DE102021204207A1 - Steer-by-wire steering system for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Eine Steer-by-wire-Lenkung (1) für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkungshandhabe (2) zur Eingabe eines Lenkbefehls durch einen Fahrer, ein Lenkgetriebe (3) zur mechanischen Kopplung mit lenkbaren Fahrzeugrädern (4), einen Elektromotor (5) zum Antrieb des Lenkgetriebes (3), einen Haptikaktuator (7), der mit der Lenkungshandhabe (2) mechanisch gekoppelt ist, um eine Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe (2) zu simulieren, eine Steuereinrichtung (8), die derart konfiguriert ist, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor (5) zur Bewirkung einer entsprechenden Lenkbetätigung der Fahrzeugräder (4) anzusteuern sowie den Haptikaktuator (7) zur Erzeugung einer korrespondierenden Lenkungsrückwirkung zu veranlassen, wobei über die von Haptikaktuator (7) bereitgestellte Lenkungsrückwirkung ferner ein Endanschlag für einen maximalen Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) simuliert wird. Die Steuereinrichtung (8) ist derart konfiguriert, dass ein temperaturbedingter Leistungsabfall des Elektromotors (5) erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors (5) mit zunehmendem Leistungsabfall der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) bis zum Erreichen des über die Lenkungsrückwirkung simulierten Endanschlags verringert wird.A steer-by-wire steering system (1) for a motor vehicle comprises a steering handle (2) for a driver to input a steering command, a steering gear (3) for mechanical coupling to steerable vehicle wheels (4), and an electric motor (5) for driving of the steering gear (3), a haptic actuator (7) which is mechanically coupled to the steering handle (2) in order to simulate a steering reaction on the steering handle (2), a control device (8) which is configured in such a way that, depending on the the driver's steering command to activate the electric motor (5) to effect a corresponding steering actuation of the vehicle wheels (4) and to cause the haptic actuator (7) to generate a corresponding steering reaction, with the steering reaction provided by the haptic actuator (7) also triggering an end stop for a maximum actuation path of the Steering handle (2) is simulated. The control device (8) is configured in such a way that a temperature-related drop in power of the electric motor (5) is detected and, depending on the recorded temperature-related drop in power of the electric motor (5), with an increasing drop in power, the maximum actuating travel of the steering handle (2) until the via the steering reaction is reached simulated end stop is reduced.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steer-by-wire-Lenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkungshandhabe zur Eingabe eines Lenkbefehls durch einen Fahrer, ein Lenkgetriebe zur mechanischen Kopplung mit lenkbaren Fahrzeugrädern, einen Elektromotor zum Antrieb des Lenkgetriebes, einen Haptikaktuator, der mit der Lenkungshandhabe mechanisch gekoppelt ist, um eine Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe zu simulieren, eine Steuereinrichtung, die derart konfiguriert ist, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor zur Bewirkung einer entsprechenden Lenkbetätigung der Fahrzeugräder anzusteuern sowie den Haptikaktuator zur Erzeugung einer korrespondierenden Lenkungsrückwirkung zu veranlassen, wobei über die von Haptikaktuator bereitgestellte Lenkungsrückwirkung ferner ein Endanschlag für einen maximalen Betätigungsweg der Lenkungshandhabe simuliert wird.The invention relates to a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, comprising a steering handle for inputting a steering command by a driver, a steering gear for mechanical coupling to steerable vehicle wheels, an electric motor for driving the steering gear, a haptic actuator which is connected to the The steering handle is mechanically coupled in order to simulate a steering reaction on the steering handle, a control device which is configured in such a way as to activate the electric motor to effect a corresponding steering operation of the vehicle wheels as a function of the driver's steering command and to cause the haptic actuator to generate a corresponding steering reaction, wherein Furthermore, an end stop for a maximum actuation path of the steering handle is simulated via the steering reaction provided by the haptic actuator.

Eine Steer-by-Wire-Lenkung umfasst als Teilsystem zum einen ein Lenksäulenmodul mit Lenkungshandhabe und Haptikaktuator, bisweilen auch als Force-Feedback-Aktuator bezeichnet, sowie ein Lenkgetriebemodul mit dem eigentlichen Lenkgetriebe und angeschlossenem Elektromotor. Beide Module werden durch eine Steuereinrichtung angesteuert, welche ein- oder mehrteilig ausgeführt sein kann.A steer-by-wire steering system includes a steering column module with steering handle and haptic actuator, sometimes also referred to as a force feedback actuator, as well as a steering gear module with the actual steering gear and connected electric motor. Both modules are controlled by a control device, which can be designed in one or more parts.

Charakteristisch für eine Steer-by-Wire-Lenkung ist, dass zwischen dem Lenksäulenmodul und dem Lenkgetriebemodul im Unterschied zu herkömmlichen Lenkungen keine mechanische Verbindung besteht. Gleichwohl muss Lenkgetriebemodul stets in der Lage sein, den einen vom Fahrer angeforderten Lenkbefehl, insbesondere einen Lenkradwinkel in Abhängigkeit einer virtuellen Übersetzung umzusetzen, um dementsprechend eine Lenkbetätigung der Fahrzeugräder herbeizuführen. Die Lenkübersetzung wird dabei softwaretechnisch durch die Steuereinrichtung vorgegeben. Diese kann fest, jedoch auch variabel sein, beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden.It is characteristic of steer-by-wire steering that there is no mechanical connection between the steering column module and the steering gear module, in contrast to conventional steering systems. Nevertheless, the steering gear module must always be able to implement the one steering command requested by the driver, in particular a steering wheel angle, as a function of a virtual translation in order to bring about a steering actuation of the vehicle wheels accordingly. The steering ratio is specified by the control device in terms of software. This can be fixed, but it can also be variable, for example it can be changed as a function of the driving speed of the vehicle.

Auch ein maximaler Einschlag der Fahrzeugräder, im Folgenden auch als Endanschlag bezeichnet, kann softwaretechnisch über die Steuereinrichtung vorgegeben werden, wie dies beispielsweise in US 7325644 B2 beschrieben ist. Der Haptikaktuator wird dazu derart angesteuert, um im Bereich der gewünschten Endabschlagposition der Betätigung der Lenkungshandhabe einen so großen Widerstand entgegenzusetzen, dass der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe für den Fahrer hierdurch praktisch begrenzt wird. Ein mechanischer Endanschlag, sei es auf Seiten des Lenksäulenmoduls oder auf Seiten Lenkgetriebemodul, kann dementsprechend entfallen.A maximum deflection of the vehicle wheels, also referred to below as the end stop, can also be specified by software via the control device, as is the case, for example, in US7325644B2 is described. For this purpose, the haptic actuator is controlled in such a way that in the area of the desired end deflection position the actuation of the steering handle opposes such a great resistance that the maximum actuation travel of the steering handle for the driver is thereby practically limited. A mechanical end stop, whether on the side of the steering column module or on the side of the steering gear module, can therefore be omitted.

Wird die Lenkungshandhabe durch den Fahrer in den Bereich ihres maximalen Betätigungswegs bewegt, beispielsweise ein Lenkrad maximal eingeschlagen, wird dem Elektromotor des Lenkgetriebemoduls eine hohe Leistung abverlangt.If the steering handle is moved by the driver into the area of its maximum actuation path, for example if a steering wheel is turned to the maximum, the electric motor of the steering gear module requires a high level of performance.

Beim normalen Fahren tritt dieser Zustand selten auf. Anders verhält sich dies jedoch beim Rangieren oder Parkieren, wo vom Fahrer große Lenkradeinschläge über eine längere Zeitdauer aufrechterhalten werden. Hierbei kann es zu einer signifikanten Erwärmung des Elektromotors des Lenkgetriebemoduls kommen, welche unerwünscht ist.This condition rarely occurs during normal driving. However, this is different when maneuvering or parking, where the driver maintains large steering wheel angles over a longer period of time. This can lead to significant heating of the electric motor of the steering gear module, which is undesirable.

Aus US 7234563 B2 ist in diesem Zusammenhang für eine gattungsgemäße Lenkung bekannt, den Motorstrom des Elektromotors des Lenkgetriebemoduls zu verringern und gleichzeitig den vom Haptikaktuator bereitgestellten Widerstand zu erhöhen.Out of US7234563B2 is known in this context for a generic steering to reduce the motor current of the electric motor of the steering gear module and at the same time to increase the resistance provided by the haptic actuator.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Alternativen Ansatz zur Vermeidung einer Motorüberhitzung aufzuzeigen.The present invention is based on the object of demonstrating an alternative approach to avoiding engine overheating.

Hierzu wird gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, bei einer Steer-by-wire-Lenkung der eingangs genannten Art die Steuereinrichtung derart zu konfigurieren, dass ein temperaturbedingter Leistungsabfall des Elektromotors erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors mit zunehmendem Leistungsabfall der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe bis zum Erreichen des über die Lenkungsrückwirkung simulierten Endanschlags verringert wird.For this purpose, it is proposed according to patent claim 1, in the case of a steer-by-wire steering system of the type mentioned at the outset, to configure the control device in such a way that a temperature-related drop in power of the electric motor is detected and, depending on the recorded temperature-related drop in power of the electric motor with an increasing drop in power, the maximum actuation path of the Steering handle is reduced until it reaches the end stop simulated by the steering reaction.

Diese Verschiebung des Software-Endschlags zu kleineren Betätigungswegen der Lenkungshandhabe hin führt dazu, dass der Fahrer nicht mehr so hohe Betätigungswege anfordern kann und somit der Elektromotor des Lenkgetriebemoduls entlastet wird, sich also nicht mehr so stark erwärmt. Dies stellt letztlich sicher, dass der Zusammenhang zwischen maximalem Betätigungsweg der lenkungshandhabe Radlenkwinkel auch bei hochbelastenden Rangier- und Parkiermanövern bestmöglich gewährleistet wird.This shift of the software end stop towards smaller actuation paths of the steering handle means that the driver can no longer request such large actuation paths and the load on the electric motor of the steering gear module is relieved, i.e. it no longer heats up as much. Ultimately, this ensures that the connection between the maximum actuation path and the steering handle wheel steering angle is guaranteed in the best possible way, even during highly stressful maneuvering and parking.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.Special embodiments of the invention are the subject of further patent claims.

Der Leistungsabfall kann beispielsweise sehr einfach indirekt über eine Temperaturmessung ermittelt werden. Dazu kann an dem Elektromotor eine Temperaturmesseinrichtung angeordnet sein, die mit der Steuereirichtung verbunden ist, um ein Temperaturmesssignal an der Steuereinrichtung bereitzustellen.The drop in performance can, for example, be determined very easily indirectly via a temperature measurement. For this purpose, a temperature measuring device can be arranged on the electric motor is connected to the control device in order to provide a temperature measurement signal to the control device.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart können jedoch alternativ oder ergänzend Mittel zur Leistungserfassung des Elektromotors vorgesehen und mit der Steuereirichtung verbunden sein, um die erfasste Leistung an der Steuereinrichtung bereitzustellen.According to a further special embodiment, however, alternatively or additionally, means for measuring the power of the electric motor can be provided and connected to the control device in order to provide the measured power to the control device.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die Lenkungshandhabe ein Lenkrad und der Haptikaktuator derart mit dem Lenkrad gekoppelt, um im Rahmen der Lenkungsrückwirkung an dem Lenkrad ein dessen Betätigung entgegengerichtetes Moment aufzubringen. Der Haptikaktuator kann hierzu einen eigenen Elektromotor aufweisen, der entsprechend bestromt wird.According to a further special embodiment of the invention, the steering handle is a steering wheel and the haptic actuator is coupled to the steering wheel in such a way that, as part of the steering reaction, a torque is applied to the steering wheel that opposes its actuation. For this purpose, the haptic actuator can have its own electric motor, which is correspondingly energized.

Ferner können mit zunehmendem Leistungsabfall bei einer geringeren Lenkradwinkeleingabe am Lenkrad durch den Haptikaktuator höhere Gegenmomente aufgebracht werden als in einem Zustand ohne Leistungsabfall. Auch hierdurch wird die Leistungsanforderung an den Elektromotor des Lenkgetriebemoduls tendenziell verringert, und zwar bereits vor Erreichen des Endanschlags.Furthermore, with an increasing drop in power and a lower steering wheel angle input on the steering wheel, higher counter-torques can be applied by the haptic actuator than in a state without a drop in power. This also tends to reduce the power demand on the electric motor of the steering gear module, specifically before the end stop is reached.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist der Endanschlag durch einen signifikanten Anstieg des Gegenmoments über dem Lenkradwinkel realisiert. Dies lässt sich in der Steuereirichtung rein softwaretechnisch implementieren und dementsprechend einfach an unterschiedliche Fahrzeuge anpassen.According to a further special embodiment, the end stop is realized by a significant increase in the counter-torque over the steering wheel angle. This can be implemented purely in terms of software in the control device and can accordingly be easily adapted to different vehicles.

Die Begrenzung des maximalen Betätigungswegs der Lenkungshandhabe in Abhängigkeit des temperaturbedingten Leistungsabfalls kann stufenweise erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe eine mathematisch stetige Funktion des temperaturbedingten Leistungsabfalls ist, um eine präzisere Berücksichtigung des Erwärmungsverhaltens zu ermöglichen.The limitation of the maximum actuation travel of the steering handle depending on the temperature-related drop in performance can take place in stages. However, it is also possible for the maximum actuation travel of the steering handle to be a mathematically constant function of the temperature-related power drop, in order to enable the heating behavior to be taken into account more precisely.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist ein Deratingmodul zur Beurteilung des temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors am Lenkgetriebe oder Elektromotor angeordnet und derart konfiguriert, um der Steuereinrichtung eine entsprechende Zustandsmitteilung zu übermitteln.According to a further particular embodiment of the invention, a derating module for assessing the temperature-related drop in power of the electric motor is arranged on the steering gear or electric motor and is configured in such a way as to transmit a corresponding status message to the control device.

Ferner ist es möglich, einen bevorstehenden Leistungsabfall prognostisch zu erkennen und dementsprechend vorgreiflich den maximalen Betätigungsweg zu beschränken bzw. den Endanschlag zu verschieben. Hierzu können am Fahrzeug verfügbare Zustandsparameter des Fahrzeugs ausgewertet werden. Eine entsprechende Funktionalität kann beispielsweise in der Steuereinrichtung oder auch im Deratingmodul implementiert sein.It is also possible to prognostically recognize an impending drop in performance and accordingly to limit the maximum actuation travel or to shift the end stop in advance. For this purpose, state parameters of the vehicle that are available on the vehicle can be evaluated. A corresponding functionality can be implemented, for example, in the control device or also in the derating module.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Steer-by-wire-Lenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Lenkungsrückwirkung des Haptikaktuators von Betätigungsweg der Lenkungshandhabe im Normalbetrieb, und in
  • 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Verschiebung des Endanschlags für verschiedene Derating-Stufen relativ zum Normalbetrieb.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment illustrated in the drawing. The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of a steer-by-wire steering for a motor vehicle according to a possible embodiment of the invention,
  • 2 a diagram to illustrate the dependency of the steering reaction of the haptic actuator on the actuation path of the steering handle in normal operation, and in
  • 3 a schematic representation to illustrate the displacement of the end stop for different derating stages relative to normal operation.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Steer-by-wire-Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug.The exemplary embodiment shows a steer-by-wire steering system 1 for a motor vehicle.

Die Steer-by-wire-Lenkung 1 umfasst eine Lenkungshandhabe 2 als Benutzerschnittstelle, über welche ein Fahrer einen Lenkbefehl eingeben kann. Die Lenkungshandhabe 2 ist vorzugsweise als Lenkrad ausgebildet, an dem der Fahrer durch Drehen einen Lenkbefehl Form eines Lenkradwinkels a eingeben kann. Jedoch werden unter einer Lenkungshandhabe 2 auch andere Eingabemittel wie beispielsweise Joysticks oder dergleichen verstanden.The steer-by-wire steering system 1 includes a steering handle 2 as a user interface, via which a driver can enter a steering command. The steering handle 2 is preferably designed as a steering wheel, on which the driver can enter a steering command in the form of a steering wheel angle α by turning it. However, a steering handle 2 is also understood to mean other input means such as joysticks or the like.

Weiterhin umfasst die Steer-by-wire-Lenkung 1 ein Lenkgetriebe 3, das mit lenkbaren Fahrzeugrädern 4 mechanisch koppelbar ist und durch einen Elektromotor 5 angetrieben. Das Lenkgetriebe 3 kann eine mit den Fahrzeugrädern 4 mechanisch gekoppelte Lenkstange 6 aufweisen, welche durch den Elektromotor 5 axial verlagerbar ist. Jedoch sind auch andere Typen fremdkraftbetriebener Lenkgetriebe 3 möglich, welche an den lenkbaren Fahrzeugrädern 4 auf mechanischem Weg einen Lenkeinschlag zu bewirken imstande sind. In der Regel sind an einem Kraftfahrzeug die lenkbaren Fahrzeugräder 4 Vorderräder. Ein Lenken kann jedoch auch über die Hinterräder oder über sämtliche Fahrzeugräder realisiert werden.Furthermore, the steer-by-wire steering system 1 includes a steering gear 3 which can be mechanically coupled to steerable vehicle wheels 4 and is driven by an electric motor 5 . The steering gear 3 can have a steering rod 6 which is mechanically coupled to the vehicle wheels 4 and which can be displaced axially by the electric motor 5 . However, other types of externally powered steering gears 3 are also possible, which are capable of causing a steering angle on the steerable vehicle wheels 4 by mechanical means. As a rule, the steerable vehicle wheels 4 are front wheels on a motor vehicle. However, steering can also be implemented via the rear wheels or via all vehicle wheels.

Die Steer-by-wire-Lenkung 1 umfasst ferner einen Haptikaktuator 7, der mit der Lenkungshandhabe 2 mechanisch gekoppelt ist, um eine Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe 2 zu simulieren, da die Lenkungshandhabe 2 mit dem Lenkgetriebe 3 mechanisch nicht gekoppelt ist. Über den Haptikaktuator 7 wird bei der Betätigung der Lenkungshandhabe 2 durch den Fahrer ein in der Regel der Betätigung entgegengerichteter Widerstand erzeugt, welcher in Abhängigkeit eines Betätigungswegs der Lenkungshandhabe 2 variabel gestaltet sein kann. Es sind jedoch auch Situationen möglich, in welchen eine die Betätigung des Fahrers fördernde, d.h. gleichgerichtete Unterstützung erfolgt.The steer-by-wire steering system 1 also includes a haptic actuator 7 which is mechanically coupled to the steering handle 2 in order to simulate a steering reaction on the steering handle 2 since the steering handle 2 is not mechanically coupled to the steering gear 3 . When the driver actuates the steering handle 2, the haptic actuator 7 generates an in generally the actuation counteracting resistance generated, which can be made variable depending on an actuation path of the steering handle 2. However, situations are also possible in which the actuation of the driver is promoted, ie rectified support takes place.

Über den Haptikaktuator 7 kann weiterhin eine aktive Rückstellung der ausgelenkten Lenkungshandhabe 2 in eine Ausgangsstellung bewirkt werden.The haptic actuator 7 can also be used to actively return the deflected steering handle 2 to a starting position.

Überdies wird vorliegend über die von Haptikaktuator 7 bereitgestellte Lenkungsrückwirkung ein Endanschlag für einen maximalen Betätigungsweg der Lenkungshandhabe 2 simuliert. Ein Beispiel für eine Lenkrückwirkungskennlinie eines Haptikaktuators ist in 2 beispielhaft dargestellt. Diese zeigt den Verlauf eines vom Haptikaktuator 7 generierten Lenkwiderstands in Form eines Moments als mathematische Funktion des Lenkradwinkels a bzw. des Betätigungswegs der Lenkungshandhabe 2. Mit zunehmendem Lenkradwinkel a steigt das Moment des Haptikaktuators 7 an.In addition, an end stop for a maximum actuation path of the steering handle 2 is simulated here via the steering reaction provided by the haptic actuator 7 . An example of a steering reaction characteristic of a haptic actuator is in 2 shown as an example. This shows the course of a steering resistance generated by the haptic actuator 7 in the form of a moment as a mathematical function of the steering wheel angle a or the actuation path of the steering handle 2. With increasing steering wheel angle a, the moment of the haptic actuator 7 increases.

Zur Begrenzung eines maximalen Radeinschlags ist der vom Haptikaktuator 7 bereitgestellte Widerstand im Bereich entsprechender Endanschlagposition (+αmax,-αmax) so groß gewählt, dass der Fahrer den Betätigungsweg der Lenkungshandhabe 2 nicht vergrößern kann. Dementsprechend kann auch kein größerer Radeinschlagwinkel über den Elektromotor 5 und das Lenkgetriebe 3 eingestellt werden. Auf einen mechanischen Lenkanschlag am Lenkgetriebe 3 kann daher gegebenenfalls verzichtet werden.To limit a maximum wheel deflection, the resistance provided by the haptic actuator 7 in the area of the corresponding end stop position (+α max , −α max ) is selected to be so great that the driver cannot increase the actuating travel of the steering handle 2 . Accordingly, no larger wheel lock angle can be adjusted via the electric motor 5 and the steering gear 3 . A mechanical steering stop on the steering gear 3 can therefore possibly be dispensed with.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie bereits erwähnt, der Betätigungsweg ein Lenkradwinkel a, welcher mit einem entsprechenden Lenkstangenweg s der Lenkstange 6 korrespondiert. Wie 2 entnommen werden kann, steigt das vom Haptikaktuator 7 generierte Moment M im Bereich der Endanschlagpositionen über dem Lenkradwinkel a signifikant an. As already mentioned, in the present exemplary embodiment the actuation path is a steering wheel angle a, which corresponds to a corresponding steering rod path s of the steering rod 6 . As 2 can be removed, the moment M generated by the haptic actuator 7 increases significantly in the area of the end stop positions over the steering wheel angle a.

Weiterhin umfasst die Steer-by-wire-Lenkung 1 eine Steuereinrichtung 8 zur Ansteuerung des Elektromotors 5 sowie des Haptikaktuators 7 in Abhängigkeit eines fahrerseitigen Lenkbefehls sowie gegebenenfalls weiterer Fahrzeugparameter x.Furthermore, the steer-by-wire steering system 1 includes a control device 8 for controlling the electric motor 5 and the haptic actuator 7 as a function of a driver's steering command and possibly other vehicle parameters x.

Die Steuereinrichtung 8 ist insbesondere derart konfiguriert, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor 5 zur Bewirkung einer entsprechenden Lenkbetätigung der Fahrzeugräder 4 anzusteuern sowie den Haptikaktuator 7 zur Erzeugung einer korrespondierenden Lenkungsrückwirkung zu veranlassen. Diese Lenkungsrückwirkung beinhaltet den vorstehend bereits erwähnten Endabschlag, welcher softwaretechnisch in der Steuereinrichtung 8 durch entsprechende Kennliniengestaltung für die Ansteuerung des Haptikaktuators 7 hinterlegt ist. 2 zeigt hierfür lediglich ein einfaches Beispiel für eine Rückwirkungskennlinie in Abhängigkeit des Betätigungswegs der Lenkungshandhabe. Der Verlauf der Kennlinie kann jedoch durch weitere Fahrzeugparameter wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit modifiziert werden. Anstelle einer konstanten Lenkübersetzung kann die Lenkübersetzung auch variabel sein.The control device 8 is in particular configured in such a way that, depending on the driver's steering command, it actuates the electric motor 5 to effect a corresponding steering actuation of the vehicle wheels 4 and causes the haptic actuator 7 to generate a corresponding steering reaction. This steering reaction includes the end deflection already mentioned above, which is stored in software in the control device 8 by means of a corresponding characteristic curve design for the activation of the haptic actuator 7 . 2 shows only a simple example of a reaction characteristic depending on the actuation path of the steering handle. However, the course of the characteristic curve can be modified by other vehicle parameters such as the driving speed. Instead of a constant steering ratio, the steering ratio can also be variable.

Wird die Lenkung 1 länger im Bereich des Endanschlags betrieben, ist die Leistungsanforderung an den Elektromotor 5 sehr hoch.If the steering system 1 is operated in the area of the end stop for a longer period of time, the power demand on the electric motor 5 is very high.

Vor allem beim Rangieren oder Parkieren kann es zu einer signifikanten Erwärmung des Elektromotors 5 des Lenkgetriebes 3 kommen. Ab einem gewissen Grad müssen interne Bauteil-Schutz-Mechanismen wirken und der Elektromotor 5 gelangt in ein sogenanntes Derating, einen temperaturbedingten Leistungsabfall.Significant heating of the electric motor 5 of the steering gear 3 can occur, especially when maneuvering or parking. Above a certain degree, internal component protection mechanisms have to take effect and the electric motor 5 comes into what is known as derating, a temperature-related drop in performance.

Die Steuereinrichtung 8 ist vorliegend derart konfiguriert, dass ein solcher temperaturbedingter Leistungsabfall des Elektromotors 5 erfasst wird. In Abhängigkeit des erfassten temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors 5 wird mit zunehmendem Leistungsabfall der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe 2 bis zum Erreichen des simulierten Endanschlags verringert.In the present case, the control device 8 is configured in such a way that such a temperature-related drop in power of the electric motor 5 is detected. Depending on the detected temperature-related drop in power of the electric motor 5, the maximum actuation path of the steering handle 2 is reduced with an increasing drop in power until the simulated end stop is reached.

Hierdurch verschiebt sich die Endanschlagposition zu betragsmäßig kleineren maximalen Betätigungswegen a sowie Lenkstangenwegen s, wie dies in 3 für zwei Derating-Stufen beispielhaft dargestellt ist. Der in 3 für den Normalbetrieb und die Derating-Stufen gezeigte signifikante Anstieg des Moments M verlagert sich zu betragsmäßig kleineren Lenkradwinkeln a. Mit anderen Worten, wird ein Leistungsabfall des Elektromotors 5 erkannt, wir der maximal mögliche Radeinschlag über die Verschiebung des softwaretechnischen Endanschlags beim Rangieren oder Parkieren temporär etwas zurückgenommen, um den Elektromotor 5 zu entlasten und ein weiteres Derating zu verhindern. Fällt das Derating ab, beispielsweise weil der Elektromotor 5 abkühlt, sind beim Rangieren und Parkieren wieder größere Radeinschläge darstellbar.As a result, the end stop position is shifted to smaller maximum actuation travels a and handlebar travels s, as shown in 3 is shown as an example for two derating stages. the inside 3 The significant increase in torque M shown for normal operation and the derating stages shifts to steering wheel angles a that are smaller in terms of absolute value. In other words, if a drop in performance of the electric motor 5 is detected, the maximum possible wheel deflection is temporarily reduced somewhat by shifting the software end stop when maneuvering or parking, in order to relieve the electric motor 5 and prevent further derating. If the derating drops, for example because the electric motor 5 cools down, greater wheel deflections can be displayed again when maneuvering and parking.

Dies stellt sicher, dass der Zusammenhang zwischen Lenkrad- und Radeinschlagwinkel auch bei hochbelastenden Lenkmanövern bestmöglich gewährleistet wird. Das adaptive Verhalten vermeidet eine ansonsten erforderliche größere Dimensionierung des Elektromotors 5, welche für die meisten Lenksituationen jedoch unnötig wäre. Dies hebt das Potential einer kleineren Dimensionierung des Elektromotors 5 des Lenkgetriebes 3 und spart somit Kosten.This ensures that the connection between the steering wheel and wheel lock angle is guaranteed as best as possible, even during highly stressful steering manoeuvres. The adaptive behavior avoids a larger dimensioning of the electric motor 5 that would otherwise be required, but which would be unnecessary for most steering situations. This raises the potential of downsizing the Elect romotors 5 of the steering gear 3 and thus saves costs.

In einer Ausführungsvariante kann ein Deratingmodul 9 zur Beurteilung des temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors 5 am Lenkgetriebe 3 oder Elektromotor 5 angeordnet sein. Das Deratingmodul 9 ist derart konfiguriert, um der Steuereinrichtung 8 eine entsprechende Zustandsmitteilung Z zu übermitteln.In one embodiment variant, a derating module 9 can be arranged on the steering gear 3 or electric motor 5 to assess the temperature-related drop in power of the electric motor 5 . The derating module 9 is configured in such a way that it transmits a corresponding status message Z to the control device 8 .

Beim Erkennen eines Deratings des Elektromotors 5 des Lenkgetriebes 3 teilt das Deratingmodul 9 dem Haptikaktuator 7, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Steuereinrichtung 8, seinen Betriebszustand Z mit. Daraufhin reagiert die Lenkung 1 mit einer Anpassung des Software-Endschlags.When a derating of the electric motor 5 of the steering gear 3 is detected, the derating module 9 communicates its operating state Z to the haptic actuator 7, optionally with the interposition of the control device 8. The steering system 1 then reacts by adapting the software end stop.

Dies bedeutet, dass dem Fahrer schon bei einer geringeren Lenkradwinkeleingabe so hohe Gegenmomente entgegengebracht werden, welche das Gefühl eines festen Anschlags vermitteln.This means that the driver is already faced with such high counter-torques at a low steering wheel angle input that they give the feeling of a firm stop.

Ein bevorstehendes Derating kann auch prognostisch ermittelt werden, um frühzeitig den maximalen Betätigungsweg zu beschränken und den Software-Endanschlag zu verschieben. Zur Ermittlung können Zustandsparameter x des Fahrzeugs herangezogen werden. Eine entsprechende Funktionalität kann, sofern vorhanden, im Deratingmodul 9 implementiert sein, jedoch beispielsweise auch in der Steuereinrichtung 8 oder an anderer Stelle abgelegt sein.An impending derating can also be determined prognostically in order to limit the maximum actuation travel at an early stage and to shift the software end stop. State parameters x of the vehicle can be used for the determination. A corresponding functionality, if present, can be implemented in the derating module 9, but can also be stored in the control device 8 or elsewhere, for example.

In einer Ausführungsvariante kann zur Feststellung und/oder Prognose eines temperaturbedingten Leistungsabfalls eine Temperaturmesseinrichtung 10 an dem Elektromotor 5 angeordnet sein, die mit der Steuereirichtung 8 verbunden ist, um ein Temperaturmesssignal T an der Steuereinrichtung 8 bereitzustellen.In one embodiment variant, a temperature measuring device 10 can be arranged on the electric motor 5 to determine and/or predict a temperature-related drop in performance, which is connected to the control device 8 in order to provide a temperature measurement signal T to the control device 8 .

Ferner können Mittel 11 zur Leistungserfassung des Elektromotors 5 vorgesehen und mit der Steuereirichtung verbunden sein, um die erfasste Leistung P an der Steuereinrichtung 8 bereitzustellen. Beispielsweise können dazu Strom, Spannung, Drehmoment und/oder Drehzahl des Elektromotors 5 ausgelesen werdenFurthermore, means 11 for detecting the power of the electric motor 5 can be provided and connected to the control device in order to make the detected power P available to the control device 8 . For example, the current, voltage, torque and/or speed of the electric motor 5 can be read out for this purpose

Neben einer Verschiebung der Endanschlagposition können mit zunehmendem Leistungsabfall bei einem geringeren Betätigungsweg an der Lenkungshandhabe 2, insbesondere einer geringeren Lenkradwinkeleingabe am Lenkrad, durch den Haptikaktuator 7 höhere Gegenmomente aufgebracht werden als in einem Zustand ohne Leistungsabfall. Auch dies trägt tendenziell dazu bei, dass der Fahrer kleinere Betätigungswege vorzugibt, wodurch die Leistungsanforderung an den Elektromotor 5 temporär zu reduziert wird.In addition to shifting the end stop position, higher counter-torques can be applied by the haptic actuator 7 with an increasing drop in power with a smaller actuation path on the steering handle 2, in particular a lower steering wheel angle input on the steering wheel, than in a state without a drop in power. This also tends to contribute to the driver specifying smaller actuation paths, as a result of which the power demand on the electric motor 5 is temporarily reduced.

Wie 3 zeigt, kann die Begrenzung des maximalen Betätigungswegs der Lenkungshandhabe 2 eine Abhängigkeit des temperaturbedingten Leistungsabfalls stufenweise erfolgen. In 3 sind hierzu zwei Derating-Stufen gezeigt. Die Anzahl der Stufen kann jedoch auch kleiner oder größer gewählt werden. Der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe 2 kann jedoch auch stufenlos als eine mathematisch stetige Funktion des temperaturbedingten Leistungsabfalls vorgegeben sein.As 3 shows, the maximum actuation travel of the steering handle 2 can be limited in stages as a function of the temperature-related drop in performance. In 3 two derating stages are shown for this. However, the number of stages can also be selected to be smaller or larger. However, the maximum actuation path of the steering handle 2 can also be specified steplessly as a mathematically constant function of the temperature-related drop in performance.

Die Erfindung ermöglicht mit einfachen Mittel die Verwendung eines kleinen Elektromotors 5 im Lenkgetriebemodul aus Lenkgetriebe 3 und Elektromotor 5 einer Steer-by-wire-Lenkung 1 und vermeidet eine zu starke Erwärmung desselben bei hoher Leistungsanforderung.The invention enables the use of a small electric motor 5 in the steering gear module consisting of steering gear 3 and electric motor 5 of a steer-by-wire steering system 1 with simple means and avoids excessive heating of the same when there is a high power requirement.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und -varianten näher erläutert. Diese dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele, -varianten und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention was explained in more detail above on the basis of various exemplary embodiments and variants. These serve to demonstrate the feasibility of the invention. Individual technical features that have been explained above in the context of other individual features can also be implemented independently of these and in combination with other individual features, even if this is not expressly described, as long as this is technically possible. The invention is therefore expressly not limited to the specifically described exemplary embodiments, variants and modifications, but rather includes all configurations defined by the patent claims.

Bezugszeichenlistereference list

11
Steer-by-wire-LenkungSteer-by-wire steering
22
Lenkungshandhabesteering handle
33
Lenkgetriebesteering gear
44
Fahrzeugradvehicle wheel
55
Elektromotorelectric motor
66
Lenkstangehandlebar
77
Haptikaktuatorhaptic actuator
88th
Steuereinrichtungcontrol device
99
Deratingmodulderating module
1010
Temperaturmesseinrichtungtemperature measuring device
1111
Mittel zur Leistungserfassung des ElektromotorsMeans for measuring the power of the electric motor
aa
Lenkradwinkel (Betätigungsweg)Steering wheel angle (actuation travel)
+/-amax+/-amax
maximaler Betätigungsweg/Endanschlagpositionmaximum actuation travel/end stop position
i1i1
Motorstrom des Elektromotors 5Motor current of the electric motor 5
i2i2
Motorstrom des Haptikaktuators 7Motor current of the haptic actuator 7
ss
Lenkstangenweghandlebar travel
xx
Zustandsparameter des FahrzeugsCondition parameters of the vehicle
MM
Momentmoment
PP
Leistungperfomance
TT
Temperaturtemperature
ZZ
Betriebszustandoperating condition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 7325644 B2 [0004]US7325644B2 [0004]
  • US 7234563 B2 [0007]US7234563B2 [0007]

Claims (10)

Steer-by-wire-Lenkung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lenkungshandhabe (2) zur Eingabe eines Lenkbefehls durch einen Fahrer, ein Lenkgetriebe (3) zur mechanischen Kopplung mit lenkbaren Fahrzeugrädern (4), einen Elektromotor (5) zum Antrieb des Lenkgetriebes (3), einen Haptikaktuator (7), der mit der Lenkungshandhabe (2) mechanisch gekoppelt ist, um eine Lenkungsrückwirkung an der Lenkungshandhabe (2) zu simulieren, eine Steuereinrichtung (8), die derart konfiguriert ist, um in Abhängigkeit des fahrerseitigen Lenkbefehls den Elektromotor (5) zur Bewirkung einer entsprechenden Lenkbetätigung der Fahrzeugräder (4) anzusteuern sowie den Haptikaktuator (7) zur Erzeugung einer korrespondierenden Lenkungsrückwirkung zu veranlassen, wobei über die vom Haptikaktuator (7) bereitgestellte Lenkungsrückwirkung ferner ein Endanschlag für einen maximalen Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) simuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) derart konfiguriert ist, dass ein temperaturbedingter Leistungsabfall des Elektromotors (5) erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors (5) mit zunehmendem Leistungsabfall der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) bis zum Erreichen des über die Lenkungsrückwirkung simulierten Endanschlags verringert wird.Steer-by-wire steering (1) for a motor vehicle, comprising a steering handle (2) for inputting a steering command by a driver, a steering gear (3) for mechanical coupling to steerable vehicle wheels (4), an electric motor (5) for driving of the steering gear (3), a haptic actuator (7) which is mechanically coupled to the steering handle (2) in order to simulate a steering reaction on the steering handle (2), a control device (8) which is configured in such a way that, depending on the the driver's steering command to activate the electric motor (5) to effect a corresponding steering actuation of the vehicle wheels (4) and to cause the haptic actuator (7) to generate a corresponding steering reaction, with the steering reaction provided by the haptic actuator (7) also triggering an end stop for a maximum actuation path of the steering handle (2) is simulated, characterized in that the control device (8) is configured in such a way that a temperature-related drop in power of the electric motor (5) is detected and, depending on the recorded temperature-related drop in power of the electric motor (5), the maximum actuation path of the steering handle (2) is reduced with increasing power drop until the end stop simulated via the steering reaction is reached. Steer-by-wire-Lenkung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmesseinrichtung (10) an dem Elektromotor (5) angeordnet ist, die mit der Steuereirichtung (8) verbunden ist, um ein Temperaturmesssignal an der Steuereinrichtung (8) bereitzustellen.Steer-by-wire steering (1). claim 1 , characterized in that a temperature measuring device (10) is arranged on the electric motor (5), which is connected to the control device (8) in order to provide a temperature measurement signal to the control device (8). Steer-by-wire-Lenkung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Leistungserfassung (12) des Elektromotors (5) vorgesehen und mit der Steuereirichtung (8) verbunden sind, um die erfasste Leistung an der Steuereinrichtung (8) bereitzustellen.Steer-by-wire steering (1). claim 1 or 2 , characterized in that means for detecting the power (12) of the electric motor (5) are provided and connected to the control device (8) in order to provide the detected power to the control device (8). Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungshandhabe (2) ein Lenkrad ist und der Haptikaktuator (7) derart mit dem Lenkrad gekoppelt ist, um im Rahmen der Lenkungsrückwirkung an dem Lenkrad ein dessen Betätigung entgegengerichtetes Moment aufzubringen.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the steering handle (2) is a steering wheel and the haptic actuator (7) is coupled to the steering wheel in such a way as to apply a moment counteracting the actuation of the steering wheel as part of the steering reaction. Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmendem Leistungsabfall bei einem geringeren Betätigungsweg an der Lenkungshandhabe (2) durch den Haptikaktuator (7) höhere Gegenmomente aufgebracht werden als in einem Zustand ohne Leistungsabfall.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that higher counter-torques are applied as in a state without a drop in performance with an increasing drop in performance with a smaller actuation path on the steering handle (2) by the haptic actuator (7). Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag durch einen signifikanten Anstieg des von Haptikaktuator (7) erzeugten Gegenmoments über dem Betätigungsweg realisiert ist.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the end stop is realized by a significant increase in the counter-torque generated by the haptic actuator (7) over the actuation path. Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des maximalen Betätigungswegs der Lenkungshandhabe (2) in Abhängigkeit des temperaturbedingten Leistungsabfalls stufenweise erfolgt.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the maximum actuation travel of the steering handle (2) is limited in stages as a function of the temperature-related drop in performance. Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) eine mathematisch stetige Funktion des temperaturbedingten Leistungsabfalls ist.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the maximum actuation path of the steering handle (2) is a mathematically constant function of the temperature-related drop in performance. Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deratingmodul (9) zur Beurteilung des temperaturbedingten Leistungsabfalls des Elektromotors (5) am Elektromotor (5) oder Lenkgetriebe (3) angeordnet ist und derart konfiguriert ist, um der Steuereinrichtung (8) eine entsprechende Zustandsmitteilung zu übermitteln.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that a derating module (9) for assessing the temperature-related drop in performance of the electric motor (5) is arranged on the electric motor (5) or steering gear (3) and is configured in such a way as to transmit a corresponding status message to the control device (8). Steer-by-wire-Lenkung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese derart konfiguriert ist, um einen bevorstehenden Leistungsabfall prognostisch zu erkennen und daraufhin den maximalen Betätigungsweg der Lenkungshandhabe (2) zu beschränken.Steer-by-wire steering (1) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that it is configured in such a way as to predictively detect an impending drop in performance and then to limit the maximum operating travel of the steering handle (2).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19912169A1 (en) 1998-12-29 2000-07-06 Bosch Gmbh Robert Steer-by-wire steering system for vehicles has electronic steering regulator connected to steering control devices that modifies driver's steering demand depending on dynamic parameters
US7234563B2 (en) 2003-04-22 2007-06-26 Jtekt Corporation Steer-by-wire system and control program therefor
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