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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Fluidströmungs-Steuermechanismus für einen Lenkrademulator.
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Fahrzeuge enthalten eine Lenkanordnung zum Lenken. In einigen Fahrzeugen beinhaltet die Lenkanordnung ein Lenkrad. Ein Fahrzeugführer kann das Lenkrad zum Lenken des Fahrzeugs drehen.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung beschreibt unter anderem die Verwendung eines pneumatischen/hydraulischen Systems, um die Funktionalität eines variablen mechanischen Endanschlags für das Lenkrad einer Steer-by-Wire-Anordnung bereitzustellen. Zusätzlich beschreibt die vorliegende Offenbarung unter anderem die Verwendung eines pneumatischen/hydraulischen Systems, um die Funktionalität zum Verriegeln des Lenkrads einer Steer-by-Wire-Anordnung bereitzustellen. Ferner beschreibt die vorliegende Offenbarung unter anderem die Verwendung eines pneumatischen/hydraulischen Systems, um die Funktionalität bereitzustellen, die das gewünschte Lenkraddrehmoment erreicht, wenn der Lenkrademulator einer Steer-by-Wire-Anordnung versagt.
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Eine Steer-by-Wire-Anordnung beinhaltet ein Lenkrad, eine mit dem Lenkrad gekoppelte Lenksäule und einen mit der Lenksäule gekoppelten Fluidströmungs-Steuermechanismus, wobei der Fluidströmungs-Steuermechanismus zum Einstellen eines Drehmoments an der Lenksäule konfiguriert ist. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus kann ein Gehäuse beinhalten, das einen Hohlraum definiert, und ein Strömungssteuerventil, das in Fluidverbindung mit dem Hohlraum des Gehäuses steht. Das Strömungssteuerventil ist konfiguriert, um eine Strömung eines Fluids in dem Hohlraum des Gehäuses zu steuern, um das Drehmoment an dem Lenkrad einzustellen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus kann eine Welle und einen mit der Welle gekoppelten Kolben beinhalten, sodass eine Übersetzung des Kolbens eine Drehung der Welle bewirkt, wodurch eine Torsionsrückkopplung bereitgestellt wird. Das Fluidströmungssteuerventil steuert die Position des Kolbens in dem Hohlraum, um die gewünschte Torsionsrückmeldung (z. B. unterstützt/widersteht) zu erreichen. Der Kolben und die Welle sind beide innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus weist eine Feder auf, die mit der Welle und dem Kolben gekoppelt ist, um die Position des Kolbens zu einer Mitte des Hohlraums und das Lenkrad zu der geraden Kopfposition vorzuspannen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus kann einen Untersetzungszahnradsatz aufweisen, der mit der Welle und der Lenksäule gekoppelt ist, und der Untersetzungszahnradsatz ist konfiguriert zum Reduzieren einer Winkelverschiebung, um die Effizienz des vorgeschlagenen Mechanismus zu optimieren. Die Feder ist eine erste Feder, und der Fluidströmungs-Steuermechanismus beinhaltet eine zweite Feder, die mit dem Hohlraumgehäuse und dem Kolben gekoppelt ist. Die erste Feder und die zweite Feder sind so konfiguriert, dass sie den Kolben zusammen zur Mitte des Hohlraums hin vorspannen, und die erste Feder ist weiter von dem Untersetzungszahnradsatz entfernt als die zweite Feder. Der Kolben teilt den Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Die erste Kammer ist weiter von dem Untersetzungszahnradsatz entfernt als die zweite Kammer. Das Strömungssteuerventil ist so konfiguriert, dass es die Geschwindigkeit der Fluidströmung von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer ermöglicht und steuert, um den Kolben von der Mitte des Hohlraums weg zu bewegen.
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Die Steer-by-Wire-Anordnung kann ferner eine Fluidquelle in Fluidverbindung mit dem Strömungssteuerventil enthalten, wobei das Strömungssteuerventil ein erstes Strömungssteuerventil ist und der Fluidströmungs-Steuermechanismus ein zweites Strömungssteuerventil in Fluidverbindung mit dem Hohlraum des Gehäuses aufweist. Der Kolben teilt den Hohlraum des Gehäuses in eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Die erste Kammer ist weiter von dem Untersetzungszahnradsatz entfernt als die zweite Kammer. Das erste Strömungssteuerventil steht in direkter Verbindung mit der ersten Kammer des Hohlraums, um zu ermöglichen, dass Fluid in die erste Kammer strömt, um den Kolben von dem Untersetzungszahnradsatz weg zu bewegen. Das zweite Strömungssteuerventil steht in direkter Fluidverbindung mit der zweiten Kammer, um zu ermöglichen, dass das Fluid in die zweite Kammer strömt, um den Kolben von dem Untersetzungszahnradsatz weg zu bewegen. Die Fluidquelle ist ein Fluid-Vorratsbehälter. Der Fluid-Vorratsbehälter enthält ein Fluid. Das erste Strömungssteuerventil ist so konfiguriert, dass dem Fluid ermöglicht wird, von dem Fluid-Vorratsbehälter zu der ersten Kammer zu fließen, um den Kolben zu dem Untersetzungszahnradsatz hin zu bewegen. Die Steer-by-Wire-Anordnung ist durch das Fehlen einer mit der Welle gekoppelten Feder gekennzeichnet. Die Steer-by-Wire-Anordnung umfasst ferner einen mit der Welle gekoppelten Lenkrademulator, eine mit dem Strömungssteuerventil in Verbindung stehende Steuerung, einen mit der Lenksäule gekoppelten Lenkwinkelsensor und einen mit der Lenksäule verbundenen Lenkdrehmomentsensor. Der Lenkwinkelsensor ist konfiguriert, um einen Lenkradwinkel an dem Lenkrad zu messen. Der Lenkdrehmomentsensor ist konfiguriert, um ein Lenkraddrehmoment an dem Lenkrad zu messen. Der Lenkrademulator beinhaltet einen mit der Welle gekoppelten Elektromotor, um eine Drehung der Welle zu steuern. Der Lenkrademulator steht mit der Steuerung in Verbindung, und die Steuerung ist konfiguriert, um das Strömungssteuerventil zu steuern.
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Die Steuerung ist so programmiert, dass sie bestimmt: dass sich ein Fahrzeug, das die Steer-by-Wire-Anordnung enthält, nicht in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet; und in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Fahrzeug nicht in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, das Strömungssteuerventil zu entregen, um das Strömungssteuerventil zu schließen, wodurch das Lenkrad gesperrt wird. Die Steuerung ist programmiert zum: Bestimmen, dass ein Fahrzeug, das die Steer-by-Wire-Anordnung enthält, sich in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Fahrzeug in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, das Öffnen des Strömungssteuerventils, um zu ermöglichen, dass das Fluid in den Hohlraum des Gehäuses strömt; und zum Bestimmen, dass das Fahrzeug in einem autonomen Modus arbeitet. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass das Fahrzeug in dem autonomen Modus betrieben wird, ist die Steuerung so programmiert, dass sie mindestens eines von Folgendem bestimmt: der Lenkradwinkel ist größer als ein vorbestimmter Zielwert; und das Lenkraddrehmoment ist größer als ein vorbestimmter Emulatordrehmomentschwellenwert. In Reaktion auf die Bestimmung, dass der Lenkradwinkel größer als der vorbestimmte Zielwert ist oder dass das Lenkraddrehmoment größer als ein vorbestimmter Emulatordrehmomentschwellenwert ist, ist die Steuerung so programmiert, dass sie das Strömungssteuerventil entregt, um das Strömungssteuerventil zu schließen und dadurch das Lenkrad zu sperren.
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Die Steuerung ist programmiert zum: Bestimmen, dass ein Fahrzeug, das die Steer-by-Wire-Anordnung enthält, sich in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Fahrzeug in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, das Öffnen des Strömungssteuerventils, um zu ermöglichen, dass das Fluid in den Hohlraum des Gehäuses strömt; Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in einem autonomen Modus arbeitet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in dem autonomen Modus arbeitet, Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in einem fehlerhaften Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in dem fehlerhaften Zustand befindet, Bestimmen, dass das Lenkrad außermittig ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Lenkrad außermittig ist, Bestimmen, dass das Lenkrad an einem Ende eines zulässigen Drehwinkels ist; und in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Lenkrad am Ende des zulässigen Drehwinkels befindet, das Entregen des Strömungssteuerventils, um das Strömungssteuerventil zu schließen, wodurch das Lenkrad gesperrt wird.
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Die Steuerung ist programmiert zum: Bestimmen, dass ein Fahrzeug, das die Steer-by-Wire-Anordnung enthält, sich in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Fahrzeug in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, das Öffnen des Strömungssteuerventils, um zu ermöglichen, dass das Fluid in den Hohlraum des Gehäuses strömt; Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in einem autonomen Modus arbeitet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in dem autonomen Modus arbeitet, Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in einem fehlerhaften Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in dem fehlerhaften Zustand befindet, Bestimmen, dass das Lenkrad außermittig ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Lenkrad außermittig ist, Bestimmen, dass das Lenkrad nicht an einem Ende eines zulässigen Drehwinkels ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Lenkrad nicht am Ende des zulässigen Drehwinkels befindet, Bestimmen eines gewünschten Lenkraddrehmoments als eine Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, des Lenkradwinkels und einer Lenkradgeschwindigkeit; und Steuern des Strömungssteuerventils, um das gewünschte Lenkraddrehmoment zu erreichen.
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Die Steuerung ist programmiert zum: Bestimmen, dass ein Fahrzeug, das die Steer-by-Wire-Anordnung enthält, sich in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich das Fahrzeug in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, das Öffnen des Strömungssteuerventils, um zu ermöglichen, dass das Fluid in den Hohlraum des Gehäuses strömt; Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in einem autonomen Modus arbeitet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Fahrzeug nicht in dem autonomen Modus arbeitet, Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in einem fehlerhaften Zustand befindet; in Reaktion auf das Bestimmen, dass sich der Lenkrademulator in dem fehlerhaften Zustand befindet, Bestimmen, dass das Lenkrad nicht außermittig ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass das Lenkrad nicht außermittig ist, Bestimmen eines gewünschten Lenkraddrehmoments als eine Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs; und Steuern des Strömungssteuerventils, um das gewünschte Lenkraddrehmoment zu erreichen.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch Fahrzeuge. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Fahrzeug eine Fahrzeugkarosserie, eine Vielzahl von Rädern, die mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind, und eine Steer-by-Wire-Anordnung, die mit der Vielzahl der Räder gekoppelt ist. Die Steer-by-Wire-Anordnung kann ein Lenkrad, eine mit dem Lenkrad verbundene Lenksäule und einen mit der Lenksäule verbundenen Fluidströmungs-Steuermechanismus beinhalten. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus ist konfiguriert, um ein Drehmoment an der Lenksäule einzustellen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus beinhaltet ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert, und ein Strömungssteuerventil, das in Fluidverbindung mit dem Hohlraum des Gehäuses steht. Das Strömungssteuerventil ist konfiguriert, um eine Strömung eines Fluids in dem Hohlraum des Gehäuses zu steuern, um den Torsionswiderstand an der Lenksäule einzustellen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus weist eine Welle und einen mit der Welle gekoppelten Kolben auf, sodass die Übersetzung des Kolbens eine Torsionsrückkopplung bereitstellt. Das Fluidströmungssteuerventil steuert die Position des Kolbens in dem Hohlraum, um die gewünschte Torsionsrückkopplung (unterstützen/widerstehen) zu erreichen. Der Kolben und die Welle sind beide innerhalb des Gehäuses angeordnet. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus weist eine Feder auf, die mit der Welle und dem Kolben gekoppelt ist, um die Position des Kolbens zu einer Mitte des Hohlraums und das Lenkrad zu der Geradeaus-Position vorzuspannen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus kann einen Untersetzungszahnradsatz aufweisen, der mit der Welle und der Lenksäule gekoppelt ist, und der Untersetzungszahnradsatz ist konfiguriert zum Reduzieren einer Winkelverschiebung, um die Effizienz des vorgeschlagenen Mechanismus zu optimieren. Die Feder ist eine erste Feder, und der Fluidströmungs-Steuermechanismus beinhaltet eine zweite Feder, die mit dem Hohlraumgehäuse und dem Kolben gekoppelt ist. Die erste Feder und die zweite Feder sind so konfiguriert, dass sie den Kolben zusammen zur Mitte des Hohlraums hin vorspannen, wobei die erste Feder weiter von dem Untersetzungszahnradsatz entfernt ist als die zweite Feder. Der Kolben teilt den Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Die erste Kammer ist weiter von dem Untersetzungszahnradsatz entfernt als die zweite Kammer. Das Strömungssteuerventil ist so konfiguriert, dass es die Geschwindigkeit einer Fluidströmung von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer ermöglicht und steuert, um den Kolben von der Mitte des Hohlraums weg zu bewegen.
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Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Steer-by-Wire-Anordnung.
- 2 ist ein schematisches Diagramm einer Steer-by-Wire-Anordnung des in 1 gezeigten Fahrzeugs.
- 3 ist ein schematisches Diagramm einer Steer-by-Wire-Anordnung für das in 1 gezeigte Fahrzeug.
- 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Steer-by-Wire-Anordnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In Bezug auf 1 beinhaltet ein Fahrzeug 10 eine Fahrzeugkarosserie 12 und ein oder mehrere Räder 14. Die Räder 14 können sich relativ zu der Fahrzeugkarosserie 12 drehen, um das Antreiben des Fahrzeugs 10 zu unterstützen. Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner eine Steer-by-Wire-Anordnung 16 zum Lenken von mindestens einem der Räder 14, um das Fahrzeug 10 in eine gewünschte Richtung zu lenken. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Ausdruck „Steer-by-Wire-Anordnung“ eine Anordnung, bei der keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad 18 und den Rädern 14 besteht. Vielmehr verbinden in der Steer-by-Wire-Anordnung 16 elektrische Drähte 17 das Lenkrad 18 und die Räder 14 elektrisch. Somit wird in der Steer-by-Wire-Anordnung 16 keine Kraft oder kein Drehmoment zwischen dem Lenkrad 18 und den Rädern 14 übertragen. Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner einen Fahrzeugdrehzahlsensor 15, der mit den Rädern 14 und/oder der Fahrzeugkarosserie 12 gekoppelt ist. Der Fahrzeugdrehzahlsensor 15 ist ausgelegt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu messen. Ferner kann der Fahrzeugdrehzahlsensor 15 mit der Steer-by-Wire-Anordnung 16 in Verbindung stehen.
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In Bezug auf 2 beinhaltet die Steer-by-Wire-Anordnung 16 das Lenkrad 18 und eine Lenksäule 20, die mit dem Lenkrad 18 gekoppelt ist. Daher sind das Lenkrad 18 und die Lenksäule 20 so konfiguriert, dass sie sich gemeinsam drehen. Der Steer-by-Wire 16 beinhaltet ferner einen Lenkrademulator 22, der mit der Lenksäule 20 gekoppelt ist. Der Lenkrademulator 22 beinhaltet einen Elektromotor 24 und eine elektronische Steuereinheit („ECU“) 26 in Verbindung mit dem Elektromotor 24. Die ECU 26 und der Elektromotor 24 sind konfiguriert, um das Drehmoment an der Lenksäule 20 gemeinsam zu steuern. Beispielsweise ist der Elektromotor 24 konfiguriert, um die Drehung der Lenksäule 20 zu steuern. Die Steer-by-Wire-Anordnung 16 beinhaltet ferner eine Steuerung 28, die auch als eine elektronische Steuereinheit bezeichnet werden kann.
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Die Steuerung 28 steht in elektronischer Verbindung mit dem Fahrzeugdrehzahlsensor 15 und enthält einen Prozessor 30, wie z. B. einen Mikroprozessor, und einen Speicher 32, beispielsweise einen nicht flüchtigen Speicher, der mit dem Prozessor 30 in Verbindung steht. Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronische Schaltungen, zentrale Verarbeitungseinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörige Speichervorrichtungen (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuerung ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen ein Steuerprogramm(e) aus, einschließlich die Überwachung der Eingaben von Sensorvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseprogrammen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. alle 100 Mikrosekunden oder alle 3,125; 6,25; 12,5; 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Betriebs, ausgeführt werden. Alternativ dazu können die Routinen in Reaktion auf ein auftretendes Ereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann anhand einer Direktverkabelung, einer vernetzten Kommunikationsbus-Verbindung, einer drahtlosen Verbindung oder jeder anderen geeigneten Kommunikationsverbindung erreicht werden. Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert.
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Die Steer-by-Wire-Anordnung 16 beinhaltet ferner einen Lenkwinkelsensor 34, der mit der Lenksäule 20 gekoppelt ist. Der Lenkwinkelsensor 34 ist ausgelegt, um den Lenkwinkel der Lenksäule 20 und/oder des Lenkrads 18 zu bestimmen. Die Steer-by-Wire-Anordnung 16 beinhaltet ferner einen Lenkdrehmomentsensor 36, der mit der Lenksäule 20 gekoppelt ist. Der Lenkwinkelsensor 34 ist ausgelegt, um den Lenkwinkel an der Lenksäule 20 und/oder dem Lenkrad 18 zu messen. Der Lenkdrehmomentsensor 36 ist konfiguriert, um das Lenkdrehmoment an der Lenksäule 18 und/oder dem Lenkrad 18 zu messen.
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Die Steer-by-Wire-Anordnung 16 beinhaltet ferner einen Fluidströmungs-Steuermechanismus 38, der mit der Lenksäule 20 gekoppelt ist. In der dargestellten Ausführungsform wandelt der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 unter Verwendung einer Fluidströmung eine Drehbewegung in eine Übersetzung, und umgekehrt, um. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Fluidströmungsmechanismus 38 auf jeden geeigneten Mechanismus Bezug nehmen kann, der in der Lage ist, dem Lenkrad 18 durch Fluidströmungsmanagement einen Drehwiderstand oder eine Drehunterstützung bereitzustellen. Somit bedeutet der Ausdruck „Fluidströmungs-Steuermechanismus“ einen Mechanismus, der in der Lage ist, einem Lenkrad durch Fluidströmungsmanagement einen Drehwiderstand oder eine Drehunterstützung bereitzustellen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 ist konfiguriert, um ein Drehmoment an der Lenksäule 20 und/oder dem Lenkrad 18 einzustellen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet ein Gehäuse 40, das einen Hohlraum 42 definiert. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet ferner ein erstes Strömungssteuerventil 44 in Fluidverbindung mit dem Hohlraum 42 des Gehäuses 40. Zusätzlich beinhaltet der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 ein zweites Strömungssteuerventil 46 in Fluidverbindung mit dem Hohlraum 42 des Gehäuses 40. Sowohl das erste Strömungssteuerventil 44 als auch das zweite Strömungssteuerventil 46 sind zum Steuern einer Strömung eines Fluids F (Gas oder Flüssigkeit) in oder aus dem Hohlraum 42 des Gehäuses 40 zum Einstellen des Torsionswiderstands an der Lenksäule 20 und/oder dem Lenkrad 18 konfiguriert. Sowohl das erste Strömungssteuerventil 44 als auch das zweite Strömungssteuerventil 46 stehen in elektronischer Verbindung mit der Steuerung 28. Dementsprechend kann die Steuerung 28 das Öffnen und Schließen des ersten Strömungssteuerventils 44 und/oder des zweiten Strömungssteuerventils 46 steuern. In der dargestellten Ausführungsform können das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 normalerweise geschlossen sein. Obwohl ein Strömungssteuerventil ausreichend ist, kann der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 zwei Steuerventile (d. h. das erste Strömungssteuerventil 44 oder das zweite Strömungssteuerventil 46) zur Redundanz und zur Erfüllung der Verfügbarkeitsanforderungen aufweisen.
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Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet eine Welle 48 und einen Kolben 50, der mit der Welle 48 gekoppelt ist. Somit bewirkt die Übersetzung des Kolbens 50 (entlang der Richtung, die durch den Doppelpfeil T angezeigt ist), dass sich die Welle 48 dreht. Der Kolben 50 und die Welle 48 sind beide innerhalb des Gehäuses 40 angeordnet. Der Kolben 50 beinhaltet Innengewinde 52, und die Welle 48 beinhaltet Außengewinde 52, das konfiguriert ist, um mit den Innengewinden 52 des Kolbens 50 in Gewindeeingriff zu stehen. Dementsprechend bewirkt die Übersetzung des Kolbens 50 entlang der Richtung, die durch den Doppelpfeil T angezeigt ist, dass sich die Welle 48 beispielsweise in der Richtung R dreht. Eine Drehung der Welle 48 bewirkt eine Übersetzung des Kolbens 50.
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Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet eine erste Feder 56, die mit dem Gehäuse 40 und dem Kolben 50 gekoppelt ist, um den Kolben 50 zu einer Mitte C des Hohlraums 42 des Gehäuses 40 vorzuspannen. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet ferner eine zweite Feder 58, die mit dem Gehäuse 40 und dem Kolben 50 gekoppelt ist, um den Kolben 50 in Richtung des Zentrums C des Hohlraums 42 vorzuspannen. Beispielsweise spannen die erste Feder 56 und die zweite Feder 58 gemeinsam den Kolben 50 in Richtung der Mitte C des Hohlraums 42 des Gehäuses 40 vor. Die erste Feder 56 und die zweite Feder 58 können eine Druckschraubenfeder sein. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 beinhaltet einen Untersetzungszahnradsatz 60, der mechanisch mit der Welle 48 und der Lenksäule 20 gekoppelt ist. Der Untersetzungszahnradsatz 60 ist konfiguriert, um den Torsionswiderstand an der Lenksäule 20 und/oder dem Lenkrad 18 als Reaktion auf die Drehung der Welle 48 einzustellen. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Feder 56 weiter von dem Untersetzungszahnradsatz 60 entfernt als die zweite Feder 58, um zu ermöglichen, dass die erste Feder 56 und die zweite Feder 58 gemeinsam den Kolben 50 zu der Mitte C des Hohlraums 42 vorspannen.
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Der Kolben 50 teilt den Hohlraum 42 in eine erste Kammer 62 und eine zweite Kammer 64. Die erste Kammer 62 und die zweite Kammer 64 können die gleiche Größe haben, um das Vorspannen des Kolbens 50 in Richtung des Zentrums C des Hohlraums 42 zu erleichtern. Die erste Kammer 62 ist weiter von dem Untersetzungszahnradsatz 60 entfernt als die zweite Kammer 64. Das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 sind jeweils so konfiguriert, dass sie eine Strömung des Fluids F von der ersten Kammer 62 zu der zweiten Kammer 64 ermöglichen, um den Kolben 50 von dem Untersetzungszahnradsatz 60 weg zu bewegen. Das erste Strömungssteuerventil 44 steht in direkter Verbindung mit der ersten Kammer 62 und der zweiten Kammer 64 des Hohlraums 42, damit das Fluid F zwischen der ersten Kammer 62 und der zweiten Kammer 64 strömen kann, um den Kolben 50 weg oder in Richtung des Untersetzungszahnradsatzes 60 zu bewegen. Das zweite Strömungssteuerventil 46 steht in direkter Verbindung mit der ersten Kammer 62 und der zweiten Kammer 64, damit das Fluid F zwischen der ersten Kammer 62 und der zweiten Kammer 64 strömen kann, um den Kolben 50 weg oder in Richtung des Untersetzungszahnradsatzes 60 zu bewegen.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind die Struktur und der Betrieb dieser Ausführungsform im Wesentlichen ähnlich zu der Struktur und dem Betrieb der oben beschriebenen Ausführungsform, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Merkmale. In dieser Ausführungsform steht eine unter Druck stehende Fluidquelle (FS) 66 in Fluidverbindung mit dem ersten Strömungssteuerventil 44 und dem zweiten Strömungssteuerventil 46. Der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 kann zusätzlich ein drittes Strömungssteuerventil 68 und ein viertes Strömungssteuerventil 70 enthalten, die jeweils in Fluidverbindung mit der Fluidquelle 66 stehen. Die Fluidquelle 66 kann ein Fluid-Vorratsbehälter 72 des Fahrzeugs 10 sein. Einer oder beide der Fluid-Vorratsbehälter 72 enthalten ein unter Druck stehendes Fluid PF, wie zum Beispiel eine Bremsflüssigkeit. Das erste Strömungssteuerventil 44 und das dritte Strömungssteuerventil 68 stehen in direkter Fluidverbindung mit der ersten Kammer 62, um zu ermöglichen, dass das Fluid PF aus dem Fluid-Vorratsbehälter 72 in die erste Kammer strömt, um den Kolben 50 zu dem Untersetzungszahnradsatz 60 hin zu bewegen. Das zweite Strömungssteuerventil 46 und das vierte Strömungssteuerventil 70 stehen in direkter Fluidverbindung mit der zweiten Kammer 64, um zu ermöglichen, dass das unter Druck stehende Fluid PF aus dem Fluid-Vorratsbehälter 72 in die zweite Kammer strömt, um den Kolben 50 von dem Untersetzungszahnradsatz 60 weg zu bewegen. In dieser Ausführungsform ist keine Feder mit der Welle 48 gekoppelt.
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4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Steuern der Steer-by-Wire-Anordnung 16. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102, in dem die Steuerung 28 der Steer-by-Wire-Anordnung 16 mehrere Eingaben empfängt, nämlich: den Lenkradwinkel (SWA) von dem Lenkwinkelsensor 34; das Lenkraddrehmoment (SWT) von dem Lenkdrehmomentsensor 36; die Lenkradgeschwindigkeit (SWV), die durch Berechnen des Lenkradwinkels über die Zeit bestimmt wird; und die Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Fahrzeugdrehzahlsensor 15. Dann fährt das Verfahren 100 mit Schritt 104 fort. In Schritt 104 bestimmt die Steuerung 28 auf der Grundlage eines beispielsweise von dem Zündschalter empfangenen Eingangssignals, ob sich das Fahrzeug 10 in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet. Der „Schlüssel-Ein-Zustand“ bedeutet einen Zustand des Fahrzeugs, in dem ein Fahrzeugschlüssel in den Zündschalter des Fahrzeugs 10 eingeführt (oder anderweitig damit verbunden) ist, wodurch ein Fahrzeugführer den Fahrzeugmotor und/oder Motor starten kann. Wenn sich das Fahrzeug 10 nicht in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 106 fort. In Schritt 106 entregt die Steuerung 28 alle Strömungssteuerventile (d. h. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und das erste Strömungssteuerventil 44, das zweite Strömungssteuerventil 46 das dritte Strömungssteuerventil 68 und das vierte Strömungssteuerventil 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform). Infolgedessen schließen sich die Strömungssteuerventile (z. B. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46), wodurch die Position des Kolbens 50 gesperrt wird. Folglich ist das Lenkrad 18 gesperrt und kann sich nicht drehen. Mit anderen Worten, an diesem Punkt bleibt das Lenkrad 18 stationär. Die von den gestrichelten Linien EE eingeschlossenen Schritte sind Teil der stationären Radfunktionalität für den Eintritt/Austritt der Steer-by-Wire-Anordnung 16. Wenn sich das Fahrzeug 10 nicht in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, ist es wünschenswert, das Lenkrad 18 zu verriegeln, sodass der Fahrzeugführer das Lenkrad 18 halten kann, während er in das Fahrzeug 10 einsteigt oder aus diesem aussteigt, um das Eisteigen und Aussteigen aus dem Fahrzeug 10 zu erleichtern.
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Wenn sich das Fahrzeug 10 in Schritt 104 in dem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 108 fort. Bei Schritt 108 steuert die Steuerung 28 die Strömungssteuerventile (d. h. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und das erste Strömungssteuerventil 44 das zweite Strömungssteuerventil an 46, das dritte Strömungssteuerventil 68 und das vierte Strömungssteuerventil 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform) um zu öffnen, damit das Fluid F in den Hohlraum 42 des Gehäuses 40 strömen kann.
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Dann fährt das Verfahren 100 mit Schritt 110 fort. In Schritt 110 bestimmt die Steuerung 28 basierend beispielsweise auf Eingabesignalen von einer Benutzerschnittstelle des Fahrzeugs 10, ob das Fahrzeug 10 in einem autonomen Modus oder einem Fahrermodus arbeitet. Die Benutzerschnittstelle des Fahrzeugs 10 kann einen Knopf umfassen, der es einem Fahrzeugführer ermöglicht, zwischen dem autonomen Modus und dem Fahrmodus umzuschalten. Im autonomen Modus muss der Fahrzeugführer das Fahrzeug 10 nicht lenken, da das Fahrzeug 10 automatisch lenkt, wohingegen der Fahrzeugführer im Fahrermodus das Lenkrad 18 verwendet, um das Fahrzeug 10 manuell zu lenken. Wenn das Fahrzeug 10 in einem autonomen Modus arbeitet, fährt das Verfahren mit Schritt 112 fort. Wenn das Fahrzeug 10 andererseits in dem Fahrermodus arbeitet (d. h., wenn der Fahrer das Lenken steuert), fährt das Verfahren 100 mit Schritt 118 fort.
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In Schritt 112 bestimmt die Steuerung 28, ob entweder der Lenkradwinkel (SWA) größer als ein vorbestimmter Zielwert ist oder das Lenkraddrehmoment (SWA) größer als ein vorbestimmter Emulatordrehmomentschwellenwert ist. Wenn entweder der Lenkradwinkel (SWA) größer als ein vorbestimmter Zielwert ist oder das Lenkraddrehmoment (SWA) größer als ein vorbestimmter Emulatordrehmomentschwellenwert ist, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 106 fort. Wie oben erörtert, entregt die Steuerung 28 in Schritt 106 alle Strömungssteuerventile (d. h. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und das erste Strömungssteuerventil 44, das zweite Strömungssteuerventil 46 das dritte Strömungssteuerventil 68 und das vierte Strömungssteuerventil 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform). Infolgedessen schließen sich die Strömungssteuerventile (z. B. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46), wodurch die Position des Kolbens 50 gesperrt wird. Folglich ist das Lenkrad 18 gesperrt und kann sich nicht drehen. Mit anderen Worten, an diesem Punkt bleibt das Lenkrad 18 stationär. Die von den gestrichelten Linien MS umschlossenen Schritte sind Teil der mechanischen Stopperfunktion des Lenkrads mit variabler Lenkung der Steer-by-Wire-Anordnung 16. Wenn sich das Fahrzeug 10 in dem autonomen Modus befindet, ist es wünschenswert, das Lenkrad 18 zu verriegeln, wenn das Lenkrad 18 seine Drehendanschläge erreicht.
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Wenn weder der Lenkradwinkel (SWA) größer als der vorbestimmte Zielwert ist noch das Lenkraddrehmoment (SWA) größer ist als der vorbestimmte Emulatordrehmomentschwellenwert, dann schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 118 fort. In Schritt 118 wird beispielsweise durch die Steuerung 28 festgestellt, ob sich der Lenkrademulator 22 in einem fehlerhaften Zustand befindet. Um dies zu tun, kann die Steuerung 28 zum Beispiel bestimmen, ob der Lenkrademulator 22 in der Lage ist, ein Rückkopplungsdrehmoment bereitzustellen. Wenn der Lenkrademulator 22 in der Lage ist, ein Rückkopplungsdrehmoment bereitzustellen, und daher nicht in einem fehlerhaften Zustand arbeitet, fährt das Verfahren 100 mit Schritt 112 fort. Wenn der Lenkrademulator 22 nicht in der Lage ist, ein Rückkopplungsdrehmoment bereitzustellen, und daher in dem fehlerhaften Zustand arbeitet, fährt das Verfahren 100 mit Schritt 120 fort. In Schritt 120 bestimmt die Steuerung 28, ob das Lenkrad 18 außermittig ist. Um dies zu tun, kann die Steuerung 28 bestimmen, ob der Absolutwert des Lenkradwinkels größer als ein erster vorbestimmter Winkelschwellenwert (1.Thr.) ist. Wenn der Lenkradwinkel größer als ein erster vorbestimmter Winkelschwellenwert ist, dann ist das Lenkrad 18 außermittig. Wenn das Lenkrad 18 nicht außermittig ist, fährt das Verfahren 100 mit Schritt 122 fort. In Schritt 122 bestimmt die Steuerung 28 einen gewünschten Lenkraddrehmoment basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 kann auf einer Spur getestet werden, um Kalibrierungs-Wertetabellen zu erzeugen, um das gewünschte Lenkraddrehmoment als eine Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu bestimmen. Dementsprechend kann die Steuerung 28 das gewünschte Lenkraddrehmoment als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bestimmen. Nach Schritt 122 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 124 fort. In Schritt 124 steuert die Steuerung 28 das Öffnen und Schließen der Strömungssteuerventile (d. h. des ersten Strömungssteuerventils 44 und des zweiten Strömungssteuerventils 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und des ersten Strömungssteuerventils 44, des zweiten Strömungssteuerventil 46, des dritten Strömungssteuerventils 68 und des vierten Strömungssteuerventils 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform), um das gewünschte Lenkraddrehmoment (SWT) zu erreichen.
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Wenn das Lenkrad 18 außermittig ist (d. h. 0 Grad Lenkradwinkel), geht das Verfahren 100 weiter zu Schritt 126. In Schritt 126 bestimmt die Steuerung 28, ob sich das Lenkrad 18 an einem Ende eines zulässigen Drehwinkels befindet. Um dies zu tun, bestimmt die Steuerung 28, ob der Absolutwert des Lenkradwinkels größer als ein zweiter vorbestimmter Winkelschwellenwert (2.Thr.) ist. Der zweite vorbestimmte Winkelschwellenwert ist groß der erste vorbestimmte Winkelschwellenwert. Wenn der Absolutwert des Lenkradwinkels größer als der zweite vorbestimmte Winkelschwellenwert ist, dann befindet sich das Lenkrad 18 am Ende des zulässigen Drehwinkels. Wenn sich das Lenkrad 18 nicht am Ende des zulässigen Drehwinkels befindet, geht das Verfahren 100 zu Schritt 128 über. In Schritt 128 bestimmt die Steuerung 28 ein gewünschtes Lenkraddrehmoment (SWT) basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, dem Lenkradwinkel des Lenkrads 18 und der Lenkradgeschwindigkeit. Das Fahrzeug 10 kann auf einer Spur getestet werden, um Kalibrierungs-Wertetabellen zu erzeugen, um das gewünschte Lenkraddrehmoment als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, des Lenkwinkels des Lenkrads 18 und der Lenkradgeschwindigkeit von dem Lenkrad 18 zu bestimmen. Dementsprechend kann die Steuerung 28 das gewünschte Lenkraddrehmoment als eine Funktion der Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, des Lenkwinkels des Lenkrads 18 und der Lenkradgeschwindigkeit des Lenkrads 18 bestimmen. In der in 2 beschriebenen Ausführungsform stellt der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 in Schritt 128 eine konstante Rückstellkraft auf das Lenkrad 18 als eine Funktion der Druckfedern (d. h. der ersten Feder 56 und der zweiten Feder 58) bereit. Somit regelt der in 2 gezeigte Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 den Torsionswiderstand am Lenkrad 18 passiv. In der in 3 beschriebenen Ausführungsform stellt der Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 bei Schritt 128 eine gesteuerte Änderungsrückstellkraft an dem Lenkrad 18 als eine Funktion der Zuführung von unter Druck stehendem Fluid und der Ventilsteuerung bereit. Somit regelt der in 3 gezeigte Fluidströmungs-Steuermechanismus 38 den Torsionswiderstand am Lenkrad 18 aktiv. Nach Schritt 122 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 124 fort. Wie oben erörtert, steuert die Steuerung 28 bei Schritt 124 das Öffnen und Schließen der Strömungssteuerventile (d. h. des ersten Strömungssteuerventils 44 und des zweiten Strömungssteuerventils 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und des ersten Strömungssteuerventils 44, des zweiten Strömungssteuerventil 46, des dritten Strömungssteuerventils 68 und des vierten Strömungssteuerventils 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform), um das gewünschte Lenkraddrehmoment (SWT) zu erreichen.
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Wenn sich das Lenkrad 18 am Ende des zulässigen Drehwinkels befindet, geht das Verfahren 100 zu Schritt 106 über. In Schritt 106 entregt die Steuerung 28 alle Strömungssteuerventile (d. h. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46 in der in 2 dargestellten Ausführungsform, und das erste Strömungssteuerventil 44, das zweite Strömungssteuerventil 46 das dritte Strömungssteuerventil 68 und das vierte Strömungssteuerventil 70 in der in 3 dargestellten Ausführungsform). Infolgedessen schließen sich die Strömungssteuerventile (z. B. das erste Strömungssteuerventil 44 und das zweite Strömungssteuerventil 46), wodurch die Position des Kolbens 50 gesperrt wird. Folglich ist das Lenkrad 18 gesperrt und kann sich nicht drehen.
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Die durch die gestrichelten Linien FLS eingeschlossenen Schritte sind Teil der Funktionsfähigkeit des variablen Lenkrademulator-Fehlerzustands. Wenn sich der Lenkrademulator 22 in einem fehlerhaften Zustand befindet, ist es wünschenswert, den Torsionswiderstand an dem Lenkrad 18 gemäß den Betriebsparametern des Lenkrads 18 und des Fahrzeugs 10, die oben erörtert wurden, einzustellen.
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Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung detailliert beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Erfindung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt sein kann.
