DE102005001958A1 - Aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Matthias Dipl.-Ing. Gregor
Rainer Dr. Kaufmann
Jens Dipl.-Ing. Meintschel
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DaimlerChrysler AG
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug (10) mit einer auf einen Lenk-Getriebeeingang (22) eines Überlagerungsgetriebes (23) wirkenden Lenkhandhabe (20), an der durch einen Bediener des Fahrzeugs (10) ein Vorgabe-Lenkwinkel (deltaV) einstellbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (23) den Vorgabe-Lenkwinkel (deltaV) auf einen Lenk-Getriebeausgang (24) zur Betätigung eines Lenkgetriebes (26) überträgt, um einen Einstell-Lenkwinkel (deltaE) an Rädern (12, 13) des Fahrzeugs (10) entsprechend dem Vorgabe-Lenkwinkel (deltaV) einzustellen, und mit einem Stellmotor (29) an einem Stelleingang (30) des Überlagerungsgetriebes (23) zur Vorgabe eines Zusatz-Lenkwinkels (deltaZ), der zusammen mit dem Vorgabe-Lenkwinkel (deltaV) den Einstell-Lenkwinkel (deltaE) bildet, und/oder zur variablen Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Lenk-Getriebeeingang (22) und dem Lenk-Getriebeausgang (24). Das Lenksystem weist eine mittelbar oder unmittelbar auf den Lenk-Getriebeeingang (22) wirkende elektro-dynamische Bremse (31) mit einem fahrzeugfesten Stator und einem durch eine auf den Lenk-Getriebeeingang (22) wirkende Antriebskraft antreibbaren Rotor (33) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug mit einer auf einen Lenk-Getriebeeingang eines Überlagerungsgetriebes wirkenden Lenkhandhabe, an der durch einen Bediener des Fahrzeugs ein Vorgabe-Lenkwinkel einstellbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe den Vorgabe-Lenkwinkel auf einen Lenk-Getriebeausgang zur Betätigung eines Lenkgetriebes überträgt, um einen Einstell-Lenkwinkel an Rädern des Fahrzeugs entsprechend dem Vorgabe-Lenkwinkel einzustellen, und mit einem Stellmotor an einem Stelleingang des Überlagerungsgetriebes zur Vorgabe eines Zusatz-Lenkwinkels, der zusammen mit dem Vorgabe-Lenkwinkel den Einstell-Lenkwinkel bildet, und/oder zur variablen Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Lenk-Getriebeeingang und dem Lenk-Getriebeausgang.
  • Ein derartiges Lenksystem ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 42 366 A1 bekannt. Gemäß der jeweiligen Fahrsituation, beispielsweise schnelle Fahrt, langsame Fahrt oder dergleichen, ist mit Hilfe des Stellmotors das Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsgetriebes einstellbar. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die Übersetzung vorzugsweise niedrig, so dass beispielsweise beim Parken oder Rangieren bereits kleinen bei an einem Lenkrad vorgege benen Vorgabe-Lenkwinkeln verhältnismäßig große Einstell-Lenkwinkel der gelenkten Räder des Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens, bewirkt werden. Andererseits ist bei hohen Geschwindigkeiten ein indirekteres Lenk-Verhalten gewünscht, um das Fahrzeug sicher lenken zu können. Es sind dann verhältnismäßig große Vorgabe-Lenkwinkel erforderlich, um vergleichsweise kleine Einstell-Lenkwinkel an den Rädern zu bewirken.
  • Durch den Stellmotor wird jedoch ein zusätzliches Lenk-Drehmoment bewirkt, dass sich am Lenk-Getriebeeingang auswirkt, so dass eine Momenten-Rückwirkung über eine Lenkwelle bzw. Lenksäule an der Lenkhandhabe entsteht. Der Fahrer des Fahrzeugs muss dann an der Lenkhandhabe dieses Zusatz-Moment abstützen und sozusagen dagegenhalten.
  • Um dieses Problem zu lösen, schlägt die DE 101 42 366 A1 die Verwendung eines zweiten Motors vor, der ein Gegenmoment erzeugt, welches das von dem Stellmotor, der einen ersten Motor bildet, erzeugte Gegenmoment zumindest teilweise kompensiert. Der zweite Motor wirkt auf ein Lenkgetriebe des Fahrzeugs. Bei dem bekannten Lenksystem ist demnach ein zweiter Motor erforderlich, um durch den Stellmotor verursachte Rückwirkungen auf die Lenkhandhabe bzw. das Lenkrad zu verringern.
  • Eine andere Fahrsituation ist beispielsweise bei automatischen Manövrier-Vorgängen des Fahrzeuges gegeben. Damit das Fahrzeug sozusagen selbsttätig manövrierbar bzw. rangierbar ist, sieht man einen zusätzlichen Motor vor, der beispielsweise an der Lenksäule Lenk-Betätigungen bewirkt. Auch dann sind zwei Motoren bei dem aktiven Lenkungssystem erforderlich.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug vorzuschlagen, bei dem Momenten-Rückwirkungen auf die Lenkhandhabe bzw. das Lenkrad gering und/oder vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kompensiert sind.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein aktives Lenkungssystem der eingangs genannten Art vorgesehen, das eine mittelbar oder unmittelbar auf den Lenk-Getriebeeingang wirkende elektrodynamische Bremse mit einem fahrzeugfesten Stator und einen Rotor aufweist, der durch eine auf den Lenk-Getriebeeingang wirkende Antriebskraft antreibbar ist.
  • Die erfindungsgemäße elektrodynamische Bremse ermöglicht es beispielsweise, dass durch Betätigung des Stellmotors der Lenk-Getriebeausgang zu einer Einstellung des Lenkwinkels der Räder antreibbar ist. Die erfindungsgemäße elektrodynamische Bremse bremst dazu den Lenk-Getriebeeingang ab oder blockiert diesen. Ferner kann die elektrodynamische Bremse Rückwirkungen auf die Lenkhandhabe, die durch Betätigung des Stellmotors verursacht sind, sozusagen bremsen und somit minimieren. Beispielsweise kann mit Hilfe des Stellmotors ein Zusatz-Lenkwinkel eingestellt werden, um einen Seitenwindeinfluss oder den Einfluss einer in Fahrzeug-Querrichtung schräg verlaufenden Fahrbahn auf die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu kompensieren. Durch die elektro-dynamische Bremse sind auch automatische Einparkvorgänge oder sonstige Manövriervorgänge mit Hilfe des Stellmotors möglich, bei denen die Bremse den Lenk-Getriebeeingang vorzugsweise abbremst, oder aber arretiert oder blockiert.
  • Im Unterschied zu dem Lenksystem der DE 101 42 366 A1 ist kein zweiter Motor, sondern eine zweckmäßigerweise aus schließlich als Bremse wirkende elektrodynamische Bremse vorhanden. Diese Bremse ist nicht als Antriebsmotor betreibbar. Ein weiterer Unterschied zu dem bekannten Lenksystem besteht darin, dass die Bremse nicht auf das Lenkgetriebe wirkt, so dass dort kein weiterer Stelleingang oder ein Bremseingang erforderlich ist. Vielmehr wirkt die erfindungsgemäße elektrodynamische Bremse am Lenk-Getriebeeingang bzw. an einer dieser zugeordneten Welle, beispielsweise der Lenksäule oder dergleichen. Somit ist unmittelbar an der Eingangsseite des Überlagerungsgetriebes eine Bremsung realisiert, so dass Momenten-Rückwirkungen auf die Lenksäule bzw. die Lenkhandhabe minimiert sind.
  • Gegenüber einem Antriebsmotor ist eine elektro-dynamische Bremse verhältnismäßig einfach bauend. Sofern es sich um eine aktive elektro-dynamische Bremse handelt, die bestrombar ist, ist beispielsweise eine einfache Leistungselektronik ausreichend.
  • Zweckmäßigerweise ist die Bremswirkung der elektrodynamischen Bremse einstellbar, z.B. durch Veränderung der Bestromung. Dabei ist eine solche Bremswirkung zweckmäßigerweise einstellbar, dass der Lenk-Getriebeeingang sozusagen arretiert ist.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht als elektro-dynamische Bremse eine Hysteresebremse vor. Alternativ wäre auch eine Wirbelstrombremse möglich. Bei der Wirbelstrombremse ist eine Rückspeisung von Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs vorteilhaft. Auch eine Kombination aus Hysteresebremse und Wirbelstrombremse ist prinzipiell möglich.
  • Die elektro-dynamische Bremse ist zweckmäßigerweise mit einer Lenkwelle des Fahrzeugs drehgekoppelt, beispielsweise direkt oder über ein Übersetzungsgetriebe gekoppelt an der Lenkwelle des Fahrzeugs angeordnet. Es ist aber auch eine Bauart möglich, bei der die elektro-dynamische Bremse in das Übersetzungsgetriebe integriert ist.
  • Zweckmäßigerweise ist ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem Lenk-Getriebeeingang des Überlagerungsgetriebes und der elektro-dynamischen Bremse vorgesehen, das das auf die Bremse wirkende Moment verringert. Ein besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht hierbei eine Stirnradstufe vor, die zweckmäßigerweise an der Lenkwelle des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Stirnradstufe beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von 5:1 bis 10:1 aufweist. Größere und kleiner Übersetzungsverhältnisse sind auch möglich, insbesondere mittels mehrstufiger Getriebe. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Übersetzungsgetriebe in das Überlagerungsgetriebe zu integrieren, beispielsweise einen entsprechenden Getriebeausgang für die elektro-dynamische Bremse vorzusehen. Die elektro-dynamische Bremse kann auch unmittelbar auf ein Getrieberad des Überlagerungsgetriebes wirken, wobei die Umfangsgeschwindigkeit dieses Getrieberades zweckmäßigerweise hoch ist, wohingegen das durch die Bremse zu bremsende Moment vergleichsweise klein ist.
  • Die Hysteresebremse weist zweckmäßigerweise eine erste und eine zweite Polanordnung mit ersten und zweiten Polen auf. Die Polanordnungen sind beispielsweise durch entsprechende Polzähne an einem Spulenjoch gebildet und werden durch eine Spulenanordnung magnetisiert, die eine oder mehrere elektromagnetische Spulen enthält. Die ersten Pole und die zweiten Pole sind vorzugsweise magnetisch entgegengesetzt magneti siert und bilden beispielsweise magnetische Südpole und Nordpole oder umgekehrt. Die ersten und zweiten Pole sind radial und/oder in Umfangsrichtung zueinander versetzt, so dass zwischen den ersten und zweiten Polen jeweils magnetische Feldlinien verlaufen. Das Feld durchdringt eines oder mehrere Hystereseteile des Rotors, d.h. die Feldlinien durchlaufen mindestens ein Hystereseteil, so dass das Hystereseteil magnetisiert bzw. bei Weiterdrehung des Rotors ummagnetisiert wird. Das Hystereseteil enthält oder besteht aus magnetisch halb-hartem Material und wird durch die abwechselnd verlaufenden Feldlinien ummagnetisiert.
  • Das magnetisch halb-harte Material oder Hysteresematerial weist bei Änderungen eines externen auf das Material wirkenden Magnetfeldes eine verzögerte Änderung der magnetischen Flussdichte bzw. magnetischen Polarisation auf.
  • Der Stator besteht zweckmäßigerweise aus zwei Bauteilen zwischen denen die Spulenanordnung, zweckmäßigerweise eine einzige Spule, aufgenommen ist. Somit ist die Hysteresebremse einfach montierbar.
  • Für die Hysteresebremse schlägt die Erfindung prinzipiell zwei Bauformen auf. Eine kombinierte Mischform beider Bauformen ist möglich.
  • Bei einer ersten Bauvariante der Hysteresebremse sind die ersten und zweiten Polanordnungen radial außen bzw. innen angeordnet. Das Hystereseteil enthält einen tubularen Ring, der beispielsweise vor eine Rotor-Scheibe oder ein Rotor-Rad vorsteht und der zwischen der ersten und zweiten Polanordnung drehbar angeordnet ist. Die Feldlinien von den Polen der ersten und zweiten Polordnung verlaufen durch den tubularen Ring und magnetisieren diesen abwechselnd bzw. magnetisieren diesen abwechselnd um.
  • Bei einer zweiten Bauform der Hysteresebremse sind die erste und zweiten Polanordnung mit axialem Abstand bezüglich einer Welle des Motors zueinander beabstandet. Das Hystereseteil besteht beispielsweise aus einer Scheibe oder einem scheibenförmigen Kreisring, der drehbar zwischen den Polen der vorgenannten Polanordnungen angeordnet ist. Die Feldlinien verlaufen in diesem Fall axial in das Hystereseteil hinein, werden in Umfangsrichtung durch das Hystereseteil umgelenkt und gehen weiter in axialer Richtung in die zweite Polanordnung hinein.
  • Zweckmäßigerweise ist die elektro-dynamische Bremse geregelt, das heißt, die Bremswirkung der elektro-dynamische Bremse ist regelbar.
  • Vorzugsweise kompensiert die Regelung bzw. eine Regelungsanordnung eine durch eine Betätigung des Stellmotors hervorgerufene Rückwirkung auf die Lenkhandhabe. Die gewünschte Kompensations-Bremswirkung wird der Regelungsanordnung beispielsweise durch eine überlagerte Regelung vorgegeben.
  • Die Regelung kann beispielsweise zur Regelung anhand eines Soll-Bremsmoments und/oder anhand einer Soll-Lenk-Winkellage und/oder anhand einer Soll-Winkelgeschwindigkeit der Lenkhandhabe ausgelegt sein.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Regelungsanordnung, die zur Beibehaltung oder Wiederherstellung einer Korrelation zwischen einem an den Rädern eingestellten Lenkwinkel und einer Lenk-Winkelstellung der Lenkhandhabe ausges taltet ist. Beispielsweise beginnt ein automatisches Ein- oder Ausparken mittels des Stellmotors bei einem Lenkwinkel von 0° am Lenk-Getriebeeingang und einer Geradeaus-Stellung der gelenkten Räder, das heißt einem Einstell-Lenkwinkel von ebenfalls 0°. Die vorgenannte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung bewirkt nun, dass nach dem Einparkvorgang diese Korrelation wieder besteht, das heißt, dass sich das Lenkrad beispielsweise während des Einparkens in Korrelation mit den gelenkten Rädern mitdreht, um am Ende des Einparkvorganges wieder die gewünschte Korrelation zu den gelenkten Rädern zu haben. Wenn beispielsweise durch den Eingriff eines Fahrers, der das Lenkrad festhält, dies nicht möglich ist, ist die Regelungsanordnung zweckmäßigerweise dazu ausgestaltet, die ursprünglich gewünschte Korrelation zwischen gelenkten Rädern und Lenkradstellung wieder herzustellen. Beispielsweise erhöht oder verringert die Regelungsanordnung dann bei einer Betätigung des Stellmotors die Bremswirkung bzw. das Bremsmoment der elektro-dynamischen Bremse. Es ist auch möglich, dass zur Wiederherstellung einer ursprünglichen Korrelation zwischen Lenkwinkel an den Rädern und Lenkwinkel an der Lenkhandhabe die Wirkung einer Lenkhilfeeinrichtung, das heißt beispielsweise einer Servopumpe, temporär reduziert wird.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgestellt. Dabei zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes aktives Lenkungssystem mit einer elektro-dynamischen Bremse in schematischer Ansicht,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrodynamischen Bremse zur Anwendung bei dem System gemäß 1 im Querschnitt, etwa entlang einer Linie A-A in 1,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrodynamischen Bremse zur Anwendung bei dem System gemäß 1 im Querschnitt, entsprechend etwa dem Querschnitt gemäß 2,
  • 4 die elektro-dynamische Bremse gemäß 2, die über ein Übersetzungsgetriebe auf eine Lenkwelle des Lenksystems gemäß 1 wirkt in perspektivischer Schräg-Ansicht,
  • 5 die Anordnung gemäß 4 in einer weiteren Schräg-Ansicht, und
  • 6 Feldlinienverläufe von einer ersten zu einer zweiten Polanordnung eines Stators der Bremse gemäß 2 durch ein Hystereseteil eines Rotors hindurch, wobei der Stator und der Rotor nur teilweise dargestellt sind.
  • Bei dem in 1 schematisch dargestellten Fahrzeug 10 handelt es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder dergleichen, zweckmäßigerweise also um ein mehrspuriges Fahrzeug. Das Fahrzeug 10 ist mit einem erfindungsgemäßen aktiven Lenkungssystem 11 ausgestattet, mit dem gelenkte Räder 12, 13 einer Vorderachse 14 lenkbar sind. Das Fahrzeug 10 wird durch einen Motor 15 angetrieben, der beispielsweise Hinter-Räder 16, 17 einer Hinterachse 18 antreibt.
  • Ein Fahrer 19 kann an einem Lenkrad 20, einem Steuerknüppel oder dergleichen, die jeweils als Lenkhandhabe dienen, einen Vorgabe-Lenkwinkel δV vorgeben, um die Räder 12, 13 zu lenken. Eine Lenkwelle oder Lenksäule 21 überträgt den Vorgabe-Lenkwinkel δV auf einen Lenk-Getriebeeingang 22 eines Überla gerungsgetriebes 23. Das Überlagerungsgetriebe 23 überträgt den Vorgabe-Lenkwinkel δV mit einem variabel einstellbaren Übersetzungsverhältnis auf einen Lenkgetriebeausgang 24, der über eine Welle 25 ein Lenkgetriebe 26 betätigt. Das variable Übersetzungsverhältnis bewirkt eine Übersetzung des Vorgabe-Lenkwinkels δV in einen Einstell-Lenkwinkel δE. Das Lenkgetriebe lenkt die Räder 12, 13 gemäß dem Einstell-Lenkwinkel 6E, beispielsweise durch Betätigung von Spurstangen 27.
  • Zur Kraft-Unterstützung des Lenkgetriebes 26 ist zweckmäßigerweise eine Servoeinrichtung 28 vorgesehen, die beispielsweise eine Hydraulikpumpe, einen Elektromotor oder dergleichen enthält.
  • Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Getriebeeingang 22 und dem Getriebeausgang 24 ist mittels eines Stellmotors 29 veränderbar, der einen Stelleingang 30 des Überlagerungsgetriebes 23 betätigt. Das Überlagerungsgetriebe 23 ist beispielsweise ein Planetengetriebe. In Abhängigkeit von dem Übersetzungsverhältnis wirkt eine Lenk-Vorgabe am Lenkrad 20 direkter, zweckmäßigerweise bei niedriger Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, oder indirekter, vorzugsweise bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10.
  • Der Stellmotor 29 ist zudem in der Lage, durch Betätigung des Stelleingangs 30 einen Zusatz-Lenkwinkel δZ zu erzeugen, der in Summe mit dem Vorgabe-Lenkwinkel δv den Einstell-Lenkwinkel δE bildet. Beispielsweise ist es so möglich, wenn der Fahrer 19 das Lenkrad 20 festhält und somit der Vorgabe-Lenkwinkel δV zumindest im wesentlichen konstant ist, dass der Stellmotor 29 durch Veränderung des Zusatz-Lenkwinkels δZ den Einstell-Lenkwinkel δE verändert und somit die Vorderrä der 12, 13 lenkt. Auf diesem Wege wäre es prinzipiell möglich, dass der Stellmotor 29 bei entsprechender Betätigung das Fahrzeug 10 in eine gewünschte Position manövriert, beispielsweise in eine Parklücke oder einen Parkplatz. Allerdings ist, wie erläutert, das Festhalten des Lenkrades 20 zu diesem Manövriervorgang erforderlich. Man kann das Überlagerungsgetriebe 23 somit auch als Summiergetriebe bezeichnen.
  • Ferner entstehen Rückwirkungen auf den Lenk-Getriebeeingang 22 und somit über die als Antriebswelle dienende Lenksäule 21 auf das Lenkrad 20, wenn der Stellmotor 29 beispielsweise zum Ausgleich von Seitenwindeinflüssen, einer schräg verlaufenden ("hängenden") Fahrbahn oder dergleichen einen Zusatz-Lenkwinkel δZ ungleich Null einstellt, der dem Vorgabe-Lenkwinkel δV überlagert bzw. hinzugerechnet wird.
  • Diese Momenteneinflüsse auf das Lenkrad 20 sind jedoch für den Fahrer 19 unangenehm. Bei einem Einparkvorgang oder einem sonstigen Manövriervorgang sind zudem kritische Fahrsituationen, möglicherweise sogar Unfälle zu befürchten, wenn der Fahrer 19 das Lenkrad 20 nicht in ausreichendem Maße festhält.
  • Zur Lösung dieser Problematik ist eine elektro-dynamische Bremse 31 bei dem Lenksystem 11 vorhanden, die einen fahrzeugfesten Stator 32 sowie einen Rotor 33 umfasst, der mit dem Lenk-Getriebeeingang 22 dreh-gekoppelt ist. Diese Drehkoppelung ist vorliegend durch ein Übersetzungsgetriebe 34 realisiert. Das Übersetzungsgetriebe 34 ist beispielsweise an der Lenksäule 21 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung von der Lenksäule 21 und somit vom Getriebeeingang 22 auf die Bremse 31, so dass die Bremse 31 den Getriebeeingang 22 sozusagen bremsen kann. Dabei ist ein kontinu ierlich einstellbares Bremsmoment oder auch ein vollständiges Blockieren, beispielsweise für einen Einparkvorgang, zweckmäßig. Die Bremse 31 kann beispielsweise eine durch den Stellmotor 29 verursachte Drehmomentenrückwirkung auf die Lenksäule 21, wenn ein Zusatz-Lenkwinkel δZ eingestellt wird, mindern oder vorzugsweise vollständig zu kompensieren.
  • Das Übersetzungsgetriebe 34 enthält beispielsweise ein mit der Lenksäule 21 drehfest verbundenes Zahnrad 35, das mit einem gegenüber dem Zahnrad 35 kleineren Zahnrad 36 kämmt. Das Zahnrad 35 ist beispielsweise von der Lenksäule 21 durchdrungen, sitzt also auf der Lenksäule 21. Die Zahnräder 35, 36 haben z.B. ein Übersetzungsverhältnis von 8:1, 9:1 oder 10:0, so dass eine Drehmomentenherabsetzung bewirkt ist. Das Zahnrad 36 ist drehfest mit dem Rotor 33 verbunden, beispielsweise über eine Welle 37. Beim Ausführungsbeispiel durchdringt die Welle 37 den Stator 32 dreh-beweglich. Das Zahnrad 36 und der Rotor 33 sind an entgegengesetzten Seiten des Stators 32 angeordnet. Selbstverständlich können die Positionen von Rotor und Stator bezüglich des Zahnrades 36 bei einer alternativen Bauform der Bremse 31 auch umgekehrt sein.
  • Die Bremse 31 ist vorliegend eine Hysteresebremse 38. Der Rotor 33 ist als Hystereseteil ausgebildet und/oder enthält ein magnetisch halb-hartes Hystereseteil 39. Das magnetisch halbharte Material ist mit einem vorbestimmten Energieaufwand magnetisierbar oder ummagnetisierbar.
  • Das Hystereseteil 39 ist bei der in den 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungsform 38 der Bremse 31 beispielsweise ein tubularer Ring 40, der zwischen ersten und zweiten Polen 41, 42 einer ersten und zweiten Polanordnung 43, 44 drehbar beweglich ist. Die Polanordnungen 43, 44 werden durch den Stator 32 gebildet, z.B. durch ein einteiliges oder zweiteiliges Spulenjoch 45, an dem eine Spule 47 oder eine sonstige Spulenanordnung angeordnet ist. Die erste Polanordnung 43 ist beispielsweise radial außen und die zweite Polanordnung 44 radial innen angeordnet, wobei der tubulare Ring 40 zwischen den Polanordnungen 43, 44 drehbar angeordnet ist.
  • Durch Bestromung der Spule 46, beispielsweise mittels einer Leistungs-Endstufe 47, wird zwischen den Polen 41, 42 ein Magnetfeld 66 erzeugt. Weil die Pole 41, 42 in Umfangsrichtung des Stators 32 seitlich zueinander versetzt sind, verlaufen Feldlinien 48 des Magnetfeldes 66, im wesentlichen in Umfangsrichtung durch das Hystereseteil 39, siehe beispielsweise 6. Dadurch entsteht eine Folge abwechselnd einander entgegengesetzt gepolter magnetischer Pole 70, 71 in dem Ring 40, das heißt bei Weiterdrehung des Ringes 40 müssen diese Pole wieder ummagnetisiert werden, was einen Energieaufwand und somit eine Bremswirkung bedeutet. Durch unterschiedlich starke Bestromung der Spule 46 ist eine variable Bremswirkung der Bremse 31 einstellbar. Die Feldlinien 48 verlaufen radial zwischen den ersten und zweiten Polen 41, 42, werden aber in Umfangsrichtung durch das tubulare Hystereseteil 39 abgelenkt.
  • Zweckmäßigerweise ist der Stator 32, das heißt z.B. das Spulenjoch 45, zweiteilig und enthält beispielsweise eine topfartige Aufnahme 49, die an ihrer Zylinder-Innenwand eine zahnkranzartige Innenstruktur 64 aufweist, deren Zähne die erste Polanordnung 43 bilden. Als zweites Bauteil des Stators 32 dient eine Art Scheibe, die in Umfangsrichtung eine Zahnstruktur 65 aufweist, die mit der Zahnstruktur 64 der Aufnahme 49 korreliert und die zweite Polanordnung 44 bildet. Zwischen der Aufnahme und der Scheibe 50 ist die Spule 46 aufge nommen. Die Spule 46 kann beispielsweise auf einen Zylinder-Vorsprung 67 der Scheibe 50 aufgewickelt werden oder als separater Spulenkörper in die Aufnahme 49 eingelegt werden, bevor die Scheibe 50 in die Aufnahme 49 eingebracht wird und mit dieser fest verbunden wird. Jedenfalls sind die Aufnahme 49 und die Scheibe 50 fahrzeugfest an dem Fahrzeug 10, beispielsweise an einem Karosserieteil oder dergleichen, befestigt.
  • Die Aufnahme 49 und die Scheibe 50 sind beispielsweise von der Welle 36 durchdrungen. In eine Aufnahme 51 der Welle 37 ist eine Rotorwelle 52 eingesteckt. An der Rotorwelle 52 sitzt eine Scheibe 53 des Rotors 33, die den tubularen Hysterese-Ring 40 trägt. Die Scheibe 53 und der Hysterese-Ring 40 können beispielsweise miteinander verlötet, verschweißt oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Scheibe 53 und der Ring 40 einstückig sind, das heißt, dass der Rotor 33 insgesamt oder zumindest im Wesentlichen aus magnetisch halb-hartem Material besteht.
  • In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel 54 einer erfindungsgemäßen elektro-dynamische Bremse 31z.B. für das aktive Lenkungssystem 11 dargestellt. Die in 3 dargestellte Hysteresebremse 54 enthält teilweise gleiche oder gleichartige Komponenten wie die Hysteresebremse 38, so dass insoweit gleiche Bezugszeichen verwendet sind bzw. bei der Hysteresebremse 54 Bezugszeichen teilweise mit einem Index ' versehen sind. Erste und zweite Pole 41', 42' sind in Achsrichtung der Rotorwelle 52 zueinander beabstandet, so dass ein kreisringförmiges Hystereseteil 55 zwischen den Polen 41', 42' drehbar anordenbar ist. Die Pole 41', 42' sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet, so dass ein Magnetfeld 66', das die Spule 46 erzeugt, durch das Hystereseteil 55 in Umfangsrichtung abgelenkt wird und somit an dem Hystereseteil 55 eine abwechselnd magnetisierte Polstruktur entsteht. Das Hystereseteil 55 ist beispielsweise der äußere Bereich einer Scheibe 56, die insgesamt oder zumindest im Bereich des kreisringförmigen Hystereseteils 55 aus magnetisch halb-hartem Material bestehen kann.
  • Die Bremse 31 ist durch eine Regelungsanordnung 57 regelbar. Die Regelungsanordnung 57 enthält vorzugsweise eine überlagerte Regelung 58, die z.B. anhand von Sensoren 59, z.B.
  • Giersensoren, Drehzahlsensoren an den Rädern 12, 13, 16, 17, Querbeschleunigungssensoren oder dergleichen, den Stellmotor 29 zur Einstellung eines Zusatz-Lenkwinkels δZ mit Hilfe eines Vorgabesignals 60 ansteuert. Zusätzlich ist es mit der Regelungsanordnung 56 möglich, das Fahrzeug 10 selbsttätig zu manövrieren, beispielsweise zum Einparken in eine Parklücke oder dergleichen. Die Sensoren 59 enthalten bei dieser Ausführungsform zusätzlich beispielsweise Ultraschallsensoren, optische Sensoren oder dergleichen, die zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 10 bzw. zur Abstandsbestimmung zu Hindernissen ausgestaltet sind.
  • Vorteilhafterweise steuert die überlagerte Regelung 58 eine Regelung 61 an, die die Bremse 31 regelt. Es versteht sich, dass auch eine Ausführungsform mit einer autarken Regelung 61 möglich ist, die keine Steuersignale von einer überlagerten Regelung erhält.
  • Die Regelung 61 und die Regelung 58 können beispielsweise durch eine Software realisiert sein, die durch einen nicht dargestellten Prozessor der Regelungsanordnung 57 ausführbar ist.
  • Die Regelung 61 regelt das Bremsmoment der Bremse 31 vorzugsweise anhand einer Korrelation zwischen dem Einstell-Lenkwinkel δE und dem Vorgabe-Lenkwinkel δV, so dass eine Korrelation zwischen dem an den Rädern 12, 13 eingestellten Lenkwinkel und einer Winkelposition des Lenkrades 20 beibehalten wird. Beispielsweise übermitteln Winkel-Sensoren 62, 63 die Lenkwinkel δV und δE an die Regelung 61. Die Regelung 61 steuert die Leistungsstufe 47 beispielsweise derart an, dass eine Bremswirkung an der Bremse 31 erzeugt wird, die ein "Mitlaufen" des Lenkrades 20 ermöglicht, wenn das Fahrzeug 10 beispielsweise mittels des Stellmotors 29 manövriert wird. Wenn der Fahrer 19 zusätzlich eingreift, das heißt ein zusätzliches Bremsmoment an dem Lenkrad 20 erzeugt, regelt die Regelung 61 die Bremswirkung der Bremse 31 zurück, so dass das erwünschte Mitlaufen des Lenkrades 20 möglich ist.
  • Es kann aber auch eine Situation entstehen, dass der Fahrer 19 das Lenkrad 20 beispielsweise zu fest hält, so dass dieses vorgenannte Mitlaufen nicht mehr möglich ist. Dann ist es zweckmäßig, dass die Regelung 61 sozusagen eine aktive Korrektur der Korrelation zwischen Lenkwinkel der Räder 12, 13 und Lenkwinkel des Lenkrades 20 erzeugt. Die Regelung 61 steuert in einer solchen Situation beispielsweise die Servoeinrichtung 28 derart an, dass ihre Unterstützungswirkung auf das Lenkgetriebe 26 herabgesetzt wird. Dadurch wird die Welle 25 schwerer beweglich bzw. drehbar, weil die Räder 12, 13 auf einem Untergrund, auf dem das Fahrzeug 10 steht oder fährt, eine Reibung aufweisen. Sodann steuert die Regelung 61 den Stellmotor 29 an, der – bei gebremster oder stillstehender Welle 25 – eine Verstellung der Lenkwelle bzw. -säule 21 bewirken kann.
  • Ferner kann der Bremse 31 zusätzlich eine Wirbelstrombremse 75 enthalten.
  • Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei einem Fahrzeug mit mehreren gelenkten Rädern, beispielsweise gelenkten Vorderrädern und Hinterrädern, anwendbar ist.

Claims (16)

  1. Aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug (10) mit einer auf einen Lenk-Getriebeeingang (22) eines Überlagerungsgetriebes (23) wirkenden Lenkhandhabe (20), an der durch einen Bediener des Fahrzeugs (10) ein Vorgabe-Lenkwinkel (δV) einstellbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (23) den Vorgabe-Lenkwinkel (δV) auf einen Lenk-Getriebeausgang (24) zur Betätigung eines Lenkgetriebes (26) überträgt, um einen Einstell-Lenkwinkel (δE) an Rädern (12,13) des Fahrzeugs (10) entsprechend dem Vorgabe-Lenkwinkel (δV) einzustellen, und mit einem Stellmotor (29) an einem Stelleingang (30) des Überlagerungsgetriebes (23) zur Vorgabe eines Zusatz-Lenkwinkels (δZ), der zusammen mit dem Vorgabe-Lenkwinkel (δV) den Einstell-Lenkwinkel (δE) bildet, und/oder zur variablen Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Lenk-Getriebeeingang (22) und dem Lenk-Getriebeausgang (24), dadurch gekennzeichnet, dass es eine mittelbar oder unmittelbar auf den Lenk-Getriebeeingang (22) wirkende elektro-dynamische Bremse (31) mit einem fahrzeugfesten Stator und einem durch eine auf den Lenk-Getriebeeingang (22) wirkende Antriebskraft antreibbaren Rotor (33) aufweist.
  2. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bestromung einer Spulenanordnung (46) der elektro-dynamischen Bremse (31) ihre Bremswirkung einstellbar ist.
  3. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse (31) nicht als Antriebsmotor betreibbar ist.
  4. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse (31) eine Hysteresebremse aufweist.
  5. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysteresebremse eine erste Polanordnung (43, 43') mit ersten Polen (41; 41') und eine zweite Polanordnung (44, 44') mit zweiten Polen (42, 42') aufweist, die durch eine Spulenanordnung (46) magnetisierbar sind, wobei die ersten Pole (41; 41') magnetische Nordpole und die zweiten Pole (42, 42') magnetische Südpole oder umgekehrt bilden und die ersten und die zweiten Pole radial und/oder in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, so dass Feldlinien (48) zwischen benachbarten ersten und zweiten Polen ein zwischen der ersten und der zweiten Polanordnung drehbar angeordnetes Hystereseteil des Rotors (33) durchdringen.
  6. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polanordnung (43, 43') radial außen und die zweite Polanordnung (44, 44') innen angeordnet sind, und dass das Hystereseteil einen tubularen Ring (40) enthält oder bildet, der zwischen der ersten und der zweiten Polanordnung drehbar angeordnet ist.
  7. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polanordnung (43, 43') und die zweite Polanordnung (44, 44') mit axialem Abstand bezüglich einer welle des Rotors (33) zueinander beabstandet sind, und dass das Hystereseteil (55) einen zwischen der ersten und der zweiten Polanordnung drehbar angeordneten scheibenförmigen Kreisring oder eine Scheibe (56) enthält oder bildet.
  8. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse (31) über ein Übersetzungsgetriebe (34) mit dem Lenk-Getriebeeingang (22) des Überlagerungsgetriebes (23) gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (34) ein auf die elektro-dynamische Bremse (31) wirkendes Moment verringert.
  9. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (34) einen Bestandteil des Überlagerungsgetriebes (23) bildet oder durch das Überlagerungsgetriebe (23) gebildet ist.
  10. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse einen Bestandteil des Überlagerungsgetriebes (23) bildet.
  11. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse (31) unmittelbar auf ein Getrieberad des Überlagerungsgetriebes (23) wirkt.
  12. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-dynamische Bremse (31) eine Wirbelstrombremse enthält.
  13. Aktives Lenkungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Regelungsanordnung (57) zur Regelung der Bremswirkung der elektro-dynamischen Bremse (31) enthält.
  14. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsanordnung (57) zur Kompensation einer durch eine Betätigung des Stellmotors (29) hervorgerufene Rückwirkung auf die Lenkhandhabe (20) ausgestaltet ist.
  15. Aktives Lenkungssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsanordnung (57) zur Regelung der Bremswirkung anhand einer Soll-Lenk-Winkellage und/oder Soll-Lenk-Winkelgeschwindigkeit der Lenkhandhabe (20) ausgestaltet ist.
  16. Aktives Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsanordnung (57) zur Beibehaltung oder Wiederherstellung einer Korrelation zwischen einem an den Rädern (12,13) eingestellten Lenkwinkel und einer Lenk-Winkelstellung der Lenkhandhabe (20) ausgestaltet ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007000588A1 (de) * 2007-10-29 2009-05-07 Zf Lenksysteme Gmbh Aktivlenkungsystem mit Bremsvorrichtung II
DE102017204768A1 (de) * 2017-03-22 2018-09-27 Audi Ag Kraftfahrzeug
DE102019213854A1 (de) * 2019-09-11 2021-03-11 Zf Friedrichshafen Ag Bedienvorrichtung, Fahrzeug mit der Bedienvorrichtung sowie Verfahren zur Bedienung der Bedienvorrichtung
DE102021211898A1 (de) 2021-10-21 2023-04-27 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen und/oder Verändern eines Halte- und/oder eines Bremsmoments einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19957984A1 (de) * 1999-12-02 2001-06-07 Zf Lenksysteme Gmbh Servolenksystem
DE10145982A1 (de) * 2000-09-29 2002-05-02 Caterpillar Inc Lenkwiderstandsvorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19957984A1 (de) * 1999-12-02 2001-06-07 Zf Lenksysteme Gmbh Servolenksystem
DE10145982A1 (de) * 2000-09-29 2002-05-02 Caterpillar Inc Lenkwiderstandsvorrichtung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007000588A1 (de) * 2007-10-29 2009-05-07 Zf Lenksysteme Gmbh Aktivlenkungsystem mit Bremsvorrichtung II
DE102017204768A1 (de) * 2017-03-22 2018-09-27 Audi Ag Kraftfahrzeug
DE102017204768B4 (de) 2017-03-22 2024-01-11 Audi Ag Kraftfahrzeug
DE102019213854A1 (de) * 2019-09-11 2021-03-11 Zf Friedrichshafen Ag Bedienvorrichtung, Fahrzeug mit der Bedienvorrichtung sowie Verfahren zur Bedienung der Bedienvorrichtung
DE102021211898A1 (de) 2021-10-21 2023-04-27 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen und/oder Verändern eines Halte- und/oder eines Bremsmoments einer Steer-by-wire-Lenkung eines Fahrzeugs

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