
Wird z. B. ein Fehler im System ALS bzw. im Motor EM erkannt, so zunächst nur die Kurzschluss-Schaltung KS aktiviert, um den Motor EM verschleißfrei und sanft und abzubremsen. Das geschieht hier durch einen Kurzschluss in der Erregerwicklung des Motors EM, wodurch eine rein elektromagnetisch erzeugte Bremswirkung eintritt, die hier zur verschleißfreien Reduzierung der Rotordrehzahl verwendet wird. Der Motor EM ist z. B. ein bürstenloser Gleichstrom-Motor bzw. ein magnet-erregter Synchronmotor, dessen Wicklungen über die Schaltung KS kurzgeschlossen werden. Die mechanische Brems- und Blockiervorrichtung MBV ist noch nicht aktiviert, sondern wird erst dann wirksam, wenn die Rotordrehzahl einen vorgebbaren Drehzahlwert unterschreitet. Dieser Vorgang wird durch das Steuergerät ST überwacht und gesteuert.
Im Fehlerfall, insbesondere auch bei einem Totalausfall der Versorgungsspannung, erfolgt zumindest unterhalb einer bestimmten Drehzahl die Rotorbremsung und Blockierung rein mechanisch. Hierdurch ergibt sich eine automatische Ausfall-Sicherungs-Funktion (Englisch: failsafe function). Hinsichtlich der Schaltung KS wäre beispielsweise die Normalbeschaltung bzw. Defaultbeschaltung eines Kurzschlussschalters, Relais, Halbleitertransistors oder ähnlichen Schaltelements stromlos leitend, so dass auch hier bei Totalausfall der Versorgung der Rotor gebremst wird.
Die hier vorgeschlagene Lösung zeichnet sich auch dadurch aus, dass bei einer notwendigen Abbremsung und Verriegelung des Aktivlenksystems ALS der Elektromotors EM zunächst elektrisch ohne mechanische Reibung abgebremst wird. Wird ein Fehler erkannt, der das Abschalten des Systems erfordert, dann werden also zunächst die Motorzuleitungen des rotierenden Motors kurzgeschlossen, so dass die im Motor induzierten Ströme kurzgeschlossen werden und der Motor dadurch ein hohes Bremsmoment erzeugt. Ist dann eine für die reibschlüssige Abbremsung unschädliche Drehzahl erreicht, so wird die mechanische Bremse zugeschaltet. Durch die Reduzierung der hohen Drehzahl mittels der hier vorgeschlagenen elektrischen Bremsung ist es möglich, die Bremsvorrichtung BV sehr kompakt zu bauen. Diese Anfangs-Bremsung erfolgt verschleißfrei, wobei die erforderlichen Bremsströme von dem rotierenden Elektromotor EM selbst erzeugt werden. Es ist auch möglich, bei einem Ausfall der Spannungsversorgung das Steuergerät ST mit der beim Bremsvorgang erzeugten Energie zumindest kurzfristig zu versorgen.
Durch die zunächst rein elektromagnetisch wirkende Abbremsung ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen, rein mechanischen Reibbremsen oder Blockiereinrichtungen ein Vorteil auch darin, dass hier keine Federn mit relativ hohen Federkräften verwendet werden müssen, um eine hohe Bremsleistung oder Arretierung der rotierenden Teile zu erreichen. Dadurch kann die erforderliche elektrische Leistung zur Ansteuerung auf ein sehr geringes Maß reduziert werden. Das Überlagerungsgetriebes UEG kann z. B. ein Planetengetriebe oder auch ein Wellgetriebe sein.
Die Erfindung wurde am Bespiel einer Aktivlenkung beschrieben, bei der über ein Überlagerungsgetriebe ein von einem Elektromotor erzeugter zusätzlicher Lenkwinkel addiert wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von Lenkung beschränkt, sondern kann auf jede ähnliche Art von Lenkung angewendet werden, die von einem Motor unterstützt wird.

ALS: Aktivlenkungssystem
L: Lenkrad
UEG: Überlagerungsgetriebe
LG: Lenkgetriebe
EM: Elektromotor
BV: Bremsvorrichtung mit:
KS: Kurzschluss-Schaltung für Elektromotor EM
MBV: zuschaltbarer mechanischer Brems- und Verriegelung-Einrichtung
ST: Steuergerät (steuernde Einrichtung)

Claims

Aktivlenkungssystem (ALS) mit einem von einem Elektromotor (EM) angesteuerten Überlagerungsgetriebe (UEG), das zu einem über das Lenkrad (LR) eingestellten Lenkwinkel einen zusätzlichen Lenkwinkel addiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (BV) vorgesehen ist, die zur Erzeugung einer Bremswirkung eine elektrische Kurzschluss-Schaltung (KS) für den Elektromotor (EM) aufweist und eine mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) für den Rotor des Elektromotors (EM) aufweist.
Aktivlenkungssystem (ALS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschluss-Schaltung (KS) und die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) einzeln aktivierbar, insbesondere wechselweise aktivierbar, ausgeführt sind.
Aktivlenkungssystem (ALS) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (BV) ein Steuergerät (ST) aufweist, das die Kurzschluss-Schaltung (KS) und die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) einzeln bzw. wechselweise aktiviert, insbesondere in Abhängigkeit einer für den Rotor des Elektromotors (EM) festgestellten Drehzahl aktiviert.
Aktivlenkungssystem (ALS) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (ST) mit einem Sensor verbunden ist, der die Drehzahl des Rotors überwacht.
Aktivlenkungssystem (ALS) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (ST) die mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) erst dann aktiviert, wenn die Drehzahl des Rotors einen vorgebbaren Drehzahlwert unterschreitet.
Aktivlenkungssystem (ALS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei Kurzschluss des Elektromotors (EM) erzeugter Bremsstrom zur Stromversorgung eines bzw. des Steuergeräts (ST) verwendet wird.
Bremsvorrichtung für ein Aktivlenkungssystem (ALS) mit einem von einem Elektromotor (EM) angesteuerten Überlagerungsgetriebe (UEG), das zu einem über das Lenkrad (LR) eingestellten Lenkwinkel einen zusätzlichen Lenkwinkel addiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (BV) zur Erzeugung einer Bremswirkung eine elektrische Kurzschluss-Schaltung (KS) für den Elektromotor (EM) aufweist und eine mechanische Brems- und Verriegelungseinrichtung (MBV) für den Rotor des Elektromotors (EM) aufweist.