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DE102019101811A1 - System and method for the safe operation of a feedback actuator - Google Patents

System and method for the safe operation of a feedback actuator Download PDF

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Publication number
DE102019101811A1
DE102019101811A1 DE102019101811.0A DE102019101811A DE102019101811A1 DE 102019101811 A1 DE102019101811 A1 DE 102019101811A1 DE 102019101811 A DE102019101811 A DE 102019101811A DE 102019101811 A1 DE102019101811 A1 DE 102019101811A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electric motor
steering
operating mode
steering torque
force feedback
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102019101811.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102019101811.0A priority Critical patent/DE102019101811A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Force-Feedback-System (10) zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem (12), aufweisend einen Elektromotor (14) zum Einstellen eines Lenkmoments an einem Lenkrad (16), wobei der Elektromotor (14) in einem ersten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als elektrisch betriebener Widerstandsmotor verwendet werden kann, wobei die elektrische Energie hierzu von einem Fahrzeugbordnetz (18) bereitgestellt werden kann, und wobei der Elektromotor (14) in einem zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit verwendet werden kann, um ein Lenkmoment einzustellen, eine mit dem Elektromotor (14) in Wirkverbindung stehende Steuereinheit (20), um den Elektromotor (14) im zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit zu betreiben.The invention relates to a force feedback system (10) for simulating a steering torque for a steer-by-wire steering system (12), comprising an electric motor (14) for adjusting a steering torque on a steering wheel (16), the electric motor ( 14) can be used as an electrically operated resistance motor in a first operating mode for setting the steering torque, the electrical energy for this can be provided by a vehicle electrical system (18), and the electric motor (14) can be used as a generator unit in a second operating mode, In order to set a steering torque, a control unit (20) that is operatively connected to the electric motor (14) in order to operate the electric motor (14) in the second operating mode as a generator unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Force-Feedback-System mit einer sicheren Rückfallebene bei einem Fehlerfall.The invention relates to a force feedback system with a safe fallback level in the event of an error.

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 Lenkwelle 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.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles receive manual steering commands from the driver, like conventional mechanical steering systems, by rotating a steering wheel of an input unit. This causes the rotation of a steering shaft, which, however, is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but rather interacts with angle of rotation or torque sensors, which detect the steering command introduced and emit an electrical control signal determined therefrom to a steering actuator by means of of an electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.

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- beziehungsweise 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.With steer-by-wire steering systems, the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering column, which in conventional mechanically coupled steering systems is a reaction or reset torque depending on the condition of the road surface, the vehicle speed, the current steering angle and other operating states Steering wheel are reported back. The lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to reliably record current driving situations and to carry out appropriate steering maneuvers, which impairs vehicle steerability and thus driving safety.

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 ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment beziehungsweise Lenkmoment über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derartige Lenkeinrichtungen mit einem Force-Feedback-System geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.To create a realistic driving experience, it is known in the prior art to record parameters such as vehicle speed, steering angle, steering reaction torque and the like from an actual current driving situation or to calculate them in a simulation, and to use these to generate a feedback signal, which a feedback actuator is fed. The feedback actuator is integrated in the input unit and has an actuator unit which includes an actuator serving as a manual torque or steering wheel actuator and which, depending on the feedback signal, couples a return torque or steering torque corresponding to the real reaction torque via the steering shaft into the steering wheel. Steering devices of this type with a force feedback system give the driver the impression of a real driving situation as with conventional steering, which facilitates an intuitive reaction.

Aus der DE 10 2008 036 730 A1 ist ein Steer-by-wire-Lenksystem bekannt, mit einer Eingabeeinheit, die eine von einer elektrischen Motoreinheit angetriebene Aktuatoreinheit aufweist. Die Motoreinheit 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 Lenkwelle gekuppelt, somit ist das Motordrehmoment identisch mit dem in die Lenkwelle 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 Lenkwelle verbunden.From the DE 10 2008 036 730 A1 a steer-by-wire steering system is known, with an input unit which has an actuator unit driven by an electric motor unit. The motor unit can be controlled by an electronic control unit, which adjusts the motor current as a function of measured values that characterize the respective driving situation. The motor shaft is directly coupled to the steering shaft, so the motor torque is identical to the manual torque that is coupled into the steering shaft. The motor unit is flanged axially to the jacket unit with respect to the longitudinal axis and the motor shaft is connected to the steering shaft mounted in the jacket unit via a coupling.

Im normalen beziehungsweise fehlerfreien Betriebsmodus erzeugt das Force-Feedback-System ein Lenkmoment, welches durch den Fahrer des Fahrzeugs überwunden werden muss. Somit muss der Fahrer dauerhaft in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation bei der Lenkbewegung ein simuliertes Lenkmoment überwinden. Im Fehlerfall, beispielsweise beim Abriss der Spannungsversorgung des Elektromotors, kann das gewohnte Lenkmoment nicht mehr durch das Force-Feedback-System simuliert werden.In the normal or error-free operating mode, the force feedback system generates a steering torque that must be overcome by the driver of the vehicle. As a result, the driver must permanently overcome a simulated steering torque as a function of the respective driving situation when steering. In the event of a fault, for example when the voltage supply to the electric motor is interrupted, the usual steering torque can no longer be simulated by the force feedback system.

Als mögliche Rückfallebene im Falle eines Fehlerfalls ist beispielsweise gemäß der Offenlegungsschrift DE 100 42 308 A1 ein redundantes Bordnetzsystem vorgesehen. Allerdings kann bei einem länger nicht genutzten, zusätzlichen Bordnetzsystem nicht immer sichergestellt sein, dass dieses in einem Fehlerfall zweifelsfrei funktioniert.As a possible fallback level in the event of an error is, for example, according to the published patent application DE 100 42 308 A1 a redundant electrical system is provided. However, if an additional on-board electrical system has not been used for a long time, it cannot always be ensured that it will function without any doubt in the event of an error.

Es besteht daher das Risiko, dass das Force-Feedback-System im Fehlerfall unvorhergesehen kein Lenkmoment mehr erzeugt, obgleich der Fahrer das Lenkmoment erwartet, sodass ein plötzlicher Wegfall des Lenkmoments zu einem Überschwinger beziehungsweise einem Verreißen des Lenkrades führen kann.There is therefore a risk that the force feedback system will inadvertently no longer generate steering torque in the event of a fault, although the driver expects the steering torque, so that a sudden loss of the steering torque can lead to an overshoot or the steering wheel tearing.

Die Aufgabe der aktuellen Entwicklung besteht darin, ein Force-Feedback-System und ein Verfahren für dieses Force-Feedback-System vorzuschlagen, welche im Fehlerfall eine kostengünstige und sichere Dämpfung aufweisen.The task of the current development is to propose a force feedback system and a method for this force feedback system, which have a cost-effective and safe damping in the event of a fault.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Force-Feedback-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren unter Verwendung des Feedback-Systems mit den Merkmalen des Anspruchs 8. 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.The object is achieved according to the invention by a force feedback system with the features of claim 1 and a method using the feedback system with the features of claim 8. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, which: individually or in combination can represent an aspect of the invention.

Die Erfindung betrifft somit ein Force-Feedback-System zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem, aufweisend einen Elektromotor zum Einstellen eines Lenkmoments an einem Lenkrad, wobei der Elektromotor in einem ersten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als elektrisch betriebener Widerstandsmotor verwendet werden kann, wobei die elektrische Energie hierzu von einem Fahrzeugbordnetz bereitgestellt werden kann, und wobei der Elektromotor in einem zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit verwendet werden kann, um ein Lenkmoment einzustellen, eine mit dem Elektromotor in Wirkverbindung stehende Steuereinheit, um den Elektromotor im zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit zu betreiben.The invention thus relates to a force feedback system for simulating a steering torque for a steer-by-wire steering system, comprising an electric motor for adjusting a steering torque a steering wheel, wherein the electric motor can be used in a first operating mode for adjusting the steering torque as an electrically operated resistance motor, the electrical energy for this can be provided by a vehicle electrical system, and wherein the electric motor can be used as a generator unit in a second operating mode Set steering torque, a control unit operatively connected to the electric motor in order to operate the electric motor in the second operating mode as a generator unit.

Die Aufgabe wird somit erfindungsgemäß durch einen in zwei verschiedene Betriebsmodi einstellbaren Elektromotor gelöst, der zur Erzeugung des gewünschten Lenkmoments entweder als Widerstandsmotor betrieben oder als eine einen Lenkwiderstand erzeugende Generatoreinheit verwendet werden kann. Anders formuliert bedeutet dies, das Force-Feedback-System verfügt über einen ersten Betriebsmodus für den Normalbetrieb, wobei es im Fehlerfall in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Im Fehlerfall, also im zweiten Betriebsmodus, wird der Elektromotor des Force-Feedback-Systems im generatorischen Betrieb betrieben, wodurch das Force-Feedback-System auch im Fehlerfall eine hohe Eigendämpfung aufweist. Im generatorischen Betrieb des Elektromotors wird ein als Lenkmoment wirkendes Drehmoment erzeugt, das die Bewegung des Gesamtsystems dämpft. The object is thus achieved according to the invention by an electric motor which can be set in two different operating modes and which can either be operated as a resistance motor to generate the desired steering torque or can be used as a generator unit which generates a steering resistance. In other words, the force feedback system has a first operating mode for normal operation, and it is operated in a second operating mode in the event of a fault. In the event of a fault, that is to say in the second operating mode, the electric motor of the force feedback system is operated in generator mode, as a result of which the force feedback system also has a high level of internal damping in the event of a fault. In generator operation of the electric motor, a torque acting as a steering torque is generated, which dampens the movement of the overall system.

Hierzu ist kein separates Bordnetz zur Energieversorgung notwendig. Die Erfindung umfasst somit ein Force-Feedback-System mit einer zugehörigen Steuereinheit, welche im Fehlerfall automatisch den Betriebsmodus wechselt.No separate on-board power supply is required for this. The invention thus comprises a force feedback system with an associated control unit, which automatically changes the operating mode in the event of a fault.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromotor im ersten Betriebsmodus ein optionales Getriebe antreibt, das mit einem Lenkrad derart verbunden ist, dass am Lenkrad das Lenkmoment simuliert wird. Mit anderen Worten ist mindestens eine mit dem Lenkrad verbundene Lenkspindel über das Getriebe mit dem Elektromotor verbunden. Durch das Getriebe kann ein simuliertes Lenkmoment durch eine geeignete Übersetzung realistisch nachgebildet werden, sodass der Elektromotor in seiner Auslegung weniger auf das finale Lenkmoment am Lenkrad, sondern hauptsächlich hinsichtlich seiner zwei Betriebsmodi, insbesondere hinsichtlich des Generatorbetriebs, ausgelegt werden kann, wobei nicht der absolute Fokus auf dem gewünschten Lenkmoment liegen muss. Dies erweitert die Auslegungsmöglichkeiten des Elektromotors.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that in the first operating mode the electric motor drives an optional transmission which is connected to a steering wheel in such a way that the steering torque is simulated on the steering wheel. In other words, at least one steering spindle connected to the steering wheel is connected to the electric motor via the transmission. Through the gearbox, a simulated steering torque can be realistically simulated by means of a suitable gear ratio, so that the electric motor can be designed less for the final steering torque on the steering wheel, but mainly with regard to its two operating modes, particularly with regard to generator operation, not the absolute focus must lie on the desired steering torque. This extends the design options of the electric motor.

Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass das Getriebe eine Stirnradstufe aufweist. Ebenso ist es möglich, dass das Getriebe ein Planetengetriebe oder ein Riemengetriebe ist. Diese Getriebeformen ermöglichen insbesondere eine optimale Elektromotorenauslegung oder ein Getriebe mit beliebiger Bauform.It can particularly preferably be provided that the transmission has a spur gear stage. It is also possible that the transmission is a planetary gear or a belt transmission. These types of gears enable, in particular, an optimal electric motor design or a gear with any design.

Als zum Erreichen der aufgabengemäßen Lösung besonders geeignet hat sich als zuverlässig und somit sicher herausgestellt, dass der Elektromotor ein Dreiphasenmotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor sein kann. Somit kann der Elektromotor möglichst zuverlässig als Widerstandsmotor und alternativ als Generatoreinheit verwendet werden.It has been found to be particularly reliable and therefore certain that the electric motor can be a three-phase motor, in particular a brushless DC motor, as being particularly suitable for achieving the solution according to the task. Thus, the electric motor can be used as reliably as a resistance motor and alternatively as a generator unit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass der Elektromotor Statorwicklungen aufweisen kann, die im zweiten Betriebsmodus des Elektromotors mit mindestens einem elektronischen Bauelement verbunden sind. Dieses elektronische Bauelement kann demnach als Schaltelement dienen, um den Elektromotor zwischen den beiden Betriebsmodi zu schalten.An advantageous embodiment of the invention is that the electric motor can have stator windings which are connected to at least one electronic component in the second operating mode of the electric motor. This electronic component can therefore serve as a switching element in order to switch the electric motor between the two operating modes.

Die Verwendung eines elektronischen Bauelements als Schaltelement hat sich als besonders zuverlässig und sicher ergeben, wenn das elektronische Bauelement ein Relais oder einen Transistor ist.The use of an electronic component as a switching element has been found to be particularly reliable and safe if the electronic component is a relay or a transistor.

Optional kann das elektronische Bauelement im Steuergerät, in einer Zuleitung oder im Elektromotor verbaut sein. Diese drei Einbausituationen eignen sich insbesondere, um ein zuverlässiges Signal zur Änderung des Betriebsmodus zu erhalten, da sie ohnehin verbaut sein müssen. Eine zusätzliche Komponente würde einen weiteren Fehlerfall herbeiführen können.The electronic component can optionally be installed in the control unit, in a feed line or in the electric motor. These three installation situations are particularly suitable for obtaining a reliable signal for changing the operating mode, since they have to be installed anyway. An additional component could cause another error.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren mit einem Force-Feedback-System zum Nachbilden eines Lenkmoments für das Steer-by-wire-Lenksystem mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale, wobei der Elektromotor unter Wirkverbindung mit dem Steuergerät im ersten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als elektrisch betriebener Widerstandsmotor oder im zweiten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als Generatoreinheit betrieben wird.According to the invention, there is also a method with a force feedback system for simulating a steering torque for the steer-by-wire steering system with at least one of the aforementioned features, the electric motor being operatively connected to the control unit in the first operating mode for setting the steering torque as being electrically operated Resistor motor or in the second operating mode for adjusting the steering torque is operated as a generator unit.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der zweite Betriebsmodus als Rückfallebene durch die Steuereinheit eingestellt wird. Hierdurch kann die Sicherheit eines Fahrers in gutem Maße gewährleistet werden, sodass ein Verreißen des Lenkrads im Fehlerfall durch ein unmittelbare Schalten in den zweiten Betriebsmodus mit dem als Generatoreinheit agierenden Elektromotors als Rückfallebene vermieden werden kann.In particular, it is provided that the second operating mode is set as a fallback level by the control unit. In this way, the safety of a driver can be ensured to a good degree, so that tearing of the steering wheel in the event of a fault can be avoided by switching directly to the second operating mode with the electric motor acting as a generator unit as the fallback level.

Um die Sicherheit des Fahrers in vorteilhafter Weise zu gewährleisten kann insbesondere vorgesehen sein, dass der zweite Betriebsmodus im Fehlerfall des Steuergeräts, insbesondere bei einem Ausfall einer Signalübertragung oder bei einem Ausfall einer Energieversorgung durch das Fahrzeugbordnetz, automatisch durch das elektronische Bauelement aktiviert wird.In order to ensure the safety of the driver in an advantageous manner, it can in particular be provided that the second operating mode in the A fault in the control unit, in particular in the event of a signal transmission failure or a power supply failure by the vehicle electrical system, is automatically activated by the electronic component.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung 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: eine schematische Ansicht eines Steer-by-wire-Lenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
  • 2: ein exemplarisches Diagramm eines von einer Motordrehzahl abhängigen Lenkmoments eines als Generatoreinheit genutzten Elektromotors im zweiten Betriebsmodus gemäß der Ausführungsform nach 1.
In the following, the invention will be explained by way of example with reference to the attached drawing using a preferred exemplary embodiment, the features shown below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination. It shows:
  • 1 : a schematic view of a steer-by-wire steering system according to a preferred embodiment of the invention and
  • 2nd FIG. 1 shows an exemplary diagram of a steering torque that is dependent on a motor speed of an electric motor used as a generator unit in the second operating mode according to the embodiment of FIG 1 .

Die 1 zeigt ein Steer-by-Wire-Lenksystem 12, welches bevorzugt ein Force-Feedback-System 10 und einen Lenkaktuator 26 aufweist. Das Force-Feedback-System 10 und der Lenkaktuator 26 werden im Normalbetrieb über ein entsprechend ausgebildetes Bordnetzsystem 18, 28 mit elektrischer Energie versorgt.The 1 shows a steer-by-wire steering system 12, which preferably a force feedback system 10th and a steering actuator 26 having. The Force Feedback System 10th and the steering actuator 26 are in normal operation via a suitably trained on-board electrical system 18th , 28 supplied with electrical energy.

Wenn ein Fahrer nun eine Lenkbewegung vornimmt, simuliert das Force-Feedback-System 10 ein Lenkmoment, das vom Fahrer bei einer physischen Lenkeinrichtung tatsächlich an einem Lenkrad 16 wahrgenommen würde. Der Lenkaktuator 26 überträgt die vom Force-Feedback-System 10 ausgeführte Lenkbewegung über ein Lenksteuergerät 30 auf einen Lenkelektromotor 32. Der Lenkelektromotor 32 überträgt ein Drehmoment über ein Lenkgetriebe 34 auf die entsprechend zu lenkenden und mit einem Fahrwerk 36 gestützten Räder 38 des Fahrzeugs.When a driver now makes a steering movement, the force feedback system simulates 10th a steering torque actually applied to a steering wheel by the driver in a physical steering device 16 would be perceived. The steering actuator 26 transmits that from the force feedback system 10th executed steering movement via a steering control unit 30th on a steering electric motor 32 . The steering electric motor 32 transmits torque via a steering gear 34 on the correspondingly steerable and with a chassis 36 supported wheels 38 of the vehicle.

Das Force-Feedback-System 10 weist insbesondere einen Elektromotor 14 und optional ein Getriebe 22 auf, um das gewünschte Lenkmoment am Lenkrad 16 in einem ersten Betriebsmodus zu erhalten.The Force Feedback System 10th especially has an electric motor 14 and optionally a gearbox 22 to the desired steering torque on the steering wheel 16 to get in a first operating mode.

Besonders bevorzugt ist das Getriebe 22 nicht selbsthemmend und weist insbesondere einen hohen Wirkungsgrad auf. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Getriebes 22 umfasst ein Planetengetriebe, ein Riemengetriebe oder eine Stirnradstufe.The transmission is particularly preferred 22 not self-locking and in particular has a high efficiency. A particularly advantageous embodiment of the transmission 22 includes a planetary gear, a belt gear or a spur gear.

Der Elektromotor 14 ist beispielsweise als ein Dreiphasenmotor und besonders bevorzugt als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Eine Ausgestaltung mit drei Phasen 40 ist in 1 exemplarisch dargestellt.The electric motor 14 is designed for example as a three-phase motor and particularly preferably as a brushless DC motor. An arrangement with three phases 40 is in 1 shown as an example.

Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Force-Feedback-System 10 eine Steuereinheit 20, welche mit dem Elektromotor 14 in einem Wirkzusammenhang steht. Die Drehposition des Lenkrads 16 des Force-Feedback-Systems 10 wird vorzugsweise über eine elektrische Verbindung an den Lenkaktuator 26 des Fahrzeugs übermittelt.The force feedback system according to the invention also includes 10th a control unit 20 which with the electric motor 14 is in an operational context. The turning position of the steering wheel 16 of the force feedback system 10th is preferably via an electrical connection to the steering actuator 26 of the vehicle.

Die Erfindung umfasst weiterhin mindestens zwei Betriebsmodi. In einem ersten Betriebsmodus wird der Elektromotor 14 des Force-Feedback-Systems 10 durch die Steuereinheit 20 derart angesteuert, dass der Elektromotor 14 das Getriebe 22 antreibt und dadurch am Lenkrad 16 ein Lenkmoment simuliert wird.The invention further comprises at least two operating modes. The electric motor is in a first operating mode 14 of the force feedback system 10th by the control unit 20 controlled so that the electric motor 14 The gear 22 drives and thereby on the steering wheel 16 a steering torque is simulated.

Demgegenüber wird in einem zweiten Betriebsmodus der Elektromotor 14 durch die Steuereinheit 20 generatorisch betrieben. Hierzu können bevorzugt Statorwicklungen des Elektromotors 14 durch ein elektronisches Bauelement 24 verbunden werden. Besonders bevorzugt ist das elektronische Bauelement 24 ein Relais oder ein Transistor. Dieser Betriebsmodus wird bevorzugt im Fehlerfall der Steuereinheit, beziehungsweise beim Ausfall der Signalübertragung oder Energieversorgung, automatisch durch das elektronische Bauelement 24 aktiviert. Durch diese Schaltung wird durch den als Generatoreinheit wirkenden Elektromotor 14 ein dämpfendes Motormoment erzeugt, wodurch das Force-Feedback-System im Fehlerfall stark gedämpft wird.In contrast, the electric motor is in a second operating mode 14 by the control unit 20 operated as a generator. For this purpose, stator windings of the electric motor can preferably be used 14 through an electronic component 24th get connected. The electronic component is particularly preferred 24th a relay or a transistor. This operating mode is preferred automatically in the event of a fault in the control unit, or in the event of failure of the signal transmission or energy supply, by the electronic component 24th activated. Through this circuit, the electric motor acting as a generator unit 14 generates a damping engine torque, which strongly dampens the force feedback system in the event of a fault.

2 zeigt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl des Elektromotors 14 das am Lenkrad 16 erzeugbare Lenkmoment des zweiten Betriebsmodus. Das anliegende Lenkmoment stellt die nötige Eigendämpfung des Force-Feedbacks-Systems sicher, um im Fehlerfall ein Verreißen des Lenkrads 16 durch den Fahrer zu vermeiden. 2nd shows depending on the motor speed of the electric motor 14 that on the steering wheel 16 Generable steering torque of the second operating mode. The applied steering torque ensures the necessary internal damping of the force feedback system to prevent the steering wheel from tearing in the event of a fault 16 to avoid by the driver.

Es hat sich herausgestellt, dass selbst bei einer eingeschränkten Wirkung beziehungsweise bei einem eingeschränkten Lenkmoment beim zweiten Betriebsmodus gegenüber dem ersten Betriebsmodus ein sicherer Betrieb im Fehlerfall sichergestellt ist.It has been found that even with a limited effect or with a limited steering torque in the second operating mode compared to the first operating mode, safe operation is ensured in the event of a fault.

Das elektronische Bauelement 24, insbesondere das Relais oder der Transistor, kann im Steuergerät, in der Zuleitung oder im Elektromotor verbaut sein. Dies spart Bauraum beziehungsweise weitere gesondert zu montierende Bauelemente.The electronic component 24th , in particular the relay or the transistor, can be installed in the control unit, in the feed line or in the electric motor. This saves installation space or other components to be assembled separately.

Der zweite Betriebsmodus stellt eine hohe Eigendämpfung des Force-Feedback-Systems 10 kostengünstig sicher, da kein zusätzlicher Bauraum und insbesondere nur wenige und kostengünstige zusätzliche Bauteile, beispielsweise das Relais oder der Transistor, benötigt werden.The second operating mode provides a high level of internal damping for the force feedback system 10th Cost-effective, safe, since no additional installation space and, in particular, only a few and inexpensive ones additional components, such as the relay or transistor, are required.

Es kann insbesondere auf ein redundantes Bordnetzsystem für das Force-Feedback-System 10 verzichtet werden, sodass das Bordnetzsystem 18 des Force-Feedback-Systems 10 und das Bordnetzsystem 18 des Lenkaktuators 26 demselben Bordnetzsystem angehören können.In particular, a redundant vehicle electrical system for the force feedback system can be used 10th to be dispensed with, so that the vehicle electrical system 18th of the force feedback system 10th and the electrical system 18th of the steering actuator 26 can belong to the same electrical system.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
Force-Feedback-SystemForce feedback system
1212th
Steer-by-wire-LenksystemSteer-by-wire steering system
1414
ElektromotorElectric motor
1616
Lenkradsteering wheel
1818th
BordnetzsystemWiring system
2020
SteuereinheitControl unit
2222
Getriebetransmission
2424th
Elektronisches BauelementElectronic component
2626
LenkaktuatorSteering actuator
2828
BordnetzsystemWiring system
3030th
LenksteuergerätSteering control unit
3232
LenkelektromotorSteering electric motor
3434
LenkgetriebeSteering gear
3636
Fahrwerklanding gear
3838
Räderbikes
4040
Drei PhasenThree phases

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102008036730 A1 [0005]DE 102008036730 A1 [0005]
  • DE 10042308 A1 [0007]DE 10042308 A1 [0007]

Claims (10)

Force-Feedback-System (10) zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem (12), aufweisend - einen Elektromotor (14) zum Einstellen eines Lenkmoments an einem Lenkrad (16), wobei der Elektromotor (14) in einem ersten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als elektrisch betriebener Widerstandsmotor verwendet werden kann, wobei die elektrische Energie hierzu von einem Fahrzeugbordnetz (18) bereitgestellt werden kann, und wobei der Elektromotor (14) in einem zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit verwendet werden kann, um ein Lenkmoment einzustellen, - eine mit dem Elektromotor (14) in Wirkverbindung stehende Steuereinheit (20), um den Elektromotor (14) im zweiten Betriebsmodus als Generatoreinheit zu betreiben.Force feedback system (10) for simulating a steering torque for a steer-by-wire steering system (12), comprising - An electric motor (14) for setting a steering torque on a steering wheel (16), wherein the electric motor (14) can be used as an electrically operated resistance motor in a first operating mode for setting the steering torque, the electrical energy for this purpose from a vehicle electrical system (18) can be provided, and wherein the electric motor (14) can be used in a second operating mode as a generator unit to set a steering torque, - A control unit (20) that is operatively connected to the electric motor (14) in order to operate the electric motor (14) in the second operating mode as a generator unit. Force-Feedback-System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) im ersten Betriebsmodus ein Getriebe (22) antreibt, das mit einem Lenkrad (16) derart verbunden ist, dass am Lenkrad (16) das Lenkmoment simuliert wird.Force feedback system (10) Claim 1 , characterized in that the electric motor (14) in the first operating mode drives a transmission (22) which is connected to a steering wheel (16) in such a way that the steering torque is simulated on the steering wheel (16). Force-Feedback-System (10) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (22) eine Stirnradstufe aufweist oder ein Planetengetriebe oder ein Riemengetriebe ist.Force feedback system (10) according to the preceding claim, characterized in that the gear (22) has a spur gear stage or is a planetary gear or a belt gear. Force-Feedback-System (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) ein Dreiphasenmotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.Force feedback system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (14) is a three-phase motor, in particular a brushless DC motor. Force-Feedback-System (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) Statorwicklungen aufweist, die im zweiten Betriebsmodus des Elektromotors (14) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (24) verbunden sind.Force feedback system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (14) has stator windings which are connected to at least one electronic component (24) in the second operating mode of the electric motor (14). Force-Feedback-System (10) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (24) ein Relais oder einen Transistor ist.Force feedback system (10) according to the preceding claim, characterized in that the electronic component (24) is a relay or a transistor. Force-Feedback-System (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (24) im Steuergerät (20), in einer Zuleitung oder im Elektromotor (14) verbaut ist.Force feedback system (10) Claim 5 or 6 , characterized in that the electronic component (24) is installed in the control unit (20), in a feed line or in the electric motor (14). Verfahren mit einem Force-Feedback-System (10) zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem (12) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) unter Wirkverbindung mit dem Steuergerät (20) im ersten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als elektrisch betriebener Widerstandsmotor oder im zweiten Betriebsmodus zum Einstellen des Lenkmoments als Generatoreinheit betrieben wird.Method with a force feedback system (10) for simulating a steering torque for a steer-by-wire steering system (12) according to at least one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the electric motor (14) is operatively connected to the control unit (20) in the first operating mode for setting the steering torque as an electrically operated resistance motor or in the second operating mode for setting the steering torque as a generator unit. Verfahren zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem (12) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsmodus als Rückfallebene durch die Steuereinheit (20) eingestellt wird.Method for simulating a steering torque for a steer-by-wire steering system (12) according to the preceding claim, characterized in that the second operating mode is set as a fallback level by the control unit (20). Verfahren zum Nachbilden eines Lenkmoments für ein Steer-by-wire-Lenksystem (12) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsmodus im Fehlerfall des Steuergeräts (20), insbesondere bei einem Ausfall einer Signalübertragung oder bei einem Ausfall einer Energieversorgung durch das Fahrzeugbordnetz (18), automatisch durch das elektronische Bauelement (24) aktiviert wird.Method for emulating a steering torque for a steer-by-wire steering system (12) Claim 8 or 9 , characterized in that the second operating mode is automatically activated by the electronic component (24) in the event of a fault in the control device (20), in particular in the event of a signal transmission failure or a power supply failure by the vehicle electrical system (18).
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