DE10042308A1

DE10042308A1 - Steer-by-wire-Lenkanlage für ein Fahrzeug mit Servounterstützung der Rückfallebene

Info

Publication number: DE10042308A1
Application number: DE2000142308
Authority: DE
Inventors: Herbert Lohner; Peter Dominke; Chi-Thuan Cao; Wolfgang Pfeiffer; Klaus-Dieter Leimbach; Werner Harter; Andreas Braun; Jens Hafermalz; Helmut Knoedler
Original assignee: Robert Bosch GmbH; ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2001-11-15

Abstract

Es wird eine steer-by-wire-Lenkanlage mit Rückfallebene vorgeschlagen, welche bei Ausfall der steer-by-wire-Lenkung den Feedback-Aktuator und/oder den Lenksteller als elektrische Servoeinheit betreibt, so dass die vom Fahrer aufzubringenden Lenkkräfte verringert werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mit einer steer-by-wire-Lenkung und eine Lenkanlage gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 7.

Bei einer steer-by-wire-Lenkanlage ist im Normalbetrieb nur eine elektrische Signalverbindung zwischen einer Lenkhandhabe, wie z. B. einem Lenkrad, und den gelenkten Rädern wirksam. Beim Ausfall der steer-by-wire-Lenkung muss auf eine mechanische oder hydraulische Ersatzlenkung zurückgegriffen werden. Diese Ersatzlenkung wird im folgenden als Rückfallebene bezeichnet. Beim Betrieb der Rückfallebene muß der Fahrer höhere Betätigungskräfte oder Momente ausüben. Dadurch verringern sich Fahrsicherheit und Komfort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine steer-by wire-Lenkanläge bereitzustellen, bei denen die Einbußen hinsichtlich Fahrsicherheit und Komfort beim Betrieb der Rückfallebene im Vergleich zum steer-by-wire-Modus der Lenkanlage verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren bei welchem
mindestens ein die Stellung der gelenkten Räder steuernder elektrischer Lenksteller in Abhängigkeit der Position einer Lenkhandhabe angesteuert wird,
ein auf die Lenkhandhabe wirkender Feedback-Aktuator in Abhängigkeit der von einer Fahrbahn auf die gelenkten Räder übertragenen Kräfte angesteuert wird,
die Funktion der Steer-by-Wire-Lenkung überwacht wird, auf die Rückfallebene bei Ausfall der Steer-by-Wire-Lenkung umgeschaltet wird und
der Feedback-Aktuator und/oder der Lenksteller als elektrische Servoeinheit betrieben wird.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steht auch beim Betrieb der Rückfallebene eine Servounterstützung für den Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung. Dadurch verringern sich die vom Fahrer aufzubringenden Momente oder Kräfte, so dass längere Fahrstrecken oder Einparkmanöver auch beim Betrieb der Rückfallebene erleichtert bzw. überhaupt erst möglich werden. Außerdem erhöht sich die Fahrsicherheit des Fahrzeugs beim Betrieb der Rückfallebene, da das Lenkverhalten des Fahrzeugs beim Betrieb der Rückfallebene nicht mehr so stark von dem beim Betrieb der Steer-by-Wire- Lenkung abweicht.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Ausfall des Bordnetzes auf eine zweite Spannungsquelle umgeschaltet wird und dass die zweite Spannungsquelle bei Ausfall des Bordnetzes mindestens das Steuergerät sowie den Feedback-Aktuator und/oder den Lenksteller mit Strom versorgt, so dass selbst beim Ausfall des Bordnetzes eine Servounterstützung der Lenkung beim Betrieb der Rückfallebene gewährleistet ist.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die von der Fahrbahn auf die gelenkten Räder übertragenen Kräfte gemessen oder berechnet werden, so dass der Fahrer an der Lenkhandhabe eine den tatsächlichen Verhältnissen zwischen Fahrbahn und gelenkten Räder entsprechende Rückmeldung erhält.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Steer-by-Wire-Lenkanlage für ein Fahrzeug wobei das Fahrzeug ein elektrisches Bordnetz aufweist welches u. a. die Steer-by-Wire-Lenkanlage mit elektrischem Strom versorgt, mit einer Lenkhandhabe, mit einem die Stellung der gelenkten Räder mindestens mittelbar steuernden Lenksteller, mit einem auf die Lenkhandhabe wirkenden Feedback-Aktuator, mit einem elektronischen Steuergerät und mit einer Rückfallebene, wobei das Steuergerät ein Steuergerät nach Anspruch 6 ist, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei der Steer-by-wire- Lenkanlage gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 zum Tragen kommen.

In Ergänzung der erfindungsgemäßen Lenkanlage ist vorgesehen, dass eine vom Bordnetz unabhängige zweite Spannungsquelle vorhanden ist und dass die zweite Spannungsquelle bei Ausfall des Bordnetzes mindestens das Steuergerät den Feedback-Aktuator und/oder den Lenksteller mit Strom versorgt, so dass die Funktionsfähigkeit und die Servounterstützung der Rückfallebene auch bei Ausfall des Bordnetzes erhalten bleiben. Damit bleibt auch der Gewinn an Fahrsicherheit erhalten, welcher sich aus der Servounterstützung der Rückfallebene ergibt.

Bei weiteren Ergänzungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Spannungsquelle ein Generator ist und/oder dass der Generator von mindestens einem Rad des Fahrzeugs mittelbar und unmittelbar angetrieben wird, so dass auf Grund der Diversität der zweiten Spannungsquelle vom Bordnetz dessen Verfügbarkeit auch bei Ausfall des Bordnetzes gewährleistet ist und die Servounterstützung der Rückfallebene immer dann zur Verfügung steht, wenn sich das Fahrzeug bewegt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung deren Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Lenkanlage mit Servounterstützung der Rückfallebene schematisch dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Lenkrad 1 dient als Lenkhandhabe und ist an einer Lenksäule 3 befestigt, die im Chassis eines nicht dargestellten Fahrzeugs gelagert ist. Statt des Lenkrads 1 kann auch eine andere Lenkhandhabe wie z. B. ein sog. Sidestick vorgesehen sein dessen Bewegung in eine Drehbewegung der Lenksäule 3 umgesetzt wird.

An der Lenksäule 3 ist ein Lenkdrehwinkelsensor 5 angebracht, welcher den durch Drehen des Lenkrads 1 geäußerten Fahrerlenkwunsch erfasst. Des Weiteren ist an der Lenksäule 3 ein Feedback-Aktuator 7 angebracht, welcher dazu dient die Rückwirkungen von der Fahrbahn auf das Lenkrad 1 zu übertragen und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs zu geben. Die Lenksäule 3 ist durch eine Kupplung 9 in zwei Teile getrennt. Beim Steer-by-Wire-Betrieb ist die Kupplung 9 geöffnet und der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Lenkdrehwinkelsensor 5 gemessenen Drehwinkel der Lenksäule 3 über Signalleitungen 11 an ein Steuergerät 13 übertragen. Das Steuergerät 13 steuert in Abhängigkeit des Signals vom Lenkdrehwinkelsensor 5 sowie weiterer Eingangsgrößen, wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate und andere mehr, einen elektrischen Lenksteller 15 an, welcher die Stellung der gelenkten Räder 17 steuert. Der Lenksteller 15 wirkt über ein Lenkgetriebe 19 sowie eine Spurstange 21 und andere Fahrwerksbauteile mittelbar auf die gelenkten Räder 17. Im Normalbetrieb, d. h. im Steer-by-Wire-Modus wird die Lenkanlage vom Bordnetz 23 über gestrichelt dargestellte elektrische Leitungen 25 mit elektrischer Energie versorgt.

Bei Ausfall der Steer-by-Wire-Lenkanlage muss, damit das Fahrzeug lenkbar bleibt, auf eine Rückfallebene umgeschaltet werden. Dies geschieht bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Kupplung 9 geschlossen wird, so dass eine direkte mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 1 und den gelenkten Rädern 17 hergestellt wird. Um die Lenkkräfte beim Betrieb der mechanischen Rückfallebene oder auch einer nicht dargestellten hydraulischen Rückfallebene nicht zu groß werden zu lassen, können sowohl der Feedback-Aktuator 7 als auch der Lenksteller 15 vom Steuergerät 13 so angesteuert werden, dass sie wie eine elektrische Servoeinheit wirken und somit das vom Fahrer auf das Lenkrad 1 bei Lenkbewegungen jeder Art zu übertragene Moment zu verringern. Dadurch verringert sich der Unterschied im Lenkverhalten des Fahrzeugs zwischen Steer-by-Wire-Betrieb und dem Betrieb der Rückfallebene, so dass der Fahrer des Fahrzeugs sich nicht an ein vollständig anderes Lenkverhalten des Fahrzeugs gewöhnen muss. Daraus ergibt sich neben einem erhöhten Fahrkomfort beim Betrieb der Rückfallebene auch ein Gewinn an Fahrsicherheit.

Wenn das Bordnetz 23 des Fahrzeugs ausfallen sollte, wird vom Steuergerät 13 ein Umschalter 27 betätigt, welcher die Stromversorgung durch eine zweite Spannungsquelle 29 sicherstellt. An die zweite Spannungsquelle 29 sind mindestens das Steuergerät 13 sowie der Feedback-Aktuator 7 uvd/oder der Lenksteller 15 angeschlossen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass auch bei Ausfall des Bordnetzes die Servounterstützung beim Betrieb der Rückfallebene funktionsfähig bleibt.

Die zweite Spannungsquelle 29 kann ein Generator sein, welcher unmittelbar oder mittelbar von einem Rad des Fahrzeugs angetrieben wird, so dass immer wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet eine Servounterstützung der Lenkung auch beim Betrieb der Rückfallebene verfügbar ist.

Die zweite Spannungsquelle kann je nach den besonderen Erfordernissen entweder direkt am Rad einer Antriebswelle einer Kardanwelle, einem Getriebeausgang, einem Differentialgetriebe oder anderen drehenden Bauteilen des Fahrzeugs angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist es wenn diese Bauteile sich immer dann drehen, wenn sich auch das Fahrzeug bewegt.

Alle in der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen genannten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs mittels einer steer-by-wire-Lenkanlage mit einer Rückfallebene, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- ansteuern mindestens eines die Stellung der gelenkten Räder (17) steuernden elektrischen Lenkstellers (15) in Abhängigkeit der Position einer Lenkhandhabe (1);
- ansteuern eines auf die Lenkhandhabe (1) wirkenden elektrischen Feedback-Aktuators (7) in Abhängigkeit der von einer Fahrbahn auf die gelenkten Räder (17) übertragenen Kräfte;
- überwachen der Funktion der steer-by-wire-Lenkung;
- umschalten auf die Rückfallebene bei Ausfall der steer-by-wire-Lenkung und
- betreiben des Feedback-Aktuators (7) und/oder des Lenkstellers (15) als elektrische Servoeinheit zur Verringerung der vom Fahrer auf die Lenkhandhabe (1) zu übertragenden Momente oder Kräfte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Bordnetzes überwacht wird, dass bei Ausfall des Bordnetzes (23) auf eine zweite Spannungsquelle (29) umgeschaltet wird, und dass die zweite Spannungsquelle (29) bei Ausfall des Bordnetzes (23) mindestens das Steuergerät (13), sowie den Feedback-Aktuator (7) und/oder den Lenksteller (15) mit Strom versorgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Fahrbahn auf die gelenkten Räder (17) übertragenen Kräfte gemessen oder berechnet werden.

4. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.

5. Computerprogramm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem Speichermedium abgespeichert ist.

6. Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 arbeitet.

7. Steer-by-wire-Lenkanlage für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein elektrisches Bordnetz (23) aufweist, welches unter anderem die steer-by-wire-Lenkanlage mit elektrischem Strom versorgt, mit einer Lenkhandhabe (1), mit einem die Stellung der gelenkten Räder (17) mindestens mittelbar steuernden elektrischen Lenksteller (15), mit einem auf die Lenkhandhabe (1) wirkenden elektrischen Feedback-Aktuator (7), mit einem elektronischen Steuergerät (13) und mit einer Rückfallebene, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) ein Steuergerät nach Anspruch 6 ist.

8. Lenkanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Bordnetz unabhängige zweite Spannungsquelle (29) vorhanden ist, und dass die zweite Spannungsquelle (29) bei Ausfall des Bordnetzes mindestens das Steuergerät (13), den Feedback-Aktuator (7) und/oder den Lenksteller (15) mit Strom versorgt.

9. Lenkanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsquelle (29) ein Generator ist.

10. Lenkanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator von mindestens einem Rad (17) des Fahrzeugs mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird.

11. Lenkanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (7) einen Elektromotor aufweist.

12. Lenkanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenksteller (15) einen Elektromotor aufweist.

13. Lenkanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfallebene eine mechanische oder hydraulische Rückfallebene ist.