DE102010014284B4

DE102010014284B4 - control device

Info

Publication number: DE102010014284B4
Application number: DE201010014284
Authority: DE
Inventors: Jan Schomerus; Jan Gacnik
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: DE102010014284A1

Abstract

Steuereinrichtung (1) mit einer Lenkeinheit (2), mit einer Steuereinheit (3), mit einer über einen Steuersignalpfad (S) mit der Steuereinheit (3) verbundenen Stellaktuator (4) zur Einwirkung auf ein Stellorgan (5, 5a, 5b) und mit einem mit der Lenkeinheit (2) gekoppelten Rückmeldeaktuator (9) zum Rückkoppeln einer Einwirkung auf das Stellorgan (5, 5a, 5b) an die Lenkeinheit (2), wobei eine trennbare mechanische Verbindung zwischen dem Rückmeldeaktuator (9) und dem Stellorgan (5, 5a, 5b) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitseinheit zur Trennung der mechanischen Verbindung im fehlerfreien Betrieb und zur Herstellung der mechanischen Verbindung sowie zur Ansteuerung des Rückmeldeaktuators (9) im Fehlerfall des Stellaktuators (4) vorgesehen und derart eingerichtet ist, dass der Rückmeldeaktuator (9) in Abhängigkeit eines Stellsignals der Steuereinheit (3) von außen eine Stellkraft auf das Stellorgan (5, 5a, 5b) an Stelle des Stellaktuators (4) ausübt.Control device (1) with a steering unit (2), with a control unit (3), with an actuating actuator (4) connected to the control unit (3) via a control signal path (S) for acting on an actuator (5, 5a, 5b) and with a feedback actuator (9) coupled to the steering unit (2) for feeding back an action on the actuator (5, 5a, 5b) to the steering unit (2), a separable mechanical connection between the feedback actuator (9) and the actuator (5 , 5a, 5b), characterized in that a safety unit for separating the mechanical connection in error-free operation and for establishing the mechanical connection as well as for controlling the feedback actuator (9) in the event of a fault in the actuating actuator (4) is provided and set up in such a way that the feedback actuator (9), depending on an actuating signal from the control unit (3), exerts an actuating force on the actuating member (5, 5a, 5b) from the outside instead of the actuating actuator (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit einer Lenkeinheit, mit einer Steuereinheit, mit einer über einen Steuersignalpfad mit der Steuereinheit verbundenen Stellaktuator zur Einwirkung auf ein Stellorgan, und mit einem mit der Lenkeinheit gekoppelten Rückmeldeaktuator zum Rückkoppeln einer Einwirkung auf das Stellorgan an die Lenkeinheit.The invention relates to a control device with a steering unit, with a control unit, with a connected via a control signal path to the control unit actuating actuator for acting on an actuator, and with a coupled to the steering unit feedback activator for feeding back an action on the actuator to the steering unit.

Derartige Steuereinrichtungen werden zum Beispiel für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Solche „Steer-by-wire” Systeme für Fahrzeuge weisen gegenüber konventionellen Lenkungen zusätzlich mindestens einen Lenkaktuator auf, der auf die Lenkeinrichtung an der gelenkten Achse, zum Beispiel ein Lenkritzel, wirkt. Häufig ist zudem ein Handkraftaktuator vorgesehen, der auf das Lenkrad wirkt, um dem Fahrer ein natürliches Lenkgefühl zu simulieren („Force-Feedback”). Die im konventionellen Lenksystem durch die Lenksäule gegebene mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern entfällt dabei. Um die hohen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, müssen die wichtigen elektrischen und elektronischen Komponenten fehlersicher ausgeführt werden und mehrfach vorhanden sein (Redundanz). Optional kann auch eine funktionale Rückfallebene vorgesehen sein. Für den Lenkaktuator gibt es dabei hauptsächlich zwei unterschiedliche Vorgehensweisen:

1. Es wird mindestens der die Lenkaufgabe ausführende Aktuator (zumeist ein Elektromotor) zweifach ausgeführt, um eine ausreichende Fehlersicherheit zu gewährleisten;
2. Es wird eine mechanische Rückfallebene geschaffen, die das Lenksystem im Fehlerfall auf die Funktion einer konventionellen Lenkung zurückführt. Eine typische Ausführungsform verwendet dazu eine im Normalbetrieb geöffnete Kupplung in der Lenksäule, die bei Schließen die mechanische Trennung zwischen Lenkrad und Lenkeinrichtung aufhebt. Häufig wird die Kupplung zum Beispiel durch Federkraft- oder Permanentmagnetkraft selbstschließend ausgeführt, so dass bei plötzlichem Ausfall der Energieversorgung die mechanische Rückfallebene der Lenkung sofort zur Verfügung steht.

Such control devices are used, for example, for steering systems of motor vehicles. Such "steer-by-wire" systems for vehicles additionally have at least one steering actuator, which acts on the steering device on the steered axle, for example a steering pinion, in comparison to conventional steering systems. Frequently, a Handkraftaktuator is also provided, which acts on the steering wheel to simulate the driver a natural steering feel ("Force Feedback"). The given in the conventional steering system through the steering column mechanical connection between the steering wheel and steered wheels deleted it. In order to meet the high safety requirements, the important electrical and electronic components must be executed fail-safe and must be present several times (redundancy). Optionally, a functional fallback level can also be provided. For the steering actuator, there are mainly two different approaches:

1. At least the actuator performing the steering task (usually an electric motor) is carried out twice in order to ensure sufficient fault tolerance;
2. It creates a mechanical fallback, which returns the steering system in the event of a fault on the function of a conventional steering. A typical embodiment uses a normally open clutch in the steering column, which eliminates the mechanical separation between the steering wheel and steering device when closing. Often, the clutch is self-closing, for example by spring force or permanent magnet, so that in case of sudden failure of the power supply, the mechanical fallback of the steering is immediately available.

US 2006/0042859 A1 beschreibt eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit einer elektromagnetischen Kupplung zwischen der Lenksäule und dem Lenkritzel. Weiterhin ist ein Antriebsmotor mit der Lenkachse zwischen Lenkrad und Kupplung gekoppelt, um dem Fahrer im getrennten Zustand der Kupplung am Lenkrad einen Lenkausschlag zu vermitteln. Die Lenkung selbst wird durch weitere Elektromotoren am Lenkritzel beeinflusst. US 2006/0042859 A1 describes a steering device for a vehicle with an electromagnetic clutch between the steering column and the steering pinion. Furthermore, a drive motor is coupled to the steering axis between the steering wheel and the clutch in order to give the driver a steering deflection in the separated state of the clutch on the steering wheel. The steering itself is influenced by other electric motors on the steering pinion.

DE 100 15 922 A1 offenbart ein Lenksystem mit einer im Normalfall geöffneten mechanischen Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern. Die Lenkung selbst wird durch einen Lenkstellantrieb an einem Lenkritzel beeinflusst. Auch hier ist unabhängig hiervon ein Handkraftsteller mit dem Lenkrad verbunden, um einen Lenkwiderstand am Lenkrad zu simulieren. DE 100 15 922 A1 discloses a steering system with a normally open mechanical positive coupling between the steering handle and steered vehicle wheels. The steering itself is influenced by a steering actuator on a steering pinion. Again, regardless of this, a manual force plate is connected to the steering wheel to simulate a steering resistance on the steering wheel.

DE 197 55 044 C1 beschreibt eine Fahrzeuglenkung mit einer vom Fahrer betätigten Lenkhandhabe und einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten Stellaggregat, mit dem die Lenkhandhabe über eine Regelstrecke wirkungsmäßig verbunden ist. Bei einer Fehlfunktion der Regelstrecke wird eine über die Welle führender mechanischer Durchtrieb, der bei korrekter Funktion der Regelstrecke aufgetrennt ist, wirksam und ein Stellmotor arbeitet als Servomotor, um die bei der manuellen Lenkbetriebsphase vom Fahrer aufzubringenden Handkräfte für Lenkmanöver zu vermindern. Der eigentlich zur Simulation des Lenkwiderstands am Lenkrad vorgesehene Handkraftsteller wird im Fehlerfall bei geschlossener Kupplung nur für die Hilfskraftunterstützung genutzt, um die Lenkkraft zu reduzieren. DE 197 55 044 C1 describes a vehicle steering system with a steering handle actuated by the driver and a control unit associated with the steered vehicle wheels, with which the steering handle is operatively connected via a controlled system. In the event of a malfunction of the controlled system, a mechanical overdrive leading through the shaft, which is separated when the controlled system functions correctly, becomes effective and a servomotor acts as a servomotor to reduce the manual forces for steering maneuvers to be applied by the driver during the manual steering operation phase. The actually provided for simulating the steering resistance on the steering wheel manual power actuator is used in case of failure with the clutch closed only for the auxiliary power assistance to reduce the steering force.

Die DE 198 41 913 A1 offenbart ebenfalls einen elektromagnetischen Lenksteller mit mechanischer Rückfallebene, der ebenfalls für die „steer-by-wire”-Anwendungen in Kraftfahrzeugen geeignet ist. Dabei ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen, die beim Auftreten eines Fehlers im Lenksystem in Reaktion in ein vom Regel-Steuerwerk erzeugtes Signal das Lenkrad formschlüssig mit dem gelenkten Glied verbindet. Ein ähnliches „steer-by-wire”-Lenksystem ist auch aus der DE 60 2005 002 965 T2 bekannt, wobei hier das Lenksystem beim Auftritt eines Fehlers derart ausgebildet ist, dass das Lenkrad mit den Stellorganen über eine Elektromagnetkupplung mechanisch gekoppelt wird.The DE 198 41 913 A1 also discloses an electromagnetic steering actuator with mechanical fallback, which is also suitable for steer-by-wire applications in motor vehicles. In this case, a switchable coupling is provided which connects the steering wheel positively to the steered member in response to a signal generated by the control system rule in the event of a fault in the steering system. A similar "steer-by-wire" -Lenksystem is also from the DE 60 2005 002 965 T2 known, in which case the steering system is formed in the event of an error such that the steering wheel is mechanically coupled to the actuators via an electromagnetic clutch.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Steuereinrichtung, insbesondere für Lenksysteme für nicht spurgebundene Kraftfahrzeuge zu schaffen, die eine automatische Steuerung auch im Fehlerfall ohne Fahrerunterstützung ermöglicht.Based on this, it is an object of the present invention to provide an improved control device, in particular for steering systems for non-track-bound motor vehicles, which allows automatic control even in the event of a fault without driver assistance.

Die Aufgabe wird mit der Steuereinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine trennbare mechanische Verbindung zwischen dem Rückmeldeaktuator und dem Stellorgan vorhanden ist und eine Sicherheitseinheit zur Trennung der mechanischen Verbindung im fehlerfreien Betrieb und zur Herstellung der mechanischen Verbindung sowie zur Ansteuerung des Rückmeldeaktuators im Fehlerfall des Stellaktuators vorgesehen und derart eingerichtet ist, dass der Rückmeldeaktuator in Abhängigkeit eines Stellsignals der Steuereinheit von außen eine Stellkraft auf das Stellorgan anstelle des Stellaktuators ausübt.The object is achieved with the control device of the type mentioned above in that a separable mechanical connection between the Rückmeldeaktuator and the actuator is present and a safety unit for the separation of the mechanical connection in error-free operation and for the preparation of the mechanical connection and to control the feedback actuator in case of failure provided the adjusting actuator and is arranged such that the feedback actuator in response to a control signal of the control unit from the outside exerts a force on the actuator instead of the adjusting actuator.

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist der Rückmeldeaktuator (Handkraftaktuator) zur Simulation des Lenkwiderstandes ausgelegt, um im Fehlerfall die Fahrzeuglenkung vollständig zu übernehmen. Hierzu ist der Rückmeldeaktuator im Fehlerfall über eine trennbare mechanische Verbindung durch Herstellen der mechanischen Verbindung mit dem Stellorgan koppelbar. Der Rückmeldeaktuator wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung somit leistungsmäßig derart ausgelegt, dass er als redundantes Stellorgan zur Verfügung steht. According to the teachings of the present invention, the feedback actuator (manual force actuator) is designed to simulate the steering resistance in order to completely take over the vehicle steering in the event of an error. For this purpose, the Rückmeldeaktuator in case of failure via a separable mechanical connection by establishing the mechanical connection with the actuator can be coupled. The feedback actuator is thus designed according to the teaching of the present invention in terms of performance so that it is available as a redundant actuator.

Dies hat den Vorteil, dass der ohnehin vorhandene Rückmeldeaktuator zur Schaffung eines redundanten Systems ausgenutzt werden kann, ohne dass ein wesentlicher Zusatzaufwand erforderlich ist.This has the advantage that the already existing Rückmeldeaktuator can be exploited to create a redundant system, without a significant additional effort is required.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine übergeordnete Steuereinheit mit einem Steuerbefehlsausgang vorgesehen ist, der über einen Steuersignalpfad mit dem Stellaktuator und dem Rückmeldeaktuator verbunden und zur Ansteuerung des Stellorgans und zur Rückkopplung der Einwirkung auf das Stellorgan an die Eingabeeinheit eingerichtet ist. Diese übergeordnete Steuereinheit kommandiert im vollautomatischen Betrieb die Lenkvorgaben, die entweder über den Lenkaktuator oder nach Schließen der mechanischen Verbindung im Fehlerfall über den Rückmeldeaktuator umgesetzt werden. Bei einer solchen übergeordneten Steuereinheit ist es für die von der Steuereinheit vorgegebenen Steuervorgaben zunächst unerheblich, ob diese von dem Stellorgan oder dem Rückmeldeaktuator ausgeführt werden.It when a higher-level control unit is provided with a control command output, which is connected via a control signal path with the Stellaktuator and the Rückmeldeactuator and set up to control the actuator and to feedback the action on the actuator to the input unit is particularly advantageous. This superordinate control unit commands the steering inputs in fully automatic operation, which are implemented either via the steering actuator or after closing the mechanical connection in the event of a fault via the feedback actuator. In such a higher-level control unit, it is initially irrelevant for the control instructions specified by the control unit, whether they are performed by the actuator or the Rückmeldeactuator.

Die trennbare mechanische Verbindung kann beispielsweise mit Hilfe eines selbstschließenden Permanentmagneten ausgeführt werden. Denkbar ist aber auch die Realisierung mit einer über Federdruck mit mindestens einer Feder schließbaren Kupplung.The separable mechanical connection can be carried out, for example, by means of a self-closing permanent magnet. Conceivable, however, is the realization with a spring pressure with at least one spring closable coupling.

Die trennbare mechanische Verbindung kann auch Kupplungselemente mit einer Stirnradverzahnung zur Herstellung einer Verbindung beim Schließen der Kupplung durch Kraftschluss haben. Bei dieser Ausführungsform wird die Verbindung nicht über Reibschluss, sondern durch Kraftschluss hergestellt, was die Verschleißanfälligkeit und Sicherheit weiter erhöht.The separable mechanical connection may also have coupling elements with a spur gear for making a connection when closing the coupling by adhesion. In this embodiment, the connection is not made by friction, but by adhesion, which further increases the susceptibility to wear and safety.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rückmeldeaktuator ein auf ein Lenkrad wirkender Handkraftaktuator ist, der mit einem Untersetzungsgetriebe mit einem Kupplungselement der trennbaren mechanischen Verbindung gekoppelt ist. Mit Hilfe dieses Untersetzungsgetriebes gelingt es bei begrenzter Leistung des Rückmeldeaktuators immer noch eine ausreichende Lenkkraft aufzubringen und den Rückmeldeaktuator sowohl zur Simulation der Lenkkraft auf das Lenkrad als auch zur Beaufschlagung des Stellorgans zur Lenkung, die wesentliche Wirkkräfte erfordert, auszunutzen.It when the feedback actuator is acting on a steering wheel Handkraftaktuator which is coupled to a reduction gear with a coupling element of the separable mechanical connection is particularly advantageous. With the help of this reduction gear succeeds in limited performance of the feedback actuator still sufficient to apply steering force and the feedback actuator both to simulate the steering force on the steering wheel and to act on the actuator for steering, the essential forces required to exploit.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with the accompanying drawings. Show it:

1 – Prinzipskizze einer Steuereinrichtung für die gelenkten Räder eines Kraftfahrzeuges; 1 - Schematic diagram of a control device for the steered wheels of a motor vehicle;

2 – Diagrammausschnitt eines Zustandsautomaten zur Fahrzeugsteuerung. 2 - Diagram section of a state machine for vehicle control.

1 lässt eine Prinzipskizze einer Steuereinrichtung 1 erkennen, die eine Lenkeinheit 2 in Form eines Lenkrades und eine Steuereinheit 3 hat. Mit Hilfe der Lenkeinheit 2 kann das Fahrzeug manuell und mit Hilfe der Steuereinheit 3 vollautomatisch gelenkt werden. Hierzu ist die Steuereinheit 3 über einen Steuersignalpfad S mit einem Stellaktuator 4 verbunden, der auf ein Stellorgan 5 bzw. 5a, zum Beispiel in Form eines Lenkritzels, einwirkt. Bei Betätigung des Stellaktuators 4 werden die gelenkten Räder 6a, 6b, die miteinander über eine Lenkstange 7 verbunden sind, im gewünschten Lenkwinkel verstellt. 1 leaves a schematic diagram of a control device 1 recognize that a steering unit 2 in the form of a steering wheel and a control unit 3 Has. With the help of the steering unit 2 Can the vehicle manually and with the help of the control unit 3 be steered fully automatically. This is the control unit 3 via a control signal path S with a Stellaktuator 4 connected to an actuator 5 respectively. 5a , for example in the form of a steering pinion, acts. When actuating the adjusting actuator 4 become the steered wheels 6a . 6b connected with each other via a handlebar 7 are connected, adjusted in the desired steering angle.

Im fehlerfreien Betrieb ist die Lenkeinheit 2 von der Lenkstange 7 mit Hilfe einer Kupplung 8 als trennbare mechanische Bindung voneinander entkoppelbar, so dass die Einwirkung auf den Lenkwinkel der gelenkten Räder 6a, 6b ausschließlich über den Stellaktuator 4 und das Stellorgan 5 gesteuert über die Steuereinheit 3 erfolgt.In error-free operation is the steering unit 2 from the handlebar 7 with the help of a clutch 8th as a separable mechanical bond decoupled from each other, so that the effect on the steering angle of the steered wheels 6a . 6b exclusively via the actuating actuator 4 and the actuator 5 controlled by the control unit 3 he follows.

Um dem Fahrer dennoch eine haptische Rückmeldung des Lenkzustandes der gelenkten Räder 6a, 6b zu geben, ist ein Rückmeldeaktuator 9 mit einer Lenkwelle 10 gekoppelt, die zur Lenkeinheit 2 und zur Kupplung 8 führt. Der Rückmeldeaktuator 9 vermittelt somit dem Fahrer im fehlerfreien Betrieb durch eine entsprechende Kraftrückwirkung ein natürliches Lenkgefühl und kann haptische Signale, wie zum Beispiel Vibrationen, erzeugen. Er ist damit nicht nur als einfacher Elektromotor ausgeführt, der eine dem Lenkwinkel der gelenkten Räder 6a, 6b proportionale Drehung des Lenkrades ausführt. Zusätzlich sollte der Rückmeldeaktuator 9 im Stillstand auch einen Lenkwiderstand als Gegenkraft auf eine vom Fahrer auf die Lenkeinheit 2 ausgeübte Kraft aufbringen.To the driver nevertheless a haptic feedback of the steering state of the steered wheels 6a . 6b to give is a feedback actuator 9 with a steering shaft 10 coupled to the steering unit 2 and to the clutch 8th leads. The feedback reporter 9 thus provides the driver in error-free operation by a corresponding force feedback a natural steering feel and can generate haptic signals, such as vibrations. He is thus not only designed as a simple electric motor, the one the steering angle of the steered wheels 6a . 6b proportional rotation of the steering wheel performs. In addition, the feedback should be 9 at standstill, a steering resistance as a counterforce to a driver on the steering unit 2 apply applied force.

Im fehlerfreien Betrieb wird die Kupplung 8 geöffnet. Hierzu kann die Kupplung 8 beispielsweise mit einem Steuersignal einer Sicherheitseinheit beaufschlagt werden, die zum Beispiel Teil der Steuereinheit 3 sein kann. Die Kupplung 8 ist hierzu als elektromagnetisch zu öffnende und passiv schließende Kupplung ausgeführt und hat einen selbstschließenden Permanentmagneten. Mit Hilfe dieses Permanentmagneten gelingt die eigensichere Ausführung der Kupplung derart, dass bei Stromausfall die Kupplung 8 automatisch geschlossen wird und eine Lenkung des Fahrzeuges über die manuelle Lenkeinheit 2 möglich wird.In error-free operation, the clutch 8th open. For this purpose, the clutch 8th For example, be supplied with a control signal of a safety unit, for example, part of the control unit 3 can be. The coupling 8th is designed for this purpose as an electromagnetically openable and passively closing coupling and has a self-closing permanent magnet. With the help of this permanent magnet, the intrinsically safe design of the coupling succeeds such that in case of power failure, the clutch 8th is automatically closed and a steering of the vehicle via the manual steering unit 2 becomes possible.

Im fehlerfreien Betrieb bei geöffneter Kupplung 8 wird die Lenkung des Fahrzeuges automatisch durch den Stellaktuator 4 ausgeführt, der von der Steuereinheit 3 kommandiert wird. Die Steuereinheit 3 erhält ihrerseits übergeordnete Steuerkommandos von einer übergeordneten Steuereinheit 11. Die Steuereinheiten 3 und 11 sind fehlersicher, zum Beispiel redundant auszuführen. Der Stellaktuator 4 und der Rückmeldeaktuator 9 sind hingegen so auszuführen, dass Fehler sicher erkannt werden und im Fehlerfall eine sichere Abschaltung möglich ist.In error-free operation with the clutch open 8th The steering of the vehicle is automatically controlled by the Stellaktuator 4 executed by the control unit 3 is commanded. The control unit 3 in turn receives higher-level control commands from a higher-level control unit 11 , The control units 3 and 11 are fail-safe, for example redundant. The actuating actuator 4 and the feedback actuator 9 On the other hand, they must be executed in such a way that faults are reliably detected and a safe switch-off is possible in the event of a fault.

Die Kupplung 8 ist aus Sicherheitsgründen so auszuführen, dass sie im Fehlerfall sicher geschlossen werden kann. Dies gelingt wie oben erwähnt über einen Permanentmagneten oder zum Beispiel über eine vorgespannte Feder, wenn die trennbare mechanische Verbindung über Federdruck mit mindestens einer Feder geschlossen wird.The coupling 8th For safety reasons, it must be designed so that it can be safely closed in the event of a fault. This is achieved as mentioned above via a permanent magnet or for example via a prestressed spring, when the separable mechanical connection is closed by spring pressure with at least one spring.

Sowohl der Stellaktuator 4 als auch der Rückmeldeaktuator 9 haben vorzugsweise jeweils integrierte oder damit gekoppelte Moment- und Positionsmesseinrichtungen, deren Messwerte an die Steuereinheit 3 weitergeleitet werden. Denkbar ist aber auch, dass separate Drehmoment und/oder Drehwinkelgeber zur Messung des an den Stellorganen 5, 5a, 5b wirkende Drehmoment und Drehwinkel vorgesehen sind.Both the Stellaktuator 4 as well as the feedback reporter 9 preferably each have integrated or coupled therewith moment and position measuring devices, their measured values to the control unit 3 to get redirected. It is also conceivable that separate torque and / or rotary encoder for the measurement of the actuators 5 . 5a . 5b acting torque and rotation angle are provided.

Die Steuereinheit 3 kann mittels des Stellaktuators 4 entweder Lenkkommandos umsetzen, die der Fahrer über die Lenkeinheit 2 (Lenkrad) eingibt. Es ist aber auch möglich, dass die Steuereinheit 3 im automatischen Betrieb Lenkkommandos der übergeordneten Steuereinheit 11 umsetzt. Denkbar sind aber auch Mischformen dieser beiden Betriebsarten.The control unit 3 can by means of the Stellaktuators 4 either implement steering commands, which the driver via the steering unit 2 (Steering wheel) enters. But it is also possible that the control unit 3 in automatic mode, steering commands of the higher-level control unit 11 implements. Conceivable, however, are also mixed forms of these two modes.

Kommt es zu einem Fehler in dem Stellaktuator 4 oder dem Rückmeldeaktuator 9, so wird dieser durch geeignete Sensoren erkannt und der fehlerhafte Aktuator wird abgeschaltet und die Kupplung 8 geschlossen. Je nach der vorher aktivierten Betriebsart kann nun der verbleibende Aktuator die vollständige Lenkung des Fahrzeuges übernehmen oder bei manueller Fahrzeugführung durch den Fahrer als Lenkhilfeaktuator fungieren.If there is an error in the adjusting actuator 4 or the feedback actuator 9 , this is detected by suitable sensors and the faulty actuator is turned off and the clutch 8th closed. Depending on the previously activated operating mode, the remaining actuator can now take over the complete steering of the vehicle or act as Lenkhilfeaktuator when manually guided by the driver.

Bei Ausfall des Stellaktuators 4 ist eine vollautomatische Lenkung mit Hilfe des Rückmeldeaktuators 9 möglich, der über die im Fehlerfall geschlossene Kupplung 8 auf das Stellorgan 5, 5b, zum Beispiel in Form eines Lenkritzels wirkt. Der Rückmeldeaktuator 9 ist dabei nicht nur als Servomotor zur Hilfskraftunterstützung ausgelegt, sondern kann nach Schließen der Kupplung 8 die Lenkaufgabe vollständig übernehmen. Hierzu ist vorzugsweise in der Verbindung zwischen Rückmeldeaktuator 9 und Kupplung 8 ein Umsetzungsgetriebe vorhanden, um das Drehmoment des Rückmeldeaktuators 9 entsprechend zu verstärken. Dieses Untersetzungsgetriebe kann in den Rückmeldeaktuator 9 oder die Kupplung 8 integriert sein.In case of failure of the adjusting actuator 4 is a fully automatic steering with the help of the feedback actuator 9 possible, via the closed in case of failure clutch 8th on the actuator 5 . 5b , for example in the form of a steering pinion acts. The feedback reporter 9 is designed not only as a servo motor for auxiliary power assistance, but can after closing the clutch 8th take over the steering task completely. This is preferably in the connection between the feedback actuator 9 and clutch 8th a conversion gear available to the torque of the feedback actuator 9 reinforce accordingly. This reduction gear can be in the Rückmeldeactuator 9 or the clutch 8th be integrated.

2 zeigt ein Diagramm eines Ausschnitts aus einem Zustandsautomaten, der ein bevorzugtes Betriebsverfahren eines Lenksystems bei vollautomatischer Fahrzeugführung sowie die Reaktion auf Fehler im Stellaktuator 4 beschreibt. 2 shows a diagram of a section of a state machine, the preferred method of operation of a steering system in fully automatic vehicle guidance and the response to errors in Stellaktuator 4 describes.

Im Zustand Z1 wird das Fahrzeug im automatischen Modus betrieben. Dabei wird die Fahrzeugsteuerung durch die übergeordnete Steuereinheit 11 und die Steuereinheit 3 mit Hilfe des Stellaktuators 4 ausgeführt. Tritt im Stellaktuator 4 ein Fehler auf, so wird die Steuereinrichtung 1 über eine Zustandsänderung a in den Zustand Z2 überführt. In diesem Zustand Z2 ist der Stellaktuator 4 passiv geschaltet und die Kupplung 8 geschlossen. Die Fahrzeugsteuerung wird in diesem Fehlerfall durch die Steuereinheit 3 mit Hilfe des Rückmeldeaktuators 9 (Handkraftaktuator) durchgeführt. Da für diesen lenkenden Rückmeldeaktuator 9 keine Reserve mehr zur Verfügung steht, kann dieser Zustand Z2 nicht dauerhaft gehalten werden.In state Z1, the vehicle is operated in automatic mode. In this case, the vehicle control by the higher-level control unit 11 and the control unit 3 with the help of the adjusting actuator 4 executed. Kicks in the Stellaktuator 4 an error, so the controller 1 transferred via a state change a in the state Z2. In this state Z2 is the Stellaktuator 4 switched passive and the clutch 8th closed. The vehicle control is in this case of error by the control unit 3 with the help of the feedback actuator 9 (Handkraftaktuator) performed. As for this steering feedback actuator 9 no reserve is available, this condition Z2 can not be kept permanently.

Für den Fall, dass ein menschlicher Fahrer im Fahrzeug verfügbar ist, so wird dieser bei Eintritt des Fehlerzustandes Z2 auf geeignete Weise aufgefordert, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Mit der Übernahme der Kontrolle durch den Fahrer geht das System in den Endzustand Z3 über, in dem das Fahrzeug bei geschlossener Kupplung 8 vom Fahrer manuell geführt wird.In the event that a human driver is available in the vehicle, so this is prompted when the error condition Z2 occurs in a suitable manner to take over the vehicle management. With the assumption of control by the driver, the system goes into the final state Z3, in which the vehicle is manually guided by the driver when the clutch 8 is closed.

Ist bei Eintritt des Fehlerzustandes Z2 kein menschlicher Fahrer anwesend, so ist das Fahrzeug auf einer geeigneten Fläche zum Stillstand zu bringen. Dies ist durch den Zustandsübergang C in den Endzustand Z4 skizziert.If no human driver is present when the fault condition Z2 occurs, the vehicle must be brought to a standstill on a suitable surface. This is outlined by the state transition C into the final state Z4.

Die Steuereinrichtung 1 eignet sich insbesondere als Lenksystem in Kraftfahrzeugen, die neben dem manuellen Betrieb noch über teilautomatische beziehungsweise vollautomatische Betriebsarten verfügen.The control device 1 is particularly suitable as a steering system in motor vehicles, which in addition to the manual operation still have semi-automatic or fully automatic modes.

Claims

Steuereinrichtung (1) mit einer Lenkeinheit (2), mit einer Steuereinheit (3), mit einer über einen Steuersignalpfad (S) mit der Steuereinheit (3) verbundenen Stellaktuator (4) zur Einwirkung auf ein Stellorgan (5, 5a, 5b) und mit einem mit der Lenkeinheit (2) gekoppelten Rückmeldeaktuator (9) zum Rückkoppeln einer Einwirkung auf das Stellorgan (5, 5a, 5b) an die Lenkeinheit (2), wobei eine trennbare mechanische Verbindung zwischen dem Rückmeldeaktuator (9) und dem Stellorgan (5, 5a, 5b) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitseinheit zur Trennung der mechanischen Verbindung im fehlerfreien Betrieb und zur Herstellung der mechanischen Verbindung sowie zur Ansteuerung des Rückmeldeaktuators (9) im Fehlerfall des Stellaktuators (4) vorgesehen und derart eingerichtet ist, dass der Rückmeldeaktuator (9) in Abhängigkeit eines Stellsignals der Steuereinheit (3) von außen eine Stellkraft auf das Stellorgan (5, 5a, 5b) an Stelle des Stellaktuators (4) ausübt.Control device ( 1 ) with a steering unit ( 2 ), with a control unit ( 3 ), with one over one Control signal path (S) with the control unit ( 3 ) associated actuating actuator ( 4 ) for acting on an actuator ( 5 . 5a . 5b ) and one with the steering unit ( 2 ) coupled feedback actuator ( 9 ) for feeding back an action on the actuator ( 5 . 5a . 5b ) to the steering unit ( 2 ), wherein a separable mechanical connection between the feedback ( 9 ) and the actuator ( 5 . 5a . 5b ) is present, characterized in that a safety unit for the separation of the mechanical connection in error-free operation and for the production of the mechanical connection and for controlling the feedback alarm ( 9 ) in the event of a fault of the actuating actuator ( 4 ) and is arranged such that the feedback actuator ( 9 ) in response to a control signal of the control unit ( 3 ) from the outside a force on the actuator ( 5 . 5a . 5b ) instead of the adjusting actuator ( 4 ) exercises.

Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine übergeordnete Steuereinheit (11) mit einem Steuerbefehlsausgang, der über einen Steuersignalpfad mit dem Stellaktuator (3) und dem Rückmeldeaktuator (9) verbunden und zur Ansteuerung des Stellorgans (5, 5a, 5b) und zur Rückkopplung der Einwirkung auf das Stellorgan (5, 5a, 5b) an die Lenkeinheit (2) eingerichtet ist.Control device ( 1 ) according to claim 1, characterized by a higher-level control unit ( 11 ) with a control command output, which via a control signal path with the Stellaktuator ( 3 ) and the feedback actuator ( 9 ) and for controlling the actuator ( 5 . 5a . 5b ) and for feedback of the action on the actuator ( 5 . 5a . 5b ) to the steering unit ( 2 ) is set up.

Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die trennbare mechanische Verbindung einen selbstschließenden Permanentmagneten hat.Control device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the separable mechanical connection has a self-closing permanent magnet.

Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die trennbare mechanische Verbindung eine über Federdruck mit einer Feder schließbare Kupplung (8) hat.Control device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the separable mechanical connection a via spring pressure with a spring closable clutch ( 8th ) Has.

Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die trennbare mechanische Verbindung Kupplungselemente mit einer Stirnradverzahnung zur Herstellung einer Verbindung beim Schließen der Kupplung (8) durch Kraftschluss hat.Control device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the separable mechanical connection coupling elements with a spur gear teeth for establishing a connection when closing the clutch ( 8th ) by traction.

Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückmeldeaktuator (9) ein auf ein Lenkrad wirkender Handkraftaktuator ist, der mit einem Untersetzungsgetriebe mit einem Kupplungselement der trennbar mechanischen Verbindung gekoppelt ist.Control device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the check-back actuator ( 9 ) acting on a steering wheel Handkraftaktuator which is coupled to a reduction gear with a coupling element of the separable mechanical connection.

Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Sicherheitseinheit im Fehlerfall zur automatischen Steuerung mittels des Rückmeldeaktuators (9) und Überführung eines gesteuerten Objektes in eine Stillstandsposition eingerichtet ist, wenn keine manuelle Steuerung über die Lenkeinheit (2) erfolgt.Control device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the safety unit in the event of an error for automatic control by means of the Rückmeldeaktuators ( 9 ) and transfer of a controlled object is set to a standstill position, if no manual control of the steering unit ( 2 ) he follows.