DE102005012648A1

DE102005012648A1 - Einstellbare Lenkbeschränkung

Info

Publication number: DE102005012648A1
Application number: DE102005012648A
Authority: DE
Inventors: Marcus Turner; Ian Hulme
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2005-12-29
Also published as: US20050263971A1; GB2414454A; GB0510306D0; GB2414454B; US7163079B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung 10 für ein Fahrzeug mit mindestens einem Rad 14, das sich dreht und so einen Lenkwinkel 20 definiert, sowie eine Lenkbegrenzung 12, welche die Eingabe des Lenkwinkels 20 durch einen Betreiber auf einen ausgewählten Maximalwert begrenzt. Die Lenkeinrichtung 10 umfasst auch einen betrieblich mit dem Rad 14 verbundenen Motor 44, der die Eingabe des Lenkwinkels 20 vom Betreiber unterstützt, sowie eine Steuerung 42, die betrieblich mit dem Motor 44 verbunden ist und die Unterstützung der Eingabe für die Steuerung einstellt, um einen Maximalwinkel vom Betreiber zu schaffen, der auf mindestens einem Betriebsparameter basiert, der die Radgröße umfasst, wodurch das Rad 14 um einen Lenkwinkel 20 auf Basis der Betriebsparameter gedreht wird, der den maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels 20, wie durch die Betreibereingabe definiert, übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenksystem und insbesondere ein Fahrzeuglenkeinrichtung, die den Lenkwinkel eines Fahrzeugs abhängig von mehreren Parametern einstellen kann.

Es sind verschiedene Arten von Lenkbeschränkungen in verschiedenen Fahrzeugslenksystemen eingesetzt worden, um den maximalen Lenkwinkel zu begrenzen, oder den Winkel, der zwischen den Vorderreifen und der Fahrzeuglängsachse gebildet ist. Diese Lenkwinkelbeschränkungsmechanismen umfassen typischerweise einen Mechanismus, der entweder die Rotationsbewegung einer dazugehörigen Lenksäule oder die lineare Bewegung einer Zahnstange in einer entsprechenden Zahnstangen-/Ritzelverbindung auf einen vorherbestimmten Bereich einschränkt.

Bisher haben Lenkbegrenzungen den maximalen Lenkwinkel auf einen vorherbestimmten Bereich, definiert durch ein Szenario des größten anzunehmenden Schadens" begrenzt, wobei Faktoren wie Chassis- -oder Systemaufhängungsauslenkung, minimaler Wendekreis, spezielle Straßenoberfläche und/oder spezielle Rad-/Reifenanordnungen berücksichtigt wurden. Die vorherbestimmten Bereiche begrenzen daher in unnötiger Weise die Lenkfähigkeiten des Lenksystems in verschiedenen dynamischen Umgebungen.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein Aspekt der Erfindung ist, eine Fahrzeug Lenkeinrichtung zu schaffen, die mindestens ein drehbares Rad umfaßt, das einen Lenkwinkel definiert, und eine Lenkbegrenzung, welche eine Eingabe eines Betreibers auf einen vorherbestimmten Maximalwert des Lenkwinkels begrenzt. Die Lenkeinrichtung umfaßt auch einen Motor, der betrieblich mit dem Rad verbunden ist, welcher die Eingabe auf den Lenkwinkel des Betreibers unterstützt sowie eine Steuerung, die betrieblich mit dem Motor verbunden ist und die Unterstützung der Eingabe für das Lenken des Betreibers auf Basis mindestens eines Betriebsparameters, welcher die Radfortbewegung umfaßt, einstellt, wodurch die Räder sich um den Lenkwinkel auf Basis des mindestens einen Betriebsparameters drehen können, der dementsprechenden Maximalwert entsprechenden Lenkwinkel übertrifft, wie durch die Betreibereingabe festgesetzt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeug Lenkeinrichtung zu schaffen, die mindestens ein Rad umfaßt, das sich dreht, um so den Lenkwinkel zu definieren, und ein Lenkrad, dessen Winkelposition durch die Eingabe des Betreibers definiert wird. Die Lenkeinrichtung umfaßt auch eine Lenkbegrenzung, welche die Eingabe des Lenkwinkels vom Betreiber auf einen vorherbestimmten Maximalwert begrenzt, eine mit dem Rad betrieblich verbundene Betätigungseinrichtung, welche die Eingabe des Betreibers unterstützt, und eine Lenkung, die betrieblich mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist und die Verstärkung der Eingabe des Betreibers auf Basis mindestens eines Betriebsparameters einstellt, der die Radfortbewegung umfaßt, wobei die Steuerung ermöglicht, den Lenkwinkel auf einen größeren Winkel als denjenigen, der der Eingabe des Lenkwinkels vom Betreiber entspricht, zu verstärkten.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern eines +maximal erlaubten Lenkwinkels eines lenkbaren Rads eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das die Schritte: Bestimmen des maximal erlaubten Lenkwinkels als Funktion mindestens eines Betriebsparameters, welcher die Radgröße umfaßt, und Steuern des maximal erlaubten Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs, der mindestens teilweise auf dem mindestens einen Betriebsparameter beruht.

Die vorliegenden Fahrzeug Lenkeinrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, den Bereich des entsprechenden Lenkwinkels für eine Vielzahl von Parametern während des Fahrzeugbetriebs zu maximieren. Die Lenksystembegrenzung erhöht die Effizienz des Lenksystems und ist ganz besonders an die vorgeschlagene Anwendung angepaßt.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung sowie die dazugehörigen Ansprüche. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung mit einer einstellbaren Lenkbegrenzung gemäß der Erfindung, wobei der Lenkwinkel 0° ist;
2 eine schematische Teilansicht der Lenkeinrichtung, die auf einen Lenkwinkel ungleich 0 gedreht ist;
3 eine Auftragung des Lenkwinkels gegen den Lenkradwinkel für die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung;
4 eine Querschnittsendansicht einer Lenksäule und der einstellbaren Lenkbegrenzung; und
5 eine Seitenansicht eines Querschnitts der Lenksäule und der einstellbaren Lenkbegrenzung.
In dieser Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke: „obere", „untere", „rechts", „links", „hinten", „front", „vertikal", „horizontal" und deren grammatikalische Ableitungen auf die in den 1 und 2 orientiert gezeigten Ausführungsformen der Erfindung. Selbstverständlich kann die Erfindung verschiedenste alternative Orientierungen und Schrittabfolgen aufweisen, außer, dies ist ausdrücklich gegenteilig spezifiziert. Selbstverständlich sind die spezifischen Vorrichtungen und Verfahren, die in den anhängenden Zeichnungen dargestellt sind und in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben werden, exemplarische Ausführungsformen des durch die beigefügten Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Konzepts. Demzufolge sollen spezifische Dimensionen und andere physikalische Charakteristika, welche sich auf die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen, keinesfalls begrenzend interpretiert werden, außer, die Ansprüche setzen es ausdrücklich anderweitig fest.
Das Bezugszeichen 10 (1) bezeichnet allgemein eine Lenkeinrichtung gemäß der Erfindung. Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt die Lenkeinrichtung 10 eine Lenkbegrenzung 12 und ein Paar Vorderräder 14, die jeweils um einen dazugehörigen Drehpunkt 16 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 18 drehen. Jedes Vorderrad 14 definiert einen Lenkwinkel 20 (2) zwischen der Längsachse 22 des dazugehörigen Fahrzeugs und eine zentrale Achse der Fortbewegung 24 jedes Rades 14. Selbstverständlich soll, obwohl der Lenkwinkel 20 durch die Drehbewegung jedes Vorderrads 14 definiert ist, ein durch drehbare Hinterräder definierter Lenkwinkel umfaßt sein, falls das Fahrzeug dementsprechend ausgerüstet ist, und/oder jegliche anderen lenkbaren Räder.
Die Lenkeinrichtung 10 umfaßt auch eine Lenksäule 26, die in der durch einen Pfeil 27 repräsentierten Richtung drehbar ist, und Eingaben von einem Betreiber über das Lenkrad 28 empfangen kann. Die Lenksäule 26 ist betrieblich mit den Vorderrädern 14 über ein Zahnstangenritzelsystem 30 verbunden, das eine Zahnstange 32, ein Ritzelzahnrad 34, ein Paar Zug-/Schub-Verbindungen 36 und ein Paar Lenkarme 38 umfaßt. Obwohl das vorliegende Beispiel ein Zahnstangen-/Ritzellenksystem beinhaltet, kann selbstverständlich jedes andere Lenksystem, das mit der Lenkeinrichtung 10, wie sie hierin beschrieben ist, kompatibel ist, eingesetzt werden.
Die Lenkeinrichtung 10 umfaßt ferner ein aktives Frontlenksystem 40, welches eine Steuerung 42 in betrieblicher Verbindung mit einem Lenkhilfsmotor 44, der betrieblich mit der Lenksäule 26 über eine Getriebeübersetzung 46 verbunden ist beinhaltet. Das aktive Frontlenksystem 40 unterstützt die Drehung der Räder 14 abhängig von verschiedenen Fahrparametern. Obwohl hier eine spezielle Art eines aktiven Frontlenksystems beschrieben wird, können auch andere Systeme, die in der Technik bekannt sind, verwendet werden. Bei der Basisbetriebsweise unterstützt das aktive Frontlenksystem 40 die Eingabe des Betreibers, auf das Lenkrad 28, über den Motor 44. Wie in 3 gezeigt, folgt der Lenkwinkel 20, wie er durch das Vorderrad 14 definiert wird, einem speziellen Verhältnis entlang der Linie 21. Das aktive Frontlenksystem 40 unterstützt die Eingabe des Betreibers, wodurch der Lenkwinkel 20, wie durch Linie 23 illustriert, eingestellt wird. Linie 25 repräsentiert die Auswirkungen der kombinierten Eingaben vom Betreiber und des aktiven Frontlenksystems 40 auf den Lenkwinkel 20.
Die Lenkbegrenzung 12 (4) der Lenkeinrichtung 10 umfaßt einen Gleitring 48, der mit der Lenksäule 26 über mehrere Gewinde 50 in Eingriff steht sowie einen Lenkbegrenzungsanschlag 52. Der Gleitring 48 umfaßt einen sich radial nach außen erstreckenden Fortsatz 54. Der Begrenzungsanschlag 52 umfaßt einen Kanal 56 mit Endwänden 58, der den Fortsatz 54 verschieblich aufnimmt. Selbstverständlich kann jeder geeignete Lenkbegrenzungsmechanismus, der mit den hierin beschriebenen Verwendungen kompatibel ist, die Lenkbegrenzung 12 ersetzen.
Im Betrieb werden mehrere Sensoren 60 dazu verwendet, verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs zu überwachen, eingeschlossen, aber keinesfalls beschränkt auf die Größe jedes Rades 14, welches ein inneres Rad und einen äußeren Reifen umfassen kann, die Radfortbewegung; die Geschwindigkeit des entlang einer Straße laufenden Fahrzeugs und die Rauhigkeit der Straßenoberfläche oder des Terrains, wie er durch die Ausschläge des Fahrzeugaufhängungssystem oder andere entsprechende Mittel überwacht werden kann. Die Sensoren 60 sind in betrieblicher Verbindung mit der Steuerung 42 des aktiven Frontlenksystems 40. Während des Betriebs ist die Maximaleingabe des Betreibers auf den Lenkwinkel durch die Lenkbegrenzung 12 begrenzt, während das aktive Frontlenksystem 40 dazu eingesetzt wird, beim Betrieb des Lenksystems 10 einen Maximalwert des Lenkwinkels 20 auf Basis der Ablesungen der Sensoren 60, wie sie der Steuerung 42 mitgeteilt werden, auszuwählen. Das aktive Frontlenksystem 40 wird sodann dazu eingesetzt, den Lenkwinkel 20 für einen vorherbestimmten Satz Parameter und lenkbare Räder 14 über den Lenkwinkel 20 hinaus entsprechend der maximalen Betreibereingabe zu maximieren. Die Maximalwerte für den Lenkwinkel 20, wie sie durch die verschiedenen überwachten Parameter bestimmt werden, können tabelliert werden, wodurch effiziente manuelle Eichung der Lenkeinrichtung 10 ermöglicht wird, wenn sich die Parameter ändern, beispielsweise wenn die Reifengröße am Fahrzeug geändert wird. Die Maximalwerte des Lenkwinkels 20 können auch in einer Datenbank der Steuerung 42 hinterlegt sein, wodurch die Steuerung 42 die Para meter in dynamischen Umgebungen überwachen und die Lenkeinrichtung 10 entsprechend einstellen kann.
Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung kann es dem Bereich des dazugehörigen Lenkwinkels für eine Vielzahl von Parametern während des Fahrzeugbetriebs maximieren. Die erfindungegemäße einstellbare Lenkbegrenzung erhöht die Effizienz des Lenksystems und ist ganz besonders für den vorgeschlagenen Anwendungszweck eingerichtet.
Dem Fachmann ist aus der obigen Beschreibung offensichtlich, dass Modifikationen der Erfindung ohne Abweichung von den darin offenbarten Konzepten möglich sind. Derartige Modifikationen sollen als in den nachfolgenden Ansprüchen enthalten betrachtet werden, sofern die Ansprüche dies nicht ausdrücklich anderweitig festsetzen.

10: Fahrzeuglenkeinrichtung
12: Lenkbegrenzung
14: Vorderräder
16: Drehpunkt
18: Fahrzeugrahmen
20: Lenkwinkel
21: Linie
22: Längsachse
23: Linie
24: Mittelfortbewegungsachse
25: Linie
26: Lenksäule
27: Pfeil
28: Lenkrad
30: Zahnstangenritzelsystem
32: Zahnstange
34: Ritzelzahnrad
36: Zug-/Schubverbindungen
38: Lenkarme
40: Frontlenksystem
42: Steuerung
44: Lenkhilfsmotor
46: Getriebeübersetzung
48: Gleitring
52: Lenkbegrenzungsanschlag
54: Fortsatz von 48
56: Kanal
58: Endwände
60: Sensor

Claims

Lenkeinrichtung (10) für ein Fahrzeug mit: – mindestens einem Rad (14), das sich dreht und so einen Lenkwinkel definiert; – eine Lenkbegrenzung (12), welche die Eingabe des Lenkwinkels durch einen Betreiber auf einen ausgewählten Maximalwert begrenzt; – einen mit dem Rad betrieblich verbundenen Motor, der die Eingabe des Lenkwinkels (20) vom Betreiber unterstützt; und – eine betrieblich mit dem Motor verbundene Steuerung (42), welche die Unterstützung der Eingabe des Lenkwinkels (20) vom Betreiber auf Basis mindestens eines Betriebsparameters, der die Radwegstrecke umfasst, einzustellen, wodurch die Räder (18) sich mit einem Lenkwinkel (20) drehen können, der auf dem mindestens einen Betriebsparameters beruht, der den Lenkwinkel (20) entsprechend dem maximal erlaubten Wert, wie durch die Betreibereingabe definiert, übersteigt.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Radgröße umfasst.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Rauhigkeit der das Rad (18) tragenden Straßenoberfläche umfasst.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der maximal erlaubte Wert des Lenkwinkels (20) aus einer Nachschlagetabelle, welche die Radfortbewegungsstrecke dem maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels (20) in Beziehung setzt, erhalten wird.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Radgröße, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Rauhigkeit der das radtragenden Straßenoberfläche umfasst, wobei der maximal erlaubte Wert des Lenkwinkels (20) aus einer Nachschlagetabelle, welche sich auf die Radfortbe wegungsstrecke mit dem maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels (20) in Beziehung setzt, nachgeschlagen wird.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1, mit: – einer Lenksäule (26), die einer Eingabe vom Betreiber zum Steuern des Lenkwinkelsschacht, wobei die Lenksäule (26) einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt umfasst, wobei die einstellbare Begrenzung ein mit einem Gewinde versehenes gleitfähiges Element umfasst, das entlang der Lenksäule (26) bei Drehung der Lenksäule (26) gleitet, wobei die einstellbare Lenkbegrenzung (12) ferner einen Anschlag umfasst, der das mit Gewinde versehene Gleitelement kontaktiert, um weitere Drehung der Lenksäule (26) zu verhindern.
Lenkeinrichtung (10) für ein Fahrzeug mit: – mindestens einem Rad (18), das sich dreht und so einen Lenkwinkel (20) definiert; – einem Lenkrad (28), dessen Position durch die Betreibereingabe definiert ist; – eine Lenkbegrenzung (12), welche die Eingabe des Lenkwinkels (20) vom Betreiber auf einen vorherbestimmten Maximalwert begrenzt; – eine betrieblich mit dem Rad verbundene Betätigungseinrichtung (44), welche die Eingabe des Betreibers unterstützt; und – eine betrieblich mit der Betätigungseinrichtung (44) verbundene Steuerung (42), welchen die Unterstützung der Eingabe des Betreibers auf Basis mindestens eines Betriebsparameters einstellt, welcher die zurückgelegte Radstrecke umfaßt, welche es ermöglicht, den Lenkwinkel (20) auf einen Winkel größer als denjenigen, welcher der Eingabe des Lenkwinkels (20) des Betreibers entspricht, einzustellen.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Betriebsparameter die Radgröße umfaßt.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei mindestens eine Betriebsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Betriebsparameter die Rauhigkeit der Straßenoberfläche, auf der das Rad liegt, umfaßt.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei – mindestens ein Betriebsparameter die Radgröße, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Rauhigkeit der das Rad tragenden Straßenoberfläche umfaßt, wobei die Steuerung (42) den Lenkwinkel (20) auf einen maximal erlaubten Wert auf Basis der Betriebsparameter limitiert und der maximal erlaubte Wert des Lenkwinkels (20) aus einer Nachschlagetabelle, welche die Radwegstrecke mit dem maximal erlaubten Lenkwinkelwert in Beziehung setzt, nachgeschlagen wird.
Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (42) den Lenkwinkel (20) auf einen maximal erlaubten Wert auf Basis des Betriebsparameters einschränkt, wobei der maximal erlaubte Wert des Lenkwinkels (20) in einer Nachschlagetabelle, welche die Radwegstrecke mit dem maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels (20) in Beziehung setzt, nachgeschlagen wird.
Verfahren zum Steuern des maximal erlaubten Lenkwinkels (20) eines Lenkrads (28) eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: – Bestimmen des maximal erlaubten Lenkwinkels (20) als Funktion des mindestens einen Betriebsparameters, welcher die Radgröße des lenkbaren Rads (18) umfaßt; und – Steuern des maximal erlaubten Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs während des Betriebs auf Basis mindestens eines Betriebsparameters.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die Rauhigkeit einer das Rad abstützenden Straßenoberfläche umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mindestens eine Betriebsparameter die vom Rad zurückgelegte Strecke umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassen: Nachschlagen des maximal erlaubten Wertes für den Steuerzahnradsatzwinkel aus einer Nachschlagetabelle, welche die vom Rad zurückgelegte Strecke mit dem maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels in Beziehung setzt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei – der mindestens eine Betriebsparameter die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Rauhigkeit des Rad abstützenden Straßenoberfläche und die vom Rad zurückgelegte Strecke umfasst und – es das Nachschlagen des maximal erlaubten Wertes des Lenkzahnradgetriebewinkels aus einer Nachschlagetabelle, die die zurückgelegte Radstrecke mit dem maximal erlaubten Wert des Lenkwinkels in Beziehung setzt, umfaßt.