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HINTERGRUND
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme für Maschinen, die ein Schneckenrad enthalten, und insbesondere auf Verfahren und Systeme zum Steuern eines Motors, um ein Schneckenrad bei einer vorgegebenen Stoppstellung zu stoppen.
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Mehrere verschiedene Maschinen und Maschinenkomponenten enthalten eine Steuereinheit, die einen Motor steuert, um eine Last unter Verwendung eines Schneckenrads anzusteuern. Ein Beispiel einer Maschine, die eine derartige Konfiguration besitzt, befindet sich in einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) eines Kraftfahrzeugs.
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Die Schneckenradhaltbarkeit ist abhängig von den höchsten Lasten, die an das Schneckenrad angelegt werden, die üblicherweise dann angelegt werden, wenn sich das Schneckenrad in einer Endstellung (EOT-Stellung) befindet. Die Schneckenradhaltbarkeits-Ermüdungsgrenze bezieht sich auf ein Belasten eines oder mehrerer Zähne des Schneckenrads in jeder von zwei EOT-Stellungen, die dem Antreiben des Schneckenrads in jeder von zwei entgegengesetzten Richtungen (z. B. im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) entsprechen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs eines Motors einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen zum: Einschalten des Motors, um eine Antriebswelle zu drehen; Antreiben eines Schneckenrads durch eine Schnecke, die an die Antriebswelle gekoppelt ist, um zu bewirken, dass sich das Schneckenrad in einer ersten Richtung dreht; Stoppen des Motors, die Antriebswelle zu drehen, in Reaktion darauf, dass sich das Schneckenrad in der ersten Richtung zu einer gegebenen von mehreren ersten Stoppstellungen dreht; und Wechseln der gegebenen der mehreren ersten Stoppstellungen zu einer weiteren der mehreren ersten Stoppstellungen.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Maschine die folgenden Schritte: Drehen einer Antriebswelle durch einen Motor; Antreiben eines Schneckenrads durch eine Schnecke, die an die Antriebswelle gekoppelt ist, um zu bewirken, dass sich das Schneckenrad in einer ersten Richtung dreht; Stoppen des Motors, die Antriebswelle zu drehen, in Reaktion darauf, dass sich das Schneckenrad in der ersten Richtung zu einer gegebenen von mehreren ersten Stoppstellungen dreht; und Wechseln der gegebenen ersten Stoppstellung zu einer weiteren ersten Stoppstellung.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Servolenkungssystems in einem Fahrzeug die folgenden Schritte: Drehen einer Antriebswelle durch einen Motor; Antreiben eines Schneckenrads durch eine Schnecke, die an die Antriebswelle gekoppelt ist, um zu bewirken, dass sich das Schneckenrad in einer ersten Richtung dreht; Stoppen des Motors, die Antriebswelle zu drehen, in Reaktion darauf, dass sich das Schneckenrad in der ersten Richtung zu einer gegebenen von mehreren ersten Stoppstellungen dreht; und Wechseln der gegebenen der mehreren ersten Stoppstellungen zu einer weiteren der mehreren ersten Stoppstellungen.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher werden.
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Figurenliste
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Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird in den Ansprüchen am Ende der Spezifikation ausdrücklich aufgezeigt und eindeutig beansprucht. Die vorhergehenden und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erkennbar; es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
- 2 eine Schnecke in Eingriff mit einem Schneckenrad gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
- 3 einen Radsatz, der eine Schnecke und ein Schneckenrad gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält; und
- 4 den Radsatz von 3 mit mehreren ersten Stoppstellungen und mehreren zweiten Stoppstellung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, ohne sie einzuschränken, versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen die vorliegende Offenbarung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann, lediglich veranschaulichen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sollen spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zum Unterweisen eines Fachmanns, die vorliegende Offenbarung unterschiedlich einzusetzen, interpretiert werden.
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Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe Modul und Untermodul auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam verwendet, fest zugeordnet oder eine Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität schaffen. Wie begrüßt werden kann, können die Untermodule, die unten beschrieben werden, kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben werden, ohne sie zu begrenzen, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS) 40, das zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein System des Zahnstangentyps und enthält eine Zahnstange (die nicht gezeigt ist) im Gehäuse 50 und ein Ritzel (das auch nicht gezeigt ist), das sich unter dem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, die im Folgenden als ein Lenkrad 26 (z. B. ein Handrad und dergleichen) bezeichnet wird, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über ein Kreuzgelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Eine Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Zugstangen 38 (von denen lediglich eine gezeigt ist) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (von denen lediglich einer gezeigt ist) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (von denen lediglich eines gezeigt ist) drehen.
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Eine elektrische Servolenkungsunterstützung ist durch die Steuervorrichtung, die im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 24 festgelegt ist, vorgesehen und enthält die Steuereinheit 16 und eine elektrische Maschine 19, die ein Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM) sein kann und im Folgenden als eine elektrische Maschine 19 bezeichnet wird. Die Steuereinheit 16 wird durch die Fahrzeugstromversorgung 10 über die Leitung 12 mit Energie versorgt. Die Steuereinheit 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird über den Stellungssensor 32 gemessen, der ein Sensor des Typs mit optischer Codierung, ein Sensor des Typs mit veränderlichem Widerstand oder ein sonstiger geeigneter Typ eines Stellungssensors sein kann und ein Stellungssignal 20 zur Steuereinheit 16 liefert. Eine Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einer sonstigen Einrichtung gemessen und als ein Motordrehzahlsignal 21 zur Steuereinheit 16 gesendet werden. Eine Motordrehzahl, die als ωm bezeichnet wird, kann gemessen, berechnet oder eine Kombination davon sein. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ωm als die Änderung der Motorstellung θ, die durch einen Stellungssensor 32 über ein vorgegebenes Zeitintervall gemessen wurde, berechnet werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ωm als die Ableitung des Motorstellung θ aus der Gleichung ωm = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Stellungsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorstellung als die Änderungsrate der Stellung in Bezug auf die Zeit hergeleitet werden. Es wird begrüßt werden, dass zahlreiche bekannte Methodiken zum Durchführen der Funktion einer Ableitung vorliegen.
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Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst der Drehmomentsensor 28 das Drehmoment, das durch den Fahrzeugbediener an das Lenkrad 26 angelegt wird. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (der nicht gezeigt ist) und einen Sensor des veränderlichen Widerstandstyps (der auch nicht gezeigt ist), der ein veränderliches Drehmomentsignal 18 in Bezug auf den Betrag der Drehung am Torsionsstab zur Steuereinheit 16 ausgibt, enthalten. Obwohl dies ein Typ eines Drehmomentsensor ist, genügt eine beliebige geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtung mit bekannten Signalverarbeitungstechniken. In Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet die Steuereinheit eine Anweisung 22 zum Elektromotor 19, der eine Drehmomentunterstützung über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 zum Lenksystem liefert, was eine Drehmomentunterstützung zum Fahrzeuglenken bereitstellt.
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Es ist festzuhalten, dass, obwohl die offenbarten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, begrüßt werden wird, dass derartige Bezugnahmen lediglich veranschaulichend sind und die offenbarten Ausführungsformen auf eine beliebige Motorsteueranwendung, die einen Elektromotor einsetzt, z. B. Lenken, Ventilsteuerung und dergleichen, angewendet werden können. Außerdem können die Bezüge und Beschreibungen hierfür viele Formen von Parametersensoren, die Drehmoment, Stellung, Drehzahl und dergleichen enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind, gelten. Es sollte auch festgehalten werden, dass im Folgenden Bezugnahmen auf elektrische Maschinen, die Motoren enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind, zur Verkürzung und Vereinfachung ohne Einschränkung lediglich auf Motoren erfolgen.
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Im Steuersystem 24 verwendet die Steuereinheit 16, wie dargestellt ist, das Drehmoment, die Stellung, die Drehzahl und dergleichen, um eine oder mehrere Anweisungen zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung abzugeben. Die Steuereinheit 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuersystems angeordnet. Die Steuereinheit 16 empfängt Signale von jedem Systemsensor, quantifiziert die empfangenen Informationen und liefert in Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsanweisungssignale in diesem Fall z. B. zum Motor 19. Die Steuereinheit 16 ist konfiguriert, die eine oder die mehreren entsprechenden Spannungen aus einem Wechselrichter (der nicht gezeigt ist), der wahlweise in die Steuereinheit 16 aufgenommen werden kann und hier als Steuereinheit 16 bezeichnet wird, zu entwickeln, derart, dass dann, wenn sie an den Motor 19 angelegt werden, das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Stellung erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet die Steuereinheit 16 in einem Rückkopplungssteuermodus als ein Stromregulierer, um die Anweisung 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet die Steuereinheit 16 in einem oder mehreren Beispielen in einem Vorsteuermodus, um die Anweisung 22 zu erzeugen. Weil diese Spannungen in Bezug zu der Stellung und der Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment stehen, werden die Stellung und/oder die Drehzahl des Rotors und das Drehmoment, das durch einen Bediener angelegt wird, bestimmt. Ein Stellungscodierer ist mit der unteren Lenkwelle 51 oder bei einem Ende des Motors 19 verbunden, um die Winkelstellung θ zu detektieren. Der Codierer kann die Drehstellung auf der Grundlage einer optischen Erkennung, von Magnetfeldschwankungen oder weiterer Methodiken erfassen. Typische Stellungssensoren enthalten Potentiometer, Drehgeber, Synchros, Codierer und dergleichen, sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorhergehenden umfassen. Der Stellungscodierer gibt ein Stellungssignal 20 aus, das die Winkelstellung der unteren Lenkwelle 51 und dadurch des Motors 19 angibt.
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Ein gewünschtes Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28, die Drehmomentsignale 18, die ein angelegtes Drehmoment angeben, senden, bestimmt werden. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen enthalten einen derartigen Drehmomentsensor 28 und das eine oder die mehreren Drehmomentsignale 18 davon, die auf einen konformen Torsionsstab, einen konformen T-Stab, eine konforme Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (die nicht gezeigt ist), die konfiguriert ist, eine Antwort zu liefern, die das angelegte Drehmomente angibt, ansprechen können.
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In einem oder mehreren Beispielen befinden sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 bei der elektrischen Maschine 19. Bevorzugt ist der Temperatursensor 23 konfiguriert, die Temperatur des Erfassungsabschnitts des Motors 19 direkt zu messen. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 zur Steuereinheit 16, um die Verarbeitung, die hier vorgegeben ist, und einen Ausgleich zu erleichtern. Typische Temperatursensoren enthalten Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens einen der vorhergehenden Sensoren umfassen und die, wenn sie geeignet angeordnet sind, ein kalibrierbares Signal liefern, das proportional zu der bestimmten Temperatur ist.
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Das Stellungssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden unter anderen an die Steuereinheit 16 angelegt. Die Steuereinheit 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte, die jedem der Signale entsprechen, zu erzeugen, was darin resultiert, dass ein Rotorstellungswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert zur Verarbeitung in den Algorithmen, die hier vorgegeben sind, verfügbar sind. Messsignale, wie z. B. die oben erwähnten werden üblicherweise außerdem nach Bedarf linearisiert, ausgeglichen und gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu beseitigen. Zum Beispiel können die Signale linearisiert werden, um eine Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder einen großen Dynamikbereich des Signals zu adressieren. Zusätzlich können ein frequenz- oder zeitbasierter Ausgleich und eine frequenz- oder zeitbasierte Filterung derart eingesetzt werden, dass Rauschen beseitigt wird oder unerwünschte Spektraleigenschaften vermieden werden.
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Um die vorgegebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die Berechnungen dafür (z. B. die Identifizierung von Motorparametern, ein oder mehrere Steueralgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann die Steuereinheit 16 einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere DSPs, Datenspeicher, Speicher, ein oder mehrere Register, eine Zeitplanung, eine oder mehrere Unterbrechungen, eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen und Ein-/Ausgabe-Signalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorhergehenden Elemente umfassen, enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sein. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 16 eine Eingangssignalverarbeitung und eine Filterung enthalten, um ein genaues Abtasten und eine Umsetzung oder Erfassungsvorgänge derartiger Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuereinheit 16 und bestimmte Prozesse darin werden zu einem späteren Punkt hier gründlich diskutiert.
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2 zeigt eine Schnecke 47 in Eingriff mit einem Schneckenrad 48. Speziell zeigt 2 eine Antriebswelle 60, die an die Schnecke 47 gekoppelt ist, wobei die Schnecke 47 eine Schrägverzahnung 62 enthält, die schraubenförmig um die Antriebswelle 62 verläuft. 2 zeigt auch die Schrägverzahnung 62 der Schnecke 47 in Eingriff mit drei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48. Es ist zu bedenken, dass die Schrägverzahnung 62 der Schnecke 47 eine weitere Größe oder Form besitzen kann, die mit mehr oder weniger als den drei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 in Eingriff ist. Im Betrieb schaltet die Steuereinheit 16 den Motor 19 (der in 2 nicht gezeigt ist) ein, was die Antriebswelle 60 veranlasst, sich um die Achse A zu drehen, wodurch die Schnecke 47 gedreht wird. Diese Drehung der Schnecke 47 treibt das Schneckenrad 48 an, sich zu drehen. Es ist zu bedenken, dass das Schneckenrad 48 in einer von zwei entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden kann. Zum Beispiel kann das Schneckenrad 48 angetrieben werden, sich entweder im Uhrzeigersinn (CW) oder gegen den Uhrzeigersinn (CCW) zu drehen, indem der Motor 19 und die Schnecke 47 in einer von zwei entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden.
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3 zeigt einen Radsatz, der eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält. Der vorgesehene Radsatz kann in sämtlichen vieler verschiedener Maschinen oder Maschinenanwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann der vorgesehene Radsatz im elektrischen Servolenkungssystem (EPS) 40 verwendet werden. Die Antriebswelle 60 enthält einen Verbindungsabschnitt 64 wie z. B. einen Keilbereich zur Verbindung mit einem Motor 19.
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Eine erste Stoppstellung 80 ist als eine radiale Linie, die das Schneckenrad 48 überlagert, gezeigt. Die erste Stoppstellung 80 repräsentiert eine Endstellung (EOT-Stellung) des Schneckenrads 48 für das Schneckenrad 48, das sich in einer ersten Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) bewegt. Eine zweite Stoppstellung 82 ist als eine radiale Linie, die das Schneckenrad 48 überlagert, gezeigt. Die zweite Stoppstellung 82 repräsentiert eine Endstellung (EOT-Stellung) für das Schneckenrad 48, das sich in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung (z. B. gegen den Uhrzeigersinn) bewegt. Die Stoppstellungen 80, 82 können eine Stellung repräsentieren, bei der das Schneckenrad 48 gestoppt werden muss, um ein Überdrehen des Lenksystems und/oder ein Beanspruchen von Systemkomponenten, das aus einem Anlegen eines Drehmoments durch den Motor 19 gegen einen mechanischen Anschlag, der eine Bewegung des Systems beschränkt, resultieren kann, zu verhindern. Das Schneckenrad 48 kann die höchsten Drehmomentlasten bei oder in der Nähe der Stoppstellungen 80, 82 erfahren. Dies steht in Beziehung mit der höchsten Kraft, die bei den EOT-Orten benötigt wird, um die Räder zu bewegen. Lenkzahnstangenkräfte, die aufgrund eines Parkens auftreten, sind für die Dimensionierung eines Lenksystems, das Kräfte enthält, die zum Schneckenrad 48 übertragen werden, wesentlich. Die Gesamtverschiebungskraft der Zahnstange ist die Summe der linken und der rechten Zugstangenkraft. Wesentliche Einflüsse auf den Pegel der Zahnstangenkraft beim Parken sind die Achsenkinematik, die Vorderachslast, die Größe der Reifen, der Luftdruck in den Reifen und der Reibungswert der Fahrbahnoberfläche.
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In einer Beispielkonfiguration schaltet die Steuereinheit 16 den Motor 19 ein, die Antriebswelle 60, die die Schnecke 47 dreht, zu drehen. Die Schnecke 47 treibt dann das Schneckenrad 48 an, was bewirkt, dass sich das Schneckenrad 48 dreht. Die Steuereinheit 16 kann, in Reaktion darauf, dass sich das Schneckenrad zu einer entsprechenden der Stoppstellungen 80, 82 dreht, den Motor 19 stoppen, die Antriebswelle 60 zu drehen, und somit das Antreiben des Schneckenrads 48 stoppen. Zum Beispiel kann der Motor 19 gestoppt werden, das Schneckenrad 48 in der ersten Richtung anzutreiben, wenn sich das Schneckenrad 48 zur oder über die erste Stoppstellung 80 dreht. Ähnlich kann der Motor 19 gestoppt werden, das Schneckenrad 48 in der zweiten Richtung anzutreiben, wenn sich das Schneckenrad 48 zur oder über die zweite Stoppstellung 82 dreht.
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4 stellt den Radsatz von 3 mit mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c und mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c dar. Speziell zeigt 4 einen Radsatz der vorliegenden Offenbarung, der drei erste Stoppstellungen 80a, 80b, 80c und drei zweite Stoppstellungen 82a, 82b, 82c enthält. Allerdings können die mehreren ersten Stoppstellungen eine beliebige Anzahl von zwei oder mehr ersten Stoppstellungen enthalten und die mehreren zweiten Stoppstellungen können eine beliebige Anzahl von zwei oder mehr zweiten Stoppstellungen enthalten.
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Die ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c können um einen beliebigen Betrag in Winkelrichtung voneinander beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen entsprechen die ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c jeweils verschiedenen Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48. In einer Beispielausführungsform sind die ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um einen oder mehrere Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind die ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um zwei oder mehr Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. Weil die Schnecke 47 mit zwei oder mehr Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 zu jeder gegebenen Zeit mechanisch interagieren kann, wie in 2 gezeigt ist, kann es hinsichtlich des Verteilens von Verschleiß im Schneckenrad 48 vorteilhaft sein, die ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um einen größeren Betrag zu beabstanden. Zum Beispiel kann ein Zahnradzahn 70 bei zwei verschiedenen ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c, die um einen Zahnradzahn 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet sind, mit der Schnecke 47 in Eingriff sein, jedoch muss derselbe Zahnradzahn 70 nicht bei zwei verschiedenen ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c, die voneinander durch zwei Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 beabstandet sind, mit der Schnecke 47 in Eingriff sein.
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Die zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c können um einen beliebigen Betrag in Winkelrichtung voneinander beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen entsprechen die zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c jeweils verschiedenen Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48. In einer Beispielausführungsform sind die zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um einen oder mehrere Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind die zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um zwei oder mehr Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. Weil die Schnecke 47 zu jeder gegebenen Zeit mit zwei oder mehr Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 mechanisch interagieren kann, wie in 2 gezeigt ist, kann es hinsichtlich des Verteilens eines Verschleißes im Schneckenrad 48 vorteilhaft sein, die zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um einen größeren Betrag zu beabstanden. Zum Beispiel kann ein Zahnradzahn 70 mit der Schnecke 47 bei zwei verschiedenen zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die um einen Zahnradzahn 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet sind, in Eingriff sein, jedoch muss derselbe Zahnradzahn 70 nicht bei zwei verschiedenen zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die um zwei Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet sind, mit der Schnecke 47 in Eingriff sein.
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Das System kann konfiguriert sein, zwischen verschiedenen ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c und/oder verschiedenen zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu drehen oder abzuwechseln. In einigen Ausführungsformen ist das System konfiguriert, jedes Mal, wenn das Schneckenrad weg von den ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c angetrieben wird, zu einer verschiedenen ersten Stoppstellung 80a, 80b, 80c zu wechseln. Zum Beispiel kann eine gegebene der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, jedes Mal gewechselt werden, wenn das Schneckenrad 48 über alle ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c (d. h. zu den zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c) gedreht wird. Alternativ kann die gegebene der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, jedes Mal gewechselt werden, wenn das Schneckenrad 48 über eine gewisse weitere vorgegebene Stellung gedreht wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Wechseln der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, zu einer weiteren der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c ein Wechseln der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c in einem vorgegebenen Muster. Zum Beispiel können die Stoppstellungen in einem sich wiederholenden Muster (z. B. a,b,c, a,b,c, ... oder a,b,a,b,...) gedreht werden.
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Ähnlich kann das System konfiguriert sein, jedes Mal, wenn das Schneckenrad weg von den zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c angetrieben wird, zu einer verschiedenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu wechseln. Zum Beispiel kann eine gegebene der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, jedes Mal gewechselt werden, wenn das Schneckenrad 48 über alle zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c (d. h. zu den ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c) gedreht wird. Alternativ kann die gegebene der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, jedes Mal gewechselt werden, wenn das Schneckenrad 48 über eine gewisse weitere vorgegebene Stellung gedreht wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das das Wechseln der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden soll, zu einer weiteren der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c das Wechseln der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c in einem vorgegebenen Muster. Zum Beispiel können die Stoppstellungen in einem sich wiederholenden Muster (z. B. a,b,c, a,b,c, ... oder a,b,a,b,...) gedreht werden.
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Die eine der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c und/oder die eine der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c, die zum Stoppen des Schneckenrads 48 verwendet werden sollen, können unter Verwendung eines verschiedenen Verfahrens wie z. B. auf der Grundlage einer regelmäßigen Zeit gewechselt werden.
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Tabelle 1 zeigt die Wirkungen auf die Schwankung der Handradstellungen einer elektrischen Einfachritzelservolenkung (SPEPS) mit mehreren Stoppstellungen, die um 2 Zahnradzähne
70 im Schneckenrad
48 beabstandet sind. Speziell zeigt Tabelle 1 Stoppstellungen, die um 2 Zahnradzähne
70, die einer Handradschwankung von +/-10° entsprechen, beabstandet sind. Tabelle 2 zeigt die Wirkungen auf die Schwankung der Handradstellungen einer elektrischen Doppelritzelservolenkung (DPEPS) mit mehreren Stoppstellungen, die um 2 Zahnradzähne
70 im Schneckenrad
48 beabstandet sind. Speziell zeigt Tabelle 2 Stoppstellungen, die um 2 Zahnradzähne
70, die einer Handradschwankung von +/-8,54545° entsprechen, beabstandet sind.
Tabelle 1
| SPEPS | | |
| Auszulassende Zahnmenge | | 2 |
| Zahnmenge (Getriebe) | | 72 |
| Getriebewinkelschwankung | ° | 10 |
| C-Faktor | mm/360° | 55 |
| Zahnstangenbewegungsschwankung (+/-) | mm | 1,52778 |
| Handradschwankung (+/-) | ° | 10 |
Tabelle 2
| DPEPS | | |
| Auszulassende Zahnmenge | | 2 |
| Zahnmenge (Getriebe) | | 72 |
| H ilfsgetriebewinkelschwankung | ° | 10 |
| Hilfsritzel-C-Faktor | mm/360° | 47 |
| Zahnstangenbewegungsschwankung (+/-) | mm | 1,30556 |
| Antriebsritzel-C-Faktor | mm/360° | 55 |
| Handradwinkelschwankung (+/-) | ° | 8,54545 |
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Tabelle 3 zeigt die Wirkungen auf die Schwankung der Handradstellungen einer elektrischen Einfachritzelservolenkung (SPEPS) mit mehreren Stoppstellungen, die um 1,5 Zahnradzähne
70 im Schneckenrad
48 beabstandet sind. Speziell zeigt Tabelle 3 Stoppstellungen, die um 1,5 Zahnradzähne
70, die einer Handradschwankung von +/-7,5° entsprechen, beabstandet. Tabelle 4 zeigt die Wirkungen auf die Schwankung der Handradstellungen einer elektrischen Doppelritzelservolenkung (DPEPS) mit mehreren Stoppstellungen, die um 1,5 Zahnradzähne
70 im Schneckenrad
48 beabstandet sind. Speziell zeigt Tabelle 4 Stoppstellungen, die um 1,5 Zahnradzähne
70, die einer Handradschwankung von +/-6,40909° entsprechen, beabstandet.
Tabelle 3
| SPEPS | | |
| Auszulassende Zahnmenge | | 1,5 |
| Zahnmenge (Getriebe) | | 72 |
| Getriebewinkelschwankung | ° | 7,5 |
| C-Faktor | mm/360° | 55 |
| Zahnstangenbewegungsschwankung (+/-) | mm | 1,14583 |
| Handradschwankung (+/-) | ° | 7,5 |
Tabelle 4
| DPEPS | | |
| Auszulassende Zahnmenge | | 1,5 |
| Zahnmenge (Zahnrad) | | 72 |
| Hilfsgetriebewinkelschwankung | ° | 7,5 |
| Hilfsritzel-C-Faktor | mm/360° | 47 |
| Zahnstangenbewegungsschwankung (+/-) | mm | 0,97917 |
| Antriebsritzel-C-Faktor | mm/360° | 55 |
| Handradwinkelschwankung (+/-) | ° | 6,40909 |
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Wahlmöglichkeiten des Abstands zwischen den mehreren Stoppstellungen und der Anzahl von Stoppstellungen sind ein Kompromiss zwischen Handradwinkelschwankung und Wirksamkeit des Verringerns des Verschleißes im Schneckenrad 48. Der Schneckenradverschleiß kann unter Verwendung von mehreren Stoppstellungen und/oder Stoppstellungen, die weiter beabstandet sind, verringert werden. Allerdings resultiert ein Erhöhen der Anzahl und/oder des Abstands zwischen den Stoppstellungen in einer erhöhten Handradwinkelschwankung, die darin resultieren kann, dass das EPS-System 40 vor einem Gesamtbereich der Lenkbewegung stoppt.
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Außerdem ist ein Verfahren zum Steuern einer Maschine vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Drehen einer Antriebswelle 60 durch einen Motor 19; Antreiben eines Schneckenrads 48 durch eine Schnecke 47, die an die Antriebswelle 60 gekoppelt ist, um zu bewirken, dass das Schneckenrad 48 sich in einer ersten Richtung dreht; Stoppen des Motors 19, die Antriebswelle 60 zu drehen, in Reaktion darauf, dass das Schneckenrad 48 sich in der ersten Richtung zu einer gegebenen von mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c dreht; und Wechseln der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c zu einer weiteren der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c.
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In einigen Ausführungsformen ist die Maschine konfiguriert, Folgendes durchzuführen: Ausüben eines Unterstützungsdrehmoments auf ein Lenksystem 40 eines Fahrzeugs und/oder Steuern des Lenksystems 40. Zum Beispiel kann die Maschine das Gesamte oder ein Teil eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40 eines Kraftfahrzeugs sein.
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In einigen Ausführungsformen wird der Schritt des Wechseln der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c zu einer weiteren der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c jedes Mal durchgeführt, wenn das Schneckenrad 48 weg von der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Wechselns der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c zu einer weiteren der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c ein Wechseln der gegebenen der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c in einem vorgegebenen Muster.
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In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c einen Zahnradzahn des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um einen Betrag zwischen einem und zwei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um zwei oder mehr Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c um einen Betrag zwischen einem und zwei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet.
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In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren zum Steuern einer Maschine auch die folgenden Schritte: Antreiben des Schneckenrads 48 durch die Schnecke, um zu bewirken, dass das Schneckenrad 48 sich in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht; Stoppen des Motors, die Antriebswelle zu drehen, in Reaktion darauf, dass das Schneckenrad 48 sich in der zweiten Richtung zu einer gegebenen von mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c dreht; und Wechseln der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu einer weiteren der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c.
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In einigen Ausführungsformen wird der Schritt des Wechselns der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu einer weiteren der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c jedes Mal durchgeführt, wenn das Schneckenrad 48 weg von der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Wechselns der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu einer weiteren der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c das Wechseln der gegebenen der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c in einem vorgegebenen Muster.
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In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um einen Zahnradzahn des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um einen Betrag zwischen einem und zwei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um zwei oder mehr Zahnradzähne 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet. In einigen Ausführungsformen sind benachbarte der mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c um einen Betrag zwischen einem und zwei Zahnradzähnen 70 des Schneckenrads 48 voneinander beabstandet.
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Außerdem ist ein Verfahren zum Steuern eines Servolenkungssystems 40 in einem Fahrzeug vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Drehen einer Antriebswelle 60 durch einen Motor 19; Antreiben eines Schneckenrads 48 durch eine Schnecke 47, die an die Antriebswelle 60 gekoppelt ist, um zu bewirken, dass das Schneckenrad 48 sich in einer ersten Richtung dreht; Stoppen des Motors 19, die Antriebswelle 60 zu drehen, in Reaktion darauf, dass das Schneckenrad 48 sich in der ersten Richtung zu einer gegebenen der mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c dreht; und Wechseln der gegebenen der mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c zu einer weiteren der mehreren ersten Stoppstellungen 80a, 80b, 80c.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Steuern des Servolenkungssystems 40 auch die folgenden Schritte: Antreiben des Schneckenrads 48 durch die Schnecke 47, um zu bewirken, dass das Schneckenrad 48 sich in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht; Stoppen des Motors 19, die Antriebswelle 60 zu drehen, in Reaktion darauf, dass das Schneckenrad 48 sich in der zweiten Richtung zu einer gegebenen von mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c dreht; und Wechseln der gegebenen der mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c zu einer weiteren der mehreren zweiten Stoppstellungen 82a, 82b, 82c.
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Das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung können einige Vorteile über herkömmliche Systeme und Verfahren zum Betreiben von Maschinen, die Schneckenrad enthalten, schaffen. Das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung können die Nutzungsdauer eines Schneckenrads durch Verteilen eines Verschleißes über einen größeren Bereich des Schneckenrads verlängern. Darüber hinaus können das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ermöglichen, dass ein Radsatz ein höheres Drehmoment anlegt als ein Radsatz unter Verwendung herkömmlicher Endstellungsbeschränkungen. Zum Beispiel kann ein Radsatz, der unter Verwendung herkömmlicher Endstellungsbeschränkungen für 100 Nm eingestuft ist, unter Verwendung der mehreren softwaredefinierten Endstellungsbeschränkungen, wie sie im System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind, für 106 Nm eingestuft sein.
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Während die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit lediglich einer beschränkten Anzahl von Ausführungsformen genau beschrieben wurde, sollte leicht verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenbarung geändert werden, um eine beliebige Zahl von Variationen, Änderungen, Ersetzungen oder entsprechender Anordnungen, die nicht im Vorhergehenden beschrieben sind, jedoch dem Umfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen, einzubeziehen. Zusätzlich versteht sich, dass, während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, Aspekte der vorliegenden Offenbarung lediglich einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen enthalten können. Entsprechend soll die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorhergehende Beschreibung beschränkt betrachtet werden.
