DE10101827A1 - Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge

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DE10101827A1
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DE10101827A
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Hubert Bohner
Mathias Hartl
Wolfgang Schrock
Tobias Speidel
Rainer Freitag
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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    • 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
    • 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
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die erfindungsgemäße Lenkanordnung arbeitet nach dem Konzept "steer by wire" und besitzt ein Normalbetriebssystem ohne Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern sowie ein Notfallbetriebssystem, welches mit Zwangskopplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern und Lenkhandhabe arbeitet. Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein Zusatzbetriebssystem vorgesehen, welches bei Fehlfunktionen des Normalbetriebssystems dessen Aufgaben übernimmt und in einer Übergangsphase das Betriebsverhalten der Lenkanordnung an das Betriebsverhalten des Notfallsystems angleicht, welches nach Abschluß der Übergangsphase eingeschaltet wird. Damit wird dem Fahrer beim Übergang vom Normalbetriebssystem auf das Notfallbetriebssystem eine Eingewöhnungszeit gewährt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge mit einem Normalbetriebssystem und einem bei Fehlfunktion des vorgenannten Systems automatisch wirksam werdenden Notfallbetriebssystem, wobei
  • 1. das Normalbetriebssystem einen mittels Lenkhandhabe, insbesondere mittels Lenkhandrad, betätigbaren Lenkwinkel- Sollwertgeber, einen mit gelenkten Fahrzeugrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber, ein die gelenkten Fahrzeugräder steuerndes motorisches Stellaggregat sowie eine Regelstrecke aufweist, welche das Stellaggregat entsprechend einem Soll- Istwert-Vergleich des Lenkwinkels steuert, und
    • - das Notfallbetriebssystem eine zumindest bei Notbetrieb wirksame mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern aufweist.
Lenkanordnungen der vorgenannten Art, bei denen das Konzept "Steer by wire" verwirklicht wird, sind grundsätzlich bekannt und werden mit großem Aufwand weiterentwickelt, um eine baldige Serieneinführung zu ermöglichen.
Bislang werden hierbei zwei Entwicklungslinien verfolgt.
Gemäß der einen Entwicklungslinie wird bei einer Störung des Normalbetriebssystems, welches sich ständig auf fehlerfreie Funktion überwacht, eine bei Normalbetrieb unwirksame hydraulische oder mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern wirksam geschaltet. Damit liegt bei Notfallbetrieb eine prinzipiell herkömmliche Lenkung vor.
Bei der anderen Entwicklungslinie ist eine gegebenenfalls vielfach redundante Anordnung des Normalbetriebssystem vorgesehen, um unter allen denkbaren Betriebsbedingungen eine hinreichende Sicherheit zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine unter Sicherheitsaspekten deutlich verbesserte Lenkanordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Lenkanordnung der eingangs angegebenen Art außerdem ein zum Normalbetriebssystem zumindest im wesentlichen redundantes Zusatzsystem vorgesehen ist, welches bei Störungen des Normalbetriebssystems automatisch wirksam wird bzw. bleibt und in einer Übergangsphase die Lenkanordnung in ihrem Betriebsverhalten an die Betriebsweise des Notfallsystems angleicht, welches mit Ablauf der Übergangsphase bzw. nach erfolgter Angleichung wirksam wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die eingangs dargestellten Systeme noch Sicherheitsdefizite aufweisen.
Das ohne jede Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern arbeitende Normalbetriebssystem hat regelmäßig ein deutlich anderes Betriebsverhalten als das mit Zwangskopplung arbeitende Notfallbetriebssystem. Dies kann beispielsweise darauf beruhen, daß das Normalbetriebssystem eine vom Notfallbetriebssystem abweichende Übersetzung zwischen den Stellhüben der Lenkhandhabe und den damit verbundenen Lenkwinkeländerungen der gelenkten Fahrzeugräder aufweist. Darüber hinaus kann das Normalbetriebssystem vorzugsweise parameterabhängig arbeiten, derart, daß bei kritischen Fahrzuständen automatische Lenkkorrekturen, weitestgehend ohne jede Mitwirkung des Fahrers, vorgenommen werden. Sollte nun das Notfallbetriebssystem zu einem Zeitpunkt eingeschaltet werden müssen, zu dem das Normalbetriebssystem mit vom Notfallbetriebssystem stark abweichendem Übersetzungsverhältnis arbeitet oder eine automatische Lenkkorrektur auszuführen sucht, kann der Fahrer überfordert werden, wenn er nun das Fahrzeug plötzlich allein mit dem Notbetriebssystem lenken muß.
Betriebssysteme, die durch mehrfache Redundanz das gewohnte Betriebsverhalten der Lenkanordnung auch bei einem Notfall aufrechterhalten können, verführen den Fahrer dazu, eventuelle Störmeldungen über längere Zeit unbeachtet zu lassen. Damit steht dann über längere Zeit nur noch ein System mit verminderter Redundanz oder sogar ohne Redundanz zur Verfügung, so daß nunmehr jede weitere zusätzliche Störung ein hohes Sicherheitsrisiko mit sich bringt.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Störung des Normalbetriebssystems mit zeitlicher Verzögerung auf ein unter Sicherheitsaspekten unbedenkliches Notbetriebssystem umzuchalten, wobei der Fahrer während der Verzögerungszeit die Möglichkeit erhält, sich an das Betriebsverhalten des Notbetriebssystems zu gewöhnen, indem das Verhalten der Lenkanordnung kontinuierlich dem Verhalten des Notbetriebssystems angenähert wird.
Das zur Durchführung der Übergangsphase vorgesehene Zusatzbetriebssystem, welches zumindest im wesentlichen redundant zum Normalbetriebssystem ausgelegt ist, führt bei der Erfindung die Funktion des Normalbetriebssystems nur für begrenzte Zeit fort, etwa bis zur Beendigung eines zuvor vom Normalbetriebssystem eingeleiteten autonomen Lenkeingriffes, und macht dann den Fahrer zunehmend mit der Betriebsweise des Notbetriebssystems bekannt.
Die durch das Normalbetriebssystem und das Zusatzbetriebssystem gegebene Redundanz wird also bei der Erfindung in völlig neuer Weise genutzt, nämlich zur Überleitung auf ein hochsicheres Notfallbetriebssystem.
Damit ist einerseits gewährleistet, daß der Fahrer eine Störung des Normalbetriebssystems bemerken muß. Andererseits wird jegliche, gefahrenträchtige Überraschung des Fahrers beim Einschalten des Notfallbetriebssystems vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steuert das Normalbetriebssystem auch einen Handkraftsimulator, so daß der Fahrer, wie bei einer herkömmlichen Lenkung, einen Lenkwiderstand fühlt. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, daß das Zusatzsystem in der Übergangsphase den Handkraftsimulator zunehmend auf die Handkraft des Notfallbetriebssystems umsteuert, derart, daß eine sprunghafte Änderung der Handkraft bei endgültiger Einschaltung des Notfallbetriebssystems vermieden wird.
Desweiteren ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Zusatzsystem in der Übergangsphase die lenkbaren Fahrzeugräder und die Lenkhandhabe relativ zueinander derart einstellt, daß die Lenkhandhabe bei wirksamem Notfallbetriebssystem in Geradeausstellung der lenkbaren Fahrzeugräder eine Mittel- bzw. Normallage einnimmt.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lenkanordnung,
Fig. 2 eine beispielhafte, übertriebene Darstellung eines automatischen Lenkeingriffes und
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Lenkanordnung beim Auftreten eines Fehlers im Normalbetriebssystem darstellt.
Ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug besitzt lenkbare Vorderräder 1, die in grundsätzlich bekannter Weise über Spurstangen 2 und eine Verbindungsstange 3 miteinander zu gemeinsamer Lenkverstellung verbunden sind.
Parallel zur Verbindungsstange 3 ist eine gleichartige Verbindungsstange 3' vorgesehen.
Jede der Verbindungsstangen 3 und 3' bildet die Kolbenstange eines doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Aggregates 4 bzw. 4'. Diese Kolben-Zylinder-Aggregate 4 und 4' sind separaten Hydraulikkreisen zugeordnet.
Die beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 sind über Leitungen 5 und 6 mit den Motoranschlüssen eines Regelventiles 7 verbunden, welches nach Art eines proportional arbeitenden 4/3-Ventiles ausgebildet ist. Ein Druckanschluß des Regelventiles 7 ist über ein Filter 8 sowie eine Druckleitung 9 mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 10 verbunden, die saugseitig an ein relativ druckloses Hydraulikreservoir 11 angeschlossen ist und durch einen Elektromotor 12 angetrieben wird. Ein Niederdruckanschluß des Regelventiles 7 ist über eine Niederdruckleitung 13 an das Reservoir 11 angeschlossen. Zwischen den Leitungen 5 und 6 ist ein normal offenes Absperrventil 14 angeordnet. Die Drücke in den Leitungen 5, 6 und 9 können durch Drucksensoren 15 bis 17 erfaßt werden. Zur Erkennung des Betriebszustandes des Regelventiles 7 ist ein Wegsensor 18 vorgesehen.
Der dem Kolben-Zylinder-Aggregat 4' zugeordnete Hydraulikkreis ist parallel zum Hydraulikkreis des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 angeordnet und in prinzipiell gleicher Weise aufgebaut. Dabei haben einander entsprechende Elemente in beiden Hydraulikkreisen gleiche, im Falle des dem Kolben-Zylinder- Aggregat 4' zugeordneten Hydraulikkreises mit einem Beistrich kenntlich gemachte Bezugszahlen, wobei der Elektromotor 12' vorzugsweise eine vom Elektromotor 12 unabhängige elektrische Stromversorgung aufweist.
Eine der Verbindungsstangen 3 und 3', im dargestellten Beispiel die Verbindungsstange 3, ist bereichsweise als Zahnstange ausgebildet, welche mit einem Ritzel 19 kämmt. Dieses Ritzel 19 ist über eine normal geschlossene Kupplung 20 sowie einen daran anschließenden Wellenzug 21 mit einem Lenkhandrad 22 verbunden. Der Wellenzug 21 umfaßt ein drehelastisches Element, beispielsweise einen Drehstab 23, so daß daran anschließende Wellenteile 21' und 21" eine mehr oder weniger große Drehung relativ zueinander ausführen, wenn der Wellenzug 21 von einem Drehmoment belastet wird.
Das Wellenteil 22' ist mit zwei selbsthemmungsfreien Elektromotoren 24 und 24' verbünden bzw. bildet die Motorwelle der vorgenannten Motoren 24 und 24'.
Jedem der Wellenteile 21' und 21" sind Drehwinkelsensoren 25, 25' bzw. 26, 26' zugeordnet. An der Kupplung 20 sind nach Art eines Endschalters wirkende Sensoren 27, 27' angeordnet, die bei vollständig geöffneter Kupplung 20 ein entsprechendes Signal erzeugen.
Den Verbindungsstangen 3 und 3' sind Wegsensoren 28 und 28' zugeordnet.
Die Lenkanordnung besitzt desweiteren zwei miteinander kommunizierende, zueinander redundante elektronische Regelsysteme 29 und 29', die eingangsseitig jeweils mit den Sensoren 15 bis 18 sowie 25 bis 28 bzw. 15' bis 18' sowie 25' bis 28' und ausgangsseitig mit den Reglerventilen 7 bis 7', den Schaltventilen 14 und 14' sowie der Kupplung 20 verbunden sind.
Im übrigen sind die Regelsysteme 29 und 29' eingangsseitig noch mit einer nicht näher dargestellten Sensorik 30 bzw. 30' verbunden, mit der verschiedene Parameter des Fahrbetriebes erfaßt werden können, beispielsweise die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges um seine Hochachse.
Die Kommunikation der Regelsysteme 29 und 29' kann über ein nicht dargestelltes übergeordnetes System erfolgen, welches gegebenenfalls besondere Funktionen übernehmen kann, wie z. B. die Durchführung automatischer Lenkmanöver oder Lenkkorrekturen.
Bei Normalbetrieb arbeitet die Lenkungsanordnung im wesentlichen wie folgt:
Für den Normalbetrieb ist typisch, daß das Regelsystem 29 arbeitet, während das Regelsystem 29' auf Bereitschaft geschaltet ist. Dabei wird das Absperrventil 14 von dem Regelsystem 29 in Schließlage gebracht und gehalten, während das Regelsystem 29' das Absperrventil 14' offen lässt. Desweiteren hält das Regelsystem 29 die Kupplung 20 in Offenstellung und vergleicht ständig die Signale des Drehwinkelsensors 26 und des Wegsensors 28. Der Drehwinkelsensor 26 wird fahrerseitig durch Betätigung des Lenkhandrades 22 verstellt und gibt den vom Fahrer gewünschten Lenkwinkel, d. h. den fahrerseitig gewünschten Lenkwinkel- Sollwert, für die Fahrzeuglenkung vor. Der Wegsensor 28 erfaßt die Lenkstellung der gelenkten Fahrzeugräder 1, d. h. der Sensor 28 erzeugt ein dem Lenkwinkel-Istwert entsprechendes Signal.
In Abhängigkeit vom Soll-Istwert-Vergleich des Lenkwinkels, d. h. in Abhängigkeit von der Signaldifferenz zwischen den Sensoren 26 und 28, steuert das Regelsystem 29 das Regelventil 7, derart, daß die Soll-Istwert-Differenz ausgeregelt wird und die gelenkten Fahrzeugräder 1 entsprechend den fahrerseitigen Verstellungen des Lenkhandrades 22 gelenkt werden. Dabei kann das Regelsystem 29 ggf. Signale der Sensorik 30 berücksichtigen und eine automatische Lenkkorrektur durchführen, wenn beispielsweise die tatsächlich erfolgende Gierbewegung des Fahrzeuges um seine Hochachse vom fahrerseitig gewünschten Lenkmanöver, d. h. von der Gierbewegung, die aufgrund des vom Drehwinkelsensors 26 erzeugten Signales für den Lenkwinkel-Sollwert gewünscht ist, abweichen sollte.
Des weiteren steuert das Regelsystem 29 den Elektromotor 24 im Sinne einer Simulation eines Lenkwiderstandes. Hierzu kann das Regelsystem 29 die Signale der Drucksensoren 15 und 16 auswerten, mit denen sich die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 und damit die jeweils wirksamen Lenkkräfte erfassen lassen. Analog zu diesen Lenkkräften wird der Elektromotor 24 angesteuert, um einer fahrerseitigen Verstellung des Lenkhandrades 22 einen entsprechend den tatsächlichen Lenkkräften modulierten Widerstand entgegenzusetzen. Das Maß dieses Widerstandes kann durch Vergleich der Signale der Drehwinkelsensoren 25 und 26 ermittelt werden, zwischen denen der Drehstab 23 angeordnet ist, welcher zwangsläufig elastisch verdrillt wird, wenn der Fahrer das Lenkhandrad 22 gegen den Widerstand des Elektromotors 24 verdreht. Aus den Signalen der Sensoren 25 und 26 kann also das Regelsystem 29 den jeweils tatsächlich simulierten Lenkwiderstand ermitteln.
Beim Normalbetrieb überprüft das Regelsystem 29 die Fahrzeuglenkung ständig auf fehlerfreie Funktion.
In diesem Zusammenhang können die Bewegungen des Regelventiles 7 mittels des Wegsensors 18 erfaßt werden. Darüber hinaus müssen die Drucksensoren 15 und 16 eine verschwindende oder allenfalls geringe Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 anzeigen, wenn sich das Regelventil 7 in der zeichnerisch dargestellten Mittellage befindet. Wenn dagegen das Regelventil 7 in die Richtung der einen oder anderen Endlage verstellt wird, muß zwischen den Drucksensoren 15 und 16 eine größere Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung auftreten.
Die Funktion der Pumpe 10 kann mittels des Drucksensors 17 erfaßt werden. Die Funktion des Elektromotors 24 läßt sich aus den Signalen der Drehwinkelsensoren 25 und 26 ableiten, mit denen der vom Elektromotor 24 simulierte Lenkwiderstand erfaßt wird. Die Offenstellung der Kupplung 20 wird vom Sensor 27 gemeldet.
Des weiteren überwacht sich das Regelsystem 29 selbst auf fehlerfreie Funktion.
Sollte nun ein Fehler auftreten, wird das Absperrventil 14 stromlos geschaltet, so daß der gesamte dem Kolben-Zylinder- Aggregat 4 zugeordnete Hydraulikkreis unwirksam wird. Gleichzeitig übernimmt das Regelsystem 29' die weitere Regelarbeit und bestromt dazu das Absperrventil 14', so daß dasselbe seine Schließstellung einnimmt und der dem Regelventil 7' zugeordnete Hydraulikkreis wirksam arbeiten kann.
Nunmehr wird zunächst die Funktion der Lenkung vom Regelsystem 29' in gleicher Weise fortgeführt, wie es zuvor im Zusammenhang mit dem Regelsystem 29 beschrieben wurde. Insbesondere werden zuvor automatisch eingeleitete fahrerunabhängige Lenkmanöver zum Abschluß gebracht. Nachfolgend wird dann das Betriebsverhalten der Lenkanordnung einem Betriebsverhalten angenähert, wie es bei mechanischer Zwangskopplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern 1 und Lenkhandrad 22 gegeben wäre.
In der Regel liegt bei mechanischer Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 ein anderes Übersetzungsverhältnis als bei Normalbetrieb der Lenkanordnung, d. h. bei arbeitendem Regelsystem 29, vor. Hier wird nun eine zunehmende Angleichung vorgenommen. Gleichzeitig wird der Fahrer durch entsprechende Betätigung des Elektromotors 24 an einen Lenkwiderstand wie bei eingeschalteter mechanischer Zwangskopplung gewöhnt.
Nach Abschluß der Übergangsphase wird die elektrische Kupplung 20 von ihrer elektrischen Stromversorgung abgeschaltet, so daß die Kupplung 20 schließt und der Zustand der mechanischen Zwangskupplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern 1 und Lenkhandrad 22 hergestellt ist. Damit ist das durch die mechanische Zwangskopplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern 1 und Lenkhandrad 22 gebildete Notfallbetriebssystem eingeschaltet.
In dieser Betriebsphase kann dann die Regelvorrichtung 29' den Elektromotor 24' nach Art eines Servomotors betätigen, welcher die jeweiligen Lenkmanöver des Fahrers am Lenkhandrad 22 unterstützt:
Bei mechanischer Zwangskopplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern 1 und Lenkhandrad 22 führen die Handkräfte am Lenkhandrad 22 zu einer mehr oder weniger großen Drehverformung des Drehstabes 23, sö daß die Drehwinkelsensoren 25' und 26' eine mehr oder weniger große Winkeldifferenz anzeigen. In Abhängigkeit von dieser Winkeldifferenz, d. h. in Abhängigkeit von den am Lenkhandrad 22 auftretenden Handkräften wird nun der Elektromotor 24' im Sinne einer mehr oder weniger großen Verminderung der Handkräfte angesteuert, so daß die fahrerseitig eingeleiteten Lenkmanöver entsprechend unterstützt werden.
Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen das Betriebsverhalten während der Übergangsphase.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich das Fahrzeug bei Kurvenfahrt während eines automatischen Lenkeingriffes verhält.
Der Fahrer möge das Lenkhandrad 22 im Sinne einer gewünschten Kreisbahn 31 betätigt haben. Der Kurvenradius und damit die gewünschte Kreisbahn 31 sind für das Regelsystem 29 aus der Stellung des Drehwinkelsensors 26, durch den der Lenkwinkel- Sollwert angezeigt wird, ermittelbar. Sollte nun das Fahrzeug in der dargestellten Weise ausbrechen, werden ohne Eingriff des Fahrers automatisch die gelenkten Fahrzeugräder 1 so verstellt, daß die Gierbewegung des Fahrzeuges um seine Hochachse auf einen Wert gebracht wird, der dem Wert bei im wesentlichen schlupffreier Fahrt über die Kreisbahn 31 entspricht.
Sollte nun während dieses Manövers, z. B. an einer Position 32 des Fahrweges, ein Fehler im Regelsystem 29 oder innerhalb des vom Regelsystem 29 gesteuerten Hydraulikkreises auftreten, übernimmt automatisch die Steuerung 29' die Lenkungsbetätigung, d. h. der automatisch eingeleitete Lenkeingriff wird, ohne daß der Fahrer dies unmittelbar bemerken kann, nunmehr vom Regelsystem 29' fortgeführt. Nachfolgend wird dann das Verhalten der Lenkanordnung an eine Fahrzeuglenkung mit Zwangskopplung zwischen Lenkhand 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 angenähert.
Letzteres wird in der Fig. 3 verdeutlicht. Solange die Lenkanordnung fehlerlos arbeitet, sind gemäß der Kurve K alle Betriebsmöglichkeiten P der Lenkanordnung zu 100% gegeben.
Zu einem Zeitpunkt t1 möge nun eine Störung im Regelsystem 29 bzw. im zugeordneten Hydraulikkreis auftreten. Durch das nunmehr arbeitende Regelsystem 29' sind zunächst noch bis zu einem Zeitpunkt t2 weiterhin 100% der Betriebsmöglichkeiten gewährleistet. In der nun einsetzenden Übergangsphase werden diese Betriebsmöglichkeiten sukzessive zurückgenommen, bis am Ende der Übergangsphase zu einem Zeitpunkt t3 ein gleiches Betriebsverhalten wie bei mechanischer Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 vorliegt. Diese Zwangskopplung wird zum Zeitpunkt t3 eingeschaltet.
Im Ergebnis wurde also der Fahrer mit angemessener Umgewöhnungszeit an das andere Lenkverhalten einer Lenkung mit mechanischer Zwangskopplung zwischen gelenkten Fahrzeugrädern 1 und Lenkhandrad 22 gewöhnt. Damit kann der Fahrer nicht von einem plötzlichen Wechsel des Betriebsverhaltens der Fahrzeuglenkung überrascht werden.
Ab dem Zeitpunkt t1 kann der Fahrer zusätzlich akustisch oder visuell gewarnt werden. Gegebenenfalls können auch automatisch weitere Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, die Maximalleistung des Fahrzeugmotors automatisch zurückzunehmen, um die erreichbaren Fahrgeschwindigkeiten zu vermindern.
Abweichend von der oben dargestellten Ausführungsform kann ggf. auf eine Doppelanordnung aller Sensorelemente verzichtet werden. Beispielsweise kann bei hinreichend sicherer Ausgestaltung der Drehwinkelsensoren 25 und 26 auf gesonderte Drehwinkelsensoren 25' und 26' verzichtet werden. In diesem Falle arbeiten beide Regelsysteme 29 und 29' nur mit den Sensoren 25 und 26.
Gegebenenfalls kann auch auf einen der Elektromotoren 24 und 24' verzichtet werden, wenn hier Motoren mit höchster Ausfallsicherheit zur Verfügung stehen. Des weiteren kann vorgesehen sein, den Elektromotor 12 beim Antrieb der Pumpe 10 durch den Fahrzeugmotor zu ersetzen.
Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß die Regelsysteme 29 und 29' jeweils mit einem Hydrauliksystem kombiniert sind, wobei jedes Hydrauliksystem ein Kolben- Zylinder-Aggregat 4 bzw. 4' zur Verstellung der gelenkten Fahrzeugräder 1 aufweist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß anders arbeitende Stellaggregate, beispielsweise elektrische Stellaggregate, eingesetzt und von den Regelsystemen 29 und 29' entsprechend den obigen Ausführungen gesteuert werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, ein Regelsystem mit einem hydraulischen Stellaggregat und das andere Regelsystem mit einem anders arbeitenden Stellaggregat, bspw. Elektromotor, zu kombinieren.
Des weiteren können die sitzgesteuerten elektromagnetischen Ventile 7 und 7' durch grundsätzlich beliebige Steuerventile ersetzt werden, z. B. Linear- oder Drehschieberventile, die sich elektrisch oder hydraulisch ansteuern lassen.
Außerdem kann vorgesehen sein, die Kolben-Zylinder-Aggregate 4 und 4' an einer gemeinsamen Verbindungsstange 3 anzuordnen bzw. mit dieser Verbindungsstange 3 zu koppeln.
Anstelle der im Notfall wirksam werdenden mechanischen Zwangskopplung von Lenkhandrad 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 kann auch eine hydraulische Zwangskopplung wirksam werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Fig. 2 ist vorgesehen, beim Notfallbetrieb, d. h. bei eingeschalteter Zwangskopplung von Lenkhandrad 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 den Elektromotor 24' als Servomotor zur Verminderung der fahrerseitig aufzubringenden Handkräfte einzusetzen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, zwischen Kupplung 20 und Ritzel 19 - bzw. allgemein in der Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 22 und gelenkten Fahrzeugrädern 1 - ein herkömmliches Servoventil anzuordnen, welches beim Notfallbetrieb mit einer hydraulischen Druckquelle, z. B. einer der Pumpen 10 und 10', sowie einem relativ drucklosen Reservoir, z. B. 11 bzw. 11', und mit den beiden Seiten eines mit den gelenkten Fahrzeugrädern lenkwirksamen gekoppelten Servomotors, z. B. eines der Kolben- Zylinder-Aggregate 4 und 4', verbunden ist. Damit steht beim Notfallbetrieb eine im Prinzip herkömmliche Lenkung mit hydraulischer Servounterstützung zur Verfügung.

Claims (17)

1. Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge mit einem Normalbetriebssystem und einem bei Fehlfunktion des vorgenannten Systems automatisch wirksam werdenden Notfallbetriebssystem, wobei
das Normalbetriebssystem (4 bis 17, 24 bis 30) einen mittels Lenkhandhabe (22) betätigbaren Lenkwinkel-Sollwertgeber (26), einen mit gelenkten Fahrzeugrädern (1) betätigten Lenkwinkel- Istwertgeber (28), ein die gelenkten Fahrzeugräder (1) steuerendes motorisches Stellaggregat (4) sowie eine Regelstrecke (29) aufweist, die das Stellaggregat (4) entsprechend einem Soll-Istwert-Vergleich des Lenkwinkels regelt,
das Notfallbetriebssystem (19 bis 21) eine zumindest bei Notbetrieb wirksame mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe (22) und gelenkten Fahrzeugrädern (1) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß außerdem ein zum Normalbetriebssystem zumindest im wesentlichen redundantes Zusatzsystem (4' bis 17', 24' bis 30') vorgesehen ist, welches bei Störungen des Normalbetriebssystems automatisch wirksam wird bzw. bleibt und in einer Übergangsphase die Lenkanordnung in ihrem Betriebsverhalten an die Betriebsweise des Notfallsystems angleicht, welches mit Ablauf der Übergangsphase bzw. nach erfolgter Angleichung wirksam wird.
2. Lenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Normalbetriebssystem und/oder von einem dem Normal- sowie dem Zusatzbetriebssystem übergeordneten System eingeleitete automatische Lenkmanöver oder Lenkeingriffe vom Zusatzbetriebssystem fortgeführt werden.
3. Lenkanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei Störungen des Normalbetriebssystems während eines automatischen Lenkmanövers und/oder Lenkeingriffs ein den Fahrer zum Ergreifen der Lenkhandhabe aufforderndes Warnsignal erzeugt wird.
4. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Handkraftsteller (24, 24') vorgesehen ist, welcher in der Übergangsphase zunehmend auf eine Handkraft entsprechend dem Notfallbetriebssystem umgesteuert wird.
5. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Übergangsphase die Geradeausstellung der gelenkten Fahrzeugräder (1) mit einer vorgegebenen Mittellage der Lenkhandhabe (22) bei wirksamen Notbetriebssystem korrespondiert.
6. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsystem eine eigene Regelstrecke (29') in Redundanz zur Regelstrecke (29) des Normalbetriebssystems aufweist.
7. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzbetriebssystem vollständig redundant zum Normalbetriebssystem aufgebaut ist.
8. Lenkanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Normal- und Zusatzbetriebssystem symmetrisch redundant zueinander aufgebaut sind.
9. Lenkanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Normal- und Zusatzbetriebssystem unsymmetrisch redundant zueinander aufgebaut sind.
10. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Normal- und/oder Zusatzbetriebssystem jeweils mit hydraulischen Stellaggregaten (4, 4') arbeiten, welche über Regelventile (7, 7') steuerbar sind.
11. Lenkanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingeschaltetem Notfallsystem ein hydraulisches Stellaggregat (4, 4') durch ein von Kräften bzw. Momenten im Notfallsystem mechanisch steuerbares Servoventil steuerbar ist.
12. Lenkanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil bei ausgeschaltetem Notfallsystem bzw. bei Normalbetrieb elektrisch, insbesondere elektromagnetisch bzw. elektromotorisch, mittels eines Regelsystems (29, 29') des Normal- und/oder Zusatzsystems steuerbar ist.
13. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Normal- und/oder Zusatzbetriebssystem jeweils mit elektrischen Stellaggregaten arbeiten, welche von Regelsystemen (19, 29') steuerbar sind.
14. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische, akustische und/oder haptische Anzeige Signale zum Verlauf der Übergangsphase erzeugt.
15. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übergangsphase auftretende Änderungen des Betriebsverhaltens kontinuierlich bzw. in kleinen und für den Fahrer beherrschbaren Schritten erfolgen.
16. Lenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Notfallsystem beim Normalbetrieb bei vorgebbaren Betriebsphasen parallel zum Normalbetriebssystem wirksam geschaltet ist.
17. Lenkanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß das Notfallsystem bei Normalbetrieb wirksam geschaltet wird, wenn die für eine Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder notwendigen Kräfte die maximal erzeugbaren Kräfte des Stellaggregates (4) erreichen oder überschreiten.
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