WO2014067773A2 - Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen führen eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen führen eines kraftfahrzeuges Download PDF

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WO2014067773A2
WO2014067773A2 PCT/EP2013/071513 EP2013071513W WO2014067773A2 WO 2014067773 A2 WO2014067773 A2 WO 2014067773A2 EP 2013071513 W EP2013071513 W EP 2013071513W WO 2014067773 A2 WO2014067773 A2 WO 2014067773A2
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rack
pinion
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Bastian Witte
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
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    • B62D5/003—Backup systems, e.g. for manual steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear

Definitions

  • the invention relates to a device for assisting or automatically guiding a motor vehicle.
  • Driver assistance systems increasingly support a motor vehicle driver when driving a motor vehicle.
  • the increase of this represents the partially, highly or fully automatic guiding a motor vehicle, where the motor vehicle driver makes no steering or braking specifications, but automatically drives the motor vehicle.
  • This poses the problem that in the downshift from the automatic guidance of the motor vehicle to the driver-driven driving the motor vehicle driver requires a certain amount of time to get back to full control. In particular, individual errors should therefore not abruptly lead to the shutdown of the system. On the other hand, the cost of more parts should not be increased unnecessarily.
  • the invention is based on the technical problem of providing a device for assisting or automatically guiding a motor vehicle in which automatic or assisting steering movement is ensured more reliably.
  • Motor vehicle a first steering actuator with an associated steering control unit, a rack, a steering column and a steering handle, wherein the steering column and the steering actuator act on the common rack, wherein at least a second steering actuator with a further associated steering control device is present, the second Steering actuator acts on the common rack.
  • the invention is based on the assumption that conventional steering systems in their mechanics are designed to be single-circuited, ie there is only one steering handle, one steering column
  • Steering gear and also the two wheels are mechanically fixed to each other right and left on the steering arm arms of the pivot bearing, the tie rods and the rack. It is assumed that sufficient dimensioning, manufacturing in
  • the steering actuator with its associated steering control unit is redundant, but not the rack, the steering handle and the steering column.
  • the respective steering actuator is assigned its own sensor system for detecting actual values.
  • the two steering control units receive their desired values through a higher-level control unit for assisting or automatically guiding a motor vehicle, wherein more preferably the data connection between the higher-level control unit and the steering control units takes place via separate bus systems, so that redundancy also exists here, to compensate for single errors. More preferably, the two
  • Steering ECUs connected directly to each other via a further bus system, so that in case of failure of a bus system, the steering control unit associated with the bus system can receive its setpoint values via the other bus system and the further bus system as well as via the further bus system and the other bus system. Send values to the higher-level control unit.
  • the two steering actuators are designed as electric servomotors which are connected to mutually independent electrical power supply units.
  • the two power supply units are designed as batteries, which are connected via diodes to a common generator or a common high-voltage battery, wherein via the diodes, a reaction is prevented.
  • the diodes instead of the diodes, other components can be used which ensure a directed current flow.
  • the two servomotors are the same, the two
  • Servomotors can be put in parallel or successively in operation.
  • the two servomotors are designed for a maximum torque of 3 Nm.
  • the individual servomotor is overtaxed. However, until then, usually the driver has taken control again. Automatically parked vehicles remain however, simply stand. In any case, a single error of a servomotor does not lead to a critical situation.
  • the two servomotors are designed as brushless servomotors. This brings advantages in durability, since no more abrasive brushes are available.
  • the two servomotors may be designed as DC, three-phase or AC motors, wherein in one embodiment, a servo motor is designed as a synchronous motor and the other servomotor as an asynchronous motor.
  • the two servomotors are installed slightly twisted each other.
  • Each electric motor has so-called cogging moments as a function of its number of poles and the magnetic design. If you let go of the rotor, then this moves to a position where the cogging torque is maximum. Due to the slightly twisted arrangement of the servomotors, the number of locking points can be doubled and the cogging torques are reduced. This can be one
  • connection of the two servomotors can be done in various ways, preferably components that have no or only the slightest probability of failure from field experience with electric power steering, are also installed only simple.
  • the two electric servomotors are connected via a respective own steering pinion with the common rack.
  • the two steering pinion of the two servomotors are installed close to each other, so that the
  • the two servomotors are connected via a common steering pinion with the rack, whereby a steering pinion is saved and the teeth of the rack must not be extended. This too can be realized by different embodiments.
  • the two servomotors act on different sides of the common steering pinion. In an alternative embodiment, the two servomotors are seated on a common shaft.
  • the shafts of the servo motors are connected to a common carrier with a steering pinion, wherein the steering pinion is connected to the rack.
  • the two servomotors are connected via a recirculating ball mechanism with belt drive with the rack.
  • This embodiment is preferably used in axis-parallel steering, wherein further preferably the belt drive is doubled.
  • the nut of the recirculating ball gear are designed wider, so that two belt drives can rotate, each with a belt drive is connected to a servo motor.
  • one of the two belts can also be divided into two narrow belts, which then outside of the
  • Recirculating ball gear are arranged and connected to a servo motor, wherein between the two narrow belt, a wider belt is arranged, which is connected to the other servomotor. This provides redundancy with regard to the motors and the drives.
  • both servomotors can be on a common shaft and the belt drive is doubled.
  • an electric servomotor is arranged on the steering column and the other electric servomotor in the engine compartment.
  • Electric servomotors on the steering column in the vehicle interior are also referred to as column EPS systems.
  • the electric servomotor in the engine compartment is installed as a so-called one-pin EPS and shares with the steering column a common steering pinion to convert the rotational movement of the steering column in a translational movement of the rack.
  • the servo motor in the engine compartment and the steering column also each have their own steering pinion.
  • the servomotor in the engine compartment and the steering column share a common steering pinion, whereas the servomotor is coupled to the steering column via its own steering pinion to the rack.
  • the two servo motors are designed as a double motor, which are arranged in a common housing, wherein on a common
  • Rotor shaft permanent magnets are fixed, preferably glued and the
  • Windings of the two servomotors are alternately arranged on the stator side.
  • Fig. 1 is an electromechanical steering with separate steering pinions for
  • Fig. 3 is an electromechanical steering with a common steering pinion for both
  • Fig. 4 is an electromechanical steering with a common steering pinion for both
  • FIG. 5 shows the electromechanical steering according to FIG. 4 in a side view
  • FIG. 6 shows an electromechanical steering system with a common recirculating ball mechanism in a first embodiment
  • Fig. 9 is an electromechanical steering with a servo motor on the steering column and a
  • Fig. 10 is an electromechanical steering with a servo motor on the steering column and a
  • Fig. 1 an electromechanical steering with a servo motor on the steering column and a
  • Fig. 12 is a schematic representation of a double motor.
  • the device 1 shows schematically an electromechanical steering system as part of a device 1 for assisting or automatically guiding a motor vehicle.
  • the device 1 comprises a first steering actuator 2 with an associated steering control unit 3 and a second steering actuator 4 with an associated steering control unit 5.
  • the first steering control unit 3 is connected to a first bus system 6 and the second steering control unit 5 to a second bus system 7 connected.
  • the two steering control units 3, 5 via a another (not shown for reasons of clarity) bus system directly connected.
  • the steering control units 3, 5 receive desired values for the steering actuators 2, 4 from at least one higher-level control unit for the assisting or automatic guidance of the motor vehicle.
  • actual values can be transmitted from the steering control units 3, 5 via the bus systems 6, 7 to the higher-level control unit.
  • these can establish a redundant communication, for example by transmitting desired values for the first steering control unit 3 via the second bus system 7 and the further bus system to the first steering control unit 3 so that it receives its target values in two ways. This can be used for all message transmissions such as the setpoint values of the second steering control unit and the actual values of the first and second steering actuators 2, 4.
  • a redundant communication for example by transmitting desired values for the first steering control unit 3 via the second bus system 7 and the further bus system to the first steering control unit 3 so that it receives its target values in two ways. This can be used for all message transmissions such as the setpoint values of the second steering control unit and the actual values of the first and second steering actuators 2, 4.
  • the steering actuators 2, 4 are included
  • a motor pinion 10 and on the shaft 9, a motor pinion 1 1 is arranged on the shaft 8.
  • a respective steering pinion 12, 13 is connected, which are in engagement with a rack 14.
  • the rack 14 is held by bearings 15 and has at its end tie rods 16 which are connected to pivot lever arms 17 of the pivot bearings which are connected to the wheels 18.
  • a steering handle 19 is connected to a steering column 20, at the free end of a further steering pinion 21 is arranged, which is also in engagement with the rack 14. Again, a ratio between a steering angle Le n k ra d and rotation U of the steering column 20 takes place. In a single error of a steering actuator 2, 4 or his
  • assigned elements is still half of the steering force available, so that the motor vehicle remains safely manageable until the takeover of the motor vehicle driver.
  • Steering pinion 22 are connected, these being on different sides of the
  • Steering pinion 22 act. Assuming that the common steering pinion 22 similar to the rack 14 is built robust, a steering pinion together with storage compared to Fig. 1 is saved, with respect to the individual error otherwise the same as in Fig. 1 applies. Another advantage is that a toothing 23 of the rack 14 does not have to be extended.
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment, the two steering actuators 2, 4 designed as servomotors sitting on a common shaft 24 with a motor pinion 25.
  • Recirculating ball gear 28 connected.
  • the shaft 9 of the second steering actuator 4 is connected to the recirculating ball gear 28 via a wider central belt drive 31.
  • first steering actuator 2 is arranged on the steering column 20 and the second steering actuator 4 in the engine compartment.
  • the motor pinion 10 acts on a toothing of the steering column 20, whereas the motor pinion 1 1 is connected to the steering pinion 21 of the steering column 20.
  • the motor pinion 1 1 may be connected via a dedicated steering pinion 13 to the rack 14, which is shown in Fig. 10.
  • Fig. 1 a further alternative is shown in Fig. 1 1, wherein the steering actuator 2 is connected via its own steering pinion 12 with the rack 14, whereas the second steering actuator 4 accesses with its motor pinion 1 1 on the common steering pinion 21 of the steering column 20.
  • a double motor 35 is shown schematically. On a common
  • Rotor shaft 36 are bonded permanent magnets, not shown, wherein on the stator 37 alternately segmentally the windings 38, 39 of the first steering actuator 2 and the second Lenkaktors 4 are arranged, wherein the windings 38, 39 are each shown only for one segment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen ersten Lenkaktor (2) mit einem zugeordneten Lenk-Steuergerät (3), eine Zahnstange (14), eine Lenksäule (20) und eine Lenkhandhabe (19), wobei die Lenksäule (20) und der Lenkaktor (2) auf die gemeinsame Zahnstange (14) einwirken, wobei mindestens ein zweiter Lenkaktor (4) mit einem weiteren zugeordneten Lenk-Steuergerät (5) vorhanden ist, wobei der zweite Lenkaktor (4) auf die gemeinsame Zahnstange (14) einwirkt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges.
Fahrerassistenzsysteme unterstützen zunehmend einen Kraftfahrzeugführer beim Führen eines Kraftfahrzeuges. Die Steigerung hiervon stellt das teil-, hoch- oder vollautomatische Führen eines Kraftfahrzeuges dar, wo der Kraftfahrzeugführer keinerlei Lenk- oder Bremsvorgaben macht, sondern das Kraftfahrzeug automatisch fährt. Dabei stellt sich das Problem, dass bei der Rückschaltung vom automatischen Führen des Kraftfahrzeuges zum fahrergeführten Fahren der Kraftfahrzeugführer eine gewisse Zeit benötigt, um wieder die vollständige Kontrolle zu übernehmen. Insbesondere Einzelfehler sollen daher nicht schlagartig zur Abschaltung des Systems führen. Andererseits soll der Aufwand für Mehrteile nicht unnötig erhöht werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, bei der automatische oder assistierende Lenkbewegung sicherer gewährleistet ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst die Vorrichtung zum assistierenden oder automatischen Führen eines
Kraftfahrzeuges einen ersten Lenkaktor mit einem zugeordneten Lenk-Steuergerät, eine Zahnstange, eine Lenksäule und eine Lenkhandhabe, wobei die Lenksäule und der Lenkaktor auf die gemeinsame Zahnstange einwirken, wobei mindestens ein zweiter Lenkaktor mit einem weiteren zugeordneten Lenk-Steuergerät vorhanden ist, wobei der zweite Lenkaktor auf die gemeinsame Zahnstange einwirkt. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass konventionelle Lenkanlagen in ihrer Mechanik nur einkreisig ausgebildet sind, d. h. es gibt nur eine Lenkhandhabe, eine Lenksäule, ein
Lenkgetriebe und zudem sind die beiden Räder rechts und links miteinander mechanisch fest verbunden über die Lenkhebelarme der Schwenklager, die Spurstangen und die Zahnstange. Dabei geht man davon aus, dass durch ausreichende Dimensionierung, Fertigung in
metallischen oder ähnlichen Werkstoffen und ausreichenden Tests auf Prüfständen oder im Fahrbetrieb eine Redundanz dieser mechanischen Komponente nicht erforderlich ist. Daher wird nur der Lenkaktor mit seinem zugeordneten Lenk-Steuergerät redundant ausgebildet, nicht jedoch die Zahnstange, die Lenkhandhabe und die Lenksäule. Vorzugsweise wird auch dem jeweiligen Lenkaktor eine eigene Sensorik zur Erfassung von Ist-Werten zugeordnet. Dabei erhalten die beiden Lenk-Steuergeräte ihre Soll-Werte durch ein übergeordnetes Steuergerät für ein assistierendes oder automatisches Führen eines Kraftfahrzeuges, wobei weiter vorzugsweise die Datenverbindung zwischen dem übergeordneten Steuergerät und den Lenk-Steuergeräten über separate Bussysteme erfolgt, sodass auch hier eine Redundanz vorliegt, um Einfachfehler zu kompensieren. Weiter vorzugsweise sind die beiden
Lenk-Steuergeräte über ein weiteres Bussystem direkt miteinander verbunden, sodass bei einem Fehler eines Bussystems das dem Bussystem zugeordnete Lenk-Steuergerät seine Soll-Werte über das andere Bussystem und das weitere Bussystem erhalten kann sowie über das weitere Bussystem und das andere Bussystem seine Ist-Werte an das übergeordnete Steuergerät übermitteln kann.
In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Lenkaktoren als elektrische Servomotoren ausgebildet, die mit von einander unabhängigen elektrischen Energieversorgungseinheiten verbunden sind. Beispielsweise sind die beiden Energieversorgungseinheiten als Batterien ausgebildet, die über Dioden mit einem gemeinsamen Generator oder einer gemeinsamen Hochvolt-Batterie verbunden sind, wobei über die Dioden eine Rückwirkung verhindert wird. Anstelle der Dioden können auch andere Bauelemente zum Einsatz kommen, die einen gerichteten Stromfluss sicherstellen.
Vorzugsweise sind die beiden Servomotoren gleich ausgebildet, wobei die beiden
Servomotoren parallel oder nacheinander in Betrieb genommen werden können. Beispielsweise sind die beiden Servomotoren für ein Maximalmoment von 3 Nm ausgelegt. Mit nur einem Servomotor ist es im Fehlerfall möglich, während der Fahrt mit verminderter Maximaldynamik weiter zu lenken. Lediglich beim Parkieren im Stand, wo die größten Motormomente benötigt werden, ist der einzelne Servomotor überfordert. Allerdings hat bis dahin üblicherweise der Fahrer wieder die Kontrolle übernommen. Automatisch parkierende Fahrzeuge bleiben hingegen einfach stehen. In jedem Fall führt ein Einzelfehler eines Servomotors zu keiner kritischen Situation.
Vorzugsweise sind die beiden Servomotoren als bürstenlose Servomotoren ausgebildet. Dies bringt Vorteile in der Dauerhaltbarkeit, da keine verschleißenden Bürsten mehr vorhanden sind. Die beiden Servomotoren können als Gleichstrom-, Drehstrom- oder Wechselstrommotoren ausgebildet sein, wobei in einer Ausführungsform der eine Servomotor als Synchron-Motor und der andere Servomotor als Asynchron-Motor ausgebildet ist.
Zur Kommutierung der beiden Servomotoren gibt es notwendigerweise zwei Winkelaufnehmer bzw. Resolver. Da der Motorwinkel nun redundant zur Verfügung steht, kann ein separater Lenkradwinkelsensor eines elektronischen Stabilitätsprogramms ersetzt werden. Vorzugsweise werden die beiden Servomotoren zueinander leicht verdreht verbaut. Jeder Elektromotor hat in Abhängigkeit seiner Polzahl und der magnetischen Auslegung so genannte Rastmomente. Wenn man den Rotor loslässt, dann bewegt sich dieser in eine Position, wo das Rastmoment maximal ist. Durch die leicht verdrehte Anordnung der Servomotoren lässt sich die Anzahl der Rastpunkte verdoppeln und die Rastmomente werden geringer. Damit lässt sich ein
gleichmäßigerer Momentenverlauf erreichen.
Die Anbindung der beiden Servomotoren kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen, wobei bevorzugt Bauteile, die aus Felderfahrung mit elektrischen Servolenkungen keine oder nur geringste Ausfallwahrscheinlichkeit haben, auch nur einfach verbaut werden.
In einer Ausführungsform werden die beiden elektrischen Servomotoren über ein jeweils eigenes Lenkungsritzel mit der gemeinsamen Zahnstange verbunden. Bevorzugt werden die beiden Lenkungsritzel der beiden Servomotoren nahe beieinander verbaut, sodass die
Verzahnung nur geringfügig verlängert werden muss.
In einer alternativen Ausführungsform sind die beiden Servomotoren über ein gemeinsames Lenkungsritzel mit der Zahnstange verbunden, wodurch ein Lenkungsritzel eingespart wird und die Verzahnung der Zahnstange nicht verlängert werden muss. Auch dies kann durch unterschiedliche Ausführungsformen realisiert werden.
In einer Ausführungsform wirken die beiden Servomotoren auf unterschiedliche Seiten des gemeinsamen Lenkungsritzels ein. In einer alternativen Ausführungsform sitzen die beiden Servomotoren auf einer gemeinsamen Welle.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind die Wellen der Servomotoren mit einem gemeinsamen Mitnehmer mit einem Lenkungsritzel verbunden, wobei das Lenkungsritzel mit der Zahnstange verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Servomotoren über ein Kugelumlaufgetriebe mit Riementrieb mit der Zahnstange verbunden. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise bei Achsparallelen-Lenkungen zum Einsatz, wobei weiter vorzugsweise der Riementrieb gedoppelt wird. Dabei sind die Mutter des Kugelumlaufgetriebes breiter ausgelegt, sodass zwei Riementriebe umlaufen können, wobei jeweils ein Riementrieb mit einem Servomotor verbunden ist. Zur symmetrischen Belastung des Kugelumlaufgetriebes kann einer der beiden Riemen auch in zwei schmale Riemen unterteilt werden, die dann außen an dem
Kugelumlaufgetriebe angeordnet sind und mit einem Servomotor verbunden sind, wobei zwischen den beiden schmalen Riemen ein breiterer Riemen angeordnet ist, der mit dem anderen Servomotor verbunden ist. Damit ist Redundanz bezüglich der Motoren und der Antriebe vorhanden. Alternativ können sich beide Servomotoren auf einer gemeinsamen Welle befinden und der Riementrieb wird gedoppelt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrischer Servomotor an der Lenksäule und der andere elektrische Servomotor im Motorraum angeordnet. Elektrische Servomotoren an der Lenksäule im Fahrzeuginnenraum werden auch als Column-EPS-Systeme bezeichnet. Der elektrische Servomotor im Motorraum wird als so genanntes Einritzel-EPS verbaut und teilt sich mit der Lenksäule ein gemeinsames Lenkungsritzel zur Wandlung der Rotationsbewegung der Lenksäule in eine Translationsbewegung der Zahnstange. Alternativ können der Servomotor im Motorraum und die Lenksäule auch jeweils ein eigenes Lenkungsritzel aufweisen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform teilen sich der Servomotor im Motorraum und die Lenksäule ein gemeinsames Lenkungsritzel, wohingegen der Servomotor an der Lenksäule über ein eigenes Lenkungsritzel an die Zahnstange gekoppelt ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Servomotoren als Doppelmotor ausgebildet, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei auf einer gemeinsamen
Rotorwelle Permanentmagnete fest angeordnet, vorzugsweise verklebt sind und die
Wicklungen der beiden Servomotoren abwechselnd auf der Statorseite angeordnet sind.
Zusätzlich sind zwei Motorwinkelaufnehmer verbaut. Hierdurch werden viele gemeinsame Teile benutzt, die nicht als störanfällig gelten. Es wird nur ein Lenkungsritzel benötigt und die Motorlagerung kann wie bei herkömmlichen Lenkungen mit nur einem Servomotor beibehalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 eine elektromechanische Lenkung mit separaten Lenkungsritzeln für die
Servomotoren,
Fig. 2 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Lenkungsritzel in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Lenkungsritzel für beide
Servomotoren in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 4 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Lenkungsritzel für beide
Servomotoren in einer dritten Ausführungsform in einer Draufsicht,
Fig. 5 die elektromechanische Lenkung gemäß Fig. 4 in einer Seitenansicht,
Fig. 6 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Kugelumlaufgetriebe in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 7 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Kugelumlaufgetriebe in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 8 eine elektromechanische Lenkung mit einem gemeinsamen Kugelumlaufgetriebe in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 9 eine elektromechanische Lenkung mit einem Servomotor an der Lenksäule und einem
Servomotor im Motorraum in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 10 eine elektromechanische Lenkung mit einem Servomotor an der Lenksäule und einem
Servomotor im Motorraum in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 1 1 eine elektromechanische Lenkung mit einem Servomotor an der Lenksäule und einem
Servomotor im Motorraum in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Doppelmotors.
In der Fig. 1 ist schematisch eine elektromechanische Lenkung als Teil einer Vorrichtung 1 zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Lenkaktor 2 mit einem zugeordneten Lenk-Steuergerät 3 sowie einen zweiten Lenkaktor 4 mit einem zugeordneten Lenk-Steuergerät 5. Dabei ist das erste Lenk- Steuergerät 3 an ein erstes Bussystem 6 und das zweite Lenk-Steuergerät 5 an ein zweites Bussystem 7 angeschlossen. Des weiteren sind die beiden Lenk-Steuergeräte 3, 5 über ein weiteres (aus Übersichtsgründen nicht dargestelltes) Bussystem direkt miteinander verbunden. Über die Bussysteme 6, 7 erhalten die Lenk-Steuergeräte 3, 5 Soll-Werte für die Lenkaktoren 2, 4 von mindestens einem übergeordneten Steuergerät für das assistierende bzw. automatische Führen des Kraftfahrzeuges. Ebenso können Ist-Werte von den Lenk-Steuergeräten 3, 5 über die Bussysteme 6, 7 an das übergeordnete Steuergerät übermittelt werden. Über das weitere Bussystem direkt zwischen den Lenk-Steuergeräten 3, 5 können diese eine redundante Kommunikation aufbauen, indem beispielsweise Soll-Werte für das erste Lenk-Steuergerät 3 auch über das zweite Bussystem 7 und das weitere Bussystem an das erste Lenk-Steuergerät 3 übermittelt werden, sodass dieses seine Soll-Werte über zwei Wege erhält. Dies kann für alle Nachrichtenübermittlungen wie beispielsweise die Soll-Werte des zweiten Lenk-Steuergerätes sowie die Ist-Werte des ersten und zweiten Lenkaktors 2, 4 genutzt werden. In den
Steuergeräten 3, 5 wird ein Soll-Lenkwinkel αδ0ιι in eine tatsächliche Umdrehung U einer Welle 8, 9 des jeweiligen Lenkaktors 2, 4 umgewandelt. Die Lenkaktoren 2, 4 sind dabei
vorzugsweise als elektrische Servomotoren ausgebildet. An der Welle 8 ist ein Motorritzel 10 und an der Welle 9 ein Motorritzel 1 1 angeordnet. Mit den jeweiligen Motorritzeln 10, 1 1 ist ein jeweiliges Lenkungsritzel 12, 13 verbunden, die mit einer Zahnstange 14 in Eingriff stehen. Die Zahnstange 14 ist über Lager 15 gehalten und weist an ihrem Ende Spurstangen 16 auf, die mit Schwenkhebelarmen 17 der Schwenklager verbunden sind, die mit den Rädern 18 verbunden sind. Des weiteren ist eine Lenkhandhabe 19 mit einer Lenksäule 20 verbunden, an deren freien Ende ein weiteres Lenkungsritzel 21 angeordnet ist, das ebenfalls mit der Zahnstange 14 in Eingriff steht. Auch hier findet eine Übersetzung zwischen Lenkwinkel aLenkrad und Umdrehung U der Lenksäule 20 statt. Bei einem Einfachfehler eines Lenkaktors 2, 4 oder seiner
zugeordneten Elemente steht dabei immer noch die Hälfte der Lenkkraft zur Verfügung, sodass das Kraftfahrzeug bis zur Übernahme des Kraftfahrzeugführers sicher beherrschbar bleibt.
In der Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wobei die Bussysteme 6, 7 in dieser und den anderen Ausführungsformen nicht mehr dargestellt sind. Der einzige Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist, dass nunmehr die beiden Motorritzel 10, 1 1 mit einem gemeinsamen
Lenkungsritzel 22 verbunden sind, wobei diese auf unterschiedlichen Seiten des
Lenkungsritzels 22 einwirken. Geht man davon aus, dass das gemeinsame Lenkungsritzel 22 ähnlich der Zahnstange 14 robust gebaut ist, wird ein Lenkungsritzel mitsamt Lagerung im Vergleich zu Fig. 1 eingespart, wobei hinsichtlich der Einzelfehler ansonsten das gleiche wie zu Fig. 1 gilt. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Verzahnung 23 der Zahnstange 14 nicht verlängert werden muss. In der Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei die beiden als Servomotoren ausgebildeten Lenkaktoren 2, 4 auf einer gemeinsamen Welle 24 mit einem Motorritzel 25 sitzen.
In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei die beiden Motorwellen 8, 9 über ein Schneckengetriebe mit Lenkungsritzeln 26, 27 verbunden sind. Das Lenkungsritzel 27 steht mit der Zahnstange 14 in Eingriff.
In der Fig. 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei im Vergleich zu Fig. 2 das gemeinsame Lenkungsritzel 22 durch ein gemeinsames Kugelumlaufgetriebe 28 ersetzt wurde und die Motorritzel 10, 1 1 entfallen. Die Welle 8 des ersten Lenkaktors 2 ist aus
Symmetriegründen durch zwei schmale äußere Riementriebe 29, 30 mit dem
Kugelumlaufgetriebe 28 verbunden. Die Welle 9 des zweiten Lenkaktors 4 ist über einen breiteren mittleren Riementrieb 31 mit dem Kugelumlaufgetriebe 28 verbunden.
In den Fig. 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform mit einem Kugelumlaufgetriebe 28 dargestellt, wo jeweils die beiden Lenkaktoren 2, 4 auf einer gemeinsamen Welle 24 sitzen, die über einen zweifachen Riementrieb 32, 33 mit dem Kugelumlaufgetriebe 28 verbunden ist.
In der Fig. 9 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei der erste Lenkaktor 2 an der Lenksäule 20 und der zweite Lenkaktor 4 im Motorraum angeordnet ist. Dabei greift das Motorritzel 10 an einer Verzahnung der Lenksäule 20 an, wohingegen das Motorritzel 1 1 mit dem Lenkungsritzel 21 der Lenksäule 20 verbunden ist.
Alternativ kann das Motorritzel 1 1 über ein eigenes Lenkungsritzel 13 mit der Zahnstange 14 verbunden sein, was in Fig. 10 dargestellt ist.
Schließlich ist in Fig. 1 1 eine weitere Alternative dargestellt, wobei der Lenkaktor 2 über ein eigenes Lenkungsritzel 12 mit der Zahnstange 14 verbunden ist, wohingegen der zweite Lenkaktor 4 mit seinem Motorritzel 1 1 auf das gemeinsame Lenkungsritzel 21 der Lenksäule 20 zugreift.
In der Fig. 12 ist schematisch ein Doppelmotor 35 dargestellt. Auf einer gemeinsamen
Rotorwelle 36 sind nicht dargestellte Permanentmagnete verklebt, wobei auf dem Stator 37 abwechselnd segmentweise die Wicklungen 38, 39 des ersten Lenkaktors 2 und des zweiten Lenkaktors 4 angeordnet sind, wobei die Wicklungen 38, 39 jeweils nur für ein Segment dargestellt sind.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Lenkaktor
Lenk-Steuergerät
Lenkaktor
Lenk-Steuergerät
Bussystem
Bussystem
Welle
Welle
Motorritzel
Motorritzel
Lenkungsritzel
Lenkungsritzel
Zahnstange
Lager
Spurstange
Schwenkhebelarm
Räder
Lenkhandhabe
Lenksäule
Lenkungsritzel
Lenkungsritzel
Verzahnung
Welle
Motorritzel
Lenkungsritzel
Lenkungsritzel
Kugelumlaufgetriebe
Riementrieb
Riementrieb
Riementrieb Riementrieb Riementrieb Doppelmotor Rotorwelle Stator Wicklung Wicklung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zum assistierenden oder automatischen Führen eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen ersten Lenkaktor (2) mit einem zugeordneten Lenk-Steuergerät (3), eine Zahnstange (14), eine Lenksäule (20) und eine Lenkhandhabe (19), wobei die Lenksäule (20) und der Lenkaktor (2) auf die gemeinsame Zahnstange (14) einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein zweiter Lenkaktor (4) mit einem weiteren zugeordneten
Lenk-Steuergerät (5) vorhanden ist, wobei der zweite Lenkaktor (4) auf die gemeinsame Zahnstange (14) einwirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lenkaktoren (2, 4) als elektrische Servomotoren ausgebildet sind, die mit voneinander unabhängigen elektrischen Energieversorgungseinheiten verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Servomotoren über ein jeweils eigenes Lenkungsritzel (12, 13) mit der gemeinsamen Zahnstange (14) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Servomotoren über ein gemeinsames Lenkungsritzel (22) mit der Zahnstange (14) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Servomotoren auf unterschiedliche Seiten des gemeinsamen Lenkungsritzels (22) einwirken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Servomotoren auf einer gemeinsamen Welle (24) sitzen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Servomotoren über ein Kugelumlaufgetriebe (28) mit Riementrieb (29-33) mit der Zahnstange (14) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (8, 9) der Servomotoren mit einem gemeinsamen Zwischengetriebe mit Lenkungsritzeln (26, 27) verbunden sind, wobei das Lenkungsritzel (27) mit der Zahnstange (14) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer
Servomotor an der Lenksäule (20) und der andere elektrische Servomotor im Motorraum angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Servomotoren als Doppelmotor (35) ausgebildet sind, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei auf einer gemeinsamen Rotorwelle (36) Permanentmagnete fest angeordnet sind und die Wicklungen (38, 39) der beiden Servomotoren abwechseln auf dem Stator (37) angeordnet sind.
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