DE102013208955A1

DE102013208955A1 - Elektrische Servolenkungssysteme und Verfahren

Info

Publication number: DE102013208955A1
Application number: DE102013208955.4A
Authority: DE
Inventors: Kenneth L. Oblizajek; John D. Sopoci
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-11-20
Also published as: US20130311042A1; CN103419834B; US8725354B2; CN103419834A; DE102013208955A8

Abstract

Ein elektrisches Servolenksystem für ein Fahrzeug umfasst einen Lenkmechanismus, welcher ein Lenkrad mit einem lenkbaren Element koppelt. Ein erster Aktuator ist in Kommunikation mit einer Steuerung und in betrieblicher Weise verbunden mit dem Lenkmechanismus, um eine Bewegung des lenkbaren Elementes in Antwort auf ein erstes Signal von der Steuerung zu unterstützen. Das System umfasst ebenso einen zweiten Aktuator, welcher in Kommunikation mit der Steuerung steht, und zwar getrennt von dem ersten Aktuator, und in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, und zwar zwischen dem ersten Aktuator und dem Lenkrad, um ein Drehmoment in Antwort auf ein zweites Signal von der Steuerung auszuüben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Der Gegenstand der Erfindung betrifft elektrische Servolenkungssysteme und -Verfahren für Fahrzeuge.
Beschreibung des Standes der Technik
Servolenkungssysteme für Fahrzeuge, wie z. B. Automobile, werden seit langer Zeit verwendet, um einen Nutzer (d. h. einen Fahrer) des Fahrzeuges beim Einschlagen der Räder des Fahrzeuges zu unterstützen. Diese Systeme verwenden herkömmlicherweise ein Hydraulikfluid, um eine Bewegung einer Lenkstange zu unterstützen. Solche hydraulischen Servolenkungssysteme verwenden regelmäßig eine Fluidpumpe. Die Fluidpumpe kann mit dem Motor des Fahrzeuges über einen Riemen verbunden sein oder mit einem Elektromotor verbunden sein. Die Fluidpumpe kann in konstanter Weise einen Fluidfluss zu einem drehmomentabhängigen, durchlassbegrenzenden Öffnungskanal und einem hydraulischen Aktuator bereitstellen, welcher für die Servo-Unterstützung sorgt. Aufgrund des kontinuierlichen Flusses bei einem Druck ungleich Null in diesen Systemen, welche gemeinhin als offene hydraulische Systeme bezeichnet werden, liefert der Motor Energie, um die Fluidpumpe zu betreiben, wenn der Motor in Betrieb ist. Dies ist eine verschwenderische Verwendung von Kraftstoff, da eine Servo-Unterstützung des Lenksystems nicht zu jeder Zeit benötigt wird.
Moderne elektrische Servolenksysteme 110, wie z. B. in 1 dargestellt ist, verwenden einen elektrischen Aktuator 132 anstelle des hydraulischen Aktuators, um die Lenksäule 118 (z. B. eine von elektrischen Systemen unterstützte Säule) bzw. Lenkstange 122 (z. B. eine durch elektrische Systeme unterstützte Lenkstange) zu unterstützen. Ein Beispiel einer durch ein elektrisches System 110 unterstützten Lenksäule ist in 1 dargestellt und umfasst die Lenksäule 118 und die Lenkstange 122, welche ein Lenkrad 112 mit Fahrzeugrädern 114 koppelt. Der elektrische Aktuator 132 ist in betrieblicher Weise zur Unterstützung mit der Lenksäule 118 verbunden. Dementsprechend wird keine konstant laufende hydraulische Fluidpumpe benötigt, wobei eine Unterstützung nur bei Bedarf vorgesehen ist. Im Ergebnis wird Energie eingespart, und eine Kraftstoffausnutzung des Fahrzeuges wird erhöht.
Unvorteilhafterweise haben elektrische Servolenksysteme oftmals das Problem, dass diese Systeme mit bestimmten Empfindungen für den Fahrer verbunden sind. Beispielsweise muss die vom Fahrer aufgewendete Lenkkraft nicht in psychisch-physischer Weise mit dem tatsächlichen Einschlagen der Räder des Fahrzeuges und der erwarteten Gegenkraft bzw. Fahrzeugreaktion übereinstimmen. Somit kann die Lenkung dem Fahrer ”zu locker”, ”zu fest”, ”schwammig”, zu kraftaufwändig und/oder mit zu wenig aufzuwändender Kraft erscheinen. Die Beziehung zwischen einer Bewegung eines Rades auf der Straße und des durch den Fahrzeugfahrer aufzubringenden Aufwandes in solchen herkömmlichen Systemen ist in 2 dargestellt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein elektrisches Servolenkungssystem bereitzustellen, welches eine bessere Beziehung zwischen vom Fahrer aufzubringenden Aufwand, Fahrzeugreaktion und Erwartungen hinsichtlich Aufwand und Antwort auf Grundlage subjektiver Eindrücke der Lenkleistung erzielt. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und diesem Hintergrund der. Erfindung ersichtlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein elektrisches Servolenksystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und wenigstens einem lenkbaren Element bereitgestellt. Das System umfasst eine Steuerung zum Empfangen wenigstens einer auf das Fahrzeug bezogenen Eingabe. Ein Lenkmechanismus ist in betrieblicher Weise mit dem Lenkrad und dem wenigstens einen lenkbaren Element verbunden. Der Lenkmechanismus erlaubt eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges. Ein erster Aktuator steht in Kommunikation mit der Steuerung und ist in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden, und zwar zur Unterstützung der Bewegung des lenkbaren Elementes in Antwort auf ein erstes Signal von der Steuerung. Das System umfasst außerdem einen zweiten Aktuator in Kommunikation mit der Steuerung, und zwar getrennt von dem ersten Aktuator und in betrieblicher Weise verbunden mit dem Lenkmechanismus zwischen dem ersten Aktuator und dem Lenkrad zur Ausübung eines Drehmomentes in Antwort auf ein zweites Signal von der Steuerung.
Außerdem wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer Servolenkung für ein Fahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug umfasst ein Lenkrad, wenigstens ein lenkbares Element und einen Lenkmechanismus. Der Lenkmechanismus verbindet in betrieblicher Weise das Lenkrad und das wenigstens eine lenkbare Element für eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges. Das Verfahren umfasst ein Empfangen von Eingaben bezogen auf das Fahrzeug, und zwar mittels einer Steuerung. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Unterstützen einer Drehung des lenkbaren Elementes mit einem ersten Aktuator in Antwort auf ein erstes bei dem ersten Aktuator von der Steuerung empfangenen Signales. Das Verfahren umfasst ebenso ein Ausüben eines Drehmomentes mit einem zweiten Aktuator, und zwar getrennt von dem ersten Aktuator, in Antwort auf ein zweites, von der Steuerung an dem zweiten Aktuator empfangenen Signales.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile des offenbarten Gegenstandes werden in einfacher Weise bevorzugt, wodurch durch Bezugnahme zu der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ein besseres Verständnis erlangt wird, wobei.
1 eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß des Standes der Technik ist;
2 eine Kurve ist, welche die Beziehung zwischen einer dynamischen Straßenradbewegung und einer unmittelbaren Fahrerreaktion auf das elektrische Servolenkungssystem gemäß des Standes der Technik ist;
3 eine vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems dieser Offenbarung ist;
4 eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems dieser Offenbarung ist; und
5 eine Kurve ist, welche die möglichen Beziehungen zwischen einer dynamischen Straßenradbewegung und einer umgehenden Fahrerreaktion auf ein elektrisches Servolenkungssystem gemäß der Offenbarung hierin ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Figuren, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in mehreren Ansichten darstellen, wird ein elektrisches Servolenksystem (”EPS” = electric power steering) 310 dargestellt und hierin beschrieben.
Mit Bezug auf 3 und 4 ist das System 310 mit einem (hier nicht dargestellten) Fahrzeug mit einem Lenkrad 312 und wenigstens einem lenkbaren Element 314 betreibbar. In den dargestellten Ausführungsformen ist das Fahrzeug ein (hier nicht dargestelltes) Automobil, wobei die lenkbaren Elemente 314 zwei Räder sind. Jedoch könnte in einer anderen Ausführungsform das Fahrzeug ein (hier nicht dargestelltes) Boot sein, wobei das lenkbare Element 314 ein Ruder ist. In einer noch weiteren Ausführungsform könnte das Fahrzeug ein (hier nicht dargestelltes) Flugzeug sein, wobei das lenkbare Element 14 eine Flugsteuerfläche ist, z. B. ein Seitenruder, ein Querruder oder eine andere Oberfläche. In einer solchen Ausführungsform kann ein ”Lenkrad” als der Steuerknüppel des Flugzeuges betrachtet werden. Aus Gründen der Einfachheit wird das wenigstens eine lenkbare Element 314 im Folgenden einfach als das ”lenkbare Element 314” bezeichnet.
Das System 310 umfasst einen Lenkmechanismus 316. Der Lenkmechanismus 316 ist derart ausgebildet, um in betrieblicher Weise das Lenkrad 312 und das lenkbare Element 314 zu verbinden, um eine Bewegung des Lenkelementes bzw. lenkbaren Elementes 314 in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades 312 durch einen Fahrzeugnutzer zuzulassen. In den dargestellten Ausführungsformen umfasst der Lenkmechanismus 316 eine Lenksäule 318. Die Lenksäule 318 erstreckt sich zwischen einem (dem Fahrer) zugewandten und abgewandten Ende (nicht gekennzeichnet). Das zugewandte Ende ist mit dem Lenkrad 312 gekoppelt, so dass die Lenksäule 318 in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades 312 drehbar ist. Ein Antriebszahnrad 320 ist mit dem entfernten Ende der Lenksäule 318 gekoppelt. Das Antriebszahnrad 320 umfasst eine Mehrzahl von Zähnen (nicht nummeriert). Das Antriebszahnrad 320 ist in Antwort auf eine Drehung der Lenksäule 318 und dementsprechend in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades 312 drehbar.
Ebenso umfasst in den dargestellten Ausführungsformen der Lenkmechanismus 316 eine Schiene 322. Die Schiene 322 umfasst eine Mehrzahl von (nicht nummerierten) Zähnen, welche in Eingriff mit den Zähnen des Antriebszahnrades 320 sind. Somit bewegt sich die Schiene 322 in Antwort auf eine Drehung des Antriebszahnrades 320. Die Schiene 322 ist in betrieblicher Weise mit dem Lenkelement 314 verbunden. Insbesondere ist die Schiene 322 in der dargestellten Ausführungsform mit einem Paar von Gelenkstangen 324 gekoppelt, wobei jede Gelenkstange 324 mit einem der Lenkelemente 314 gekoppelt ist, z. B. einem der Räder. Dementsprechend können die Lenkelemente 314 das Fahrzeug in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades 312 lenken.
Das System 310 umfasst eine Steuerung 326. Die Steuerung 326 beeinflusst den Betrieb des Systems 310. Die Steuerung 326 kann mit einem Mikroprozessor, einer Mikrosteuerung, einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (”ASIC”) oder einer anderen Computereinrichtung zum Empfangen von Eingaben und/oder Daten, Ausführen von Berechnungen und Bereitstellen von Steuersignalen zur Steuerung verschiedener Einrichtungen umgesetzt sein. Jedoch kann die Steuerung 326 mit Nicht-Rechner-Einrichtungen umgesetzt sein, z. B. analogen Schaltkreisen und/oder Relais. Die Steuerung 326 umfasst wenigstens einen Eingang (nicht dargestellt), um Daten, Signale und/oder auf das Fahrzeug bezogene Informationen zu empfangen.
Das System 310 kann einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 328 zur Geschwindigkeitsmessung des Fahrzeugs umfassen. Zur Fahrzeuggeschwindigkeitsmessung gibt es unzählige Techniken, z. B. das Messen der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 328 stellt ebenso Daten entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges bereit. Diese Daten können in einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal codiert sein. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 328 steht in Kommunikation mit der Steuerung 326, welche das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 328 erzeugte Fahrzeuggeschwindigkeitssignal empfängt. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal kann ein Analogsignal sein, wobei eine elektrische Eigenschaft des Signals der Geschwindigkeit des Fahrzeuges entspricht. Alternativ kann das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal ein digitales Signal sein, welches beispielsweise über einen (hier nicht dargestellten) Fahrzeug-Kommunikationsbus übertragen wird.
Das System 310 der dargestellten Ausführungsformen umfasst ebenso einen Drehmomentsensor 330, welcher in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus 316 zur Messung eines Drehmomentbetrages verbunden ist, welcher auf die Lenksäule 318 ausgeübt wird. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Drehmomentsensor 330 in Reihe mit der Lenksäule 318 verbunden. Somit ist der Drehmomentsensor 330 zwischen dem Lenkrad 312 und dem Antriebszahnrad 320 angeordnet. Der Drehmomentsensor 330 kann mit einer (hier nicht dargestellten) Torsionsstange umgesetzt sein und wenigstens einem (hier nicht dargestellten) Messelement, im Folgenden der Einfachheit halber als ”das Messelement” bezeichnet. Das Messelement misst den Betrag der Verdrehung in der Drehstange. Das Messelement kann als ein Paar von (hier nicht dargestellten) Drehaufnehmern umgesetzt sein. Selbstverständlich können andere Techniken verwendet werden, um den Drehmomentsensor 330 umzusetzen, wie der Fachmann auf Basis der Beschreibung hierin bevorzugen wird.
Der Drehmomentsensor 330 stellt ebenso Daten entsprechend dem gemessenen Drehmomentbetrag bereit. Diese Daten können als ein Drehmomentsignal codiert werden und können ein analoges und/oder ein digitales Signal sein. Der Drehmomentsensor 330 der dargestellten Ausführungsformen steht in Kommunikation mit der Steuerung 326 und überträgt den gemessenen Drehmomentbetrag an die Steuerung 326.
Das System 310 kann ebenso einen oder mehrere Winkelpositionssensoren 331 zur Messung von Winkelpositionen des Lenkrades 312 und/oder des Lenkelementes 314 umfassen. In der dargestellten Ausführungsform stellen die von den Winkelpositionssensoren 331 bereitgestellten Daten den Betrag der Rotation bzw. Drehung des Lenkelementes 314 (z. B. der Räder des Fahrzeuges) mit Bezug auf eine nach geradeaus gerichtete Fahrtposition dar. Tatsächliche Umsetzungen dieser Positionssensoren 331 messen typischerweise eine Bewegung der Stange 322 oder des Antriebszahnrades 320. Solche Umsetzungen umfassen eine Integration des Sensors 331 innerhalb der Stange 332, welche sich von der Stange 332 bis zum Lenkrad 312 erstreckt, und/oder an Zwischenverbindungselementen, bis ein relativ geeignetes Element die Möglichkeit beschränkt, in adäquater Weise rein kinematische Beziehungen zu definieren. Diese Umsetzungen verkörpern herkömmliche Praktiken, wie sie vom Fachmann verwendet werden.
Das System 310 umfasst weiterhin einen ersten Aktuator 332. Der erste Aktuator 332 ist in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus 316 verbunden. Die betriebliche Verbindung zwischen dem ersten Aktuator 332 und dem Lenkmechanismus 316 kann wenigstens teilweise mit Getriebezahnrädern 333 erzielt werden. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Drehmomentsensor entlang der Lenksäule 318 zwischen dem ersten Aktuator 332 und dem Lenkrad 312 angeordnet. Mit anderen Worten, der Drehmomentsensor 330 ist abwärts vom Lenkrad 312 angeordnet und der erste Aktuator 332 ist aufwärts bzw. über dem Drehmomentsensor 330 angeordnet.
In den dargestellten Ausführungsformen ist der erste Aktuator 332 in betrieblicher Weise mit der Lenksäule 318 verbunden. Diese Anordnung kann als ”säulenbefestigte elektrische Servolenkung” bezeichnet werden. In (hier nicht dargestellten) anderen Ausführungsformen ist der erste Aktuator 332 betrieblich mit der Schiene 322 verbunden. Diese Konfiguration kann als ”schienenbefestigte elektrische Servolenkung” bezeichnet werden.
Aufgrund der betrieblichen Verbindung des ersten Aktuators 332 mit dem Lenkmechanismus 316 und der betrieblichen Verbindung des Lenkmechanismus 316 mit dem Lenkelement 314 kann der erste Aktuator 332 ebenso eine Bewegung des Lenkelementes 314 unterstützen. Insbesondere kann der erste Aktuator 332 eine Unterstützung bereitstellen bzw. einfach ”unterstützen”, und zwar für den Nutzer beim Versuch, das Lenkelement 314 zu bewegen.
Der erste Aktuator 332 umfasst in den dargestellten Ausführungsformen einen (nicht separat nummerierten) elektrischen Motor zur Bereitstellung eines kontrollierten Betrages an Drehmoment für den Lenkmechanismus 316. Eine Aktivierung des ersten Aktuators 332 wird in Antwort auf ein erstes Signal durchgeführt. Der erste Aktuator 332 steht in Kommunikation mit der Steuerung 326. Das erste Signal wird von der Steuerung 326 erzeugt und von dem ersten Aktuator 332 empfangen. Eine Bestimmung der Eigenschaften des ersten Signales wird detaillierter weiter unten beschrieben.
DAS System 310 umfasst ebenso einen zweiten Aktuator 334. Der zweite Aktuator 334 ist in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus 316 verbunden und ist vom ersten Aktuator 332 getrennt. Somit übt der zweite Aktuator 334 ein Drehmoment separat von dem durch den ersten Aktuator 332 erzeugtes Drehmoment aus. In den dargestellten Ausführungsformen ist der zweite Aktuator 334 zwischen dem Drehmomentsensor 330 und dem Lenkrad 312 entlang der Lenksäule 318 angeordnet.
Aufgrund der betrieblichen Verbindung des zweiten Aktuators 332 mit dem Lenkmechanismus 316 kann der zweite Aktuator 334 ebenso ein Drehmoment an einem einzelnen Befestigungspunkt an der Säule 318 ausüben, wie in 3 dargestellt ist, oder einen differentiellen Drehmomentbetrag mit zwei Befestigungspunkten ausüben, wie in 4 dargestellt ist. Analoge Konfigurationen sind ebenso für die schienenbefestigten elektronischen Energiesysteme mit Befestigungspunkten über und unter dem Drehmomentsensor möglich, wobei eine Befestigung typischerweise an der Eingangswelle der Schienenanordnung stattfindet. Insbesondere kann der zweite Aktuator 334 eine Unterstützung für den Nutzer modulieren, welcher versucht, das Lenkelement 314 zu bewegen. Beispielsweise kann zu bestimmten Zeiten und abhängig vom Zustand der zweite Aktuator 334 geringe Widerstandsniveaus beim Drehen des Lenkmechanismus 316 bereitstellen, und zwar durch Bereitstellen eines Drehmomentes an dem Lenkmechanismus 316 in einer entgegengesetzten Richtung zu dem vom Nutzer erzeugten Drehmoment. Andererseits können zu anderen Zeitpunkten der zweite Aktuator 334 geringe Niveaus erhöhten Widerstands bereitstellen.
Der zweite Aktuator 334 umfasst in den dargestellten Ausführungsformen einen (nicht separat gekennzeichneten) Elektromotor zur Bereitstellung eines kontrollierten Drehmomentbetrages an dem Lenkmechanismus 316. Eine Aktivierung des zweiten Aktuators 334 wird in Antwort auf ein zweites Signal durchgeführt. Weiterhin wird der Betrag bzw. das Niveau des von dem zweiten Aktuator 334 ausgeübten Drehmoments in Antwort auf die Eigenschaften des zweiten Signales durchgeführt. Der zweite Aktuator 334 steht in Kommunikation mit der Steuerung 326. Das zweite Signal wird von der Steuerung 326 erzeugt und von dem zweiten Aktuator 334 empfangen. Eine Bestimmung der Eigenschaften des zweiten Signales wird detaillierter weiter unten erläutert.
In einer in 3 dargestellten ersten Ausführungsform ist der zweite Aktuator 334 in betrieblicher Weise zwischen dem Drehmomentsensor 330 und dem Lenkrad 312 angeordnet. Mit anderen Worten, der zweite Aktuator 334 ist unterhalb des Lenkrades 312 und oberhalb vom Drehmomentsensor 330 angeordnet. Getriebezahnräder 336 können verwendet werden, um die betriebliche Verbindung zwischen dem zweiten Aktuator 334 und dem Lenkmechanismus 316 zu erzielen.
In einer in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform ist der zweite Aktuator 334 in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus 316 verbunden, und zwar sowohl oberhalb als auch unterhalb des Drehmomentsensors 330. Mit anderen Worten, der zweite Aktuator 334 ist am Drehmomentsensor 330 angeordnet. Nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, der zweite Aktuator 334 ist parallel zu dem Drehmomentsensor 330 angeordnet.
Insbesondere kann die betriebliche Verbindung des zweiten Aktuators 334 an dem Lenkmechanismus 316 mit einem ersten Satz an Getriebezahnrädern 338 und einem zweiten Satz an Getriebezahnrädern 440 durchgeführt werden. Der erste Satz an Getriebezahnrädern 338 koppelt den zweiten Aktuator 334 mit dem Lenkmechanismus 316 an eine Seite des Drehmomentsensors 330, während der zweite Satz von Getriebezahnrädern 440 den zweiten Aktuator 334 an den Lenkmechanismus 316 an der anderen Seite des Drehmomentsensors 330 koppelt. Jedoch kann der zweite Aktuator 334 integral mit dem Drehmomentsensor 330 ausgebildet sein und somit keine Getriebezahnräder erfordern. Eine solche integrale Anordnung fügt dem System 310 keine signifikante Haftreibung bzw. Reibung hinzu.
In Ausführungsformen mit dem zweiten Aktuator 334 wird das durch den Drehmomentsensor 330 bereitgestellte Drehmomentsignal sowohl das durch den Nutzer ausgeübte Drehmoment als auch das durch den zweiten Aktuator 334 ausgeübte Drehmoment wiedergeben. Somit kann die Steuerung 326 das durch den zweiten Aktuator 334 von dem gemessenen Drehmoment subtrahieren, um das tatsächlich durch den Nutzer ausgeübte Drehmoment zu bestimmen.
Die Steuerung 326 der dargestellten Ausführungsformen umfasst eine Computerfunktionalität, um den durch den ersten Aktuator 332 und den zweiten Aktuator 334 auf den Lenkmechanismus 316 auszuübenden Drehmomentbetrag zu berechnen. Diese Berechnung kann beliebige auf das Fahrzeug bezogene Eingaben in Betracht ziehen, welche von der Steuerung 326 empfangen wurden. Beispielsweise kann die Berechnung des durch die Aktuatoren 332, 334 ausgeübten Drehmomentbetrages in Antwort auf die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 328 gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit, das von dem Drehmomentsensor 330 gemessene Drehmoment, die von dem Lenkelement 314 durch den Winkelpositionssensor 331 gemessene Winkelposition, die Winkelposition des Lenkrades 312 und/oder Ableitungen und Integralen davon sein. Eine bedingungsgebundene Drehmomentausübung ist ebenso in Abhängigkeit von den gemessenen Bewegungen, Drehmomenten, abgeleiteten Signalen und Kombinationen davon möglich.
In den dargestellten Ausführungsformen kann die folgende Übertragungsfunktion durch Verwenden einer Berechnung des durch die Aktuatoren 332, 334 auszuübenden Drehmomentbetrages verwendet werden:
wobei T₁ das von dem ersten Aktuator 332 auszuübende Drehmoment ist; T₂ das von dem zweiten Aktuator 334 auszuübenden Drehmoment ist, SWT das vom Fahrer auszuübende Drehmoment ist, wie es vom Drehmomentsensor 330 gemessen wurde; Θ_RW der Winkel der mit der Straße in Kontakt stehenden Räder, d. h. des Lenkelementes 314, ist; und H₁₁, H₃₁₂, H₂₁ und H₃₃₂₂ Übertragungsfunktionen sind. Weiterhin ist in den dargestellten Ausführungsformen das von den ersten und zweiten Aktuatoren 332, 334 auszuübende Drehmoment in den ersten und zweiten Signalen codiert und wird jeweils von der Steuerung 326 zu den ersten und zweiten Aktuatoren 332, 334 übertragen. Mit anderen Worten, es werden erste und zweite Signale durch die Steuerung 326 erzeugt, welche dem von den ersten und zweiten Aktuatoren 332, 334 auszuübenden Drehmomentbetrag entsprechen.
5 zeigt die Beziehung einer dynamischen Bewegung (y-Achse) des Lenkelementes 314 (z. B. eines mit der Straßenoberfläche in Kontakt befindlichen Rades) zu dem durch den Nutzer bereitgestellten Aufwand (x-Achse) in Ausführungsformen eines Systems 310 und des hierin beschriebenen Verfahrens. Das System 310 und das hierin beschriebene Verfahren können eine Beziehung zwischen einer dynamischen Bewegung eines Lenkelementes 314 (z. B. eines mit der Straße in Kontakt befindlichem Rad) und einem Nutzeraufwand irgendwo in einem Bereich 546 bereitstellen, wie es dargestellt ist. Somit kann das System 310 und das Verfahren eine bessere Korrelation zwischen empfundenem Fahreraufwand und Fahrzeugreaktion bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung wurde hierin in einer darstellenden Art und Weise beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass die Terminologie, welche verwendet worden ist, mehr in der Natur der Wörter der Beschreibung als der Beschränkung liegen soll. Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der Erfindung im Lichte der obigen Lehre möglich. Die Erfindung kann auf andere Weise als ausdrücklich beschrieben innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden.
Weitere Ausführungsformen

1. Elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und wenigstens einem lenkbaren Element, wobei das System umfasst: eine Steuerung zum Empfangen wenigstens einer Eingabe bezüglich des Fahrzeuges; einen Lenkmechanismus, welcher in betrieblicher Weise das Lenkrad mit dem wenigstens einen lenkbaren Element miteinander verbindet, und zwar um eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Rotation des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges zuzulassen; einen ersten Aktuator, welcher in Kommunikation mit der Steuerung steht und in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, und zwar um die Bewegung des lenkbaren Elementes in Antwort auf ein erstes Signal von der Steuerung zu unterstützen; und einen zweiten Aktuator, welcher in Kommunikation mit der Steuerung steht, getrennt von dem ersten Aktuator, und in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, um ein Drehmoment in Antwort auf ein zweites Signal von der Steuerung auszuüben.
2. System nach Ausführungsform 1, wobei der zweite Aktuator zwischen dem ersten Aktuator und dem Lenkrad angeordnet ist.
3. System nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend einen Drehmomentsensor, welcher in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist und in Kommunikation mit der Steuerung steht, um einen Drehmomentbetrag an dem Lenkmechanismus zu messen und ein Drehmomentsignal zu übertragen, welches den Drehmomentbetrag des Lenkmechanismus wiedergibt.
4. System nach Ausführungsform 3, wobei der zweite Aktuator in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus sowohl oberhalb als auch unterhalb vom Drehmomentsensor verbunden ist.
5. System nach Ausführungsform 3, wobei der zweite Aktuator in betrieblicher Weise zwischen dem Drehmomentsensor und dem Lenkrad verbunden ist.
6. System nach Ausführungsform 3, wobei der Drehmomentsensor zwischen dem ersten Aktuator und dem Lenkrad angeordnet ist.
7. System nach Ausführungsform 1, wobei der Lenkmechanismus umfasst: eine Lenksäule, welche in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades drehbar ist; ein Antriebszahnrad, welches mit der Lenksäule gekoppelt ist und in Antwort auf eine Drehung der Lenksäule drehbar ist; und eine Schiene, welche in betrieblicher Weise mit dem wenigstens einen Lenkelement verbunden ist und in Eingriff mit dem Antriebszahnrad kommt, um das wenigstens eine Lenkelement in Antwort auf die Drehung des Antriebszahnrads zu betätigen.
8. System nach Ausführungsform 7, wobei der erste Aktuator in betrieblicher Weise mit der Lenksäule verbunden ist.
9. System nach Ausführungsform 7, wobei der erste Aktuator in betrieblicher Weise mit der Schiene verbunden ist.
10. System nach Ausführungsform 7, weiterhin umfassend einen Drehmomentsensor, welcher in Reihe mit der Lenksäule verbunden ist und in Kommunikation mit der Steuerung steht, und zwar zum Messen eines Drehmomentbetrages der Lenksäule und Übertragen eines Drehmomentsignals entsprechend dem Drehmomentbetrag an der Lenksäule.
11. System nach Ausführungsform 10, wobei der zweite Aktuator in betrieblicher Weise mit der Lenksäule sowohl oberhalb als auch unterhalb des Drehmomentsensors verbunden ist.
12. System nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Messen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und Bereitstellen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignales entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit zu der Steuerung.
13. System nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend einen Winkelpositionssensor zum Messen einer Winkelposition wenigstens des einen Lenkrades und des wenigstens einen Lenkelements und Bereitstellen eines Signales entsprechend der Winkelposition zu der Steuerung.
14. Verfahren zum Bereitstellen einer Servolenkung für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad, wenigstens einem lenkbaren Element und einem Lenkmechanismus, welches in betrieblicher Weise mit dem Lenkrad und dem wenigstens einem lenkbaren Element verbunden ist, um eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges zuzulassen, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Eingaben bezogen auf das Fahrzeug an einer Steuerung; Unterstützen einer Drehung des lenkbaren Elementes mit einem ersten Aktuator in Antwort auf ein erstes Signal, welches von der Steuerung am ersten Aktuator empfangen worden ist; und Ausüben eines Drehmomentes mit einem zweiten Aktuator, getrennt von dem ersten Aktuator, in Antwort auf ein zweites Signal, welches von der Steuerung an dem zweiten Aktuator empfangen worden ist.
15. Verfahren nach Ausführungsform 14, weiterhin umfassend die Schritte des Messens eines Drehmomentbetrages, welcher auf den Lenkmechanismus ausgeübt wird und wobei der Schritt des Empfangens von auf das Fahrzeug bezogenen Eingaben an der Steuerung ein Empfangen eines Drehmomentsignales umfasst, welches den auf den Lenkmechanismus ausgeübten Drehmomentbetrag anzeigt.
16. Verfahren nach Ausführungsform 15, weiterhin umfassend: Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden ersten Drehmomentes; und Berechnen eines von dem zweiten Aktuator aufzuwendenden zweiten Drehmomentes.
17. Verfahren nach Ausführungsform 16, weiterhin umfassend: Erzeugen des ersten Signales entsprechend des ersten aufzuwendenden Drehmomentes; und Erzeugen des zweiten Signales entsprechend des zweiten aufzuwendenden Drehmomentes.
18. Verfahren nach Ausführungsform 17, weiterhin umfassend ein Bestimmen einer Winkelposition wenigstens des Lenkrades oder des lenkbaren Elementes, und wobei der Schritt des Empfangens von Eingaben bezogen auf das Fahrzeug an der Steuerung ein Empfangen eines Signales umfasst, welches die Winkelposition an der Steuerung anzeigt.
19. Verfahren nach Ausführungsform 18, wobei ein Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden Drehmomentes ein Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden Drehmomentes auf Basis wenigstens eines von dem Nutzer auszuübenden Drehmomentbetrages und der Winkelposition umfasst.

Claims

Elektrisches Servolenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad und wenigstens einem lenkbaren Element, wobei das System umfasst: eine Steuerung zum Empfangen wenigstens einer Eingabe bezüglich des Fahrzeuges; einen Lenkmechanismus, welcher in betrieblicher Weise das Lenkrad mit dem wenigstens einen lenkbaren Element miteinander verbindet, und zwar um eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Rotation des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges zuzulassen; einen ersten Aktuator, welcher in Kommunikation mit der Steuerung steht und in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, und zwar um die Bewegung des lenkbaren Elementes in Antwort auf ein erstes Signal von der Steuerung zu unterstützen; und einen zweiten Aktuator, welcher in Kommunikation mit der Steuerung steht, getrennt von dem ersten Aktuator, und in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, um ein Drehmoment in Antwort auf ein zweites Signal von der Steuerung auszuüben.
System nach Anspruch 1, wobei der zweite Aktuator zwischen dem ersten Aktuator und dem Lenkrad angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Drehmomentsensor, welcher in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist und in Kommunikation mit der Steuerung steht, um einen Drehmomentbetrag an dem Lenkmechanismus zu messen und ein Drehmomentsignal zu übertragen, welches den Drehmomentbetrag des Lenkmechanismus wiedergibt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Aktuator in betrieblicher Weise mit dem Lenkmechanismus verbunden ist, sowohl vor als auch hinter dem Drehmomentsensor, oder wobei der zweite Aktuator in betrieblicher Weise zwischen dem Drehmomentsensor und dem Lenkrad verbunden ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Servolenkung für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad, wenigstens einem lenkbaren Element und einem Lenkmechanismus, welches in betrieblicher Weise mit dem Lenkrad und dem wenigstens einem lenkbaren Element verbunden ist, um eine Bewegung des wenigstens einen lenkbaren Elementes in Antwort auf eine Drehung des Lenkrades durch einen Nutzer des Fahrzeuges zuzulassen, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Eingaben bezogen auf das Fahrzeug an einer Steuerung; Unterstützen einer Drehung des lenkbaren Elementes mit einem ersten Aktuator in Antwort auf ein erstes Signal, welches von der Steuerung am ersten Aktuator empfangen worden ist; und Ausüben eines Drehmomentes mit einem zweiten Aktuator, getrennt von dem ersten Aktuator, in Antwort auf ein zweites Signal, welches von der Steuerung an dem zweiten Aktuator empfangen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend die Schritte des Messens eines Drehmomentbetrages, welcher auf den Lenkmechanismus ausgeübt wird und wobei der Schritt des Empfangens von auf das Fahrzeug bezogenen Eingaben an der Steuerung ein Empfangen eines Drehmomentsignales umfasst, welches den auf den Lenkmechanismus ausgeübten Drehmomentbetrag anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden ersten Drehmomentes; und Berechnen eines von dem zweiten Aktuator aufzuwendenden zweiten Drehmomentes.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: Erzeugen des ersten Signales entsprechend des ersten aufzuwendenden Drehmomentes; und Erzeugen des zweiten Signales entsprechend des zweiten aufzuwendenden Drehmomentes.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend ein Bestimmen einer Winkelposition wenigstens des Lenkrades oder des lenkbaren Elementes, und wobei der Schritt des Empfangens von Eingaben bezogen auf das Fahrzeug an der Steuerung ein Empfangen eines Signales umfasst, welches die Winkelposition an der Steuerung anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei ein Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden Drehmomentes ein Berechnen eines von dem ersten Aktuator aufzuwendenden Drehmomentes auf Basis wenigstens eines von dem Nutzer auszuübenden Drehmomentbetrages und der Winkelposition umfasst.