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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steer-by-Wire-System zum Lenken eines Fahrzeugs, und insbesondere ein elektrisches Back-up-System zu einem Steer-by-Wire-System, welches unter Verwendung elektrischer Signale betrieben wird.
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Ein herkömmliches Lenksystem für ein Fahrzeug beinhaltet eine Lenksäule, die durch eine Zwischenwelle (I-Welle) mechanisch mit einer Lenkungszahnstangenbaugruppe verbunden ist, um ein Drehmoment oder eine Drehung am Lenkrad auf die Lenkungszahnstangenbaugruppe zu übertragen. Ein Steer-by-Wire-System führt das Lenken durch Kommunizieren von elektrischen Signalen zwischen einem Lenksäulenemulator und einer Lenkungszahnstangenbaugruppe durch. Der Lenksäulenemulator wandelt eine gemessene Drehung eines Lenkrads in ein elektrisches Signal um, und stellt das elektrische Signal der Lenkungszahnstangenbaugruppe, die eine Vorrichtung antreibt, bereit, um einen der Drehung des Lenkrads entsprechenden mechanischen Vorgang durchzuführen. Da die mechanische Verbindung zwischen einer Lenksäule und einer Lenkungszahnstangenbaugruppe als ein zuverlässiges Back-up im Falle eines elektrischen Ausfalls des Lenksäulenemulators dient, werden derartige herkömmliche Komponenten immer noch neben dem Steer-by-Wire-System verwendet. Somit wurden die möglichen Vorteile des Steer-by-Wire-System, wie ein verringerter Bedarf nach bestimmten mechanischen Bauteilen, eine leichtere Last, ein effizienterer Kraftstoffverbrauch, usw. immer noch nicht wirklich erreicht. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Steer-by-Wire-System bereitzustellen, das im Falle eines Ausfalls eines Lenksäulenemulators bereitgestellt werden kann, ohne dabei die herkömmliche mechanische Verbindung zu verwenden.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Lenksystem eines Fahrzeugs offenbart. Das Lenksystem beinhaltet einen Lenksäulenemulator, der in Reaktion auf eine Fahrereingabe ein elektrisches Antriebssignal erzeugt, eine Lenkungszahnstangenbaugruppe, die das elektrische Antriebssignal vom Lenksäulenemulator empfängt und die Lenkung des Fahrzeugs, wie durch das empfangene Signal angegeben, steuert, und ein Back-up System. Das Back-up-System sieht ein elektrisches Back-up-Antriebssignal an die Lenkungszahnstangenbaugruppe nach einem Ausfall des Lenksäulenemulators vor, und die Lenkungszahnstangenbaugruppe lenkt das Fahrzeug, wie durch das elektrische Back-up-Antriebsignal nach dem Ausfall des Lenksäulenemulators angegeben. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe und der Lenksäulenemulator sind mechanisch entkoppelt.
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Das Back-up-System beinhaltet einen Back-up-Sensor, der einen Drehwinkel der Lenksäule am Lenksäulenemulator ermittelt und den Drehwinkel der Lenkungszahnstangenbaugruppe übermittelt. Der Back-up-Sensor wird durch die Lenkungszahnstangenbaugruppe angetrieben. Das Ermitteln des Drehwinkels der Lenksäule am Back-up-Sensor ermöglicht den Betrieb des Lenksäulenemulators in einem ausfallsicheren Modus.
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Das System beinhaltet ferner einen Zahnstangenpositionssensor, worin die Lenkungszahnstangenbaugruppe einen vorderen Fahrzeugstraßenradwinkel, der am Zahnstangenpositionssensor gemessen wird, mit dem gemessenen Drehwinkel der Lenksäule vergleicht, um das Fahrzeug zu lenken.
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Der Lenksäulenemulator sieht das elektronische Antriebssignal über einen ersten privaten Bus zur Lenkungszahnstangenbaugruppe und ein redundantes elektronisches Antriebssignal über einen zweiten Bus zur Lenkungszahnstangenbaugruppe vor. Die Drähte des ersten privaten Busses werden separat von den Drähten des zweiten privaten Busses gebündelt. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe beinhaltet eine redundante Schaltung zum Steuern der Lenkung des Fahrzeugs, worin die redundante Schaltung das redundante elektronische Antriebssignal von dem Lenksäulenemulator empfängt. Ein Controller Area Network (CAN) des Fahrzeugs sieht einen weiteren Back-up-Kommunikationskanal zwischen dem Lenksäulenemulator und der Lenkungszahnstangenbaugruppe vor.
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Das System beinhaltet ferner eine Back-up-Stromversorgung, die der Lenkungszahnstangenbaugruppe Strom bereitstellt. Die Back-up-Stromversorgung stellt der Lenkungszahnstangenbaugruppe Strom über einen Kabelbaum bereit, der von einem Kabelbaum für die primäre Stromversorgung, getrennt ist.
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In einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug beinhaltet einen Lenksäulenemulator, der in Reaktion auf eine Fahrereingabe ein elektrisches Antriebssignal erzeugt, eine Lenkungszahnstangenbaugruppe, die das elektrische Antriebssignal vom Lenksäulenemulator empfängt und die Lenkung des Fahrzeugs, wie durch das empfangene Signal angegeben, steuert, und ein Back-up System. Das Back-up-System sieht ein elektrisches Back-up-Antriebssignal an die Lenkungszahnstangenbaugruppe nach einem Ausfall des Lenksäulenemulators vor, und die Lenkungszahnstangenbaugruppe lenkt das Fahrzeug, wie durch das elektrische Back-up-Antriebsignal nach dem Ausfall des Lenksäulenemulators angegeben. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe und der Lenksäulenemulator sind mechanisch entkoppelt.
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Das Back-up-System beinhaltet einen Back-up-Sensor, der einen Drehwinkel der Lenksäule am Lenksäulenemulator ermittelt und den Drehwinkel der Lenkungszahnstangenbaugruppe übermittelt. Der Back-up-Sensor wird durch die Lenkungszahnstangenbaugruppe angetrieben.
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Der Lenksäulenemulator sieht das elektronische Antriebssignal über einen ersten privaten Bus zur Lenkungszahnstangenbaugruppe und ein redundantes elektronisches Antriebssignal über einen zweiten Bus zur Lenkungszahnstangenbaugruppe vor. Die Drähte des ersten privaten Busses werden separat von den Drähten des zweiten privaten Busses gebündelt. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe beinhaltet eine redundante Schaltung zum Steuern der Lenkung des Fahrzeugs, worin die redundante Schaltung das redundante elektronische Antriebssignal von dem Lenksäulenemulator empfängt. Ein Controller Area Network (CAN) des Fahrzeugs sieht einen Back-up-Kommunikationskanal zwischen dem Lenksäulenemulator und der Lenkungszahnstangenbaugruppe vor.
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Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine dedizierte Back-up-Stromversorgung zum Versorgen der Lenkungszahnstangenbaugruppe mit Strom, worin die Back-up-Stromversorgung der Lenkungszahnstangenbaugruppe Strom über einen Kabelbaum bereitstellt, der von einem Kabelbaum für die primäre Stromversorgung getrennt ist.
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Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
- 1 veranschaulicht einen schematischen Plan eines Fahrzeugs, welches ein Steer-by-Wire-System verwendet, um das Fahrzeug zu lenken; und
- 2 zeigt ein detailliertes schematisches Diagramm zum Veranschaulichen der Elektronik des Steer-by-Wire-System, gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform veranschaulicht 1 eine Planansicht eines Fahrzeugs 100, welches ein Steer-by-Wire-System 108 verwendet, um das Fahrzeug 100 zu lenken. Das Fahrzeug beinhaltet einen Rahmen 102 mit Straßenrädern, die zwei vordere Straßenräder 104 und zwei hintere Straßenräder 106 beinhalten können. Ein Steer-by-Wire-System 108 wird verwendet, um eine Richtung der Vorderräder 104 mit Bezug auf den Rahmen 102 des Fahrzeugs 100 zu ändern, wodurch das Fahrzeug 100 gelenkt wird. Das Steer-by-Wire-System 108 beinhaltet einen Lenksäulenemulator 110 und eine Lenkungszahnstangenbaugruppe 112. Der Lenksäulenemulator 110 beinhaltet ein Lenkrad 114, welches mit einer Lenksäule 116, die in einem Gehäuse enthalten ist, verbunden ist. Der Lenksäulenemulator 110 emuliert die Erfahrung des Fahrens und des Lenkens des Fahrzeugs 100 für den Fahrer. Während der Fahrer das Lenkrad 114 dreht, dreht sich die daran befestigte Lenksäule 116 und der Drehwinkel wird durch verschiedene Sensoren gemessen. Der Lenksäulenemulator 110 beinhaltet Schaltungen, wie einen Prozessor, der die Drehung der Lenksäule 116 erfasst, einen Drehwinkel der Lenksäule ermittelt und ein elektrisches Lenksignal erzeugt, welches den Drehgrad der Lenksäule 116 angibt. Das elektrische Signal kann der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 dann über eine Kommunikationsverbindung 132, wie einem leitfähigen Draht, bereitgestellt werden.
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Die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 beinhaltet eine Schaltung 120, die ein elektrisches Signal von dem Lenksäulenemulator 110 empfängt und einen Vorgang durchführt, der durch das elektrische Signal angegeben wird. Zum Beispiel erzeugt der Drehwinkel an der Lenksäule 116 ein Lenksignal am Lenksäulenemulator 110 und die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 ändert einen Straßenwinkel des vorderen Straßenrads 104 mit Bezug auf den Rahmen des Fahrzeugs 100 in Reaktion auf das Lenksignal. Die Größe des Straßenwinkels entspricht dem Drehwinkel der Lenksäule 116 und wird durch das durch die Drehung der Lenksäule 116 erzeugte Signal angegeben. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 beinhaltet die Schaltung 120, die das elektrische Signal von dem Lenksäulenemulator 110 empfängt, und die ein Stellglied 122 aktiviert, das den vom elektrischen Signal angegebenen Straßenwinkel erzeugt. Die Schaltung 120 kann einen Prozessor beinhalten. Das Stellglied 122 der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 ist mit einer Lenkungszahnstange 124 mechanisch verbunden und eignet sich zum Ändern der Ausrichtung des Rades oder des Straßenwinkels.
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Es versteht sich, dass der Lenksäulenemulator 110 und die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 nicht mechanisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten wird eine Kraft oder ein Drehmoment, welche/welches auf die Lenksäule 116 aufgebracht wird, nicht mechanisch auf die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 übertragen. Vielmehr wird das elektrische Signal, das durch die Drehung der Lenksäule 116 erzeugt wird, der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 bereitgestellt und das Stellglied 122 bei der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 erzeugt die mechanische Kraft zum Lenken des Fahrzeugs 100 in Reaktion auf das elektrische Signal.
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Das Steer-by-Wire-System 108 beinhaltet ferner ein Back-up-Lenksystem 130, welches im Falle eines Ausfalls des Lenksäulenemulators 110 oder im Falle eines Ausfalls einer Kommunikationsleitung zwischen dem Lenksäulenemulator 110 und der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 Anweisungen an die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 bereitstellt. Das Back-up-Lenksystem 130 stellt der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 elektrische Back-up-Lenksignale bereit, um einen Vorgang an der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 zu erzeugen. Das Back-up-Lenksystem 130 ist nicht mit der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 mechanisch verbunden. Mit anderen Worten wird eine Kraft nicht auf mechanische Weise vom Back-up-Lenksystem 130 auf die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 übertragen. Stattdessen kommuniziert das Back-up-Lenksystem 130 elektrische Back-up-Lenksignale an die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 und die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 erzeugt einen Vorgang, der den elektrischen Back-up-Lenksignalen entspricht, um das Fahrzeug 100 zu lenken.
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2 zeigt ein detailliertes schematisches Diagramm, das die Elektronik des Steer-by-Wire-Systems 108 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform veranschaulicht. Das Steer-by-Wire-System 108 beinhaltet den Lenksäulenemulator 110, die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112, eine primäre Stromversorgung 240, einen Zahnstangen-Positionssensor 224 (einschließlich eines ersten Zahnstangen-Positionssensors 224a und eines zweiten Zahnstangen-Positionssensors 224b), ein Controller Area Network (CAN) des Fahrzeugs 250 und verschiedene Komponenten des Back-up-Systems, einschließlich teilweise Back-up-Winkel- und -Drehmoment-Sensoren 230 und 232, und eine Back-up- oder sekundäre Stromversorgung 242.
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Der Lenksäulenemulator 110 beinhaltet eine elektronische Steuereinheit (ECU) 202, die verschiedene Programme zum Emulieren einer Fahrerfahrung für den Fahrer des Fahrzeugs 100 durchführt. Der Lenksäulenemulator 110 beinhaltet einen Winkelsensor 204 zum Messen eines Drehwinkels der Lenksäule 116 und einen Drehmomentsensor 206, der ein auf die Lenksäule 116 aufgebrachtes Drehmoments misst. Die Winkel- und Drehmomentmessungen werden an die ECU 202 zur Weiterverarbeitung gesendet. Der Lenksäulenemulator 110 beinhaltet ferner einen Motorpositionssensor 210 zum Ermitteln eines Motorzustands. Eine elektronische Lenksäulenverriegelung 208 wird als eine Anti-Diebstahl-Vorrichtung verwendet, um die Lenksäule 116 zu aktivieren und/oder zu deaktivieren. Die ECU 202 empfängt die Winkelmessung von dem Winkelsensor 204 und die Drehmomentmessung von dem Drehmomentsensor 206 und kommuniziert diese Messungen an die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112.
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Die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 lenkt das Fahrzeug 100 gemäß der Winkel-und Drehmomentmessung, die der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 von dem Lenksäulenemulator 110 zugesendet worden sind. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 beinhaltet eine erste Lenkschaltung 112a und eine zweite Lenkschaltung 112b, die als eine redundante Schaltung für die erste Lenkschaltung 112a dient.
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Die erste Lenkschaltung 112a beinhaltet eine elektronische Steuereinheit (ECU) 220 eines ersten Lenkzahnrades, die Signale verarbeitet und ein erstes Stellglied 221, das eine mechanische Bewegung des Lenkzahnrades 124 und der zugeordneten vorderen Straßenräder 104 erzeugt. Die ECU 220 der ersten Lenkschaltung 112a kommuniziert mit der ECU 202 des Lenksäulenemulators 110. Die ECU 202 des Lenksäulenemulators 110 übermittelt den Lenksäulenwinkel und die Drehmomentsignale an die ECU 220 der ersten Lenkschaltung 112a. Als Reaktion darauf stellt die ECU 220 Lenksignale an das erste Stellglied 221 bereit, um die Lenkung des Fahrzeugs zu steuern. Der erste Zahnradpositionssensor 224a ermittelt eine Ausgangsposition des Lenkzahnrades 124, die einen Winkel der vorderen Straßenräder 104 mit Bezug auf eine vordere Ausrichtung angibt. Ein erster Motorpositionssensor, der dem ersten Zahnradstellglied 221 zugeordnet wird, verfolgt die Bewegung des Lenkzahnrades, um der ersten Lenkschaltung 112a eine Rückmeldung bereitzustellen. Die ECU 220 empfängt Rückmeldungssignale von dem ersten Motorpositionssensor, um die Bewegung des Lenkzahnrads nachzuverfolgen, um korrektes Lenken bereitzustellen. Darüber hinaus ermittelt die ECU 220 der ersten Lenkschaltung 112a die Kraft und das Drehmoment, die am Lenkzahnrad aufgebracht werden und übermittelt dem Lenksäulenemulator 110 diese Signale, die der Kraft, dem Drehmoment und der Position entsprechen. Die ECU 202 des Lenksäulenemulators 110 kann die empfangene Kraft, das Drehmoment und die Position verwenden, um ein „Straßengefühl“ für den Fahrer am Lenkrad 114 zu simulieren.
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Die zweite Lenkschaltung 112b beinhaltet eine zweite elektronische Steuereinheit (ECU) 222 der zweiten Lenkzahnstange, die dieselben Funktionen wie die erste ECU 220 der ersten Lenkschaltung 112a ausführt. Die zweite Lenkschaltung 112b beinhaltet ferner ein zweites Stellglied 223, welches eine mechanische Bewegung des Lenkzahnrads 124 erzeugt und zugeordnete vordere Straßenräder 104, um die Lenkung bereitzustellen. Der zweite Zahnstangen Positionssensor 224b ermittelt eine Ausgangsposition der Lenkzahnstange 124, die einen Winkel der vorderen Straßenräder 104 mit Bezug auf die vordere Ausrichtung angibt. Ein zweiter Motorpositionssensor, der dem zweiten Zahnradstellglied 223 zugeordnet wird, verfolgt die Bewegung des Lenkzahnrades und stellt der zweiten ECU 222 ein entsprechendes Rückmeldungssignal bereit. Die zweite Lenkschaltung 112b ermittelt die Kraft und das Drehmoment, die auf das Lenkzahnrad aufgebracht werden und übermittelt dem Lenksäulenemulator 110 Signale, die der Kraft, dem Drehmoment und der Position entsprechen. Der Lenksäulenemulator 110 kann diese Signale verwenden, um ein Straßengefühl für den Fahrer zu simulieren. Die zweite Lenkschaltung 112b, ihre zweite ECU 222, das zweite Stellglied 223 und der zweite Zahnstangepositionssensor 224b sind redundante Elemente für die entsprechenden Elemente der ersten Lenkschaltung 112a. Diese Elemente laufen parallel zu den entsprechenden Elementen der ersten Lenkschaltung 112a. Im Falle eines Ausfalls der ersten Lenkschaltung 112a dient die zweite Lenkschaltung 112b als ein Back-up der ersten Lenkschaltung 112a. Die erste und die zweite Lenkschaltung 112a und 112b sind ausgebildet, um parallel betrieben zu werden, sodass jede ECU (220 und 222) eine Hälfte der Ausgabe zu einem ausgewählten Zeitpunkt steuert. Wie durch die Pfeile 225a und 225b gezeigt, können Informationen zwischen der ersten ECU 220 und der zweiten ECU 222 hin- und hergeteilt werden, um im Falle eines Ausfalls der individuellen Elemente der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 eine einwandfrei funktionierende Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 sicherzustellen. Geteilte Informationen werden auch auf redundanten Kommunikationspfaden bereitgestellt, d. h. Kommunikationspfade, die durch die Pfeile 225a und 225b dargestellt werden.
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Die erste Lenkschaltung 112a und die zweite Lenkschaltung 112b kommunizieren mit dem Lenksäulenemulator 110 über unterschiedliche Kommunikationskanäle. Ein erster privater Bus 226 stellt einen ersten Kommunikationskanal zwischen dem ersten Lenksäulenemulator 110 und der ersten Lenkschaltung 112a der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 bereit. Ein zweiter privater Bus 228 stellt einen zweiten Kommunikationskanal zwischen dem ersten Lenksäulenemulator 110 und der zweiten Lenkschaltung 112b der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 bereit.
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Das Back-up-System des Steer-by-Wire-Systems stellt der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 im Falle eines Ausfalls des Lenksäulenemulators 110 oder eines Ausfalls eines oder mehrerer aus dem ersten privaten Bus 226 und dem zweiten privaten Bus 228 elektrische Antriebssignale bereit. Das Back-up-System beinhaltet erste Back-up-Winkel- und Drehmomentsensoren 230 zum Messen des Lenkwinkels und des Drehmoments, die auf die Lenksäule 116 aufgebracht werden, und zweite Back-up-Winkel-und Drehmomentsensoren 232, die redundante Messungen für die ersten Back-up-Winkel und Drehmomentsensoren 230 bereitstellen. Die ersten Back-up-Winkel- und Drehmomentsensoren 230 und die zweiten Back-up-Winkel-und Drehmoment-Sensoren 232 werden unabhängig von dem Lenksäulenemulator 110 angetrieben. Stattdessen erhalten diese Back-up-Sensoren (230 und 232) ihren Strom über eine Stromleitung von der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112. Deshalb sind diese Back-up-Sensoren (230 und 232) in der Lage, der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 im Falle eines Stromverlusts am Lenksäulenemulator 110 Lenkwinkel- und Drehmomentmessungen bereitzustellen.
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Die ersten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensoren 230 stellen der ersten Lenkschaltung 112a der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 Winkel- und Drehmomentmessungen über erste Kommunikationsdrähte 231 bereit. Die zweiten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensoren 232 stellen der zweiten Lenkschaltung 112b der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 Winkel- und Drehmomentmessungen über zweite Kommunikationsdrähte 233 bereit. Die zweiten Back-up-Winkel- und Drehmomentsensoren 232 stellen der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 redundante Messungen bereit und stellen diese Messungen über redundante Kommunikationsdrähte bereit. Das Vorhandensein der ersten und zweiten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensoren 230 und 232 versetzt den Lenksäulenemulator 110 in die Lage, sowohl in einem ausfallsicheren Modus als auch in einem betriebssicheren Modus betrieben zu werden. In einem betriebssicheren Modus ist der Lenksäulenemulator 110 in der Lage, selbst dann betrieben zu werden, wenn eine Komponente des Lenksäulenemulators 110 ausgefallen ist. Dies wird im Allgemeinen durch das Vorhandensein von redundanten Komponenten (nicht dargestellt) im Lenksäulenemulator 110 bereitgestellt. Nach einem Ausfall des Lenksäulenemulators 110 sind die Back-up-Sensoren 230 und 232 in einem ausfallsicheren Modus in der Lage, Lenksäulenmessungen durchzuführen und die Messungen der Lenkungszahnstangenbaugruppe bereitzustellen, um Lenkungsfähigkeiten aufrechtzuerhalten. Daher stellen die Back-up Sensoren 230 und 232 für den Betrieb des Lenksäulenemulators die Fähigkeit bereit, entweder einen betriebssicheren Modus oder einen ausfallsicheren Modus 110 bereitzustellen.
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Der Zahnstangepositionssensor 224 misst den Winkel des vorderen Straßenrades 104. Die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 vergleicht den gemessenen Winkel des vorderen Straßenrades 104 mit einem Winkel der Lenksäule 116, der durch die ersten und zweiten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensoren (230 und 232) gemessen wird, um sicherzustellen, dass der Winkel der vorderen Straßenräder 104 mit dem Winkel der Lenksäule 116 übereinstimmt. In einer Ausführungsform vergleicht die ECU 220 den gemessenen Winkel am ersten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensor 230 mit dem am ersten Zahnstangepositionssensor 224a gemessenen Straßenradwinkel, und die ECU 222 vergleicht den gemessenen Winkel am zweiten Back-up-Winkel- und Drehmomentsensor 232 mit dem am zweiten Zahnstangepositionssensor 224b gemessenen Straßenradwinkel.
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Die Drähte des ersten privaten Busses 226 werden mit den Kommunikationsdrähten 231 der ersten Back-up-Winkel- und Drehmomentsensoren 230 in einem ersten Kabelbaum 214 gemessen. Auf ähnliche Art und Weise werden die Drähte des zweiten privaten Busses 228 mit den Kommunikationsdrähten 233 der zweiten Back-up-Winkel-Drehmomentsensoren 232 in einem zweiten Kabelbaum 216 gebündelt. Alle diese Kabelbündel werden physikalisch voneinander getrennt, sodass eine physikalische Beeinträchtigung, die am Ort eines Kabelbündels auftritt, die Drähte des anderen Bündels nicht beeinträchtigt. Diese physikalische Trennung zwischen den Drähten des ersten Kabelbaums 214 und den Drähten des zweiten Kabelbaums 216 stellt einen zusätzlichen Schutz gegen einen Kommunikationsausfall zwischen dem Lenksäulenemulator 110 und der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 bereit.
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Darüber hinaus kann ein öffentlicher Bus 256 des Controller Area Networks (CAN) 250 des Fahrzeugs verwendet werden, um Signale zwischen dem Lenksäulenemulator 110 und der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 im Falle eines Ausfalls eines oder mehrerer aus entweder dem ersten privaten Bus 226 oder dem zweiten privaten Bus 228 bereitzustellen. Das CAN 250 des Fahrzeugs stellt ein Netzwerk zum Steuern der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs bereit, wie der elektrischen Verriegelung, der Scheibenwischer, der Spiegeleinstellvorrichtungen, usw. Der öffentliche Bus 256 stellt dem CAN 250 des Fahrzeugs Signale vom Lenksäulenemulator 110 bereit. Das CAN 250 des Fahrzeugs beinhaltet ein primäres CAN 250a des Fahrzeugs und ein sekundäres CAN 250b des Fahrzeugs, welches dem primären CAN 250a des Fahrzeugs Redundanz bereitstellt, um als ein Back-up im Falle eines Ausfalls des primären CAN 250a des Fahrzeugs zu dienen. Ein Kommunikationsdraht 258a erstreckt sich vom primären CAN 250a des Fahrzeugs zur ersten Lenkschaltung 112a, um eine Kommunikation zwischen dem Lenksäulenemulator 110 und der ersten Lenkschaltung 112a über den öffentlichen Bus 256, das primäre CAN 250a des Fahrzeugs und den Kommunikationsdraht 258a bereitzustellen. Auf ähnliche Weise erstreckt sich der Kommunikationsdraht 258b vom zweiten CAN 250b des Fahrzeugs zur zweiten Lenkschaltung 112b, um eine Kommunikation zwischen dem Lenksäulenemulator 110 und der zweiten Lenkschaltung 112b über den öffentlichen Bus 256, das sekundäre CAN 250b des Fahrzeugs und den Kommunikationsdraht 258b des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Signale, die sonst über entweder den ersten privaten Bus 226 oder den zweiten privaten Bus 228 kommuniziert werden würden, können demnach über den öffentlichen Bus 256 gesendet werden.
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Das Back-up-System beinhaltet ferner eine duale Stromversorgung des Fahrzeugs. Eine primäre Stromversorgung 240 oder Batterie stellt sowohl dem Lenksäulenemulator 110 als auch der ersten Lenkschaltung 112a elektrischen Strom über einen ersten Kabelbaum 244 bereit. Die sekundäre oder Back-up-Stromversorgung 242 stellt der zweiten Lenkschaltung 112b elektrischen Strom bereit (d. h. ist der dezidiert, um die Lenkungszahnstangengaugruppe 112 mit Strom zu versorgen) und stellt diesen Strom über einen zweiten Kabelbaum 246 bereit. Im Falle entweder eines Ausfalls der ersten Stromversorgung 240 oder eines physikalischen Bruchs im ersten Kabelbaum 244, kann die Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 über die zweite Stromversorgung 242 mit Strom versorgt werden. Der Strom von der Lenkungszahnstangenbaugruppe 112 kann dann verwendet werden, um verschiedene Elemente des Back-up-Systems mit Strom zu versorgen. Zum Beispiel versorgt eine erste Lenkschaltung 112a den ersten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensor 230 mit Strom und die zweite Schaltung 112b versorgt den zweiten Back-up-Winkel- und Drehmoment-Sensor 232 mit Strom.
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Aufgrund des hierin beschriebenen Back-up-Systems wird ein Lenksystem bereitgestellt, welches auf eine mechanische Verbindung zwischen der Lenksäule und einer Lenkzahnstange verzichtet. Infolgedessen beinhaltet das Lenksystem weniger mechanische Teile, was zu einem insgesamt leichteren Fahrzeuggewicht und einer verbesserten Kraftstoffeffizienz führt.
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Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.
