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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannte
Lenksysteme von Fahrzeugen, die als mechanische, elektrische, elektrohydraulische,
hydraulische Lenksysteme, Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksysteme
ausgebildet sind, weisen unterschiedlichste Ausführungsarten von Einrichtungen
zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses,
also des Verhältnisses
von einem an einer Lenkhandhabe eingegebenen Lenkwinkel zu dem an
einem lenkbaren Rad des Fahrzeugs sich einstellenden Lenkwinkel
oder Einrichtungen zur Änderung
des Unterstützungslenkmoments
eines Lenkaktuators auf.
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Die
DE 41 29 731 C2 beschreibt
ein Lenksystem mit variablem Lenkwinkelverhältnis für ein Kraftfahrzeug, wobei
eine mit einem Lenkrad gekoppelte Eingangswelle einen ersten Gewindeabschnitt
aufweist, der mit einer Kugelmutterumlaufeinrichtung in Gewindeeingriff
steht. Eine getrieblich mit lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs gekoppelte
Ausgangswelle weist einen zweiten Gewindeabschnitt auf. Das Lenksystem
weist eine koaxial zu der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnete
Lenkwinkelverhältnis-Einstelleinrichtung
auf, die mit dem ersten und zweiten Gewindeabschnitt über eine
zweite Mutter in Eingriff steht. Die Lenkwinkelverhältnis-Einstelleinrichtung
variiert das Verhältnis
der linearen Bewegung der ersten Mutter zu der zweiten Mutter. Die
Veränderung
des Lenkwinkelverhältnisses
ist fahrgeschwindigkeitsabhängig.
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Die
DE 40 03 981 A1 beschreibt
eine Lenkwinkelverhältnis-Wechselvorrichtung
zum Ändern
des Einschlages von Fahrzeugrädern
der nach Maßgabe
eines Drehwinkels eine Lenkrades eines Fahrzeugs erzeugt wird, mit
einer ersten Lenkspindel, die mit einem Lenkrad drehfest verbunden
ist und einer zweiten Lenkspindel, die mit einem Lenkgetriebe verbunden
ist und im wesentlichen koaxial mit der ersten Lenkspindel angeordnet
ist und drehbar ist. Die Lenkspindeln sind mit einem Drehstab verbunden.
Es sind in der Verzweigung der Lenkspindeln Klauen bildende axiale
Spalte vorgesehen, mit denen die Lenkspindeln ineinander greifen und
relativ zueinander verdrehbar sind. In den Spalten sind Stellmittel
vorgesehen mit denen die Breite der Spalte eingestellt werden kann
womit eine Rotation der Lenkspindeln relativ zueinander möglich ist.
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Die
US 6 101 435 beschreibt
eine elektrohydraulische Lenkung mit einer von einem Elektromotor
angetriebenen Hydropumpe, deren Drehzahl und Fördermenge in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und der Fahrzeuggierrate
verändert
werden kann. Es sind zwei automatisch einstellbare Betriebsweisen – Parkierbetrieb
und Fahrbetrieb – vorgesehen.
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Die
DE 102 39 143 A1 beschreibt
eine Lenkhelfvorrichtung für
ein Fahrzeug mit einem Drehschieberventil und diesem zugeordnetem
Lenkzylinder. Ein in den Hydraulikkreislauf der hydraulischen Lenkhelfvorrichtung
eingeknüpftes
Regelventil steuert bedarfsabhängig
einen Volumenstrom eines Druckmittels.
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Die
EP 1 304 276 A1 beschreibt
ein Lenksystem für
ein Fahrzeug, und ein Verfahren zum Betrieb des Lenksystems, mit
einer Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
zwischen einem an einer Lenkhandhabe eingegebenen Lenkwinkel und
einem Lenkwinkel eines lenkbaren Rades des Kraftfahrzeuges. Die Einrichtung
zu Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
umfaßt
einen elektrischen Servomotor, der ein Überlagerungsgetriebe in einer
Lenkwelle antreibt. Steigt die Temperatur des Servomotors wird bei
zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs das Lenkwinkelverhältnis verkleinert
und umgekehrt. Von einer Steuereinrichtung wird dazu mit einem Drehzahlsensor
die Drehzahl eines Rades und mit einem Lenkwinkelsensor die Lenkgeschwindigkeit
und der Lenkwinkel an einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs erfasst.
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Die
bekannten Lenksysteme oder Servolenksysteme berücksichtigen ein grundsätzlich bei
der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuges geändertes
Fahrverhalten im Vergleich zu Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges nicht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem für ein Fahrzeug
anzugeben, das weniger empfindlich auf Lenkwinkeländerungen
an der Lenkhandhabe bei Rückwärtsfahrt
reagiert und ein leichtes und sicheres Lenken eines Fahrzeugs bei
Rückwärtsfahrt
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Dadurch
dass der Steuereinrichtung oder der Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses oder
des Unterstützungslenkmoments
ein Signal eines die Fahrtrichtung des Fahrzeuges, insbesondere
die Rückwärtsfahrt
angebenden Fahrtrichtungssensors zugeführt ist und durch die Steuereinrichtung
verarbeitet wird, kann das Lenkwinkelverhältnis bei Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs
mit der Steuereinrichtung und der vorzugsweise einen Aktuator und
einen Abtrieb umfassende Einrichtung zur Änderung des Lenkwinkelverhältnisses
oder das Unterstützungslenkmoment
des Lenkaktuators geregelt werden.
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Bevorzugte
Ausführungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
Lenkwinkelverhältnis
wird bei Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs größer eingestellt
als bei Vorwärtsfahrt
des Fahrzeuges. Dadurch werden relativ große Lenkwinkeländerungen
oder Ausschläge
an der Lenkhandhabe in kleine Lenkwinkel des gelenkten Rades oder
der gelenkten Räder
des Fahrzeugs umgesetzt.
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Das
Unterstützungslenkmoment
des Lenkaktuators kann bei Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs reduziert sein, sodaß die Lenkung für einen
Fahrer schwergängiger
wird.
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Bevorzugt
wird das Lenkwinkelverhältnis
und/oder das Unterstützungslenkmoment
von der Einrichtung zur Änderungs
des Lenkwinkelverhältnisses
und der Steuereinrichtung in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Lenkgeschwindigkeit
an der Lenkhandhabe gesteuert. Bei hoher Fahrgeschwindigkeit bei
Rückwärtsfahrt
wird das Lenkwinkelverhältnis
groß,
sodaß auch
schnelle Rückwärtsfahrt ohne
die Gefahr, das Fahrzeug durch einen bei der Vorwärtsfahrt üblichen
Lenkwinkelausschlag an der Lenkhandhabe zu verreisen, möglich ist.
Das Unterstützungslenkmoment
wird klein. Bei geringer Fahrgeschwindigkeit und bei großen Lenkgeschwindigkeiten
oder großen
Lenkwinkeln, eingegeben an der Lenkhandhabe, wie dies beim Einparken
oder Rangieren des Fahrzeugs der Fall ist, wird das Lenkwinkelverhältnis klein,
d.h. das Lenksystem arbeitet sehr direkt und setzt Ausschläge der Lenkhandhabe
in große
Lenkwinkeländerungen
des gelenkten Rades um oder das Unterstützungslenkmoment des Lenkaktuators
wird relativ groß gewählt.
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Die
Steuereinrichtung für
die Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
berechnet nach Maßgabe
der Signale des Fahrtrichtungssensors, welcher mit einer Gang- oder
Fahrstufenwählvorrichtung oder
mit einem Rad des Fahrzeugs wirkverbunden ist, nach Maßgabe der
Signale des Lenkwinkelsensors, der die Höhe der Sollwerteingabe oder
der Lenkwinkeleingabe an der Lenkhandhabe und deren zeitliche Änderung
misst und nach Maßgabe
des Drehzahlsensors der die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs anhand
der Drehzahl eines Rades des Fahrzeugs oder anhand der Kurbelwellendrehzahl
und der eingestellten Fahrstufe ermittelt, einen Soll-Lenkwinkel
für das
gelenkte Rad oder die gelenkten Räder des Fahrzeugs. Dazu kann
die Steuereinrichtung Signale einer Einrichtung zu Kontrolle des
Betriebs der Einrichtung zu Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
verarbeiten, wobei überprüft wird,
ob das vorgegebene Lenkwinkelverhältnis eingestellt ist. Das
Lenkwinkelverhältnis
wird von der Steuereinrichtung, die Teil einer elektronischen Stabilisierungseinrichtung
des Fahrzeug oder einer Motorsteuerung sein kann, nach Maßgabe der
genannten Sensorsignale aus einer Kennlinie, einer Kennlinienschar
oder eines Kennfeldes, welche die Abhängigkeit des Lenkwinkelverhältnisses
von der Fahrgeschwindigkeit, des Lenkwinkels und der Lenkgeschwindigkeit
an der Lenkhandhabe und weiterer Parameter festlegen und in einem
Speicher abgelegt sind, bestimmt.
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Es
kann zweckmäßig sein,
der Steuereinrichtung über
eine Eingabeeinrichtung für
den Fahrer des Fahrzeugs verschiedene, vorwählbare Kategorien von Lenkwinkelverhältnissen
oder Unterstützungslenkmomenten
vorzugeben und damit eine individuelle, gewünschte Einstellung der Empfindlichkeit
des Lenksystems bei Rückwärtsfahrt
und bei Parkier- oder Rangiervorgängen zu wählen und festzulegen.
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Das
Lenksystem mit der Einrichtung zur Änderung des Lenkwinkelverhältnisses
kann ein mechanisches Lenksystem mit einer mechanischen Wirkverbindung
der Lenkhandhabe über
eine Lenkwelle mit einem Lenkgetriebe und einer getrieblichen Verbindung
des Lenkgetriebes mit dem gelenkten Rad oder den gelenkten Rädern des
Fahrzeugs sein. Die Einrichtung zur Änderung des Lenkwinkelverhältnisses
kann dabei im wesentlichen aus einem Aktuator, der von der Steuereinrichtung
angesteuert wird, welcher elektrisch betrieben sein kann und aus
einem mehrgliedrigen Gelenkgetriebe oder einem Kurvengetriebe oder
einem Wälzkurvengetriebe
in der Lenkwelle gebildet sein, wie dies beispielsweise der
DE 41 29 731 C2 entnehmbar
ist. Die Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
kann koaxial zu der Lenkwelle in dieser eingeknüpft sein oder auch in der von
Spurstangen, Lenkzwischenstangen und Radlenkhebeln gebildeten getrieblichen
Verbindung des Lenkgetriebes mit dem gelenkten Rad angeordnet sein
und beispielsweise eine Schubbewegung differenzieren.
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Zusätzlich zu
der mechanischen Wirkverbindung der Lenkhandhabe mit dem gelenkten
Rad, oder anstatt der mechanischen Wirkverbindung kann das Lenksystem
als hydraulisches Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem (Zahnstangen-Hydrolenkung,
Kugelmutterumlauf-Hydrolenkung ) aufgebaut sein und mit der Einrichtung
zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
oder zur Änderung
des Unterstützungslenkmoments
und der Steuereinrichtung für
diese ausgebildet sein. Die Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
wird durch die Ansteuerung eines Bypasses mit variabler Ablaufdrossel
oder mit einem Strombegrenzungsventil oder durch eine Übersteuerung
des Druckmittelförderstromes
eines Lenkventils durch einen Drehmomentstellmotor an einem Lenkventil
oder durch die Regelung des Hubes oder der Fördermenge einer verstellbaren
Hydropumpe des hydraulischen Lenksystems bewirkt werden. Es kann
zweckmäßig sein,
den Druckmittel-Förderstrom
des hydraulischen Lenksystems über
ein Regelventil, das den Druckmittel-Förderstrom einer Hydropumpe
in Teilströme
aufteilt, die teilweise den Druckmittel-Förderstrom zu einem Lenkaktuator
kurzschließen,
zu steuern.
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Die
Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
oder zur Änderung
des Unterstützungslenkmoments
lässt sich
mit einem elektrischen Servolenksystem verbinden, wobei Steuereinrichtungen
des elektrischen Servolenksystems zur Ansteuerung der Einrichtung
zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses oder
zur Änderung
des Unterstützungslenkmoments
herangezogen werden können.
Ein elektrischer Lenkaktuator der elektrischen Servolenkung kann
beispielsweise als bürstenloser
Dreiphasenmotor, der von der Steuereinrichtung über eine Ansteuerschaltung
gesteuert wird, gebildet sein. Die Ansteuerschaltung kann in an
sich bekannter Weise eine Transistor-Brückenschaltung sein. Die Steuereinrichtung
für die
Einrichtung zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
umfaßt
einen Microcomputer mit einer Zentraleinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher
(RAM), einen Festwertspeicher (ROM), in dem die genannten Kennlinien,
Kennlinienscharen oder Kennfelder und das Betriebssystem für die CPU
gespeichert sind. Eine CAN-Busverbindung
verbindet alle Komponenten des Lenksystems, wie Speicher, CPU, Sensoren,
Lenkaktuator und Stromsensoren und Rotor-Positionssensoren des elektrischen
Lenkaktuators. Die Steuereinrichtung steuert den elektrischen Lenkaktuator
auf der Grundlage der Lenkwinkelsensordaten, der Stromdaten, der
Daten des Fahrtrichtungssensors und des Drehzahlsensors bzw. Fahrgeschwindigkeitssensors.
Die Steuereinrichtung umfasst somit einen Betriebsteil für die Berechung
der Lenkgeschwindigkeit und eine Soll-Drehzahl-Einstelleinheit für die Soll-Drehzahl
des Rotors des elektrischen Lenkaktuators auf Grundlage der Lenkwinkelsensor-Daten
und der Drehzahlsensor-Daten.
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Der
elektrische Lenkaktuator kann auf ein Überlagerungsgetriebe an der
Lenkwelle des Lenksystems wirken oder direkt, auch im Sinne eines
steer-by-wire-Lenksystems,
auf ein Lenkgetriebe wirken.
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Die
Erfindung wird nun näher
anhand eines Ausführungsbeispieles
beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lenksystems.
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In 1 ist
eine schematische Ansicht eines Lenksystems 1, das als
elektrisches Servolenksystem 13 für ein Fahrzeug 2 aufgebaut
ist, gezeigt. Das elektrische Servolenksystem 13 ist mit
einer Einrichtung 3 zur Änderung des Verhältnisses
eines an einer Lenkhandhabe 4 eingegebenen Lenkwinkels δIN zu
einem an gelenkten Rädern 5 an
einer Vorderachse 16 des Fahrzeugs 2 eingenommen
Lenkwinkel δOUT ausgestattet. Die Einrichtung 3 zur Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses δIN/δOUT ist
aus einem Überlagerungsgetriebe 15,
welches in eine Lenkwelle 10 zwischen der Lenkhandhabe 4 und
einem Lenkgetriebe 11 eingesetzt ist, und einem elektrischen
Lenkaktuator 14 zum Antrieb des Überlagerungsgetriebes 15,
gebildet. Mit dem Überlagerungsgetriebe 15 ist
es möglich,
eine Eingangswelle 17 relativ zu einer Ausgangswelle 18 der
Lenkwelle 10 zu verdrehen. Die Ausgangswelle 18 treibt über ein
Ritzel eine Zahnstange des Lenkgetriebes 11 an. Auf die
Zahnstange kann ein weiterer elektrischer Aktuator 19,
der mit dem elektrischen Lenkaktuator 14 von einer elektronischen
Steuereinrichtung 6 angesteuert ist, wirken. Das Unterstützungslenkmoment
des weiteren Aktuators 19 wird bei Rückwärtsfahrt in Abhängigkeit
von der Lenkgeschwindigkeit und der Fahrgeschwindigkeit im Vergleich
zur Vorwärtsfahrt
verringert.
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Das
Lenkgetriebe 11 treibt über
eine durch Spurstangen und Radlenkhebel in bekannter Weise gebildete
getriebliche Verbindung 12 die lenkbaren Räder 5 zu
deren Lenkwinkelverstellung an.
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Die
Steuereinrichtung 6 ist signalübertragend mit einem Drehzahlsensor 7 an
einem Rad 20 des Fahrzeugs 2 zur Messung der Fahrgeschwindigkeit
vF, mit einem Lenkwinkelsensor 8 an
der Lenkhandhabe 4, mit einem Fahrtrichtungssensor 9 an
einem Fahrstufenwählhebel 21 eines
Fahrantrieb-Getriebes 22 des Fahrzeugs 2, mit
einem Stromsensor für
den elektrischen Lenkaktuator 14 und mit einem Rotordrehzahlsensor
für den
elektrischen Lenkaktuator 14 verbunden.
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Der
elektrische Lenkaktuator 14 besteht aus einem bürstenlosen
Dreiphasen-Elektromotor
und einem Abtrieb und wird von der elektronischen Steuereinrichtung 6 über eine
Ansteuerschaltung gesteuert. Die Ansteuerschaltung ist als an sich
bekannte Leistungstransistoren-Brückenschaltung aufgebaut. Die
elektronische Steuereinrichtung 6 schließt einen
Microcomputer ein, der im wesentlichen aus einer CPU, einem Arbeitsspeicher
RAM, einem Festwertspeicher ROM mit einem abgespeicherten Betriebsprogramm
zur Einstellung und Änderung
des Lenkwinkelverhältnisses
aufgebaut ist. Ein CAN-Bussystem verbindet alle Sensoren und den elektrischen
Lenkaktuator 14 miteinander.
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Der
elektrischen Steuereinrichtung 6 werden Signale des Lenkwinkelsensors 8,
wie die Lenkgeschwindigkeit vL und der an
der Lenkhandhabe 4 eingegebene Lenkwinkel δIN zugeführt. Die
Drehzahl nR des Rades 20, die zur
Berechnung der Fahrgeschwindigkeit des vF dient,
das Signal dF des Fahrtrichtungssensors 9 aufgrund
der Stellung des Fahrstufenwählhebels 21,
sowie Signale über
die Rotordrehzahl und Rotorwinkel des elektrischen Lenkaktuators 14 und
der aktuelle Strom zu dem elektrischen Lenkaktuator 14 zugeführt und in
einem Lenkgeschwindigkeits-Betriebsteil und in einem Rotor-Ansteuerungs-Steuerteil
zur Drehzahlsteuerung des elektrischen Lenkaktuators 14 verarbeitet.
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In
dem Festwertspeicher ROM der Steuereinrichtung 6 sind Kennfelder,
die die Abhängigkeit
des Lenkwinkelverhältnisses
von der Fahrgeschwindigkeit vF und der Lenkgeschwindigkeit
vL bei Rückwärtsfahrt des
Fahrzeugs 2 festlegen, abgelegt. Vorzugsweise ist das Lenkwinkelverhältnis bei
Rückwärtsfahrt
größer als bei
Vorwärtsfahrt
um die Bedienung des Fahrzeugs 2 zu vereinfachen und das
Fahrzeug bei Rückwärtsfahrt nicht
zu sensibel in Bezug auf das Ansprechen des Lenksystems 1 zu
gestalten. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit bei Rückwärtsfahrt
wird das Lenkwinkelverhältnis
größer, d.h.
die Änderung
des Lenkwinkels an den gelenkten Rädern 5 bei Eingabe
eines Lenkwinkels an der Lenkhandhabe 4 wird kleiner; das
Fahrzeug 2 läßt sich ähnlich wie
bei der Vorwärtsfahrt
stabiler lenken.
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Bei
kleiner Rückwärtsfahrt-Fahrgeschwindigkeit,
wird das Lenkwinkelverhältnis
kleiner, d.h. insbesondere beim langsamen Parkier- oder Rangierbetrieb
rückwärts wirkt
das Lenksystem direkt. Dies wird unterstützt durch ein kleines Lenkwinkelverhältnis bei
großen
Lenkgeschwindigkeiten und bei kleiner Fahrgeschwindigkeit.
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