DE102021106697A1

DE102021106697A1 - Systeme und verfahren zur verbesserten geschwindigkeitsregulierung bei elektrisch höhenverstellbaren lenksäulen

Info

Publication number: DE102021106697A1
Application number: DE102021106697.2A
Authority: DE
Inventors: James E. Rouleau; Edward A. Cana
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN113437906A; US11807290B2; US20210291894A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine umfasst ein Ermitteln einer Position einer Lenksäule in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln einer gewünschten Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln einer Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung. Das Verfahren umfasst ferner ein Anlegen eines pulsweitenmodulierten Signals an eine elektrische Maschine basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung. Das Verfahren umfasst ferner ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Spannung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsregulierung bei elektrisch höhenverstellbaren Lenksäulen.
HINTERGRUND
Herkömmliche Lenksäulen können manuell betrieben werden oder elektronisch über Aktuatoren eingestellt werden. Abhängig von den Nutzeranforderungen können solche Säulen in verschiedene Richtungen einschließlich der Teleskoprichtung (d.h. entlang der Achse der Säule), der Höhenrichtung (d.h. der vertikalen Richtung) und/oder der Neigungsrichtung (d.h. der Drehwinkelrichtung) ausgerichtet sein. Lenksäulen können auf mehrere Arten teleskopieren. Beispielsweise teleskopieren einige Lenksäulen über Teleskopmäntel oder -wellen. Andere Beispiele von Lenksäulen können über eine fixierte Welle und eine übersetzende Mantelanordnung teleskopieren. Lenksäulen mit einer Höheneinstellungsfähigkeit stellen den Neigungswinkel der Lenksäule mit Bezug auf eine Drehachse ein.
Hebekonstruktionen für elektrisch höhenverstellbare Lenksäulen von Fahrzeugen wie beispielsweise Autos, Lkws, Geländewagen, Crossovers, Minivans oder anderen geeigneten Fahrzeugen können einen durch einen gebürsteten Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PMDC-Motor) betriebenen Umlenkhebel verwenden, um die vertikale Position des Lenkrads zu steuern. Die Kinematik des Umlenkhebels schafft eine nichtlineare Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der höhenverstellbaren Lenksäule. Zusätzlich ist die Geschwindigkeit des Motors, wie es allgemein charakteristisch für PMDC-Motoren ist, indirekt proportional zu dem Drehmomentausgang. Die Position und gewünschte Richtung der Lenksäulenbewegung beeinflusst oftmals das von dem Motor benötigte Drehmoment zumindest teilweise aufgrund der Schwerkraft. Typischerweise sind Hebekonstruktionen entworfen, um die Geschwindigkeit der höhenverstellbaren Lenksäule so unempfindlich wie möglich gegen wechselnde Belastungen zu machen. Allerdings erzeugt die Kombination der Kinematik des Umlenkhebels und der Charakteristika des Motors typischerweise eine höhenverstellbare Lenksäule, die die Geschwindigkeit verändert und einen wechselnden Motorlärm erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Geschwindigkeitsregulierung für elektrisch höhenverstellbare Lenksäulen.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine. Die Vorrichtung umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Position der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine anzulegen; und das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung selektiv anzupassen.
Ein anderer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Position einer Lenksäule in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer gewünschten Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung. Das Verfahren umfasst ein Anlegen eines pulsweitenmodulierten Signals an eine elektrische Maschine basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung. Das Verfahren umfasst ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Spannung.
Ein anderer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine. Die Vorrichtung umfasst einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; ein an die elektrische Maschine ausgehendes Signal basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung zu modifizieren; und eine Geschwindigkeit der elektrischen Maschine basierend auf dem Ausgangssignal zu steuern.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den zugehörigen Figuren offenbart.
Figurenliste
Die Offenbarung wird am besten beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den zugehörigen Figuren verstanden. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale der Zeichnungen nach gängiger Praxis nicht maßstabsgetreu sind. Vielmehr sind die Dimensionen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit beliebig vergrößert oder verkleinert.

1 veranschaulicht allgemein ein Fahrzeug gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht allgemein ein System zur Steuerung einer elektrischen Maschine gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht allgemein eine Seitenansicht einer Lenksäule gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine graphische Darstellung einer in einem Beispiel benötigten Kraft zum Heben der Lenksäule basierend auf einer Aktuatorposition gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
5 veranschaulicht ein Beispiel einer Tastverhältnisregelung gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
6 veranschaulicht ein Beispiel eines Tastverhältnisplans für eine vertikale Aufwärtsbewegung über mehrere Spannungen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht so interpretiert werden oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Umfang der Offenbarung einschließlich der Ansprüche einschränken. Des Weiteren wird ein Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat und die Diskussion einer Ausführungsform nur beispielhaft für diese Ausführungsform sein soll und nicht bedeuten soll, dass der Umfang der Offenbarung einschließlich der Ansprüche auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Wie beschrieben, können konventionelle Lenksäulen manuell betrieben werden oder elektronisch über Aktuatoren eingestellt werden. Abhängig von den Nutzeranforderungen können solche Säulen in verschiedene Richtungen einschließlich der Teleskoprichtung (d.h. entlang der Achse der Säule), der Höhenrichtung (d.h. der vertikalen Richtung) und/oder der Neigungsrichtung (d.h. der Drehwinkelrichtung) ausgerichtet werden. Lenksäulen können auf mehrere Arten teleskopieren. Beispielsweise teleskopieren einige Lenksäulen über teleskopierende Mäntel oder Wellen. Andere Beispiele von Lenksäulen können über eine fixierte Welle und eine übersetzende Mantelanordnung teleskopieren. Lenksäulen mit einer Höheneinstellungsfähigkeit stellen den Neigungswinkel der Lenksäule mit Bezug auf eine Drehachse ein.
Hebekonstruktionen für elektrisch höhenverstellbare Lenksäulen von Fahrzeugen wie beispielsweise Autos, Lkws, Geländewagen, Crossovers, Minivans oder anderen geeigneten Fahrzeugen verwenden typischerweise einen durch einen gebürsteten Permanentmagnet-Gleichstrommotor (PMDC-Motor) betriebenen Umlenkhebel, um die vertikale Position des Lenkrads zu steuern. Die Kinematik des Umlenkhebels schafft eine nichtlineare Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Lenksäule. Zusätzlich ist die Geschwindigkeit des Motors, wie es für PMDC-Motoren charakteristisch ist, indirekt proportional zu dem Drehmomentausgang. Die Position und gewünschte Richtung der Lenksäule beeinflusst oftmals das von dem Motor benötigte Drehmoment zumindest teilweise aufgrund der Schwerkraft. Typischerweise sind Hebekonstruktionen entworfen, um die Geschwindigkeit der Lenksäule so unempfindlich wie möglich gegenüber wechselnden Belastungen zu machen. Allerdings erzeugt die Kombination der Kinematik des Umlenkhebels und der Eigenschaften des Motors typischerweise eine höhenverstellbare Lenksäule, die die Geschwindigkeit ändert und einen wechselnden Motorlärm erzeugt.
Ein kinematischer Prädiktionsalgorithmus ist wichtig, um eine höhenverstellbare Lenksäule mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit und einem einheitlichen Klang zu produzieren. Um eine gleichförmige Geschwindigkeit der höhenverstellbaren Lenksäule bereitzustellen, wird die Geschwindigkeit des Motors über Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert, um ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen. Die mittlere Spannung des pulsweitenmodulierten Signals kann durch das Tastverhältnis ermittelt werden und durch die Systemspannung beschränkt werden. Beispielsweise kann die mittlere Spannung des pulsweitenmodulierten Signals bei Stellen mit niedrigen Drehmomentanforderungen reduziert werden, indem das Tastverhältnis reduziert wird, so dass eine unerwünschte Beschleunigung des Motors verhindert wird. An Stellen mit hohen Drehmomentanforderungen kann sich die mittlere Spannung an die Systemspannung annähern, um das vorliegende Drehmoment zu maximieren und den Motor vor übermäßiger Verlangsamung zu bewahren. Entsprechend sind Systeme und Verfahren wie die hierin beschriebenen dazu konfiguriert, ein pulsweitenmoduliertes Signal basierend auf der Position der Lenksäule, der Befehlsrichtung der Lenksäule und der Spannung zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, die Geschwindigkeit des Motors basierend auf der Spannung selektiv einzustellen.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals eine Position einer Lenksäule zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine der Bewegung der Lenksäule entsprechende Spannung aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung anzulegen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung selektiv einzustellen.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren dazu konfiguriert sein, eine elektrische Maschine zu steuern, die einen Prozessor und einen Speicher umfasst. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, ein Befehlssignal zu empfangen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine Position einer Lenksäule zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine der Bewegung der Lenksäule entsprechende Spannung aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, ein an die elektrische Maschine ausgehendes Signal basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung zu modifizieren. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können dazu konfiguriert sein, eine Geschwindigkeit der elektrischen Maschine basierend auf dem Ausgangssignal zu steuern.
Bezugnehmend auf die Figuren, bei denen die technischen Lösungen mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, veranschaulicht 1 allgemein ein Fahrzeug 10 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Das Fahrzeug 10 kann jedes geeignete Fahrzeug wie beispielsweise ein Auto, einen Lkw, einen Geländewagen, einen Minivan, einen Crossover, jeden anderen Pkw, jedes geeignete Nutzfahrzeug oder jedes andere geeignete Fahrzeug umfassen. Obwohl das Fahrzeug 10 als ein Pkw mit Rädern und zur Benutzung auf Straßen veranschaulicht ist, können die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung auf andere Fahrzeuge wie beispielsweise Flugzeuge, Boote, Züge, Drohnen oder andere geeignete Fahrzeuge angewendet werden.
Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrzeugkarosserie 12 und eine Motorhaube 14. Ein Fahrgastraum 18 ist zumindest teilweise durch die Fahrzeugkarosserie 12 definiert. Ein anderer Abschnitt der Fahrzeugkarosserie 12 definiert einen Motorraum 20. Die Motorhaube 14 kann beweglich an einem Abschnitt der Fahrzeugkarosserie 12 angebracht sein, sodass die Motorhaube 14 Zugang zu dem Motorraum 20 gewährt, wenn sich die Motorhaube 14 in einer ersten oder offenen Position befindet, und die Motorhaube 14 den Motorraum 20 bedeckt, wenn sich die Motorhaube 14 in einer zweiten oder geschlossenen Position befindet. In einigen Ausführungsformen kann der Motorraum 20 im hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, anders als allgemein veranschaulicht.
Der Fahrgastraum 18 kann hinter dem Motorraum 20 angeordnet sein, kann jedoch in Ausführungsformen, in denen der Motorraum 20 im hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, vor dem Motorraum 20 angeordnet sein. Das Fahrzeug 10 kann jedes geeignete Antriebssystem aufweisen, einschließlich einen Verbrennungsmotor, einen oder mehrere Elektromotoren (z. B. bei einem elektrischen Fahrzeug), eine oder mehrere Brennstoffzellen, ein hybrides (z. B. ein Hybridfahrzeug-) Antriebssystem, das eine Kombination eines Verbrennungsmotors, einer oder mehrerer Elektromotoren und/oder jedes anderen geeigneten Antriebssystems umfasst.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 einen Benzinkraftstoffmotor wie beispielsweise einen Fremdzündungsmotor aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 einen Dieselkraftstoffmotor wie beispielsweise einen Selbstzündungsmotor aufweisen. Der Motorraum 20 beherbergt und/oder umschließt zumindest einige Komponenten des Antriebssystems des Fahrzeugs 10. Zusätzlich oder alternativ sind Antriebssteuerungen wie beispielsweise ein Beschleunigungsaktuator (z. B. ein Gaspedal), ein Bremsaktuator (z. B. ein Bremspedal), ein Lenkrad und andere derartige Komponenten in dem Fahrgastraum 18 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die Antriebssteuerungen können durch einen Fahrer des Fahrzeugs 10 betätigt oder gesteuert werden und können direkt mit entsprechenden Komponenten des Antriebssystems wie beispielsweise einer Drosselklappe, einer Bremse, einer Fahrzeugachse, einem Fahrzeuggetriebe und dergleichen verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können die Antriebssteuerungen Signale an einen Fahrzeugcomputer (z. B. bei Drive-by-Wire) kommunizieren, welcher im Gegenzug die entsprechende Antriebskomponente des Antriebssystems steuert. Somit kann das Fahrzeug 10 in einigen Ausführungsformen ein autonomes Fahrzeug sein.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 10 ein über ein Schwungrad oder eine Schaltkupplung oder eine Fluidkupplung in Kommunikation mit einer Kurbelwelle stehendes Getriebe. In einigen Ausführungsformen umfasst das Getriebe ein manuelles Getriebe. In einigen Ausführungsformen umfasst das Getriebe ein automatisches Getriebe. Das Fahrzeug 10 kann im Falle eines Verbrennungsmotors oder eines Hybridfahrzeugs einen oder mehrere Kolben umfassen, welche gemeinsam mit der Kurbelwelle arbeiten, um Kraft zu generieren, die durch das Getriebe an eine oder mehrere Achsen übertragen wird, was Räder 22 dreht. Wenn das Fahrzeug 10 einen oder mehrere Elektromotoren umfasst, stellt eine Fahrzeugbatterie und/oder Brennstoffzelle den Elektromotoren Energie bereit, um die Räder 22 zu drehen.
Das Fahrzeug 10 kann automatische Fahrzeugantriebssysteme wie beispielsweise eine Geschwindigkeitsregelung, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung, automatische Bremssteuerung, andere automatische Fahrzeugantriebssysteme oder eine Kombination davon umfassen. Das Fahrzeug 10 kann ein autonomes oder semi-autonomes Fahrzeug oder ein anderer geeigneter Fahrzeugtyp sein. Das Fahrzeug 10 kann zusätzliche oder weniger Merkmale als diese allgemein veranschaulichten und/oder hierin offenbarten Merkmale umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 eine Ethernet-Komponente 24, eine Controller-Area-Network-Komponente (CAN) 26, eine Media-Oriented-Systems-Transport-Komponente (MOST) 28, eine FlexRay-Komponente 30 (z. B. Brake-by-Wire-System und dergleichen) und eine Local-Interconnect-Network-Komponente (LIN) 32 umfassen. Das Fahrzeug 10 kann die CAN 26, die MOST 28, die FlexRay-Komponente 30, die LIN 32, andere geeignete Netzwerke oder Kommunikationssysteme oder eine Kombination davon verwenden, um verschiedene Informationen von beispielsweise Sensoren innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs an beispielsweise verschiedene Prozessoren oder Controller innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs zu übermitteln. Das Fahrzeug 10 kann zusätzliche oder weniger Merkmale als diese allgemein veranschaulichten und/oder hierin offenbarten Merkmale umfassen.
Das Fahrzeug 10 kann ein System 100 zur Steuerung einer elektrischen Maschine 102 umfassen, wie in 2 allgemein veranschaulicht ist. Wie aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich wird, ist die elektrische Maschine ein Motor oder eine Motoranordnung, die für die Durchführung der Bewegung des Umlenkhebels und der Lenksäule verantwortlich ist, die im Folgenden näher erläutert werden. Das System 100 kann einen Controller 104 umfassen. Der Controller 104 kann eine elektronische Steuereinheit oder andere geeignete Controller 104 umfassen. Der Controller 104 kann einen Prozessor 106 und einen Speicher 108 umfassen, der Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch den Prozessor 106 den Prozessor 106 dazu veranlassen, zumindest die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine 102 zu steuern. Der Prozessor 106 kann jeden geeigneten Prozessor wie die hierin beschriebenen umfassen. Der Speicher 108 kann eine einzelne Platte oder eine Vielzahl von Platten (z.B. Festplatten) umfassen und umfasst ein Speichermanagementmodul, das eine oder mehrere Partitionen innerhalb des Speichers 108 verwaltet. In einigen Ausführungsformen kann der Speicher 108 einen Flashspeicher, einen Halbleiter-Speicher (Festkörper-Speicher) oder dergleichen umfassen. Der Speicher 108 kann eine Random Access Memory (RAM), eine Read-Only Memory (ROM) oder eine Kombination davon umfassen.
Das System 100 kann eine Zielpositionseingabe 100, eine Richtungseingabe 112, einen Positionssensor 114 und eine Spannung 116 umfassen. Die Zielpositionseingabe 100 kann eine gewünschte Position einer Lenksäule 118 wiedergeben und durch eine vorbestimmte Einstellung basierend auf einem Nutzerprofil erzeugt werden oder ein manuell eingegebener Wert sein. Das Nutzerprofil kann einem drahtlosen Signal entsprechen, das einen spezifischen Hochfrequenzidentifikationscode oder einen anderen drahtlosen Code aufweist. Der drahtlose Code kann auf einem Schlüsselanhänger, einem Telefon oder einem anderen elektronischen Gerät gespeichert sein und die Zielpositionseingabe für den Controller 104 bei einer Ermittlung, dass das bestimmte drahtlose Signal vorliegt, bereitstellen. Die Richtungseingabe 112 stellt eine gewünschte Richtung der Lenksäule 118 bereit, die über eine manuelle Schnittstelle wie beispielsweise einen Schalter, eine Taste oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) des Fahrzeugs 10 erzeugt werden kann. Die Spannung 116 kann ein Spannungslevel des Systems 100 bereitstellen und/oder eine Spannung einer oder abgeleitet von einer elektrischen Energiequelle des Fahrzeugs 10 wie beispielsweise einer Batterie sein. Alternativ kann die Spannung 116 lokal in dem System 100 sein und zwischen einem Bereich von 5 - 20 Volt variieren, aber kann alternativ in einem Bereich von 9 - 16 Volt liegen. Es sollte erkannt werden, dass das System 100 integriert in oder verbunden mit einem Säulenpositionsmodul (CPM) des Fahrzeugs 10 sein kann. In einigen Ausführungsformen wird der Positionssensor 114 von dem CPM überwacht und die Position der Lenksäule 118 über das CPM bereitgestellt.
Die elektrische Maschine 102 kann die Energiequelle zum Bewegen der Lenksäule 118 sein und ein oder mehrere Netzgeräte und/oder Sensoren umfassen, die dazu konfiguriert sind, verschiedene Eigenschaften und/oder Parameter der elektrischen Maschine 102 zu erfassen. Die elektrische Maschine 102 kann dazu konfiguriert sein, wie beschrieben wird, verschiedene dynamische Parameterwerte zu erfassen und an den Controller 104 (z.B. den Prozessor 106) zu übermitteln.
3 veranschaulicht allgemein eine Seitenansicht einer Lenksäule 118 des Fahrzeugs 10 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung. Die Lenksäule 118 kann eine höhenverstellbare Lenksäule sein. Die Lenksäule 118 kann sich zwischen einem ersten Ende 120 und einem zweiten Ende 122 erstrecken und eine Lenkschnittstelle wie beispielsweise ein Lenkrad oder ein anderes mechanisches oder elektrisches Schnittstellengerät umfassen, das an dem ersten Ende 120 verbunden ist, um die Richtung des Fahrzeugs 10 zu steuern. Eine Hebekonstruktion 124 kann zum Heben und Absenken der Lenksäule 118 wirksam mit der Lenksäule 118 verbunden sein, wodurch die Lenksäule 118 veranlasst wird, relativ zu einer Drehachse P zu rotieren. Die Drehache P kann an jedem Punkt entlang der Lenksäule 118 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Drehachse P an dem zweiten Ende 122 der Lenksäule 118 angeordnet sein.
Die Hebekonstruktion 124 kann einen Aktuator 126 umfassen, der funktionsfähig mit der elektrischen Maschine 102 verbunden ist. Der Aktuator 126 kann eine Gewindespindelanordnung 128 oder eine beliebige Anzahl von Linearaktuatoren wie beispielsweise eine Kugelgewindespindelanordnung umfassen. Mit Bezug auf die Figuren kann die Gewindespindelanordnung 128 eine Nutwelle 130 umfassen, die sich entlang einer Mittelachse A erstreckt, und eine Mutter 132, die beweglich mit der Welle 130 in Eingriff steht. Ein Umlenkhebel 134 kann mit der Mutter 132 und der Lenksäule 118 gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel kann die elektrische Maschine 102 die Welle 130 um die Mittelachse A rotieren, um die Lenksäule 118 zu heben, wodurch die Mutter 132 entlang der Mittelachse A bewegt wird. Die Position der Mutter 132 auf der Mittelachse A kann einer Position des ersten Endes 120 entsprechen. Mit anderen Worten kann der Umlenkhebel 134, während sich die Mutter 132 entlang der Welle 130 bewegt, die Lenksäule 118 nach oben drücken, wodurch die Lenksäule 118 dazu veranlasst wird, um die Drehachse P zu rotieren und einen Neigungswinkel θ zu bilden. Der Neigungswinkel θ ist variabel zwischen einem Minimalneigungswinkel θ_MIN und einem Maximalneigungswinkel θ_MAX, wodurch ein Höhenbewegungsprofil R gebildet wird. Das Höhenbewegungsprofil R kann einen linearen Positionsbereich des Aktuators 126 (d.h. der Position der Mutter 132 auf der Welle 130) von 35 Millimetern (mm) entsprechen, wobei eine Aktuatorposition von -18 mm dem Minimalneigungswinkel θ_MIN entspricht und eine Aktuatorposition von 17 mm dem Maximalneigungswinkel θ_MAX entspricht. Es sollte erkannt werden, dass die Beziehung zwischen der Aktuatorposition und dem Neigungswinkel θ nichtlinear sein kann und dass der Neigungswinkel θ einer Position der Lenksäule 118 entsprechen kann.
In einigen Ausführungsformen erzeugt die Kinematik des Umlenkhebels 134 eine Bewegung, die keine zu einer konstanten linearen Geschwindigkeitseingabe proportionale konstante Winkelgeschwindigkeitsausgabe aufweist. Da der Aktuator 126 ein linearer Aktuator sein kann, ändert sich die Winkelgeschwindigkeit der Lenksäule 118 und die Kraft auf den Aktuator 126 basierend auf der Position und der Richtung der Bewegung der Lenksäule 118. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit der Mutter 132 entlang der Mittelachse A konstant ist, ändert sich die Geschwindigkeit der Lenksäule 118. Des Weiteren kann die Kraft F_x, die zum Heben der Lenksäule 118 benötigt wird, viel größer an einer Position nahe des Minimalneigungswinkels θ_MIN sein als an einer Position nahe des Maximalneigungswinkels θ_MAX. Zusätzlich kann mehr Kraft zum Heben der Lenksäule 118 (d.h. zum Rotieren der Lenksäule 118 nach oben) benötigt werden als zum Absenken der Lenksäule (d.h. zum Rotieren der Lenksäulen 118 nach unten).
In einigen Ausführungsformen ist eine Kraft F_x, die zum Heben der Lenksäule 118 benötigt wird, eine Funktion des Neigungswinkels θ und der gewünschten Richtung der Lenksäule 118 wie in Gleichung (1) veranschaulicht wird: $F_{x} = f (θ, d)$
wo F_x die zum Heben/Absenken der Lenksäule 118 benötigte Kraft ist, θ der Neigungswinkel ist, der der Position der Lenksäule 118 entspricht, und d die gewünschte Richtung der Lenksäule 118 ist. Wie am Beispiel in 4 veranschaulicht, kann eine nichtlineare Beziehung zwischen der zum Heben der Lenksäule 118 benötigten Kraft F_x und der Aktuatorposition bestehen. Die zum Heben der Lenksäule 118 benötigte Kraft F_x kann um bis zu 15% zwischen dem Minimalneigungswinkel θ_MIN und dem Maximalneigungswinkel θ_MAX abweichen. Es wird ersichtlich, dass die Hebekonstruktion 124 eine andere mechanische oder elektro-mechanische Einrichtung als einen Umlenkhebel 134 umfassen kann, um eine bekannte Beziehung zwischen der Position der Lenksäule 118 und der zum Heben der Lenksäule 118 benötigten Kraft F_x zu erreichen. In einigen Ausführungsformen kann die Hebekonstruktion 124 mechanisch optimiert werden, um den benötigten dynamischen Bereich so klein wie möglich zu halten.
In einigen Ausführungsformen kann die Kraftvariation über das Bewegungsprofil R ferner durch die Art der Energiequelle (z.B. die Art der elektrischen Maschine 102) verursacht werden, die dazu konfiguriert ist, den Aktuator 126 anzutreiben. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 102 ein gebürsteter Permanentmagnet-Gleichstrom-Elektromotor sein (PMDC-Elektromotor). Eine Eigenschaft eines PMDC-Elektromotors ist, dass bei der Steigung der Betriebskurve die Ankergeschwindigkeit (RPM) des Motors indirekt proportional zu dem Drehmomentausgang im Betrieb mit einer konstanten Spannung ist. Es sollte erkannt werden, dass die elektrische Maschine 102 alternativ ein Servomotor, ein Linearmotor, ein AC-Motor oder jedes andere elektro-mechanische Gerät sein kann.
Die Motorgeschwindigkeit kann deshalb kleiner sein, wenn die zum Heben der Lenksäule 118 benötigte Kraft F_x groß ist, beispielsweise wenn sich die Lenksäule 118 an einem niedrigen Neigungswinkel θ befindet. In ähnlicher Weise kann die Motorgeschwindigkeit höher sein, wenn die zum Heben der Lenksäule 118 benötigte Kraft F_x kleiner ist, beispielsweise wenn sich die Lenksäule 118 an einem höheren Neigungswinkel θ befindet. Der Nettoeffekt ist, dass eine Änderung der Lasten in einer Änderung der Betriebsgeschwindigkeiten bei einer konstanten Eingabespannung resultiert. Unter Betriebsbedingungen kann das auf den Motor aufgebrachte Drehmoment mindestens der zum Heben der Lenksäule 118 benötigten Kraft F_x (d.h. der Last) entsprechen.
In einigen Ausführungsformen kann der Motor über ein elektrisches Signal angetrieben werden, das eine Spannung V_SYS umfasst. Die Spannung V_SYS veranlasst beim Anlegen an den Motor den Motor dazu, mit der Motorgeschwindigkeit zu rotieren. Die Motorgeschwindigkeit kann zu einer Spannung des Signals proportional sein, wenn die Last die Drehmomentkapazität des Motors nicht überschreitet. Wenn beispielsweise das Signal eine höhere Spannung aufweist, weist der Motor eine höhere Motorgeschwindigkeit auf, als wenn das Signal eine niedrigere Spannung aufweist. In einigen Ausführungsformen kann das Signal ein Gleichstromsignal sein. Pulsweitenmodulation (PWM) kann auf das Signal angewendet werden, um ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, das ein einstellbares Tastverhältnis aufweist. Eine Durchschnittspannung V_AVG kann basierend auf dem Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals und der Spannung V_SYS gebildet werden. Das pulsweitenmodulierte Signal kann die Zeit reduzieren, für die die Spannung V_SYS an den Motor angelegt wird. Somit kann die Motorgeschwindigkeit unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen proportional zu der mittleren Spannung V_AVG sein.
In einigen Ausführungsformen wird das pulsweitenmodulierte Signal über einen Algorithmus gesteuert. Der Algorithmus kann auf einer für das mechanische Design spezifischen kinematischen Prädiktion basieren. Beispielsweise kann an Positionen mit niedrigen Drehmomentanforderungen (z.B. bei größeren Winkelpositionen) die mittlere Spannung V_AVG des pulsweitenmodulierten Signals verkleinert werden, indem das Tastverhältnis reduziert wird, um eine Beschleunigung des Motors zu verhindern. In ähnlicher Weise kann sich an Positionen mit hohen Drehmomentanforderungen (z.B. an kleineren Winkelpositionen) die mittlere Spannung V_AVG des pulsweitenmodulierten Signals an die Spannung V_SYS annähern, indem das Tastverhältnis erhöht wird, um eine Bremsung zu verhindern. Auf diese Weise kann der Algorithmus unabhängig von der Position eine konstante Geschwindigkeit über das Bewegungsprofil R bereitstellen. Da die kinematische Prädiktion eine Funktion der Höhenposition ist, kann die Effizienz als eine Funktion der Position verwendet werden, um die von dem Motor geforderte Arbeit (d.h. das Drehmoment) über das pulsweitenmodulierte Signal zu erhöhen oder zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus der elektrischen Maschine 102 gestatten, da zu kompensieren, wo die Mechanik nicht kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Maximalgeschwindigkeit der Lenksäule 118 an der Position, an der die meiste Kraft auf die Hebekonstruktion 124 wirkt (z.B. an dem Minimalneigungswinkel θ_MIN), die Geschwindigkeit an jeder Position auf dem Bewegungsprofil R ermitteln. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit der Lenksäule 118 als ein Ergebnis eines 100%-igen Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals bei dem Minimalneigungswinkel θ_MIN der Geschwindigkeit der Lenksäule 118 über das Bewegungsprofil R entsprechen. In einigen Ausführungsformen ist die Position der höchsten Last die niedrigste Position auf dem Bewegungsprofil R, da die Schwerkraft auf die Lenksäule 118 an dieser Position am größten sein kann. Die gewünschte Richtung (d.h. Anheben oder Absenken) kann ferner in dem Algorithmus enthalten sein, um das Gewicht des Lenkrads, der Lenksäule 118 und des Airbags zu kompensieren.
In einigen Ausführungsformen basiert das pulsweitenmodulierte Signal auf der Spannung V_SYS. Die Spannung V_SYS kann eine obere Grenze für die mittlere Spannung V_AVG des pulsweitenmodulierten Signals bereitstellen und dadurch den Betriebsbereich der mittleren Spannung V_AVG des pulsweitenmodulierten Signals steuern. Wenn beispielsweise die Spannung V_SYS bei 12 Volt liegt, kann daraufhin basierend auf dem Tastverhältnis (z.B. 50% Tastverhältnis = 6 V Durchschnitt) die mittlere Spannung V_AVG variabel zwischen 0 - 12 Volt liegen. Wenn die Spannung V_SYS bei 11 Volt liegt, kann daraufhin in ähnlicher Weise die mittlere Spannung V_AVG basierend auf dem Tastverhältnis (z.B. 50% Tastverhältnis = 5,5 V Durchschnitt) variabel zwischen 0 - 11 Volt liegen. In einigen Ausführungsformen beträgt die maximale Ausgangsleistung der elektrischen Maschine 102 12 V und die minimale Ausgangsleistung entspricht 0 V. Dementsprechend kann der Algorithmus Änderungen der Spannung V_SYS kompensieren, um das gewünschte Motorgeschwindigkeitsprofil aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Betriebsspannung der elektrischen Maschine 102 12 V bis -12 V betragen. In einigen Ausführungsformen kann das System 100 ein H-Brückenmodul umfassen, welches dazu konfiguriert sein kann, die Polarität des Ausgangssignals zu wechseln. Das Wechseln der Polarität des Ausgangssignals (z.B. des pulsweitenmodulierten Signals) kann die Polarität der Spannung verändern, um die Motorgeschwindigkeit zu invertieren. Beispielsweise kann eine negative Spannung den Motor dazu veranlassen, in eine entgegengesetzte Richtung bezogen auf die Laufrichtung des Motors, wenn eine positive Spannung an dem Motor angelegt wird, zu laufen.
Ein Beispiel einer Tastverhältnissteuerung ist in 6 veranschaulicht. In dem veranschaulichten Beispiel wird die mittlere Spannung V_AVG trotz einer Änderung der Spannung V_SYS aufgrund einer Erhöhung in dem Tastverhältnis von 50% bei 12 Volt (V_{SYS_1}) zu 60% bei 10 Volt (V_{SYS_2}) konstant gehalten. Es sollte erkannt werden, dass die Pulse dazu konfiguriert sein können, zur gleichen Zeit auszulösen, auch wenn die Pulsweite von VSYS_2 und VSYS_2 als gegenseitig überlappend gezeigt sind.
In einigen Ausführungsformen ist das pulsweitenmodulierte Signal eine Funktion des Neigungswinkel θ, der gewünschten Richtung der Lenksäule 118 und der Spannung V_SYS, wie in Gleichung (2) veranschaulicht wird: $PW = f (θ, d, V_{SYS})$
wo PW die Pulsweite des pulsweitenmodulierten Signals ist, θ die Position der Lenksäulen 118 ist, d die gewünschte Richtung der Lenksäule 118 ist und V_SYS die Spannung des Systems 100 ist. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus eine einfache polynomische Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und der Geschwindigkeit der Lenksäule 118 bei einer Spannung V_SYS von zumindest etwa 12 Volt erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus eine einzigartige polynomische Anpassung an die Kinematik des mechanischen Systems erzeugen.
6 veranschaulicht den Tastverhältnisplan für eine vertikale Aufwärtsbewegung von θ_MIN zu θ_MAX bei unterschiedlichen Spannungen V_SYS. In einigen Ausführungsformen kann eine Spannung V_SYS unter 12 Volt keine Modifikationsmöglichkeiten bereitstellen, während eine Spannung V_SYS von mindestens 12 Volt vollständig modifizierbar sein kann, um eine konstante Geschwindigkeit für die Lenksäule 118 bereitzustellen. Ferner kann eine antizipierte Sättigung bei Spannungen V_SYS unter 12 V und Spannungen V_SYS über 12 V abgeschwächt werden, um eine einheitliche Leistung bei allen Spannungen V_SYS über 12 V zu erreichen. Es sollte erkannt werden, dass der Algorithmus kontinuierlich über alle Spannungsbereiche sein kann und dass die in 6 veranschaulichten Spannungskurven gezeigt sind, um typische Spannungsbereiche zu veranschaulichen. Eine vertikale Abwärtskurve kann ähnlich zu dem veranschaulichten Beispiel in 6 sein, mit einer Verschiebung hin zu niedrigeren PWM-Tastverhältnissen. Es sollte auch erkannt werden, dass der Algorithmus hinzugefügt werden kann, um Vorgänge weich zu starten und weich zu stoppen, und ferner integriert werden kann, um häufige mechanische Effizienzen zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen kann die mittlere Spannung V_AVG nicht über die Spannung V_SYS hinaus erhöht werden, aber unter der Spannung V_SYS über PWMs reguliert werden. Zusätzlich sollte erkannt werden, dass sich die Spannung V_SYS während der Bewegung der Lenksäule 118 ändern kann und dass das System 100 dazu konfiguriert werden kann, aktiv die Änderung der Spannung V_SYS zu kompensieren.
In einigen Ausführungsformen ist der Algorithmus eine offene Schleife und unterliegt Rauschfaktoren, die außerhalb der Vorhersage des Algorithmus liegen. Beispielsweise kann eine auf das Lenkrad wirkende Last, während die Lenksäule 118 bewegt oder gestoppt wird, nicht kompensieret werden, wie beispielsweise die Kraft einer Hand eines Betreibers oder eines physischen Hindernisses. In einigen Ausführungsformen kann eine verbesserte Rückführung bezüglich der Geschwindigkeit in den geschlossenen Regelkreis aufgenommen werden. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 102 dazu fähig sein, einen Rückführungszustand, der eine aktuelle Motorgeschwindigkeit, eine Wärmeverlustleistung, ein aktuelles Drehmoment, eine Beschleunigung oder jeden anderen Rückführungszustand umfasst, für den Controller 104 bereitzustellen. Ein Encoder kann in dem System 100 enthalten sein, um eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung und Positionsdaten der elektrischen Maschine 102 dem Controller 104 bereitzustellen. Die elektrische Maschine 102 kann durch den Controller 104 vollständig oder teilweise basierend auf dem Rückführungszustand oder der Geschwindigkeit, der Beschleunigung oder der Positionsdaten gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Open-Loop-Steuerung ein kostengünstigeres System bereitstellen und der Algorithmus kann primäre Faktoren berücksichtigen, ohne eine Geschwindigkeitsüberwachung zu benötigen.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das allgemein das Verfahren 300 zur Steuerung einer elektrischen Maschine 102 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In 302 ermittelt das Verfahren 300 eine Position der Lenksäule 118 in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals. Beispielsweise ermittelt der Controller 104 die Position der Lenksäule 118 basierend auf dem Positionssensor 114.
In 304 ermittelt das Verfahren 300 eine gewünschte Richtung der Lenksäule 118 basierend auf dem Befehlssignal. Beispielsweise ermittelt der Controller 104 die gewünschte Richtung der Lenksäule 118.
In 306 ermittelt das Verfahren 300 eine Spannung 116, die einer Bewegung der Lenksäule 118 entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung. Beispielsweise ermittelt der Controller 104 die Spannung 116.
In 308 legt das Verfahren 300 ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine 102 an basierend auf der Position der Lenksäule 118, der gewünschten Richtung der Lenksäule 118 und der Spannung 116. Beispielsweise legt der Controller 104 basierend auf der Position der Lenksäule 118, der gewünschten Richtung der Lenksäule 118 und der Spannung 116 ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine 102 an.
In 310 passt das Verfahren 300 das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung 116 selektiv an. Beispielsweise passt der Controller 104 das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung 116 an.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine anzulegen; und das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, das pulsweitenmodulierte Signal in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis zu einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, die Geschwindigkeit der Lenksäule zu ermitteln und das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Differenz zwischen dem pulsweitenmodulierten Signal und der Geschwindigkeit der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen entspricht die Spannung der Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung einen Umlenkhebel, der funktionsfähig mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: ein Ermitteln einer Position der Lenksäule; ein Ermitteln einer gewünschten Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal; ein Ermitteln einer Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung; ein Anlegen eines pulsweitenmodulierten Signals an eine elektrische Maschine basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung; und ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Spannung.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis der Änderung der Position der Lenksäule. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Ermitteln der Geschwindigkeit der Lenksäule und ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf dem pulsweitenmodulierten Signal und der Geschwindigkeit der Lenksäule. In einigen Ausführungsformen entspricht die Spannung einer Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen Umlenkhebel, der funktionsfähig mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher umfasst Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Richtung einer Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; ein an die elektrische Maschine ausgehendes Signal basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung zu modifizieren; und eine Geschwindigkeit der elektrischen Maschine basierend auf dem Ausgangssignal zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist das Ausgangsignal ein pulsweitenmoduliertes Signal. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, das Ausgangssignal basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, das Ausgangssignal in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis zur Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor ferner dazu, die Geschwindigkeit der Lenksäule zu ermitteln und das Ausgangssignal basierend auf einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal und der Geschwindigkeit der Lenksäule selektiv anzupassen. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor. In einigen Ausführungsformen entspricht die Spannung einer Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals.
Die obige Diskussion soll veranschaulichend für die Grundsätze und verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sein. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann deutlich, wenn die obige Offenbarung vollständig verstanden wird. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass alle derartigen Variationen und Modifikationen berücksichtigt werden.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Fall oder Illustration zu dienen. Jeder Aspekt oder Entwurf, der hier als „Beispiel“ beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Die Verwendung des Wortes „Beispiel“ soll vielmehr Konzepte konkret darstellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ anstatt eines exklusiven „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, bedeutet „X umfasst A oder B“ eine der natürlichen inklusiven Permutationen. Das heißt, wenn X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, dann ist „X umfasst A oder B“ unter jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollten die Artikel „ein/eine“, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, und die beigefügten Ansprüche allgemein so ausgelegt werden, dass sie „ein/eine oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, dass auf eine Singularform hingedeutet wird. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ (englisch: „an implementation“) oder „eine Implementierung“ (englisch: „one implementation“) nicht die gleiche Ausführungsform oder Implementierung bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Implementierungen der hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können als Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon realisiert werden. Die Hardware kann beispielsweise Computer, Intellectual Property (IP) Kerne, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), programmierbare Logik-Arrays, optische Prozessoren, programmierbare Logik-Controller, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung umfassen. In den Ansprüchen sollte der Begriff „Prozessor“ so verstanden werden, dass er eine der vorgenannten Hardware entweder einzeln oder in Kombination umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden synonym verwendet.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine gebündelte funktionale Hardwareeinheit, die zur Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einer Steuerung ausgeführt werden können (beispielsweise einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt), eine Verarbeitungsschaltung, die konfiguriert ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, und eine eigenständige Hardware- oder Softwarekomponente umfassen, die mit einem größeren System verbunden ist. Beispielsweise kann ein Modul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination von diskreten Schaltungen, Gates und anderen Arten von Hardware oder eine Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher umfassen, der Anweisungen speichert, die von einem Controller ausgeführt werden können, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
Ferner können in einem Aspekt beispielsweise hierin beschriebene Systeme unter Verwendung eines Allzweckcomputers oder eines Allzweckprozessors mit einem Computerprogramm implementiert werden, dass bei Ausführung eines der jeweiligen Verfahren, Algorithmen und/oder hierin beschriebenen Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise ein Spezialcomputer/-prozessor verwendet werden, der andere Hardware zum Ausführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Ferner können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, auf das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugegriffen werden kann. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann ein beliebiges Gerät sein, das beispielsweise das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Prozessor greifbar enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann. Das Medium kann beispielsweise eine elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische oder eine Halbleitereinrichtung sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein leichtes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Vielmehr soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche umfassen, wobei der Geltungsbereich die breiteste Auslegung erhalten soll, um alle Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine, umfassend: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung ein pulsweitenmoduliertes Signal an die elektrische Maschine anzulegen; und das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Spannung selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, das pulsweitenmodulierte Signal in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis zur Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, die Geschwindigkeit der Lenksäule zu ermitteln und das pulsweitenmodulierte Signal basierend auf einer Differenz zwischen dem pulsweitenmodulierten Signal und der Geschwindigkeit der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spannung eine Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Umlenkhebel umfasst, der mit der elektrischen Maschine wirksam gekoppelt ist.
Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine, umfassend: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: ein Ermitteln einer Position einer Lenksäule; ein Ermitteln einer gewünschten Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal; ein Ermitteln einer Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung; ein Anlegen eines pulsweitenmodulierten Signals an eine elektrische Maschine basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung; und ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Spannung.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend: ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend: ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis zu einer Änderung der Position der Lenksäule.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend: ein Ermitteln der Geschwindigkeit der Lenksäule und ein selektives Anpassen des pulsweitenmodulierten Signals basierend auf dem pulsweitenmodulierten Signal und der Geschwindigkeit der Lenksäule.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Spannung eine Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Maschine, umfassend: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: in Reaktion auf ein Empfangen eines Befehlssignals: eine Position einer Lenksäule zu ermitteln; eine gewünschte Richtung der Lenksäule basierend auf dem Befehlssignal zu ermitteln; eine Spannung, die einer Bewegung der Lenksäule entspricht, aus der Position und der gewünschten Richtung zu ermitteln; ein an die elektrische Maschine ausgehendes Signal basierend auf der Position der Lenksäule, der gewünschten Richtung der Lenksäule und der Spannung zu modifizieren; und eine Geschwindigkeit der elektrischen Maschine basierend auf dem Ausgangssignal zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Ausgangssignal ein pulsweitenmoduliertes Signal ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, das Ausgangssignal basierend auf einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, das Ausgangssignal in einem proportionalen und nichtlinearen Verhältnis zu einer Änderung der Position der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, die Geschwindigkeit der Lenksäule zu ermitteln und das Ausgangssignal basierend auf einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal und der Geschwindigkeit der Lenksäule selektiv anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Spannung eine Digital-Hochspannung des pulsweitenmodulierten Signals ist.