WO2016131506A1

WO2016131506A1 - Lenksystem für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2016131506A1
Application number: PCT/EP2015/077409
Authority: WO
Inventors: Eugen Sworowski; Alexander Gaedke
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-08-25
Also published as: US20180029636A1; US10625774B2; DE102015102228A1; JP2018507812A

Abstract

Ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen Servomotor sowie eine Wassereintrittserkennungseinrichtung, wobei mindestens eine Phasenleitung des Servomotors mit einer Detektionsleitung zur Detektierung des Wasserstands in einem Wassersammelbereich verbunden ist.

Description

Titel der Erfindung

Lenksystem für ein Kraftfahrzeug Beschreibungsteil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer

Wassereintrittserkennungseinrichtung zum Erkennen von Wassereintritt nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

In der DE 10 2006 051 799 A1 wird ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das mit einer Erkennungseinrichtung zur Detektion von Wassereintritt in das

Lenkgehäuse des Lenksystems ausgestattet ist. Die Erkennungseinrichtung für

Wassereintritt umfasst eine in das Lenkgehäuse einragende Elektrode, die über eine Verbindungsleitung mit einer elektrischen Leitung eines Drehmomentsensors verbunden ist. Bei Wassereintritt in das Lenkgehäuse wird die Elektrode elektrisch mit dem Massepotenzial des Lenkgehäuses verbunden, wodurch das Spannungspotenzial der elektrischen Leitung des Drehmomentsensors absinkt, was mittels einer

Steuerelektronik detektiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug so auszubilden, dass ein Wassereintritt in ein Gehäuse eines Bauteils des Lenksystems detektiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Lenksystem, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, umfasst einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines die Lenkbewegung

unterstützenden Servomoments sowie darüber hinaus eine

Wassereintrittserkennungseinrichtung, mit deren Hilfe Wassereintritt in ein Gehäuse eines Bauteils des Lenksystems festgestellt werden kann. Der Servomotor ist über eine Kopplungseinrichtung an das Lenkgetriebe des Lenksystems angebunden, über das die Lenkbewegung, die der Fahrer über das Lenkrad vorgibt, in die

Vorderradlenkbewegung umgesetzt wird. Der elektrische Servomotor wird über ein Steuergerät angesteuert, in dem sich eine Leistungselektronik befindet. Die Höhe des unterstützenden Servomomentes kann vom Lenkmoment abhängig gemacht werden, das über einen Lenkmomentsensor im Lenksystem ermittelt wird.

Ein Wassereintritt kann grundsätzlich an verschiedenen Stellen im Lenksystem passieren. Beispielsweise ist das Lenkgestänge, das Teil der Lenkmechanik ist, in einem Lenkgehäuse aufgenommen, in das an verschiedenen Positionen Wasser eintreten kann, beispielsweise im Bereich der Lenkwelle, die in das Lenkgehäuse geführt ist, und/oder im Bereich der Anbindung des elektrischen Servomotors oder eines zwischen Servomotor und Lenkmechanik angeordneten Getriebes. Auch in das Motorgehäuse des Servomotors und/oder das Gehäuse des Steuergerätes des

Servomotors kann Wasser eintreten, insbesondere im Bereich der Verbindung zum Lenkgehäuse oder im Verbindungsbereich zwischen Motorgehäuse und

Steuergerätgehäuse.

Die Wassereintrittserkennungseinrichtung ist dadurch realisiert, dass eine elektrische Detektionsleitung mit einer Phasenleitung zur Stromversorgung des Servomotors verbunden ist, wobei die elektrische Detektionsleitung zur Feststellung des

Wasserstands in einem Wassersammelbereich in dem zu untersuchenden Gehäuse dient. Befindet sich Wasser in dem Wassersammelbereich im Gehäuse, ändert sich der elektrische Widerstand, was aufgrund der Verbindung der Detektionsleitung mit der Phasenleitung des Servomotors zu einer Spannungsänderung in der Phasenleitung führt, die detektiert werden kann. Die Spannungsänderung wird insbesondere von einer Auswerteelektronik im Steuergerät festgestellt und kann in dem Steuergerät

weiterverarbeitet werden, über das der Servomotor angesteuert wird und mit Strom versorgt wird.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Wassereintrittserkennungseinrichtung mit einfachen Maßnahmen allein dadurch hergestellt werden kann, dass eine

Detektionsleitung mit einer Phasenleitung zur Stromversorgung des Servomotors verbunden wird. Da die Phasenleitung mit dem Steuergerät verbunden und von diesem angesteuert wird, kann auch die Spannungsänderung in der Phasenleitung in dem Steuergerät erfasst werden, so dass eine separate Auswerteeinheit nicht erforderlich ist. Vielmehr kann die bereits bestehende Hardware zur elektrischen

Servounterstützung genutzt werden.

Die Wassereintrittserkennungseinrichtung setzt lediglich den elektrischen Servomotor im Lenksystem voraus. Weitere Einrichtungen wie zum Beispiel ein Drehmomentsensor können zwar Bestandteil des Lenksystems sein, sie sind jedoch keine Voraussetzung für die Detektierung von Wasser in dem zum Lenksystem gehörenden Gehäuse.

Die elektrische Detektionsleitung verläuft, gemäß vorteilhafter Ausführung, zwischen der Phasenleitung und dem Wassersammelbereich. Die Detektionsleitung ist einenends mit der Phasenleitung elektrisch verbunden, das andere Ende der Detektionsleitung dient dazu, bei Wassereintritt einen Stromkreis zu schließen, so dass die

Detektionsleitung elektrisch auf Masse des Gehäuses gelegt wird. Dieses Ende der Detektionsleitung ragt, gemäß bevorzugter Ausführung, in den Wassersammelbereich in dem Gehäuse ein, wobei es grundsätzlich ausreicht, dass lediglich das freie Ende der Detektionsleitung ohne zusätzliche Elektrode oder Sensor einragt. Sobald sich Wasser in dem Bereich ansammelt und das freie Ende der Detektionsleitung benetzt, wird der elektrische Widerstand zwischen der Detektionsleitung und den Wandungen des Gehäuses herabgesetzt, wodurch das Spannungspotenzial zumindest annähernd auf das Massepotenzial des Gehäuses abgesenkt wird.

Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen die Detektionsleitung

beispielsweise mit einer Elektrode verbunden ist, welche in dem Wassersammelbereich einragt.

In jedem Fall ist es zweckmäßig, dass das freie Ende mit Abstand zu den

begrenzenden Wandungen in den Wassersammelbereich einragt. Dies stellt sicher, dass ein ausreichend hoher elektrischer Widerstand zwischen Detektionsleitung und den Wandungen des Gehäuses für den Fall besteht, dass kein oder nur wenig Wasser in dem Wassersammelbereich aufgenommen und das freie Ende der Detektionsleitung - oder gegebenenfalls eine mit der Detektionsleitung verbundene Elektrode - ohne Kontakt zu dem Wasser ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind zumindest zwei verschiedene Phasenleitungen für den elektrischen Servomotor vorgesehen, die jeweils mit einer elektrischen Detektionsleitung zur Detektierung des Wasserstands in einem

Wassersammelbereich verbunden sind. Dies ermöglicht beispielsweise eine redundante Ausführung, bei der mindestens zwei Detektionsleitungen in den gleichen

Wassersammelbereich einragen, wobei in jeder Phasenleitung eine

Spannungsänderung eintritt, wenn die zugeordnete Detektionsleitung in Kontakt mit Wasser gelangt.

Es sind auch beispielsweise Ausführungen möglich, bei denen die Detektionsleitungen in einem unterschiedlichen Höhenabstand in den Wassersammelbereich einragen und somit bei unterschiedlichen Füllhöhen des Wassers im Wassersammelbereich sich eine Spannungsänderung in den betreffenden Phasenleitungen einstellt. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die verschiedenen Detektionsleitungen in unterschiedliche

Wassersammelbereiche einragen, so dass verschiedene Gehäuse oder innerhalb eines Gehäuses verschiedene Gehäuseabschnitte auf Wassereintritt überwacht werden können.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist eine Phasenleitung mit mindestens zwei verschiedenen Detektionsleitungen verbunden, die entweder in den gleichen Wassersammeiraum oder in unterschiedliche Wassersammeiräume einragen. Auch in diesem Fall sind entweder redundante Auslegungen möglich oder die gleichzeitige Überwachung verschiedener Wassersammelbereiche. Sobald eine der Detektionsleitungen in Kontakt mit Wasser gelangt, sinkt die Spannung in der

Phasenleitung ab.

Zur Wassereintrittserkennungseinrichtung gehört außerdem, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, eine elektrische Verbindungsleitung zwischen dem

Gehäuse, in welchem sich der Wassersammeiraum befindet, und dem Steuergerät des elektrischen Servomotors. Auf diese Weise kann bei einer entsprechenden Füllhöhe des Wassers im Wassersammeiraum ein geschlossener Stromkreis über die elektrische Verbindungsleitung zwischen Steuergerät und dem Gehäuse sowie der

Detektionsleitung und der Phasenleitung, welche ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden ist, hergestellt werden. Bei dem elektrischen Servomotor handelt es sich, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, um einen Synchronmotor, beispielsweise um einen Dreiphasen- Synchronmotor. Allgemein kommen sowohl Synchronmotoren als auch

Asynchronmotoren in Betracht. Es können Motoren mit n Phasen eingesetzt werden, beispielsweise den genannten drei Phasen oder 2x3 Phasen.

Der Servomotor ist vorzugsweise als elektrisch kommutierter Motor ausgebildet und weist vorzugsweise Permanentmagnete auf dem Rotor auf. Jeder Phase des

Synchronmotors ist eine Phasenleitung zugeordnet, so dass insgesamt drei

Phasenleitungen zur Verfügung stehen, von denen eine oder mehrere Phasenleitungen mit Detektionsleitungen verbunden sind, um den Füllstand in einem oder mehreren Wassersammeiräumen in einem oder mehreren Gehäusen des Lenksystems

überwachen zu können.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug,

Fig. 2 eine Darstellung des Lenksystems mit elektrischem Servomotor in achsparalleler Anordnung zu einer Zahnstange des Lenksystems,

Fig. 3 eine Wassereintrittserkennungseinrichtung des Lenksystems in einer Darstellung als Blockschaltbild,

Fig. 4 in einer Ausführungsvariante eine Wassereintrittserkennungseinrichtung des Lenksystems.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 dargestellte Lenksystem 1 umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. - welle 3, ein Lenkgehäuse 4 mit einem darin aufgenommenen Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkspindel 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δι_ vor, der im

Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 auf die Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δ_ν einstellt.

Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments dient ein elektrischer Servomotor 7, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist werden kann.

Wie der Darstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen, ist der elektrische Servomotor 7 beispielhaft achsparallel zum Lenkgestänge 5 angeordnet. Der Servomotor 7 ist an das Lenkgehäuse 4 angeflanscht, wobei die Motorwellenlängsachse 8 des Servomotors 7 parallel zur Längsachse 9 des Lenkgehäuses und einer Zahnstange verläuft, welche Teil des Lenkgestänges 5 ist und von der Lenkwelle 3 translatorisch entlang der Längsachse 9 verstellt wird. Die Antriebsbewegung der Motorwelle des elektrischen Servomotors 7 wird als Unterstützungsbewegung auf die Zahnstange des

Lenkgestänges 5 übertragen. Dem Servomotor 7 ist ein Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Motoransteuerung des Servomotors durchgeführt wird.

In Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild ein Teil des Lenksystems dargestellt, mit welchem eine Wassereintrittserkennungseinrichtung im Lenksystem realisiert wird, mit deren Hilfe eine Wasseransammlung in einem Wassersammelbereich 1 1 im Lenksystem festgestellt werden kann. Der Wassersammelbereich 1 1 befindet sich im Lenkgehäuse 4 des Lenksystems, in welchem die Lenkmechanik 12 untergebracht ist - in Fig. 3 symbolisiert durch drei Zahnräder, die über die Motorwelle 13 des elektrischen

Servomotors 7 angetrieben werden. Die Füllhöhe 14 des Wassers im

Wassersammelbereich 1 1 ist mit strichlierter Linie gekennzeichnet.

Der elektrische Servomotor 7 wird von dem Steuergerät 10 angesteuert, in welchem sich eine Leistungselektronik sowie eine Auswerteeinheit 15 befinden. Der elektrische Servomotor 7 ist als Dreiphasen-Synchronmotor ausgeführt und wird von dem

Steuergerät 10 über drei Phasenleitungen 1 6a, 1 6b, 1 6c mit Strom versorgt. Von der Phasenleitung 1 6a zweigt eine Detektionsleitung 17 ab, deren freies Ende in den Wassersammelbereich 1 1 im Lenkgehäuse 4 einragt. Das freie Ende der Detektionsleitung 17 liegt auf Abstand zu den begrenzenden Wandungen des

Lenkgehäuses 4. Es kann zweckmäßig sein, am freien Ende der Detektionsleitung 17 eine Elektrode anzuordnen.

Des Weiteren ist das Lenkgehäuse 4 über eine Verbindungsleitung 18 mit dem

Steuergerät 10 verbunden. Die Verbindungsleitung 18 kann Teil eines EMV-Filters (elektromagnetische Verträglichkeit) sein.

Befindet sich Wasser in dem Wassersammelbereich 1 1 und erreicht das Wasser die Füllhöhe 14, so liegt das freie Ende der Detektionsleitung 17 innerhalb des Wassers im Wassersammelbereich und wird ein Stromkreis über die Verbindungsleitung und die Detektionsleitung 17 sowie die Phasenleitung 1 6a geschlossen. Hierdurch sinkt das Spannungspotenzial in der Phasenleitung 1 6a auf das Massepotenzial des Gehäuses 4 ab, was in der Auswerteeinheit 15 im Steuergerät 10 registriert werden kann. Daraufhin kann ein Warnsignal erzeugt werden, welches beispielsweise dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden kann.

Befindet sich dagegen kein Wasser im Wassersammeiraum 1 1 bzw. liegt die Füllhöhe 14 niedriger als das freie Ende der Detektionsleitung 17, so ist der Stromkreis über die Detektionsleitung 17 unterbrochen, so dass das Potenzial in der Phasenleitung 1 6a unbeeinflusst bleibt.

Das Blockschaltbild in Fig. 4 zeigt die gleiche Einrichtung wie in Fig. 3, so dass in Bezug auf übereinstimmende Bauteile auf die Beschreibung gemäß Fig. 3 verwiesen wird. Unterschiedlich ist jedoch in Fig. 4, dass insgesamt zwei Detektionsleitungen 17a, 17c vorhanden sind, die von jeweils einer Phasenleitung 1 6a, 1 6c des Servomotors 7 verzweigen und deren freies Ende jeweils in den Wassersammeiraum 1 1 einragt. Auf diese Weise kann eine redundante Auslegung der Wassereintrittserkennungs- einrichtung erreicht werden. Bei der dargestellten Füllhöhe 14 des Wassers im

Wassersammelbereich 1 1 tauchen beide Enden der Detektionsleitungen 17a, 17c in das Wasser ein, so dass jeweils ein Stromkreis geschlossen ist und das

Spannungspotenzial in beiden Phasenleitungen 1 6a, 1 6c absinkt. Der Spannungsabfall kann in der Auswerteeinheit 15 registriert werden. Die Enden der Detektionsleitungen 17a, 17c können, wie dargestellt, auf unterschiedlicher Höhe enden, so dass mit steigendem Wasserstand im

Wassersammelbereich 1 1 zunächst die dem Boden des Wassersammelbereichs 1 1 näher zugewandte Detektionsleitung 17a mit Wasser in Berührung kommt und erst anschließend die weiter oben endende Detektionsleitung 17c. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Detektionsleitungen 17a, 17c auf gleicher Höhe im

Wassersammelbereich 1 1 enden.

Bezugszeichenliste

1 Lenksystem

2 Lenkrad

3 Lenkwelle

4 Lenkgehäuse

5 Lenkzahnstange

6 Vorderrad

7 elektrischer Servomotor

8 Motorwellenlängsachse

9 Längsachse

10 Steuergerät

1 1 Wassersammelbereich

12 Lenkmechanik

13 Motorwelle

14 Füllhöhe

15 Auswerteeinheit

16 Phasenleitung

17 Detektionsleitung

18 Verbindungsleitung

Claims

Ansprüche

1 . Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor (7) zur

Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomoments und mit einer Wassereintrittserkennungseinrichtung zum Erkennen von Wassereintritt in ein Gehäuse (4) des Lenksystems (1 ) bzw. eines Bauteils des Lenksystems (1 ),

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens eine Phasenleitung (1 6) zur Stromversorgung des elektrischen Servomotors (7) mit einer elektrischen Detektionsleitung (17) zur Detektierung des Wasserstands in einem Wassersammelbereich (1 1 ) im Gehäuse verbunden ist.

2. Lenksystem nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die elektrische Detektionsleitung (17) zwischen der Phasenleitung (1 6) und dem Wassersammelbereich (1 1 ) verläuft.

3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die elektrische Detektionsleitung (17) in den Wassersammelbereich (1 1 ) einragt.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens eine Phasenleitung (1 6) zur Stromversorgung des elektrischen Servomotors (7) mehreren elektrischen Detektionsleitungen (17) zur Detektierung des Wasserstands in einem oder verschiedenen Wassersammelbereichen (1 1 ) verbunden ist.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens zwei verschiedene Phasenleitungen (1 6) des elektrischen

Servomotors (7) mit jeweils einer elektrischen Detektionsleitung (17) zur Detektierung des Wasserstands in einem Wassersammelbereich (1 1 ) im Gehäuse verbunden sind.

6. Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die verschiedenen Detektionsleitungen (17) zur Detektierung des Wasserstands im gleichen Wassersammelbereich (1 1 ) dienen.

7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse ein Lenkgehäuse (4) des Lenksystems (1 ) zur Aufnahme der Lenkmechanik (12) ist.

8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gehäuse ein Motorgehäuse zur Aufnahme des Servomotors (7) und/oder eines Steuergeräts (10) des Servomotors (7) ist.

9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass der elektrische Servomotor (7) ein Synchronmotor, insbesondere ein Dreiphasen- Synchronmotor ist.

10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Wassereintrittserkennungseinrichtung eine elektrische Verbindungsleitung (18) zwischen dem Gehäuse (4) und dem Steuergerät (10) aufweist.