DE102019219392A1 - Steer-by-wire steering system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einem Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder aufweist, wobei der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst und wobei die Bremse (5) in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann.Method for operating a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, which has at least one steering actuator for adjusting the steerable wheels, wherein the steering actuator comprises a brake (5) and wherein the brake (5) can brake the steering actuator depending on the driving situation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Steer-by-Wire Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire Lenksystem nach Anspruch 8 welches das oben genannte Verfahren ausführen kann.The present invention relates to a method for a steer-by-wire steering system according to the preamble of claim 1. In addition, the invention relates to a steer-by-wire steering system according to claim 8 which can carry out the above-mentioned method.

Stand der TechnikState of the art

Bei klassischen Lenksystemen besteht eine mechanische Verbindung zwischen der Lenksäule und dem Lenkgetriebe. Bei zukünftigen Steer-by-Wire Lenksystemen fällt diese Verbindung weg. Statt einer Lenksäule werden die Lenkeingaben des Fahrers elektronisch an ein Steuergerät übermittelt, welches dann den Lenkaktuator zur Verstellung der Räder des Fahrzeugs ansteuert.In classic steering systems, there is a mechanical connection between the steering column and the steering gear. In future steer-by-wire steering systems, this connection will no longer apply. Instead of a steering column, the driver's steering inputs are electronically transmitted to a control unit, which then controls the steering actuator to adjust the vehicle's wheels.

Für die Aktuierung, also die Verstellung der Räder, kann wie bisher ein zentraler Lenksteller verwendet werden. Dabei wird die Rotation eines Elektromotors über ein Getriebe auf die Lenkstange übertragen, welche sich dann translatorisch bewegt und den Lenkwinkel an den Rädern einstellt.As before, a central steering actuator can be used for the actuation, i.e. the adjustment of the wheels. The rotation of an electric motor is transmitted via a gear to the handlebar, which then moves in a translatory manner and sets the steering angle on the wheels.

Es können aber auch dezentrale Einzelradsteller verwendet werden, das heißt an jedem Rad ist jeweils ein Aktuator zur Verstellung des Lenkwinkels angeordnet. Dadurch können zum einen höhere Lenkwinkel eingestellt werden und zum anderen wird Platz gewonnen, da der zentrale Lenksteller wegfällt.However, decentralized individual wheel actuators can also be used, that is to say an actuator for adjusting the steering angle is arranged on each wheel. As a result, on the one hand, higher steering angles can be set and, on the other hand, space is gained because the central steering actuator is no longer required.

Es ist bekannt, dass bei Einzelradstellern ein selbsthemmendes Getriebe verwendet wird. Dies kann kritisch sein, wenn ein solche Einzelradsteller an der Vorderachse bei hohen Lenkwinkel ausfällt. Daher ist diese Ausführung nur für geringe Lenkwinkel an der Hinterachse geeignet.It is known that a self-locking gear is used in individual wheel actuators. This can be critical if such a single wheel actuator fails on the front axle at a high steering angle. This version is therefore only suitable for small steering angles on the rear axle.

Alternativ kann für den Lenksteller ein Getriebe ohne Selbsthemmung verwendet werden. Fährt das Fahrzeug allerdings beispielsweise gegen einen Bordstein oder durch ein Schlagloch, muss der Lenksteller kurzzeitig sehr hohe Kräfte aufnehmen, wodurch eine entsprechende Motorgröße notwendig wird.Alternatively, a gear without self-locking can be used for the steering actuator. However, if the vehicle drives against a curb or through a pothole, for example, the steering actuator has to absorb very high forces for a short time, which means that a corresponding motor size is necessary.

Zudem muss während des Fahrens die Radposition gehalten werden. Dazu muss der Lenkaktuator immer wieder aktiviert werden, wodurch der Energieverbrauch steigt.In addition, the wheel position must be maintained while driving. To do this, the steering actuator has to be activated again and again, which increases energy consumption.

Es ist damit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für einen Lenkaktuator bereit zu stellen, wodurch der Lenkaktuator einen geringen Energieverbrauch aufweisen soll.It is therefore the object of the invention to provide a method for a steering actuator, as a result of which the steering actuator should have a low energy consumption.

Die Lösung vorstehend genannter Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steer-by-Wire Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The above-mentioned object is achieved by a method for operating a steer-by-wire steering system with the features of claim 1 and by a steer-by-wire steering system with the features of claim 8. Advantageous further developments result from the subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird bei bestimmten Fahrereignissen eine Bremse angesteuert, welche den Lenkaktuator bremst. Dazu ist nach den Merkmalen von Anspruch 8 an dem Lenkaktuator eine Bremse angeordnet.According to the method according to the invention with the features of claim 1, a brake that brakes the steering actuator is activated during certain driving events. For this purpose, a brake is arranged on the steering actuator according to the features of claim 8.

Durch die Bremse können je nach Fahrsituation unterschiedlich große Kräfte auf den Lenkaktuator aufgebracht werden. Mit einer ausreichend großen Kraft kann der Lenkaktuator bei einem bestimmten Lenkwinkel gehalten werden. Dadurch wird vorteilhaft Energie gespart, da der Lenkaktuator nicht ständig aktiviert werden muss. Die Bremse kann auch mit einer bestimmten geringeren Kraft angelegt werden um die Reibung im System zu erhöhen.Due to the brake, different forces can be applied to the steering actuator depending on the driving situation. With a sufficiently large force, the steering actuator can be held at a certain steering angle. This advantageously saves energy, since the steering actuator does not have to be constantly activated. The brake can also be applied with a certain lower force in order to increase the friction in the system.

Bei einem großen Lenkwinkel wirken auf das Lenksystem unter anderem aufgrund der Fahrwerksauslegung immer Rückstellkräfte, das heißt die Räder wollen sich wieder in die zentrale Stellung bewegen. Um den großen Lenkwinkel zu halten, müsste nun der Lenkaktuator ständig aktiviert werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Bremse angesteuert werden, die den Lenkaktuator bei dem eingestellten Lenkwinkel hält. With a large steering angle, restoring forces always act on the steering system due to the chassis design, i.e. the wheels want to move back into the central position. In order to maintain the large steering angle, the steering actuator would now have to be activated continuously. According to the method according to the invention, a brake can be activated which holds the steering actuator at the set steering angle.

Auch bei einer Geradeausfahrt wirken auf das Lenksystem Kräfte beispielsweise von der Straße, welche den Lenkwinkel verändern. Zur Korrektur bzw. Halten des Lenkwinkels müsste der Lenkaktuator ständig ein Gegenmoment aufbringen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun die Bremse leicht angelegt werden. Dadurch wird wieder Energie gespart. Ferner kann hier ein Fahrwerk welches viele Aktivierungen des Lenkstellers erfordern würde kompensiert werden, bzw. eine unter Umständen kostengünstigere oder andersartige Fahrwerksauslegung erfolgen.Even when driving straight ahead, forces act on the steering system, for example from the road, which change the steering angle. To correct or maintain the steering angle, the steering actuator would have to constantly apply a counter-torque. According to the method according to the invention, the brake can now be easily applied. This saves energy again. Furthermore, a chassis that would require many activations of the steering actuator can be compensated for, or a chassis design that may be more cost-effective or of a different type can take place here.

Durch entsprechende Sensorik können zukünftige Fahrzeuge Straßenunebenheiten, Schlaglöcher, Bordsteine oder Ähnliches erkennen. Beim Durch- oder Überfahren wirken externe Kräfte auf das Lenksystem, welche zu einem Schlagen des Rades führen können. Um diesen Kräften standzuhalten, müsste der Lenkaktuator entsprechend groß ausgelegt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun die Bremse beim Erkennen eines solchen Fahrereignisses den Lenkaktuator festhalten.With the help of appropriate sensors, future vehicles can recognize uneven roads, potholes, curbs or the like. When driving through or driving over, external forces act on the steering system, which can cause the wheel to flap. In order to withstand these forces, the steering actuator would have to be designed to be correspondingly large. According to the method according to the invention, the brake can now hold the steering actuator when it detects such a driving event.

Bei einem Fehlerfall oder Ausfall des Lenkaktuators bei einem bestimmten Lenkwinkel kann es sein, dass eine Rückstellung der Räder nicht gewünscht ist oder bei der selbständigen Rückstellung ein bestimmter Lenkwinkel erreicht werden soll. Ziel kann es sein, eine ideale Ausfallposition bezüglich Auswirkungen und Kompensationsmöglichkeiten einzunehmen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bremse den Lenkwinkel halten sobald die gewünschte Ausfallposition erreicht ist.In the event of a fault or failure of the steering actuator at a certain steering angle, it may be that a reset of the wheels is not desired or that a certain steering angle is to be achieved with the automatic reset. The goal can be to assume an ideal failure position with regard to effects and compensation options. According to the method according to the invention, the brake can hold the steering angle as soon as the desired failure position is reached.

Zudem kann durch die Bremse die Reibung im Lenksystem aktiv beeinflusst und bei Bedarf erhöht werden. Dadurch kann das Auftreten von Schwingungen vermieden werden, welche in Lenkungen problematisch sind. Wenn die kritischen Arbeitspunkte der Lenkung für ungewollte Schwingungen bekannt sind, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren proaktiv die Bremse angelegt werden, wenn aufgrund einer Lenkwinkelforderung in Kürze ein derartiger Arbeitspunkt erreicht wird. Damit werden die Schwingungen gedämpft bzw. vermieden, was wiederum positiv auf den Fahrkomfort wirkt.In addition, the brake can actively influence the friction in the steering system and increase it if necessary. In this way, the occurrence of vibrations, which are problematic in steering systems, can be avoided. If the critical operating points of the steering for undesired vibrations are known, the brake can be proactively applied according to the method according to the invention if such an operating point is reached shortly due to a steering angle requirement. This dampens or prevents the vibrations, which in turn has a positive effect on driving comfort.

Eine weitere Funktion der Bremse ist die aktive Beeinflussung des Rücklaufs der Lenkung. Das Bremsmoment kann je nach Auslegung so dosiert werden, dass beispielsweise der Rücklauf möglichst sanft erfolgt. Hierdurch ergeben sich auch für die Auslegung des Fahrwerks neue Möglichkeiten, da der LenkaktuatorTeile der Grundfunktionalitäten eines Fahrwerks mit beeinflussen kann. Darüber hinaus ist auch eine kleinere Dimensionierung des Lenkstellermotors hierdurch möglich.Another function of the brake is to actively influence the return of the steering. Depending on the design, the braking torque can be dosed so that, for example, the return is as gentle as possible. This also opens up new possibilities for the design of the chassis, since the steering actuator can influence parts of the basic functionality of a chassis. In addition, a smaller dimensioning of the steering actuator motor is possible as a result.

Weiterhin kann hiermit auch ein ungewolltes Überschwingen über die Mittellage hinaus vermieden werden, wodurch der Lenkaktuator selbst weiter entlastet wird. Speziell aus hohen Lenkwinkeln stellt das Zentrierverhalten der Achse ein Problem für den Lenkaktuator dar.Furthermore, an unwanted overshoot beyond the central position can hereby be avoided, as a result of which the steering actuator itself is further relieved. The centering behavior of the axle poses a problem for the steering actuator, especially from high steering angles.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lenkaktuators wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 eine erste Ausführung des Lenkaktuators mit einer Bremse
  • 2 eine zweite Ausführung des Lenkaktuators mit einer Bremse
Embodiments of the steering actuator according to the invention will be described with reference to the figures. Show:
  • 1 a first version of the steering actuator with a brake
  • 2 a second version of the steering actuator with a brake

In der 1 ist der erfindungsgemäße Lenkaktuator zu sehen, wobei die Bremse 5 auf der Motorseite angeordnet ist. Der Lenkaktuator wird von einem elektrischen Motor 2 angetrieben, wobei die Rotation des Motors über ein Riemengetriebe 4 auf einen Kugelgewindetrieb 3 übertragen wird. Durch den Kugelgewindetrieb 3 wird die Rotation in eine translatorische Bewegung der Lenkstange 1 umgewandelt, welche letztlich über eine Spurstange das Rad verstellt. Die Bremse 5 arbeitet hydraulisch und ist auf der Motorseite so angeordnet, dass sie auf das Riemenrad am Motor wirkt. Für die hydraulische Bremse könnte beispielsweise die Versorgung eines hydraulischen Aktivfahrwerks mit genutzt werden.In the 1 the steering actuator according to the invention can be seen, with the brake 5 is arranged on the engine side. The steering actuator is powered by an electric motor 2 driven, the rotation of the motor via a belt drive 4th on a ball screw 3 is transmitted. Through the ball screw 3 the rotation turns into a translational movement of the handlebar 1 converted, which ultimately adjusts the wheel via a tie rod. The brake 5 works hydraulically and is arranged on the engine side so that it acts on the belt pulley on the engine. For the hydraulic brake, for example, the supply of a hydraulic active chassis could also be used.

In der 2 ist der erfindungsgemäße Lenkaktuator in einer zweiten Ausführung zu sehen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel, ist die Bremse 5 so angeordnet, dass sie auf den Kugelgewindetrieb wirkt. Die Feder in der Bremse dient der passiven sicheren Rückstellung der Bremse, um ein Blockieren der Lenkung zu vermeiden.In the 2 the steering actuator according to the invention can be seen in a second embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, the brake is 5 arranged so that it acts on the ball screw. The spring in the brake is used to passively and safely reset the brake in order to prevent the steering from locking.

Besonders vorteilhaft kann diese Ausführung als Außenbackenbremse gestaltet sein, welche achssymmetrisch bzw. konzentrisch auf die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs wirkt. Dadurch kann die Belastung auf den Kugelgewindetrieb reduziert werden.This embodiment can particularly advantageously be designed as an external shoe brake which acts axially symmetrically or concentrically on the spindle nut of the ball screw drive. This can reduce the load on the ball screw drive.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder aufweist, wobei der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann.A method for operating a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, which has at least one steering actuator for adjusting the steerable wheels, the steering actuator comprising a brake (5), characterized in that the brake (5) controls the steering actuator as a function of the driving situation can brake. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator bei einer Geradeausfahrt bremsen kann.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) can brake the steering actuator when driving straight ahead. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator bei einem hohen Lenkwinkel bremsen kann.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) can brake the steering actuator at a high steering angle. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator im Fehlerfall oder bei Ausfall des Lenkaktuators bremsen kann.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) can brake the steering actuator in the event of a fault or failure of the steering actuator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) bei bestimmten Arbeitspunkten der Lenkung aktiviert wird um Schwingungen im Lenksystem zu dämpfen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) is activated at certain operating points of the steering in order to dampen vibrations in the steering system. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator beim Rücklauf der Lenkung bremst.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) brakes the steering actuator when the steering is reversed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) den Lenkaktuator beim Befahren von Straßenunebenheiten bremsen kann.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the brake (5) can brake the steering actuator when driving on bumpy roads. Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Lenkaktuator zum Verstellen der lenkbaren Räder; dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator eine Bremse (5) umfasst, welche in Abhängigkeit der Fahrsituation den Lenkaktuator bremsen kann; und dass das Lenksystem das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen kann.Steer-by-wire steering system for a motor vehicle with at least one steering actuator for adjusting the steerable wheels; characterized in that the steering actuator comprises a brake (5) which can brake the steering actuator as a function of the driving situation; and that the steering system the method according to one of the Claims 1 to 7th can perform. Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkaktuator einen Kugelgewindetrieb (3) umfasst, welcher von einem elektrischen Motor (2) über ein Riemengetriebe (4) angetrieben wird; und dass die Bremse (5) auf eine Riemenscheibe am Motor (2) wirkt oder dass die Bremse (5) auf eine Kugelmutter des Kugelgewindetriebs (3) wirkt.Steer-by-wire steering system for a motor vehicle Claim 8 , characterized in that the steering actuator comprises a ball screw drive (3) which is driven by an electric motor (2) via a belt drive (4); and that the brake (5) acts on a belt pulley on the motor (2) or that the brake (5) acts on a ball nut of the ball screw drive (3). Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (5) einen Kolben aufweist und pneumatisch oder hydraulisch wirkt.Steer-by-wire steering system for a motor vehicle Claim 8 or 9 , characterized in that the brake (5) has a piston and acts pneumatically or hydraulically.
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