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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches
dasselbe in Abhängigkeit
einer, eine Fahrspur des Kraftfahrzeugs begleitenden Leiteinrichtung
lenkt, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
Herausforderung in der Automobilentwicklung bildet unter anderem
eine aktive Lenkung, welche den Fahrer bei seinem Lenkvorhaben,
insbesondere bei der Spurhaltung, das heißt beim Verfolgen einer Sollbahn
aktiv unterstützt.
Derartige Sollbahnen finden sich beispielsweise im Bereich eines Logistikverkehrs
auf einem Werksgelände.
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Aus
der
DE 39 20 842 A1 ist
ein gattungsgemäßes Lenksystem
bekannt. Dieses weist eine Spurführungseinrichtung
für ein
auf einer Trasse einseitig entlang einer von Lücken definierter Breite unterbrochener
Spurführungsleitschiene
durch Tastrollen hochgenau führbares,
gummibereiftes Fahrzeug auf. Die Spurführungseinrichtung stellt dabei
eine exakte Lenkung des Fahrzeugs auch beim Passieren der Lücken in
der Spurführungsleitschiene
sicher, wobei sich die Spurführungseinrichtung
dabei an jedem gelenkten Rad zweier Tastrollen bedient, die in einem gegenseitigen
Abstand hintereinander angeordnet sind, der größer als die Breite der Lücken in
der Spurführungsleitschiene
ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein gattungsgemäßes Lenksystem
eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, mit welcher ein Konzept zu einer Sollbahnverfolgung mit
möglichst
wenigen zusätzlichen
und kostenintensiven Elementen realisiert werden kann.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen ohnehin in
bekannten Lenksystemen vorhandenen Lenkmomentensensor sowie eine auf
die Lenkung einwirkende Stelleinrichtung, insbesondere eine elektrische
Stelleinrichtung, in ein Konzept zur Sollbahnverfolgung eines Fahrzeuges
einzubeziehen. Das erfindungsgemäße Lenksystem lenkt
dabei das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit
einer, eine Fahrspur des Kraftfahrzeugs begleitenden Leiteinrichtung,
wobei der wenigstens eine Lenkmomentensensor zur Erfassung eines
von der Leiteinrichtung auf ein zu lenkendes Rad des Kraftfahrzeugs übertragenen
Lenkmomentes ausgebildet ist. Eine Rechner-/Steuerungseinrichtung
ist dabei eingangsseitig mit dem Lenkmomentensensor und ausgangsseitig
mit einer Anzeigeeinrichtung und/oder mit der auf die Lenkung einwirkenden
Stelleinrichtung verbunden. Die Rechner-/Steuerungseinrichtung betätigt nunmehr
die Anzeigeeinrichtung und/oder über die
Stelleinrichtung die Lenkung in Abhängigkeit des vom Lenkmomentensensor
erfassten und von der Leiteinrichtung auf das zu lenkende Rad übertragenen
Lenkmomentes. Das erfindungsgemäße Konzept
zur Sollbahnverfolgung eines Fahrzeuges in Abhängigkeit vom Lenkmoment unter
Berücksichtigung der
Lenkmomenteneinwirkung kann dabei bereits durch den Einbau der erfindungsgemäßen Rechner-/Steuerungseinrichtung
sowie deren Verdrahtung mit der Anzeigeeinrichtung bzw. der Stelleinrichtung und
dem Lenkmomentensensor realisiert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen,
beispielsweise einem metallischen Leitdraht folgenden Lenksystemen,
ist dies eine besonders kostengünstig
und konstruktiv einfache Variante, da außer der Rechner-/Steuerungseinrichtung
und optional der Anzeigeeinrichtung keine weiteren zusätzlichen
Komponenten vorgesehen werden müssen.
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Zweckmäßig weist
die Anzeigeeinrichtung optische und/oder akustische Anzeigeelemente
auf, welche einem Fahrer des Fahrzeugs Lenkanweisungen in Abhängigkeit
des vom Lenkmomentensensor erfassten und von der Leiteinrichtung
auf das zu lenkende Rad übertragene
Lenkmomentes signalisieren. Dabei kann die Anzeigeeinrichtung in
der Art einer Cockpitanzeige ausgebildet sein und einen Fahrer des
Fahrzeuges dazu animieren, einen optimalen Lenkvorgang auf einer
vorgegebenen Sollbahn ohne Kollisionsgefahr durchzuführen. Bei
diesem Operationsmodus bzw. bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Lenksystems
ist weiterhin ein Fahrer erforderlich, welcher die Betätigung des
Lenksystems ausführt.
Die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung übernimmt
dabei lediglich das Anzeigen eines optimalen Solllenkwinkels und
zwar in optischer und/oder akustischer und/oder haptischer Weise.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Stelleinrichtung
so ausgebildet, dass sie eine Lenkhandhabe und/oder eine Lenkspindel
des Lenksystems mit einem, einen händischen Lenkvorgang unterstützenden
Informations-Lenkmoment
beaufschlagt. Diese Informations-Lenkmomente sind relativ klein,
z.B. in der Größenordnung
von 1 bis 3 Nm, und unterstützen
den Fahrer beim Lenkvorgang bzw. bei der Einhaltung der Sollbahn.
Eine vollkommen autonome Lenkung des Fahrzeuges ohne den Fahrer
ist bei dieser Variante nicht vorgesehen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems
ist die Stelleinrichtung so ausgebildet, dass sie einen vom Fahrer
unabhängigen,
das heißt
autonomen Lenkvorgang in Abhängigkeit
des vom Lenkmomentensensor erfassten und von der Leiteinrichtung
auf das zu lenkende Rad übertragenen
Lenkmomentes ausführt.
Bei dieser Variante wird die Lenkung ausschließlich mittels der Rechner-/Steuerungseinrichtung über die
Stelleinrichtung betätigt,
so dass ein aktives Lenken von einem Fahrer nicht erforderlich ist. Der
Fahrer ist somit entbehrlich, wobei er optional, insbesondere zur
Sicherheit, ein von der Stelleinrichtung in eine Lenkspindel beziehungsweise
in die Lenkung eingebrachtes Lenkmoment händisch zu übersteuern.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 ein
erfindungsgemäßes Lenksystem,
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2 eine
Systemarchitektur einer möglichen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lenksystems.
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Entsprechend
der 1 weist ein Lenksystem 1 für ein im übrigen nicht
dargestelltes Kraftfahrzeug eine Lenkhandhabe 2 auf, mit
welcher über
eine Lenkspindel 3 Einfluss auf lenkbare Fahrzeugräder 4 und 4' genommen werden
kann. Im Bereich der Lenkspindel 3 beziehungsweise auf
diese einwirkend, ist eine Stelleinrichtung 5, insbesondere
eine elektrische Stelleinrichtung angeordnet. Darüber hinaus
kann noch ein hydraulisches Lenkgetriebe 6 vorgesehen sein,
welches eine händisch über die
Lenkhandhabe 2 eingegebene Lenkbewegung in der Art einer
Servolenkung unterstützt.
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Mit
zumindest einem lenkbaren Rad, hier dem Rad 4', kann sich
das Kraftfahrzeug in einer, eine Fahrspur des Kraftfahrzeuges begleitenden Leiteinrichtung 7 bewegen,
wobei die Leiteinrichtung 7 Einfluss auf eine Lenkbewegung
des gelenkten Rades 4' und
damit über
ein Lenkgestänge
auch auf eine Lenkbewegung des gelenkten Rades 4 nimmt. Zur
Erfassung eines von der Leiteinrichtung 7 auf das zu lenkende
Rad 4' des
Kraftfahrzeuges übertragenen
Lenkmomentes ist zumindest ein Lenkmomentensensor 8 vorgesehen,
der mit einer Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 verbunden
ist. Der Lenkmomentensensor 8 ist dabei mit einer Eingangsseite
der Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 verbunden, welche
ausgangsseitig mit einer Anzeigeeinrichtung 10 und/oder
mit der auf die Lenkung einwirkenden Stelleinrichtung 5 verbunden
ist.
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Bewegt
sich das Kraftfahrzeug mit seinem lenkbaren Rad 4' in der Leiteinrichtung 7,
so nimmt letztere Einfluss auf ein Lenkmoment des lenkbaren Rades 4', welches vom
Lenkmomentensensor 8 erfasst und an die Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 weitergeleitet
wird. Diese betätigt
nun die Anzeigeeinrichtung 10 und/oder die Stelleinrichtung 5 in
Abhängigkeit
des vom Lenkmomentensensor 8 erfassten Lenkmomentes.
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Die
Anzeigeeinrichtung 10 kann dabei optische und/oder akustische
und/oder haptische Anzeigeelemente aufweisen, welche einem Fahrer
des Fahrzeugs Lenkanweisungen in Abhängigkeit des von der Leiteinrichtung 7 auf
das zu lenkende Rad 4' übertragenen
Lenkmomentes signalisieren. Bei einer derartigen Ausführungsform
mit einer Anzeigeeinrichtung 10, welche beispielsweise
als Cockpitanzeige ausgebildet sein, können dem Fahrer daher von der
Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 ermittelte Lenkanweisungen
erteilt werden, bei deren Befolgen ein optimaler Lenkvorgang auf
einer vorgegebenen Sollbahn ohne eine Kollisionsgefahr durchgeführt werden
kann.
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Ein
weiterer Operationsmodus des erfindungsgemäßen Lenksystems 1 kann
beispielsweise darin bestehen, dass der Fahrer ein Informationslenkmoment
erhält,
welches ihn beim Lenkvorgang und dem Einhalten der Sollbahn unterstützt. Ein
derartiges Informations-Lenkmoment kann durch relativ kleine Lenkmomente,
z.B. 1 bis 3 Nm, realisiert werden. Die Stelleinrichtung 5 kann
dabei so ausgebildet sein, dass sie die Lenkhandhabe 2 und/oder
die Lenkspindel 3 mit den in Abhängigkeit vom Lenkmoment und
unter Berücksichtigung
der Lenkmomenteneinwirkung ermittelten Informations-Lenkmomenten
beaufschlagt und dadurch einen vom Fahrer händisch vorgenommenen Lenkvorgang
unterstützt.
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Denkbar
ist auch, dass die Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 die
Stelleinrichtung 5 so steuert, dass ein von einem Fahrer
unabhängiger,
das heißt autonomer
Lenkvorgang in Abhängigkeit
des vom Lenkmomentensensor 8 erfassten und von der Leiteinrichtung 7 auf
das zu lenkende Rad 4' übertragene Lenkmoment
realisierbar ist. Die Führung
des Fahrzeuges erfolgt dabei über
die Führung
des lenkbaren Rades 4' in
der Leiteinrichtung 7. Die Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 entscheidet
dann je nach Ausführungsform,
ob sie aktiv über
die Stelleinrichtung 5 in den Lenkvorgang eingreift und/oder
ob sie über
die Anzeigeeinrichtung 10 Lenkanweisungen erteilt.
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Eine
Parametrierung des erfindungsgemäßen Lenksystems 1,
das heißt
die Parametrierung des Lenkmomentes der Stelleinrichtung 5 in
Abhängigkeit
von den Größen: gemessenes
Lenkmoment MIST Fahrgeschwindigkeit v und
Lenkradwinkel δ,
sowie deren zeitliche Ableitung, kann beispielsweise durch ein Kennfeld 11 realisiert
werden, welches durch Messungen mit einem Versuchträger je nach Bedarf
individuell generiert wird. Die Parametrierung des Kennfeldes 11 ist
neben den genannten Parametern von zahlreichen definierten Größen abhängig, wie
beispielsweise der Fahrzeugart und Spezifikation (Radlast, Reifenart,
Radstand, Lenkungsart) und der Leiteinrichtungscharakteristik (Höhe, Breite,
Steigung der Spurrille). Aus den genannten Eingangsgrößen MIST, v und δ ermittelt die Rechner-/Steuerungseinrichtung 9 unter
Zuhilfenahme des Kennfeldes 11 dann Lenkanweisungen, welche
beispielsweise akustisch, optisch, haptisch angezeigt oder autonom über die
Stelleinrichtung 5 in die Lenkung eingebracht werden können.
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Die
gemäß der 1 dargestellte
Leiteinrichtung 7 kann beispielsweise auch in der Art eines in
eine Fahrbahn 12 eingebauten Leitdrahtes verwirklicht sein.
Ebenfalls könnte
eine Sollbahn durch eine optische Erkennung der Fahrbahn 12 erreicht werden,
z.B. durch einen Spurassistenten. Alternativ lässt sich die Sollbahn auch
mittels einer satellitengestützten
Routennavigation ermitteln.