DE102023208500A1

DE102023208500A1 - Zweimotoren- antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102023208500A1
Application number: DE102023208500.3A
Authority: DE
Inventors: Russell Wilson-Jones
Original assignee: ZF Automotive UK Ltd
Current assignee: ZF Automotive UK Ltd
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2024-03-21
Also published as: US20240101188A1; GB2622434A; CN117728625A; GB202213636D0

Abstract

Eine Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuator-anordnung eines Fahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen, einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt, einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt, wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, und wobei die Anordnung ferner ein Verarbeitungsmittel umfasst, das unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals und unter Berücksichtigung der Wirkung eines etwaigen Zahnflankenspiels in der Anordnung eine Schätzung der Lage des ersten Motors erzeugt, und das erste Motorlagesignal mit der Schätzung der Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweimotoren-Antriebsanordnung, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung (HWA, „handwheel actuator assembly“) eines Fahrzeugs geeignet ist. Sie betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Zweimotoren-Antriebsanordnung, durch das die korrekte Funktion eines oder mehrerer Motorlagesensoren bestimmt werden kann.
Elektromotoren sind weit verbreitet und in Kraftfahrzeuganwendungen zunehmend üblich. Beispielsweise ist bekannt, ein elektrisch unterstütztes Lenksystem bereitzustellen, bei dem eine Elektromotorvorrichtung ein Unterstützungsmoment auf einen Teil eines Lenksystems aufbringt, um dem Fahrer das Drehen der Fahrzeugräder zu erleichtern. Die Größe des Unterstützungsmoments wird nach einem Regelalgorithmus bestimmt, der als Eingabe einen oder mehrere Parameter, wie etwa das von dem Fahrer durch Drehen des Lenkrads auf die Lenksäule aufgebrachte Drehmoment, die Fahrzeuggeschwindigkeit etc., empfängt.
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von Elektromotoren in Kraftfahrzeuganwendungen sind Steer-by-Wire-Systeme. Im normalen Gebrauch verfügen diese Systemen über keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Handrad, welches der Fahrer bewegt, und den gelenkten Rädern, da die Bewegung des Handrads durch den Fahrer von einem Sensor erfasst und der Motor im Ansprechen auf die Sensorausgabe dazu angesteuert wird, eine die Laufräder lenkende Kraft zu erzeugen. Diese Systeme sind auf Sensoren angewiesen, um Nutzereingabedaten an einem Lenkrad an Steuereinheiten weiterzuleiten, die Nutzereingabedaten mit anderen Informationen, wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierrate, integrieren, um Steuersignale an einen Primärmotor bereitzustellen, der physisch ein Lenkgestänge des Fahrzeugs betätigt. Die Steuereinheiten dienen auch dazu, unerwünschte Rückmeldungen von den Vorderrädern herauszufiltern, und liefern ein Antwortsignal an einen mit dem Lenkrad gekoppelten sekundären Elektromotor. Der Sekundärmotor stellt dem Fahrer in Reaktion auf spezifische Nutzereingaben am Lenkrad den entsprechenden Widerstand und die entsprechende Rückmeldung bereit, um das Gefühl eines herkömmlichen Lenksystems nachzuahmen.
Bei einem Steer-by-Wire-System kann eine Fehlfunktion oder ein Ausfall eines Teils der Anordnung die Fähigkeit, das Fahrzeug zu lenken, beeinträchtigen. Folglich ist es wünschenswert, die Anordnung mit einer Struktur zu versehen, die die zumindest vorübergehend einen ausfallsicheren Betrieb bereitstellt. Die US 2006/0042858 A1 offenbart eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkanordnung, die einen Handradaktuator umfasst. Der Handradaktuator umfasst eine Lenksäule zum Tragen eines Lenkrads, einen Getriebemechanismus und zwei Motoren, die jeweils zum Bereitstellen eines Drehmoments an der Lenksäule vorgesehen sind. Das Vorhandensein von zwei Motoren ermöglicht eine begrenzte Aufrechterhaltung des Betriebs des Handradaktuators, wenn einer der Motoren fehlerhaft ist.
Die GB 2579374 A offenbart eine Lenksäulenanordnung zur Verwendung mit einem Steer-by-Wire-Handradaktuator. Diese Anordnung verwendet ein ähnliches Zweimotoren-Ansteuersystem, das einen ersten und einen zweiten Motor umfasst, die jeweils einen Abtrieb aufweisen, der ein jeweiliges Abtriebszahnrad antreibt. Jedes Abtriebszahnrad treibt ein erstes Zahnrad an, das mit einer Welle des Lenkrads verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit dieser zu drehen, um dem Fahrer ein Gefühl für die Straße zu vermitteln. Das Zweimotoren-Ansteuersystem wird dazu verwendet, Zahnradklappern zu verringern, indem beide Motoren gleichzeitig dazu angesteuert werden, einander entgegengesetzte Drehmomente auf die Lenksäule aufzubringen. Wie in der US2006/0042858 A1 sorgt das Vorhandensein von zwei Motoren auch für eine gewisse Redundanz im System.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zweimotoren-Antriebsanordnung zur Verwendung in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs bereitgestellt, die Folgendes umfasst:

ein Gehäuse;
eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle;
ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen;
einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt,
einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt,
wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird; und
wobei die Anordnung ferner ein Verarbeitungsmittel umfasst, das unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals und unter Berücksichtigung der Wirkung eines etwaigen Zahnflankenspiels in der Anordnung eine Schätzung der Lage des ersten Motors erzeugt, und das erste Motorlagesignals mit der Schätzung der Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.

Das Verarbeitungsmittel kann eine Schätzung der Wellenlage erzeugen, die ein Zahnflankenspiel in den Zahnrädern, die den zweiten Motor mit der Welle verbinden, berücksichtigt, und die von dieser Schätzung der Wellenlage abgeleitete Schätzung der ersten Motorlage, kann das Zahnflankenspiel in den Zahnrädern, die den ersten Motor mit der Welle verbinden, berücksichtigen.
Die Schätzung der Wellenlage kann ferner die Nachgiebigkeit in der Anordnung, insbesondere in dem Motor und den Zahnrädern der beiden Stränge, berücksichtigen.
Die Anmelderin hat erkannt, dass bei einer Zweimotoren-Anordnung dahingehend ein Problem besteht, dass die Lage beider Motoren gemessen werden muss, was üblicherweise durch das Bereitstellen eines Motorlagesensors für jeden Motor erfolgt. Mit zwei Sensoren verdoppelt sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sensor eine Störung aufweist. Für die Ausfallsicherheit ist es wichtig, festzustellen, ob eine Motorlage fehlerhaft ist, damit die Regelung des Motors nicht unrichtig ausgeführt wird und Abhilfemaßnahmen getroffen werden können.
Das Verarbeitungsmittel kann eine erste Verarbeitungsschaltung, die einen Teil des ersten Stranges bildet, und eine zweite Verarbeitungsschaltung, die einen Teil des zweiten Stranges bildet, umfassen. Diese beiden Teile können funktional unabhängig voneinander sein, sodass eine Störung in dem einen Teil das korrekte Funktionieren des anderen nicht beeinträchtigt. Die zweite Verarbeitungsschaltung kann Informationen an die erste Verarbeitungsschaltung übertragen, die von dieser verwendet werden, um die Schätzung der Lage des ersten Motors zu erstellen.
Die zweite Verarbeitungsschaltung kann eine Schätzung der Lage der Welle, die aus dem zweiten Motorlagesignal bestimmt wird, an die erste Verarbeitungsschaltung übertragen, wobei die erste Verarbeitungsschaltung wiederum eine Schätzung der ersten Motorlage aus der Schätzung der Wellenlage bestimmt.
In einer Alternative zum Übertragen einer Schätzung der Wellenlage kann die zweite Verarbeitungsschaltung die Ausgabe des zweiten Motorlagesensors und ein Signal, das das von dem zweiten Motor auf die Welle aufgebrachte Drehmoment angibt, an die erste Verarbeitungsschaltung übertragen. Die erste Verarbeitungsschaltung kann wiederum die erste Motorlage durch Kombinieren dieser Informationen mit einem Signal, welches das von dem ersten Motor auf die Welle aufgebrachte Drehmoment angibt, schätzen. Bei Kenntnis der beiden Drehmomente und der Informationen über das Zahnflankenspiel in der Anordnung kann das zweite Motorlagesignal eine gute Schätzung der Lage des ersten Motors bereitstellen, wenn die aufgebrachten Drehmomente ebenfalls bekannt sind.
Optional kann das Verarbeitungsmittel bei der Bestimmung der geschätzten ersten Motorlage zur Verwendung bei der Gegenprobe jeden bekannten Winkellageversatz zwischen den beiden Motoren berücksichtigen.
In einer weiteren Alternative kann die zweite Verarbeitungsschaltung nur die Ausgabe des zweiten Motorlagesensors an die erste Verarbeitungsschaltung übertragen, und die Schätzung der ersten Motorlage kann durch Kombinieren dieser Ausgabe mit dem angeforderten Drehmoment erfolgen, und die Differenz zwischen den beiden Anforderungsdrehmomenten wird verwendet.
In einer bevorzugten Anordnung ist die Übertragung von Signalen zwischen den Strängen bidirektional und das Verarbeitungsmittel kann folglich eine Schätzung der Lage des zweiten Motors unter Verwendung zumindest des Motorlage-Ausgangssignals von dem ersten Motorlagesensor erzeugen, und führt eine Gegenprüfung des zweiten Motorlagesignals mit der Schätzung der zweiten Motorlage durch, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.
Jegliche Bezugnahme auf von dem ersten Strang an den zweiten Strang gesendeten Informationen in den vorherigen Absätzen kann durch eine Bezugnahme auf die entsprechenden, in umgekehrter Richtung von dem zweiten Strang an den ersten Strang gesendeten Informationen ersetzt werden. Entsprechendes gilt für jegliche Bezugnahme auf die Verarbeitung durch den ersten Strang oder den zweiten Strang.
Das Verarbeitungsmittel kann dazu ausgebildet sein, jegliche Latenz zwischen den Schätzungen der Motorlage und den gemessenen Motorlagen zu berücksichtigen, die auf die Zeit zurückzuführen ist, die zur Übertragung der Informationen über die Stränge und zum Erzeugen der Schätzungen der Motorlage benötigt wird.
In einer Anordnung kann jeder Strang zwei Motorlagesensoren umfassen, die jeweils unabhängig voneinander ein Motorlagesignal erzeugen. In diesem Fall kann das Verarbeitungsmittel jedes Stranges dazu ausgebildet sein, seine eigenen beiden Motorlagesensoren gegenzuprüfen. Wenn sie nicht übereinstimmen und beide plausibel sind, kann die Gegenprüfung der Motorlage unter Verwendung von Schätzungen, die aus den hier zuvor dargelegten, zwischen den Strängen ausgetauschten Informationen abgeleitet wurden, zum Arbitrieren und Auswählen, welcher der beiden Sensoren für einen degradierten Betriebsmodus genutzt werden soll, verwendet werden.
Die Anordnung kann einen Motorregler umfassen, der dazu ausgebildet ist, der Motoransteuerschaltung von jedem des ersten und des zweiten Stranges Drehmomentanforderungen zuzuteilen, um zu bewirken, dass jeder Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, um zu bewirken, dass die beiden Motoren sich synchron mit der Durchführung einer Gegenprüfung der Ausgangssignale von den Motorlagesensoren über ihr jeweiliges Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg bewegen.
Durch die Gegenprüfungen bei der Bewegung über das Zahnflankenspiel wird eine Überprüfung ermöglicht, dass eine Ausgabe eines Motorlagesensors nicht eingefroren ist, da zu erwarten wäre, dass die Signale eine Bewegung der Motoren anzeigen.
Die Gegenprüfung kann ferner das Vergleichen der Änderung der Motorlagesignale während der Bewegung über das Zahnflankenspiel mit einer erwarteten Änderung und das Markieren eines Fehlers umfassen, wenn eine Nichtübereinstimmung vorliegt. Dies ist möglich, wenn das Maß an Zahnflankenspiel bekannt ist oder geschätzt werden kann und somit das Maß der zu erwartenden Bewegung bekannt ist.
Das Zahnflankenspiel der jeweiligen Zahnräder für jeden Motor kann - beispielsweise bei der Herstellung oder dem Zusammenbau der Anordnung - in einem elektronischen Speicher gespeichert werden. Alternativ kann das Zahnflankenspiel auch während der Lebensdauer der Anordnung bestimmt werden.
In einer Anordnung kann jeder Strang der Anordnung dazu ausgebildet sein, bei stehender Welle das Drehmoment aktiv zum Bewegen des Motors über das Zahnflankenspiel im Getriebe zuzuteilen.
Das Verarbeitungsmittel jedes Stranges kann ein oder mehrere Signale empfangen, die es ermöglichen, solche Bedingungen zu identifizieren - etwa eine Messung von einem Giersensor eines Fahrzeugs oder ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal;

und ein Verarbeitungsmittel, das zu Folgendem ausgebildet ist:
- - die Winkellagesignale zu einem ersten Zeitpunkt zu empfangen, zu dem der Motorregler den Motoren eine Drehmomentanforderung zuteilt, die an der Welle ein Differenzmoment mit einer ersten Drehrichtung erzeugt; wobei das Differenzmoment ausreicht, um die Reibung zwischen den Zahnrädern zu überwinden und sicherzustellen, dass jegliches freie Spiel zwischen den beiden Abtriebszahnrädern und dem ersten Zahnrad aufgenommen wird;
- - die Winkellagesignale zu einem zweiten Zeitpunkt zu empfangen, zu dem der Motorregler den Motoren eine Drehmomentanforderung zuteilt, die an der Welle ein Differenzmoment mit einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung erzeugt, wobei das Differenzmoment ausreicht, um die Reibung zwischen den Zahnrädern zu überwinden und sicherzustellen, dass jegliches freie Spiel zwischen den beiden Abtriebszahnrädern und dem ersten Zahnrad aufgenommen wird,
und wobei das Verarbeitungsmittel dazu ausgebildet ist, das Maß an Zahnflankenspiel in dem Getriebe in Abhängigkeit von den Werten der Winkellagesignale zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt zu schätzen.

Zum Schätzen des Zahnflankenspiels kann das Verarbeitungsmittel aus dem Winkellagesignal die Differenzbewegung der beiden Motoren zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt bestimmen. Wenn das Zahnflankenspiel gleich Null ist, ändert sich die Differenzbewegung zu den beiden Zeitpunkten nicht. Wenn das Zahnflankenspiel zunimmt, nimmt die Differenzbewegung zu. Je größer das Zahnflankenspiel ist, desto mehr Bewegung wird bei der Umkehr der Drehmomentrichtung dazu benötigt, von dem vollständigen Zahneingriff in der einen Richtung zu dem vollständigen Zahneingriff in der anderen Richtung zu gelangen, da ein größeres Maß an freiem Spiel vorhanden ist. Wenn das freie Spiel aufgenommen wird, erfolgt keine Drehmomentübertragung von den Motoren durch das Getriebe auf die Abtriebswelle.
Der Abtrieb der beiden Motoren kann über eine entsprechende Schneckenwelle mit dem ersten Zahnrad verbunden sein. Das zu berücksichtigende Zahnflankenspiel kann das Zahnflankenspiel aufgrund des Eingriffs dieser Zahnräder umfassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine Zweimotoren-Antriebsanordnung zur Verwendung in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs bereit, Folgendes umfassend:

ein Gehäuse;
eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle;
ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen;
einen ersten und einen zweiten Motor, die jeweils einen Abtrieb aufweisen, der ein jeweiliges Abtriebszahnrad antreibt, wobei die Abtriebszahnräder mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehen;
einen Motorregler, der jedem von dem ersten und dem zweiten Motor Drehmomentanforderungen zuteilt, um zu bewirken, dass jeder Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt,
ein Mittel zum Bestimmen der Wellenlage, das einen ersten Motorlagesensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein jeweiliges Winkellagesignal, das die Winkellage des ersten Motors angibt, zu bestimmen, einen zweiten Motorlagesensor, der dazu ausgebildet ist, die Winkellage des zweiten Motors zu bestimmen, und ein Verarbeitungsmittel, das dazu ausgebildet ist, eine erste Schätzung der Wellenlage auf Basis des Winkellagesignals des ersten Motorlagesensors und eine zweite Schätzung der Wellenlage auf Basis der Winkellage des zweiten Motorlagesensors zu erzeugen, wobei das Verarbeitungsmittel der Anordnung ferner dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass die beiden Motoren sich synchron mit der Durchführung einer Gegenprüfung der Ausgangssignale von den Motorlagesensoren über ihr jeweiliges Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg bewegen, und wobei die Gegenprüfung jegliches Zahnflankenspiel in der Verbindung der Motoren mit der Welle berücksichtigt.

Der Motorregler kann das Drehmoment jedem Motor aktiv zuteilen, um ein Differenz-Vorspannmoment bereitzustellen, das, sofern die Betriebsbedingungen dies zulassen, den Motor, wenn dieser mit einem niedrigen Abtriebsdrehmoment arbeitet, über das Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg bewegt. Dies geschieht üblicherweise, wenn die Säulenbewegung gering oder gleich Null ist und die beiden Motoren ein geringes Nettodrehmoment abgeben, und um das erste und das zweite Motorlagesignal zu vergleichen, um die Differenzbewegung der Motorlagesensoren unter verschiedenen Richtungen des Vorspannmoments zu erfassen und mit einem zuvor definierten Erwartungswert zu vergleichen.
Die Anmelderin hat erkannt, dass das Bewegen der Motoren über das Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg im Allgemeinen für einen Fahrer, der ein an der Welle der Anordnung befestigtes Handrad hält, nicht wahrnehmbar ist, und während dieser Zeit zu erwarten wäre, dass die Ausgangssignale des Motorlagesensors sich während dieser Zeit ändern. Wenn ein Signal sich nicht ändert, kann ein Fehler gekennzeichnet werden, da wahrscheinlich ein eingefrorenes Signal vorliegt. Ebenso kann ein Fehler ausgelöst werden, wenn das Ausgangssignal sich mit einer unerwarteten Geschwindigkeit oder um einen unerwarteten Betrag ändert.
Die Zweimotoren-Antriebsanordnung kann Teil eines Handradaktuators (HWA, „hand wheel actuator“) sein. Der HWA kann Teil eines Fahrzeugs sein. Ein Handrad kann mit der Welle wirkverbunden sein.
Das erste Zahnrad kann ein Schneckenzahnrad umfassen. Jedes Abtriebszahnrad kann eine Schnecke umfassen.
Zahnflankenspiel kann als Spiel oder Totgang in der Anordnung beschrieben werden, der durch Spalte zwischen dem ersten Zahnrad und den Abtriebszahnrädern verursacht wird. In Bezug auf das erste Zahnrad und die Abtriebszahnräder kann Zahnflankenspiel als das Maß an Spiel zwischen den miteinander gepaarten Zahnrädern definiert werden.
Der Motorregler, der Drehmomentanforderungen zuordnet, kann eine elektronische Steuereinheit umfassen. Dies kann jeden geeigneten Regler, jede geeignete Steuereinheit oder dergleichen umfassen. Der Motorregler kann außerdem dazu ausgebildet sein, im normalen Gebrauch die Motoren der Zweimotoren-Anordnung anzutreiben, oder er kann ein eigenständiger, für die Schätzung des Zahnflankenspiels genutzter Motorregler sein.
Der Motorregler kann zu dem ersten Zeitpunkt bewirken, dass die Motoren einander entgegengesetzte Drehmomente aufbringen, die als positives Differenzmoment bezeichnet werden können. Zu dem zweiten Zeitpunkt können die von den Motoren bereitgestellten, einander entgegengesetzten Drehmomente als negatives Differenzmoment beschrieben werden.
Die Zweimotoren-Antriebsanordnung kann eine Handradaktuatoranordnung für ein Fahrzeug umfassen, und das Verarbeitungsmittel kann dazu ausgebildet sein, das Maß an Zahnflankenspiel durch Überwachen der Differenzbewegung der beiden Motoren während eines Betriebszeitraums, in dem die Bewegung der Welle nahe Null ist, zu schätzen. An der Welle ist üblicherweise ein Handrad oder eine Gelenkgabel befestigt und die Bewegung dann zu überwachen, wenn sich die Welle nicht oder fast nicht dreht, ermöglicht es, die Schätzung bei unbewegtem oder nur geringfügig bewegtem Handrad unauffällig vorzunehmen.
Die Anordnung des zweiten Aspekts kann beliebige der Merkmale der Anordnung des ersten Aspekts umfassen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Betreiben einer Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs die Folgendes umfasst:

ein Gehäuse;
eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle;
ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen;
einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt,
einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt,
wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird; und
wobei die beiden Abtriebszahnräder mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird; und
ein Verarbeitungsmittel; wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- das Erzeugen einer Schätzung der Lage des ersten Motors unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals und unter Berücksichtigung der Wirkung eines etwaigen Zahnflankenspiels in der Anordnung; und
- das Gegenprüfen des ersten Motorlagesignals mit der Schätzung der Motorlage, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Betreiben einer Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs, die Folgendes umfasst:

ein Gehäuse;
eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle;
ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen;
einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt,
einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt,
wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird; und
wobei die Anordnung ferner ein Verarbeitungsmittel umfasst, das unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals eine Schätzung der Lage des ersten Motors erzeugt und das erste Motorlagesignals mit der Schätzung der Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.
- wobei das Verfahren die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge durchgeführten Schritte umfasst:
  1. a) Entscheiden, dass die Welle für eine kurze Zeitspanne nicht bewegt werden muss;
  2. b) Aufbringen eines Differenzmoments auf die Welle durch die beiden Motoren derart, dass ein Motor ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung aufbringt und der andere ein Drehmoment mit entgegengesetzter Drehrichtung aufbringt;
  3. c) Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors bei anliegendem Differenzmoment;
  4. d) rampenförmiges Führen des von den beiden Motoren auf die Welle aufgebrachten Differenzmoments von einer Polarität auf die entgegengesetzte Polarität derart, dass beide Motoren sich vollständig über ein etwaiges Zahnflankenspiel in ihren jeweiligen Verbindungen mit der Welle bewegt haben,
  5. e) Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors bei anliegendem Differenzmoment mit entgegengesetzter Polarität; und
  6. f) Bestätigen, dass die Ausgaben der beiden Motorlagesensoren sich um einen erwarteten Betrag gemäß dem Maß an Zahnflankenspiel in jedem Zahnradsatz geändert haben.

Nach den Schritten a bis f kann das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfassen:

g) Rampenförmiges Rückführen des Differenzmoments auf die ursprüngliche Polarität;
h) Erneutes Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors; und
h) Bestätigen, dass die Ausgaben der beiden Motorlagesensoren (innerhalb der erwarteten Toleranzen) zu den in Schritt (c) gemessenen ursprünglichen Werten zurückgekehrt sind und falls nicht, Markieren, das in einem oder beiden der Motorlagesensoren eine Störung vorliegt.

Nachstehend werden eine Reihe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung - lediglich beispielhaft - unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:

die 1 eine Ausführungsform einer Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeigt;
die 2 einen Teil der Zweimotoren-Antriebsvorrichtung der 1 zeigt, wobei das Getriebegehäuse entfernt wurde, um die Zahnräder und die Verbindung des Motors mit den Zahnrädern besser zu zeigen;
die 3 eine weitere Ausführungsform einer Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeigt;
die 4 eine allgemeine Anordnung einer elektronischen Steuereinheit zeigt, welche die beiden Motoren einer Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung steuert;
die 5 ein Layout eines Steer-by-Wire-Systems zeigt, das eine Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst;
die 6 eine Beziehung zwischen dem angeforderten Rückkopplungsdrehmoment und dem aufgebrachten Rückkopplungsdrehmoment für eine Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeigt;
die 7 eine Ausführungsform einer Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zeigt, wenn ein angefordertes Gesamtdrehmoment in einem Niedrigmomentenbereich liegt und ein positives Differenzmoment aufgebracht wird;
die 8 die Zweimotoren-Antriebsanordnung der 7 zeigt, wenn ein angefordertes Gesamtdrehmoment in einem Niedrigmomentenbereich liegt und ein negatives Differenzmoment aufgebracht wird;
die 9 die Winkellagen der beiden Motoren beim Bewegen über das Zahnflankenspiel und beim Zurückkehren über das Zahnflankenspiel durch Änderung der Polarität des von den beiden Motoren der Anordnung aufgebrachten Drehmoments zeigt;
die 10 zeigt, dass das Gesamtzahnflankenspiel am größten ist, wenn die Motoren Drehmomente mit entgegengesetzter Polarität aufbringen, und am geringsten, wenn sie Drehmomente gleicher Polarität aufbringen;
die 11 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform A eines Schemas zum Gegenprüfen der Ausgaben der Motorlagesensoren ist, das in dem Verarbeitungsmittel der Anordnung der 3 implementiert sein kann;
die 12 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform B eines Schemas zum Gegenprüfen der Ausgaben der Motorlagesensoren ist, das in dem Verarbeitungsmittel der Anordnung der 3 implementiert sein kann;
die 13 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform C eines Schemas zum Gegenprüfen der Ausgaben der Motorlagesensoren ist, das in dem Verarbeitungsmittel der Anordnung der 3 implementiert sein kann;
die 14 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform D eines Schemas zum Gegenprüfen der Ausgaben der Motorlagesensoren ist, das in dem Verarbeitungsmittel der Anordnung der 3 implementiert sein kann und bei dem zwei Motorlagesensoren pro Strang verwendet werden; und
die 15 ein Ablaufdiagramm der Schritte einer fünften Ausführungsform eines Schemas zum Überprüfen auf eine Störung in einem der Motorlagesensoren durch aktives Bewegen der Motoren über ihr Zahnflankenspiel hinweg, ohne die Welle zu bewegen, ist; und
die 16 eine Anordnung mit zwei Motorlagesensoren für jeden Strang zeigt.

In der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass das MPS-Signal eine (mechanische) Motorwellenumdrehung misst und von einer Umdrehung zur nächsten akkumuliert wird (z.B. misst der MPS nach 2 Wellenumdrehungen 720°). Das MPS-Signal weist einen Offset zu dem fiktiven Nullwinkel des Motors auf, der im Allgemeinen bei der Montage eingestellt wird, im Laufe der Zeit jedoch aufgrund von Abnutzung oder Beschädigung der Anordnung driften kann. Außerdem weisen die beiden Motorwellen einen mechanischen Offset zu dem fiktiven Nullwinkel der Säule auf. Dieser wird ebenfalls bei der Montage eingestellt und ist abhängig von der Anordnung des Getriebes, das den Motor mit der Welle verbindet, sowie von den Toleranzen bei der Herstellung des Motors selbst. Dieser Offset entspricht einer ganzzahligen Anzahl von Motorwellenumdrehungen plus einer Teilumdrehung der Motorwelle.
Die Teildrehung wird bei einer End-of-Line-Prozedur kalibriert und kann in einem nichtflüchtigen Speicher in der ECU gespeichert werden. Alternativ kann sie gelernt und über die Lebensdauer der Einheit langsam angepasst werden.
Außerdem wird davon ausgegangen, dass eine Messung oder Schätzung des Gesamtzahnflankenspiels in dem Getriebe, das die Motoren mit der Welle verbindet, zur Verfügung steht.
Die 1 zeigt eine zur Verwendung in einer Handradaktuatoranordnung (HWA) eines Fahrzeugs geeignete Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. Die Antriebsanordnung 1 ist als zwei völlig unabhängige Motorstränge, Strang 1 und Strang 2, ausgebildet. Der erste Strang umfasst einen ersten Motor 10 mit einem Rotor 101 und einem Stator 102 und der zweite Strang umfasst einen zweiten Motor 11 mit einem Rotor 111 und einem Stator 112, wobei der erste Motor 10 mit einer ersten Schnecke 6 verbunden ist und der zweite Motor 11 mit einer zweiten Schnecke 7 verbunden ist. Jede Schnecke 6, 7 umfasst einen Gewindeschaft, der so angeordnet ist, dass er mit einem Schneckenzahnrad 4, das mit einer Lenksäulenwelle 3 verbunden ist, so in Eingriff steht, dass ein Drehmoment von den Schnecken 6, 7 auf das mit der Lenksäulenwelle 3 verbundene Schneckenzahnrad 4 übertragen werden kann. Das Schneckenzahnrad 4 ist über die Lenksäulenwelle 3 mit dem (nicht dargestellten) Handrad eines Fahrers wirkverbunden. In diesem Beispiel ist jeder der beiden Motoren 10, 11 ein bürstenloser Permanentmagnetmotor und umfasst einen Rotor 101 bzw. 111 und einen Stator 102 bzw. 112 mit vielen Wicklungen, die regelmäßig in Umfangsrichtung beabstandete Zähne umgeben. Die Anordnung der beiden Motoren 10, 11, die Welle 3, die Schnecken 6, 7 und das Schneckenzahnrad 4 bilden zusammen eine Zweimotoren-Elektroanordnung.
Jeder der beiden Motoren 10, 11 wird von einer entsprechenden Motoransteuerschaltung gesteuert, die ein Drehmomentanforderungssignal empfängt, welches das von dem Motor aufzubringende Drehmoment - sowohl die Größe als auch die Polarität des aufzubringenden Drehmoments - angibt. Die Drehmomentanforderungssignale werden in der Ausführungsform der 4 von einem gemeinsamen Regler 21 geliefert, der jedoch auch in zwei unabhängige Regler, von denen einer in jedem Strang angeordnet ist, aufgeteilt werden kann. Wie dargestellt, umfasst der Regler eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20. Die ECU 20 steuert die Höhe des an die Wicklungen angelegten Stroms, und somit die Höhe des Drehmoments, das von jedem Motor 10, 11 erzeugt wird.
In diesem Beispiel sind die beiden Stränge und die beiden Motoren 10, 11 von ähnlicher Bauart und erzeugen ein ähnlich hohes maximales Drehmoment. Es liegt jedoch im Rahmen dieser Offenbarung, eine asymmetrische Bauart vorzusehen, bei der ein Motor 10, 11 ein höheres Drehmoment erzeugt als der andere Motor 10, 11.
Eine der Funktionen einer Handradaktuatoranordnung (HWA) besteht darin, eine Kraftrückmeldung an den Fahrer bereitzustellen, um ein angemessenes Lenkgefühl zu vermitteln. Dies kann durch Steuern des Drehmoments der Motoren 10, 11 nach Maßgabe von Signalen des Handradaktuators (wie etwa einem Drehwinkel der Lenksäule) und von anderen Systemen im Fahrzeug (wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit, Winkel der Zahnstange, Querbeschleunigung und Gierrate) erreicht werden.
Der Einsatz von zwei Motoren 10, 11 ist von Vorteil, um Klappern zu beseitigen. Würde in der Drehmomentrückmeldungseinheit stattdessen ein einziger Elektromotor verwendet, könnte dieser mittels einer Feder in verriegeltem Kontakt mit der Verzahnung gehalten werden. Unter bestimmten Fahrbedingungen ist die Wirkung einer Feder jedoch nicht ausreichend fest, sodass die Zahnräder bei sinusförmigen Bewegungen oder scharfen Positionsänderungen der Lenksäule „klappern“ können.
Der Einsatz von zwei aktiv steuerbaren Motoren 10, 11 (wie in der vorliegenden Ausführungsform) mindert die mit dem Einsatz eines einzigen Motors verbundenen Probleme. In dieser Anordnung werden die beiden Motoren 10, 11 von der ECU 20 dahingehend gesteuert, eine Drehmomentrückmeldung an die Lenksäule bereitzustellen und sicherzustellen, dass die Schnecken 6, 7 der beiden Motoren 10, 11 ständig in Anlage mit dem Schneckenzahnrad 4 stehen, um Klappern zu minimieren. Die beiden Motoren 10, 11 auf diese Weise einzusetzen, ermöglicht außerdem ein aktives Management der Reibung und damit der an den Fahrer rückgemeldeten Kraft.
Wie in der 1 dargestellt, sind die Motoren 10, 11 in einem sich quer erstreckenden zweiteiligen Fortsatz eines Gehäuses 2 aufgenommen und befestigt. Die Schnecke 6 bzw. 7 jedes Motors wird jeweils durch zwei Lagersätze gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Ein erster Lagersatz 41 stützt ein erstes Ende jeder Schnecke 6, 7 distal zu ihrem jeweiligen Motor 10, 11, ab, während ein zweiter Lagersatz 42 ein zweites Ende jeder Schnecke 6, 7 proximal zu ihrem jeweiligen Motor 10, 11 abstützt.
Die 2 zeigt eine mittels einer gestrichelten Linie 5 gekennzeichnete Drehachse der Welle 3, die senkrecht durch das Schneckenzahnrad 4 verläuft. Der Umfangsrand des Schneckenzahnrades 4 ist als Schneckenverzahnung ausgebildet, die mit jeder von zwei identischen, auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse 5 der Welle 3 angeordneten Schnecken 6, 7 kämmt. Jede Schnecke 6, 7 ist mit der Abtriebswelle 8, 9 eines jeweiligen Elektromotors 10, 11 verbunden.
Die Achsen der Abtriebswellen 8, 9 der beiden Motoren 10, 11 sind senkrecht zur Drehachse der Welle 3 angeordnet, und die Achsen der beiden Motoren können auch zueinander geneigt sein, um die Gesamtgröße der Anordnung zu reduzieren.
Die Motoren 10, 11 werden von der elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 dahingehend gesteuert, dass die Motoren 10, 11 bei niedrigen, von dem Handrad auf die Welle 3 aufgebrachten Eingangsdrehmomenten in entgegengesetzte Richtungen auf das Schneckenzahnrad 4 wirken, um ein Zahnflankenspiel zu beseitigen. Bei höheren, von dem Handrad auf die Welle 3 aufgebrachten Eingangsdrehmomenten wirken die Motoren 10, 11 in der gleichen Richtung auf das Schneckenzahnrad 4, um die Drehung der Welle 3 zu unterstützen. Dass ein Motor 10, 11 „in eine Richtung“ wirkt, wird hier zur Angabe der Richtung eines von einem Motor 10, 11 auf das Schneckenzahnrad 4 aufgebrachten Drehmoments verwendet.
Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform stehen die Schnecken 6, 7 mit diametral gegenüberliegenden Abschnitten eines Schneckenzahnrades 4 in Eingriff. Die Gewinde der Schneckenwellen 6, 7 weisen jeweils die gleiche Drehrichtung auf, d.h. beide sind linksgängige Schraubgewinde. Die Motoren 10, 11 sind so ausgebildet, dass sie auf der gleichen Seite des Schneckenzahnrades 4 liegen (beide Motoren 10, 11 liegen auf einer Seite einer virtuellen Ebene, die senkrecht zu den Achsen der Schnecken 6, 7 und durch den Mittelpunkt des Schneckenzahnrades 4 verläuft). Betrachtet man beispielsweise die in der 2 dargestellte Perspektive, würde das Antreiben der beiden Motoren 10, 11 im Uhrzeigersinn Drehmomente in entgegengesetzte Richtungen auf das Schneckenzahnrad 4 aufbringen, wobei der Motor 10 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf das Schneckenzahnrad 4 und der Motor 11 ein entgegengesetztes Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf das Schneckenzahnrad 4 aufbringen würde.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zweimotoren-Antriebsanordnung, die der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen ähnelt, jedoch eine andere Anordnung der Motoren aufweist.
Die 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Zweimotoren-Antriebsanordnung 1, die Teil einer erfindungsgemäßen Motoranordnung sein kann. Diese Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wobei der einzige Unterschied in der Anordnung der Motoren 10, 11 besteht. Komponenten und Funktionseinheiten, die in ihrer Funktion und/oder ihrem Aufbau denjenigen der vorangegangenen Ausführungsform entsprechen oder mit diesen identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht gesondert beschrieben. Die Erläuterungen zu den 1 und 2 gelten daher mit Ausnahme der Anordnung der beiden Motoren 10, 11 analog für die 3.
In der 3 stehen die Schnecken 6, 7 mit diametral gegenüberliegenden Abschnitten eines Schneckenzahnrades 4 in Eingriff und die Gewinde der Schnecken 6, 7 haben den gleichen Drehsinn, d.h. beide sind in diesem Beispiel rechtsgängige Schraubgewinde. Die Motoren 10, 11 sind so ausgebildet, dass sie auf gegenüberliegenden Seiten des Schneckenzahnrades 4 liegen (der Motor 10 liegt auf einer Seite einer virtuellen Ebene, die senkrecht zu den Achsen der Schnecken 6, 7 und durch den Mittelpunkt des Schneckenzahnrades 4 verläuft, während der Motor 11 auf der anderen Seite dieser virtuellen Ebene liegt).
Das Aufbringen eines Drehmoments im Uhrzeigersinn durch einen Fahrer, angezeigt durch den durchgezogenen Pfeil 28, führt zu einer Drehung des Handrads 26 und der Lenksäulenwelle 3 um die gestrichelte Linie 5. Diese Drehung wird von einem Drehsensor (nicht dargestellt) erfasst. Der erste Motor 10 wird dann von der ECU 20 dahingehend gesteuert, ein Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung, wie durch den gestrichelten Pfeil 30 angezeigt, aufzubringen.
Das Nettoergebnis der von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 aufgebrachten Drehmomente 30, 32, 34 führt, wie durch einen gestrichelten Pfeil 36 angezeigt, zum Aufbringen eines Rückmeldedrehmoments auf die Lenksäulenwelle 3 und das Handrad 26, um dem Fahrer ein Gefühl für die Straße zu vermitteln. In diesem Beispiel erfolgt das Aufbringen eines Rückmeldedrehmoments in der entgegengesetzten Richtung zu dem von dem Fahrer auf das Lenkrad 26 aufgebrachten Drehmoment. Auf diese Weise kann das zwischen den Schnecken 6, 7 und dem Schneckenzahnrad 4 erzeugte „Klappern“ beseitigt oder deutlich reduziert werden.
Die 4 zeigt einen Teil einer HWA-Anordnung (80), der eine allgemeine Anordnung einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20, die jeden der beiden Motoren 10, 11 steuert, zeigt. Die ECU 20 kann ein Steuerungssystem 21 für einen Handradaktuator (HWA) sowie einen ersten und einen zweiten Motorregler 22, 23, die den ersten bzw. den zweiten Motor 10, 11 steuern, umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann die HWA-Steuerung durch eine separate ECU implementiert sein. Dem HWA-Steuerungssystem 21 wird ein Referenzanforderungssignal zugeführt, das jedem von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 Drehmomentanforderungen zuweist. Diese Motordrehmomentanforderungen werden in Motorstromanforderungen umgewandelt und an den ersten und den zweiten Motorregler 22, 23 übermittelt. Jeder Motor 10, 11 liefert eine Betriebsrückmeldung an seinen jeweiligen Motorregler 22, 23. Das HWA-Steuerungssystem 21 ist dazu ausgebildet, die Größe der mechanischen Reibung unter Verwendung der Motordrehmomentanforderungen zu berechnen. In einer anderen Ausführungsform kann das HWA-Steuerungssystem 21 durch eine von dem ersten und dem zweiten Motorregler 22, 23 getrennte ECU implementiert sein.
Es ist ein Verarbeitungsmittel 300 vorgesehen, das Signale von beiden Strängen verarbeitet. Dieses umfasst, wie dargestellt, zwei Verarbeitungsschaltungen 310, 320. Eine erste Schaltung bildet einen Teil des ersten Stranges und eine zweite Verarbeitungsschaltung bildet einen Teil des zweiten Stranges. Diese Schaltungen können unabhängig voneinander sein, wobei zwischen den beiden eine (nicht dargestellte) Kommunikationsverbindung besteht, oder können durch eine einzige Verarbeitungsvorrichtung bereitgestellt sein. Wie noch erläutert wird, tauschen die beiden Verarbeitungsschaltungen Informationen aus, oder nutzen gemeinsam Informationen, die ausreichen, Schätzungen der Motorlagen vornehmen zu können, die zur Gegenprüfung der Ausgangssignale von den Motorlagesensoren 200, 210 verwendet werden können.
Die 5 zeigt ein Gesamtlayout eines Steer-by-Wire-Systems 100 für ein Fahrzeug, das die Handradaktuator-Anordnung (HWA) 80, bei der eine Zweimotoren-Antriebsanordnung 1 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung verwendet wird, umfasst. Die HWA-Anordnung 80 unterstützt das Handrad 26 des Fahrers und misst die Fahreranforderung, die üblicherweise der Lenkwinkel ist. Ein Lenkungsregler 81 wandelt die Fahreranforderung in eine Positionsanforderung um, die einem Vorderachsaktuator (FAA, „front axle actuator“) 82 zugeführt wird. Der FAA 82 steuert den Lenkwinkel der Laufräder, um die Positionsanforderung zu erfüllen. Der FAA 82 kann Betriebszustände und Messungen an den Lenkungsregler 81 rückmelden.
Der Lenkungsregler 81 kombiniert die Rückmeldung des FAA 82 mit anderen in dem Fahrzeug gemessenen Informationen, wie z.B. der Querbeschleunigung, um ein Soll-Rückmeldedrehmoment, das von einem Fahrer des Fahrzeugs wahrgenommen werden sollte, zu bestimmen. Diese Rückmeldungsanforderung wird dann dem HWA-Steuerungssystem 21 zugeführt und durch Steuern des ersten und des zweiten Motors 10, 11 mittels des ersten bzw. des zweiten Motorreglers 22, 23 bereitgestellt.
In der 5 ist der Lenkungsregler 81 als physisch getrennt von sowohl dem HWA-Regler 21 als auch dem FAA 82 dargestellt. Alternativ dazu sind im Rahmen dieser Offenbarung auch andere Architekturen anwendbar, bei denen eine oder mehrere dieser Komponenten physisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Funktionen des Lenkungsreglers 81 physisch in dem HWA-Regler 21, dem FAA 82, in einer anderen Steuereinheit im Fahrzeug, oder in einer Kombination aus allen dreien implementiert sein. Alternativ können Steuerfunktionen, die dem HWA-Regler 21 und dem FAA 82 zugeschrieben werden, teilweise oder vollständig in dem Lenkungsregler 81 implementiert sein.
In der 6 ist die Beziehung zwischen dem zum Bereitstellen einer Rückmeldung an den Fahrer angeforderten Gesamtdrehmoment (x-Achse) 201 und dem aufgebrachten Rückmeldedrehmoment (y-Achse) 202 bei einer Zweimotoren-Antriebsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung dargestellt.
Die Zweimotoren-Antriebsanordnung 1 umfasst ferner ein Mittel zum Zuteilen von Drehmomentanforderungen an jeden von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11. Ein erstes Profil 210, in 6 als durchgezogene Linie dargestellt, definiert eine Beziehung zwischen einem für die Welle angeforderten Gesamtdrehmoment und der Drehmomentanforderung, die einem von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 zugeteilt ist. Wenn die Zweimotoren-Antriebsanordnung 1 ein Drehmoment gemäß einem ersten Modus zuteilt, repräsentiert das erste Profil 210 das von dem ersten Motor 10 aufgebrachte Drehmoment. Ein zweites Profil 220, in 6 als strichpunktierte Linie dargestellt, definiert eine andere Beziehung zwischen einem für die Welle angeforderten Gesamtdrehmoment und der Drehmomentanforderung, die einem von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 zugeteilt ist. Wenn die Zweimotoren-Antriebsanordnung 1 ein Drehmoment gemäß einem zweiten Modus zuteilt, repräsentiert das zweite Profil 220 das von dem zweiten Motor 11 aufgebrachte Drehmoment. Das von den beiden Motoren aufgebrachte Nettodrehmoment wird durch die gestrichelte Linie 230 dargestellt.
In einem ersten Drehmomentbereich 240, in dem das Drehmoment positiv ist, bringt der erste Motor 10 ein durch das Profil 210 dargestelltes Drehmoment auf, um eine Rückmeldung an die Lenksäulenwelle 3 und das Handrad 26 bereitzustellen, während der zweite Motor 11 ein als „Offset-Drehmoment“ bekanntes betragsmäßig geringeres Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung (dargestellt durch das Profil 210) aufbringt, um eine „aktive“ Verriegelung zum Beseitigen oder Verringern des Getriebeklapperns bereitzustellen. Die Rolle der Motoren ändert sich in Abhängigkeit von der Richtung, in die der Fahrer lenkt. In einem zweiten Drehmomentbereichs 250, in dem das Drehmoment negativ ist, bringt der zweite Motor 110 ein Rückmeldedrehmoment 220 auf die Lenksäulenwelle 3 auf und der erste Motor 10 bringt ein betragsmäßig geringeres „Offset“-Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung auf.
Das von dem ersten Motor 10 aufgebrachte Offset-Drehmoment 210a wird durch den Bereich mit konstantem Drehmoment angezeigt, der sich innerhalb des zweiten Drehmomentbereichs 250 befindet.
Das von dem zweiten Motor 11 aufgebrachte Offset-Drehmoment 220a wird durch den Bereich mit konstantem Drehmoment angezeigt, der sich innerhalb des ersten Drehmomentbereichs 240 befindet.
Zusammen erstrecken sich der erste Drehmomentbereich 240 und der zweite Drehmomentbereich 250 über einen Niedrigmomentenbereich 260.
In der 6 ist zu erkennen, dass der erste Motor 10 bei einem von Null ansteigenden angeforderten Gesamtdrehmoment ein ansteigendes aufgebrachtes Drehmoment 210 bereitstellt, bis ein maximales Abtriebsmoment 211 für den ersten Motor 10 erreicht ist. Bei einem weiteren Ansteigen des angeforderten Gesamtdrehmoments steigt das Drehmoment 220, das von dem zweiten Motor 11 bereitgestellt wird, sodass beide Motoren 10, 11 ein Drehmoment in der gleichen Richtung (beispielsweise im Quadranten rechts oben ein positives Drehmoment) auf das erste Schneckenzahnrad 4 aufbringen. Es ist ersichtlich, dass das von den beiden Motoren 10, 11 aufgebrachte Nettodrehmoment 230 mit einer konstanten Rate von Null ausgehend ansteigt, bis ein maximales Abtriebsmoment 221 für den zweiten Motor 11 erreicht ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite Motor an diesem Punkt ihre maximalen Abtriebsdrehmomente 211, 221 erreicht haben und das Nettodrehmoment 230 ein Plateau erreicht.
In dem Niedrigmomentenbereich 260 wird von dem Mittel zum Zuteilen von Drehmomentanforderungen an jeden von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 Drehmoment derart an den ersten und den zweiten Motor 10, 11 zugeteilt, dass jede Abtriebsschnecke 6, 7 ein entgegengesetztes Drehmoment auf das Schneckenzahnrad 4 aufbringt, um das mechanische Zahnflankenspiel zu steuern.
Die 6 zeigt beispielhafte Drehmomentwerte, bei denen ein Motor sein maximales Abtriebsdrehmoment vor dem Kreuzen des anderen Motors erreicht, sodass beide Motoren zusammenarbeiten. In anderen Beispielen können beliebige Drehmomentprofile verwendet werden. Beispielsweise kann der zweite Motor kreuzen, um mit dem ersten Motor zusammenzuarbeiten, bevor der erste Motor sein maximales Abtriebsdrehmoment erreicht und umgekehrt. Auf diese Weise können beide Motoren weniger lange bei maximalem Abtriebsdrehmoment betrieben werden, da höhere Gesamtdrehmomente bereitgestellt werden können, bevor ein Motor das maximale Abtriebsdrehmoment erreicht. Hierdurch werden wiederum Verluste reduziert und die Lebensdauer wird erhöht.
Nach dem Kreuzen eines Motors zum Zusammenarbeiten mit dem anderen Motor können die zugeteilten Drehmomentanforderungen gleich werden, wenn das angeforderte Gesamtdrehmoment ansteigt. Die beiden Motordrehmomente können gleich werden, bevor einer der beiden Motoren ein maximales Abtriebsdrehmoment erreicht. Der Punkt, an dem die Motoren von der Ausgabe unterschiedlicher Drehmomentwerte zur Abgabe eines gleichen Drehmoments übergehen, kann als Mischpunkt bezeichnet werden. Für jegliches angeforderte Gesamtdrehmoment oberhalb des Mischpunktes, an dem die zugeteilten Drehmomentanforderungen gleich werden, können die an beide Motoren zugeteilten Drehmomentanforderungen mit gleicher Rate ansteigen. Auf diese Weise kann es einen Drehmomentbereich bis zu und einschließlich dem maximalen Gesamtdrehmoment geben, bei dem die Drehmomentanforderungen an beide Motoren gleich sind. In einigen Beispielen können an diesem Mischpunkt die zugeteilten Drehmomentanforderungen von dem ersten Profil 210 zu dem zweiten Profil 220 oder umgekehrt umgeschaltet werden. Da das Abtriebsdrehmoment von dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 gleich ist, erfolgt das Umschalten sanft.
Die Anordnung mit zwei Antriebsmotoren umfasst ferner ein Mittel zum Überwachen einer Differenzbewegung der beiden Motoren 10, 11 unter einer positiven und einer negativen Polarität des Differenzmoments. Dies wird durch einen jeweiligen Motorlagesensor (MPS) in jedem Strang erreicht. Die 1 zeigt zwei Sensoren MPS1 200 und MPS2 210, die jeweils ein an dem Motorrotor befestigtes magnetisches Sensortarget 201, 211, und einen relativ zu dem Gehäuse befestigten Hall-Effekt-Sensor 202, 212 umfassen. Solche Sensoren sind hinlänglich bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Die Sensoren erzeugen jeweils eine Ausgabe, welche die Winkellage des jeweiligen Motors über mindestens eine volle Umdrehung des Motors angibt. Die 16 zeigt eine Alternative, bei der jeder Motor mit zwei Motorlagesensoren 201a, 201b und 210a und 210b ausgestattet ist. Jeder Sensor hat einen eigenen Hall-Effekt-Sensor, es wird jedoch ein gemeinsames Target für die beiden Sensoren jedes Stranges verwendet. In einer Abwandlung könnten zwei Targets verwendet werden.
Die 7 zeigt die Wechselwirkung zwischen der ersten Schnecke 6, der zweiten Schnecke 7 und dem Schneckenzahnrad 4, wenn das angeforderte Gesamtdrehmoment in dem Niedrigmomentenbereich 260 liegt und ein positives Differenzmoment (zwischen dem ersten Motor 10 und dem zweiten Motor 11) aufgebracht wird.
Die Drehmomentzuteilungen an die Motoren 10, 11 sind so ausgebildet, dass sich die Schnecken 6, 7 im Uhrzeigersinn drehen und entgegengesetzte Drehmomente auf das Schneckenzahnrad 4 aufbringen. Auf diese Weise stehen die Flanken 4a auf der linken Seite des Schneckenzahnrades 4, wie in 7 gezeigt, in Anlage mit den Schnecken 6, 7, während die Flanken 4b auf der gegenüberliegenden Seite der gleichen Zähne nicht in Anlage stehen. Üblicherweise ist in der Anordnung Spiel in Form von Spalten zwischen dem Schneckenzahnrad 4 und den Zähnen der ersten und der zweiten Schnecke 6, 7 vorhanden. Wenn ein positives Differenzmoment aufgebracht wird, ist ein erstes Zahnflankenspiel 67a vorhanden, das durch Spalte zwischen den Flanken 4b des Schneckenzahnrades 4 und den entsprechenden Flanken von Zähnen der ersten und der zweiten Schnecke 6, 7 verursacht wird.
Die 8 zeigt die Wechselwirkung zwischen der ersten Schnecke 6, der zweiten Schnecke 7 und dem Schneckenzahnrad 4, wenn das angeforderte Gesamtdrehmoment in dem Niedrigmomentenbereich 260 liegt und ein negatives Differenzmoment (zwischen dem ersten Motor 10 und dem zweiten Motor 11) aufgebracht wird).
Jedes der Drehmomente, die dem ersten und dem zweiten Motor 10, 11 zugeteilt sind, ist entgegengerichtet zu dem in der 7, in der ein positives Differenzmoment aufgebracht wird. Die Flanken 4b auf der rechten Seite des Schneckenzahnrades 4, stehen, wie in der 8 gezeigt, in Anlage mit den Schnecken 6, 7, während die Flanken 4a auf der gegenüberliegenden Seite der gleichen Zähne nicht in Anlage stehen. Wenn ein negatives Differenzmoment aufgebracht wird, ist ein zweites Zahnflankenspiel 67b vorhanden, das durch Spalte zwischen den Flanken 4a des Schneckenzahnrades 4 und den entsprechenden Flanken von Zähnen der ersten und der zweiten Schnecke 6, 7 verursacht wird.
Innerhalb des Niedrigmomentenbereichs 260 ist das Drehmoment, das dem ersten Motor 10 bei Aufbringen eines positiven Differenzmoments zugeteilt ist, entgegengerichtet zu dem Drehmoment, dass dem ersten Motor 10 bei Aufbringen eines negativen Differenzmoments zugeteilt ist. Entsprechend ist das Drehmoment, das dem zweiten Motor 11 bei Aufbringen eines positiven Differenzmoments zugeteilt ist, entgegengerichtet zu dem Drehmoment, das dem zweiten Motor 11 bei Aufbringen eines negativen Differenzmoments zugeteilt ist. Durch Bereitstellen eines Verarbeitungsmittels, das dazu betreibbar ist, die Drehmomentzuteilungen zu zwei Zeitpunkten zwischen einer positiven Drehmomentdifferenz und einer negativen Drehmomentdifferenz umzuschalten, kann eine Schätzung des Gesamtzahnflankenspiels in dem Getriebe berechnet werden. Das Gesamtspiel ist ein Indikator für den Verschleiß eines Getriebes. Als Reaktion auf diese Berechnung können dann verschlissene Komponenten bei der Wartung ausgetauscht werden. Dies kann während eines speziellen Kalibrierungsvorgangs erfolgen, beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten, oder zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Motors, zu dem von den Motoren geeignete Drehmomente aufgebracht werden. Der Betrieb im Modus mit niedrigem Drehmoment bietet reichlich Gelegenheit, bei Bedarf Messungen, die zum Bestimmen des Zahnflankenspiels verwendbar sind, vorzunehmen. Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung fester, voreingestellter Werte für das Zahnflankenspiel implementiert werden, die in einem Speicher gespeichert sein können, wenn nicht zu erwarten ist, dass das Zahnflankenspiel sich über die Betriebslebensdauer der Anordnung oder zwischen Wartungsprüfungen, in denen es neu eingestellt werden kann, ändert.
Die 9 zeigt die Auswirkung des Zahnflankenspiels auf die von jedem der beiden Sensoren 200, 210 gemessene Motorlage bei der Bewegung von einem Paar von Polaritäten der Motordrehmomente zu dem entgegengesetzten Paar und dann wieder zurück. Dies entspricht der Bewegung zwischen den beiden in der 10 dargestellten „Max. Spiel“-Quadranten.
Das Gesamtzahnflankenspiel des Getriebes kann geschätzt werden, wenn die Anordnung 1 mit zwei Antriebsmotoren keine Rückmeldung an den Fahrer bereitstellt, beispielsweise während des Einschaltens oder Ausschaltens der Anordnung 1 oder während des teilautonomen Betriebs des Fahrzeugs. Auf diese Weise kann ein Regelsystem dazu verwendet werden, das Handrad durch Variieren des Differenzmoments in einem im Wesentlichen konstanten Winkel zu halten.
Die korrekte Funktionsfähigkeit der beiden Stränge der Anordnung macht es erforderlich, dass die Motorlagesensoren korrekt arbeiten. Wenn ein Sensor ausfällt, kann der Motor nicht korrekt angesteuert werden. Es folgt eine Beschreibung mehrerer im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegender Anordnungen zur Überprüfung des korrekten Betriebs der Motorlagesensoren.
Ein gemeinsames Merkmal der ersten vier Anordnungen ist der Austausch von Informationen von einem Strang zum anderen, der es ermöglicht, Schätzungen der Lage des einen Motors unter Verwendung von Messungen der Lage des anderen Motors vorzunehmen. Die Anmelderin hat festgestellt, dass dies möglich ist, sofern ein eventuell in dem System vorhandenes Zahnflankenspiel berücksichtigt wird. Außerdem muss jeglicher feste Offset zwischen den Motoren berücksichtigt werden.
Ausführungsform A - Baseline - Austausch von Drehwinkeln der Lenksäule
Die 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Schema zeigt, welches mit dem Verarbeitungsmittel der Anordnung der 4 zur strangübergreifenden Querprüfung der Motorlagesensoren (MPS) implementiert ist. Jeder Strang misst die MPS-Signale, um einen MPS-Winkel zu bestimmen. Die MPS-Messung wird akkumuliert und mit einem Offset versehen, um sie mit der Lenksäule auszurichten (siehe obige Anmerkungen zur Akkumulation). Jeder Strang schätzt dann den Lenksäulenwinkel gemäß dem Motordrehmoment dieses Stranges.
Die Schätzung ist abhängig von dem Zahnflankenspiel und der Getriebenachgiebigkeit zwischen der Motorwelle und der Lenksäulenwelle: ${\hat{θ}}_{c o l 2} = \frac{M P S_{2}}{N_{g b}} - L a s h_{2} sgn (T^{*}_{m o t 2}) - \frac{N_{g b} T^{*}_{m o t 2}}{K_{g b}}$
wobei θ_col2 der auf Basis der Messungen auf Strang 2 geschätzte Lenksäulenwinkel ist, MPS2 der Offset des von dem zweiten Motorlagesensor 210 ausgegebenen Signals ist, Lash₂ das an dem Schneckenrad gemessene Spiel in der Schneckenwelle des zweiten Motors ist, T_*mot2 das für den Motor des Stranges 2 angeforderte Drehmoment ist, N_gb die Getriebestandübersetzung ist, und K_gb die Steifigkeit des Getriebes ist. Eine ähnliche Berechnung kann in Strang 1 angewendet werden.
Die geschätzten Lenksäulenwinkel werden dann zwischen den beiden Strängen ausgetauscht. Der geschätzte Lenksäulenwinkel wird dann unter Verwendung des Zahnflankenspiels für den empfangenden Strang in einen Motorwinkel für den empfangenden Strang umgewandelt. Somit erzeugt jeder Strang ein Signal, das hinsichtlich des Zahnflankenspiels zwischen beiden Schnecken kompensiert wird.
In Strang 1 wird die Messung des Stranges so behandelt: ${\hat{M P S}}_{1} = N_{g b} ({\hat{θ}}_{c o l 2} + L a s h_{1} sgn (T^{*}_{m o t 1}) + \frac{N_{g b} T^{*}_{m o t 1}}{K_{g b}})$
Wobei ${\hat{M P S}}_{1}$
der geschätzte MPS-Winkel und T*_mot1 die Drehmomentanforderung von Motor 1 ist.
Auf das MPS-Signal innerhalb des Stranges wird eine Latenzkompensation angewendet. Diese verzögert das Signal, um die Verzögerung in der strangübergreifenden Kommunikation zu kompensieren.
Jeder Strang kann dann sein eigenes MPS-Signal mit dem Signal des anderen Stranges gegenprüfen. Die Gegenprüfung wird berücksichtigen, dass die Signale sich durch eine Anzahl von ganzen Umdrehungen unterscheiden könnten, wird jedoch bestimmen, ob ein signifikanter, nicht zu erwartender Fehler vorliegt.
Schließlich analysiert ein Block zur diagnostischen Beurteilung das Ergebnis der Gegenprüfung über eine Zeitspanne, um zu entscheiden, ob der Fehler bestehen bleibt, oder ob möglicherweise bestimmte Bedingungen das Ergebnis verzögern (z.B. Übergangsverhalten).
Umwandeln jedes Motorwinkels in einen Lenksäulenwinkel mit Kompensation des Zahnflankenspiels bzw. der Nachgiebigkeit. Danach Zurückwandeln der Schätzung des Lenksäulenwinkels in den Motorwinkel in dem gegenüberliegenden Strang.
Ausführungsform B - Direkte Gegenprüfung des MPS mit dem Flankenspiel.
Die 12 ist ein Blockdiagramm ähnlich dem der 11, welches ein alternatives Schema zeigt, das durch das Verarbeitungsmittel der Anordnung implementiert wird und das eine einzige Kompensation des Zahnflankenspiels verwendet. Die Blöcke sind abgesehen von der Schätzung des Zahnflankenspiels ähnlich wie in der vorherigen Figur.
Die unter Verwendung der MPS2-Messung geschätzte MPS-Lage in Strang 1 ist: ${\hat{M P S}}_{1} = {\begin{array}{l} M P S_{2} - (2 L a s h_{g b} sgn (T^{*}_{m o t 2}) + \frac{(T^{*}_{m o t 2} - T^{*}_{m o t 1})}{K_{g b}}) & when sgn (T^{*}_{m o t 1}) \neq sgn (T^{*}_{m o t 2}) \\ M P S_{2} & otherwise \end{array}$
Wobei Lash_gb das Gesamtzahnflankenspiel über das Schneckenrad an der Schneckenwelle ist und K_gb die Nachgiebigkeit in dem Zahnrad von der Schneckenwelle aus gesehen ist.
Dieses alternative Schema beseitigt die Notwendigkeit eines Umrechnens auf die Wellenachse und zurück, indem die Kompensation des Zahnflankenspiels kombiniert wird.
Ausführungsform C - Direkte Gegenprüfung der MPS unter Verwendung von Drehmomentanforderung und -differenz.
Die 13 ist ein Blockdiagramm eines dritten, durch das Verarbeitungsmittel der Anordnung implementierbaren Schemas. Diese Anordnung ähnelt der vorhergehenden, mit dem Unterschied, dass das angeforderte Drehmoment T_dem und die Differenz T_diff verwendet werden. Es ist eine mathematische Umstellung die aber möglicherweise einfacher zu implementieren ist, da das Anforderungsdrehmoment und die Drehmomentdifferenz in jedem Fall zwischen den beiden Strängen synchronisiert werden müssen.
Die unter Verwendung der MPS2-Messung geschätzte MPS-Lage für Strang 1 ist: ${\hat{M P S}}_{1} = {\begin{array}{l} M P S_{2} + (2 L a s h_{g b} sgn (T_{d i f f}) + \frac{T_{d i f f}}{K_{g b}}) & when | T_{d e m} | < | T_{d i f f} | \\ M P S_{2} & otherwise \end{array}$
Wobei Lash_gb die Gesamtanforderung an Motorwellendrehmoment ist und K_gb die Differenz zwischen der Motorwellendrehmomentanforderung ist (diese werden in den unterschiedlichen Strategien zur Drehmomentzuteilung verwendet).
Dieses Schema ähnelt der Ausführungsform B, verwendet jedoch T_dem und T_diff anstelle der von den beiden Motoren aufgebrachten Ist-Drehmomente.
Ausführungsform D - Ausweitung auf zwei MPS pro Strang
Die 14 zeigt ein Schema, das zwei Motorlagesensoren pro Strang aufweist. Dieses erweitert jedes der ersten drei Schemata, indem vorgesehen ist, dass jeder Strang über eine eigene redundante Motorlagemessung verfügt. Für den Fall, dass ein Strang zwei unterschiedliche, aber plausible Motorlagesignale aufweist, kann die Gegenprüfung von Strang zu Strang dazu verwendet werden, zwischen den Signalen zu arbitrieren, damit eines für einen degradierten Betriebsmodus ausgewählt werden kann.
Dieses Schema ist gleich ausgebildet wie die vorherige Ausführungsform, sieht jedoch eine zusätzliche Überprüfung zwischen den Sensoren in jedem Strang vor. Es wird ein „Signal auswählen“-Block hinzugefügt, um das Signal auszuwählen, das zur Gegenprüfung an den gegenüberliegenden Strang gesendet wird.
Ausführungsform E - aktive Prüfung unter Verwendung der Bewegung über das Zahnflankenspiel hinweg.
Eine weitere Anordnung ist in dem Ablaufdiagramm der 15 dargestellt.
Darin wird ein bestimmter Prozess beschrieben, der bei stehender Welle zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden kann, zu dem die Prüfung der Motorsensoren für einen Fahrer, der ein an der Lenkwelle befestigtes Handrad hält, nicht wahrnehmbar ist.
Die Anmelderin hat erkannt, dass die Verbindung zwischen jedem Motor und der Welle ein gewisses Zahnflankenspiel aufweist. Im Normalbetrieb bringen die beiden Motoren Drehmomente entgegengesetzter Polarität auf, um jegliches freie Spiel aufgrund von Zahnflankenspiel zu beseitigen, wie in der älteren Patentanmeldung GB 2579374 A der Anmelderin erläutert. Beim Umkehren der Polarität beider Motoren bewegt sich jeder von ihnen „über“ sein jeweiliges Zahnflankenspiel hinweg, bis das freie Zahnflankenspiel aufgenommen ist und die Motoren ihre Drehmomente mit umgekehrter Polarität auf die Welle aufbringen. Während dieses Übergangs bewegen sich die Motoren, die Welle bewegt sich jedoch nicht. Das Maß an Bewegung in jedem Motor hängt von dem Zahnflankenspiel in jedem einzelnen Zahneingriff ab. Auf diese Weise kann an jedem MPS eine Prüfung bereitgestellt werden, indem bestätigt wird, dass der MPS nicht mit einer „eingefrorenen“ Ausgabe ausgefallen ist.
Die Prüfung kann entweder beim Einschalten, oder wenn keine Aktivität am Handrad vorliegt, durchgeführt werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, während einer Phase des autonomen Fahrens zu prüfen, ob die MPS funktionieren.
Wie in der 15 dargestellt, umfasst die Prüfung die folgenden Schritte, die, obwohl im Rahmen der Erfindung Variationen möglich sind, in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden:

a) Entscheiden, dass das Handrad für eine kurze Zeitspanne nicht bewegt werden muss.
b) Messen des Ausgangs von MPS1 und MPS2
c) Rampenförmiges Führen des Differenzmoments von einer Polarität auf die entgegengesetzte Polarität
d) Messen des MPS 1 und des MPS2
e) Bestätigen, dass sich die Messwerte von MPS1 und MPS2 geändert haben (der erwartete Betrag ist das Zahnflankenspiel in jedem Zahnradsatz)
f) Rampenförmiges Führen des Differenzmoments auf die ursprüngliche Polarität d) Messen des MPS 1 und des MPS2
h) Bestätigen, dass die Messwerte von MPS1 und MPS2 zu ihren ursprünglichen Werten (innerhalb zu erwartender Toleranzen) zurückgekehrt sind.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Verschiedene Abwandlungen und Verbesserungen können vorgenommen werden, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen. Sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen verwendet werden, und die Offenbarung erstreckt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer der hier offenbarten Merkmale.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20060042858 A1 [0004, 0005]
GB 2579374 [0005, 0106]

Claims

Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs, Folgendes umfassend: ein Gehäuse; eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle; ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen; einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt, einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt, wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, und wobei die Anordnung ferner ein Verarbeitungsmittel umfasst, das unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals und unter Berücksichtigung der Wirkung eines etwaigen Zahnflankenspiels in der Anordnung eine Schätzung der Lage des ersten Motors erzeugt und das erste Motorlagesignal mit der Schätzung der Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmittel eine Schätzung der Wellenlage erzeugt, die ein Zahnflankenspiel in den Zahnrädern, die den zweiten Motor mit der Welle verbinden, berücksichtigt, und die von dieser Schätzung der Wellenlage abgeleitete Schätzung der ersten Motorlage, das Zahnflankenspiel in den Zahnrädern, die den ersten Motor mit der Welle verbinden, berücksichtigt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Schätzung der Wellenlage ferner die Nachgiebigkeit in der Anordnung, insbesondere in dem Motor und den Zahnrädern der beiden Stränge, berücksichtigt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verarbeitungsmittel eine erste Verarbeitungsschaltung, die einen Teil des ersten Stranges bildet, und eine zweite Verarbeitungsschaltung, die einen Teil des zweiten Stranges bildet, umfasst.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung eine Schätzung der Lage der Welle, die aus dem zweiten Motorlagesignal bestimmt wird, an die erste Verarbeitungsschaltung überträgt, wobei die erste Verarbeitungsschaltung wiederum eine Schätzung der ersten Motorlage aus der Schätzung der Wellenlage bestimmt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung die Ausgabe des zweiten Motorlagesensors und ein Signal, welches das von dem zweiten Motor auf die Welle aufgebrachte Drehmoment angibt, an die erste Verarbeitungsschaltung überträgt, und wobei die erste Verarbeitungsschaltung die erste Motorlage durch Kombinieren der übertragenen Informationen mit einem Signal, welches das von dem ersten Motor auf die Welle aufgebrachte Drehmoment angibt, schätzt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verarbeitungsmittel jeglichen bekannten Versatz der Winkellage zwischen den beiden Motoren berücksichtigt, wenn sie die Schätzung der ersten Motorlage zur Verwendung in der Gegenprüfung bestimmt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Verarbeitungsschaltung nur die Ausgabe des zweiten Motorlagesensors an die erste Verarbeitungsschaltung überträgt, und die Schätzung der ersten Motorlage durchgeführt wird, indem dies mit dem angeforderten Drehmoment und der Differenz zwischen den beiden Anforderungsdrehmomenten kombiniert wird.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Übertragung von Signalen zwischen den Strängen bidirektional ist und das Verarbeitungsmittel eine Schätzung der Lage des zweiten Motors unter Verwendung zumindest der Motorlage-Ausgabe von dem ersten Motorlagesensor erzeugt und das zweite Motorlagesignal mit der Schätzung der zweiten Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verarbeitungsmittel dazu ausgebildet ist, jegliche Latenz zwischen den Schätzungen der Motorlage und den gemessenen Motorlagen zu berücksichtigen, die durch die Zeit bedingt ist, welche benötigt wird, um Informationen über die Stränge zu übertragen und die Schätzungen der Motorlage zu erzeugen.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Strang zwei Motorlagesensoren umfasst, die jeweils unabhängig voneinander ein Motorlagesignal erzeugen, das die Winkellage des Motors eines jeweiligen Stranges angibt, und wobei das Verarbeitungsmittel jedes Stranges dazu ausgebildet ist, seine eigenen beiden Motorlagesensoren gegenzuprüfen.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Motorregler umfasst, der dazu ausgebildet ist, Drehmomentanforderungen an die Motoransteuerschaltung von jedem des ersten und des zweiten Stranges zuzuteilen, um zu bewirken, dass jeder Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, um zu bewirken, dass die beiden Motoren sich synchron mit der Durchführung der Gegenprüfung der Ausgangssignale von den Motorlagesensoren über ihr jeweiliges Zahnflankenspiel im Getriebe bewegen.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 12, wobei die Gegenprüfung ferner das Vergleichen der Änderung der Motorlagesignale während der Bewegung über das Zahnflankenspiel mit einer erwarteten Änderung und im Falle einer Nichtübereinstimmung das Kennzeichnen eines Fehlers umfasst.
Eine Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs, Folgendes umfassend: ein Gehäuse; eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle; ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen; einen ersten und einen zweiten Motor, die jeweils einen Abtrieb aufweisen, der ein jeweiliges Abtriebszahnrad antreibt, wobei die Abtriebszahnräder mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehen; einen Motorregler, der jedem von dem ersten und dem zweiten Motor Drehmomentanforderungen zuteilt, um zu bewirken, dass jeder Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, ein Mittel zum Bestimmen der Wellenlage, das einen ersten Motorlagesensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein jeweiliges Winkellagesignal, das die Winkellage des ersten Motors angibt, zu bestimmen, einen zweiten Motorlagesensor, der dazu ausgebildet ist, die Winkellage des zweiten Motors zu bestimmen, und ein Verarbeitungsmittel, das dazu ausgebildet ist, eine erste Schätzung der Wellenlage auf Basis des Winkellagesignals des ersten Motorlagesensors und eine zweite Schätzung der Wellenlage auf Basis der Winkellage des zweiten Motorlagesensors zu erzeugen, wobei das Verarbeitungsmittel der Anordnung ferner dazu ausgebildet ist, zu bewirken, dass die beiden Motoren, sich synchron mit einer Gegenprüfung der Ausgangssignale von den Motorlagesensoren über ihr jeweiliges Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg bewegen, und wobei die Gegenprüfung jegliches Zahnflankenspiel in der Verbindung der Motoren mit der Welle berücksichtigt.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 14, wobei der Motorregler jedem Motor das Drehmoment aktiv zuteilt, um ein Differenz-Vorspannmoment bereitzustellen, das den Motor im Betrieb mit einem niedrigen Abtriebsdrehmoment über das Zahnflankenspiel im Getriebe hinweg bewegt, sofern die Betriebsbedingungen dies zulassen.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach Anspruch 15, wobei der Motorregler zu einem ersten Zeitpunkt bewirkt, dass die Motoren entgegengesetzte Drehmomente aufbringen, die ein positives Differenzmoment erzeugen, und zu einem zweiten Zeitpunkt entgegengesetzte Drehmomente aufbringen, die ein negatives Differenzmoment erzeugen.
Zweimotoren-Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Zweimotoren-Antriebsanordnung eine Handradaktuatoranordnung für ein Fahrzeug umfasst, und das Verarbeitungsmittel dazu ausgebildet ist, das Maß an Zahnflankenspiel durch Überwachen der Differenzbewegung der beiden Motoren während eines Betriebszeitraums, in dem die Bewegung der Welle nahe Null ist, zu schätzen.
Verfahren zum Betreiben einer Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle; ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen; einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt, einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt, wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, und wobei die beiden Abtriebszahnräder mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird; und ein Verarbeitungsmittel; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Erzeugen einer Schätzung der Lage des ersten Motors unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals und unter Berücksichtigung der Wirkung eines etwaigen Zahnflankenspiels in der Anordnung; und das Gegenprüfen des ersten Motorlagesignals mit der Schätzung der Motorlage, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist.
Verfahren zum Betreiben einer Zweimotoren-Antriebsanordnung für den Einsatz in einer Handradaktuatoranordnung eines Fahrzeugs, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle; ein erstes Zahnrad, das mit der Welle verbunden und dazu ausgebildet ist, sich mit der Welle zu drehen; einen ersten Motorstrang, der einen ersten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den ersten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der Abtrieb des ersten Motors ein Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen ersten Motorlagesensor, der ein erstes Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des ersten Motors angibt, einen zweiten Motorstrang, der einen zweiten Motor mit einem Abtrieb umfasst, eine Motoransteuerstufe, die den zweiten Motor ansprechend auf eine Drehmomentanforderung dahingehend ansteuert, zu bewirken, dass der zweite Motor ein entsprechendes Drehmoment auf das erste Zahnrad aufbringt, und einen zweiten Motorlagesensor, der ein zweites Motorlagesignal erzeugt, das die Winkellage des zweiten Motors angibt, wobei die beiden Abtriebe der Motoren mit dem ersten Zahnrad so in Eingriff stehen, dass das von beiden Motoren abgegebene Drehmoment auf die Welle aufgebracht wird, und wobei die Anordnung ferner ein Verarbeitungsmittel umfasst, das unter Verwendung zumindest des von dem zweiten Motorlagesensor ausgegebenen Signals eine Schätzung der Lage des ersten Motors erzeugt, und das erste Motorlagesignal mit der Schätzung der Motorlage gegenprüft, um zu bestimmen, ob zumindest einer der Motorlagesensoren fehlerhaft ist, wobei das Verfahren die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge durchgeführten Schritte umfasst: a) Entscheiden, dass die Welle für eine kurze Zeitspanne nicht bewegt werden muss; b) Aufbringen eines Differenzmoments auf die Welle durch die beiden Motoren derart, dass ein Motor ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung aufbringt und der andere ein Drehmoment mit entgegengesetzter Drehrichtung aufbringt; c) Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors bei anliegendem Differenzmoment; d) Rampenförmiges Führen des von den beiden Motoren auf die Welle aufgebrachten Differenzmoments von einer Polarität auf die entgegengesetzte Polarität derart, dass beide Motoren sich vollständig über ein etwaiges Zahnflankenspiel in ihren jeweiligen Verbindungen mit der Welle hinweg bewegt haben, e) Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors bei anliegendem Differenzmoment mit entgegengesetzter Polarität; und f) Bestätigen, dass die Ausgaben der beiden Motorlagesensoren sich um einen erwarteten Betrag gemäß dem Maß an Zahnflankenspiel in jedem Zahnradsatz geändert haben, nach den Schritten a bis f kann das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfassen: g) Rampenförmiges Rückführen des Differenzmoments auf die ursprüngliche Polarität; h) Erneutes Messen der Lage des ersten Motors unter Verwendung des ersten Motorlagesensors und Messen der Lage des zweiten Motors unter Verwendung des zweiten Motorlagesensors; und h) Bestätigen, dass die Ausgabe von den beiden Motorlagesensoren zu ihren in Schritt (c) gemessenen ursprünglichen Werten (innerhalb zu erwartender Toleranzen) zurückgekehrt ist, und falls nicht, Kennzeichnen, das eine Störung in einem oder beiden Motorlagesensoren vorliegt.