DE102011002925A1

DE102011002925A1 - Power-on-demand-Lenkradwinkelsensor

Info

Publication number: DE102011002925A1
Application number: DE102011002925A
Authority: DE
Inventors: Erick Mich. Lavoie; Brad Mich. Hochrein
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US8914195B2; CN102139706A; US20110190982A1; US8396628B2; CN102139706B; US20130151080A1

Abstract

Ein Power-on-demand-Lenkwinkelsensor, an ein Lenkrad und ein Elektromotorsteuermodul gekoppelt, umfassend einen Schalter, an den der Sensor und das Elektromotorsteuermodul gekoppelt sind. Der Schalter wird bei einer Bewegung des Lenkrads oder der Lenkwelle aktiviert. Der Schalter verbindet, wenn er geschlossen ist, eine Stromversorgung wie etwa eine Fahrzeugbatterie mit dem Sensor und dem Elektromotorsteuermodul, so dass ein neuer Lenkwinkel erfaßt und gespeichert werden kann. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode sendet das Elektromotorsteuermodul ein Signal zum Öffnen des Schalters und Trennen der Stromversorgung.

Description

Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft einen Lenkradwinkelsensor und insbesondere einen Power-on-demand-Lenkradwinkelsensor.
Ein Lenkwinkelsensor detektiert einen Lenkwinkel eines Lenkrads eines Fahrzeugs und liefert ein Signal, das für ein Fahrzeugsteuersystem notwendig ist, um einen Lenkradwinkel zu berechnen, der in vielen Fahrzeugsteuersystemen verwendet wird. Wenn das Fahrzeug nicht in Gebrauch ist, ist der Zündschalter abgeschaltet und in der Regel wird kein Strom an den Lenkwinkelsensor geliefert. In seltenen Fällen kann das Lenkrad gedreht werden, wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist, und viele der Fahrzeugsteuersysteme, die sich auf einen bekannten Lenkradwinkel verlassen, werden beeinflußt werden. Falls zwischen dem Lenkradwinkel zu der Zeit, zu der das Fahrzeug ausgeschaltet ist, und dem Lenkradwinkel zu der Zeit, wo das Fahrzeug wieder angelassen wird, eine Diskrepanz vorliegt, können die Fahrzeugsteuersysteme beeinflußt werden. Beispiele für Fahrzeugsysteme, die sich auf einen präzisen Lenkwinkel verlassen, sind unter anderem elektronische Stabilitätssteuerung, Rollstabilitätssteuerung, elektrische Servolenkung, Einparkassistent, fortgeschrittene Bremssysteme, lenkbare Scheinwerfer und fortgeschrittene Unfallvermeidungssysteme.
Um dieses Problem zu bekämpfen, wurde eine Lösung bereitgestellt, bei der dem Lenkwinkelsensor ungeachtet des Zustands des Zündschalters ständig Strom zugeführt wird. In der Regel wird der ständige Strom von der Fahrzeugbatterie zugeführt, wodurch wertvolle Batterieleistung verbraucht wird, wenn die Zündung abgeschaltet ist. Eine weitere vorgeschlagene Lösung besteht darin, einen erlernten Winkel zu dem Zeitpunkt zu speichern, zu dem das Fahrzeug abgeschaltet wird, und den gespeicherten Winkel beim Einschalten abzurufen. Der gespeicherte Winkel ist ein vorläufiger Winkel bis zu der Zeit, zu der sich das Fahrzeug bewegt und den gespeicherten Winkel als einen korrekten Lenkwinkel bestätigen oder zurückweisen kann. Es wurde noch eine weitere Lösung vorgeschlagen, bei der Strom dem Lenkwinkelsensor intermittierend zugeführt wird und der Sensor den Lenkradwinkel periodisch detektiert. Diese Lösung spart Strom ein, führt aber u. U. dazu, dass eine Veränderung beim Lenkwinkel verpaßt werden kann, sollte die Änderung während einer stromlosen Zeitperiode auftreten.
Es besteht ein Bedarf an einer zuverlässigen Lösung zum Erfassen eines Lenkwinkels selbst während solchen Perioden, wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist, ohne wertvolle Batterieleistung zu verschwenden.
Die vorliegende Erfindung ist ein Power-on-demand-Lenkradwinkelsensor, der an ein Lenkrad und ein Elektromotorsteuermodul gekoppelt ist. Ein an den Sensor und das Elektromotorsteuermodul gekoppelter Schalter wird bei einer Bewegung des Lenkrads oder der Lenkwelle aktiviert. Der Schalter verbindet im geschlossenen Zustand eine Stromversorgung wie etwa eine Fahrzeugbatterie mit dem Sensor und dem Elektromotorsteuermodul, so dass ein neuer Lenkwinkel erfaßt und gespeichert werden kann. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode sendet das Elektromotorsteuermodul ein Signal zum Öffnen des Schalters und Abschalten der Stromversorgung.
1 ist eine Ansicht eines elektrisch unterstützten Servolenksystems mit einem Power-on-demand-Lenkwinkelsensor der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des selbstbestromten Lenkwinkelsensors der vorliegenden Erfindung und
3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des selbstbestromten Lenkwinkelsensors der vorliegenden Erfindung.
Elemente und Schritte in den Figuren sind der Einfachheit und Klarheit halber dargestellt und sind nicht notwendigerweise gemäß irgendeiner besonderen Sequenz wiedergegeben worden. Beispielsweise sind Schritte, die gleichzeitig oder in einer verschiedenen Reihenfolge durchgeführt werden können, in den Figuren dargestellt, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessern zu helfen.
Wenngleich verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte veranschaulichende Ausführungsform beschrieben werden, ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt und zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen können implementiert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In den Figuren werden gleiche Referenzzahlen verwendet, um die gleichen Komponente darzustellen. Der Fachmann erkennt, dass die hierin dargelegten verschiedenen Komponenten abgeändert werden können, ohne von dem Schutzbereich des erfindungsgemäßen Gegenstands abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein elektrisch unterstütztes Servolenksystem 10 gezeigt, das ein an einem ersten Ende 14 einer Lenkwelle 16 angebrachtes Lenkrad 12 enthält. Ein an einem zweiten Ende 20 der Lenkwelle 16 gegenüber dem ersten Ende 14 angebrachtes Lenkungsritzelzahnrad 18 nimmt ein Lenkungszahnstangenzahnrad 22 einer Lenkungszahnstange 24 in Eingriff. Jedes Ende der Lenkungszahnstange 24 enthält eine Spurstange 26, die auf herkömmliche Weise an einer Baugruppe 28 aus lenkbarem Rad und Reifen angebracht ist.
Ein Lenkdrehmomentsensor 30 ist in die Lenkwelle 16 eingebaut, um ein von einem Bediener über das Lenkrad 12 auf die Lenkwelle 16 ausgeübtes Lenkdrehmoment zu detektieren. Ein Elektromotor 32 enthält ein an einer Abtriebswelle 36 montiertes Abtriebszahnrad 34 zur antreibenden Ineingriffnahme eines an der Lenkwelle 16 montierten Assistenzeingabezahnrads 38. Alternativ, nicht gezeigt, können die Abtriebswelle 36 und ein Abtriebszahnrad 34 des Elektromotors 32 so angeordnet sein, dass sie die Lenkungszahnstange 24 direkt in Eingriff nehmen.
Das System kann einen mit der Lenkwelle 16 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 verbundenen Lenkradwinkelsensor 40 enthalten. Der Lenkradwinkelsensor 40 liefert ein Lenkwinkelsignal, das die relative Drehposition der Lenkwelle 16 anzeigt. Die von dem System generierten verschiedenen Signale werden einem Elektromotorsteuermodul 50 zugeführt, das dann ein Motorantriebssignal zum Betätigen des Elektromotors 32 bestimmt, um dadurch das gewünschte Assistenzdrehmoment bereitzustellen.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug abgeschaltet ist, wird der beim Abschalten der Zündung erfaßte Lenkwinkel in einem Speicher in dem Elektromotorsteuermodul 50 gespeichert. Jede Bewegung des Lenkrads 12 und der Lenkwelle 16, die nach der Stromabschaltung auftritt, muß von dem Lenkwinkelsensor 40 erfaßt und in dem Speicher in dem Elektromotorsteuermodul 50 gespeichert werden, um einen präzisen Lenkwinkel für jedes Fahrzeugsteuersystem beim Anlassen des Fahrzeugs zu liefern. Wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist, wird in der Regel dem Lenkwinkelsensor 40 oder dem Elektromotorsteuermodul 50 kein Strom zugeführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Power-on-demand-Lenkradwinkelsensor 40 einen an den Sensor 40 und das Elektromotorsteuermodul 50 sowie eine Stromversorgung 60 gekoppelten Schaltermechanismus 44. Eine physische Bewegung des Lenkrads 12 oder der Lenkwelle 16 beeinflußt den Schaltermechanismus, der geschlossen wird und dadurch an die Stromversorgung 60 gekoppelt wird. Die Stromversorgung kann eine Batterie, ein Generator oder eine andere Stromquelle sein. Die geschlossene Schalterposition gestattet die Zuführung von Strom zu dem Lenkwinkelsensor 40 und dem Elektromotorsteuermodul 50, so dass die neue Lenkwinkelposition detektiert und in einem Speicher gespeichert werden kann.
Um Batterieleistung einzusparen, bleibt der Schalter nicht in der geschlossenen Position. Die Schalterverbindung erfolgt nur für eine Zeitperiode, die lange genug ist, um darin den neuen Lenkwinkel zu erfassen und zu speichern. Innerhalb des Elektromotorsteuermoduls 50 liegt eine Logik vor, damit der Schalter für eine vorbestimmte Zeitperiode geschlossen bleiben kann, während der der Sensor 40 die Lenkwinkeländerung erfassen und einen neuen Lenkwinkel in einem Speicher 52 des Elektromotorsteuermoduls 50 speichern kann. Am Ende der vorbestimmten Zeitperiode wird der Schalter 44 geöffnet, wodurch die Stromversorgung 60 von dem Lenkwinkelsensor 40 entkoppelt wird. Auf die Batterieleistung wird nur insoweit zugegriffen, als sie von dem Lenkwinkelsensor 40 benötigt wird.
Der Schaltermechanismus 44 erfordert möglicherweise keinen elektrischen Strom, um zu schließen, jedoch wird ein Signal von dem Elektromotorsteuermodul nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitperiode an den Schalter 44 gesendet, um den Schalter 44 erneut zu öffnen, wodurch er von der Stromversorgung 60 getrennt wird und wertvolle Batterieleistung eingespart wird. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird der Schalter 44 mechanisch aktiviert. Die Schalterposition wird durch eine physische Bewegung in dem Lenkrad 12 oder der Lenkwelle 16 beeinflußt. Bei einer in 3 gezeigten weiteren Ausführungsform wird der Schalter 44 elektrisch durch einen Impuls aktiviert, der durch den elektrischen Servolenksystemmotor 32 geliefert werden kann. Der Impuls wird aus einer Bewegung generiert, die mit einer Änderung beim Lenkwinkel assoziiert ist, während das Fahrzeug abgeschaltet ist. Der Elektromotor 32 generiert eine kleine Leistungsmenge, d. h. einen Impuls, wenn die Lenkwelle bewegt wird, und mit diesem Impuls kann der Schalter 44 selektiv betätigt werden, um die Stromversorgung 60 für die vorbestimmte Zeitperiode mit dem Lenkwinkelsensor 40 und dem Elektromotorsteuermodul 50 zu verbinden.
Wie oben erörtert, kann die Stromversorgung 60 die Fahrzeugbatterie sein. Für den Fall, dass unzureichend Batterieleistung vorliegt, um den Lenkradwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung zu aktualisieren, kann ein ”schwache Batterie”-Flag in dem Elektromotorsteuermodul 50 als ein Indikator gespeichert werden, dass beim Einschalten der Zündung ein neuer Lenkradwinkel erlernt werden muß.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass weniger Batterieleistung verbraucht wird, weil dem Lenkwinkelsensor nur dann Strom zugeführt wird, wenn dies erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil wird dadurch realisiert, dass der absolute Lenkradwinkel, ganz zu schweigen von einem präzisen absoluten Lenkradwinkel, für längere Zeit verschiedenen Fahrzeugsteuersystemen zur Verfügung steht, die den Lenkradwinkel als eine Eingabe erfordern. Ein weiterer Vorteil wird dadurch realisiert, dass ein einfacher Relativwinkelmeßsensor als ein Absolutsensor implementiert werden kann, nachdem der Lenkwinkel erlernt ist, und nicht das erneute Erlernen des Winkels erfordern würde, wenn die Zündung ein- und ausgeschaltet wird. Weil der einfache Relativwinkelsensor weniger aufwendig ist als ein Absolutwinkelsensor, gibt es den Vorteil einer Kosteneinsparung.
In der vorausgegangenen Spezifikation wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben. Es können jedoch verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Spezifikation und die Figuren sind veranschaulichend anstatt restriktiv und Modifikationen sollen in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Dementsprechend sollte der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente anstatt lediglich durch die beschriebenen Beispiele bestimmt werden. Beispielsweise können die in beliebigen Vorrichtungsansprüchen aufgeführten Komponenten oder Elemente in einer Vielzahl von Permutationen zusammengebaut oder anderweitig operational konfiguriert werden und sind dementsprechend nicht auf die in den Ansprüchen aufgeführte spezifische Konfiguration beschränkt.
Vorzüge, andere Vorteile und Lösungen für Probleme wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben; jedoch ist jeder Vorzug, Vorteil, jede Lösung für ein Problem oder ein beliebiges Element, das bewirken kann, dass sich ein bestimmter Vorzug, Vorteil oder eine bestimmte Lösung ergibt oder ausgeprägter wird, nicht so auszulegen, dass es sich dabei um kritische, erforderliche oder essentielle Merkmale oder Komponenten von beliebigen oder allen der Ansprüche handelt.
Die Ausdrücke ”umfassen”, ”umfaßt”, ”umfassend”, ”mit”, ”enthaltend”, ”enthält” oder eine beliebige Variation davon sind als Referenz auf einen nicht ausschließenden Einschluß zu verstehen, so dass ein Prozeß, ein Verfahren, ein Artikel, eine Zusammensetzung oder eine Vorrichtung, der, das oder die eine Liste von Elementen umfaßt, nicht nur jene aufgeführten Elemente enthält, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder für einen derartigen Prozeß, ein derartiges Verfahren, einen derartigen Artikel, eine derartige Zusammensetzung oder Vorrichtung inhärent sind. Andere Kombinationen oder Modifikationen der oben beschriebenen Strukturen, Anordnungen, Anwendungen, Proportionen, Elemente, Materialien oder Komponenten, die in der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zusätzlich zu jenen nicht spezifisch aufgeführten, können variiert oder anderweitig besonders an spezifische Umgebungen, Herstellungsspezifikationen, Designparameter oder andere Betriebsanforderungen angepaßt werden, ohne von den allgemeinen Prinzipien selbiger abzuweichen.

Claims

System zum Bestromen eines Lenkwinkelsensors bei abgeschalteter Zündung, wobei das System Folgendes umfaßt: ein an den Lenkwinkelsensor gekoppeltes Elektromotorsteuermodul; ein an den Lenkwinkelsensor und das Elektromotorsteuermodul gekoppelten Schalter, wobei der Schalter durch eine Bewegung eines Lenkrads geschlossen wird; und eine an den Schalter gekoppelte Stromversorgung, die Strom an den Lenkwinkelsensor und das Elektromotorsteuermodul nur für eine vorbestimmte Zeit liefert, wenn der Schaltermechanismus geschlossen ist, wodurch ein neuerfaßter Lenkwinkel in dem Elektromotorsteuermodul gespeichert wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Elektromotorsteuermodul nach Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode ein Signal zum Öffnen des Schalters sendet.
System nach Anspruch 1, wobei der Schaltermechanismus aufgrund einer Bewegung des Lenkrads mechanisch geschlossen wird.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen an das Elektromotorsteuermodul gekoppelten Motor, wodurch der Schaltermechanismus durch Empfangen eines in dem Motor durch eine Bewegung in dem Lenkrad generierten elektrischen Impulses geschlossen wird.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Flag, das geringe Batterieleistung anzeigt, wobei das Flag in dem Elektromotorsteuermodul gespeichert wird, wenn unzureichend Batterieleistung vorliegt, um eine Änderung beim Lenkwinkel zu detektieren und zu speichern, und eine Anzeige liefert, dass der Lenkradwinkel beim Einschalten der Zündung erneut erlernt werden muß.
Power-on-demand-Lenkwinkelsensor, umfassend: einen an ein Lenkrad gekoppelten Sensor; ein an den Sensor gekoppelten Elektromotorsteuermodul; einen an den Sensor gekoppelten Schalter, der durch eine Lenkradbewegung aktiviert wird; und eine an den Schalter gekoppelte Stromversorgung zum Bestromen des Sensors und des Elektromotorsteuermoduls für eine vorbestimmte Zeitperiode, so dass der Sensor einen neuen Lenkwinkel detektiert, der in dem Elektromotorsteuermodul gespeichert wird.
Power-on-demand-Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6, weiterhin umfassend einen Motor, der als Ergebnis einer Bewegung in dem Lenkrad einen Impuls generiert, wobei der Schalter durch den Impuls aktiviert wird.
Power-on-demand-Lenkwinkelsensor nach Anspruch 6, wobei der Motor ein Elektromotor ist.
Power-on-demand-Lenkwinkelsensor nach Anspruch 8, wobei der Elektromotor Teil eines elektrisch bestromten Servolenksystems ist.
System nach Anspruch 6, weiterhin umfassend ein Flag, das geringe Batterieleistung anzeigt, wobei das Flag in dem Elektromotorsteuermodul gespeichert wird, wenn unzureichend Batterieleistung vorliegt, um eine Änderung beim Lenkwinkel zu detektieren und zu speichern, und eine Anzeige liefert, dass der Lenkradwinkel beim Einschalten der Zündung erneut erlernt werden muß.