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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Steuergerät für ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung, eine Lenkvorrichtung sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung.
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Bei Lenksystemen von Fahrzeugen, insbesondere bei Vorderachslenksystemen, auch Hilfskraftlenkung genannt, von mittleren und schweren Nutzkraftwagen, kann zum Beispiel ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe durch eine externe, unidirektionale hydraulische Pumpe betrieben werden. Eine Verbindung zwischen Pumpe und Lenkgetriebe kann beispielsweise durch eine externe Verrohrung erfolgen. Zusätzlich kann ein externes Ölreservoir als Ausgleichsbehälter erforderlich sein. Somit können einzelne Komponenten eines solchen Lenksystems im Fahrzeug verteilt angeordnet sein.
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Die
DE 20 2019 101 522 U1 offenbart eine entsprechende Lenkunterstützungsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzkraftfahrzeug.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes, ein verbessertes Steuergerät für ein Fahrzeug mit einer Lenkvorrichtung, eine verbesserte Lenkvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1, durch eine Lenkvorrichtung nach Anspruch 7 und durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen beispielsweise in einem besseren Anlaufverhalten der Lenkvorrichtung bei einem Kaltstart des Fahrzeugs.
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Es wird ein Steuergerät für ein Fahrzeug vorgestellt, das eine Lenkvorrichtung umfasst. Die Lenkvorrichtung weist eine Pumpeinrichtung mit einer Pumpe zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss oder einem zweiten Ausgabeanschluss der Pumpeinrichtung auf sowie einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe. Weiterhin weist die Lenkvorrichtung eine Getriebeeinrichtung mit einer mit einem Lenkrad koppelbaren Eingangswelle und einer mit einem Lenkstockhebel koppelbaren Ausgangswelle sowie einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in eine erste Richtung und eine zweite Richtung beweglichen Getriebeelement auf. Die Lenkvorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Arbeitsmediumanschluss und einen zweiten Arbeitsmediumanschluss, wobei der erste Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist. Außerdem weist die Lenkvorrichtung ein Ventil, das zwischen den ersten Ausgabeanschluss und den zweiten Ausgabeanschluss geschaltet ist. Dabei ist das Steuergerät ausgebildet, um in einer Vorwärmphase zum Erwärmen des Arbeitsmediums ein Motorsignal zum Betreiben des Elektromotors der Lenkvorrichtung an den Elektromotor bereitzustellen und ein Ventilöffnungssignal zum Öffnen des Ventils der Lenkvorrichtung an das Ventil bereitzustellen.
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Das Fahrzeug ist beispielsweise als ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Bus realisiert. Die Lenkvorrichtung kann vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Lenkanforderung eines Fahrers des Fahrzeugs umzusetzen und zusätzlich unter Verwendung des Arbeitsmediums zu unterstützen. Die Getriebeeinrichtung ist ausgebildet, um beispielsweise eine Lenkbewegung des Fahrers über das Lenkrad zu dem Lenkstockhebel und folglich auf beispielsweise eine Radachse des Fahrzeugs zu übertragen. Die Pumpe kann beispielsweise als hydraulische Pumpe realisiert sein, die das Arbeitsmedium, wie beispielsweise Hydrauliköl, durch die Pumpeinrichtung pumpen kann. Das Ventil, das beispielsweise auch als Backup-Ventil eingesetzt werden kann, ermöglicht einen Umgehung der Getriebeeinrichtung. Wenn das Ventil geöffnet ist, kann das von der Pumpeinrichtung gepumpte Arbeitsmedium über das Ventil an der Getriebeeinrichtung vorbeigeleitet werden. Somit kann in der Vorwärmphase die Pumpeinrichtung betrieben werden und dennoch keine Lenkunterstützung bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann die Pumpeinrichtung betrieben werden, ohne eine Lenkbewegung zu bewirken. Die dabei in der Pumpeinrichtung entstehende Wärme kann zur Erwärmung des Arbeitsmediums verwendet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Viskosität des Arbeitsmediums beispielsweise vor einer Fahrt des Fahrzeugs verbessert werden. Die Vorwärmphase kann nach einer Inbetriebnahme der Lenkvorrichtung solange andauern, bis das Arbeitsmedium eine vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht hat. An die Vorwärmphase kann eine Normalbetriebphase anschließen, in der die Lenkvorrichtung zur Unterstützung der Lenkung betrieben werden kann, oder eine Ruhephase anschließen, sofern keine Unterstützung der Lenkung erforderlich ist, beispielsweise, weil das Fahrzeug noch nicht bewegt wird. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um abhängig von einer aktuellen Betriebsphase der Lenkvorrichtung ein geeignetes Motorsteuersignal bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um in einer Normalbetriebphase zum Bewegen des Lenkstockhebels das Motorsignal zum Betreiben des Elektromotors an den Elektromotor bereitzustellen und ein Ventilschließsignal zum Schließen des Ventils an das Ventil bereitzustellen. Die Normalbetriebphase kann beispielsweise den Zustand beschreiben, wenn das Fahrzeug gefahren und die Lenkunterstützung bereitgestellt wird. Je nach Ausführungsform können das Ventilöffnungssignal und das Ventilschließsignal separate Signale oder unterschiedliche Zustände eines Signals sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Vorwärmphase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss durch eine Motorwicklung des Elektromotors bewirkt, aus dem keine Drehung eines Rotors des Elektromotors resultiert. Beispielsweise kann das Motorsignal eine Charakteristik aufweisen, die ein Anlaufen des Elektromotors verhindert. Durch den Stromfluss wird die Motorwicklung erhitzt. Somit kann der Elektromotor als Heizeinrichtung zum Erhitzen des Mediums verwendet werden ohne das die Pumpe angetrieben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Vorwärmphase als ein Signal bereitzustellen, dass einen Stromfluss einer ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer ersten Drehrate resultiert. Weiterhin kann das Steuergerät ausgebildet sein, um das Motorsignal in der Normalbetriebphase als ein Signal bereitzustellen, dass den Stromfluss der ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, aus dem die Drehung des Rotors mit einer zweiten Drehrate resultiert, die größer als die erste Drehrate ist. Somit kann der Elektromotor in der Vorwärmphase so betrieben werden, dass der Elektromotor in Bezug auf das von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment einen geringeren Wirkungsgrad als in der Normalbetriebphase aufweist. Vorteilhafterweise wird somit in der Vorwärmphase ein größerer Anteil elektrischer Energie in Wärmeenergie umgewandelt als in der Normalbetriebphase.
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Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Temperatursignal zu aktivieren, das eine Temperatur anzeigt, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Der Schwellenwert kann einer bestimmten Viskosität des Arbeitsmediums zugeordnet sein. Der Schwellenwert kann unterhalb einer optimalen Betriebstemperatur oder bei einer optimalen Betriebstemperatur des Arbeitsmediums liegen. Die Temperatur kann beispielsweise mittels Temperatursensors erfasst werden. Somit kann die Vorwärmphase nur dann ausgeführt werden, wenn eine Erwärmung des Arbeitsmediums vorteilhaft ist. Beispielsweise kann die Vorwärmphase beendet werden, wenn das Temperatursignal eine vorbestimmte Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Steuergerät ausgebildet sein, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Startsignal zu aktivieren, das einen Kaltstart des Fahrzeugs anzeigt. Das bedeutet, dass das Startsignal beispielsweise bei einem erstmaligen Starten des Fahrzeugs nach längerem Stillstand bereitgestellt wird. In einem solchen Fall kann davon ausgegangen werden, dass sich das Arbeitsmedium noch nicht auf einer gewünschten Betriebstemperatur befindet. Beispielsweise kann die Vorwärmphase ebenfalls beendet werden, wenn das Temperatursignal eine vorbestimmte Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt.
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Weiterhin wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Lenkvorrichtung eine Pumpeinrichtung mit einer Pumpe zum Pumpen eines Arbeitsmediums zu einem ersten Ausgabeanschluss oder einem zweiten Ausgabeanschluss der Pumpeinrichtung und einem Elektromotor zum Antreiben der Pumpe aufweist. Weiterhin weist die Lenkvorrichtung eine Getriebeeinrichtung mit einer mit einem Lenkrad koppelbaren Eingangswelle und einer mit einem Lenkstockhebel koppelbaren Ausgangswelle, einem zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in eine erste Richtung und eine zweite Richtung beweglichen Getriebeelement, und einem ersten Arbeitsmediumanschluss und einem zweiten Arbeitsmediumanschluss auf. Dabei ist der erste Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden und der zweite Arbeitsmediumanschluss zum Bewegen des Getriebeelements unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden. Die Lenkvorrichtung weist ferner ein Ventil, das zwischen den ersten Ausgabeanschluss und den zweiten Ausgabeanschluss geschaltet ist, und ein Steuergerät in einer der vorgestellten Varianten auf.
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Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise als ein Lenkgetriebe realisiert sein, wie es in beispielsweise Nutzfahrzeugen einsetzbar ist. Vorteilhafterweise werden Lenkbewegungen des Fahrers dadurch unterstützt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann eine Motorwicklung des Elektromotors von dem Arbeitsmedium umgeben sein. Vorteilhafterweise kann dadurch eine gute Wärmekopplung ermöglicht werden, da das Arbeitsmedium direkt von der Motorwicklung erhitzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Pumpe und der Elektromotor eine gemeinsame Welle aufweisen und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
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Dadurch kann vorteilhafterweise Bauraum innerhalb des Fahrzeugs eingespart werden, da nur ein statt zwei Gehäusen verbaut werden.
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Das Gehäuse kann einen Kanal zum Leiten des Arbeitsmedium von einem Einlass entlang einer Innenwand des Gehäuses zu der Motorwicklung aufweisen. Dabei kann der Kanal ausgeformt sein, um das Arbeitsmedium um die Motorwicklung herum zu leiten. Vorteilhafterweise wird das Arbeitsmedium auf diese Weise gleichmäßig erhitzt. Der Kanal kann beispielsweise als Nut oder Vertiefung in einem Gehäuseelement oder auch rohrartig ausgeformt sein. Der Einlass kann beispielsweise eine Schnittstelle zwischen der Pumpe und dem Kanal bezeichnen oder alternativ eine Schnittstelle zwischen einem Vorratsgefäß und der Pumpeinrichtung. Vorteilhafterweise kann durch die Anordnung des Kanals die Motorwicklung mittels Arbeitsmedium gekühlt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Rotor des Elektromotors eine Mehrzahl von Dauermagneten aufweisen, wobei einander benachbarte Dauermagnete durch Schlitze zum Durchleiten des Arbeitsmediums beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Schlitze ausgeformt sein, um das Arbeitsmedium bei einer Drehung des Rotors zu fördern. Somit können die Schlitze zwischen den Dauermagneten eine Umwälzung des Arbeitsmediums bewirken.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Pumpe als eine bidirektionale Hydraulikpumpe ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise eine einfache Ausgabe des Arbeitsmediums je nach gewünschter Förderrichtung des Arbeitsmediums erreicht werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung in einer der zuvor genannten Varianten vorgestellt. Dabei umfasst das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals an einen Elektromotor der Lenkvorrichtung zum Betreiben des Elektromotors und einen Schritt des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals an ein Ventil der Lenkvorrichtung zum Öffnen des Ventils.
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Das Verfahren ist beispielsweise in einer Lenkvorrichtung mittels Steuergerät in einer der zuvor genannten Varianten durchführbar. Vorteilhafterweise kann die Viskosität des Arbeitsmediums durch die beim Betrieb des Elektromotors entstehende Wärme verringert werden, ohne dass ein Drehmoment auf die Lenkstange der Lenkvorrichtung ausgeübt wird. Durch das geöffnete Ventil kann das Arbeitsmedium in den Leitungen der Lenkvorrichtung umgewälzt werden, sodass ein möglichst großer Anteil des Arbeitsmediums erhitzt werden kann.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Dieses Steuergerät kann zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pumpeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Lenkvorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise als Nutzfahrzeug realisiert. Die Lenkvorrichtung 102 ist ausgebildet, um einen Lenkvorgang eines Fahrers des Fahrzeugs 100 zu unterstützen. Die Lenkvorrichtung 102 weist dazu eine Pumpeinrichtung 104, eine Getriebeeinrichtung 106, ein Ventil 108 und ein Steuergerät 110 auf.
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Die Pumpeinrichtung 104 umfasst dabei eine Pumpe 112 zum Pumpen eines Arbeitsmediums entweder zu einem ersten Ausgabeanschluss 114 oder zu einem zweiten Ausgabeanschluss 116 der Pumpeinrichtung 104. Ferner umfasst die Pumpeinrichtung 104 einen Elektromotor 118, der ausgebildet ist, um die Pumpe 112 anzutreiben. Dazu sind der Elektromotor 118 und die Pumpe 112 über eine Welle miteinander gekoppelt. Die Pumpe 112 ist beispielsweise als eine bidirektionale Hydraulikpumpe realisiert.
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Die Getriebeeinrichtung 106 weist eine mit einem Lenkrad 119 koppelbaren Eingangswelle 120 und einer mit einem Lenkstockhebel 122 koppelbaren Ausgangswelle 124 auf. Weiterhin weist die Getriebeeinrichtung 106 einen zum Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle 120 auf die Ausgangswelle 124 in eine erste Richtung 126 und eine zweite Richtung 128 bewegliches Getriebeelement 130 auf. Ferner umfasst die Getriebeeinrichtung 106 einen ersten Arbeitsmediumanschluss 132 und einen zweiten Arbeitsmediumanschluss 134, wobei der erste Arbeitsmediumanschluss 132 zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums in die erste Richtung 126 mit dem ersten Ausgabeanschluss 114 verbunden ist und der zweite Arbeitsmediumanschluss 134 zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums in die zweite Richtung 128 mit dem zweiten Ausgabeanschluss 116 verbunden ist. Zum Bewegen des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Zylinder vorgesehen, der ausgeformt ist, um einen Druck des Arbeitsmediums zum Bewegen des Getriebeelements 130 zu verwenden.
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Die Eingangswelle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Lenksäule des Lenksystems mit dem Lenkrad 119 des Fahrzeugs 100 verbunden bzw. mechanisch gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle 120 ausgebildet, um ein Drehmoment von einer mit dem Lenkrad 119 gekoppelten Lenksäule des Fahrzeugs 100 in die Lenkvorrichtung 102 einzuleiten. Das über die Eingangswelle 120 eingeleitete Drehmoment kann auch als ein Eingangsdrehmoment bezeichnet werden. Die Ausgangswelle 124 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Drehmoment aus der Lenkvorrichtung 102 auszuleiten, bzw. um das Drehmoment an den Lenkstockhebel 122 auszugeben. Das über die Ausgangswelle 124 ausgeleitete Drehmoment kann auch als ein Ausgangsdrehmoment oder eine Ausgangskraft bezeichnet werden. Das Getriebeelement 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das Drehmoment von der Eingangswelle 120 mechanisch auf die Ausgangswelle 124 zu übertragen und/oder um das Eingangsdrehmoment in das Ausgangsdrehmoment umzusetzen. Um eine von dem Fahrer des Fahrzeugs 100 ausgeübte Lenkbewegung zu unterstützen, wird eine Bewegung des Getriebeelements 130 unter Verwendung des Arbeitsmediums unterstützt. Entsprechend kann das Getriebeelement 130 bei einem automatisiert lenkendem Fahrzeug 100 ausschließlich unter Verwendung des Drucks des Arbeitsmediums bewegt werden.
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Das Ventil 108 der Lenkvorrichtung 102 ist zwischen den ersten Ausgabeanschluss 114 und den zweiten Ausgabeanschluss 116 geschaltet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Ventilanschluss 136 des Ventils 108 fluidisch mit dem ersten Ausgabeanschluss 114 und dem ersten Arbeitsmediumanschluss 132 verbunden. Analog dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der zweite Ventilanschluss 138 des Ventils 108 fluidisch mit dem zweiten Ausgabeanschluss 116 und dem zweiten Arbeitsmediumanschluss 134 verbunden.
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Die Lenkvorrichtung 102 weist außerdem das Steuergerät 110 auf, das ausgebildet ist, um eine aktuelle Betriebsphase der Lenkvorrichtung 102 zu bestimmen und abhängig von der aktuellen Betriebsphase ein geeignetes Motorsignal 140 zum Betreiben des Elektromotors 118 und ein geeignetes Ventilsignal 142, 144 zum Steuern des Ventils 108 bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um eine Vorwärmphase zu beginnen, wenn eine Erwärmung des Arbeitsmediums vorteilhaft ist, beispielsweise um eine Viskosität des Arbeitsmediums zu senken. Die Das Steuergerät 110 kann ausgebildet sein, um die Vorwärmphase solange aufrechtzuhalten, bis das Arbeitsmedium bis auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist. Anschließend an die Vorwärmphase ist das Steuergerät 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Normalbetriebphase zu beginnen, in der von der Lenkvorrichtung 102 eine Lenkunterstützung bereitgestellt wird, beispielsweise für einen normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100. Dabei kann die Lenkunterstützung ansprechend auf ein Anforderungssignal bereitgestellt werden, das eine beispielsweise von einem Fahrer des Fahrzeugs 100 angeforderte Lenkung und Lenkrichtung 146 des Fahrzeugs 100 anzeigt. Je nach angeforderter Lenkrichtung 146 ist das Steuergerät 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um das das Motorsignal 140 mit einer Charakteristik bereitzustellen, die eine der Lenkrichtung 146 zugeordnete Drehung des Elektromotors 112 bewirkt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 und das Ventilsignal 142, 144 in der Vorwärmphase so bereitzustellen, dass der Elektromotor 118 betrieben wird, also bestromt wird, jedoch keine Lenkunterstützung bereitgestellt wird, beispielsweis weil an den Arbeitsmediumanschlüssen 132, 134 kein Druck oder nur ein zum Bewegen des Getriebeelements 130 nicht ausreichender Druck anliegt. Dazu wird das Motorsignal 140 beispielsweise mit einer Charakteristik bereitgestellt, die zu einem Stromfluss durch zumindest eine Wicklung des Elektromotors 118 führt, der ein zum Bewegen des Rotors des Elektromotors 118 nicht geeignetes Magnetfeld erzeugt. Alternativ wird das Motorsignal 140 beispielsweise mit einer Charakteristik bereitgestellt, die zu einem Stromfluss durch zumindest eine Wicklung des Elektromotors 118 führt, der ein zum Bewegen des Rotors des Elektromotors 118 geeignetes Magnetfeld erzeugt. In diesem Fall ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Ventilsignal in Form eines Ventilöffnungssignals 142 zum Öffnen des Ventils 108 bereitzustellen. Die Charakteristik des Motorsignals 140 kann sich beispielsweise auf eine Amplitude und/oder Modulation des Motorsignals 140 beziehen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 in der Normalbetriebphase mit einer Charakteristik bereitzustellen, das einen zum Antreiben der Pumpe 118 geeigneten Betrieb des Elektromotors 112 gewährleistet. Ferner ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Ventilsignal in Form eines Ventilschließsignals 144 zum Schließen des Ventils 108 an das Ventil 108 bereitzustellen. Auf diese Weise ein zum Unterstützen der Lenkbewegung ausreichender Druck des Arbeitsmediums erzeugt und dieser Druck liegt je nach Förderrichtung der Pumpeinrichtung 104 an einem der Arbeitsmediumanschlüsse 132, 134 an.
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Eine über das Motorsignal 140 an den Elektromotor 118 bereitgestellte elektrische Energie wird zu einem Teil in Wärme umgesetzt und zu einem anderen Teil zum Antrieb des Rotors des Elektromotors 118 verwendet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 so bereitzustellen, dass der in Wärme umgesetzte Teil der an den Elektromotor 118 bereitgestellten elektrischen Energie im Verhältnis zu dem zum Antrieb verwendeten Teil in der Vorwärmphase größer als in der Normalbetriebphase ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um das Motorsignal 140 in der Vorwärmphase mit einer Charakteristik bereitzustellen, die einen Stromfluss einer ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, der ein erstes Magnetfeld erzeugt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer ersten Drehrate resultiert. In der Normalbetriebphase ist das Steuergerät 110 dagegen ausgebildet, um das Motorsignal 140 mit einer Charakteristik bereitzustellen, die einen Stromfluss der ersten Größe durch die Motorwicklung bewirkt, der ein zweites Magnetfeld erzeugt, aus dem eine Drehung des Rotors mit einer zweiten Drehrate resultiert, die größer als die erste Drehrate ist. Somit kann
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Das Steuergerät 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Temperatursignal 152 zu aktivieren, das eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Das Temperatursignal 152 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einem Temperatursensor 154 bereitgestellt. Der Temperatursensor 154 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Teil der Pumpeinrichtung 104 realisiert. Alternativ ist der Temperatursensor 154 auch anderweitig in dem Fahrzeug 100 anordenbar. Beispielsweise ist das Steuergerät 110 ausgebildet, um die Vorwärmphase zu beenden, sobald das Temperatursignal 152 eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die auf oder oberhalb des Schwellenwerts liegt. Alternativ oder zusätzlich ist das Steuergerät 110 beispielsweise ausgebildet, um die Vorwärmphase nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu beenden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 110 zusätzlich oder alternativ ausgebildet, um die Vorwärmphase ansprechend auf ein Startsignal 160 zu aktivieren, das einen Kaltstart des Fahrzeugs 100 anzeigt. Das Startsignal 160 wird beispielsweise von einer Motorsteuerung des Fahrzeugs 100 bereitgestellt.
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Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Pumpeinrichtung 104 einen optionalen Eingangsanschluss 156 auf, über den die Pumpeinrichtung 104 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Vorratsgefäß 158 zum Bevorraten des Arbeitsmediums verbunden ist.
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In anderen Worten wird eine Möglichkeit vorgestellt, um das Arbeitsmedium, das auch als Hydrauliköl realisierbar und als Öl bezeichnenbar ist, bei einem Kaltstart des Fahrzeugs 100 vorzuwärmen. Das bedeutet, dass für eine Anwendung zur Lenkung des Fahrzeugs 100, beispielsweise eines Lastkraftwagens, beispielsweise ein elektrohydraulisch arbeitendes Lenkgetriebe, das hier als Getriebeeinrichtung 106 bezeichnet wird, über eine bidirektional arbeitende Pumpeinrichtung 104 mit beispielsweise einer Hydraulikpumpe in Form der Pumpe 112 angesteuert wird. Die beiden Anschlüsse der Pumpeinrichtung 104, die hier als erster Ausgabeanschluss 114 und zweiter Ausgabeanschluss 116 bezeichnet werden, sind mit der Getriebeeinrichtung 106, beispielsweise mit zumindest einem Zylinder eines klassischen bekannten Lenkgetriebes, verbunden. Der die Pumpe 112 antreibende Elektromotor 118 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel von dem Arbeitsmedium des Vorratsgefäßes 158, das auch als Vorratsbehälter oder Ausdehnungsgefäß bezeichnet wird, umgeben. Bereits vor einem Fahrtbeginn kann durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors 118 die Viskosität des Arbeitsmediums verbessert werden, indem die Temperatur des Arbeitsmediums erhöht wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel dreht sich der Elektromotor 118 durch Öffnen des Ventils 118 ohne den Lenkstockhebel 122 zu bewegen. Dadurch verteilt sich das erwärmte Arbeitsmedium in der Pumpeinrichtung 104. Die Motorwicklungen des Elektromotors 118 können optional so angesteuert werden, dass sich die Die Motorwicklungen auch im Stillstand oder bei geringer Motorleistung stark erwärmen.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pumpeinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Pumpeinrichtung 104 kann der in 1 beschriebenen Pumpeinrichtung 104 ähneln oder entsprechen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Pumpe 112 und der Elektromotor 118 benachbart zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse 200 angeordnet. Das Gehäuse 200 umschließt die Pumpe 112, den Elektromotor 118 und eine die Pumpe 112 mit dem Elektromotor 118 koppelnde gemeinsame Welle 201. Das von der Pumpe 112 geförderte Arbeitsmedium wird dabei so durch das Gehäuse 200 geleitet, dass es von dem Elektromotor 118 erwärmt wird.
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Der Elektromotor 118 umfasst einen Rotor 202 und einen Stator 203. Der Rotor 202 weist eine Mehrzahl von Dauermagneten auf, wobei einander benachbarte Dauermagnete durch Schlitze 204 zum Durchleiten des Arbeitsmediums beabstandet sind. Die Schlitze 204 sind dabei ausgeformt, um das Arbeitsmedium bei einer Drehung des Rotors 202 zu fördern.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 200 einen Kanal 206 zum Leiten des Arbeitsmediums von einem Einlass entlang einer Innenwand des Gehäuses 200 zu den an dem Stator 203 angeordneten Motorwicklungen 208 des Elektromotors 118 auf. Dabei ist der Kanal 206 ausgeformt, um das Arbeitsmedium um die Motorwicklung 208 herum zu leiten. Eine Fließrichtung des Arbeitsmediums wird dabei durch die abgebildeten Pfeile 210 verdeutlicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dadurch ebenfalls verdeutlicht, dass die Motorwicklungen 208 von dem Arbeitsmedium umgeben ist, um beispielsweise eine gute Wärmekopplung zu ermöglichen.
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Zusammengefasst pumpt die Pumpe 112 das Arbeitsmedium ausgehend von einem Pumpenausgang 212 durch den Kanal 206 entlang einer Wand des Gehäuses 200, wo das Arbeitsmedium gemäß einem Ausführungsbeispiel abkühlt, in Richtung der Motorwicklungen 208. Von dort aus fließt das Arbeitsmedium gemäß diesem Ausführungsbeispiel um die Motorwicklung 208 herum und durch die Schlitze 204, die als Umwälzpumpe agieren, in Richtung Gehäusewand bis hin zum Pumpenausgang 212 durch beispielsweise einen Wärmetauscher 214.
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In anderen Worten wird zum Vorwärmen des Arbeitsmediums bei beispielsweise einer kalten Außentemperatur der Elektromotor 118 als Heizeinrichtung genutzt. Die Einbettung der Motorwicklungen 108 in das Arbeitsmedium ermöglicht eine gute Wärmekopplung zwischen dem Elektromotor 118 und dem umgebenden Arbeitsmedium. Die Schlitze 204 zwischen der Mehrzahl von Dauermagneten an dem Rotor 202, der auch als Rotorscheibe bezeichnet wird, dienen als Antrieb zur Umwälzung des Arbeitsmediums. Das sich in Richtung der Pfeile 210 umwälzende Arbeitsmedium durchströmt die die Motorwicklungen 108 ausformenden Spulen des Elektromotors 118 und erwärmt sich dabei.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Erwärmen eines Arbeitsmediums in einer Vorwärmphase für eine Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 ist in einem Steuergerät durchführbar, wie es in 1 beschrieben wurde. Das Verfahren 300 umfasst dabei einen Schritt 302 des Bereitstellens eines Motorsignals an einen Elektromotor der Lenkvorrichtung zum Betreiben des Elektromotors und einen Schritt 304 des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals an ein Ventil der Lenkvorrichtung, um das Ventil zu öffnen. Die Schritte 302, 304 werden in einer Vorwärmphase ausgeführt, die zum Erwärmen des Arbeitsmediums durchgeführt werden. Während des Andauerns der Vorwärmphase bleibt das Ventil gemäß einem Ausführungsbeispiel durchgängig geöffnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor in der Vorwärmphase ausschließlich betrieben, um das Arbeitsmedium zu erwärmen, eine Lenkunterstützung wird in der Vorwärmphase nicht bereitgestellt.
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Optional umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 306 des Bereitstellens des Motorsignals mit derselben oder einer geänderten Charakteristik, bezogen auf den Schritt 302, und einen Schritt 308 des Bereitstellens eines Ventilschließsignals, um das Ventil zu schließen. Die Schritte 306, 308 werden in einer Normalbetriebphase ausgeführt, in der das Arbeitsmedium unter Druck gesetzt wird, um das Fahrzeug zu lenken oder eine Lenkung zu unterstützen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 310 des Einlesen eines Temperatursignals, das eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 310 kontinuierlich wiederholt ausgeführt, um die Temperatur des Arbeitsmediums fortlaufend zu überwachen. Die Vorwärmphase dauert gemäß einem Ausführungsbeispiel solange an, wie das Temperatursignal eine Temperatur des Arbeitsmediums anzeigt, die unterhalb einer vorbestimmten Betriebstemperatur liegt. Beispielsweis wird nach einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs überprüft, ob die Temperatur des Arbeitsmediums bereits die Betriebstemperatur aufweist. Wenn dies der Fall ist, wird die Vorwärmphase übersprungen und direkt die Normalbetriebphase eingeleitet. Wenn die Temperatur des Arbeitsmediums unterhalb der Betriebstemperatur liegt, wird dagegen vor Beginn der Normalbetriebphase die Vorwärmphase ausgeführt, um die Temperatur des Arbeitsmediums auf die Betriebstemperatur zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Lenkvorrichtung
- 104
- Pumpeinrichtung
- 106
- Getriebeeinrichtung
- 108
- Ventil
- 110
- Steuergerät
- 112
- Pumpe
- 114
- erster Ausgabeanschluss
- 116
- zweiter Ausgabeanschluss
- 118
- Elektromotor
- 119
- Lenkrad
- 120
- Eingangswelle
- 122
- Lenkstockhebel
- 124
- Ausgangswelle
- 126
- erste Richtung
- 128
- zweite Richtung
- 130
- Getriebeelement
- 132
- erster Arbeitsmediumanschluss
- 134
- zweiter Arbeitsmediumanschluss
- 136
- erster Ventilanschluss
- 138
- zweiter Ventilanschluss
- 140
- Motorsignal
- 142
- Ventilöffnungssignal
- 144
- Ventilschließsignal
- 146
- Lenkrichtung
- 148
- Lenkstange
- 150
- Fahrzeugräder
- 152
- Temperatursignal
- 154
- Temperatursensor
- 156
- Eingangsanschluss
- 158
- Vorratsgefäß
- 160
- Startsignal
- 200
- Gehäuse
- 201
- Welle
- 202
- Rotor
- 203
- Stator
- 204
- Schlitz
- 206
- Kanal
- 208
- Motorwicklung
- 210
- Pfeil
- 212
- Pumpenausgang
- 214
- Wärmetauscher
- 300
- Verfahren
- 302
- Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals
- 304
- Schritt des Bereitstellens eines Ventilöffnungssignals
- 306
- Schritt des Bereitstellens eines Motorsignals
- 308
- Schritt des Bereitstellens eines Ventilschließsignals
- 310
- Schritt des Einlesens
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202019101522 U1 [0003]