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DE102023109475A1 - Actuator device for a steer-by-wire system, steer-by-wire system and method for operating an actuator device - Google Patents

Actuator device for a steer-by-wire system, steer-by-wire system and method for operating an actuator device Download PDF

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Publication number
DE102023109475A1
DE102023109475A1 DE102023109475.0A DE102023109475A DE102023109475A1 DE 102023109475 A1 DE102023109475 A1 DE 102023109475A1 DE 102023109475 A DE102023109475 A DE 102023109475A DE 102023109475 A1 DE102023109475 A1 DE 102023109475A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
board network
actuator device
impeller
steer
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102023109475.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Lukas Wald
Manuel Schmitt
Dominik Reif
Georg Plettner
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 DE102023109475.0A priority Critical patent/DE102023109475A1/en
Priority to PCT/DE2024/100209 priority patent/WO2024213199A1/en
Publication of DE102023109475A1 publication Critical patent/DE102023109475A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktuatoreinrichtung (50) für ein Steer-by-Wire-System (100), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (1) und mit einem Steuergerät (3) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (1), wobei das Steuergerät (3)
einen ersten elektrischen Eingangsanschluss (10) zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz (11),
einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss (20) zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz (21), und
einen mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine (1) in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz (11) zu betreiben und bei Ausfall des ersten Bordnetzes (11) in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine (1) mit Energie aus dem zweiten Bordnetz (21) zu betreiben.

Figure DE102023109475A1_0000
The invention relates to an actuator device (50) for a steer-by-wire system (100), in particular for a motor vehicle, with an electric machine (1) and with a control unit (3) for controlling the electric machine (1), wherein the control unit (3)
a first electrical input connection (10) for connection to a first on-board network (11),
a second electrical input connection (20) for connection to a second on-board network (21), and
has an output connection (30), in particular a three-phase output connection, connected to the electrical machine (1), characterized in that the control device (3) is configured to operate the electrical machine (1) in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network (11) and, in the event of failure of the first on-board network (11), to operate the electrical machine (1) in a fault operating mode with energy from the second on-board network (21).
Figure DE102023109475A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktuatoreinrichtung für ein Steer-by-Wire-System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine und mit einem Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-System. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Aktuatoreinrichtung.The invention relates to an actuator device for a steer-by-wire system, in particular for a motor vehicle, with an electric machine and with a control unit for controlling the electric machine. The invention also relates to a steer-by-wire system. The invention also relates to a method for operating such an actuator device.

Steer-by-Wire-Systeme werden im Zuge der Digitalisierung und der Erforschung des autonomen Fahrens als Ersatz der mechanischen Lenksäule für künftige Kraftfahrzeuge entwickelt. Ein solches Steer-by-Wire-System setzt sich aus einem Modul für das Auslenken eines oder mehrerer Laufräder, der Laufrad-Aktuatoreinrichtung oder Road Wheel Actuator (RWA) sowie einem Lenkrad-Aktuatoreinrichtung oder Hand Wheel Actuator (HWA) zusammen. Über die Lenkrad-Aktuatoreinrichtung kann einem Benutzer des Lenkrads Rückmeldung in Form einer simulierten Kraft (Force Feedback) gegeben werden.Steer-by-wire systems are being developed as a replacement for the mechanical steering column in future motor vehicles as part of digitalization and research into autonomous driving. Such a steer-by-wire system consists of a module for deflecting one or more road wheels, the road wheel actuator (RWA) and a steering wheel actuator (HWA). The steering wheel actuator can provide feedback to a steering wheel user in the form of simulated force feedback.

Derartige Steer-by-Wire-Systeme werden zur Erfüllung ihrer Funktionalität mit Energie aus einem Bordnetz versorgt. Ein technischer Defekt des Bordnetzes, insbesondere eine Unterbrechung der Energiebereitstellung, kann den gleichzeitigen Ausfall der Lenkleistung (RWA) einerseits und des am Lenkrad wirkenden Feedbackmoments (HWA) andererseits mit sich bringen. Beide Phänomene stellen ein Sicherheitsrisiko im Straßenverkehr dar und können mithin Sach- und Personenschäden nach sich ziehen.Such steer-by-wire systems are supplied with energy from an on-board network to perform their functions. A technical defect in the on-board network, in particular an interruption in the energy supply, can lead to the simultaneous failure of the steering power (RWA) on the one hand and the feedback torque acting on the steering wheel (HWA) on the other. Both phenomena represent a safety risk in road traffic and can therefore result in property damage and personal injury.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine optimierte Lösung zur Erhöhung der Ausfallsicherheit von Steer-by-Wire-Systemen und damit einhergehend der Sicherheit im Straßenverkehr bereitzustellen.Against this background, the task is to provide an optimized solution to increase the reliability of steer-by-wire systems and thus road safety.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Aktuatoreinrichtung für ein Steer-by-Wire-System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine und mit einem Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, wobei das Steuergerät

  • einen ersten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz,
  • einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz, und
  • einen mit der elektrischen Maschine verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss aufweist,
wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz zu betreiben und bei Ausfall des ersten Bordnetzes in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine mit Energie aus dem zweiten Bordnetz zu betreiben.The object is achieved by an actuator device for a steer-by-wire system, in particular for a motor vehicle, with an electric machine and with a control unit for controlling the electric machine, wherein the control unit
  • a first electrical input connection for connection to a first on-board network,
  • a second electrical input connection for connection to a second vehicle electrical system, and
  • has an output connection connected to the electrical machine, in particular a three-phase one,
wherein the control unit is configured to operate the electric machine in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network and, in the event of failure of the first on-board network, to operate the electric machine in a fault operating mode with energy from the second on-board network.

Die Aktuatoreinrichtung weist eine elektrische Maschine und ein Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Maschine auf. Die elektrische Maschine kann insbesondere als Elektromotor ausgebildet sein bzw. betrieben werden. Das Steuergerät weist einen ersten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz, einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz, und einen mit der elektrischen Maschine verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss auf. Erfindungsgemäß ist das Steuergerät derart konfiguriert, dass die elektrische Maschine in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz betrieben wird und bei Ausfall des ersten Bordnetzes in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine mit Energie aus dem zweiten Bordnetz betrieben wird. Die Erfindung bietet den Vorteil einer erhöhten Ausfallsicherheit der Aktuatoreinrichtung bzw. des Steer-by-Wire-Systems, und insofern auch eine erhöhte Verkehrssicherheit, da der Ausfall des ersten Bordnetzes vollständig durch das zweite Bordnetz kompensiert werden kann.The actuator device has an electric machine and a control unit for controlling the electric machine. The electric machine can be designed or operated in particular as an electric motor. The control unit has a first electrical input connection for connection to a first on-board network, a second electrical input connection for connection to a second on-board network, and an output connection, in particular a three-phase one, connected to the electric machine. According to the invention, the control unit is configured such that the electric machine is operated in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network and, if the first on-board network fails, the electric machine is operated in a fault operating mode with energy from the second on-board network. The invention offers the advantage of increased reliability of the actuator device or the steer-by-wire system, and in this respect also increased road safety, since the failure of the first on-board network can be completely compensated for by the second on-board network.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung als Lenkrad-Aktuatoreinrichtung ausgebildet ist, insbesondere wobei die elektrische Maschine mechanisch mit einem Lenkrad gekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist bevorzugt als Kraftrückkopplungsaktuator (Force-Feedback-Aktuator FFA) zur Simulation von Fahrtwiderständen ausgebildet. Durch Einstellung von Reibungs-, Dämpfungs- und/oder Schwingungswerten am Lenkrad mittels eines Kraftrückkopplungsaktuators können Fahrsituationen an dem Lenkrad haptisch bzw. mechanisch abgebildet und so einem Fahrer ein Feedback über beispielsweise die Fahrbahnbeschaffenheit (Unebenheit, Rauigkeit, Nässe etc.) und damit einhergehende Vibrationen sowie über Kurvenfahrten gegeben werden. Der Kraftrückkopplungsaktuator ist mittels des Steuergeräts ansteuerbar.According to one embodiment of the invention, it is provided that the actuator device is designed as a steering wheel actuator device, in particular wherein the electric machine is mechanically coupled to a steering wheel. The electric machine is preferably designed as a force feedback actuator (FFA) for simulating driving resistance. By setting friction, damping and/or vibration values on the steering wheel using a force feedback actuator, driving situations can be haptically or mechanically mapped on the steering wheel and a driver can thus be given feedback on, for example, the condition of the road surface (unevenness, roughness, wetness, etc.) and the associated vibrations as well as cornering. The force feedback actuator can be controlled by the control unit.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät einen programmierbaren Prozessor umfasst. Die genauen Modalitäten der Ansteuerung des Steer-by-Wire-Systems, insbesondere der elektrischen Maschine der Lenkrad-Aktuatoreinrichtung, können durch Umprogrammierung angepasst werden. Insbesondere wird es möglich, die Abläufe beim Erkennen eines Fehlerfalls in dem ersten Bordnetz und/oder beim Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Bordnetz bei Bedarf anpassen zu können. Alternativ ist es möglich, dass das Steuergerät eine nicht-programmierbare Hardware, beispielsweise einen ASIC, umfasst. Durch Verwendung einer nicht-programmierbare Hardware können die Materialkosten bei gleichzeitigem Verlust der Flexibilität in der Anwendung gesenkt werden.One embodiment of the invention provides that the control unit comprises a programmable processor. The precise modalities of controlling the steer-by-wire system, in particular the electric machine of the steering wheel actuator device, can be adapted by reprogramming. In particular, it is possible to adapt the processes when a fault is detected in the first on-board network and/or when switching between between the first and second on-board network if necessary. Alternatively, the control unit can comprise non-programmable hardware, such as an ASIC. By using non-programmable hardware, material costs can be reduced while at the same time losing flexibility in the application.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter, insbesondere einen ersten und zweiten MOSFET, zum wahlweisen Verbinden mit dem ersten oder zweiten Bordnetz, aufweist. Das Schalten des ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalters kann wahlweise hardware-gesteuert oder software-gesteuert erfolgen. Die Leistungshalbleiterschalter können zwischen dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Eingangsanschluss und einem Umrichter des Steuergeräts angeordnet sein. Der Umrichter kann weitere Leistungshalbleiterschalter, insbesondere MOSFETs, umfassen.According to one embodiment of the invention, it is provided that the control unit has a first and a second power semiconductor switch, in particular a first and a second MOSFET, for optionally connecting to the first or second vehicle electrical system. The switching of the first and a second power semiconductor switch can be optionally hardware-controlled or software-controlled. The power semiconductor switches can be arranged between the respective first or second input connection and a converter of the control unit. The converter can comprise further power semiconductor switches, in particular MOSFETs.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuergerät eine oder mehrere Verpolschutzelemente, insbesondere Dioden, aufweist. Verpolschutzelemente, insbesondere Dioden, können derart in dem Steuergerät ausgebildet sein, dass sie mit ihrer jeweiligen Sperr- und Durchlassrichtung potentiell schadhafte Überspannungen an Elementen des Steuergeräts, beispielsweise einem Umrichter, verhindern.According to one embodiment of the invention, it is provided that the control unit has one or more reverse polarity protection elements, in particular diodes. Reverse polarity protection elements, in particular diodes, can be designed in the control unit in such a way that they prevent potentially damaging overvoltages on elements of the control unit, for example a converter, with their respective blocking and forward direction.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Steer-by-Wire-System für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Laufrad-Aktuatoreinrichtung zum Auslenken eines Laufrads und eine Lenkrad-Aktuatoreinrichtung nach einer der vorstehend genannten Ausgestaltungen. Mittels einer Laufrad-Aktuatoreinrichtung kann eine Lenkleistung erbracht werden, indem ein oder mehrere Laufräder des Kraftfahrzeugs, insbesondere Laufrädern einer Vorderachse, ausgelenkt werden.A further subject of the invention is a steer-by-wire system for a motor vehicle comprising a wheel actuator device for deflecting a wheel and a steering wheel actuator device according to one of the above-mentioned embodiments. By means of a wheel actuator device, a steering power can be provided by deflecting one or more wheels of the motor vehicle, in particular wheels of a front axle.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laufrad-Aktuatoreinrichtung eine Laufrad-Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen und eine mit dem ersten Bordnetz verbundene erste Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines ersten der zwei getrennten Wicklungssysteme sowie eine mit dem zweiten Bordnetz verbundene zweite Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines zweiten der zwei getrennten Wicklungssysteme aufweist. Mittels zweier separat ausgebildeter Wicklungssysteme sowie zweier separat ausgebildeter Laufrad-Steuereinrichtungen kann selbst bei Ausfall des ersten Bordnetzes eine Lenkleistung erbracht werden. Eine solche Ausgestaltung der Laufrad-Aktuatoreinrichtung kann auch als „fail active“ bezeichnet werden, da die Laufrad-Aktuatoreinrichtung auch bei Ausfall eines der beiden Bordnetze, wenn auch mit reduzierter Leistung, betrieben werden kann. Mithin kann das Kraftfahrzeug stets manövrierfähig bleiben und die Verkehrssicherheit erhöht werden.According to one embodiment of the invention, the impeller actuator device has an impeller machine with at least two separate winding systems and a first impeller control device connected to the first on-board network for controlling a first of the two separate winding systems, as well as a second impeller control device connected to the second on-board network for controlling a second of the two separate winding systems. By means of two separately designed winding systems and two separately designed impeller control devices, steering power can be provided even if the first on-board network fails. Such a design of the impeller actuator device can also be referred to as "fail active", since the impeller actuator device can also be operated if one of the two on-board networks fails, albeit with reduced power. The motor vehicle can therefore always remain maneuverable and road safety is increased.

Eine alternative, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Laufrad-Aktuatoreinrichtung zwei Laufrad-Maschinen aufweist, die auf ein gemeinsames Stellelement, beispielsweise einen Rotor oder eine Lenkstange, einwirken, und eine mit dem ersten Bordnetz verbundene erste Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer ersten der zwei Laufrad-Maschinen sowie eine mit dem zweiten Bordnetz verbundene zweite Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer zweiten der zwei Laufrad-Maschinen aufweist. Auch bei einer Ausgestaltung mit zwei Laufrad-Maschinen können die Vorteile des „fail active“-Betriebs erreicht werden, da die Laufrad-Aktuatoreinrichtung auch bei Ausfall eines der beiden Bordnetze, wenn auch mit reduzierter Leistung, betrieben werden kann.An alternative, preferred embodiment of the invention provides that the impeller actuator device has two impeller machines that act on a common actuating element, for example a rotor or a handlebar, and a first impeller control device connected to the first on-board network for controlling a first of the two impeller machines, and a second impeller control device connected to the second on-board network for controlling a second of the two impeller machines. The advantages of "fail active" operation can also be achieved in a design with two impeller machines, since the impeller actuator device can also be operated if one of the two on-board networks fails, albeit with reduced power.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Aktuatoreinrichtung für ein Steer-By-Wire-System, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die eine elektrischen Maschine und eine Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Maschine umfasst, wobei das Steuergerät

  • einen ersten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz,
  • einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz, und
  • einen mit der elektrischen Maschine verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss aufweist,
wobei das Steuergerät die elektrische Maschine in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz betreibt und bei Ausfall des ersten Bordnetzes in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine mit Energie aus dem zweiten Bordnetz betreibt.A further subject of the invention is a method for operating an actuator device for a steer-by-wire system, in particular for a motor vehicle, which comprises an electric machine and a control unit for controlling the electric machine, wherein the control unit
  • a first electrical input connection for connection to a first on-board network,
  • a second electrical input connection for connection to a second vehicle electrical system, and
  • has an output connection connected to the electrical machine, in particular a three-phase one,
wherein the control unit operates the electric machine in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network and, in the event of failure of the first on-board network, operates the electric machine in a fault operating mode with energy from the second on-board network.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Systems für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Laufrad-Aktuatoreinrichtung zum Auslenken eines Laufrads und eine Lenkrad-Aktuatoreinrichtung, wobei die Lenkrad-Aktuatoreinrichtung gemäß dem voranstehend genannten Verfahren betrieben wird. Die Laufrad-Aktuatoreinrichtung kann bei Ausfall des ersten Bordnetzes mit halber Leistung weiterbetrieben werden, sodass die Funktion der Lenkrad-Aktuatoreinrichtung aufrechterhalten werden kann.Another subject of the invention is a method for operating a steer-by-wire system for a motor vehicle comprising a wheel actuator device for deflecting a wheel and a steering wheel actuator device, wherein the steering wheel actuator device is operated according to the method mentioned above. The wheel actuator device can continue to operate at half power if the first on-board network fails, so that the function of the steering wheel actuator device can be maintained.

Für die beiden erfindungsgemäßen Verfahren gelten die gleichen Vorteile und technischen Wirkungen, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Aktuatoreinrichtung und dem erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-System und ihrer jeweiligen Ausführungsformen beschrieben wurden. Die erläuterten Ausgestaltungen und Merkmale können allein oder in Kombination miteinander Anwendung finden.The same advantages and technical effects apply to both methods according to the invention. effects that have already been described in connection with the actuator device according to the invention and the steer-by-wire system according to the invention and their respective embodiments. The embodiments and features explained can be used alone or in combination with one another.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Systems, das eine erfindungsgemäße Aktuatoreinrichtung umfasst; und
  • 2 die in der 1 dargestellte Aktuatoreinrichtung mit einer schematischen Detailansicht des Steuergeräts.
Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the drawings.
  • 1 an embodiment of a steer-by-wire system according to the invention, which comprises an actuator device according to the invention; and
  • 2 those in the 1 illustrated actuator device with a schematic detailed view of the control unit.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Systems 100 dargestellt, das in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Das Steer-by-Wire-System 100 umfasst eine Aktuatoreinrichtung 50 und eine Laufrad-Aktuatoreinrichtung 60.In 1 An embodiment of a steer-by-wire system 100 according to the invention is shown, which is used in a motor vehicle. The steer-by-wire system 100 comprises an actuator device 50 and a wheel actuator device 60.

Die Aktuatoreinrichtung 50 weist eine elektrische Maschine 1 und ein Steuergerät 3 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 auf. Das Steuergerät 3 weist seinerseits einen ersten elektrischen Eingangsanschluss 10, einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss 20 und einen Ausgangsanschluss 30 auf. Ein erstes Bordnetz 11 ist mit dem ersten elektrischen Eingangsanschluss 10 verbunden. Ferner ist ein zweites Bordnetz 21 mit dem zweiten elektrischen Eingangsanschluss 20 verbunden. Die elektrische Maschine 1 ist zudem mit dem Ausgangsanschluss 30 mittels eines dreiphasigen Wicklungssystems verbunden.The actuator device 50 has an electric machine 1 and a control unit 3 for controlling the electric machine 1. The control unit 3 in turn has a first electrical input connection 10, a second electrical input connection 20 and an output connection 30. A first on-board network 11 is connected to the first electrical input connection 10. Furthermore, a second on-board network 21 is connected to the second electrical input connection 20. The electric machine 1 is also connected to the output connection 30 by means of a three-phase winding system.

Die Laufrad-Aktuatoreinrichtung 60 umfasst eine Laufrad-Maschine 2 mit zwei getrennten Wicklungssystemen, die auf ein gemeinsames Stellelement, beispielsweise einen Rotor bzw. eine Lenkstange, einwirken. Ferner weist die Laufrad-Aktuatoreinrichtung 60 eine erste Laufrad-Steuereinrichtung 41 zur Ansteuerung eines ersten Wicklungssystems und eine zweite Laufrad-Steuereinrichtung 51 zur Ansteuerung einer zweiten Wicklungssystems der Laufrad-Maschine 2 auf. Die erste Laufrad-Steuereinrichtung 41 ist mit dem ersten Bordnetz 11 verbunden. Die zweite Laufrad-Steuereinrichtung 51 ist mit dem zweiten Bordnetz 21 verbunden.The impeller actuator device 60 comprises an impeller machine 2 with two separate winding systems that act on a common actuating element, for example a rotor or a handlebar. The impeller actuator device 60 also has a first impeller control device 41 for controlling a first winding system and a second impeller control device 51 for controlling a second winding system of the impeller machine 2. The first impeller control device 41 is connected to the first on-board network 11. The second impeller control device 51 is connected to the second on-board network 21.

Wenn es zu einem Ausfall eines der beiden Bordnetze 11, 21 kommt, beispielsweise einem Ausfall des ersten Bordnetzes 11, so kann das Wicklungssystem, welches über die erste Laufrad-Steuereinrichtung 41 angesteuert wird, nicht mehr mit Energie versorgt werden. Die zweite Laufrad-Steuereinrichtung 51 wird allerdings über das zweite Bordnetz 21 versorgt, so dass das zweite Wicklungssystem der Laufrad-Maschine 2 weiterbetrieben werden kann. Die Laufrad-Aktuatoreinrichtung 60 ist somit auch bei Ausfall des ersten Bordnetzes 11 noch mit halber Leistung funktionstüchtig.If one of the two on-board networks 11, 21 fails, for example if the first on-board network 11 fails, the winding system, which is controlled via the first impeller control device 41, can no longer be supplied with energy. The second impeller control device 51 is, however, supplied via the second on-board network 21, so that the second winding system of the impeller machine 2 can continue to operate. The impeller actuator device 60 is therefore still functional at half power even if the first on-board network 11 fails.

Die elektrische Maschine 1 der Lenkrad-Aktuatoreinrichtung 50 wird in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz 11 betrieben. Wenn der oben genannte Fall eintritt und das erste Bordnetz ausfällt, so kann das Steuergerät 3 die elektrische Maschine 1 in einem Fehlerbetriebsmodus mit Energie aus dem zweiten Bordnetz betreiben, insbesondere ansteuern. Hierdurch kann eine redundante Ausführung der elektrischen Maschine der Lenkrad-Aktuatoreinrichtung 60 vermieden werden und gleichfalls ein Ausfall eines Bordnetzes 11 so kompensiert werden, dass sowohl die Laufrad-Aktuatoreinrichtung 60 als auch die Lenkrad-Aktuatoreinrichtung 50 weiterbetrieben werden kann.The electric machine 1 of the steering wheel actuator device 50 is operated in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network 11. If the above-mentioned case occurs and the first on-board network fails, the control unit 3 can operate, in particular control, the electric machine 1 in a fault operating mode with energy from the second on-board network. This makes it possible to avoid a redundant design of the electric machine of the steering wheel actuator device 60 and at the same time compensate for a failure of an on-board network 11 so that both the impeller actuator device 60 and the steering wheel actuator device 50 can continue to operate.

In 2 ist ein beispielhafter innerer Aufbau der in 1 gezeigten Aktuatoreinrichtung 50 samt dem Steuergerät 3 dargestellt. Das Steuergerät 3 umfasst mehrere als Dioden ausgestaltete Verpolschutzelemente 5, eine Leistungssteuereinheit 200, z.B. ein PMIC (Power Management Integrated Circuit) 200, ein Mikrocontroller 300 sowie mehrere Leistungshalbleiterschalter 7. Die Leistungshalbeiterschalter 7 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als MOSFETs ausgestaltet und werden als weitere Verpolschutzelement sowie als Leistungsschalter eingesetzt. So ist der Mikrocontroller 300 mit zwei der Leistungshalbeiterschalter 7 verbunden und kann diese dazu ansteuern, in dem Normalbetriebsmodus die elektrische Maschine 1 mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz 11 zu versorgen und in dem Fehlerbetriebsmodus mit Energie aus dem zweiten Bordnetz 21 zu versorgen. Das Umschalten zwischen dem Normalbetriebsmodus und dem Fehlerbetriebsmodus erfolgt dann, wenn ein Ausfall des ersten Bordnetzes 11 vorliegt. Ein solcher Ausfall kann entweder durch die Leistungssteuereinheit 200 detektiert werden oder durch ein externes Signal an die Lenkrad-Aktuatoreinrichtung 50 signalisiert werden.In 2 is an exemplary internal structure of the 1 shown actuator device 50 together with the control unit 3. The control unit 3 comprises several polarity reversal protection elements 5 designed as diodes, a power control unit 200, e.g. a PMIC (Power Management Integrated Circuit) 200, a microcontroller 300 and several power semiconductor switches 7. In the present embodiment, the power semiconductor switches 7 are designed as MOSFETs and are used as further polarity reversal protection elements and as power switches. The microcontroller 300 is connected to two of the power semiconductor switches 7 and can control them to supply the electric machine 1 with electrical energy from the first on-board network 11 in the normal operating mode and to supply it with energy from the second on-board network 21 in the fault operating mode. Switching between the normal operating mode and the fault operating mode takes place when there is a failure of the first on-board network 11. Such a failure can either be detected by the power control unit 200 or signaled by an external signal to the steering wheel actuator device 50.

Durch das vorstehende beschriebene Steer-by-Wire-System kann die Ausfallsicherheit erhöht und damit einhergehend der Sicherheit im Straßenverkehr bereitzustellenThe steer-by-wire system described above can increase reliability and thus provide safety in road traffic.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Elektrische MaschineElectric Machine
22
Laufrad-Maschinewheel machine
33
Steuergerätcontrol unit
55
Diodediode
77
Transistor (MOSFET)transistor (MOSFET)
99
Leistungselektronik power electronics
1010
Erster elektrischer EingangsanschlussFirst electrical input connection
1111
Erstes BordnetzFirst on-board network
2020
Zweiter elektrischer EingangsanschlussSecond electrical input connection
2121
Zweites BordnetzSecond on-board network
3030
Ausgangsanschlussoutput connection
4141
Erste Laufrad-SteuereinrichtungFirst wheel control device
5050
Aktuatoreinrichtungactuator device
5151
Zweite Laufrad-SteuereinrichtungSecond impeller control device
6060
Laufrad-Aktuatoreinrichtung impeller actuator device
100100
Steer-by-Wire-Systemsteer-by-wire system
200200
Power Management Integrated CircuitPower management integrated circuit
300300
Mikrocontrollermicrocontroller

Claims (10)

Aktuatoreinrichtung (50) für ein Steer-by-Wire-System (100), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (1) und mit einem Steuergerät (3) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (1), wobei das Steuergerät (3) einen ersten elektrischen Eingangsanschluss (10) zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz (11), einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss (20) zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz (21), und einen mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) dazu konfiguriert ist, die elektrische Maschine (1) in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz (11) zu betreiben und bei Ausfall des ersten Bordnetzes (11) in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine (1) mit Energie aus dem zweiten Bordnetz (21) zu betreiben.Actuator device (50) for a steer-by-wire system (100), in particular for a motor vehicle, with an electrical machine (1) and with a control unit (3) for controlling the electrical machine (1), wherein the control unit (3) has a first electrical input connection (10) for connection to a first on-board network (11), a second electrical input connection (20) for connection to a second on-board network (21), and an output connection (30), in particular a three-phase one, connected to the electrical machine (1), characterized in that the control unit (3) is configured to operate the electrical machine (1) in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network (11) and, in the event of failure of the first on-board network (11), to operate the electrical machine (1) in a fault operating mode with energy from the second on-board network (21). Aktuatoreinrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (50) als Lenkrad-Aktuatoreinrichtung ausgebildet ist, insbesondere wobei die elektrische Maschine mechanisch mit einem Lenkrad gekoppelt ist.Actuator device (50) according to claim 1 , characterized in that the actuator device (50) is designed as a steering wheel actuator device, in particular wherein the electric machine is mechanically coupled to a steering wheel. Aktuatoreinrichtung (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) einen programmierbaren Prozessor umfasst.Actuator device (50) according to claim 1 or 2 , characterized in that the control device (3) comprises a programmable processor. Aktuatoreinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter, insbesondere einen erste, und zweiten MOSFET, zum wahlweisen Verbinden mit dem ersten oder zweiten Bordnetz (11, 21), aufweist.Actuator device (50) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the control device (3) has a first and a second power semiconductor switch, in particular a first and a second MOSFET, for selectively connecting to the first or second on-board network (11, 21). Aktuatoreinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) eine oder mehrere Verpolschutzelemente, insbesondere Dioden, aufweist.Actuator device (50) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the control device (3) has one or more polarity reversal protection elements, in particular diodes. Steer-by-Wire-System (100) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Laufrad-Aktuatoreinrichtung (60) zum Auslenken eines Laufrads, gekennzeichnet durch eine Lenkrad-Aktuatoreinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 5.Steer-by-wire system (100) for a motor vehicle comprising a wheel actuator device (60) for deflecting a wheel, characterized by a steering wheel actuator device (50) according to one of the Claims 2 until 5 . Steer-by-Wire-System (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrad-Aktuatoreinrichtung (60) eine Laufrad-Maschine mit mindestens zwei getrennten Wicklungssystemen und eine mit dem ersten Bordnetz (11) verbundene erste Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines ersten der zwei getrennten Wicklungssysteme sowie eine mit dem zweiten Bordnetz (21) verbundene zweite Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines zweiten der zwei getrennten Wicklungssysteme aufweist.Steer-by-wire system (100). claim 6 , characterized in that the impeller actuator device (60) comprises an impeller machine with at least two separate winding systems and a first impeller control device connected to the first on-board network (11) for controlling a first of the two separate winding systems and a first impeller control device connected to the second on-board network ( 21) for controlling a second of the two separate winding systems. Steer-by-Wire-System (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrad-Aktuatoreinrichtung zwei Laufrad-Maschinen aufweist, die auf ein gemeinsames Stellelement, beispielsweise einen Rotor oder eine Lenkstange, einwirken, und eine mit dem ersten Bordnetz (11) verbundene erste Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer ersten der zwei Laufrad-Maschinen sowie eine mit dem zweiten Bordnetz (21) verbundene zweite Laufrad-Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer zweiten der zwei Laufrad-Maschinen aufweist.Steer-by-wire system (100). claim 6 , characterized in that the impeller actuator device has two impeller machines which act on a common actuating element, for example a rotor or a handlebar, and a first impeller control device connected to the first on-board network (11) for controlling a first of the two Impeller machines and a second impeller control device connected to the second on-board network (21) for controlling a second of the two impeller machines. Verfahren zum Betrieb einer Aktuatoreinrichtung (50) für ein Steer-By-Wire-System (100), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die eine elektrischen Maschine (1) und eine Steuergerät (3) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (1) umfasst, wobei das Steuergerät (3) einen ersten elektrischen Eingangsanschluss (10) zur Verbindung mit einem ersten Bordnetz (11), einen zweiten elektrischen Eingangsanschluss (20) zur Verbindung mit einem zweiten Bordnetz (21), und einen mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen, insbesondere dreiphasigen, Ausgangsanschluss (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) die elektrische Maschine (1) in einem Normalbetriebsmodus mit elektrischer Energie aus dem ersten Bordnetz (21) betreibt und bei Ausfall des ersten Bordnetzes (11, 21) in einem Fehlerbetriebsmodus die elektrische Maschine (1) mit Energie aus dem zweiten Bordnetz (21) betreibt.Method for operating an actuator device (50) for a steer-by-wire system (100), in particular for a motor vehicle, which comprises an electric machine (1) and a control unit (3) for controlling the electric machine (1), wherein the control unit (3) has a first electrical input connection (10) for connection to a first on-board network (11), a second electrical input connection (20) for connection to a second on-board network (21), and an output connection (30), in particular a three-phase one, connected to the electric machine (1), characterized in that the control unit (3) operates the electric machine (1) in a normal operating mode with electrical energy from the first on-board network (21) and in the event of failure of the first on-board network (11, 21) in a fault operating mode, the electric machine (1) operates with energy from the second on-board network (21). Verfahren zum Betrieb eines Steer-By-Wire-Systems (100) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Laufrad-Aktuatoreinrichtung (60) zum Auslenken eines Laufrads und eine Lenkrad-Aktuatoreinrichtung (50), wobei die Lenkrad-Aktuatoreinrichtung (50) gemäß einem Verfahren nach Anspruch 9 betrieben wird.Method for operating a steer-by-wire system (100) for a motor vehicle comprising a wheel actuator device (60) for deflecting a wheel and a steering wheel actuator device (50), wherein the steering wheel actuator device (50) is operated according to a method according to claim 9 is operated.
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