DE112019005763T5

DE112019005763T5 - Vorrichtung und verfahren zum berechnen der absoluten winkelposition zur steuerung eines fahrzeuglenksystems

Info

Publication number: DE112019005763T5
Application number: DE112019005763.4T
Authority: DE
Inventors: Tony Dodak
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-08-05
Also published as: DE112019005759T5; CN113039115B; CN113056403A; WO2020101445A1; DE112019005736T5; KR20210077002A; DE112019005756T5; CN113039115A; KR20210077001A; CN113039374A; CN113039373B; KR20210072124A; CN113039373A; CN113056860A; KR20210076991A; CN113056403B; KR20210077000A; DE112019005764T5; CN113039374B

Abstract

Fahrzeuglenksystem, das umfasst: eine Motorbaugruppe, die funktionsmäßig mit einer Lenkzahnstange gekoppelt ist, wobei die Motorbaugruppe einen Motor mit einem Rotor und einem Motorpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen Rotorwinkel des Motors in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen; und einen Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, der funktionsmäßig zwischen der Motorbaugruppe und der Lenkzahnstange gekoppelt ist, wobei der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung einen Rotor umfasst, der funktionsmäßig mit dem Rotor des Motors gekoppelt ist. Ein Prozessor berechnet eine absolute Winkelposition des Ritzels in einem Vollumdrehungsbereich des Ritzels auf der Grundlage des erfassten Rotorwinkels des Motors und eines Ritzelwinkels, der von einem Ritzelwinkelsensor in einem Einzelumdrehungsbereich erfasst wird, oder auf der Grundlage des erfassten Rotorwinkels des Motors und eines Winkels des Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, der von einem Winkelpositionssensor in dem Einzelumdrehungsbereich erfasst wird.

Description

Gebiet der Technik
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich im Allgemeinen auf das Erfassen oder Berechnen absoluter Winkelpositionen, die mit dem Lenkvorgang und der Steuerung eines Fahrzeugs zusammenhängen.
Stand der Technik
In vielen Anwendungen, einschließlich Motorfahrzeugen, kann es wichtig sein, die absolute Winkelposition eines rotierenden Körpers zu kennen. So kann es als ein Beispiel beim Starten eines Motorfahrzeugs manchmal notwendig sein, zu wissen, in welcher Lenkumdrehung sich das Lenkrad beim Anfahren gerade befindet. Nicht nur dies ermöglicht dem Fahrer zu wissen, in welche Richtung die Vorderräder gerichtet sind, bevor er den Gang einlegt, sondern einige computergesteuerte Fahrzeugsteuersysteme benötigen möglicherweise auch die Kenntnis der Lenkposition. Beispielsweise muss bei einem automatisierten Lenksystem, wie einem Steer-by-Wire-System, das Steuerungssystem jederzeit die Position des Lenkrads kennen, um die Richtung des Fahrzeugs zu steuern. Diese Systeme müssen nicht nur die Position des Lenkrads kennen, sie müssen auch wissen, in welcher Umdrehung sich das Lenkrad zum Zeitpunkt der Messung befindet.
Eine solche Vorrichtung umfasst ein relativ großes Eingangszahnrad, das auf der Lenkwelle installiert ist. Das Eingangszahnrad ist mit zwei relativ kleinen Ausgangszahnrädern verzahnend verbunden. Ein erster Magnetfeldsensor und ein zweiter Magnetfeldsensor sind jeweils in der Nähe des ersten und zweiten Ausgangszahnrads angebracht. Die Ausgangszahnräder sind so konstruiert, dass bei ihrer Drehung die Winkelposition der Ausgangszahnräder von den Sensoren erfasst wird. Das Verhältnis des ersten Ausgangszahnrads zum zweiten Ausgangszahnrad wird so gewählt, dass die Ausgangszahnräder beim Durchlaufen mehrerer Umdrehungen außer Phase sind. Die Signale der Sensoren werden verwendet, um die absolute Position der Lenkwelle zu bestimmen. Der zweite Sensor liefert ein relativ genaues, hochauflösendes Signal, das die Winkelposition des zweiten Ausgangszahnrads darstellt. Dieses Signal wird in Verbindung mit dem phasenverschobenen Winkelpositionssignal des ersten Sensors verwendet, um zu bestimmen, in welcher Umdrehung sich die Lenkwelle befindet, wenn das Signal vom zweiten Sensor empfangen wird. Somit ist die absolute Position der Lenkwelle bekannt.
Die folgenden Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf diese und andere allgemeine Überlegungen beschrieben. Obwohl relativ konkrete Probleme diskutiert werden, versteht es sich, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf die Lösung der im Stand der Technik benannten konkreten Probleme beschränkt sein sollten.
Offenbarung
Technische Aufgabe
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sehen ein Fahrzeuglenksystem vor, das in der Lage ist, absolute Winkelpositionen zu erfassen oder zu berechnen, die mit dem Lenkvorgang und der Steuerung eines Fahrzeugs zusammenhängen.
Technische Lösung
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden sollte, und aus den Ansprüchen, die am Ende der ausführlichen Beschreibung angefügt sind, leichter zu verstehen und zu erschließen sein.
Entsprechend bestimmter Ausführungsbeispiele kann ein Fahrzeuglenksystem umfassen: eine Motorbaugruppe, die einen Motor mit einem ersten Rotor und einen Motorpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen ersten Rotorwinkel des Motors in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen; einen Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, der funktionsmäßig zwischen der Motorbaugruppe und einer Lenkzahnstange gekoppelt ist, um eine Drehkraft des Motors in eine lineare Kraft zum Bewegen der Lenkzahnstange umzuwandeln, wobei der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung einen zweiten Rotor, der funktionsmäßig mit dem ersten Rotor des Motors gekoppelt ist, und einen Winkelpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen zweiten Rotorwinkel des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, wobei die Lenkzahnstange funktionsmäßig mit einem Ritzel gekoppelt ist; und einen Prozessor, der ausgebildet ist, eine absolute Winkelposition zu berechnen, die einer Position einer Lenkzahnstange in einem Vollumdrehungsbereich der Lenkzahnstange zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten ersten Rotorwinkel des Motors und dem erfassten zweiten Rotorwinkel des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung. Die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange in dem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, kann eine absolute Winkelposition des Ritzels in dem Vollumdrehungsbereich des Ritzels sein oder dieser entsprechen. Der Einzelumdrehungsbereich kann ein Bereich von dreihundertsechzig (360) Grad sein und der Vollumdrehungsbereich kann einem Bewegungsbereich der Lenkzahnstange entsprechen, wie einem drehbaren Bereich eines Ritzels oder eines Lenkrades. Der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann eine Kugelmutteranordnung umfassen.
Der Prozessor kann ausgebildet sein, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten ersten Rotorwinkels des Motors und des erfassten zweiten Rotorwinkels des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den Geschwindigkeiten, mit denen sich der erste Rotor des Motors und der zweite Rotor des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung drehen, zu berechnen.
Der Prozessor kann ausgebildet sein, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten ersten Rotorwinkels des Motors und des erfassten zweiten Winkels des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung unter Verwendung eines Vernier-Algorithmus zu berechnen.
Der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung umfasst ein erstes Zahnrad, das ausgebildet ist, durch den ersten Rotor des Motors gedreht zu werden, und der zweite Rotor des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann ein zweites Zahnrad sein, das drehbar mit dem ersten Zahnrad verbunden ist, wobei der Winkelpositionssensor ausgebildet ist, den Winkel des zweiten Zahnrads des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, und der Prozessor kann ausgebildet sein, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange in dem Vollumdrehungsbereich der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten Rotorwinkel des Motors und dem erfassten Winkel des zweiten Zahnrads des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung zu berechnen.
Entsprechend einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann ein Fahrzeuglenksystem umfassen: einen Ritzelwinkelsensor, der ausgebildet ist, einen Ritzelwinkel in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, wobei der Ritzelwinkel einem Ritzel zugeordnet ist, das funktionsmäßig mit einer Lenkzahnstange gekoppelt ist; eine Motorbaugruppe, die funktionsmäßig mit der Lenkzahnstange gekoppelt ist, wobei die Motorbaugruppe einen Motor mit einem Rotor und einem Motorpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen Rotorwinkel des Motors in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen; und einen Prozessor, der ausgebildet ist, eine absolute Winkelposition zu berechnen, die der Position der Lenkzahnstange in einem Vollumdrehungsbereich der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten Ritzelwinkel und dem erfassten Rotorwinkel des Motors. Die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange in dem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, kann eine absolute Winkelposition des Ritzels in dem Vollumdrehungsbereich des Ritzels sein oder dieser entsprechen. Der Einzelumdrehungsbereich kann ein Bereich von dreihundertsechzig (360) Grad sein und der Vollumdrehungsbereich kann einem Bewegungsbereich der Lenkzahnstange entsprechen, wie einem drehbaren Bereich eines Ritzels oder eines Lenkrades.
Der Prozessor kann ausgebildet sein, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten Ritzelwinkels und des erfassten Rotorwinkels des Motors unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den Geschwindigkeiten, mit denen sich das Ritzel und der Rotor des Motors drehen, zu berechnen.
Der Prozessor kann ausgebildet sein, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten Ritzelwinkels und des erfassten Rotorwinkels des Motors unter Verwendung des Vernier Algorithmus zu berechnen.
Das Fahrzeuglenksystem kann außerdem einen Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung umfassen, der funktionsmäßig zwischen der Motorbaugruppe und der Lenkzahnstange gekoppelt ist. Der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann eine Kugelmutteranordnung umfassen.
Dieser Abriss soll eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorstellen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist weder beabsichtigt, dass dieser Abriss Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifiziert noch soll er verwendet werden, den Bereich des beanspruchten Gegenstands zu beschränken.
Vorteilhafte Wirkungen
Das Fahrzeuglenksystem gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann absolute Winkelpositionen, die mit dem Lenkvorgang und der Steuerung eines Fahrzeugs zusammenhängen, effektiv erfassen oder berechnen.
Figurenliste
Es werden verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuglenksystems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Teilquerschnittsansicht einer Motorbaugruppe und eines Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 eine Teilquerschnittsansicht eines Ritzelgehäuses gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer absoluten Winkelposition, die einer Position einer Lenkzahnstange zugeordnet ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer absoluten Winkelposition, die einer Position einer Lenkzahnstange zugeordnet ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist; und
6 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung eines Fahrzeuglenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Einander entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren bezeichnen im Allgemeinen entsprechende Teile, solange nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der Ausführungsbeispiele deutlich darstellen, und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.
Beste Ausführungsform
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden und in denen zur Erläuterung konkrete Ausführungsbeispiele gezeigt sind, mit denen die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. Diese Ausführungsbeispiele werden ausreichend detailliert beschrieben, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, und es sei klargestellt, dass auch andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und dass strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführlichen Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinne aufzufassen, und der Bereich der Erfindung wird nur von den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren beziehen sich auf gleiche Komponenten, was aus dem Kontext ihrer Verwendung hervorgehen sollte.
Bezugnehmend auf 1 wird ein Lenksystem 100 für den Einsatz in einem Fahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 100 ermöglicht es einem Fahrer oder einer Bedienperson des Fahrzeugs, die Richtung des Fahrzeugs durch die Bedienung des Lenksystems 100 zu steuern. Das Lenksystem 100 kann eine Lenksäule 110, ein Ritzel 120 mit einer Ritzelwelle 121 und einem Ritzelzahnrad 125, eine Zahnstangenanordnung 130, eine Motorbaugruppe 160 und eine Steuervorrichtung 180 umfassen.
Die Lenksäule 110 ermöglicht die mechanische Betätigung der Räder des Fahrzeugs, um die Richtung des Fahrzeugs zu steuern. Die Lenksäule 110 enthält ein Lenkrad 105. Das Lenkrad 105 ist so positioniert, dass der Fahrer eine Drehkraft auf die Lenksäule 110 ausüben kann. Eine obere Lenksäulenwelle 113 ist an einem Ende mit dem Lenkrad 105 und am anderen Ende mit einem Säulenuniversalgelenk 115 verbunden. Das Säulenuniversalgelenk 115 koppelt die obere Lenksäulenwelle 113 mit der Ritzelwelle (oder einer unteren Lenksäulenwelle) 121. Die Ritzelwelle 121 kann an einem Ende an dem Säulenuniversalgelenk 115 und am anderen Ende an dem Getriebegehäuse 122 befestigt sein. Das Getriebegehäuse 122 nimmt das Ritzelrad 125 auf. Das Ritzelrad125 des Getriebegehäuses 122 ist so positioniert, dass es mit einem Zahnstangenzahnrad (wie einem passenden gezahnten Teil) 132 der Zahnstangenanordnung 130 in Kontakt kommt. Das Ritzelrad 125 hat beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eine Schrägverzahnung, die mit einer Geradverzahnung 132 der Zahnstange in Eingriff steht. Das Ritzelrad 125 bildet in Kombination mit dem Zahnstangenverzahnung 132 ein Zahnstangengetriebe 135. Eine Zahnstange 155 ist über ein Lenkgestänge mit den lenkbaren Laufrädern 150 des Fahrzeugs gekoppelt. Spurstangen 140 sind an einem Ende an der Zahnstangenanordnung 130 und am anderen Ende an den Achsschenkeln 145 befestigt.
Wenn eine Drehkraft durch die Betätigung des Lenkrads 105 oder durch eine andere Krafteinwirkung auf die Lenksäule 110 ausgeübt wird, wird das Ritzel 125 des Getriebegehäuses 122 entsprechend gedreht. Die Bewegung des Ritzelrads 125 bewirkt die Bewegung der Zahnstangenanordnung 130 in Richtung der Pfeile 137, die wiederum die Spurstangen 140 und die Achsschenkel 45 beeinflusst, um die Laufräder 150 neu zu positionieren. Dementsprechend wandelt der Zahnstangengetriebe 135 beim Drehen des Lenkrads 105 die Drehbewegung des Lenkrads 105 in die Linearbewegung der Zahnstange 155 um.
Um die vom Fahrer oder der Bedienperson auf das Lenksystem 100 ausgeübte Kraft zu unterstützen, wird ein Elektromotor 165 angesteuert, um die Bewegung der Zahnstange 155 zu unterstützen und so die Lenkung des Fahrzeugs durch die Fahrzeugbedienperson zu erleichtern. Der Elektromotor 165 kann einen Rotor 164 mit einer Motorwelle 168 und einer Motorriemenscheibe 166 umfassen. Der Elektromotor 165 liefert über die Motorwelle 168 eine Drehmomentkraft an die Motorriemenscheibe 166. Die Drehkraft der Motorriemenscheibe 166 wird auf einen Riemen 167 übertragen. Alternativ kann die Motorriemenscheibe 166 direkt mit der Zahnstange 155 gekoppelt werden, oder der Riemen 167 wird durch ein Ketten- oder Getriebesystem oder eine beliebige Drehvorrichtung ersetzt, die eine Drehkraft für einen Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung (z. B. eine Kugelumlaufeinheit) liefert. Wenn eine Drehmomentkraft auf den Riemen 167 ausgeübt wird, wird die Drehkraft über den Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung in eine Linearkraft umgewandelt, und die Zahnstange 155 wird in eine der Richtungen der Pfeile 137 bewegt. Natürlich entspricht die Bewegungsrichtung der Zahnstangenanordnung 130 der Drehrichtung der Motorriemenscheibe 166. Die Konfiguration des Riemens 167 und die Position des Elektromotors 165 ermöglichen es, dass eine innere Eingriffsfläche des Riemens 167 sowohl die Motorriemenscheibe 166 als auch eine Kugelumlaufspindel 172, die an einem rotierenden Teil (oder einem Rotor) der Kugelumlaufspindel-Baugruppe 170 befestigt ist, umschlingt und in sie eingreift.
Der Elektromotor 165 wird von einer Steuervorrichtung 180 angesteuert, die Eingaben von einem Drehmoment- und/oder Drehpositionssensor(en) 117 erhält. Der Drehpositionssensor 117 liefert ein Lenkwinkelsignal an die Steuervorrichtung 180.
1 zeigt ein Servolenkungssystem, das eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 105 und der Zahnstangenanordnung 130 umfasst. Alternativ und in Anwendungen, in denen ein „Steer-by-Wire-System“ eingesetzt wird, gibt es keine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 105 und der Zahnstangenanordnung 130. In dieser Anwendung wird die Drehbewegung des Fahrers des Lenkrads 105 (und/oder ein Signal von einem äquivalenten Steuergerät des Fahrers, wie z. B. einem Joystick, Pedal(en) und anderen Mechanismen zur Betätigung durch den Fahrer) in die Steuervorrichtung 180 eingegeben, während der Elektromotor 165 die notwendige Kraft zur Betätigung der Zahnstangenanordnung 130 liefert.
2 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer Motorbaugruppe und eines Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Ein Motorpositionssensor 210 ist auf einer Leiterplatte 230 gelagert und ist elektrisch mit der Leiterplatte 230 verbunden. Der Motorpositionssensor 210 ist beispielsweise direkt auf einer Seite der Leiterplatte 230 montiert, die dem distalen Ende des Rotors 164 des Motors 165 zugewandt ist.
Der Motorpositionssensor 210 kann in abtastender Beziehung mit dem Rotor 164 des Motors 165 angeordnet sein. Der Motorpositionssensor 210 kann beispielsweise in der Nähe des distalen Endes der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168 positioniert sein.
Der Motorpositionssensor 210 reagiert auf die Drehung der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168. Beispielsweise sind der Motorpositionssensor 210 und die Motordrehwelle 168 (oder die Motorriemenscheibe 166) so ausgebildet, dass der Motorpositionssensor 210 eine Winkelposition des Motorrotors 164 (wie die Motorriemenscheibe 166 oder die Motordrehwelle 168) in einem Einzelumdrehungsbereich erfassen oder abtasten kann, der ein Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) ist. Der Motorpositionssensor 210 kann ein Ausgangssignal erzeugen, das die erfasste Winkelposition des Motorrotors 164 anzeigt.
Der Motorpositionssensor 210 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals sein, das auf die Drehung des Motorrotors 164 reagiert. Der Motorpositionssensor 210 kann beispielsweise ein berührungsloser Endschalter sein. Der Motorpositionssensor 210 kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein magnetoresistiver (MR) Sensor oder ein anderer in der Technik bekannter Sensor mit ähnlichen Fähigkeiten sein. Entsprechend kann der Motorrotor 164, wie die Motorriemenscheibe 166 oder die Motordrehwelle 168, einen magnetischen Gradienten aufweisen, der auf einer Fläche des Motorrotors 164 gebildet ist, die durch eine Vielzahl von abwechselnd magnetisch geladenen Nord- und Südelementen definiert ist, die in Umfangsrichtung um den Umfang der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168 beabstandet sind. Die magnetisch geladenen Elemente des Motorrotors 164 können jedes geeignete Bauteil oder Material sein, das in der Lage ist, eine magnetische Ladung zu halten. Die magnetisch geladenen Elemente des Motorrotors 164 können auf der Fläche der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168 ausgebildet und/oder montiert sein oder im Inneren der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Magnet zur Erfassung der Motorposition auf das Ende der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168 aufgepresst sein.
Der Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann einen Rotor, wie ein Hauptzahnrad 221, ein Nebenzahnrad 222 und die Riemenscheibe 172 umfassen. Das Hauptzahnrad 221 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ist funktionsfähig mit der Kugelumlaufspindel 172 gekoppelt, so dass das Hauptzahnrad 221 zusammen mit der Kugelumlaufspindel 172 gedreht werden kann. Das Hauptzahnrad 221 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ist direkt oder indirekt mit der Kugelumlaufspindel 172 gekoppelt. Zum Beispiel ist das Hauptzahnrad 221 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung indirekt über eine Kugelmutter 174 verbunden. Das Hauptzahnrad 221 steht in drehbarem Eingriff mit dem Nebenzahnrad 222. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann der Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung nur ein einziges Nebenzahnrad haben.
Wenn sich das Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung dreht, kann ein Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung eine Winkelposition des Nebenzahnrads 222 in einer Einzelumdrehung erfassen oder abtasten, die in einem Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) liegt.
Der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ist auf der Leiterplatte 230 gelagert und elektrisch mit der Leiterplatte 230 verbunden. Der Winkelpositionssensor 225 ist beispielsweise direkt auf einer Seite der Leiterplatte 230 montiert, die dem Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Drehin eine Linearbewegung zugewandt ist. Alternativ kann der Winkelpositionssensor 225 auch auf einer anderen Leiterplatte untergebracht sein, die eine von der Leiterplatte 230 getrennte Schaltung ist.
Der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann in Abtastbeziehung mit dem Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung angeordnet sein. Der Winkelpositionssensor 225 kann beispielsweise in der Nähe des Nebenzahnrads 222 angeordnet sein.
Der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung reagiert auf die Drehung des Nebenzahnrades 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung. Beispielsweise sind der Winkelpositionssensor 225 und das Nebenzahnrad 222 derart ausgebildet, dass der Winkelpositionssensor 225 eine Winkelposition des Nebenzahnrads 222 in einem Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) erkennen oder erfassen kann. Der Winkelpositionssensor 225 kann ein Ausgangssignal erzeugen, das die erfasste Winkelposition des Nebenzahnrades 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung anzeigt.
Der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung kann jede geeignete Vorrichtung sein, die ein Signal erzeugt, das auf die Drehung des Nebenzahnrades 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung anspricht. Der Winkelpositionssensor 225 kann beispielweise ein berührungsloser Endschalter sein. Der Winkelpositionssensor 225 kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein MR-Sensor oder ein anderer in der Technik bekannter Sensor mit ähnlichen Fähigkeiten sein. Entsprechend kann das Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung einen magnetischen Gradienten aufweisen, der auf einer Fläche des Nebenzahnrads 222 gebildet wird, die durch eine Vielzahl von abwechselnden magnetisch geladenen Nord- und Südelementen definiert ist, die in Umfangsrichtung um den Umfang des Nebenzahnrads 222 herum beabstandet sind. Die magnetisch geladenen Elemente des Nebenzahnrades 222 können jedes geeignete Bauteil oder Material sein, das in der Lage ist, eine magnetische Ladung zu halten. Die magnetisch geladenen Elemente des Nebenzahnrades 222 können an der Fläche des Nebenzahnrades 222 ausgebildet und/oder montiert sein oder im Inneren des Nebenzahnrades 222 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Magnet zum Erfassen der Position des Nebenzahnrades 222 auf eine Oberfläche des Nebenzahnrades 222 aufgepresst werden.
Alternativ ist der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung so ausgebildet, dass er eine Winkelposition eines anderen Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung erfasst oder detektiert, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, die Kugelumlaufspindel 172 oder das Hauptzahnrad 221, anstelle des Nebenzahnrads 222.
3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Ritzelgehäuses gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Am Getriebegehäuse 122 ist ein Ritzelwinkelsensor 310 angebracht, der elektrisch mit der Steuervorrichtung 180 aus 1 verbunden ist. Der Ritzelwinkelsensor 210 ist beispielsweise direkt an einer Innenfläche des Getriebegehäuses 122 angebracht, die dem distalen Ende des Ritzels 120, wie dem Ritzelrad 125, zugewandt ist.
Der Ritzelwinkelsensor 310 kann in Abtastbeziehung mit dem Ritzel 120 angeordnet werden. Der Ritzelwinkelsensor 310 kann beispielsweise in der Nähe des distalen Endes des Ritzelrades 125 positioniert werden.
Der Ritzelwinkelsensor 310 reagiert auf die Drehung des Ritzels 120. Beispielsweise sind der Ritzelwinkelsensor 310 und das Ritzelrad 125 derart ausgebildet, dass der Ritzelwinkelsensor 310 eine Winkelposition des Ritzels 120 (z. B. des Ritzelrades 125) in einem Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) erkennen oder erfassen kann. Der Ritzelwinkelsensor 310 kann ein Ausgangssignal erzeugen, das die erfasste Winkelposition des Ritzels 120 anzeigt.
Der Ritzelwinkelsensor 310 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals sein, das auf die Drehung des Ritzels 120 reagiert. Der Ritzelwinkelsensor 310 kann beispielsweise ein berührungsloser Endschalter sein. Der Ritzelwinkelsensor 310 kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein MR-Sensor oder ein anderer in der Technik bekannter Sensor mit ähnlichen Fähigkeiten sein. Entsprechend kann das Ritzel 120 einen magnetischen Gradienten aufweisen, der auf einem distalen Ende 320 des Ritzels 120 gebildet wird und durch eine Vielzahl von abwechselnden magnetisch geladenen Nord-und Südelementen definiert ist, die in Umfangsrichtung um den Umfang des Ritzelrades 125 herum beabstandet sind. Die magnetisch geladenen Elemente des Ritzels 120 können jedes geeignete Bauteil oder Material sein, das in der Lage ist, eine magnetische Ladung zu halten. Die magnetisch geladenen Elemente des Ritzels 120 können an der Fläche des Ritzels 120 ausgebildet und/oder montiert sein oder im Inneren des Ritzels 120 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Magnet zur Abtastung der Ritzelposition auf das Ende 320 des Ritzelrads 125 gepresst werden.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer absoluten Winkelposition, die einer Position einer Lenkzahnstange zugeordnet ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
In Schritt 410 detektiert oder erfasst der Ritzelwinkelsensor 310 eine Winkelposition des Ritzels 120 (z. B. des Ritzelrads 125) in einem Einzelumdrehungsbereich, der einen Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) umfasst. Der Motorritzelwinkelsensor 310 erzeugt und überträgt ein Ausgangssignal, das die erfasste Winkelposition des Ritzels 120 anzeigt, an die Steuervorrichtung 180.
In Schritt 420 detektiert oder erfasst der Motorpositionssensor 210 eine Winkelposition des Motorrotors 164 (wie der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168) in einem Einzelumdrehungsbereich, der ein Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) ist. Der Motorpositionssensor 210 erzeugt und überträgt ein Ausgangssignal, das die erfasste Winkelposition des Motorrotors 164 anzeigt, an die Steuervorrichtung 180.
In Schritt 430 berechnet die Steuervorrichtung 180 eine absolute Winkelposition, die einer Position der Lenkzahnstange 155 in einem Vollumdrehungsbereich der Bewegung der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, basierend auf der Winkelposition des Ritzels 120, die vom Ritzelwinkelsensor 310 erfasst wird, und der Winkelposition des Motors 165, die vom Motorpositionssensor 210 erfasst wird. Der Vollumdrehungsbereich der Bewegung der Lenkzahnstange 155 kann beispielsweise der Vollumdrehungsbereich der Drehung des Ritzels 120, der Vollumdrehungsbereich der Drehung des Lenkrads 105 oder der Vollumdrehungsbereich einer beliebigen Lenkbewegung, die mit einer Position der Lenkzahnstange 155 zusammenhängt, sein oder diesen entsprechen, ist aber nicht darauf beschränkt. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel berechnet die Steuervorrichtung 180 eine absolute Winkelposition des Ritzels 120 in einem Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 basierend auf der vom Ritzelwinkelsensor 310 erfassten Winkelposition des Ritzels 120 und der vom Motorpositionssensor 210 erfassten Winkelposition des Motors 165. Der Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 beträgt beispielsweise drei (3) vollständige Umdrehungen, einen Bereich von null bis eintausendachtzig Grad (0° - 1080°) oder einen Bereich von minus fünfhundertvierzig bis plus fünfhundertvierzig Grad (-540° - +540°). Um den Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 auszudrücken, verwendet die Steuervorrichtung 180 einen Algorithmus oder eine Look-up-Tabelle. Der Algorithmus oder die Look-up-Tabelle kann in einem programmierten Digitalcomputer oder einem benutzerdefinierten Digitalprozessor, der in der Steuervorrichtung 180 enthalten ist, verkörpert sein (siehe 6).
Zum Beispiel kann die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, unter Verwendung des Verhältnisses zwischen Drehraten, mit denen sich das Ritzel 120 und der Rotor 164 des Motors 165 drehen, berechnet werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzelrad 125 und der Riemenscheibe 166 des Motors 165 kann verwendet werden. Durch Vorsehen einer unterschiedlichen Drehrate oder -geschwindigkeit des Ritzelrads 125 und der Riemenscheibe 166 des Motors 165 wird eine Differenz zwischen der vom Ritzelwinkelsensor 310 erfassten Winkelposition des Ritzelrads 125 und der vom Motorpositionssensor 210 erfassten Winkelposition der Motorwelle 168 oder der Motorriemenscheibe 166 erzeugt, die über den gesamten Drehbereich des Ritzels 120 einen eindeutigen Wert annimmt. Diese Differenz liefert einen Wert, der in geeigneter Weise zur Bestimmung der absoluten Winkelposition verwendet werden kann, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, obwohl weder der Ritzelwinkelsensor 310 noch der Motorpositionssensor 210 geeignet ist, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, unabhängig über den gesamten Bewegungsbereich anzuzeigen.
Der Vernier-Algorithmus kann verwendet werden, um die absolute Winkelposition zu berechnen, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, basierend auf der Winkelposition des Ritzels 120 und der Winkelposition des Motors 165. Der Vernier-Algorithmus kann die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie einen absoluten Winkel des Ritzels 120, durch Verwendung der Phasendifferenz der Winkelposition des Ritzels 120 und der Winkelposition des Motors 165 mit unterschiedlichen Zyklen herausfinden.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer absoluten Winkelposition, die einer Position einer Lenkzahnstange zugeordnet ist, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
In Schritt 510 kann der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung eine Winkelposition eines Rotors des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, der Riemenscheibe 172, des Hauptzahnrads 221 und des Nebenzahnrads 222, in einem Einzelumdrehungsbereich, der ein Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) ist, erkennen oder erfassen. Der Winkelpositionssensor 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung erzeugt und überträgt ein Ausgangssignal, das die erfasste Winkelposition des Rotors 172, 221 oder 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung anzeigt, an die Steuervorrichtung 180.
In Schritt 520 detektiert oder erfasst der Motorpositionssensor 210 eine Winkelposition des Motorrotors 164 (wie der Motorriemenscheibe 166 oder der Motordrehwelle 168) in einem Einzelumdrehungsbereich, der ein Bereich von null bis dreihundertsechzig Grad (0-360°) ist. Der Motorpositionssensor 210 erzeugt und überträgt ein Ausgangssignal, das die erfasste Winkelposition des Motorrotors 164 anzeigt, an die Steuervorrichtung 180.
In Schritt 530 berechnet die Steuervorrichtung 180 eine absolute Winkelposition, die einer Position der Lenkzahnstange 155 in einem Bewegungsbereich der Lenkzahnstange 155 über einen Vollumdrehungbereich zugeordnet ist, basierend auf der Winkelposition des Rotors 172, 221 oder 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, die durch den Winkelpositionssensor 225 erfasst wird, und der Winkelposition des Motors 165, die durch den Motorpositionssensor 210 erfasst wird. Der Vollumdrehungsbereich der Bewegung der Lenkzahnstange 155 kann beispielsweise der Vollumdrehungsbereich der Drehung des Ritzels 120, der Vollumdrehungsbereich der Drehung des Lenkrads 105 oder der Vollumdrehungsbereich einer beliebigen Lenkbewegung, die mit einer Position der Lenkzahnstange 155 zusammenhängt, sein oder diesen entsprechen, ist aber nicht darauf beschränkt. In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel berechnet die Steuervorrichtung 180 eine absolute Winkelposition des Ritzels 120 in einem Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 auf der Grundlage der vom Winkelpositionssensor 225 erfassten Winkelposition des Rotors 172, 221 oder 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und der vom Motorpositionssensor 210 erfassten Winkelposition des Motors 165. Der Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 beträgt beispielsweise drei (3) vollständige Umdrehungen, einen Bereich von null bis eintausendachtzig Grad (0° - 1080°) oder einen Bereich von minus fünfhundertvierzig bis plus fünfhundertvierzig Grad (-540° - +540°). Um den Vollumdrehungsbereich des Ritzels 120 auszudrücken, verwendet die Steuervorrichtung 180 einen Algorithmus oder eine Look-up-Tabelle. Der Algorithmus oder die Look-up-Tabelle kann in einem programmierten Digitalcomputer oder einem benutzerdefinierten Digitalprozessor, der in der Steuervorrichtung 180 enthalten ist, verkörpert sein (siehe 6).
Zum Beispiel kann die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, unter Verwendung des Verhältnisses zwischen Drehraten, mit denen sich das Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und der Rotor 164 des Motors 165 drehen, berechnet werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Nebenzahnrad 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und dem Rotor 164 des Motors 165 kann verwendet werden. Durch Vorsehen einer unterschiedlichen Drehrate oder -geschwindigkeit des Nebenzahnrads 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und der Riemenscheibe 166 des Motors 165 wird eine Differenz zwischen der Winkelposition des Nebenzahnrads 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, die von dem Winkelpositionssensor 225 erfasst wird, und der Winkelposition der Motorwelle 168 oder der Motorriemenscheibe 166, die von dem Motorpositionssensor 210 erfasst wird, erzeugt, die über den gesamten Drehbereich des Ritzels 120 einen eindeutigen Wert annimmt. Diese Differenz liefert einen Wert, der in geeigneter Weise zur Bestimmung der absoluten Winkelposition verwendet werden kann, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, obwohl weder der Winkelpositionssensor 225 noch der Motorpositionssensor 210 geeignet sind, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, unabhängig über den gesamten Bewegungsbereich anzuzeigen.
Der Vernier-Algorithmus kann verwendet werden, um die absolute Winkelposition zu berechnen, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition des Ritzels 120, basierend auf der Winkelposition des Rotors 172, 221 oder 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und der Winkelposition des Rotors 164 des Motors 165. Der Vernier-Algorithmus kann die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange 155 zugeordnet ist, wie den absoluten Winkel des Ritzels 120, durch Verwendung der Phasendifferenz der Winkelposition des Rotors 172, 221 oder 222 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und der Winkelposition des Rotors 164 des Motors 165 mit unterschiedlichen Zyklen herausfinden.
Ohne eine absolute Winkelsensorbaugruppe mit mindestens mehr als zwei Nebenzahnrädern und entsprechenden Sensoren am Lenksystem zu montieren, können einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung eine absolute Winkelposition berechnen, die der Position einer Lenkzahnstange zugeordnet ist, wie die absolute Winkelposition eines Lenkrads oder Ritzels, unter Verwendung des Winkelpositionssensors 225 des Mechanismus 170 zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung und des Motorpositionssensors 210 oder unter Verwendung des Ritzelwinkelsensors 310 und des Motorpositionssensors 210.
6 zeigt ein Blockdiagramm, das die Komponenten einer beispielhaften Rechenvorrichtung, wie die in 1 gezeigte Steuervorrichtung 180, darstellt. 6 zeigt nur ein bestimmtes Beispiel für die Steuervorrichtung 180 und viele andere Beispiele der Steuervorrichtung 180 können in anderen Fällen verwendet werden.
Wie in dem speziellen Beispiel von 6 gezeigt, kann eine Rechenvorrichtung 1000, wie die in 1 gezeigte Steuervorrichtung 180, einen oder mehrere Prozessoren 1002, einen Speicher 1004, eine Netzwerkschnittstelle 1006, ein oder mehrere Speichergeräte 1008, eine Benutzerschnittstelle 1010, ein drahtloses Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012, ein drahtloses Kommunikationsmodul 1014 und eine Energiequelle 1016 umfassen. Die Rechenvorrichtung 1000 kann auch ein Betriebssystem 1018 enthalten, das Module und/oder Anwendungen enthalten kann, die von einem oder mehreren Prozessoren 1002 und der Rechenvorrichtung 1000 ausgeführt werden können. Jede der Komponenten 1002, 1004, 1006, 1008, 1010, 1012, 1014, 1016 und 1018 kann für die Kommunikation zwischen den Komponenten miteinander verbunden sein (physisch, kommunikativ und/oder operativ).
Ein oder mehrere Prozessoren 1002 können in einem Beispiel so konfiguriert sein, dass sie Funktionalität implementieren und/oder Anweisungen zur Ausführung innerhalb der Rechenvorrichtung 1000 verarbeiten. Beispielsweise können ein oder mehrere Prozessoren 1002 in der Lage sein, Anweisungen zu verarbeiten, die im Speicher 304 oder in einem oder mehreren Speichergeräten 1008 gespeichert sind. Diese Anweisungen können den Betrieb des Betriebssystems 1018 definieren oder anderweitig steuern.
Der Speicher 1004 kann in einem Beispiel konfiguriert sein, während des Betriebs Informationen in der Rechenvorrichtung 1000 zu speichern. Der Speicher 1004 kann in einigen Beispielen als ein computerlesbares Speichermedium beschrieben werden. In einigen Beispielen kann der Speicher 1004 ein temporärer Speicher sein, was bedeutet, dass ein primärer Zweck des Speichers 1004 nicht die langfristige Speicherung ist. Der Speicher 1004 kann in einigen Beispielen als flüchtiger Speicher beschrieben werden, was bedeutet, dass der Speicher 1004 den gespeicherten Inhalt nicht beibehält, wenn das Rechenvorrichtung 1000 ausgeschaltet wird. Beispiele für flüchtige Speicher können Direktzugriffsspeicher (RAM), dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM), statische Direktzugriffsspeicher (SRAM) und andere in der Technik bekannte Formen flüchtiger Speicher sein. In einigen Beispielen kann der Speicher 1004 verwendet werden, um Programmanweisungen zur Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren 1002 zu speichern. Der Speicher 1004 kann, in einem Beispiel, von Software oder Anwendungen, die auf der Rechenvorrichtung 1000 laufen, verwendet werden, um Informationen während der Programmausführung vorübergehend zu speichern.
Ein oder mehrere Speichergeräte 1008 können in einigen Beispielen auch ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien enthalten. Ein oder mehrere Speichergeräte 1008 können konfiguriert sein, größere Informationsmengen zu speichern als der Speicher 1004. Ein oder mehrere Speichergeräte 1008 können außerdem für die langfristige Speicherung von Informationen konfiguriert sein. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Speichergeräte 1008 nichtflüchtige Speicherelemente enthalten. Beispiele für solche nichtflüchtigen Speicherelemente können magnetische Festplatten, optische Platten, Disketten, Flash-Speicher oder Formen von elektrisch programmierbaren Speichern (EPROM) oder elektrisch löschbaren und programmierbaren (EEPROM) Speichern sein.
Die Rechenvorrichtung 1000 kann in einigen Beispielen auch eine Netzwerkschnittstelle 306 enthalten. Die Rechenvorrichtung 1000 kann in einem Beispiel die Netzwerkschnittstelle 306 verwenden, um mit externen Geräten über ein oder mehrere Netzwerke zu kommunizieren. Die Netzwerkschnittstelle 506 kann eine Netzwerkschnittstellenkarte sein, wie eine Ethernet-Karte, ein optischer Transceiver, ein Radiofrequenz-Transceiver oder eine andere Art von Gerät, das Informationen senden und empfangen kann. Weitere Beispiele für solche Netzwerkschnittstellen können Bluetooth-, 5G- und Wi-Fi-Funkgeräte in mobilen Computergeräten sowie der Universal Serial Bus (USB) sein. In einigen Beispielen kann die Rechenvorrichtung 1000 die Netzwerkschnittstelle 1006 nutzen, um drahtlos mit einem externen Gerät wie einem Server, einem Mobiltelefon oder einem anderen vernetzten Computergerät zu kommunizieren.
Die Rechenvorrichtung 1000 kann in einem Beispiel auch eine Nutzerschnittstelle 1010 enthalten. Die Nutzerschnittstelle 1010 kann konfiguriert sein, Eingaben von einem Benutzer zu empfangen (z. B. taktiles, Audio- oder Video-Feedback). Die Nutzerschnittstelle 1010 kann einen berührungsempfindlichen und/oder einen präsenzempfindlichen Bildschirm oder ein Display, eine Maus, eine Tastatur, ein sprachgesteuertes System oder jede andere Art von Vorrichtung zur Erkennung eines Befehls von einem Benutzer umfassen. In einigen Beispielen kann die Nutzerschnittstelle 1010 einen berührungsempfindlichen Bildschirm, eine Maus, eine Tastatur, ein Mikrofon oder eine Kamera umfassen.
Die Nutzerschnittstelle 1010 kann auch, kombiniert oder getrennt von Eingabegeräten, Ausgabegeräte enthalten. Auf diese Weise kann die Nutzerschnittstelle 1010 konfiguriert werden, einem Benutzer Ausgaben über taktile, Audio- oder Videostimuli zu liefern. In einem Beispiel kann die Nutzerschnittstelle 1010 einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder ein Display, eine Soundkarte, eine Videografik-Adapterkarte oder jede andere Art von Gerät zur Umwandlung eines Signals in eine geeignete, für Menschen oder Maschinen verständliche Form umfassen. Darüber hinaus kann die Benutzerschnittstelle 1010 einen Lautsprecher, einen Kathodenstrahlröhrenmonitor (CRT), eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder jede andere Art von Gerät enthalten, das eine verständliche Ausgabe für einen Benutzer erzeugen kann.
Die Rechenvorrichtung 1000 kann in einigen Beispielen eine Energiequelle 1016 enthalten, die eine wiederaufladbare Batterie sein kann und die Rechenvorrichtung 1000 mit Energie versorgen kann. Die Energiequelle 1016 kann in einigen Beispielen eine Batterie aus Nickel-Cadmium, Lithium-Ionen oder einem anderen geeigneten Material sein. In anderen Beispielen kann die Energiequelle 1016 eine Energiequelle sein, die gespeicherten Strom oder Spannung von einer anderen Energiequelle liefert.
Darüber hinaus kann die Rechenvorrichtung 1000 ein drahtloses Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 enthalten. Das drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 kann aktive Hardware sein, die für die Kommunikation mit anderen drahtlosen Kurzstrecken-Kommunikationsmodulen konfiguriert ist. Beispiele für ein drahtloses Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 können ein NFC-Modul, ein RFID-Modul und dergleichen sein. Im Allgemeinen kann das drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 konfiguriert sein, drahtlos mit anderen Geräten zu kommunizieren, die sich in physischer Nähe zum drahtlosen Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 befinden (z. B. weniger als etwa zehn Zentimeter oder weniger als etwa vier Zentimeter). In anderen Beispielen kann das drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 durch ein alternatives Kurzstrecken-Kommunikationsgerät ersetzt werden, das konfiguriert ist, mit anderen Kurzstrecken-Kommunikationsgeräten zu kommunizieren und Daten von ihnen zu empfangen. Diese alternativen Kurzstrecken-Kommunikationsgeräte können nach Bluetooth, Ultra-Wideband-Funk oder anderen ähnlichen Protokollen arbeiten. In einigen Beispielen kann das drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 ein externes Hardwaremodul sein, das über einen Bus (wie über einen Universal Serial Bus (USB)-Anschluss) mit der Rechenvorrichtung 1000 gekoppelt ist. Das drahtlose Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012 kann in einigen Beispielen auch Software enthalten, die in einigen Beispielen unabhängig vom Betriebssystem 1018 sein kann und die in einigen anderen Beispielen eine Unterroutine des Betriebssystems 1018 sein kann.
Die Rechenvorrichtung 1000 kann in einigen Beispielen auch ein drahtloses Kommunikationsmodul 1014 enthalten. Das drahtlose Kommunikationsmodul 1014 kann in einigen Beispielen ein Gerät sein, das Daten mit anderen drahtlosen Kommunikationsmodulen über kurze Distanzen (z. B. weniger als oder gleich zehn Meter) austauschen kann. Beispiele für ein drahtloses Kommunikationsmodul 1014 können ein Bluetooth-Modul, ein WiFi-Direkt-Modul und dergleichen sein.
Die Rechenvorrichtung 1000 kann auch das Betriebssystem 1018 enthalten. Das Betriebssystem 1018 kann, in einigen Beispielen, den Betrieb von Komponenten der Rechenvorrichtung 1000 steuern. Beispielsweise kann das Betriebssystem 1018 in einem Beispiel die Interaktion mit einem oder mehreren Prozessoren 1002, dem Speicher 1004, der Netzwerkschnittstelle 1006, einem oder mehreren Speichergeräten 1008, der Nutzerschnittstelle 1010, dem drahtlosen Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012, dem drahtlosen Kommunikationsmodul 1014 und der Energiequelle 1016 erleichtern.
Alle Anwendungen, die in der Rechenvorrichtung 1000 implementiert sind oder von ihr ausgeführt werden, können in Komponenten der Rechenvorrichtung 1000 (z. B. einem oder mehreren Prozessoren 1002, einem Speicher 1004, einer Netzwerkschnittstelle 1006, einem oder mehreren Speichergeräten 1008, einer Nutzerschnittstelle 1010, einem drahtlosen Kurzstrecken-Kommunikationsmodul 1012, einem drahtlosen Kommunikationsmodul 1014 und/oder einer Energiequelle 1016) implementiert oder darin enthalten sein, von ihnen betrieben werden, von ihnen ausgeführt werden und/oder mit ihnen operativ/kommunikativ gekoppelt sein.
Auch wenn die Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurden, sei klargestellt, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der Anmeldung abzuweichen, die von den beigefügte Ansprüchen definiert werden.
Darüber hinaus soll der Bereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die speziellen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung und der Materialzusammensetzung, der Mittel, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, beschränkt werden. Wie ein Fachmann aus der Offenbarung ohne Weiteres ableiten kann, können Prozesse, Maschinen, Herstellungsweisen, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die bereits existieren oder die noch entwickelt werden und die im Wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielen wie die entsprechenden hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen, gemäß den Ausführungsbeispielen und alternativen Ausführungsbeispielen genutzt werden. Demgemäß sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Bereichs solche Prozesse, Maschinen, Herstellungsweisen, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.

Claims

Fahrzeuglenksystem, umfassend: eine Motorbaugruppe, die einen Motor mit einem ersten Rotor und einen Motorpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen ersten Rotorwinkel des Motors in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen; einen Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung, der funktionsmäßig zwischen der Motorbaugruppe und einer Lenkzahnstange gekoppelt ist, um eine Drehkraft des Motors in eine lineare Kraft zum Bewegen der Lenkzahnstange umzuwandeln, wobei der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung einen zweiten Rotor, der funktionsmäßig mit dem ersten Rotor des Motors gekoppelt ist, und einen Winkelpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen zweiten Rotorwinkel des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, wobei die Lenkzahnstange funktionsmäßig mit einem Ritzel gekoppelt ist; und einen Prozessor, der ausgebildet ist, eine absolute Winkelposition zu berechnen, die einer Position der Lenkzahnstange in einem Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, der einer Bewegung der Lenkzahnstange zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten ersten Rotorwinkel des Motors und dem erfassten zweiten Rotorwinkel des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange in dem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, eine absolute Winkelposition des Ritzels in dem Vollumdrehungsbereich des Ritzels ist.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Prozessor ausgebildet ist, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten ersten Rotorwinkels des Motors und des erfassten zweiten Rotorwinkels des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den Geschwindigkeiten, mit denen sich der erste Rotor des Motors und der zweite Rotor des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung drehen, zu berechnen.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Prozessor ausgebildet ist, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten ersten Rotorwinkels des Motors und des erfassten zweiten Winkels des zweiten Rotors des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung unter Verwendung eines Vernier-Algorithmus zu berechnen.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem: der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ein erstes Zahnrad umfasst, das ausgebildet ist, durch den ersten Rotor des Motors gedreht zu werden, und der zweite Rotor des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ein zweites Zahnrad ist, das drehbar mit dem ersten Zahnrad verbunden ist, der Winkelpositionssensor ausgebildet ist, den Winkel des zweiten Zahnrads des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, und der Prozessor ausgebildet ist, die absolute Winkelposition zu berechnen, die der Position der Lenkzahnstange in dem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten Rotorwinkel des Motors und dem erfassten Winkel des zweiten Zahnrads des Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Einzelumdrehungsbereich ein Bereich von dreihundertsechzig (360) Grad ist und der Vollumdrehungsbereich einem Bewegungsbereich der Lenkzahnstange entspricht.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, bei dem der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung eine Kugelmutteranordnung umfasst.
Fahrzeuglenksystem, umfassend: einen Ritzelwinkelsensor, der ausgebildet ist, einen Ritzelwinkel in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen, wobei der Ritzelwinkel einem Ritzel zugeordnet ist, das funktionsmäßig mit einer Lenkzahnstange gekoppelt ist; eine Motorbaugruppe, die funktionsmäßig mit der Lenkzahnstange gekoppelt ist, wobei die Motorbaugruppe einen Motor mit einem Rotor und einem Motorpositionssensor umfasst, der ausgebildet ist, einen Rotorwinkel des Motors in einem Einzelumdrehungsbereich zu erfassen; und einen Prozessor, der ausgebildet ist, eine absolute Winkelposition zu berechnen, die einer Position der Lenkzahnstange in einem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, basierend auf dem erfassten Ritzelwinkel und dem erfassten Rotorwinkel des Motors.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, bei dem die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange in dem der Bewegung der Lenkzahnstange zugeordneten Vollumdrehungsbereich zugeordnet ist, eine absolute Winkelposition des Ritzels in dem Vollumdrehungsbereich des Ritzels ist.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, bei dem der Prozessor ausgebildet ist, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten Ritzelwinkels und des erfassten Rotorwinkels des Motors unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den Geschwindigkeiten, mit denen sich das Ritzel und der Rotor des Motors drehen, zu berechnen.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, bei dem der Prozessor ausgebildet ist, die absolute Winkelposition, die der Position der Lenkzahnstange zugeordnet ist, auf der Grundlage des erfassten Ritzelwinkels und des erfassten Rotorwinkels des Motors unter Verwendung des Vernier Algorithmus, zu berechnen.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, das ferner einen Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung umfasst, der funktionsmäßig zwischen der Motorbaugruppe und der Lenkzahnstange gekoppelt ist.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, bei dem der Einzelumdrehungsbereich ein Bereich von dreihundertsechzig (360) Grad ist und der Vollumdrehungsbereich einem Bewegungsbereich einer Lenkzahnstange entspricht.
Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 12, bei dem der Mechanismus zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung eine Kugelmutteranordnung umfasst.