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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektromechanischen Lenksystems mit einem Lenkgetriebe und einer mit dem Lenkgetriebe gekoppelten elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Lenksystem mit einem Lenkgetriebe, einer mit dem Lenkgetriebe gekoppelten elektrischen Maschine und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere autonomes Kraftfahrzeug, mit einem derartigen elektromechanischen Lenksystem.
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Ein derartiges elektromechanisches Lenksystem ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 024 328 A1 bekannt. Dieses Lenksystem kann als elektrische Lenkkraftunterstützung eingesetzt werden. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Normalbetriebsmodus als Motor betrieben, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine auf das Lenkgetriebe zu übertragen, sodass eine Hilfskraft bereitgestellt wird, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen. Bei derartigen Lenksystemen ist im Fehlerfall der sichere Zustand eine „offene“ Lenkung. Unter einer „offenen“ Lenkung wird verstanden, dass der Fahrer über das Lenkrad und das Lenkgestänge eine Lenkbewegung ohne Unterstützung der elektrischen Maschine durchführen kann.
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Das Verhalten dieses Lenksystems im Fehlerfall ist allerdings weniger gut geeignet für solche Anwendungen, in denen das Lenksystem in einem autonomen Kraftfahrzeug oder an einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden soll. Bei derartigen Anwendungen werden üblicherweise automatisierte Regelsysteme, wie beispielsweise eine automatisierte Bremseinrichtung, eingesetzt, um einen Spurversatz des Kraftfahrzeugs auszuregeln. Eine „offene“ Lenkung ist in diesem Fall von Nachteil, da unter Einwirkung äußerer Kräfte, z.B. von Fahrbahnanregungen, der Radlenkwinkel variiert und hierdurch ein Ausregeln nur mit hohem Aufwand zu realisieren ist.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, ein elektromechanisches Lenksystem anzugeben, dass für den Einsatz in einem autonomen Kraftfahrzeug und/oder an einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektromechanischen Lenksystems mit einem Lenkgetriebe und einer mit dem Lenkgetriebe gekoppelten elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei die elektrische Maschine wahlweise in einem Normalbetriebsmodus als Motor betrieben wird, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine auf das Lenkgetriebe zu übertragen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus als Generator betrieben wird, um einen Bremswiderstand für das Lenkgetriebe bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein elektromechanisches Lenksystem mit einem Lenkgetriebe, einer mit dem Lenkgetriebe gekoppelten elektrischen Maschine und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die elektrische Maschine wahlweise in einem Normalbetriebsmodus als Motor zu betreiben, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine auf das Lenkgetriebe zu übertragen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus als Generator zu betreiben, um einen Bremswiderstand für das Lenkgetriebe bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung ist bei dem elektromechanischen Lenksystem ein Fehlerbetriebsmodus vorgesehen, in welchem die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird bevorzugt ein Haltemoment erzeugt, welches die Bewegung des Lenkgetriebes dämpft bzw. blockiert. Insofern wird in dem Fehlerbetriebsmodus ein Bremswiderstand für das Lenkgetriebe bereitgestellt. Der Fehlerbetriebsmodus kann wahlweise aktiviert werden, beispielsweise in einem Fehlerfall.
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Bevorzugt setzt das Lenkgetriebe eine Drehbewegung einer Maschinenwelle der elektrischen Maschine in eine Schiebebewegung einer Spurstange um.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine ausgehend von dem Normalbetriebsmodus in den Fehlerbetriebsmodus versetzt wird, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird, insbesondere ein Fehlerzustand in dem Lenkgetriebe oder in einer Steuereinrichtung des elektromechanischen Lenksystems. Beispielsweise kann ein Ausfall der Signalübertragung von und/oder zu und/oder in der Steuereinrichtung erkannt werden oder ein Ausfall einer Energieversorgung der Steuereinrichtung und/oder der elektrischen Maschine. Besonders bevorzugt weist das elektromechanische Lenksystem eine Fehlerdetektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerzustands auf, insbesondere einen Sensor oder eine Detektionslogik.
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Bevorzugt weist die elektrische Maschine mehrere Statorwicklungen auf, die in dem Fehlerbetriebsmodus miteinander verbunden werden. Zum wahlweisen Verbinden der Statorwicklungen kann das elektromechanische Lenksystem eine Schalteinrichtung aufweisen. Die Schalteinrichtung ist bevorzugt als, Relais oder Schütz oder Halbleiterschalter, insbesondere Transistor, ausgebildet. Bevorzugt ist die Schalteinrichtung in einer Baueinheit mit der Steuereinrichtung des elektromechanischen Lenksystems ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Lenkgetriebe als Schraubgetriebe ausgebildet ist. Über das Schraubgetriebe kann eine Drehbewegung, insbesondere eine Drehbewegung der elektrischen Maschine, in eine Verschiebebewegung einer Gewindespindel umgesetzt werden. Die Gewindespindel kann mit einer oder mehreren Spurstangen gekoppelt sein, die mit einem Radträger verbunden sind, insbesondere mit einem Lenkhebel eines Radträgers. Bevorzugt ist das Schraubgetriebe als Kugelgewindetrieb oder als Trapezgewindetrieb oder als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als permanenterregte Gleichstrommaschine, insbesondere als bürstenlose Gleichstrommaschine (BLDC, engl. brushless direct current) ausgebildet ist.
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Bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Maschinenwelle und das Lenkgetriebe eine Gewindespindel auf, welche parallel beabstandet von der Maschinenwelle angeordnet ist. Insofern kann ein elektromechanisches Lenksystem erhalten werden, bei welchem die elektrische Maschine nicht koaxial zu dem Lenkgetriebe bzw. zu einer Gewindespindel oder zu einer Lenkstange des Lenkgetriebes angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Baugröße des Lenksystems in axialer Richtung reduziert werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die elektrische Maschine mit dem Lenkgetriebe mittels eines Riemengetriebes gekoppelt ist. Das Riemengetriebe kann eine Maschinenwelle der elektrischen Maschine mit einem Eingangselement des Lenkgetriebes, insbesondere mit einer Gewindemutter, verbinden. Das Riemengetriebe kann einen Riemen aufweisen, der beispielsweise als Flachriemen, Synchronriemen oder als Keilriemen ausgebildet ist.
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Bevorzugt weist das elektromagnetische Lenksystem eine Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine aufweist. Die Steuereinrichtung kann als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet sein.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere autonomes Kraftfahrzeug, mit einem vorstehend beschriebenen elektromechanischen Lenksystem.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist das elektromechanische Lenksystem an einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Lenksystems in einer schematischen Schnittdarstellung.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Lenksystems 1 dargestellt. Dieses Lenksystem 1 kann an einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden oder in einem autonomen Kraftfahrzeug als Vorder- oder Hinterachse Verwendung finden.
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Das elektromechanische Lenksystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist ein Lenkgetriebe 13 und eine mit dem Lenkgetriebe 13 gekoppelte elektrische Maschine 2 auf. Über das Lenkgetriebe 13 kann eine Drehbewegung einer Maschinenwelle 3 der elektrischen Maschine 2 in eine Schiebebewegung einer Gewindespindel 7 bzw. einer Spurstange umgesetzt werden, die über ein mit der Gewindespindel 7 verbundenes Anbindungselement 12 an das Lenkgetriebe angebunden werden kann.
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Ein weiterer Bestandteil des elektromechanischen Lenksystems 1 ist eine Steuereinrichtung 20 zur Steuerung der elektrischen Maschine 2. Die Steuereinrichtung 20 ist über mehrere, hier drei, Phasenanschlüsse U, V, W mit der elektrischen Maschine 2 verbunden. Bei der elektrischen Maschine 2 handelt es sich bevorzugt um eine permanenterregte Gleichstrommaschine, insbesondere eine bürstenlose Gleichstrommaschine. Die elektrische Maschine 2 ist in einem Gehäuse 10 des Lenksystems 1 gehalten. Die elektrische Maschine 2 umfasst eine Maschinenwelle 3, die parallel zu und beabstandet von der Gewindespindel 7 des Lenkgetriebe 13 angeordnet ist. Die Maschinenwelle 3 ist über ein Riemengetriebe 4 mit dem Lenkgetriebe 13 verbunden. Das Riemengetriebe 4 umfasst einen Riemen 5, beispielsweise einen Keil- oder Flachriemen, der sowohl um die Maschinenwelle 3 als auch um eine Gewindemutter 6 geführt ist. Die Gewindemutter 6 ist drehbar aber nicht verschiebbar auf der Gewindespindel 7 aufgenommen. Ein Innengewinde der Gewindemutter 6 kämmt mit einem Außengewinde der Gewindespindel 7, so dass eine Drehbewegung der Gewindemutter 6 in eine Verschiebebewegung der Gewindespindel 7 umgesetzt wird. Insofern ist das Lenkgetriebe 13 als Schraubgetriebe ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Schraubgetriebe um einen Kugelgewindetrieb oder einen Trapezgewindetrieb oder einen P lanetenwälzgewindetrieb.
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Die Gewindespindel 7 ist in dem Gehäuse 10 über zwei Lagerstellen 8, 9 drehbar gelagert. Die Lagerstellen sin d bevorzugt als Wälzlager ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Lagerstellen 8, 9 im Bereich der Mitte der Gewindespindel 7 nahe der Gewindemutter 6 angeordnet. An den außenliegenden Seiten des Gehäuses ist jeweils eine Führung 11 vorgesehen, in welcher die Gewindespindel 7 drehbar geführt ist. Die Verschiebebewegung der Gewindespindel 7 wird über mit der Gewindespindel 7 verbundene Anbindungselemente 12 auf die Radträger des Kraftfahrzeugs übertragen, bevorzugt über an die Anbindungselemente 12 angebundene Spurstangen.
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Die Steuereinrichtung 20 des elektromechanischen Lenksystems 1 ist derart konfiguriert, dass die elektrische Maschine 2 wahlweise in einem Normalbetriebsmodus als Motor betrieben werden kann, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine 2 auf das Lenkgetriebe 13 zu übertragen, oder in einem Fehlerbetriebsmodus als Generator betrieben werden kann, um einen Bremswiderstand für das Lenkgetriebe 13 bereitzustellen. Dabei ist die Steuereinrichtung 20 ferner derart konfiguriert, dass die elektrische Maschine 2 ausgehend von dem Normalbetriebsmodus in den Fehlerbetriebsmodus versetzt wird, wenn ein Fehlerzustand erkannt wird. Bei dem Fehlerzustand kann es sich um einen Fehlerzustand in dem Lenkgetriebe 13 oder in einer Steuereinrichtung 20 handeln. Ein solcher Fehlerzustand kann beispielsweise darin bestehen, dass die Signalübertragung der Steuereinrichtung 20 oder deren Energieversorgung ausfällt. In dem Fehlerbetriebsmodus wird eine Schalteinrichtung 21, beispielsweise zumindest aufweisend ein Relais, ein Schütz oder einen Halbleiterschalter, wie z.B. einen Transistor, aktiviert. Dabei werden die Statorwicklungen der elektrischen Maschine 2 über die Schalteinrichtung 21 miteinander verbunden. Hierdurch wird das Lenkgetriebe 3 stark gedämpft und äußere Anregungen, welche über das Fahrwerk und/oder die Räder in das Lenkgetriebe 13 eingeleitet werden, führen nicht zu einer Verstellbewegung führen.
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Die Schalteinrichtung 21 kann, wie in 1 gezeigt, als Teil der Steuereinrichtung 20 vorgesehen sein oder in den Verbindungsleitungen U, V, W zu der elektrischen Maschine 2 angeordnet sein oder als Teil der elektrischen Maschine 2 vorgesehen sein.
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Bei dem elektromotorischen Lenksystem kommt ein Verfahren zum Einsatz, wobei die elektrische Maschine 2 wahlweise in dem Normalbetriebsmodus als Motor betrieben wird, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine 2 auf das Lenkgetriebe 13 zu übertragen, oder in dem Fehlerbetriebsmodus als Generator betrieben wird, um einen Bremswiderstand für das Lenkgetriebe 13 bereitzustellen. Diese Art von Fail-Safe-Bremse ist gegenüber mechanischen Bremsen sehr kostengünstig, benötigt kaum zusätzlichen Bauraum und erfordert nur wenige und kostengünstige zusätzliche Bauteile in Form der Schalteinrichtung 21.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromechanisches Lenksystem
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Motorwelle
- 4
- Riemengetriebe
- 5
- Riemen
- 6
- Gewindemutter
- 7
- Gewindespindel
- 8
- Lagerstelle
- 9
- Lagerstelle
- 10
- Gehäuse
- 11
- Führung
- 12
- Anbindungselement
- 13
- Lenkgetriebe
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Schalteinrichtung
- U, V, W
- Phasen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024328 A1 [0002]
