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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Handradaktuatoranordnung für ein elektrisches Servolenksystem mit Steer-by-Wire, insbesondere, jedoch nicht zwangsläufig ausschließlich, für ein Straßenfahrzeug. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Steer-by-Wire-Lenksystem, das eine Handradaktuatoranordnung umfasst.
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Herkömmliche Lenksysteme in Fahrzeugen stellen eine mechanische Verbindung zwischen einem von einem Fahrer bedienten Handrad und einer Lenkungszahnstange oder einem Lenkungsgestänge, die bzw. das eine Bewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs bewirkt, bereit. Solch eine feste Verbindung wird von einer Lenksäulenanordnung bereitgestellt. Bei modernen Fahrzeugen wird auch eine Hilfskraft zugeführt, entweder an einen Teil der Lenksäulenanordnung oder direkt an die Lenkungszahnstange, um den Lenkvorgang zu erleichtern. Die Hilfskraft wird von einem hydraulischen Hilfssystem oder weiter verbreitet von einem elektrischen Hilfssystem, bei dem Elektromotoren eingesetzt werden, bereitgestellt.
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Da elektrische Systeme jedoch zuverlässiger werden, kann es von Vorteil sein, die mechanische Verbindung zwischen dem Handrad und den lenkbaren Rädern zu entfernen und durch eine elektrische Verbindung zu ersetzen. Eine elektrische Gelenkverbindung ist gemeinhin als Steer-by-Wire bekannt. Diese Systeme können Platz sparen, was bei modernen Fahrzeugen ein Bonus ist, und können zusätzliche Vorteile bereitstellen, wie z. B. einen besseren Crashschutz für Fahrzeuginsassen ermöglichen. Darüber hinaus können Steer-by-Wire-Systeme bei Fahrzeugen, bei denen ein autonomer Betrieb möglich ist, von besonderem Interesse sein. Bei solchen Fahrzeugen ist es erforderlich, eine volle Lenkkontrolle unter Verwendung von Aktuatoren, wie z. B. Elektromotoren, bereitstellen zu können, anstatt einfach Assistenz zu einer Fahrereingabe bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Handradaktuatoranordnung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem bereitgestellt, wobei die Handradaktuatoranordnung Folgendes umfasst: eine Handradwelle, die zur Aufnahme eines Handrads konfiguriert ist; eine Rückmeldungsvorrichtung, die dahingehend betreibbar ist, ein variables Ausmaß an Widerstand gegenüber einer Drehung der Handradwelle bereitzustellen; und einen Handradwellenpositionssensor, der dahingehend betreibbar ist, eine Winkelposition der Handradwelle zu erfassen; wobei der Handradwellenpositionssensor auf einer Leiterplatte befestigt ist, wobei die Leiterplatte eine Steuerung umfasst, die dazu konfiguriert ist, Signale von dem Handradwellenpositionssensor zu empfangen.
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Da der Handradwellenpositionssensor auf der Leiterplatte befestigt ist, sind zwischen dem Positionssensor und der die Steuerung umfassenden Leiterplatte keine Kabel oder Verkabelung oder zusätzliche Anschlüsse erforderlich. Dies kann die Zuverlässigkeit des Handradwellenpositionssensors verbessern sowie die Herstellungs- und Montagekosten verringern. Wenn Signale mit hoher Integrität erforderlich sind, sind üblicherweise zwei Kabelsätze für jeden Sensor erforderlich, wodurch zwangsläufig mehr Platz für die Verkabelung erforderlich wird. Durch die direkte Befestigung des Handradwellenpositionssensors auf der Leiterplatte wird dieses Erfordernis beseitigt. Die Leiterplatte kann eine gedruckte Leiterplatte sein, wobei der Handradwellenpositionssensor über mindestens eine Leiterbahn mit der Steuerung verbunden ist.
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Die Befestigung des Handradwellenpositionssensors auf der Leiterplatte kann des Weiteren gestatten, dass die Anordnung kompakter ist, wodurch jegliche Platzverschwendung, insbesondere in der axialen Richtung der Handradwelle, verhindert wird. Da weniger Platz von der Anordnung eingenommen wird, kann eine größere Einstelllänge der Lenkanordnung vorgesehen werden.
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Die Rückmeldungsvorrichtung kann auf Steuersignale, die von der Steuerung empfangen werden, reagieren.
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Die Rückmeldungsvorrichtung kann einen Elektromotor mit einer Motorwelle umfassen, wobei die Motorwelle mechanisch mit der Handradwelle gekoppelt ist, wobei der Elektromotor dazu konfiguriert ist, das variable Ausmaß an Widerstand gegenüber einer Drehung der Handradwelle bereitzustellen.
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Die Verwendung eines Elektromotors als die Rückmeldungsvorrichtung ist wünschenswert, da er nicht nur gestattet, dass Widerstand an die Handradwelle angelegt wird, wenn er zur Erzeugung von elektrischer Bremsung verwendet wird, sondern auch zum Anlegen einer Kraftrückmeldung verwendet werden kann. Eine Kraftrückmeldung kann besonders bei Lenksystemen wünschenswert sein, da sie dazu führen kann, dass der Fahrer ein besseres Lenk-„Gefühl“ von den lenkbaren Rädern vermittelt bekommt, ähnlich wie jenes, für das bei einer herkömmlichen mechanischen Lenkanordnung gesorgt wird.
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Die Anordnung kann ferner auch einen Motorwellenpositionssensor umfassen, der dahingehend betreibbar ist, eine Winkelposition der Motorwelle zu erfassen, wobei der Motorwellenpositionssensor auf der Leiterplatte befestigt ist, wobei die Leiterplatte dazu konfiguriert ist, Signale von dem Motorwellenpositionssensor zu empfangen. Wenn die Leiterplatte eine gedruckte Leiterplatte ist, kann der Motorwellenpositionssensor über mindestens eine Leiterbahn mit der Steuerung verbunden sein.
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Es kann wünschenswert sein, einen Motorwellenpositionssensor zu integrieren, um zusätzliche Signale zum Verfolgen der Bewegung der Anordnung bereitzustellen. Durch die Befestigung des Motorwellenpositionssensors auf der Leiterplatte können wiederum Zwischenverbindungen oder Zwischenverkabelungen beseitigt werden, wodurch für eine kleinere, kompaktere und zuverlässigere Anordnung gesorgt wird.
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Der Motorwellenpositionssensor kann die Drehung eines Motorwellensensorzielobjekts, das der Motorwelle zugeordnet ist, erfassen.
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Das Motorwellensensorzielobjekt kann an oder neben einem distalen Ende der Motorwelle befestigt sein.
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Durch die Befestigung des Sensorzielobjekts an oder nahe der Motorwelle kann der Abstand zwischen dem Sensor und dem Sensorzielobjekt auf ein Minimum reduziert werden.
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Der Handradwellenpositionssensor kann die Drehung eines Handradwellensensorzielobjekts, das der Handradwelle zugeordnet ist, erfassen.
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Das Handradwellensensorzielobjekt kann an der Handradwelle fixiert sein.
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Die Anordnung kann ferner ein Motorwellenzahnrad, das an der Motorwelle fixiert ist, und ein Handradwellenzahnrad, das an der Handradwelle fixiert ist, umfassen, wobei das Motorwellenzahnrad und das Handradwellenzahnrad drehgekoppelt sind.
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Durch die Drehkopplung des Motorwellenzahnrads und des Handradwellenzahnrads wird sichergestellt, dass sich die Zahnräder und ihre zugeordneten Wellen zusammen drehen, und somit können die Bewegung und die Rückmeldung direkt zwischen ihnen übertragen werden. Sie kann auch gestatten, dass die Positionssensoren dahingehend zusammenarbeiten, für eine höhere Genauigkeit zu sorgen.
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Das Motorwellenzahnrad kann direkt mit dem Handradwellenzahnrad kämmen.
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Die Anordnung kann ferner ein zusätzliches Motorzahnrad umfassen, das mit dem Motorwellenzahnrad kämmt, wobei das Handradwellensensorzielobjekt an dem zusätzlichen Motorzahnrad fixiert ist.
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Da die Ausgangspositionen des Motorzahnrads und des zusätzlichen Motorzahnrads bekannt sein werden, kann durch Erfassen der Position jedes Zahnrads - bei einer nicht 1 betragenden Übersetzung, so dass sich jedes Zahnrad mit einer anderen Drehzahl dreht - der Vernier-Algorithmus zur Bestimmung der absoluten Position der Motorwelle verwendet werden. Da die Ausgangsposition der Handradwelle auch bekannt sein wird, kann die absolute Position der Handradwelle unter Bezugnahme auf die absolute Position der Motorwelle bestimmt werden. Somit muss das Handradwellensensorzielobjekt nicht zwangsläufig in direkter Verbindung mit der Handradwelle stehen.
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Der Vernier-Algorithmus funktioniert am besten, wenn die Zahnradgrößen ähnlich sind, und somit ist ein ähnlich dimensioniertes zusätzliches Motorzahnrad vorteilhaft gegenüber der Verwendung des Vernier-Algorithmus, wobei Sensoren direkt an der Motorwelle und der Handradwelle angebracht sind, da die Übersetzung zwischen dem Motorzahnrad und dem Handradzahnrad wahrscheinlich viel höher ist.
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Die Anordnung kann ferner ein zusätzliches Handradzahnrad umfassen, das mit dem Handradwellenzahnrad kämmt, wobei das Handradwellensensorzielobjekt an dem zusätzlichen Handradzahnrad fixiert ist.
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Dies gestattet, dass die Leiterplatte weiter von der Handradwelle weg positioniert wird. Dies kann eine noch kompaktere Anordnung gestatten und kann gestatten, dass Komponenten auf der Leiterplatte in engerem Abstand angeordnet sind.
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Die Anordnung kann ferner eine Riemenantrieb-Kupplung umfassen, die die Motorwelle mit der Handradwelle drehkoppelt.
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Der Riemenantrieb kann einen mit Zähnen versehenen Antriebsriemen umfassen, der mit Antriebsrädern, die entsprechend mit Zähnen versehen sind, in Eingriff steht.
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Die Verwendung eines mit Zähnen versehenen Antriebsriemens kann das Rutschen der Riemenantrieb-Kupplung verhindern und für eine effektivere Übertragung der Drehung oder Verlangsamung zwischen der Motorwelle und der Handradwelle sorgen.
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Die Riemenantrieb-Kupplung kann ein Losrad umfassen.
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Das Losrad kann einen separaten Platz für die Befestigung von Sensorzielobjekten bereitstellen und kann auch dazu verwendet werden, Durchhang in der Riemenantrieb-Kupplung aufzugreifen. Das Losrad und/oder eine Welle, auf der es befestigt ist, kann dahingehend vorgespannt sein, automatisch Durchhang in dem System zu beseitigen.
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Das Motorwellensensorzielobjekt oder das Handradwellensensorzielobjekt kann an dem Losrad fixiert sein.
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Die Rückmeldungsvorrichtung kann eine elektrisch gesteuerte Bremse oder einen elektrisch gesteuerten Dämpfer umfassen.
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Die elektrisch gesteuerte Bremse oder der elektrisch gesteuerte Dämpfer können auf die Handradwelle wirken.
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Durch die Verwendung einer Bremse oder eines Dämpfers kann eine weniger komplizierte Anordnung bereitgestellt werden, die trotzdem für Widerstand gegen die Bewegung der Handradwelle sorgen kann.
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Die Leiterplatte kann einen Ausschnitt oder eine Aussparung umfassen, durch den oder die die Handradwelle und/oder die Motorwelle hindurchgeht bzw. hindurchgehen.
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Die Motorwelle kann parallel zur Handradwelle sein.
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Die Leiterplatte kann sich senkrecht zu der Motorwelle und der Handradwelle erstrecken.
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Der Motorwellenpositionssensor, der Handradwellenpositionssensor und eine Übersetzung zwischen der Motorwelle und der Handradwelle können dahingehend gewählt werden, zu gestatten, dass das Vernier-Prinzip zur Messung mehr als einer Drehung der Handradwelle angewendet wird.
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Akkurates Detektieren nicht nur dessen, wo sich die Handradwelle innerhalb einer Drehung befindet, sondern auch welche Anzahl an Drehungen sie durchlaufen hat, gestattet eine komplette Positionsbestimmung, beispielsweise von Verriegelung zu Verriegelung des Lenkrads. Dies kann für ein System bei der Bestimmung des Ausmaßes an anzuwendender Rückmeldung nützlich sein und auch bei der Bestimmung der Position des Lenkrads beim Starten des Fahrzeugs.
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Die Handradwelle kann einen Drehmomentsensor umfassen, der dahingehend betreibbar ist, von einem Fahrer an die Handradwelle angelegtes Drehmoment zu erfassen.
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Die Verwendung eines Drehmomentsensors kann bei der Bestimmung der zu einer Lenkaktuatoranordnung zu übertragenden Signale nützlich sein.
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Ein Stator des Drehmomentsensors kann auf der Leiterplatte befestigt sein, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, Signale von dem Drehmomentsensor zu empfangen.
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Durch die Befestigung des Stators des Drehmomentsensors auf der Leiterplatte kann die Gesamtgröße der Anordnung beschränkt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Lenksystem Folgendes umfasst: einen Handradaktuator gemäß dem ersten Aspekt; und eine Lenkaktuatoranordnung, die Folgendes umfasst: ein Lenkgestänge zur Verbindung mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs; und einen Lenkmotor, der dazu konfiguriert ist, dahingehend auf das Lenkgestänge zu wirken, die lenkbaren Räder als Reaktion auf von der Handradaktuatoranordnung empfangenen Signalen zu lenken.
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Die Rückmeldungsvorrichtung der Handradaktuatoranordnung kann das Ausmaß des Widerstands, der als Reaktion auf von der Lenkaktuatoranordnung empfangenen Signalen an die Handradwelle angelegt wird, variieren.
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Es werden nun Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Handradaktuatoranordnung gemäß dem ersten Aspekt;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Handradaktuatoranordnung von 1, wobei die Leiterplatte weggelassen wurde;
- 3 eine umgekehrte perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Leiterplatte, die die Positionssensoren zeigt;
- 4 eine Seitenansicht der Handradaktuatoranordnung von 1, wobei das Gehäuse weggelassen wurde;
- 5 eine schematische Ansicht eines Steer-by-Wire-Lenksystems gemäß dem zweiten Aspekt;
- 6 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung, die ein zusätzliches Zahnrad umfasst;
- 7 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung, die ein zusätzliches Zahnrad umfasst;
- 8 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung, die eine Riemenantrieb-Kupplung umfasst; und
- 9 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung, die eine elektrisch gesteuerte Bremse und einen Drehmomentsensor umfasst.
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Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf 1-4 wird eine erste Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung 100 gezeigt. Die Handradaktuatoranordnung 100 umfasst eine Handradwelle 102, auf der ein Handrad (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Die Handradwelle 102 ist mit einer Rückmeldungsvorrichtung in Form eines Elektromotors 104, der eine Motorwelle 106 aufweist, mechanisch verbunden. Ein an der Motorwelle 106 fixiertes Motorzahnrad 108 kämmt mit einem an der Handradwelle 102 fixierten Handradzahnrad 110, wodurch für die mechanische Verbindung zwischen den beiden gesorgt wird. Die Motorwelle 106 und die Handradwelle 102 sind parallel zueinander positioniert in einem radialen Abstand, der zur Aufnahme ihrer Zahnradverbindung ausreicht.
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Der Elektromotor 104 stellt im Gebrauch variablen Widerstand und vorzugsweise auch eine Rückmeldung von einer Lenkaktuatoranordnung, die mit der Handradaktuatoranordnung 100 elektrisch verbunden ist, bereit. Dieser Widerstand wird der Handradwelle 102 über das Motorzahnrad 108 und das Handradzahnrad 110 zugeführt und sorgt für ein verbessertes Lenk-„Gefühl“ für einen Fahrer des Fahrzeugs, an dem die Handradaktuatoranordnung 100 angebracht ist. Eine weitere Erörterung der Lenkaktuatoranordnung wird unter Bezugnahme auf 5 bereitgestellt.
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Zur Bereitstellung der erforderlichen Rückmeldung und zur Übertragung von Fahrereingaben von der Handradwelle 102 auf die Lenkaktuatoranordnung ist es nötig, die Winkelpositionen der Handradwelle 102 - und somit des Handrads - und vorzugsweise auch des Elektromotors 104 erfassen zu können. Eine Reihe von Positionssensoren sind also integriert, wobei die Positionssensoren auf einer Leiterplatte 112 befestigt sind, die sich bei der vorliegenden Ausführungsform in einer senkrecht zur Motorwelle 106 und Handradwelle 102 verlaufenden Richtung erstreckt.
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Ein Motorwellenpositionssensor 114 ist auf der Leiterplatte 112 befestigt und ist dazu konfiguriert, die Bewegung eines an dem Ende der Motorwelle 106 fixierten Motorwellensensorzielobjekts 116 zu detektieren. Die von dem Motorwellenpositionssensor 114 detektierten Signale werden zu einer Steuerung 118 der Leiterplatte 112 geleitet, wobei die Signale zur Bestimmung einer Drehposition der Motorwelle 106 verwendet werden. Die Steuerung 118 der dargestellten Ausführungsform ist eine gedruckte Leiterplatte, die Leiterbahnen umfasst, die die auf der Leiterplatte befestigten Komponenten miteinander verbindet.
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Eine Reihe von drei Handradwellenpositionssensoren 120 sind auch auf der Leiterplatte 112 befestigt und sind dazu konfiguriert, die Bewegung eines an der Handradwelle 102 fixierten Handradwellensensorzielobjekts 122 zu detektieren. Die von den Handradwellenpositionssensoren 120 detektierten Signale werden zu der Steuerung 118 geleitet, wobei die Signale zur Bestimmung einer Drehposition der Handradwelle 102 verwendet werden.
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Bei den Sensoren und Sensorzielobjekten, die über die Patentschrift hinweg beschrieben werden, kann es sich um einen beliebigen Sensor und ein beliebiges Zielobjekt, die zum Detektieren der Drehung der Wellen geeignet sind, handeln. Beispielsweise können die Sensoren Hall-Sensoren sein, und die Sensorzielobjekte können einen oder mehrere Magnete umfassen. Andere geeignete Sensoren und Sensorzielobjekte werden dem Fachmann im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung bekannt sein.
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Die Drehpositionen der Motorwelle 106 und der Handradwelle 102 können von der Steuerung 118 zur Unterstützung der Erzeugung von Steuersignalen für das System verwendet werden. Hauptsächlich ist ein akkurater Handradwellenwinkel zur Bereitstellung der erforderlichen Signale an eine Lenkaktuatoranordnung, die eine Winkelbewegung der Handradwelle 102 in eine Winkelbewegung lenkbarer Räder des Fahrzeugs übertragen kann, erforderlich. Als ein zusätzliches Beispiel kann eine bekannte Position der Motorwelle 106 und der Handradwelle 102 dabei helfen, sicherzustellen, dass die von dem Motor 104 bereitgestellte Rückmeldung der Anforderung durch die Steuerung 118 entspricht.
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Da die Handradwelle 102 mechanisch mit der Motorwelle 106 verbunden ist, können die Drehpositionssignale von der Handradwelle 102 und der Motorwelle 106 dahingehend kombiniert werden, genauere Positionssignale bereitzustellen. Beispielsweise kann durch Sicherstellen, dass ein geeignetes Übersetzungsverhältnis bei der Übersetzung von der Handradwelle 102 auf die Motorwelle 106 vorliegt und für eine spezielle Ausrichtung von Positionssensoren 114, 120 gesorgt ist, das Vernier-Prinzip zur Bereitstellung einer genaueren Angabe der Handradwellenposition verwendet werden. Solch ein Prinzip ist in der Technik allseits bekannt, und der Fachmann wäre ohne Weiteres in der Lage, solch eine Anordnung von Sensoren bei der vorliegenden Einrichtung zu implementieren.
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Bei der dargestellten Handradaktuatoranordnung 100 ist die Leiterplatte 112 neben einem distalen Ende 124 der Motorwelle 106 positioniert, wobei die Handradwelle 102 durch eine Aussparung 126 in der Leiterplatte 112 hindurchgeht. Das Motorwellensensorzielobjekt 116 und das Handradwellensensorzielobjekt 122 sind neben der Leiterplatte 112, zwischen der Leiterplatte 112 und dem Motorzahnrad 108 und dem Handradzahnrad 110 positioniert, so dass sich der Motorwellenpositionssensor 114 und die Handradwellenpositionssensoren 120 neben ihren jeweiligen Sensorzielobjekten 116, 122 befinden. Die Handradwelle 102 wird von einer Lageranordnung 128 gestützt, die an einem distalen Ende 130 der Handradwelle 102 vorgesehen und an einem Gehäuse 132, das die Zahnräder 108, 110 und die Positionssensoren 116, 122 umschließt, befestigt ist, wie in 1 gezeigt wird.
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Obgleich diese bestimmte Ausführung bei der vorliegenden Ausführungsform gezeigt wird, sind auch andere Ausführungen möglich. Beispielsweise könnte die Leiterplatte neben dem distalen Ende der Handradwelle befestigt sein und eine Aussparung, durch die die Motorwelle hindurchgeht, umfassen, wobei das Handradwellensensorzielobjekt an dem distalen Ende der Handradwelle fixiert ist und das Motorwellensensorzielobjekt zwischen dem Motorzahnrad und dem Elektromotor positioniert ist. Die Leiterplatte muss nicht zwangsläufig irgendwelche Aussparungen enthalten, und die Positionssensoren könnten derart angeordnet sein, dass keine Aussparungen nötig sind.
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In 5 wird ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1000 für ein Fahrzeug gezeigt. Das System 1000 umfasst eine Handradaktuatoranordnung 100, die über ein Kabel 134 mit einer Lenkaktuatoranordnung 136 elektrisch verbunden ist. Die Handradaktuatoranordnung 100 ist zu jener, die in 1-4 gezeigt wird, identisch, und somit wird auf eine weitere Beschreibung verzichtet. Die Lenkaktuatoranordnung 136 steuert die Drehbewegung von zwei lenkbaren Rädern 138 eines Fahrzeugs. Die lenkbaren Räder 138 sind über zwei Achsschenkel 140 mit dem Fahrzeug verbunden. Der Rest des Fahrzeugs wird nicht gezeigt.
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Die Lenkaktuatoranordnung 136 umfasst einen Elektromotor, der im Folgenden als ein Lenkmotor 142 bezeichnet wird, der mit einem Lenkgestänge 144, das mit den lenkbaren Rädern 138 verbunden ist, in Eingriff steht. Bei der dargestellten Ausführungsform steht der Lenkmotor 142 unter Verwendung eines Zahnstangengetriebesystems 146 in Eingriff, wobei ein Untersetzungsschneckengetriebe (nicht gezeigt) zwischen dem Motor und dem Ritzel angeordnet ist. Es können jedoch anstatt des Zahnstangengetriebesystems 146 auch andere Eingriffsmethoden verwendet werden.
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Ein Drehmomentsensor 148 ist an der Handradwelle 102 positioniert und stellt Messwerte eines Drehmoments, das an die Handradwelle 102 von dem Motor 104 angelegt wird, bereit. Der Drehmomentsensor 148 unterstützt somit die Sicherstellung, dass die für den Fahrer bereitgestellte Drehmomentrückmeldung korrekt ist.
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Die Leiterplatte 112 überträgt ein Signal basierend auf dem gemessenen Winkel der Handradwelle 102 auf den Lenkmotor 142, der diese Signale in Bewegungen des Lenkgestänges 144 und der lenkbaren Räder 138 umwandelt.
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Zusätzlich zur Reaktion auf von der Steuerung 118 empfangene Signale überträgt die Lenkaktuatoranordnung 136 Signale zurück zu der Steuerung 118, wobei diese Signale die, beispielsweise aufgrund äußerer Einflüsse, wie z. B. Straßenoberfläche und Radsturz, an die lenkbaren Räder 138 und das Lenkgestänge 144 angelegten Kräfte anzeigen. Diese an die Steuerung 118 übertragenen Signale von der Lenkaktuatoranordnung 136 werden von der Steuerung 118 zur Steuerung der Rückmeldungsvorrichtung, hier des Elektromotors 104, eine Rückmeldung für den Fahrer durch ein Lenkrad 150 bereitzustellen, verwendet. Wie oben erwähnt, kann der Drehmomentsensor 148 dann dazu verwendet werden, das Rückmeldungsdrehmoment, das der Fahrer verspürt, zu regulieren, zu prüfen oder zu steuern. Die Verwendung von Verfahren zur Übertragung und Umwandlung von Rückmeldungssignalen zu der Rückmeldungsvorrichtung sind in der Technik allseits bekannt und werden bei der vorliegenden Anmeldung nicht weiter erörtert.
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6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung 200. Die Handradaktuatoranordnung 200 ähnelt der ersten Ausführungsform, und somit wird auf eine ausführliche Beschreibung ähnlicher oder identischer Teile verzichtet. Die Handradaktuatoranordnung 200 umfasst eine Handradwelle 202 mit einem Handradzahnrad 210, das mit einem Motorzahnrad 208 auf einer Motorwelle 206 kämmt.
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Ein zusätzliches Zahnrad 252 ist auch vorgesehen, wobei das zusätzliche Zahnrad 252 mit dem Handradzahnrad 210 kämmt. Das zusätzliche Zahnrad 252 ist auf einer zusätzlichen Welle 254, die von dem Gehäuse (nicht gezeigt) gestützt wird, befestigt. Das Handradwellensensorzielobjekt 222 ist an dem zusätzlichen Zahnrad 252, genauer an dem Ende der zusätzlichen Welle 254, fixiert. Da sich das Handradwellensensorzielobjekt 222 nun von der Handradwelle 202 weg befindet, kann die Leiterplatte 212 schmaler ausfallen, da sie nicht in direkter Nähe der Handradwelle 202 sein muss. Die Positionssensoren 214, 220 bleiben auf der Leiterplatte, können jedoch näher aneinander sein, als möglich wäre, wenn das Handradwellensensorzielobjekt 222 an der Handradwelle 202 fixiert wäre. Dies gestattet eine kompaktere Handradaktuatoranordnung 200.
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Der Vernier-Algorithmus kann mit den Ausgaben des Motorwellenpositionssensors 214 und des Handradwellenpositionssensors 222 zur Bestimmung des absoluten Winkels der Motorwelle 206 verwendet werden. Da die Übersetzung und die relativen Ausgangspositionen der Motorwelle 206 und der Handradwelle 202 bekannt sein werden, ermöglicht dieser Algorithmus auch die Bestimmung der absoluten Position der Handradwelle 202.
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung 300. Die Handradaktuatoranordnung 300 ähnelt der ersten Ausführungsform, und somit wird auf eine ausführliche Beschreibung ähnlicher oder identischer Teile verzichtet. Die Handradaktuatoranordnung 300 umfasst eine Handradwelle 302 mit einem Handradzahnrad 310, das mit einem Motorzahnrad 308 auf einer Motorwelle 306 kämmt.
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Die dritte Ausführungsform umfasst des Weiteren ein zusätzliches Zahnrad 354, das auf einer zusätzlichen Welle 356 befestigt ist, wie bei 6. Bei dieser Ausführungsform kämmt jedoch das zusätzliche Zahnrad 354 mit dem Motorzahnrad 356. Das Handradwellensensorzielobjekt 322 ist anstatt an der Handradwelle 302 an dem zusätzlichen Zahnrad 356 fixiert, wobei seine Position von dem Handradwellenpositionssensor 320 erfasst wird. Das Motorwellensensorzielobjekt 316 bleibt auf der Motorwelle 306, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Obgleich das Handradwellensensorzielobjekt 322 somit nicht direkt mit der Handradwelle 302 verbunden ist, kann der Vernier-Algorithmus mit den Ausgaben des Motorwellenpositionssensors 314 und des Handradwellenpositionssensors 322 dahingehend verwendet werden, den absoluten Winkel der Motorwelle 306 zu bestimmen. Da die Übersetzung und die relativen Ausgangspositionen der Motorwelle 306 und der Handradwelle 302 bekannt sein werden, ermöglicht dieser Algorithmus auch die Bestimmung der absoluten Position der Handradwelle 302.
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Es könnten natürlich mehrere zusätzliche Zahnräder vorgesehen sein. Beispielsweise könnte ein zusätzliches Zahnrad mit dem Motorzahnrad kämmen und das Motorwellensensorzielobjekt tragen, und ein zweites zusätzliches Zahnrad könnte unabhängig mit dem Handradzahnrad kämmen und das Handradwellensensorzielobjekt tragen. Unter einigen Umständen kann es auch wünschenswert sein, ein oder mehrere Zwischenzahnräder zu integrieren, die einen Zahnradtrieb zwischen dem Motorzahnrad und dem Handradzahnrad bilden.
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In 8 wird eine vierte Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung 400 gezeigt. Bei der vierten Ausführungsform sind das Handradzahnrad 410 und das Motorzahnrad 408 durch eine Riemenantrieb-Kupplung 460, die einen Zahnriemen 462 und ein Losrad 464 umfasst, miteinander verbunden. Das Losrad 464 umfasst ein Sensorzielobjekt 466, das die Handradwellenpositionssensoren 420 zum indirekten Messen der Position der Handradwelle 402 verwenden können. Die Verwendung eines Zahnriemens 462 stellt sicher, dass die Auswirkung einer Ausdehnung des Riemens 462 im Laufe der Zeit nicht zu einer beträchtlichen Verringerung der Genauigkeit der Positionssensoren 414, 420 führt. Wie bei der zweiten Ausführungsform kann dies zu einer kompakten Ausführung für die Leiterplatte 412 und die gesamte Handradaktuatoranordnung 400 führen.
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Eine fünfte Ausführungsform einer Handradaktuatoranordnung 500 wird in 9 gezeigt. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen darin, dass die Handradwelle 502 an einem Handradzahnrad 510 fixiert ist, auf das eine elektrisch gesteuerte Bremse 568 oder ein elektrisch gesteuerter Dämpfer einwirkt. Die Bremse 568 ist somit die Rückmeldungsvorrichtung der Handradaktuatoranordnung 500 und ersetzt den Elektromotor vorheriger Ausführungsformen. Natürlich kann die Bremse 568 der vorliegenden Ausführungsform keine Bewegung auf die Handradwelle 502 als eine Art der Rückmeldung ausüben, sondern ist stattdessen auf die Bereitstellung von Widerstand gegen eine Bewegung der Handradwelle 502 beschränkt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Positionssensor 570 zum Erfassen der Position der Bremse 568 für Zwecke der Steuerung vorgesehen.
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Die Handradaktuatoranordnung 500 umfasst des Weiteren einen Drehmomentsensor 548. Der Drehmomentsensor 548 wirkt auch dahingehend, das Drehmoment in der Handradwelle 502 zu detektieren, und ein Statorteil 572 des Drehmomentsensors 548 ist auf der Leiterplatte 512 befestigt, wodurch sichergestellt wird, dass die Kompaktheit der Handradaktuatoranordnung 500 beibehalten wird. Der Drehmomentsensor 548 kommuniziert mit der auf der Leiterplatte 512 befestigten Steuerung und kann somit die von der Steuerung bereitgestellten Signale beeinflussen. Der Drehmomentsensor 548 kann in Form eines beliebigen geeigneten Drehmomentsensors vorliegen und kann beispielsweise ein magnetoelastischer Drehmomentsensor sein.
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Über die Anmeldung hinweg wurde die Rückmeldungsvorrichtung als ein Elektromotor, eine Bremse oder ein Dämpfer beschrieben. Es ist offensichtlich, dass die Rückmeldungsvorrichtung eine beliebige Vorrichtung, mit der ein variables Ausmaß an Widerstand und/oder Bewegung für die Handradwelle bereitgestellt werden kann, so dass eine Rückmeldung für den Fahrer bereitgestellt werden kann, sein kann. Derartige Vorrichtungen sind für den Fachmann bei Betrachtung der vorliegenden Offenbarung offensichtlich.
