DE102006056042A1

DE102006056042A1 - System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung

Info

Publication number: DE102006056042A1
Application number: DE102006056042A
Authority: DE
Inventors: Holger Heskamp; Gerald Koch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: DE102006056042B4

Abstract

System zur für Regelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung, umfassend ein erstes Steuergerät (1) mit elektronischer Wegfahrsperre, und ein Lenkungssteuergerät (9) zur Ansteuerung der elektromechanischen Lenkung, dass von dem ersten Steuergerät (1) angelernt ist und das in einem ersten Zustand die elektromechanische Lenkung hemmt, in einem zweiten Zustand hingegen die elektromechanische Lenkung freigibt, um ein Lenken zu ermöglichen, wobei bei einem Systemstart das Lenkungssteuergerät (9) zunächst den ersten Zustand einnimmt und erst nach Aufhebung der elektronischen Wegfahrsperre und nach erfolgter Authentifizierung durch das erste Steuergerät (1) in den zweiten Zustand schaltet. Durch die Einbindung des Lenkungssteuergeräts (9) in den Verbund einer elektronischen Wegfahrsperre kann vollständig auf separate Lenkungsverriegelungen verzichtet werden. Bei Fahrzeugen mit einem mechanischen Zündanlassschloss kann dieses unabhängig von der Lenksäule angeordnet werden, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten im Innenraum erweitert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung an einem Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl mechanischer und elektronischer Systeme bekannt, mit denen eine Lenkung verriegelt werden kann.
Mechanische Lenkungsverriegelungen werden üblicherweise in ein Zündanlassschloss des Fahrzeugs integriert, welches im oberen Bereich einer Lenksäule angeordnet ist. Durch eine Drehung eines in das Zündanlassschloss eingesteckten, passenden Schlüssels wird die Lenkung entriegelt. Aus verschiedenen Gründen wird neuerdings angestrebt, das Zündanlassschloss von der Lenksäule wegzuverlagern, was jedoch eine mechanische Verriegelung der Lenksäule erschwert.
Bei Fahrzeugen, bei denen zur Inbetriebnahme kein mechanischer Schlüssel mehr erforderlich ist, das heißt zum Beispiel bei Fahrzeugen mit einem so genannten Keyless-Go-System, kommt eine elektrische Lenkungsverriegelung zum Einsatz, bei der über einen elektrischen Aktuator die Lenksäule ver- und entriegelbar ist. Die elektrische Lenkungsverriegelung umfasst hierzu ein Steuergerät, das an eine elektronische Wegfahrsperre angelernt und über die elektronische Wegfahrsperre authentifiziert wird. Nach der Authentifizierung entriegelt die elektrische Lenkungsverriegelung über den Aktuator die Lenksäule.
Ein Beispiel für eine mechanische Lenkungsverriegelung an der Lenksäule wird in der DE 196 34 627 C1 beschrieben. Eine elektrische Lenkungsverriegelung ist beispielsweise aus der DE 199 08 216 C2 bekannt.
Weiterhin ist aus der DE 196 41 899 C1 bekannt, im Falle des Versuchs einer nicht autorisierten Benutzung eines Kraftfahrzeugs durch Sperren der Magnetventile einer hydraulischen Servolenkung eine Lenkbewegung unmöglich zu machen und so die Lenkung zu verriegeln.
Ferner ist aus der DE 10 2004 004 537 A1 bekannt, im Fall einer nicht autorisierten Benutzung automatisch einen Lenkwinkel einzustellen, der eine Geradeausfahrt unterbindet.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses umfasst ein erstes Steuergerät mit elektronischer Wegfahrsperre, ein Lenkungssteuergerät zur Ansteuerung der elektromechanischen Lenkung, das von dem ersten Steuergerät angelernt ist und das in einem ersten Zustand die elektromechanische Lenkung hemmt, in einem zweiten Zustand hingegen die elektromechanische Lenkung freigibt, um ein Lenken zu ermöglichen, wobei bei einem Systemstart das Lenkungssteuergerät zunächst den ersten Zustand einnimmt und erst nach Aufhebung der elektronischen Wegfahrsperre und nach erfolgter Authentifizierung durch das erste Steuergerät in den zweiten Zustand schaltet.
An elektromechanischen Lenkungen wird die Lenkungsunterstützung nicht mehr durch einen hydraulischem Druck sondern durch einen in der Regel im Lenkgetriebe angeordneten Elektromotor erzeugt, der über ein Lenkungssteuergerät angesteuert wird. Durch die Einbindung des Lenkungssteuergeräts in den Verbund einer elektronischen Wegfahrsperre kann vollständig auf separate Lenkungsverriegelungen nach den oben erläuterten Prinzipien verzichtet werden.
Bei Fahrzeugen mit einer elektrischen Lenkungsverriegelung kann ein separates Steuergerät für die Verriegelung der Lenksäule entfallen, wodurch sich der Fertigungs- und Montagaufwand verringert.
Bei Fahrzeugen mit einem mechanischen Zündanlassschloss kann dieses unabhängig von der Lenksäule angeordnet werden, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten im Innenraum erweitert werden.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung,
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung, und in
3 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels für ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ein System zur Verriegelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug, das mit einer elektronischen Wegfahrsperre ausgestattet ist. Diese elektronische Wegfahrsperre ist in ein erstes Steuergerät 1 implementiert.
Die elektromechanische Lenkung weist ein Lenkgetriebegehäuse 2 auf, durch das sich eine Zahnstange 3 erstreckt. An der Zahnstange 3 greift ein nicht näher dargestelltes Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer am Lenkrad 4 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 5 zu übertragen. Weiterhin ist in dem Lenkgetriebegehäuse 2 achsparallel zu der Zahnstange 3 ein Elektromotor 6 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung angeordnet. Das Abtriebsmoment des Elektromotors 6 wird über eine Getriebestufe 7 und einen Kugelgewindetrieb 8 als axiale Hilfskraft an der Zahnstange 3 zur Wirkung gebracht.
Die Getriebestufe 7 ist hier beispielhaft als Riementrieb ausgebildet, wobei eine erste Riemenscheibe an einer Abtriebswelle des Elektromotors 6 und eine zweite Riemenscheibe an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 8 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 8 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 6 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Zahnstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 6 dient ein Lenkungssteuergerät 9, das unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 10 an der Lenksäule 11 gemessen werden. Vorzugsweise ist die Drehmomentmesseinheit 10 in einem Abschnitt des Lenkgetriebegehäuses 2 angeordnet. Zudem können dem Lenkungssteuergerät 9 weitere Fahrzeugparameter übermittelt werden, welche beispielsweise erlauben, einen Fahrzeugstillstand und den Einschaltzustand der Zündung zu berücksichtigen.
Weiterhin ist das Lenkungssteuergerät 9 mit dem ersten Steuergerät 1 so verbunden, das zwischen diesen Daten ausgetauscht werden können. Damit das erste Steuergerät 1 das Lenkungssteuergerät 9 erkennen und mit diesem Daten und/oder Signale austauschen kann, muss dieses nach dem Einbau in das Fahrzeug, beispielsweise bei der Herstellung oder im Wartungsfall in einer Kundendienstwerkstatt, aktiv angelernt werden. Hierdurch lässt sich verhindern, dass eine verriegelte Lenkung von nicht autorisierten Personen durch Austausch des Lenkungssteuergeräts 9 freigegeben werden kann.
Das Lenkungssteuergerät 9 ist so konfiguriert, dass dieses bei einem Systemstart, d. h. bei jedem Starten des Fahrzeugs zunächst einen ersten Zustand einnimmt, in dem es die elektromechanische Lenkung hemmt, so dass das Fahrzeug nicht gelenkt werden kann.
Erst nach Aufhebung der elektronischen Wegfahrsperre und nach erfolgter Authentifizierung des Lenkungssteuergeräts 9 durch das erste Steuergerät 1 wird die Hemmung der Lenkung durch das Lenkungssteuergerät 9 aufgehoben. In diesem zweiten Zustand ist die elektromechanische Lenkung freigegeben und gestattet ein Lenken durch den Fahrer.
Die Hemmung der Lenkung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Lenkgetriebegehauses 2 eine mechanische Sperrvorrichtung 12 angeordnet, welche von dem Lenkungssteuergerät 9 angesteuert ist. Im ersten Zustand verhindert die mechanische Sperrvorrichtung 12 eine Bewegung von im Lenkgetriebegehäuse 2 angeordneten bewegbaren Getriebekomponenten oder der Zahnstange. Hingegen wird im zweiten Zustand deren Bewegung nicht eingeschränkt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt die Sperrvorrichtung 12 zwischen einem Abschnitt einer Antriebswelle 13 des Elektromotors 6 und dem Lenkgetriebegehäuse 2. Es ist jedoch auch möglich, eine mechanische Sperrvorrichtung an anderer Stelle innerhalb des Lenkgetriebegehäuses 2 anzuordnen.
Vorzugsweise wird die mechanische Sperrvorrichtung 12 so ausgelegt, dass diese im Fall einer Störung während des Fahrbetriebs eine offene, das heißt nicht verriegelte Stellung einnimmt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Schalten aus dem zweiten Zustand mit freigegebener Lenkung in den ersten Zustand mit gehemmter Lenkung erst nach Auslesen eines für den Fahrzeugstillstand indikativen Signals erfolgt. Hierdurch wir ein versehentliches Verriegeln der Lenkung im Fahrbetrieb vermieden.
Das Aufheben der Wegfahrsperre kann in herkömmlicher Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, das erste Steuergerät 1 mit einer am Fahrzeug festgelegten Sende/Empfangseinrichtung auszustatten, welche mit einer autorisierten externen Sende/Empfangseinheit 14 zusammenwirkt. Die elektronische Wegfahrsperre wird hierbei lediglich dann aufgehoben, wenn die autorisierte externe Sende/Empfangseinheit 14 in einen vorgegebenen Nahbereich der am Fahrzeug festgelegten Sende/Empfangseinrichtung verbracht wird.
Das erste Steuergerät 1 ist vorzugsweise ein Kombi- bzw. Anzeigeinstrument, das als Mastereinheit der Wegfahrsperre dient, an das ggf. weitere Steuergeräte als Slaveeinheiten angelernt sind. Jedoch kann dessen Funktionalität auch in eine separate Einheit oder gegebenenfalls in ein anderes, am Fahrzeug vorhandenes Steuergerät, z. B. ein Motorsteuergerät, implementiert werden, das in einem vorzugsweise geschützten Datenaustausch mit dem Lenkungssteuergerät steht.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Art und Weise der Hemmung der Lenkung unterscheidet. Gleiche Komponenten sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist anstelle einer mechanischen Sperrung der Lenkung vorgesehen, ein manuelles Lenken durch eine gezielte Schwergängigkeit der Lenkung zu unterbinden. Das Lenkgetriebe ist hierzu so ausgestaltet, dass dieses ohne Lenkunterstützung so schwergängig ist, dass das Fahrzeug als unfahrbar gilt.
Der Begriff "unfahrbar" ist hier im Sinn von Anhang IV, Nr. 4.1 und Anlagen 1 und 2 der Richtlinie 74/61/EWG des Rates vom 17. Dezember 1973 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die Sicherungseinrichtung gegen unbefugte Benützung von Kraftfahrzeugen angepasst durch die Richtlinie 95/56/EG der Kommission vom 8. November 1995 zu verstehen. Insbesondere muss hiernach eine Sicherungseinrichtung gegen unbefugte Benutzung in scharf geschalteter Stellung ohne eine die Sicherheit gefährdende Beschädigung der Lenkanlage einem Drehmoment von 300 Nm um die Lenkwellenachse in beiden Richtungen unter statischen Bedingungen standhalten können oder mit einem Mechanismus ausgestattet sein, der ein Nachgeben oder Abrutschen ermöglicht, so dass das System entweder kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem Drehmoment von mindestens 100 Nm standhält.
Die Lenkunterstützung kann beispielsweise dadurch deaktiviert werden, dem Elektromotor 6 von dem Lenkungssteuergerät 9 keine Steuerimpulse übermittelt werden.
Es ist auch möglich, zur Hemmung der Lenkung den Elektromotor 6 von seiner Stromversorgung 15 abzukoppeln.
Eine weitere Abwandlung ist anhand von 3 dargestellt. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird, solange die Wegfahrsperre aktiviert ist, bzw. das Lenkungssteuergerät 9 nicht authentifiziert worden ist, der Elektromotor 6 durch das Lenkungssteuergerät 9 derart angesteuert, dass ein etwaig von Hand aufgebrachtes Lenkmoment durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 6 kompensiert wird. Hierdurch wird ein Lenken der Räder 5 unterbunden. Ein vor dem Systemstart eingeschlagener Lenkwinkel bleibt solange erhalten, bis das Lenkungssteuergerät 9 in seinem zweiten Zustand geschaltet wird, um die Lenkung freizugeben.
Die vorstehend erläuterten Möglichkeiten zur Hemmung der Lenkung können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.

1: erstes Steuergerät
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Zahnstange
4: Lenkrad
5: Fahrzeugrad
6: Elektromotor
7: Getriebestufe
8: Kugelgewindetrieb
9: Lenkungssteuergerät
10: Drehmomentmesseinheit
11: Lenksäule
12: mechanische Sperrvorrichtung
13: Antriebswelle
14: externe Sende/Empfangseinheit
15: Stromversorgung (Fahrzeugbatterie)

Claims

System zur für Regelung und Freigabe einer elektromechanischen Lenkung, umfassend: ein erstes Steuergerät (1) mit elektronischer Wegfahrsperre, und ein Lenkungssteuergerät (9) zur Ansteuerung der elektromechanischen Lenkung, das von dem ersten Steuergerät (1) angelernt ist und das in einem ersten Zustand die elektromechanische Lenkung hemmt, in einem zweiten Zustand hingegen die elektromechanische Lenkung freigibt, um ein Lenken zu ermöglichen, wobei bei einem Systemstart das Lenkungssteuergerät (9) zunächst den ersten Zustand einnimmt und erst nach Aufhebung der elektronischen Wegfahrsperre und nach erfolgter Authentifizierung durch das erste Steuergerät (1) in den zweiten Zustand schaltet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Lenkgetriebes (2) der elektromechanischen Lenkung eine mechanische Sperrvorrichtung (12) zur Hemmung der Lenkung angeordnet ist, welche durch Ansteuerung mittels des Lenkungssteuergeräts (9) entsperrbar ist, um die Lenkung freizugeben.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Lenkung einen Elektromotor (6) mit einer Antriebswelle (13) umfasst, und die Sperrvorrichtung (12) an der Antriebswelle (13) des Elektromotors (6) angreift.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (12) an einer Zahnstange (3) der Lenkung angreift.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Zustand bei gehemmter Lenkung eine Lenkunterstützung deaktiviert ist und das Lenkgetriebe derart ausgelegt ist, dass ein manuelles Lenken durch Schwergängigkeit unterbunden ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Lenkung einen Elektromotor (6) aufweist und bei gehemmter Lenkung der Elektromotor (6) von seiner Stromversorgung (15) abgekoppelt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Lenkung einen Elektromotor (6) zur Erzeugung einer Lenkunterstützung aufweist und das Lenkungssteuergerät (9) im ersten Zustand den Elektromotor (9) derart ansteuert, dass ein etwaig von Hand aufgebrachtes Lenkmoment durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors (6) kompensiert wird, so dass ein Lenken unterbunden wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten aus dem zweiten Zustand mit freigegebener Lenkung in den ersten Zustand mit gehemmter Lenkung erst nach Auslesen eines für den Fahrzeugstillstand indikativen Signals erfolgt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (1) ein Kombi-Instrument oder Motorsteuergerät eines Kraftfahrzeugs ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuergerät (1) eine am Fahrzeug festgelegte Sende/Empfangseinrichtung umfasst, welche mit einer autorisierten externen Sende/Empfangseinheit (14) zusammenwirkt, wobei die elektronische Wegfahrsperre ledlglicht dann aufgehoben wird, wenn die autorisierte externe Sende/Empfangseinheit (14) in einen vorgegebenen Nahbereich der am Fahrzeug festgelegten Sende/Empfangseinrichtung verbracht wird.