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Die Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einem Handkraftaktuator und mit einem System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für den Handkraftaktuator gemäß Anspruch 10.
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Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers, wie konventionelle mechanische Lenkungen, durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkspindel bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.
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Bei Steer-by-wire-Lenksystemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.
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Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen mit einem Handkraftaktuator ein Rückkopplungs-Signal durch ein entsprechend von einem Elektromotorsystem generiertes Drehmoment zu bilden. Hierzu umfasst der Handkraftaktuator einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb. Somit wird abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment beziehungsweise Drehmoment über die Lenkspindel in das Lenkrad eingekoppelt. Derartige, auch „Force-Feedback“-Systeme genannte Systeme, geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.
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Allgemein bekannt sind Steer-by-wire-Lenksysteme, beispielsweise jeweils mit einer Eingabeeinheit, die eine von einem Elektromotorsystem angetriebenen Handkraftaktuator mit einer Gehäuseanordnung aufweist. Das Elektromotorsystem kann von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden, die in Abhängigkeit von Messwerten, welche die jeweilige Fahrsituation charakterisieren, den Motorstrom einstellt. Die Motorwelle ist direkt mit der Lenkspindel gekuppelt, somit ist das Motordrehmoment identisch mit dem in die Lenkspindel eingekoppelten Handmoment. Dabei ist die Motoreinheit bezüglich der Längsachse axial an die Manteleinheit angeflanscht und die Motorwelle über eine Kupplung mit der in der Manteleinheit gelagerten Lenkspindel verbunden.
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Ein wesentlicher Parameter zur Steuerung des Handkraftaktuators ist neben fahrsituativen Parametern auch ein Lenkmoment, welches durch ein Lenkrad oder einen Fahrer erzeugt wird. Die Intensität des Lenkmoments wird im Lenkungsstrang detektiert und an eine Steuerelektronik und das Elektromotorsystem zur Beaufschlagung der Lenkspindel mit einem Lenkwiderstand übertragen. Um einen möglichst realistischen Lenkwiderstand durch ein Drehmoment zu erzeugen ist es erforderlich, das Lenkmoment sowie das vom Elektromotorsystem gegenwirkende Drehmoment möglichst genau zu detektieren, um dem Fahrer ein ausgewogenes Lenkgefühl zu vermitteln.
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Ein weiterer wesentlicher Parameter zur Steuerung des Handkraftaktuators ist eine genaue Erfassung des Drehwinkels beziehungsweise der Drehzahl der Lenkspindel zur Weitergabe an die elektrische Lenkung. Um die notwendige Präzision zu erreichen, werden üblicherweise hochauflösende Drehwinkelsensorsysteme verwendet. Diese detektieren üblicherweise in-line zu der Lenkspindel. Dies bedeutet, dass der Drehwinkel beziehungsweise die Drehzahl der Lenkspindel oder einer zur Lenkspindel drehfesten und koaxialen Spindel detektiert wird.
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Grundsätzlich benötigt wird letztlich ein realistisches Fahrgefühl, das insbesondere aus einem realistischen Lenkgefühl resuliert. Dies reduziert das Risiko von Unfällen durch ein ungewolltes Verreißen des Lenkrads. Realistisch eingestellt bedeutet, dass trotz der nicht mechanischen Kraftverbindung eine mechanische Kraftverbindung zwischen dem Lenkrad und den Radeinheiten simuliert wird.
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Die Aufgabe der aktuellen Entwicklung besteht darin, ein System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs zu entwickeln, das das Bestimmen des Rückstellmoments zum Aufprägen auf einen Handkraftaktuator verbessert.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einem Handkraftaktuator und mit einem System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für den Handkraftaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung betrifft somit ein System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs, aufweisend
mindestens ein Sensorsystem zur Anordnung an einer jeweiligen Radeinheit des Fahrzeugs und zur Detektion von fahrbahnbasierten Belastungsdaten an der Radeinheit,
ein Steuersystem zur Auswertung der durch das Sensorsystem detektierten, fahrbahnbasierten Belastungsdaten und zum Bestimmen eines Rückstellmoments für den Handkraftaktuator des Steer-by-Wire-Lenksystems des Fahrzeugs.
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Die Aufgabe wird somit erfindungsgemäß insbesondere die unmittelbare Berücksichtigung von Belastungsdaten an mindestens einer Radeinheit zum Bestimmen eines Rückstellmoments gelöst. Somit wird sichergestellt, dass ein zuverlässiges Lenkgefühl an den Fahrer vermittelt wird, wobei keine mechanische Kraftverbindung benötigt wird, sodass deutlich an Gewicht gespart werden kann. Es ist somit vorgesehen ein Sensorsystem im Fahrzeug zu integrieren, das, insbesondere in Fahrbahnnähe, belastungsorientierte Informationen über die Straßenbeschaffung, die Fahrsituation und/oder Witterungsverhältnisse sammelt, um diese für ein realistisch eingestelltes Rückstellmoment am Lenkrad zu nutzen und weiterverarbeiten zu können. Dies erhöht die Sicherheit während des Fahrens.
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Steuersysteme, auch bekannt als Steuergeräte, ECU für electronic control unit oder ECM für electronic control module, sind elektronische Module, die überwiegend an Orten eingebaut werden, an denen etwas gesteuert oder geregelt werden muss. Steuergeräte werden in der Kraftfahrzeugtechnik in vielen elektronischen Bereichen eingesetzt, ebenso zur Steuerung von Maschinen, Anlagen und sonstigen technischen Prozessen. Sie zählen zu den eingebetteten Systemen. Steuergeräte arbeiten allgemein nach dem EVA-Prinzip. EVA steht für Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe. Für die Eingabe stehen Sensoren zur Verfügung. Diese ermitteln eine physikalische Kenngröße wie z. B. Drehzahl, Druck, Temperatur usw. Dieser Wert wird mit einer im Steuergerät eingegebenen oder berechneten Sollgröße verglichen. Sollte der gemessene Wert mit dem eingespeicherten Wert nicht übereinstimmen, regelt das Steuergerät mittels Aktoren den physikalischen Prozess nach, so dass die gemessenen Istwerte wieder mit den Sollgrößen übereinstimmen. Die Aktoren greifen also korrigierend in einen laufenden Prozess ein. Während „elektronische Zündungen“ anfangs aus diskreten, analogen Elektronikschaltungen aufgebaut wurden, sind heutige Steuergeräte in der Regel mit „Eigenintelligenz“ versehen, das heißt, sie bestehen aus einem eigenständigen Computer in Form eines eingebetteten Systems. Die Größe dieses Computers variiert je nach Komplexität seiner Aufgaben erheblich, es reicht von einer Ein-Chip-Lösung mit einem Mikrocontroller (mit eingebautem RAM- und ROM-Speicher) bis hin zu Mehrprozessorsystemen mit eigenem Grafikausgabesystem. Die Programmierung der meisten heute verbauten Steuergeräte kann durch Verwendung umprogrammierbarer Flash-Speicher durch die Werkstatt aktualisiert werden.
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Das Steuersystem ist insbesondere ausgestaltet zur Aufnahme von Sensorsignalen aus der Radeinheit, insbesondere Radlager. Die Sensorsignale sind dabei insbesondere fahrbahnbasierte Belastungsdaten. Dabei handelt es sich bevorzugt um Kraftbelastungen. Anschließend erfolgt vorzugsweise eine Verarbeitung der Sensorsignale zur Bereitstellung am Handkraftaktuator, sodass ein für ein gewünschtes Lenkgefühl erforderliches Rückstellmoment eingestellt wird.
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Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment wird an einem Handkraftaktuator aufgeprägt. Dieser kann nach Stand der Technik ausgebildet sein. Möglich ist jedoch auch ein Handkraftaktuator wie folgt, nämlich ein Handkraftaktuator mit einer äußeren Gehäuseanordnung, umfassend eine Lenkspindel zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad, wobei die Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar in der Gehäuseanordnung gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager zur Lagerung der Lenkspindel, eine entlang der Längsachse angeordnete Sperrvorrichtung für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors erfordern, ein entlang der Längsachse angeordnetes Winkelsensorsystem zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors und einen entlang der Längsachse angeordneter Motor mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das System eine Radeinheit aufweist, wobei die Radeinheit einen Reifen, eine Felge, einen Radträger und/oder ein Radlager umfasst. Mit Radträger wird der Teil der Radaufhängung bezeichnet, der über Lenker und Gelenke mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist. Er enthält im Wesentlichen die Radlagerung eines Kraftfahrzeugs und alle radseitigen Anlenkpunkte sowie Befestigungsstellen für den Bremssattel bei Scheibenbremsen oder für die Ankerplatte bei Trommelbremsen. Der Radträger ist das gegenüber Fahrzeugkörper (Fahrgestell oder selbsttragender Karosserie) geführte Teil und gehört zusammen mit dem Rad zur ungefederten Masse des Fahrzeugs. Der Begriff wird auch bei gelenkten Achsen (bei denen die Lenkdrehachse (Spreizachse) durch die Mittelpunkte von Kugelgelenken festgelegt ist) anstelle der früheren Bezeichnung Achsschenkel verwendet. Beispielsweise hat ein durch das Sensorsystem detektierter Radträger den Vorteil, dass ebenfalls Bremskräfte aufgezeigt werden können. Ein Radlager ist ein typisches Wälzlager, bei dem zwischen einem Innenring und einem Außenring Rollkörper zum Einsatz kommen. Das Radlager ermöglicht auf diese Weise die Verbindung zwischen der feststehenden Achsaufhängung und den sich drehenden Rädern. Da hauptsächlich Rollreibung auftritt und die Wälzkörper in der Regel aus harten Materialien gefertigt werden, ist der Verschleiß von Radlagern gering. Der häufig verwendete Chromstahl ist in der Lage, das Gewicht des Fahrzeuges aufzunehmen. Ein Radlager umfasst einen Lageraußenring und einen Lagerinnenring, wobei zwischen diesen Ringen Wälzkörper angeordnet sind. Die Wälzkörper haben abhängig von der Lagerbauart beispielsweise die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen der beiden Laufringe ab und haben die Aufgabe, die auf das Lager wirkende Kraft von einem Lagerring auf den anderen zu übertragen. Eine Abdichtung durch Radialwellendichtringe erlaubt das Befüllen des Radlagers mit passenden Schmierstoffen, um die Reibung zu verringern. So tragen gute Radlager dazu bei, Kraftstoff zu sparen. Die Auswahl eines Radlagers ist weiterhin besonders vorteilhaft wegen guter Detektionsergebnisse und somit wegen eines realistischen Lenkerlebnisses.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem ausgebildet ist, um Längskräfte, Querkräfte und/oder Radaufstandskräfte zu detektieren. Umso mehr Kräfte detektiert werden, desto mehr Daten sind zwar zu verarbeiten, allerdings erhöht sich die Qualität des bestimmten Rückstellmoments, sodass ein realistisches Lenkerlebnis erreicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem ausgebildet ist zur Anordnung an einer Radeinheit, die ein Radlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring aufweist, wobei das Sensorsystem als Abstandssensorsystem ausgebildet ist zur Detektion eines Abstands zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring.
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Bei der Abstandmessung muss der Abstand, beziehungsweise die Abstandsänderung im Betrieb des Radlagers gemessen werden. Das bedeutet, es wird mittels geeigneter Sensorik, beispielsweise ein induktiver oder kapazitiver Abstandssensor, die Abstandsänderung von Lageraußen- zu Lagerinnenring gemessen. Durch eine vorherige Kalibrierung, also die Einstellung, welche Kraft entspricht welcher Abstandsänderung, kann anschließend mittels geeigneter Auswertesoftware auf die anliegenden Kräfte im Radlager geschlossen werden. Durch Verwendung von mindestens drei Sensoren eines Sensorsystems für drei Raumrichtungen, kann die Radlagerbelastung zuverlässig bestimmt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Abstandssensorsystems ist vorgesehen, dass das als Abstandssensorsystem ausgebildete Sensorsystem induktive und/oder kapazitive Abstandssensoren aufweist. Möglich sind beispielsweise auch Radarsensoren. Hierbei handelt es sich um zuverlässige, kostengünstige und verschleißarme Detektionsmethoden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem ausgebildet ist zur Anordnung an einer Radeinheit, die ein Radlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring aufweist, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist als Verformungssensorsystem zur Detektion einer Verformung des Lageraußenrings und/oder des Lagerinnenrings. Bei der Verformungsmessung erfolgt eine Krafteinleitung über Reifen und Felge, und über Lagerinnenring, Wälzkörpersatz und Lageraußenring in das Radlager. Durch die Lagerabstützung des Lageraußenrings am Fahrzeug kommt es zu einer Verformung im Lageraußenring. Hierbei handelt es sich um eine zuverlässige und verschleißarme Messmethode.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verformungssensorsystems ist vorgesehen, dass das als Verformungssensorsystem ausgebildete Sensorsystem Dehnungsmessstreifen und/oder Sensoren zur inversen Magnetostriktion aufweist.
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Dehnungsmessstreifen, auch bekannt als DMS, sind Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen. Sie ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden als Dehnungssensoren eingesetzt. Man klebt sie mit Spezialkleber auf Bauteile, die sich unter Belastung minimal verformen. Diese Verformung (Dehnung) führt dann zur Veränderung des Widerstands des DMS.
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Sie sind das Kernstück vieler Aufnehmertypen: Kraftaufnehmer, Druckaufnehmer oder auch Drehmomentaufnehmer. Verformungsmessungen (Experimentelle Beanspruchungsanalyse, Spannungsanalyse) auf vielen Werkstoffen können ebenfalls durch DMS-Messungen realisiert werden. Bei Messungen mit DMS werden vor allem Brückenschaltungen eingesetzt, hierzu zählen die Viertel-, Halb- und die Vollbrücke.
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Dehnungsmessstreifen gibt es in verschiedenen Material-Ausführungsformen wie Folien-, Draht-, und Halbleiter-DMS sowie als Mehrfach-DMS in verschiedenen Anordnungsformen wie DMS mit Querdehnung, Vollbrücken-DMS und Rosetten-DMS.
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Durch die Verformung im Bauteil wird der Messmeander des DMS in seiner Länge verändert. Die entstandene Längenänderung führt zu einer Widerstandsänderung. Diese kann in einer Messbrücke einer Längenänderung zugewiesen und ausgewertet werden. Am Bauteil, also am Lageraußenring, sind zur Ermittlung aller drei Raumrichtungen vorzugsweise mindestens drei Messbrücken anzubringen. Für den Signalabgriff ist es bevorzugt, eine starre Kabelverbindung zwischen Messbrücke und Auswerteelektronik anzubringen.
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Dehnungsmessstreifen haben den Vorteil, dass sie robust und genau sind. Die Montage erfolgt mit einem überschaubaren Aufwand und die Komponenten sind leicht erhältlich.
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Eine magnetostriktiven Detektion hat den Vorteil, dass sie eine berührungslose und somit verschleißarme Detektion ermöglicht. Die einzelnen Komponenten des Sensorsystems müssen somit nicht nach einer bestimmten Nutzungsdauer verschleißbedingt durch neue Komponenten ersetzt werden.
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Unter Magnetostriktion versteht man bekanntlich die elastische Verformung der Molekularstruktur ferromagnetischer Materialien. Die mikromechanische Verformung findet bei einer Änderung der Magnetisierung statt. Daher ändert sich die Länge eines Körpers ändert unter Einfluss eines äußeren Magnetfeldes.
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Durch das Einbringen eines ringförmigen magnetischen Bereichs, als zusätzliches Bauteil oder geeigneter Werkstoff des Lageraußenrings, dessen Elementarmagnete anschließend in Umfangsrichtung ausgerichtet werden, kann eine Bauteilverformung gemessen werden. Erfolgt diese aufgrund einer am Radlager anliegenden Belastung, so führt dies zu einem Aufstellen der Elementarmagnete. Über einen Magnetfeldsensor kann diese Magnetfeldänderung gemessen und über eine Auswertesoftware einer Bauteilverformung zugeordnet werden. Auch bei diesem Verfahren sind mindestens drei gleichmäßig am Umfang verteilte Sensoren zur Signaländerung notwendig. Um das Erdmagnetfeld aus den Messergebnissen herausfiltern zu können, empfiehlt es sich, zwei gegenläufige Magnetfeldspuren, auch bekannt als Messspuren, zu erzeugen.
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Der Vorteil der inversen Magnetostriktion besteht in der kontaktlosen Signalermittlung. Dadurch ist eine Einsatz dieses Verfahrens auch im Innenring vorstellbar.
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Die Verwendung von Mitteln zur magnetostriktiven Drehmomentdetektion als Sensorsystem hat den Vorteil, dass diese robust und langlebig sind. Dabei weisen sie einen einfachen Aufbau auf und sind berührungslos und somit wartungsfrei.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuersystem die detektierten, fahrbahnbasierten Belastungsdaten an der Radeinheit in unterschiedliche Belastungstypen klassifiziert und nur ausgewählte Belastungstypen zum Bestimmen des Rückstellmoments für den Handkraftaktuator verwendet. Beispielsweise können so ruckelige Empfindungen, etwa durch Kopfsteinpflaster, herausgefiltert werden. So kann beispielhaft ein steriles Fahrgefühl vermittelt werden wie ein Fahren auf Schienen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückstellmoment durch das Steuersystem bestimmt wird durch detektierte, fahrbahnbasierte Belastungsdaten von mindestens zwei fahrzeugvorderseitigen Sensorsystemen, vorzugsweise von vier Sensorsystemen. Anders formuliert bedeutet dies, dass vorzugsweise Sensorsysteme an den Vorderreifen angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass pro Radeinheit jeweils ein Sensorsystem vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einem Handkraftaktuator und mit einem System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für den Handkraftaktuator nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale, gekennzeichnet durch die Merkmale des Handkraftaktuators und des Systems zum Bestimmen des Rückstellmoments für den Handkraftaktuator nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale.
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Unter einem Steer-by-Wire- Lenksystem versteht man ein System in der Kraftfahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor (insbesondere dem Lenkrad) über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zum elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen Steer-by-Wire- Lenksystem keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern. Bei Ausfall des Steer-by-Wire- Lenksystems hängt es vom Aufbau des Steer-by-Wire- Lenksystems ab, ob das Fahrzeug noch lenkbar ist. Klassische Systeme, bei denen die Lenkhilfe durch einen Stellmotor ersetzt wird und die Radwinkel über ein Lenktrapez stellen, sind weniger geeignet, um bei Ausfall die Lenkfähigkeit sicherzustellen. Beispielhafte Konzepte bevorzugen daher einzelne Stellmotoren je Rad. Im Fehlerfall wird voraussichtlich nur ein Motor ausfallen, konstruktiv lässt sich das Rad dann in eine Geradeaus-Stellung (fail-safe) bringen. Das Fahrzeug kann dann durch das zweite Rad gelenkt werden, wobei ESP und der Motorsteuerung über die Verteilung der Brems- und Antriebsmomente ebenfalls Lenkmomente zur Unterstützung des Fahrers erzeugen können.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
- 1: einen schematischen Aufbau eines Systems zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung,
- 2: eine Schnittansicht durch einen Reifen mit von einer Unterseite auf den Reifen wirkenden Längskräften, Querkräften und Radaufstandskräften,
- 3: eine Schnittansicht einer als Radlager ausgebildeten Radeinheit mit einem zu dem in 1 dargestellten alternativen Sensorsystem am Radlager,
- 4: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer ersten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment,
- 5: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer zweiten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt mit Schlagloch, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment,
- 6: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer dritten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt auf Kopfsteinpflaster, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment,
- 7: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer vierten Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment,
- 8: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer fünften Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt mit Schlagloch, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment, und
- 9: eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System in einer sechsten Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt auf Kopfsteinpflaster, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment.
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Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems 10 zum Bestimmen eines Rückstellmoments R für einen Handkraftaktuator 12 eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs 14. Das System 10 weist auf
mindestens ein Sensorsystem 16 zur Anordnung an einer jeweiligen Radeinheit 18 des Fahrzeugs 14 und zur Detektion von fahrbahnbasierten Belastungsdaten an der Radeinheit 18,
ein Steuersystem 20 zur Auswertung der durch das Sensorsystem 16 detektierten, fahrbahnbasierten Belastungsdaten und zum Bestimmen eines Rückstellmoments R für den Handkraftaktuator 12 des Steer-by-Wire-Lenksystems des Fahrzeugs 14.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das System 10 eine Radeinheit 18 aufweist, wobei die Radeinheit 18 einen Reifen, eine Felge, einen Radträger und/oder ein Radlager umfasst. In 1 und 3 umfasst die Radeinheit 18 jeweils ein Radlager.
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Vorzugsweise ist das Radlager an einem Ende mit einem Rad verbunden und am gegenüberliegenden Ende ausgebildet zur Verbindung mit einer Antriebswelle mit Axialverzahnung. Dabei weist das Radlager eine Drehachse D auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem 16 ausgebildet ist, Längskräfte Fx, Querkräfte Fy und/oder Radaufstandskräfte Fz zu detektieren. Gemäß 2 die diese Kräfte dargestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu 1 ist vorgesehen, dass das Sensorsystem 16 ausgebildet ist zur Anordnung an einer Radeinheit 16, die ein Radlager mit einem Lageraußenring 22 und einem Lagerinnenring 24 aufweist, wobei das Sensorsystem 16 als Abstandssensorsystem ausgebildet ist zur Detektion eines Abstands zwischen dem Lageraußenring 22 und dem Lagerinnenring 24.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu 1 ist vorgesehen, dass das als Abstandssensorsystem ausgebildete Sensorsystem 16 induktive und/oder kapazitive Abstandssensoren aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu 3 ist vorgesehen, das Sensorsystem (16) ausgebildet ist zur Anordnung an einer Radeinheit 18, die ein Radlager mit einem Lageraußenring 22 und einem Lagerinnenring 24 aufweist, wobei das Sensorsystem 16 ausgebildet ist als Verformungssensorsystem zur Detektion einer Verformung des Lageraußenrings 22 und/oder des Lagerinnenrings 24.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu 3 ist vorgesehen, das als Verformungssensorsystem ausgebildete Sensorsystem 16 Dehnungsmessstreifen und/oder Sensoren zur inversen Magnetostriktion aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, jedoch nicht gezeigt, ist vorgesehen, dass das Steuersystem 20 die detektierten, fahrbahnbasierten Belastungsdaten an der Radeinheit 18 in unterschiedliche Belastungstypen klassifiziert und nur ausgewählte Belastungstypen zum Bestimmen des Rückstellmoments R für den Handkraftaktuator 12 verwendet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, jedoch nicht gezeigt, ist vorgesehen, dass das Rückstellmoment R durch das Steuersystem 20 bestimmt wird durch detektierte, fahrbahnbasierte Belastungsdaten von mindestens zwei fahrzeugvorderseitigen Sensorsystemen 16, vorzugsweise von vier Sensorsystemen 16.
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4 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer ersten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 4 keine Detektion von Belastungsdaten. Demnach ist der Handkraftaktuator 12 mit keinem Rückstellmoment R aufzuprägen.
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5 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer zweiten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt mit Schlagloch, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 5 eine Detektion von Belastungsdaten, nämlich sobald das Fahrzeug 14 über das schematisch elliptisch dargestellte Schlagloch fährt. Demnach ist der Handkraftaktuator 12 während der Überfahrt über das Schlagloch mit einem Rückstellmoment R aufzuprägen. Dargestellt ist dies in 5 mit einem einzelnen Anstieg und Abfall des Rückstellmoments R.
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6 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer dritten Fahrsituation, nämlich Geradeausfahrt auf Kopfsteinpflaster, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 6 eine Detektion von sich wiederholenden Belastungsdaten, nämlich während das Fahrzeug 14 über die schematisch dargestellten Kopfsteinpflaster fährt. Demnach ist der Handkraftaktuator 12 während der Überfahrt über die Kopfsteinpflaster mit einem Rückstellmoment R aufzuprägen. Dargestellt ist dies in 6 mit einer Vielzahl von Anstiegen und Abfällen des Rückstellmoments R.
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7 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer vierten Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 4 eine Detektion von konstanten Belastungsdaten durch die Radquertraktion während der Kurvenfahrt. Demnach ist der Handkraftaktuator mit einem konstanten Rückstellmoment R aufzuprägen.
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8 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer fünften Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt mit Schlagloch, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 8 eine Detektion von konstanten Belastungsdaten durch die Kurvenfahrt und von einer Sonderbelastung, nämlich sobald das Fahrzeug 14 über das schematisch elliptisch dargestellte Schlagloch fährt. Demnach ist der Handkraftaktuator 12 über das konstant aufgeprägte Rückstellmoment R hinaus während der Überfahrt über das Schlagloch mit einem erhöhten Rückstellmoment R aufzuprägen. Dargestellt ist dies in 5 mit einem konstanten Rückstellmoment R mit einem einzelnen Ausschlag des Rückstellmoments R.
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9 zeigt eine beispielhafte Draufsicht auf ein Fahrzeug 14 mit einem erfindungsgemäßen System in einer sechsten Fahrsituation, nämlich Kurvenfahrt auf Kopfsteinpflaster, mit einem zu der Fahrsituation bestimmten Rückstellmoment R. Das durch das Steuersystem bestimmte Rückstellmoment R ist über die Zeit t aufgetragen. Durch das Sensorsystem erfolgt gemäß der Darstellung von 9 eine Detektion von konstanten Belastungsdaten durch die Kurvenfahrt und von sich wiederholenden Belastungsdaten, nämlich während das Fahrzeug 14 über die schematisch dargestellten Kopfsteinpflaster fährt. Demnach ist der Handkraftaktuator 12 während der Überfahrt über die Kopfsteinpflaster mit einem Rückstellmoment R aufzuprägen. Dargestellt ist dies in 6 mit einer Vielzahl von Anstiegen und Abfällen des Rückstellmoments R, basierend auf einem konstant erhöhten Rückstellmoment R.
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Das Rückstellmoment R ist gemäß den 4 bis 9 stets über die Zeit t aufzuprägen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System zum Bestimmen eines Rückstellmoments für einen Handkraftaktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Fahrzeugs
- 12
- Handkraftaktuator
- 14
- Fahrzeug
- 16
- Sensorsystem
- 18
- Radeinheit
- 20
- Steuersystem
- 22
- Lageraußenring
- 24
- Lagerinnenring
- Fx
- Längskräfte
- Fy
- Querkräfte
- Fz
- Radaufstandskräfte
- D
- Drehachse
- R
- Rückstellmoment
- t
- Zeit