-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 8.
-
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit konventionellen Lenksystemen bekannt, bei welchen ein Lenkrad über eine Lenksäule mechanisch fest mit einem Lenkgetriebe verbunden ist, wobei positions- und/oder winkelbasierte Lenkfunktionen meist auf Basis eines von einem relativen Rotorlagesensor ermittelten Rotorlagesignals ausgeführt werden. Eine absolute Position eines Lenkungsstellelements des Lenkgetriebes, welches bei Personenkraftfahrzeugen in der Regel als Zahnstange ausgebildet ist, wird dabei mit Hilfe von zusätzlichen, externen Sensoren, beispielsweise Lenkradwinkelsensoren und/oder Indexsensoren, erfasst und/oder initialisiert, wobei die Sensoren in den meisten Fällen im Bereich der Lenksäule angebracht sind.
-
Darüber hinaus sind Fahrzeuge mit Steer-by-Wire-Lenksystemen bekannt, welche ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern auskommen und bei welchen ein Lenkbefehl ausschließlich elektrisch weitergeleitet wird. Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung sind die zuvor genannten externen Sensoren im Bereich der Lenksäule nicht mehr vorhanden, sodass andere Ansätze verwendet werden müssen, um eine absolute Position eines Lenkungsstellelements zu ermitteln. Die absolute Position des Lenkungsstellelements wird dabei insbesondere zur Regelung der Position des Lenkungsstellelements und somit zur Einstellung einer korrekten Fahrtrichtung benötigt.
-
In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die
DE 198 34 870 A1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem, welches neben einem Rotorlagesensor einen zusätzlichen Positionssensor zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements umfasst.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren sowie eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung, welche wenigstens ein, insbesondere beweglich gelagertes, Lenkungsstellelement, wenigstens einen Stellmotor zur Verstellung des Lenkungsstellelements in einer Axialrichtung, insbesondere des Lenkungsstellelements, und wenigstens einen zumindest anfänglich, einmalig eingelernten, insbesondere kalibrierten und/oder initialisierten, Rotorlagesensor umfasst, welcher als Relativsensor ausgebildet ist und dazu vorgesehen ist, ein mit einer Rotorlage des Stellmotors korreliertes Rotorlagesignal bereitzustellen.
-
Es wird vorgeschlagen, dass eine absolute Position des Lenkungsstellelements in Axialrichtung in zumindest einem Betriebszustand anhand des Rotorlagesignals ermittelt wird. Insbesondere wird die absolute Position des Lenkungsstellelements dabei direkt anhand des Rotorlagesignals ermittelt, sodass das Rotorlagesignal von einem reinen Referenzsignal zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements verschieden ist. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Effizienz, insbesondere eine Bauraumeffizienz, eine Bauteileeffizienz, eine Wartungseffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Darüber hinaus kann insbesondere auch bei einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung eine vorteilhaft kostengünstige Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements, vorteilhaft unter Verwendung bereits bestehender Bauteile, erreicht werden.
-
Unter einer „Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Steer-by-Wire-Lenksystems, insbesondere eines Fahrzeugs und vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, verstanden werden. Insbesondere kann die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung auch das gesamte Steer-by-Wire-Lenksystem umfassen. Das Steer-by-Wire-Lenksystem ist dabei insbesondere in zumindest einem Betriebszustand frei von einer direkten mechanischen Verbindung zwischen einer Lenkhandhabe, wie beispielsweise einem Lenkhebel oder einem Lenkrad, und einem, insbesondere als „Steering Rack Actuator“ bezeichneten, Lenkgetriebe. Vorteilhaft kann die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zudem das Lenkgetriebe und/oder wenigstens eine Recheneinheit umfassen, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, das Verfahren zum Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung auszuführen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
-
Das Lenkungsstellelement ist vorzugsweise als Teil des Lenkgetriebes und vorteilhaft als Ausgangswelle, wie beispielsweise im NKW-Bereich verwendet, und/oder als Zahnstange, wie beispielsweise im PKW-Bereich verwendet, ausgebildet. Bevorzugt ist das Lenkungsstellelement dabei zur Verstellung eines Radwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads und somit insbesondere zur direkten Beeinflussung einer Fahrtrichtung vorgesehen. Des Weiteren ist der Stellmotor insbesondere als Elektromotor, vorzugsweise als bürstenloser Motor und besonders vorteilhaft als Asynchronmotor oder als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Bevorzugt ist der Stellmotor dabei insbesondere zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Lenkmoments vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung vorzugsweise wenigstens ein Kopplungsgetriebe, insbesondere mit einem vorgegebenen und/oder vorgebbaren Übersetzungsverhältnis, welches zur Kopplung des Stellmotors mit dem Lenkungsstellelement vorgesehen ist. Ferner ist der Rotorlagesensor insbesondere in einem Bereich des Stellmotors angeordnet und insbesondere zu einer kontaktbehafteten und/oder vorteilhaft kontaktlosen Erfassung der Rotorlage des Stellmotors vorgesehen. Darüber hinaus ist der Rotorlagesensor insbesondere dazu vorgesehen, das mit der Rotorlage des Stellmotors korrelierte Rotorlagesignal bereitzustellen und, insbesondere drahtlos oder voreilhaft leitungsgebunden, an die Recheneinheit weiterzuleiten. Das Rotorlagesignal kann dabei insbesondere mit einer Rotorlage eines Rotorelements des Stellmotors und/oder einer Winkellage einer Motorwelle des Stellmotors korreliert sein.
-
Unter einer „Recheneinheit“ soll ferner insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und eine Informationsausgabe aufweist. Vorteilhaft weist die Recheneinheit ferner zumindest einen Prozessor, zumindest einen Speicher, zumindest ein Ein- und/oder Ausgabemittel, zumindest ein Betriebsprogramm, zumindest eine Steuerroutine, zumindest eine Regelroutine und/oder zumindest eine Berechnungsroutine auf. Insbesondere ist die Recheneinheit zumindest dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand anhand des Rotorlagesignals eine absolute Position des Lenkungsstellelements in Axialrichtung zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit zudem in ein Steuergerät der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung integriert.
-
Vorteilhaft wird ferner vorgeschlagen, dass der Betriebszustand zumindest ein Betriebszustand unmittelbar nach einem Systemstart, insbesondere der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung, des Steer-by-Wire-Lenksystems und/oder des Fahrzeugs, ist und die Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements, insbesondere anhand des Rotorlagesignals, ohne eine aktive Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des Rotorlagesensors erfolgt. Insbesondere kann hierdurch auf einen aktiven Initialisierungsprozess und/oder Re-Kalibrierungsprozess bei jedem Systemstart, wie beispielsweise ein Lenken von einem ersten Endanschlag zu einem dem ersten Endanschlag gegenüberliegenden zweiten Endanschlag, verzichtet werden. Ferner ist durch diese Ausgestaltung ein einmaliges Einlernen des Rotorlagesensors, beispielsweise unmittelbar nach einer Herstellung und/oder Montage des Rotorlagesensors, ausreichend. Folglich kann vorteilhaft auf eine wiederkehrende zeitaufwändige und/oder unerwünschte Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des Rotorlagesensors verzichtet werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements und/oder der Rotorlage des Stellmotors zumindest in einem inaktiven Zustand und/oder einem abgeschalteten Zustand, in welchem insbesondere die Recheneinheit und/oder weitere Komponenten der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zumindest teilweise inaktiv sind und/oder sich in einem, insbesondere energiesparenden, Ruhemodus befinden, überwacht und bei einer nachfolgenden Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements, insbesondere anhand des Rotorlagesignals, berücksichtigt werden. Die Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements und/oder der Rotorlage des Stellmotors können dabei insbesondere durch eine manuelle Verstellung des Lenkungsstellelements und/oder eines mit dem Lenkungsstellelements in Wirkverbindung stehenden Bauteils, wie beispielsweise eines Fahrzeugrads, bewirkt sein. Vorzugsweise umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung und/oder die Recheneinheit hierzu wenigstens eine, insbesondere energieeffiziente und/oder energiesparende, Überwachungselektronik, vorteilhaft einen sogenannten „sleep mode counter“, welche/welcher dazu vorgesehen ist, Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements und/oder der Rotorlage des Stellmotors zumindest in dem inaktiven Zustand und/oder dem abgeschalteten Zustand zu überwachen und vorteilhaft in dem, insbesondere nichtflüchtigen, Speicher der Recheneinheit und/oder einem, insbesondere nichtflüchtigen, weiteren Speicher der Lenkvorrichtung zu hinterlegen. Die Überwachungselektronik kann dabei insbesondere über wenigstens eine Fahrzeugbatterie und vorteilhaft wenigstens zwei redundant zueinander ausgebildete Fahrzeugbatterien mit Energie versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung jedoch auch zumindest einen, insbesondere von einer Fahrzeugbatterie verschiedenen, Energiespeicher, wie beispielsweise einen Kondensator, umfassen, welcher die Recheneinheit und/oder zumindest die Überwachungselektronik, beispielsweise in einem Wartungsbetriebszustand, bei welchem eine Energieversorgung durch die zumindest eine Fahrzeugbatterie und/oder die zumindest zwei Fahrzeugbatterien unterbrochen ist, versorgt. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Überwachung und bevorzugt eine autarke Überwachung von Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements erreicht werden.
-
Die absolute Position des Lenkungsstellelements könnte beispielsweise ausschließlich anhand des Rotorlagesignals ermittelt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, dass wenigstens ein Referenzsignal, aus welchem insbesondere eindeutig die absolute Position des Lenkungsstellelements ermittelt werden kann, ermittelt und bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements berücksichtigt wird, insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals und hierdurch insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements. Das Referenzsignal kann insbesondere aus einem Fahrzeugsteuergerät und/oder einem Fahrdynamikregelsystem, insbesondere einem ESP-System, abgerufen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zumindest einen Referenzsensor umfassen, welcher dazu vorgesehen ist, das Referenzsignal zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements, insbesondere anhand des Rotorlagesignals, bereitzustellen. Hierdurch kann insbesondere eine Betriebssicherheit erhöht werden.
-
Eine besonders einfache Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals kann insbesondere erreicht werden, wenn das Referenzsignal ein mit einer Position des Lenkungsstellelements korreliertes Positionsreferenzsignal ist. Bevorzugt ist der Referenzsensor dabei im Bereich des Lenkungsstellelements angeordnet und insbesondere zu einer kontaktbehafteten und/oder vorteilhaft kontaktlosen Erfassung einer Position des Lenkungsstellelements vorgesehen. Insbesondere kann der Referenzsensor in diesem Fall vorteilhaft als Multiturn-Drehgeber, als Linearsensor und/oder als Indexsensor ausgebildet sein.
-
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das Referenzsignal ein mittels eines weiteren Relativsensors ermitteltes Sensorsignal mit einer im Vergleich zu dem Rotorlagesignal unterschiedlichen Periodizität ist und die Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements insbesondere durch einen Abgleich des Rotorlagesignals und des Referenzsignals erfolgt. Insbesondere kann der Referenzsensor in diesem Fall als weiterer Relativsensor, insbesondere als Lenkwinkelsensor und/oder als Rotorlagesensor, ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung dabei in ersterem Fall wenigstens ein weiteres Kopplungsgetriebe, insbesondere mit einem vorgegebenen und/oder vorgebbaren, insbesondere von dem Übersetzungsverhältnis verschiedenen, weiteren Übersetzungsverhältnis, zur Anbindung des Referenzsensors an das Lenkungsstellelement oder in zweiterem Fall wenigstens einen weiteren Stellmotor, welcher vorteilhaft mit dem Stellmotor zur Verstellung des Lenkungsstellelements zusammenwirkt, und wenigstens ein weiteres Kopplungsgetriebe, insbesondere mit einem vorgegebenen und/oder vorgebbaren, insbesondere von dem Übersetzungsverhältnis verschiedenen, weiteren Übersetzungsverhältnis, zur Kopplung des weiteren Stellmotors mit dem Lenkungsstellelement. Hierdurch kann insbesondere eine Kosteneffizienz und/oder Bauraumeffizienz vorteilhaft an verschiedene Anforderungen angepasst werden.
-
Darüber hinaus wird alternativ oder zusätzlich vorgeschlagen, dass das Referenzsignal bei einem langsamen Fahrvorgang, wie beispielsweise bei Schrittgeschwindigkeit, aus zumindest zwei Raddrehzahlsignalen und vorzugsweise aus zumindest vier Raddrehzahlsignalen ermittelt wird. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft kostengünstige Plausibilisierung und/oder Referenzierung erreicht werden.
-
Bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, dass zumindest die Recheneinheit betriebssicher ausgebildet ist und zumindest zwei redundant zueinander ausgebildete Rechenmodule umfasst. Vorteilhaft ist dabei jedes der Rechenmodule unabhängig voneinander zumindest dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand anhand des Rotorlagesignals eine absolute Position des Lenkungsstellelements in Axialrichtung zu ermitteln. Hierdurch kann insbesondere eine Betriebssicherheit erhöht werden, wodurch insbesondere auch bei einem Ausfall und/oder Defekt eines der Rechenmodule ein Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung aufrechterhalten und auf eine aktive Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des Rotorlagesensors verzichtet werden kann.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Lenkungsstellelement und/oder der Stellmotor Teil eines selbsthemmend ausgebildeten Lenkgetriebes ist/sind, welches insbesondere derart ausgelegt ist, dass sich eine Lage des Lenkungsstellelements in dem inaktiven Zustand und/oder dem abgeschalteten Zustand nicht verändert. Vorteilhaft kann die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung dabei beispielsweise ein mechanisches Blockierelement und/oder eine elektromechanische Sperre zur Realisierung des selbsthemmend ausgebildeten Lenkgetriebes umfassen. Hierdurch kann vorteilhaft auch in einem Wartungsbetriebszustand, beispielsweise auf einer Hebebühne, und/oder bei einem Abschleppvorgang sichergestellt werden, dass sich die absolute Position des Lenkungsstellelements nicht verändert, sodass auch in diesem Fall vorteilhaft auf eine aktive Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des Rotorlagesensors verzichtet werden kann.
-
Das Verfahren zum Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung und die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das Verfahren zum Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung und die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
- Fig. la-b ein Fahrzeug mit einem beispielhaften Steer-by-Wire-Lenksystem umfassend eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
- 2 eine schematische Detailansicht der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung,
- 3 ein beispielhaftes Schaubild zweier Rotorlagesignale zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung in einer schematischen Detailansicht,
- 5 ein beispielhaftes Schaubild zweier Rotorlagesignale und eines Referenzsignals zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung aus 4,
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung in einer schematischen Detailansicht,
- 7 ein beispielhaftes Schaubild zweier Rotorlagesignale und eines Referenzsignals zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung aus 6,
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer weiteren Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung in einer schematischen Detailansicht und
- 9 ein beispielhaftes Schaubild zweier Rotorlagesignale und eines Referenzsignals zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung aus 8.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Die 1a und 1b zeigen ein beispielhaft als Personenkraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 36a mit mehreren Fahrzeugrädern 38a und mit einem Lenksystem 40a in einer vereinfachten Darstellung. Das Lenksystem 40a weist eine Wirkverbindung mit den Fahrzeugrädern 38a auf und ist zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 36a vorgesehen. Ferner ist das Lenksystem 40a als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet, bei welchem ein Lenkbefehl in zumindest einem Betriebszustand ausschließlich elektrisch an die Fahrzeugräder 38a weitergeleitet wird.
-
Das Lenksystem 40a weist eine an sich bekannte Bedienereinheit 42a auf, welche wenigstens eine Lenkhandhabe 44a, beispielsweise in Form eines Lenkrads, und eine Lenkfunktionseinheit 46a, welche auch als „Steering Wheel Actuator“ bezeichnet wird, umfasst. Die Lenkfunktionseinheit 46a ist dazu vorgesehen, Signale, Kräfte und/oder Momente von der Lenkhandhabe 44a, insbesondere direkt, zu erfassen und/oder an die Lenkhandhabe 44a, insbesondere direkt, zu übertragen. Die Lenkfunktionseinheit 46a umfasst dabei wenigstens eine, beispielsweise als Drehmomentsensor ausgebildete, Sensoreinheit (nicht dargestellt) zur Erfassung einer Lenkwinkelinformation von der Lenkhandhabe 44a und eine, beispielsweise als Elektromotor ausgebildete, Momenteinheit (nicht dargestellt) zur Erzeugung eines Lenkwiderstands und/oder eines Rückstellmoments auf die Lenkhandhabe 44a. Zudem kann die Lenkfunktionseinheit 46a eine, insbesondere eigene, Recheneinheit (nicht dargestellt) umfassen. Alternativ könnte eine Lenkhandhabe auch als Lenkhebel oder dergleichen ausgebildet sein. Auch könnte ein Lenksystem prinzipiell frei von einer Lenkhandhabe sein, beispielsweise bei einem zumindest teilweise autonom fahrenden Fahrzeug. Ferner ist denkbar, dass eine Lenkfunktionseinheit frei von einer, insbesondere eigenen, Recheneinheit ausgebildet wird. In diesem Fall könnte ein Lenksystem beispielsweise eine einzelne zentrale Recheneinheit aufweisen.
-
Das Lenksystem 40a umfasst ferner eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung. Die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung weist ein Lenkgetriebe 32a auf, welches auch als „Steering Rack Actuator“ bezeichnet wird. Das Lenkgetriebe 32a ist als an sich bekanntes Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet. Zudem kann das Lenkgetriebe 32a vorteilhaft selbsthemmend ausgebildet werden. Alternativ kann auf eine selbsthemmende Auslegung eines Lenkgetriebes jedoch auch verzichtet werden. Das Lenkgetriebe 32a weist eine Wirkverbindung mit zumindest zwei der Fahrzeugräder 38a, insbesondere zwei Vorderrädern, auf. Das Lenkgetriebe 32a ist dazu vorgesehen, eine Schwenkbewegung und/oder Drehbewegung der Fahrzeugräder 38a zu bewirken und insbesondere eine Lenkvorgabe in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder 38a umzusetzen.
-
Dazu umfasst das Lenkgetriebe 32a ein Lenkungsstellelement 10a. Das Lenkungsstellelement 10a ist in eine Axialrichtung 14a beweglich gelagert. Das Lenkungsstellelement 10a ist im vorliegenden Fall als Zahnstange ausgebildet. Das Lenkungsstellelement 10a ist zur Verstellung eines Radwinkels der, insbesondere als Vorderräder ausgebildeten, Fahrzeugräder 38a vorgesehen.
-
Darüber hinaus umfasst das Lenkgetriebe 32a einen Stellmotor 12a. Der Stellmotor 12a weist eine Wirkverbindung mit dem Lenkungsstellelement 10a auf. Der Stellmotor 12a ist als Elektromotor, im vorliegenden Fall insbesondere als permanenterregter Synchronmotor, ausgebildet. Der Stellmotor 12a ist zur Verstellung des Lenkungsstellelements 10a in der Axialrichtung 14a vorgesehen. Darüber hinaus ist der Stellmotor 12a im vorliegenden Fall redundant aufgebaut und umfasst zumindest zwei redundant zueinander ausgebildete Motormodule 48a, 50a (vgl. insbesondere 2). Die Motormodule 48a, 50a können dabei beispielsweise durch zwei getrennte Wicklungen eines einzelnen Motors und/oder vollständig getrennt voneinander ausgebildet werden.
-
Zur Kopplung des Stellmotors 12a mit dem Lenkungsstellelement 10a umfasst das Lenkgetriebe 32a ferner ein Kopplungsgetriebe 52a. Das Kopplungsgetriebe 52a weist ein vorgegebenes und/oder vorgebbares Übersetzungsverhältnis auf. Das Kopplungsgetriebe 52a ist dazu vorgesehen, ein Motormoment des Stellmotors 12a auf das Lenkungsstellelements 10a zu übertragen, um eine Verstellung des Lenkungsstellelements 10a zu bewirken. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar, auf ein Kopplungsgetriebe zu verzichten.
-
Des Weiteren weist die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zumindest einen Rotorlagesensor 16a, 18a auf (vgl. 2). Im vorliegenden Fall umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung beispielhaft zumindest zwei Rotorlagesensoren 16a, 18a. Der Übersichtlichkeit halber sind die Rotorlagesensoren 16a, 18a in 1 nicht dargestellt. Die Rotorlagesensoren 16a, 18a sind jeweils als Relativsensor ausgebildet und werden zumindest anfänglich einmalig eingelernt, beispielsweise mittels eines Kalibrierungsprozesses und/oder eines Initialisierungsprozesses. Die Rotorlagesensoren 16a, 18a sind in einem Bereich des Stellmotors 12a angeordnet. Die Rotorlagesensoren 16a, 18a sind dazu vorgesehen, eine Rotorlage des Stellmotors 12a zu erfassen und jeweils ein mit der Rotorlage des Stellmotors 12a korreliertes Rotorlagesignal 20a, 22a bereitzustellen. Im vorliegenden Fall ist jeder der Rotorlagesensoren 16a, 18a dabei einem der Motormodule 48a, 50a zugeordnet und zur Erfassung einer Rotorlage des entsprechenden Motormoduls 48a, 50a vorgesehen. Prinzipiell ist jedoch auch denkbar auf wenigstens einen Rotorlagesensor zu verzichten. Zudem könnte eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung auch zumindest drei oder zumindest vier Rotorlagesensoren umfassen.
-
Darüber hinaus weist die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung ein Steuergerät 54a auf. Im vorliegenden Fall ist das Steuergerät 54a unmittelbar mit dem Stellmotor 12a gekoppelt. Dabei bilden das Steuergerät 54a und der Stellmotor 12a eine gemeinsame Baugruppe, ein sogenanntes „Powerpack“, aus. Das Steuergerät 54a weist eine Wirkverbindung mit der Lenkfunktionseinheit 46a auf. Zudem weist das Steuergerät 54a eine Wirkverbindung mit dem Stellmotor 12a und den Rotorlagesensoren 16a, 18a auf. Das Steuergerät 54a ist zumindest dazu vorgesehen, die Lenkwinkelinformation von der Lenkfunktionseinheit 46a und die Rotorlagesignale 20a, 22a von den Rotorlagesensoren 16a, 18a zu empfangen und den Stellmotor 12a in Abhängigkeit von der Lenkwinkelinformation und den Rotorlagesignalen 20a, 22a entsprechend anzusteuern.
-
Dazu umfasst das Steuergerät 54a eine weitere Recheneinheit 26a (vgl. insbesondere 2). Die weitere Recheneinheit 26a ist betriebssicher ausgebildet und umfasst zumindest zwei redundant zueinander ausgebildete Rechenmodule 28a, 30a. Jedes der Rechenmodule 28a, 30a umfasst zumindest einen Prozessor (nicht dargestellt), beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, und zumindest einen Speicher (nicht dargestellt).
-
Zudem umfasst das Steuergerät 54a im vorliegenden Fall eine, insbesondere energieeffiziente, Überwachungselektronik 56a (vgl. insbesondere 2). Die Überwachungselektronik 56a ist im vorliegenden Fall als sogenannter „sleep mode counter“ ausgebildet und dazu vorgesehen, Veränderungen der Rotorlage des Stellmotors 12a und hierdurch insbesondere einer absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a zumindest in einem inaktiven Zustand und/oder einem abgeschalteten Zustand des Lenksystems 40a, in welchem insbesondere die weitere Recheneinheit 26a und/oder weitere Komponenten der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung zumindest teilweise inaktiv sind und/oder sich in einem, insbesondere energiesparenden, Ruhemodus befinden, zu überwachen und in zumindest einem der Speicher der weiteren Recheneinheit 26a und vorteilhaft beiden Speichern der weiteren Recheneinheit 26a zu hinterlegen. Alternativ könnte eine Überwachungselektronik auch in eine Recheneinheit integriert sein. Zudem ist denkbar, eine Überwachungselektronik betriebssicher auszubilden, sodass die Überwachungselektronik wenigstens zwei redundant zueinander ausgebildete Überwachungsmodule umfasst. Darüber hinaus ist denkbar, auf eine Überwachungselektronik vollständig zu verzichten, insbesondere im Fall, dass das Lenkgetriebe selbsthemmend ausgebildet ist. Zudem könnte ein Steuergerät getrennt von einem Stellmotor ausgebildet sein. In diesem Fall könnte ein Steuergerät beispielsweise auch als zentrales Steuergerät des Lenksystems ausgebildet und zu einer Steuerung eines Betriebs einer Lenkfunktionseinheit und eines Lenkgetriebes vorgesehen sein.
-
Zur Regelung einer Position des Lenkungsstellelements 10a wird nun eine absolute Position des Lenkungsstellelements 10a benötigt, was jedoch insbesondere aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung zwischen der Lenkhandhabe 44a und den gelenkten Fahrzeugrädern 38a und/oder der fehlenden Sensorik problematisch ist. Aus diesem Grund wird im vorliegenden Fall vorgeschlagen, dass die absolute Position des Lenkungsstellelements 10a in Axialrichtung 14a in zumindest einem Betriebszustand anhand zumindest eines der Rotorlagesignale 20a, 22a oder beider Rotorlagesignale 20a, 22a ermittelt wird. Dabei wird die absolute Position des Lenkungsstellelements 10a direkt anhand des zumindest einen Rotorlagesignals 20a, 22a ermittelt, sodass das Rotorlagesignal 20a, 22a von einem reinen Referenzsignal zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a verschieden ist. Im vorliegenden Fall ist die weitere Recheneinheit 26a dazu vorgesehen, ein derartiges Verfahren zum Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung auszuführen und weist dazu insbesondere ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmcodemitteln auf.
-
Der zuvor genannte Betriebszustand ist dabei vorteilhaft zumindest ein Betriebszustand unmittelbar nach einem Systemstart, wobei ferner die Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a ohne eine aktive Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des zumindest einen Rotorlagesensors 16a, 18a, insbesondere beider Rotorlagesensoren 16a, 18a, wie beispielsweise durch ein Lenken von einem ersten Endanschlag zu einem dem ersten Endanschlag gegenüberliegenden zweiten Endanschlag, erfolgt. In diesem Zusammenhang wird ausgenutzt, dass das Lenkgetriebe 32a selbsthemmend ausgebildet ist und sich somit auch in einem Wartungsbetriebszustand, beispielsweise auf einer Hebebühne, und/oder bei einem Abschleppvorgang die absolute Position des Lenkungsstellelements 10a nicht verändert und/oder, dass Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a sowie der Rotorlage des Stellmotors 12a zumindest in einem inaktiven Zustand und/oder einem abgeschalteten Zustand mittels der Überwachungselektronik 56a überwacht und bei einer nachfolgenden Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a berücksichtigt werden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass anhand des zumindest einen Rotorlagesignals 20a, 22a nahezu jederzeit eine absolute Position des Lenkungsstellelements 10a bestimmbar ist, wobei auf eine wiederkehrende zeitaufwändige und/oder unerwünschte Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des zumindest einen Rotorlagesensors 16a, 18a, insbesondere beider Rotorlagesensoren 16a, 18a, zumindest in einem Großteil aller Fälle verzichtet werden kann.
-
Zudem kann durch die betriebssichere Ausgestaltung der Recheneinheit 26a sichergestellt werden, dass auch bei einem Ausfall und/oder Defekt eines der Rechenmodule 28a, 30a ein Betrieb der Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung aufrechterhalten und auf eine aktive Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des zumindest einen Rotorlagesensors 16a, 18a verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann bei Verwendung eines zusätzlichen Energiespeichers (nicht dargestellt), wie beispielsweise eines Kondensators, zur Versorgung der Überwachungselektronik 56a sichergestellt werden, dass Veränderungen der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a sowie der Rotorlage des Stellmotors 12a auch in einem Zustand, bei welchem eine Energieversorgung, insbesondere durch eine Fahrzeugbatterie, vollständig unterbrochen ist, überwacht und abgespeichert werden, wodurch insbesondere eine autarke Überwachung erreicht werden kann, welche auch in einem Wartungsbetriebszustand keine erneute Initialisierung und/oder Re-Kalibrierung des zumindest einen Rotorlagesensors 16a, 18a erfordert. Zusätzlich ist in diesem Fall denkbar, wenigstens ein Referenzsignal, welches beispielsweise aus Raddrehzahlsignalen gewonnen werden kann, bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a zu berücksichtigen.
-
3 zeigt noch ein beispielhaftes Schaubild der Rotorlagesignale 20a, 22a zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10a. Eine Ordinatenachse 58a ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 60a ist eine Position des Lenkungsstellelements 10a dargestellt. Eine erste Kurve 62a zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines ersten Rotorlagesignals 20a der Rotorlagesignale 20a, 22a. Eine zweite Kurve 64a zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines zweiten Rotorlagesignals 22a der Rotorlagesignale 20a, 22a.
-
In den 4 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
-
In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist der Buchstabe b nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 4 und 5 unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen durch eine Verwendung wenigstens eines Referenzsignals 24b bei einer Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements 10b einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung.
-
In diesem Fall umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung wenigstens einen, insbesondere zusätzlichen, Referenzsensor 34b. Der Referenzsensor 34b ist dabei beispielhaft als Indexsensor ausgebildet. Alternativ könnte ein Referenzsensor jedoch auch als Multiturn-Drehgeber und/oder als Linearsensor ausgebildet sein. Der Referenzsensor 34b ist im Bereich des Lenkungsstellelements 10b angeordnet und insbesondere zu einer kontaktlosen Erfassung einer definierten Position des Lenkungsstellelements 10b vorgesehen. Der Referenzsensor 34b ist dazu vorgesehen, ein Referenzsignal 24b, insbesondere ein mit einer Position des Lenkungsstellelements 10b korreliertes Positionsreferenzsignal, zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b anhand eines Rotorlagesignals 20b, 22b wenigstens eines Rotorlagesensors 16b, 18b bereitzustellen. Folglich wird im vorliegenden Fall wenigstens ein Referenzsignal 24b ermittelt und zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals 20b, 22b und hierdurch insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b berücksichtigt.
-
Darüber hinaus kann im vorliegenden Fall wenigstens ein weiteres Referenzsignal ermittelt werden, welches zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals 20b, 22b und hierdurch insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b berücksichtigt werden kann. Im vorliegenden Fall wird das weitere Referenzsignal bei einem langsamen Fahrvorgang, wie beispielsweise bei Schrittgeschwindigkeit, aus zumindest zwei Raddrehzahlsignalen ermittelt und vorteilhaft aus einem Fahrzeugsteuergerät (nicht dargestellt) und/oder einem Fahrdynamikregelsystem (nicht dargestellt) abgerufen. Alternativ kann auf eine derartige Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals jedoch auch verzichtet werden.
-
5 zeigt wiederum ein beispielhaftes Schaubild der Rotorlagesignale 20b, 22b zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10b. Eine Ordinatenachse 58b ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 60b ist eine Position des Lenkungsstellelements 10b dargestellt. Eine erste Kurve 62b zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines ersten Rotorlagesignals 20b. Eine zweite Kurve 64b zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines zweiten Rotorlagesignals 22b. Eine dritte Kurve 66b zeigt das Referenzsignal 24b des Referenzsensors 34b.
-
Die 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist der Buchstabe c nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 6 und 7 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung eines Referenzsensors 34c einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung.
-
In diesem Fall ist der Referenzsensor 34c als Multiturn-Drehgeber ausgebildet. Alternativ könnte ein Referenzsensor jedoch auch als Indexsensor und/oder als Linearsensor ausgebildet sein. Der Referenzsensor 34c ist dazu vorgesehen, ein Referenzsignal 24c, insbesondere ein mit einer Position eines Lenkungsstellelements 10c korreliertes Positionsreferenzsignal, zur Ermittlung einer absoluten Position des Lenkungsstellelements 10c anhand eines Rotorlagesignals 20c, 22c wenigstens eines Rotorlagesensors 16c, 18c bereitzustellen. Folglich wird im vorliegenden Fall wenigstens ein Referenzsignal 24c ermittelt und zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals 20c, 22c und hierdurch insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10c bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10c berücksichtigt. Der Referenzsensor 34c ist dabei im vorliegenden Fall in der Lage eine gesamte Verstellstrecke des Lenkungsstellelement 10c abzudecken.
-
Ferner umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung wenigstens ein weiteres Kopplungsgetriebe 68c zur Anbindung des Referenzsensors 34c an das Lenkungsstellelement 10c. Das weitere Kopplungsgetriebe 68c weist ein vorgegebenes und/oder vorgebbares weiteres Übersetzungsverhältnis auf. Das weitere Übersetzungsverhältnis ist von einem Übersetzungsverhältnis eines Kopplungsgetriebes 52c zur Kopplung eines Stellmotors 12c mit dem Lenkungsstellelement 10c verschieden.
-
Darüber hinaus ist in diesem Fall denkbar, wenigstens ein weiteres Referenzsignal bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10c zu berücksichtigen.
-
7 zeigt wiederum ein beispielhaftes Schaubild der Rotorlagesignale 20c, 22c zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10c. Eine Ordinatenachse 58c ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 60c ist eine Position des Lenkungsstellelements 10c dargestellt. Eine erste Kurve 62c zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines ersten Rotorlagesignals 20c. Eine zweite Kurve 64c zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines zweiten Rotorlagesignals 22c. Eine dritte Kurve 66c zeigt das Referenzsignal 24c des Referenzsensors 34c.
-
Die 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 8 und 9 ist der Buchstabe d nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 8 und 9 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung eines Referenzsensors 34d einer Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung.
-
In diesem Fall ist der Referenzsensor 34d als weiterer Relativsensor, im vorliegenden Fall insbesondere als Lenkwinkelsensor, ausgebildet. Der Referenzsensor 34d ist dazu vorgesehen, ein Referenzsignal 24d zur Ermittlung einer absoluten Position eines Lenkungsstellelements 10d anhand eines Rotorlagesignals 20d, 22d wenigstens eines Rotorlagesensors 16d, 18d bereitzustellen. Folglich wird im vorliegenden Fall wenigstens ein Referenzsignal 24d ermittelt und zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung des Rotorlagesignals 20d, 22d und hierdurch insbesondere zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10d bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10d berücksichtigt.
-
Ferner umfasst die Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung wenigstens ein weiteres Kopplungsgetriebe 68d zur Anbindung des Referenzsensors 34d an das Lenkungsstellelement 10d. Das weitere Kopplungsgetriebe 68d weist ein vorgegebenes und/oder vorgebbares weiteres Übersetzungsverhältnis auf. Das weitere Übersetzungsverhältnis ist von einem Übersetzungsverhältnis eines Kopplungsgetriebes 52d zur Kopplung eines Stellmotors 12d mit dem Lenkungsstellelement 10d verschieden. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Steer-by-Wire-Lenkvorrichtung in diesem Fall auch einen weiteren Stellmotor umfassen, welcher vorteilhaft mit einem Stellmotor zur Verstellung eines Lenkungsstellelements zusammenwirkt, und über das in 8 gezeigte weitere Kopplungsgetriebe mit dem Lenkungsstellelement gekoppelt ist.
-
Das Referenzsignal 24d entspricht somit einem Sensorsignal mit einer im Vergleich zu dem Rotorlagesignal 20d, 22d unterschiedlichen Periodizität, wobei die Plausibilisierung und/oder Referenzierung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10d durch einen Abgleich des Rotorlagesignals 20d, 22d und des Referenzsignals 24d, beispielsweise über einen Nonius Ansatz, erreicht wird.
-
Darüber hinaus ist in diesem Fall denkbar, wenigstens ein weiteres Referenzsignal bei der Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10d zu berücksichtigen.
-
9 zeigt wiederum ein beispielhaftes Schaubild der Rotorlagesignale 20d, 22d zur Ermittlung der absoluten Position des Lenkungsstellelements 10d. Eine Ordinatenachse 58d ist als Größenachse ausgebildet. Auf einer Abszissenachse 60d ist eine Position des Lenkungsstellelements 10d dargestellt. Eine erste Kurve 62d zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines ersten Rotorlagesignals 20d. Eine zweite Kurve 64d zeigt eine positionsabhängige Veränderung eines zweiten Rotorlagesignals 22d. Eine dritte Kurve 66d zeigt das Referenzsignal 24d des Referenzsensors 34d.
-
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
-
