WO2024002557A1 - Steer-by-wire steering system, and method for operating a steer-by-wire steering system - Google Patents

Steer-by-wire steering system, and method for operating a steer-by-wire steering system Download PDF

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WO2024002557A1
WO2024002557A1 PCT/EP2023/061528 EP2023061528W WO2024002557A1 WO 2024002557 A1 WO2024002557 A1 WO 2024002557A1 EP 2023061528 W EP2023061528 W EP 2023061528W WO 2024002557 A1 WO2024002557 A1 WO 2024002557A1
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WO
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steer
gear
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Peter Iwanski
Dirk Dreyer
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a steer-by-wire steering system and a method for operating a steer-by-wire steering system.
  • Steer-by-wire steering systems are usually designed in such a way that they have a steering column module and a steering gear that are mechanically decoupled and electrically connected.
  • a steering wheel angle is recorded and transmitted to a control unit of the steering gear in order to determine a target steering angle, which is then adjusted using a steering actuator.
  • the steering actuator is usually an electric motor that deflects a rack to set the desired steering angle on the wheels.
  • An actuator for generating a counter-torque is arranged on a steering column, so that the driver of the motor vehicle gets a steering feeling that he is familiar with from conventional steering systems. It is also known to design many of the structural units mentioned as redundant in order to ensure reliability. A wide variety of concepts are known as to how the respective redundancy or a fallback level can be guaranteed.
  • the invention is based on the technical problem of creating a steer-by-wire steering system that has improved reliability and of providing a corresponding method.
  • the steer-by-wire steering system has a steering column module and a steering gear.
  • the steering column module has a first sensor module and a second sensor module, each of which detects at least one steering wheel angle.
  • the steering column module also has a steering wheel, a steering column, and at least one actuator for generating a counter torque Steering column and at least two control devices for the at least one actuator to generate the counter torque.
  • the steering wheel is generally understood here as a steering handle in order to specify a desired steering angle.
  • the first control device for the at least one actuator is connected to a first control device of the steering gear via at least one bus connection.
  • the second control unit for the at least one actuator is connected to a second control unit of the steering gear via at least one second bus connection.
  • the first sensor unit is connected directly to the first control unit of the steering gear via a sensor interface and the second sensor unit is connected directly to the first control unit for the at least one actuator via a sensor interface.
  • the sensor interface is preferably designed as a SENT interface (Single Edge Nibble Transmission).
  • the steer-by-wire steering system is designed in such a way that, during error-free operation, the first control device of the at least one actuator transmits a steering wheel angle and a gear ratio to the first control device of the steering gear, which are then used to calculate the target steering angle.
  • the steering wheel angle transmitted via the sensor interface is used by the first control unit of the steering gear to calculate a target steering angle.
  • the first sensor module and the first control unit of the steering gear have a common power supply. This improves reliability overall, since the steering wheel angle is transmitted via two different transmission paths, namely via a bus connection and one via a sensor interface. Due to the common power supply from the first sensor module and the first control unit of the steering gear, the first sensor module still works even if the power supply to the first control unit of the at least one actuator fails. In the event of an error, the gear ratio can then be supplied to the first control unit from another unit and this uses the last transmitted gear ratio.
  • the steer-by-wire steering system is designed such that only if the first control device and the second control device fail for the at least one actuator, the steering wheel angle transmitted via the sensor interface from the first sensor module to the first control device of the steering gear is used to calculate the Target steering angle is used.
  • the advantage is the better coordination between the target steering angle and the counter torque, as long as a control unit of the at least one actuator is still working without errors, with the steering wheel angle of the sensor interface only being used in the event of a double error and total failure of the steering column module.
  • the first and second sensor modules are designed to additionally detect a manual torque.
  • the at least one actuator for generating a counter torque is designed as an electric motor with a first set and a second set of windings that are independent of each other, the first set of windings being controlled by the first control device for the actuator and the second set of windings is controlled by the second control unit.
  • a set has three windings each. Since the first and second control devices preferably have different voltage supplies and the rotor of the electric motor is very robust and fail-safe, the actuator is functional in the event of a wide variety of individual errors.
  • the first control device of the actuator and the first control device of the steering gear are connected to one another via a first bus system and a second bus system, the first bus system being designed as an exclusive bus system (e.g. private CAN), via which the steering wheel angle and the gear ratio is transferred.
  • the first bus system being designed as an exclusive bus system (e.g. private CAN), via which the steering wheel angle and the gear ratio is transferred.
  • an exclusive bus system e.g. private CAN
  • the first control device and the second control device of the at least one actuator have a communication connection, wherein the steer-by-wire steering system is designed such that the first control device transmits at least one steering wheel angle starting value to the second control device.
  • the communication preferably takes place continuously, so that the second control device knows the current steering wheel angle and the gear ratio.
  • the communication connection can also be designed as an exclusive bus connection (e.g. private CAN).
  • the second control unit of the actuator is designed to determine an absolute steering wheel angle using a rotor angle of the steering gear.
  • a steer-by-wire steering system 1 is shown schematically in FIG.
  • the steer-by-wire steering system 1 has a steering column module 2 and a steering gear 3.
  • the steering column module 2 has a steering wheel 4 and a steering column 5.
  • a first sensor module 6 and a second sensor module 7 are arranged on the steering column 5, wherein the first sensor module 6 and the second sensor module 7 are designed to detect a steering wheel angle (p and a hand torque on the steering wheel 4.
  • the steering column module 2 also has a Actuator 8 to generate a counter torque on the steering wheel 4, the actuator 8 being designed as an electric motor with a first set 9 and a second set 10 of windings, the first set 9 of windings being controlled by a first control unit 11 and the second set 10 of Windings are controlled by a second control device 12, with the associated power electronics not being shown for clarity reasons.
  • the first control device 11 and the second control device 12 are connected to one another via a communication connection 13.
  • the second sensor module 7 is connected to the first control device 11 via a sensor interface 14 connected for the actuator 8.
  • the steering gear 3 has a first control device 15 and a second control device 16.
  • the steering gear 3 also has two power electronics 17, 18, each of which controls a half motor 19, 20.
  • the two half motors 19, 20 work on a common rotor 21, which is connected to a rack 22 via a gear (not shown).
  • the two control devices 15, 16 control the power electronics 17, 18. As shown, one control device 15, 16 can control both power electronics 17, 18 or one control device 15, 16 can control one power electronics 17, 18.
  • a communication connection 23 between the first control device 15 and the second control device 16 is also shown.
  • the first sensor module 6 is directly connected to the first control unit 15 of the steering gear 3 via a sensor interface 24.
  • the first control unit 11 of the actuator 8 is connected to the first control unit 15 of the steering gear 3 via a first bus system 25 and a second bus system 26.
  • the first bus system 25 is designed as an exclusive bus system
  • the second bus system 26 is designed as a vehicle bus system on which other control devices also communicate, which is indicated by the outgoing line.
  • the control device 11 transmits the steering wheel angle (p of the second sensor module 7 and the gear ratio ü to the first control device 15 of the steering gear 3.
  • the second control device 12 of the actuator 8 is also via a further bus system 27, which is also used, for example, as a vehicle bus system is designed with the second control device 16 of the Steering gear 3 connected. It is further shown that a rotor angle q>R is transmitted to the second control device 16, which can alternatively or additionally also be supplied to the first control device 15.
  • the power supplies are not shown, although redundant elements each have a different power supply.
  • the steering column module 2 has a first and second voltage supply and the steering gear 3 has a first and second voltage supply, whereby these can be the same or independent of one another.
  • the voltage supply for the first sensor module 6 is the same as for the first control unit 15 of the steering gear 3.
  • the first control device 11 transmits the steering wheel angle (p and the gear ratio ü via the bus system 25 to the first control device 15 of the steering gear 3, which then determines a target steering angle from this and controls the power electronics 17, 18 accordingly. If the first control unit 11, the steering wheel angle (p and the gear ratio ü can be transmitted from the second control unit 12 to the second control unit 16 of the steering gear 3, the steering wheel angle (p being determined from the rotor angle >R with knowledge of the gear ratio ü. The second control unit also falls 12, the first control device 15 still receives the steering wheel angle (p from the first sensor module 6 and can calculate a corresponding target steering angle. The first control device 15 can also receive the gear ratio ü from another control device. With regard to the speed of data transmission transmission via the sensor interfaces is the fastest, followed by the exclusive bus systems, whereas the vehicle bus systems are the slowest.

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Abstract

The invention relates to a steer-by-wire steering system, the steer-by-wire steering system comprising a steering column module and a steering gear, the steering column module comprising a first sensor module and a second sensor module which each sense at least one steering wheel angle, the steering column module also comprising a steering wheel, a steering column, at least one actuator for generating a counter-torque on the steering column, and two control devices for the at least one actuator for generating the counter-torque, the steering gear having at least two control devices, the first control device for the at least one actuator being connected to a first control device of the steering gear via at least one bus connection, and the second control device for the at least one actuator being connected to a second control device of the steering gear via at least one bus connection.

Description

Beschreibung Description
Steer-by-Wire-Lenksystem und Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems Steer-by-wire steering system and method for operating a steer-by-wire steering system
Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Stee r- by- Wi re- Le n ksy ste m s . The invention relates to a steer-by-wire steering system and a method for operating a steer-by-wire steering system.
Steer- by- Wire- Lenksysteme sind üblicherweise derart ausgebildet, dass diese ein Lenksäulenmodul und ein Lenkgetriebe aufweisen, die mechanisch entkoppelt und elektrisch verbunden sind. Dabei wird ein Lenkradwinkel erfasst und an ein Steuergerät des Lenkgetriebes übertragen, um daraus einen Soll-Lenkwinkel zu bestimmen, der dann mittels eines Lenkaktors eingestellt wird. Der Lenkaktor ist üblicherweise ein Elektromotor, der eine Zahnstange auslenkt, um den Soll-Lenkwinkel an den Rädern einzustellen. Dabei ist an einer Lenksäule ein Aktor zur Erzeugung eines Gegenmomentes angeordnet, sodass der Kraftfahrzeugführer ein Lenkgefühl vermittelt bekommt, wie dieser es von herkömmlichen Lenksystemen kennt. Dabei ist es weiter bekannt, viele der genannten Baueinheiten redundant auszubilden, um so die Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Dabei sind verschiedenste Konzepte bekannt, wie die jeweilige Redundanz bzw. eine Rückfallebene gewährleistet werden kann. Steer-by-wire steering systems are usually designed in such a way that they have a steering column module and a steering gear that are mechanically decoupled and electrically connected. A steering wheel angle is recorded and transmitted to a control unit of the steering gear in order to determine a target steering angle, which is then adjusted using a steering actuator. The steering actuator is usually an electric motor that deflects a rack to set the desired steering angle on the wheels. An actuator for generating a counter-torque is arranged on a steering column, so that the driver of the motor vehicle gets a steering feeling that he is familiar with from conventional steering systems. It is also known to design many of the structural units mentioned as redundant in order to ensure reliability. A wide variety of concepts are known as to how the respective redundancy or a fallback level can be guaranteed.
Aus der US 2021/0009202 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Aktors zur Erzeugung eines Gegenmomentes an einem Lenkrad eines Steer-by-Wire-Lenksystems bekannt. From US 2021/0009202 A1 a method for controlling an actuator to generate a counter-torque on a steering wheel of a steer-by-wire steering system is known.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Steer-by-Wire-Lenksystem zu schaffen, das eine verbesserte Ausfallsicherheit aufweist sowie ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen. The invention is based on the technical problem of creating a steer-by-wire steering system that has improved reliability and of providing a corresponding method.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution to the technical problem results from a steering system with the features of claim 1 and a method with the features of claim 8. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Das Steer-by-Wire-Lenksystem weist ein Lenksäulenmodul und ein Lenkgetriebe auf. Das Lenksäulenmodul weist ein erstes Sensormodul und ein zweites Sensormodul auf, die jeweils mindestens einen Lenkradwinkel erfassen. Weiter weist das Lenksäulenmodul ein Lenkrad, eine Lenksäule, mindestens einen Aktor zur Erzeugung eines Gegenmomentes an der Lenksäule und mindestens zwei Steuergeräte für den mindestens einen Aktor zur Erzeugung des Gegenmomentes auf. Lenkrad ist hier allgemein als Lenkhandhabe zu verstehen, um einen gewünschten Lenkwinkel vorzugeben. Weiter ist das erste Steuergerät für den mindestens einen Aktor mit einem ersten Steuergerät des Lenkgetriebes über mindestens eine Busverbindung verbunden. Das zweite Steuergerät für den mindestens einen Aktor ist mit einem zweiten Steuergerät des Lenkgetriebes über mindestens eine zweite Busverbindung verbunden. Weiter ist die erste Sensoreinheit über eine Sensorschnittstelle direkt mit dem ersten Steuergerät des Lenkgetriebes verbunden und die zweite Sensoreinheit ist über eine Sensorschnittstelle direkt mit dem ersten Steuergerät für den mindestens einen Aktor verbunden. Die Sensorschnittstelle ist vorzugsweise als SENT-Schnittstelle (Single Edge Nibble Transmission) ausgebildet. Das Steer-by-Wire-Lenksystem ist derart ausgebildet, dass im fehlerfreien Betrieb das erste Steuergerät des mindestens einen Aktors einen Lenkradwinkel und ein Übersetzungsverhältnis an das erste Steuergerät des Lenkgetriebes übermittelt, die dann zur Berechnung des Soll-Lenkwinkels verwendet werden. In einem Fehlerfall mindestens des ersten Steuergerätes des mindestens einen Aktors wird von dem ersten Steuergerät des Lenkgetriebes der über die Sensorschnittstelle übermittelte Lenkradwinkel zur Berechnung eines Soll-Lenkwinkels verwendet. Das erste Sensormodul und das erste Steuergerät des Lenkgetriebes weisen eine gemeinsame Spannungsversorgung auf. Hierdurch wird insgesamt eine Ausfallsicherheit verbessert, da die Übermittelung des Lenkradwinkels über zwei verschiedene Übertragungswege erfolgt, nämlich einmal über eine Busverbindung und einem über eine Sensorschnittstelle. Durch die gemeinsame Spannungsversorgung vom ersten Sensormodul und ersten Steuergerät des Lenkgetriebes arbeitet das erste Sensormodul auch noch bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des ersten Steuergerätes des mindestens einen Aktors. Das Übersetzungsverhältnis kann dann im Fehlerfall dem ersten Steuergerät von einer anderen Einheit zugeführt werden und dieses verwendet das zuletzt übermittelte Übersetzungsverhältnis. The steer-by-wire steering system has a steering column module and a steering gear. The steering column module has a first sensor module and a second sensor module, each of which detects at least one steering wheel angle. The steering column module also has a steering wheel, a steering column, and at least one actuator for generating a counter torque Steering column and at least two control devices for the at least one actuator to generate the counter torque. The steering wheel is generally understood here as a steering handle in order to specify a desired steering angle. Furthermore, the first control device for the at least one actuator is connected to a first control device of the steering gear via at least one bus connection. The second control unit for the at least one actuator is connected to a second control unit of the steering gear via at least one second bus connection. Furthermore, the first sensor unit is connected directly to the first control unit of the steering gear via a sensor interface and the second sensor unit is connected directly to the first control unit for the at least one actuator via a sensor interface. The sensor interface is preferably designed as a SENT interface (Single Edge Nibble Transmission). The steer-by-wire steering system is designed in such a way that, during error-free operation, the first control device of the at least one actuator transmits a steering wheel angle and a gear ratio to the first control device of the steering gear, which are then used to calculate the target steering angle. In the event of a fault in at least the first control unit of the at least one actuator, the steering wheel angle transmitted via the sensor interface is used by the first control unit of the steering gear to calculate a target steering angle. The first sensor module and the first control unit of the steering gear have a common power supply. This improves reliability overall, since the steering wheel angle is transmitted via two different transmission paths, namely via a bus connection and one via a sensor interface. Due to the common power supply from the first sensor module and the first control unit of the steering gear, the first sensor module still works even if the power supply to the first control unit of the at least one actuator fails. In the event of an error, the gear ratio can then be supplied to the first control unit from another unit and this uses the last transmitted gear ratio.
In einer ersten Ausführungsform ist das Steer-by-Wire-Lenksystem derart ausgebildet, dass nur bei Ausfall des ersten Steuergerätes und des zweiten Steuergerätes für den mindestens einen Aktor der über die Sensorschnittstelle vom ersten Sensormodul an das erste Steuergerät des Lenkgetriebes übermittelte Lenkradwinkel zur Berechnung des Soll-Lenkwinkes verwendet wird. Der Vorteil ist dabei die bessere Abstimmung zwischen Soll-Lenkwinkel und Gegenmoment, solange ein Steuergerät des mindestens einen Aktors noch fehlerfrei arbeitet, wobei nur bei einem Doppelfehler und Totalausfall des Lenksäulenmoduls auf den Lenkradwinkel der Sensorschnittstelle zurückgegriffen wird. In einer weiteren Ausführungsform sind das erste und das zweite Sensormodul derart ausgebildet, zusätzlich ein Handmoment zu erfassen. In a first embodiment, the steer-by-wire steering system is designed such that only if the first control device and the second control device fail for the at least one actuator, the steering wheel angle transmitted via the sensor interface from the first sensor module to the first control device of the steering gear is used to calculate the Target steering angle is used. The advantage is the better coordination between the target steering angle and the counter torque, as long as a control unit of the at least one actuator is still working without errors, with the steering wheel angle of the sensor interface only being used in the event of a double error and total failure of the steering column module. In a further embodiment, the first and second sensor modules are designed to additionally detect a manual torque.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Aktor zur Erzeugung eines Gegenmomentes als Elektromotor mit einem ersten Satz und einem zweiten Satz von Wicklungen ausgebildet, die von einander unabhängig sind, wobei der erste Satz von Wicklungen von dem ersten Steuergerät für den Aktor und der zweite Satz von Wicklugen von dem zweiten Steuergerät angesteuert wird. Dies ermöglicht eine sehr einfache und kostengünstige Realisierung eines redundanten Aktors. Beispielsweise weist ein Satz jeweils drei Wicklungen auf. Da das erste und das zweite Steuergerät vorzugsweise unterschiedliche Spannungsversorgungen aufweisen und der Rotor des Elektromotors sehr robust und ausfallsicher ist, ist so der Aktor bei verschiedensten Einzelfehlern funktionsfähig. In a further embodiment, the at least one actuator for generating a counter torque is designed as an electric motor with a first set and a second set of windings that are independent of each other, the first set of windings being controlled by the first control device for the actuator and the second set of windings is controlled by the second control unit. This enables a very simple and cost-effective implementation of a redundant actuator. For example, a set has three windings each. Since the first and second control devices preferably have different voltage supplies and the rotor of the electric motor is very robust and fail-safe, the actuator is functional in the event of a wide variety of individual errors.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Steuergerät des Aktors und das erste Steuergerät des Lenkgetriebes über ein erstes Bussystem und ein zweites Bussystem miteinander verbunden, wobei das erste Bussystem als exklusives Bussystem (z. B. Private CAN) ausgebildet ist, über das der Lenkradwinkel und das Übersetzungsverhältnis übertragen werden. Der Vorteil ist die sehr schnelle Datenübertragung im Vergleich zu den anderen Fahrzeugbussystemen. Bei Ausfall des exklusiven Bussystems kann dann auf das zweite Bussystem zurückgegriffen werden. In a further embodiment, the first control device of the actuator and the first control device of the steering gear are connected to one another via a first bus system and a second bus system, the first bus system being designed as an exclusive bus system (e.g. private CAN), via which the steering wheel angle and the gear ratio is transferred. The advantage is the very fast data transmission compared to other vehicle bus systems. If the exclusive bus system fails, the second bus system can then be used.
In einer weiteren Ausführungsform weisen das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät des mindestens einen Aktors eine Kommunikationsverbindung auf, wobei das Steer-by-Wire- Lenksystem derart ausgebildet ist, dass das erste Steuergerät mindestens einen Lenkradwinkelstartwert an das zweite Steuergerät übermittelt. Vorzugsweise findet die Kommunikation kontinuierlich statt, so dass das zweite Steuergerät den aktuellen Lenkradwinkel und das Übersetzungsverhältnis kennt. Die Kommunikationsverbindung kann ebenfalls als exklusive Busverbindung ausgebildet sein (z. B. private CAN). In a further embodiment, the first control device and the second control device of the at least one actuator have a communication connection, wherein the steer-by-wire steering system is designed such that the first control device transmits at least one steering wheel angle starting value to the second control device. The communication preferably takes place continuously, so that the second control device knows the current steering wheel angle and the gear ratio. The communication connection can also be designed as an exclusive bus connection (e.g. private CAN).
In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Steuergerät des Aktors derart ausgebildet, mittels eines Rotorwinkels des Lenkgetriebes einen absoluten Lenkradwinkel zu bestimmen. In a further embodiment, the second control unit of the actuator is designed to determine an absolute steering wheel angle using a rotor angle of the steering gear.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisches Blockschaltbild eines Steer- by- Wire- Lenksystems. With regard to the procedural design, reference is made in full to the previous statements. The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment. The only figure shows a schematic block diagram of a steer-by-wire steering system.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 dargestellt. Das Steer-by-Wire- Lenksystem 1 weist ein Lenksäulenmodul 2 und ein Lenkgetriebe 3 auf. Das Lenksäulenmodul 2 weist ein Lenkrad 4 und eine Lenksäule 5 auf. An der Lenksäule 5 ist ein erstes Sensormodul 6 und ein zweites Sensormodul 7 angeordnet, wobei das erste Sensormodul 6 und das zweite Sensormodul 7 derart ausgebildet sind, einen Lenkradwinkel (p und ein Handmoment an dem Lenkrad 4 zu erfassen. Weiter weist das Lenksäulenmodul 2 einen Aktor 8 zu Erzeugung eines Gegenmomentes am Lenkrad 4 auf, wobei der Aktor 8 als Elektromotor mit einem ersten Satz 9 und einem zweiten Satz 10 von Wicklungen ausgebildet ist, wobei der erste Satz 9 von Wicklungen durch ein erstes Steuergerät 11 und der zweite Satz 10 von Wicklungen durch ein zweites Steuergerät 12 angesteuert wird, wobei aus Übersichtsründen eine dazugehörige Leistungselektronik nicht dargestellt ist. Das erste Steuergerät 11 und das zweite Steuergerät 12 sind über eine Kommunikationsverbindung 13 miteinander verbunden. Das zweite Sensormodul 7 ist über eine Sensorschnittstelle 14 mit dem ersten Steuergerät 11 für den Aktor 8 verbunden. Das Lenkgetriebe 3 weist ein erstes Steuergerät 15 und ein zweites Steuergerät 16 auf. Weiter weist das Lenkgetriebe 3 zwei Leistungselektroniken 17, 18 auf, die jeweils einen Halbmotor 19, 20 ansteuern. Die beiden Halbmotoren 19, 20 arbeiten auf einem gemeinsamen Rotor 21 , der über ein nicht dargestelltes Getriebe mit einer Zahnstange 22 verbunden ist. Die beiden Steuergeräte 15, 16 steuern die Leistungselektroniken 17, 18 an. Dabei kann wie dargestellt jeweils ein Steuergerät 15, 16 beide Leistungselektroniken 17, 18 ansteuern oder aber jeweils ein Steuergerät 15, 16 steuert jeweils eine Leistungselektronik 17, 18 an. Weiter ist eine Kommunikationsverbindung 23 zwischen dem ersten Steuergerät 15 und dem zweiten Steuergerät 16 dargestellt. Über eine Sensorschnittstelle 24 ist das erste Sensormodul 6 mit dem ersten Steuergerät 15 des Lenkgetriebes 3 direkt verbunden. Das erste Steuergerät 11 des Aktors 8 ist über ein erstes Bussystem 25 und ein zweites Bussystem 26 mit dem ersten Steuergerät 15 des Lenkgetriebes 3 verbunden. Dabei ist das erste Bussystem 25 als exklusives Bussystem ausgebildet, wohingegen das zweite Bussystem 26 als Fahrzeugbussystem ausgebildet ist, auf dem auch weitere Steuergeräte kommunizieren, was durch die abgehende Leitung angedeutet ist. Über das erste Bussystem 25 überträgt das Steuergerät 11 den Lenkradwinkel (p des zweiten Sensormoduls 7 und das Übersetzungsverhältnis ü an das erste Steuergerät 15 des Lenkgetriebes 3. Weiter ist das zweite Steuergerät 12 des Aktors 8 über ein weiteres Bussystem 27, das beispielsweise ebenfalls als Fahrzeugbussystem ausgebildet ist, mit dem zweiten Steuergerät 16 des Lenkgetriebes 3 verbunden. Weiter ist dargestellt, dass ein Rotorwinkel q>R zum zweiten Steuergerät 16 übermittelt wird, der aber alternativ oder zusätzlich auch dem ersten Steuergerät 15 zugeführt werden kann. Nicht dargestellt sind die Spannungsversorgungen, wobei gilt, dass redundante Elemente jeweils eine andere Spannungsversorgung aufweisen. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass das Lenksäulenmodul 2 eine erste und zweite Spannungsversorgung aufweist und das Lenkgetriebe 3 eine erste und zweite Spannungsversorgung aufweist, wobei diese gleich sein können oder auch voneinander unabhängig. Dabei ist die Spannungsversorgung des ersten Sensormoduls 6 die gleiche wie für das erste Steuergerät 15 des Lenkgetriebes 3. A steer-by-wire steering system 1 is shown schematically in FIG. The steer-by-wire steering system 1 has a steering column module 2 and a steering gear 3. The steering column module 2 has a steering wheel 4 and a steering column 5. A first sensor module 6 and a second sensor module 7 are arranged on the steering column 5, wherein the first sensor module 6 and the second sensor module 7 are designed to detect a steering wheel angle (p and a hand torque on the steering wheel 4. The steering column module 2 also has a Actuator 8 to generate a counter torque on the steering wheel 4, the actuator 8 being designed as an electric motor with a first set 9 and a second set 10 of windings, the first set 9 of windings being controlled by a first control unit 11 and the second set 10 of Windings are controlled by a second control device 12, with the associated power electronics not being shown for clarity reasons. The first control device 11 and the second control device 12 are connected to one another via a communication connection 13. The second sensor module 7 is connected to the first control device 11 via a sensor interface 14 connected for the actuator 8. The steering gear 3 has a first control device 15 and a second control device 16. The steering gear 3 also has two power electronics 17, 18, each of which controls a half motor 19, 20. The two half motors 19, 20 work on a common rotor 21, which is connected to a rack 22 via a gear (not shown). The two control devices 15, 16 control the power electronics 17, 18. As shown, one control device 15, 16 can control both power electronics 17, 18 or one control device 15, 16 can control one power electronics 17, 18. A communication connection 23 between the first control device 15 and the second control device 16 is also shown. The first sensor module 6 is directly connected to the first control unit 15 of the steering gear 3 via a sensor interface 24. The first control unit 11 of the actuator 8 is connected to the first control unit 15 of the steering gear 3 via a first bus system 25 and a second bus system 26. The first bus system 25 is designed as an exclusive bus system, whereas the second bus system 26 is designed as a vehicle bus system on which other control devices also communicate, which is indicated by the outgoing line. Via the first bus system 25, the control device 11 transmits the steering wheel angle (p of the second sensor module 7 and the gear ratio ü to the first control device 15 of the steering gear 3. The second control device 12 of the actuator 8 is also via a further bus system 27, which is also used, for example, as a vehicle bus system is designed with the second control device 16 of the Steering gear 3 connected. It is further shown that a rotor angle q>R is transmitted to the second control device 16, which can alternatively or additionally also be supplied to the first control device 15. The power supplies are not shown, although redundant elements each have a different power supply. It can further be provided that the steering column module 2 has a first and second voltage supply and the steering gear 3 has a first and second voltage supply, whereby these can be the same or independent of one another. The voltage supply for the first sensor module 6 is the same as for the first control unit 15 of the steering gear 3.
Im fehlerfreien Betrieb überträgt das erste Steuergerät 11 über das Bussystem 25 den Lenkradwinkel (p und das Übersetzungsverhältnis ü an das erste Steuergerät 15 des Lenkgetriebes 3, das dann daraus einen Soll-Lenkwinkel bestimmt und entsprechend die Leistungselektroniken 17, 18 ansteuert. Bei einem Ausfall des ersten Steuergerätes 11 kann der Lenkradwinkel (p und das Übersetzungsverhältnis ü vom zweiten Steuergerät 12 an das zweite Steuergerät 16 des Lenkgetriebes 3 übermittelt werden, wobei der Lenkradwinkel (p aus dem Rotorwinkel >R unter Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses ü bestimmt wird. Fällt auch das zweite Steuergerät 12 aus, so erhält das erste Steuergerät 15 immer noch den Lenkradwinkel (p vom ersten Sensormodul 6 und kann einen entsprechenden Soll-Lenkwinkel berechnen. Das Übersetzungsverhältnis ü kann dabei das erste Steuergerät 15 auch von einem anderen Steuergerät erhalten. Hinsichtlich der Geschwindigkeit der Datenübertragung ist die Übertragung über die Sensorschnittstellen am schnellsten, gefolgt von den exklusiven Bussystemen, wohingegen die Fahrzeugbussysteme am langsamsten sind. In error-free operation, the first control device 11 transmits the steering wheel angle (p and the gear ratio ü via the bus system 25 to the first control device 15 of the steering gear 3, which then determines a target steering angle from this and controls the power electronics 17, 18 accordingly. If the first control unit 11, the steering wheel angle (p and the gear ratio ü can be transmitted from the second control unit 12 to the second control unit 16 of the steering gear 3, the steering wheel angle (p being determined from the rotor angle >R with knowledge of the gear ratio ü. The second control unit also falls 12, the first control device 15 still receives the steering wheel angle (p from the first sensor module 6 and can calculate a corresponding target steering angle. The first control device 15 can also receive the gear ratio ü from another control device. With regard to the speed of data transmission transmission via the sensor interfaces is the fastest, followed by the exclusive bus systems, whereas the vehicle bus systems are the slowest.
Bezugszeichenliste ) Steer-by-Wire-Lenksystem ) Lenksäulenmodul ) Lenkgetriebe ) Lenkrad ) Lenksäule ) erstes Sensormodul ) zweites Sensormodul ) Aktor ) erster Satz von Wicklungen ) zweiter Satz von Wicklungen ) erstes Steuergerät für den Aktor ) zweites Steuergerät für den Aktor ) Kommunikationsverbindung ) Sensorschnittstelle ) erstes Steuergerät für Lenkgetriebe ) zweites Steuergerät für Lenkgetriebe ) Leistungselektronik ) Leistungselektronik ) Halbmotor ) Halbmotor ) gemeinsamer Rotor ) Zahnstange ) Kommunikationsverbindung ) Sensorschnittstelle 25) erstes BussystemList of reference symbols ) Steer-by-wire steering system ) Steering column module ) Steering gear ) Steering wheel ) Steering column ) first sensor module ) second sensor module ) actuator ) first set of windings ) second set of windings ) first control device for the actuator ) second control device for the actuator ) communication link ) Sensor interface ) first control unit for steering gear ) second control unit for steering gear ) power electronics ) power electronics ) half motor ) half motor ) common rotor ) rack ) communication connection ) sensor interface 25) first bus system
26) zweites Bussystem26) second bus system
27) weiteres Bussystem27) additional bus system
(p) Lenkradwinkel ü) Übersetzungsverhältnis(p) Steering wheel angle ü) Gear ratio
(pR) Rotorwinkel (p R ) Rotor angle

Claims

Patentansprüche Steer-by-Wire-Lenksystem (1), wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) ein Lenksäulenmodul Claims Steer-by-wire steering system (1), wherein the steer-by-wire steering system (1) is a steering column module
(2) und ein Lenkgetriebe (2) and a steering gear
(3) aufweist, wobei das Lenksäulenmodul (2) ein erstes Sensormodul (6) und ein zweites Sensormodul (7) aufweist, die jeweils mindestens einen Lenkradwinkel (cp) erfassen, wobei das Lenksäulenmodul (2) weiter ein Lenkrad (3), wherein the steering column module (2) has a first sensor module (6) and a second sensor module (7), each of which detects at least one steering wheel angle (cp), the steering column module (2) further comprising a steering wheel
(4), eine Lenksäule (5), mindestens einen Aktor (8) zur Erzeugung eines Gegenmomentes an der Lenksäule (4), a steering column (5), at least one actuator (8) for generating a counter torque on the steering column
(5) und zwei Steuergeräte (11 , 12) für den mindestens einen Aktor (8) zur Erzeugung des Gegenmomentes aufweist, wobei das Lenkgetriebe (3) mindestens zwei Steuergeräte (15, 16) aufweist, wobei das erste Steuergerät (11) für den mindestens einen Aktor (8) mit einem ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) über mindestens eine Busverbindung (25, 26) verbunden ist und das zweite Steuergerät (12) für den mindestens einen Aktor (8) mit einem zweiten Steuergerät (16) des Lenkgetriebes (3) über mindestens eine Busverbindung (27) verbunden ist, wobei die erste Sensoreinheit (6) über eine Sensorschnittstelle (24) direkt mit dem ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) und die zweite Sensoreinheit (7) über eine Sensorschnittstelle (14) direkt mit dem ersten Steuergerät (11) für den mindestens einen Aktor (8) verbunden ist, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) derart ausgebildet ist, dass im fehlerfreien Betrieb das erste Steuergerät (11) einen Lenkradwinkel (cp) und ein Übersetzungsverhältnis (ü) an das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) übermittelt, die dann zur Berechnung eines Soll-Lenkwinkels verwendet werden, wobei der über die Sensorschnittstelle (24) übermittelte Lenkradwinkel (cp) in einem Fehlerfall mindestens des ersten Steuergerätes (11) des mindestens einen Aktors (8) vom ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) zur Berechnung des Soll-Lenkwinkels verwendet wird, wobei das erste Sensormodul (6) und das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) eine gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steer- by-Wire-Lenksystem (1) derart ausgebildet ist, nur bei Ausfall des ersten Steuergerätes (11) und des zweiten Steuergerätes (12) für den mindestens einen Aktor (8) der über die Sensorschnittstelle (24) vom ersten Sensormodul (6) an das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) übermittelte Lenkradwinkel (cp) zur Berechnung des Soll- Lenkradwinkels verwendet wird. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensormodul (5) and two control devices (11, 12) for the at least one actuator (8) for generating the counter torque, the steering gear (3) having at least two control devices (15, 16), the first control device (11) for at least one actuator (8) is connected to a first control device (15) of the steering gear (3) via at least one bus connection (25, 26) and the second control device (12) for the at least one actuator (8) is connected to a second control device (16 ) of the steering gear (3) is connected via at least one bus connection (27), the first sensor unit (6) being connected directly to the first control unit (15) of the steering gear (3) via a sensor interface (24) and the second sensor unit (7). a sensor interface (14) is connected directly to the first control device (11) for the at least one actuator (8), the steer-by-wire steering system (1) being designed such that in error-free operation the first control device (11) a steering wheel angle (cp) and a gear ratio (ü) are transmitted to the first control unit (15) of the steering gear (3), which are then used to calculate a target steering angle, the steering wheel angle (cp) transmitted via the sensor interface (24) being in In the event of a fault in at least the first control device (11) of the at least one actuator (8), the first control device (15) of the steering gear (3) is used to calculate the target steering angle, the first sensor module (6) and the first control device (15) of the steering gear (3) have a common power supply. Steer-by-wire steering system according to claim 1, characterized in that the steer-by-wire steering system (1) is designed such that only if the first control device (11) and the second control device (12) fail for the at least one Actuator (8) the steering wheel angle (cp) transmitted via the sensor interface (24) from the first sensor module (6) to the first control unit (15) of the steering gear (3) is used to calculate the target steering wheel angle. Steer-by-wire steering system according to claim 1 or 2, characterized in that the first sensor module
(6) und das zweite Sensormodul (6) and the second sensor module
(7) derart ausgebildet sind, zusätzlich ein Handmoment zu erfassen. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktor (7) are designed to additionally detect a manual torque. Steer-by-wire steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one actuator
(8) zur Erzeugung eines Gegenmomentes als Elektromotor mit einem ersten Satz (9) und einem zweiten Satz (10) von Wicklungen ausgebildet ist, die voneinander unabhängig sind, wobei der erste Satz(8) is designed to generate a counter torque as an electric motor with a first set (9) and a second set (10) of windings that are independent of each other, the first set
(9) von Wicklungen von dem ersten Steuergerät (11) für den Aktor (8) und der zweite Satz(9) of windings from the first control device (11) for the actuator (8) and the second set
(10) von Wicklungen von dem zweiten Steuergerät (12) angesteuert wird. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (11) des Aktors (8) und das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) über ein erstes Bussystem (25) und ein zweites Bussystem (28) miteinander verbunden sind, wobei das erste Bussystem (25) als exklusives Bussystem ausgebildet ist, über das der Lenkradwinkel (cp) und das Übersetzungsverhältnis (ü) übertragen werden. Steer-by-Wire-Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (11) und das zweite Steuergerät (12) des mindestens einen Aktors (8) eine Kommunikationsverbindung (13) aufweisen, wobei das Steer-by-Wire-Lenksystem (1) derart ausgebildet ist, dass das erste Steuergerät (11) mindestens einen Lenkradwinkelstartwert an das zweite Steuergerät (12) übermittelt. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuergerät (12) derart ausgebildet ist, mittels eines Rotorwinkels (<PR) des Lenkgetriebes einen absoluten Lenkradwinkel zu bestimmen. Verfahren zum Betreiben eines Steer-by-Wire-Lenksystems, wobei das Steer-by-Wire- Lenksystem (1) ein Lenksäulenmodul (2) und ein Lenkgetriebe (3) aufweist, wobei das Lenksäulenmodul (2) ein erstes Sensormodul (6) und ein zweites Sensormodul (7) aufweist, die jeweils mindestens einen Lenkradwinkel (cp) erfassen, wobei das Lenksäulenmodul (2) weiter ein Lenkrad (4), eine Lenksäule (5), mindestens einen Aktor (8) zur Erzeugung eines Gegenmomentes an der Lenksäule (5) und zwei Steuergeräte (11, 12) für den mindestens einen Aktor (8) zur Erzeugung des Gegenmomentes aufweist, wobei das Lenkgetriebe (3) mindestens zwei Steuergeräte (15, 16) aufweist, wobei das erste Steuergerät (11) für den mindestens einen Aktor (8) mit einem ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) über mindestens eine Busverbindung (25, 26) verbunden ist und das zweite Steuergerät (12) für den mindestens einen Aktor (8) mit einem zweiten Steuergerät (16) des Lenkgetriebes (3) über mindestens eine Busverbindung (27) verbunden ist, wobei die erste Sensoreinheit (6) über eine Sensorschnittstelle (24) direkt mit dem ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) und die zweite Sensoreinheit (7) über eine Sensorschnittstelle (14) direkt mit dem ersten Steuergerät (11) für den mindestens einen Aktor (8) verbunden ist, wobei im fehlerfreien Betrieb das erste Steuergerät (11) einen Lenkradwinkel (cp) und ein Übersetzungsverhältnis (ü) an das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) übermittelt, die dann zur Berechnung eines Soll- Lenkwinkels verwendet werden, wobei der über die Sensorschnittstelle (24) übermittelte Lenkradwinkel (cp) in einem Fehlerfall mindestens des ersten Steuergerätes (11) des mindestens einen Aktors (8) vom ersten Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) zur Berechnung des Soll-Lenkwinkels verwendet wird, wobei das erste Sensormodul (6) und das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) eine gemeinsame Spannungsversorgung aufweisen. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur bei Ausfall des ersten Steuergerätes (11) und des zweiten Steuergerätes (12) für den mindestens einen Aktor (8) der über die Sensorschnittstelle (24) vom ersten Sensormodul (6) an das erste Steuergerät (15) des Lenkgetriebes (3) übermittelte Lenkradwinkel (cp) zur Berechnung des Soll-Lenkwinkes verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste(10) is controlled by windings from the second control device (12). Steer-by-wire steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the first control device (11) of the actuator (8) and the first control device (15) of the steering gear (3) via a first bus system (25) and a second Bus system (28) are connected to each other, the first bus system (25) being designed as an exclusive bus system via which the steering wheel angle (cp) and the gear ratio (ü) are transmitted. Steer-by-wire steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the first control device (11) and the second control device (12) of the at least one actuator (8) have a communication connection (13), the steer-by-wire Wire steering system (1) is designed such that the first control device (11) transmits at least one steering wheel angle starting value to the second control device (12). Steer-by-wire steering system according to claim 6, characterized in that the second control device (12) is designed such that an absolute steering wheel angle is determined by means of a rotor angle (<PR) of the steering gear. Method for operating a steer-by-wire steering system, wherein the steer-by-wire steering system (1) has a steering column module (2) and a steering gear (3), the steering column module (2) having a first sensor module (6) and a second sensor module (7), each of which detects at least one steering wheel angle (cp), the steering column module (2) further comprising a steering wheel (4), a steering column (5), and at least one actuator (8) for generating a counter-torque on the steering column (5) and two control devices (11, 12) for the at least one actuator (8) for generating the counter torque, the steering gear (3) having at least two control devices (15, 16), whereby the first control device (11) for the at least one actuator (8) is connected to a first control device (15) of the steering gear (3) via at least one bus connection (25, 26) and the second control device (12) for the at least one actuator (8 ) is connected to a second control unit (16) of the steering gear (3) via at least one bus connection (27), the first sensor unit (6) being connected directly to the first control unit (15) of the steering gear (3) via a sensor interface (24) and the second sensor unit (7) is connected via a sensor interface (14) directly to the first control device (11) for the at least one actuator (8), wherein in error-free operation the first control device (11) has a steering wheel angle (cp) and a gear ratio ( ü) transmitted to the first control unit (15) of the steering gear (3), which is then used to calculate a target steering angle, the steering wheel angle (cp) transmitted via the sensor interface (24) in the event of a fault at least in the first control unit (11) of the at least one actuator (8) is used by the first control unit (15) of the steering gear (3) to calculate the target steering angle, the first sensor module (6) and the first control unit (15) of the steering gear (3) having a common voltage supply . Method according to claim 8, characterized in that only if the first control device (11) and the second control device (12) fail for the at least one actuator (8) via the sensor interface (24) from the first sensor module (6) to the first control device (15) of the steering gear (3) transmitted steering wheel angle (cp) is used to calculate the target steering angle. Method according to claim 8 or 9, characterized in that the first
Sensormodul (6) und das zweite Sensormodul (7) zusätzlich ein Handmoment erfassen. Sensor module (6) and the second sensor module (7) also detect a manual torque.
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