EP4294705A1 - Steuergerät für ein fahrzeug mit einer lenkvorrichtung, lenkvorrichtung und verfahren zum erwärmen eines arbeitsmediums in einer vorwärmphase für eine lenkvorrichtung - Google Patents

Steuergerät für ein fahrzeug mit einer lenkvorrichtung, lenkvorrichtung und verfahren zum erwärmen eines arbeitsmediums in einer vorwärmphase für eine lenkvorrichtung

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Publication number
EP4294705A1
EP4294705A1 EP22702925.3A EP22702925A EP4294705A1 EP 4294705 A1 EP4294705 A1 EP 4294705A1 EP 22702925 A EP22702925 A EP 22702925A EP 4294705 A1 EP4294705 A1 EP 4294705A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working medium
steering device
signal
electric motor
valve
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22702925.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Miller
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.)
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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 Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Publication of EP4294705A1 publication Critical patent/EP4294705A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B62D5/24—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application for worm type

Definitions

  • the present approach relates to a control device for a vehicle with a steering device, a steering device and a method for heating a working medium in a preheating phase for a steering device.
  • a recirculating ball steering gear can be operated by an external, unidirectional hydraulic pump, for example.
  • a connection between the pump and the steering gear can be made, for example, by external piping.
  • An external oil reservoir may also be required as an expansion tank.
  • the object of the present approach is to create an improved control device for a vehicle with a steering device, an improved steering device and an improved method for heating a working medium in a preheating phase for a steering device.
  • control unit having the features of device claim 1, by a steering device according to claim 7 and by a method according to claim 15.
  • the advantages that can be achieved with the approach presented consist, for example, in better start-up behavior of the steering device when the vehicle is started cold.
  • a control device for a vehicle which includes a steering device.
  • the steering device has a pump device with a pump for pumping a working medium to a first output port or a second output port of the pump device, and an electric motor for driving the pump.
  • the steering device has a transmission device with an input shaft that can be coupled to a steering wheel and an output shaft that can be coupled to a steering column arm, as well as a transmission element that can be moved in a first direction and a second direction to transmit torque from the input shaft to the output shaft.
  • the steering device further comprises a first working medium port and a second working medium port, wherein the first working medium port is connected to the first output port for moving the transmission element using the working medium in the first direction and the second working medium port is connected to move the transmission element using the working medium in the second direction connected to the second output port.
  • the steering device includes a valve connected between the first output port and the second output port.
  • the control unit is designed to provide a motor signal for operating the electric motor of the steering device to the electric motor in a preheating phase for heating the working medium and to provide a valve opening signal for opening the valve of the steering device to the valve.
  • the vehicle is implemented, for example, as a commercial vehicle, for example a truck or a bus.
  • the steering device can advantageously be used to implement a steering request from a driver of the vehicle and to additionally support it using the working medium.
  • the transmission device is designed to transmit, for example, a steering movement by the driver via the steering wheel to the drop arm and consequently to a wheel axle of the vehicle, for example.
  • the pump can be implemented, for example, as a hydraulic pump that the working medium, such as Hydraulic oil, can pump through the pumping device.
  • the valve which can also be used as a backup valve, for example, allows the transmission device to be bypassed. When the valve is open, the working medium pumped by the pumping device can be routed past the transmission device via the valve.
  • the pumping device can be operated in the preheating phase and yet no steering assistance can be provided. In this way, the pumping device can be operated without causing a steering movement.
  • the heat generated in the pumping device can be used to heat the working medium. In this way, a viscosity of the working medium can advantageously be improved, for example before the vehicle is driven.
  • the preheating phase can last until the working medium has reached a predetermined operating temperature.
  • the preheating phase can be followed by a normal operation phase, in which the steering device can be operated to assist the steering, or a rest phase can be followed if no steering assistance is required, for example because the vehicle is not yet moving.
  • the control unit can be designed to provide a suitable motor control signal depending on a current operating phase of the steering device.
  • control unit can be designed to provide the motor signal for operating the electric motor to the electric motor in a normal operating phase for moving the steering column arm and to provide a valve closing signal for closing the valve to the valve.
  • the normal operating phase can describe the state when the vehicle is being driven and the steering assistance is being provided.
  • the valve opening signal and the valve closing signal can be separate signals or different states of a signal.
  • control unit can be designed to provide the motor signal in the preheating phase as a signal that causes a current to flow through a motor winding of the electric motor, from which no rotation of a rotor of the electric motor results.
  • the motor signal can have a characteristic that prevents the electric motor from starting. through the current flow, the motor winding is heated.
  • the electric motor can thus be used as a heating device for heating the medium without the pump being driven.
  • control unit can be designed to provide the motor signal in the preheating phase as a signal that causes a current flow of a first magnitude through the motor winding, resulting in the rotor rotating at a first rotation rate. Furthermore, the control unit can be designed to provide the motor signal in the normal operating phase as a signal that causes the current of the first variable to flow through the motor winding, from which the rotation of the rotor results at a second rotation rate that is greater than the first rotation rate.
  • the electric motor can thus be operated in the preheating phase in such a way that the electric motor has a lower efficiency than in the normal operating phase in relation to the torque provided by the electric motor.
  • a larger proportion of electrical energy is thus converted into thermal energy in the preheating phase than in the normal operating phase.
  • the controller may be configured to activate the preheating phase in response to a temperature signal indicative of a temperature below a threshold.
  • the threshold value can be associated with a specific viscosity of the working medium.
  • the threshold value can be below an optimal operating temperature or at an optimal operating temperature of the working medium.
  • the temperature can be detected, for example, by means of a temperature sensor.
  • the preheating phase can therefore only be carried out if heating the working medium is advantageous.
  • the preheating phase can be ended when the temperature signal indicates a predetermined temperature of the working medium.
  • control unit can be designed to activate the preheating phase in response to a start signal that indicates a cold start of the vehicle.
  • the start signal is provided, for example, when the vehicle is started for the first time after it has been stationary for a long time. In such a case it can be assumed that the working medium is not yet at a desired operating temperature.
  • the preheating phase can also be ended when the temperature signal indicates a predetermined temperature of the working medium.
  • a steering device for a vehicle having a pump device with a pump for pumping a working medium to a first output port or a second output port of the pump device and an electric motor for driving the pump.
  • the steering device has a transmission device with an input shaft that can be coupled to a steering wheel and an output shaft that can be coupled to a steering column arm, a transmission element that can be moved in a first direction and a second direction to transmit torque from the input shaft to the output shaft, and a first working medium connection and a second working medium connection.
  • the first working medium port is connected to the first output port for moving the transmission element using the working medium in the first direction and the second working medium port is connected to the second output port for moving the transmission element using the working medium in the second direction.
  • the steering device also has a valve, which is connected between the first output port and the second output port, and a control unit in one of the variants presented.
  • the steering device can be implemented, for example, as a steering gear such as can be used in commercial vehicles, for example.
  • a steering gear such as can be used in commercial vehicles, for example.
  • the driver's steering movements are supported as a result.
  • a motor winding of the electric motor can be surrounded by the working medium.
  • good thermal coupling can be made possible as a result, since the working medium can be heated directly by the motor winding.
  • the pump and the electric motor can have a common shaft and be arranged in a common housing.
  • installation space within the vehicle can advantageously be saved, since only one housing is installed instead of two.
  • the housing may include a passage for directing the working fluid from an inlet along an inner wall of the housing to the motor winding.
  • the channel can be formed in order to conduct the working medium around the motor winding.
  • the working medium is advantageously heated uniformly in this way.
  • the channel can be formed, for example, as a groove or depression in a housing element or also in the form of a tube.
  • the inlet can designate, for example, an interface between the pump and the channel, or alternatively an interface between a storage vessel and the pump device.
  • the arrangement of the channel allows the motor winding to be cooled by means of the working medium.
  • a rotor of the electric motor can have a plurality of permanent magnets, with permanent magnets that are adjacent to one another being spaced apart by slots for the passage of the working medium.
  • the slots can be shaped to convey the working medium as the rotor rotates.
  • the slots between the permanent magnets can cause the working medium to circulate.
  • the pump can be designed as a bi-directional hydraulic pump.
  • a simple output of the working medium can be achieved in this way, depending on the desired conveying direction of the working medium.
  • a method for heating a working medium in a preheating phase for a steering device is presented in one of the previously mentioned variants.
  • the method includes a step of providing a motor signal to an electric motor of the steering device to operate the electric motor and a step of providing a valve opening signal to a valve of the steering device to open the valve.
  • the method can be carried out, for example, in a steering device by means of a control device in one of the previously mentioned variants.
  • the viscosity of the working medium can be reduced by the heat generated during operation of the electric motor, without a torque being exerted on the steering rod of the steering device.
  • the working medium can be circulated in the lines of the steering device through the open valve, so that the largest possible proportion of the working medium can be heated.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the control device can be designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • the task on which the approach is based can also be solved quickly and efficiently by this embodiment variant of the approach in the form of a device.
  • This control unit can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the actuator and/or have at least one communication interface for reading in or outputting data that are embedded in a communication protocol.
  • the arithmetic unit can be a signal processor, a microcontroller or the like, for example, while the storage unit can be a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or by wire, wherein a communication interface that can read in or output wire-bound data can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it to a corresponding data transmission line.
  • a control unit can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and, depending on them, controls and/or outputs data signals.
  • the control unit can have an interface that can be designed in terms of hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of what is known as a system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the control unit.
  • the interfaces can be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components.
  • the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vehicle with a steering device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a pumping device according to an embodiment
  • FIG 3 shows a flow chart of a method for heating a working medium in a preheating phase for a steering device according to an embodiment.
  • the vehicle 100 is implemented as a commercial vehicle, for example.
  • the steering device 102 is designed to support a steering operation of a driver of the vehicle 100 .
  • the steering device 102 has a pump device 104 , a transmission device 106 , a valve 108 and a control device 110 .
  • the pumping device 104 includes a pump 112 for pumping a working medium either to a first output port 114 or to a second output port 116 of the pumping device 104.
  • the pumping device 104 also includes an electric motor 118 which is designed to drive the pump 112.
  • the electric motor 118 and the pump 112 are coupled to one another via a shaft.
  • the pump 112 is implemented as a bidirectional hydraulic pump, for example.
  • the transmission device 106 has an input shaft 120 that can be coupled to a steering wheel 119 and an output shaft 124 that can be coupled to a drop arm 122 . Furthermore, the transmission device 106 has a transmission element 130 that is movable in a first direction 126 and a second direction 128 in order to transmit a torque from the input shaft 120 to the output shaft 124 . Transmission device 106 also includes a first working medium port 132 and a second working medium port 134, with first working medium port 132 being connected to first output port 114 for moving transmission element 130 using the working medium in first direction 126, and second working medium port 134 for moving transmission element 130 is connected to the second output port 116 using the working fluid in the second direction 128 . In order to move the transmission element 130 using the working medium, according to one exemplary embodiment at least one cylinder is provided, which is shaped in order to use a pressure of the working medium to move the transmission element 130 .
  • the input shaft 120 is connected or mechanically coupled to the steering wheel 119 of the vehicle 100 via the steering column of the steering system.
  • input shaft 120 is designed to introduce a torque from a steering column of vehicle 100 coupled to steering wheel 119 into steering device 102 .
  • the torque introduced via the input shaft 120 can also be referred to as an input torque.
  • the output shaft 124 according to this exemplary embodiment is designed to derive the torque from the steering device 102 or to transmit the torque output the pitman arm 122.
  • the torque dissipated via the output shaft 124 may also be referred to as an output torque or an output force.
  • transmission element 130 is designed to mechanically transmit the torque from input shaft 120 to output shaft 124 and/or to convert the input torque into the output torque.
  • a movement of the transmission element 130 is supported using the working medium.
  • the transmission element 130 can be moved exclusively using the pressure of the working medium.
  • the valve 108 of the steering device 102 is connected between the first output port 114 and the second output port 116 .
  • a first valve port 136 of the valve 108 is fluidly connected to the first output port 114 and the first working medium port 132 .
  • the second valve port 138 of the valve 108 is fluidically connected to the second output port 116 and the second working medium port 134 .
  • Steering device 102 also has control unit 110, which is designed to determine a current operating phase of steering device 102 and, depending on the current operating phase, a suitable motor signal 140 for operating electric motor 118 and a suitable valve signal 142, 144 for controlling valve 108 to provide.
  • control unit 110 is designed to start a preheating phase when heating the working medium is advantageous, for example in order to reduce the viscosity of the working medium.
  • Control unit 110 can be designed to maintain the preheating phase until the working medium has been heated to a predetermined temperature. Subsequent to the preheating phase, control unit 110 is designed according to one exemplary embodiment to begin a normal operating phase in which steering device 102 provides steering assistance, for example for normal driving operation of vehicle 100.
  • the steering assistance can be provided in response to a request signal, the one for example steering and steering direction 146 of the vehicle 100 requested by a driver of the vehicle 100 .
  • the control unit 110 is designed according to one exemplary embodiment to provide the motor signal 140 with a characteristic that causes a rotation of the electric motor 112 associated with the steering direction 146 .
  • control unit 110 is designed to provide motor signal 140 and valve signal 142, 144 in the preheating phase in such a way that electric motor 118 is operated, i.e. energized, but no steering assistance is provided, for example because working medium connections 132, 134 there is no pressure or there is only insufficient pressure to move the transmission element 130 .
  • motor signal 140 is provided, for example, with a characteristic that leads to a current flow through at least one winding of electric motor 118 that generates a magnetic field that is not suitable for moving the rotor of electric motor 118 .
  • the motor signal 140 is provided, for example, with a characteristic that leads to a current flow through at least one winding of the electric motor 118 that generates a magnetic field suitable for moving the rotor of the electric motor 118 .
  • control unit 110 is designed to provide the valve signal in the form of a valve opening signal 142 for opening valve 108 .
  • the characteristic of the engine signal 140 may relate to an amplitude and/or modulation of the engine signal 140, for example.
  • control unit 110 is designed to provide motor signal 140 in the normal operating phase with a characteristic that ensures operation of electric motor 112 that is suitable for driving pump 118 . Furthermore, control unit 110 is designed to provide the valve signal to valve 108 in the form of a valve closing signal 144 for closing valve 108 . In this way, a pressure of the working medium sufficient to support the steering movement is generated and this pressure is present at one of the working medium connections 132, depending on the conveying direction of the pump device 104, Electrical energy provided to electric motor 118 via motor signal 140 is partly converted into heat and partly used to drive the rotor of electric motor 118 .
  • control unit 110 is designed to provide motor signal 140 in such a way that the portion of the electrical energy provided to electric motor 118 that is converted into heat is greater in relation to the portion used for driving in the preheating phase than in the normal operating phase.
  • control unit 110 is designed to provide motor signal 140 in the preheating phase with a characteristic that causes a current flow of a first magnitude through the motor winding, which generates a first magnetic field that results in the rotor rotating at a first rotation rate .
  • control unit 110 is designed to provide motor signal 140 with a characteristic that causes a current of the first magnitude to flow through the motor winding, which generates a second magnetic field from which the rotor rotates at a second rate of rotation, which is greater than the first rotation rate is. So can
  • control unit 110 is configured to activate the preheating phase in response to a temperature signal 152 that indicates a temperature of the working medium that is below a threshold value.
  • the temperature signal 152 is provided by a temperature sensor 154 .
  • the temperature sensor 154 is implemented as part of the pump device 104 .
  • the temperature sensor 154 can also be arranged elsewhere in the vehicle 100 .
  • control unit 110 is designed to end the preheating phase as soon as temperature signal 152 indicates a temperature of the working medium that is at or above the threshold value.
  • control unit 110 is designed, for example, to end the preheating phase after a predetermined period of time.
  • control unit 110 is additionally or alternatively designed to activate the preheating phase in response to a start signal 160 that indicates a cold start of vehicle 100 .
  • Start signal 160 is provided, for example, by an engine controller of vehicle 100 .
  • the pumping device 104 has an optional inlet connection 156, via which the pumping device 104 according to this exemplary embodiment is connected to a storage vessel 158 for storing the working medium.
  • a possibility is presented for preheating the working medium, which can also be implemented as hydraulic oil and can be referred to as oil, during a cold start of vehicle 100 .
  • an electrohydraulically operating steering gear which is referred to here as transmission device 106
  • transmission device 106 an electrohydraulically operating steering gear, which is referred to here as transmission device 106
  • the two ports of the pumping device 104 which are referred to here as the first output port 114 and the second output port 116, are connected to the transmission device 106, for example to at least one cylinder of a conventionally known steering gear.
  • the electric motor 118 driving the pump 112 is surrounded by the working medium of the storage vessel 158, which is also referred to as a storage tank or expansion vessel. Even before the start of a journey, the viscosity of the working medium can be improved by suitably controlling the electric motor 118 by increasing the temperature of the working medium.
  • opening valve 118 rotates electric motor 118 without moving pitman arm 122 .
  • the heated working medium is distributed in the pump device 104.
  • the motor windings of the electric motor 118 can optionally be controlled in such a way that the motor windings also heat up significantly when the motor is stationary or when the motor power is low.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional illustration of a pumping device 104 according to an exemplary embodiment.
  • the pumping device 104 shown here can be similar to or correspond to the pumping device 104 described in FIG. 1 .
  • the pump 112 and the electric motor 118 are adjacent arranged to each other in a common housing 200.
  • the housing 200 encloses the pump 112, the electric motor 118 and a common shaft 201 coupling the pump 112 to the electric motor 118.
  • the working medium delivered by the pump 112 is guided through the housing 200 in such a way that it is heated by the electric motor 118.
  • the electric motor 118 includes a rotor 202 and a stator 203.
  • the rotor 202 has a plurality of permanent magnets, with adjacent permanent magnets being spaced apart by slots 204 for the passage of the working medium.
  • the slots 204 are formed here in order to convey the working medium when the rotor 202 rotates.
  • the housing 200 has a duct 206 for conducting the working medium from an inlet along an inner wall of the housing 200 to the motor windings 208 of the electric motor 118 arranged on the stator 203 .
  • channel 206 is formed to direct the working fluid around motor winding 208 .
  • a flow direction of the working medium is illustrated here by the arrows 210 shown. According to this exemplary embodiment, this also makes it clear that the motor windings 208 are surrounded by the working medium in order to enable good thermal coupling, for example.
  • the pump 112 pumps the working medium from a pump outlet 212 through the channel 206 along a wall of the housing 200, where the working medium cools according to one embodiment, in the direction of the motor windings 208. From there, the working medium according to this embodiment flows around the motor winding 208 around and through the slots 204, which act as a circulation pump, in the direction of the housing wall up to the pump outlet 212 through, for example, a heat exchanger 214.
  • the electric motor 118 is used as a heating device to preheat the working medium when the outside temperature is cold, for example.
  • the embedding of the motor windings 108 in the working medium allows a good Thermal coupling between the electric motor 118 and the surrounding working medium.
  • the slots 204 between the plurality of permanent magnets on the rotor 202, which is also referred to as a rotor disk, serve as a drive for circulating the working medium.
  • the working medium circulating in the direction of the arrows 210 flows through the coils of the electric motor 118 forming the motor windings 108 and heats up in the process.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method 300 for heating a working medium in a preheating phase for a steering device according to an exemplary embodiment.
  • the method 300 can be carried out in a control device, as was described in FIG. 1 .
  • Method 300 includes a step 302 of providing a motor signal to an electric motor of the steering device to operate the electric motor and a step 304 of providing a valve opening signal to a valve of the steering device in order to open the valve.
  • Steps 302, 304 are carried out in a preheating phase, which is carried out to heat up the working medium.
  • the valve remains continuously open while the preheating phase lasts.
  • the electric motor is operated in the preheating phase exclusively in order to heat the working medium; steering assistance is not provided in the preheating phase.
  • the method 300 includes a step 306 of providing the engine signal with the same or a changed characteristic, based on the step 302, and a step 308 of providing a valve closing signal to close the valve.
  • Steps 306, 308 are performed in a normal operation phase in which the working fluid is pressurized to steer or assist in steering the vehicle.
  • the method 300 includes a step 310 of reading in a temperature signal that indicates a temperature of the working medium.
  • step 310 is continuously repetitively performed to continuously monitor the temperature of the working fluid.
  • the preheating phase lasts as long as Temperature signal indicates a temperature of the working medium, which is below a predetermined operating temperature. For example, after the vehicle has been started up, it is checked whether the temperature of the working medium is already at the operating temperature. If this is the case, the preheating phase is skipped and the normal operation phase is initiated directly. On the other hand, if the temperature of the working medium is below the operating temperature, the preheating phase is carried out before the start of the normal operating phase in order to increase the temperature of the working medium to the operating temperature.

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Abstract

Ein Steuergerät (110) für ein Fahrzeug (100) mit einer Lenkvorrichtung (102) mit einer Pumpeinrichtung (104), die eine Pumpe (112) und einen Elektromotor (118) umfasst, einer Getriebeeinrichtung (106), einem Ventil (108) und einem Steuergerät (110), das ausgebildet ist, um in einer Vorwärmphase zum Erwärmen des Arbeitsmediums ein Motorsignal (140) zum Betreiben des Elektromotors (118) der Lenkvorrichtung (102) an den Elektromotor (118) bereitzustellen und ein Ventilöffnungssignal (142) zum Öffnen des Ventils (108) der Lenkvorrichtung (102) an das Ventil (108) bereitzustellen.

Description

BESCHREIBUNG
Steuergerät für ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung, Lenkvorrichtung und Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Steuergerät für ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung, eine Lenkvorrichtung sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung.
Bei Lenksystemen von Fahrzeugen, insbesondere bei Vorderachslenksystemen, auch Hilfskraftlenkung genannt, von mittleren und schweren Nutzkraftwagen, kann zum Beispiel ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe durch eine externe, unidirektionale hydraulische Pumpe betrieben werden. Eine Verbindung zwischen Pumpe und Lenkgetriebe kann beispielsweise durch eine externe Verrohrung erfolgen. Zusätzlich kann ein externes Ölreservoir als Ausgleichsbehälter erforderlich sein. Somit können einzelne Komponenten eines solchen Lenksystems im Fahrzeug verteilt angeordnet sein.
Die DE 202019 101 522 U1 offenbart eine entsprechende Lenkunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzkraftfahrzeug.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes, ein verbessertes Steuergerät für ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung, eine verbesserte Lenkvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 , durch eine Lenkvorrichtung nach Anspruch 7 und durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen beispielsweise in einem besseren Anlaufverhalten der Lenkvorrichtung bei einem Kaltstart des Fahrzeugs.
Es wird ein Steuergerät für ein Fahrzeug vorgestellt, das eine Lenkvorrichtung umfasst. Die Lenkvorrichtung weist eine Pumpeinrichtung mit einer Pumpe zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss oder einem zweiten Ausgabeanschluss der Pumpeinrichtung auf sowie einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe. Weiterhin weist die Lenkvorrichtung eine Getriebeeinrichtung mit einer mit einem Lenkrad koppelbaren Eingangswelle und einer mit einem Lenkstockhebel koppelbaren Ausgangswelle sowie einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in eine erste Richtung und eine zweite Richtung beweglichen Getriebeelement auf. Die Lenkvorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Arbeitsmediumanschluss und einen zweiten Arbeitsmediumanschluss, wobei der erste Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist. Außerdem weist die Lenkvorrichtung ein Ventil, das zwischen den ersten Ausgabeanschluss und den zweiten Ausgabeanschluss geschaltet ist. Dabei ist das Steuergerät ausgebildet, um in einer Vorwärmphase zum Erwärmen des Arbeitsmediums ein Motorsignal zum Betreiben des Elektromotors der Lenkvorrichtung an den Elektromotor bereitzustellen und ein Ventilöffnungssignal zum Öffnen des Ventils der Lenkvorrichtung an das Ventil bereitzustellen.
Das Fahrzeug ist beispielsweise als ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Bus realisiert. Die Lenkvorrichtung kann vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Lenkanforderung eines Fahrers des Fahrzeugs umzusetzen und zusätzlich unter Verwendung des Arbeitsmediums zu unterstützen. Die Getriebeeinrichtung ist ausgebildet, um beispielsweise eine Lenkbewegung des Fahrers über das Lenkrad zu dem Lenkstockhebel und folglich auf beispielsweise eine Radachse des Fahrzeugs zu übertragen. Die Pumpe kann beispielsweise als hydraulische Pumpe realisiert sein, die das Arbeitsmedium, wie beispielsweise Hydrauliköl, durch die Pumpeinrichtung pumpen kann. Das Ventil, das beispielsweise auch als Backup-Ventil eingesetzt werden kann, ermöglicht einen Umgehung der Getriebeeinrichtung. Wenn das Ventil geöffnet ist, kann das von der Pumpeinrichtung gepumpte Arbeitsmedium über das Ventil an der Getriebeeinrichtung vorbeigeleitet werden. Somit kann in der Vorwärm phase die Pumpeinrichtung betrieben werden und dennoch keine Lenkunterstützung bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Pumpeinrichtung betrieben werden, ohne eine Lenkbewegung zu bewirken. Die dabei in der Pumpeinrichtung entstehende Wärme kann zur Erwärmung des Arbeitsmediums verwendet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Viskosität des Arbeitsmediums beispielsweise vor einer Fahrt des Fahrzeugs verbessert werden. Die Vorwärmphase kann nach einer Inbetriebnahme der Lenkvorrichtung solange andauern, bis das Arbeitsmedium eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.
An die Vorwärmphase kann eine Normalbetriebphase anschließen, in der die Lenkvorrichtung zur Unterstützung der Lenkung betrieben werden kann, oder eine Ruhephase anschließen, sofern keine Unterstützung der Lenkung erforderlich ist, beispielsweise, weil das Fahrzeug noch nicht bewegt wird. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um abhängig von einer aktuellen Betriebsphase der Lenkvorrichtung ein geeignetes Motorsteuersignal bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um in einer Normalbetriebphase zum Bewegen des Lenkstockhebels das Motorsignal zum Betreiben des Elektromotors an den Elektromotor bereitzustellen und ein Ventilschließsignal zum Schließen des Ventils an das Ventil bereitzustellen. Die Normalbetriebphase kann beispielsweise den Zustand beschreiben, wenn das Fahrzeug gefahren und die Lenkunterstützung bereitgestellt wird. Je nach Ausführungsform können das Ventilöffnungssignal und das Ventilschließsignal separate Signale oder unterschiedliche Zustände eines Signals sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Vorwärmphase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss durch eine Motorwicklung des Elektromotors bewirkt, aus dem keine Drehung eines Rotors des Elektromotors resultiert. Beispielsweise kann das Motorsignal eine Charakteristik aufweisen, die ein Anlaufen des Elektromotors verhindert. Durch den Stromfluss wird die Motorwicklung erhitzt. Somit kann der Elektromotor als Heizeinrichtung zum Erhitzen des Mediums verwendet werden ohne das die Pumpe angetrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Vorwärmphase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss einer ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer ersten Drehrate resultiert. Weiterhin kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Normalbetriebphase als ein Signal bereitzustellen, dass den Stromfluss der ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, aus dem die Drehung des Rotors mit einer zweiten Drehrate resultiert, die größer als die erste Drehrate ist. Somit kann der Elektromotor in der Vorwärmphase so betrieben werden, dass der Elektromotor in Bezug auf das von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment einen geringeren Wirkungsgrad als in der Normalbetriebphase aufweist. Vorteilhafterweise wird somit in der Vorwärm phase ein größerer Anteil elektrischer Energie in Wärmeenergie umgewandelt als in der Normalbetriebphase.
Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Temperatursignal zu aktivieren, das eine Temperatur anzeigt, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Der Schwellenwert kann einer bestimmten Viskosität des Arbeitsmediums zugeordnet sein. Der Schwellenwert kann unterhalb einer optimalen Betriebstemperatur oder bei einer optimalen Betriebstemperatur des Arbeitsmediums liegen. Die Temperatur kann beispielsweise mittels Temperatursensors erfasst werden. Somit kann die Vorwärmphase nur dann ausgeführt werden, wenn eine Erwärmung des Arbeitsmediums vorteilhaft ist. Beispielsweise kann die Vorwärmphase beendet werden, wenn das Temperatursignal eine vorbestimmte Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Startsignal zu aktivieren, das einen Kaltstart des Fahrzeugs anzeigt. Das bedeutet, dass das Startsignal beispielsweise bei einem erstmaligen Starten des Fahrzeugs nach längerem Stillstand bereitgestellt wird. In einem solchen Fall kann davon ausgegangen werden, dass sich das Arbeitsmedium noch nicht auf einer gewünschten Betriebstemperatur befindet. Beispielsweise kann die Vorwärmphase ebenfalls beendet werden, wenn das Temperatursignal eine vorbestimmte Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt.
Weiterhin wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Lenkvorrichtung eine Pumpeinrichtung mit einer Pumpe zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss oder einem zweiten Ausgabeanschluss der Pumpeinrichtung und einem Elektromotor zum Antreiben der Pumpe aufweist. Weiterhin weist die Lenkvorrichtung eine Getriebeeinrichtung mit einer mit einem Lenkrad koppelbaren Eingangswelle und einer mit einem Lenkstockhebel koppelbaren Ausgangswelle, einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in eine erste Richtung und eine zweite Richtung beweglichen Getriebeelement, und einem ersten Arbeitsmediumanschluss und einem zweiten Arbeitsmediumanschluss auf. Dabei ist der erste Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden und der zweite Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden. Die Lenkvorrichtung weist ferner ein Ventil, das zwischen den ersten Ausgabeanschluss und den zweiten Ausgabeanschluss geschaltet ist, und ein Steuergerät in einer der vorgestellten Varianten auf.
Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise als ein Lenkgetriebe realisiert sein, wie es in beispielsweise Nutzfahrzeugen einsetzbar ist. Vorteilhafterweise werden Lenkbewegungen des Fahrers dadurch unterstützt.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Motorwicklung des Elektromotors von dem Arbeitsmedium umgeben sein. Vorteilhafterweise kann dadurch eine gute Wärmekopplung ermöglicht werden, da das Arbeitsmedium direkt von der Motorwicklung erhitzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform können die Pumpe und der Elektromotor eine gemeinsame Welle aufweisen und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Dadurch kann vorteilhafterweise Bauraum innerhalb des Fahrzeugs eingespart werden, da nur ein statt zwei Gehäusen verbaut werden.
Das Gehäuse kann einen Kanal zum Leiten des Arbeitsmedium von einem Einlass entlang einer Innenwand des Gehäuses zu der Motorwicklung aufweisen. Dabei kann der Kanal ausgeformt sein, um das Arbeitsmedium um die Motorwicklung herum zu leiten. Vorteilhafterweise wird das Arbeitsmedium auf diese Weise gleichmäßig erhitzt. Der Kanal kann beispielsweise als Nut oder Vertiefung in einem Gehäuseelement oder auch rohrartig ausgeformt sein. Der Einlass kann beispielsweise eine Schnittstelle zwischen der Pumpe und dem Kanal bezeichnen oder alternativ eine Schnittstelle zwischen einem Vorratsgefäß und der Pumpeinrichtung. Vorteilhafterweise kann durch die Anordnung des Kanals die Motorwicklung mittels Arbeitsmedium gekühlt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Rotor des Elektromotors eine Mehrzahl von Dauermagneten aufweisen, wobei einander benachbarte Dauermagnete durch Schlitze zum Durchleiten des Arbeitsmediums beabstandet sind.
Gemäß einer Ausführungsform können die Schlitze ausgeformt sein, um das Arbeitsmedium bei einer Drehung des Rotors zu fördern. Somit können die Schlitze zwischen den Dauermagneten eine Umwälzung des Arbeitsmediums bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Pumpe als eine bidirektionale Hydraulikpumpe ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise eine einfache Ausgabe des Arbeitsmediums je nach gewünschter Förderrichtung des Arbeitsmediums erreicht werden.
Ferner wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung in einer der zuvor genannten Varianten vorgestellt. Dabei umfasst das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals an einen Elektromotor der Lenkvorrichtung zum Betreiben des Elektromotors und einen Schritt des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals an ein Ventil der Lenkvorrichtung zum Öffnen des Ventils. Das Verfahren ist beispielsweise in einer Lenkvorrichtung mittels Steuergerät in einer der zuvor genannten Varianten durchführbar. Vorteilhafterweise kann die Viskosität des Arbeitsmediums durch die beim Betrieb des Elektromotors entstehende Wärme verringert werden, ohne dass ein Drehmoment auf die Lenkstange der Lenkvorrichtung ausgeübt wird. Durch das geöffnete Ventil kann das Arbeitsmedium in den Leitungen der Lenkvorrichtung umgewälzt werden, sodass ein möglichst großer Anteil des Arbeitsmediums erhitzt werden kann.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Dieses Steuergerät kann zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pumpeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise als Nutzfahrzeug realisiert. Die Lenkvorrichtung 102 ist ausgebildet, um einen Lenkvorgang eines Fahrers des Fahrzeugs 100 zu unterstützen. Die Lenkvorrichtung 102 weist dazu eine Pumpeinrichtung 104, eine Getriebeeinrichtung 106, ein Ventil 108 und ein Steuergerät 110 auf. Die Pumpeinrichtung 104 umfasst dabei eine Pumpe 112 zum Pumpen eines Arbeitsmediums entweder zu einem ersten Ausgabeanschluss 114 oder zu einem zweiten Ausgabeanschluss 116 der Pumpeinrichtung 104. Ferner umfasst die Pumpeinrichtung 104 einen Elektromotor 118, der ausgebildet ist, um die Pumpe 112 anzutreiben. Dazu sind der Elektromotor 118 und die Pumpe 112 über eine Welle miteinander gekoppelt. Die Pumpe 112 ist beispielsweise als eine bidirektionale Hydraulikpumpe realisiert.
Die Getriebeeinrichtung 106 weist eine mit einem Lenkrad 119 koppelbaren Eingangswelle 120 und einer mit einem Lenkstockhebel 122 koppelbaren Ausgangswelle 124 auf. Weiterhin weist die Getriebeeinrichtung 106 einen zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle 120 auf die Ausgangswelle 124 in eine erste Richtung 126 und eine zweite Richtung 128 bewegliches Getriebeelement 130 auf. Ferner umfasst die Getriebeeinrichtung 106 einen ersten Arbeitsmediumanschluss 132 und einen zweiten Arbeitsmediumanschluss 134, wobei der erste Arbeitsmediumanschluss 132 zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung 126 mit dem ersten Ausgabeanschluss 114 verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss 134 zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung 128 mit dem zweiten Ausgabeanschluss 116 verbunden ist. Zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Zylinder vorgesehen, der ausgeformt ist, um einen Druck des Arbeitsmediums zum Bewegen des Getriebeelements 130 zu verwenden.
Die Eingangswelle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Lenksäule des Lenksystems mit dem Lenkrad 119 des Fahrzeugs 100 verbunden bzw. mechanisch gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle 120 ausgebildet, um ein Drehmoment von einer mit dem Lenkrad 119 gekoppelten Lenksäule des Fahrzeugs 100 in die Lenkvorrichtung 102 einzuleiten. Das über die Eingangswelle 120 eingeleitete Drehmoment kann auch als ein Eingangsdrehmoment bezeichnet werden. Die Ausgangswelle 124 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Drehmoment aus der Lenkvorrichtung 102 auszuleiten, bzw. um das Drehmoment an den Lenkstockhebel 122 auszugeben. Das über die Ausgangswelle 124 ausgeleitete Drehmoment kann auch als ein Ausgangsdrehmoment oder eine Ausgangskraft bezeichnet werden. Das Getriebeelement 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Drehmoment von der Eingangswelle 120 mechanisch auf die Ausgangswelle 124 zu übertragen und/oder um das Eingangsdrehmoment in das Ausgangsdrehmoment umzusetzen. Um eine von dem Fahrer des Fahrzeugs 100 ausgeübte Lenkbewegung zu unterstützen, wird eine Bewegung des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums unterstützt. Entsprechend kann das Getriebeelement 130 bei einem automatisiert lenkendem Fahrzeug 100 ausschließlich unter Verwendung des Drucks des Arbeitsmediums bewegt werden.
Das Ventil 108 der Lenkvorrichtung 102 ist zwischen den ersten Ausgabeanschluss 114 und den zweiten Ausgabeanschluss 116 geschaltet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Ventilanschluss 136 des Ventils 108 fluidisch mit dem ersten Ausgabeanschluss 114 und dem ersten Arbeitsmediumanschluss 132 verbunden. Analog dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der zweite Ventilanschluss 138 des Ventils 108 fluidisch mit dem zweiten Ausgabeanschluss 116 und dem zweiten Arbeitsmediumanschluss 134 verbunden.
Die Lenkvorrichtung 102 weist außerdem das Steuergerät 110 auf, das ausgebildet ist, um eine aktuelle Betriebsphase der Lenkvorrichtung 102 zu bestimmen und abhängig von der aktuellen Betriebsphase ein geeignetes Motorsignal 140 zum Betreiben des Elektromotors 118 und ein geeignetes Ventilsignal 142, 144 zum Steuern des Ventils 108 bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um eine Vorwärmphase zu beginnen, wenn eine Erwärmung des Arbeitsmediums vorteilhaft ist, beispielsweise um eine Viskosität des Arbeitsmediums zu senken. Die Das Steuergerät 110 kann ausgebildet sein, um die Vorwärmphase solange aufrechtzuhalten, bis das Arbeitsmedium bis auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist. Anschließend an die Vorwärmphase ist das Steuergerät 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Normalbetriebphase zu beginnen, in der von der Lenkvorrichtung 102 eine Lenkunterstützung bereitgestellt wird, beispielsweise für einen normalen Fährbetrieb des Fahrzeugs 100. Dabei kann die Lenkunterstützung ansprechend auf ein Anforderungssignal bereitgestellt werden, das eine beispielsweise von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 angeforderte Lenkung und Lenkrichtung 146 des Fahrzeugs 100 anzeigt. Je nach angeforderter Lenkrichtung 146 ist das Steuergerät 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das das Motorsignal 140 mit einer Charakteristik bereitzustellen, die eine der Lenkrichtung 146 zugeordnete Drehung des Elektromotors 112 bewirkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 und das Ventilsignal 142, 144 in der Vorwärm phase so bereitzustellen, dass der Elektromotor 118 betrieben wird, also bestromt wird, jedoch keine Lenkunterstützung bereitgestellt wird, beispielsweis weil an den Arbeitsmediumanschlüssen 132, 134 kein Druck oder nur ein zum Bewegen des Getriebeelements 130 nicht ausreichender Druck anliegt. Dazu wird das Motorsignal 140 beispielsweise mit einer Charakteristik bereitgestellt, die zu einem Stromfluss durch zumindest eine Wicklung des Elektromotors 118 führt, der ein zum Bewegen des Rotors des Elektromotors 118 nicht geeignetes Magnetfeld erzeugt. Alternativ wird das Motorsignal 140 beispielsweise mit einer Charakteristik bereitgestellt, die zu einem Stromfluss durch zumindest eine Wicklung des Elektromotors 118 führt, der ein zum Bewegen des Rotors des Elektromotors 118 geeignetes Magnetfeld erzeugt. In diesem Fall ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Ventilsignal in Form eines Ventilöffnungssignals 142 zum Öffnen des Ventils 108 bereitzustellen. Die Charakteristik des Motorsignals 140 kann sich beispielsweise auf eine Amplitude und/oder Modulation des Motorsignals 140 beziehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 in der Normalbetriebphase mit einer Charakteristik bereitzustellen, das einen zum Antreiben der Pumpe 118 geeigneten Betrieb des Elektromotors 112 gewährleistet. Ferner ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Ventilsignal in Form eines Ventilschließsignals 144 zum Schließen des Ventils 108 an das Ventil 108 bereitzustellen. Auf diese Weise ein zum Unterstützen der Lenkbewegung ausreichender Druck des Arbeitsmediums erzeugt und dieser Druck liegt je nach Förderrichtung der Pumpeinrichtung 104 an einem der Arbeitsmediumanschlüsse 132, Eine über das Motorsignal 140 an den Elektromotor 118 bereitgestellte elektrische Energie wird zu einem Teil in Wärme umgesetzt und zu einem anderen Teil zum Antrieb des Rotors des Elektromotors 118 verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 so bereitzustellen, dass der in Wärme umgesetzte Teil der an den Elektromotor 118 bereitgestellten elektrischen Energie im Verhältnis zu dem zum Antrieb verwendeten Teil in der Vorwärmphase größer als in der Normalbetriebphase ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 in der Vorwärm phase mit einer Charakteristik bereitzustellen, die einen Stromfluss einer ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, der ein erstes Magnetfeld erzeugt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer ersten Drehrate resultiert. In der Normalbetriebphase ist das Steuergerät 110 dagegen ausgebildet, um das Motorsignal 140 mit einer Charakteristik bereitzustellen, die einen Stromfluss der ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, der ein zweites Magnetfeld erzeugt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer zweiten Drehrate resultiert, die größer als die erste Drehrate ist. Somit kann
Das Steuergerät 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Temperatursignal 152 zu aktivieren, das eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Das Temperatursignal 152 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einem Temperatursensor 154 bereitgestellt. Der Temperatursensor 154 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Teil der Pumpeinrichtung 104 realisiert. Alternativ ist der Temperatursensor 154 auch anderweitig in dem Fahrzeug 100 anordenbar. Beispielsweise ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um die Vorwärmphase zu beenden, sobald das Temperatursignal 152 eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die auf oder oberhalb des Schwellenwerts liegt. Alternativ oder zusätzlich ist das Steuergerät 110 beispielsweise ausgebildet, um die Vorwärmphase nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu beenden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 zusätzlich oder alternativ ausgebildet, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Startsignal 160 zu aktivieren, das einen Kaltstart des Fahrzeugs 100 anzeigt. Das Startsignal 160 wird beispielsweise von einer Motorsteuerung des Fahrzeugs 100 bereitgestellt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Pumpeinrichtung 104 einen optionalen Eingangsanschluss 156 auf, über den die Pumpeinrichtung 104 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Vorratsgefäß 158 zum Bevorraten des Arbeitsmediums verbunden ist.
In anderen Worten wird eine Möglichkeit vorgestellt, um das Arbeitsmedium, das auch als Hydrauliköl realisierbar und als Öl bezeichnenbar ist, bei einem Kaltstart des Fahrzeugs 100 vorzuwärmen. Das bedeutet, dass für eine Anwendung zur Lenkung des Fahrzeugs 100, beispielsweise eines Lastkraftwagens, beispielsweise ein elektro hydraulisch arbeitendes Lenkgetriebe, das hier als Getriebeeinrichtung 106 bezeichnet wird, über eine bidirektional arbeitende Pumpeinrichtung 104 mit beispielsweise einer Hydraulikpumpe in Form der Pumpe 112 angesteuert wird. Die beiden Anschlüsse der Pumpeinrichtung 104, die hier als erster Ausgabeanschluss 114 und zweiter Ausgabeanschluss 116 bezeichnet werden, sind mit der Getriebeeinrichtung 106, beispielsweise mit zumindest einem Zylinder eines klassischen bekannten Lenkgetriebes, verbunden. Der die Pumpe 112 antreibende Elektromotor 118 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel von dem Arbeitsmedium des Vorratsgefäßes 158, das auch als Vorratsbehälter oder Ausdehnungsgefäß bezeichnet wird, umgeben. Bereits vor einem Fahrtbeginn kann durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors 118 die Viskosität des Arbeitsmediums verbessert werden, indem die Temperatur des Arbeitsmediums erhöht wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dreht sich der Elektromotor 118 durch Öffnen des Ventils 118 ohne den Lenkstockhebel 122 zu bewegen. Dadurch verteilt sich das erwärmte Arbeitsmedium in der Pumpeinrichtung 104. Die Motorwicklungen des Elektromotors 118 können optional so angesteuert werden, dass sich die Die Motorwicklungen auch im Stillstand oder bei geringer Motorleistung stark erwärmen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pumpeinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Pumpeinrichtung 104 kann der in Fig. 1 beschriebenen Pumpeinrichtung 104 ähneln oder entsprechen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Pumpe 112 und der Elektromotor 118 benachbart zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse 200 angeordnet. Das Gehäuse 200 umschließt die Pumpe 112, den Elektromotor 118 und eine die Pumpe 112 mit dem Elektromotor 118 koppelnde gemeinsame Welle 201. Das von der Pumpe 112 geförderte Arbeitsmedium wird dabei so durch das Gehäuse 200 geleitet, dass es von dem Elektromotor 118 erwärmt wird.
Der Elektromotor 118 umfasst einen Rotor 202 und einen Stator 203. Der Rotor 202 weist eine Mehrzahl von Dauermagneten auf, wobei einander benachbarte Dauermagnete durch Schlitze 204 zum Durchleiten des Arbeitsmediums beabstandet sind. Die Schlitze 204 sind dabei ausgeformt, um das Arbeitsmedium bei einer Drehung des Rotors 202 zu fördern.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 200 einen Kanal 206 zum Leiten des Arbeitsmediums von einem Einlass entlang einer Innenwand des Gehäuses 200 zu den an dem Stator 203 angeordneten Motorwicklungen 208 des Elektromotors 118 auf. Dabei ist der Kanal 206 ausgeformt, um das Arbeitsmedium um die Motorwicklung 208 herum zu leiten. Eine Fließrichtung des Arbeitsmediums wird dabei durch die abgebildeten Pfeile 210 verdeutlicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dadurch ebenfalls verdeutlicht, dass die Motorwicklungen 208 von dem Arbeitsmedium umgeben ist, um beispielsweise eine gute Wärmekopplung zu ermöglichen.
Zusammengefasst pumpt die Pumpe 112 das Arbeitsmedium ausgehend von einem Pumpenausgang 212 durch den Kanal 206 entlang einer Wand des Gehäuses 200, wo das Arbeitsmedium gemäß einem Ausführungsbeispiel abkühlt, in Richtung der Motorwicklungen 208. Von dort aus fließt das Arbeitsmedium gemäß diesem Ausführungsbeispiel um die Motorwicklung 208 herum und durch die Schlitze 204, die als Umwälzpumpe agieren, in Richtung Gehäusewand bis hin zum Pumpenausgang 212 durch beispielsweise einen Wärmetauscher 214.
In anderen Worten wird zum Vorwärmen des Arbeitsmediums bei beispielsweise einer kalten Außentemperatur der Elektromotor 118 als Heizeinrichtung genutzt. Die Einbettung der Motorwicklungen 108 in das Arbeitsmedium ermöglicht eine gute Wärmekopplung zwischen dem Elektromotor 118 und dem umgebenden Arbeitsmedium. Die Schlitze 204 zwischen der Mehrzahl von Dauermagneten an dem Rotor 202, der auch als Rotorscheibe bezeichnet wird, dienen als Antrieb zur Umwälzung des Arbeitsmediums. Das sich in Richtung der Pfeile 210 umwälzende Arbeitsmedium durchströmt die die Motorwicklungen 108 ausformenden Spulen des Elektromotors 118 und erwärmt sich dabei.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 ist in einem Steuergerät durchführbar, wie es in Fig. 1 beschrieben wurde. Das Verfahren 300 umfasst dabei einen Schritt 302 des Bereitstellens eines Motorsignals an einen Elektromotor der Lenkvorrichtung zum Betreiben des Elektromotors und einen Schritt 304 des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals an ein Ventil der Lenkvorrichtung, um das Ventil zu öffnen. Die Schritte 302, 304 werden in einer Vorwärmphase ausgeführt, die zum Erwärmen des Arbeitsmediums durchgeführt werden. Während des Andauerns der Vorwärmphase bleibt das Ventil gemäß einem Ausführungsbeispiel durchgängig geöffnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor in der Vorwärm phase ausschließlich betrieben, um das Arbeitsmedium zu erwärmen, eine Lenkunterstützung wird in der Vorwärmphase nicht bereitgestellt.
Optional umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 306 des Bereitstellens des Motorsignals mit derselben oder einer geänderten Charakteristik, bezogen auf den Schritt 302, und einen Schritt 308 des Bereitstellens eines Ventilschließsignals, um das Ventil zu schließen. Die Schritte 306, 308 werden in einer Normalbetriebphase ausgeführt, in der das Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird, um das Fahrzeug zu lenken oder eine Lenkung zu unterstützen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 310 des Einlesen eines Temperatursignals, das eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 310 kontinuierlich wiederholt ausgeführt, um die Temperatur des Arbeitsmediums fortlaufend zu überwachen. Die Vorwärmphase dauert gemäß einem Ausführungsbeispiel solange an, wie das Temperatursignal eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die unterhalb einer vorbestimmten Betriebstemperatur liegt. Beispielsweis wird nach einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs überprüft, ob die Temperatur des Arbeitsmediums bereits die Betriebstemperatur aufweist. Wenn dies der Fall ist, wird die Vorwärmphase übersprungen und direkt die Normalbetriebphase eingeleitet. Wenn die Temperatur des Arbeitsmediums unterhalb der Betriebstemperatur liegt, wird dagegen vor Beginn der Normalbetriebphase die Vorwärmphase ausgeführt, um die Temperatur des Arbeitsmediums auf die Betriebstemperatur zu erhöhen.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Fahrzeug
102 Lenkvorrichtung
104 Pumpeinrichtung
106 Getriebeeinrichtung
108 Ventil
110 Steuergerät
112 Pumpe
114 erster Ausgabeanschluss
116 zweiter Ausgabeanschluss
118 Elektromotor
119 Lenkrad
120 Eingangswelle
122 Lenkstockhebel
124 Ausgangswelle
126 erste Richtung
128 zweite Richtung
130 Getriebeelement
132 erster Arbeitsmediumanschluss
134 zweiter Arbeitsmediumanschluss
136 erster Ventilanschluss
138 zweiter Ventilanschluss
140 Motorsignal
142 Ventilöffnungssignal
144 Ventilschließsignal
146 Lenkrichtung
148 Lenkstange
150 Fahrzeugräder
152 Temperatursignal
154 Temperatursensor
156 Eingangsanschluss
158 Vorratsgefäß 160 Startsignal
200 Gehäuse 201 Welle 202 Rotor
203 Stator
204 Schlitz 206 Kanal 208 Motorwicklung 210 Pfeil 212 Pumpenausgang 214 Wärmetauscher
300 Verfahren
302 Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals
304 Schritt des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals
306 Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals
308 Schritt des Bereitstellens eines Ventilschließsignals
310 Schritt des Einlesens

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Steuergerät (110) für ein Fahrzeug (100) mit einer Lenkvorrichtung (102) mit
- einer Pumpeinrichtung (104) mit einer Pumpe (112) zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss (114) oder einem zweiten Ausgabeanschluss (116) der Pumpeinrichtung (104) und einem Elektromotor (118) zum Antreiben der Pumpe (112),
- einer Getriebeeinrichtung (106) mit einer mit einem Lenkrad (119) koppelbaren Eingangswelle (120) und einer mit einem Lenstockkhebel (122) koppelbaren Ausgangswelle (124), einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle (120) auf die Ausgangswelle (124) in eine erste Richtung (126) und eine zweite Richtung (128) beweglichen Getriebeelement (130), und einem ersten Arbeitsmediumanschluss (132) und einem zweiten Arbeitsmediumanschluss (134), wobei der erste Arbeitsmediumanschluss (132) zum Bewegen des Getriebeelements (130) unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung (126) mit dem ersten Ausgabeanschluss (128) verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss (134) zum Bewegen des Getriebeelements (130) unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung (128) mit dem zweiten Ausgabeanschluss (116) verbunden ist, und
- einem Ventil (108), das zwischen den ersten Ausgabeanschluss (116) und den zweiten Ausgabeanschluss (116) geschaltet ist, wobei das Steuergerät (110) ausgebildet ist, um in einer Vorwärmphase zum Erwärmen des Arbeitsmediums ein Motorsignal (140) zum Betreiben des Elektromotors (118) der Lenkvorrichtung (102) an den Elektromotor (118) bereitzustellen und ein Ventilöffnungssignal (142) zum Öffnen des Ventils (108) der Lenkvorrichtung (102) an das Ventil (108) bereitzustellen.
2. Steuergerät (110) gemäß Anspruch 1, wobei das Steuergerät (110) ausgebildet ist, um in einer Normalbetriebphase zum Bewegen des Lenkstockhebels (122) das Motorsignal (140) zum Betreiben des Elektromotors (118) an den Elektromotor (118) bereitzustellen und ein Ventilschließsignal (144) zum Schließen des Ventils (108) an das Ventil (108) bereitzustellen.
3. Steuergerät (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, das ausgebildet ist, um das Motorsignal (140) in der Vorwärm phase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss durch eine Motorwicklung (208) des Elektromotors (118) bewirkt, aus dem keine Drehung eines Rotors (202) des Elektromotors (118) resultiert.
4. Steuergerät (110) gemäß Anspruch 3, das ausgebildet ist, um das Motorsignal (140) in der Vorwärmphase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss einer ersten Größe durch die Motorwicklung (208) bewirkt, aus dem eine Drehung des Rotors (202) mit einer ersten Drehrate resultiert, und ausgebildet ist, um das Motorsignal (140) in der Normalbetriebphase als ein Signal bereitzustellen, dass den Stromfluss der ersten Größe durch die Motorwicklung (208) bewirkt, aus dem die Drehung des Rotors (202) mit einer zweiten Drehrate resultiert, die größer als die erste Drehrate ist.
5. Steuergerät (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, das die Vorwärmphase ansprechend auf ein Temperatursignal (152) aktiviert, das eine Temperatur anzeigt, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
6. Steuergerät (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, das die Vorwärmphase ansprechend auf ein Startsignal (160) aktiviert, das einen Kaltstart des Fahrzeugs (100) anzeigt.
7. Lenkvorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100), wobei die Lenkvorrichtung (102) die folgenden Merkmale aufweist: eine Pumpeinrichtung (104) mit einer Pumpe (112) zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss (114) oder einem zweiten Ausgabeanschluss (116) der Pumpeinrichtung (104) und einem Elektromotor (118) zum Antreiben der Pumpe
(112); eine Getriebeeinrichtung (106) mit einer mit einem Lenkrad (119) koppelbaren Eingangswelle (120) und einer mit einem Lenkstockhebel (122) koppelbaren Ausgangswelle (124), einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle (120) auf die Ausgangswelle (124) in eine erste Richtung (126) und eine zweite Richtung (128) beweglichen Getriebeelement (130), und einem ersten Arbeitsmediumanschluss (132) und einem zweiten Arbeitsmediumanschluss (134), wobei der erste Arbeitsmediumanschluss (132) zum Bewegen des Getriebeelements (130) unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung (126) mit dem ersten Ausgabeanschluss (114) verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss (134) zum Bewegen des Getriebeelements (130) unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung (128) mit dem zweiten Ausgabeanschluss (116) verbunden ist; ein Ventil (108), das zwischen den ersten Ausgabeanschluss (114) und den zweiten Ausgabeanschluss (116) geschaltet ist; und ein Steuergerät (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
8. Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 7, wobei eine Motorwicklung (208) des Elektromotors (118) von dem Arbeitsmedium umgeben ist.
9. Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Pumpe (112) und der Elektromotor (118) eine gemeinsame Welle aufweisen und in einem gemeinsamen Gehäuse (200) angeordnet sind.
10. Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Gehäuse (200) einen Kanal (206) zum Leiten des Arbeitsmediums von einem Einlass entlang einer Innenwand des Gehäuses (200) zu der Motorwicklung (208) aufweist, und wobei der Kanal (200) ausgeformt ist, um das Arbeitsmedium um die Motorwicklung (208) herum zu leiten. 11. Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein Rotor (202) des Elektromotors (118) eine Mehrzahl von Dauermagneten aufweist, wobei einander benachbarte Dauermagnete durch Schlitze (204) zum Durchleiten des Arbeitsmediums beabstandet sind.
12. Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 11, wobei die Schlitze (204) ausgeformt sind, um das Arbeitsmedium bei einer Drehung des Rotors (202) zu fördern. 13. Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Pumpe
(112) als eine bidirektionale Hydraulikpumpe ausgeformt ist.
14. Verfahren (300) zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung (102) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen (302) eines Motorsignals (140) an einen Elektromotor (118) der Lenkvorrichtung (102) zum Betreiben des Elektromotors (118); und Bereitstellen (304) eines Ventilöffnungssignals (142) an ein Ventil (108) der Lenkvorrichtung (102) zum Öffnen des Ventils (108).
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