EP3814198A1 - Steer-by-wire steering system having characteristic curves for a steering ratio adapted to the steering situation - Google Patents

Steer-by-wire steering system having characteristic curves for a steering ratio adapted to the steering situation

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Publication number
EP3814198A1
EP3814198A1 EP19734335.3A EP19734335A EP3814198A1 EP 3814198 A1 EP3814198 A1 EP 3814198A1 EP 19734335 A EP19734335 A EP 19734335A EP 3814198 A1 EP3814198 A1 EP 3814198A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
steer
wheel
wire
angle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19734335.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Botond HAMORI
Kristof Polmans
Imre Szepessy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3814198A1 publication Critical patent/EP3814198A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0469—End-of-stroke control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/02—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to vehicle speed

Definitions

  • the present invention relates to a steer-by-wire steering system with the features of the preamble of claim 1 and a feedback actuator for such a steer-by-wire steering system.
  • a feedback actuator which is arranged on the steering wheel or the steering column and the steering handle
  • Steering feel can be used to limit the maximum steering angle of the steering wheel to a certain angle (or a predefined number of revolutions). If, however, the locking torque provided by the feedback actuator is limited, the driver can turn the steering wheel beyond the end stop. In this case, the wheels are no longer steered and the logic is interrupted
  • Low vehicle speeds are preferably understood to mean speeds required for parking, which are preferably in a range between 0-35 km / h.
  • high vehicle speeds are vehicle speeds in a range between 35 km / h and 250 km / h.
  • the area of high vehicle speeds connects seamlessly to the area of low vehicle speeds.
  • Steering wheel angles differentiated whose areas are also seamlessly together.
  • Small steering wheel angles are preferably steering wheel angles in a range between 0 ° and 180 °, in particular 0 ° and 90 °.
  • a steer-by-wire steering system for a motor vehicle comprising a steering actuator which acts on steered wheels and is electronically regulated as a function of a steering wheel steering angle applied to the steering wheel, and which uses a steering gear to steer the steered wheels by a wheel steering angle
  • the steer-by-wire steering system has at least two characteristics for a steering ratio between the wheel steering angle and the steering wheel angle, the at least two characteristics for low vehicle speeds and has a characteristic curve for high vehicle speeds, the
  • the characteristic curve for low vehicle speeds is linear and the characteristic curve for high vehicle speeds is non-linear. It is also conceivable and possible that the characteristic for low vehicle speeds is not is linear and the characteristic curve for high vehicle speeds is linear.
  • nonlinear characteristic curve for high vehicle speeds increases slowly at small steering wheel angles and increases more strongly at large steering wheel angles, the slope being greater at large steering wheel angles than for the linear characteristic curve for low ones
  • the non-linear characteristic curve for high vehicle speeds preferably takes place at a maximum value of
  • Wheel steering angle a maximum value of the steering wheel angle.
  • the entire steering range is therefore available to the driver even at high vehicle speeds, despite indirect steering ratio. It is preferred if the maximum value of the steering wheel angle is predetermined by an end stop on the steering shaft. Between two and sixteen characteristic curves are preferably used. Eight characteristic curves are particularly preferred
  • the end stop is preferably determined by interpolation of the characteristic curves.
  • the feedback actuator provides the end stop on the steering shaft.
  • the driver can overcome the end stop by applying force to the steering wheel.
  • Other end stops are also conceivable, in which the driver can all turn the steering wheel beyond the end stop.
  • a further characteristic curve is preferably provided, which has a steering ratio for steering back from a steering wheel position that is behind the
  • End stop is located, provides.
  • this further characteristic curve is linear and has a constant slope.
  • the further characteristic curve is non-linear and preferably continuous.
  • the non-linearity conveys to the driver
  • the gradient of the steering ratio is smaller for larger steering wheel angles than for smaller steering wheel angles.
  • the characteristic curve flattens preferably for large steering wheel angles and approaches that Maximum value of the wheel steering angle slow.
  • the characteristic curve is preferably linear for small steering wheel angles.
  • All characteristic curves preferably run through the origin of the coordinate system, so that a straight position of the wheels corresponds to a center position of the steering wheel.
  • the characteristic curves are preferably continuous over the entire value range and have no discontinuities.
  • the steer-by-wire steering system preferably comprises a control unit in which the at least two characteristic curves for controlling the steering actuator are stored.
  • a feedback actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle which, as described above, provides the end stop and has a control unit which comprises the at least two characteristic curves.
  • Fig. 6 a linear course of a steering ratio for low and high vehicle speeds, as well
  • a steer-by-wire steering system 1 is shown in FIG.
  • a steering angle sensor (not shown) is attached to a steering shaft 2 and detects the steering wheel angle (SWA) applied by turning a steering input means 3, which is designed as a steering wheel in the example.
  • SWA steering wheel angle
  • a steering torque can also be recorded additionally or alternatively.
  • a feedback actuator 4 is attached to the steering shaft 2, which serves to simulate the repercussions from the road 5 on the steering wheel 3 and thus provides the driver with feedback on the steering and driving behavior of the vehicle
  • the driver's steering request is transmitted to a control unit 7 via signal lines 6 via the angle of rotation of the steering shaft 2 measured by the angle of rotation sensor.
  • the control unit 7 transmits the driver's steering request via a signal line 8 to an electric steering actuator 9, which controls the position of the steered wheels 10.
  • the steering actuator 9 acts via a handlebar steering gear 11, such as a rack and pinion steering gear, as well as tie rods 12 and other components indirectly on the steered wheels 10, which are pivoted by a wheel steering angle (RWA).
  • the control unit 7 also preferably controls the feedback actuator 4 via a signal line 13.
  • the feedback actuator 4 is designed to block the steering shaft 2 from rotating when a predefined angle of rotation of the steering shaft 2 is exceeded.
  • the feedback actuator 4 thus provides an end stop for the steering shaft or the steering wheel.
  • the control unit 7 is preferably formed integrally with the feedback actuator 4.
  • the control unit 7 comprises characteristic curves which define a steering ratio between the wheel steering angle RWA and the steering wheel angle SWA.
  • FIG. 2 shows a course of the wheel steering angle of the steerable wheels RWA as a function of the steering wheel angle SWA. Is on the steering wheel of the End stop 14 provided by the feedback actuator is exceeded, this does not lead to any change in the wheel steering angle. The logical link between the steering wheel angle SWA and the wheel steering angle RWA is lost.
  • FIG. 3 shows a case in which the linear translation between the wheel steering angle RWA and the steering wheel angle SWA also when steering back from a steering wheel position that lies behind the end stop (the end stop was
  • the wheel steering angle of the steerable wheels is therefore dependent on the
  • FIG. 4 shows the dependency of the wheel steering angle on the steering wheel angle when the steering wheel is turned back from a point which lies behind the end stop 14.
  • the linear translation is adjusted so that the steerable wheels are in the straight position in the center position of the steering wheel.
  • the wheels are corresponding to the translation even when steering back to
  • the end stop moves, which gives the driver feedback for the steering input even beyond the end stop.
  • FIG. 5 shows a non-linear change in the wheel steering angle as a function of the steering wheel angle.
  • This non-linear translation increases driving comfort.
  • the gear ratio is almost linear and then flattens out in order to slowly approach the limit value of the maximum wheel steering angle.
  • the translation is therefore greater than with large steering wheel angles.
  • a change in the steering wheel angle leads to a slight change in the wheel steering angle, which, however, is perceptible to the driver.
  • the translation is preferably linear again and the steering ratio is direct.
  • the characteristic curve is adjusted so that the steerable wheels are in the straight-ahead position in the center position of the steering wheel.
  • FIG. 6 shows a linear change in the wheel steering angle as a function of the steering wheel angle for low vehicle speeds 16 and high vehicle speeds 17.
  • the gear ratio in contrast to low vehicle speeds, is lower and thus a change in the
  • Steering wheel angle leads to a smaller change in the wheel steering angle.
  • the steering or the steering ratio becomes more indirect at high vehicle speeds and nervous steering behavior can be reduced with small steering movements of the wheels, which increases driving comfort.
  • a low vehicle speeds however, a
  • FIG. 7 shows a characteristic curve for low vehicle speeds 16 and a characteristic curve for high vehicle speeds 17.
  • the translation for low vehicle speeds corresponds to the linear translation of FIG. 6.
  • the translation is non-linear for high vehicle speeds.
  • the ratio between the wheel steering angle and the steering wheel angle for high vehicle speeds is approximately linear for small angles and then increases sharply, so that at the maximum wheel steering angle 18 the end stop of the steering wheel 14 is reached.
  • a change in the steering wheel angle with small steering wheel angles leads to a smaller change in the wheel steering angle than with large steering wheel angles.
  • the linear range ends and the translation increases up to the end stop 14.

Abstract

The invention relates to a steer-by-wire steering system for a motor vehicle, comprising an electronically controlled steering actuator (9), which acts on steered wheels (10), as a function of a steering wheel angle (SWA) applied to the steering wheel, and which, by means of a steering gear (11), pivots the steered wheels (10) by a wheel steering angle (RWA), and a feedback actuator (4), which transfers feedback from the road to a steering shaft (2) connected to the steering wheel (3), wherein the steer-by-wire steering system has at least two characteristic curves for a steering ratio between the wheel steering angle (RWA) and the steering wheel angle (SWA), wherein the at least two characteristic curves have one characteristic curve for low speeds (16) and one characteristic curve for high speeds (17), and wherein the characteristic curve for low speeds (16) is linear and the characteristic curve for high speeds (17) is non-linear.

Description

Steer-by-Wire-Lenksystem mit Kennlinien für eine der Lenksituation angepasste Lenkübersetzung  Steer-by-wire steering system with characteristic curves for a steering ratio adapted to the steering situation
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einen Feedback-Aktuator für ein solches Steer-by-Wire-Lenksystem. The present invention relates to a steer-by-wire steering system with the features of the preamble of claim 1 and a feedback actuator for such a steer-by-wire steering system.
In Steer-by-Wire-Lenksystemen gibt es keine direkte mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgestänge und die Fahrzeugräder werden direkt mit Hilfe eines Servomotors bewegt. Der maximale Einschlagwinkel des Lenkrades ist daher nicht mehr über mechanische Anschläge im Lenkgetriebe definiert. Der maximale Lenkwinkeleinschlag der Räder ist in Steer-by-Wire- Systemen aber dennoch beschränkt. Dem Fahrer ist daher anzuzeigen, wann ein maximaler Lenkeinschlag erreicht wird. Ein Feedback-Aktuator, der am Lenkrad bzw. der Lenksäule angeordnet ist und der Lenkhandhabe ein In steer-by-wire steering systems there is no direct mechanical coupling between the steering wheel and the steering linkage and the vehicle wheels are moved directly with the help of a servo motor. The maximum steering angle of the steering wheel is therefore no longer defined via mechanical stops in the steering gear. However, the maximum steering angle of the wheels is limited in steer-by-wire systems. The driver must therefore be informed when a maximum steering angle is reached. A feedback actuator, which is arranged on the steering wheel or the steering column and the steering handle
Lenkgefühl aufprägt, kann dazu verwendet werden, den maximalen Einschlag- winkel des Lenkrades auf einen bestimmten Winkel (oder eine vordefinierte Umdrehungsanzahl) zu begrenzen. Ist allerdings das von dem Feedback- Aktuator bereitgestellte Sperrmoment begrenzt, kann der Fahrer das Lenkrad über den Endanschlag hinaus drehen. In diesem Fall werden die Räder nicht weiter eingelenkt und es kommt zu einer Unterbrechung der logischen Steering feel, can be used to limit the maximum steering angle of the steering wheel to a certain angle (or a predefined number of revolutions). If, however, the locking torque provided by the feedback actuator is limited, the driver can turn the steering wheel beyond the end stop. In this case, the wheels are no longer steered and the logic is interrupted
Verbindung bzw. der Übersetzung zwischen Lenkradwinkel und Lenkwinkel- einschlag der Räder. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steer-by-Wi re- Lenksystem anzugeben, das stets ein sicheres und für den Fahrer angenehmes Lenkgefühl bereitstellt. Connection or the ratio between the steering wheel angle and steering angle of the wheels. It is an object of the present invention to provide a steer-by-Wi-re steering system which always provides a safe and comfortable steering feel for the driver.
Diese Aufgabe wird durch einen Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merk- malen des Anspruchs 1 und von einem Feedback-Aktuator für ein solches Steer-by-Wire-Lenksystem gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. This object is achieved by a steer-by-wire steering system with the features of claim 1 and by a feedback actuator for such a steer-by-wire steering system. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.
Im Folgenden wird unter niedrigen und hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten unterschieden. Dabei werden unter niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten vorzugsweise zum Parkieren benötigte Geschwindigkeiten verstanden, welche bevorzugt in einem Bereich zwischen 0-35 km/h liegen. Hohe Fahrzeug- geschwindigkeiten sind hingegen Fahrzeuggeschwindigkeiten in einem Bereich zwischen 35km/h und 250km/h. Der Bereich der hohen Fahrzeuggeschwindig- keiten schließt sich dabei nahtlos an den Bereich der niedrigen Fahrzeug- geschwindigkeiten an. Weiterhin wird zwischen kleinen und großen In the following, a distinction is made between low and high vehicle speeds. Low vehicle speeds are preferably understood to mean speeds required for parking, which are preferably in a range between 0-35 km / h. In contrast, high vehicle speeds are vehicle speeds in a range between 35 km / h and 250 km / h. The area of high vehicle speeds connects seamlessly to the area of low vehicle speeds. Furthermore, between small and large
Lenkradwinkeln unterschieden, deren Bereiche ebenfalls nahtlos aneinander liegen. Kleine Lenkradwinkeln sind dabei vorzugsweise Lenkradwinkel in einem Bereich zwischen 0° und 180°, insbesondere 0° und 90°. Steering wheel angles differentiated, whose areas are also seamlessly together. Small steering wheel angles are preferably steering wheel angles in a range between 0 ° and 180 °, in particular 0 ° and 90 °.
Es ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend einen auf gelenkte Räder wirkenden, in Abhängigkeit eines am Lenkrad aufge- brachten Lenkradlenkwinkel elektronisch geregelten Lenksteller, der mittels eines Lenkgetriebes die gelenkten Räder um einen Radlenkwinkel It is a steer-by-wire steering system for a motor vehicle comprising a steering actuator which acts on steered wheels and is electronically regulated as a function of a steering wheel steering angle applied to the steering wheel, and which uses a steering gear to steer the steered wheels by a wheel steering angle
verschwenkt, vorgesehen, wobei das Lenksystem weiterhin einen pivoted, provided, the steering system still one
Rückwirkungen der Straße auf eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkwelle übertragenden Feedback-Aktuator umfasst, wobei das Steer-by-Wire- Lenksystem wenigstens zwei Kennlinien für eine Lenkübersetzung zwischen dem Radlenkwinkel und dem Lenkradwinkel aufweist, wobei die wenigstens zwei Kennlinien eine Kennlinie für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten und eine Kennlinie für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten aufweist, wobei die Reactions of the road to a feedback actuator transmitting a steering shaft connected to the steering wheel, wherein the steer-by-wire steering system has at least two characteristics for a steering ratio between the wheel steering angle and the steering wheel angle, the at least two characteristics for low vehicle speeds and has a characteristic curve for high vehicle speeds, the
Kennlinie für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten linear und die Kennlinie für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten nichtlinear ist. Es ist auch denkbar und möglich, dass die Kennlinie für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht linear ist und die Kennlinie für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten linear ist.The characteristic curve for low vehicle speeds is linear and the characteristic curve for high vehicle speeds is non-linear. It is also conceivable and possible that the characteristic for low vehicle speeds is not is linear and the characteristic curve for high vehicle speeds is linear.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die nichtlineare Kennlinie für hohe Fahrzeug- geschwindigkeiten bei kleinen Lenkradwinkeln langsam ansteigt und bei großen Lenkradwinkeln stärker ansteigt, wobei die Steigung bei großen Lenkradwinkeln größer ist als bei der linearen Kennlinie für niedrige It is preferred if the nonlinear characteristic curve for high vehicle speeds increases slowly at small steering wheel angles and increases more strongly at large steering wheel angles, the slope being greater at large steering wheel angles than for the linear characteristic curve for low ones
Fahrzeuggeschwindigkeiten. Die nichtlineare Kennlinie für hohe Fahrzeug- geschwindigkeiten nimmt vorzugsweise bei einem Maximalwert des Vehicle speeds. The non-linear characteristic curve for high vehicle speeds preferably takes place at a maximum value of
Radlenkwinkels einen maximalen Wert des Lenkradwinkels ein. Der gesamte Lenkbereich steht dem Fahrer somit auch bei hohen Fahrzeuggeschwindig- keiten trotz indirekter Lenkübersetzung zur Verfügung. Es ist bevorzugt, wenn der maximale Wert des Lenkradwinkels durch einen Endanschlag an der Lenkwelle vorgegeben ist. Vorzugsweise werden zwischen zwei und sechzehn Kennlinien verwendet. Besonders bevorzugt werden acht Kennlinien Wheel steering angle a maximum value of the steering wheel angle. The entire steering range is therefore available to the driver even at high vehicle speeds, despite indirect steering ratio. It is preferred if the maximum value of the steering wheel angle is predetermined by an end stop on the steering shaft. Between two and sixteen characteristic curves are preferably used. Eight characteristic curves are particularly preferred
verwendet. Der Endanschlag wird bevorzugt durch Interpolation der Kennlinien ermittelt. used. The end stop is preferably determined by interpolation of the characteristic curves.
In einer vorteilhaften Ausführungsform stellt der Feedback-Aktuator den Endanschlag an der Lenkwelle bereit. In diesem Fall kann der Endanschlag durch Kraftaufbringung am Lenkrad durch den Fahrer überwunden werden. Es sind auch noch andere Endanschläge denkbar, bei denen der Fahrer allesamt das Lenkrad über den Endanschlag hinaus drehen kann. Für diese Fälle ist bevorzugt eine weitere Kennlinie vorgesehen, die eine Lenkübersetzung für das Zurücklenken von einer Lenkradposition aus, die sich hinter dem In an advantageous embodiment, the feedback actuator provides the end stop on the steering shaft. In this case, the driver can overcome the end stop by applying force to the steering wheel. Other end stops are also conceivable, in which the driver can all turn the steering wheel beyond the end stop. For these cases, a further characteristic curve is preferably provided, which has a steering ratio for steering back from a steering wheel position that is behind the
Endanschlag befindet, bereitstellt. End stop is located, provides.
Dem Fahrer wird durch die weitere Kennlinie vorzugsweise immer eine The further characteristic curve always gives the driver one
Reaktion auf seine Lenkeingabe durch Einschlagen der Räder vermittelt. Diese weitere Kennlinie ist in einer ersten möglichen Ausführungsform linear und weist eine konstante Steigung auf. Response to his steering input mediated by turning the wheels. In a first possible embodiment, this further characteristic curve is linear and has a constant slope.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die weitere Kennlinie nichtlinear und vorzugsweise stetig. Die Nichtlinearität vermittelt dem Fahrer ein In a preferred embodiment, the further characteristic curve is non-linear and preferably continuous. The non-linearity conveys to the driver
angenehmeres Ansprechverhalten. Dabei ist die Steigung der Lenkübersetzung für größere Lenkradwinkel geringer als für kleinere Lenkradwinkel. Die more pleasant response. The gradient of the steering ratio is smaller for larger steering wheel angles than for smaller steering wheel angles. The
Kennlinie flacht bevorzugt für große Lenkradwinkel ab und nähert sich dem Maximalwert des Radlenkwinkels langsam. Für kleine Lenkradwinkel ist die Kennlinie bevorzugt linear. The characteristic curve flattens preferably for large steering wheel angles and approaches that Maximum value of the wheel steering angle slow. The characteristic curve is preferably linear for small steering wheel angles.
Vorzugweise verlaufen alle Kennlinien durch den Ursprung des Koordinaten- systems, so dass eine Geradeausstellung der Räder einer Mittenposition des Lenkrades entspricht. Die Kennlinien sind weiterhin über den gesamten Wertebereich vorzugsweise stetig und weisen keine Unstetigkeiten auf. All characteristic curves preferably run through the origin of the coordinate system, so that a straight position of the wheels corresponds to a center position of the steering wheel. The characteristic curves are preferably continuous over the entire value range and have no discontinuities.
Das Steer-by-Wire-Lenksystem umfasst bevorzugt eine Steuereinheit, in der die wenigstens zwei Kennlinien zur Ansteuerung des Lenkstellers hinterlegt sind. The steer-by-wire steering system preferably comprises a control unit in which the at least two characteristic curves for controlling the steering actuator are stored.
Weiterhin ist ein Feedbackaktuator für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, der wie zuvor beschrieben, den Endanschlag bereitstellt und eine Steuereinheit aufweist, die die wenigstens zwei Kennlinien umfasst. Furthermore, a feedback actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle is provided, which, as described above, provides the end stop and has a control unit which comprises the at least two characteristic curves.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Für gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen : Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. The same reference numerals are used in all drawings for identical or functionally identical elements. Show it :
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Steer-by-Wire Lenkung, 1: a schematic representation of a steer-by-wire steering,
Fig. 2: einen Graphen eines Verlaufs eines Radlenkwinkels aufgetragen gegen einen Lenkradwinkel mit Erreichen eines Endanschlages des Feedback-Aktuators, 2: a graph of a course of a wheel steering angle plotted against a steering wheel angle when an end stop of the feedback actuator is reached,
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Radlenk- winkels aufgetragen gegen einen Lenkradwinkel beim Zurück- lenken von einer Position aus, die hinter dem Endanschlag liegt, 3: a schematic representation of a course of a wheel steering angle plotted against a steering wheel angle when turning back from a position which lies behind the end stop,
Fig. 4: einen Graphen mit einer linearen Übersetzung zwischen Radlenk- winkel und Lenkradwinkel für den Fall des Zurücklenkens, 4: a graph with a linear translation between the wheel steering angle and the steering wheel angle for the case of back steering,
Fig. 5: einen weiteren Graphen für den Fall des Zurücklenkens mit einer nichtlinearen Übersetzung zwischen Radlenkwinkel und Lenkrad- winkel, Fig. 6: einen linearen Verlauf einer Lenkübersetzung für niedrige und hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten, sowie 5: another graph for the case of back steering with a non-linear translation between the wheel steering angle and the steering wheel angle, Fig. 6: a linear course of a steering ratio for low and high vehicle speeds, as well
Fig. 7: einen weiteren Verlauf einer Lenkübersetzung für niedrige und hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten bei Lenkbewegungen bis zum Endanschlag. 7: a further course of a steering ratio for low and high vehicle speeds during steering movements up to the end stop.
In der Figur 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 2 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht, welcher das durch Drehen eines Lenkeingabemittels 3, welches im Beispiel als Lenkrad ausge- bildet ist, aufgebrachten Lenkradwinkel (SWA) erfasst. Es kann aber zusätzlich oder alternativ auch ein Lenkmoment erfasst werden. Des Weiteren ist an der Lenkwelle 2 ein Feedback-Aktuator 4 angebracht, welcher dazu dient, die Rückwirkungen von der Fahrbahn 5 auf das Lenkrad 3 zu simulieren und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des A steer-by-wire steering system 1 is shown in FIG. A steering angle sensor (not shown) is attached to a steering shaft 2 and detects the steering wheel angle (SWA) applied by turning a steering input means 3, which is designed as a steering wheel in the example. However, a steering torque can also be recorded additionally or alternatively. Furthermore, a feedback actuator 4 is attached to the steering shaft 2, which serves to simulate the repercussions from the road 5 on the steering wheel 3 and thus provides the driver with feedback on the steering and driving behavior of the vehicle
Fahrzeugs zu geben. Der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Drehwinkel- sensor gemessenen Drehwinkel der Lenkwelle 2 über Signalleitungen 6 an eine Steuereinheit 7 übertragen. Die Steuereinheit 7 überträgt den Fahrerlenk- wunsch über eine Signalleitung 8 an einen elektrischen Lenksteller 9, welcher die Stellung der gelenkten Räder 10 steuert. Der Lenksteller 9 wirkt über ein Lenkstangen-Lenkgetriebe 11, wie beispielsweise einem Zahnstangen- Lenkgetriebe, sowie über Spurstangen 12 und anderen Bauteilen mittelbar auf die gelenkten Räder 10, die um einen Radlenkwinkel (RWA) verschwenkt sind. Die Steuereinheit 7 übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback- Aktuators 4 über eine Signalleitung 13. Der Feedback-Aktuator 4 ist dazu ausgebildet, beim Überschreiten eines vordefinierten Verdrehwinkels der Lenkwelle 2 ein Verdrehen der Lenkwelle 2 zu blockieren. Der Feedback- Aktuator 4 stellt somit einen Endanschlag für die Lenkwelle bzw. das Lenkrad bereit. Die Steuereinheit 7 ist bevorzugt integral mit dem Feedback-Aktuator 4 ausgebildet. Die Steuereinheit 7 umfasst Kennlinien, die eine Lenkübersetzung zwischen dem Radlenkwinkel RWA und dem Lenkradwinkel SWA definieren.Vehicle. The driver's steering request is transmitted to a control unit 7 via signal lines 6 via the angle of rotation of the steering shaft 2 measured by the angle of rotation sensor. The control unit 7 transmits the driver's steering request via a signal line 8 to an electric steering actuator 9, which controls the position of the steered wheels 10. The steering actuator 9 acts via a handlebar steering gear 11, such as a rack and pinion steering gear, as well as tie rods 12 and other components indirectly on the steered wheels 10, which are pivoted by a wheel steering angle (RWA). The control unit 7 also preferably controls the feedback actuator 4 via a signal line 13. The feedback actuator 4 is designed to block the steering shaft 2 from rotating when a predefined angle of rotation of the steering shaft 2 is exceeded. The feedback actuator 4 thus provides an end stop for the steering shaft or the steering wheel. The control unit 7 is preferably formed integrally with the feedback actuator 4. The control unit 7 comprises characteristic curves which define a steering ratio between the wheel steering angle RWA and the steering wheel angle SWA.
Auf diese Kennlinien wird im Folgenden im Detail eingegangen. These characteristics are discussed in detail below.
Figur 2 zeigt einen Verlauf des Radlenkwinkels der lenkbaren Räder RWA in Abhängigkeit von dem Lenkradwinkel SWA. Wird an dem Lenkrad der von dem Feedback-Aktuator bereitgestellte Endanschlag 14 überschritten, führt dies zu keiner Änderung des Radlenkwinkels. Die logische Verknüpfung zwischen dem Lenkradwinkel SWA und dem Radlenkwinkel RWA geht verloren. FIG. 2 shows a course of the wheel steering angle of the steerable wheels RWA as a function of the steering wheel angle SWA. Is on the steering wheel of the End stop 14 provided by the feedback actuator is exceeded, this does not lead to any change in the wheel steering angle. The logical link between the steering wheel angle SWA and the wheel steering angle RWA is lost.
Figur 3 zeigt einen Fall in dem die lineare Übersetzung zwischen Radlenkwinkel RWA und Lenkradwinkel SWA auch beim Zurücklenken von einer Lenkrad- position, die hinter dem Endanschlag liegt (der Endanschlag wurde FIG. 3 shows a case in which the linear translation between the wheel steering angle RWA and the steering wheel angle SWA also when steering back from a steering wheel position that lies behind the end stop (the end stop was
überschritten), beibehalten wird. Zwar werden beim Zurücklenken bis zum Endanschlag die Räder entsprechend der Kennlinie bewegt, was für den Fahrer als Rückmeldung für die Lenkeingabe wichtig ist, aber es kommt zu einem ungewünschten Offset 15 zwischen Geradeausstellung der Räder und exceeded), is maintained. Although the wheels are moved according to the characteristic curve when steering back to the end stop, which is important for the driver as feedback for the steering input, there is an undesired offset 15 between the straight-ahead position of the wheels and
Mittenposition des Lenkrades. Die Kennlinie verläuft nicht durch den Ursprung des Koordinatensystems, d. h. die Räder sind in Geradeausstellung und das Lenkrad ist um den Offset eingeschlagen und befindet sich nicht in der Center position of the steering wheel. The characteristic does not run through the origin of the coordinate system, i. H. the wheels are in the straight ahead position and the steering wheel is turned by the offset and is not in the
Mittenposition. Middle position.
Der Radlenkwinkel der lenkbaren Räder wird daher in Abhängigkeit des The wheel steering angle of the steerable wheels is therefore dependent on the
Lenkradwinkels so gesteuert, dass der Fahrer bei einer Lenkbewegung über dem Endanschlag hinaus keine Änderung des Radlenkwinkels bewirkt und bei Erreichen der Mittenposition des Lenkrades sich die Räder in Geradeaus- stellung befinden. Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, erfolgt dies durch Anpassung der Übersetzung zwischen Radlenkwinkel und Lenkradwinkel, wobei die Übersetzung das Verhältnis von Radlenkwinkel zu Lenkradwinkel angibt. Steering wheel angle controlled so that the driver does not change the wheel steering angle in a steering movement beyond the end stop and when the steering wheel reaches the center position, the wheels are in the straight-ahead position. As shown in FIGS. 4 and 5, this is done by adjusting the translation between the wheel steering angle and the steering wheel angle, the translation indicating the ratio of the wheel steering angle to the steering wheel angle.
Figur 4 zeigt die Abhängigkeit des Radlenkwinkels vom Lenkradwinkel bei einem Zurücklenken des Lenkrades von einem Punkt aus, der hinter dem Endanschlag 14 liegt. Die lineare Übersetzung wird dabei so angepasst, dass in der Mittenposition des Lenkrades die lenkbaren Räder in der Geradeaus- stellung sind. Zudem werden durch die durchgehende lineare Abhängigkeit die Räder entsprechend der Übersetzung auch beim Zurücklenken bis zum FIG. 4 shows the dependency of the wheel steering angle on the steering wheel angle when the steering wheel is turned back from a point which lies behind the end stop 14. The linear translation is adjusted so that the steerable wheels are in the straight position in the center position of the steering wheel. In addition, due to the continuous linear dependency, the wheels are corresponding to the translation even when steering back to
Endanschlag bewegt, was dem Fahrer auch über dem Endanschlag hinaus eine Rückmeldung für die Lenkeingabe vermittelt. The end stop moves, which gives the driver feedback for the steering input even beyond the end stop.
Figur 5 zeigt eine nichtlineare Änderung des Radlenkwinkels in Abhängigkeit des Lenkradwinkels. Diese nichtlineare Übersetzung erhöht den Fahrkomfort. Für kleine Lenkradwinkel ist die Übersetzung nahezu linear und flacht dann ab, um sich dem Grenzwert des maximalen Radlenkwinkels langsam anzunähern. Bei kleinen Lenkradwinkeln ist die Übersetzung daher größer als bei großen Lenkradwinkeln. Bei einem Zurücklenken von einer Position aus, die hinter dem Endanschlag liegt, führt eine Änderung des Lenkradwinkels zu einer geringen Änderung des Radlenkwinkels, die für den Fahrer jedoch spürbar ist. Befindet sich das Lenkrad wieder in einem Normalbereich vor dem End- anschlag, ist die Übersetzung bevorzugt wieder linear und die Lenküber- setzung direkt. Zudem ist die Kennlinie so angepasst, dass in der Mitten- position des Lenkrades sich die lenkbaren Räder in der Geradeausstellung befinden. FIG. 5 shows a non-linear change in the wheel steering angle as a function of the steering wheel angle. This non-linear translation increases driving comfort. For small steering wheel angles, the gear ratio is almost linear and then flattens out in order to slowly approach the limit value of the maximum wheel steering angle. With small steering wheel angles, the translation is therefore greater than with large steering wheel angles. When steering back from a position that lies behind the end stop, a change in the steering wheel angle leads to a slight change in the wheel steering angle, which, however, is perceptible to the driver. If the steering wheel is again in a normal range before the end stop, the translation is preferably linear again and the steering ratio is direct. In addition, the characteristic curve is adjusted so that the steerable wheels are in the straight-ahead position in the center position of the steering wheel.
In der Figur 6 ist eine lineare Änderung des Radlenkwinkels in Abhängigkeit des Lenkradwinkels für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten 16 und hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten 17 dargestellt. Für hohe Fahrzeuggeschwindig- keiten ist es wünschenswert, dass die Übersetzung im Gegensatz zu niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten niedriger ist und somit eine Änderung des FIG. 6 shows a linear change in the wheel steering angle as a function of the steering wheel angle for low vehicle speeds 16 and high vehicle speeds 17. For high vehicle speeds, it is desirable that the gear ratio, in contrast to low vehicle speeds, is lower and thus a change in the
Lenkradwinkels zu einer geringeren Änderung des Radlenkwinkels führt. Die Lenkung bzw. die Lenkübersetzung wird dadurch bei hohen Fahrzeug- geschwindigkeiten indirekter und es kann ein nervöses Lenkverhalten mit kleinen Lenkbewegungen der Räder reduziert werden, was den Fahrkomfort erhöht. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird hingegen eine Steering wheel angle leads to a smaller change in the wheel steering angle. The steering or the steering ratio becomes more indirect at high vehicle speeds and nervous steering behavior can be reduced with small steering movements of the wheels, which increases driving comfort. At low vehicle speeds, however, a
ausreichende Agilität bereitgestellt. Problematisch ist, dass bei der provided sufficient agility. The problem is that with the
dargestellten linearen Übersetzung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein Endanschlag des Feedback-Aktuators 14 erreicht wird, bevor die Räder ihren maximalen Radlenkwinkel 18 einnehmen. Dieser Zustand ist unerwünscht, da dem Fahrer nur ein Teil des Lenkbereichs der Räder zur Verfügung steht. linear translation shown at high vehicle speeds, an end stop of the feedback actuator 14 is reached before the wheels assume their maximum wheel steering angle 18. This condition is undesirable because the driver has only part of the steering range of the wheels.
Figur 7 zeigt eine Kennlinie für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten 16 und eine Kennlinie für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten 17. Die Übersetzung für niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten entspricht der linearen Übersetzung der Figur 6. Für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Übersetzung hingegen nichtlinear. Das Verhältnis zwischen Radlenkwinkel und Lenkradwinkel für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten ist für kleine Winkel in etwa linear und steigt dann stark an, so dass beim maximalen Radlenkwinkel 18 der Endanschlag des Lenkrades 14 erreicht wird. Eine Änderung des Lenkradwinkels bei kleinen Lenkradwinkeln führt zu einer geringeren Änderung des Radlenkwinkels als bei großen Lenkradwinkeln. Bei großen Lenkradwinkeln ab etwa 180° endet der lineare Bereich und die Übersetzung steigt bis zum Endanschlag 14 an. FIG. 7 shows a characteristic curve for low vehicle speeds 16 and a characteristic curve for high vehicle speeds 17. The translation for low vehicle speeds corresponds to the linear translation of FIG. 6. In contrast, the translation is non-linear for high vehicle speeds. The ratio between the wheel steering angle and the steering wheel angle for high vehicle speeds is approximately linear for small angles and then increases sharply, so that at the maximum wheel steering angle 18 the end stop of the steering wheel 14 is reached. A change in the steering wheel angle with small steering wheel angles leads to a smaller change in the wheel steering angle than with large steering wheel angles. At large steering wheel angles from approximately 180 °, the linear range ends and the translation increases up to the end stop 14.

Claims

Patentansprüche claims
1. Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend einen auf gelenkte Räder (10) wirkenden, in Abhängigkeit eines am 1. Steer-by-wire steering system for a motor vehicle comprising an acting on steered wheels (10), depending on an
Lenkrad aufgebrachten Lenkradwinkel (SWA) elektronisch  Steering wheel mounted steering wheel angle (SWA) electronically
geregelten Lenksteller (9), der mittels eines Lenkgetriebes (11) die gelenkten Räder (10) um einen Radlenkwinkel (RWA) verschwenkt, und einen Rückwirkungen der Straße auf eine mit dem Lenkrad (3) verbundene Lenkwelle (2) übertragenden Feedback-Aktuator (4), wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem wenigstens zwei Kennlinien für eine Lenkübersetzung zwischen dem Radlenkwinkel (RWA) und dem Lenkradwinkel (SWA) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kennlinien eine Kennlinie für niedrige Geschwindig- keiten (16) und eine Kennlinie für hohe Geschwindigkeiten (17) aufweisen, wobei die Kennlinie für niedrige Geschwindigkeiten (16) linear und die Kennlinie für hohe Geschwindigkeiten (17) nichtlinear ist.  Controlled steering actuator (9), which swivels the steered wheels (10) by a wheel steering angle (RWA) by means of a steering gear (11), and a reaction of the road to a feedback actuator (2) transmitting the steering shaft (3) connected to the steering wheel (3) 4), the steer-by-wire steering system having at least two characteristics for a steering ratio between the wheel steering angle (RWA) and the steering wheel angle (SWA), characterized in that the at least two characteristics have a characteristic for low speeds (16) and having a characteristic for high speeds (17), the characteristic for low speeds (16) being linear and the characteristic for high speeds (17) being non-linear.
2. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtlineare Kennlinie für hohe Geschwindig- keiten (17) bei kleinen Lenkradwinkeln (SWA) langsam ansteigt und bei großen Lenkradwinkeln (SWA) stärker ansteigt, wobei die 2. Steer-by-wire steering system according to claim 1, characterized in that the non-linear characteristic curve for high speeds (17) slowly increases at small steering wheel angles (SWA) and increases more strongly at large steering wheel angles (SWA), the
Steigung bei großen Lenkradwinkeln (SWA) größer ist als bei der linearen Kennlinie für niedrige Geschwindigkeiten (16).  Incline at large steering wheel angles (SWA) is greater than with the linear characteristic curve for low speeds (16).
3. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Steer-by-wire steering system according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die nichtlineare Kennlinie für hohe  characterized that the nonlinear characteristic for high
Geschwindigkeiten (17) bei einem Maximalwert des Radlenkwinkels (18) einen maximalen Wert des Lenkradwinkels (14) einnimmt.  Speeds (17) at a maximum value of the wheel steering angle (18) assumes a maximum value of the steering wheel angle (14).
4. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch 4. Steer-by-wire steering system according to claim 3, characterized
gekennzeichnet, dass der maximale Wert des Lenkradwinkels (14) durch einen Endanschlag an der Lenkwelle (2) vorgegeben ist.  characterized in that the maximum value of the steering wheel angle (14) is predetermined by an end stop on the steering shaft (2).
5. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Feedback-Aktuator (4) den Endanschlag an der Lenkwelle (2) bereitstellt. 5. Steer-by-wire steering system according to claim 4, characterized shows that the feedback actuator (4) provides the end stop on the steering shaft (2).
6. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 6. Steer-by-wire steering system according to claim 4 or 5, characterized
gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kennlinien eine weitere Kennlinie umfassen, die eine Lenkübersetzung für das Zurücklenken von einer Lenkradposition aus, die sich hinter dem Endanschlag (14) befindet, bereitstellt.  characterized in that the at least two characteristic curves comprise a further characteristic curve which provides a steering ratio for steering back from a steering wheel position which is located behind the end stop (14).
7. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kennlinie linear ist und eine konstante Steigung aufweist. 7. Steer-by-wire steering system according to claim 6, characterized in that the further characteristic is linear and has a constant slope.
8. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kennlinie nichtlinear ist und stetig ist. 8. Steer-by-wire steering system according to claim 6, characterized in that the further characteristic is non-linear and is continuous.
9. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der weiteren Kennlinie für große Lenkradwinkel geringer ist als für kleine Lenkradwinkel. 9. Steer-by-wire steering system according to claim 8, characterized in that the slope of the further characteristic curve is smaller for large steering wheel angles than for small steering wheel angles.
10. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch 10. Steer-by-wire steering system according to claim 8 or 9, characterized
gekennzeichnet, dass die weitere Kennlinie für große Lenkrad- winkel abflacht und sich dem Maximalwert des Radlenkwinkels (18) langsam annähert.  characterized in that the further characteristic curve flattens out for large steering wheel angles and slowly approaches the maximum value of the wheel steering angle (18).
11. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kennlinie für kleine Lenkradwinkel linear ist. 11. Steer-by-wire steering system according to one of claims 8 to 10, characterized in that the further characteristic for small steering wheel angles is linear.
12. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der vorhergehenden 12. Steer-by-wire steering system according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kennlinien durch den Ursprung des Koordinatensystems verlaufen.  Claims, characterized in that the at least two characteristic curves run through the origin of the coordinate system.
13. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der vorhergehenden 13. Steer-by-wire steering system according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steer-by-Wire- Lenksystem eine Steuereinheit (7) umfasst, in der die wenigstens zwei Kennlinien (16,17) zur Ansteuerung des Lenkstellers (9) hinterlegt sind. Claims, characterized in that the steer-by-wire steering system comprises a control unit (7) in which the at least two characteristic curves (16, 17) for controlling the steering actuator (9) are deposited.
14. Feedback-Aktuator (4) für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 14. Feedback actuator (4) for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle according to one of the preceding claims.
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