EP4638239A1 - Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe - Google Patents

Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe

Info

Publication number
EP4638239A1
EP4638239A1 EP23798205.3A EP23798205A EP4638239A1 EP 4638239 A1 EP4638239 A1 EP 4638239A1 EP 23798205 A EP23798205 A EP 23798205A EP 4638239 A1 EP4638239 A1 EP 4638239A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotation
axis
gear
steering actuator
result
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
EP23798205.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henning Irle
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.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella GmbH and Co KGaA
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 Hella GmbH and Co KGaA filed Critical Hella GmbH and Co KGaA
Publication of EP4638239A1 publication Critical patent/EP4638239A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0235—Determination of steering angle by measuring or deriving directly at the electric power steering motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0245—Means or methods for determination of the central position of the steering system, e.g. straight ahead position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/02—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using mechanical means
    • G01D5/04—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using mechanical means using levers; using cams; using gearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20—Detecting rotary movement
    • G01D2205/26—Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

Definitions

  • the invention relates to a steering actuator having the features of independent patent claim 1, a method having the features of independent patent claim 10, a computer program product having the features of independent patent claim 12, a computer-readable data carrier having the features of independent patent claim 13, a control unit having the features of independent patent claim 14 and a vehicle having the features of independent patent claim 15.
  • Steering actuators which support the manual steering movement of a driver on a steering wheel. This is mainly used when there is a (physical) connection between the steering wheel and a rack (via which the angle of the wheels is adjusted) through a steering column. In steer-by-wire systems, this steering column is missing. Therefore, not only steering support is necessary, but a complete positioning control loop, via which a steering torque or a steering angle is specified by the steering wheel, and then a lifting rod (often no longer called a rack due to the lack of teeth) is positioned. In the lower area of the lifting rod, this can be achieved by a so-called road wheel actuator (RWA).
  • RWA road wheel actuator
  • the steer-by-wire system can therefore comprise a road wheel actuator (RWA, in particular for operating a lifting rod) and a hand wheel actuator (HWA, in particular comprising a decoupled steering wheel).
  • RWA road wheel actuator
  • HWA hand wheel actuator
  • EPS Electric Power Steering
  • a positioning task may have to be solved instead.
  • the position of the lifting rod must be known and can be adjusted during operation.
  • a drive device is required to move the lifting rod, with a
  • the motor-gearbox combination can be used with a high gear ratio to generate the required power.
  • the gearbox often consists of several stages of different gearbox topologies.
  • a gear may be necessary to transfer the force of a drive device to the lifting rod.
  • the disadvantage that arises from this is the ambiguity of the sensor information. While the information on the lifting rod is still clear, it has already become ambiguous at the first gear stage.
  • known devices often rely on (stored) reference values for the position, which can be particularly disadvantageous if the memory is erased (e.g. when the battery is disconnected) and/or if the wheel angle is changed unnoticed (e.g. on a lifting platform during maintenance of a vehicle).
  • the object of the invention can be to provide a position measurement with greater accuracy.
  • a reduction in installation space, weight, costs and/or (operating) noise can also be provided.
  • it can be provided to calculate ambiguities back over a larger area, in particular when using gears, in order to be able to determine an exact position (e.g. of the lifting rod).
  • it can be a task to determine the position without memory, reference and/or prior knowledge.
  • a steering actuator for a steer-by-wire system for determining a position of a lifting rod for steering comprising:
  • a measuring gear with a first axis of rotation, a second axis of rotation coupled to the first axis of rotation, and a third axis of rotation coupled to the first axis of rotation
  • the steering actuator can be a so-called road wheel actuator (RWA).
  • RWA road wheel actuator
  • the steering actuator can therefore be used to adjust the wheel angle (e.g. for steering a vehicle) by positioning a lifting rod, especially in steer-by-wire operation.
  • the steering actuator can be used to determine the position, in particular of the lifting rod.
  • the position for example an angular position, of the first, second and/or third axis of rotation can be determined.
  • This can (without the solution according to the invention) lead to the ambiguities described above in particular, which are due to the periodicity or repetition in rotationally symmetrical components.
  • the first, second and/or third axis of rotation can preferably be designed to be rotationally symmetrical. This allows for simple production and/or uniform rotation.
  • the first, second and/or third axes of rotation can be designed essentially parallel. This can result in an optimized design of the installation space, so that, for example, an elongated and/or flat extension can be achieved. In addition, this can lead to simple and/or cost-effective production.
  • the measuring gear can preferably be a two-stage gear with three axes of rotation.
  • This can advantageously lead to a lower (necessary) accuracy of the individual components without reducing the overall accuracy.
  • a two-stage gear (as described above) can require an accuracy of 1/100, which is technically difficult to achieve, e.g. for a large gear.
  • a two-stage gear can also have an accuracy of around 1/100, particularly due to the larger number of axes of rotation and/or gears, even if the accuracy of the individual components is e.g. only 1/10.
  • a coupling can be achieved, in particular in each case, by means of a toothing.
  • a first gear can be arranged in a rotationally fixed manner on the first axis of rotation (see below).
  • a second gear can be arranged in a rotationally fixed manner on the second axis of rotation.
  • a third gear can be arranged in a rotationally fixed manner on the third axis of rotation.
  • Neighboring gears are preferably interlocked with one another, which leads to a transmission of the rotational movements.
  • the gears can preferably be rotationally symmetrical. This allows for simple production and/or uniform rotation.
  • the steering actuator can have a drive device, in particular an electric motor, for driving a lifting rod for steering, wherein preferably a rotary shaft of the drive device essentially coincides with the first axis of rotation, in particular is identical. It can also be provided that the first axis of rotation is coupled to the rotary shaft.
  • the measuring gear can be used as a purely metrological gear. This can make it simpler and/or more cost-effective.
  • the measuring gear and/or the sensors can be integrated into the drive device. This can save installation space and/or reduce costs.
  • the steering actuator can have a control unit and a drive device (also called a power pack).
  • the drive device is preferably a preferably brushless electric motor. This can minimize wear and/or maximize efficiency.
  • the electric motor can be operated at around 12V and 100A, for example. This can result in relatively large forces.
  • the sensors or the measuring gear are preferably not or only partially exposed to these forces in order to be able to use less robust, smaller and/or less expensive materials. In addition, a more precise measurement can be achieved if fewer forces are applied, for example because less deformation occurs, which can affect the Position measurement could be influenced.
  • the steering actuator (or the power pack) can include a brushless motor as well as the necessary electronics for control, in particular the electronics of the power pack can have an output stage in the form of a so-called B6 bridge, a control logic for this output stage through an intelligent driver stage (called Gate Driver Unit (GDU), a microcontroller as a computing unit for control, communication and regulation, a position sensor for motor control and/or various interfaces for mostly bus systems such as the CAN bus for communication with the outside world.
  • GDU Gate Driver Unit
  • the rotary shaft can be aligned essentially parallel to a lifting rod of the vehicle. This can result in a particularly compact design.
  • the first sensor, the second sensor and/or the third sensor are designed as multi-pole sensors, which in particular provide at least two periods over a full revolution.
  • the first, second and/or third sensor can be included in the measuring gear and/or integrated into it. These can be integrated with other electronics in the power pack. Interfaces can be simplified and/or connections no longer need to be protected against overvoltages, short circuits and/or swapping of cables, as is the case with external sensors, for example. Shorter connections can also improve and/or avoid the radiation resistance and/or line-based coupling of electromagnetic interference.
  • the first, second and/or third sensor can enable the detection of the position, in particular the angular position, of the first, second and/or third axis of rotation.
  • the first, second and/or third sensor can essentially deliver a sawtooth signal, which repeats itself periodically, in particular after one rotation (360°).
  • a multi-pole sensor can have at least two, preferably identical and/or opposite, vanes. It can be particularly preferred to use three vanes. In other words, such a 3-part division can provide a periodicity of 120°. This can provide an influence on the necessary revolutions that are necessary to achieve phase identity with another axis of rotation. With a larger number of poles or vanes, the number of periods that are delivered over a full revolution (e.g. of an axis of rotation) can increase. Additionally or alternatively, a more uniform run can be made possible.
  • the sensors or the poles of the sensors can be integrated on and/or in a gear.
  • the first sensor can be at least partially integrated on/or in the first gear.
  • the second sensor can be at least partially integrated on/or in the second gear.
  • the third sensor can be at least partially integrated on/or in the third gear.
  • the first, second and/or third sensor each have a first, second and/or third position detection, which preferably detects the poles located in the respective gear.
  • the position detection can be arranged in a fixed location in order to enable position measurement, in particular in conjunction with the rotatable components of the sensor.
  • the structural proximity of the sensors and/or their design can result in simplification and/or cost savings. This also makes it possible to provide a more robust device.
  • the second and the third sensor are designed as multi-pole sensors.
  • first, second and/or third sensors are designed as inductive sensors or comprise an inductive sensor.
  • first, second and/or third sensor are designed as pure position sensors. It may be provided that no Torque is measured. This allows a simpler, more cost-effective and/or more robust design of the sensors.
  • the first sensor can be arranged (or is arranged) on or in the first axis of rotation
  • the second sensor can be arranged (or is arranged) on or in the second axis of rotation
  • the third sensor can be arranged (or is arranged) on or in the third axis of rotation, wherein preferably the axes of rotation, sensors and/or the control unit are compactly integrated in the steering actuator.
  • the device can be provided to use the device as an alternative or in addition to a position measurement on a lifting rod (e.g. by means of a linear position sensor).
  • a measurement behind further gear stages of the drive device can preferably be made possible.
  • the first axis of rotation has a first gear, which can be arranged in particular centrally, wherein the second axis of rotation has a second gear, which can be coupled to the first gear in a toothed manner, and wherein the third axis of rotation has a third gear, which can be coupled to the first gear in a toothed manner.
  • the first and second axes of rotation in particular the first and second gear wheels, can preferably not be in direct contact with one another and/or coupled, but preferably only with the first axis of rotation, in particular the first gear wheel.
  • the first, second and/or third gears lie essentially in one plane. This allows the installation space to be minimized.
  • the measuring gear has a spur gear.
  • This can preferably be a two-stage gearbox with three axes of rotation.
  • a spur gear can enable particularly compact and/or cost-effective production.
  • the design can be advantageous due to its elongated extension, for example it can enable particularly space-saving integration into an overall system.
  • first gear, the second gear and/or the third gear can have substantially the same size and/or substantially the same number of teeth. This can mean, for example, that the number of teeth is 30, 31, 33. The number of teeth can therefore be substantially the same and yet differ.
  • gears of essentially the same size in order to enable the most even distribution and/or size of the required installation space.
  • This can also be advantageous in order to avoid to generate large differences in rotational speed, which can in particular minimize existing forces and/or noise.
  • the number of teeth of the first gear, the second gear and/or the third gear differs, and/or the number of teeth of the first gear, the second gear and/or the third gear corresponds to a prime number.
  • the number of teeth of the first, second and/or third gears is particularly preferably different. This can be used to significantly expand the possible measuring range based on a vernier function. Due to the different number of teeth, it can be provided that when one (e.g. first) gear makes a full rotation (e.g. 360°), a gear (e.g. second) that is (directly) coupled to it does not complete a full rotation. Only after a few rotations have been completed, e.g. a number that results from the product of the number of teeth of one gear with the number of teeth of the other gear, can the two gears be in phase again. This means that the measuring position of the (connected) axis of rotation can be determined precisely, in particular unambiguously, over a large area.
  • the third gear also differs from the others in terms of its number of teeth results in another possibility (in particular analogous to the above description) of expanding the measuring range.
  • it can advantageously be provided to determine the position of the axes of rotation, and in particular of the lifting rod (coupled to the first axis of rotation), precisely even at approximately 100 revolutions of a drive device (as described above).
  • this makes it possible to determine the position over the entire range from the extreme steering angle to the left of the steering to the extreme steering angle to the right of the steering.
  • the number of teeth of the first gear, the second gear and/or the third gear is a prime number
  • a prime number can only be divisible by itself and by the value 1.
  • a gear which has a number of teeth which does not correspond to a prime number, e.g. 12 teeth, can have different harmonics during operation (rotation), e.g. the number 12 is divisible by the values 2, 3, 4 and 6 in addition to the values 1 and 12. This can therefore lead to different harmonics, which causes additional noise.
  • This advantage can already be achieved if only one gear has a number of teeth according to a prime number.
  • a first gear can have 31 teeth.
  • the second gear can have 30 teeth.
  • the third gear can have 33 teeth.
  • the number of teeth would be essentially the same or not very different.
  • the number of teeth on the first gear is 31, which corresponds to a prime number. The advantage can be increased if two or even three gears have a number of teeth according to a prime number.
  • first gear, the second gear and/or the third gear are manufactured in a lightweight construction and preferably comprise a plastic and/or that the first axis of rotation, the second axis of rotation and/or the third axis of rotation are manufactured in a lightweight construction and preferably comprise a plastic.
  • a plastic can be used. This can include, for example, polyamides. It can also be provided to use at least one of polyurethane (PUR), polyvinyl chloride (PVC) and/or acrylic butadiene styrene (ABS). The plastics can also and preferably be reinforced with glass fiber and/or carbon fiber.
  • PUR polyurethane
  • PVC polyvinyl chloride
  • ABS acrylic butadiene styrene
  • the plastics can also and preferably be reinforced with glass fiber and/or carbon fiber.
  • Plastic can be light, inexpensive, easy to manufacture and/or quiet, especially compared to metal. Particularly preferred is therefore the combination of lightweight construction, especially plastic, and the use of a number of teeth for the first, second and/or third gear that corresponds to a prime number. This allows noise to be reduced particularly efficiently.
  • a steering actuator of a steer-by-wire system comprising:
  • a steering actuator with a measuring gear comprising a first axis of rotation, a second axis of rotation coupled thereto, and a third axis of rotation coupled to the first axis of rotation
  • the first vernier function can use the first position and the second position as input.
  • a first length scale in particular the first position or angular position
  • a second length scale in particular the second position or angular position
  • the first result can have a (precise or more precise) determined, e.g. first, position.
  • the position of the first axis of rotation and/or the lifting rod can be determined here.
  • the measuring range of the first axis of rotation and/or the first gear is extended by using the vernier function with the second axis of rotation and/or the second gear.
  • a third vernier function Since this uses the first and second results as input, this can also be referred to as a cascaded or nested vernier function in order to advantageously resolve the ambiguities of the positions.
  • the cascading (again) expands the (unambiguously) determinable measuring range. This enables an accurate (in particular unambiguous) measurement of the first position and/or the position of a lifting rod, in particular over the entire range of motion of the lifting rod, for example over approximately 100 revolutions of a drive device. This can also be achieved when (in particular despite) using a gear of the drive device.
  • the position (or position) of the lifting rod can be determined clearly and/or precisely.
  • the accuracy is greater or at least comparable (e.g. 1/100) with known methods. Due to the structural design, a simpler, more cost-effective and/or more space-saving device can be provided.
  • precise coordination e.g. with regard to hardware
  • other computing units of the vehicle
  • the vernier functions themselves cannot have an error. Accordingly, the (measurement) error can be predetermined by the tolerances of the rotary axes and/or gears.
  • the third result comprises an actual position of a lifting rod for steering, wherein in particular an operation of the steering actuator based on the third result comprises an adjustment of the actual position of the lifting rod to a target position.
  • the target position can be specified. This can be done, for example, by a driver using a steering wheel, particularly in steer-by-wire mode. This can be sent to the control unit, which then sets an actual position of the lifting rod, particularly by a drive device moving the lifting rod.
  • the position (or positions) can be determined continuously. The angle of the wheels can be continuously adjusted by the driver.
  • control unit comprising a computing unit and a memory unit in which commands are stored which, when at least partially executed by the computing unit, carry out a method according to one of the preceding claims.
  • the control unit can be integrated into the steering actuator. This can enable a particularly advantageous and/or compact design, which can in particular save costs.
  • a control unit can serve to receive the first position, the second position and the third position, wherein the control unit is designed: for calculating a first vernier function based on the first position and the second position to obtain a first result,
  • the determination of the first, second and/or third result can be carried out, in particular mathematically, by the control unit.
  • control unit can be used to operate the steering actuator, in particular to control and/or regulate it.
  • An external control signal for example from another control unit and/or a steering wheel, can be received, in particular via a data connection.
  • the control unit can control the steering actuator via a data connection, for example to rotate the drive device in one direction or the other.
  • the lifting rod can therefore be moved or positioned.
  • control unit can be used to control the drive device, whereby it applies a torque and moves the lifting rod. A (desired) position can thus be approached.
  • the changed position can in turn be determined according to the invention, in particular in real time.
  • the vehicle can have a steer-by-wire system, comprising a road wheel actuator (RWA, in particular for operating a lifting rod) and a hand wheel actuator (HWA, in particular comprising a decoupled steering wheel).
  • RWA road wheel actuator
  • HWA hand wheel actuator
  • the vehicle preferably has a lifting rod, via which the angle of the wheels can be adjusted. Accordingly, a movement, in particular a linear movement, e.g. in the right-left direction, of the lifting rod can lead to a changed steering angle. This allows the vehicle to be steered.
  • Figure 1 a vehicle
  • Figure 2 a vehicle or its steering actuator for a steer-by-wire system
  • Figure 3 shows a steering actuator for a steer-by-wire system
  • Figure 4 shows a method for operating a steering actuator of a steer-by-wire system
  • Figure 5 shows an example of the vernier functions.
  • Fig. 1 shows a vehicle 200, for example a motor vehicle, which has a steering actuator 100.
  • the steering actuator 100 can be used to adjust the steering angle of the wheels of the vehicle 200, for example on the front axle.
  • the steering actuator 100 can have a control unit ECU and/or be connected to it for data communication.
  • the control unit ECU can have a computing unit CU and a storage unit MU.
  • a drive device 40 e.g. electric motor
  • Fig. 2 shows an example or a section of a vehicle 200.
  • a lifting rod 201 is shown, at the ends of which wheels can be arranged, which can have a steering angle (adjustable by the lifting rod 201).
  • a steering actuator 100 can be arranged on the lifting rod, which transmits a rotary movement of a drive device 40 (e.g. an electric motor) via a rotary shaft 41 to the lifting rod 201 in order to move it from left to right.
  • a gear can be interposed.
  • a measuring gear 10 can also be included in the steering actuator 100 in order to resolve the ambiguity of positions.
  • the rotary shaft 41 can correspond to a first axis of rotation 11.
  • Also indicated (dashed) is a (data) Connection to a steering wheel (pictured above). This allows a steer-by-wire system to be implemented.
  • Fig. 3 shows, by way of example, a first gear 51 which is arranged centrally and has a number of 31 teeth.
  • the first gear 51 is connected centrally in a rotationally fixed manner to a first axis of rotation 11.
  • a first sensor 21 can determine the first position 31 of the first gear 51 and/or the first axis of rotation 11.
  • Fig. 3 shows, by way of example, a second gear 52 which is arranged on the left and has a number of 30 teeth.
  • the second gear 52 is connected centrally in a rotationally fixed manner to a second rotation axis 12.
  • a second sensor 22 can determine the second position 32 of the second gear 52 and/or the second rotation axis 12.
  • the second gear 52 is toothed with the first gear 51, so that a rotational movement of the first gear 51 is transmitted to the second gear 52.
  • Fig. 3 shows, by way of example, a third gear 53 which is arranged on the right and has a number of 33 teeth.
  • the third gear 53 is connected centrally in a rotationally fixed manner to a third axis of rotation 13.
  • a third sensor 23 can determine the third position 33 of the third gear 53 and/or the third axis of rotation 13.
  • the third gear 53 is toothed with the first gear 51, so that a rotational movement of the first gear 51 is transmitted to the third gear 53.
  • Fig. 4 shows an example of a method for operating, in particular controlling and/or regulating, a steering actuator 100 of a steer-by-wire system comprising:
  • a steering actuator 100 with a measuring gear 10 comprising a first axis of rotation 11, a second axis of rotation 12 coupled thereto, and a third axis of rotation 13 coupled to the first axis of rotation 11,
  • an ambiguity in the positions can be resolved.
  • the exact position of a first rotation axis 11 and/or a lifting rod 201 can advantageously be determined by the third result E3.
  • an actual position of the lifting rod 201 can thus be provided. Operation can include setting a (new) actual position based on a target position, which can be specified by a steering wheel, for example.
  • Fig. 5 shows an example of the course (or the results E1, E2, E3) of the first vernier function N1, the second vernier function N2 and the third vernier function N3.
  • N1 and N2 are initially in phase (at the origin), so they can intersect at the origin. They then diverge over time t (x-axis corresponds to time, y-axis angle, e.g. up to 360°) until they merge into a later point in time after a few revolutions (e.g. 10 revolutions for N1 and 11 revolutions for N2) they intersect again and in particular are in phase again.
  • the first vernier function N1 can resolve an ambiguity over 10 revolutions.
  • a comparable curve would also result for the first position 31 and the second position 32 over time t (or analogously for the first position 31 and the third position 33). These are used as input for a first vernier function N1 to obtain the result E1.
  • the first position 31 and the second position 32 would initially be in phase (at the origin), i.e. they could intersect at the origin. They then diverge over time t until they intersect again at a later point in time after a few revolutions (e.g. 31 revolutions for the first position 31 or the first gear 51 and 10 revolutions for the second position 32 or the second gear 52) and, in particular, are in phase again. This can be the case, for example, if the first gear 51 has a total of 31 teeth and the second gear 52 has a total of 30 teeth and has a three-pole third sensor 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Lenkungsaktuator und Verfahren für ein Steer-by-Wire-System zum Bestimmen einer Position einer Hubstange (201) zur Lenkung, umfassend: - ein Messgetriebe (10) mit einer ersten Drehachse (11), zweiten Drehachse (12), und einer dritten Drehachse (13), - einen ersten Sensor (21) zum Erfassen einer ersten Position (31) der ersten Drehachse (11), - einen zweiten Sensor (22) zum Erfassen einer zweiten Position (32) der zweiten Drehachse (12), - einen dritten Sensor (23) zum Erfassen einer dritten Position (33) der dritten Drehachse (13), - eine Steuereinheit (ECU) zum Empfangen der ersten Position (31), der zweiten Position (32) und der dritten Position (33), wobei die Steuereinheit (ECU) ausgebildet ist: o zum Berechnen einer ersten Noniusfunktion (N1) um ein erstes Ergebnis (E1) zu erhalten, o zum Berechnen einer zweiten Noniusfunktion (N2) um ein zweites Ergebnis (E2) zu erhalten, o zum Berechnen einer dritten Noniusfunktion (N3) um ein drittes Ergebnis (E3) zu erhalten, o zum Betreiben des Lenkungsaktuators (100) basierend auf dem dritten Ergebnis (E3).

Description

Kaskadierter Noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten Getriebe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12, einen computerlesbaren Datenträger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13, eine Steuereinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15.
Bekannt sind Lenkungsaktuatoren welche die manuelle Lenkbewegung eines Fahrers an einem Lenkrad unterstützen. Dies wird vor allem dann eingesetzt, wenn eine (physische) Verbindung zwischen dem Lenkrad und einer Zahnstange (über welche der Winkel der Räder eingestellt wird) durch eine Lenksäule vorhanden ist. Bei Steer- by-Wire-Systemen fehlt diese Lenksäule. Es ist somit nicht nur eine Unterstützung der Lenkung notwendig, sondern ein vollständiger Positionierregelkreis, über weichen ein Lenkmoment bzw. ein Lenkwinkel durch das Lenkrad vorgegeben wird, und anschließend eine Hubstange (häufig mangels Zähne nicht mehr Zahnstange genannt) positioniert wird. Im unteren Bereich der Hubstange kann dies durch einen sogenannten Road-Wheel-Aktuator (RWA) erzielt werden. Das Steer-by-Wire-System kann also einen Road-Wheel-Aktuator (RWA, insbesondere zum Betreiben einer Hubstange) und einen Hand-Wheel-Aktuator (HWA, insbesondere umfassend ein entkoppeltes Lenkrad) umfassen. Bei bisherigen Ausführungsform mit einer mechanischen Achse zwischen Lenkrad und Zahnstange (z. B. EPS, Electric Power Steering), wurde lediglich eine Drehmomentunterstützung bereitgestellt. Bei einem Steer-by-Wire-System kann stattdessen eine Positionierungsaufgabe zu lösen sein. Mit anderen Worten muss die Position der Hubstange bekannt sein, und kann im Rahmen eines Betreibens eingestellt werden. Dies erfordert allerdings die genaue Kenntnis der Position der Zahnstange bzw. der mit ihr verbundenen Bauteile. Zum Bewegen der Hubstange ist eine Antriebsvorrichtung notwendig, wobei mit einer
ERSATZBLATT (REGEL 26) Motor-Getriebe-Kombination mit einer starken Übersetzung gearbeitet werden kann, um die erforderliche Kraft aufzubringen. Das Getriebe besteht hierbei oft aus mehreren Stufen unterschiedlicher Getriebe-Topologien.
Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung der Position weisen allerdings eine Reihe an Nachteilen auf. So kann ein Getriebe notwendig sein, um die Kraft einer Antriebsvorrichtung auf die Hubstange zu übertragen. Der hieraus entstehende Nachteil ist die Mehrdeutigkeit der Sensorinformation. Während die Information an der Hubstange noch eindeutig ist, ist sie bereits bei der ersten Getriebestufe mehrdeutig geworden. So kann man heute davon ausgehen, dass am Powerpack bzw. an einer Antriebsvorrichtung ca. 100 Umdrehungen notwendig sind, um eine Lenkung eines typischen PKW von dem rechten Lenkungsanschlag zum linken Lenkungsanschlag zu verstellen. Um einen Positionssensor in das Powerpack zu integrieren ist es daher notwendig diese Mehrdeutigkeit von ca. 100 Umdrehungen im Powerpack zu lösen. Da nach einer Drehung um 360° die Position, insbesondere von rotationsymmetrischen Bauteilen, sich wiederholt, ist eine Unterscheidung bzw. genaue absolute Auskunft über die Position der Hubstange nicht möglich, insbesondere nicht eindeutig. Mit anderen Worten kann eine Mehrdeutigkeit bei der Positionsbestimmung (bzw. Winkelmessung) auftreten. Einstufige Getriebe, insbesondere mit hoher Übersetzung, bei denen beispielsweise ein großes Zahnrad verwendet wird, welches auch bei vollem Einschlag von links nach rechts (der Räder) keine volle Umdrehung vollzieht, weisen keine ausreichende Genauigkeit auf, insbesondere kann eine Messung (messtechnisch) unmöglich sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Antriebsvorrichtung vom linken zum rechten Totpunkt (also voller Lenkeinschlag der Räder) sich mit etwa 100 Umdrehungen dreht. Demnach wäre eine Genauigkeit von etwa 1/100 notwendig. Es ist jedoch teuer und/oder kompliziert derartig genaue Messvorrichtungen bereitzustellen. Weiterhin kann bei derartigen Getrieben (z. B. aufgrund der Größe besagten Zahnrads) der Bauraum ungünstig ausgestaltet sein. Ein weiterer Nachteil kann es sein, dass eine Messung oft an der Zahnstange (bzw. Hubstange) durchgeführt wird. Da diese sich jedoch, insbesondere bei Belastung verformt (z. B. um 20mm senkrecht zu ihrer Erstreckung), kann eine (Positions-) Messung verfälscht sein. Weiterhin kann dies zu starken mechanischen Belastungen von verwendeten Sensoren führen. Demnach können entsprechende Sensoren schwer, groß und/oder teuer sein. Zudem können vorhandene Vorrichtungen vergleichsweise großen Lärm verursachen, beispielsweise, weil diese robust und/oder baulich groß ausgestaltet sein müssen. Weiterhin verlassen sich bekannte Vorrichtungen oft auf (gespeicherte) Referenzwerte der Position, was insbesondere nachteilig sein kann, wenn der Speicher (z. B. bei Trennung der Batterie) gelöscht wird und/oder wenn (z. B. auf einer Hebebühne während der Wartung eines Fahrzeugs) der Radwinkel unbemerkt verändert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere kann es Aufgabe der Erfindung sein, eine Positionsmessung mit größerer Genauigkeit bereitzustellen. Es kann zudem eine Reduktion von Bauraum, Gewicht, Kosten und/oder (Betriebs-) Lärm vorgesehen sein. Zudem kann es vorgesehen sein, über einen größeren Bereich Mehrdeutigkeiten, insbesondere bei der Verwendung von Getrieben, zurückzurechnen, um eine genaue Position (z. B. der Hubstange) ermitteln zu können. Zudem kann es eine Aufgabe sein ohne Speicher, Referenz und/oder Vorwissen die Position zu ermitteln.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10, durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12, durch einen computerlesbaren Datenträger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13, durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-Wire- System zum Bestimmen einer Position einer Hubstange zur Lenkung, umfassend:
- ein Messgetriebe mit einer ersten Drehachse, einer mit der ersten Drehachse gekoppelten zweiten Drehachse, und einer mit der ersten Drehachse gekoppelten dritten Drehachse,
- einen ersten Sensor zum Erfassen einer ersten Position der ersten Drehachse,
- einen zweiten Sensor zum Erfassen einer zweiten Position der zweiten Drehachse,
- einen dritten Sensor zum Erfassen einer dritten Position der dritten Drehachse,
- eine Steuereinheit zum Empfangen der ersten Position, der zweiten Position und der dritten Position, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist: o zum Berechnen einer ersten Noniusfunktion basierend auf der ersten Position und der zweiten Position, um ein erstes Ergebnis zu erhalten, o zum Berechnen einer zweiten Noniusfunktion basierend auf der ersten Position und der dritten Position, um ein zweites Ergebnis zu erhalten, o zum Berechnen einer dritten Noniusfunktion basierend auf dem ersten Ergebnis und dem zweiten Ergebnis, um ein drittes Ergebnis zu erhalten, o zum Betreiben des Lenkungsaktuators basierend auf dem dritten Ergebnis. Es kann sich bei dem Lenkungsaktuator um einen sogenannten Road-Wheel-Aktuator (RWA) handeln. Durch den Lenkungsaktuator kann demnach durch Positionieren einer Hubstange der Radwinkel (z. B. zum Lenken eines Fahrzeugs) eingestellt werden, insbesondere in einem Steer-by-Wire-Betrieb.
Dabei kann der Lenkungsaktuator der Ermittlung der Position, insbesondere der Hubstange, dienen. Hierfür kann die Position, beispielsweise eine Winkelposition, der ersten, zweiten und/oder dritten Drehachse ermittelt werden. Dies kann (ohne die erfindungsgemäße Lösung) zu den, insbesondere oben beschriebenen, Mehrdeutigkeiten führen, welche auf die Periodizität bzw. Wiederholung bei rotationssymmetrischen Bauteilen zurückzuführen sind. Dabei kann die erste, zweite und/oder dritte Drehachse bevorzugt rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Dies erlaubt eine einfache Fertigung und/oder eine gleichmäßige Drehung.
Die erste, zweite und/oder dritte Drehachse können im Wesentlichen parallel ausgestaltet sein. Dies kann eine optimierte Ausgestaltung des Bauraums bedingen, somit kann beispielsweise eine längliche und/oder flache Erstreckung erzielt werden. Zudem kann dies zu einer einfachen und/oder kostengünstigen Fertigung führen.
Dabei kann es sich, insbesondere bei dem Messgetriebe, bevorzugt um ein zweistufiges Getriebe mit drei Drehachsen handeln. Dies kann vorteilhafterweise zu einer geringeren (notwendigen) Genauigkeit der einzelnen Bauteile führen, ohne die Gesamtgenauigkeit zu reduzieren. Beispielsweise kann ein zweistufiges Getriebe (wie oben beschrieben) eine technisch schwierig zu realisierende Genauigkeit von 1/100, z. B. für ein großes Zahnrad, benötigen. Ein zweistufiges Getriebe kann, insbesondere aufgrund der größeren Anzahl an Drehachsen und/oder Zahnräder, ebenfalls eine Genauigkeit von etwa 1 /100 aufweisen, auch wenn die Genauigkeit der einzelnen Komponenten z. B. nur 1/10 ist. Insbesondere bei der vorliegenden Erfindung kann aufgrund der verschachtelten Noniusfunktionen, eine hohe Genauigkeit erzielt werden, insbesondere selbst wenn die Bauteile einzeln eine geringere Genauigkeit aufweisen (z. B. verglichen mit einer zweistufigen Lösung). Eine Kopplung kann dabei, insbesondere jeweils, durch eine Verzahnung erfolgen. Es kann auf der ersten Drehachse ein erstes Zahnrad drehfest angeordnet sein (siehe unten). Es kann auf der zweiten Drehachse ein zweites Zahnrad drehfest angeordnet sein. Es kann auf der dritten Drehachse ein drittes Zahnrad drehfest angeordnet sein. Vorzugsweise sind benachbarte Zahnräder dabei miteinander verzahnt, was zu einer Übertragung der Drehbewegungen führt. Die Zahnräder können bevorzugt rotationssymmetrisch sein. Dies erlaubt eine einfache Fertigung und/oder eine gleichmäßige Drehung.
Im Rahmen der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass der Lenkungsaktuator eine Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben einer Hubstange zur Lenkung aufweist, wobei vorzugsweise eine Drehwelle der Antriebsvorrichtung mit der ersten Drehachse im Wesentlichen übereinstimmt, insbesondere identisch ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Drehachse mit der Drehwelle gekoppelt ist. Das Messgetriebe kann als rein messtechnisches Getriebe verwendet werden. Dadurch kann dieses einfacher und/oder kostengünstiger sein. Das Messgetriebe und/oder die Sensoren können dabei in der Antriebsvorrichtung integriert sein. Dadurch kann Bauraum eingespart werden und/oder die Kosten reduziert werden.
Dabei kann der Lenkungsaktuator ein Steuergerät und eine Antriebsvorrichtung aufweisen (auch Powerpack genannt). Vorzugsweise handelt es sich bei der Antriebsvorrichtung um einen, vorzugsweise bürstenlosen, Elektromotor. Dies kann den Verschleiß minimieren und/oder die Effizienz maximieren. Der Elektromotor kann beispielsweise bei etwa 12V und 100A betrieben werden. Somit können vergleichsweise große Kräfte entstehen. Bevorzugt sind die Sensoren bzw. das Messgetriebe diesen Kräften nicht oder nur teilweise ausgesetzt, um vorteilhafterweise weniger robuste, kleinere und/oder kostengünstigere Materialien verwenden zu können. Zudem kann eine genauere Messung erzielt werden, wenn weniger Kräfte wirken, beispielsweise, weil weniger Verformung auftritt, welche die Positionsmessung beeinflussen könnte. Der Lenkungsaktuator (bzw. das Powerpack) kann neben einem bürstenlosen Motor die notwendige Elektronik zur Ansteuerung umfassen, insbesondere kann die Elektronik des Powerpacks eine Endstufe in Form einer so genannten B6-Brücke, eine Ansteuerungslogik dieser Endstufe durch eine intelligente Treiberstufe (genannt Gate Driver Unit (GDU), einen Mikrocontroller als Recheneinheit zur Steuerung, Kommunikation und Regelung, einen Positionssensor für die Motorregelung und/oder diverse Schnittstellen für zumeist Bussysteme wie dem CAN-Bus zur Kommunikation mit der Außenwelt aufweisen. Die Drehwelle kann dabei im Wesentlichen parallel zu einer Hubstange des Fahrzeugs ausrichtbar sein. Dadurch kann sich eine besonders kompakte Bauweise ergeben.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der erste Sensor, der zweite Sensor und/oder der dritte Sensor als mehrpolige Sensoren ausgestaltet sind, wobei diese insbesondere zumindest zwei Perioden über eine volle Umdrehung liefern.
Dabei kann der erste, zweite und/oder dritte Sensor von dem Messgetriebe umfasst sein und/oder in diesem integriert sein. Dabei können diese mit weiterer Elektronik des Powerpacks integriert werden. Dabei können Schnittstellen vereinfacht werden und/oder Verbindungen müssen nicht mehr gegen Überspannungen, Kurzschlüsse und/oder Vertauschung bei den Kabeln, wie z. B. bei externen Sensoren, geschützt werden. Durch kürzere Verbindungen kann zudem die Einstrahlfestigkeit und/oder leitungsgebundene Einkopplung elektromagnetischer Störungen verbessert und/oder umgangen werden.
Der erste, zweite und/oder dritte Sensor können die Erfassung der Position, insbesondere Winkelposition, der ersten, zweiten und/oder dritten Drehachse ermöglichen.
Der erste, zweite und/oder dritte Sensor können dabei im Wesentlichen ein Sägezahnsignal liefern, welches sich insbesondere periodisch, insbesondere nach einer Umdrehung (360°) wiederholt. Dabei kann ein mehrpoliger Sensor zumindest zwei, vorzugsweise identische und/oder gegenüberliegende, Flügel aufweisen. Besonders bevorzugt kann es sein, drei Flügel zu verwenden. Mit anderen Worten kann eine derartige 3-Teilung eine Periodizität von 120° bereitstellen. Dies kann eine Beeinflussung der notwendigen Umdrehungen bereitstellen, welche notwendig sind, um eine Phasenidentität zu einer anderen Drehachse zu erreichen. Mit größerer Anzahl an Polen bzw. Flügeln kann dabei die Anzahl der Perioden, welche über eine volle Umdrehung (z. B. einer Drehachse) geliefert werden, ansteigen. Zusätzlich oder alternativ kann ein gleichmäßigerer Lauf ermöglicht werden. Bevorzugt können die Sensoren bzw. die Pole der Sensoren an und/oder in einem Zahnrad integriert sein. Beispielsweise kann der erste Sensor, zumindest teilweise, an/oder in dem ersten Zahnrad integriert sein. Beispielsweise kann der zweite Sensor, zumindest teilweise, an/oder in dem zweiten Zahnrad integriert sein. Beispielsweise kann der dritte Sensor, zumindest teilweise, an/oder in dem dritten Zahnrad integriert sein. Es kann vorgesehen sein, dass der erste, zweite und/oder dritte Sensor jeweils eine erste, zweite und/oder dritte Positionserfassung aufweisen, welche vorzugsweise die in dem jeweiligen Zahnrad befindlichen Pole erfasst. Dabei kann die Positionserfassung ortsfest angeordnet sein, um insbesondere im Zusammenspiel mit den drehbaren Komponenten des Sensors eine Positionsmessung zu ermöglichen. Durch die bauliche Nähe der Sensoren und/oder deren Ausgestaltung kann eine Vereinfachung und/oder Kostenersparnis erzielt werden. Somit kann auch eine robustere Vorrichtung bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt kann es sein, wenn der zweite und der dritte Sensor als mehrpolige Sensoren ausgestaltet sind.
Besonders bevorzugt kann es sein, wenn der erste, zweite und/oder dritte Sensor als induktive Sensoren ausgebildet sind bzw. einen induktiven Sensor umfassen.
Besonders bevorzugt kann es sein, wenn der erste, zweite und/oder dritte Sensor als reine Positionssensoren ausgestaltet sind. Es kann dabei vorgesehen sein, dass kein Drehmoment gemessen wird. Dies erlaubt eine einfachere, kostengünstigere und/oder robustere Ausgestaltung der Sensoren.
Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Sensor an oder in der ersten Drehachse anordbar (oder angeordnet) ist, der zweite Sensor an oder in der zweiten Drehachse anordbar (oder angeordnet) ist, und/oder der dritte Sensor an oder in der dritten Drehachse anordbar (oder angeordnet) ist, wobei vorzugsweise die Drehachsen, Sensoren und/oder die Steuereinheit kompakt in dem Lenkungsaktuator integriert sind.
Somit können die Sensoren die (Dreh-) Bewegungen der Drehachsen genau überwachen.
Dabei kann ein kompakter und zusammenhängender Lenkungsaktuator ermöglicht werden. Dabei können vorteilhafterweise Gewicht, Kosten und/oder Bauraum eingespart werden. Dieser kann modular ausgetauscht werden. Dabei kann es vorgesehen sein, keine weitere externe Elektronik und/oder Sensorik zu benötigen. Dadurch kann ein besonders langlebiges und/oder gute geschütztes System bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine komplizierte und/oder verschleißanfällige Messung an einer Hubstange vermieden werden.
Es kann vorgesehen, alternativ oder zusätzlich zu einer Positionsmessung an einer Hubstange (z. B. durch einen Linearwegsensor) die Vorrichtung zu verwenden. Dabei kann vorzugsweise eine Messung hinter weiteren Getriebestufen der Antriebsvorrichtung ermöglicht werden.
Es ist ferner denkbar, dass die erste Drehachse ein erstes Zahnrad aufweist, welches insbesondere mittig anordenbar ist, wobei die zweite Drehachse ein zweites Zahnrad aufweist, welches mit dem ersten Zahnrad verzahnt koppelbar ist, und wobei die dritte Drehachse ein drittes Zahnrad aufweist, welches mit dem ersten Zahnrad verzahnt koppelbar ist. Dabei können die erste und zweite Drehachse, insbesondere das erste und zweite Zahnrad, vorzugsweise nicht direkt miteinander in Kontakt stehen und/oder gekoppelt sein, sondern vorzugsweise jeweils nur mit der ersten Drehachse, insbesondere dem ersten Zahnrad.
Vorzugsweise liegen das erste, zweite und/oder dritte Zahnrad im Wesentlichen in einer Ebene. Dadurch kann der Bauraum minimiert werden.
Auch ist es denkbar, dass das Messgetriebe ein Stirnradgetriebe aufweist.
Dabei kann es sich bevorzugt um ein zweistufiges Getriebe mit drei Drehachsen handeln.
Dabei kann ein Stirnradgetriebe eine besonders kompakte und/oder kostengünstige Fertigung ermöglichen. Insbesondere kann die Bauform aufgrund der länglichen Erstreckung vorteilhaft sein, beispielsweise kann somit ein besonders platzsparendes Einfügen in ein Gesamtsystem ermöglicht werden.
Auch können andere Getriebetopologien wie Riemengetriebe, Planetengetriebe oder Schneckengetriebe vorgesehen sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es optional möglich, dass das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und/oder das dritte Zahnrad im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen und/oder im Wesentlichen die gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen. Dabei kann dies beispielsweise bedeuten, dass die Anzahl der Zähne 30, 31 , 33 beträgt. Damit kann die Anzahl der Zähne im Wesentlichen gleich sein und sich dennoch unterscheiden.
Dabei kann es vorteilhaft sein, eine im Wesentlichen gleiche Größe der Zahnräder zu verwenden, um eine möglichst gleichmäßige Aufteilung und/oder Größe von beanspruchtem Bauraum zu ermöglichen. Zudem kann dies vorteilhaft sein, um keine zu großen Differenzen bei der Drehgeschwindigkeit zu erzeugen, was insbesondere vorliegende Kräfte und/oder den Lärm minimieren kann.
Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass sich die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und/oder des dritten Zahnrads unterscheiden, und/oder die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und/oder des dritten Zahnrads einer Primzahl entspricht.
Besonders bevorzugt unterscheiden sich die Anzahl der Zähne des ersten, zweiten und/oder dritten Zahnrads. Dies kann verwendet werden, um, basierend auf einer Noniusfunktion, den möglichen Messbereich deutlich zu erweitern. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl an Zähnen kann es vorgesehen sein, dass bei einer vollen Umdrehung (z. B. 360°) des einen (z. B. ersten) Zahnrads, ein an dieses (direkt) gekoppelte (z. B. zweites) Zahnrad keine volle Umdrehung vollzieht. Erst nachdem jeweils einige Umdrehungen vollzogen wurden, z. B. eine Anzahl, die sich aus dem Produkt der Anzahl der Zähne des einen mit der Anzahl der Zähne des anderen Zahnrads ergibt, können sich die beiden Zahnräder demnach wieder in Phase befinden. Dadurch kann die Messposition der (damit verbundenen) Drehachse über einen großen Bereich genau, insbesondere eindeutig, bestimmt werden. Dadurch, dass sich auch das dritte Zahnrad bezüglich seiner Anzahl der Zähne von den anderen unterscheidet, ergibt sich eine weitere Möglichkeit (insbesondere analog zu obiger Beschreibung), den Messbereich auszudehnen. Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, auch (wie oben beschrieben) bei etwa 100 Umdrehungen einer Antriebsvorrichtung, die Position der Drehachsen, und insbesondere der (mit der ersten Drehachse gekoppelten) Hubstange, genau zu ermitteln. Vorzugsweise kann somit eine Positionsbestimmung über den gesamten Bereich vom äußersten Lenkeinschlag links der Lenkung bis zum äußersten Lenkeinschlag rechts der Lenkung ermöglicht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und/oder des dritten Zahnrads einer Primzahl entspricht. Dies kann vorteilhafterweise dazu führen, die entstehenden Geräusche (insbesondere Lärm) zu vermeiden und/oder zu reduzieren. Eine Primzahl kann nur durch sich selbst und durch den Wert 1 teilbar sein. Ein Zahnrad, welches eine Anzahl von Zähnen aufweist, die keiner Primzahl entspricht, z. B. 12 Zähne, kann dabei während des Betriebs (Drehung) unterschiedliche Harmonische aufweisen, z. B. ist die Zahl 12 neben den Werten 1 und 12, auch durch die Werte 2, 3, 4 und 6 teilbar. Dies kann somit zu unterschiedlichen Harmonischen führen, was zusätzliche Geräusche verursacht. Dabei kann dieser Vorteil bereits erzielt werden, wenn nur ein Zahnrad eine Anzahl von Zähnen gemäß einer Primzahl aufweist. Beispielsweise kann ein erstes Zahnrad 31 Zähne aufweisen. Das zweite Zahnrad kann 30 Zähne aufweisen. Das dritte Zahnrad kann 33 Zähne aufweisen. Dabei wäre die Anzahl der Zähne im Wesentlichen gleich groß bzw. nicht stark unterschiedlich. Zudem entspricht die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads 31 , was einer Primzahl entspricht. Der Vorteil kann verstärkt werden, wenn zwei oder sogar drei Zahnräder eine Anzahl an Zähnen gemäß einer Primzahl aufweisen.
In Bezug auf die vorliegende Erfindung ist es vorstellbar, dass das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und/oder das dritte Zahnrad in Leichtbauweise gefertigt sind, und vorzugsweise einen Kunststoff aufweisen und/oder dass die erste Drehachse, die zweite Drehachse und/oder die dritte Drehachse in Leichtbauweise gefertigt sind, und vorzugsweise einen Kunststoff aufweisen.
Dies kann jeweils vorteilhaft sein, um das (Gesamt-) Gewicht zu minimieren und/oder zu reduzieren. Besonders bevorzugt kann dies in Kombination mit einer optimierten Positionierung des Messgetriebes sein. Indem eine Anordnung nahe der Antriebsvorrichtung, und insbesondere nicht direkt an der Hubstange, erfolgt, können die Kräfte auf das Messgetriebe reduziert sein. Dieses kann also geringeren Kräften ausgesetzt sein und demnach robuster sein. Zusätzlich erlaubt dies die Verwendung von Materialien, um vorteilhafterweise Gewicht einzusparen, insbesondere ohne die Robustheit zu gefährden. Vorzugsweise kann dabei ein Kunststoff verwendet werden. Dabei können beispielsweise Polyamide umfasst sein. Es kann auch vorgesehen sein, zumindest eines von Polyurethan (PUR), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder Acryl-Butadien-Styrol (ABS) zu verwenden. Die Kunststoffe können zudem und vorzugsweise Glasfaser und/oder Kohlefaser verstärkt sein.
Kunststoff kann dabei leicht, kostengünstig, einfach fertigbar und/oder geräuscharm sein, insbesondere verglichen mit Metall. Besonders bevorzugt kann demnach die Kombination aus Leichtbauweise, insbesondere Kunststoff, und der Verwendung einer Anzahl von Zähnen für das erste, zweite und/oder dritte Zahnrad sein, welche einer Primzahl entspricht. Dadurch können Geräusche besonders effizient reduziert werden.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben, insbesondere Steuern und/oder Regeln, eines Lenkungsaktuators eines Steer-by-Wire-Systems aufweisend:
- Bereitstellen eines Lenkungsaktuators mit einem Messgetriebe umfassend eine erste Drehachse, eine mit dieser gekoppelten zweiten Drehachse, und eine mit der ersten Drehachse gekoppelte dritte Drehachse,
- Erfassen einer ersten Position der ersten Drehachse mit einem ersten Sensor,
- Erfassen einer zweiten Position der zweiten Drehachse mit einem zweiten Sensor,
- Erfassen einer dritten Position der dritten Drehachse mit einem dritten Sensor,
- Empfangen der ersten Position, der zweiten Position und der dritten Position durch eine Steuereinheit,
- Berechnen einer ersten Noniusfunktion basierend auf der ersten Position und der zweiten Position, um ein erstes Ergebnis zu erhalten,
- Berechnen einer zweiten Noniusfunktion basierend auf der ersten Position und der dritten Position, um ein zweites Ergebnis zu erhalten,
- Berechnen einer dritten Noniusfunktion basierend auf dem ersten Ergebnis und dem zweiten Ergebnis, um ein drittes Ergebnis zu erhalten,
- Betreiben des Lenkungsaktuators basierend auf dem dritten Ergebnis. Damit ergeben sich in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator beschrieben worden sind.
Dabei kann die erste Noniusfunktion als Input die erste Position und die zweite Position verwenden. Gemäß dem Prinzip von Nonius (oder auch Vernier), kann dabei eine erste Längenskala (hier insbesondere die erste Position, bzw. Winkelposition) verwendet werden, und mit einer zweiten Längenskala (hier insbesondere die zweite Position, bzw. Winkelposition) in Relation gesetzt werden. Das erste Ergebnis kann dabei eine (genaue bzw. genauere) ermittelte, z. B. erste, Position aufweisen. Mit anderen Worten kann hierbei die Ermittlung der Position der ersten Drehachse und/oder der Hubstange erfolgen. Dabei wird der Messbereich der ersten Drehachse und/oder des ersten Zahnrads durch die Verwendung der Noniusfunktion mit der zweiten Drehachse und/oder des zweiten Zahnrads erweitert.
Gleichermaßen kann bezüglich einer zweiten Noniusfunktion vorgegangen werden, wobei hier die erste und dritte Position als Input verwendet werden.
Gleichermaßen kann dann mit einer dritten Noniusfunktion verfahren werden. Da diese das erste und zweite Ergebnis als Input verwendet, kann dies auch als kaskadierte bzw. verschachtelte Noniusfunktion bezeichnet werden, um vorteilhafterweise die Mehrdeutigkeiten der Positionen aufzulösen. Durch die Kaskadierung wird der (eindeutig) bestimmbare Messbereich (nochmals) erweitert. Somit kann eine genaue (insbesondere eindeutige) Messung der ersten Position und/oder der Position einer Hubstange ermöglicht werden, insbesondere über den gesamten Bewegungsspielraum der Hubstange, beispielsweise über etwa 100 Umdrehungen einer Antriebsvorrichtung. Dies kann auch bei (insbesondere trotz) Verwendung mit einem Getriebe der Antriebsvorrichtung realisiert werden. Mit anderen Worten kann basierend (insbesondere ausschließlich basierend) auf der ersten, zweiten und/oder dritten Position, die Position (bzw. Stellung) der Hubstange eindeutig und/oder genau ermittelt werden. Dadurch kann unabhängig von Referenzwerten die Position ermittelt werden. Die Genauigkeit ist dabei größer oder zumindest vergleichbar (z. B. 1/100) mit bekannten Methoden. Es kann aufgrund der baulichen Ausgestaltung eine einfachere, kostengünstigere und/oder bauraumsparendere Vorrichtung bereitgestellt werden. Durch die Verwendung einer Steuereinheit kann eine genaue Abstimmung (z. B. bezüglich Hardware) auf die Vorrichtung erzielt werden. Weiterhin können andere Recheneinheiten (des Fahrzeugs) entlastet werden. Die Noniusfunktionen können dabei selber keinen Fehler aufweisen. Demnach kann der (Mess-) Fehler durch die Toleranzen der Drehachsen und/oder Zahnräder vorgegeben sein. Es kann demnach vorgesehen sein, bei gleichem (Gesamt-) Fehler, Drehachsen und/oder Zahnräder mit vergleichsweise größerer Toleranz (z. B. 1/10 statt 1/100) zu verwenden. Dies kann eine kostengünstigere Fertigung erlauben. Dies kann auch die Verwendung anderer Materialien, insbesondere Kunststoff, ermöglichen. Insgesamt kann dadurch das Gewicht und/oder der Bauraum optimiert, insbesondere verringert werden.
Ferner ist es vorstellbar, dass das dritte Ergebnis eine Ist-Position einer Hubstange zur Lenkung umfasst, wobei insbesondere ein Betreiben des Lenkungsaktuators basierend auf dem dritten Ergebnis eine Anpassung der Ist-Position der Hubstange an eine Soll-Position umfasst.
Dabei kann die Soll-Position vorgegeben werden. Dies kann beispielsweise über ein Lenkrad durch einen Fahrer, insbesondere im Steer-by-Wire-Betrieb erfolgen. Dies kann an die Steuereinheit geleitet werden, welche dann eine Ist-Position der Hubstange einstellt, insbesondere indem eine Antriebsvorrichtung die Hubstange bewegt. Dabei kann eine fortwährende Bestimmung der Position (bzw. der Positionen) erfolgen. Der Winkel der Räder kann dabei fortwährend durch den Fahrer eingestellt werden.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu implementieren.
Damit ergeben sich in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger, in welchem Befehle hinterlegt sind, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Damit ergeben sich in Bezug auf einen erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt beschrieben worden sind.
Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine erfindungsgemäße Steuereinheit, aufweisend eine Recheneinheit und eine Speichereinheit, in welcher Befehle hinterlegt sind, welche bei zumindest teilweiser Ausführung durch die Recheneinheit ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
Dabei kann die Steuereinheit in dem Lenkungsaktuator integriert sein. Dies kann eine besonders vorteilhafte und/oder kompakte Bauform ermöglichen, was insbesondere Kosten sparen kann.
Dabei kann eine Steuereinheit zum Empfangen der ersten Position, der zweiten Position und der dritten Position dienen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist: zum Berechnen einer ersten Noniusfunktion basierend auf der ersten Position und der zweiten Position, um ein erstes Ergebnis zu erhalten,
- zum Berechnen einer zweiten Noniusfunktion basierend auf der zweiten Position und der dritten Position, um ein zweites Ergebnis zu erhalten,
- zum Berechnen einer dritten Noniusfunktion basierend auf dem ersten Ergebnis und dem zweiten Ergebnis, um ein drittes Ergebnis zu erhalten,
- zum Betreiben des Lenkungsaktuators basierend auf dem dritten Ergebnis.
Demnach kann die Ermittlung des ersten, zweiten und/oder dritten Ergebnisses, insbesondere mathematisch, durch die Steuereinheit erfolgen.
Weiterhin kann die Steuereinheit eingesetzt werden, um den Lenkungsaktuator zu betreiben, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln. Dabei kann ein externes Steuersignal, beispielsweise von einem weiteren Steuergerät und/oder einem Lenkrad, empfangen werden, insbesondere über eine Datenverbindung. Basierend darauf kann die Steuereinheit über eine Datenverbindung den Lenkungsaktuator ansteuern, um beispielsweise die Antriebsvorrichtung in die eine oder andere Richtung zu drehen. Demnach kann die Hubstange bewegt bzw. positioniert werden. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit verwendet werden, um die Antriebsvorrichtung anzusteuern, wodurch diese ein Drehmoment aufbringt und die Hubstange bewegt. Es kann somit eine (gewünschte) Position angefahren werden.
Die geänderte Position kann wiederum erfindungsgemäß, insbesondere in Echtzeit, ermittelt werden.
Damit ergeben sich in Bezug auf eine erfindungsgemäße Steuereinheit die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt und/oder einen erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger beschrieben worden sind. Die obenstehende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug aufweisend einen Lenkungsaktuator und/oder eine Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Das Fahrzeug kann dabei ein Steer-by-Wire-System aufweisen, umfassend einen Road-Wheel-Aktuator (RWA, insbesondere zum Betreiben einer Hubstange) und einen Hand-Wheel-Aktuator (HWA, insbesondere umfassend ein entkoppeltes Lenkrad). Dabei weist das Fahrzeug bevorzugt eine Hubstange auf, über welche der Winkel der Räder einstellbar ist. Demnach kann eine Bewegung, insbesondere lineare Bewegung, z. B. in rechts-links-Richtung, der Hubstange, zu einem veränderten Lenkwinkel führen. Dadurch kann das Fahrzeug gesteuert werden.
Damit ergeben sich in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile, wie sie bereits in Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenkungsaktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt und/oder einen erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger und/oder eine erfindungsgemäße Steuereinheit beschrieben worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei zeigen jeweils schematisch
Figur 1 ein Fahrzeug,
Figur 2 ein Fahrzeug bzw. dessen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-Wire-System,
Figur 3 einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-Wire-System,
Figur 4 ein Verfahren zum Betreiben eines Lenkungsaktuators eines Steer-by- Wire-Systems, und Figur 5 einen beispielhaften Verlauf der Noniusfunktionen.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale, auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, die identischen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 200, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, welches einen Lenkungsaktuator 100 aufweist. Dabei kann ein Steer-by-Wire-System realisiert werden. Über den Lenkungsaktuator 100 kann der Einschlagwinkel der Räder des Fahrzeugs 200 eingestellt werden, beispielsweise an der Vorderachse. Der Lenkungsaktuator 100 kann eine Steuereinheit ECU aufweisen und/oder mit dieser datenkommunizierend verbunden sein. Die Steuereinheit ECU kann dabei eine Recheneinheit CU und eine Speichereinheit MU aufweisen. Zur Bestimmung von Positionen, insbesondere der Hubstange und/oder einer ersten Drehachse 11 , kann der Lenkungsaktuator 100 ein Messgetriebe 10 aufweisen. Dieses kann messtechnisch verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der Positionen von rotationssymmetrischen Drehachsen zu ermöglichen, beispielsweise hinter einem Getriebe welches eine Hubstange und eine Antriebsvorrichtung 40 (z. B. E-Motor) zum Bewegen der Hubstange verbindet.
Fig. 2 zeigt beispielhaft bzw. ausschnittsweise ein Fahrzeug 200. Dabei ist eine Hubstange 201 dargestellt, an dessen Enden Räder anordbar sind, welche einen Lenkwinkel aufweisen können (einstellbar durch die Hubstange 201 ). An der Hubstange kann ein Lenkungsaktuator 100 angeordnet werden, welcher eine Drehbewegung einer Antriebsvorrichtung 40 (z. B. eines E-Motors) über eine Drehwelle 41 an die Hubstange 201 abgibt, um diese von links nach rechts zu bewegen. Dabei kann ein Getriebe zwischengeschaltet sein. Ein Messgetriebe 10 kann ebenfalls von dem Lenkungsaktuator 100 umfasst sein, um die Mehrdeutigkeit von Positionen aufzulösen. Beispielsweise kann die Drehwelle 41 einer ersten Drehachse 11 entsprechen. Weiterhin (gestrichelt) angedeutet ist eine (Daten-) Verbindung zu einem Lenkrad (oben abgebildet). Somit kann insgesamt ein Steer-by- Wire-System realisiert werden.
Fig. 3 zeigt beispielhaft ein erstes Zahnrad 51 , welches mittig angeordnet ist, und eine Anzahl von 31 Zähnen aufweist. Das erste Zahnrad 51 ist mittig drehfest mit einer ersten Drehachse 11 verbunden. Ein erster Sensor 21 kann die erste Position 31 des ersten Zahnrads 51 und/oder der ersten Drehachse 11 bestimmen.
Fig. 3 zeigt beispielhaft ein zweites Zahnrad 52, welches links angeordnet ist, und eine Anzahl von 30 Zähnen aufweist. Das zweite Zahnrad 52 ist mittig drehfest mit einer zweiten Drehachse 12 verbunden. Ein zweiter Sensor 22 kann die zweite Position 32 des zweiten Zahnrads 52 und/oder der zweiten Drehachse 12 bestimmen. Das zweite Zahnrad 52 ist mit dem ersten Zahnrad 51 verzahnt, sodass eine Drehbewegung des ersten Zahnrads 51 auf das zweite Zahnrad 52 übertragen wird.
Fig. 3 zeigt beispielhaft ein drittes Zahnrad 53, welches rechts angeordnet ist, und eine Anzahl von 33 Zähnen aufweist. Das dritte Zahnrad 53 ist mittig drehfest mit einer dritten Drehachse 13 verbunden. Ein dritter Sensor 23 kann die dritte Position 33 des dritten Zahnrads 53 und/oder der dritten Drehachse 13 bestimmen. Das dritte Zahnrad 53 ist mit dem ersten Zahnrad 51 verzahnt, sodass eine Drehbewegung des ersten Zahnrads 51 auf das dritte Zahnrad 53 übertragen wird.
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere Steuern und/oder Regeln, eines Lenkungsaktuators 100 eines Steer-by-Wire-Systems aufweisend:
- Bereitstellen 110 eines Lenkungsaktuators 100 mit einem Messgetriebe 10 umfassend eine erste Drehachse 11 , eine mit dieser gekoppelten zweiten Drehachse 12, und eine mit der ersten Drehachse 11 gekoppelte dritte Drehachse 13,
- Erfassen 121 einer ersten Position 31 der ersten Drehachse 11 mit einem ersten Sensor 21 , - Erfassen 122 einer zweiten Position 32 der zweiten Drehachse 12 mit einem zweiten Sensor 22,
- Erfassen 123 einer dritten Position 33 der dritten Drehachse 13 mit einem dritten Sensor 23,
- Empfangen 130 der ersten Position 31 , der zweiten Position 32 und der dritten Position 33 durch eine Steuereinheit ECU,
- Berechnen 141 einer ersten Noniusfunktion N1 basierend auf der ersten Position 31 und der zweiten Position 32, um ein erstes Ergebnis E1 zu erhalten,
- Berechnen 142 einer zweiten Noniusfunktion N2 basierend auf der ersten Position 31 und der dritten Position 33, um ein zweites Ergebnis E2 zu erhalten,
- Berechnen 143 einer dritten Noniusfunktion N3 basierend auf dem ersten Ergebnis E1 und dem zweiten Ergebnis E2, um ein drittes Ergebnis E3 zu erhalten,
- Betreiben 150 des Lenkungsaktuators 100 basierend auf dem dritten Ergebnis E3.
Dabei kann durch das Verschachteln der Noniusfunktionen, eine Mehrdeutigkeit der Positionen aufgelöst werden. Vorteilhafterweise kann durch das dritte Ergebnis E3 die genaue Position einer ersten Drehachse 11 und/oder einer Hubstange 201 ermittelt werden. Im Rahmen eines Steer-by-Wire-Systems, kann somit eine Ist-Position der Hubstange 201 bereitgestellt werden. Ein Betreiben kann dabei eine Einstellung einer (neuen) Ist-Position basierend auf einer Soll-Position umfassen, welche beispielsweise durch ein Lenkrad vorgegeben werden kann.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den Verlauf (bzw. die Ergebnisse E1 , E2, E3) der ersten Noniusfunktion N1 , der zweiten Noniusfunktion N2 und der dritten Noniusfunktion N3. Dabei sind beispielhaft N1 und N2 anfangs (im Ursprung) phasengleich, können sich also im Ursprung schneiden. Anschließend laufen diese über die Zeit t (x-Achse entspricht Zeit, y-Achse Winkel, z. B. bis 360°) auseinander, bis sie sich zu einem späteren Zeitpunkt nach einigen Umdrehungen (z. B. 10 Umdrehungen für N1 und 11 Umdrehungen für N2) wieder schneiden und insbesondere erneut phasengleich sind. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das erste Zahnrad 51 insgesamt 31 Zähne aufweist, das zweite Zahnrad 52 insgesamt 30 Zähne aufweist und einen dreipoligen zweiten Sensor 22 aufweist, und das dritte Zahnrad 52 insgesamt 33 Zähne und einen dreipoligen Sensor 23 aufweist. Dabei kann die erste Noniusfunktion N1 eine Mehrdeutigkeit über 10 Umdrehungen auflösen. Dabei kann die zweite Noniusfunktion N2 eine Mehrdeutigkeit über 11 Umdrehungen auflösen. Aufgrund der Kaskadierung durch die Noniusfunktion N3 kann der gesamte Messbereich somit auf 10*11 =110 Umdrehungen eindeutig ausgeweitet werden.
Ein vergleichbarer Verlauf ergäbe sich auch für die erste Position 31 und die zweite Position 32 über die Zeit t (oder analog für die erste Position 31 und die dritte Position 33). Diese werden als Input für eine erste Noniusfunktion N1 verwendet, um das Ergebnis E1 zu erhalten. Dabei wären beispielhaft die erste Position 31 und die zweite Position 32 anfangs (im Ursprung) phasengleich, können sich also im Ursprung schneiden. Anschließend laufen diese über die Zeit t auseinander, bis sie sich zu einem späteren Zeitpunkt nach einigen Umdrehungen (z. B. 31 Umdrehungen für die erste Position 31 bzw. das erste Zahnrad 51 und 10 Umdrehungen für die zweite Position 32 bzw. das zweite Zahnrad 52) wieder schneiden und insbesondere erneut phasengleich sind. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das erste Zahnrad 51 insgesamt 31 Zähne aufweist und das zweite Zahnrad 52 insgesamt 30 Zähne aufweist und einen dreipoligen dritten Sensor 22 aufweist.
Bezugszeichenliste
10 Messgetriebe
11 erste Drehachse
12 zweite Drehachse
13 dritte Drehachse
21 erster Sensor
22 zweiter Sensor
23 dritter Sensor
31 erste Position
32 zweite Position
33 dritte Position
40 Antriebsvorrichtung
41 Drehwelle
51 erstes Zahnrad
52 zweites Zahnrad
53 drittes Zahnrad
100 Lenkungsaktuator
110 Bereitstellen eines Lenkungsaktuators
121 Erfassen einer ersten Position
122 Erfassen einer zweiten Position
123 Erfassen einer dritten Position
130 Empfangen der ersten, zweiten und dritten Position
141 Berechnen einer ersten Noniusfunktion N1 um E1 zu erhalten
142 Berechnen einer zweiten Noniusfunktion N2 um E2 zu erhalten
143 Berechnen einer dritten Noniusfunktion N3 um E3 zu erhalten
150 Betreiben des Lenkungsaktuators basierend auf E3
E1 erstes Ergebnis
E2 zweites Ergebnis
E3 drittes Ergebnis
N1 erste Noniusfunktion N2 zweite Noniusfunktion
N3 dritte Noniusfunktion
200 Fahrzeug
201 Hubstange
ECU Steuereinheit
CU Recheneinheit
MU Speichereinheit

Claims

Patentansprüche
1 . Lenkungsaktuator (100) für ein Steer-by-Wire-System zum Bestimmen einer Position einer Hubstange (201 ) zur Lenkung, umfassend:
- ein Messgetriebe (10) mit einer ersten Drehachse (11 ), einer mit der ersten Drehachse (11 ) gekoppelten zweiten Drehachse (12), und einer mit der ersten Drehachse (11 ) gekoppelten dritten Drehachse (13),
- einen ersten Sensor (21 ) zum Erfassen einer ersten Position (31 ) der ersten Drehachse (11 ),
- einen zweiten Sensor (22) zum Erfassen einer zweiten Position (32) der zweiten Drehachse (12),
- einen dritten Sensor (23) zum Erfassen einer dritten Position (33) der dritten Drehachse (13),
- eine Steuereinheit (ECU) zum Empfangen der ersten Position (31 ), der zweiten Position (32) und der dritten Position (33), wobei die Steuereinheit (ECU) ausgebildet ist: o zum Berechnen einer ersten Noniusfunktion (N1 ) basierend auf der ersten Position (31 ) und der zweiten Position (32), um ein erstes Ergebnis (E1 ) zu erhalten, o zum Berechnen einer zweiten Noniusfunktion (N2) basierend auf der ersten Position (31 ) und der dritten Position (33), um ein zweites Ergebnis (E2) zu erhalten, o zum Berechnen einer dritten Noniusfunktion (N3) basierend auf dem ersten Ergebnis (E1 ) und dem zweiten Ergebnis (E2), um ein drittes Ergebnis (E3) zu erhalten, o zum Betreiben des Lenkungsaktuators (100) basierend auf dem dritten Ergebnis (E3).
2. Lenkungsaktuator (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkungsaktuator (100) eine Antriebsvorrichtung (40), insbesondere einen Elektromotor (40), zum Antreiben der Hubstange (201 ) zur Lenkung aufweist, wobei vorzugsweise eine Drehwelle (41 ) der Antriebsvorrichtung (40) mit der ersten Drehachse (11 ) im Wesentlichen übereinstimmt, insbesondere identisch ist.
3. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (21 ), der zweite Sensor (22) und/oder der dritte Sensor (23) als mehrpolige Sensoren ausgestaltet sind, wobei diese insbesondere zumindest zwei Perioden über eine volle Umdrehung liefern.
4. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (21 ) an oder in der ersten Drehachse (11 ) anordbar ist, der zweite Sensor (22) an oder in der zweiten Drehachse (12) anordbar ist, und/oder der dritte Sensor (23) an oder in der dritten Drehachse (13) anordbar ist, wobei vorzugsweise die Drehachsen (11 ,12,13), Sensoren (21 ,22,23) und/oder die Steuereinheit (ECU) kompakt in dem Lenkungsaktuator (100) integriert sind.
5. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehachse (11 ) ein erstes Zahnrad (51 ) aufweist, welches insbesondere mittig anordenbar ist, wobei die zweite Drehachse (12) ein zweites Zahnrad (52) aufweist, welches mit dem ersten Zahnrad (51 ) verzahnt koppelbar ist, und wobei die dritte Drehachse (13) ein drittes Zahnrad (53) aufweist, welches mit dem ersten Zahnrad (51 ) verzahnt koppelbar ist.
6. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgetriebe (10) ein Stirnradgetriebe aufweist.
7. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (51 ), das zweite Zahnrad (52) und/oder das dritte Zahnrad (53) im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen und/oder die gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen.
8. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads (51 ), des zweiten Zahnrads (52) und/oder des dritten Zahnrads (53) unterscheiden, und/oder wobei die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads (51 ), des zweiten Zahnrads (52) und/oder des dritten Zahnrads (53) einer Primzahl entspricht.
9. Lenkungsaktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (51 ), das zweite Zahnrad (52) und/oder das dritte Zahnrad (53) in Leichtbauweise gefertigt sind, und vorzugsweise einen Kunststoff aufweisen, und/oder dass die erste Drehachse (11 ), die zweite Drehachse (12) und/oder die dritte Drehachse (13) in Leichtbauweise gefertigt sind, und vorzugsweise einen Kunststoff aufweisen.
10. Verfahren zum Betreiben, insbesondere Steuern und/oder Regeln, eines Lenkungsaktuators (100) eines Steer-by-Wire-Systems aufweisend: - Bereitstellen (110) eines Lenkungsaktuators (100) mit einem Messgetriebe (10) umfassend eine erste Drehachse (11 ), eine mit dieser gekoppelten zweiten Drehachse (12), und eine mit der ersten Drehachse (11 ) gekoppelten dritte Drehachse (13),
- Erfassen (121 ) einer ersten Position (31 ) der ersten Drehachse (11 ) mit einem ersten Sensor (21 ),
- Erfassen (122) einer zweiten Position (32) der zweiten Drehachse (12) mit einem zweiten Sensor (22),
- Erfassen (123) einer dritten Position (33) der dritten Drehachse (13) mit einem dritten Sensor (23),
- Empfangen (130) der ersten Position (31 ), der zweiten Position (32) und der dritten Position (33) durch eine Steuereinheit (ECU),
- Berechnen (141 ) einer ersten Noniusfunktion (N1 ) basierend auf der ersten Position (31 ) und der zweiten Position (32), um ein erstes Ergebnis (E1 ) zu erhalten,
- Berechnen (142) einer zweiten Noniusfunktion (N2) basierend auf der ersten Position (31 ) und der dritten Position (33), um ein zweites Ergebnis (E2) zu erhalten,
- Berechnen (143) einer dritten Noniusfunktion (N3) basierend auf dem ersten Ergebnis (E1 ) und dem zweiten Ergebnis (E2), um ein drittes Ergebnis (E3) zu erhalten,
- Betreiben (150) des Lenkungsaktuators (100) basierend auf dem dritten Ergebnis (E3).
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ergebnis (E3) eine Ist-Position einer Hubstange (201 ) zur Lenkung umfasst, wobei insbesondere ein Betreiben des Lenkungsaktuators (100) basierend auf dem dritten Ergebnis (E3) eine Anpassung der Ist- Position der Hubstange (201 ) an eine Soll-Position umfasst.
12. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu implementieren.
13. Computerlesbarer Datenträger, in welchem Befehle hinterlegt sind, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
14. Steuereinheit (ECU), aufweisend eine Recheneinheit (CU) und eine Speichereinheit (MU), in welcher Befehle hinterlegt sind, welche bei zumindest teilweiser Ausführung durch die Recheneinheit (CU) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
15. Fahrzeug (200), aufweisend einen Lenkungsaktuator (100) und/oder eine Steuereinheit (ECU) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP23798205.3A 2022-12-19 2023-10-26 Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe Pending EP4638239A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022133934 2022-12-19
PCT/EP2023/079945 WO2024132272A1 (de) 2022-12-19 2023-10-26 Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4638239A1 true EP4638239A1 (de) 2025-10-29

Family

ID=88598943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23798205.3A Pending EP4638239A1 (de) 2022-12-19 2023-10-26 Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20250304163A1 (de)
EP (1) EP4638239A1 (de)
CN (1) CN120418144A (de)
WO (1) WO2024132272A1 (de)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010053596B4 (de) * 2010-12-07 2023-10-05 Kostal Automobil Elektrik Gmbh & Co. Kg Drehwinkelmessvorrichtung
DE102017108863A1 (de) * 2017-04-26 2018-10-31 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Ermitteln eines Drehwinkels einer Lenkwelle mittels dreier Zahnräder

Also Published As

Publication number Publication date
CN120418144A (zh) 2025-08-01
US20250304163A1 (en) 2025-10-02
WO2024132272A1 (de) 2024-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014106928B4 (de) Gleisloser Routenzug
EP3368393B1 (de) Elektromechanische hilfskraftlenkung, verfahren zur bestimmung eines absoluten drehwinkels und verfahren zur kalibrierung einer messeinricchtung zur messung eines absoluten drehwinkels
DE102016114525B4 (de) Spurhalteassistenzvorrichtung
DE102008021849B4 (de) Elektromechanisches Lenksystem für Fahrzeuge
DE602004005804T2 (de) Lenksteuervorrichtung mit rückstelldrehmomentsteuerung
EP4149820B1 (de) Steer-by-wire-lenksystem für ein kraftfahrzeug
DE102015001764B4 (de) Verfahren zum Anlernen zulässiger Lenkwinkel bei einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs
DE102015206678A1 (de) Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges
EP2186405A1 (de) Spritzgestänge und Verfahren zu dessen Steuerung
DE102009028261A1 (de) Verfahren und Steuerung zur Kalibrierung einer automatisch lenkenden Einparkhilfe
DE102012213444A1 (de) Elektrisch unterstütztes Lenkstock-Servolenksystem
DE102008021862B4 (de) Lenksystem
EP3752409B1 (de) Verfahren zur ermittlung tatsächlicher zustandswerte
DE102022102110A1 (de) Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem und Verfahren zur Lenkwinkelerfassung
EP2595823B1 (de) Verfahren zum betreiben einer mechatronischen fahrwerkeinrichtung eines kraftfahrzeugs
EP3747734B1 (de) Ermitteln einer lenkposition bei einem fahrzeuglenksystem mit variabler übersetzung
WO2024132272A1 (de) Kaskadierter noniusalgorithmus bei einem zweistufigen messtechnisch genutzten getriebe
DE102009055025A1 (de) Längenverstellbare Lenkbetätigungseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Träger und mit einer Lenksäule
EP1796947A1 (de) Verfahren zum bestimmen eines lenkwinkels
DE10226988A1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines Drehwinkels einer Welle aus dem Winkel-Signal dreier Single-Turn-Winkelsensoren
EP3201705B1 (de) Verfahren zur regelung eines elektrischen stellantriebs
DE102021109647B4 (de) Fahrermoment- und Lenkwinkelmessung in einem Torque-Overlay-Steering (TOS)
EP3774498A1 (de) Transportfahrzeug
DE60114530T2 (de) Elektrische Servolenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug
EP3984863A1 (de) Lenkungssteuerungssystem eines mehrgliedrigen fahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250620

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)