DE102017201207A1

DE102017201207A1 - Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017201207A1
Application number: DE102017201207.2A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dreyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend eine Lenkhandhabe (2), eine Stelleinrichtung (3) zum Einstellen eines Lenkwinkels (10) an mindestens einem lenkbaren Rad (51) des Kraftfahrzeugs (50), ein Lenkradsensor (4) zum Erfassen eines an der Lenkhandhabe (2) aufgebrachten Handmoments und/oder Lenkradwinkels (11), eine Haptikeinrichtung (5) mit einem Elektromotor (6) zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung an der Lenkhandhabe (2), und eine Steuerung (7), wobei die Steuerung (7) derartig ausgebildet ist, die Stelleinrichtung (3) zumindest auf Grundlage des erfassten Handmoments und/oder Lenkradwinkels (11) zu steuern und hierdurch den Lenkwinkel (10) an dem mindestens einen lenkbaren Rad (51) einzustellen und die von der Haptikeinrichtung (5) auszugebene haptische Rückkopplung zu steuern, wobei die Haptikeinrichtung (5) Dämpfungsmittel (8) umfasst, wobei die Dämpfungsmittel (8) derartig ausgebildet sind, bei einem Abfall einer zum Betrieb der Haptikeinrichtung (5) notwendigen Versorgungsspannung (V) eine haptische Rückkopplung zu bewirken, wenn die Lenkhandhabe (2) bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Es sind sogenannte Steer-by-wire-Lenkvorrichtungen bekannt, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe und einer Stelleinrichtung an Rädern eines Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Bei einer solchen Lenkvorrichtung ist eine vollständige elektronische Ansteuerung sowohl der Lenkhandhabe als auch der gelenkten Räder des Kraftfahrzeugs realisierbar. Hierzu weist die Lenkvorrichtung unter anderem einen Lenkradsensor auf, der ein Handmoment und/oder einen Lenkradwinkel des Lenkrads erfasst. Zudem ist eine Steuerung vorgesehen, mit dem die Stelleinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Handmoment und/oder dem erfassten Lenkradwinkel elektrisch ansteuerbar ist, um den jeweiligen Lenkwinkel an den gelenkten Rädern einzustellen. Darüber hinaus weist eine solche Lenkvorrichtung eine Haptikeinrichtung auf, mit der eine haptische Rückkopplung an der Lenkhandhabe bereitgestellt wird.
Eine solche Lenkvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 016 017 A1 bekannt.
Ein Nachteil der vorgenannten Lenkvorrichtungen ist, dass zum Bereitstellen einer haptischen Rückkopplung stets ein Normalzustand vorliegen muss. Insbesondere muss eine Versorgungsspannung ununterbrochen bereitgestellt werden, damit eine haptische Rückkopplung an einer solchen Lenkvorrichtung bereitgestellt werden kann. Im Gegensatz zum Lenkradsensor, der Stelleinrichtung und der Steuerung ist die Haptikeinrichtung jedoch nicht für einen ununterbrochenen Betrieb ausgelegt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der auch im Fehlerfall eine haptische Rückkopplung an der Lenkhandhabe bereitgestellt werden kann.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere wird eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, umfassend eine Lenkhandhabe, eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines Lenkwinkels an mindestens einem lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs, ein Lenkradsensor zum Erfassen eines an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoments und/oder Lenkradwinkels, eine Haptikeinrichtung mit einem Elektromotor zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung an der Lenkhandhabe, und eine Steuerung, wobei die Steuerung derartig ausgebildet ist, die Stelleinrichtung zumindest auf Grundlage des erfassten Handmoments und/oder Lenkradwinkels zu steuern und hierdurch den Lenkwinkel an dem mindestens einen lenkbaren Rad einzustellen und die von der Haptikeinrichtung auszugebene haptische Rückkopplung zu steuern, wobei die Haptikeinrichtung Dämpfungsmittel umfasst, und wobei die Dämpfungsmittel derartig ausgebildet sind, bei einem Abfall einer zum Betrieb der Haptikeinrichtung notwendigen Versorgungsspannung eine haptische Rückkopplung zu bewirken, wenn die Lenkhandhabe bewegt wird. Neben dem Handmoment und/oder Lenkradwinkel können weitere Parameter wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit in die Steuerung eingehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dämpfungsmittel ein Relais umfassen, welches derartig ausgebildet ist, beim Abfall der Versorgungsspannung den Elektromotor kurzzuschließen. Der Kurzschluss des Elektromotors bewirkt, dass eine Bewegung des mechanisch mit dem Elektromotor der Haptikeinrichtung gekoppelten Lenkhandhabe nur unter Aufbringung einer zusätzlichen Leistung bzw. eines zusätzlichen Moments erfolgen kann. Dieses zusätzliche Moment wirkt entgegengesetzt zum an der Lenkhandhabe aufgebrachten Handmoment, so dass ein Fahrer das zusätzliche Moment als Widerstand empfindet. Dieser Widerstand wird als haptische Rückkopplung empfunden, da ein Fahrer es gewohnt ist, beim Lenken gegen einen Widerstand anzulenken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Relais als Öffner ausgebildet ist und über die Versorgungsspannung versorgt wird, so dass das Relais beim Abfall der Versorgungsspannung schließt und hierüber den Kurzschluss des Elektromotors herstellt. Der Vorteil ist, dass keine zusätzliche Steuerelektronik für das Relais notwendig ist. Sofern die Versorgungsspannung im Normalfall bereitgestellt wird, ist das Relais geöffnet und ein Kurzschluss des Elektromotors wird unterbunden. Fällt die Versorgungsspannung hingegen aus, so schließt das Relais von alleine und schließt den Elektromotor kurz.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein Drehstrommotor ist, wobei das Relais mehrpolig ausgebildet ist und beim Abfall der Versorgungsspannung einen gemeinsamen Kurzschluss sämtlicher Phasen des Drehstrommotors bewirkt. Hierbei werden beispielsweise alle drei Phasen des Drehstromes am Elektromotor gleichzeitig mittels eines einzigen Relais miteinander kurzgeschlossen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dämpfungsmittel mindestens einen Bremswiderstand aufweisen, über den der Kurzschluss hergestellt wird. Der Bremswiderstand sorgt dafür, dass beim Aufbringen des Handmoments gegen ein zusätzliches Moment angelenkt werden muss bzw. eine zusätzliche Leistung an der Lenkhandhabe aufgebracht werden muss.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Bremswiderstand derartig bemessen ist, dass beim Bewegen der Lenkhandhabe an dieser eine vorgegebene Stärke der haptischen Rückkopplung erzeugt wird. Soll beispielsweise eine starke haptische Rückkopplung bereitgestellt werden, so wird ein großer Bremswiderstand gewählt. Soll hingegen lediglich eine leichte haptische Rückkopplung gegeben werden, so wird der Bremswiderstand entsprechend kleiner bemessen. Der mindestens eine Bremswiderstand kann auch in Abhängigkeit von individuellen Präferenzen eines Fahrers oder sonstigen Einstellungen des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Beispielsweise kann der mindestens eine Bremswiderstand auch als manuell oder automatisch einstellbares Potentiometer ausgebildet sein, so dass individuelle Einstellungen und/oder automatische Einstellungen vorgenommen werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder Motorwicklung des Elektromotors ein Bremswiderstand zugeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug;
2 eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus in einer Haptikeinrichtung mit einem dreipoligen Relais.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Lenkungsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug 50 gezeigt.
Die Lenkungsvorrichtung 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2, eine Stelleinrichtung 3 zum Einstellen eines Lenkwinkels 10 an zwei Rädern 51 des Kraftfahrzeugs 50, einen Lenkradsensor 4 zum Erfassen eines an der Lenkhandhabe 2 aufgebrachten Handmoments und/oder Lenkradwinkels 11, eine Haptikeinrichtung 5 mit einem Elektromotor 6 zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung an der Lenkhandhabe 2 und eine Steuerung 7, wobei die Steuerung 7 derartig ausgebildet ist, die Stelleinrichtung 3 auf Grundlage des erfassten Handmoments und/oder Lenkradwinkels 11 zu steuern und hierdurch den Lenkwinkel 10 an den Rädern 51 einzustellen. Parallel hierzu steuert die Steuerung 7 die von der Haptikeinrichtung 5 an der Lenkhandhabe 2 auszugebene haptische Rückkopplung. Die Lenkungsvorrichtung 1 ist als Steer-by-Wire-Lenkung ausgebildet, das heißt die Lenkhandhabe 2 und die Räder 51 sind mechanisch nicht miteinander verbunden und eine Lenkung erfolgt rein elektrisch.
Die Haptikeinrichtung 5 umfasst ferner Dämpfungsmittel 8, wobei die Dämpfungsmittel 8 derartig ausgebildet sind, bei einem Abfall einer zum Betrieb der Haptikeinrichtung 5 notwendigen Versorgungsspannung eine haptische Rückkopplung an der Lenkhandhabe 2 zu bewirken, wenn diese bewegt wird.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus 20 in der Haptikeinrichtung 5 der Lenkungsvorrichtung 1 (1) zur Verdeutlichung der Erfindung gezeigt. Der Schaltungsaufbau 20 umfasst einen Zwischenkreiskondensator 21, einen Wechselrichter 22 zum Umrichten einer bereitgestellten Versorgungsspannung V in einen dreiphasigen Drehstrom. Einzelne Feldeffekttransistoren 23 von drei Halbbrücken 24 werden hierzu von einer Haptiksteuerung 25 angesteuert. Die Haptiksteuerung 25 wertet hierzu ein Steuersignal 26 aus, welches von der Steuerung 7 (1) bereitgestellt wird. Der Drehstrom dient zum Antreiben des Elektromotors 6, der als Drehstrommotor 27 ausgebildet ist und mechanisch mit der Lenkhandhabe 2 verbunden ist, so dass eine haptische Rückkopplung an dieser erzeugt werden kann.
Der Schaltungsaufbau 20 weist ferner Dämpfungsmittel 8 auf, welche ein Relais 28 umfassen. Dieses Relais 28 ist dreipolig ausgebildet und als Öffner („normally closed“, NC) ausgelegt. Das Relais 28 wird mittels der bereitgestellten Versorgungsspannung V geöffnet. Wird die Versorgungsspannung V bereitgestellt, so bleibt das Relais 28 geöffnet. Fällt die Versorgungsspannung V hingegen ab, so schließt das Relais 28 und schließt die drei Phasen 29-1, 29-2, 29-3 der einzelnen Motorwicklungen 30-1, 30-2, 30-3 miteinander kurz. Der Kurzschluss 31 wird über drei Bremswiderstände 32-1, 32-2, 32-3 hergestellt. Durch den Kurzschluss 31 muss zum Bewegen der Lenkhandhabe 2 (1) eine zusätzliche Leistung bzw. ein zusätzliches Handmoment aufgebracht werden. Dies wird von einem Fahrer als haptische Rückkopplung bzw. Dämpfung empfunden.
Der Vorteil ist, dass auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung V eine haptische Rückkopplung an der Lenkhandhabe bereitgestellt wird. Dem Fahrer wird somit auch im Fehlerfall an der Steer-by-Wire Lenkvorrichtung das haptische Empfinden einer normal funktionierenden Lenkung bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

1: Lenkungsvorrichtung
2: Lenkhandhabe
3: Stelleinrichtung
4: Lenkradsensor
5: Haptikeinrichtung
6: Elektromotor
7: Steuerung
8: Dämpungsmittel
10: Lenkwinkel
11: Lenkradwinkel
20: Schaltungsaufbau
21: Zwischenkreiskondensator
22: Wechselrichter
23: Feldeffekttransistor
24: Halbbrücke
25: Haptiksteuerung
26: Steuersignal
27: Drehstrommotor
28: Relais
29-1: Phase
29-2: Phase
29-3: Phase
30-1: Motorwicklung
30-2: Motorwicklung
30-3: Motorwicklung
31: Kurzschluss
32-1: Bremswiderstand
32-2: Bremswiderstand
32-3: Bremswiderstand
50: Kraftfahrzeug
51: Rad
V: Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014016017 A1 [0003]

Claims

Lenkungsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend: eine Lenkhandhabe (2), eine Stelleinrichtung (3) zum Einstellen eines Lenkwinkels (10) an mindestens einem lenkbaren Rad (51) des Kraftfahrzeugs (50), ein Lenkradsensor (4) zum Erfassen eines an der Lenkhandhabe (2) aufgebrachten Handmoments und/oder Lenkradwinkels (11), eine Haptikeinrichtung (5) mit einem Elektromotor (6) zum Erzeugen einer haptischen Rückkopplung an der Lenkhandhabe (2), und eine Steuerung (7), wobei die Steuerung (7) derartig ausgebildet ist, die Stelleinrichtung (3) zumindest auf Grundlage des erfassten Handmoments und/oder Lenkradwinkels (11) zu steuern und hierdurch den Lenkwinkel (10) an dem mindestens einen lenkbaren Rad (51) einzustellen und die von der Haptikeinrichtung (5) auszugebene haptische Rückkopplung zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Haptikeinrichtung (5) Dämpfungsmittel (8) umfasst, wobei die Dämpfungsmittel (8) derartig ausgebildet sind, bei einem Abfall einer zum Betrieb der Haptikeinrichtung (5) notwendigen Versorgungsspannung (V) eine haptische Rückkopplung zu bewirken, wenn die Lenkhandhabe (2) bewegt wird.
Lenkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (8) ein Relais (28) umfassen, welches derartig ausgebildet ist, beim Abfall der Versorgungsspannung (V) den Elektromotor (6) kurzzuschließen.
Lenkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais (28) als Öffner ausgebildet ist und über die Versorgungsspannung (V) versorgt wird, so dass das Relais (28) beim Abfall der Versorgungsspannung (V) schließt und hierüber den Kurzschluss (31) des Elektromotors (6) herstellt.
Lenkungsvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) ein Drehstrommotor (27) ist, wobei das Relais (28) mehrpolig ausgebildet ist und beim Abfall der Versorgungsspannung (V) einen gemeinsamen Kurzschluss (31) sämtlicher Phasen (29-1, 29-2, 29-3) des Drehstrommotors (27) bewirkt.
Lenkungsvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (8) mindestens einen Bremswiderstand (32-1, 32-2, 32-3) aufweisen, über den der Kurzschluss (31) hergestellt wird.
Lenkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bremswiderstand (32-1, 32-2, 32-3) derartig bemessen ist, dass beim Bewegen der Lenkhandhabe (2) an dieser eine vorgegebene Stärke der haptischen Rückkopplung erzeugt wird.
Lenkungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Motorwicklung (30-1, 30-2, 30-3) des Elektromotors (6) ein Bremswiderstand (32-1, 32-2, 32-3) zugeordnet ist.