WO2017001084A1 - Lenksystem für ein automatisch fahrendes fahrzeug - Google Patents

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WO2017001084A1
WO2017001084A1 PCT/EP2016/059652 EP2016059652W WO2017001084A1 WO 2017001084 A1 WO2017001084 A1 WO 2017001084A1 EP 2016059652 W EP2016059652 W EP 2016059652W WO 2017001084 A1 WO2017001084 A1 WO 2017001084A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
steering system
electric motor
hydraulic circuit
electric
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PCT/EP2016/059652
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bastian Witte
Malte ROTHHÄMEL
Felix Kallmeyer
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a steering system for an automatically moving vehicle.
  • driver assistance systems brake and steering are executed only one channel.
  • the driver is always present as a fallback level and must take over the vehicle management again at short notice in case of an error.
  • a power steering assembly for a hydraulic power steering of motor vehicles comprising at least one hydraulic servo valve with an actuator for controlling the steering assistance in dependence of the relative rotation of an input shaft relative to an output shaft, at least two planetary gear
  • the at least one actuator is arranged and configured so that it causes the same direction rotation with simultaneous relative rotation of the two respective third functional elements of the planetary gear to each other.
  • EP 0 856 453 A2 discloses an electrohydraulic steering system for vehicles, which can be activated by manual steering and automatic steering, which can be activated via a switch is included.
  • the steering system has at least one hydraulic steering cylinder
  • Adjustment of the steerable wheels wherein preferably two parallel-connected, electrically actuated hydraulic control valves are provided to control the admission of the steering cylinder with hydraulic fluid, each with a control and
  • Evaluation device for receiving the drive signals are connected.
  • the control and evaluation device has at least two mutually independent control and evaluation units and an error detection unit, wherein each of the control and evaluation units and the error detection unit, the Lenksignal- set values, the Radeinschlagwinkel actual values and the position of the switch for the automatic steering are supplied.
  • the control and evaluation unit and the error detection unit each have a microcontroller. It is further proposed to provide the microcontroller with independent power supplies and provide a further accumulator for Notpuff réelle the microcontroller next to the vehicle battery. Finally, an emergency steering pump is provided, which should pump the hydraulic fluid in case of failure of the regular pump.
  • Steering system against single error is insufficiently fault tolerant.
  • the two pumps are hydraulically connected via a common line, so that when a line is interrupted, none of the pumps can pump more hydraulic fluid.
  • the invention is based on the technical problem of providing a steering system for an automatically moving vehicle, in particular a commercial vehicle, which has a low susceptibility to single defects.
  • the steering system for an automatically moving vehicle comprises at least two independent electrical supply units, at least one hydraulic circuit and two electric motors.
  • the electric motors are designed such that they have a steering torque on at least one component of the steering system apply and / or control a servo valve of the at least one hydraulic circuit. In the case of a single fault in the electronics, it is thus ensured that an electric motor always works and can generate a steering torque (directly via the component or indirectly via the hydraulics).
  • the electrical supply units are preferably designed as batteries.
  • the at least one hydraulic circuit has a pump that can be driven by an electric pump motor or an internal combustion engine.
  • the electrical supply of the electric pump motor or the control electronics of the internal combustion engine for example, the engine control unit from one of the two electrical
  • Supply units which is preferably the first supply unit, which will be explained below.
  • the rotational movements of the two electric motors are mechanically connected to one another and, for this purpose, preferably dimensioned such that the maximum torque of the second electric motor is a multiple of the first electric motor.
  • the factor is for example 3 to 10, in particular between 6 and 8.
  • the first electric motor drives the servo-valve of the hydraulic circuit and the second electric motor applies a steering torque to a steering column or a
  • Steering column and rack are preferably mechanically coupled.
  • the first electric motor applies a steering torque to the steering column and the second electric motor applies a steering torque to the steering column or the rack.
  • the first electric motor a steering torque on the
  • the two electric motors are arranged on a common shaft, which allows a very compact and inexpensive design.
  • the two electric motors can also be arranged in a common housing, as long as only the electrical separation is ensured.
  • the steering system has two hydraulic circuits, wherein a servo valve of the first hydraulic circuit by the first electric motor and a servo valve of the second hydraulic circuit by the second electric motor can be controlled.
  • a servo valve of the first hydraulic circuit by the first electric motor and a servo valve of the second hydraulic circuit by the second electric motor can be controlled.
  • the two servo valves are formed as an integrated servo valve, but the two hydraulic circuits are further strictly separated.
  • the at least one electric pump motor can be regulated in such a way that, as the load increases, rotational speed or torque are up-regulated. As a result, in phases where hardly any hydraulic fluid must be pumped, the electric
  • the steering system is designed such that a control signal is generated by means of which different brake pressures are set on the front wheels in order to generate a steering movement.
  • this embodiment is preferably used in commercial vehicles. This is based on the following consideration. In vehicles with an electric stability program, a spinning vehicle is stabilized again with different brake pressures at the individual wheels. In a car steering is over
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a steering system with a hydraulic circuit in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a steering system with a hydraulic circuit in a second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a steering system with a hydraulic circuit in a third embodiment
  • Fig. 4 is a schematic block diagram of a steering system with two hydraulic circuits in a first embodiment
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of a steering system with two hydraulic circuits in a second embodiment.
  • a steering system 1 for an automatically moving vehicle is shown schematically.
  • the steering system 1 has a first electrical supply unit 2, which is also referred to as battery A in FIG. 1, wherein it is to be illustrated via the index A which components are electrically supplied by the first supply unit 2.
  • the steering system 1 to a second electrical supply unit 3, which is also referred to as battery B.
  • the supply units 2, 3 are preferably designed as batteries, but not limited thereto.
  • the steering system 1 further includes a first electric motor 4 (also referred to as M A ) and a second electric motor 5 (also referred to as M B ) on.
  • the index A thus makes it clear that the first electric motor 4 (M A ) is supplied by the first supply unit 2 (battery A).
  • the steering system 1 has a hydraulic circuit formed by a sump 6, a pump 7, a servo valve 8 and a hydraulic cylinder 9.
  • the servo valve 8 has four connections, namely one to the reservoir 6, one to the pump 7 and two to the hydraulic cylinder 9.
  • the servo valve 8 can take three switching positions, namely "forward",
  • Steering handle 14 (e.g., a steering wheel).
  • the steering column 13 is mechanically coupled to the rack 1 1, for example via a not shown gear.
  • the two electric motors 4, 5 sit on a common shaft 15, which is mechanically connected to the steering column 13 and can transmit a torque to the steering column 13.
  • the servo valve 8 is coupled to the steering column 13, so that the switching position of the
  • Servo valve 8 changed according to the rotation of the steering column 13.
  • the first electric motor 4 has a maximum torque of 15 Nm
  • the second electric motor 5 has a maximum torque of 1 10-140 Nm (both values) are related to a steering torque, which the driver has to apply to the steering wheel to achieve the same steering result).
  • the second electric motor 5 is preferably dimensioned such that this is the power steering function in manual
  • the steering system 1 is fail-operational in terms of single error and can fully meet the requirements due to the automatic driving and the power steering function with manual intervention, the individual cases of error should be briefly explained.
  • the first and second electric motor 4, 5 take over the power steering function with manual driver intervention, the sum of the moments is also sufficient to take over all the requirements of automatic driving.
  • the first electric motor 4 together with the intact hydraulics converts the requirements of automatic driving.
  • the hydraulics provide the power steering function if the driver engages manually.
  • the larger second electric motor 5 converts the requirements of automatic driving.
  • the hydraulic or the second electric motor 5 forms the power steering function, if the driver engages manually.
  • first and second electric motors 4, 5 are not located on a common shaft 15, the second electric motor 5 can also act directly on the rack 1 1 via an intermediate gear.
  • At least one hydraulic circuit is energetically cheaper than with two sufficiently large-sized electric motors, which individually could apply the steering torque.
  • FIG. 2 shows a slightly modified embodiment of FIG. 1, wherein identical elements have the same reference numerals. The only difference is that the pump 7 is driven by an internal combustion engine 16. It is only necessary to ensure that the complete necessary electrical control of the internal combustion engine 16 (such as control units) is provided by the first electrical supply unit 2 (battery A).
  • FIG. 3 shows a third embodiment, wherein the first electric motor 4 and the second electric motor 5 are not arranged on a common shaft 15. Rather, the first electric motor 4 directly controls the servo valve 8 via its shaft 17. In this case, an additional angle of rotation is added to the twist angle of the torsion bar of the power steering (see WO 2010 / 125044A1).
  • the second electric motor 5 can act as shown with its shaft 18 to the steering column 13 or directly on the rack 1 1 attack.
  • the first electric motor 4 can be applied extremely small, since this does not have to apply a moment to the steering column 13, but only has to overcome the friction in the adjusting mechanism.
  • the difference between the maximum torques of the two electric motors 4, 5 can be at a factor of 100.
  • FIGS. 1 to 3 an alternative embodiment is shown, wherein, in contrast to the embodiments according to FIGS. 1 to 3, two hydraulic circuits are present.
  • the second hydraulic circuit is formed by a separate reservoir 19, a pump 20, a second servo valve 21 and a second hydraulic cylinder 22.
  • the first one controls Electric motor 4, the first servo valve 8 via its shaft 17 and the second electric motor 5, the second servo valve 21 via its shaft 18 at.
  • the pump 20 of the second hydraulic circuit is controlled by a second electric pump motor 23. Since the first hydraulic circuit completely and exclusively by the first supply unit 2 (battery A) and the second hydraulic circuit completely and exclusively by the second
  • Supply unit 3 (battery B) is supplied, the steering system is fail-operational against single error.
  • FIG. 5 shows a modification of the embodiment according to FIG. 4, wherein the two electric motors 4, 5 are again arranged on a common shaft 15.
  • the two servo valves 8, 21 may also be integrated in a common servo valve that has eight leads and three switch positions, as long as only the complete
  • one of the electric pump motors 10, 23 in the embodiments according to FIG. 4 or 5 can also be replaced by the internal combustion engine 16 (see FIG. 2).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für ein automatisch fahrendes Fahrzeug, umfassend mindestens zwei voneinander unabhängige elektrische Versorgungseinheiten (2, 3), mindestens einen Hydraulik-Kreis sowie zwei Elektromotoren (4, 5), wobei der erste Elektromotor (4) von der ersten elektrischen Versorgungseinheit (2) und der zweite Elektromotor (5) von der zweiten elektrischen Versorgungseinheit (3) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Elektromotoren (4, 5) derart ausgebildet sind, dass diese ein Lenkmoment auf mindestens eine Komponente des Lenksystems (1 ) aufbringen und/oder ein Servoventil (8, 21 ) des mindestens einen Hydraulik-Kreises ansteuern.

Description

Beschreibung
Lenksystem für ein automatisch fahrendes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein automatisch fahrendes Fahrzeug.
Bei automatisch fahrenden Fahrzeugen ist die Redundanz in Lenkung und Bremse eine wichtige Eigenschaft. Im Falle eines beliebigen Einfachfehlers müssen diese immer noch - gegebenenfalls mit Einschränkungen in Dynamik oder Komfort - funktionieren. Dies liegt daran, dass der Fahrer als Rückfallebene für einen Zeitraum von rund 10 s nach der
Übernahmeaufforderung noch nicht zur Verfügung steht und das Gesamtsystem solange noch weiter funktionieren muss.
Im Gegensatz dazu sind bei Fahrerassistenzsystemen Bremse und Lenkung nur einkanalig ausgeführt. Der Fahrer ist hier immer als Rückfallebene vorhanden und muss kurzfristig bei einem Fehler die Fahrzeugführung wieder übernehmen.
Aus der WO 2010/125044 A1 ist eine Servolenkbaugruppe für eine hydraulische Servolenung von Kraftfahrzeugen bekannt, umfassend wenigstens ein hydraulisches Servoventil mit einem Stellglied zur Steuerung der Lenkunterstützung in Anhängigkeit der Relativverdrehung einer Eingangswelle gegenüber einer Ausgangswelle, wenigstens zwei Planetengetriebe zur
Übertragung der Drehbewegung der Eingangswelle oder der Ausgangwelle auf das Stellglied, wobei jeweils ein erstes Funktionselement des einen Planetengetriebes mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle und ein erstes Funktionselement des anderen Planetengetriebes mit dem Stellglied drehfest verbunden ist und jeweils ein zweites Funktionselement zur Kopplung der Planetengetriebe vorgesehen ist, und wenigstens einen Aktuator zur Relativverstellung des Stellglieds gegenüber der Eingangswelle oder der Ausgangwelle, um die
Lenkunterstützungscharakteristik zu beeinflussen, wobei der wenigstens eine Aktuator so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er die gleichsinnige Verdrehung unter gleichzeitiger Relativverdrehung der beiden jeweils dritten Funktionselemente der Planetengetriebe zueinander bewirkt.
Aus der EP 0 856 453 A2 ist ein elektrohydraulisches Lenksystem für Fahrzeuge bekannt, das eine manuelle Lenkung und eine automatische Lenkung, welche über einen Schalter aktivierbar ist, umfasst. Das Lenksystem weist mindestens einen hydraulischen Lenkzylinder zur
Verstellung der lenkbaren Räder auf, wobei vorzugsweise zur Regelung der Beaufschlagung des Lenkzylinders mit Hydraulikflüssigkeit zwei parallel geschaltete, elektrisch betätigbare hydraulische Steuerventile vorgesehen sind, die jeweils mit einer Steuer- und
Auswerteeinrichtung zum Empfang der Ansteuersignale verbunden sind. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinrichtung mindestens zwei voneinander unabhängige Steuer- und Auswerteeinheiten und eine Fehlererkennungseinheit aufweist, wobei jeder der Steuer- und Auswerteeinheiten sowie der Fehlererkennungseinheit die Lenksignal- Sollwerte, die Radeinschlagwinkel-Istwerte und die Stellung des Schalters für die automatische Lenkung zugeführt sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit und die Fehlererkennungseinheit weisen jeweils einen Mikrocontroller auf. Dabei wird weiter vorgeschlagen, die Mikrocontroller mit unabhängigen Stromversorgungen zu versehen sowie einen weiteren Akkumulator zur Notpufferung der Mikrocontroller neben der Fahrzeugbatterie vorzusehen. Schließlich ist eine Notlenkpumpe vorgesehen, die bei Ausfall der regulären Pumpe die Hydraulikflüssigkeit pumpen soll.
Nachteilig an dem bekannten Lenksystem ist, dass trotz gewisser Redundanzen das
Lenksystem gegen Einfachfehler nur unzureichend fehlertolerant ist. Nur beispielhaft sei erwähnt, dass die beiden Pumpen hydraulisch über eine gemeinsame Leitung verbunden sind, sodass bei einer Unterbrechung einer Leitung keine der Pumpen mehr Hydraulikflüssigkeit pumpen kann.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Lenksystem für ein automatisch fahrendes Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, zu schaffen, das eine geringe Anfälligkeit gegen Einfachfehler aufweist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Lenksystem für ein automatisch fahrendes Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst das Lenksystem für ein automatisch fahrendes Fahrzeug mindestens zwei voneinander unabhängige elektrische Versorgungseinheiten, mindestens einen Hydraulik-Kreis sowie zwei Elektromotoren. Dabei wird der erste Elektromotor von der ersten elektrischen Versorgungseinheit und der zweite Elektromotor von der zweiten elektrischen
Versorgungseinheit mit elektrischer Energie versorgt. Dabei sind die Elektromotoren derart ausgebildet, dass diese ein Lenkmoment auf mindestens eine Komponente des Lenksystems aufbringen und/oder ein Servoventil des mindestens einen Hydraulik-Kreises ansteuern. Bei einem Einfachfehler in der Elektronik ist somit sichergestellt, dass stets noch ein Elektromotor arbeitet und ein Lenkmoment erzeugen kann (direkt über die Komponente oder indirekt über die Hydraulik). Dabei sind die elektrischen Versorgungseinheiten vorzugsweise als Batterien ausgebildet.
In einer Ausführungsform weist der mindestens eine Hydraulik-Kreis eine Pumpe auf, die durch einen elektrischen Pumpenmotor oder eine Brennkraftmaschine antreibbar ist. Dabei erfolgt die elektrische Versorgung des elektrischen Pumpenmotors oder die der Steuerelektronik des Verbrennungsmotors (z.B. des Motorsteuergeräts) aus einer der beiden elektrischen
Versorgungseinheiten, wobei dies vorzugsweise die erste Versorgungseinheit ist, was nachfolgend noch erläutert wird.
In einer Ausführungsform sind die Drehbewegungen der beiden Elektromotoren mechanisch miteinander verbunden und hierzu vorzugsweise derart dimensioniert, dass das maximale Drehmoment des zweiten Elektromotors ein Vielfaches des ersten Elektromotors ist. Dabei ist der Faktor beispielsweise 3 bis 10, insbesondere zwischen 6 und 8. Somit wird der
leistungsschwächere Elektromotor und der Pumpenmotor bzw. der Verbrennungsmotor von der ersten Versorgungseinheit versorgt. Bei deren Ausfall steht dann noch immer der
leistungsstarke zweite Elektromotor zur Verfügung. Im umgekehrten Fall können der leistungsschwächere Elektromotor und die Hydraulik zusammen ein ausreichendes
Lenkmoment erzeugen.
In einer Ausführungsform steuert der erste Elektromotor das Servoventil des Hydraulik-Kreises an und der zweite Elektromotor bringt ein Lenkmoment auf eine Lenksäule oder eine
Zahnstange des Lenksystems auf. Lenksäule und Zahnstange sind dabei vorzugsweise mechanisch gekoppelt.
In einer alternativen Ausführungsform bringt der erste Elektromotor ein Lenkmoment auf die Lenksäule auf und der zweite Elektromotor bringt ein Lenkmoment auf die Lenksäule oder die Zahnstange auf. Prinzipiell kann auch der erste Elektromotor ein Lenkmoment auf die
Zahnstange aufbringen. Allerdings, wenn dieser bewusst leistungsschwächer als der zweite Elektromotor ausgelegt ist, reichen die vorhandenen Drehmomente für eine direkte Bewegung der Zahnstange nicht aus. In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Elektromotoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, was eine sehr kompakte und preiswerte Bauart ermöglicht. Die beiden Elektromotoren können dabei auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, solange nur die elektrische Trennung gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Lenksystem zwei Hydraulik-Kreise auf, wobei ein Servoventil des ersten Hydraulik-Kreises durch den ersten Elektromotor und ein Servoventil des zweiten Hydraulik-Kreises durch den zweiten Elektromotor ansteuerbar ist. Auch hier gewährleistet bei einem Einzelfehler des einen Hydraulik-Kreises der jeweils andere Hydraulik- Kreises ein ausreichendes Lenkmoment.
In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Servoventile als integriertes Servoventil ausgebildet, wobei jedoch die beiden Hydraulik-Kreise weiter strikt getrennt sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine elektrische Pumpenmotor derart regelbar, dass bei zunehmender Last Drehzahl oder Moment hochgeregelt werden. Hierdurch wird in Phasen, wo kaum Hydraulikflüssigkeit gepumpt werden muss, die elektrische
Energieaufnahme des Pumpenmotors reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenksystem derart ausgebildet, dass ein Steuersignal generiert wird, mittels deren unterschiedliche Bremsdrücke an den Vorderrädern eingestellt werden, um eine Lenkbewegung zu erzeugen. Somit kann bei Ausfall eines Kreises
(unabhängig davon, ob ein oder zwei Hydraulik-Kreise zur Anwendung kommen) ein
zusätzliches unterstützendes Lenkmoment für den verbleibenden Kreis zur Verfügung gestellt werden, wobei diese Ausführungsform vorzugsweise bei Nutzfahrzeugen zur Anwendung kommt. Dem liegt folgende Überlegung zugrunde. Bei Fahrzeugen mit einem elektrischen Stabilitätsprogramm wird mit unterschiedlichen Bremsdrücken an den einzelnen Rädern ein schleuderndes Fahrzeug wieder stabilisiert. Bei einem PKW ist das Lenken über
Differenzbremsdruck nahezu unmöglich, da der negative Lenkrollradius die Kräfte so in die Achse einleitet, dass die Lenkung zur entgegengesetzten Seite verdreht wird. Die
Längskraftdifferenz durch die Bremsdruckdifferenz wird durch das automatische, entgegen gerichtete Verdrehen der Lenkung wieder kompensiert. Bei Nutzfahrzeugen gibt es hingegen keinen negativen Lenkrollradius, sondern konstruktiv bedingt existieren nur positive
Lenkrollradien. Hier wird also das Lenkrad in die Richtung der höheren Bremskraft automatisch verdreht. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems mit einem Hydraulik-Kreis in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems mit einem Hydraulik-Kreis in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems mit einem Hydraulik-Kreis in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems mit zwei Hydraulik-Kreisen in einer ersten Ausführungsform und
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Lenksystems mit zwei Hydraulik-Kreisen in einer zweiten Ausführungsform.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Lenksystem 1 für ein automatisch fahrendes Fahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 1 weist eine erste elektrische Versorgungseinheit 2 auf, die in der Fig. 1 auch als Batterie A bezeichnet wird, wobei über den Index A verdeutlicht werden soll, welche Komponenten durch die erste Versorgungseinheit 2 elektrisch versorgt werden.
Entsprechend weist das Lenksystem 1 eine zweite elektrische Versorgungseinheit 3 auf, die auch als Batterie B bezeichnet ist. Die Versorgungseinheiten 2, 3 sind vorzugsweise als Batterien ausgebildet, aber nicht darauf beschränkt. Das Lenksystem 1 weist weiter einen ersten Elektromotor 4 (auch als MA bezeichnet) und einen zweiten Elektromotor 5 (auch als MB bezeichnet) auf. Durch den Index A wird somit deutlich, dass der erste Elektromotor 4 (MA) durch die erste Versorgungseinheit 2 (Batterie A) versorgt wird. Das Lenksystem 1 weist einen Hydraulik-Kreis auf, der durch einen Sammelbehälter 6, eine Pumpe 7, ein Servoventil 8 und einen Hydraulik-Zylinder 9 gebildet wird. Das Servoventil 8 weist dabei vier Anschlüsse auf, nämlich einen zum Sammelbehälter 6, einen zur Pumpe 7 sowie zwei zum Hydraulik-Zylinder 9. Das Servoventil 8 kann dabei drei Schaltstellungen einnehmen, nämlich„Vorwärts",
„Rückwärts" und„Leerlauf", wobei in der Darstellung gemäß Fig. 1 sich das Servoventil 8 im „Leerlauf befindet. Die Pumpe 7 wird durch einen elektrischen Pumpenmotor 10 (auch als PMA bezeichnet) angetrieben, der wiederum von der ersten Versorgungseinheit 2 elektrisch versorgt wird. Der Hydraulik-Zylinder 9 ist mit einer Zahnstange 1 1 verbunden, die die Lenkkraft auf die Räder 12 überträgt. Weiter weist das Lenksystem 1 eine Lenksäule 13 auf, an der eine
Lenkhandhabe 14 (z.B. ein Lenkrad) angeordnet ist. Die Lenksäule 13 ist dabei mechanisch mit der Zahnstange 1 1 gekoppelt, beispielsweise über ein nicht dargestelltes Getriebe. Die beiden Elektromotoren 4, 5 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 15, die mechanisch mit der Lenksäule 13 verbunden ist und ein Moment auf die Lenksäule 13 übertragen kann. Des Weiteren ist auch das Servoventil 8 mit der Lenksäule 13 gekoppelt, sodass sich die Schaltstellung des
Servoventil 8 entsprechend der Drehung der Lenksäule 13 verändert. Dabei weist der zweite Elektromotor 5 ein vielfach größeres maximales Drehmoment auf als der erste Elektromotor 4. Beispielsweise weist der erste Elektromotor 4 ein maximales Drehmoment von 15 Nm auf, wohingegen der zweite Elektromotor 5 ein maximales Drehmoment von 1 10-140 Nm aufweist (beide Werte sind bezogen auf ein Lenkmoment, welches der Fahrer am Lenkrad aufbringen muss um ein gleiches Lenkergebnis zu erzielen). Der zweite Elektromotor 5 ist dabei vorzugsweise derart dimensioniert, dass dieser die Servolenkfunktion bei manuellem
Fahreingriff alleine durchführen kann. Das Lenksystem 1 ist dabei fail-operational betreffend Einfachfehler und kann die Anforderungen aufgrund des automatischen Fahrens als auch der Servolenkfunktion bei manuellem Eingriff voll erfüllen, wobei die einzelnen Fehlerfälle kurz erläutert werden sollen.
Bei einem Ausfall des Hydraulik-Kreises übernehmen der erste und zweite Elektromotor 4, 5 die Servolenkfunktion bei manuellem Fahrereingriff, wobei die Summe der Momente auch ausreichend ist, alle Anforderungen des automatischen Fahrens zu übernehmen.
Bei einem Ausfall des zweiten Elektromotors 5 setzt der erste Elektromotor 4 zusammen mit der intakten Hydraulik die Anforderungen des automatischen Fahrens um. Die Hydraulik bildet die Servolenkfunktion ab, falls der Fahrer manuell eingreift.
Bei Ausfall des ersten Elektromotors 4 setzt der größere zweite Elektromotor 5 (gegebenenfalls zusammen mit der intakten Hydraulik) die Anforderungen des automatischen Fahrens um. Die Hydraulik oder der zweite Elektromotor 5 bildet die Servolenkfunktion ab, falls der Fahrer manuell eingreift.
Bei Ausfall der ersten elektrischen Versorgungseinheit 2 (Batterie A) stellt der größere zweite Elektromotor 5 die Servolenkfunktion bei manuellem Eingriff und die Umsetzung der
Anforderungen an das automatische Fahren sicher. Bei einem Ausfall der zweiten elektrischen Versorgungseinheit 3 (Batterie B) stellen der erste Elektromotor 4 und die Hydraulik die Servolenkfunktion bei manuellem Eingriff und die
Umsetzung des automatischen Fahrens sicher.
Somit ist bei einem Einzelfehler stets sowohl die Servolenkfunktion als auch die des
automatischen Fahrens sichergestellt.
Befinden sich der erste und zweite Elektromotor 4, 5 nicht auf einer gemeinsamen Welle 15, so kann der zweite Elektromotor 5 auch über ein Zwischengetriebe direkt an der Zahnstange 1 1 angreifen.
Dabei ist die Umsetzung mit mindestens einem Hydraulik-Kreis energetisch günstiger als mit zwei ausreichend groß dimensionierten Elektromotoren, die jeweils einzeln die Lenkmomente aufbringen könnten.
In der Fig. 2 ist eine leicht modifizierte Ausführungsform zu Fig. 1 dargestellt, wobei gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen aufweisen. Der einzige Unterschied ist, dass die Pumpe 7 durch eine Brennkraftmaschine 16 angetrieben wird. Dabei ist nur sicherzustellen, dass die komplette notwendige elektrische Steuerung der Brennkraftmaschine 16 (wie z.B. Steuergeräte) durch die erste elektrische Versorgungseinheit 2 (Batterie A) erfolgt.
In der Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, wobei der erste Elektromotor 4 und der zweite Elektromotor 5 nicht auf einer gemeinsamen Welle 15 angeordnet sind. Vielmehr steuert der erste Elektromotor 4 über seine Welle 17 direkt das Servoventil 8 an. Dabei wird auf den Verdrehwinkel des Torsionsstabs der Servolenkung ein zusätzlicher Verdrehwinkel aufaddiert (siehe WO 2010/125044A1 ). Der zweite Elektromotor 5 kann dabei wie dargestellt mit seiner Welle 18 an die Lenksäule 13 oder aber auch direkt an der Zahnstange 1 1 angreifen. Dabei kann der erste Elektromotor 4 extrem klein angelegt werden, da dieser kein Moment auf die Lenksäule 13 aufbringen muss, sondern lediglich die Reibung im Verstellmechanismus überwinden muss. Hier kann der Unterschied zwischen den maximalen Drehmomenten der beiden Elektromotoren 4, 5 bei einem Faktor 100 liegen.
In der Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 zwei Hydraulik-Kreise vorhanden sind. Der zweite Hydraulik-Kreis wird durch einen eigenen Sammelbehälter 19, eine Pumpe 20, ein zweites Servoventil 21 und einen zweiten Hydraulik-Zylinder 22 gebildet. Dabei steuert der erste Elektromotor 4 das erste Servoventil 8 über seine Welle 17 und der zweite Elektromotor 5 das zweite Servoventil 21 über seine Welle 18 an. Die Pumpe 20 des zweiten Hydraulik-Kreises wird dabei durch einen zweiten elektrischen Pumpenmotor 23 angesteuert. Da der erste Hydraulik-Kreis vollständig und ausschließlich durch die erste Versorgungseinheit 2 (Batterie A) und der zweite Hydraulik-Kreis vollständig und ausschließlich durch die zweite
Versorgungseinheit 3 (Batterie B) versorgt wird, ist das Lenksystem fail-operational gegen Einfachfehler.
In der Fig. 5 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 4 dargestellt, wobei die beiden Elektromotoren 4, 5 wieder auf einer gemeinsamen Welle 15 angeordnet sind. Dabei können die beiden Servoventile 8, 21 auch in einem gemeinsamen Servoventil integriert sein, dass acht Zuleitungen und drei Schaltstellungen aufweist, solange nur die vollständige
Trennung der beiden Hydraulik-Kreise gewährleistet ist. Selbstverständlich kann auch einer der elektrischen Pumpenmotoren 10, 23 in den Ausführungen gemäß Fig. 4 oder 5 wieder durch die Brennkraftmaschine 16 ersetzt werden (siehe Fig. 2).

Claims

Patentansprüche
1. Lenksystem (1 ) für ein automatisch fahrendes Fahrzeug, umfassend mindestens zwei voneinander unabhängige elektrische Versorgungseinheiten (2, 3), mindestens einen Hydraulik-Kreis sowie zwei Elektromotoren (4, 5), wobei der erste Elektromotor (4) von der ersten elektrischen Versorgungseinheit (2) und der zweite Elektromotor (5) von der zweiten elektrischen Versorgungseinheit (3) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Elektromotoren (4, 5) derart ausgebildet sind, dass diese ein Lenkmoment auf mindestens eine Komponente des Lenksystems (1 ) aufbringen und/oder ein Servoventil (8, 21 ) des mindestens einen Hydraulik-Kreises ansteuern.
2. Lenksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Hydraulik-Kreis eine Pumpe (7, 20) aufweist, die durch einen elektrischen Pumpenmotor (10, 23) oder eine Brennkraftmaschine (16) antreibbar ist.
3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Elektromotoren (4, 5) derart dimensioniert sind, dass das maximale Drehmoment des zweiten Elektromotors (5) ein Vielfaches des ersten Elektromotors (4) ist.
4. Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (4) das Servoventil (8) des Hydraulik-Kreises ansteuert und der zweite Elektromotor (5) ein Lenkmoment auf eine Lenksäule (13) oder eine
Zahnstange (1 1 ) des Lenksystems (1 ) aufbringt.
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (4) ein Lenkmoment auf die Lenksäule (13) aufbringt und der zweite Elektromotor (5) ein Lenkmoment auf die Lenksäule (13) oder Zahnstange (1 1 ) aufbringt.
6. Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegungen der beiden Elektromotoren (4, 5) mechanisch miteinander verbunden sind.
7. Lenksystem nach Anspruch 1 , 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1 ) zwei Hydraulik-Kreise aufweist, wobei ein Servoventil (8) des ersten Hydraulik-Kreises durch den ersten Elektromotor (4) und ein Servoventil (21 ) des zweiten Hydraulik-Kreises durch den zweiten Elektromotor (5) ansteuerbar ist.
Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Servoventile (8, 21 ) als integriertes Servoventil ausgebildet sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Pumpenmotor (10, 23) derart regelbar ist, dass bei zunehmender Last Drehzahl oder Moment hochgeregelt werden.
0. Lenksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1 ) derart ausgebildet ist, dass ein Steuersignal generiert wird, mittels dessen unterschiedliche Bremsdrücke an den Vorderrädern eingestellt werden, um eine Lenkbewegung zu erzeugen.
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