DE102019119471A1

DE102019119471A1 - Steer-by-wire-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019119471A1
Application number: DE102019119471.7A
Authority: DE
Inventors: Won Hyok Choi
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN110733561B; KR102546961B1; US11180183B2; KR20200009758A; US20200023885A1; CN110733561A

Abstract

Eine Steer-by-wire-Vorrichtung, welche aufweist: ein erstes Drehteil, das mit einem Lenkrad gedreht wird; ein zweites Drehteil, das derart eingebaut ist, dass es von dem ersten Drehteil isoliert ist und mit einer ersten Zahnung zusammengreift, die auf einer Seite einer Zahnstange vorgesehen ist; einen Sensor, der jeweils an dem ersten und dem zweiten Drehteil angebracht ist und dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des ersten Drehteils und/oder einen Drehwinkel des zweiten Drehteils und/oder einen Drehmomentwert des ersten Drehteils zu messen; einen Controller, der dazu ausgebildet ist, den Messwert des Sensors zu empfangen; und eine Kupplung, die dazu ausgebildet ist, entsprechend einem Steuersignal des Controllers zu arbeiten und die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils zu synchronisieren.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Anmeldung Nr. 10-2018-0084569 , eingereicht am 20. Juli 2018, welche durch Bezugnahme in vollem Umfang Teil der vorliegenden Anmeldung ist.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steer-by-wire-Vorrichtung und insbesondere eine Steer-by-wire-Vorrichtung mit verbesserter Failsafe-Funktion.
Üblicherweise wird als eine Servolenkvorrichtung eines Fahrzeugs, die allgemein auch als Servolenkung bezeichnet wird, eine hydraulische Servolenkvorrichtung eingesetzt, welche den hydraulischen Druck einer Hydraulikpumpe verwendet. In jüngerer Zeit hat jedoch die Verwendung von elektrischen Servolenkvorrichtungen (EPS) zugenommen, die einen Elektromotor verwenden.
Bei einer existierenden hydraulischen Servolenkvorrichtung wird eine Hydraulikpumpe, die als Kraftquelle zum Bereitstellen von Kraft dient, durch ein Antriebssystem angetrieben und verbraucht stets Energie, egal ob das Lenkrad gedreht wird. Die EPS erfasst jedoch ein durch das Drehen des Lenkrads erzeugtes Drehmoment und treibt den Motor entsprechend dem Drehmoment an. Die EPS verwendet somit die Drehkraft des Motors als Lenkkraft. Bei Verwendung der EPS kann daher die Energieeffizienz des Fahrzeugs gegenüber der Verwendung einer hydraulischen Servolenkvorrichtung weiter verbessert werden.
Eine Steer-by-wire-Vorrichtung, bei der es sich um eine Art von EPS handelt, lenkt ein Lenksystem nur mittels elektrischer Energie ohne mechanische Verbindung.
Die herkömmliche Steer-by-wire-Vorrichtung ist nicht physisch mit einem Getriebe am unteren Ende derselben verbunden. Beim Auftreten einer Systemstörung kann somit die Steer-by-wire-Vorrichtung das Fahrzeug nicht steuern, wodurch die Unfallgefahr erhöht ist. Es besteht daher ein Bedarf an einer Struktur, die geeignet ist, dieses Problem zu lösen.
Der Stand der Technik ist in dem Koreanischen Patent Nr. 10-1189627 , eingetragen am 4. Oktober 2012, mit dem Titel „Steer-By-Wire Steering Apparatus“ offenbart.
Überblick über die Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Steer-by-wire-Vorrichtung mit einer verbesserten Failsafe-Funktion.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann eine Steer-by-wire-Vorrichtung aufweisen: ein erstes Drehteil, das mit einem Lenkrad gedreht wird; ein zweites Drehteil, das derart eingebaut ist, dass es von dem ersten Drehteil isoliert ist und mit einer ersten Zahnung zusammengreift, die auf einer Seite einer Zahnstange vorgesehen ist; einen Sensor, der jeweils an dem ersten und dem zweiten Drehteil angebracht ist und dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des ersten Drehteils und/oder einen Drehwinkel des zweiten Drehteils und/oder einen Drehmomentwert des ersten Drehteils zu messen; einen Controller, der dazu ausgebildet ist, den Messwert des Sensors zu empfangen; und eine Kupplung, die dazu ausgebildet ist, entsprechend einem Steuersignal des Controllers zu arbeiten und die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils zu synchronisieren.
Die Steer-by-wire-Vorrichtung kann ferner aufweisen: einen ersten Antrieb, der mit dem ersten Drehteil verbunden und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal der Steuerung zu arbeiten und das erste Drehteil zu drehen oder eine Lenkreaktionskraft bereitzustellen; und einen zweiten Antrieb, der mit der Zahnstange verbunden und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal der Steuerung zu arbeiten und die Zahnstange zu bewegen.
Der erste Antrieb kann aufweisen: ein erstes Schneckenrad, das am Außenumfang des ersten Drehteils befestigt ist und mit dem ersten Drehteil gedreht wird; und einen ersten Motor mit einer Abtriebswelle, die mit dem ersten Schneckenrad in Eingriff steht und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten.
Der zweite Antrieb kann aufweisen: eine Spindelmutter, die mit einer auf der Außenseite der Zahnstange ausgebildeten Spindel in Eingriff ist; einen zweiten Motor, der dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten; und ein Riemenelement, das eine Abtriebswelle des zweiten Motors mit der Spindelmutter verbindet.
Der zweite Antrieb kann aufweisen: ein Antriebsritzel, das mit einer zweiten Zahnung, die auf der Außenseite der Zahnstange vorgesehen ist, zusammengreift und dreht; ein zweites Schneckenrad, das am Außenumfang des Antriebsritzels angebracht ist und mit dem Antriebsritzel dreht; und einen zweiten Motor mit einer Abtriebswelle, die mit dem zweiten Schneckenrad in Eingriff ist und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten.
Die Steer-by-wire-Vorrichtung kann ferner ein Rotationserfassungsteil aufweisen, das an einer dem Antriebsritzel gegenüberliegenden Position angebracht ist und dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des Antriebsritzels zu messen und des Messwert an den Controller zu übertragen.
Der Sensor kann aufweisen: einen ersten Sensor, der dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel und/oder den Drehmomentwert des ersten Drehteils zu messen und den Messwert an den Controller zu übertragen; und einen zweiten Sensor, der dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel des zweiten Drehteils zu messen und den Messwert an den Controller zu übertragen.
Der erste Sensor kann aufweisen: einen Torsionsstab, dessen beide Seiten mit einem ersten Element bzw. einem zweiten Element des ersten Drehteils verbunden sind, wobei das erste Drehteil in das erste und das zweite Element geteilt ist; und ein Messelement, das in einer solchen Form angebracht ist, dass es die Außenseiten des ersten und des zweiten Elements bedeckt, und das dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentwert des Torsionsstabs und die Drehwinkel des ersten und des zweiten Elements zu messen.
Wenn das Messelement keinen Drehmomentwert misst, kann der Controller die Kupplung betätigen, um die Drehungen des ersten und des zweiten Teils zu synchronisieren, einen Drehmomentwert unter Verwendung der durch das Messelement bzw. den zweiten Sensor gemessenen Drehwinkel und einer zuvor eingegebenen Drehmomentkonstante des Torsionsstabs berechnen, und den Betrieb des zweiten Antriebs steuern.
Die Kupplung kann aufweisen: eine erste Kupplung, die mit dem ersten Drehteil verbunden ist; und eine zweite Kupplung, die mit dem zweiten Drehteil verbunden ist und en einer der Kupplung gegenüberliegenden Position angebracht ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Controller, selbst wenn die Funktion des ersten Sensors einen Drehmomentwert zu erfassen ausfällt, den Drehmomentwert unter Verwendung der durch den ersten und den zweiten Sensor gemessenen Drehwinkel und der zuvor eingegebenen Drehmomentkonstante des Torsionsstabs berechnen und anschließend den zweiten Antrieb betätigen, wodurch die Failsafe-Funktion verbessert ist.
Ferner kann die Kupplung, wenn der zweite Antrieb die Zahnstange nicht bewegt, die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils synchronisieren und die Steer-by-wire-Vorrichtung in den MDPS-Modus schalten, um die Zahnstange zu bewegen, wodurch die Failsafe-Funktion verbessert ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Struktur einer Steer-by-wire-Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass ein erster Sensor in einem ersten Drehteil nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
3 ist ein Diagramm, welches ein weiteres Beispiel für einen zweiten Antrieb nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Einbauzustands eines Dreherfassungsteils nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 und 6 sind schematische Absichten der Steer-by-wire-Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein zweiter Sensor ausfällt.
8 ist ein Diagramm, welches darstellt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein erster Antrieb ausfällt.
9 ist ein Diagramm, welches darstellt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der zweite Antrieb ausfällt.
10 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein Drehwinkel und ein Drehmomentwert des ersten Antriebs nicht gemessen werden können.
11 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der Drehmomentwert des ersten Antriebs nicht gemessen werden kann.
12 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der Drehwinkel des ersten Antriebs nicht gemessen werden kann.

Beschreibung spezifischer Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird eine Steer-by-wire-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und hinsichtlich der Dicke von Linien oder der Größen von Bauteilen allein aus Gründen der einfacheren Beschreibung und der Klarheit übertrieben sein können.
Ferner sind die vorliegend verwendeten Begriffe im Hinblick auf Funktionen in der vorliegenden Erfindung definiert und können entsprechend den Praktiken oder den Zwecken von Benutzern oder Bedienern geändert werden. Die Begriffe sollten daher entsprechend der vorliegenden Gesamtoffenbarung definiert werden.
1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Struktur einer Steer-by-wire-Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass ein erster Sensor in einem ersten Drehteil nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, 3 ist ein Diagramm, welches ein weiteres Beispiel für einen zweiten Antrieb nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Einbauzustands eines Dreherfassungsteils nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 5 und 6 sind schematische Absichten der Steer-by-wire-Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1 und 5 dargestellt, kann die Steer-by-wire-Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein erstes Drehteil 30, ein zweites Drehteil 40, einen Sensor 50, einen Controller 60 und ein Kupplung 70 aufweisen. Das erste Drehteil 30 kann mit einem Lenkrad 10 gedreht werden, das zweite Drehteil 40 kann derart eingebaut sein, dass es von dem ersten Drehteil 30 isoliert ist und mit einer ersten Zahnung 22 zusammengreift, die auf einer Seitenfläche einer Zahnstange 20 vorgesehen ist, der Sensor 50 kann sowohl an dem ersten, als auch dem zweiten Drehteil 30 und 40 angebracht sein und einen Drehwinkel des ersten Drehteils 30 und/oder einen Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 und/oder ein Drehmoment des ersten Drehteils 30 messen, der Controller 60 kann den Messwert des Sensors 50 empfangen, und die Kupplung 70 kann entsprechend einem Steuersignal des Controllers 60 betätigt werden und die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren.
Das durch die Betätigung seitens eines Fahrers gedrehte Lenkrad 10 kann mit dem ersten Drehteil 30 verbunden sein. Daher kann das erste Drehteil 30 mit dem Lenkrad 10 gedreht werden. Das Lenkrad 10 kann mit dem oberen Ende des ersten Drehteils 30 verbunden sein, und das erste Drehteil 30 kann durch die Drehung des Lenkrads 10 gedreht werden.
Wie in 2 dargestellt, kann das erste Drehteil 30 ein erstes Element 32 und ein zweites Element 34 aufweisen. Das erste und das zweite Element 32 und 34 können derart eingebaut sein, dass sie voneinander isoliert sind, wobei eine Seite eines Torsionsstabs 54 mit dem Inneren des ersten Elements 32 verbunden sein kann, und die andere Seite des Torsionsstabs 34 mit dem Inneren des zweiten Elements 34 verbunden sein kann.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, kann das zweite Drehteil 40 derart eingebaut sein, dass es von dem ersten Drehteil 30 isoliert ist und drehbar mit der auf der Seitenfläche der Zahnstange 20 vorgesehenen ersten Zahnung 22 zusammengreift. Das zweite Drehteil 40 kann in Form einer einzelnen Stange ausgebildet sein und eine Mehrfachgelenkstruktur aufweisen, die an mehreren Stellen drehbar ist.
Die mit dem zweiten Drehteil 40 kämmende Zahnstange 20 kann mit dem zweiten Drehteil 40 in Eingriff stehen und durch eine Betätigung des zweiten Antriebs 90 linear bewegt werden. Die Zahnstange 20 kann stabförmig ausgebildet sein, und die erste Zahnung 22 kann auf der Seitenfläche der Zahnstange 20 dem zweiten Drehteil 40 zugewandt ausgebildet sein. Das zweite Drehteil 40, das mit der ersten Zahnung 22 in Eingriff steht, kann mit einem an seiner Außenseite ausgebildeten Ritzel versehen sein, und das zweite Drehteil 40 und die erste Zahnung 22 können miteinander in Eingriff stehen. Wenn das erste Drehteil 40 gedreht wird, kann daher die über das Ritzel verbundene erste Zahnung 22 in Seitenrichtung bewegt werden.
Die mit dem zweiten Antrieb 90 verbundene Zahnstange 20 kann eine Spindel 26 aufweisen, die an ihrer anderen Seite vorgesehen ist. Die Zahnstange 20 kann in einem separaten Gehäuse derart installiert sein, dass ihre Drehung eingeschränkt ist. Wenn eine mit der Spindel 26 der Zahnstange 20 kämmende Spindelmutter 92 des zweiten Antriebs 90 gedreht wird, kann die Zahnstange 20 ein Rad drehen, während sie linear in Seitenrichtung bewegt wird.
Wie in den 1, 2, 5 und 6 dargestellt, kann der Sensor 50 an sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Drehteil 30 und 40 angebracht sein, und es können zahlreiche verschiedene Typen von Sensoren las der Sensor 50 verwendet werden, solange die Sensoren den Drehwinkel des ersten Drehteils 30 und/oder den Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 und/oder den Drehmomentwert des ersten Drehteils 30 messen können. Der Sensor 50 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann einen ersten Sensor 52 und einen zweiten Sensor 58 aufweisen. Der erste Sensor 52 kann den Drehwinkel und den Drehmomentwert des ersten Drehteils 30 messen und den Messwert an den Controller 60 übertragen, und der zweite Sensor 58 kann den Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 messen und den Messwert an den Controller 60 übertragen.
Der erste Sensor 52 kann an dem ersten Drehteil 30 angebracht sein und den Drehmomentwert und/oder den Drehwinkel des ersten Drehteils 30, das mit dem Lenkrad 10 gedreht wird, messen. Der erste Sensor 52 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann den Torsionsstab 54 und ein Messelement 56 aufweisen.
Der Torsionsstab 54 kann aus einem Material mit einer vorgegebenen Drehmomentkonstante hergestellt sein und stabförmig ausgebildet sein, und beide Seiten des Torsionsstabs 54 können mit dem ersten bzw. dem zweiten Element 32 und 34 verbunden sein, wenn das erste Drehteil 30 in das erste und das zweite Element 32 und 34 geteilt ist.
Das Messelement 56 kann mit einer derartigen Form eingebaut sein, dass es die Außenseiten des ersten und des zweiten Elements 32 und 34 abdeckt, den Drehmomentwert des Torsionsstabs 54 und die Drehwinkel des ersten und des zweiten Elements 32 und 34 misst, und die Messwerte an den Controller 60 überträgt. Das Messelement 56 kann mit einer derartigen Form eingebaut sein, dass es die Außenseiten von einander zugewandten Enden des ersten und des zweiten Elements 32 und 34 abdeckt.
Der Controller 60 kann die Messwerte des Sensors 50 empfangen und die Operationen eines ersten Antriebs 80, des zweiten Antriebs 90 und der Kupplung 70 steuern. Der Controller 60 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann einen Haupt-Controller 62 und einen Sub-Controller 64 aufweisen.
Der Haupt-Controller 62 kann mit dem ersten Sensor 52, dem ersten Antrieb 80, dem zweiten Anrieb 90 und der Kupplung 70 verbunden sein, und der Sub-Controller 64 kann mit dem Haupt-Controller 62 und dem zweiten Sensor 58 verbunden sein.
Wenn das Messelement 56 des ersten Sensors 52 keinen Drehmomentwert misst, kann der Controller 60 die Kupplung 70 betätigen, um die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 zu synchronisieren, und einen Drehmomentwert unter Verwendung der von dem Messelement 56 bzw. dem zweiten Sensor 58 gemessenen Drehwinkel und einer zuvor eingegebenen Drehmomentkonstante des Torsionsstabs 54 berechnen, wodurch er die Operation des zweiten Antriebs 90 steuert.
Als Kupplung 70 können zahlreiche verschiedene Kupplungen verwendet werden, solange die Kupplungen entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 betrieben werden und die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren. Die Kupplung 70 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine mit dem unteren Ende des ersten Drehteils 30 verbundene erste Kupplung 72 und eine zweite Kupplung 74 aufweisen, die mit dem oberen Ende des zweiten Drehteils 40 verbunden ist und an einer der ersten Kupplung 72 gegenüberliegenden Position eingebaut ist. Entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60, können die erste und die zweite Kupplung 72 und 74 gekoppelt werden, um die Drehungen zu synchronisieren, oder voneinander getrennt werden, um das Übertragen der Drehung des ersten Drehteils 30 an das zweite Drehteil 40 zu sperren.
Der erste Antrieb 80 kann in zahlreichen verschiedenen Formen ausgebildet sein, solange der erste Antrieb 80 mit dem ersten Drehteil 30 verbunden ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 betrieben wird, und das erste Drehteil 30 dreht oder eine Lenkreaktionskraft bereitstellt. Der erste Antrieb 80 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein erstes Schneckenrad 82, das am Außenumfang des ersten Drehteils 30 angebracht ist und mit dem ersten Drehteil 30 gedreht wird, und einen ersten Motor 84 aufweisen, der eine mit dem ersten Schneckenrad 82 in Eingriff befindliche Abtriebswelle aufweist und entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 betrieben wird.
Das erste Schneckenrad 82 kann am Umfang des ersten Drehteils 30 ausgebildet sein, und die mit dem ersten Schneckenrad 82 in Eingriff befindliche Abtriebswelle des ersten Motors 84, kann mit einer daran ausgebildeten Schnecke versehen sein. Daher kann das erste Schneckenrad 82 das erste Drehteil 30 drehen, während es durch den Betrieb des ersten Motors 84 gedreht wird. Der von dem ersten Schneckenrad 82 und dem ersten Motor 84 gebildete erste Antrieb 80 können dem Fahrer ein Lenkreaktionsgefühl vermitteln.
Wie in 1 dargestellt, kann der zweite Antrieb 90 mit der Zahnstange 20 verbunden sein, entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 betrieben werden und die Zahnstange 20 bewegen. Der zweite Antrieb 90 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Spindelmutter 92, die mit der auf der Außenseite der Zahnstange 20 vorgesehenen Spindel 26 in Eingriff steht, einen entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 betriebenen zweiten Motor 94 und ein Riemenelement 96 aufweisen, welches eine Abtriebswelle des zweiten Motors 94 mit der Spindelmutter 92 verbindet.
Die Zahnstange 20 kann in einem separaten Gehäuse derart installiert sein, dass das Drehen derselben eingeschränkt ist und sie sich nur in seitliche Richtung bewegen kann. Der außerhalb des Gehäuses angebrachte zweite Motor 94 kann durch das Steuersignal des Controllers 60 betrieben werden und Drehenergie liefern.
Da die Abtriebswelle des zweiten Motors 94 über das Riemenelement 96 mit der Spindelmutter 92, die mit der Spindel 26 in Eingriff steht, verbunden ist, kann die Spindelmutter 92 durch den Betrieb des zweiten Motors 94 gedreht werden, und die Zahnstange 20 in seitlicher Richtung bewegt werden.
Die 3 und 4 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel eines zweiten Antriebs 100. Wie in den 3 und 4 dargestellt, kann der zweite Antrieb 100 ein Antriebsritzel 102, ein zweites Schneckenrad 104 und einen zweiten Motor 106 aufweisen.
Das Antriebsritzel 102 kann drehbar als ein stangenförmiges Zahnrad eingebaut sein, das mit einer auf der Außenseite der Zahnstange 20 vorgesehenen zweiten Zahnung 24 in Eingriff steht und über diese gedreht wird. Das zweite Schneckenrad 104 kann am Außenumfang des Antriebsritzels 102 angebracht sein und mit dem Antriebsritzel 102 gedreht werden. Das zweite Schneckenrad 104 kann scheibenförmig ausgebildet sein und eine an seinem Umfang ausgebildetes Zahnung aufweisen. Der zweite Motor 106 kann eine mit dem zweiten Schneckenrad 104 in Eingriff stehende Abtriebswelle aufweisen und entsprechend dem Steuersignal des Controllers 60 arbeiten.
Das zweite Schneckenrad 104 kann eine an der Umfangsfläche ausgebildete Schneckenradzahnung aufweisen, und die Abtriebswelle des zweiten Motors 106, die mit dem Schneckenrad in Eingriff steht, kann mit einer daran ausgebildeten Schnecke versehen sein. Daher kann das zweite Schneckenrad 104 die Zahnstange 20 bewegen, während es durch den Betrieb des zweiten Motors 106 gedreht wird.
Die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 kann ferner ein Dreherfassungsteil 110 aufweisen. Das Dreherfassungsteil 110 kann an einer dem Antriebsritzel 102 gegenüberliegenden Position angebracht sein, die Drehung des Antriebsritzels 102 messen und den Messwert an den Controller 60 übertragen. Das Dreherfassungsteil 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann mit einer Ringform angebracht sein, um den Umfang des Antriebsritzels 102 zu umschließen und die Drehung des Antriebsritzels 102 zu messen.
Da der zweite Sensor 58 den Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 misst und das Dreherfassungsteil 110 den Drehwinkel des Antriebsritzels 102 misst und den Messwert an den Controller 60 überträgt, kann die Failsafe-Funktion weiter verbessert werden.
Im Folgenden wird der Betriebszustand der Steer-by-wire-Vorrichtung 1 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme aus die zugehörigen Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Wie in den 1, 5 und 6 dargestellt, kann der erste Sensor 52, wenn das erste Drehteil 30 durch ein Drehen des Steuerrads 10 gedreht wird, einen Drehmomentwert und einen Drehwinkel messen, die durch das erste Drehteil 30 übertragen werden, und die Messwerte an den Controller 60 übertragen.
Der Controller 60 kann den ersten Antrieb 80 betreiben, um dem Fahrer ein Lenkreaktionsgefühl zu vermitteln. Da der Controller 60 den zweiten Antrieb 90 betätigt, um die Zahnstange 20 in seitlicher Richtung zu bewegen, kann die Richtung des Rads eingestellt werden. Da die erste und die zweite Kupplung 72 und 74 voneinander getrennt sind, kann zu diesem Zeitpunkt die Kraft zum Drehen des ersten Drehteils 30 nicht an das zweite Drehteil 40 übertragen werden.
Der in dem zweiten Antrieb 90 verwendete zweite Motor 94 kann als Doppelstatortyp oder Doppelwicklungstyp ausgebildet sein, um die Systemstabilität zu sichern.
Da die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 die Kupplung 70 aufweist, kann die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 die Kupplung 70 lösen, wenn das System normal arbeitet, und die Kupplung 70 zum Betrieb in einem MPDS-Modus verbinden, wenn eine Systemstörung auftritt.
Die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 kann in einem normalen Modus, einem Notfall-Lenkmodus und einem manuellen Modus betrieben werden.
Im normalen Modus kann der erste Antrieb 80, der als Reaktionsvorrichtung dient, ein Lenkreaktionsgefühl für einen Fahrer erzeugen, wenn das Lenkrad 10 benutzt wird. Der Controller 60 kann den zweiten Antrieb 90 unter Verwendung der von dem ersten Sensor 52 gemessenen Werte betreiben und so die Zahnstange 20 bewegen.
Im Notfall-Lenkmodus kann die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 die Kupplung 70 verbinden, um die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 zur Steuerung zu synchronisieren, wenn die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 aufgrund einer Systemstörung nicht im normalen Modus betrieben werden kann. Wenn die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 die Kupplung 70 verbinden kann und einen Drehmomentsensorwert verwenden kann, kann die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 den ersten und den zweiten Antrieb 80 und 90 betreiben, um eine Steuerung im MDPS-Modus durchzuführen.
MDPS bezeichnet ein motorbetriebenes Servolenksystem eines Fahrzeugs, welches das Lenken erleichtert, indem es unter Verwendung einer Hilfskraftquelle einen Teil des Lenkdrehmoments liefert, welches beim Lenken des Fahrzeugs von dem Fahrer auf das Lenkrad 10 aufzubringen ist.
Der manuelle Modus kann einen Notfallmodus bezeichnen, in welchem das erste und das zweite Drehteil 30 und 40 über die Kupplung 70 verbunden sind und das Lenken im Fall eines Systemausfalls oder einer Batterieentladung, in welchem selbst der Notfall-Lenkmodus nicht durchgeführt werden kann, nur mittels der Kraft des Fahrers erfolgt.
7 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein zweiter Sensor ausfällt, 8 ist ein Diagramm, welches darstellt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein erster Antrieb ausfällt, 9 ist ein Diagramm, welches darstellt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der zweite Antrieb ausfällt, 10 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem ein Drehwinkel und ein Drehmomentwert des ersten Antriebs nicht gemessen werden können, 11 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der Drehmomentwert des ersten Antriebs nicht gemessen werden kann, und 12 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Kupplung in einem Zustand betätigt ist, in welchem der Drehwinkel des ersten Antriebs nicht gemessen werden kann.
Wenn der zweite Sensor 58 ausfällt, wie in 7 dargestellt, kann die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 nicht gesteuert werden, und das System kann somit in den Notfall-Lenkmodus geschaltet werden. Die Kupplung 70 kann daher die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren, und die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 in den MDPS-Modus schalten, um ein Lenken in einem Notfall durchzuführen. Der Controller 60 kann den Messwert des ersten Sensors 52 empfangen und den ersten Antrieb 80 und den zweiten Antrieb 90 betreiben, um die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 im MDPS-Modus zu betreiben.
Wenn der erste Antrieb 80 ausfällt, wie in 8 dargestellt, kann eine Reaktionskraft durch den ersten Antrieb 80 erzeugt werden, und somit kann das System in den Notfall-Lenkmodus geschaltet werden. Die Kupplung 70 kann daher die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren, und die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 in den MDPS-Modus schalten, um ein Lenken in einem Notfall durchzuführen. Hierbei kann, da der erste Sensor 52 als Sensor verwendet wird und die Zahnstange 20 durch den zweiten Antrieb 90 bewegt wird, die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 im MDPS-Modus betrieben werden.
Wenn der zweite Antrieb 90 ausfällt, wie in 9 dargestellt, können die Räder des Fahrzeugs nicht gelenkt werden, und das System kann in den Notfall-Lenkmodus geschaltet werden. Die Kupplung 70 kann daher die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren, und die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 in den MDPS-Modus schalten, um ein Lenken in einem Notfall durchzuführen.
Da der erste Sensor 52 als Sensor verwendet wird und das erste Drehteil 30 durch den ersten Antrieb 80 bewegt wird, kann die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 im MDPS-Modus betrieben werden, um die Zahnstange 20 zu bewegen.
Wenn nur der erste Antrieb 80 betätigt wird, kann die Ausgangsleistung geringfügig unzureichend sein. Da jedoch während der Fahrt eine hohe Lenkausgangsleistung nicht erforderlich ist, ist die Ausgangsleistung für die Notfall-Lenkung ausreichend.
Wenn der erste Sensor 52 zum Messen eines Drehwinkels und eines Drehmomentwerts ausfällt, wie in 10 dargestellt, können der Lenkwinkel und das Lenkdrehmoment des Fahrers nicht gemessen werden, und somit kann das System in den manuellen Modus geschaltet werden. Selbst im Fall eines Systemausfalls oder eines Motorausfalls aufgrund geringer Spannung des Fahrzeugs kann das System in den manuellen Modus geschaltet werden.
Wenn das Messelement 56 des ersten Sensors 52 keinen Drehmomentwert messen kann, wie in den 1, 2 und 11 dargestellt, kann ein Drehmomentsignal in dem Fall erforderlich sein, dass die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 dringend in den MDPS-Modus geschaltet wird. Daher kann der Controller 60 zuerst die Kupplung 70 betätigen, um das als Antriebswelle dienende erste Drehteil 30 mit dem als Abtriebswelle dienenden zweiten Drehteil 40 zu verbinden, wodurch die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisiert werden.
Während keine Betätigung erfolgt, können der Drehwinkel des ersten Drehteils 30 und der Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 nach dem Verbinden der Kupplung 70 einander gleich sein. Wenn jedoch ein Betätigungsdrehmoment über das Lenkrad 10 aufgebracht wird, können der Drehwinkel des ersten Drehteils 30 und der Drehwinkel des zweiten Drehteils 40 aufgrund des in dem ersten Drehteil 30 eingebauten Torsionsstabs 54 voneinander verschiedene Werte aufweisen.
Der Controller 60 kann daher den Drehmomentwert unter Verwendung des Drehwinkels des ersten Drehteils 30, des Drehwinkels des zweiten Drehteils 40 und der Drehmomentkonstante der Torsionsstabs 54 berechnen. Mittels des vorangehend beschriebenen Verfahrens geht das System nicht in den manuellen Modus über, sondern behält den normalen Modus bei, selbst wenn kein Drehmomentwert durch den ersten Sensor 52 gemessen werden kann. Die Stabilität des Systems kann somit verbessert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Controller 60, selbst wenn die Funktion des ersten Sensors 52, einen Drehmomentwert zu erfassen, ausfällt, den Drehmomentwert unter Verwendung der von dem ersten und dem zweiten Sensor 52 und 58 und der vorab eingegebenen Drehmomentkonstante des Torsionsstabs 54 berechnen und anschließend den zweiten Antrieb 90 betätigen, wodurch die Failsafe-Funktion verbessert ist. Wenn der zum Bewegen der Zahnstange 20 vorgesehene zweite Antrieb 90 ausfällt, kann ferner die Kupplung 70 die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils 30 und 40 synchronisieren und die Steer-by-wire-Vorrichtung 1 in den MDPS-Modus schalten, um die Zahnstange 20 zu bewegen, wodurch die Failsafe-Funktion verbesset ist.
Zwar wurden zu Darstellungszwecken bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, dass zahlreiche verschiedene Modifizierungen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne den in den zugehörigen Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020180084569 [0001]
KR 101189627 [0007]

Claims

Steer-by-wire-Vorrichtung, welche aufweist: ein erstes Drehteil, das mit einem Lenkrad gedreht wird; ein zweites Drehteil, das derart eingebaut ist, dass es von dem ersten Drehteil isoliert ist und mit einer ersten Zahnung zusammengreift, die auf einer Seite einer Zahnstange vorgesehen ist; einen Sensor, der jeweils an dem ersten und dem zweiten Drehteil angebracht ist und dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des ersten Drehteils und/oder einen Drehwinkel des zweiten Drehteils und/oder einen Drehmomentwert des ersten Drehteils zu messen; einen Controller, der dazu ausgebildet ist, den Messwert des Sensors zu empfangen; und eine Kupplung, die dazu ausgebildet ist, entsprechend einem Steuersignal des Controllers zu arbeiten und die Drehungen des ersten und des zweiten Drehteils zu synchronisieren.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem ersten Antrieb, der mit dem ersten Drehteil verbunden und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal der Steuerung zu arbeiten und das erste Drehteil zu drehen oder eine Lenkreaktionskraft bereitzustellen; und einem zweiten Antrieb, der mit der Zahnstange verbunden und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal der Steuerung zu arbeiten und die Zahnstange zu bewegen.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der erste Antrieb aufweist: ein erstes Schneckenrad, das am Außenumfang des ersten Drehteils befestigt ist und mit dem ersten Drehteil gedreht wird; und einen ersten Motor mit einer Abtriebswelle, die mit dem ersten Schneckenrad in Eingriff steht und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der zweite Antrieb aufweist: eine Spindelmutter, die mit einer auf der Außenseite der Zahnstange ausgebildeten Spindel in Eingriff ist; einen zweiten Motor, der dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten; und ein Riemenelement, das eine Abtriebswelle des zweiten Motors mit der Spindelmutter verbindet.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der zweite Antrieb aufweist: ein Antriebsritzel, das mit einer zweiten Zahnung, die auf der Außenseite der Zahnstange vorgesehen ist, zusammengreift und dreht; ein zweites Schneckenrad, das am Außenumfang des Antriebsritzels angebracht ist und mit dem Antriebsritzel dreht; und einen zweiten Motor mit einer Abtriebswelle, die mit dem zweiten Schneckenrad in Eingriff ist und dazu ausgebildet ist, entsprechend dem Steuersignal des Controllers zu arbeiten.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner mit einem Rotationserfassungsteil, das an einer dem Antriebsritzel gegenüberliegenden Position angebracht ist und dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des Antriebsritzels zu messen und des Messwert an den Controller zu übertragen.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Sensor aufweist: einen ersten Sensor, der dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel und/oder den Drehmomentwert des ersten Drehteils zu messen und den Messwert an den Controller zu übertragen; und einen zweiten Sensor, der dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel des zweiten Drehteils zu messen und den Messwert an den Controller zu übertragen.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der erste Sensor aufweist: einen Torsionsstab, dessen beide Seiten mit einem ersten Element bzw. einem zweiten Element des ersten Drehteils verbunden sind, wobei das erste Drehteil in das erste und das zweite Element geteilt ist; und ein Messelement, das in einer solchen Form angebracht ist, dass es die Außenseiten des ersten und des zweiten Elements bedeckt, und das dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentwert des Torsionsstabs und die Drehwinkel des ersten und des zweiten Elements zu messen.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher, wenn das Messelement keinen Drehmomentwert misst, der Controller die Kupplung betätigt, um die Drehungen des ersten und des zweiten Teils zu synchronisieren, einen Drehmomentwert unter Verwendung der durch das Messelement bzw. den zweiten Sensor gemessenen Drehwinkel und einer zuvor eingegebenen Drehmomentkonstante des Torsionsstabs berechnet, und den Betrieb des zweiten Antriebs steuert.
Steer-by-wire-Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Kupplung aufweist: eine erste Kupplung, die mit dem ersten Drehteil verbunden ist; und eine zweite Kupplung, die mit dem zweiten Drehteil verbunden ist und en einer der Kupplung gegenüberliegenden Position angebracht ist.