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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs, ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Feedback-Aktuators und eine Lenkeinrichtung mit einem solchen Feedback-Aktuator.
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Solche Feedback-Aktuatoren werden insbesondere bei sogenannten Steer-By-Wire Lenksystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Steer-By-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers, wie konventionelle mechanische Lenkungen, durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkwelle bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden sein muss, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.
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Bei Steer-By-Wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.
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Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment (Feedbackmoment) über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derartige Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Feedback-Aktuator anzugeben. Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Ein erfindungsgemäßer Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs, umfasst: zumindest eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um den Feedback-Aktuator zumindest in einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, wobei der erste Betriebsmodus ein Fahrzeugfahrmodus und der zweite Betriebsmodus ein Fahrzeugstillstandsmodus ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bekannte Feedback-Aktuatoren bzw. Steer-By-Wire-Lenkeinrichtungen grundsätzlich erst dann angesteuert werden und eine Haltemoment bzw. eine Rückstellkraft bereitstellen, wenn das Fahrzeug in Betrieb genommen wurde. In diesem Zusammenhang konnte jedoch erkannt werden, dass ein Benutzer, insbesondere beim Ein- und Aussteigen in ein Fahrzeug, sich häufig am Lenkrad abstützt. Bei konventionellen Lenkeinrichtungen verfügt das Lenkrad auch ohne Inbetriebnahme des Fahrzeugs über ein gewisses Haltemoment, da in diesem Fall die Servolenkung noch nicht aktiviert ist und über die mechanische Kopplung des Lenkrads mit dem Fahrzeugrad ein Haltemoment bereitgestellt wird. Dieses Haltemoment liegt bei einem nicht aktivierten Feedback-Aktuator allerdings nicht vor, da ein Haltemoment nur bei aktivem Elektromotor am Lenkrad anliegt. Dieses fehlende Haltemoment kann für einen Fahrer, insbesondere während des Ein- und Aussteigens in ein Fahrzeug, neben einem unbekannten Systemverhalten auch ein Risiko für Verletzungen darstellen, da der Fahrer aufgrund der fehlenden Abstützung in den Fahrzeugsitz „fällt“. Durch die vorliegende Erfindung kann demgegenüber ein solches Haltemoment im zweiten Betriebsmodus auch dann bereitgestellt werden, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, d.h. wenn das Fahrzeug noch nicht in Betrieb genommen wurde und insbesondere der Motor des Fahrzeugs noch nicht betriebsbereit ist.
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Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den Feedback-Aktuator im zweiten Betriebsmodus mit einem konstanten Rückstellmoment zu betreiben. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um den Feedback-Aktuator im zweiten Betriebsmodus mit einem Rückstellmoment zu betreiben, das in Abhängigkeit eines Lenkwinkels eines Lenkrads der Lenkeinrichtung variiert. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um den Feedback-Aktuator im zweiten Betriebsmodus mit einem Rückstellmoment zu betreiben, das sich linear mit dem Lenkwinkel des Lenkrads der Lenkeinrichtung erhöht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das Lenkrad der Lenkeinrichtung im zweiten Betriebsmodus gegen ein Auslenken zu sperren.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den Feedback-Aktuator im ersten Betriebsmodus oder im zweiten Betriebsmodus zu betreiben, basierend auf zumindest einem der folgenden Eingangssignale: aktueller Betriebsmodus, Motorstatus des Fahrzeugs, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Türstatus, Lenkwinkel des Lenkrads, Querbeschleunigung des Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um den Feedback-Aktuator im zweiten Betriebsmodus zu betreiben, wenn der Motor des Fahrzeugs deaktiviert und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs null ist.
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Vorzugsweise wird ein Rückstellmoment und/oder ein Sperren des Lenkkrads durch einen Elektromotor des Feedback-Aktuators und/oder durch eine separate Brems- und/oder Sperreinrichtung bereitgestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Ansteuerung eines Feedback-Aktuators eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines oben beschriebenen Feedback-Aktuators; Betreiben des Feedback-Aktuators im ersten Betriebsmodus oder im zweiten Betriebsmodus, basierend auf zumindest einem der folgenden Eingangssignale: Motorstatus des Fahrzeugs, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Türstatus, Lenkwinkel des Lenkrads, Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs mit einem oben beschriebenen Feedback-Aktuator. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Lenkeinrichtung keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und den zu lenkenden Rädern umfasst.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel und den Figuren. Darin zeigt:
- 1 einen schematischen Aufbau einer Lenkeinrichtung mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Feedback-Aktuators; und
- 2 eine schematische Funktionsansicht einer bevorzugten Steuereinrichtung eines erfindungsgemäßen Feedback-Aktuators.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Lenkeinrichtung
100 mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Feedback-Aktuators
10. Der allgemeine Aufbau und die Funktion einer Steer-By-Wire Lenkeinrichtung ist im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 10 2010 027 356 A1 einen solchen Aufbau auf die in diesem Zusammenhang ergänzend verwiesen wird.
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Die Lenkeinrichtung 100 umfasst in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ein Lenkrad 1, das mit dem erfindungsgemäßen Feedback-Aktuator 10 über eine Lenkspindel in Eingriff steht, wobei die Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Der Feedback-Aktuator 10 umfasst dabei zumindest einen Elektromotor und vorzugsweise zudem zumindest eine Getriebeanordnung, um ein definiertes Rückstellmoment an das Lenkrad 1 abzugeben. In der gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform ist dem Elektromotor zudem eine Steuereinrichtung unmittelbar zugeordnet. Über eine Signalleitung 2 oder über ein BUS-System werden Daten zwischen dem Feedback-Aktuators 10 und einem Lenkaktuator 3 ausgetauscht. Der Lenkaktuator 3 steht dabei wiederum mit einem Ritzel 4 und einer Zahnstange 5 im Wirkeingriff, um eine entsprechende einen entsprechenden Lenkwinkel an den Rädern 6 bereitzustellen.
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2 zeigt beispielhaft den Funktionsaufbau einer bevorzugten Steuereinrichtung für einen erfindungsgemäßen Feedback-Aktuator 10. Die Steuereinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass diese zumindest einen ersten Modus und einen zweiten Modus des Feedback-Aktuators 10 bereitstellen kann. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf zwei Betriebsmodi beschränkt. Vielmehr können weitere Betriebsmodi vorgesehen sein, z.B. für Fehlerzustände.
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Der erste Modus ist dabei ein im Stand der Technik bekannter Fahrmodus, bei dem basierend auf Fahrparametern des Fahrzeugs korrespondierende Rückstellmomente an das Lenkrad 1 abgegeben werden. Der zweite Modus entspricht einem Stillstandsmodus, bei dem das Fahrzeug noch nicht in Betrieb genommen wurde. Die Steuereinrichtung ist dabei vorzugsweise derart eingerichtet, dass der Feedback-Aktuator 10 im zweiten Betriebsmodus ein konstantes Rückstellmoment, ein Rückstellmoment, das in Abhängigkeit eines Lenkwinkels eines Lenkrads der Lenkeinrichtung variiert, beispielsweise ein sich linear mit dem Lenkwinkel des Lenkrads 1 erhöht oder das Lenkrad 1 gegen ein Auslenken sperrt. Durch die Bereitstellung eines Rückstellmoments bzw. Haltemoments kann sich ein Benutzer auch wenn das Fahrzeug noch nicht in Betrieb genommen wurde am Lenkrad 1 abstützen, ohne dass er in den Fahrersitz „fällt“. Das Rückstellmoment im zweiten Betriebsmodus kann dabei durch den Elektromotor des Feedback-Aktuators 10 und/oder durch eine separate Brems- und/oder Sperreinrichtung bereitgestellt werden.
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Zur Einstellung des jeweiligen Betriebsmodus bzw. zum Wechsel der Betriebsmodi können dabei beispielsweise folgende Eingangssignale an der Steuereinrichtung vorgesehen sein: Motorstatus des Fahrzeugs („Motor“), Geschwindigkeit des Fahrzeugs („v“), Türstatus („Tür“), Lenkwinkel des Lenkrads („βFFB“), Querbeschleunigung des Fahrzeugs („αy“) und/oder der eingestellte Betriebsmodus („Modus“).
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Vorzugsweise betreibt die Steuereinrichtung den Feedback-Aktuator 10 dann im zweiten Betriebsmodus, wenn die Geschwindigkeit („v“) des Fahrzeugs null ist und zudem der Motor des Fahrzeugs („Motor“) ausgeschaltet ist. Darüber hinaus können noch weitere Eingangssignale herangezogen werden, um in den zweiten Betriebsmodus zu schalten, beispielsweise kann zudem erfasst werden, ob die Türe („Tür“) geöffnet oder geschlossen sind, ob die Querbeschleunigung des Fahrzeugs („αy“) null ist, etc. In technischer Hinsicht soll durch die verschiedenen Eingangssignale sichergestellt werden, dass die Steuereinrichtung den Feedback-Aktuator 10 nur bei Fahrzeugstillstand im zweiten Betriebsmodus betreibt.
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Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf das vorhergehend bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere können ein oder mehrere Winkelsensoren an der Welle des Elektromotors angeordnet werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische Positionierung des oder der Winkelsensor beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Signalleitung
- 3
- Lenkaktuator
- 4
- Ritzel
- 5
- Zahnstange
- 6
- Rad
- 10
- Feedback-Aktuator
- 100
- Lenkeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010027356 A1 [0014]
