DE102021123899A1

DE102021123899A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung des blockierens eines lenkrads

Info

Publication number: DE102021123899A1
Application number: DE102021123899.4A
Authority: DE
Inventors: Jung Suk Ko; Sung Ho Jang; Seung Young Park; Hyeon Hee Jeong
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20230009437A1; KR20230003898A; CN115534864A; US11951938B2; KR102554627B1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann aufweisen: einen Netzschalter, der so eingerichtet ist, dass er Strom von einer Batterie erhält, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist, und eine Schalteinheit, die mit einem Motor verbunden ist und eingeschaltet wird, wenn sie über den Netzschalter Strom erhält, und so eingerichtet ist, dass sie ein Lenkrad über einen geschlossenen Stromkreis blockiert, der durch Kurzschließen der Phasen des Motors entsteht.

Description

HINTERGRUND
GEBIET
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads, mit denen verhindert werden kann, dass sich ein Lenkrad frei dreht, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
ERLÄUTERUNG DES HINTERGRUNDS
Ein elektronisch gesteuertes Lenksystem (SBW, Steer-By-Wire) bezeichnet ein Lenksystem, bei dem die mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und einem Rad des Fahrzeugs entfernt wurde. Das SBW-System empfängt ein Drehsignal des Lenkrads über ein Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit) und lenkt das Fahrzeug auf Grundlage des empfangenen Drehsignals durch Betätigung eines mit dem Rad verbundenen Lenkunterstützungsmotors.
Da bei dem SBW-System keine mechanische Verbindungskonstruktion eines bestehenden Lenksystems vorhanden ist, kann durch das SBW-System der Freiheitsgrad der Ausgestaltung entsprechend der Gestaltung eines Lenksystems erhöht werden, kann die Kraftstoffeffizienz verbessert werden und können Störungen beseitigt werden, die umgekehrt von den Rädern eingebracht werden.
Wird die Zündung des Fahrzeugs mit dem darin verwendeten SBW-System ausgeschaltet, wird das ECU nicht angesteuert. Das Lenkrad ist also nicht blockiert, sondern dreht frei. In diesem Fall kann ein Fahrer, wenn er aufsteht und dabei das Lenkrad festhält, einer Verletzungsgefahr ausgesetzt sein.
Es besteht somit Bedarf an der Entwicklung einer Technologie, mit der sich verhindern lässt, dass sich ein Lenkrad frei dreht, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Der Stand der Technik zur vorliegenden Offenbarung ist in der am 11. Juni 2019 veröffentlichten koreanischen Patentschrift 10-1987703 mit dem Titel „Steer-By-Wire System and Control Method Thereof“ offenbart.
KURZDARSTELLUNG
Verschiedene Ausführungsformen sind auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gerichtet, mit denen verhindert werden kann, dass sich ein Lenkrad frei dreht, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Die von der vorliegenden Offenbarung zu lösenden Aufgaben sind nicht auf die zuvor erwähnten Aufgaben beschränkt, und die weiteren, nicht erwähnten Aufgaben sind für Fachleute anhand der folgenden Beschreibung klar verständlich.
In einer Ausführungsform kann eine Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads aufweisen: einen Netzschalter, der so eingerichtet ist, dass er Strom von einer Batterie erhält, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist, und eine Schalteinheit, die mit einem Motor verbunden ist und eingeschaltet wird, wenn sie über den Netzschalter Strom erhält, und so eingerichtet ist, dass sie ein Lenkrad über einen geschlossenen Stromkreis blockiert, der durch Kurzschließen der Phasen des Motors entsteht.
Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, wird der Netzschalter als Reaktion auf ein Signal mit Low-Pegel eingeschaltet, das daran angelegt wird, wobei das Signal mit Low-Pegel von einem Pulldown-Widerstand in einem ECU (Electronic Control Unit) als Standard (default) festgelegt wird.
Der Netzschalter kann als EFT (Electric Field Transistor; mit einem elektrischen Feld arbeitender Transistor) ausgeführt sein, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an einen MCU (Micro Controller Unit, Mikrocontroller) angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie angeschlossen ist, und eingeschaltet wird, wenn das von dem Pulldown-Widerstand in dem ECU festgelegte Signal mit Low-Pegel an den Gate-Anschluss angelegt wird.
Die Schalteinheit kann das Lenkrad blockieren, indem auf das Lenkrad ein Reaktionsdrehmoment aufgebracht wird, wobei das Reaktionsdrehmoment durch eine elektromotorische Gegenkraft bewirkt wird, die entsprechend einer Betätigung des Lenkrads von dem Motor in dem geschlossenen Stromkreis erzeugt wird.
Die Schalteinheit kann einen oder mehrere Schalter aufweisen, die jeweils mit der entsprechenden Phase des Motors elektrisch verbunden sind.
Die Schalteinheit kann drei Schalter aufweisen, die mit der jeweiligen Phase des Motors elektrisch verbunden sind. Die drei Schalter können jeweils als EFT ausgeführt sein, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung des Netzschalters angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an die entsprechende Phase des Motors angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Die Schalteinheit kann zwei Schalter aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie die Phasen des Motors elektrisch verbinden. Die beiden Schalter können elektrisch miteinander verbunden sein und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Die Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann ferner eine Schutzschaltungseinheit aufweisen, die so eingerichtet ist, dass sie die Schalteinheit so steuert, dass sie unabhängig vom Betrieb des Netzschalters nicht arbeitet, wenn aus dem MCU ein Steuersignal empfangen wird, das dem Einschalten der Zündung des Fahrzeugs entspricht.
Die Schutzschaltungseinheit kann als EFT ausgeführt sein, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an den MCU angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads Folgendes aufweisen: Aufnehmen von Strom aus einer Batterie über einen Netzschalter, der eingeschaltet wird, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist; und Blockieren eines Lenkrads über einen geschlossenen Stromkreis, der durch Kurzschließen der Phasen eines Motors entsteht, wenn eine mit dem Motor verbundene Schalteinheit eingeschaltet wird, wenn sie über den Netzschalter Strom erhält.
Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, kann der Netzschalter, wenn er Strom von der Batterie erhält, als Reaktion auf ein Signal mit Low-Pegel eingeschaltet werden, das daran angelegt wird, wobei das Signal mit Low-Pegel von einem Pulldown-Widerstand in einem ECU als Standard (default) festgelegt wird.
Beim Blockieren des Lenkrads kann die Schalteinheit drei Schalter aufweisen, die elektrisch an die jeweiligen Phasen des Motors angeschlossen sind, wobei die drei Schalter jeweils als EFT ausgeführt sind, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung des Netzschalters angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an die entsprechende Phase des Motors angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Beim Blockieren des Lenkrads kann die Schalteinheit zwei Schalter aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie die Phasen des Motors elektrisch verbinden, wobei die beiden Schalter elektrisch miteinander verbunden sind, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Das Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann ferner das derartige Steuern, mit einer Schutzschaltungseinheit, der Schalteinheit umfassen, dass sie unabhängig vom Betrieb des Netzschalters nicht arbeitet, wenn aus einem MCU ein Steuersignal empfangen wird, das dem Einschalten der Zündung des Fahrzeugs entspricht.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die Vorrichtung und das Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads verhindern, dass sich das Lenkrad frei dreht, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Wenn also ein Fahrer aufsteht und dabei das Lenkrad festhält oder das Lenkrad fester hält, kann mit der Vorrichtung und dem Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads verhindert werden, dass das Fahrzeug rasch gelenkt wird, wodurch der Fahrer vor einer Verletzungsgefahr geschützt wird.
Mit der Vorrichtung und dem Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads können im Vergleich zu einem System mit einer darin angewendeten mechanischen Vorrichtung (z.B. ein System mit Schloss und Schlüssel) die Fertigungskosten gesenkt werden.
Die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die zuvor beschriebenen Wirkungen beschränkt, sondern können verschiedene Wirkungen aus dem folgenden nachfolgend zu beschreibenden Inhalt umfassen, sofern der Inhalt für Fachleute offensichtlich ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, in der eine vereinfachte Gestaltung eines SBW-Systems (Steer-By-Wire) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht ist.
2 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Schalteinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Schalteinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie es im entsprechenden Gebiet üblich ist, können einige Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen als Funktionsblöcke, -einheiten und/oder - module dargestellt sein. Durchschnittsfachleute erkennen, dass diese Blöcke, Einheiten und/oder Module physisch mit elektronischen (oder optischen) Schaltkreisen wie Logikschaltungen, diskreten Bauteilen, Prozessoren, festverdrahteten Schaltungen, Speicherelementen, Verkabelungen und Ähnlichem ausgeführt sind. Wenn die Blöcke, Einheiten und/oder Module mit Prozessoren oder ähnlicher Hardware ausgeführt sind, können sie unter Verwendung von Software (z.B. Code) zum Durchführen verschiedener hier erörterter Funktionen programmiert und gesteuert werden. Alternativ kann jeder Block, jede Einheit und/oder jedes Modul mit speziell dafür vorgesehener Hardware oder als Kombination aus speziell dafür vorgesehener Hardware zum Ausführen einiger Funktionen und einem Prozessor (z.B. ein oder mehrere programmierte Prozessoren und zugehörige Schaltungen) zum Ausführen weiterer Funktionen ausgeführt werden. Jeder Block, jede Einheit und/oder jedes Modul von einigen Ausführungsbeispielen kann physisch auf zwei oder mehr aufeinander einwirkende und diskrete Blöcke, Einheiten und/oder Module aufgeteilt werden, ohne dass vom Umfang des Erfindungsgedankens abgewichen wird. Des Weiteren können Blöcke, Einheiten und/oder Module von einigen Ausführungsbeispielen physisch zu komplexeren Blöcken, Einheiten und/oder Modulen zusammengefasst werden, ohne dass vom Umfang des Erfindungsgedankens abgewichen wird.
Nachfolgend werden nachstehend eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads in verschiedenen Ausführungsbeispielen bezogen auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen nicht absolut maßstabsgerecht sind und die Dicke von Linien oder die Größe von Bauteilen lediglich der besseren Beschreibbarkeit und Klarheit halber größer dargestellt sein kann. Die wie vorliegend verwendeten Begriffe werden ferner unter Berücksichtigung von Funktionen der Erfindung definiert und können nach Handelsbrauch oder nach dem beabsichtigten Zweck der Nutzer oder Betreiber abgeändert werden. Die Begriffe sollten deshalb entsprechend der vorliegend dargelegten Gesamtoffenbarung definiert werden.
Die in dieser Patentschrift beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise mit einem Verfahren oder Prozess, einer Vorrichtung, einem Softwareprogramm, einem Datenstrom oder einem Signal ausgeführt werden. Ein Merkmal wird zwar ausschließlich in einem einzigen Kontext erörtert (beispielsweise ausschließlich in einem Verfahren erörtert), jedoch kann das erörterte Merkmal in einer anderen Ausführung umgesetzt werden (beispielsweise Vorrichtung oder Programm). Eine Vorrichtung kann in zweckmäßiger Hardware, Software oder Firmware ausgeführt werden. Das Verfahren kann in einer Vorrichtung wie einem Prozessor ausgeführt werden, der sich ganz allgemein auf eine Verarbeitungsvorrichtung bezieht, darunter ein Computer, ein Mikroprozessor, eine integrierte Schaltung oder eine speicherprogrammierbare Einrichtung. Der Prozessor umfasst auch eine Datenübertragungseinrichtung wie einen Computer, ein Mobiltelefon, einen PDA (Personal Digital Assistant) und eine weitere Einrichtung, die die Informationsübertragung zwischen Endnutzern ermöglicht.
1 ist ein Diagramm, in der eine vereinfachte Gestaltung eines SBW-Systems (Steer-By-Wire) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht ist.
Unter Bezug auf 1 kann das SBW-System gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Lenkrad 11, eine Lenkwelle 12, die so eingerichtet ist, dass sie das Lenkrad 11 hält, einen Motor 120, der auf einer Seite der Lenkwelle 12 montiert ist und von einem ECU (Electronic Control Unit) 130 angesteuert wird, eine Erfassungseinheit 110, die sich auf einer Seite der Lenkwelle 12 befindet, den Motor 120 oder eine Zahnstange 20, das ECU 130 sowie eine oder mehrere Aktoren 140 aufweisen, die jeweils so eingerichtet sind, dass sie ein Vorderrad 18 eines Fahrzeugs entsprechend einem Steuersignal des ECU 130 lenken. Der Motor 120 und der Aktor 140 können über ein Datenübertragungsmittel wie CAN, FlexRay oder Ethernet miteinander verbunden sein.
Ein derartiges SBW-System verfügt über keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 11 und der Zahnstange 20. Der Motor 120, der in der Lage ist, auf das Lenkrad 11 eine Reaktionskraft aufzubringen, ist mit einer Säule verbunden, die mit dem Lenkrad 11 verbunden ist. Die Zahnstange 20 ist zwecks Steuerung des Vorderrads 18 mit dem Aktor 140 verbunden. Der Aktor 140 ist mit einem (nicht dargestellten) Lenkmotor zum Bewegen der Zahnstange 20 zwecks Steuerung des Vorderrads 18 verbunden.
Die Erfassungseinheit 110 kann von einem Lenkwinkelsensor 13 und/oder einem Drehmomentsensor 14 Messinformationen empfangen oder kann den Lenkwinkelsensor 13 und den Drehmomentsensor 14 umfassen. Der Lenkwinkelsensor 13 kann eine Rotationsänderung der Lenkwelle 12 durch eine Betätigung des Lenkrads 11 durch einen Fahrer erfassen, und der Drehmomentsensor 14 kann auf einer Seite der Lenkwelle 12 angebracht sein und ein von dem Motor 120 ausgegebenes Drehmoment erfassen.
Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, wird das ECU 130 des SBW-Systems nicht betrieben. Das Lenkrad 11 dreht sich somit frei. In diesem Fall kann der Fahrer einer Verletzungsgefahr ausgesetzt sein. Es besteht deshalb Bedarf an einer Vorrichtung, mit der sich verhindern lässt, dass sich das Lenkrad 11 frei dreht, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Das ECU 130 kann also eine Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads aufweisen, die das Lenkrad 11 durch Kurzschließen (Steuern) von drei Phasen des Motors 120 blockiert, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Die Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann das Lenkrad 11 blockieren, indem ein Reaktionsdrehmoment, das durch eine elektromotorische Gegenkraft bewirkt wird, die von dem Motor 120 erzeugt wird, auf das Lenkrad 11 aufgebracht wird, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Die Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann also verhindern, dass sich das Lenkrad 11 frei dreht, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Mit diesem Vorgehen kann verhindert werden, dass das Fahrzeug rasch gelenkt wird, wenn der Fahrer aufsteht und dabei das Lenkrad festhält oder das Lenkrad 11 fester hält, wodurch der Fahrer vor einer Verletzungsgefahr geschützt wird.
Eine derartige Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann als integrierte Steuereinrichtung, die im Fahrzeug eingebaut ist, oder als Teilmodul des ECU 130 ausgeführt sein.
Die integrierte Steuereinrichtung des Fahrzeugs oder das ECU 130 kann einen Prozessor, eine Speichereinrichtung wie einen Speicher und ein Computerprogramm aufweisen, das in der Lage ist, eine bestimmte Funktion auszuüben, und die Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads kann als Softwaremodul ausgeführt sein, das in der Lage ist, eine eindeutige Funktion auszuüben.
Die ausführlichen Beschreibungen der Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads erfolgen bezogen auf 2.
Das ECU 130 steuert den Betrieb des Motors 120 und steuert einen Ausgang des Aktors 140 zwecks Lenkung des Vorderrads 18, wodurch das Fahrzeug gelenkt wird.
In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein ECU 130 eingebaut. Das ECU 130 kann jedoch in ein erstes ECU zum Steuern des Motors 120 und ein zweites ECU zum Steuern des Aktors 140 aufgeteilt sein. In diesem Fall kann das erste ECU 130 den Betrieb des Motors 120 steuern und das zweite ECU kann einen Ausgang des Aktors 140 steuern, der so eingerichtet ist, dass er das Vorderrad 18 des Fahrzeugs lenkt.
Der Motor 120 vermittelt dem Fahrer ein passendes Lenkgefühl, indem er eine Kraft in der Gegenrichtung des Lenkrads 11 erzeugt, wenn der Fahrer das Lenkrad 11 betätigt, und der Motor 120 wird mit einem Strom zum Erzeugen eines passenden Reaktionsdrehmoments versorgt, damit ein Lenkgefühl erzeugt wird.
Der Motor 120 kann eine Vielzahl von Verdrahtungen aufweisen. Auf Grundlage der Erfassungsinformationen aus der Erfassungseinheit 110 kann der Motor 120 gedreht werden und so eine elektromotorische Gegenkraft erzeugen.
Der Motor 120 ist auf einer Seite der Lenkwelle 12 angebracht und dient dazu, einem Fahrer ein passendes Lenkgefühl zu vermitteln, indem er entsprechend einem von dem ECU 130 angelegten Steuersignal ein Reaktionsdrehmoment gegen die Lenkkraft des Fahrers erzeugt, die auf das Lenkrad 11 aufgebracht wird.
Ein derartiger Motor 120 kann einen 3-Phasenmotor und/oder einen 5-Phasenmotor aufweisen. Der Motor 120 ist jedoch nicht darauf beschränkt, kann aber beliebige Motoren umfassen, solange die Motoren eine Reaktionskraft auf das Lenkrad 11 aufbringen können.
1 veranschaulicht ein R-EPS (Rack-EPS) als SBW-System. Es kann jedoch auch ein hydraulisches EPS, ein CEPS (Column EPS), ein DP-EPS (Dual Pinion-EPS) und Ähnliches verwendet werden.
2 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Schalteinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, und 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Schalteinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezug auf 2 weist die Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen MCU (Mikrocontroller) 132, einen Netzschalter 210, eine Schalteinheit 220 und eine Schutzschaltungseinheit 230 auf.
Eine Batterie 150 versorgt in dem Fahrzeug eingebaute elektronische Steuereinrichtungen mit Strom. Im Allgemeinen kann die Batterie 150 12 V bis 24 V Gleichstrom liefern.
In der vorliegenden Offenbarung kann die Batterie 150 als reguläre Stromversorgung dienen und die Vorrichtung 200 zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads mit Strom versorgen, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Der Netzschalter 210 wird eingeschaltet und erhält so Strom aus der Batterie 150, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist.
Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, kann der MCU 132 nicht mit Strom versorgt werden, und der Netzschalter 210 kann mit einem Signal mit Low-Pegel eingeschaltet werden, das er von der ECU 130 empfängt, wobei das Signal mit Low-Pegel von einem Pulldown-Widerstand in dem ECU 130 festgelegt wird. Der Pulldown-Widerstand des ECU kann ein Widerstand sein, der als Standard zwischen dem MCU 132 und dem Netzschalter 210 festgelegt ist.
Wird die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet, kann der MCU 132 mit Strom versorgt werden und der Netzschalter 210 kann entsprechend einem Steuersignal vom MCU 132 ein- oder ausgeschaltet werden.
Ein derartiger Netzschalter 210 kann als verschiedene Schalter ausgeführt sein, beispielsweise ein PFET (P-Kanal-Feldeffekttransistor), NFET (N-Kanal-FET), Transistor und Relais. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch zur Beschreibung der Fall als Beispiel verwendet, in dem der Netzschalter 210 als PFET ausgeführt ist. Der Netzschalter 210 kann also ein PFET sein, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an den MCU 132 angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie 150 angeschlossen ist.
Wird die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet, wird der MCU 132 mit Strom versorgt. Wird der MCU 132 mit Strom versorgt, kann der MCU 132 ein Steuersignal mit einem hohen oder niedrigen Pegel ausgeben, wobei das Steuersignal so angelegt wird, dass damit das Ein-/Ausschalten des Netzschalters 210 gesteuert wird. Solange die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, kann also der MCU 132 das Ein-/Ausschalten des Netzschalters 210 je nach einem Fahrzustand/ausfallsicheren Zustand steuern. Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, wird ferner der MCU 132 nicht mit Strom versorgt. Ein (nicht dargestellter) Gatetreiber, der so eingerichtet ist, dass er den Betrieb des Motors 120 steuert, ist also ausgeschaltet. Deshalb ist auch ein Wechselrichter 134 ausgeschaltet und der Motor 120 wird nicht angesteuert. Da der MCU 132 mit Strom versorgt wird, während die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, kann ferner der MCU 132 das Ein-/Ausschalten des Netzschalters 210 in Abhängigkeit von einem Zustand (Ein-/Aus-Zustand oder ausfallsicherer Zustand) steuern und so den Motor 120 ansteuern.
Mit dem Motor 120 kann die Schalteinheit 220 verbunden sein. Wenn die Schalteinheit 220 Strom über den Netzschalter 210 erhält, kann sie eingeschaltet werden und so die Phasen des Motors 120 kurzschließen. Dann kann ein geschlossener Stromkreis zum Blockieren des Lenkrads 11 entstehen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Schalteinheit 220 auf das Lenkrad 11 ein Reaktionsdrehmoment aufbringen, damit das Lenkrad 11 blockiert wird. Das Reaktionsdrehmoment kann durch eine elektromotorische Gegenkraft bewirkt werden, die entsprechend einer Betätigung des Lenkrads 11 von dem Motor 120 im geschlossenen Stromkreis erzeugt wird.
Eine derartige Schalteinheit 220 kann einen oder mehrere Schalter aufweisen, die mit der jeweiligen Phase des Motors 120 elektrisch verbunden sind.
Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt ist, die Schalteinheit 220 drei Schalter aufweisen, die zwischen dem Wechselrichter 134 und den jeweiligen Phasen des Motors 120 parallelgeschaltet sind, z.B. ein erster Schalter, ein zweiter Schalter und ein dritter Schalter. Dabei kann die Schalteinheit 220 als verschiedene Schalter ausgeführt sein, beispielsweise PFET, NFET, Transistor und Relais. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch zur Beschreibung der Fall als Beispiel verwendet, in dem die Schalteinheit 220 als NFET ausgeführt ist. Jeder der Schalter der Schalteinheit 220 kann also als EFT ausgeführt werden, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung des Netzschalters 210 angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an die entsprechende Phase des Motors 120 angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an die Masse GND angeschlossen ist. Dabei kann jeder der Schalter der Schalteinheit 220 als NFET ausgeführt sein.
Wenn die Schalteinheit 220 beispielsweise einen ersten Schalter NFET1, einen zweiten Schalter NFET2 und einen dritten Schalter NFET3 aufweist, kann der erste Schalter NFET1 elektrisch an die Phase a des 3-Phasenmotors angeschlossen sein, kann der zweite Schalter NFET2 elektrisch an die Phase b des 3-Phasenmotors angeschlossen sein und kann der dritte Schalter NEFT3 elektrisch an die Phase c des 3-Phasenmotors angeschlossen sein.
Wenn die Schalter der Schalteinheit 220 Strom über den Netzschalter 210 erhalten, können sie eingeschaltet werden und so die jeweiligen Phasen des Motors 120 mit der Masse kurzschließen, wodurch ein geschlossener 3-Phasenstromkreis entsteht. Der geschlossene 3-Phasenstromkreis kann auf Grundlage einer elektromotorischen Gegenkraft, die entsprechend einer Betätigung des Lenkrads 11 von dem Motor 120 erzeugt wird, jede Phase des Motors 120 mit einem Strom versorgen.
Wenn der Motor 120 durch die Betätigung des Lenkrads 11 im geschlossenen 3-Phasenstromkreis, der durch Einschalten der Schalteinheit 220 entstanden ist, gedreht wird, kann der Motor 120 eine elektromotorische Gegenkraft erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt kann die elektromotorische Gegenkraft wirksam werden, wenn eine Stromversorgung mit jeder der Verdrahtungen des Motors 120 verbunden ist und jede der Verdrahtungen mit einem Strom versorgt. Wenn jede der Verdrahtungen mit dem Strom versorgt wird, kann der Motor 120 ein Reaktionsdrehmoment erzeugen. Der Motor 120 kann das erzeugte Reaktionsdrehmoment auf das Lenkrad 11 aufbringen. Der Motor 120 kann das Lenkrad 11 unter Einsatz des Reaktionsdrehmoments blockieren, sodass das Lenkrad 11 nicht gedreht wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das Reaktionsdrehmoment zum Blockieren des Lenkrads 11 auf Grundlage eines Untersetzungsverhältnisses (Wandlungsverhältnis eines Untersetzungsgetriebes der Säule) und eines durch die elektromotorische Gegenkraft des Motors 120 erzeugten Drehmoments erzeugt werden. Das Reaktionsdrehmoment zum Blockieren des Lenkrads 11 kann beispielsweise aus dem Produkt des Untersetzungsverhältnisses (Wandlungsverhältnis eines Untersetzungsgetriebes der Säule) und des von der elektromotorischen Gegenkraft des Motors 120 erzeugten Drehmoments erzeugt werden.
Wie in 4 veranschaulicht ist, kann die Schalteinheit 220 zwei Schalter aufweisen, die die Phasen des Motors 120 elektrisch verbinden. Zu diesem Zeitpunkt können die beiden Schalter (z.B. der erste Schalter und der zweite Schalter) elektrisch miteinander verbunden sein. Wenn die beiden Schalter Strom über den Netzschalter 210 erhalten, können sie eingeschaltet werden und bilden so einen geschlossenen Stromkreis. Eine derartige Schalteinheit 220 kann als verschiedene Schalter ausgeführt sein, beispielsweise PFET, NFET, Transistor und Relais.
Wenn die Schalteinheit 220 beispielsweise einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweist, kann der erste Schalter elektrisch zwischen der Phase a und der Phase b des 3-Phasenmotors 120 angeschlossen sein und der zweite Schalter kann elektrisch zwischen der Phase b und der Phase c des 3-Phasenmotors 120 angeschlossen sein. Auf diese Weise können der erste und zweite Schalter elektrisch miteinander verbunden sein.
Wenn sie über den Netzschalter 210 Strom erhalten, können der erste und zweite Schalter der Schalteinheit 220 eingeschaltet werden und elektrisch miteinander verbunden werden, und die Schalteinheit 220 kann über die elektrische Verbindung einen geschlossenen 3-Phasenstromkreis bilden. Der geschlossene 3-Phasenstromkreis kann auf Grundlage einer elektromotorischen Gegenkraft, die von dem Motor 120 entsprechend einer Betätigung des Lenkrads 11 erzeugt wird, jede Phase des Motors 120 mit einem Strom versorgen.
Wenn der Motor 120 durch die Betätigung des Lenkrads 11 im geschlossenen 3-Phasenstromkreis, der durch Einschalten der Schalteinheit 220 entstanden ist, gedreht wird, kann der Motor 120 eine elektromotorische Gegenkraft erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt kann die elektromotorische Gegenkraft wirksam werden, wenn eine Stromversorgung mit jeder der Verdrahtungen des Motors 120 verbunden ist und jede der Verdrahtungen mit einem Strom versorgt. Wenn jede der Verdrahtungen mit dem Strom versorgt wird, kann der Motor 120 ein Reaktionsdrehmoment erzeugen. Der Motor 120 kann das erzeugte Reaktionsdrehmoment auf das Lenkrad 11 aufbringen. Der Motor 120 kann das Lenkrad 11 unter Einsatz des Reaktionsdrehmoments blockieren, sodass das Lenkrad 11 nicht gedreht wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das Reaktionsdrehmoment zum Blockieren des Lenkrads 11 auf Grundlage eines Untersetzungsverhältnisses (Wandlungsverhältnis eines Untersetzungsgetriebes in der Säule) und eines von der elektromotorischen Gegenkraft des Motors 120 erzeugten Drehmoments erzeugt werden. Das Reaktionsdrehmoment zum Blockieren des Lenkrads 11 kann beispielsweise aus dem Produkt des Untersetzungsverhältnisses (Wandlungsverhältnis eines Untersetzungsgetriebes in der Säule) und des von der elektromotorischen Gegenkraft des Motors 120 erzeugten Drehmoments erzeugt werden.
Beim Empfang eines Steuersignals aus dem MCU 132, das dem Einschalten der Zündung des Fahrzeugs entspricht, kann die Schutzschaltungseinheit 230 die Schalteinheit 220 so steuern, dass sie unabhängig vom Betrieb des Netzschalters 210 nicht arbeitet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Schutzschaltungseinheit 230 als verschiedene Schalter ausgeführt sein, beispielsweise PFET, NFET, Transistor und Relais. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch zur Beschreibung der Fall als Beispiel verwendet, in dem die Schutzschaltungseinheit 230 als NFET ausgeführt ist.
Die Schutzschaltungseinheit 230 kann ein FET sein, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an den MCU 132 angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie 150 angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist. Dabei kann die Schutzschaltungseinheit 230 als NFET ausgeführt sein.
Wird die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet, wird das MCU 132 nicht mit Strom versorgt, sodass der MCU 132 nicht betrieben wird. Wenn jedoch die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet wird, kann der MCU 132 mit Strom versorgt werden, sodass der MCU 132 ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Netzschalters 210 und der Schutzschaltungseinheit 230 ausgibt. Das Steuersignal kann ein Signal mit High-Pegel und ein Signal mit Low-Pegel umfassen.
Wenn der MCU 132 ein Signal mit High-Pegel ausgibt, während die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, wird der Netzschalter 210 ausgeschaltet und die Schutzschaltungseinheit 230 wird eingeschaltet. Die Schalteinheit 220 wird also nicht betrieben. Beim Empfang des Signals mit High-Pegel aus dem MCU 132 kann also die Schutzschaltungseinheit 230 eingeschaltet werden und steuert so das Lenkrad 11, damit es nicht blockiert wird, während das Fahrzeug fährt.
Die Vorrichtung und das Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können also verhindern, dass sich das Lenkrad frei dreht, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Wenn ein Fahrer aufsteht und dabei das Lenkrad festhält oder das Lenkrad fester hält, kann also mit der Vorrichtung und dem Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads verhindert werden, dass das Fahrzeug rasch gelenkt wird, wodurch der Fahrer vor einer Verletzungsgefahr geschützt wird.
Mit der Vorrichtung und dem Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können im Vergleich zu einem System mit einer darin angewendeten mechanischen Vorrichtung (z.B. ein System mit Schloss und Schlüssel) die Fertigungskosten gesenkt werden.
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind zwar zur Veranschaulichung offenbart, jedoch erkennt der Fachmann, dass verschiedene Abwandlungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dass vom Umfang und Gedanken der Offenbarung laut Definition in den beigefügten Ansprüchen abgewichen wird. Der tatsächliche technische Umfang der Offenbarung soll also durch die folgenden Ansprüche definiert sein.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads, aufweisend: einen Netzschalter, der so eingerichtet ist, dass er Strom aus einer Batterie erhält, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist; und eine Schalteinheit, die mit einem Motor verbunden ist und eingeschaltet wird, wenn sie über den Netzschalter Strom erhält, und so eingerichtet ist, dass sie ein Lenkrad über einen geschlossenen Stromkreis blockiert, der durch Kurzschließen der Phasen des Motors entsteht.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 1, wobei, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet ist, der Netzschalter als Reaktion auf ein Signal mit Low-Pegel, welches an diesen angelegt wird, eingeschaltet wird, wobei das Signal mit Low-Pegel von einem Pulldown-Widerstand in einem ECU (Electronic Control Unit) als Standard festgelegt wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 2, wobei der Netzschalter als EFT (Electric Field Transistor) ausgeführt ist, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an einen MCU (Micro Controller Unit) angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie angeschlossen ist, und eingeschaltet wird, wenn das von dem Pulldown-Widerstand in dem ECU festgelegte Signal mit Low-Pegel an den Gate-Anschluss angelegt wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 1, wobei die Schalteinheit das Lenkrad blockiert, indem auf das Lenkrad ein Reaktionsdrehmoment aufgebracht wird, wobei das Reaktionsdrehmoment durch eine elektromotorische Gegenkraft bewirkt wird, die entsprechend einer Betätigung des Lenkrads von dem Motor in dem geschlossenen Stromkreis erzeugt wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 1, wobei die Schalteinheit einen oder mehrere Schalter aufweist, die jeweils mit der entsprechenden Phase des Motors elektrisch verbunden sind.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 5, wobei die Schalteinheit drei Schalter aufweist, die mit der jeweiligen Phase des Motors elektrisch verbunden sind, wobei die drei Schalter jeweils als EFT ausgeführt sind, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung des Netzschalters angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an die entsprechende Phase des Motors angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 5, wobei die Schalteinheit zwei Schalter aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie die Phasen des Motors elektrisch verbinden, wobei die beiden Schalter elektrisch miteinander verbunden sind und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 1, die ferner eine Schutzschaltungseinheit aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie die Schalteinheit so steuert, dass sie unabhängig vom Betrieb des Netzschalters nicht arbeitet, wenn von dem MCU ein Steuersignal empfangen wird, das dem Einschalten der Zündung des Fahrzeugs entspricht.
Vorrichtung zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 8, wobei die Schutzschaltungseinheit als EFT ausgeführt ist, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an den MCU angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung an der Batterie angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads, umfassend: Aufnehmen von Strom von einer Batterie über einen Netzschalter, der eingeschaltet wird, wenn die Zündung eines Fahrzeugs ausgeschaltet wird; und Blockieren eines Lenkrads über einen geschlossenen Stromkreis, der durch Kurzschließen von Phasen eines Motors entsteht, wenn eine mit dem Motor verbundene Schalteinheit eingeschaltet wird, wenn sie über den Netzschalter Strom erhält.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 10, wobei beim Aufnehmen des Stroms von der Batterie, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet wird, der Netzschalter als Reaktion auf ein Signal mit Low-Pegel, das an diesen angelegt wird, eingeschaltet wird, wobei das Signal mit Low-Pegel von einem Pulldown-Widerstand in einem ECU als Standard festgelegt wird.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 10, wobei beim Blockieren des Lenkrads die Schalteinheit das Lenkrad blockiert, indem auf das Lenkrad ein Reaktionsdrehmoment aufgebracht wird, wobei das Reaktionsdrehmoment durch eine elektromotorische Gegenkraft bewirkt wird, die entsprechend einer Betätigung des Lenkrads von dem Motor in dem geschlossenen Stromkreis erzeugt wird.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 10, wobei beim Blockieren des Lenkrads die Schalteinheit drei Schalter aufweist, die mit der jeweiligen Phase des Motors elektrisch verbunden sind, wobei die drei Schalter jeweils als EFT ausgeführt sind, der einen Gate-Anschluss, der elektrisch an eine Leitung des Netzschalters angeschlossen ist, einen Drain-Anschluss, der elektrisch an die entsprechende Phase des Motors angeschlossen ist, und einen Source-Anschluss aufweist, der an Masse angeschlossen ist, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 10, wobei beim Blockieren des Lenkrads die Schalteinheit zwei Schalter aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie die Phasen des Motors elektrisch verbinden, wobei die beiden Schalter elektrisch miteinander verbunden sind, und eingeschaltet werden, um den geschlossenen Stromkreis zu bilden, wenn Strom durch den Netzschalter erhalten wird.
Verfahren zur Steuerung des Blockierens eines Lenkrads nach Anspruch 10, ferner umfassend das Steuern, durch eine Schutzschaltungseinheit, der Schalteinheit, dass sie unabhängig von dem Betrieb des Netzschalters nicht arbeitet, wenn von einem MCU ein Steuersignal empfangen wird, das dem Einschalten der Zündung des Fahrzeugs entspricht.